Mô Hình Máy Phát Điện Gió Kết Hợp Năng Lượng Mặt Trời Công Suất Nhỏ

LÝ LỊCH KHOA HỌC

LỜI CAM ĐOAN

CẢM TẠ

TÓM TẮT

ABSTRACT

MỤC LỤC

DANH MỤC HÌNH VẼ

DANH MỤC BẢNG BIỂU

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

1. CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU

1.1. Tính cấp thiết của đề tài

1.2. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

1.2.1. Ý nghĩa khoa học

1.2.2. Ý nghĩa thực tiễn

1.3. Mục tiêu nghiên cứu đề tài

1.4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài

1.4.1. Đối tượng nghiên cứu

1.4.2. Phạm vi nghiên cứu đề tài

1.5. Phương pháp nghiên cứu

1.5.1. Phương pháp nghiên cứu lý thuyết

1.5.2. Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm

1.6. Các nghiên cứu trong và ngoài nước

1.6.1. Các nghiên cứu trong nước

1.6.2. Các nghiên cứu ngoài nước

1.7. Định hướng nghiên cứu

1.8. Nội dung luận văn

2. CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN

2.1. Tổng quan năng lượng gió

2.1.1. Tiềm năng gió Việt Nam

2.1.2. Tiềm năng gió tỉnh Bình Thuận

2.2. Tổng quan về máy phát điện gió

2.2.1. Các loại máy phát điện gió công suất nhỏ

2.2.2. Tuabin gió trục ngang (HAWT)

2.2.3. Tuabin gió trục đứng (VAWT)

2.2.4. So sánh HAWT và VAWT

2.3. Tổng quan năng lượng mă ̣t trời tại Việt Nam, tỉnh Bình Thuận

2.3.1. Tiềm năng năng lượng bức xạ mặt trời tại Việt Nam

2.3.2. Tiềm năng năng lượng bức xạ mặt trời tại Bình Thuận

2.4. Tổng quan về pin quang điện

2.4.1. Pin quang điện

2.4.2. Nguyên lý hoạt động

2.4.3. Phân loại pin quang điện

2.4.4. Ưu nhược điểm pin quang điện

2.5. Hệ thống phát điện hỗn hợp năng lượng gió - mặt trời

2.5.1. Các thành phần của hệ thống

2.5.2. Ưu nhược điểm

3. CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

3.1. Định luật Bezt

3.2. Hệ số công suất Cp

3.3. Tỉ số tốc độ gió đầu cánh TSR. Số cánh quạt

3.4. Đường cong công suất lý tưởng của tuabin gió

3.5. Lực tác dụng lên rotor

3.6. Ảnh hưởng của chiều cao tháp tuabin gió

3.7. Công suất gió trung bình tính theo hàm mật độ xác suất Rayleigh

3.8. Hệ thống pin quang điện

3.8.1. Các đặc trưng điện của pin quang điện

3.8.2. Phương trình tương đương của pin quang điện

3.8.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến pin quang điện

3.8.4. Phương trình tương đương của bộ pin quang điện

3.8.5. Góc nghiêng của dàn pin quang điện

3.8.6. Xác định tổng năng lượng hàng ngày của hệ pin quang điện

3.8.7. Tính công suất của hệ pin quang điện (Watt Peak)

3.8.8. Số lượng tấm pin quang điện

3.8.9. Tính số mô đun pin quang điện mắc song song và nối tiếp

3.9. Tính, lựa chọn cụm điều khiển và lưu trữ điện năng

3.9.1. Dung lượng của ắc quy axit – chi

3.9.2. Công suất của bộ nghịch lưu DC-AC (Inverter)

3.9.3. Bộ điều khiển sạc

4. CHƯƠNG 4: PHÂN TÍCH YÊU CẦU VÀ PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ

4.1. Phân tích yêu cầu

4.1.1. Tải tiêu thụ

4.1.2. Vị trí địa lý, khí hậu tại vị trí lắp đặt

4.1.3. Chọn tỉ lệ công suất định mức phát của hệ pin quang điện và tuabin gió

4.2. Phương án thiết kế tuabin gió

4.2.1. Yêu cầu thiết kế

4.2.2. Các phương án thiết kế

4.2.3. Lựa chọn phương án thiết kế

4.3. Phương án thiết kế hệ pin quang điện bám theo mặt trời

4.3.1. Yêu cầu thiết kế

4.3.2. Các phương án thiết kế

4.3.3. Lựa chọn phương án thiết kế

5. CHƯƠNG 5: THIẾT KẾ, CHẾ TẠO HỆ THỐNG PHÁT ĐIỆN HỖN HỢP GIÓ – MẶT TRỜI

5.1. Tính toán, thiết kế tuabin gió

5.1.1. Xác định diện tích quét

5.1.2. Năng lượng điện nhận được hàng ngày từ hệ thống điện gió

5.1.3. Chọn góc đặt cánh β, số lượng và kích thước - biên dạng cánh

5.1.4. Số vòng quay của tuabin

5.1.5. Lựa chọn máy phát điện (Dynamo) và xác định tỉ số truyền

5.1.6. Bộ truyền đai

5.1.7. Tính toán bộ truyền đai

5.1.8. Lực tác dụng lên trục

5.1.9. Chọn vật liệu trục

5.1.10. Thiết kế máy phát điện gió

5.2. Tính toán, thiết kế của hệ pin quang điện tự xoay một trục

5.2.1. Tính toán lựa chọn hệ pin quang điện

5.2.2. Thiết kế kết cấu hệ thống cơ khí

5.2.3. Thiết kế hệ thống khung gá hệ pin quang điện

5.2.4. Cơ cấu dẫn động tịnh tiến

5.2.5. Lắp ráp hoàn chỉnh hệ thống cơ khí pin quang điện xoay quanh một trục

5.3. Thiết kế bộ cảm biến ánh sáng

5.4. Hệ thống điều khiển trung tâm

5.4.1. Giải thuật và chương trình điều khiển

5.4.1.1. Giải thuật chương trình

5.4.1.2. Chương trình điều khiển

5.5. Hệ thống điều phối năng lương và ắc quy lưu trữ điện năng

5.5.1. Bộ điều khiển sạc hybrid

5.5.2. Bộ nghịch lưu DC-AC (Inverter)

5.5.3. Đồng hồ hiển thị công suất DC

5.5.4. Dung lượng ắc quy hệ thống Hybrid

5.5.5. Tủ điều phối năng lượng và bộ lưu trữ điện năng

5.6. Lắp đặt mô hình máy phát điện năng lượng gió kết hợp năng lượng mặt trời công suất nhỏ

6. CHƯƠNG 6: KIỂM NGHIỆM - ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ

6.1. Kiểm nghiệm hiệu suất tấm pin quang điện tự xoay một trục so với tấm pin quang điện đặt cố định

6.1.1. Bố trí thí nghiệm

6.1.2. Các thông số đo tấm pin quang điện gắn trên hệ thống tự xoay một trục và tấm pin quang điện đặt cố định  = 210

6.1.3. Bố trí đo điện thế, dòng điện, công suất của tấm pin quang điện

6.1.4. Bố trí đo bức xạ mặt trời và góc xoay của tấm pin quang điện đặt trên hệ thống tự xoay một trục

6.1.5. Các giá trị đo điện áp, cường độ dòng điện, công suất, góc xoay, bức xạ mặt trời

6.1.6. Công suất giữa tấm pin quang điện gắn trên hệ thống tự xoay một trục so với tấm pin quang điện đặt cố định  = 210 và bức xạ nhận được của pin quang điện gắn trên hệ thống tự xoay một trục

6.1.7. Sự biến động góc xoay tấm pin quang điện trên hệ thống tự xoay một trục trong mỗi giờ

6.2. Kiểm nghiệm máy phát điện tuabin gió

6.2.1. Bố trí đo vận tốc vòng trục tuabin, vận tốc vòng trục Dynamo, công suất phát điện Dynamo tương ứng với các chỉ số vận tốc gió

6.2.2. Mối liên hệ giữa tốc độ gió và công suất phát Dynamo

6.2.3. Mối liên hệ giữa vận tốc vòng Dynamo và công suất phát

6.2.4. Mối liên hệ giữa vận tốc vòng Dynamo và tốc độ gió nhận được của tuabin

6.2.5. Mối liên hệ giữa vận tốc vòng Dynamo và công suất phát - tốc độ gió

7. CHƯƠNG 7: KẾT LUẬN – ĐỀ NGHỊ

TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Giới thiệu về mô hình máy phát điện gió kết hợp năng lượng mặt trời

Mô hình máy phát điện gió kết hợp năng lượng mặt trời công suất nhỏ là một giải pháp hiệu quả nhằm khai thác năng lượng tái tạo. Hệ thống này không chỉ giúp giảm thiểu sự phụ thuộc vào năng lượng hóa thạch mà còn góp phần bảo vệ môi trường. Việc kết hợp giữa máy phát điện gió và năng lượng mặt trời tạo ra một nguồn điện ổn định, đặc biệt cho những khu vực không có lưới điện quốc gia. Theo nghiên cứu, mô hình này có thể cung cấp điện cho các hộ gia đình ở vùng sâu, vùng xa, nơi mà việc kéo điện lưới là khó khăn và tốn kém.

1.1. Tính cấp thiết của mô hình

Việt Nam có tiềm năng lớn về năng lượng gió và năng lượng mặt trời, đặc biệt là tại tỉnh Bình Thuận. Việc phát triển mô hình này không chỉ đáp ứng nhu cầu điện năng cho người dân mà còn thúc đẩy sự phát triển bền vững. Hệ thống này có thể hoạt động độc lập, giúp người dân có nguồn điện ổn định mà không cần phụ thuộc vào lưới điện quốc gia. Điều này đặc biệt quan trọng trong bối cảnh biến đổi khí hậu và sự cạn kiệt của năng lượng hóa thạch.

II. Cấu trúc và nguyên lý hoạt động của hệ thống

Hệ thống máy phát điện gió kết hợp năng lượng mặt trời bao gồm các thành phần chính như tuabin gió, tấm pin mặt trời, và bộ lưu trữ điện năng. Tuabin gió hoạt động dựa trên nguyên lý chuyển đổi năng lượng gió thành điện năng, trong khi tấm pin mặt trời chuyển đổi năng lượng mặt trời thành điện. Sự kết hợp này cho phép hệ thống hoạt động hiệu quả hơn, tận dụng tối đa các nguồn năng lượng sẵn có. Hệ thống được thiết kế để tự động điều chỉnh hoạt động của các thành phần, đảm bảo cung cấp điện liên tục cho người sử dụng.

2.1. Các thành phần của hệ thống

Hệ thống bao gồm tuabin gió với thiết kế tối ưu cho điều kiện gió tại địa phương, tấm pin quang điện có khả năng hấp thụ ánh sáng mặt trời hiệu quả, và bộ điều khiển sạc để quản lý việc nạp và xả điện từ ắc quy. Mỗi thành phần đều có vai trò quan trọng trong việc đảm bảo hiệu suất hoạt động của toàn bộ hệ thống. Việc lựa chọn các thành phần này cần dựa trên các yếu tố như điều kiện khí hậu, nhu cầu sử dụng điện, và khả năng tài chính của người dân.

III. Lợi ích và ứng dụng thực tiễn

Mô hình máy phát điện gió kết hợp năng lượng mặt trời mang lại nhiều lợi ích cho cộng đồng. Đầu tiên, nó giúp giảm chi phí điện năng cho người dân, đặc biệt là ở những khu vực xa xôi. Thứ hai, việc sử dụng năng lượng sạch góp phần bảo vệ môi trường, giảm thiểu ô nhiễm không khí và khí thải nhà kính. Cuối cùng, mô hình này còn tạo ra cơ hội việc làm cho người dân địa phương trong việc lắp đặt và bảo trì hệ thống.

3.1. Ứng dụng trong đời sống

Hệ thống có thể được ứng dụng rộng rãi trong các hộ gia đình, trường học, và cơ sở y tế ở vùng sâu, vùng xa. Nó không chỉ cung cấp điện cho các thiết bị sinh hoạt hàng ngày mà còn hỗ trợ trong các hoạt động sản xuất nông nghiệp, như tưới tiêu và chiếu sáng. Việc áp dụng mô hình này sẽ góp phần nâng cao chất lượng cuộc sống cho người dân, đồng thời thúc đẩy sự phát triển kinh tế địa phương.

Nghiên Cứu Thiết Kế Mô Hình Máy Phát Điện Gió Kết Hợp Năng Lượng Mặt Trời Tại HCMUTE