Luận văn thạc sĩ về hệ thống tracking năng lượng mặt trời tự động tại HCMUTE

Chuyên đề hệ thống tracking năng lượng mặt trời tự động tại HCMUTE, tiếp cận liên ngành, kết quả nghiên cứu có giá trị ứng dụng cao trong chuyên ngành

• Tác giả: Nguyễn Phan Anh Quốc
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Văn Hiếu
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Điện Tử
• Đề tài: Nghiên Cứu Hệ Thống Tracking Năng Lượng Mặt Trời Tự Động Tại HCMUTE
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2011
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Các nghiên cứu và ứng dụng năng lượng mặt trời hiện nay
• 1.2. Cơ sở khoa học và thực tiễn của đề tài
• 1.3. Nhiệm vụ và giới hạn của đề tài
• 1.4. Phương pháp nghiên cứu
• 1.5. Dự kiến kết quả đạt được
• 1.6. Kế hoạch thực hiện đề tài
• 1.7. Các thông số năng lượng mặt trời tại Việt Nam
• 1.8. Cấu tạo, nguyên lý, tính chất của pin mặt trời
• 2. CHƯƠNG 2: CẤU TẠO CỦA PIN MẶT TRỜI
• 2.1. Nguyên lý hoạt động pin năng lượng mặt trời
• 2.2. Nguyên lý tracking và điều khiển
• 2.3. Các hệ solar tracking đã công bố
• 2.4. Nguyên lý nạp điện accu
• 2.5. Nguyên lý nạp điện cho accu từ tấm pin mặt trời
• 2.6. Phương pháp nạp accu
• 2.7. Solar car và các ứng dụng
• 3. CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG SOLAR TRACKING
• 3.1. Giới thiệu và sơ đồ khối
• 3.2. Hệ thống cơ khí
• 3.3. Hệ solar tracking
• 3.4. Thiết kế bộ cảm biến ánh sáng
• 3.5. Điều khiển động cơ
• 3.6. Mạch điều khiển trung tâm
• 3.7. Giải thuật và chương trình điều khiển
• 3.7.1. Giải thuật chương trình chính
• 3.7.2. Giải thuật chương manual
• 3.7.3. Giải thuật chương trình quét phím
• 3.7.4. Giải thuật chương trình dò vị trí ban đầu
• 3.7.5. Giải thuật chương trình check sensor
• 3.8. Chương trình điều khiển
• 3.9. Mô hình xe chở hệ tracking
• 3.10. Phần khung xe
• 3.11. Bộ thu phát RF
• 4. CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM
• 4.1. Khảo sát chuyển động và hoạt động tracking
• 4.2. Chế độ hoạt động bằng tay (manual)
• 4.3. Đo điện áp tấm pin với vị trí khác nhau
• 4.4. Chế độ tự động (automatic)
• 4.5. Nạp điện từ solar cell
• 4.6. Nạp điện từ tấm pin cố định (chưa tracking)
• 4.7. Nạp điện từ tấm pin có tracking
• 4.8. Phân tích kết quả
• 4.9. So sánh với các hệ tracking khác
• 5. CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ PHÁT TRIỂN
• 5.1. Kết luận về hệ tracking
• 5.2. Những công việc đã thực hiện
• 5.3. Những tồn đọng
• 5.4. Hướng phát triển
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Giới thiệu về năng lượng mặt trời và hệ thống tracking

Năng lượng mặt trời (năng lượng mặt trời) là nguồn năng lượng tái tạo quan trọng, có khả năng cung cấp điện năng cho nhiều ứng dụng khác nhau. Hệ thống tracking (hệ thống tracking) là một giải pháp kỹ thuật giúp tối ưu hóa việc thu nhận năng lượng từ ánh sáng mặt trời bằng cách điều chỉnh vị trí của tấm pin mặt trời theo hướng ánh sáng. Việc tự động hóa quá trình này thông qua các thiết bị điều khiển hiện đại không chỉ nâng cao hiệu suất chuyển đổi quang điện mà còn giảm thiểu chi phí vận hành. Hệ thống tracking năng lượng mặt trời tự động tại HCMUTE được thiết kế nhằm phục vụ cho các ứng dụng trong lĩnh vực năng lượng tái tạo, đặc biệt là trong việc phát triển các giải pháp năng lượng bền vững.

1.1. Tầm quan trọng của năng lượng mặt trời

Năng lượng mặt trời được coi là một trong những nguồn năng lượng sạch và bền vững nhất hiện nay. Việc khai thác và sử dụng năng lượng mặt trời không chỉ giúp giảm thiểu ô nhiễm môi trường mà còn góp phần vào việc giảm thiểu hiệu ứng nhà kính. Các nghiên cứu cho thấy, việc sử dụng năng lượng mặt trời có thể giảm đáng kể sự phụ thuộc vào các nguồn năng lượng hóa thạch, từ đó tạo ra một tương lai năng lượng bền vững hơn cho nhân loại.

II. Thiết kế hệ thống tracking năng lượng mặt trời

Hệ thống tracking năng lượng mặt trời được thiết kế với mục tiêu tối ưu hóa việc thu nhận ánh sáng mặt trời. Hệ thống này bao gồm các thành phần chính như động cơ bước, cảm biến ánh sáng và vi điều khiển. Động cơ bước được sử dụng để điều khiển chuyển động của tấm pin, trong khi cảm biến ánh sáng giúp xác định hướng ánh sáng mặt trời. Việc sử dụng vi điều khiển PIC 18F4550 cho phép xử lý dữ liệu từ cảm biến và điều khiển động cơ một cách chính xác. Hệ thống này không chỉ hoạt động hiệu quả trong điều kiện ánh sáng tốt mà còn có khả năng tự động điều chỉnh khi có sự thay đổi về hướng ánh sáng.

2.1. Nguyên lý hoạt động của hệ thống tracking

Nguyên lý hoạt động của hệ thống tracking dựa trên việc theo dõi vị trí của ánh sáng mặt trời. Khi ánh sáng chiếu vào cảm biến, tín hiệu sẽ được gửi đến vi điều khiển để điều khiển động cơ bước. Hệ thống sẽ tự động điều chỉnh góc của tấm pin mặt trời để đảm bảo rằng nó luôn hướng về phía ánh sáng. Điều này giúp tăng cường hiệu suất chuyển đổi quang điện, từ đó nâng cao khả năng nạp điện cho các thiết bị lưu trữ năng lượng như accu.

III. Kết quả thực nghiệm và phân tích

Kết quả thực nghiệm cho thấy hệ thống tracking năng lượng mặt trời tự động tại HCMUTE có hiệu suất cao hơn so với các tấm pin cố định. Các số liệu thu thập được cho thấy khả năng nạp điện cho accu từ tấm pin có tracking cao hơn đáng kể so với tấm pin không có tracking. Việc so sánh với các hệ thống tracking khác đã công bố cũng khẳng định tính khả thi và hiệu quả của hệ thống này. Những kết quả này không chỉ có giá trị trong nghiên cứu mà còn có thể ứng dụng rộng rãi trong thực tiễn, đặc biệt là trong các dự án năng lượng tái tạo.

3.1. Phân tích hiệu suất hệ thống

Phân tích hiệu suất của hệ thống tracking cho thấy rằng việc sử dụng hệ thống này có thể tăng cường khả năng thu nhận năng lượng mặt trời lên đến 30% so với các tấm pin cố định. Điều này có ý nghĩa quan trọng trong việc phát triển các giải pháp năng lượng bền vững, giúp giảm thiểu chi phí và tăng cường hiệu quả sử dụng năng lượng. Hệ thống tracking không chỉ mang lại lợi ích về mặt kinh tế mà còn góp phần vào việc bảo vệ môi trường.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Năng lượng mặt trời là nguồn năng lượng sạch, dồi dào và có tiềm năng phát triển lớn trong bối cảnh nguồn nhiên liệu hóa thạch ngày càng cạn kiệt và gây ô nhiễm môi trường. Theo báo cáo của ngành, hiện nay các hệ thống điện mặt trời chỉ chiếm khoảng 0,5% nhu cầu điện toàn cầu và dự kiến sẽ tăng lên 16% vào năm 2040. Ở Việt Nam, đặc biệt tại các tỉnh miền Trung như Ninh Thuận, với số giờ nắng trung bình khoảng 2.800 giờ/năm và bức xạ mặt trời trên 230 kcal/cm²/năm, tiềm năng khai thác năng lượng mặt trời rất lớn. Tuy nhiên, hiệu suất chuyển đổi quang-điện của các tấm pin mặt trời cố định còn hạn chế do góc tới của ánh sáng không luôn vuông góc với bề mặt pin.

Luận văn thạc sĩ này tập trung nghiên cứu thiết kế và chế tạo hệ thống solar tracking tự động hai trục nhằm tối ưu hóa góc tới của ánh sáng mặt trời trên tấm pin, từ đó nâng cao hiệu suất chuyển đổi năng lượng. Mục tiêu cụ thể là phát triển hệ thống điều khiển động cơ bước dựa trên vi điều khiển PIC18F4550, sử dụng cảm biến ánh sáng LDR để dò tìm vị trí mặt trời, áp dụng cho cả hệ thống cố định và di động (gắn trên xe năng lượng mặt trời). Nghiên cứu được thực hiện trong vòng 6 tháng tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh và Trường Đại học Khoa học Tự nhiên TP. HCM.

Ý nghĩa của nghiên cứu thể hiện qua việc tăng khả năng nạp điện cho accu từ tấm pin có tracking cao hơn so với tấm pin cố định, góp phần nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng mặt trời trong các ứng dụng thực tế như xe năng lượng mặt trời và hệ thống điện mặt trời quy mô nhỏ.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình sau:

• Nguyên lý hoạt động của pin mặt trời: Pin mặt trời là thiết bị bán dẫn p-n chuyển đổi trực tiếp năng lượng bức xạ mặt trời thành điện năng nhờ hiệu ứng quang điện. Điện áp và dòng điện đầu ra phụ thuộc vào cường độ bức xạ và góc tới của ánh sáng.

• Nguyên lý solar tracking: Hệ thống solar tracking giảm thiểu góc lệch giữa tia nắng và pháp tuyến tấm pin, giúp tăng công suất phát điện. Hệ thống được phân loại theo số trục (1 trục, 2 trục), phương pháp điều khiển (thuật toán cố định hoặc động dựa trên cảm biến ánh sáng).

• Điều khiển động cơ bước: Sử dụng động cơ bước lưỡng cực với IC điều khiển L297, L298 để điều khiển chính xác vị trí tấm pin. Vi điều khiển PIC18F4550 xử lý tín hiệu từ cảm biến ánh sáng LDR và điện áp tấm pin để điều khiển động cơ.

• Nguyên lý nạp điện accu: Mạch nạp accu từ tấm pin mặt trời được thiết kế để đảm bảo dòng và điện áp phù hợp, tránh quá tải và tăng hiệu suất nạp.

Phương pháp nghiên cứu

• Nguồn dữ liệu: Thu thập số liệu bức xạ mặt trời, điện áp và dòng điện từ tấm pin trong các điều kiện khác nhau tại TP. Hồ Chí Minh, đặc biệt tại Quận 2, trong các ngày từ tháng 3 đến tháng 4 năm 2011.

• Phương pháp phân tích: Thiết kế và chế tạo mô hình hệ thống solar tracking 2 trục với tấm pin 10W, kích thước 30x40 cm, gắn trên khung xe kích thước 80x30x25 cm. Sử dụng cảm biến LDR để thu nhận ánh sáng, vi điều khiển PIC18F4550 xử lý tín hiệu, điều khiển động cơ bước qua IC L297, L298. Thực hiện đo đạc điện áp, dòng điện nạp accu trong các chế độ hoạt động tự động và thủ công.

• Timeline nghiên cứu: Nghiên cứu và thu thập tài liệu (8/2010-10/2010), thiết kế cơ khí (9/2010-12/2010), thiết kế mạch điều khiển (10/2010-02/2011), thi công và hoàn thiện mô hình (02/2011-03/2011), khảo sát thực nghiệm và viết luận văn (03/2011-04/2011).

• Cỡ mẫu và chọn mẫu: Mô hình được thiết kế nhỏ gọn với tấm pin 10W, phù hợp cho nghiên cứu thí điểm và ứng dụng trong điều kiện thực tế tại Việt Nam.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Tăng hiệu suất nạp điện với hệ tracking: Kết quả đo thực nghiệm cho thấy điện áp và dòng điện nạp accu từ tấm pin có hệ thống tracking cao hơn đáng kể so với tấm pin cố định. Ví dụ, vào ngày 31/03/2011, cường độ dòng điện nạp từ tấm pin có tracking đạt khoảng 2,3 mA, trong khi tấm pin cố định chỉ đạt khoảng 1,8 mA, tương đương tăng khoảng 28%.

2. Khả năng điều khiển chính xác vị trí tấm pin: Hệ thống sử dụng cảm biến LDR và vi điều khiển PIC18F4550 đã điều khiển động cơ bước xoay tấm pin theo hai trục Đông-Tây và Bắc-Nam với độ chính xác cao, giới hạn góc xoay trục 1 là 65 độ và trục 2 là 360 độ, đảm bảo tấm pin luôn hướng vuông góc với ánh sáng mặt trời.

3. Ứng dụng linh hoạt cho hệ thống cố định và di động: Hệ thống tracking được thiết kế có thể gắn cố định hoặc trên xe năng lượng mặt trời di động. Mô hình xe chở hệ tracking có kích thước nhỏ gọn (80x30x25 cm), trọng lượng tổng thể khoảng 4 kg, thuận tiện cho việc di chuyển và khảo sát thực tế.

4. So sánh với các hệ tracking khác: Kết quả nghiên cứu được so sánh với các hệ thống solar tracking đã công bố cho thấy tính khả thi và hiệu quả tương đương hoặc vượt trội, đặc biệt trong việc sử dụng động cơ bước lưỡng cực và vi điều khiển PIC18F4550.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của việc tăng hiệu suất nạp điện là do hệ thống tracking giảm thiểu góc lệch giữa tia nắng và tấm pin, giúp tăng cường độ bức xạ chiếu trực tiếp lên bề mặt pin. Dữ liệu đo điện áp và dòng điện được trình bày qua các biểu đồ dòng điện và điện áp theo thời gian trong ngày, minh họa rõ ràng sự khác biệt giữa tấm pin có tracking và không tracking.

So với các nghiên cứu trước đây sử dụng cảm biến quang trở đơn giản hoặc thuật toán điều khiển cố định, hệ thống này sử dụng cảm biến LDR kết hợp mạch ổn dòng và vi điều khiển cho phép điều khiển động cơ chính xác hơn, giảm sai số và tăng độ ổn định. Việc áp dụng động cơ bước lưỡng cực với IC điều khiển chuyên dụng cũng giúp hệ thống hoạt động hiệu quả, tránh trượt cơ học khi không cấp điện.

Ý nghĩa của kết quả nghiên cứu không chỉ nằm ở việc nâng cao hiệu suất chuyển đổi năng lượng mặt trời mà còn mở rộng khả năng ứng dụng cho các phương tiện giao thông năng lượng mặt trời, góp phần phát triển bền vững nguồn năng lượng sạch tại Việt Nam.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Phát triển hệ thống tracking đa trục với kích thước lớn hơn: Mở rộng nghiên cứu thiết kế hệ thống tracking cho các tấm pin công suất lớn hơn, phù hợp với các ứng dụng công nghiệp và dân dụng, nhằm tăng tổng công suất thu năng lượng mặt trời.

2. Tối ưu hóa thuật toán điều khiển: Áp dụng các thuật toán điều khiển thông minh như fuzzy logic hoặc mạng nơ-ron để nâng cao độ chính xác và khả năng thích ứng của hệ thống tracking trong điều kiện ánh sáng thay đổi phức tạp.

3. Nâng cao độ bền và giảm trọng lượng hệ thống cơ khí: Sử dụng vật liệu composite hoặc hợp kim nhẹ để giảm trọng lượng tổng thể, tăng độ bền và khả năng vận hành ổn định trong môi trường ngoài trời.

4. Ứng dụng hệ thống tracking cho xe năng lượng mặt trời thương mại: Hợp tác với các doanh nghiệp sản xuất xe điện để tích hợp hệ thống tracking, giúp tăng hiệu suất sử dụng năng lượng mặt trời, kéo dài thời gian hoạt động và giảm chi phí vận hành.

5. Thời gian thực hiện và chủ thể thực hiện: Các giải pháp trên nên được triển khai trong vòng 2-3 năm tới bởi các viện nghiên cứu, trường đại học và doanh nghiệp công nghệ năng lượng sạch tại Việt Nam.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành kỹ thuật điện tử, năng lượng tái tạo: Luận văn cung cấp kiến thức chuyên sâu về thiết kế hệ thống solar tracking, phương pháp điều khiển động cơ bước và xử lý tín hiệu cảm biến ánh sáng.

2. Doanh nghiệp sản xuất và phát triển thiết bị năng lượng mặt trời: Tham khảo để cải tiến sản phẩm, nâng cao hiệu suất tấm pin mặt trời và phát triển các giải pháp năng lượng sạch ứng dụng trong giao thông và công nghiệp.

3. Cơ quan quản lý và hoạch định chính sách năng lượng: Hiểu rõ tiềm năng và giải pháp công nghệ để thúc đẩy phát triển năng lượng mặt trời tại Việt Nam, đặc biệt trong bối cảnh chuyển đổi năng lượng quốc gia.

4. Các nhà thiết kế và kỹ sư phát triển xe năng lượng mặt trời: Áp dụng hệ thống tracking tự động để tối ưu hóa hiệu suất thu năng lượng, nâng cao tính khả thi và hiệu quả vận hành của xe.

Câu hỏi thường gặp

1. Hệ thống solar tracking có thực sự tăng hiệu suất chuyển đổi năng lượng không?
   Có, theo kết quả thực nghiệm, hệ thống tracking giúp tăng dòng điện nạp lên khoảng 25-30% so với tấm pin cố định nhờ giảm góc lệch ánh sáng, từ đó nâng cao hiệu suất chuyển đổi quang-điện.

2. Tại sao chọn động cơ bước lưỡng cực cho hệ thống?
   Động cơ bước lưỡng cực có khả năng điều khiển vị trí chính xác, cấu tạo đơn giản và hiệu suất cao. Kết hợp với IC L297, L298 giúp điều khiển dễ dàng và ổn định hơn so với động cơ DC hoặc servo.

3. Cảm biến LDR có nhược điểm gì và cách khắc phục?
   LDR có sai số lớn và không đồng đều giữa các cảm biến. Luận văn đã cải tiến bằng mạch ổn dòng sử dụng transistor và biến trở hiệu chỉnh để cân bằng tín hiệu, giảm sai số điều khiển.

4. Hệ thống có thể ứng dụng cho xe năng lượng mặt trời thương mại không?
   Có thể, hệ thống được thiết kế nhỏ gọn, có thể gắn trên xe di động để tối ưu hóa thu năng lượng mặt trời, giúp kéo dài thời gian hoạt động và giảm chi phí sạc điện.

5. Thời gian và chi phí để triển khai hệ thống này trong thực tế là bao lâu?
   Với quy mô nhỏ và công nghệ hiện tại, việc thiết kế và lắp đặt hệ thống tracking có thể hoàn thành trong vòng 6 tháng đến 1 năm với chi phí hợp lý, tùy thuộc vào quy mô và vật liệu sử dụng.

Kết luận

• Hệ thống solar tracking hai trục được thiết kế và chế tạo thành công, sử dụng động cơ bước lưỡng cực và vi điều khiển PIC18F4550, cho phép điều khiển chính xác vị trí tấm pin mặt trời.
• Kết quả thực nghiệm chứng minh hiệu suất nạp điện cho accu từ tấm pin có tracking cao hơn khoảng 25-30% so với tấm pin cố định.
• Hệ thống có thể ứng dụng linh hoạt cho cả thiết bị cố định và xe năng lượng mặt trời di động, mở rộng khả năng sử dụng năng lượng mặt trời tại Việt Nam.
• Luận văn góp phần nâng cao hiểu biết về công nghệ solar tracking, đồng thời đề xuất các giải pháp kỹ thuật và hướng phát triển trong tương lai.
• Các bước tiếp theo bao gồm mở rộng quy mô hệ thống, tối ưu thuật toán điều khiển và hợp tác với doanh nghiệp để ứng dụng thực tế, góp phần phát triển bền vững nguồn năng lượng sạch.

Hành động ngay hôm nay để thúc đẩy nghiên cứu và ứng dụng năng lượng mặt trời tại Việt Nam!

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1 Trang 4 Luan van Luận văn Thạc sỹ Solar tracking system trữ (accu), thiết bị điều phối, tải tiêu thụ,… Sơ đồ khối hệ thống điện mặt trời: Hình 1.1: Sơ đồ khối Hệ thống điện mặt trời Để thiết kế, tính toán một hệ thống điện mặt trời, trước hết cần các thông số sau đây: - Yêu cầu và các đặc trưng của phụ tải: Hệ thống gồm bao nhiêu thiết bị, đặc trưng của mỗi thiết bị, thời gian hoạt động của các thiết bị trong ngày, trong tháng và trong năm. Thiết bị nào được ưu tiên, thiết bị nào được ngưng tạm thời,… - Vị trí lắp đặt hệ thống: Bức xạ mặt trời phụ thuộc vào từng địa điểm trên trái đất và điều kiện tự nhiên của địa điểm đó. Để hệ thống điện mặt trời có thể cung cấp đủ cho phụ tải trong suốt một năm thì cần phải lấy giá trị tổng cường độ của tháng thấp nhất làm cơ sở. Tuy nhiên, những tháng mùa hè thì năng lượng lại dư thừa gây lãng phí.

Do đó để giảm diện tích tấm pin (giảm giá thành) thì người ta kết hợp thêm máy phát dùng năng lượng gió gọi là công nghệ tổ hợp (hybrid system technology). [2] Vị trí lắp đặt hệ thống điện mặt trời còn dùng để xác định góc nghiên của dàn pin mặt trời sao cho khi đặt cố định thì tổng năng lượng của hệ thống là lớn nhất. Góc nghiên β so với phương nằm ngang, thông thường chọn: β = α ± 10º, với α là vĩ độ nơi lắp đặt. Nếu ở bán cầu Nam thì quay về hướng Bắc và ngược lại, ở bán cầu Bắc thì quay về hướng Nam.

Chương 1 Trang 5 Luan van Luận văn Thạc sỹ Solar tracking system Hình 1.2 Góc đặt tấm pin mặt trời Như đã trình bày ở trên, để lắp đặt một tấm pin cố định tại một địa điểm nào đó, cần phải có các thông số để tính toán góc đặt như: các số liệu về tổng bức xạ mặt trời, khí hậu, thời tiết được ghi nhận qua hàng chục năm, thậm chí hàng trăm năm của địa điểm đó; giờ mặt trời, bức xạ mặt trời lên dàn pin. Từ đó sẽ tính được góc nghiên β tối ưu [1]. Tuy nhiên, năng lượng bức xạ mặt trời trong ngày thay đổi, đạt giá trị cực đại khi , khi đó tia nắng có hướng trực điện với tấm pin.1 cho thấy sự phụ thuộc của điện áp (Voltage Received) , dòng điện (Current Received) đối với góc tới (Angle of Incidence) θz. Vì vậy, để điện áp, dòng điện luôn cực đại (công suất cực đại), tấm pin phải được thay đổi để luôn luôn vuông góc với hướng tia nắng.

Hệ thống điều khiển như vậy gọi là Hệ tracking năng lượng mặt trời (Solar Tracking System). Chương 1 Trang 6 Luan van Luận văn Thạc sỹ Solar tracking system Bảng 1.1: Giá trị điện áp, dòng điện phụ thuộc góc lệch [3] Angle of Voltage Current Incidence (degree) Received (mV) Received (mA) 0 685 2.3 Nhiệm vụ và giới hạn của đề tài.1 Nhiệm vụ của đề tài. - Tính toán và thiết kế hệ tracking năng lượng mặt trời. - Tính toán và thiết kế bộ điều khiển, giám sát dòng nạp accu.

- Thiết kế và thực hiện khung xe để gắn hệ tracking. - Khảo sát thực nghiệm.2 Giới hạn đề tài Do thời gian thực hiện có hạn, người thực hiện chỉ giới hạn nghiên cứu, thiết kế cho một hệ thống tracking 2 trục kích thước nhỏ, với tấm pin 10W và xe chở hệ tracking có kích thước 80cmx30cmx25cm.4 Phương pháp nghiên cứu. Tác giả sử dụng các phương pháp nghiên cứu thực hiện đề tài: - Đọc tài liệu, tổng quan và định hướng thiết kế. Chương 1 Trang 7 Luan van Luận văn Thạc sỹ Solar tracking system - Thực nghiệm trên mô hình thiết kế.

- Đo kết quả thực nghiệm - So sánh và phân tích.5 Dự kiến kết quả đạt được. Sau khi hoàn thành, tác giả thiết kế hệ tracking 2 trục hoàn chỉnh, đồng thời tiến hành khảo sát, đo các thông số khi đặt hệ thống tracking cố định và di động để đánh giá mức độ tối ưu của hệ thống.6 Kế hoạch thực hiện đề tài. TT Thời gian Công việc Ghi chú 1 8/2010-10/2010 Thu thập, nghiên cứu tài liệu 2 9/2010-12/2010 Thiết kế cơ khí 3 10/2010-02/2011 Thiết kế mạch điều khiển 4 02/2011-3/2011 Thi công, hoàn thiện mô hình 5 3/2011-4/2011 Viết luận văn Chương 1 Trang 8 Luan van Luận văn Thạc sỹ Solar tracking system Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2. Các thông số năng lượng mặt trời tại Việt Nam Việt Nam với lợi thế là một trong những nước nằm trong giải phân bố ánh nắng mặt trời nhiều nhất trong năm trên bản đồ bức xạ mặt trời của thế giới.

Riêng tại vùng Nam bộ: là vùng gần xích đạo, nắng nhiều quanh năm. Tổng bức xạ khoảng 130 đến 150 (Kcal/cm2/năm), số giờ nắng trung bình từ 2. Đây là điều kiện thuận lợi để VN phát triển ngành năng lượng mặt trời. Đặc biệt, Ninh Thuận là địa phương có cường độ chiếu xạ mặt trời lớn, thời gian chiếu sáng dài và đồng đều nên có điều kiện tiếp nhận hàng năm một lượng bức xạ mặt trời rất lớn: trên 230 kcal/cm2; tháng ít nhất cũng 14 kcal/cm2.

Số giờ nắng trung bình cả năm trong khoảng 2.800 giờ, tổng nhiệt độ trong năm khoảng 10.000 độ C, phân bố tương đối điều hòa quanh năm. Trừ những ngày có mưa rào, có thể nói hơn 90% số ngày trong năm có thể sử dụng được năng lượng mặt trời. Số tháng nắng trong năm: 9 tháng/năm, tương đương 200 ngày nắng/năm. Vì vậy, Tỉnh Ninh Thuận là một trong những tỉnh có tiềm năng năng lượng mặt trời rất lớn.

Hiện nay, với nguồn năng lượng hoá thạch, dầu mỏ đang cạn dần đồng thời vấn đề ô nhiễm môi trường do việc đốt nhiên liệu gây ra. Các nước có xu hướng tìm nguồn năng lượng sạch để thay thế. Cùng với nguồn năng lượng gió, năng lượng mặt trời được sử dụng sẽ đóng vai trò quan trọng trong hệ thống phát điện trong tương lai với những lợi ích: bảo vệ môi trường, giảm khí thải, tạo nhiều cơ hội việc làm mới và tăng cường an ninh năng lượng quốc gia. Do vậy, đây là lĩnh vực tiềm năng của Ninh Thuận và hiện có rất nhiều nhà đầu tư quan tâm, đăng ký đầu tư phát triển năng lượng mặt trời.HCM  Tại Nha Trang  Tại Đà Nẵng  Tại Hà Nội Bảng 2.1 : Giờ tại địa phương ứng với giờ mặt trời là 12 giờ.Trang Đà Nẵng Hà Nội Ngày n (106O41') (109O11') (108O12') (105O54') 1/1 1 12:10:20 12:20:20 12:16:24 12:07:12 2/1 2 12:10:47 12:20:47 12:16:51 12:07:39 3/1 3 12:11:14 12:21:14 12:17:18 12:08:06 4/1 4 12:11:40 12:21:40 12:17:44 12:08:32 5/1 5 12:12:06 12:22:06 12:18:10 12:08:58 6/1 6 12:12:31 12:22:31 12:18:35 12:09:23 7/1 7 12:12:56 12:22:56 12:19:00 12:09:48 8/1 8 12:13:21 12:23:21 12:19:25 12:10:13 9/1 9 12:13:46 12:23:46 12:19:50 12:10:38 10/1 10 12:14:09 12:24:09 12:20:13 12:11:01 11/1 11 12:14:33 12:24:33 12:20:37 12:11:25 12/1 12 12:14:56 12:24:56 12:20:60 12:11:48 Ngày n Tp.Trang Đà Nẵng Hà Nội (106O41') (109O11') (108O12') (105O54') 13/1 13 12:15:18 12:25:18 12:21:22 12:12:10 14/1 14 12:15:40 12:25:40 12:21:44 12:12:32 Chương 2 Trang 10 Luan van Luận văn Thạc sỹ Solar tracking system 15/1 15 12:16:01 12:26:01 12:22:05 12:12:53 16/1 16 12:16:22 12:26:22 12:22:26 12:13:14 17/1 17 12:16:42 12:26:42 12:22:46 12:13:34 18/1 18 12:17:02 12:27:02 12:23:06 12:13:54 19/1 19 12:17:21 12:27:21 12:23:25 12:14:13 20/1 20 12:17:39 12:27:39 12:23:43 12:14:31 21/1 21 12:17:57 12:27:57 12:24:01 12:14:49 22/1 22 12:18:13 12:28:13 12:24:17 12:15:05 23/1 23 12:18:30 12:28:30 12:24:34 12:15:22 24/1 24 12:18:45 12:28:45 12:24:49 12:15:37 25/1 25 12:19:00 12:29:00 12:25:04 12:15:52 26/1 26 12:19:14 12:29:14 12:25:18 12:16:06 27/1 27 12:19:28 12:29:28 12:25:32 12:16:20 28/1 28 12:19:41 12:29:41 12:25:45 12:16:33 29/1 29 12:19:53 12:29:53 12:25:57 12:16:45 30/1 30 12:20:04 12:30:04 12:26:08 12:16:56 31/1 31 12:20:14 12:30:14 12:26:18 12:17:06 1/2 32 12:20:24 12:30:24 12:26:28 12:17:16 2/2 33 12:20:33 12:30:33 12:26:37 12:17:25 Bảng 2.2 : Bức xạ mặt trời (W/m2) lên bề mặt Trái đất ứng với giờ mặt trời là 12 giờ.HCM Nha Trang Đà Nẵng Hà Nội Ngày n (10O45') (12O15') (16O03') (21O03') 01/01 1 1044.0940 Chương 2 Trang 11 Luan van Luận văn Thạc sỹ Solar tracking system 01/04 91 980.6284 Cường độ bức xạ mặt trời (W/m2) lên dàn pin mặt trời: Dàn pin có góc nghiêng tối ưu, được đặt lệch một góc 180 về phía Đông so với đường kinh tuyến (C = 180), trong môi trường có  = 0,2, vào 12 giờ (giờ mặt trời) (S = 0).3: Bức xạ mặt trời lên dàn pin mặt trời ứng với giờ mặt trời là 12 giờ.HCM Nha Trang Đà Nẵng Hà Nội Ngày n (10O45') (12O15') (16O03') (21O03') 01/01 1 1097.22511 Chương 2 Trang 12 Luan van Luận văn Thạc sỹ Solar tracking system 01/10 274 1058.99115 So sánh và nhận xét: Giờ thiên đỉnh trong cùng một ngày tại các địa phương nằm ở các đường kinh tuyến khác nhau là rất khác nhau.

Giờ thiên đỉnh ở tại một địa phương cũng khác nhau trong các ngày trong năm. Địa phương nằm gần kinh tuyến gốc hơn thì có độ lệch thời gian giữa giờ chuẩn và giờ địa phương ít hơn. Cường độ bức xạ mặt trời tại các địa phương trong cùng một ngày có sự sai khác, cường độ bức xạ mặt trời ở một địa phương trong các ngày trong năm cũng có sự sai biệt. Thường thì các địa phương nằm gần xích đạo hơn sẽ nhận được lượng ánh sáng mặt trời nhiều hơn.2 Cấu tạo, nguyên lý, tính chất của pin mặt trời.

Pin năng lượng mặt trời (hay pin quang điện, tế bào quang điện) là thiết bị bán dẫn chứa một lượng lớn các diode p-n, có khả năng biến đổi trực tiếp năng lượng bức xạ mặt trời thành điện năng sử dụng được nhờ vào hiệu ứng quang điện trong.1 Cấu tạo của pin mặt trời: Pin mặt trời có cấu tạo của một diode bán dẫn với diện tích bề mặt tương đối rộng và một lớp n cực mỏng để ánh sáng có thể truyền qua. Chương 2 Trang 13 Luan van Luận văn Thạc sỹ Solar tracking system Hình 2.1: Cấu tạo của pin mặt trời.[3] Pin mặt trời được sản xuất và ứng dụng phổ biến nhất hiện nay là các pin mặt trời được chế tạo từ vật liệu tinh thể bán dẫn Silic có hóa trị 4. Từ tinh thể Silic tinh khiết, để có vật liệu tinh thể bán dẫn Silic loại n, người ta pha tạp chất donor là Photpho có hóa trị 5, P có 5 điện tử ở lớp ngoài cùng do đó khi liên kết trong tinh thể Silic sẽ dư ra 1 điện tử, điện tử này trong điều kiện bị kích thích nhiệt có thể bứt ra khỏi liên kết với hạt nhân P để khuyếch tán trong mạng tinh thể. Còn để có vật liệu bán dẫn tinh thể loại p, thì tạp chất acceptor được dùng để pha vào Silic là Bo có hóa trị III, Bo có 3 điện tử ở lớp ngoài cùng do đo tính chất dẫn điện của bán dẫn tinh thể Silic loại p chủ yếu bằng các lỗ trống.