Chương 1 : TỔNG QUAN 1.Lý do chọn đề tài. Nguồn năng lượng mặt trời là nguồn năng lượng vô cùng lớn và vĩnh cửu. Đã từ lâu nó la nguồn nhiệt được sử dụng mà không cần trả phí. Nước ta là một trong những nước nằm ở vành đai nội chí tuyến nên độ cao mặt trời và độ dài ban ngày biến đổi không lớn lắm trong năm.
Số giờ năng thực tế rất lớn đặc biệt vào các tháng mùa khô có thể lên từ 8 đến 9 giờ đồng hồ. Trong bối cảnh các nguồn nhiên liệu dầu mỏ, khí đốt ngày càng cạn kiệt và giá thành cao thì việc tìm ra nguồn thay thế là vô dùng cần thiết. Mặt khác vấn đề ô nhiễm môi trường ở các thành phố lớn ngày càng trở nên nghiêm trọng và khó kiểm soát ,thì việc sử dụng nguồn năng lượng mặt cũng sẽ góp phần vào việc giúp làm giảm tình trạng ô nhiễm như hiện nay tuy không lớn lắm nhưng cũng có thể coi là một giải pháp chữa cháy trong lúc cấp bách như này. Nhận thấy những điều trên nhóm chúng em đã quyết tâm thực hiện mô hình hệ thống năng lượng mặt trời bởi tính quan trọng và ứng dụng thực tế trong đời sống hằng ngày.Vì thế nhóm em đã chọn đề tài: ”Thiết kế chế tạo hệ thống năng lượng mặt trời dạng hybrid di động “.
Với mục đích góp phần giảm ô nhiễm môi trường đồng thời có thêm nguồn năng lượng thay thế cho điện lưới sử dụng ban đêm ở nhà hoặc có thể sử dụng khi chúng ta đi chơi ở ngoài như dã ngoại, cắm trại … 1. Mục tiêu nghiên cứu -Tìm hiểu khái niệm, lịch sử phát triển, cấu tạo, nguyên lý hoạt động của hệ thống năng lượng mặt trời. -Thiết kế và thi công chế tạo mô hình sử dụng năng lượng mặt trời thực tế. - Nâng cao, bổ sung kiến các nguồn năng lượng có thể sử dụng nói chung cũng như năng lượng mặt trời nói riêng.
- Lắp đặt hệ thống sử dụng năng lượng mặt trời. 1 - Chạy thử nghiệm hệ thống, sử dụng thay thế cho điện thông thường cũng như có thể dùng thay thế bình ắc quy trên xe máy.Phương pháp nghiên cứu. Đề tài được nghiên cứu bởi hai phương pháp chính : -Nghiên cứu lý thuyết: dựa trên các kiến thức được học trên trường lớp ,tài liệu tham khảo từ thư viện ,thông tin dữ liệu trên các mạng xã hội , internet …cũng như tiếp cận thêm thông tin từ thầy cô và bạn bè xung quanh, doanh nghiệp hướng dẫn. - Nghiên cứu thực tế: thi công chế tạo một mô hình sử dụng năng lượng điện từ năng lượng mặt trời dựa trên cơ sở lý thuyết và nền tảng được tiếp thu.Lịch sử hình thành và phát triển của hệ thống năng lượng mặt trời.
Về lý thuyết, nguồn năng lượng mặt trời bắt đầu có từ đầu thế kỷ thứ 7 TCN vào thời điểm ấy con người đã biết dùng sức nóng từ mặt trời để đốt lửa sử dụng thông qua kính lúp. Sau đó người dân từ các nước Hy Lạp và La Mã đã tận dụng ánh nắng mặt trời làm gương để đốt đuốc. Sau đó nó đã trờ thành công cụ được chuẩn hóa và được gọi là “Gương đốt cháy”. Những “sunroom” bắt đầu dùng cánh cửa sổ lớn để tích tụ tập trung ánh nắng mặt trời lại thành một chỗ.Vào khoảng những năm của thế kỷ 18 và thế kỷ 19, khoa học tiên tiến đã thành công chế tạo dùng nguồn năng lượng mặt trời làm nguồn năng lượng cho lò nướng cung cấp cho các cuộc dã ngoại cũng như cắm trại.
Và sau đó họ đã chế tạo tàu hơi nhờ sức mạnh của năng lượng trời. Từ đó ta việc tận dụng nguồn năng lượng mặt trời đã có từ rất lâu trước khi con người biết đến khái niệm pin mặt trời như thời đại bây giờ. Năm 1873, Willoughby Smith nhận thấy selen có tiềm năng quang dẫn, là nền tảng cho việc selen sẽ xuất hiện điện khi tiếp xúc với ánh nắng mặt trời. Vào năm 1883, Charles Fritts bắt đầu sản xuất được làm từ selenium.
Tuy nhiên, ngày nay chúng ta đang sử dụng những tấm pin được làm từ silicon chứ phải làm từ selenium.Khái quát về hệ thống năng lượng mặt trời 2.Khái niệm Năng lượng mặt trời là là nguồn nhiên liệu đầu tiên mà con người tận dụng và khai thác trước cả lửa. Được hiểu nôm na là bức xạ và nhiệt. Ánh nắng mặt trời cùng với nguồn năng lượng khác như gió, nước.tạo nên một nhóm năng lượng tái tạo đa dạng và phong phú. Mọi sinh vật trên trái đất này sẽ không thể nào tồn tại được nếu không có mặt trời và năng lượng của nó mang lại.
3 Điện mặt trời là nguồn điện được tạo ra từ tiên tiến của công nghệ với nguyên liệu chính là ánh nắng mặt trời. Để mà nói thì điện mặt trời được xem là nguồn năng lượng sạch nhất và tiết kiệm chi phí nhất ,không chỉ vậy trong bối cảnh hiệu ứng nhà kính ngày càng tăng thì việc sử dụng điện mặt trời cũng góp phần không nhỏ trong công cuộc bảo vệ môi trường. Hệ thống điện mặt trời bao gồm thành phần chính là tấm pin năng lượng mặt trời cùng với một số thiết bị hỗ trợ khác , hệ thống vận hành chủ yếu dựa vào hiện tượng quang điện từ đó biến đổi quang năng thành điện năng. Hệ thống cấu tạo gồm các thành phần như sau : +Tấm pin mặt trời +Solar charge controll +Inverter + Thiết bị dùng để lưu trữ điện như ác quy ,pin ….Công dụng Điện mặt trời được sử dụng rất nhiều trong đời sống hằng ngày: áp dụng cho máy nước nóng lạnh,trạm sạc cho các dòng xe máy ô tô điện , thắp sáng đèn đường ,đèn báo hiệu ,đèn giao thông,đặc biệt la dùng thay thế cho điện lưới trong nhà … Thực tế cho ta thấy năng lượng mặt trời là nguồn nhiên liệu rất rất là sạch không chỉ vậy còn rất là nhiều nữa có thể nói là vô tận.
Xét về lâu dài việc sử dụng điện mặt trời rất là có lời thứ nhất lợi về chi phí tốn một khoảng ban đầu nhưng về sau thì tốn rất ít tiền điện ,thứ hai dùng năng lượng mặt trời góp phần bảo vệ môi trường. Chính vì vậy, chúng ta cần cải tiến và sử dụng triệt để chúng. Và phổ biến rộng rãi để mọi người có thế biết và tận dụng vào trong đời sống.Các bộ phận chính của hệ thống năng lượng mặt trời.1: Sơ đồ khối hệ thống điện năng lượng mặt trời 2.Tấm pin năng lượng mặt trời. Tấm pin cầu tạo gồm những phần chính như sau : Jack kết nối , cáp điện ,hộp đấu dây ,tấm nền ,solar cell,kính cường lực , khung nhôm và lớp màng EVA.2: Tấm pin năng lượng mặt trời Khung nhôm: kết nối solar cell với các bộ phận khác lên trên.
Yêu cầu cần của mỗi khung nhôm bắt buộc phải đảm bảo rằng chắc chắn cứng cáp tuy nhiên không được quá nặng đồng thời bảo vệ được các bộ phận khác trước các tác động như thời tiết, ngoại lực…. Màu bạc coi như màu chủ đạo của khung nhôm và đa số các hãng đều sản xuất khung nhôm theo mẫu màu này. Kính cường lực: bộ phận này được trang bị với mục đích chống bụi bẩn từ môi trường xung quanh , độ dày của kính sẽ tùy thuộc vào từng hãng nhưng đa số sẽ rơi vào khoảng 2-4mm vừa bảo vệ solar cell vừa đảm bảo độ trong suốt của tấm pin. Lớp EVA (ethylene vinyl acetate) hiểu đơn giản đây là chất dùng để kết dính, công dụng chính là kết dính solar cell với mặt kính cường lức phía trên và dưới.
Đồng thời còn chống rung ,chống bụi. Vật liệu EVA đặc thù chịu được nhiệt độ cao. Tế bào quang điện ( solar cell)một tấm pin mặt trời có rất nhiều solar cell nhỏ. Mỗi solar cell sử dụng hai lớp silic khác nhau đó là loại P và loại N.
Nền pin công dụng chính của nó là chống ẩm cũng như cách điện. Nguyên liệu chế tạo chính là polymer hoặc nhựa tùy vào từng hãng. Độ dày mỗi tấm nền sẽ tùy vào từng hãng và có màu chính là màu trắng.3: Tấm nền pin. Junction box được bố trí sau cung của tấm pin, nhiệm vụ chính la tập trung và chuyển đổi năng lượng từ mặt trời xuất ra ngoài.Do đó yêu cầu chế tạo phải đảm bảo chắc chắn.4: Hộp đấu dây Cáp điện, thiết kế dành riêng cho điện mặt trời với yêu cầu chịu nhiệt , điều kiện khắc nghiệt của môi trường cũng như tác động ngoại cảnh.
Jack kết nối, đầu nối điện thông dụng được dùng trong các hệ thống điện mặt trời. Từ jack này có thể tạo thành nhiều dãy pin kết nối với nhau dễ dàng.5: Jack kết nối MC4. Nguyên lý hoạt động:Khi ánh sáng mặt trời chiếu vào tấm pin đồng nghĩa các hạt photon tiếp xúc với tấm silic. Thì sẽ có những trường hợp sau : +Hạt photon truyền xuyên qua mảnh silic(năng lượng photon thấp ) +Năng lượng của các hạt photon được hấp thụ bởi mảnh silic( năng lượng hạt photon đủ lớn ) Khi các electron được kích thích sẽ di chuyển tự do trong chất bán dẫn.Từ đó nguyên tử sẽ thiếu 1 electron gọi là lỗ trống.Lỗ trống này tạo điều kiện thuận lợi cho các electron bên cạnh đến để lắp đầy từ đó các nguyên tử bên cạnh sẽ cũng bị mất đi electrong và tạo thành lỗ trống cứ tiếp tục như vậy tạo ra nhiều lỗ trống khác di chuyển xuyên suốt trong mạch bán dẫn.
Trong solar cell chỉ có mỗi electron la di chuyển và quay lại ban đầu. Không có gì hao hụt cũng như thay đổi nên tuổi thọ tấm pin rất cao. Điện ở tấm pin tạo ra sẽ là điện một chiều DC.Bộ điều khiển sạc Chức năng chính của bộ điều khiển sạc là điều chỉnh điện áp và dòng điện, là bộ phận cần thiết để kết nối giữa pin mặt trời với các thiết bị lưu trữ như ác quy, pin lithium…. Đảm bảo rằng sạc đúng quy trình hay nói cách khác tự sạc khi pin yếu hoặc tự động ngắt sạc khi pin đầy.
Ngày nay bộ điều khiển sạc ngày càng tiên tiến đảm bảo rằng pin được sạc với hiệu suất tối đa, đồng thời đầu ra là nguồn DC phục vụ việc chiếu sáng. Phân loại bộ điều khiển sạc: a) Bộ sạc PWM - Bộ điều khiển sạc loại PWM có chức năng chính là điểu chỉnh điện áp. Bộ sạc PWM hoạt động dựa trên việc bật tắt điện áp trên bảng điều khiển một cách nhanh chóng, từ đấy làm xuất hiện các xung điện DC. Kích thước của xung chính là năng lượng được tạo ra.