Thiết kế mô hình hệ thống Solar Tracking

Bài báo đề cập việc thiết kế và thi công một hệ thống pin năng lượng mặt trời với yêu cầu tận dụng tối ưu nguồn năng lượng này, đạt hiệu suất cao, hoạt động ổn định và tìm được điểm có công suất cực đại trong điều kiện nhất định. Từ đó kết hợp tưới (tiêu) cho nông nghiệp có dò điểm công suất cực đại.

1. Cấu tạo và thông số kỹ thuật
1.1. Cấu tạo

Mặc dù đã có nhiều hệ thống dàn năng lượng mặt trời tự xoay, nhưng các bước tính toán, thiết kế kết cấu cơ khí cho các hệ thống này chưa đưa ra cụ thể. Kết cấu, kích thước của dàn tự xoay hầu như được chế tạo theo kinh nghiệm.

Mô hình đo điện năng di động được thiết kế gồm các phần sau:

a. Một tấm pin năng lượng mặt trời loại mono công suất 90W

b. Bộ điều khiển sạc ắc quy và ắc quy

c. Một Invertor biến đổi dòng điện một chiều 12V lên xoay chiều 220V-500W.

d. Bộ điều khiển dùng Arduino Uno R3 + encoder + rơ le và bo nguồn nuôi

e. Khung xoay 2 trục: lắp tấm pin quay được 180⁰ theo trục đứng và 180⁰ theo trục ngang

1.2. Thông số kỹ thuật

• Kích thước đóng gói: dài x rộng x cao =1300 x 1000 x 1300
• Tổng trọng lượng: 29kg
• Công suất phát max: 500W- 220V-50Hz
• Công suất tự dùng cho hệ thống max 12VDC-20W

2. Hướng dẫn sử dụng, khai thác, bảo quản và sửa chữa

2.1. Hướng dẫn sử dụng

Bật và tắt hệ thống bằng tay trên bộ điều khiển sạc

a. Vận hành ở chế độ sạc (không dùng điện 220Vcho tải)

Bước 1: Tắt Inverter (nhấn công tắt trên inverter về “0”

Bước 2: Bật 2 công tắt trên bộ điều khiển sạc sang vị trí “ON”

Bước 3: Tấm pin sẽ có dòng điện chảy vào bộ điều khiển sạc, sạc cho ắc quy. Khi ắc quy sạc no điện nó sẽ tự ngắt (vào ban ngày lúc trời có nắng) đồng thời cấp điện 12V từ ắc quy cho bộ điều khiển xoay tấm pin.

b. Vận hành ở chế độ vừa sạc vừa sử dụng điện

Yêu cầu phụ tải sử dụng điện không vượt quá công suất của Inverter (nhỏ hơn 500W)

Bước 1: Thực hiện từ bước 1, 2, 3 như ở phần a. Sau đó bật công tắt trên Inverter sang vị trí “1” nghe tiếng bíp, quạt làm mát chạy. Cắm đèn, quạt, sạc điện thoại,… vào ổ cắm điện.

Vào ban đêm hệ thống phù hợp cho chiếu sáng với tải 40W sử dụng được trong 60 phút. Nếu muốn dùng lâu hơn thì sử dụng ắc quy có dung lượng lớn hơn.

Vào ban ngày trời có nắng, hệ thống sử dụng tải lên đến 100W trong nhiều giờ (từ 8 đến 10 giờ).

Bước 2: Dừng hệ thống. Khi không dùng điện hoặc ắc quy cạn điện (ắc quy yếu) Inverter tự động tắt (ngắt điện ra phụ tải) ta bật công tắc trên Inverter về “0” tức OFF và công tắt cấp điện cho tải 12V trên Inverter về “OFF”.

2.2. Khai thác, bảo quản và sửa chữa

1. Khai thác:

Dùng mô hình học viên so sánh lượng điện năng phát ra giữa hệ thống solar lắp cố định và hệ thống xoay theo hướng mặt trời trong cùng điều kiện giống nhau

a. Bảo quản:

Đặt những nơi khô ráo, tránh nước trực tiếp làm ẩm, ướt bo mạch điều khiển, biến trở lấy mẫu (góc quay), các quang điện trở, inverter và các motor DC.

Thường xuyên sạc cho ắc quy no điện khi chưa dùng đến hệ thống

b. Sữa chữa:

• Thay biến trở lấy mẫu cùng loại (5kΩ) nếu bị hỏng
• Thay các rơ le cùng loại (nếu bị hỏng)
• Thay bo nguồn (nếu chết nguồn)
• Thay bo Arduino_UNO và nạp lại code (nếu hỏng bo)

Kết luận

• Nhóm nghiên cứu đã giải quyết được các vấn đề lúc đầu đã đặt ra là chế tạo hoàn chỉnh mô hình xoay hai trục điều hướng pin năng lượng mặt trời. Dưới đây là các kết quả chính mà đề tài đã đạt được.
• Hệ thống được các cơ sở để xác định nguyên tắc xoay để mô hình hoạt động sao cho tấm pin luôn hướng về phía Mặt Trời để hứng được lượng bức xạ lớn nhất.
• Xây dựng được các công thức tính toán cho bộ cảm biến hướng ánh sáng, chương trình thuật toán cho mô hình.
• Đã thiết kế, chế tạo thành công mô hình điều hướng pin năng lượng mặt trời có công suất 500W theo hai trục nằm ngang và thẳng đứng, mô hình hoạt động ổn định.
• Thực nghiệm cho kết quả tốt và phân tích được ưu, nhược điểm của mô hình để từ đó nhận thấy được các vấn đề cần lưu ý giúp cho các nghiên cứu sau này sẽ có kết quả tốt hơn nữa.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] http://globalsolaratlas.info
[2] Báo cáo về “Năng lượng tái tạo tại Việt Nam năm 2018” của StoxPlus.
[3] Gilbert M. Master ,“Renewable and efficent electric power systems”, 2002
[4] Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems, ISE with support of PSE Conferences & Consulting GmbH Freiburg, PHOTOVOLTAICS REPORT ,14 March 2019.
[5] Bài báo National Electrical Code (NEC) Section 690.8
[6] Guide to design and installation of electricity according to IEC standards 2013.
[7] Trần Công Binh, giáo trình môn “Năng lượng tái tạo”.
[8] Nguyễn Hoàng Kim Liên, giáo trình môn “An toàn điện”
[9] Hồ Phạm Huy Ánh, Kỹ thuật hệ thống năng lượng tái tạo, NXB Đại học Quốc Gia TP.HCM,2013.
[10] https://www.evn.com.vn/userfile/User/phantrang/files/2017/4/QD11_2017-
TTg_Cochedienmattroi_signed.pdf – Quyết định khuyến khích lắp điện mặt trời trên mái nhà của chính phủ.
[11] http://nangluongvietnam.vn/news/vn/nhan-dinh-phan-bien-kien-nghi/phan-bien-kien nghi/dia-to-cua-buc-xa-va-chinh-sach-gia-dien-mat-troi-o-viet-nam.html
[12] https://www.ise.fraunhofer.de/content/dam/ise/de/documents/publications/studies/Photovoltaics-Report.pdf
[13] Báo cáo viện năng lượng tái tạo Việt Nam 2018

Ngô Đăng Lưu (Đại học quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh)
Nguyễn Đình Long (Trường ĐH Đồng Nai)
Nguyễn Hùng (Trường Đại học Công nghệ Thành phố Hồ Chí Minh)
Nguyễn Hữu Khoa (Trường Cao Đẳng Điện lực Thành phố Hồ Chí Minh)