Đề tài Ứng dụng nguồn năng lượng mặt trời để cấp điện cho hệ thống camera an ninh

nh công nào mà không gắn liền với những sự hỗ trợ, giúp đỡ dù ít hay nhiều, dù trực tiếp hay gián tiếp của người khác. Trong suốt thời gian làm đề tài tốt nghiệp, em đã tìm hiểu, học hỏi và nhận được rất nhiều sự hỗ trợ từ các thầy cô và các bạn khóa trước. Với lòng biết ơn sâu sắc, em xin gửi lời cảm ơn đến quý thầy cô ngành Công Nghệ Kỹ Thuật Nông Nghiệp Công Nghệ Cao - Trường đại học Bà Rịa Vũng Tàu đã truyền đạt vốn kiến thức quý báu cho chúng em để chúng em có được kiến thức cung cấp cho đề tài tốt nghiệp này. Qua đây em cũng xin cảm ơn các bạn khóa trước đã đóng góp ý kiến giúp đỡ bọn em để hoàn thành đề tài tốt nghiệp. Em xin chân thành cảm ơn thầy Ths.Phan Thanh Hoàng Anh đã tận tâm hướng dẫn chúng em qua từng buổi học trên lớp cũng như những lần nói chuyện với thầy về đề tài tốt nghiệp. Nếu không có những lời hướng dẫn, dạy bảo của thầy thì em nghĩ đề tài tốt nghiệp này của em rất khó có thể hoàn thiện được. Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn thầy. Đề tài tốt nghiệp này là kết quả của kiến thức trên lớp, bạn bè cùng với sự tự tìm tòi trên mạng qua các tài liệu nên kiến thức còn chưa được tổng hợp đầy đủ. Vì vậy đề tài không thể tránh khỏi những thiếu sót, em rất mong sự đóng góp ý kiến của các thầy cô cũng như các bạn để đề tài của chúng em được hoàn thiện hơn. Em xin chân thành cảm ơn! SVTH: Đỗ Đức Thiên 2 Báo cáo đề tài tốt nghiệp GVHD: ThS.Phan Thanh Hoàng Anh LỜI NÓI ĐẦU Việt nam được xem là một quốc gia có tiềm năng rất lớn về năng lượng mặt trời, đặc biệt ở các vùng miền trung và miền nam của đất nước, với cường độ bức xạ mặt trời trung bình khoảng 5 kWh/m2. Trong khi đó cường độ bức xạ mặt trời lại thấp hơn ở các vùng phía Bắc, ước tính khoảng 4 kWh/m2 do điều kiện thời tiết với trời nhiều mây và mưa phùn vào mùa đông và mùa xuân (Tô Quốc Trụ, 2010). Ở Việt nam, bức xạ mặt trời trung bình 150 kcal/m2 chiếm khoảng 2.000 – 5.000 giờ trên năm Năng lượng mặt trời ở Việt nam có sẵn quanh năm, khá ổn định và phân bố rộng rãi trên các vùng miền khác nhau của đất nước. Đặc biệt, số ngày nắng trung bình trên các tỉnh của miền trung và miền nam là khoảng 300 ngày/năm. Năng lượng mặt trời có thể được khai thác cho hai nhu cầu sử dụng: sản xuất điện và cung cấp nhiệt Có bốn dạng công nghệ năng lượng mặt trời hiện đang có mặt trên thị trường Việt nam. Đó là công nghệ năng lượng mặt trời quy mô hộ gia đình, quy mô thương mại sử dụng cho các khách sạn, nhà hàng, bệnh viện, quân đội và các trung tâm dịch vụ, cho làng mạc như đèn công cộng, âm thanh, tivi và trạm cho sạc pin. Việt Nam nói chung và tỉnh Bà Rịa - Vũng Tàu nói riêng qua báo chí , các phương tiện truyền thông, internet chúng ta có thế thấy những hệ thống điện năng lượng mặt trời đã ra đời. Là một sinh viên viện CNTT- Điện- Điện tử của trường Đại học Bà Rịa-Vũng Tàu, việc nghiên cứu và ứng dụng gì đã học vào thực tế cuộc sống là một điều rất cần thiết trong vai trò làm chủ công nghệ hiện nay. Để góp phần tạo nên nền tảng ban đầu vững chắc cho việc học tập, tìm hiểu về năng lượng mặt trời, em đã lựa chọn nghiên cứu tìm hiểu đề tài: “ ỨNG DỤNG NGUỒN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI ĐỂ CẤP ĐIỆN CHO HỆ THỐNG CAMERA AN NINH ”. Trong quá trình tiến hành không thể không gặp những khó khăn vấp phải, do đó kích thích sinh viên tư duy để tìm ra phương án tối ưu, đồng thời chủ động tìm hiểu, nghiên cứu, hỏi những người đi trước có kinh nghiệm những gì bản thân sinh viên còn thiếu. Tuy nhiên do hạn chế về kinh nghiệm thực tế và thời gian thực hiện nên việc thực hiện đề tài tốt nghiệp không thể tránh khỏi những thiếu sót. Do đó rất mong sự chỉ bảo thêm của quý thầy cô cũng như những đóng góp của các bạn sinh viên. SVTH: Đỗ Đức Thiên 3 Báo cáo đề tài tốt nghiệp GVHD: ThS.Phan Thanh Hoàng Anh MỤC LỤC CHƯƠNG I: MỞ ĐẦU ..................................................................... 6 1.1. Đặt vấn đề: ................................................................................................. 6 1.2. Phương pháp nghiên cứu: ........................................................................ 6 1.3. Tính cấp thiết của đề tài: .......................................................................... 6 1.4. Mục tiêu, nhiệm vụ và giới hạn của đề tài .............................................. 7 CHƯƠNG II: TỔNG QUÁT ........................................................... 8 2.1.Khái niệm : ................................................................................................. 8 2.1.1.Điện năng lượng mặt trời là gì? ......................................................... 8 2.1.2.Pin năng lượng mặt trời .................................................................... 10 2.2.Ứng dụng: ................................................................................................. 11 CHƯƠNG III: HỆ THỐNG ĐIỆN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI13 3.1.Tấm pin năng lượng ................................................................................ 13 3.1.1.Cấu tạo ................................................................................................ 13 3.1.2.Nguyên lý hoạt động của tấm pin năng lượng mặt trời ................. 17 3.2.Bộ chuyển đổi nghịch lưu DC-AC(inverter) ......................................... 18 3.2.1. Cấu tạo ............................................................................................... 18 3.2.2.Nguyên lý hoạt động .......................................................................... 21 3.3.Đồng hồ đo 2 chiều : ................................................................................ 21 3.4.Sơ đồ khối hệ thống ................................................................................. 22 3.5.Mô hình thực tế ........................................................................................ 24 CHƯƠNG IV : TÍNH TOÁN PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI25 4.1.Cung cấp cho hệ thống camera tòa nhà chung cư condotel The Sóng 25 4.1.1.Tính toán ............................................................................................ 25 SVTH: Đỗ Đức Thiên 4 Báo cáo đề tài tốt nghiệp GVHD: ThS.Phan Thanh Hoàng Anh 4.1.2.Tính toán acquy ................................................................................. 28 4.1.2.Lựa chọn inverter hòa lưới có dự phòng ......................................... 29 4.1.3.Thi công .............................................................................................. 35 4.2.Ưu điểm ..................................................................................................... 38 4.3.Nhược điểm: ............................................................................................. 39 CHƯƠNG V: KẾT LUẬN ............................................................. 41 5.1. Những mặt đã làm được: ....................................................................... 41 5.2. Những hạn chế, tồn tại: .......................................................................... 41 5.3. Hướng phát triển đề tài: ......................................................................... 41 SVTH: Đỗ Đức Thiên 5 Báo cáo đề tài tốt nghiệp GVHD: ThS.Phan Thanh Hoàng Anh CHƯƠNG I: MỞ ĐẦU 1.1. Đặt vấn đề: Ngày nay điện năng lượng mặt trời không còn xa xỉ đối với người tiêu dùng tại Việt Nam. Việc Lắp đặt Hệ Thống Điện Năng Lượng Mặt Trời Hòa Lưới Cho Hộ Gia Đình và Doanh Nghiệp đã dần phổ biến. Nhu cầu về điện năng lượng mặt trời ngày càng phổ biến rộng rãi, có thể hỗ trợ cho người dân giảm đáng kể tiền điện mỗi tháng. Các hệ thống Camera thường tiêu tốn lượng điện rất lớn thường có mức đầu cao. Mục đích để giảm lượng điện phải trả hàng tháng cho hệ thống Camera đó sinh viên chúng em đã tìm hiểu, nghiên cứu, chọn chủ đề: “ ỨNG DỤNG NGUỒN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI ĐỂ CẤP ĐIỆN CHO HỆ THỐNG CAMERA AN NINH ” để xây dựng thiết kế đề tài nghiên cứu khoa học. Với kiến thức học tập tại trường ở năm học cuối thuộc chuyên ngành điện dân dụng và công nghiệp còn rất ít, nên chúng em chỉ dừng lại việc ứng dụng pin năng lượng mặt trời để thiết kế hệ thống năng lượng mặt trời cung cấp cho hệ thống camera đáp ứng được khả năng nghiên cứu của sinh viên. Kết quả nghiên cứu từ đề tài tốt nghiệp này sẽ giúp chúng em có nhiều kinh nghiệm để sau khi tốt nghiệp chúng em có đủ khả năng nghiên cứu chế tạo hoàn chỉnh hệ thống điện năng lượng mặt trời cho ngôi nhà đáp ứng được sử dụng yêu cầu trên thi ̣trường với giá thành hợp ̣lý , chất lượng đảm bảo, phù hợp ̣với điều kiện sống tại Việt Nam. 1.2. Phương pháp nghiên cứu: Nghiên cứu tài liệu qua sách báo về lĩnh vực điện năng lượng mặt trời. Nghiên cứu cơ sở lý thuyết để thiết kế hệ thống năng lượng mặt trời. Tìm hiểu nguyên lý hoạt động của hệ thống điện năng lượng mặt trời. 1.3. Tính cấp thiết của đề tài: Tại sao nên sử dụng điện mặt trời? SVTH: Đỗ Đức Thiên 6 Báo cáo đề tài tốt nghiệp GVHD: ThS.Phan Thanh Hoàng Anh Nước ta được thiên nhiên ưu đãi nằm trong một số nước Đông Nam Á có giải phân bổ ánh nắng mặt trời nhiều nhất trong năm trên bản đồ bức xạ mặt trời của thế giới, vậy nên Việt Nam có tiềm năng rất lớn về điện năng lượng mặt trời cũng như năng lượng tái tạo nói chung. Điện năng lượng mặt trời đầu tư 1 lần, lợi ích trên 30 năm Tiết kiệm 100% chi phí điện, chỉ đầu tư một lần, nâng cao chất lượng cuộc sống Tăng giá trị và thẩm mỹ cho ngôi nhà Hệ thống điện mặt trời hòa lưới tiết kiệm chi phí đầu tư và có tuổi thọ trên 25 năm Tạo thu nhập từ chính sách mua điện của chính phủ trong 20 năm Đề tài ứng dụng nguồn điện từ năng lượng mặt trời để cung cấp cho hệ thống camera an ninh, giảm chi phí điện năng để cung cấp cho hệ thống hàng nhiều năm, 1.4. Mục tiêu, nhiệm vụ và giới hạn của đề tài Tìm hiểu về hệ thống điện năng lượng mặt trời. Chạy mô hình mô phỏng cho điện năng lượng mặt trời cung cấp cho hệ thống camera Xây dựng mô hình điện năng lượng mặt trời. SVTH: Đỗ Đức Thiên 7 Báo cáo đề tài tốt nghiệp GVHD: ThS.Phan Thanh Hoàng Anh CHƯƠNG II: TỔNG QUÁT 2.1.Khái niệm : 2.1.1.Điện năng lượng mặt trời là gì? Điện năng lượng mặt trời là điện được tạo ra từ việc chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành điện bằng cách sử dụng tấm pin năng lượng mặt trời hoặc từ nhà máy năng lượng mặt trời dựa trên nguyên lý hấp thụ ánh để vận hành tạo ra điện. Năng lượng mặt trời, bức xạ ánh sáng và nhiệt từ Mặt trời, đã được khai thác bởi con người từ thời cổ đại bằng cách sử dụng một loạt các công nghệ phát triển hơn bao giờ hết. Bức xạ mặt trời, cùng với tài nguyên thứ cấp của năng lượng mặt trời như sức gió và sức sóng, sức nước và sinh khối, làm thành hầu hết năng lượng tái tạo có sẵn trên Trái Đất. Chỉ có một phần rất nhỏ của năng lượng mặt trời có sẵn được sử dụng. Hình 2.1: Điện năng lượng mặt trời Điện mặt trời nghĩa là phát điện dựa trên động cơ nhiệt và pin quang điện. Sử dụng năng lượng mặt trời chỉ bị giới hạn bởi sự khéo léo của con người. Một phần danh sách các ứng dụng năng lượng mặt trời sưởi ấm SVTH: Đỗ Đức Thiên 8 Báo cáo đề tài tốt nghiệp GVHD: ThS.Phan Thanh Hoàng Anh không gian và làm mát thông qua kiến trúc năng lượng mặt trời, qua chưng cất nước uống và khử trùng, chiếu sáng bằng ánh sáng ban ngày, nước nóng năng lượng mặt trời, nấu ăn năng lượng mặt trời, và quá trình nhiệt độ cao nhiệt cho công nghiệp purposes. Để thu năng lượng mặt trời, cách phổ biến nhất là sử dụng tấm năng lượng mặt trời. Công nghệ năng lượng mặt trời được mô tả rộng rãi như là hoặc năng lượng mặt trời thụ động hoặc năng lượng mặt trời chủ động tùy thuộc vào cách chúng nắm bắt, chuyển đổi và phân phối năng lượng mặt trời. Kỹ thuật năng lượng mặt trời hoạt động bao gồm việc sử dụng các tấm quang điện và năng lượng mặt trời nhiệt thu để khai thác năng lượng. Kỹ thuật năng lượng mặt trời thụ động bao gồm các định hướng một tòa nhà về phía Mặt trời, lựa chọn vật liệu có khối lượng nhiệt thuận lợi hoặc tài sản ánh sáng phân tán, và thiết kế không gian lưu thông không khí tự nhiên. Hình 2.2: Mô hình điện năng lượng mặt trời trong dân dụng SVTH: Đỗ Đức Thiên 9 Báo cáo đề tài tốt nghiệp GVHD: ThS.Phan Thanh Hoàng Anh 2.1.2.Pin năng lượng mặt trời Pin mặt trời, hay còn gọi là tế bào quang điện (PV: Photovoltaic), pin năng lượng mặt trời là thiết bị chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành dòng điện, điện được tạo ra này còn được gọi phổ biến là điện năng lượng mặt trời. Cơ chế hoạt động của thiết bị này dựa trên hiệu ứng quang điện trong vật lý. Hình 2.3: Tấm Pin năng lượng mặt trời Cường độ dòng điện, hiệu điện thế hoặc điện trở của pin mặt trời thay đổi phụ thuộc bởi lượng ánh sáng chiếu lên chúng. Tế bào quang điện được ghép lại thành khối để trở thành pin mặt trời (thông thường 60 hoặc 72 tế bào quang điện trên một tấm pin mặt trời). Tế bào quang điện có khả năng hoạt động dưới ánh sáng mặt trời hoặc ánh sáng nhân tạo. Chúng có thể được dùng như cảm biến ánh sáng (ví dụ cảm biến hồng ngoại), hoặc các phát xạ điện từ gần ngưỡng ánh sáng nhìn thấy hoặc đo cường độ ánh sáng. Các Pin năng lượng Mặt trời được thiết kế như những modul thành phần, được ghép lại với nhau tạo thành các tấm năng lượng Mặt trời có diện tích lớn, thường được đặt trên nóc các tòa nhà nơi chúng có thể có ánh sáng SVTH: Đỗ Đức Thiên 10 Báo cáo đề tài tốt nghiệp GVHD: ThS.Phan Thanh Hoàng Anh nhiều nhất, và kết nối với bộ chuyển đổi của mạng lưới điện. Các tấm pin Mặt Trời lớn ngày nay được lắp thêm bộ phận tự động điều khiển để có thể xoay theo hướng ánh sáng, giống như loài hoa hướng dương hướng về ánh sáng Mặt Trời. 2.2.Ứng dụng: Hệ thống sưởi ấm từ năng lượng mặt trời áp dụng trong xây dựng, sử dụng các vật liệu nhiệt khối như đá, xi măng, nước,.. Hệ thống nước nóng xử lý nước sử dụng nhiệt mặt trời và điện năng lượng mặt trời để khử mặn hoặc khử khuẩn. Hình 2.4: Hệ thống nước nóng sử dụng nhiệt mặt trời Cung cấp điện cho hệ thống điện trong nhà... Ôtô chạy bằng năng lượng mặt trời. Là sản phẩm của các nhà sản xuất ôtô Thụy Sĩ từng được trưng bày trong triển lãm xe ôtô tại Geneva. Chiếc ôtô này được phủ bởi một lớp film quang điện mỏng cho phép hấp thụ năng lượng từ mặt trời và có thể giúp nó vận hành liên tục trong 20 phút. SVTH: Đỗ Đức Thiên 11 Báo cáo đề tài tốt nghiệp GVHD: ThS.Phan Thanh Hoàng Anh Hình 2.5: Xe ô tô chạy bằng năng lượng mặt trời Các pin năng lượng Mặt trời có nhiều ứng dụng trong thực tế. Do giá thành còn đắt, chúng đặc biệt thích hợp cho các vùng mà điện lưới khó vươn tới như núi cao, ngoài đảo xa, hoặc phục vụ các hoạt động trên không gian; cụ thể như các vệ tinh quay xung quanh quỹ đạo trái đất, máy tính cầm tay, các máy điện thoại cầm tay từ xa, thiết bị bơm nước... Hình 2.6: Tấm Pin năng lượng mặt trời trên tàu vũ trụ SVTH: Đỗ Đức Thiên 12 Báo cáo đề tài tốt nghiệp GVHD: ThS.Phan Thanh Hoàng Anh CHƯƠNG III: HỆ THỐNG ĐIỆN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI 3.1.Tấm pin năng lượng 3.1.1.Cấu tạo Pin năng lượng Mặt trời hay pin mặt trời hay pin quang điện (Solar panel) bao gồm nhiều tế bào quang điện (solar cells) – là phần tử bán dẫn có thành phần chính là sillic tinh khiết – có chứa trên bề mặt một số lượng lớn các cảm biến ánh sáng là điốt quang, thực hiện biến đổi năng lượng ánh sáng thành năng lượng điện. Các tế bào quang điện này được bảo vệ bởi một tấm kính trong suốt ở mặt trước và một vật liệu nhựa ở phía sau. Toàn bộ nó được đóng gói chân không trong thông qua lớp nhựa polymer càng trong suốt càng tốt. Hình 3.1: Cấu tạo một tế bào Pin quang điện Cường độ dòng điện, hiệu điện thế hoặc điện trở của pin mặt trời thay đổi phụ thuộc bởi lượng ánh sáng chiếu lên chúng. Tế bào quang điện được ghép lại thành khối để trở thành pin mặt trời (thông thường 60 hoặc 72 tế bào quang điện trên một tấm pin mặt trời). SVTH: Đỗ Đức Thiên 13 Báo cáo đề tài tốt nghiệp GVHD: ThS.Phan Thanh Hoàng Anh Cho tới hiện tại thì vật liệu chủ yếu cho pin mặt trời (và cho các thiết bị bán dẫn) là các silic tinh thể. Pin mặt trời từ tinh thể silic chia ra thành 3 loại: • Một tinh thể hay đơn tinh thể module sản xuất dựa trên quá trình Czochralski. Đơn tinh thể loại này có hiệu suất tới 16%. Chúng thường rất mắc tiền do được cắt từ các thỏi hình ống, các tấm đơn thể này có các mặt trống ở góc nối các module. • Đa tinh thể làm từ các thỏi đúc-đúc từ silic nung chảy cẩn thận được làm nguội và làm rắn. Các pin này thường rẻ hơn các đơn tinh thể, tuy nhiên hiệu suất kém hơn. Tuy nhiên chúng có thể tạo thành các tấm vuông che phủ bề mặt nhiều hơn đơn tinh thể bù lại cho hiệu suất thấp của nó. • Dải silic tạo từ các miếng phim mỏng từ silic nóng chảy và có cấu trúc đa tinh thể, Loại này thường có hiệu suất thấp nhất, tuy nhiên loại này rẻ nhất trong các loại vì không cần phải cắt từ thỏi silicon. Công nghệ trên là sản suất tấm, nói cách khác, các lọai trên có độ dày 300 μm tạo thành và xếp lại để tạo nên module. Như đã nói ở trên , Các tế bào quang điện là thành phần chính và có chức năng hấp thu ánh sáng mặt trời quang năng và biến đổi thành điện năng. Các tế bào tinh thể Silics này có thể là đơn tinh thể (goi là Pin Mono) hoặc đa tinh thể (Gọi là Pin Poly), tùy theo quy trình sản xuất của từng hãng pin mặt trời. SVTH: Đỗ Đức Thiên 14 Báo cáo đề tài tốt nghiệp GVHD: ThS.Phan Thanh Hoàng Anh Hình 3.2: Lớp bán dẫn P-N của Pin quang điện Các đặc tính kỹ thuật chính: Kích thước, màu sắc, số lượng tế bào – Cells pin và quan trọng hơn hết là hiệu suất chuyển đổi của pin mặt trời: Hiện nay , các tế bào Cells pin phổ biến nhất là các tế bào đa tinh thể Poly với hiệu suất chuyển hóa khoảng 17,6%, tạo ra một pin mặt trời 250W với 60 cells. Các tế bào Cells này được liên kết với nhau bằng một dây đồng mỏng được phủ một hợp kim thiếc. Lớp kính trước của pin mặt trời : Phần Kính mặt trước của pin mặt trời là phần nặng nhất . Nó có chức năng bảo vệ và đảm bảo độ bền cho toàn bộ tấm pin mặt trời, duy trì độ trong suốt cao. Độ dày của lớp này thường là 3,3mm nhưng nó có thể dao động từ 2 mm đến 4mm tùy thuộc vào loại kính mà hãng sản xuất pin đó chọn. Điều quan trọng là phải chú ý đến các yếu tố như chất lượng độ cứng, độ truyền quang phổ và truyền ánh sáng. Pin càng tốt thì lớp kính trước này hấp thu ánh sáng đi qua tốt hơn , phản xạ ánh sáng ít hơn. SVTH: Đỗ Đức Thiên 15 Báo cáo đề tài tốt nghiệp GVHD: ThS.Phan Thanh Hoàng Anh Hình 3.3: Các lớp của một tấm Pin năng lượng mặt trời Tấm nền của pin Tấm nền mặt sau của pin mặt trời được làm từ một vật liệu nhựa có chức năng cách ly điện, bảo vệ và che chắn các tế bào PV khỏi thời tiết và độ ẩm. Tấm đặc biệt này thường có màu trắng và được bán ở dạng cuộn hoặc tấm. Các loại pin các hãng khác nhau có thể khác nhau về độ dày, màu sắc và sự hiện diện của các vật liệu cụ thể để che chắn tốt hơn hoặc cho độ bền cơ học cao hơn. Vật liệu đóng gói hoàn thiện Pin mặt trời : Một trong những vật liệu quan trọng nhất là chất liệu đóng gói – là chất kết dính giữa các lớp khác nhau của pin mặt trời. Vật liệu phổ biến nhất được sử dụng làm chất đóng gói là EVA – Ethylene vinyl acetate. Nó là một polymer đục mờ được đóng theo cuộn. Nó phải được cắt thành tấm và nằm trước và sau các tế bào quang điện. Khi chịu một quá trình nhiệt của nấu chân không, loại polymer đặc biệt này trở đăc lại thành keo trong suốt và kết dính các tế bào quang điện. Chất lượng của quá trình này, được gọi là cán màng, đảm bảo tuổi thọ cao cho chính tấm pin đó, đồng thời có ảnh SVTH: Đỗ Đức Thiên 16 Báo cáo đề tài tốt nghiệp GVHD: ThS.Phan Thanh Hoàng Anh hưởng đến việc truyền ánh sáng, tốc độ xử lý và khả năng chống lại màu vàng do tia UV. Khung tấm pin mặt trời : Một trong những phần cuối cùng được lắp ráp pin mặt trời là khung. Nó thường được làm bằng nhôm và có chức năng đảm bảo độ bền cho tấm pin. Đối với các trường hợp sử dụng đặc biệt, cũng có sẵn các tấm pin không khung hoặc các giải pháp nhựa đặc biệt. Những giải pháp này thường liên quan đến việc sử dụng các dung dịch hỗ trợ dán ở phía sau với công nghệ kính thủy tinh. Hộp đựng mối nối mạch điện : Hộp nối có chức năng đưa các mối nối điện ra bên ngoài. Nó chứa các dây cáp để kết nối các tấm trong hệ thống. Khi chọn hộp Nối, chúng ta nên chú ý đến chất lượng nhựa, độ tốt của khớp nối. 3.1.2.Nguyên lý hoạt động của tấm pin năng lượng mặt trời Pin năng lượng mặt trời (hay pin quang điện, tế bào quang điện), là thiết bị bán dẫn chứa lượng lớn các diod p-n, duới sự hiện diện của ánh sáng mặt trời có khả năng tạo ra dòng điện sử dụng được. Sự chuyển đổi này gọi là hiệu ứng quang điện. Hình 3.4: Sự chuyển đổi các electron SVTH: Đỗ Đức Thiên 17 Báo cáo đề tài tốt nghiệp GVHD: ThS.Phan Thanh Hoàng Anh Sự chuyển đổi này thực hiện theo hiệu ứng quang điện. Hoạt động của pin mặt trời được chia làm ba giai đoạn: • Đầu tiên năng lượng từ các photon ánh sáng được hấp thụ và hình thành các cặp electron-hole trong chất bán dẫn. • Các cặp electron-hole sau đó bị phân chia bởi ngăn cách tạo bởi các loại chất bán dẫn khác nhau (p-n junction). Hiệu ứng này tạo nên hiệu điện thế của pin mặt trời. • Pin mặt trời sau đó được nối trực tiếp vào mạch ngoài tạo nên dòng điện. 3.2.Bộ chuyển đổi nghịch lưu DC-AC(inverter) 3.2.1. Cấu tạo Sơ đồ mạch chuyển đổi nghịch lưu 12VDC-220VAC Hình 3.5: Sơ đồ mạch chuyển đổi nghịch lưu 12VDC-220VAC Bộ biến đổi dòng điện một chiều (DC) thành dòng điện xoay chiều (AC) có chung một tên gọi là Inverter. Inverter có nhiều loại : SVTH: Đỗ Đức Thiên 18 Báo cáo đề tài tốt nghiệp GVHD: ThS.Phan Thanh Hoàng Anh Inverter độc lập là loại không hòa lưới có các thông số cơ bản sau : Điện áp vào một chiều (DC) : 12V – 100V tùy loại Điện áp ra xoay chiều (AC) : 220V, tần số 50Hz/60Hz, dạng sóng có thể là hình vuông hoặc hình Sin ( True Sinwave Inverter hoặc Pure Sinewave Inverter) Có đầu ra nạp ắc qui 12V – 48V Có thể tự động nạp ắc qui vào ban ngày và xả điện ra vào ban đêm Công suất có thể từ 150W đến 10KW Ưu điểm : Giá thành rẻ. Dùng riêng lẻ cho các thiết bị ở những nơi lưới điện quốc gia chưa được kéo tới như : Hải đảo, trong rừng rậm, những nơi bản làng vùng rừng núi, trạm thu phát truyền sóng không có điều kiện dùng điện lưới, trạm khí tượng độc lập ... Nhược điểm : Chỉ cung cấp phụ tải có công suất nhỏ hơn công suất hệ thống ( Inverter + dàn pin năng lượng mặt trời). Tuyệt đối không được nối thẳng với lưới điện quốc gia vì không đồng pha với lưới điện. Inverter hòa lưới bao gồm 2 loại : Inverter loại OFFGRID : Là loại inverter mà khi nối với lưới điện sẽ nó sẽ tự động phân tích các thông số của lưới điện và sau đó sẽ xuất ra một điện áp hòa lưới có cùng một thông số với điện lưới. Điện áp vào một chiều (DC) : 24V – 400V tùy loại SVTH: Đỗ Đức Thiên 19 Báo cáo đề tài tốt nghiệp GVHD: ThS.Phan Thanh Hoàng Anh Điện áp ra xoay chiều (AC) : 220V/50Hz/60Hz Pha của dòng điện trùng với pha của điện áp lưới Điện áp đầu ra có thể là một pha hoặc 3 pha. Hình dạng sóng điện áp là sóng Sine. Ưu điểm : Biến đổi năng lượng điện một chiều từ các tấm pin mặt trời thành dòng điện xoay chiều đồng thông số với điện áp lưới. Giá thành rẻ. Có thể nạp điện vào ắc qui để xả ra vào buổi tối Nhược điểm : Không tự động kéo điện từ lưới điện về để bù phần thiếu của phụ tải khi inverter không đủ công suất cung cấp cho phụ tải. Inverter loại ONGRID: Là loại inverter mà khi nối với lưới điện sẽ nó sẽ tự động phân tích các thông số của lưới điện và sau đó sẽ xuất ra một điện áp hòa lưới có cùng một thông số với điện lưới. Hệ Inverter này rất thích hợp cho các văn phòng, nhà máy, công xưởng, trường học Điện áp vào một chiều (DC) : 100 V – 600V tùy loại Điện áp ra xoay chiều (AC) : 220V/50Hz/60Hz Pha của dòng điện trùng với pha của điện áp lưới Điện áp đầu ra có thể là một pha hoặc 3 pha. Công suất có thể từ 1KW tới vài Mega oát (MW) Hình dạng sóng điện áp là sóng Sine. SVTH: Đỗ Đức Thiên 20 Báo cáo đề tài tốt nghiệp GVHD: ThS.Phan Thanh Hoàng Anh Ưu điểm : Biến đổi năng lượng điện một chiều từ các tấm pin mặt trời thành dòng điện xoay chiều đồng thông số với điện áp lưới. Tự động kéo điện từ lưới về để bù phần thiếu của phụ tải khi inverter không đủ công suất cung cấp cho phụ tải. Không dùng ắc qui để trữ điện Nhược điểm: Giá thành cao hơn loại OFFGRID Khi mất điện lưới thì hệ thống này cũng dừng hoạt động 3.2.2.Nguyên lý hoạt động Q3, Q4; Q5, Q6 là cặp transistor công suất, nối darlington để tăng cường hệ số khuếch đại dòng. Q1 và Q2 là cặp kéo. Cũng có thể nói Q1, Q3, Q5 là bộ ba transistor nối darlington 3 tầng. Tương tự Q2, Q4, Q6 cũng thế. Tín hiệu hình vuông từ IC1 được đưa đến Q1 và Q2. Ngõ ra của Q1, Q2 kéo 2 bộ đôi công suất . Hai bộ này luân phiên đóng và cắt, tạo thành hai nửa chu kỳ trên biến áp ra.Kết quả là ngõ ra máy biến áp có điện áp xoay chiều 220V Bộ chuyển đổi DC-AC kèm theo bộ phận biến tần sẽ hình thành bộ hòa lưới inverter. 3.3.Đồng hồ đo 2 chiều : Đồng hồ hai chiều dùng để đo lường lượng điện năng lượng mặt trời sản sinh và lượng điện bán cho EVN. SVTH: Đỗ Đức Thiên 21 Báo cáo đề tài tốt nghiệp GVHD: ThS.Phan Thanh Hoàng Anh Công tơ hai chiều được gắn thêm vào hệ thống sẽ tính toán lượng điện mặt trời phát ra. Nếu điện mặt trời tại các gia đình, doanh nghiệp phát ra vượt quá nhu cầu sử dụng thì lượng điện dư cả năm (sau khi bù trừ cho lượng điện sử dụng hằng tháng) sẽ được EVN mua lại với giá 2.086 đ/kWh. Địa phương nào đã hỗ trợ lắp công tơ điện 2 chiều : Hiện cả nước chỉ mới có vài thành phố được lắp thành công đồng hồ 2 chiều, tuy nhiên chưa được ký hợp đồng mua bán điện: Hồ Chí Minh, Đà Nẵng, Cần Thơ, Đồng Tháp: đo điện và lắp đặt đồng hồ miễn phí Bình Dương, Buôn Mê Thuột, Kiên Giang có tính phí đo đếm Các tỉnh mền Tây chưa chấp nhận hệ thống 5kW hòa vào lưới điện 1pha 3.4.Sơ đồ khối hệ thống Hình 3.6: Sơ đồ hệ thống điện hòa lưới 2kW SVTH: Đỗ Đức Thiên 22 Báo cáo đề tài tốt nghiệp GVHD: ThS.Phan Thanh Hoàng Anh Hệ thống gồm các tấm pin năng lượng được đấu song song với nhau kết nối vào bộ hòa mạng vào điện lưới trong nhà và điện lưới quốc gia 220V thông qua đồng hồ đo 2 chiều do do EVN cung cấp Hòa lưới điện trong nhà sử dụng cho các thiết bị phụ tải tiêu thụ trong nhà. Hình 3.7: Sơ đồ khối hệ thống năng lượng mặt trời Khối Pin mặt trời Khối Pin mặt trời gồm nhiều tấm pin kết nối song song với nhau nhằm cung cấp hệ thống điện thế ổn định 24V hoặc 48V Chúng được lắp đặt trên các khung sắt, nhôm cố định. Có thể tùy chỉnh vị trí hoặc dung cảm ứng ánh sáng để điều hướng tấm pin hấp thu ánh sáng nhiều hơn. Bộ hòa lưới Inverter có lưu trữ Là bộ hòa lưới (Inverter) trực tiếp với hệ thống lưới điện toàn quốc. Có bộ phận dữ trữ riêng thường thì phải tính toán ác quy để dự trữ trong những ngày không có nắng. SVTH: Đỗ Đức Thiên 23 Báo cáo đề tài tốt nghiệp GVHD: ThS.Phan Thanh Hoàng Anh 3.5.Mô hình thực tế Hình 3.8: Giao diện mặt trước của hệ thống Hình 3.9: Giao diện mặt trên của hệ thống SVTH: Đỗ Đức Thiên 24 Báo cáo đề tài tốt nghiệp GVHD: ThS.Phan Thanh Hoàng Anh CHƯƠNG IV : TÍNH TOÁN PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI 4.1.Cung cấp cho hệ thống camera tòa nhà chung cư condotel The Sóng 4.1.1.Tính toán Hệ thống camera an ninh gồm 60 camera : Camera wifi đời mới đều sử dụng nguồn điện 5V và cường độ dòng điện là 2A : Một camera 1 ngày tiêu tốn: 5 푥 2 푥 24 = 240 (푊ℎ) Vậy 1 hệ thống 60 camera sẽ tốn: 240 푥 60 = 14,4 (푘푊ℎ) Một tháng sẽ tiêu hao: 14,4 푥 30 = 432 (푘푊ℎ) Theo quyếtđịnh số 4459/QĐ-BCT của tập đoàn điện lực Việt Nam giá bán lẻ điện cho các nhóm đối tượng khách hàng : Một tháng tiêu hao 432 kWh nên tính giá bậc 6: 2495đ /kWh SVTH: Đỗ Đức Thiên 25 Báo cáo đề tài tốt nghiệp GVHD: ThS.Phan Thanh Hoàng Anh Tiền điện hàng tháng phải trả cho một hệ thống camera an ninh gồm 60 camera: 432 푥 2495 = 1.077.840 푉푁Đ 10 năm phải trả chi phí : 1.077.840 푥 12 푥 10 = 129.340.800 푉푁Đ Do tổn hao trong hệ thống, số Watt-hour của tấm pin mặt trời cung cấp phải cao hơn tổng số Watt-hour của toàn tải trong một ngày. Thực nghiệm cho thấy cao hơn khoảng 1,3 lần. Số Watt-hour các tấm pin mặt trời là: 1.3 푥 14,4 = 18,72 푘푊ℎ Mức hấp thụ của tấm pin năng lượng mặt trời ở việt nam tính trung bình là 4,6 kWh/m2/ngày. Vũng tàu là 5,3 kWh/m2/ngày. Hình 4.1: Bản đồ bức xạ mặt trời Việt Nam SVTH: Đỗ Đức Thiên 26 Báo cáo đề tài tốt nghiệp GVHD: ThS.Phan Thanh Hoàng Anh Ta lấy tổng số Watt-hour các tấm pin mặt trời chia cho 5kWh/ngày ta sẽ có tổng số Wp của tấm pin mặt trời. Vậy watt-peak các tấm pin mặt trời là: 18720 = 3744 푊푝 5,3 Mỗi tấm pin mà ta sử dụng đều có thông số Wp của nó, lấy tổng số Wp cần có của tấm pin mặt trời chia cho thông số Wp của nó ta sẽ có được số lượng tấm pin mặt trời cần dùng. Thí dụ ở trên nếu sử dụng solar panel 500 wp : Số lượng panel cần phải có là: 3744 ≈ 7푡ấ푚 500 Trung bình 1kWp tạo ra khoản 5 kWh điện/ngày. Một tháng hệ thống pin mặt trời 3744Wp sẽ tạo được 561 kWh điện (561 số điện). Một tháng lượng điện camera tiêu thụ =432 kWh Giá thành 4,2tr/ 1tấm 400wp. Tổng lắp đặt : SVTH: Đỗ Đức Thiên 27 Báo cáo đề tài tốt nghiệp GVHD: ThS.Phan Thanh Hoàng Anh 4,2 푥 7 푡ấ푚 = 29,4 푡푟𝑖ệ푢 Bảo hành pin năng lượng mặt trời 20 năm. 4.1.2.Tính toán acquy Có 2 phương pháp tính toán battery: Cách thứ nhất là dựa vào lượng điện sản xu