Báo cáo đồ án Hệ thống nhúng: Đề tài: Thiết kế hệ thống hướng sáng cho pin năng lượng mặt trời

+ Nâng cao hiệu suất chuyển đổi của pin năng lượng mặt trời bằng việc điều khiển vị trí tấm pin luôn vuông góc với tia sáng mặt trời chiếu tới... Nguyên lý hoạt động của pin NLMT- Pin nă

ĐỒ ÁN THIẾT KẾ

Đề tài:

Thiết kế hệ thống hướng sáng

cho pin năng lượng mặt trời

1 2 3 4

TỔNG QUAN

VỀ ĐỀ TÀI

CƠ SỞ LÝ THUYẾT

THIẾT KẾ MÔ

HÌNH

PHẦN KẾT

LUẬN

Chương I Tổng Quan về đề tài

1.2 1.1

+) Các nguồn năng lượng không tái tạo ngày càng giảm, việc

sử dụng các nguồn năng lượng tái tạo để sản xuất điện ngày càng tăng Các tấm pin mặt trời đang trở nên phổ biến hơn từng ngày

+) Mặt trời luôn chuyển động nên đòi hỏi các tấm pin cần chuyển động theo để đón nhận được tối đa ánh nắng để đạt hiệu quả cao nhất. Đồ án này mô tả cách thức làm quay tấm pin năng lượng mặt trời theo hướng tối ưu nhất

1.1

Đặt vấn đề

+) Nâng cao hiệu suất chuyển đổi của pin năng

lượng mặt trời bằng việc điều khiển vị trí tấm pin

luôn vuông góc với tia sáng mặt trời chiếu tới

Các phương án

thiết kế Học tập

Một số phương pháp

tăng hiệu suất

cho pin

Cơ sở lý thuyết GUI

2.1 Một số phương pin pháp tăng hiệu suất cho pin

Nguyên lý hoạt động của pin NLMT

- Pin năng lượng mặt trời (hay pin quang điện,

tế bào quang điện), là thiết bị bán dẫn chứa lượng lớn các tế bào quang điện, duới sự hiện diện của ánh sáng mặt trời có khả năng tạo ra dòng điện sử dụng được.

- Lớp P chứa các lỗ trống, lớp N chứa các electron

tự do, Khi 2 lớp P-N cạnh nhau, nó sẽ bị ngăn cách

ở lớp tiếp giáp (vùng nghèo)

- Khi được chiếu ánh sáng mặt trời, hay bị các hạt photon va đập, làm cho lớp tiếp giáp này bị tách ra

- Khi đó, ta nối dây điện vào 2 cực, electron tự do

sẽ chạy qua dây dẫn và sinh ra điện

✔ Phủ silic dioxit lên bề mặt pin

✔ Vật liệu composite hybrid.

✔ Vệ sinh bề mặt pin thường xuyên

Một số phương pháp tăng hiệu quả cho pin

2.3 NGHIÊN CỨU VỀ CẢM BIẾN CHO HỆ THỐNG

2.3 NGHIÊN CỨU VỀ CẢM BIẾN CHO HỆ THỐNG

4 quang trở phối hợp với vách ngăn

có nhiệm báo về cho MCU xem ánh sáng hiện tại đang ở hướng nào.

Cách thức này đơn giản, dễ thực hiện, tuy nhiên phải lựa chọn chất lượng 4 quang trở và 4 điện trở có giá trị càng giống nhau càng tốt để tránh sai số

2.4 TỔNG QUAN VỀ LINH KIỆN

Danh sách linh kiện

2.4.1

Thông tin và vai trò

của các linh kiện

2.4.2

Danh sách linh kiện

Tên linh kiện Số lượng Adruino Uno R3 1

Adruino Uno R3

Thông tin và vai trò các linh kiện

Các chân năng lượng:

+ GND (Ground): cực âm của nguồn điện cấp cho Arduino UNO

+ 5V: cấp điện áp 5V đầu ra+ 3.3V: cấp điện áp 3.3V đầu ra+ Vin (Voltage Input): để cấp nguồn ngoài cho Arduino UNO, + IOREF: điện áp hoạt động của vi điều khiển trên Arduino UNO

có thể được đo ở chân này+ RESET: việc nhấn nút Reset trên board để reset vi điều khiển tương đương với việc chân RESET được nối với GND qua 1

điện trở 10KΩ

Adruino Uno R3

Thông tin và vai trò các linh kiện

Một số chân digital có các chức năng đặc biệt :+ 2 chân Serial: 0 (RX) và 1 (TX): dùng để gửi (transmit – TX)

và nhận (receive – RX) dữ liệu TTL Serial

+ Chân PWM (~): 3, 5, 6, 9, 10, và 11: cho phép bạn xuất ra xung PWM với độ phân giải 8bit

+ Chân giao tiếp SPI: 10 (SS), 11 (MOSI), 12 (MISO), 13 (SCK) + LED 13: Khi bấm nút Reset, bạn sẽ thấy đèn này nhấp nháy

để báo hiệu

Esp 8266

Thông tin và vai trò các linh kiện

Thông số kỹ thuật:

WiFi: 2.4 GHz hỗ trợ chuẩn 802.11 Điện áp hoạt động: 3.3V

Điện áp vào: 5V thông qua cổng USB

Số chân I/O: 11 (tất cả các chân I/O đều có Interrupt/PWM/I2C/One-wire, trừ chân D0)

Số chân Analog Input: 1 (điện áp vào tối đa 3.3V)

Bộ nhớ Flash: 4MB Giao tiếp: Cable Micro USB ( tương đương cáp sạc điện thoại )

Hỗ trợ bảo mật: WPA/WPA2 Tích hợp giao thức TCP/IP

Khoảng cách giữa hai chân kết nối là 0.1 inch.

Tên các chân được ghi ở mặt sau của màn hình LCD

Có đèn led nền, có thể dùng biến trở hoặc PWM điều chỉnh độ sáng

Có thể được điều khiển với 6 dây tín hiệu

Có bộ kí tự được xây dựng hỗ trợ tiếng Anh và tiếng Nhật

Động cơ Servo

Thông tin và vai trò các linh kiện

Động cơ servo là một phần của hệ thống vòng kín và bao gồm một số bộ phận là mạch điều khiển, động cơ servo, trục, chiết áp, bánh răng truyền động, bộ khuếch đại và bộ mã hóa hoặc

bộ giải.

Động cơ servo là một thiết bị điện khép kín Nó được dùng để xoay các bộ phận của máy với hiệu suất cao và độ chính xác cao.Trục đầu ra của động cơ này có thể được di chuyển đến một góc, vị trí và vận tốc cụ thể mà động cơ thông thường không có Động cơ Servo sử dụng một động cơ thông thường và kết hợp nó với một cảm biến để phản hồi vị trí.

Module Relay

Thông tin và vai trò các linh kiện

Relay (rơ-le) là một loại linh kiện điện tử thụ động rất hay gặp trong các ứng dụng thực tế liên quan đến công suất và cần sự ổn định cao, ngoài ra nó rất dễ dàng bảo trì Rơ-le là một loại công tắc (khóa K) được kích hoạt bằng điện thay vì dùng tay kích hoạt Chính vì vậy, rơ-le được dùng làm công tắc điện tử.

Chương II Thiết kế mô hình

Sơ đồ khối

Nguyên lý hoạt động

- Khi ánh nắng mặt trời chiếu vào, 4 cảm biến sẽ ghi nhận 4 giá trị điện áp gửi về cho MCU khác nhau, tương ứng với các cảm biến ở các vị trí: trên bên phải, trên bên trái, dưới bên phải, dưới bên trái

- Sau đó, hệ thống sẽ lấy giá trị trung bình của 2 cảm biến bên trên, dưới, trái và phải để so sánh

- Nếu giá trị bên trên lớn hơn bên dưới => ánh sáng đang chiếu mạnh hơn vào 2 cảm biến bên dưới, 2 cảm biến bên trên bị che khuất bởi tấm chắn => điều khiển động cơ xoay hệ thống lên trên và ngược lại

- Nếu giá trị bên trái lớn hơn lên phải, điều khiển động cơ xoay sang trái và ngược lại

- Khi tất cả các giá trị ở 4 cảm biến đều cân bằng, động cơ sẽ dừng xoay và pin sẽ được hướng vuông góc với ảnh nắng mặt trời để bắt đầu nạp năng lượng

- Lúc này, LCD sẽ hiển thị giá trị điện áp của pin năng lượng mặt trời, đồng thời giá trị điện áp này cũng được đẩy lên một webserver đã được tạo thông qua ESP8266 Bên cạnh đó, mạch sạc cũng được nối với pin năng lượng mặt trời và lúc này ta có thể sử dụng để sạc các loại pin rời, pin điện thoại,…

Sơ đồ nguyên lý và PCB

CHƯƠNG 4 PHẦN KẾT LUẬN

27

4.1 Kết luận

Hoàn thành mục tiêu của đề tài, nghiên cứu các hệ thống

tự động điều chỉnh góc quay bề mặt thu năng lượng mặt trời theo vị trí của mặt trời

Thiết kế, chế tạo hoàn chỉnh hệ thống tự động điều chỉnh góc quay bề mặt thu của thiết bị pin năng lượng mặt trời,

có hệ thống đo tự ghi dòng nạp tích lũy chính xác

Mô hình hoạt động tốt, đúng với yêu cầu đặt ra từ đầu, không tốn quá nhiều chi phí và có thể làm mô hình học tập.

Ưu điểm:

- Tăng được công suất nạp điện tối đa cho pin NLMT

- Tính bền vững, hoạt động bền bỉ

- Dòng điện tiêu thụ nhỏ, không tiêu tốn nhiều điện năng

- Quản lý, quan sát được hệ thống ở mọi nơi chỉ cần có internet

4.2 Ưu điểm và nhược điểm

có thể khắc phục trong quá trình lựa chọn linh kiện.

4.2 Ưu điểm và nhược điểm

- Thiết kế bộ khung xoay vững chắc hơn, bền bỉ hơn.

- Ứng dụng vào pin năng lượng mặt trời lớn, có thể kết nối với lưới điện.

- Có thêm các chức năng đo dòng, tính toán công suất sạc điện và xả điện trên hệ thống pin công suất lớn.

4.3.Hướng phát triển của đề tài

32