Nghiên cứu mạch điện thỏa mãn được các yêu cầu sau: Khi có điện lưới Quốc gia thì mạch sẽ sử dụng nguồn năng lượng này để nạp cho bình ác quy. Vì đây là nguồn điện ổn định nên sử dụng để nạp cho bình sẽ nhanh hơn. Khi không có nguồn điện lưới Quốc gia. Hệ thống sẽ tự động sử dụng nguồn năng lượng mặt trời và năng lượng gió để nạp cho bình. Nguồn năng lượng nào có điện áp lớn hơn sẽ được ưu tiên để nạp cho bình. Hệ thống mạch cung cấp nguồn điện cho các tải tiêu thụ với nhiều mức điện áp khác nhau: 12V, 9V, 5V. Hệ thống mạch phải có chức năng điều khiển để khi có hệ thống điện lưới Quốc gia thì các tải tiêu thụ điện sẽ sử dụng trược tiếp nguồn điện từ điện lưới này, nhưng khi nguồn điện lưới Quốc gia bị mất thì các tải tiêu thụ này sẽ được tự động chuyển sang sử dụng nguồn điện dự phòng.
Trang 1MỤC LỤC
A MỞ ĐẦU 3
I LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI 3
II Ý NGHĨA KHOA HỌC CỦA ĐỀ TÀI 4
III MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI 4
III.1 Mục tiêu chung 4
III.2 Mục tiêu cụ thể 4
IV PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 5
IV.1 Phương pháp phân tích và tổng hợp lý thuyết 5
IV.2 Phương pháp thực nghiệm 5
B NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 5
I TÌM HIỂU CÁC SẢN PHẨM CÓ LIÊN QUAN ĐẾN ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU CỦA NHÓM 5
II TÌM HIỂU CÁC LINH KIỆN ĐIỆN TỬ CÓ LIÊN QUAN ĐẾN ĐỀ TÀI.7 II.1 Nghiên cứu về Diot 7
II.2 Tìm hiểu về LED 8
II.3 Tìm hiểu về IC 78xx 9
II.4 Tìm hiểu về Tranzito 11
II.5 Tìm hiểu về máy phát điện một chiều 12
II.6 Tìm hiểu về pin năng lương mặt trời 14
II.7 Cách tính số lượng tấm pin mặt trời và số lượng bình ắc quy theo nhu cầu sử dụng 15
III MẠCH HỆ THỐNG ĐIỆN DỰ PHÒNG SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI, NĂNG LƯỢNG GIÓ VÀ NĂNG LƯỢNG ĐIỆN LƯỚI 16
III.1 Sơ đồ khối bố trí mạch hệ thống điện dự phòng sử dụng năng lượng mặt trời, năng lượng gió và năng lượng điện lưới 16
III.2 Sơ đồ nguyên lý của mạch Hệ thống điện dự phòng sử dụng năng lượng mặt trời, năng lượng gió và năng lượng điện lưới 18
III.2.1 Sơ đồ mạch điều khiển nạp 18
III.2.2 Sơ đồ mạch phân điện áp 18
III.3 Cấu tạo máy phát điện sức gió 20
III.4 Bo mạch in 20
III.5 Sản phẩm mẫu 20
III.6 Thực nghiệm 22
IV NHỮNG ĐIỂM MỚI CỦA ĐỀ TÀI 23
C KẾT LUẬN KHOA HỌC 23
D TÀI LIỆU THAM KHẢO 24
Trang 2A MỞ ĐẦU
I LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI.
Mất điện nhưng vẫn vào được được mạng Intener, vẫn dùng được Wifi, hệthống camera giám sát vẫn hoạt động bình thường, Điện thoại, Laptop, iPad…vẫn không sợ hết pin, đó là điều mà trong cuộc sống ngày nay ai cũng mongmuốn
Trong những năm vừa qua chúng ta đã thấy, Việc cung cấp nguồn nănglượng không bắt kịp được với tốc độ công nghiệp hóa, hiện đại hóa, phát triểnđất nước nhanh như hiện nay Chúng ta thấy rõ điều này khi về mùa hè, tìnhtrạng cắt điện luân phiên xảy ra thường xuyên, liên tục, ảnh hưởng rất lớn đếnmọi hoạt động sinh hoạt, kinh doanh sản xuất, ngay cả những hoạt động cơ bản
và cần thiết hàng ngày cũng bị ảnh hưởng, như việc sử dụng điện thoại, laptop,việc truy cập Intener để trao đổi thông tin, Ở đây có hai nguyên nhân, thứ nhất
là do dung lượng pin của các thiết bị này quá quá thấp nên thời gian sử dụngđược ít Thứ hai là do các thiết bị này không truy cập được mạng Intener do cácModem kết nối mạng, modem wifi không được cung cấp nguồn để hoạt động.Rất nhiều gia đình hiện nay lắp đặt hệ thống camera chống trộm nhưng lại sửdụng nguồn điện từ điện lưới Quốc gia mà không có nguồn điện dự phòng, dovậy khi kẻ trộm cắt nguồn điện thì hệ thống camera bảo vệ này không còn tácdụng nữa Hậu quả là nhiều vụ trộm cắp gây ra án mạng thương tâm mà cácphương tiện truyền thông đã nhắc tới trong thời gian qua
Nếu có một nguồn năng lượng dự phòng nào đó có thể cung cấp điện chocác thết bị cần thiết này mà không phụ thuộc vào nguồn điện lưới Quốc gia thìmọi công việc sẽ trôi chảy hơn, cuộc sống của mỗi chúng ta sẽ bình yên và antoàn hơn
Xuât phát từ những lý do trên, đội chúng em đã chọn đề tài nghiên cứu vàchế tạo “Hệ thống điện dự phòng sử dụng năng lượng mặt trời, năng lượng gió
và năng lượng điện lưới”
Trang 3II Ý NGHĨA KHOA HỌC CỦA ĐỀ TÀI.
Nếu đề tài được nghiên cứu và chế tạo thành công sẽ cung cấp nguồn điện
dự phòng phục vụ cho nhu cầu sinh hoạt và làm việc hàng ngày của mọi người.Sản phẩn có thể hỗ trợ cho những hoạt động cơ bản của các hộ dân nghèo,các hộ dân ở vùng sâu, vùng xa chưa có điều kiện để sử dụng hệ thống điện lướiQuốc gia
III MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI.
III.1 Mục tiêu chung.
Chế tạo được mạch điện tử có thể sử dụng ca ba nguồn năng lương: năng lượng mặt trời, năng lượng gió, năng lượng điên lưới để nạp cho bình acquy Nguồn năng lượng dự phòng này có thể đáp ứng được các yêu cầu thiết yếu trong sinh hoạt gia đình
III.2 Mục tiêu cụ thể.
Nghiên cứu mạch điện thỏa mãn được các yêu cầu sau:
- Khi có điện lưới Quốc gia thì mạch sẽ sử dụng nguồn năng lượng này đểnạp cho bình ác quy Vì đây là nguồn điện ổn định nên sử dụng để nạp cho bình
sẽ nhanh hơn
- Khi không có nguồn điện lưới Quốc gia Hệ thống sẽ tự động sử dụngnguồn năng lượng mặt trời và năng lượng gió để nạp cho bình Nguồn nănglượng nào có điện áp lớn hơn sẽ được ưu tiên để nạp cho bình
- Hệ thống mạch cung cấp nguồn điện cho các tải tiêu thụ với nhiều mứcđiện áp khác nhau: 12V, 9V, 5V
- Hệ thống mạch phải có chức năng điều khiển để khi có hệ thống điện lướiQuốc gia thì các tải tiêu thụ điện sẽ sử dụng trược tiếp nguồn điện từ điện lướinày, nhưng khi nguồn điện lưới Quốc gia bị mất thì các tải tiêu thụ này sẽ được
tự động chuyển sang sử dụng nguồn điện dự phòng
Trang 4IV PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU.
IV.1 Phương pháp phân tích và tổng hợp lý thuyết.
Thông qua sách giáo khoa, sách tham khảo, hệ thống mạng intener tìm hiểulý thuyết về mạch chỉnh lưu, mạch xạc bình ác quy, cách sử dụng nguồn nănglượng gió, năng lượng mặt trời
IV.2 Phương pháp thực nghiệm.
Trên cơ sở nghiên cứu lý thuyết, chúng em đã tiến hành vẽ sơ đồ mạch.Lắp ráp trên bo mạch thí nghiệm, chạy thử, đo đạc, điều chỉnh các số liệu trên
bo mạch thí nghiệm Khi mạch đã chạy ổn định, tiến hành ráp hệ thống mạch cụthể, cho hệ thống mạch chạy thử nghiệm, đo đạc, điều chỉnh các thông số lầncuối
B NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
I TÌM HIỂU CÁC SẢN PHẨM CÓ LIÊN QUAN ĐẾN ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU CỦA NHÓM.
Thông qua hệ tống intener đội đã tìm hiểu một số sản phẩn có liên quanđến đề tài, như:
I.1 Bộ lưu điện:
Trang web http://giaphat.vn/santak/index.php?
page=shop.product_details&category_id=1&flypage=flypage.tpl&product_id=1
&option=com_virtuemart&Itemid=12 giới thiệu bộ lưu điện
santak TG500 Có điện áp vào 220V, điện áp ra 220V 10%, với
thời gian lưu điện tối ưu trong điều kiện chuẩn là 6 phút, với
công suất 300W Thích hợp cho máy vi tính, máy văn phòng,
máy tính tiền trong siêu thị, cùng các thiết bị CNTT, điện tử
khác Với mức giá bán là 1.063.000 đồng
Trang 5Trang web
http://sieuthiboluudien.net/ups-santak-true-online-c10ke-10kva.html giới thiêu sản phẩm Bộ lưu điện UPS Santak True Online C10KE (10KVA) Có điện áp vào 220V, điện áp ra 220V, với công suất 7kW, thời gianlưu điện với 100% tải là 5 phút, 50% tải là 12 phút Sử dụng bình ác quy 12V Với mức giá bán là 74.600.000 đồng
I.2 Năng lượng mặt trời.
https://hethongtudong.vn/vn/bao-gia-mainmenu-155/bao-gia-NLMT, công suất 22Wp, điện áp 12VDC với giá 2.700.000 vnđ.
I.3 Năng lượng gió.
Trang web gio-600w-71.html giới thiệu sản phẩm “Máy phát
http://diensach.com/diensach/chi-tiet-san-pham/may-phat-dien-điện gió 600W”với giá 9.100.000 vnđ
- Tua bin gió 600W, một ngày trung bình có thể
sản xuất được khoảng trên 1KWh điện với tốc độ
gió từ 4.5 m/s; Nếu tốc độ gió trung bình 6.5m/s
thì một ngày có thể sản xuất được khoảng trên 3
KWh điện; Nếu tốc độ gió trung bình 7.5 m/s thì
một ngày có thể sản xuất được khoảng 5 KWh
điện
- Hệ thống ắc quy nên dùng từ 12V/150Ah trở lên
Thông qua tìm hiểu trên mạng intener, hiện tại trên thị trường có rất nhiềucác sản phẩm lưu điện sử dụng năng lượng Mặt trời hoặc năng lượng gió hoặcnăng lượng điện lưới Nhưng theo sự tìm hiểu của đội thì vẫn chưa có sản phẩm
Trang 6lưu điện nào sử dụng đồng thời cả ba loại năng lượng như của đội đang nghiêncứu.
II TÌM HIỂU CÁC LINH KIỆN ĐIỆN TỬ CÓ LIÊN QUAN ĐẾN ĐỀ TÀI.
II.1 Nghiên cứu về Diot.
Điốt bán dẫn là các linh kiện điện tử thụ động và phi tuyến, cho phép dòngđiện đi qua nó theo một chiều mà không theo chiều ngược lại, sử dụng các tínhchất của các chất bán dẫn Có nhiều loại điốt bán dẫn, như điốt chỉnh lưu thôngthường, điốt Zener, LED Chúng đều có nguyên lý cấu tạo chung là mộtkhối bán dẫn loại P ghép với một khối bán dẫn loại N
Điốt chỉ dẫn điện theo một chiều từ a-nốt sang ca-tốt Theo nguyên lý dòngđiện chảy từ nơi có điện thế cao đến nơi có điện thế thấp, muốn có dòng điệnqua điốt theo chiều từ nơi có điện thế cao đến nơi có điện thế thấp, cần phải đặt
ở a-nốt một điện thế cao hơn ở ca-tốt Khi đó ta có UAK > 0 và ngược chiều vớiđiện áp tiếp xúc (UTX) Như vậy muốn có dòng điện qua điốt thì điện trường doUAK sinh ra phải mạnh hơn điện trường tiếp xúc, tức là: UAK > UTX Khi đó mộtphần của điện áp UAK dùng để cân bằng với điện áp tiếp xúc (khoảng 0.6V),phần còn lại dùng để tạo dòng điện thuận qua điốt
Nếu Diode còn tốt thì nó không dẫn điện theo chiều ngược ctốt sang nốt Thực tế là vẫn tồn tại dòng ngược nếu điốt bị phân cực ngược với hiệu điệnthế lớn Tuy nhiên dòng điện ngược rất nhỏ (cỡ μA) và thường không cần quan
Trang 7a-tâm trong các ứng dụng công nghiệp Mọi điốt chỉnh lưu đều không dẫn điệntheo chiều ngược nhưng nếu điện áp ngược quá lớn (VBR là ngưỡng chịu đựngcủa Diode) thì điốt bị đánh thủng, dòng điện qua điốt tăng nhanh và đốt cháyđiốt Vì vậy khi sử dụng cần tuân thủ hai điều kiện sau đây:
- Dòng điện thuận qua điốt không được lớn hơn giá trị tối đa cho phép (donhà sản xuất cung cấp, có thể tra cứu trong các tài liệu của hãng sản xuất để xácđịnh)
- Điện áp phân cực ngược (tức UAK) không được lớn hơn VBR (ngưỡngđánh thủng của điốt, cũng do nhà sản xuất cung cấp)
II.2 Tìm hiểu về LED.
LED (viết tắt của Light Emitting Diode, có nghĩa là điốt phát quang) là
các điốt có khả năng phát ra ánh sáng hay tia hồng ngoại, tử ngoại Cũng giốngnhư điốt, LED được cấu tạo từ một khối bán dẫn loại p ghép với một khối bándẫn loại n
Đối với led thường thì điện áp sử dụng thường là:
- Với led dỏ: 1.4 - 1.8v
- Led xanh, vàng các loại: 2.2 - 2.8v
- Dòng của led thường thì thấp khoảng 7 - 10mA
Đối với led siêu sáng:
- Đỏ, vàng: 2.2 -2.4v
- Xanh các loại: 3.2 -3.4v
- Trắng: 4.0 - 4.4v
Trang 8- Dòng điện led siêu sáng là 17 - 20mA.
Đối với một số loại led 4 chân thường là 35 đến 50mA
Các loại led công suất cao thì có thể từ 135 đến 700mA
* Cách mắc led vào điện áp 12V.
Để tính toán số led và giá trị điện trở chúng ta có một số quy ước sau:
V = điện áp nguồn
Vl = điện áp trên led ( điện áp của 1 led)
Vr = điện áp trên điện trở
I = dòng điện = dòng điện qua led
n = số led
R = giá trị điện trở phải mắc
Ở đây chúng ta đang tính cho cách mắc nối tiếp
II.3 Tìm hiểu về IC 78xx.
78xx là loại dòng IC dùng để ổn định điện áp dương Theo thông sốdatasheet thì ta thấy được các thông số làm việc của 78xx như sau :
+ Giải điện áp đầu vào lớn nhất là 40V
+ Giải nhiệt độ hoạt động là từ 0 đến 125 độ C Cần phải tản nhiệt tốt.+ Điện áp ổn định đầu ra tương ứng với từng loại 78xx Dòng họ 78xx cho
ra nhiều loại ổn áp điện khác nhau : như 7805 nó ổn áp 5V,7806 cho ổn áp 6V
Trang 9+ Điện áp đầu vào của họ 78xx là điện áp 1 chiều và max <=40V Dòngđiệnkhông vượt quá 1A.
+ Đảm bảo thông số là : Vin – Vout = 2V đến 3V ( lúc đó mạch mới hoạtđộng ổn ápđược)
+ Tản nhiệt tốt cho 78xx Khi hoạt động với tải thì 78xx rất nóng Đối vớicấp điện áp là 29V thì 78xx nóng khi có tải, cần tản nhiệt tốt cho nó
* Sơ đồ chân của 78xx:
1: Vin - Chân nguồn đầu vào
* Sơ đồ nâng dòng cho Họ 78xx.
Khi cần sử dụng dòng điện lớn hơn dòng điện ra của IC (1A) ta mắc vào mạch thêm một tranzitor Q1 loại PNP theo sơ đồ sau:
Trang 10- Điện áp đầu ra: Ura = U78xx.
- Chọn dòng ra 78xx chạy ½ công suất => chọn Is=0.5A, trên thực tế đối với tran cấu tạo bằng bán dẫn silic thì UEB ≈ 0.5V thì tran đã mở
- Công thức tính dòng ra: I OUT = I S +I Q1 (A) Dòng ra max của Q1 sẽ quyết
II.4 Tìm hiểu về Tranzito.
Transistor gồm ba lớp bán dẫn ghép với nhau hình thành hai mốitiếp giáp P-N , nếu ghép theo thứ tự PNP ta được Transistor thuận , nếughép theo thứ tự NPN ta được Transistor ngược về phương diện cấu tạoTransistor tương đương với hai Diode đấu ngược chiều nhau
Cấu tạo Transistor
Trang 11Hai lớp bán dẫn bên ngoài được nối ra thành cực phát(Emitter) viết tắt là E, và cực thu hay cực góp (Collector)viết tắt là C, vùng bán dẫn E và C có cùng loại bán dẫn (loại N hay P )nhưng có kích thước và nồng độ tạp chất khác nhau nên không hoán vị chonhau được.
* Ký hiệu & hình dáng Transistor
* Tìm hiểu về Tranzitor B688.
Transistor B688 là transistor thuộc loại
transistor PNP
Các thông số do nhà sản suất đưa ra:
Hệ số khuếch đại: hFE = 160, UC max = 120V,
IC max = 8A
Sơ đồ chân của transistor B688:
II.5 Tìm hiểu về máy phát điện một chiều.
Cấu tạo của máy phát điện một chiều
Máy điện Một chiều bao gồM stato với cực từ, rôto và cổ góp với chổithan
Trang 12quấn phần ứng, cổ góp và chổi than.
Lõi thép hình trụ, làm bằng các lá thép kỹ thuật điện ghép lại với nhau Các lá thép kỹ thuật điện có lỗ thông gió và rãnh để đặt dây quấn phần ứng.Mỗi phần tử của dây quấn phần ứng có nhiều vòng dây, hai đầu nối với haiphiến góp Các phiến góp đặt trên cổ góp
Cổ góp gổm các phiến góp bằng đồng được ghép cách điện, có dạng hìnhtrụ, được gắn ở đầu trục rôto Các đầu dây của phần tử dây quấn rôto nối vớiphiến góp
Chổi than làm bằng than graphit, các chổi than được tỳ chặt lên cổ góp nhờ
lò xo
Nguyên lý làm việc của máy phát điện một chiều.
Ta xét Máy phát điện Một chiều có dây quấn phần ứng gồm hai thanh dẫn
ab và cd chỉ nối với hai phiến góp 1 và 2
Khi động cơ sơ cấp quay phần ứng, các thanh dẫn của dây quấn phần ứngcắt từ trường của cực từ, cảm ứng các sức điện động Chiều sức điện động đượcxác định bằng quy tắc bàn tay phải
Khi phần ứng quay được nửa vòng, vị trí của hai thanh dẫn phần tử và haiphiến góp thay đổi cho nhau Sức điện động trong thanh dẫn đổi chiều nhưngchiều dòng điện ở Mạch ngoài không đổi
Cổ góp và chổi than đóng vai trò bộ chỉnh lưu dòng điện I ra tải có chiềukhông đổi
Phương trình cân bằng điện áp:
Trang 13- Dòng tối đa: 1500mA.
- Công suất tối đa: 20W
II.6 Tìm hiểu về pin năng lương mặt trời.
Pin năng lượng mặt trời (pin mặt trời/pin quang điện) là thiết bị giúpchuyển hóa trực tiếp năng lượng ánh sáng mặt trời (quang năng) thành nănglượng điện (điện năng) dựa trên hiệu ứng quang điện Hiệu ứng quang điện làkhả năng phát ra điện tử (electron) khi được ánh sáng chiếu vào của vật chất.Tấm pin mặt trời, những tấm có bề mặt lớn thu thập ánh nắng mặt trời vàbiến nó thành điện năng, được làm bằng nhiều tế bào quang điện có nhiệm vụthực hiện quá trình tạo ra điện từ ánh sáng mặt trời
Trang 14Silicon được biết đến là một chất bán dẫn "Chất bán dẫn là vật liệu trung
gian giữa chất dẫn điện và chất cách điện Chất bán dẫn hoạt động như một chất cách điện ở nhiệt độ thấp và có tính dẫn điện ở nhiệt độ phòng" Với tính
chất như vậy, silicon là một thành phần quan trọng trong cấu tạo của pin nănglượng mặt trời
* Các thông số kỹ thuật 01 tấm pin năng
lượng mặt trời đội đang sử dụng
- Công suất cực đại Pmax=10W
- Điện áp mạch hở (Voc): 22,41V
- Dòng ngắn mạch (Isc): 0,61A
- Điện áp tối đa (Vpm): 17,9V
- Dòng điện tối đa (Ipm): 0,56A
- Xác định tổng lượng điện tiêu thụ trong 5 giờ 30 phút.
Trang 15Số Wh của các tấm pin (Pv) = 1,3 x tổng số Wh toàn tải.
Pv = 33x1,3 = 42,9 Wh
Tra cứu hệ số panel generation (hệ số phát điện của pin mặt trời) tại địa điểm lắp đặt = 4,58, ta có:
Tổng công suất của pin mặt trời = 42,9/4,58 = 9,36 Wh
Vậy chọn loại pin mặt trời có công suất 10W
- Tính toán số lượng ắc quy.
Wh ( )
0,85 0,6 dien ap Binh
tong Dung luong binh Ah
III MẠCH HỆ THỐNG ĐIỆN DỰ PHÒNG SỬ DỤNG NĂNG
LƯỢNG MẶT TRỜI, NĂNG LƯỢNG GIÓ VÀ NĂNG LƯỢNG ĐIỆN LƯỚI.
III.1 Sơ đồ khối bố trí mạch hệ thống điện dự phòng sử dụng năng lượng mặt trời, năng lượng gió và năng lượng điện lưới.
Năng lượng
điện lưới
Năng lượng Mặt Trời
Năng lượng gió
Tải tiêu thụ
Mạch điều
Bình Ác quy
Bộ kết nối
Biến áp và Chỉnh lưu