Xây dựng dây chuyền sản xuất, lắp ráp và lắp đặt các thiết bị trạm pin mặt trời phục vụ miền núi hải đảo docx

ở nước ta công nghệ năng lượng tái tạo đã và đang được ứng dụng mang lại hiệu quả rất đáng khích lệ phục vụ văn hoá chính trị xã hội, riêng nguồn điện phục vụ chiếu sáng và sinh hoạt cho

miền núi và hảI đảo

(lắp đặt thử nghiệm tại đảo lý sơn tỉnh quảng ng∙i )

6214

24/11/2006

Hà nội 3 – 2006

miền núi và hảI đảo

(lắp đặt thử nghiệm tại đảo lý sơn tỉnh quảng ng∙i )

Chủ nhiệm dự án:

TS Phạm Khánh Toàn

Hà nội 3 – 2006

2.2.3 Tình hình nghiên cứu, ứng dụng điện mặt trời 12

2.3.1 Xây dựng dây chuyền sản xuất lắp ráp các thiết bị điện tử trong hệ

điện mặt trời

16

2.3.2- Nghiên cứu, thiết kế chế tạo các bộ điều khiển 23

2.3.4 Nghiên cứu thiết kế và chế tạo bộ rung cho đèn ống 12VDC 42

2.3.6 Kiểm tra trên thực tế hiện trờng các thiết bị đợc thiết kế chế tạo 46

3.4 Hiệu quả Kinh tế

3.4.1 Tính giá 1 kWh chạy máy phát

3.4.2 Tính giá 1 kWh chạy bằng trạm pin mặt trời

58

58

58

phần I tóm tắt nội dung chính của dự án

nghiên cứu khoa học và phát triển công nghệ

1.1 Mở đầu

Hiện nay việc sử dụng hiệu quả nguồn năng lượng mặt trời có một ý nghĩa rất lớn, góp phần đáng kể trong quá trình cải thiện, nâng cao đời sống của dân vùng miền núi và hải đảo

Nhà nước đã đầu tư rất mạnh cho việc phát triển lưới điện về vùng nông thôn, đặc biệt là vùng núi cao, vùng sâu và hải đảo Do đặc thù về địa hình phức tạp, phân bố dân thưa thớt, không theo một quy hoạch nào nên việc kéo lưới điện rất khó khăn Theo quy hoạch phát triển điện lực Việt Nam giai đoạn

2006 đến 2015, xét đến triển vọng 2025 Tính đến năm 2010 vẫn còn hàng trăm xã không thể đưa lưới điện quốc gia tới được Việc cung cấp điện năng cho những vùng này chủ yếu là nguồn năng lượng mới và tái tạo, nguồn năng lượng tại chỗ

ở nước ta công nghệ năng lượng tái tạo đã và đang được ứng dụng mang lại hiệu quả rất đáng khích lệ phục vụ văn hoá chính trị xã hội, riêng nguồn điện phục vụ chiếu sáng và sinh hoạt cho các vùng trên được thực hiện chủ yếu là công nghệ pin mặt trời, theo các dạng sau:

Trạm pin mặt trời gia đình

Trạm pin mặt trời tập thể

Trạm pin mặt trời phục vụ cơ quan, thông tin liên lạc

Một trong những nguyên nhân chính cản trở việc phát triển rộng rãi các trạm pin mặt trời là chi phí đầu tư thiết bị còn cao, đầu tư vào các vùng còn rất nghèo nàn, trình độ dân trí thấp, không mang lại hiệu quả thiết thực

Để thực hiện chương trình điện khí hoá nông thôn Việt Nam, Đảng và Nhà nước ta đã có những chính sách đầu tư rất lớn từ nhiều năm nay Đối với những khu vực dân cư thuộc vùng núi và vùng sâu vùng xa, vùng dân tộc ít người, vùng hải đảo nơi mà lưới điện quốc gia chưa thể vươn tới được thì việc

sử dụng năng lượng điện phục vụ chiếu sáng, thông tin liên lạc và văn hoá xã hội phải dựa vào các nguồn năng lượng điện sản xuất tại chỗ, trong đó nguồn năng lượng điện mặt trời là một trong những nguồn quan trọng được quan tâm nghiên cứu ứng dụng

Trong nhiều năm trở lại đây do điều kiện và năng lực khoa học công nghệ Việt Nam chưa phát triển, nên thiết bị pin mặt trời và các phụ kiện đi kèm phần lớn phải nhập ngoại

Giá cả nhập ngoại các chủng loại pin mặt trời trên thế giới vào Việt Nam rất đa dạng và khá cao so với thu nhập và khả năng kinh tế của người dân Việt Nam nói chung, còn đối với vùng sâu, vùng xa lại còn cao hơn nhiều

Xuất phát từ mục tiêu yêu cầu phát triển kinh tế xã hộỉ ở miền núi và hải đảo, Viện Năng Lượng đã thực hiện thành công Dự án sản xuất thử

nghiệm: Xây dựng dây chuyền sản xuất, lắp ráp các thiết bị trạm pin mặt

trời phục vụ miền núi và hải đảo: (Lắp đặt thử nghiệm tại đảo Lý Sơn, Quảng Ng∙i)

Cũng cần nhấn mạnh rằng Dự án sản xuất thử nghiệm các thiết bị của trạm pin mặt trời, giá các thiết bị điện tử sản xuất trong nước chỉ vào khoảng

50 - 60% so với giá nhập ngoại, chất lưọng đảm bảo, phù hợp với dân trí hay trình độ môi trường miên núi và hải đảo Như vậy có thể khẳng định rằng, trình độ kỹ thuật và công nghệ trong nước hoàn toàn có thể sản xuất được các thiết bị điện tử trong các hệ nguồn điện năng lượng mới nói chung và điện mặt

trời nói riêng với giá cả rẻ hơn, chất lượng chấp nhận được

- Hoàn thành việc chế tạo các phụ kiện cho trạm pin mặt trời, lắp đặt,

vận hành và chuyển giao công nghệ cho các địa phương thuộc miền núi và hải

đảo, góp phần thực hiện chương trình ĐKHNT của chính phủ

- Khẳng định sự thành công của các đề tài NCKH của Viện Năng lượng đã được nghiệm thu, góp phần đẩy mạnh sự gắn kết giữa công tác NCKH với phục vụ đời sống xã hội

- Khẳng định khả năng tự chế tạo và lắp ráp thiết bị pin mặt trời trong nước, trong đó có chú ý điều kiện sử dụng kỹ thuật, nguyên vật liệu và trình

độ cán bộ kỹ thuật trong nước

- Tạo tiền đề để nhân rộng mô hình kết hợp trạm pin mặt trời với các

dạng năng lượng khác nhằm đẩy mạnh chiến lược phát triển bền vững, sử

dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả

- Là cơ sở để kêu gọi vốn đầu tư và hỗ trợ từ các tổ chức Quốc tế trong chiến lược phát triển năng lượng từ nhiên liệu sạch

- Tiến dần đến tự túc hoàn toàn trong chế tạo thiết bị, chủ động về công nghệ sử dụng năng lượng pin mặt trời

1.2 Kinh phí thực hiện dự án

Tổng kinh phí thực hiện Dự án : 2.700 triệu đồng

Kinh phí của Viện Năng Lượng thực hiện : 1.000 triệu đồng

Kinh phí hỗ trợ từ ngân sách nhà nước : 1700 triệu đồng

1.3 Kinh phí thu hồi dự án

Kinh phí thu hồi: 1015.2 triệu đồng

Thời gian thu hồi:

Danh mục các sản phẩm KHCN nghiệm thu

=40 0

I = 30A :110 bộ 110 bộ I = 30A, U = 13,8V ngắt nạp,

U = 12,6Vsạc lại U = 10,5V ngắt tải, hiệu suất 90 =>95%, t 0

=40 0

I = 40A: 110 bộ 110 bộ I = 40A, U = 13,8V ngắt nạp,

U = 12,6Vsạc lại U = 10,5V ngắt tải, hiệu suất 89 =>94%, t 0

=40 0

2 Bộ đổi điện:12VDC/220AC, 300VA 50 bộ 300VA, sóng thang 220V, 50Hz, ắc

qui 10,5V ngắt tải, ngắt tải AC 180V, hiệu suất 85%

12VDC/220AC 600VA 50bộ 600VA, sóng sin 220V, 50Hz, ắc

qui 10,5V ngắt tải, ngắt tải AC 180V, hiệu suất 85%.

24V DC / 220AC, 1500VA 20 bộ 1500VA, sóng sin 220V, 50Hz, ắc

qui 21V ngắt tải, ngắt tải AC 180V, hiệu suất 78%

12VDC/220AC, 1000WVA 50bộ 1000VA, sóng sin 220V, 50Hz, ắc

qui 10,5V ngắt tải, ngắt tải AC 180V, hiệu suất 78%

4 Trạm Pin mặt trời gia đình, 75Wp 20 trạm Phục vụ thắp sáng, TV

5 Trạm Pin mặt trời tập thể, 300Wp 2 trạm Phục vụ thắp sáng, thiết bị y tế

6 Trạm Pin mặt trời trẻ mồ côi, 150Wp 1 trạm Phục vụ thắp sáng, TV

7 Tấm pin mặt trời của Nhật:

Loại 50Wp

Loại 80Wp

50 tấm

30 tấm

Để ứng dụng thiết bị chế tạo

8 Chế tạo chân giá, mua ắc quy 40 ắc quy 100Ah, 30 bộ chân giá

9 Máy tính xách tay 1 máy Thu thập số liệu

Phần II Báo cáo tổng kết khoa học kỹ thuật

Các kết quả thực hiện dự án

2.1- Cơ sở xây dựng và thực hiện dự án

Các nguồn năng lượng mới và tái tạo (NLM & TT) là loại nguồn năng lượng (NL) rất thời sự hiện nay Nó không gây ô nhiễm môi trường và có tiềm năng là vô hạn Với hai đặc tính này, nó sẽ là một nguồn trong các nguồn NL thay thế cho nguồn NL hoá thạch gây ô nhiễm môi trường và đã bị khai thác gần cạn kiệt Xu hướng chung của cả thế giới hiện nay là nghiên cứu tìm kiếm các công nghệ thích hợp để khai thác sử dụng có hiệu quả các nguồn NLM&TT thay thế các nguồn NL hoá thạch

Đối với Việt Nam thì các nguồn NLM&TT cũng rất quan trọng, cần phải được tính đến trong cân bằng NL quốc gia trong thời gian tới Các nguồn NLM&TT có thể khai thác ở mọi nơi, mọi địa phương Đặc biệt nhiều khu vực nông thôn vùng sâu, vùng xa, nơi mà điện lưới không thể kéo đến được, hoặc chi phí quá lớn thì việc ứng dụng NLM&TT là phương án hợp lý

Việt Nam được thiên nhiên ban tặng cho nguồn tài nguyên NLM&TT

đa dạng và khá dồi dào Do ở vào khu vực nhiệt đới, từ 80 đến 23o vĩ tuyến Bắc nên có nguồn năng lượng mặt trời rất phong phú Cường độ bức xạ mặt trời nằm trong khoảng 110kcal/cm2.năm (khu Đông Bắc) đến 175 kcal/cm2.năm (Nam Trung bộ và Nam bộ) Số giờ nắng trung bình biến đổi từ 1500 giờ/năm

đến 2600 giờ/năm Nói chung trên toàn lãnh thổ, năng lượng mặt trời có tiềm năng khá lớn, có thể khai thác sử dụng có hiệu quả, đặc biệt từ Đà Nẵng trở vào Vì vậy nguồn năng lượng mặt trời là một trong các nguồn quan trọng

được lựa chọn để cung cấp điện cho các khu vực nông thôn vùng sâu vùng xa trong chương trình điện khí hoá nông thôn hiện nay của Chính phủ

Trong khuôn khổ Chương trình điện khí hoá nông thôn, những năm gần đây nhà nước đã đầu tư rất lớn cho việc phát triển lưới điện về vùng nông thôn, đặc biệt là vùng núi cao, vùng sâu và hải đảo Do đặc thù về địa hình phức tạp, phân bố dân thưa thớt, không theo một quy hoạch nào nên việc kéo lưới điện rất khó khăn Theo quy hoạch phát triển điện lực Việt Nam giai đoạn

2001 đến 2010, xét đến triển vọng 2020 thì tính đến năm 2010 vẫn còn hàng trăm xã không thể đưa lưới điện quốc gia tới được Việc cung cấp điện năng cho những vùng này chủ yếu sẽ là nguồn năng lượng mới và tái tạo

Công nghệ pin mặt trời hay điện mặt trời là một trong những công nghệ

ưu việt vì những lý do sau đây:

- Nguồn năng lượng mặt trời rất phong phú, có thể khai thác ứng dụng ở bất kỳ địa phương nào trên lãnh thổ nước ta

- Hệ thống điện mặt trời lắp đặt, vận hành, bảo dưỡng rất đơn giản, rất phù hợp với trình độ dân trí còn thấp ở các khu vực nông thôn

- Hệ thống điện mặt trời làm việc tin cậy và có tuổi thọ cao

Công nghệ điện PMT đã được nghiên cứu ứng dụng ở nước ta từ hơn mười năm lại đây, chủ yếu cho các khu vực chưa có lưới điện, để cung cấp điện sinh hoạt cho các dạng phụ tải như :

- Hộ gia đình, công suất tấm pin thường trong khoảng 40 Wp đến 75Wp

- Hộ tập thể như trạm xá, trường học, nhà văn hoá, đồn biên phòng, công suất dàn pin mặt trời thường từ 100Wp đến vài nghìn Wp

- Trạm pin mặt trời phục vụ cơ quan, thông tin liên lạc như các cơ quan trên các đảo, các trạm cấp nguồn cho hệ thống thiết bị viễn thông, các trạm

đèn biển, công suất loại trạm này có thể từ 500Wp đến một vài nghìn Wp Tuy nhiên do thiếu chính sách vĩ mô đối với các nguồn và công nghệ NL tái tạo nói chung và NL mặt trời nói riêng nên việc triển khai ứng dụng còn mang tính tự phát, manh mún và nhỏ lẻ Ngoài ra, một trong những nguyên nhân chính cản trở việc phát triển ứng dụng rộng rãi các trạm pin mặt trời là chi phí đầu tư ban đầu còn cao trong khi phần lớn các ứng dụng lại là cho các vùng nông thôn còn rất nghèo, trình độ dân trí thấp

Thời gian gần đây, do nhận thức được tầm quan trọng của các nguồn và công nghệ NL tái tạo đối với Chương trình điện khí hoá nông thôn, Đảng và Nhà nước ta đã bắt đầu có những chính sách đầu tư khuyến khích nghiên cứu ứng dụng NL tái tạo Đối với những khu vực dân cư thuộc vùng núi và vùng sâu vùng xa, vùng dân tộc ít người, vùng hải đảo nơi mà lưới điện quốc gia chưa thể vươn tới được hoặc quá tốn kém và hiệu quả lại quá thấp thì việc sử dụng năng lượng điện phục vụ chiếu sáng, thông tin liên lạc và văn hoá xã hội phải dựa vào các nguồn điện năng sản xuất tại chỗ, trong đó nguồn năng lượng

điện mặt trời và thuỷ điện nhỏ là những nguồn quan trọng được quan tâm nghiên cứu ứng dụng

Cho đến nay, trong một hệ thống điện pin mặt trời, thì chỉ có tấm Pin hay mô đun pin mặt trời phải nhập ngoại, còn các thành phần còn lại như các

bộ điều khiển, bộ biến đổi điện, đã được nghiên cứu, thiết kế và sản xuất trong nước Việc sản xuất trong nước, vừa giúp tiết kiệm ngoại tệ, vừa tạo điều kiện phát triển sản xuất kinh doanh, tạo thêm công ăn việc làm và thu nhập cho người lao động trong nước Ngoài ra, việc thay thế các thiết bị được sản xuất trong nước còn tạo ra những điều kiện thuận lợi và hiệu quả cho công tác quản lý và bảo dưỡng các hệ thống điện pin mặt trời

Xuất phát từ tình hình nói trên trên Viện Năng Lượng đã lập và được Bộ

KHCN giao cho thực hiện Dự án sản xuất thử nghiệm: Xây dựng dây chuyền

sản xuất, lắp ráp và lắp đặt các thiết bị trạm pin mặt trời phục vụ miền núi

và hải đảo: (Lắp đặt thử nghiệm tại đảo Lý Sơn, Quảng Ng∙i)

2.2- Tổng quan điện mặt trời và ứng dụng

2.2.1- Pin mặt trời

2.2.1.1 Pin mặt trời

Một lớp tiếp xúc giữa 2 loại bán dẫn, loại p và loại n tạo ra một hệ điện

tử có khả năng biến đổi trực tiếp năng lượng bức xạ mặt trời thành điện năng nhờ hiệu ứng quang điện bên trong được gọi là pin mặt trời

Pin mặt trời được sản xuất và ứng dụng phổ biến hiện nay được chế tạo

từ vật liệu tinh thể bán dẫn Silicon (Si) Si có hoá trị 4 Từ tinh thể Si tinh khiết, để có vật liệu tinh thể bán dẫn Si loại n ký hiệu là: n-Si

Hiện nay người ta cũng đã đưa ra thị trường các pin mặt trời bằng vật liệu Si vô định hình Pin mặt trời loại này có ưu điểm là tiết kiệm được vật liệu trong sản xuất do đó giá thành rẻ hơn Tuy nhiên, so với pin mặt trời tinh thể thì hiệu suất biến đổi quang điện của nó thấp và kém ổn định khi làm việc ngoài trời

Ngoài loại Si, người ta còn nghiên cứu và thử nghiệm các loại vật liệu khác có nhiều hứa hẹn như hệ Sunfit Cadmi-đồng, Galium-Arsenit (GaAs), Tuy nhiên, hiện nay việc nghiên cứu chế tạo và sử dụng các pin mặt trời từ các vật liệu khác Si chỉ mới ở phạm vi và qui mô thí nghiệm và ứng dụng trên phạm vi nhỏ

2.2.1.2 Mô đun các pin mặt trời

Các pin mặt trời sẽ phải làm việc ở điều kiện ngoài trời lâu dài Vì vậy

để bảo vệ các lớp tiếp xúc và dây nối, bảo vệ vật liệu cách điện và do đó tăng tuổi thọ pin mặt trời cần phải đóng kín pin mặt trời trong các vật liệu trong suốt Tất nhiên không thể đóng gói từng pin một mà người ta đóng gói hàng chục pin tạo ra một mô đun hay tấm pin mặt trời (xem hình 2.1) Người ta phải lựa chọn các pin hoàn toàn hoặc gần hoàn toàn giống nhau về các đặc trưng quang điện và cơ học để xếp vào một mô đun

Hình 2.1: Các lớp vật liệu trong một mô đun trước khi ép (hình bên trái)

và mô đun pin mặt trời hoàn thiện (hình bên phải)

Việc đo đạc, kiểm tra các thông số quang điện được tiến hành nghiêm ngặt đối với từng cell để ghép thành từng tấm pin mặt trời hay mô đun Bức xạ

để kiểm tra nguồn có thể là bức xạ mặt trời tự nhiên hoặc nhân tạo có cường

độ chuẩn Eo = 1.000W/m2 và đo ở nhiệt độ chuẩn To = 25oC

Hiệu suất biến đổi quang điện của PMT tinh thể Si hiện nay nằm trong khoảng 12 đến 14%

2.2.1.3- Các thông số kỹ thuật của mô đun pin mặt trời

Để tránh các ghép nối không đúng các mô đun tạo thành dàn lớn gây ra tổn thất điện năng và hư hỏng pin, người sản xuất cần phải đo đạc, kiểm tra chính xác một số đặc trưng dưới đây và ghi rõ trên mô đun hoặc trong các tài liệu bán kèm mô đun Đó là:

- Công suất làm việc cực đại Pmax (Wp) ;

- Dòng điện ngắn mạch ISC (A) ;

- Điện thế hở mạch VOC (V) ;

- Dòng điện làm việc tối ưu IOPT (A) ;

- Điện thế làm việc tối ưu VOPT (V) ;

- Hiệu suất cực đại η (%) ;

- Nhiệt độ môi trường làm việc cho phép (0C) ;

- Kích thước, trọng lượng mô đun

Ngoài các đo đạc trên, các mô đun còn phải đạt các tiêu chuẩn khác như: độ cách điện, độ bền cơ học (chịu được gió cấp 12 hay130km/ giờ, chịu

được mưa đá), chịu độ ẩm

2.2.2- Nguồn điện mặt trời

Hiện nay có hai hệ nguồn điện pin mặt trời thông dụng Đó là hệ nguồn

điện pin mặt trời nối lưới và hệ nguồn độc lập Trong hệ nguồn pin mặt trời nối lưới, điện một chiều từ dàn pin mặt trời được biến đổi thành điện xoay chiều và được hoà vào mạng lưới điện công nghiệp Công nghệ này được sử dụng phổ biến ở các nước phát triển như Mỹ, Nhật Bản, Pháp, Đức, Ưu

điểm của loại nguồn này là không cần dùng bộ dự trữ điện năng, một thành phần chiếm tỷ trọng kinh phí lớn, phải chăm sóc bảo dưỡng phức tạp và gây ô nhiễm môi trường

Đối với các khu vực không có lưới điện hoặc nhu cầu sử dung điện với qui mô nhỏ, người ta dùng công nghệ nguồn pin mặt trời độc lập Phần lớn các ứng dụng nguồn điện mặt trời thuộc khu vực nông thôn, vùng sâu vùng xa ở các nước đang phát triển người ta sử dụng công nghệ nguồn độc lập

Dưới đây chúng ta chỉ giới hạn nghiên cứu loại hệ nguồn điện pin mặt trời độc lập

2.2.2.1- Hệ thống nguồn điện pin mặt trời độc lập

Một hệ thống năng lượng pin mặt trời độc lập gồm có một số thành phần sau đây:

- Dàn hay nguồn pin mặt trời

- Bộ tích trữ điện năng (Bộ ắc qui)

- Các thiết bị điều khiển

- Bộ biến đổi điện

- Các tải tiêu thụ điện

Sơ đồ khối của một hệ thống năng lượng pin mặt trời tổng quát được trình bày trong hình 2- 2

Hình 2.2: Sơ đồ khối hệ điện mặt trời tổng quát

Cơ cấu và các chức năng của thành phần trong hệ nguồn điện PMT có thể mô tả tóm tắt như sau

a- Dàn pin mặt trời:

Gồm một hay một số mô đun pin mặt trời ghép (song song, nối tiếp hay hỗn hợp) lại để tạo nguồn công suất điện, hiệu điện thế theo yêu cầu Nó có

nhiệm vụ hấp thụ ánh sáng mặt trời và biến đổi trực tiếp thành điện một chiều

cung cấp cho các tải tiêu thụ điện

b- Bộ ắc qui hay bộ tích trữ năng lượng:

Các thiết bị sử dụng và tiêu thụ điện được gọi chung là tải Thông thường các tải tiêu thụ điện như các thiết bị thông tin, đèn chiếu sáng, TV, radio yêu cầu cấp điện liên tục kể cả vào các thời gian không có nắng Trong lúc đó, pin mặt trời chỉ phát điện lúc có nắng Vì vậy cần phải có một bộ tích trữ năng lượng (ví dụ bộ ắc qui) Ngoài ra các bộ tích trữ năng lượng còn có tác dụng

ổn định thế điện cấp cho tải Trong một số trường hợp đặc biệt, ví dụ tải là máy bơm nước, không cần phải hoạt động lúc không có nắng, thì hệ có thể không cần thành phần tích trữ năng lượng này

Thông số quan trọng của một bộ ắc quy là hiệu điện thế và dung lượng của

nó Hiệu điện thế tính bằng V, còn dung lượng được tính bằng Am-pe-giờ (Ah) hay oát-giờ (Wh) Ví dụ các loại ắc quy 12V-100Ah, 24V-400Ah, 48V-600Ah,v.v Hiệu điện thế và dung lượng của bộ ắc quy phải được tính toán phù hợp với các tải tiêu thụ và công suất dàn PMT

Bộ ắc quy Bộ biến đổi

c- Bộ điều khiển (BĐK) (Solar Controller):

BĐK là một thiết bị điện tử, nó có nhiệm vụ kiểm soát tự động các quá trình nạp và phóng điện của ắc quy, bảo vệ ắc quy và bảo vệ các thiết bị tiêu thụ điện Khi ắc quy đã được nạp điện no, dung lượng của ắc quy đạt 100%, thì BĐK sẽ tự động cắt hoặc giảm dòng nạp điện cho ắc quy từ dàn PMT Nhờ vậy ắc quy tránh được trạng thái “quá no” giảm tuổi thọ của nó Ngược lại, khi ắc quy bị đói quá, ví dụ dung lượng của nó chỉ còn lại 30% thì BĐK cũng tự động cắt dòng điện cấp cho các tải, nhờ vậy ắc quy không bị phóng

điện quá kiệt, dẫn đến hư hỏng ác quy

d- Bộ biến đổi điện (Inverter) :

Trong trường hợp các thiết bị tiêu thụ điện một chiều 12V, 24V, 48V thì người ta có thể sử dụng điện ngay sau BĐK Còn nếu có các thiết bị tiêu thụ

điện dùng dòng điện xoay chiều, ví dụ 220V, 50Hz, như TV màu, quạt, bơm nước, tủ lạnh,v.v thì trong hệ nguồn cần có thêm một Bộ biến đổi điện Cũng như BĐK, Bộ biến đổi điện là một thiết bị điện tử có chức năng biến đổi

điện một chiều từ Bộ ắc qui hay dàn PMT thành điện xoay chiều cấp cho các tải xoay chiều

Thông thường có 3 loại Bộ biến đổi điện bán trên thị trường Đó là các loại: biến đổi điện có sóng điện ra dạng xung vuông, biến đổi có sóng điện ra dạng hình thang và biến đổi có sóng điện ra dạng hình sin Sóng ra có dạng càng

đơn giản thì hiệu suất càng cao và giá Bộ biến đổi điện cũng rẻ hơn Tuỳ theo tải điện cụ thể mà người ta chọn loại biến đổi điện áp thích hợp

Công suất và các đặc trưng điện của BĐK và Bộ biến đổi điện (như hiệu

điện thế vào, hiệu điện thế ra, dải hiệu điện thế làm việc,v.v ) phải được tính toán cho phù hợp với hệ thống

2.2.2.2- Hiệu suất của hệ thống nguồn điện pin mặt trời độc lập

Các thành phần trong hệ nguồn điện PMT đều gây ra tổn thất, nên có hiệu suất giới hạn Thông thường hiệu suất của Bộ điều khiển là 90%, của Bộ biến đổi điện khoảng (75- 85) %, hiệu suất phóng nạp của Bộ ắc qui khoảng 90% Hiệu suất chung của cả hệ thống bằng tích số của các hiệu suất các thành phần trong hệ, nên chỉ khoảng (60- 65)% Từ đó ta thấy, việc thiết kế, chế tạo các Bộ điều khiển và Bộ biến đổi điện có chất lượng cao là công việc rất quan trọng Ngoài ra còn cần phải lựa chọn sơ đồ khối tối ưu cho hệ

2.2.3 Tình hình nghiên cứu, ứng dụng điện mặt trời

2.2.3.1- Tình hình nghiên cứu và ứng dụng ở nước ngoài

Tuy quá trình nghiên cứu phát triển nhằm tiếp tục nâng cao hiệu quả kinh tế-kỹ thuật của pin mặt trời (PMT) vẫn được tiếp tục một cách mạnh mẽ trên thế giới nhưng PMT đã được thương mại hoá và được ứng dụng rộng rãi

từ nhiều năm nay Hiện nay PMT đã được nhiều nước trên thế giới ứng dụng cho các lĩnh vực khác nhau như : khoa học vũ trụ, thông tin liên lạc, bảo đảm hàng hải, đặc biệt là việc cung cấp điện năng cho các hoạt động sản xuất, nghiên cứu khoa học, các thiết bị phục vụ sinh hoạt cho cuộc sống con người

ở những vùng xa lưới điện như chiếu sáng, ti vi, đài vv…

Tổng công suất lắp đặt ứng dụng pin mặt trời trên Thế giới tính theo

đầu người đối với 5 nước ứng dụng nhiều nhất là:

ra, hệ thống điện PMT làm việc tin cậy và có tuổi thọ cao

Khó khăn lớn nhất đối với việc phát triển điện mặt trời là giá thành còn cao, thông thường cao hơn giá điện công nghiệp truyền thống từ 4 đến 6 lần Tuy nhiên với sự phát triển không ngừng của KHCN, PMT ngày càng hoàn thiện và giá điện PMT do đó cũng đang giảm khá nhanh với tốc độ khoảng 6-7%/năm Ngoài ra, do bị khai thác cạn kiệt nên giá năng lượng hoá thạch ngày càng tăng cao Vì vậy trong một thời gian không xa nữa, điện mặt trời hoàn toàn có thể cạnh tranh với các nguồn điện truyền thống hiện nay

2.2.3.2 Tình hình nghiên cứu và triển khai trong nước

ở nước ta, nguồn điện từ pin mặt trời cũng đã được nghiên cứu ứng dụng từ hàng chục năm lại đây Tuy nhiên qui mô ứng dụng còn rất nhỏ lẻ Các hộ ứng dụng nhiều nhất gồm có các Trạm thông tin viễn thông thuộc Bộ Bưu chính Viễn thông, các ứng dụng trong giao thông đường sông, đường

biển, và đặc biệt là các ứng dụng cho các khu vực nông thôn, miền núi chưa

có lưới điện như các đồn biên phòng, trạm bưu điện-văn hoá tuyến Xã, trạm Y

tế, trụ sở Uỷ ban Nhân dân xã, trường học và các gia đình chính sách,

Bảng 2.1 dưới đây liệt kê một số ứng dụng PMT chỉ riêng cho mục đích cấp điện sinh hoạt cho các hộ nông thôn vùng sâu, vùng xa ở nước ta

Bảng 2.1- Một số ứng dụng điện PMT phục vụ sinh hoạt

TT Địa phương, cơ

quan ứng dụng

Công suất (kW)

Mục đích ứng dụng

1 Tỉnh Hoà Bình 6 - 7 Đèn chiếu sáng, TV, đài

2 Đảo Cô Tô 15,075 Phục vụ các nhu cầu làm việc và sinh hoạt

3 Tỉnh Công Tum 10,5 Đèn chiếu sáng, TV, đài

5 Cao Bằng 8 Sinh hoạt, thông tin viễn thông

Gần như 100% mô đun PMT sử dụng trong nước đều phải nhập ngoại Giá hiện nay vào khoảng 5 USD/Wp Các thành phần khác trong hệ thống

điện mặt trời như Bộ điều khiển, Bộ đổi điện, ắc qui, đều được thiết kế chế tạo trong nước

Hình 2.3 và 2.4 là các sơ đồ điển hình của các hệ điện mặt trời cho hộ gia đình nông thôn miền núi (không có tải xoay chiều) và hệ điện mặt trời cho

hộ tập thể (có thêm tải xoay chiều)

Hiện nay, nước ta có một số cơ quan hoạt động nghiên cứu, phát triển

và sử dụng các nguồn năng lượng mới nói chung và năng lượng mặt trời nói riêng Những cơ quan đã hoạt động trong nhiều năm và đặt được nhiều kết quả tốt là:

o Viện Năng lượng -Tổng Công Ty Điện Lực Việt Nam - Bộ Công

Nghiệp

o Trung tâm Năng lượng mới - Trường Đại học Bách khoa - Hà Nội

o Phòng thí nghiệm Năng lượng Mặt Trời của Phân viện Vật lý - Trung Tâm Khoa học Tự nhiên Quốc gia - Thành phố Hồ Chí Minh

o Có một số cơ quan tham gia lắp đặt các trạm pin mặt làm theo tính chất đặt hàng

o Công ty Selco -Việt nam

Tổng công suất PMT đã được lắp đặt sử dụng ở Việt nam hiện nay vào khoảng 1200 kW

Hình 2.3: Sơ đồ hệ nguồn điện mặt trời hộ gia đình

Hình 2.4: Sơ đồ hệ nguồn điện mặt trời hộ tập thể

Dàn pin mặt trời 1tấm NG 75W

Bộ điều khiển

Như đã trình bày trong các mục trên, trong một hệ nguồn điện mặt trời, hiệu suất chung của cả hệ bằng tích của hiệu suất của các thành phần trong hệ như bộ điều khiển, bộ đổi điện, bộ ắc qui và dây cáp nối điện Trong thời gian hiện nay, giá điện mặt trời còn rất cao, nên việc nâng cao hiệu suất chung của cả hệ thống là điều rất quan trọng Muốn vậy nguời ta phải lựa chọn và sử dụng các thành phần trong hệ có chất lượng và do đó hiệu suất được nâng cao

Để giảm tổn hao do dây nối gây ra người ta chỉ cần lựa chọn dây điện có tiết diện thích hợp và khoảng cách nối dây ngắn có thể Đối với ắc qui cần chọn ắc qui tốt và có chế độ bảo dưỡng nghiêm ngặt theo đúng các tiêu chuẩn bảo dưỡng được qui định với mỗi loại ắc qui Dưới đây chúng tôi chỉ tập trung vào

2 thành phần điện tử trong hệ điện mặt trời là bộ điều khiển và bộ biến đổi

điện vì đây chính là các thành phần hiện đang được một số đơn vị trong nước thiết kế, sản xuất và cũng là các thành phần chứa hàm lượng khoa học công nghệ rất cao, cần phải tiếp tục đầu tư nghiên cứu phát triển

Thời gian qua, từ nhiều ứng dụng hệ điện mặt trời trong thực tế, các thiết bị điện tử như bộ điều khiển và bộ biến đổi điện được thiết kế, sản xuất trong nước thường gặp phải những vấn đề sau:

- Tuổi thọ thấp, thông thường chỉ sử dụng được 2- 3 năm Sự hư hỏng thường do các nguyên nhân sau:

o Chất lượng các linh kiện xấu do được mua trên thị trường “chợ

đen” trôi nổi trong nước

o Không được nhiệt đới hoá nên bị xâm thực của môi trường nhanh

o Độ bền cơ học của các chi tiết cơ (như công tắc, rơ le cơ, kết cấu lắp ghép, ) kém, lỏng lẻo, rất dễ hư hỏng khi di chuyển

- Chế độ điều khiển chưa hợp lý Ví dụ đa số bộ điều khiển đều hoạt

động theo chế độ cắt đột ngột dòng nạp cho ắc qui hay dòng nuôi tải, trong lúc đó đối với chế độ nạp điện cho ắc qui cần nạp liên tục với chế độ dòng nạp khác nhau Đối với bộ biến đổi điện thường là loại sóng ra dạng vuông nên không thể sử dụng cho các thiết bị có cuộn cảm (như bơm nước, quạt và các loại động cơ điện, ) được Thiếu mạch bảo vệ chế độ xung quá độ khi tắt, bật nên các bộ đổi điện rất dễ bị hư hỏng

- Không có mạch bảo vệ khi bị nối nhầm cực điện

- Hiệu suất thấp Đối với các bộ điều khiển thường có hiệu suất trên dưới 80%, trong khi đó các bộ điều khiển nhập ngoại có hiệu suất thường là

cao hơn 90% Bộ đổi điện sản xuất trong nước có hiệu suất cũng thấp Ví dụ loại sóng hình vuông chỉ khoảng 80%, còn loại sóng hình sin thì chỉ đạt từ 55- 65%

- Mẫu mã kiểu dáng xấu, chất lượng không đồng đều do sản xuất nhỏ

- Giá thành thực tế khá cao

- Và các nhược điểm khác

Vì vậy trong dự án này chúng tôi đặt ra nhiệm vụ là khắc phục được một phần lớn các nhược điểm đã nói trên của các thiết bị điện tử trong hệ nguồn điện mặt trời, từ đó sẽ nâng cao hiệu suất và hiệu quả kinh tế- xã hội của nó

2.3- Kết quả nghiên cứu, triển khai dự án

2.3.1 Xây dựng dây chuyền sản xuất lắp ráp các thiết bị điện tử trong hệ

điện mặt trời

Sơ đồ khối và các công đoạn sản xuất

Để thiết kế, chế tạo các thiết bị điện tử thì công việc đầu tiên phải làm

là thiết kế và xây dựng một dây chuyền sản xuất Hình 2.5 là sơ đồ khối của dây chuyền sản xuất lắp ráp thiết bị điện tử đã được dự án xây dựng

Công việc thiết kế vỏ hộp, mạch điện tử nguyên lý và mạch in được thực hiện trên máy vi tính nhờ các phần mềm chuyên dụng để đảm bảo tính tối ưu về mặt điện tử, cơ học cũng như kiểu dáng công nghiêp, Sau đó được

đưa vào các phân xưởng chế tạo vỏ hộp và chế tạo mạch in để sản xuất

Trước lúc lắp ráp các linh kiện vào mạch in hay vỏ hộp các linh kiện

điện tử được lựa chọn, phân loại cẩn thận thông qua các đo đạc kiểm tra các thông số kỹ thuật cần thiết nhờ các thiết bị đo chuyên dụng

Sau khi thiết bị được lắp đặt xong về mặt điện tử, nó được đưa vào phòng kiểm tra đo đạc các thông số cần thiết Nếu đã đạt yêu cầu mới được tẩy rửa làm vệ sinh công nghiệp và lắp vào hộp máy Sau đó máy lại được đo

và kiểm tra một lần nữa Nếu máy đạt các tiêu chuẩn đề ra thì sẽ được phun phủ các lớp bảo vệ sự xâm thực của môi trường Tiếp theo máy được lắp vào mạch để chạy thử trong thời gian một vài ngày và cuối cùng được đóng gói

và đưa vào bảo quản ở kho

Hình 2.5: Sơ đồ khối dây chuyền sản xuất và lắp ráp, thiết bị điện tử

Để triển khai được Dự án Viện Năng lượng phối hợp với công ty

TNHHSX&TM, Cơ điện - Điện tử Việt Linh sắp xếp và bố trí lại một số phân xưởng, lắp ráp thiết bị theo dây truyền khép kín của các phân xưởng, để tiện kiểm tra trong khâu sản xuất, lắp ráp thiết bị

Mục đích của Dự án:

- Giải quyết tính gia công đơn chiếc, sản phẩm làm ra không có kiểu dáng công nghiệp, thiết bị không đồng đều và chất lượng và hiệu quả không cao

- Hoàn thiện thiết kế thiết bị phù trợ với dây chuyền sản xuất hàng loạt, chất lượng thiết bị được kiểm tra từng khâu chặt chẽ, giá thành hạ

Chế tạo mạch in

Chế tạo chõn giỏ

Chế tạo

vỏ hộp

Sơ đồ dõy chuyền sản suất

Dây chuyền lắp ráp mạch

điện tử

Lắp đặt hoàn thiện

Kiểm tra chất lượng

Đúng gúi

Xuất xưởng

- Mục tiêu của Dự án giúp cho cán bộ khoa học đã nghiên cứu qua

các đề tài triển khai áp dụng vào thực tế, nâng cao năng lực áp dụng những

công nghệ mới, tiết kiệm được nguồn ngoại tệ

- Hoàn thành được công nghệ dây chuyền sản xuất thiết bị điều

khiển trạm pin mặt trời, bộ đổi điện từ 12V một chiều sang 220V xoay chiều

theo dạng sóng hình sin để sử dụng cho các thiết bị điện có động cơ phục vụ

nhu cầu của nhân dân sống ở miền núi và hải đảo, ta phải thực hiện theo các

bước sau :

+ Thiết kế dây chuyền sản xuất các thiết bị phụ trợ của trạm pin mặt

trời với công suất lớn đảm bảo cung cấp 1500 bộ thiết bị phụ kiện của trạm

pin mặt trời trong một năm

+ Thiết kế tính toán xác định tính năng qui cách các kích thước của khuôn

mẫu để dập vỏ thiết bị, gia công khuôn mẫu bộ điều khiển, bộ đổi điện, bộ kích

của đèn tuýp đảm bảo chất lượng, có tính công nghiệp của thiết bị

+ Thiết kế bố trí đặc tính bảo vệ, đo lường mạch điện tử trên máy vi

tính, các biến dòng, hiệu chỉnh chính xác điện áp nạp, điện áp tải để thiết bị

hoạt động bình thường

+ Thiết kế hệ thống làm sạch, tẩy rỉ phần vỏ và các linh kiện điện tử

+ Hoàn thiện thiết kế trên máy vi tính, thực hiện sản xuất dây chuyền

+ Lập phương án thiết kế mặt bằng công nghệ cải tạo nhà xưởng:

* Xưởng chế tạo mạch điện tử

* Xưởng lắp ráp

* Xưởng kiểm tra

+ Thiết kế chế tạo và lắp ráp bộ phận cách nhiệt và tản nhiệt

+ Kiểm tra toàn bộ thiết kế chế tạo khuôn mẫu, bảng mạch để cho gia công

+ Chế tạo, lắp ráp, hiệu chỉnh, chạy thử ở chế độ hoàn toàn tự động

+ Thiết kế chế tạo và lắp ráp lập dây chuyền công nghệ đưa vào vận

hành hệ thống sơn công nghiệp

+ Hệ thống đo lường, kiểm tra các tần số, dạng sóng

+ Bố trí thiết kế lắp đặt các thiết bị đo lường thử nghiệm, đo tổn hao

không tải, ngắn mạch, thử tải

+ Theo dõi quá trình gia công, chế tạo các bộ phận chủ yếu và các vi

mạch điện tử, kiểm tra hiệu chỉnh, phù hợp với khí hậu môi trường, miền núi

và hải đảo

+ Thuê chuyên gia, kiểm định, tư vấn, góp ý để đạt chất lượng tương

tương với thiết bị nhập ngoại

2 Máy Khoan: Nhiệm vụ khoan các chi tiết của bộ điều khiển, bộ biến

đổi điện như lỗ các đèn tín hiệu, khoan các lỗ để bắt các chi tiết với nhau thành một khối

3 Các loại máy như máy Hàn , máy Doa, máy mài v.v

Hình 2- 6: Phân xưởng cơ khí

4 Tẩy rửa thiết bị và phun sơn, in mẫu mã thiết bị bao bì của thiết bị Phân xưởng này có nhiệm vụ gia công các vỏ máy của thiết bị làm vệ sinh sau khi gia công xong, sấy khô cho phun sơn hàng loạt, chuyển sang phân xưởng lắp ráp

B Phân xưởng lắp ráp vi mạch điện tử:

Các mạnh in thuê gia công về làm vệ sinh sạch cho vào phân xưởng lắp ráp các linh kiện điên tử vào mạch in của bộ điều khiển và bộ biến đổi điện Các linh kiện điện tử được nhập với số lượng lớn, chất lượng đảm bảo, có thời

gian b¶o hµnh, kiÓm tra c¸c th«ng sè cña m¹ch in tr−íc khi chuyÓn sang ph©n x−ëng l¾p r¸p

Hình 2- 8: Phân xưởng lắp ráp hoàn thiện

Hình 2- 9: Phân xưởng quấn dây đồng và lắp ráp

D Phân xưởng Kiểm tra:

- Kiêm tra bộ điều khiển:

+ Điện áp nạp ắc quy >13,8V ngắt nạp ( từ pin mặt trời ) + Điện áp nạp ắc quy <10,5V ngắt tải

+ Kiểm tra đấu nhầm cực

+ kiểm tra các phiến tản nhiệt

- Kiểm tra bộ đổi điện 12V DC thành 220V AC:

+ Chạy điện áp ắc quy U = 10,5V =>13,8V chạy các thiết bị điện

tử như tivi, đài, quạt, tủ lạnh

+ Kiểm tra U < 10,5V ngắt tải để bảo vệ ắc quy

+ Kiểm tra các thông số: Tần số (50Hz), công suất (600W) v v + Kiểm tra đạng sóng dòng và áp của thiết bị

Hình 2 - 10: Phân xưởng kiểm tra

D Phân xưởng đóng gói và xuất xưởng:

Phân xưởng này có nhiệm vụ đóng gói thiết bị thành từng kiện để xuất xưởng, các thiết bị suất xưởng đã được kiểm tra về số lượng và chất lượng của thiết bị Thiết bị được vận chuyển theo đường tàu hoả đến Viện Năng lượng Phòng thí nghiệm của Viện Năng Kiểm tra lại toàn bộ các thông số của kỹ thuật của thiết bị, nếu không đạt yêu cầu hàng sẽ gửi lại nơi sản xuất

để sủa lại theo yêu cầu của viện

Hình 2- 11: Thiết bị xuất xưởng

2.3.2- Nghiên cứu, thiết kế chế tạo các bộ điều khiển

Dự án đăng ký nghiên cứu thiết kế và chế tạo 2 loại bộ điều khiển đang

được ứng dụng nhiều ở nước ta Đó là loại 12VDC- 10A và 12VDC- 40A Mạch điện tử nguyên lý của 2 loại giống nhau, chỉ có các linh kiện khác nhau

về thông số

2.3.2.1 Mạch sơ đồ nguyên lý

Sơ đồ khối của mạch điện tử nguyên lý của bộ điều khiển được cho trong hình 2.6

Có thể nói bộ điều khiển là tổ hợp của 2 khối chức năng chính: khối

điều khiển tự động quá trình nạp điện cho ắc qui từ dàn pin mặt trời, trên sơ đồ là khối “so sánh 1” và khối điều khiển tự động quá trình phóng điện

từ bộ ác qui cấp cho các Tải, trên sơ đồ là khối “so sánh 2”

Hoạt động của khối “so sánh 1”

- Bình thường ban ngày khi có nắng dàn pin MT phát ra dòng điện (một

chiều), ta gọi là dòng toàn phần, nạp điện cho bộ ắc qui Khi ắc qui đã no, dung lượng đạt gần 100%, hiệu điện thế trên hai cực bộ ắc qui lên đến

khoảng giá trị ngưỡng trên U1 =13,8 – 14,0V (giá trị này có thể điều chỉnh theo yêu cầu cụ thể) thì bộ so sánh 1 sẽ chuyển sang trạng thái nạp dòng nhỏ,

ta gọi là dòng hạn chế, (trong một số thiết kế thì nó cắt hẳn dòng nạp điện

cho ắc qui) để bảo vệ ắc qui khỏi trạng thái sôi, mất nước và hư hại bản cực

- Sau đó khi dung lượng ắc qui giảm đến ngưỡng dưới, hiệu điện thế trên hai cực bộ ắc qui tăng lên đến U’1 = 12,5 – 13,0 V thì bộ so sánh 1 lại chuyển sang trạng thái dòng nạp toàn phần

Hoạt động của khối “so sánh 2”

- Bình thường ban ngày khi có nắng dàn pin MT phát ra dòng điện Dòng này một phần cung cấp cho các tải, một phần nạp cho ắc qui Nhưng ban

đêm hoặc khi trời không đủ nắng, dòng điện cấp cho các tải chủ yếu lấy từ ắc qui Do đó dung lượng ắc qui bị giảm dần Khi dung lượng ắc qui giảm đến

giới hạn nguy hiểm ( ví dụ chỉ còn lại 30-40%), hiệu điện thế trên hai cực bộ

ắc qui giảm đến khoảng giá trị ngưỡng dưới V2 =10,5 – 11,0V (giá trị này có

Phần tử cụng suất chống phóng điện ắc quy

12V

Khoỏ K chịu dũng Tải

thể điều chỉnh theo yêu cầu cụ thể) thì bộ so sánh 2 sẽ tự động cắt dòng

phóng điện từ ắc qui để bảo vệ ắc qui khỏi trạng thái quá kiệt, làm h− hại ắc qui

- Sau đó khi dung l−ợng ắc qui tăng lên đến ng−ỡng trên, hiệu điện thế trên hai cực bộ ắc qui tăng lên U’2 = 11,5 – 12,0 V thì bộ so sánh 2 lại chuyển sang trạng thái đóng lại dòng cấp cho các tải

- Ngoài các thành phần chính là các khối so sánh 1 và 2 nói trên trong mạch bộ điều khiển còn có các mạch chống phóng điện ng−ợc từ ắc qui qua

dàn pin mặt trời và các công tắc tắt/bật máy và mạch tải

Nh− vậy bộ điều khiển là thiết bị điện tử điều khiển quá trình phóng nạp

điện cho bộ ắc qui Tín hiệu điều khiển chính là hiệu điện thế trên hai cực

Cể SOLAR

Mass acquy

Điều kiện tải 12V Ω Ω

Ω Ω

SMP60NO3 x2

Có diện DC

SMP60NO3x2 Mạch điều khiển sạc và điều khiển công suất tải 12v

Điều kiện sạc Cầu chì

Hình 2- 13: Sơ đồ chi tiết mạch điện tử bộ điều khiển đ∙ đ−ợc thiết kế

Để đảm bảo chất lượng các linh kiện điện tử dùng cho mạch hình 2.14

được nhập ngoại loại chính phẩm

Chúng ta tận dụng các đề tài nghiên cứu về mẫu mã và nguyên lý hoạt

động của các bộ điều khiển đã nghiên cứu trước, tham khảo các thiết bị nhập ngoại để chế tạo thành một bộ điều khiển mang được đầy chức năng như thiết

bị nhập ngoại

Các hình 2.14 và 2.15 là mạch điện tử đã lắp vào mạch in và các bộ

điều khiển hoàn thiện

Hình 2 - 14: Mạch điện tử bộ điều khiển sau khi lắp vào mạch in

Hình 2-15: Các bộ điều khiển hoàn thiện loại 30A và 40A

2.3.2.2- Chế tạo các bộ điều khiển

Thiết bị năng lượng mặt trời hiện nay giá còn khá cao, lại ứng dụng tại miền núi và hải đảo nơi người dân có thu nhập thấp và trình độ dân trí chưa cao nên còn gặp nhiều khó khăn Do vậy thiết kế các thiết bị phải phù hợp với từng loại trạm pin mặt trời miền núi và hải đảo Việt Nam Việc ứng dụng trạm pin mặt trời gia đình còn rất hạn chế chủ yếu là các đồn biên phòng trạm y tế UBND xã Công suất khoảng từ 100-300W là phổ biến

Các bộ điều khiển được chế tạo với công suất khác nhau để phù hợp với từng loại trạm pin mặt trời được lắp ráp

Các bộ điều khiển đã được nghiên cứu, thiết kế và chế tạo gồm 3 loại: 12V - 15A, 12V – 30A và 12V – 40A , đặt nhãn hiệu là SR15, SR30 và SR40 một cách tương ứng Các loại này đang được sử dụng phổ biến ở Việt nam cũng như trên thế giới Quá trình sản xuất được thực hiện từng bước để rút kinh nghiệm và hoàn thiện

A Nhiệm vụ của bộ điều khiển:

- Chống ngược cực ắc qui hay pin mặt trời trong mọi trường hợp

- Không cho dòng ắc qui phóng ngược về pin mặt trời

- Đảm bảo dòng nạp lớn nhất cho ắc qui

- Có nhiệm vụ điều khiển tầng công suất để nạp cho ắc qui khi yếu, ngắt khi ắc qui đầy

- Hiệu chỉnh quá tải khi dòng tải và đèn báo quá dòng sáng, dừng

- Cho sạc thử 15 phút, phiến tản nhiệt trong khoảng 400C là đạt yêu cầu

a- Bộ điều khiển loại I = 15A:

Chế tạo thử đợt 1: Bộ điều khiển I = 15A, số l−ợng 15 bộ

Hình 2- 16: Bộ điều khiển chế tạo

Chạy thử trong phòng thí nghiệm:

Kiểm tra ắc quy đầy U = 13,8V ngắt dòng nạp của pin mặt trời Kiểm tra ắc quy U = 10,5V ngắt tải để bảo vệ ắc quy

Kiểm tra đấu nhầm cực, hay tiếp xúc không tốt

Chế tạo bộ điều khiển loại nó −u điểm là chỉ cần thao nắp ra là đấu

đ−ợc toàn bộ các đầu dây Nh−ợc điểm là các cực gần đễ bị chạm chập

Chế tạo thử đợt 2: Bộ điều khiển I = 15A, số lượng 10 bộ

Khắc phục các nhược điểm trên của các bộ điều khiển đợt một, chế tạo thử đợt 2 kiểm tra lại các thông số kỹ thuật theo như đợt một để tiếp tục sản xuất số lượng lớn

1 Thiết bị làm việc được tốt nhóm thiết kế thay đổi một số chi tiết

và bố chí lại cách đấu dây của bộ điều khiển

- Vì trí đấu dây điện từ nguồn pin mặt trời vào bộ điều khiển để ở phía trên thiết bị

- Bố trí phía dưới của bộ điều khiển chỉ để đấu ắc quy và ra phụ tải

- Để cực dương của ắc quy và cực dương của tải đều ở giữa cho thuận tiện đấu nối các mạch điện của bộ điều khiển

- Ký hiệu đầu vào của pin mặt trời mầu đỏ và các cực dương âm để không bị đấu nhầm

Hình 2- 17: Chạy thử ở phòng thí nghiệm

Hình 2- 18: Bộ điều chế tạo đợt 1& 2

Chế tạo đợt 3: Bộ điều khiển I = 15A số l−ợng 200 bộ

Chế tạo thiết bị đợt ba đã khắc phục các tồn tại về mẫu mã vỏ hộp điều khiển để thực chế tạo hàng loạt

Hình 2- 19: Bộ điều khiển chế tạo trong ba đợt

Tổng số bộ điều khiển 12V-15A đã được chế tạo là 225 bộ hoàn chỉnh

Các thông số kỹ thuật chính được cho trong bảng 2.2 sau

Bảng 2.2- Các thông số kỹ thuật của bộ điều khiển 12V-15A

chỉ tiêu Thông số kỹ thuật của bộ điều khiển mặt trời sr: 1= 15a

STT TÊN CHI TIÊU Kỹ THUậT Chất lượng chế tạo

sản phẩm của dự án

Chất lượng

đăng ký sản phẩm của dự án

1 Điện áp vào pin mặt trời 12 V ữ 16,8V V < 20 V DC

13 Hiển thị (đèn LED)

các trạng thái sau

Báo điện áp : đầy / bình thường / thấp

14 Thời gian bảo hành 32 tháng

b- Bộ điều khiển loại I = 30A:

Chế tạo thử đợt 1: Bộ điều khiển I = 30A số lượng 5 bộ

Chạy thử trong phòng thí nghiệm:

Kiểm tra ắc quy đầy U = 13,8V ngắt dòng nạp của pin mặt trời Kiểm tra ắc quy U = 10,5V ngắt tải để bảo vệ ắc quy

Kiểm tra đấu nhầm cực, hay tiếp xúc không tốt

Chế tạo thử đợt 2: Bộ điều khiển I = 30A số lượng 5 bộ

Khắc phục các nhược điểm trên của các bộ điều khiển đợt một, chế tạo thử đợt 2 kiểm tra lại các thông số kỹ thuật theo như đợt một để tiếp tục sản xuất số lượng lớn

Chế tạo đợt 3: Bộ điều khiển I = 30A số lượng 100 bộ

Tổng số bộ điều khiển 12V-30A đã được chế tạo là 110 bộ hoàn chỉnh

Các thông số kỹ thuật chính được cho trong bảng 2.3 sau

Bảng 2.3: Các thông số kỹ thuật của bộ điều khiển 12V-30A

chỉ tiêu Thông số kỹ thuật của bộ điều khiển mặt trời sr: 1= 30a

STT TÊN CHI TIÊU Kỹ THUậT Chất lượng chế tạo

sản phẩm của dự án

Chất lượng đăng ký sản phẩm của dự án

1 Điện áp vào pin mặt trời 12 V ữ 16,8V V < 20 V DC

13 Hiển thị (đèn LED)

các trạng thái sau

Báo điện áp : đầy / bình thường / thấp

14 Thời gian bảo hành 32 tháng

c- Bộ điều khiển loại I = 40A:

Chế tạo thử đợt 1: Bộ điều khiển I = 40A số lượng 5 bộ

Chạy thử trong phòng thí nghiệm:

Kiểm tra ắc quy đầy U = 13,8V ngắt dòng nạp của pin mặt trời

Kiểm tra ắc quy U = 10,5V ngắt tải để bảo vệ ắc quy

Kiểm tra đấu nhầm cực, hay tiếp xúc không tốt

Chế tạo thử đợt 2: Bộ điều khiển I = 40A số lượng 5 bộ

Khắc phục các nhược điểm trên của các bộ điều khiển đợt một, chế tạo thử đợt 2 kiểm tra lại các thông số kỹ thuật theo như đợt một để tiếp tục sản xuất số lượng lớn

Chế tạo đợt 3: Bộ điều khiển I = 40A số lượng 100 bộ

Tổng số bộ điều khiển 12V- 40A đã được chế tạo là 110 bộ hoàn chỉnh

Các thông số kỹ thuật chính được cho trong bảng 2.4 sau

Bảng 2.4- Các thông số kỹ thuật của bộ điều khiển 12V- 40A

chỉ tiêu Thông số kỹ thuật của bộ điều khiển mặt trời sr: 1= 40a

STT TÊN CHI TIÊU Kỹ THUậT Chất lượng chế tạo

sản phẩm của dự án

Chất lượng đăng ký sản phẩm của dự án

1 Điện áp vào pin mặt trời 12 V ữ 16,8V V < 20 V DC

13 Hiển thị (đèn LED)

các trạng thái sau

Báo điện áp : đầy / bình thường / thấp

14 Thời gian bảo hành 32 tháng

Tổng số bộ điều khiển cả 3 loại đã được chế tạo là 445 bộ

2.3.2.3- Thử nghiệm trên hiện trường

Một số bộ điều khiển trên đã được lắp đặt và chạy thử lâu dài (gần 2 năm) tại các dự án điện mặt trời ở đảo Cô Tô và tỉnh Gia Lai Kết quả cho thấy các thiết bị chế tạo làm việc ổn định và tin cậy

2.3.3- Thiết kế chế tạo bộ đổi điện

2.3.3.1 Mạch điện sơ đồ nguyên lý

Thiết kế các thiết bị phải phù hợp với từng loại trạm pin mặt trời việc ứng dụng trạm pin mặt trời gia đình còn rất hạn chế chủ yếu là các đồn biên phòng trạm y tế UBND xã Công suất khoảng từ 100-600W là phổ biến trên miền núi và hải đảo Việt Nam

Bộ biến đổi điện có chức năng biến đổi điện một chiều từ ắc quy thành

điện xoay chiều cung cấp cho các thiết bị hay tải xoay chiều Trong Dự án này các bộ biến đổi điện 12V DC → 220V AC, 50Hz với các loại công suất 300VA, 600VA, 1000VA và 1500VA là đối tượng được nghiên cứu, thiết kế

và chế tạo Ngoài ra một chỉ tiêu khác cũng được đặt ra ngay từ đầu là hiệu suất của thiết bị phải đạt yêu cầu của Dự án

- Các linh kiện rời phục vụ cho việc lắp ráp thiết bị phải có nguồn gốc xuất xứ rõ ràng để đảm bảo chất lượng thiết bị

- Thiết kế chế tạo mạch in cho từng loại công suất

- Thiết kế sơ đồ mạch của bộ chuyển đổi điện cho từng loại công suất

- Tiến hành chế tạo thử mỗi loại một bộ, kiểm tra chất lượng bằng các dụng cụ đo và chạy thử trên thực tế đảm bảo chất lượng tương đương hàng ngoại nhập

- Yêu cầu kỹ thuật của bộ chuyển đổi điện:

* Biến đổi điện áp một chiều 12V,24V thành xoay chiều 220V

* Bảo đảm dạng sóng hình sin, hình vuông, hình thang, tần số 50Hz theo yêu cầu của khách hàng

* Làm việc ổn định khi đóng cắt tải (tủ lạnh, các loại động cơ, quạt máy )

- Hoàn thiện thiết kế sơ đồ mạch Lập quy trình lắp ráp theo dây chuyền và trình tự lắp ráp các linh kiện rời vào mạch in

- Các sản phẩm của dây chuyền được kiểm tra bằng phương pháp thử nghiệm và đo lường đảm bảo yêu cầu kỹ thuật

Sơ đồ khối của bộ biến đổi điện được cho trong hình 2.20

Hình 2.20: Sơ đồ khối bộ biến đổi 12V DC-AC220V-50Hz

Mạch điện gồm 6 khối: tạo dao động, phân chia xung, điều chế xung rộng, dập xung ngược, khuếch đại công suất, và biến áp ra như hình vẽ

Bộ tạo dao động có chức năng biến đổi tín hiệu (dòng) điện một chiều

thành các các xung vuông góc có tần số định trước (100Hz) Xung này được

đưa đến khối phân chia xung để tách các xung chẵn, lẻ và cho qua các khối khuyếch đại công suất, còn các xung ngược bị khối dập xung ngược huỷ đi,

để bảo vệ tầng công suất Các xung sau khi được khuếch đại sẽ được đưa vào

cuộn sơ cấp của biến áp ra để tăng áp lên giá trị cần thiết 220V Khối điều chế xung rộng nhận các tín hiệu từ khối biến áp để điều chế đảm bảo đúng

biên độ (220V) và tần số sóng ra (50Hz)

Mạch điện tử chi tiết được trình bày trên hình 2.21

2.3.3.2 Chế tạo bộ biến đổi điện

a- Qui trình Chế tạo

Bộ chuyển đổi điện loại 600 VA, 12VDC- 220VAC:

Chế tạo thử đợt 1: Bộ chuyển đổi P = 600 VA số lượng 3 bộ

b- Mạch sơ đồ nguyên lý chi tiết của bộ biến đổi điện

Dập xung ngược

Biến ỏp ra

Điều chế

độ rộng theo điện ỏp

Khuyếch đại Cụng suất

Tạo dao

động

Phõn chia xung

Khuyếch đại Cụng suất

DC

- Điện áp ắc qui từ 10,5V =>13,8V cho làm việc có tải

- Chạy thử 20 phút, kiểm tra nhiệt độ phiến tản nhiệt, đạt dưới 40oC

là thiết bị làm việc bình thường

- Chạy thử và kiểm tra trong phòng thí nghiệm:

- Kiểm tra chạy điện áp ắc quy U = 10,5V =>13,8V chạy các thiết bị

điện tử như tivi, đài, quạt, tủ lạnh

- Kiểm tra ngưỡng cắt dưới U = 10,5V ngắt tải để bảo vệ ắc quy

- Kiểm tra các thông số kỹ thuật như tần số (50Hz), công suất (600VA) v v

- Kiểm tra loại sóng của thiết bị