NGHIÊN CỨU TỐI ƯU HÓA HỆ THỐNG SỰ DỤNG ĐIỆN MẶT TRỜI CHIẾU SÁNG BỐN TRỤ ĐÈN TRÊN ĐƯỜNG NỘI BỘ TRONG TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG

đường nội bộ gồm 4 trụ đèn từ cổng đến khu nhà A8 của trường Đại Học Nha Trang, sửdụng năng lượng mặt trời do sinh viên Nguyễn Quang Hải khóa 52 Khoa Điện - điện tửthiết kế lắp đặt.Ứng d

đường nội bộ gồm 4 trụ đèn từ cổng đến khu nhà A8 của trường Đại Học Nha Trang, sửdụng năng lượng mặt trời do sinh viên Nguyễn Quang Hải khóa 52 Khoa Điện - điện tửthiết kế lắp đặt.

Ứng dụng các nguồn năng lượng sạch vào cuộc sống đã được triển khai nghiên cứu

và đưa vào cuộc sống từ lâu nhưng việc làm sao để sử dụng các nguồn năng lượng này

với hiệu quả cao nhất lại không hề dễ dàng Nghiên Cứu Tối Ưu Hóa Hệ Thống Sử Dụng Điện Mặt Trời Chiếu Sáng Bốn Trụ Đèn Trên Đường Nội Bộ Trong Trường Đại Học Nha Trang là đồ án môn học 2 của nhóm sinh viên lớp 53DDT được thực hiện với mục đích

tối ưu hóa hệ thống chiếu sáng sử dụng điện mặt trời này, nhằm làm cho hệ thống hoạtđộng ổn định với hiệu quả cao nhất

 TÍNH CẤP THIẾT ĐỀ TÀI

Sau 30 năm đưa vào sử dụng, các cột đèn chiếu trên tuyến đường đôi từ cổng lênnhà hiệu bộ đã xuống cấp Cụ thể độ sáng của các trụ đèn không còn đảm bảo tiêu chuẩnchiếu sáng đường nội bộ như quy định của TCXDVN 333:2005 Trước tình trạng xuốngcấp của 4 cột đèn, sinh viên Nguyễn Quang Hải khóa 52 Trường Đại học Nha Trang đãcải tạo hệ thống chiếu sáng này bằng hệ thống đèn LED sử dụng năng lượng mặt trời trêntruyến đường đôi từ cổng lên nhà hiệu bộ Đưa công trình chiếu sáng công cộng củatrường đi theo xu hướng sử dụng nguồn năng lượng sạch phù hợp với sự phát triển chungcủa đất nước và thế giới

Sinh viên Nguyễn Quang Hải đã đưa hệ thống chiếu sáng bằng đèn LED sử dụngnăng lượng mặt trời thay thế hệ thống chiếu sáng cũ tuy nhiên hệ thống mới này chưa sửdụng thực sự hiệu quả nguồn năng lượng mặt trời Vì vậy cần phải tối ưu hệ thống chiếu

sáng để nâng cao chất lượng chiếu sáng và sử dụng hiệu quả hơn nữa nguồn năng lượngmặt trời, đảm bảo hệ thống làm việc với hiệu suất cao nhất

 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI CỦA ĐỀ TÀI

Tối ưu hóa 4 trụ đèn chiếu sáng giao thông từ Cổng trường Đại học Nha Trang Cảitạo lại hệ thống dây, thiết kế lại mối nối làm tăng hiệu suất, giảm tối đa độ sụt áp khitruyền tải

Tiến hành đo đạc các số liệu của hệ thống, điện áp của từng trụ đèn khi mở đèn hằngngày và đo độ sáng trên mặt đường

Từ những số liệu thu thập được đưa ra những nhận xét, khắc phục những vấn đềchưa đạt tiêu chuẩn, để ra hướng giải quyết những vấn đề chưa khắc phục được

 Ý NGHĨA CỦA ĐỀ TÀI

Tối ưu hóa hệ thống sử dụng điện mặt trời chiếu sáng 4 trụ đèn trên đường nội bộtrường Đại học Nha Trang mang nhiều ý nghĩa, tìm hiểu về hệ thống tiết kiệm năng lượng

sử dụng năng lượng sạch, duy trì cho hệ thống làm việc ổn định đạt hiệu suất tối ưu, tìm

ra những mặt hạn chế rồi khắc phục hoặc đưa ra hướng khắc phục những hạn chế đó

SÁNG CÔNG CỘNG BẰNG LED” tối ưu hóa, tăng hiệu suất làm việc cho hệ thống, nhằm

đưa hệ thống làm việc ổn định với hiệu quả cao nhất Tìm ra những mặt hạn chế để khắcphục hoặc đề ra hướng khác phục những hạn chế đó

Giáo dục ý thức cho sinh viên và cán bộ viên chức về bảo vệ môi trường, hạn chế sửdụng các nguồn năng lượng hóa thạch, hạn chế chất thải, tận dụng và ứng dụng rộng rãicác nguồn năng lượng sạch như năng lượng mặt trời, năng lượng gió… Hưởng ứng vàchấp hành chủ trương, chính sách của Nhà nước về tiết kiệm điện năng, sử dụng nguồnnăng lượng sạch, chủ động ứng phó với biến đổi khí hậu Chủ động nắm bắt và ứng dụngnhững công nghệ, thành tựu của nhân loại vào phục vụ cuộc sống và công việc của chúngta

Đây là đồ án môn học 2 nhằm tối ưu hóa hệ thống chiếu sáng đường nội bộ TrườngĐại học Nha Trang bằng điện mặt trời có nhiều vấn đề liên quan cần giải quyết, có nhiềuyếu tố tác động, nhiều vấn đề đã được giải quyết, bên cạnh đó một số vấn để chưa giảiquyết được

Vì vậy hoàn thành đồn án chỉ dừng lại ở mức thành công nhất định, đòi hỏi phảihoàn chỉnh hơn về sau nếu như có thêm thời gian Vì hệ thông cần thời gian hoạt độngmới có thể bộc lộ hết những mặt, những khía cạnh chưa hoàn thiện

MỤC LỤC

GIỚI THIỆU CHUNG i

TÓM TẮT iii

MỤC LỤC iv

DANH SÁCH BẢNG vi

DANH SÁCH HÌNH vii

TỔNG QUAN ix

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỆN MẶT TRỜI CHIẾU SÁNG CÔNG CỘNG 1

1.1 PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI 1

1.1.1 Cấu tạo 1

1.1.1.1 Vật liệu 1

1.1.1.2 Nguyên lý cấu tạo 3

1.1.2 Nguyên lý hoạt động 4

1.2 THIẾT BỊ LƯU TRỮ ĐIỆN NĂNG 7

1.2.1 Giới thiệu về ACU 7

1.2.1.1 Cấu tạo 8

1.2.1.2 Dung lượng ACU 9

1.2.2 Phóng và nạp ACU 11

1.2.2.1 Phóng ACU 11

1.2.2.2 Nạp ACU 12

1.2.2.3 Chế độ hoạt động 13

1.2.3 Bộ điều khiển sạc ACU 13

1.3 CHIẾU SÁNG HIỆU SUẤT CAO BẰNG LED 15

1.3.1 Giới thiệu về LED 15

1.3.1.1 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động 15

1.3.1.2 Phân loại 16

1.3.2 Ứng dụng của LED 17

CHƯƠNG 2: HỆ THỐNG CHIẾU SÁNG SỬ DỤNG ĐIỆN MẶT TRỜI TỪ CỔNG

2.2.1 Các nhược điểm đã khắc phục 22

2.2.2 Các nhược điểm chưa được khắc phục và hướng giải quyết 24

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC 25

3.1: Phần cứng của hệ thống 25

3.1.1 Sơ đồ nguyên lý bộ điều khiển 25

3.1.2 Mạch in bộ điều khiển 27

3.1.3 Phần cứng hệ thống trên thực tế 29

3.2 Phần mềm của hệ thống 31

3.2.1 Giới thiệu về Chip Atmega16 31

3.2.2 Giới thiệu về phần mềm lập trình cho AVR – CodeVision 31

3.2.3 Chương trình của bộ điều khiển 32

3.3 Kết nối hoàn thiện hệ thống 36

KẾT LUẬN KIẾN NGHỊ 39

TÀI LIỆU THAM KHẢO 40

Hình 1 3: Cấu tạo Pin năng lượng mặt trời 4

Hình 1 5: Phân vùng năng lượng của điện tử trong chất bán dẫn 5 Hình 1 6: Sự hình thành hai điện cực của bán dẫn p-n 6 Hình 1 7: Nguyên lý hoạt động của Pin năng lượng mặt trời 7

Hình 1 9: Sự biến đổi thông số bình ACU qua quá trình phóng nạp 10

Hình 1 12: Cấu tạo bên trong và hình dạng cơ bản của LED 15

Hình 2 1: Các khe thông khí của tủ điện đã được nới rộng 22 Hình 2 2: Lắp nắp nhựa cho các trạm bên trong trụ điện 23 Hình 2 3: Điện trở của mối nối truớc và sau khi gắn cos và hàn mối nối 23

Hình 3 1: Sơ đồ nguyên lý bộ phận xử lý trung tâm dùng Atmega16 25

Hình 3 6: Phần cứng bộ chấp hành theo chuẩn công nghiệp 30

Hình 3 8: Sơ đồ khối Bộ điều khiển và kết nối các thiết bị của hệ thống 36

Pin năng lượng mặt trời là một lĩnh vực có tiềm năng phát triển mạnh tại nước ta,bởi vì nước ta nằm trong giải phân bố ánh nắng mặt trời nhiều nhất trong năm trên bản đồphân bố bức xạ của thế giới Năng lượng mặt trời tại Việt Nam khá ổn định và phân bốrộng rãi trên các vùng miền Đặc biệt, số ngày nắng trung bình trên các tỉnh của miềnTrung và miền Nam là khoảng 300 ngày/năm.

Sự kết hợp của các yếu tố trên là điều kiện thuận lợi cho các công trình, dự ánchiếu sáng bằng LED sử dụng năng lượng mặt trời phát triển mạnh Đã có rất nhiều côngtrình như vậy được xây dựng và đi vào hoạt động đạt hiệu quả cao điển hình như:

- Dự án xây dựng hệ thống pin mặt trời trên nóc nhà bộ công thương do Đức tài trợsản xuất khoảng 16000 kWh điện/năm

- Công ty TNHH MTV Quản lý đô thị và môi trường TP.Buôn Ma Thuộc sử dụngđèn LED trong chiếu sáng công cộng từ tháng 2/2012 đến tháng 7/2012 đã tiếtkiệm được gần 5.5 tỷ đồng tiền điện

- Cầu Thuận Phước, cầu Rồng và cầu mới Trần Thị Lý đều được chính quyền TP.ĐàNẵng lắp đặt hệ thống chiếu sáng bằng LED cho cả hệ thống chiếu sáng mỹ thuật

và chiếu sáng giao thông

- Tại Hà Nội ngày 22/4/2014, Bộ Giao Thông Vân Tải phối hợp với Đại sứ quánVương quốc Bỉ tại Việt Nam tổ chức Hội thảo “Giải pháp chiếu sáng LED cho các

dự án giao thông tại Việt Nam” Phát triển đến năm 2020 tầm nhìn đến năm 2030.Như vậy, trên thực tế đã có nhiều công trình ứng dụng, phát triển LED, Pin mặt trời và

cả những công trình kết hợp LED – Pin mặt trời được ứng dụng vào cuộc sống Chứng tỏtầm ảnh hưởng của LED – Pin mặt trời là không hề nhỏ đối với sự phát triển của đấtnước

Nha Trang là một trong những địa điểm có tổng số giờ nắng trong năm cao của cảnước, hơn nữa đại học Nha Trang tọa lạc ở vị trí khá thuận lợi: gần biển, thoáng đản, cao

và lượng nắng trong năm cũng đáng kể rất phù hợp để phát triển các loại năng lượng sạchnhư năng lượng mặt trời

Đây chính là những điều kiện thuận lợi để phát triển những dự án, triển khai nhữngcông trình LED – Pin mặt trời vào cuộc sống tại Việt Nam nói chung và thành phố biểnNha Trang nói riêng

“Hệ Thống Điện Mặt Trời Chiếu Sáng Công Cộng Bằng Led” là một công trình như

vậy Đây là hệ thống chiếu sáng đường nội bộ gồm 4 trụ đèn từ cổng đến khu nhà A8trường Đại Học Nha Trang sử dụng năng lượng mặt trời, do chính sinh viên của trườngthực hiện, đó là sinh viên Nguyễn Quang Hải khóa 52 Khoa Điện điện tử thiết kế lắp đặt.Tuy nhiên đây là một dự án lớn đối với một sinh viên, liên quan đến nhiều lĩnh vực,đòi hỏi kiến thức đa ngành, liên ngành chứ không đơn thuần là của chuyên ngành điện -điện tử nữa Chính vì vậy, khi dự án hoàn thành còn nhiều vất đề chưa được giải quyếttriệt để, đồng thời trong quá trình sử dụng có nhiều vấn đề mới phát sinh Đây chính là lý

do mà nhóm chúng em được giao chủ đề đồ án 2: Nghiên Cứu Tối Ưu Hóa Hệ Thống

Sử Dụng Điện Mặt Trời Chiếu Sáng Bốn Trụ Đèn Trên Đường Nội Bộ Trong Trường Đại Học Nha Trang Trong nội dung đồ án 2 này, chúng em sẽ khái quát lại hệ

thống chiếu sáng sử dụng điện mặt trời đang hoạt động, tiến hành theo dõi hoạt động của

hệ thống, đo đạc các thông số của hệ thống từ đó tìm ra những nhược điểm, những sự cốtrong quá trình hoạt động Đồng thời giải quyết hoặc đưa ra hướng giải quyết cho các vấn

đề đó

dạng diod p-n, dùng biến đổi năng lượng ánh sáng thành năng lượng điện Sự chuyển đổinày gọi là hiệu ứng quang điện.

Có nhiều cách để nói đến giá cả của hệ thống tạo điện, là tính toán cụ thể trên từngkilo Watt giờ (kWh) Hiệu suất của pin mặt trời kết hợp với sự bức xạ là 1 yếu tố quyếtđịnh trong giá thành

Vật liệu được coi là tối ưu nhất để làm pin Mặt Trời là các chất bán dẫn

Chất bán dẫn (Semiconductor)[1] là vật liệu trung gian giữa chất dẫn điện và chấtcách điện chất bán dẫn cụ thể ở đây là silic

Silic thuộc nhóm IV, tức là có 4 electron lớp ngoài cùng Silic có thể kết hợp vớisilicon khác để tạo nên chất rắn Cơ bản có 2 loại chất rắn silicon, đa thù hình (không cótrật tự sắp xếp) và tinh thể (các nguyên tử sắp xếp theo thứ tự dãy không gian 3 chiều).Pin năng lượng mặt trời phổ biến nhất dùng đa tinh thể silicon

Silic là chất bán dẫn Tức là thể rắn silic, tại một tầng năng lượng nhất định, electron

có thể đạt được, và một số tầng năng lượng khác thì không được Các tầng năng lượng

không được phép này xem là tầng trống Lý thuyết này căn cứ theo thuyết cơ học lượngtử.

  Ở nhiệt độ phòng, Silic nguyên chất có tính dẫn điện kém. Để tạo ra silic có tínhdẫn điện tốt hơn, có thể thêm vào một lượng nhỏ các nguyên tử nhóm III hay V trongbảng tuần hoàn hóa học Các nguyên tử này chiếm vị trí của nguyên tử silic trong mạngtinh thể, và liên kết với các nguyên tử silic bên cạnh tương tự như là một silic Tuy nhiêncác phân tử nhóm III có 3 electron ngoài cùng và nguyên tử nhóm V có 5 electron ngoàicùng, vì thế nên có chỗ trong mạng tinh thể có dư electron còn có chỗ thì thiếu electron

Vì thế các electron thừa hay thiếu electron (gọi là lỗ trống) không tham gia vào các kếtnối mạng tinh thể Chúng có thể tự do di chuyển trong khối tinh thể Silic kết hợp vớinguyên tử nhóm III (nhôm hay gali) được gọi là loại bán dẫn p bởi vì năng lượng chủ yếumang điện tích dương (positive), trong khi phần kết hợp với các nguyên tử nhóm V (phốtpho, asen) gọi là bán dẫn n vì mang năng lượng âm (Negative) Lưu ý rằng cả hai loại n

và p có năng lượng trung hòa, tức là chúng có cùng năng lượng dương và âm, loại bándẫn n, loại âm có thể di chuyển xung quanh, tương tự ngược lại với loại p

Hình 1.1: Pin mặt trời sản xuất từ tinh thể Silic

Cho tới hiện nay thì vật liệu chủ yếu dùng cho sản xuất pin Mặt Trời (và cho cácthiết bị bán dẫn) là các Silic tinh thể Pin Mặt Trời từ tinh thể silic chia ra thành 3 loại

Hình 1.2: Các loại cấu trúc tinh thể của PNLMT

Một tinh thể hay đơn tinh thể module sản xuất dựa trên quá trình Czochralski Đơntinh thể loại này có hiệu suất tới 16% Chúng thường rất mắc tiền do được cắt từ các thỏihình 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 vàlàm rắn Các pin này thường rẻ hơn các đơn tinh thể, nhưng hiệu suất kém hơn Tuy nhiênchúng có thể tạo thành các tấm vuông che phủ bề mặt nhiều hơn đơn tinh thể bù lại chohiệu 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 khôngcần phải cắt từ thỏi silicon

1.1.1.2 Nguyên lý cấu tạo

Các tấm tinh thể mỏng được đánh bóng để loại bỏ các khuyết tật trong quá trìnhcắt Chất kích thích được dùng để tăng sư hấp thụ ánh sáng Các tấm kim loại dẫn truyềnđặt vào một mặt, thêm một lưới mỏng trên bề mặt chiếu ánh sáng Mặt Trời, và một mặt

phẳng trên mặt còn lại, như hình Hình 1.3

Tấm năng lượng Mặt Trời tạo thành từ các pin như vậy cắt theo hình dạng thíchhợp, được bảo vệ khỏi tia bức xạ và hư hại trên mặt trước bằng các miếng gương dán vàochất nền Sự liền mạch được tạo nên thành các dãy song song để quyết định năng lượngtạo ra Chất keo và chất nền phải có tính dẫn nhiệt, vì khi các pin bị làm nóng lên khi hấpthụ năng lượng hồng ngoại vốn không thể chuyển hóa thành năng lượng Một khi các

pin bị nóng thì giảm hiệu suất hoạt động vì thế nên phải làm giảm thiểu nhiệt năng.

Hình 1.3: Cấu tạo Pin năng lượng mặt trời

Tấm năng lượng Mặt Trời tạo thành từ nhiều pin Mặt Trời Mặc dù mỗi pin chỉcung cấp một lượng nhỏ năng l ư ợng , nhưng nhiều pin trải dài trên một diện tích lớn tạonên nguồn năng lượng đủ dùng

Đó là hiện tượng mà một điện tử đang ở trạng thái E2 khi ánh sáng mặt trời gồm cáchạt nhỏ gọi là photon mang năng lượng hv (h là hằng số Plank, v là tần số ánh sáng) chiếuvào điện tử đó sẽ hấp thu năng lượng và nhảy lên trạng thái E2

Hình 1.4: 2 mức trạng thái năng lượng của điện tử

Trong chất bán dẫn các điện tử ở trạng thái cần bằng về về năng lượng nằm ở vùngnăng lượng thấp hay vùng hóa trị có mức năng lượng EV Còn những điện tử ở trạng tháihấp thụ năng lượng nằm ở vùng năng lượng cao hơn hay vùng dẫn có mức năng lượng EC.Không gian giữa hai vùng này là vùng cấm, có mức năng lượng Eg.

Hình 1.5: Phân vùng năng lượng của điện tử trong chất bán dẫn

Khi ánh sáng chiếu đến một chất bán dẫn, photon có năng lượng hv của ánh sángchiếu tới được điện tử của vùng hoá trị hấp thụ và nó có thể chuyển lên vùng dẫn để trởthành điện tử tự do, lúc này vùng hoá trị sẽ có một lỗ trống có thể di chuyển như “hạt“mang điện tích dương Lỗ trống này có thể di chuyển và tham gia vào quá trình dẫn điện.Nguyên lý hoạt động của Pin Mặt trời chính là hiện tượng quang điện sảy ra khi cóánh sáng chiếu vào lớp bán dẫn p-n Điện tử ở vùng hóa trị sẽ hấp thụ năng lượng hv củacác photon từ ánh sáng chiếu tới và nhảy lên vùng dẫn Như vậy ở dùng dẫn sẽ có nhữngelectron (e-) còn ở vùng hóa trị sẽ tồn tại những lỗ trống (h+) Tương đương với việc hìnhthành 2 bán cực âm (vùng dẫn) và bán cực dương (vùng hóa trị)

Hình 1.6: Sự hình thành hai điện cực của bán dẫn p-n Nguyên lý hoạt động của Pin Năng Lượng Mặ Trời:

Khi một pho t on chạm vào mảnh silic, một trong hai trường hợp sẽ xảy ra:

- Photon truyền trực xuyên qua mảnh silic Điều này thường xảy ra khi năng l ư ợng của photon thấp hơn năng lượng đủ để đưa các hạt electr o n lên mức năng lượng caohơn

- Năng lượng của photon được hấp thụ bởi silic Điều này thường xảy ra khi nănglượng của photon lớn hơn năng lượng để đưa electron lên mức năng lượng cao hơn.Khi photon được hấp thụ, năng lượng của nó được truyền đến các hạtelectron trong màng t i nh th ể Thông thường các electron này ở lớp ngoài cùng, và thườngđược kết dính với các ng u y ên tử lân cận vì thế không thể di chuyển xa Khi electron đượckích thích, trở thành dẫn điện, các electron này có thể tự do di chuyển trong bán dẫn Khi

đó ng u y ên tử sẽ thiếu 1 electron gọi là "lỗ trống" Lỗ trống này tạo điều kiện cho cácelectron của nguyên tử bên cạnh di chuyển đến điền vào "lỗ trống", và điều này tạo ra lỗtrống cho nguyên tử lân cận có "lỗ trống" Cứ tiếp tục như vậy "lỗ trống" di chuyển

xuyên suốt mạch bán dẫn tạo nên dòng điện Hình 1.7 trình bày nguyên lý hoạt động của

PNLMT

Hình 1 7: Nguyên lý hoạt động của Pin năng lượng mặt trời

1.2 THIẾT BỊ LƯU TRỮ ĐIỆN NĂNG

Điện năng là một dạng năng lượng đặc biệt, khi sản xuất ra mà không sử dụng hếtthì phần dư thừa đó sẽ biến mất Vì vậy cần có thiết bị lưu trữ điện năng để dụng trongcác trường hợp mất nguồn cấp do cắt điện hay hư hỏng…

Thiết bị lưu trữ thông dụng và hiệu quả nhất hiện nay là Ắc quy (ACU), thiết bị cókhả năng tích trữ điện trong thời gian dài ACU cũng là thiết bị cơ động có thể dễ dàngvận chuyển và sử dụng

1.2.1 Giới thiệu về ACU

Ắc quy (ACU) là thiết bị lưu trữ điện một chiều, lưu trữ điện năng ở dạng hóa năng.Hiện nay thị trường ắc quy vô cùng phong phú, với chất lượng giá thành rất khácnhau (axit chì, chì khô, khí kín, niken….) Nhưng về cơ bản có thể chia thành hai loạiACU chính là ACU chì – axit và ACU sắt – kiềm Trong khuôn khổ đồ án này ta tậptrung nghiên cứu ACU chì – axit, sản xuất theo công nghệ kín khí, không cần bảo dưỡng,

đây cũng là loại ACU sử dụng trong hệ thống chiếu sáng đường nội bộ trường Đại họcNha Trang sử dụng điện mặt trời.

1.2.1.1 Cấu tạo

ACU chì gồm có các bản cực bằng chì đi-ô-xít chì ngâm trong dung dịch acid

Sulfuric Hình 1.8 trình bày cấu tạo của ACU.

Các bản cực thường có cấu trúc phẳng, dẹp, dạng khung lưới, làm bằng hợp kim chì

- Antimone, có nhồi các hạt hóa chất tích cực Các hóa chất này khi được nạp đầy làdioxit chì ở cực dương, và chì nguyên chất ở cực âm Các bản cực được nối với nhaubằng những thanh chì ở phía trên, bản cực dương nối với bản cực dương, bản cực âmnối với bản cực âm Thông thường, các bản cực âm được đặt ở bên ngoài, do đó số lượngcác bản cực âm nhiều hơn bản cực dương Các bản cực âm ngoài cùng thường mỏng hơn,

vì chúng sử dụng diện tích tiếp xúc ít hơn

Chất lỏng dùng trong bình accu này là dung dịch acid Sulfuric Nồng độ của dungdịch biểu trưng bằng tỷ trọng đo được, tuỳ thuộc vào loại bình accu, và tình trạng phóngnạp của bình

Trị số tỷ trọng của bình accu khi được nạp đầy được quy ra ở 25⁰C (77⁰F) được

cho ở Bảng 1.1

Hình 1.8: Cấu tạo ACU chì - acid

Bình accu dùng cho tải không nặng lắm: thí dụ như chiếu

sáng , hoặc khởi động các động cơ lớn…

1,245

Bình accu tĩnh, hoặc dùng cho các ứng dụng dự phòng 1,215

1.2.1.2 Dung lượng ACU

Dung lượng của accu là lượng điện (điện tích) mà ACU đó sau khi đã được nạp đầy

sẽ phát ra được trước khi hiệu điện thế giảm xuống đến mức ngừng Mức ngừng là mức

mà không nên bắt accu phát điện tiếp, nếu cứ để accu phát điện ở dưới mức ngừng thì sẽgiảm tuổi thọ của accu, thậm chí có thể làm accu chết ngay lập tức Đó là trường hợpdùng nhiều accu mắc nối tiếp nhau khi 1 accu đã phát hết điện mà những cái khác chưahết điện và ta tiếp tục dùng thì cái hết điện trước sẽ bị đảo cực và hỏng hoàn toàn Vớiaccu chì thông thường thì mức ngừng là 1,67V cho mỗi ngăn; hay là 10V cho cả 6ngăn

Dung lượng của bình accu thường được tính bằng Ampe giờ (Ah) Ah là tích sốgiữa dòng điện phóng với thời gian phóng điện Dung lượng này thay đổi tùy theonhiều điều kiện như dòng điện phóng, nhiệt độ chất điện phân, tỷ trọng của dung dịch, vàđiện thế cuối cùng sau khi phóng Nhà sản xuất thường đặt số dung lượng trong ký hiệucủa accu

Các biến đổi của thông số của bình accu được cho trên các biểu đồ hình 1.9.

Trước khi dùng làm nguồn điện ta phải nạp điện cho ACU Lúc này ACU đóngvai trò một máy thu, tích trữ điện năng dưới dạng hóa năng Khi nạp điện cho ACUngười ta cho dòng điện một chiều đi vào ACU Dung dịch Axit Sunfuric bị điện phân,làm xuất hiện Hiđrô và Ôxit ở hai bản chì Ở bản nối với cực âm (-) của nguồn điệnChì đi-ôxit (PbO2) khử mất ôxi và thành chì Pb, bản này sẽ thành cực âm (-) củaACU Còn ở bản nối với cực dương (+) của nguồn điện thì có ôxit bám vào, ôxi hóa

Pb3O4 thành Chì đi-ôxit (PbO2), bản này sẽ trở thành cực dương (+) của ACU Khi haicực đã trở thành Pb và PbO2 thì giữa chúng có một hiệu điện thế, ACU trở thành nguồnđiện và bây giờ tự nó có thể phát ra dòng điện

Nếu ta nối hai cực của ACU đã được nạp điện bằng một dây dẫn thì dòng điệnchạy trong dây sẽ có chiều ngược với dòng điện lúc nạp vào ACU Dòng điện này sẽgây ra quá trình hóa học ngược lại, dung dịch axit lại bị điện phân nhưng lần này các ionchuyển dời ngược chiều với lúc đầu, Hiđrô sẽ chạy về bản PbO2 và khử ôxi, làm cho bảnnày chở thành chì ôxit PbO Cho đến khi hai cực đã hoàn toàn giống nhau thì dòng điệntắt Bây giờ muốn ACU lại phát điện, ta phải nạp điện cho nó để hai cực trở thành Pb vàPbO2

Hình 1.9: Sự biến đổi thông số bình ACU qua quá trình phóng nạp

tỷ trọng ban đầu (nhưng cũng không được để điện thế mỗi ngăn giảm xuống thấp hơn1,75V).

Hình 1.10: Quá trình phóng điện của ACU

1.2.2.2 Nạp ACU

Tuỳ theo phương pháp vận hành accu, thiết bị nạp và thời gian cho phép nạp,phương pháp nạp, việc nạp có thể được thực hiện theo các cách như sau:

 Nạp với dòng điện không đổi

 Nạp với dòng điện giảm dần

 Nạp với điện thế không đổi

 Nạp thay đổi với điện thế không đổi

Khi nạp điện dòng đi từ cực (–) sang cực (+):

độ phụ nạp thường xuyên ACU được đấu vào thanh cái một chiều song song với thiết

bị nạp Nhờ vậy, tuổi thọ và độ tin cậy của ACU tăng lên và hạ thấp cho phí bảo dưỡng

Để bảo đảm chất lượng ACU, trước khi đưa vào chế độ phụ nạp thườngxuyên phải phóng nạp tập dợt 4 lần Trong quá trình vận hành ACU ở chế độ phụ nạpthường xuyên ACU không cần phóng tập dợt cũng như nạp lại Trường hợp sau mộtthời gian dài làm việc ở chế độ phụ nạp thường xuyên mà thấy chất lượng ACU bị giảmthì phải thực hiện việc phóng nạp đột xuất

Ở chế độ phụ nạp thường xuyên cần duy trì điện thế trên mỗi ACU là2,2±0,5V để bù trừ sự tự phóng và duy trì ACU ở trạng thái luôn được nạp đầy

Dòng điện phụ nạp thông thường được duy trì từ 50-100 mA cho mỗi 100Ah dunglượng

Ở chế độ phụ nạp này, điện thế trên ACU phải được duy trì tự động trong khoảng ±2%

 Chế độ phóng nạp xen kẽ:

ACU làm việc ở chế độ phóng nạp xen kẽ là ACU thường xuyên cấp vào phụ tảisau khi đã ngưng nạp Sau khi phóng đến một giá trị nào đó thì phải nạp trở lại Trườnghợp sử dụng ACU không nhiều thì mỗi tháng phải tiến hành phụ nạp với dòng điệnkhông đổi là 0,1xC Việc nạp lại này nhằm loại trừ việc Sunfat hóa ở các bản cực

1.2.3 Bộ điều khiển sạc ACU

Để có thể tích trữ điện năng vào ACU một cách an toàn và tránh làm hư hại ACUngười ta sử dụng bộ điều khiển sạc Trước đây, khi chưa có khái niệm về PNLMT người

ta chủ yếu trữ điện vào ACU bằng bộ điều khiển sạc AC – DC (220VAC 12VDC/24VDC/48VDC) Và kể từ khi PNLMT ra đời, bộ sạc ACU được thiết kế thêm

-cho phù hợp với việc nạp trực tiếp điện năng tạo ra từ PNLMT mà không cần chuyển đổi

AC – DC nữa (PNLMT tạo ra nguồn điện DC < = 24V) Bộ điều khiển sạc sẽ đảm nhậnnhiệm vụ chuyển toàn bộ năng lượng mà PNLMT tạo ra nạp đầy vào ACU theo đúngdung lượng và điện áp của ACU, tự động ngắt khi ACU đến ngưỡng đầy (UMax) và tựđộng nạp lại khi điện áp ACU đến ngưỡng nạp (UMin) Như vậy, ACU sẽ được nạp vàphóng một cách an toàn để kéo dài tuổi thọ

Các thông số kỹ thuật cần được quan tâm:

 Ngưỡng điện thế cắt VMax:

Ngưỡng điện thế cắt Vmax là giá trị hiệu điện thế trên hai cực của bộ ACU đãđược nạp điện đầy, dụng lượng đạt 100%, khi đó nếu tiếp tục nạp điện cho acquy thìACU sẽ bị quá đầy, dung dịch ACU sẽ bị sôi dẫn đến sự bay hơi dung dịch dẫn điện

và làm hư hỏng các bản cực Vì vậy khi có dấu hiệu accu đã được nạp đầy, hiệu điện thếtrên các cực bộ ACU đạt đến V=Vmax, thì bộ điều khiển sẽ tự động cắt hoặc hạn chếdòng nạp điện từ dàn pin Mặt Trời Sau đó khi hiệu điện thế bộ accu giảm xuống dưới giátrị ngưỡng, bộ điều khiển lại tự động đóng mạch nạp lại

 Ngưỡng điện thế cắt - nạp VMin:

Ngưỡng điện thế nạp Vmin là giá trị hiệu điện thế trên hai cực bộ ACU, khi ACU đãphóng điện đến giá trị cận dưới của dung lượng accu (ví dụ: đối với ACU Chì – axit, khitrong ACU chỉ còn lại 30% dung lượng) Nếu tiếp tục sử dụng thì ACU sẽ bị phóng điệnquá kiệt dẫn đến hư hỏng ACU Vì vậy, Khi bộ điều khiển nhận thấy hiệu điện thế

bộ ACU V ≤ Vmin thì nó sẽ tự động cắt mạch tải tiêu thụ và tiến hành nạp điện vàoACU Sau đó nếu hiệu điện thế bộ ACU tăng lên trên giá trị ngưỡng trên (đầy), bộ điềukhiển lại tự động cắt nạp

Đối với ACU Chì – axit, hiệu điện thế chuẩn trên các cực của một bình làV=12V, thì thông thường người ta chọn Vmax= 14,0÷14,5V, còn Vmin = 10,5÷11,0V

LED được xem như là một diode, có khả năng phát ra các bức xạ nằm trong vùngánh sáng nhìn thấy (ở đây ta chỉ nói về LED phát ra ánh sáng nhìn thấy) LED được cấutạo từ các chất bán dẫn bằng cách cho bán dẫn p tiếp xúc với bán dẫn n, tạo thành lớp tiếpxúc p-n, giống như modul PMLMT đã đề cập ở phần 1, tuy nhiên kích thướng nhỏ hơnnhiều Khi ta cho nguồn điện một chiều (DC) chạy qua lớp tiếp xúc p-n thì nó sẽ phát rabức xạ dưới dạng ánh sáng với nhiều màu sắc khác nhau.

1.3.1.1 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động

Bản chất của LED là một diode , nó chứa một chíp bán dẫn có pha các tạp chất đểtạo ra một tiếp giáp P-N, khi chất bán dẫn Silicon cho pha Indium (có 3 nối hóa trị, khi

gắn nó vào mạng Silicon cần 4 nối, sẽ có một nối thiếu điện tử và cho ra 1 lỗ trống) chúng

ta sẽ có chất bán dẫn loại P và khi cho pha với Phosphor (có 5 nối hóa trị, khi gắn nó vàomạng Silicon cần 4 nối, sẽ dư ra 1 hạt điện tử), chúng ta có chất bán dẫn loại N Kênh Pchứa lỗ trống, kênh N chứa điện tử, dòng điện truyền từ A-nốt (A) ( kênh P)  đến K-tốt

Hình 1.12: Cấu tạo bên trong và hình dạng cơ bản của LED