Đèn sân vườn sử dụng năng lượng mặt trời

Ngày nay các nguồn năng lượng sơ cấp đang có nguy cơ bị suy kiệt, do conngười càng ngày có nhu cầu sử dụng điện càng cao nên việc khai thác các tàinguyên sơ cấp cũng nhiều để cung cấp đủ

LỜI MỞ ĐẦU

Điện năng đang ngày càng đóng vai trò hết sức quan trọng trong đời sốngcon người chúng ta Chính vì những ưu điểm vượt trội của nó so với các nguồnnăng lượng khác (như: dễ chuyển thành các dạng năng lượng khác, dễ truyền tải

đi xa, hiệu suất cao) mà ngày nay điện năng được sử dụng hết sức rộng rãi trongmọi lĩnh vực từ công nghiệp, dịch vụ, cho đến phục vụ đời sống sinh hoạt hằngngày của mỗi gia đình Có thể nói rằng ngày nay không một quốc gia nào trênthế giới không sản xuất và tiêu thụ điện năng, và trong tương lai thì nhu cầu củacon người về nguồn năng lượng đặc biệt này sẽ tiếp tục được năng cao

Hiện nay, đất nước ta đang trên con đường công nghiệp hóa- hiện đại hóanên nhu cầu sử dụng điện năng trong tất cả các lĩnh vực ngày càng tăng Vì vậynăng lượng điện có vai trò hết sức quan trọng đối với sự phát triển kinh tế và ổnđịnh chính trị xã hội.Với tính ưu việt đó điện năng được sử dụng rộng rãi,không thể thiếu trong sinh hoạt và sản xuất vì vậy khi xây dựng một nhà máy,một khu công nghiệp hay một tòa nhà cao tầng thì vấn đề xây dựng một hệthống điện để cung cấp điện năng cho các tải tiêu thụ là không thể thiếu được Ngày nay các nguồn năng lượng sơ cấp đang có nguy cơ bị suy kiệt, do conngười càng ngày có nhu cầu sử dụng điện càng cao nên việc khai thác các tàinguyên sơ cấp cũng nhiều để cung cấp đủ lượng điện cho con người sử dụng

Mà hầu như các quy trình chuyển nguồn năng lượng sơ cấp này sang điện năngthương gây ô nhiễm môi trường Do đó năng lượng Mặt trời là nguồn nănglượng sạch có thể sử dụng trong tương lai

Trên cơ sở đó và được sự hướng dẫn của thầy Nguyễn Bá Thành thực hiệnthiết kế đèn sân vườn cảm biến ánh sáng sử dụng năng lượng mặt trời

Mục Lục

Chương 1: GIỚI THIỆU 1

1.1 Đặt vấn đề 1

1.3 Phương pháp nghiên cứu 3

1.4 Nội dung đề tài 3

Chương 2: GIỚI THIỆU PHẦN MỀM PSIM 4

2.1 Giới thiệu chung 4

2.2 Giới thiệu về Tool Renewable Energy 5

2.2.1 Mô phỏng năng lượng mặt trời 5

Chương 3: KHAI THÁC NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI 14

3.1 Gới thiệu năng lượng Mặt Trời 14

3.2 Điện Mặt Trời 16

3.2.1 Giới thiệu Pin Mặt Trời 17

3.2.2 Sơ đồ khối hệ Pin điện đơn giản 24

3.3 Nhiệt Mặt Trời 24

3.3.1 Chuyển hóa nhiệt Mặt Trời thành điện 24

3.3.2 Các hệ thống thu hội tụ ánh sáng Mặt Trời 25

Chương 4: THIẾT KẾ ĐÈN SÂN VƯỜN SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI 28

4.1 Sơ đồ khối 28

4.2 Tính toán phụ tải 28

4.2.1 Tính toán tấm Pin Mặt Trời (PV modul ) 28

4.2.2 Tính toán Ắc quy ( Battery ) 29

4.3 Sơ đồ nguyên lý 32

Chương 5: THI CÔNG 35

5.1 Linh kiện cần có: 35

5.2 Thực hiện 35

Mục lục Hìn

Hình 2 1: Giao diện Psim 5

Hình 2 2: Thông số solar module (Functional model) 6

Hình 2 3: Thông số solar module (physical model) 8

Hình 2 4: Chọn Pin mặt trời 9

Hình 2 5: Chọn nguồn DC 9

Hình 2 6: Chọn linh kiện và thiết bị đo 10

Hình 2 7: Chọn Label 10

Hình 2 8: Nối dây 10

Hình 2 9: Sửa thông số nguồn DC 11

Hình 2 10: Sửa thông số Triangualar 11

Hình 2 11: Mô phỏng bằng Simulation Control 11

Hình 2 12: Sửa thông số trong bảng Simulation Control 12

Hình 2 13: Chạy mô phỏng bằng Run Simulation 12

Hình 2 14: Bảng Properties 12

Hình 2 15: Bảng đặc tuyến miền 13

Y Hình 3 1: Bức xạ Mặt Trời 14

Hình 3 2: Bức xạ Mặt Trời đến Trái Đất 15

Hình 3 3: Bức xạ Mặt Trời 15

Hình 3 4: Pin Mặt Trời 18

Hình 3 5: Quang phổ Mặt Trời và hiệu suất chuyển hóa quang điện 19

Hình 3 6: Hiệu suất các loại vật liệu tinh thể dùng trong sản xuất phiến pin quang điện 20

Hình 3 7: Cấu tạo pin Mặt Trời Silic 21

Hình 3 8: Pin Mặt trời nhạy cảm chất màu DSC 22

Hình 3 9: Pin mặt trời dạng keo nước 23

Hình 3 10: Sơ đồ khối 24

Hình 3 11: Minh họa kỹ thuật thiết kế kiểu nhà “ sưởi ấm ” tự nhiên tận dụng

bức xạ từ ánh sáng Mặt Trời 25

Hình 3 12: Dạng thu nhiệt Mặt Trời kiểu Pháp ( trái )và Trạm thử nghiệm Nhiệt điện mặt trời quốc gia tại Sandia 26

Hình 3 13: Nhà máy năng lượng mặt trời máng nhiệt 26

Hình 3 14: Sơ đồ hoạt động nhà máy nhiệt điện Mặt Trời 27

Hình 3 15: Dạng thu nhiệt Mặt Trời dạng trũng 27

Hình 4 1: Mạch sạc Acquy 32

Hình 4 2: Mạch cảm biến ánh sáng 32

Hình 5 1: Led thanh nhôm 5050 35

Hình 5 2: Mạch nạp ac quy 36

Hình 5 3: Mạch cảm biến ánh sáng 36

Hình 5 4: Đèn sân vườn cảm biến ánh sáng dùng năng lượng Mặt trời 36

Mục lục Bản

Bảng 1 : Số liệu về bức xạ mặt trời tại VN 30 Bảng 2: Các chỉ số quang học tiêu chuẩn chiếu sáng công viên, vườn hoa 33

Chương 1: GIỚI THIỆU1.1 Đặt vấn đề.

Năng lượng mặt trời là nguồn năng lượng được phát ra hay cung cấp bới mộtnguồn xác định và nguồn đó là mặt trời Và chính ánh sáng mặt trời đã mang lạicho con người sự sống cần thiết nhất, hơn thế nữa đó là một nguồn năng lượng

vô hạn, vô tận và có thể sử dụng lâu dài nếu chúng ta biết cách khai thác và sửdụng nó

Nói cách khác là nguồn năng lượng mặt trời sẽ được hấp thụ vào các tấm pinnang luong mặt trời do các công ty nước ngoài sản xuất rồi được chuyển hóathành nhiều dạng năng lượng cụ thể như: quang năng, nhiệt năng

Khác với các nguồn năng lượng khác cần đến nguyên liệu như gió, nước,than … được sử dụng để chuyển hóa thành điện năng thông qua các nhà màythủy điện, nhiệt điện, tuy nhiên các nguồn nguyên liệu này là có hạn Nănglượng mặt trời là nguồn năng lượng vô hạn và là một nguồn năng lượng tái tạođược Đây là nguồn năng lượng lâu dài, hữu ích cho con người trong tương lai.Mặt khác nếu các sản phẩm, vật dụng trong gia đình, công ty bạn đều sửdụng hệ thống pin năng lượng mặt trời thì nó sẽ góp phần giảm tải việc quá tảiđiện năng cho cả nước, sẽ giảm bớt được các đợt cách điện luân phiên, định kỳcủa nhà máy điện

Rất dễ lắp đặt, sử dụng và không chiếm nhiều diện tích, đơn giản bạn chỉ cầnlắp đặt các tấm pin mặt trời trên nóc nhà kèm theo thiết bị điều khiển hệ thốngnày

Việc bảo dưỡng các tấm pin này rất ít khi xảy ra, khi sử dụng không gây ồn

ào Đặc biệt, đây là một nguồn năng lượng xanh, thân thiện với môi trường.Không thải ra các khi cacbon hay bất cứ 1 loại khí nào gây hại cho môi trường

và con người trong quá trình tạo ra điện Và đây được coi là nguồn năng lượngsạch tốt nhất của thiên nhiên ban tặng cho con người

Một điểm đáng chú ý khác là giá than, khí thiên nhiên và dầu mỏ và nhiênliệu hóa thạch khác có xu hướng tăng liên tục còn năng lượng mặt trời là hoàntoàn miễn phí.

Một điểm đáng chú ý khác là giá than, khí thiên nhiên và dầu mỏ và nhiênliệu hóa thạch khác có xu hướng tăng liên tục còn năng lượng mặt trời là hoàntoàn miễn phí

Năng lượng mặt trời có thể được sử dụng để làm bóng đèn điện sáng, làmnóng nước và cũng để vận hành các thiết bị điện khác có trong nhà ở, văn phòngcủa bạn

Tóm lại, những lợi ích, ưu điểm mà nguồn năng lượng mặt trời mang lại chocon người là vô cùng hữu ích và rất cần thiết cho cuộc sống chúng ta…Và nó làmột nguồn năng lượng sạch có thể nói là duy nhất và tốt nhất

Thiết kế đèn tự động thắp sáng khi trời tối đặt tại sân vườn không cần đi dâyđiện Không tốn tiền điện, đèn tự nạp điện bằng pin năng lựơng mặt trời, có mắtcảm ứng tự động bật khi trời tối Đèn thông minh, tiết kiệm điện và an toàntuyệt đối cho người sử dụng

1.2 Khảo sát đề tài liên quan.

Đèn cảm biến ánh

sáng tự động bật

đèn khi trời tối

Vũ Đức Toàn(ĐHSPKT Tp.HCM )

Đèn cảm biến tự sáng khitrời tối và tắt khi trời sángdùng nguồn 220V

6/9/2016

Đèn bật tắt tự

động và tự sạc

Ninh Văn Thạch( Cao Đẳng nghề

Số 1 Bộ Quốc Phòng )

Đèn cảm biến ánh sáng

sử dụng pin mặt trời

13/6/2016

Đèn tự động thắp

sáng khi trời tối

Huỳnh Minh Phú Đèn cảm biến ánh sáng

sử dụng pin ác quy nguồnthắp sáng

Đèn cẳm biến ánh sáng

sử dụng Pin mặt trời thắpsáng sử dụng trong sânvườn

11/9/2016

1.3 Phương pháp nghiên cứu

- Đọc phân tích tài liệu.

- Mô hình, mô phỏng

1.4 Nội dung đề tài

Chương 1: GIỚI THIỆU

Chương 2: GIỚI THIỆU PHẦN MỀM PSIM

Chương 3: KHAI THÁC NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI

Chương 4: THIẾT KẾ ĐÈN SÂN VƯỜN SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶTTRỜI

Chương 5: THI CÔNG

Chương 2: GIỚI THIỆU PHẦN MỀM PSIM

2.1 Giới thiệu chung

PSIM là phần mềm mạch do hãng Powersim Inc Một trong các nhà sản xuấtcác thiết bị dạy học nổi tiếng viết và đưa ra thị trường Đây là phần mềm khôngchỉ mạnh trong học tập, giảng dạy mà còn là tài liệu cơ bản cho các kỹ sư khinghiên cứu, phân tích, khai thác mạch điện tử công suất, các mạch điều khiểntương tự và số, cũng như trong hệ truyền động xoay chiều (AC), một chiều(DC)

Phần mềm Psim bao gồm

 PSIM simulator: trình mô phỏng mạch nguyên lý (cho kết quả có đuôi là

*.txt)

SIMVIEW: trình vẽ dạng sóng kết quả mô phỏng, phân tích sóng

Thông thường PSIM Sẽ gồm có mạch động lực và mạch điều khiển Mạch động lực bao gồm các van bán dẫn công suất, các phần tử RLC, máybiến áp lực và cuộn cảm san bằng.Mạch điều khiển sẽ được biểu diễn bằng các

sơ đồ khối, bao gồm cả các phần tử trong miền S, miền Z, các phần tử logic (ví

dụ như các cổng logic,flip-flop) và các phần tử phi tuyến (ví dụ bộ chia) Cácphần tử cảm biến sẽ đo các giá trị điện áp, dòng điện trong mạch lực để đưa cáctín hiệu đo này về mạch điều khiển Sau đó mạch điều khiển sẽ cho các tín hiệuđến bộ điều khiển chuyển mạch để điều khiển quá trình đóng cắt các van bándẫn trong mạch lực

Giao diện của Psim

Hình 2 1: Giao diện Psim

2.2 Giới thiệu về Tool Renewable Energy

Công cụ này cung cấp một loạt các mô hình về hệ thống pin mặt trời, nănglượng gió Tất cả được thiết kế để cho phép mô phỏng và phân tích 1 cáchnhanh chóng và chính xác Trong Renewable Energy có: Solar Module(Physical model), Solar Module (Functional model) và Wind Turbine

2.2.1 Mô phỏng năng lượng mặt trời

Thông số solar module (Functional model)

Open Circuit Voltage Voc

Điện áp hở mạch

Voltage measured when the solar cell terminals are open circuit, in V

Được đo khi hai đầu pin để hở (V)

Short Circuit Current Isc

Dòng ngắn mạch

Current measured when the solar cell terminals are short circuit, in A

Dòng cực đại khi pin ngắn mạch (A)

Maximum Power Voltage Vm Solar cell terminal voltage when the output

power is at the maximum, in V

Điện áp tối đa Vm

Điện áp tối đa ở đầu ra (V)

Maximum Power Current Im

Dòng điện cực đại Im

Solar cell terminal current when the outputpower is at the maximum, in A

Dòng điện tối đa do được ở đầu (A)

Hình 2 2: Thông số solar module (Functional model)

Thông số solar module (physical model)

Light intensity S0 under the standard test conditions, in W/

m2 The value is normally 1000 W/m2 in manufacturer datasheet

Cường độ ánh sáng

chuẩn S0

Cường độ ánh sáng S0 theo các điều kiện kiểm tra chuẩn, tính bằng W / m2 Giá trị thông thường là 1000 W / m2

trong bảng dữ liệu của nhà sản xuất

Ref Temperature Tref

Nhiệt độ

Temperature Tref under the standard test conditions, in oC

Nhiệt độ chuẩn theo các điều kiện kiểm tra tiêu chuẩn, (Oc)

Series Resistance Rs

Dòng kháng Rs

Series resistance Rs of each solar cell, in Ohm

Điện kháng Rs của mỗi pin mặt trời, (Ohm)

Shunt Resistance Rsh

Điện trở suất Rsh

The shunt resistance Rsh of each solar cell, in Ohm

Điện trở suất của mỗi pin mặt trời (Ohm)

Short Circuit Current

Saturation Current Is0

Dòng điện bão hòa Is0

Diode saturation current Is0 of each solar cell at the reference temperature Tref, in A

Diode bão hòa hiện tại Is0 của mỗi tế bào năng lượng mặt trời tại nhiệt độ tham chiếu Tref, (A)

Band Energy Eg

Dãy năng lượng

Band energy of each solar cell, in eV It is around 1.12 for crystalline silicon, and around 1.75 for amorphous silicon

Năng lượng của mỗi tế bào năng lượng mặt trời, ở eV Nó

là khoảng 1,12 cho silic tinh thể, và khoảng 1,75 cho silic

Một yếu tố lý tưởng A của mỗi tế bào năng lượng mặt trời,còn gọi là hệ số phát thải Nó khoảng 2 đối với silic tinh thể, và nhỏ hơn 2 đối với silicon vô định hình.

Temperature

Coefficient Ct

Hệ số nhiệt độ Ct

Temperature coefficient Ct, in A/C or A/K

Hệ số nhiệt độ Ct, trong A / C hoặc A / K Coefficient Ks

i0=i s 0∗(T T ref)3∗e

qVθθ

AK(T1ref−T1)

i f=Vθ θ

R sh

T =T θ+K S∗S

Hình 2 3: Thông số solar module (physical model)

Mô phòng kiểm tra dòng điện của pin mặt trời: Solar Modules Combinedinto One Block ( Mô-đun năng lượng mặt trời kết hợp thành một khối )

B1: Mở PSIM chọn Pin Mặt trời mở Element – Power – Renewable Energy – Solar Modunle ( Physical model )

Hình 2 4: Chọn Pin mặt trời

B2: Chọn nguồn DC mở Source – voltage – Grounded DC ( circle )

Hình 2 5: Chọn nguồn DC

B3: Chọn linh kiện và thiết bị đo trên thanh công cụ ở phía dưới

Hình 2 6: Chọn linh kiện và thiết bị đo

Hình 2 7: Chọn Label

B4: Nối dây cho linh kiện chọn Wire trên thanh công cụ phía trên

Hình 2 8: Nối dây

B5: Sửa tên và thông số bằng cách nhấp đúp chuột vào linh kiện.

Hình 2 9: Sửa thông số nguồn DC

Hình 2 10: Sửa thông số Triangualar

B6: Để mô phỏng mạch vào Simulation Control sau đó sửa thông số chọn Run Simulation hiện bảng Properties chọn mục cần hiện rồi nhấn ADD

Hình 2 11: Mô phỏng bằng Simulation Control

Hình 2 12: Sửa thông số trong bảng Simulation Control

Hình 2 13: Chạy mô phỏng bằng Run Simulation

Hình 2 14: Bảng Properties

Hình 2 15: Bảng đặc tuyến miền

Chương 3: KHAI THÁC NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI3.1 Gới thiệu năng lượng Mặt Trời

Mặt Trời là một khối cầu có đường kính khoáng 1,4 triệu km với thành phầngồm các khí có nhiệt độ rất cao Nhiệt độ bên trong Mặt Trời đạt đến gần 15triệu độ, với áp suất gấp 70 tỷ lần áp suất khí quyển của Trái Đất Đây là điềukiện lý tưởng cho các phản ứng phân hạch của các nguyên tử hydro Bức xạgamma từ các phản ứng phân hạch này, trong qua trình được truyền từ tâm MặtTrời ra ngoài, tương tác vơi các nguyên tố khác bên trong Mặt Trời và chuyểnthành bức xạ có mức năng lượng thấp hơn, chủ yếu là ánh sáng và phần nhiệtcủa phổ năng lượng Bức xạ điện từ này, với phổ năng lượng trải dài từ cực tímđến hồng ngoại, phát ra không gian ở mọi hướng khác nhau

Hình 3 1: Bức xạ Mặt TrờiMỗi giây, Mặt Trời phát ra một khối năng lượng khổng lồ vào Thái Dương

Hệ, tuy nhiên chỉ một phần rất nhỏ tổng lượng bức xạ đến được Trái Đất Tuy

nhiên, phần năng lượng này vẫn được xem là rất lớn, vào khoảng 1.367 MW/

m2 ở ngoại tầng khí quyển của Trái Đất Một phần lớn bức xạ Mặt Trời phản xạlại về không gian trên bề mặt các đám mây 99% bức xạ Mặt Trời chiếu xuống

bề mặt Trái Đất chuyển thành nhiệt và sau đó tỏa nhiệt lại về không gian Chỉcần một phần nhỏ năng lượng Mặt Trời được sử dụng thì có thể đáp ứng đượcnhu cầu về năng lượng của thế giới

Hình 3 2: Bức xạ Mặt Trời đến Trái ĐấtNăng lượng mặt trời, bức xạ ánh sáng và nhiệt từ Mặt trời, đã được khai thácbởi con người từ thời cổ đại bằng cách sử dụng một loạt các công nghệ pháttriển hơn bao giờ hết Bức xạ mặt trời, cùng với tài nguyên thứ cấp của nănglượng mặt trời như sức gió và sức sóng, sức nước và sinh khối, làm thành hầuhết năng lượng tái tạo có sẵn trên Trái Đất Chỉ có một phần rất nhỏ của nănglượng mặt trời có sẵn được sử dụng

Hình 3 3: Bức xạ Mặt TrờiTrái Đất nhận được 174 petawatts (PW) của bức xạ mặt trời đến (sự phơi nắng) ở phía trên không khí Khoảng 30% được phản xạ trở lại không gian trongkhi phần còn lại được hấp thụ bởi các đám mây, đại dương và vùng đất phổ của

ánh sáng năng lượng mặt trời ở bề mặt của Trái Đất là chủ yếu lây lan qua nhìn thấy được và cận hồng ngoại phạm vi với một vai nhỏ trong các cận tử ngoại

Sử dụng điện bị ảnh hưởng rất nhiều bởi khí hậu, địa lý và kinh tế, làm cho

nó khó có thể khái quát từ các nghiên cứu đơn lẻ

3.2 Điện Mặt Trời

Điện mặt trời nghĩa là phát điện dựa trên động cơ nhiệt và pin quang điện

Sử dụng năng lượng mặt trời chỉ bị giới hạn bởi sự khéo léo của con người Mộtphần danh sách các ứng dụng năng lượng mặt trời sưởi ấm không gian và làm mát thông qua kiến trúc năng lượng mặt trời, qua chưng cất nước uống và khử trùng, chiếu sáng bằng ánh sáng ban ngày, nước nóng năng lượng mặt trời, nấu

ăn năng lượng mặt trời, và quá trình nhiệt độ cao nhiệt cho công nghiệp

purposes Để thu năng lượng mặt trời, cách phổ biến nhất là sử dụng tấm năng lượng mặt trời

Công nghệ năng lượng mặt trời được mô tả rộng rãi như là hoặc năng lượng mặt trời thụ động hoặc năng lượng mặt trời chủ động tùy thuộc vào cách chúng nắm bắt, chuyển đổi và phân phối năng lượng mặt trời Kỹ thuật năng lượng mặt trời hoạt động bao gồm việc sử dụng các tấm quang điện và năng lượng mặttrời nhiệt thu để khai thác năng lượng Kỹ thuật năng lượng mặt trời thụ động bao gồm các định hướng một tòa nhà về phía Mặt trời, lựa chọn vật liệu có khối lượng nhiệt thuận lợi hoặc tài sản ánh sáng phân tán, và thiết kế không gian lưu thông không khí tự nhiên

Hai phương pháp phổ biến dùng để thu nhận và trữ năng lượng Mặt Trời làphương pháp thụ động và phương pháp chủ động Phương pháp thụ động sửdụng các nguyên tắc thu giữ nhiệt trong cấu trúc và vật liệu của các công trìnhxây dựng Phương pháp chủ động sử dụng các thiết bị đặc biệt để thu bức xạnhiệt và sử dụng các hệ thống quạt và máy bơm để phân phối nhiệt Phươngpháp thụ động có lịch sử phát triển dài hơn hẳn, trong khi phương pháp chủđộng chỉ mới được phát triển chủ yếu trong thế kỷ 20

Hai ứng dụng chính của NLMT là: