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. Một phần 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.
Trang 1ĐỒ ÁN MÔN HỌC
Đề tài :Thực hành biến đổi năng lượng mặt trời thành nguồn năng lượng có
điện áp 220VAC tần số 50Hz MÔN HỌC: ĐỒ ÁN ĐIỆN- ĐIỆN TỬ 1
Trang 2
LỜI MỞ ĐẦU Điện năng đang ngày càng đóng vai trò hết sức quan trọng trong đời sống con người chúng ta Chính vì những ưu điểm vượt trội của nó so với các nguồn năng 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 trong mọi lĩnh vực từ công nghiệp, dịch vụ, cho đến phục vụ đời sống sinh hoạt hằng ngày của mỗi gia đình Có thể nói rằng ngày nay không một quốc gia nào trên thế giới không sản xuất và tiêu thụ điện năng, và trong tương lai thì nhu cầu của con 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 hóa nên nhu cầu
sử dụng điện năng trong tất cả các lĩnh vực ngày càng tăng Vì vậy năng lượng điện có vai trò hết sức quan trọng đối với sự phát triển kinh tế và ổn định 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 hệ thống điện để cung cấp điện năng cho các tải tiêu thụ là không thể thiếu được
Hệ thống điện ngày càng phức tạp, đòi hỏi việc thiết kế cung cấp có nhiệm vụ đề ra những phương án cung cấp điện hợp lí và tối ưu Một phương án cung cấp điện tối ưu sẽ giảm chi phí đầu tư xây dựng hệ thống điện giảm tổn thất điện năng vận hành đơn giản và thuận tiện trong việc bảo trì sửa chữa
Ngày nay các nguồn năng lượng sơ cấp đang có nguy cơ bị suy kiệt, do con người càng ngày có nhu cầu sử dụng điện càng cao nên việc khai thác các tài nguyên 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 năng thương gây ô nhiễm môi trường Nên yêu cầu cấp thiết hiện nay là tìm kiếm ra nguồn năng lượng sạch và có thể sử dụng trong tương lai, ứng dụng nguồn năng lượng đó trong thiết kế cung cấp điện cho con người
Trên cơ sở đó và được sự hướng dẫn của thầy giáo ThS.NCS Lê Minh Thành thực hiện thiết kế cung cấp điện cho một mô hình có ứng dụng năng lượng mặt trời
Trang 3Lời nhận xét của giáo viên hướng dẫn
Tổ chức báo cáo trước hội đồng
Tổ chức châm thuyết minh
Vĩnh Long Ngày 13 Tháng 12 Năm 2019
Giáo Viên Hướng Dẫn
Ý thức thực hiện:
Nội dung thực hiện :
Hình thức trình bày :
Trang 5CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU HỆ THỐNG CUNG CẤP VÀ NĂNG
Điện năng là một dạng năng lượng rất phổ biến và quan trọng đối với cuộc sống,điện năng được sản xuất từ các nhà máy được truyền tải và cung cấp cho các hộ tiêu thụ Trong việc truyền tải tới các hộ tiêu thụ việc thiết kế cung cấp điện là một khâu rất quan trọng Với thời đại hiện nay,nền kinh tế nước ta đang phát triền mạnh mẽ theo sự hội nhập của thế giới,đời sống xã hội của người dân được nâng cao nên những tiện nghi trong cuộc sống đòi hỏi mức tiêu thụ về điện năng tăng cao, do đó việc thiết kế cung cấp điện không thể thiếu trong xu thế hiện nay
Việc thiết kế cung cấp điện cần phải đáp ứng được các yêu cầu sau:
Độ tin cậy cấp điện: mức độ tin cậy cung cấp điện phụ thuộc vào yêu cầu phụ tải với công trình quan trọng cấp quốc gia phải đảm bảo liên tục câp điện ở mức cao nhất, những đối tượng như nhà máy, xí nghiệp, tòa nhà cao tầng…tốt nhất là dùng máy phát điện dự phòng khi mất điện sẽ dùng máy phát
Chất lượng điện: được đánh giá qua hai tiêu chí tần số và điện áp, điện áp trung và hạ chỉ cho phép khoảng ±5% do thiết kế dảm nhiệm, còn chỉ tiêu tần số
do cơ quan điện lực quốc gia điều hành
An toàn điện: công trình cấp điện phải có tính an toàn cao cho người vận hành, người sử dụng thiết bị và cho toàn bộ công trình
Kinh tế: trong quá trình thiết kế ta phải đưa ra nhiều phương án rồi chọn lọc trong các phương án đó có hiệu quả kinh tế cao
Trang 61.2 Giới thiệu hệ thống năng lượng mặt trời
Trong thái dương hệ mặt trời có nguồn năng lượng lớn nhất Nó là khối vật chất khổng lồ với hoạt động hạt nhân xảy ra liên tục Mặt trời cung cấp trực tiếp hoạt gián tiếp, cho loài người và mọi dạng sống trên trái đất Mặt trời quyết định khí hậu và thời tiết không có mặt trời trái đất là vùng đất chết đóng băng vĩnh cửu
Điện năng lượng măt trời là ý tưởng tuyệt vời Lấy năng lượng từ mặt trời và chuyển thành điện năng cung cấp cho các trang thiết bị là mong ước của chúng ta, sẽ không còn hóa đơn tiền điện, không còn phụ thuộc vào công ty điện lực và bạn sẽ có nguồn năng lượng tái tạo, xanh sạch và bảo vệ môi trường Tạo ra năng lượng mặt trời nhờ vào ánh sáng mặt trời chiếu vào các panel pin mặt trời tạo ra nguồn điện 1 chiều DC qua các bộ biến tần chỉnh thành các nguồn điện xoay chiều AC cung cấp cho các thiết bị điện
Panel mặt trời tạo ra điện là do hiệu ứng quang điện giữa 2 lớp bán dẫn, 1 lớp thiếu electron Khi các electron này bị các photon kích thích lám cho chúng chuyển từ lớp bán dẫn này sang bán dẫn kia, nên tạo ra điện tích Các panel này thường là Si được cắt thành các tấm mỏng xếp kết hợp vừa song song và nối tiếp Nối tiếp thì tăng hiệu suất của pin, mắc song song thì tăng áp cung cấp cho phụ tải
Nguồn năng lượng mặt trời ngày nay thường được ứng dụng ích vì giá thành vẫn còn cao Nên được chỉ ứng ụng ở những nơi chưa có điện lưới kéo tới hoặc cung cấp cho 1 vài phòng, hay ứng dụng làm bình nước nóng, thiết bị bán hang tự động
Trang 7CHƯƠNG 2 CẤU HÌNH HỆ THỐNG ĐIỆN MẶT TRỜI ĐỘC
LẬP
2.1 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động:
2.1.1 Một hệ thống điện năng lượng mặt trời theo mô hình độc lập bao gồm các phần sau:
1 Các tấm pin năng lượng mặt trời ( Solar Panels PV )
2 Hệ thống lưu trữ ( Ắc Quy )
3 Bộ điều khiển sạc
4 Bộ chuyển đổi điện áp DC – AC ( Inverter )
Trạm điện mặt trời độc lập là kiểu hệ thống điện mặt trời thông dụng nhất trên phạm vi toàn cầu Mục đích chính là cung cấp điện cho những nơi chưa có lưới điện kéo tới hay không có nguồn năng lượng khác 1kw Hệ thống điện độc lập muốn có kế hoạch về hệ thống điện lớn hơn và quan trọng hơn thì người thiết kế cần có kiến thức cơ bản và kinh nghiệm trong thiết kế nguồn năng lượng mặt trời, nên cần bắt đầu với thiết kế nhỏ và đơn giản
2.1.2 Sơ đồ nguyên lý:
Trang 82.2 Ưu và nhược điểm của hệ thống điện năng lượng mặt trời
Hệ thống này phải cung cấp điện năng hơn công suất phụ tải mà nó cung cấp để có điện
dự trữ xài vào ban đêm khi không thể tạo ra điện năng Mà yếu tố quyết định chính là các photon trong ánh nắng mặt trời, photon sẽ tăng khi cường độ chiếu sáng tăng
Để khắc phục sự phụ thuộc này ta cần tính toán kỹ lưỡng thiết kế năng lượng mặt trời của
hệ thống này Như địa điểm lắp đặt các dãy pannel mặt trời, hướng của các dãy pannel, điểu chỉnh góc đặt dãy pannel, dự đoán tránh bóng che Công suất của dãy pannel cung
Trang 9cấp phải lớn hơn công suất phụ tải hệ thống, để còn điện năng dư đưa vào bình acquy để
có điện năng sử dụng vào ban đêm
CHƯƠNG 3 CÁC BỘ PHẬN TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN MẶT
TRỜI
Pin năng lượng mặt trời 35W Poly (CPP35W Poly) có chức năng hấp thu ánh nắng từ mặt trời Chuyển đổi quang năng tạo thành điện năng, cho ra dòng điện một chiều 12V (DC) Trong trường hợp này tấm pin mặt trời có công suất 35W nên ta cần phải thông qua mạch điều khiển sạc để nạp năng lượng vào bình ắc quy 12V Từ bình acquy sử dụng các thiết bị điện điện 1 chiều 12V DC như đèn, quạt, tivi,… Nếu sử dụng thiết bị điện 220V AC thì phải qua bộ kích điện 12V DC – 220V AC
3.1 Tấm Pin năng lượng mặt trời 35W Poly
Tấm Pin năng lượng mặt trời 35W Poly (35W Poly) có cấu tạo bao gồm các thành phần được liệt kê cụ thể như sau:
+ Kiếng cường chuyên dùng cho tấm pin năng lượng mặt trời 12V
+ Tế bào cell năng lượng mặt trời poly đa tinh thể: màu xanh / đen
+ Chì hàn: chì loại nhỏ để hàn nối giữa các cell với nhau và chì loại lớn để đi đường line chính
+ Miếng keo EVA * 2
+ Tấm TPT lót màu trắng / đen / xanh biển
+ Khung nhôm được thiết kế chắc chắn và được xi bạc
+ Hộp điện juntion box
+ Đi od bảo vệ
+ Dây điện chuyên dùng cho tấm pin năng lượng mặt trời mini
Trang 10 Cấu tạo tấm pin năng lượng mặt trời dựa trên nguyên lý hiệu ứng “ quang điện ” hiệu ứng quang điện tạo ra dòng điện bằng cách chuyển đổi năng lượng mặt trời dưới dạng ánh sáng nhìn thấy được, tia cực tím (UV) hoặc bức xạ hồng ngoại (IR) thành dòng điện trực tiếp
– Các tế bào quang điện (PV) là các thiết bị bán dẫn được làm từ các tấm silicon có độ tinh khiết cao (Si) được pha tạp với các tạp chất đặc biệt, cho chúng nhiều “electron” và
“lỗ” trong cấu trúc mạng của chúng
– Các tế bào năng lượng mặt trời quang điện tạo ra một dòng điện DC có thể biến đổi tỷ
lệ thuận với kích thước của chúng và lượng bức xạ mặt trời rơi trên tấm silicon chúng không lưu trữ năng lượng, nhưng chúng có thể được coi là một dạng pin tạo ra điện áp đầu ra cố định khoảng 0,5 volt đến 0,6 volt tùy thuộc vào chất liệu cấu tạo lên tấm pin năng lượng mặt trời
– Các tế bào quang điện ( pv ) thực chất là các thiết bị bán dẫn silic, chúng bao gồm một lớp loại P ( dương ) và một lớp N ( âm ) được ghép nối với nhau để tạo thành một “Liên kết p/n”
– Khi 2 lớp bán dẫn p và n tiếp xúc nhau, do sự chênh lệch về mật độ các hạt dẫn nên các điện tử ( electron ) sẽ khuếch tán từ bán dẫn n sang p, lỗ trống khuếch tán ngược lại từ bán dẫn p sang n Sự khuếch tán này làm cho phần bán dẫn n sát lớp tiếp xúc tích sẽ điện dương, còn phần bán dẫn p ngay đối diện sẽ tích điện âm Trong miền tiếp xúc lúc này hình thành điện trường Utx hướng từ bán dẫn lớp n sang lớp p “ Utx sẽ ngăn cản sự khuếch tán tiếp tục của các hạt dẫn qua lớp tiếp xúc “ Khi chiếu sáng lớp tiếp xúc p-n, cặp electron – lỗ trống được tạo thành, bị tách ra dưới tác dụng của điện trường tiếp xúc Utx và bị gia tốc về các phía đối diện tạo thành một sức điện động quang điện Sức điện động quang điện phụ thuộc vào bản chất chất của loại bán dẫn, nhiệt độ bề mặt lớp tiếp xúc, bước sóng và cường độ ánh sáng tới bề mặt vật liệu tiếp xúc
Trang 11
Điện tử và lỗ trống quang sinh trong vùng tiếp xúc bị điện trường Utx
Sự chuyển động của các lỗ dẫn đến sự thiếu hụt các electron trong silicon chuyển toàn bộ tinh thể pha tạp thành một cực dương Do đó, vật liệu bán dẫn loại P có nhiều lỗ electron hơn và khi mỗi nguyên tử tạp chất tạo ra một lỗ , cả hai loại vật liệu bán dẫn loại N và loại P đều trung hòa về điện, nhưng khi hai vật liệu bán dẫn này lần đầu tiên kết hợp một
số electron tự do di chuyển qua đường giao nhau để lấp đầy các lỗ trong vật liệu loại P tạo ra các ion âm , nhưng bởi vì các electron đã di chuyển chúng để lại các ion dương trên mặt N âm và các lỗ di chuyển qua ngã ba theo hướng ngược lại vào khu vực nơi có
số lượng lớn các electron tự do Chuyển động của các electron và lỗ trên giao lộ được gọi
là khuếch tán
– Quá trình này tiếp tục cho đến khi số lượng các electron vượt qua đường giao nhau có điện tích đủ lớn để đẩy lùi hoặc ngăn chặn bất kỳ các phần tử nào khác vượt qua ngã ba Cuối cùng, trạng thái cân bằng (tình trạng trung hòa điện) sẽ xuất hiện tạo ra một vùng “ Rào cản tiềm năng ” xung quanh khu vực của đường giao nhau khi các nguyên tử
electron đẩy lùi các lỗ
Trang 12– Tầm quan trọng của sự tích hợp này là nó phản đối cả dòng chảy của lỗ và electron trên đường giao nhau và đó là lý do tại sao nó được gọi là rào cản tiềm tàng electron Ánh sáng mặt trời là bức xạ điện từ gồm các đơn vị năng lượng ánh sáng rất nhỏ được gọi là photon Khi photon dưới dạng ánh sáng mặt trời chiếu vào hoặc chạm vào điểm tiếp xúc
PN của vật liệu bán dẫn của mặt trời, năng lượng từ photon sẽ biến mất hoặc đánh rơi bất
kỳ electron tự do nào trong đường giao nhau PN này khi chúng bị kích thích bởi năng lượng photon Điều này dẫn đến các electron được giải phóng và có thể di chuyển tự do
để lại vị trí của nó một lỗ hoặc một điện tích dương
– Trong vật liệu loại P, các electron tự do này dễ dàng xuyên qua lớp tiếp xúc để vào vật liệu loại N, nhưng chuyển động của electron này là một chiều, vì các electron không thể vượt qua lớp suy giảm trở lại lớp P Kết quả là dư thừa các electron tự do tích tụ trong vật liệu bán dẫn loại N tạo ra dòng điện trong tấm pin mặt trời và nó sẽ tiếp tục diễn ra vô thời hạn nếu vẫn đủ điều kiện có tiếp xúc với ánh sáng mặt trời
Khi mặt tích cực và tiêu cực của đường giao nhau được tạo ra, pin mặt trời quang điện hoạt động như một loại pin tạo ra cả điện áp và dòng điện DC Sau đó, một pin mặt trời biến photon thành các electron dưới dạng dòng điện Dây điện nhỏ làm bằng kim loại được kết nối với cả vật liệu bán dẫn loại P và loại N để kết nối các lớp tiếp xúc PN với nhau tạo ra dòng điện DC như hình dưới đây
Trang 13 Lớp bán dẫn P-N có tính chỉnh lưu như một diode , chỉ cho electron dẫn và lỗ trống dẫn trong vùng tiếp xúc di chuyển về phía bán dẫn lớp N và bán dẫn lớp P tương ứng , nối các đầu bán dẫn bằng một dây dẫn điện thì trong dây xuất hiện dòng điện i đi theo chiều
từ bán dẫn P qua tải về bán dẫn N (Lưu ý rằng chỉ có các cặp điện tử-lỗ trống được tạo ra
ở miền tiếp xúc hoặc cách bờ miền tiếp xúc một khoảng gọi là độ dài khuếch tán trung bìnhcủa cặp điện tử-lỗ trống thì mới bị điện trường tiếp xúc tách ra và tạo ra dòng quangđiện )
Trang 14 Công suất P ( max ) mà tế bào có thể cung cấp theo watt được tính theo điện áp của tế bào ( volt ) nhân với dòng điện tối đa I :
*Thông số kĩ thuật
Thông tin tấm pin năng lượng mặt trời poly 35W cpp(55w poly)
Biến đổi quang năng hấp thụ từ mặt trời để biến thành điện năng đáp ứng tiêu chuẩn chất lượng nghiêm ngặt của IEC, UL, CE, TUV , ETL, PV Cycle, MCS, BBA, Safety class
Bảo hành sản phẩm 10 năm
Tuổi thọ Tấm pin năng lượng mặt trời poly từ 30 đến 50 năm
Khung nhôm định hình, thiết kế dễ dàng lắp đặt và kiểu dáng đẹp, ngoại hình hiện đại
Được thiết kế để chịu được tải trọng tuyết và băng lên đến 5400 Pa và tải trọng gió lên đến 2400 Pa
Cấu trúc bề mặt kính cường lực tối ưu: Chống phản xạ, chống đọng nước đặc biệt không làm giảm hiệu suất hấp thụ năng lượng mà vẫn bảo vệ các tác động bên ngoài như mưa đá
Trang 15 Hộp nối dây được bảo vệ IP65, chống bụi chống nước vận hành trong mọi điều kiện thời tiết
Dây đấu và đầu connect tiêu chuẩn MC4 có khả năng chống bụi, nước, thiết kế ghép nối
dễ dàng
Khả năng chống ăn mòn muối biển, bão cát và ammonia
Thông số kỹ thuật tấm CPP55W POLY
PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI POLY 35 W Công suất tấm pin NL mặt
Trang 16Tuổi thọ sản phẩm - 20 năm
3.2 Acquy
Các panel mặt trời rất ít khi cung cấp điện năng trực tiếp cho thiết bị điện Điều này lo
do công suất của panel mặt trời biến thiên theo cường độ ánh nắng, không phù hợp với hấu hết các thiết bị điện Đối với hệ thống độc lập hoặc hệ thống bổ sung điện lưới, acquy lưu giữ điện năng và cung cấp nguồn điện với công suất ổn định cho thiết bị
Nói chung, năng lượng này được lưu giữ trong các acquy acid-chì “chu kỳ sâu”, hình dáng tương tự acquy dùng trên xe hơi nhưng khác về thiết kế bên trong Thiết kế này cho phép chúng phóng điện và tái nạp điện hàng ngàn lần
Năng lượng điện được lưu giữ trong các acquy,có thể nối các acquy với nhau để tạo thành dãy acquy; nhiều acquy mắc nối tiếp sẽ làm tăng điện lượng và điện áp của dãy acquy, nhiều acquy mắc song song sẽ làm tăng điện lượng nhưng vẫn duy trì điện áp không đổi
Thông số kĩ thuật