BÁO CÁO ĐỒ ÁN 2 second verson (1)

Các loại phụ tải Loại phụ tải Số lượn g Công suấtW Thời gian sử dụng trong 1 ngày h Điện năng tiêu thụ Wh/ngày Bóng đèn tube LED 1,2m Personal computer TỔNG Từ bảng trên ta rút ra kết lu

BÁO CÁO ĐỒ ÁN 2

i TÍNH TOÁN HỆ THỐNG PIN

1 Các loại phụ tải

Loại phụ tải Số

lượn g

Công suất(W) Thời gian sử

dụng trong 1 ngày (h)

Điện năng tiêu thụ (Wh/ngày) Bóng đèn tube

LED 1,2m

Personal computer

TỔNG

Từ bảng trên ta rút ra kết luận, điện năng tiêu thụ trong một ngày của một họ gia đình tiêu chuẩn là 15268 Wh

2 Tính toán công suất dàn pin mặt trời

Sơ đồ 1.2.1 Bức xạ mặt trời tại TPHCM ( nguồn PHOTOVOLTAIC GEOGRAPHICAL INFORMATION SYSTEM)

Theo như sơ đồ trên thì bức xạ mặt trời trung bình của năm 2016 là:

158.74+162.65+181.14+163.42+133.28+112.06+112.6+ 111.47+ 85.6++79.72+113.98+106.79

Sơ đồ 1.2.2 Nhiệt độ trung bình tại TPHCM (nguồn PHOTOVOLTAIC GEOGRAPHICAL INFORMATION SYSTEM)

Nhiệt độ trung bình : 28.22+ 27.5+28.6+30.1+26.9+26.4+ 27+26.1+25.7+26.4 +24.9

Điện năng căn hộ sử dụng trong một ngày là : Engày=48388 Wh

Như vậy điện năng là solar panels cung cấp phải là: EPV= Engày

η =

15268

η :hiệu suất của bộ inverter−khoảng 85 %

Trong thực tế, hệ thống điện mặt trời còn bị tiêu hao do nhiều yếu tố như là điện trở

dây dẫn, bụi phủ tấm PV, ta cần chọn hệ số bù dự trữ k trong khoảng (1.1-1.3) Trong bài luận này ta chọn k =1.2

EPVbu= EPV×1.2=17962.3× 1.2=21554.8 W

Tổng số WP (Watt-peak) mà PV panel cần cung cấp: ∑ WP= EPVbu

21554 8

Chọn PV panel : PMT-325W-HIT-PANA

Ảnh hưởng của nhiệt độ:

Theo sơ đồ 1.2.2, nhiệt độ trung bình ở TPHCM năm 2016 là 27,2 ℃, chọn NOCT (Nominal Operating Cell Temperature) là 44℃, S=1-sun, ta có công thức:

Theo specification của PMT-325W-HIT-PANA thì công suất cực đại Pmax suy giảm 0.258 %/℃ ở điều kiện chuẩn 25℃:

Pmax ⁡(tt)= Pmax ⁡(¿)× [ 1−0.00258 ×(57.2−25) ] =298 W

Vậy, số lượng tấm pin cần thiết là: N= ∑ WP

Pmax ⁡(tt)=

5171.5

Tổng số Wp mà hệ thống cung cấp: ∑ WP= N × Pmax ⁡(tt )=18 ×29 8=53 64 W

Với 18 tấm pin ta mắc 9 hàng song song với mỗi hàng 2 PV panels:

Vpm(ht)=2 ×Vpm(1 panel)=2 ×57.6=115.2V

Voc(ht)=2 ×Voc(1 panel)=22 ×69.6=139.2V

Tính toán battery cho hệ thống

Hiệu suất nạp và xả của battery chỉ khoảng 80% cho nên lượng điện năng cần nạp vào battery để cung cấp cho tải là

Wbat= Engày

15268

Dung lượng của bộ battery:

Dunglượng battery ( Ah)= Wbat

DOD ×Vbat=

19085

Ta chọn battery 12V-100Ah

3 Chọn lựa thực tế các bộ phận trong hệ thống PV

Theo các dữ kiện đã tính toán ở các phần trên, ta có thông số PV như sau:

Vpm(ht)=115.2V

Voc(ht)=139.2V

∑ WP=5364 W

Lựa chọn bộ solar controller: ROVER LI 60 AMP MPPT SOLAR CHARGE CONTROLLER

Key Parts

Identification of Parts

1 Charging Indicator

2 Battery Indicator

3 Load Indicator

4 Abnormality Indicator

5 LCD Screen

6 Operating Keys

7 Installation Hole

8 Solar panel “+” Interface

9 Solar panel “-” Interface

10 Battery “-” Interface

11 Load “-” Interface

12 Battery “+” Interface

13 Load “+” Interface

14 External Temperature Sampling Interface

15 Battery Voltage Compensation Interface

16 Controller Parallel Port

17 RS232 Communication Interface

18 RS485 Communication Interface

Hình 3.1 bộ solar controller: ROVER LI 60 AMP MPPT SOLAR CHARGE CONTROLLER

Lựa chọn tấm Pin

Hình 3.2 PV panel : PMT-325W-HIT-PANA

Lựa chọn hệ thống battery

Ta chọn bộ battery 12V-100Ah

Lựa chọn bộ off-grid inverter

MODEL Axpert MKS 2K-24 Plus Axpert MKS 2K-48 Plus Axpert MKS 3K-24 Plus Axpert MKS 3K-48 Plus

Rated Power 2000VA/2000W 2000VA/2000W 3000VA/3000W 3000VA/3000W

INPUT

Selectable Voltage Range 170-280 VAC (For Personal Computers) 90-280 VAC (For Home Appliances)

Frequency Range 50 Hz/60 Hz (Auto sensing)

OUTPUT

AC Voltage Regulation (Batt Mode) 230VAC ± 5%

Transfer Time 10 ms (For Personal Computers)

20 ms (For Home Appliances)

BATTERY

Remote panel

Pure sine wave inverter Output power factor 1 Built-in MPPT solar charge controller Selectable input voltage range for home appliances and personal computers

Selectable charging current based on applications Configurable AC/Solar input priority via LCD setting Compatible to AC mains or generator power Optional remote panel available

SOLAR CHARGER & AC CHARGER

MPPT Range @ Operating Voltage 30 ~ 115 VDC 60 ~ 115 VDC 30 ~ 115 VDC 60 ~ 115 VDC Maximum PV Array Open Circuit Voltage 145 VDC

Maximum AC Charge Current 20 A or 30 A (Selectable) 10 A or 15 A (Selectable) 20 A or 30 A (Selectable) 10 A or 15 A (Selectable)

PHYSICAL

Dimension, D x W x H (mm) 140 x 295 x 479

ENVIRONMENT

Humidity 5% to 95% Relative Humidity (Non-condensing)

Bảng 3.3 Thông số của Axpert MKS Plus Off-Grid Inverter

Hình 3.4 Axpert MKS Plus Off-Grid Inverter

ii Thiết kế thi công mô hình PV

1 Tính toán thiết kế và thi công hệ thống pin mặt trời dành cho hộ gia đình

Sơ đồ II.1 sơ đồ khối hệ thống PV độc lập 1.1 tính toán chọn linh kiện bộ DC/DC converter

do bộ Sepic có nhiều ưu thế hơn bộ Buck-Boost như là điện áp ngõ ra không đảo đầu so với đầu vào Dòng điện bộ Buck-Boost có độ gợn sóng lớn Độ gợn sóng này làm sinh ra làn sóng hài sản sinh ra nhiệt lượng cao làm nóng cuộn dây, MOSFET, ảnh hưởng tới các linh kiện điện tử Bộ Sepic không có những khuyết điểm trên

Hình II.1.2 sơ đồ nguyên lí mạch Sepic converter

Inverter

AC load

DC/DC Converter

Battery Charging

1.1.1 lựa chọn tấm pin mặt trời PMT-325W-HIT-PANA

Thông số PMT:

Pmax=325 W Imp=5.65 AVmp=57.6 V Isc=6.03 A

Voc=69.6 V

Dựa trên hình bên, ta có thể

xác định điện áp PMT dao độn từ 64V-70V khi được chiếu sáng ở bức xạ 1000N/m2 ở 25℃

Tần số đóng ngắt: fSW= 40 kHz

Để thử nghiệm mạch tôi chọn Imax= 2.5 A

1.1.2 Duty cycle

Quan hệ giữa điện áp đầu vào và điện áp đầu ra là:

Vout= V¿× D

1−D

Vậy, Duty Cycle để mạch có thể hoạt động ở dòng liên tục được xác định theo công thức sau đây

Dmax= Vout+ VFWD

V¿, min+ Vout+ VFWD=

70+0.6

D

m ∈¿ = V out+ V FWD

V¿,max+V out+V FWD=

70+0.6 70+70+0.6=0.502¿ Trong đó VFWD là điện áp rơi của Skottky diode

1.1.3 Tính toán các thông số linh kiện điện tử trong mạch

 Theo lí thuyết thì cuộn dây càng lớn sẽ càng làm giảm độ gợn của dòng điện Tuy nhiên, cách làm này làm cho giá trị điện trở của cuộn dây dẫn tăng theo dẫn đến hao phí và giảm hiệu suất của mạch, do đó , lựa chọn cuộn dây là 1 bước rất quan trọng Trong bài luận này, tôi chọn cuộn dây đôi thay cho 2 cuộn dây đơn

 Vì khi chọn cuộn dây đôi thì diện tích sẽ nhỏ hơn do chỉ có 1 lõi từ, thứ 2 khi quân 2 cuộn trên cùng 1 lõi thì từ cảm sẽ ít hơn, và cuối cùng là nhờ vào hiện tượng rò rĩ từ cảm sẽ làm giảm tổn thất dòng AC trong mạch

 Một trong những bước đầu tiên trong thiết kế bất kì bộ điều chỉnh đóng ngắt PWM là xác định độ gợn sóng ∆ IL của cuộn cảm Sự gia tăng của

EMI(Electromagnetic interference) có thể làm xung PWM không ổn định, theo nguyên tắc ngón tay cái thì∆ IL phải dao động từ 20% đến 40% dòng

điện đầu vào xác định qua công thức:

∆ IL=30 %× I¿

Pout

V , min×η =30 %×

70× 2.5

Hình II.1.4 Difference on irradiance of solar panel

Độ từ cảm của cuộn dây được tính theo công thức:

L1 a= L1 b= V¿, min× Dmax

2 ×∆ IL× fSW ,min

−4

H

Đây là độ từ cảm thấp nhất cần thiết cho mạch khi mạch chạy ở chế độ dòng liên tục, tải cao nhất và điện áp đầu vào thấp nhất

Dòng điện qua cuộn dây L1 avà L1 b:

IL 1a( peak )= I¿

η +

∆ IL

I¿

η + ( 0.911 2 ) = 70 ×2.5

64 × 0.9 +

0.911

IL 1b( peak )=Iout+ ∆ IL

2 =3+ ( 0.911 2 ) =3+ 0.911

Tính toán tụ điện

Tụ Cout

Khi khóa SW đóng, tụ Cout cung cấp năng lượng cho tải vì thế dung lượng Cout phải đủ để tụ tích xả điện

áp đủ lâu và đủ dài nhưng nội trở của tụ không được quá lớn để đảm bảo độ gợn sóng ∆ VRPL không

quá lớn

Pout: công suất đầu ra

V¿,min: điện áp đầu vào

η : hiệu suất của mạch

Dung lượng của tụ Cout được tính theo công thức:

Cout≥ Iout× Dmax

∆ VRPL× fSW ,min=

3 × 0.524

Dòng điện hiệu dụng qua tụ

IC out= Iout× √ Dmax

1− Dmax=3 × √ 1−0.524 0.524 =3.147 A

Tụ C¿có chức năng lọc phẳng nguồn đầy vào cà cấp năng lượng thêm cho cuộn kháng L1 a

Dòng điện qua tụ C¿là:

IC

¿ (RMS )= ∆ IL

√ 12 =

0.911

Tụ Cpcó chức năng chính như 1 cầu chuyển năng lượng từ nguồn điện đầu vào tới ngõ ra của mạch và

sạc cho cuộn kháng L1 bkhi khóa SW đóng

Dòng điện hiệu dụng qua tụ Cpđược tính theo công thức:

IC out= I¿

η × √ Dmax

3 0.9 × √ 1−0.524 0.524 =3.497 A

Vì tụ điện Cplà tụ có chức năng dẫn năng lượng nên ta chọn tụ AC 100μFF 630 V

Năng lượng mà tụ có thể truyền được là:

Q= 1

2 × C ×U

2

2 × 0.1 ×10

−6

Giả sử D=50% với tần số đóng cắt là 40kHz suy ra thời gian mà khóa SW mở là Ton=1.25 ×10− 5s vậy công suất của tụ điện P có thể truyền được trong 1 chu kì xung là:

P= Q

Ton=

0.01984

Tính toán thông số MOSFET

Khóa SW trong mạch là linh kiện điện tử đóng ngắt ở tần số cao bằng điện áp Thực tế các mạch điện tử công suất thường dùng MOSFETs để là switches

RDS(ON ) là 1 trong những thông số để đánh giá khả năng làm việc là công suất tiêu tán của MOSFETs.

RDS(ON ) càng lớn thì khả năng tiêu tán càng lớn, cho nên khi chọn MOSFETs thì nên chọn RDS(ON ) càng

nhỏ càng tốt Công suất của MOSFET được tính theo công thức:

PD Q 1= I¿

η× √ Dmax× RDS (ON)× Dmax+ ( I¿

η × √ Dmax+ Iout+ ∆ IL) × ( V¿,min+ Vout+ VFWD) × Trise+ Tfall

Đối với MOSFETs loại P, để MOSFETs dẫn thì VG=0, đảm bảo sao cho | VGS| > VGS ,th Khi đó dòng điện sẽ

chạy từ cực S đến cực D

Đối với MOSFETs loại N, để MOSFETs dẫn thì VG > 0, đảm bảo sao cho | VGS| > VGS ,th Khi đó dòng điện

sẽ chạy từ cực D đến cực S

Trong bài luận này tôi chọn MOSFET kênh N mã hiệu IRF3205 có RDS(ON )=8 m Ω

Công suất tiêu tán trên MOSFET này là:

PD

−Q 1= 3

0.9 × √ 0.524 ×0.008 × 0.56+ ( 0.9 × √ 3 0.524 + 3+0.911 ) × (64+70+0.6 )× 1.25 ×10

−5

+ 1.25× 10−5

3

=139

.8W

Tính toán thông số diode

Diode trong mạch DC/DC phải là diode xung chịu được tần số cao và dòng điện đầu ra

Công suất tiêu tán trên diode tính theo công thức: