Thiết kế chế tạo hệ thống thu năng lượng mặt trời tự động điều chỉnh theo cường độ ánh nắng

Để kết thúc chương trình thì sinh viên ngành cơ điện tử cần phải hoàn thành đồ án tốt nghiệp theo đúng yêu cầu Để chế tạo được một cơ cấu hệ thống thì sinh viên cần phải nắm chắc các kiến thức cả phần cơ khí cũng như điện tử Đồ án tốt nghiệp là cơ hội để xâu chuỗi và vận dụng tất cả các kiến thức đã học Tình trạng ô nhiễm môi trường đang ngày một gia tăng Do đó việc nghiên cứu và ứng dụng nguồn năng lượng sạch vào đời sống là hết vấn đề nóng hổi Đặc biệt với việc sử dụng điện quá tải hiện nay đã gây ra rất nhiều vẫn đề rất đáng được quan tâm là cần phải có giải pháp cấp bách Từ những yêu cầu đó nhóm quyết định tiến hành lên ý tưởng và tiến hành thực hiện đề tài Thiết kế chế tạo hệ thống thu năng lượng mặt trời tự động điều chỉnh theo cường độ ánh nắng Hệ thống sẽ điều hướng về vị trí nhận được năng lượng mặt trời lớn nhất

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

KHOA CƠ KHÍ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ

ĐỀ TÀI:

THIẾT KẾ, CHẾ TẠO HỆ THỐNG THU NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI TỰ ĐỘNG ĐIỀU CHỈNH THEO CƯỜNG ĐỘ ÁNH NẮNG

Người hướng dẫn : ThS TRẦN NGỌC HẢI

Sinh viên thực hiện : HOÀNG QUÝ QUYỀN

NGUYỄN HOÀNG THIỆN

Số thẻ sinh viên : 101130172

Lớp : 13CDT2

Đà Nẵng, 06/2019

TÓM TẮT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

TÊN ĐỀ TÀI : THIẾT KẾ, CHẾ TẠO HỆ THỐNG THU NĂNG

LƯỢNG MẶT TRỜI TỰ ĐỘNG ĐIỀU CHỈNH THEO CƯỜNG ĐỘ ÁNH

Tóm tắt nội dung đề tài:

1 Nhu cầu thực tế của đề tài

Để kết thúc chương trình thì sinh viên ngành cơ điện tử cần phải hoàn thành đồ án tốt nghiệp theo đúng yêu cầu Để chế tạo được một cơ cấu, hệ thống thì sinh viên cần phải nắm chắc các kiến thức cả phần cơ khí cũng như điện tử Đồ án tốt nghiệp là cơ hội để xâu chuỗi và vận dụng tất cả các kiến thức đã học

Tình trạng ô nhiễm môi trường đang ngày một gia tăng Do đó việc nghiên cứu và ứng dụng nguồn năng lượng sạch vào đời sống là hết vấn đề nóng hổi Đặc biệt với việc

sử dụng điện quá tải hiện nay đã gây ra rất nhiều vẫn đề rất đáng được quan tâm là cần phải có giải pháp cấp bách

Từ những yêu cầu đó nhóm quyết định tiến hành lên ý tưởng và tiến hành thực hiện

đề tài “Thiết kế, chế tạo hệ thống thu năng lượng mặt trời tự động điều chỉnh theo

cường độ ánh nắng” Hệ thống sẽ điều hướng về vị trí nhận được năng lượng mặt trời

lớn nhất

2 Phạm vi nghiên cứu của đề tài tốt nghiệp

Trong đề tài này, nhóm tác thiết kế cơ cấu cho máy, tìm hiểu các phương pháp điều khiển để đưa ra phương án tối ưu nhất, nghiên cứu tính thiết thực của sản phẩm và đưa

ra giải pháp phù hợp để đảm bảo năng suất chất lượng sản phẩm, từ đó:

- Tính toán thiết kế các hệ truyền động chính

- Thiết kế và thi công hệ thống hướng sáng cho tấm pin mặt trời

3 Nội dung thực hiện

- Số trang thuyết minh: 78 trang

- Mô hình: 1 hệ thống hệ thống thu năng lượng mặt trời tự động điều chỉnh theo cường độ ánh nắng

Kết quả

- Tính thiết thực và lý do lựa chọn đề tài

- Đưa ra các phương án thiết kế và lựa chọn phương án tối ưu nhất

- Tính toán các cơ cấu và lựa chọn đọng cơ và hệ dẫn động

- Thực hiện lập trình và điều khiển hệ thống đúng yêu cầu

- Sử dụng phần mềm matlab để đánh giá công suất

- Cung cấp điện cho thiết bị xoay chiều

Nguyễn Hoàng Thiện 101130218 13CDT2 CƠ ĐIỆN TỬ

1 Tên đề tài: Thiết kế, chế tạo hệ thống thu năng lượng mặt trời tự động điều chỉnh theo cường độ ánh nắng

2 Đề tài thuộc diện: ☐ Có ký kết thỏa thuận sở hữu trí tuệ đối với kết quả thực hiện

3 Các số liệu và dữ liệu ban đầu:

4 Nội dung các phần thuyết minh và tính toán:

a) Phần chung:

1 Hoàng Quý Quyền

4.a1 Tổng quan các vấn đề liên quan và tính cấp thiết của đề tài

4.a2 Thiết kế phương án và sơ đồ động học toàn máy

4.a3 Tính toán sức bền và thiết kế các kết cấu chính của máy

4.a4 Thiết kế hệ thống điều khiển:

- Cơ sở lý thuyết có liên quan

- Xây dựng hệ thống điều khiển

4.a5 Nghiên cứu thực nghiệm:

- Chế tạo, lắp ráp thiết bị thực nghiệm;

- Khảo sát thực nghiệm: Nghiên cứu đáp ứng

hệ thống bằng giao diện phần mềm Matlab (nội dung cụ thể do GVHD chỉ định)

4.a6 Kết luận và hướng phát triển

2 Nguyễn Hoàng Thiện

b) Phần riêng:

1 Hoàng Quý Quyền Hệ thống điều khiển và Khảo sát thực nghiệm

bằng Matlab

2 Nguyễn Hoàng Thiện Hệ thống điện và các vấn đề liên quan

5 Các bản vẽ, đồ thị ( ghi rõ các loại và kích thước bản vẽ ):

a) Phần chung:

1 Hoàng Quý Quyền - Bản vẽ sơ đồ động học 1A0

1 Hoàng Quý Quyền

2 Nguyễn Hoàng Thiện

6 Họ và tên người hướng dẫn: Th.S Trần Ngọc Hải

7 Ngày giao nhiệm vụ đồ án: 01/02/2019

LỜI NÓI ĐẦU

Trong những năm gần đây, cùng với đà phát triển của đất nước trên con đường đổi mới, ngành cơ khí nói chung, ngành kĩ thuật chế tạo nói riêng cũng đã có những tiến triển và đóng góp nhất định cho sự phát triển chung

Tuy nhiên, khoa học ngày càng phát triển, những thiết bị và hệ thống cũ đều trở nên lạc hậu và không đáp ứng được quá trình phát triển nhanh chóng của các ngành liên quan

Đồ án tốt nghiệp có vị trí quan trọng trong chương trình đào tạo kỹ sư và cán bộ kĩ thuật về thiết kế,chế tạo các loại máy và thiết bị cơ khí phục vụ các ngành kinh tế như nông nghiệp, công nghiệp, giao thông vận tải, điện lực …vv

Để giúp cho sinh viên nắm vững được các kiến thức cơ bản của môn học và giúp cho họ làm quen với nhiệm vụ thiết kế trong chương trình đào tạo,đồ án tốt nghiệp là một yêu cầu không thể thiếu được của sinh viên khi kết chương trình đại học

Sau một thời gian tìm hiểu và với sự giúp đỡ, chỉ bảo tận tình của thầy giáo ThS

Trần Ngọc Hải đến nay em đã hoàn thành đồ án tốt nghiệp Trong quá trình thiết kế tất

nhiên sẽ có những sai sót do thiếu thực tế và kinh nghiệm thiết kế, rất mong được sự chỉ bảo và thông cảm của quý thầy cô để lần thiết kế sau và trong thực tế sau này được hoàn thiện hơn

Chúng em xin chân thành cảm ơn!

Đà Nẵng, 5 tháng 6 năm 2019

Hoàng Quý Quyền Nguyễn Hoàng Thiện

CAM ĐOAN

Chúng tôi xin cam đoan nội dung của đồ án không phải sao chép bất cứ đồ

án hay công trình nào đã có trước đây Mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện đồ án này đã được cảm ơn, các thông tin trích dẫn trong đồ án đã được ghi nguồn gốc

rõ ràng và được phép công bố

Nhóm sinh viên thực hiện:

Hoàng Quý Quyền Nguyễn Hoàng Thiện

MỤC LỤC

TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ VÀ TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI 2

1.1 Mở đầu 2

Nhu cầu sử dụng năng lượng điện tại VN 2

Năng lượng tái tạo tại Việt Nam 2

1.2 Các nguồn năng lượng điện chính tại Việt Nam 4

Sử dụng năng lượng điện thủy: 4

Ưu điểm nổi trội của thủy điện ở Việt Nam 4

Những bất cập đã xảy ra trong quá trình xây dựng và quản lý vận hành thủy điện ở Việt Nam 5

Sử dụng năng lượng điện mặt trời : 5

Sử dụng năng lượng điện gió 7

1.3 Giới thiệu chung về hệ thống hướng sáng tấm pin mặt trời 8

Tính cấp thiết của đề tài 8

Các ứng dụng 9

Lý do chọn đề tài 11

Cấu trúc của đồ án 12

1.4 Nhận xét: 12

THIẾT KẾ PHƯƠNG ÁN VÀ SƠ ĐỒ ĐỘNG HỌC TOÀN MÁY 13

2.1 Chọn bậc tự do 13

2.2 Chọn hệ thống truyền động 15

2.3 Tính toán và thiết kế phần cơ khí và chọn động cơ 18

Chọn động cơ 19

Thiết lập bộ truyền đai 20

Thiết lập bộ truyền đai cho động cơ 1 20

Thiết lập bộ truyền đai cho động cơ 2 23

2.4 Nhận xét: 26

TÍNH TOÁN SỨC BỀN VÀ THIẾT KẾ CÁC KẾT CẤU CHÍNH CỦA MÁY 27

3.1 Thiết kế kết cấu chính của máy 27

Chọn trục quay 27

Lựa chọn kích thước trục 1 27

Lựa chọn kích thước trục 2 27

Chọn ổ bi 28

3.2 Nhận xét: 30

TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN 31

4.1 Giới thiệu ý tưởng: 31

Phương án điều khiển 31

Mô tả bộ điều khiển 32

32

4.2 Giới thiệu các linh kiện sử dụng 34

Arduino Uno R3 34

Mạch cầu H – L298N 37

Quang trở 39

Biến trở 39

Pin mặt trời 40

Bộ lưu trữ điện năng 45

Các loại ắc quy 46

Các sự cố cần bảo vệ đối với ác quy chì – axit 46

4.3 Bộ nghịch lưu 47

Nguyên lý làm việc 47

Các linh kiện sử dụng 48

Arduino nano 48

Mosfet 49

Biến áp xung 50

Mạch Giảm Áp LM2596 51

4.4 Nhận xét: 53

NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 54

5.1 Phần mềm Matlab 54

Giới thiệu về phần mềm Matlab 54

5.2 Kết quả 60

5.3 Nhận xét: 63

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁP TRIỂN 64

Những phần đạt được của đề tài 64

Những hạn chế của đề tài 64

Hướng phát triển đề tài 64

TÀI LIỆU THAM KHẢO 66 PHỤ LỤC

MỤC LỤC HÌNH ẢNH

Hình 1 1: Đẩy mạnh phát triển điện mặt trời mái nhà 6

Hình 1 2: Ô nhiễm môi trường 8

Hình 1 3: Trạm sạc điện sử dụng hệ thống hướng sáng tấm pin mặt trời 10

Hình 1 4: Hệ thống năng lượng Sun Flowers 10

Hình 1 5: Hệ thống pin năng lượng mặt trời ở Maroc 11

Hình 2 1: Sơ đồ động cơ cấu một bậc tự do 13

Hình 2 2: Sơ đồ động cơ cấu hai bậc tự do 14

Hình 2 3: Bộ truyền đai 15

Hình 2 4: Bộ truyền xích 16

Hình 2 5: Bộ truyền bánh răng 17

Hình 2 6: Bộ truyền trục vít bánh vít 18

Hình 2 7: Bộ truyền lựa chọn 18

Hình 2 8: Sơ đồ động hệ thống hướng sáng pin mặt trời 19

Hình 2 9: Cách tính khoảng cách hai trục lắp bánh đai 22

Hình 2 10: Cách tính khoảng cách hai trục lắp bánh đai 25

Hình 3 1: Kích thước trục 1 27

Hình 3 2: Kích thước trục 2 28

Hình 3 3: Ổ bi của trục 1 28

Hình 3 4: Ổ bi của trục 2 29

Hình 3 5: Bản vẽ tổng thể cơ khí hệ thống hướng sáng 29

Hình 3 6: Mô phỏng 3D hệ thống 30

Hình 4 1: Cảm biến 2 quang trở 31

Hình 4 2: Cảm biến 4 quang trở 32

Hình 4 3: Tấm cảm biến 32

Hình 4 4: Sơ đồ mạch điều khiển 33

Hình 4 5: Biến trở được sử dụng như cảm biến góc xoay 34

Hình 4 6: Arduino Uno R3 35

Hình 4 7: Mạch cầu H-L298N 38

Hình 4 8: Quang trở 39

Hình 4 9: Một số loại biến trở 40

Hình 4 10: Cấu tạo của biến trở 40

Hình 4 11: Pin năng lượng mặt trời 41

Hình 4 12: Cấu tạo tấm pin mặt trời 42

Hình 4 13: Mô hình nối dây song song 43

Hình 4 14: Mô hình nối dây nối tiếp 44

Hình 4 15: Mô hình nối dây nối tiếp và song song 44

Hình 4 16: Cấu tạo bình ắc quy 45

Hình 4 17: Sơ đồ nguyên lích mạch nghịch lưu 48

Hình 4 18: Arduino Nano 49

Hình 4 19: Mosfet 10N60 50

Hình 4 20: Biến áp xung 51

Hình 4 21: Mạc giảm áp LM2596 52

Hình 5 1: Giao diện làm việc của matlab 55

Hình 5 2: Thư viện trong Simulink 56

Hình 5 3: Giao diện biểu đồ 57

Hình 5 4: Module ASC712 57

Hình 5 5: Sơ đồ nối dây của ASC712 58

Hình 5 6: Đáp ứng về công suất theo thời tiết Nhiệt độ 28-39 (Ngày 19-5-2019) 60

Hình 5 7: Đáp ứng về công suất theo thời tiết Nhiệt độ 26-37.(Ngày 21-5-2019) 61

Hình 5 8: Đáp ứng về công suất theo thời tiết Nhiệt độ 25-33.(Ngày 28-5-2019) 62

Hình 5 9: Hình ảnh thực tế của hệ thống điều hướng pin mặt trời 65

MỤC LỤC BẢNG BIỂU Bảng 2 1: Thông số đai răng theo module M 21

Bảng 2 2: Số răng tối thiểu của bánh đai 22

Bảng 2 3: Thông số đai răng theo module M 24

Bảng 2 4: Số răng tối thiểu của bánh đai 25

Bảng 5 1: Thống kê, so sánh công suất thu được của 2 hệ thống 60

Bảng 5 2: So sánh công suất thu được giữ hai hệ thống 61

Bảng 5 3: So sánh công xuất thu được giữa hai hệ thống 62

MỞ ĐẦU

Hiện nay, những nguồn năng lượng mới đang được khai thác sử dụng như năng lượng gió, năng lượng sinh học, …năng lượng mặt trời được xem là nguồn năng lượng rẻ, vô tận và không gây hại cho môi trường Nguồn năng lượng mới này đang thu hút nhiều sự quan tâm của rất nhiều nhà khoa học, nhà nghiên cứu

và sẽ trở thành nguồn năng lượng tốt nhất trong tương lai Hệ thống quang điện

sử dụng năng lượng mặt trời (pin năng lượng mặt trời) có nhiều ưu điểm như không cần nguyên liệu, không gây ô nhiễm môi trường, ít bảo dưỡng, không gây tiếng ồn,… Hiện nay, năng lượng mặt trời đã được khai thác nhiều càng nhiều để đưa vào đời sống, cũng như trong công nghiệp dưới nhiều dạng và hình thức khác nhau, thông thường dùng để cấp nhiệt và điện

Trên vấn đề đó nhóm chúng em đưa ra giải pháp sử dụng pin năng lượng mặt trời để tạo nguồn điện cung cấp cho các thiết bị trong gia đình Nhóm tiến hành phát triển đề tài “thiết kế và chế tạo hệ thống hướng sáng cho tấm pin mặt trời” với mong muốn tăng công suất cung cấp điện so với cơ cấu tĩnh

Với đề tài lựa chọn nhóm tiến hành nghiên cứu và đưa ra phương án thiết kế hiệu quả nhất và thực hiện chế tạo hệ thống hoạt động thực tế Nội dung bao gồm các phần:

- Giới thiệu đề tài

- Tính toán thiết kế phần cơ khí

- Tính toán thiết kế phần điều khiển

- Kết luận đề tài

Trong quá trình làm đồ án tốt nghiệp chúng em sẽ không thiếu khỏi những sai sót, mong thầy chỉ bảo thêm cho chúng em Với sự chỉ bảo tận tình của thầy Trần Ngọc Hải nên chúng em đã hoàn thành đồ án tốt nghiệp thành công, chúng

em xin chân thành cảm ơn thầy

Đà Nẵng, 4 tháng 6 năm 2019

Nhóm sinh viên thực hiện:

Hoàng Quý Quyền Nguyễn Hoàng Thiện

TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ VÀ TÍNH CẤP THIẾT CỦA

ĐỀ TÀI

1.1 Mở đầu

Nhu cầu sử dụng năng lượng điện tại VN

Nhu cầu sử dụng điện tại Việt Nam là rất lớn kể cả trong ngắn hạn, trung hạn và dài hạn Theo tính toán của EVN, để đáp ứng nhu cầu phát triển kinh tế với tốc độ tăng trưởng từ 7,5% -8% và thực hiện được mục tiêu đến năm 2020 Việt Nam cơ bản trở thành một nước công nghiệp thì trong 20 năm tới nhu cầu điện sẽ phải tăng từ 15%-17% mỗi năm Do đó, phương án đầu tư vào nguồn năng lượng tái tạo nhưgióvà mặt trời tỏ

ra có hiệu quả đối với một quốc gia có nhiều điều kiện thuận lợi về địa lý như Việt Nam Theo đó, chiến lược phát triển năng lượng trong thời gian tới là sản lượng điện tái tạo chiếm khoảng 5% tổng nguồn điện (tương ứng 2.400MW vào năm 2020) Trong đó, phát triển năng lượng tái tạo sẽ được ưu tiên nhằm tăng tỉ lệ các nguồn năng lượng mới

và tái tạo chiếm khoảng 3% tổng năng lượng thương mại sơ cấp vào năm 2010 và 11% vào năm 2050.Năng lượng tái tạo như gió và mặt trời được đánh giá là thân thiện nhất với môi trường và ít gây ảnh hưởng xấu về mặt xã hội Trong khi xây dựng nhà máy thủy điện yêu cầu diện tích lớn, di dời dân cư, gây mất các vùng đất canh tác truyền thống; nhà máy nhiệt điện luôn là thủ phạm ô nhiễm môi trường nặng nề, nguồn nhiêu liệu kém ổn định và giá ngày một tăng cao; nhà máy điện hạt nhân có nguy cơ ảnh hưởng tới sức khỏe lâu dài của người dân xung quanh nhà máy do rỏ rỉ hạt nhân thì năng lượng gió và mặt trời lại tốt cho môi trường và có khả năng tái tạo, chi phínhiên liệu và bảo dưỡng thấp, an toàn cho người sử dụng.Bên cạnh đó, do đặc trưng phân tán và nằm sát dân cư nên loại hình này dễ áp dụng tới vùng nông thôn, miền núi, nơi nằm xa khu vực trung tâm khiến điện lới khó tiếp cận Các tourbin gió có thể đặt ngay trên mảnh đất của nông dân hay các tấm phát điện năng mặt trời đặt trên nóc nhà nhằm đáp ứng các yêu cầu cơ bản như đun nước nước, lòsấy…

Năng lượng tái tạo tại Việt Nam

Mặt khác, năng lượng gió và mặt trời cũng giúp tiết kiệm chi phí truyền tải so với các hình thức sản xuất điện khác.Phát triển năng lượng gió cũng tạo thêm nhiều công ăn việc làm do nhu cầu cần một lực lượng lao động là các kỹ sưkỹ thuật vận hàng và giám sát lớn hơn các loại hình khác Gia tăng công việc giúp gia tăng thu nhập cho người dân, tránh đi một phần gánh nặng xã hội.Cuối cùng, năng lượng sạch như gió và mặt trời giúp đa dạng hóa các nguồn năng lượng như nhiệt điện, thủy điện hay điện nguyên tử, giúp phân tán rủi ro và tăng cường an ninh năng lượng

Thuận lợi đầu tiên phải kể đến khi phát triển nguồn năng lượng sạch tại Việt Nam

khoảng 80 – 230 vĩ độ Bắc thuộc khu vực nhiệt đới gió mùa, có 3000km bờ biển, mỗi năm có 2 mùa gió chính là Đông Bắc và Đông Nam Theo báo cáo của Ngân hàng Thế giới WB, vùng có tiềm năng gió tốt chiếm khoảng hơn 8.6% diệntích lãnh thổ để xây dựng các trạm điện gió cỡ lớn Trong khi đó, số liệu này ở Campuchia là 0.2%, Thái Lan 0.2%, Lào là 2.9% Nếu xét tiêu chuẩn để xây dựng các trạm điện gió cỡ nhỏ phục

vụ phát triển kinh tế ở những khu vực khó khăn thì Việt Nam có đến 41% diện tích nông thôn.So sánh với con số này ở 3 quốc gia trên là 6%, 9% và 13% Tổng tiềm năng điện gió của Việt Nam khoảng 713,000MW, tương đương 250 lần công suất của thủy điện Sơn La và hơn 13 lần tổng công suất dự báo của ngành Điện năm 2020 Hai vùng giàu tiềm năng về điện gió ở Việt Nam là Sơn Hải (Ninh Thuận) và Mũi Né (Bình Thuận) với vận tốc trung bình có thể lên tới 6 – 7m/s và gió có xu thế ổn định, số lượng các cơn bão khu vực ít, thích hợp với các trạm điện gió công suất 3 – 3,5 MW

Năng lượng mặt trời cũng được vị trí địa lý ưu ái, với cường độ bức xạ mặt trời tương đối cao Số giờ nắng trung bình khoảng 2000 – 2500 giờ/năm, tổng năng lượng bức xạ mặt trời trung bình khoảng 150kCal/cm2 Tiềm năng lý thuyết được các chuyên gia đánh giá khoảng 43,9 tỷ TOE/năm Trong đó, nhiều nhất phải kể đến các thành phố nhưHồ Chí Minh, vùng Tây Bắc (Lai Châu, Sơn La…) và vùngBắc Trung Bộ (Thanh Hóa, Nghệ An, Hà Tĩnh)…

Bên cạnh đó, khung chính sách về phát triển năng lượng đã hình thành Nghị định Chính phủ được ban hành năm 2003 nhằm hướng dẫn thực thi quy định sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả.Luật Bảo vệ môi trường 2005, Điều 33 quy định Chính phủ xây dựng, thực hiện chiến lượng phát triển năng lượng sạch, năng lượng tái tạo nhằm tăng cường năng lượng quốc gia, đồng thời hợp tác quốc tế, huy động nguồn lực khaithác

và sử dụng năng lượng tái tạo, lồng ghép chương trình phát triển năng lượng tái tạo với các chương trình phát triển kinh tế xã hội khác Luật cũng khuyến khích bằng cách hỗ trợ ưu đãi về thuế, vốn, đất đai để xây dựng cơ sở sản xuất sử dụng năng lượng tái tạo, năng lượng sạch thân thiện với môi trường cho các tổ chức,cá nhân tham gia vào ngành Ngoài luật Bảo vệ môi trường,

Luật Điện lực 2004 cũng có những quy định khuyến khích việc khai thác sử dụng các nguồn năng lượng tái tạo để phát điện Các dự án khi đầu tư phát triển nhà máy phát điện sử dụng nguồn năng lượng tái tạo sẽ được hưởng ưu đãi về đầu tư, giá điện và thuế Các thành phần kinh tế khác nhau cũng được tạo điều kiện đầu tư phát triển sử dụng năng lượng tái tạo không gây ô nhiễm môi trường, đặc biệt ở khu vực nông thôn, miền núi, hải đảo và khuyến khích các tổ chức và cá nhân đầu tư xây dựng mạng lưới điện

Về Chiến lược phát triển năng lượng quốc gia của Việt Nam đến năm 2020, tầm nhìn đến năm 2050 theo Quyết định 1855/QĐ-TTg của Thủ tướng Chính phủ ngày 27/12/2007, một điểm quan trọng là phát triển đồng bộ và hợp lý hệ thống năng lượng bao gồm điện, dầu, khí, than năng lượng mới và tái tạo; trong đó quan tâm phát triển năng lượng sạch, năng lượng mới và tái tạo Thực hiện điều tra quy hoạch các dạng năng lượng mới và tái tạo chưa được đánh giá đầy đủ, tiến tới quy hoạch, phân vùng các dạng năng lượng này để có kế hoạch đầu tư, khai thác hợp lý, tăng cường tuyên truyền sử dụng các nguồn năng lượng mới và tái tạo để cấp cho các khu vực vùng sâu, vùng xa, biên giới, hải đảo Hỗ trợ đầu tư cho các chương trình điều tra, nghiên cứu, chế thử, xây dựng các điểm điển hình sử dụng năng lượng mới và tái tạo; ưu đãi thuế nhập thiết bị, công nghệ mới, thuế sản xuất, lưu thông các thiết bị; bảohộ quyền tác giả cho các phát minh, cải tiến kỹ thuật có giá trị;

Cho phép các cá nhân, tổ chức kinh tế trong và ngoài nước phối hợp đầu tư khai thác nguồn năng lượng mới và tái tạo trên cơ sở đôi bên cùng có lợi Ưu tiên bố trí nguồn vốn tín dụng ưu đãi từ quỹ hỗ trợ phát triển, nguồn vốn ODA và các nguồn vốn vay song phương khác của nước ngoài cho các dự án năng lượng như: tìm kiếm thăm dò, phát triển nguồn năng lượng mới tái tạo, năng lượng sinh học Tập trung đào tạo, nâng cao trình độ chuyên môn của đội ngũ cán bộ quản lý, kỹ thuật và công nhân lành nghề; đào tạo bổ sung, đón đầu cho những ngành còn thiếu, còn yếu, nhất là các ngành năng lượng mới và tái tạo, năng lượng sinh học.Việt Nam có điều kiện vị trí thuận lợi và hệ thống pháp luật khuyến khích phát triển nguồn năng lượng sạch, song đểchuyển các điều kiện thuận lợi đó thành các dự án khả thi là một bài toán khó

1.2 Các nguồn năng lượng điện chính tại Việt Nam

Sử dụng năng lượng điện thủy:

Ưu điểm nổi trội của thủy điện ở Việt Nam

Thứ nhất: Tiềm năng thủy điện được phân bố tương đối đều trên cả 3 miền của đất nước, tại mỗi miền đều có các công trình quy mô từ nhỏ, vừa, đến lớn nên thuận lợi cho việc xây dựng cũng như vận hành Do chế độ thủy văn ở các miền chênh lệch nhau về mùa mưa và mùa khô từ một đến hai tháng và đặc biệt là chênh lệch nhau về lượng nước giữa các miền trong cùng một năm nên có điều kiện hỗ trợ nhau rất tốt

Thứ hai: Hầu hết các dự án NMTĐ của Việt Nam có chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật tốt, suất đầu tư chấp nhận được, chi phí ngoại tệ để nhập thiết bị thấp do tỷ lệ vốn thiết bị chỉ chiếm khoảng 20~30% Giá thành sản xuất điện năng của NMTĐ thường chỉ bằng 15-20% giá thành sản xuất điện năng của nhà máy nhiệt điện chạy than Các thiết bị thủy điện có độ an toàn cao, bền và rất linh hoạt trọng vận hành

năng lợi dụng tổng hợp cao Ngoài nhiệm vụ tích nước để phát điện, hồ chứa còn điều tiết dòng chảy làm giảm dòng chảy mùa lũ và tăng dòng chảy mùa kiệt, tạo thuận lợi cho việc sử dụng dòng chảy trong cả mùa lũ và mùa kiệt Việc cung cấp bổ sung nước cho hạ lưu vào mùa kiệt đảm bảo sinh hoạt, đồng thời tăng độ sâu vận tải hạ lưu nên đáp ứng được giao thông thủy Việc xây dựng thành công ba NMTĐ lớn (Hòa Bình, Sơn La, Lai Châu trên sông Đà) đã chứng minh ưu điểm nổi trội này

Ngoài ra, thủy điện còn có một tác dụng nữa là đẩy mặn như ở công trình NMTĐ Trị An

Thứ tư: Phát triển thủy điện ở Việt Nam đã góp phần tích cực trong việc phân bổ lực lượng sản xuất, tạo ra cơ sở hạ tầng để phát triển kinh tế - xã hội - văn hóa các vùng, đặc biệt là các vùng dân tộc thiểu số

Những bất cập đã xảy ra trong quá trình xây dựng và quản lý vận hành thủy điện ở Việt Nam

Bên cạnh những ưu điểm nêu trên, việc phát triển thủy điện cũng đã gây ra những bất cập đáng tiếc tại nước ta, đặc biệt là tại miền Trung và Tây Nguyên trong những năm qua và năm 2009 được coi là nghiêm trọng nhất

Dưới đây chỉ ra cần nhắc lại một số tiêu đề mà báo chí đã đưa lên công luận để thấy được mặt trái của việc phát triển thủy điện nếu không được quản lý tốt và kiểm soát chặt chẽ từ khâu lập quy hoạch đến khi đưa nhà máy vào vận hành thương mại: "Thủy điện khiến lũ hung dữ hơn", "Quy hoạch thủy điện: Phải thật sự lắng nghe", "Một tỉnh có 50 thủy điện: Ghê quá!", "Đánh cược với thiên nhiên: Hiểm họa khó lường từ thủy điện",

"Thủy điện nhỏ: Đâu chỉ phát triển là xong?", "Lũ lụt lớn: Có nguyên nhân từ hồ thủy điện", "Thủy điện ở Tây Nguyên: Tác động tiêu cực đến môi trường", "Để không xảy ra những 'A Vương' khác", vv

Ngoài ra, thủy điện còn có một số nhược điểm là: phát triển thủy điện tất nhiên không tránh khỏi tác động đến đời sống nhân dân cụ thể là phải tái định cư Ở Việt Nam

đã có số liệu thống kê: đối với dự án thủy điện lớn và vừa số hộ dân phải di dời bình quân là 3.296 hộ dân/1MW, còn đối với dự án thủy điện nhỏ là 0,16 hộ dân/1MW Việc chiếm đất chủ yếu là rừng, rất lớn bình quân 9,761 ha/1MW, diện tích rừng bị phá là nghiêm trọng, diện tích rừng trồng thay thế rất ít do không còn quỹ đất, chính sách không thống nhất Các NMTĐ được xây dựng rải rác tại các tỉnh miền núi và cao nguyên trong cả nước, việc đầu tư lưới truyền tải rất lớn Khi nhà máy được đưa vào vận hành, việc điều hành giữa phát điện và chống lũ chưa tốt nên gây ra thiệt hại lớn cho vùng hạ du

Giải pháp cung cấp điện bằng cách đầu tư điện mặt trời mái nhà (ĐMTMN) gắn với công trình xây dựng hiện đang là xu hướng của các nước trên thế giới Bởi đây là nguồn năng lượng tái tạo, bảo vệ môi trường, không bị cạn kiệt như nguồn năng lượng hoá thạch

Trong khi đó, với địa bàn miền Trung – Tây Nguyên, nơi có bức xạ mặt trời và số giờ nắng trung bình cao là nơi có tiềm năng phát triển ĐMTMN

Bên cạnh đó, khách hàng lắp đặt ĐMTMN tiết kiệm chi phí tiền điện nhờ giảm mua điện lưới quốc gia, có thể bán phần điện không sử dụng hết cho ngành điện với giá cao,

có thời gian hưởng lợi lâu dài sau thời gian thu hồi vốn Công trình còn có tác động chống nóng hiệu quả cho nhà ở, nâng cao thương hiệu, hình ảnh của doanh nghiệp khi

sử dụng năng lượng sạch

Với thực tế đó, hội thảo phát triển điện mặt trời tại miền Trung – Tây Nguyên được

tổ chức nhằm tạo ra môi trường để nhà đầu tư, nhà cung cấp giải pháp, nhà tài chính và ngành điện miền Trung gặp nhau để thảo luận về những chính sách mà các Bộ ngành triển khai, sự quan tâm của nhà đầu tư đối với ĐMTMN

Hình 1 1: Đẩy mạnh phát triển điện mặt trời mái nhà

Phát biểu tại hội thảo, ông Phạm Sỹ Hùng – Phó Tổng Giám đốc EVNCPC chia sẻ, mục tiêu của EVNCPC năm 2019 là ngoài các dự án điện mặt trời do đơn vị đầu tư, hỗ trợ nối lưới cho khách hàng một cách nhanh chóng

Riêng đối với ĐMTMN, EVN giao cho Tổng công ty vận động, hỗ trợ để khuyến khích các nhà đầu tư phải thực hiện được ĐMTMN với công suất 48MWp trên địa bàn quản lý của 13 tỉnh, thành phố miền Trung – Tây Nguyên và 9,4MWp trên mái nhà các văn phòng, các điện lực, trạm biến áp của Tổng công ty

Ông Hùng mong muốn đây là diễn đàn kết nối các khách hàng tiềm năng trên địa bàn miền Trung và Tây Nguyên, với các nhà cung cấp hệ thống điện mặt trời, tổ chức tài chính và ngành điện Qua đó, cung cấp cho khách hàng đẩy đủ thông tin về chính sách, cơ chế của nhà nước, giải đáp các ý kiến thắc mắc về đầu tư ĐMTMN

Tính đến tháng 2.2019, khu vực miền Trung – Tây Nguyên đã có 330 khách hàng lắp đặt ĐMTMN đấu nối vào lưới điện EVNCPC với tổng công suất 2,1MWp, EVNCPC

đã đầu tư lắp đặt ĐMTMN ở các trụ sở Điện lực, đến ngày 30.6.2019 sẽ đạt mức công suất 7,2MWp

Sử dụng năng lượng điện gió

Ở Việt Nam, các khu vực có thể phát triển năng lượng gió không trải đều trên toàn

bộ lãnh thổ Với ảnh hưởng của gió mùa thì chế độ gió cũng khác nhau Nếu ở phía bắc đèo Hải Vân thì mùa gió mạnh chủ yếu trùng với mùa gió đông bắc, trong đó các khu vực giàu tiềm năng nhất là Quảng Ninh, Quảng Bình, và Quảng Trị Ở phần phía nam đèo Hải Vân, mùa gió mạnh trùng với mùa gió tây nam, và các vùng tiềm năng nhất thuộc cao nguyên Tây Nguyên, các tỉnh ven biển đồng bằng sông Cửu Long, và đặc biệt

là khu vực ven biển của hai tỉnh Bình Thuận, Ninh Thuận

Theo nghiên cứu của NHTG, trên lãnh thổ Việt Nam, hai vùng giàu tiềm năng nhất

để phát triển năng lượng gió là Sơn Hải (Ninh Thuận) và vùng đồi cát ở độ cao 60-100m phía tây Hàm Tiến đến Mũi Né (Bình Thuận) Gió vùng này không những có vận tốc trung bình lớn, còn có một thuận lợi là số lượng các cơn bão khu vực ít và gió có xu thế

ổn định là những điều kiện rất thuận lợi để phát triển năng lượng gió Trong những tháng

có gió mùa, tỷ lệ gió nam và đông nam lên đến 98% với vận tốc trung bình 6-7 m/s tức

là vận tốc có thể xây dựng các trạm điện gió công suất 3 - 3,5 MW Thực tế là người dân khu vực Ninh Thuận cũng đã tự chế tạo một số máy phát điện gió cỡ nhỏ nhằm mục đích thắp sáng Ở cả hai khu vực này dân cư thưa thớt, thời tiết khô nóng, khắc nghiệt,

và là những vùng dân tộc đặc biệt khó khăn của Việt Nam

Mặc dù có nhiều thuận lợi như đã nêu trên, nhưng khi nói đến năng lượng gió, chúng

ta cần phải lưu ý một số đặc điểm riêng để có thể phát triển nó một cách có hiệu quả nhất Nhược điểm lớn nhất của năng lượng gió là sự phụ thuộc vào điều kiện thời tiết và chế độ gió Vì vậy khi thiết kế, cần nghiên cứu hết sức nghiêm túc chế độ gió, địa hình cũng như loại gió không có các dòng rối vốn ảnh hưởng không tốt đến máy phát Cũng

vì lý do phụ thuộc trên, năng lượng gió tuy ngày càng hữu dụng nhưng không thể là loại năng lượng chủ lực Tuy nhiên, khả năng kết hợp giữa điện gió và thủy điện tích năng lại mở ra cơ hội cho chúng ta phát triển năng lượng ở các khu vực như Tây Nguyên vốn

có lợi thế ở cả hai loại hình này Một điểm cần lưu ý nữa là các trạm điện gió sẽ gây ô

hưởng đến tín hiệu của các sóng vô tuyến Do đó, khi xây dựng các khu điện gió cần tính toán khoảng cách hợp lý đến các khu dân cư, khu du lịch để không gây những tác động tiêu cực

1.3 Giới thiệu chung về hệ thống hướng sáng tấm pin mặt trời

Hệ thống bao gồm 3 bộ phận chính: tấm pin năng lượng mặt trời, cơ cấu cơ khí và

bộ điều khiển Tấm pin năng lượng mặt trời được đặt trên kết cấu cơ khí gồm 2 bậc tự

do (quay quanh trục Oz và quay quanh trục Ox khi đặt cơ cấu trong hệ trục không gian Oxyz) Với bộ điều khiển đã qua lập trình với mục đích sao cho tấm pin năng lượng nhận được nhiều năng lượng nhất Hay nói cách khác tấm pin sẽ quay về hướng có ánh sáng vuông góc với tấm pin vào thời điểm hiện tại

Tính cấp thiết của đề tài

Với nhu cầu sử dụng năng lượng điện lớn và những bất cập về nguồn thủy điện như

đã trình bày ở trên Thì việc phát triển hệ thống điện mặt tái tạo đang rất cần thiết

Hình 1 2: Ô nhiễm môi trường

Tình trạng ô nhiễm môi trường đang ngày một gia tăng Do đó việc nghiên cứu và ứng dụng nguồn năng lượng sạch vào đời sống là hết vấn đề nóng hổi Đặc biệt với việc

sử dụng điện quá tải hiện nay đã gây ra rất nhiều vẫn đề rất đáng được quan tâm là cần phải có giải pháp cấp bách Việc sử dụng điện nhiều sẽ dẫn đến lãng phí tiền bạc để chi trả khoản tiền mà có thể tiết kiệm được Hơn nữa, các hoạt động sản xuất điện như xậy dựng các hồ thủy điện sẽ ảnh hưởng nhiều đến thàm thực vật, phá vỡ cấu trúc địa chất, phá hủy tài nguyện thiên nhiên và còn rất nhiều các vấn đề hệ lụy kéo theo khác

So với những nguồn năng lượng mới đang được khai thác sử dụng như năng lượng gió, năng lượng sinh học, …năng lượng mặt trời được xem là nguồn năng lượng rẻ, vô tận và không gây hại cho môi trường Nguồn năng lượng mới này đang thu hút nhiều sự quan tâm của rất nhiều nhà khoa học, nhà nghiên cứu và sẽ trở thành nguồn năng lượng tốt nhất trong tương lai Hệ thống quang điện sử dụng năng lượng mặt trời (pin năng lượng mặt trời) có nhiều ưu điểm như không cần nguyên liệu, không gây ô nhiễm môi trường, ít bảo dưỡng, không gây tiếng ồn,… Hiện nay, năng lượng mặt trời đã được khai thác nhiều càng nhiều để đưa vào đời sống, cũng như trong công nghiệp dưới nhiều dạng và hình thức khác nhau, thông thường dùng để cấp nhiệt và điện

Mỗi một thành phần trong hệ pin mặt trời mang những nhiệm vụ cụ thể riêng biệt, mang tính quyết định đến khả năng làm việc hiệu quả của hệ quang điện Bộ phận điều khiển sạc pin mặt trời sử dụng thuật toán điều khiển tìm điểm công suất tối ưu để làm tăng hiệu quả làm việc của tấm pin quang điện Ắc quy giúp dự trữ năng lượng điện Trên vấn đề đó nhóm chúng em đưa ra giải pháp sử dụng pin năng lượng mặt trời

để tạo nguồn điện cung cấp cho các thiết bị trong gia đình Việc sử dụng pin năng lượng mặt trời là một dạng năng lượng sạch mà các nước trên thế giới đang trên đà phát triển rất mạnh Nhưng nhóm nhận thấy với các hệ thống phổ biến hiện nay thì chỉ tập trung khai thác cơ cấu ở dạng tĩnh Với nhược điểm như ngồn năng lượng mà tấm pin nhận được chỉ là một phần ít Nhận thấy được nhược điểm này, nhóm tiến hành phát triển đề

tài “Thiết kế, chế tạo hệ thống thu năng lượng mặt trời tự động điều chỉnh theo cường

độ ánh nắng” với mong muốn tăng công suất cung cấp điện so với cơ cấu tĩnh

Các ứng dụng

➢ Trạm sạc điện bằng hệ thống hướng sáng tấm pin mặt trời tại Milford

Hình 1 3: Trạm sạc điện sử dụng hệ thống hướng sáng tấm pin mặt trời

Hệ thống hướng sáng tấm pin mặt trời do General Motors thiết kế nhắm cung cấp điện cho các loại xe sử dụng điện tại Milford Hệ thống cung cấp được 30.000 kWh mỗi năm và cung cấp đủ năng lượng cho 6 xe điện mỗi ngày Hệ thống hoạt động với mục đích điều hướng sao cho tấm pin mặt trời nhận năng lượng lớn nhất Theo đánh giá thì

hệ thống này có khả năng thu năng lượng lớn hơn 25% so với hệ thống tấm pin mặt trời

cố định

➢ Hệ thống năng lượng Sun Flowers tại trường MUSE nước Mỹ

Hình 1 4: Hệ thống năng lượng Sun Flowers

Mang hình dáng của những bông hoa khổng lồ, hệ thống Sun Flowers có khả năng

tự động quay về hướng mặt trời trong cả ngày, nhằm thu được lượng điện năng nhiều

nhất có thể Với phần thân dài hơn 10 mét, “bông hoa” này có tất cả 14 “cánh”, với

hàng loạt các tấm pin mặt trời khác nằm gọn ở trung tâm

Hiện Sun Flowers đã được lắp đặt thử nghiệm tại khuôn viên trường MUSE School (Mỹ), với khả năng sản xuất lượng điện vào khoảng 260 kWh mỗi ngày

Điện năng này đủ cung cấp từ 75 đến 90% nhu cầu điện của nhà trường Kể từ khi

các “bông hoa” mặt trời được lắp đặt và có hình dạng như những chiếc ô, chúng cũng

cung cấp nhiều bóng mát cho học sinh thư giãn bên dưới

➢ Cánh đồng pin năng lượng mặt trời ở Maroc

Hình 1 5: Hệ thống pin năng lượng mặt trời ở Maroc

Hệ thống gồm 500.000 tấm kính mặt trời hình lưỡi liềm, cao 12m hiện diện trên sa mạc theo 800 dãy để hạn chế hư hại va đập từ gió cát sa mạc Công nghệ kính được sử dụng tại đây có ưu điểm tiết kiệm diện tích và chi phí so với những tấm pin quang điện phổ biến hiện nay, lại vừa có khả năng tiếp tục tạo ra năng lượng ngay cả khi mặt trời

đã lặn

Lý do chọn đề tài

Đối với loài người, năng lượng mặt trời là nguồn năng lượng vô tận và quý báo Chúng ta đã biết tận dụng nguồn năng lượng tái tạo này dựa trên các tấm pin mặt trời để tạo ra nhiều sản phẩm phục vụ cho lợi ích cá nhân như : hệ thống nước nóng, phương tiện đi lại, hệ thống đèn chiếu sáng, hệ thống điện trong dân dụng

Tuy nhiên hiệu suất tối đa của tấm pin quang điện này chỉ đạt tối đa là 17,6% so với nhiệt lượng mà nó nhận được từ mặt trời Do giá thành đắt đỏ và hiệu suất không cao

nên pin quang điện chưa được sự quan tâm nhiều ở các nước đang phát triển

Vì vậy, vấn đề là làm sao để nâng cao công suất tối ưu của pin mặt trời là một việc làm thiết yếu nhất

Từ những yêu cầu đó nhóm quyết định tiến hành lên ý tưởng và tiến hành

thực hiện đề tài “Thiết kế, chế tạo hệ thống thu năng lượng mặt trời tự động điều chỉnh theo cường độ ánh nắng” Hệ thống sẽ điều hướng về vị trí nhận

được năng lượng mặt trời lớn nhất

Cấu trúc của đồ án

Đồ án gồm có 5 phần chính với các nội dung như sau:

➢ Tổng quan các vấn đề và tính cấp thiết của đề tài : Trong phần này sẽ giới thiệu tổng quát về hệ thống Trình bày tính cấp thiết và các ứng dụng về đề tài đã lựa chọn Từ đó, kết luận lý do lựa chọn đề tài

➢ Thiết kế phương án và sơ đồ động học toàn máy: Phần này sẽ đưa ra các phương

án thiết kế, phân tích ưu nhược điểm của từng phương án Từ đó, chọn phương

án phù hợp để tiến hành thực hiện tính toán cơ cấu và chế tạo hệ thống hướng sáng cho tấm pin mặt trời

➢ Tính toán sức bền và thiết kế các kết cấu chính của máy

➢ Thiết kế hệ thống điều khiển Thiết kế mạch, lựa chọn linh kiện và lập trình

➢ Nghiên cứu thực nghiệm: đo lường thực nghiệm và đánh giá hiệu quả so với phương pháp bình thường

➢ Kết luận và hướng phát triển: Đánh giá kết quả đạt được Nêu cách khắc phục những hạn chế, hướng phát triển đề tài

1.4 Nhận xét:

Nội dung đã thực hiện bao gồm:

- Thông tin tổng quát về nguồn năng lượng điện tại Việt Nam, những thuận lợi, khó khăn trong lúc đầu tư, khai thác các nguồn năng lượng

- Giới thiệu được đề tài và tính cấp thiết của đề tài

- Đưa ra được cấu trúc của đồ án

THIẾT KẾ PHƯƠNG ÁN VÀ SƠ ĐỒ ĐỘNG HỌC TOÀN

MÁY

Trong phần này nhóm sẽ đưa ra các phương án cho phần cơ khí từ đó phân tích ưu nhược điểm và chọn phương án phù hợp nhất

2.1 Chọn bậc tự do

Phương án 1 : Cơ cấu một bậc tự do

• Đặc điểm : cơ cấu cơ khí với một bậc tự do Tấm pin năng lượng mặt trời

sẽ được điều khiển quay quanh trục Ox Tâm pin sẽ quay để nhận được năng lượng lớn nhất có thể vào các thời điểm trong ngày

Hình 2 1: Sơ đồ động cơ cấu một bậc tự do

với cơ cấu tĩnh

▪ Công suất cung cấp chưa đạt giá trị mong muốn

Phương án 2 : cơ cấu hai bậc tự do

➢ Đặc điểm : Cơ cấu cơ khí có hai bậc tự do Tâm pin năng lượng mặt trời

sẽ được điều khiển quay quanh trục Ox và quay quanh trục Oz Tấm pin

sẽ quay để nhận được năng lượng lớn nhất vào các thời điểm trong ngày

Hình 2 2: Sơ đồ động cơ cấu hai bậc tự do

➢ Ưu điểm:

▪ Với cơ cấu hai bậc tự do thì năng lượng nhận được sẽ lớn nhất

▪ Công suất tạo ra từ tấm pin sẽ lớn nhất

▪ Thỏa mãn tính tối ưu về yêu cầu công nghệ

▪ Mang tính đột phá trong hướng đi mới về pin năng lượng mặt trời

➢ Nhược điểm:

▪ Tốn nhiều nguyên vật liệu hơn và quá trình điều khiển sẽ có phần phức tạp hơn ở phương án 1 Tuy nhiên nhược điểm này có thể chấp nhận để đổi lại một công suất cao hơn so với phương án trên

Lựa chọn phương án :

Qua phân tích các ưu nhược điểm của cả hai phương án thì nhóm tiến hành chọn phương án thứ hai để thực hiện đề tài Mỗi phương án đều có những ưu và nhược điểm khác nhau nhưng vấn đề đặt lên hàng đầu là khả năng cung cấp công

suất là cao nhất Do đó phương án 2 là hợp lý hơn cả

2.2 Chọn hệ thống truyền động

Phương án 1: Truyền động bằng đai

Hình 2 3: Bộ truyền đai

➢ Ưu điểm:

▪ Có thể truyền động giữa các trục cách xa nhau (<15m)

▪ Làm việc êm, không gây ồn nhờ vào độ dẻo của đai nên có thể truyền động với vận tốc lớn

▪ Nhờ vào tính chất đàn hồi của đai nên tránh được dao động sinh ra

do tải trọng thay đổi tác dụng lên cơ cấu

▪ Nhờ vào sự trượt trơn của đai nên đề phòng sự quá tải xảy ra trên động cơ

▪ Kết cấu và vận hành đơn giản

▪ Tuổi thọ của bộ truyền thấp

▪ Hiện nay, bộ truyền đai thang được sử dụng rộng rãi, đai dẹt ngày càng út sử dụng Khuynh hướng dùng bộ truyền đai răng ngày càng phổ biến vì tận dụng được ưu điểm của bộ truyền bánh răng và bộ

➢ Nhược điểm:

▪ Khi hoạt động sẽ gây ra tải trọng động phụ, ồn khi làm việc ,có tỷ

số truyền tức thời thay đổi, vận tốc tức thời của xích và bánh bị dẫn thay đổi, cần phải bôi trơn thường xuyên và phải có bộ phận chỉnh xích

▪ Ít sử dụng cho vận tốc nhỏ

Phương án 3: Truyền động bằng bánh răng

▪ Tỷ số truyền không thay đổi, số vòng quay ổn định

▪ Hiệu suất truyền động cao hơn các bộ truyền khác

▪ Làm việc chắc chắn, tin cậy có tuổi bền cao

➢ Nhược điểm:

▪ Bộ truyền bánh răng yêu cầu gia công chính xác cao, cần phải có dao chuyên dụng giá thành tương đối đắt

▪ Bộ truyền làm việc có nhiều tiếng ồn, nhất là khi vận tốc làm việc cao

▪ Khi sử dụng cần phải bôi trơn đầy đủ

Phương án 4: Truyền động trục vít bánh vít

▪ Hiệu suất thấp, nhiệt sinh nhiều do có trượt dọc răng

▪ Cần sử dụng vật liệu giảm ma sát đắt tiền để chế tạo vành bánh vít

▪ Yêu cầu cao về độ chính xác lắp ghép

Lựa chọn phương án :

Hình 2 7: Bộ truyền lựa chọn

Qua phân tích ưu và nhược điểm của 4 phương án bộ truyền thì mỗi phương án đều

có những ưu và nhược điểm riêng nhưng dựa vào điều kiện thực tế và phương án mang nhiều ưu điểm hơn thì nhóm chọn phương án bộ truyền động đai răng và bên cạnh đó việc đặt tấm pin ở ngoài môi trường bị chịu tác động của gió, bão,… Do đó, rất cần ưu điểm tự hãm của bộ truyền trục vít bánh vít Nên sẽ lựa chọn động cơ trục vít bánh vít

2.3 Tính toán và thiết kế phần cơ khí và chọn động cơ

Sơ đồ động hệ thống hướng sáng pin mặt trời (Hình 2.6) là cơ cấu có hai bậc tự do

Gồm hai động cơ truyền động cho bộ truyền xích tạo chuyển động quay cho hai trục Với sơ đồ động đó thì có thể đáp ứng tốt khả năng hương sáng cho tấm pin mặt trời Từ

sơ đồ động, tiến hành tính toán và thiết ké phần cơ khí như sau:

Hình 2 8: Sơ đồ động hệ thống hướng sáng pin mặt trời

Chọn động cơ

Từ sơ đồ động : Ta thấy muốn chọn động cơ thì ta phải tính được công suất

để quay được 2 trục quay

➢ Xác định công suất cho động cơ 1

- Mô men quán tính của vật thể có trục quay là trục axis1 là:

- Theo tỉ số truyền ta có tốc độ quay n1 là : n1 =3.5 (vòng/ phút)

- Công suất động cơ cần sử dụng để quay được trục 1 là :

➢ Xác định công suất cho động cơ 2

- Mô men quán tính của vật thể có trục quay là trục axis2 là:

Theo tỉ số truyền ta có tốc độ quay n1 là : n1 =3.5 vòng/ phút

- Công suất động cơ cần sử dụng để quay được trục axis là :

Thiết lập bộ truyền đai

Thiết lập bộ truyền đai cho động cơ 1

STT Thông số Kích thước khi mô đun m (mm)

1 Chiều cao răng h,mm 1,2 1,8 2,4 3,0 4,2 6,0

2 Đường kính dây chão

d Số răng Z1 của bánh đai

Để đảm bảo tuổi thọ cho đai thì số răng của bánh đai nhỏ phải lớn hơn một giá trị tối thiểu bởi 2 lí do: : thứ nhất, số răng nhỏ theo bảng 3 [1] bánh đai ít tức

là số răng dây đai ăn khớp với bánh đai ít làm cho tải mà mỗi răng đai phải gánh lớn; thứ hai, số răng bánh đai bé thì đường kính bánh đai bé, dây đai bị uốn nhiều nên chóng hỏng Số răng tối thiểu Z1 được chọn dựa vào môđun và tốc độ quay của bánh đai nhỏ theo bảng 3 [1]

Môđun của đai m (mm)

Số vòng quay của bánh đai nhỏ n(v/ph)

Z1 không nhỏ hơn

5

500 1000÷1500

số răng ăn khớp trên bánh đai nhỏ không

được nhỏ hơn 6 răng

Bảng 2 2: Số răng tối thiểu của bánh đai

Ta chọn số răng Z=40

Và vì tỉ số truyền bằng 1 Nên số răng hai bánh bằng nhau Bằng 40

e Khoảng cách trục A chiều dài dây đai

2A.sinb1 = L−p(R2 +R1)−(p−b1)(R2

(3)

và A.cosb 1 = R 2 - R 1 (4) Kết hợp (3) và (4) ta được: được β1, thay vào phương trình (3) sẽ tìm được khoảng

cách trục A Trong các công thức trên:

R 1 , R 2 lần lượt là bán kính puly nhỏ và puly lớn

Z 1 , Z 2 lần lượt là số răng puly nhỏ và puly lớn (Z.t = 2pR)

b 1 , b 2 lần góc ôm trên puly nhỏ và puly lớn p là bước răng của dây đai (t = m.p) L - chiều dài dây đai

Hình 2 9: Cách tính khoảng cách hai trục lắp bánh

đai

A - khoảng cách trục của bộ truyền

Công thức (3) là công thức chính xác nhưng khó sử dụng do vậy ta sử dụng công thức gần đúng xuất phát từ công thức chính xác tính chiều dài dây đai:

Số răng của dây đai N : N = L/p (8) p

Với L được tính từ công thức (7) và nói chung N tính theo công thức (8) là một số lẻ thập phân do vây ta phải làm tròn nó về phía nhỏ bởi vì sau một thời gian làm việc bộ truyền đai bị mòn cả dây đai cũng như bánh đai và dây đai cũng

bị dãn ra

Chiều dài đai cuối cùng xác định theo công thức: L = p.N (9)

Từ công thức (7), khoảng cách trục A được tính chính xác bằng công thức:

A= 1[L−p(R1+R2)+ (L−p(R1 +R2)2 −8(R2+R1)2] (10)

Từ (7) và (10) ta thấy nếu biết trước khoảng cách trục và các thông số khác của bộ truyền sẽ tìm được chiều dài dây đai cần thiết và ngược lại nếu biết trước chiều dài dây đai và các thông số cần thiết khác ta sẽ tính được khoảng cách trục

Thiết lập bộ truyền đai cho động cơ 2

(mm)

1 Chiều cao răng h,mm 1,2 1,8 2,4 3,0 4,2 6,0

2 Đường kính dây chão

δ,mm 0,35 0,35 0,35;0,65 0,65 0,65 0,65

3

Khoảng cách từ đáy răng đến dây chão

Để đảm bảo tuổi thọ cho đai thì số răng của bánh đai nhỏ phải lớn hơn một giá trị

tối thiểu bởi 2 lí do: : thứ nhất, số răng nhỏ theo bảng 3 [1] bánh đai ít tức là số răng

dây đai ăn khớp với bánh đai ít làm cho tải mà mỗi răng đai phải gánh lớn; thứ hai, số

răng bánh đai bé thì đường kính bánh đai bé, dây đai bị uốn nhiều nên chóng hỏng Số

răng tối thiểu Z1 được chọn dựa vào môđun và tốc độ quay của bánh đai nhỏ theo bảng

Z1 không nhỏ hơn

Môđun của đai m (mm)

Số vòng quay của bánh đai nhỏ n(v/ph)

Z1 không nhỏ hơn

3

500÷1000 1500÷2000 2500÷3500 4000÷5000

5

500 1000÷1500 2000÷3000 3500÷400

Bảng 2 4: Số răng tối thiểu của bánh đai

Trong các công thức trên:

R 1 , R 2 lần lượt là bán kính puly nhỏ và puly lớn

Z 1 , Z 2 lần lượt là số răng puly nhỏ và puly lớn (Z.t = 2pR)

b 1 , b 2 lần góc ôm trên puly nhỏ và puly lớn p là bước răng của dây đai (t =

m.p) L - chiều dài dây đai

A - khoảng cách trục của bộ truyền

Công thức (3) là công thức chính xác nhưng khó sử dụng do vậy ta sử dụng

công thức gần đúng xuất phát từ công thức chính xác tính chiều dài dây đai:

Số răng của dây đai N : N = L/p (8) p

Với L được tính từ công thức (7) và nói chung N tính theo công thức (8) là một số lẻ thập phân do vây ta phải làm tròn nó về phía nhỏ bởi vì sau một thời gian làm việc bộ truyền đai bị mòn cả dây đai cũng như bánh đai và dây đai cũng

2.4 Nhận xét:

Nội dung đã thực hiện bao gồm:

- Đưa ra các phương án thiết kế và chọn được phương án tối ưu nhất

- Đưa ra các bộ truyền và lựa chọn được bộ truyền phù hợp

- Tính toán động học và chọn được động cơ

- Tính toán và chọn được thông số cho bộ truyền

TÍNH TOÁN SỨC BỀN VÀ THIẾT KẾ CÁC KẾT CẤU

Chọn đường kính trục là d = 8 mm

Hình 3 2: Kích thước trục 2

Chọn ổ bi

Ø8Ø22

Ø8Ø22