Đại học Đông Á 1 Solar Tracking & Solar Panel Cleaning System
MỤC LỤC
MỤC LỤC ............................................................................................................. 1
MỞ ĐẦU ................................................................................................................ 3
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ NĂNG LƢỢNG MẶT TRỜI ....................... 6
1.1 TÌNH HÌNH SỬ DỤNG NĂNG LƢỢNG MẶT TRỜI ................................ 6
1.1.1 Tình hình sử dụng năng lƣợng mặt trời trên thế giới .............................. 8
1.1.2 Tình hình sử dụng năng lƣợng mặt trời ở Việt Nam ............................. 11
CHƢƠNG 2. NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC VÀ CẤU TẠO PV CELLS ........... 16
2.1 CẤU TẠO CỦA TẤM PIN MẶT TRỜI ..................................................... 16
2.1.1 Giới thiệu về bán dẫn ............................................................................. 16
2.1.2 Nguyên lý làm việc tấm pin Mặt trời..................................................... 21
2.2 CẤU TẠO TẤM PIN MẶT TRỜI .............................................................. 24
2.2.1 Cấu tạo tấm Pin Mặt trời ....................................................................... 24
2.2.2 Các thông số sỹ thuật ............................................................................. 28
2.2.3 Các thế hệ Pin Mặt trời .......................................................................... 30
2.3 TIỂU KẾT 2 ................................................................................................ 31
CHƢƠNG 3. MÔ PHỎNG VÀ KHẢO SÁT ĐẶC PV CELLS ..................... 33
3.1 MÔ HÌNH TOÁN HỌC ............................................................................... 33
3.1.1 Mô hình toán học đơn giản của tấm Pin Mặt trời .................................. 33
3.1.2 Mô hình chi tiết của tấm Pin mặt trời .................................................... 34
3.1.3 Các yếu tố môi trƣờng ảnh hƣởng đến đặc tính của tấm Pin Mặt Trời . 35
3.2 MÔ PHỎNG ĐẶC TÍNH TẤM PIN MẶT TRỜI ....................................... 36
3.2.1 Giới thiệu chung về Matlab ................................................................... 36
3.2.2 Sơ đồ lập trình Guide đƣờng đặc tính của PV-Cells ............................. 36
3.2.3 Kết quả mô phỏng các đƣờng đặc tính của PV Cells ............................ 39
3. TIỂU KẾT 3 ................................................................................................... 43
CHƢƠNG 4. LẮP RÁP, ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG LAU RỬA PV -
CELLS VÀ HỆ THỐNG ĐỊNH HƢỚNG MẶT TRỜI SOLAR TRACKING . 44
Đại học Đông Á 2 Solar Tracking & Solar Panel Cleaning System
4.1 TỔNG QUAN .............................................................................................. 44
4.2 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG .......................................... 45
4.2.1 Hệ thống lau rửa tấm Pin Mặt Trời........................................................ 45
4.2.2 Hệ thống định hƣớng Mặt Trời .............................................................. 46
4.3 NGUYÊN LÝ ĐIỀU KHIỂN VÀ SƠ ĐỒ THUẬT TOÁN ........................ 47
4.3.1 Hệ thống lau rửa tấm Pin ....................................................................... 47
4.3.2 Hệ thống định hƣớng Mặt Trời .............................................................. 50
4.3.3 Mô hình thực tế ...................................................................................... 51
4.4 TIỂU KẾT 4 ................................................................................................ 54
KẾT LUẬN .......................................................................................................... 55
TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................. 57
Đại học Đông Á 3 Solar Tracking & Solar Panel Cleaning System
MỞ ĐẦU
Ngày nay, với sự phát triển vƣợt bậc của ngành năng lƣợng mới nói chung và
ngành năng lƣợng mặt trời nói riêng, cuộc sống của con ngƣời đã chuyển sang một
thời đại mới, thời đại năng lƣợng xanh. Với việc nghiên cứu, phát triển và đƣa và sử
dụng các nguồn năng lƣợng tái tạo, năng lƣợng xanh nhƣ: năng lƣợng gió, năng
lƣợng mặt trời, năng lƣợng địa nhiệt, năng lƣợng sóng, thủy triều,...vào đời sống xã
hội, đời sống con ngƣời đang làm giảm áp lực về tình hình cạn kiệt nguồn nhiên
liệu hóa thạch, nhu cầu năng lƣợng của con ngƣời ngày càng tăng cao[1,2,3]; đồng
thời, giảm đƣợc sự ô nhiễm môi trƣờng, các chất thải độc hại do nguồn nhiên liệu
hóa thạch sinh ra[4,5]. Chính vì vậy, việc sử dụng, đầu tƣ nghiên cứu, ứng dụng các
nguồn năng lƣợng tái tạo đang là xu thế tất yếu của các nƣớc trên thế giới[4,5].
Trong quá trình vận hành các nhà máy điện sản xuất từ năng lƣợng tái tạo nhƣ
nhà máy quang điện hoặc điện gió thì về cơ bản giống nhƣ những nhà máy điện
truyền thống nhƣ nhà máy nhiệt điện, thủy điện. Nhƣng trong nhà máy quang điện
thì việc giám sát không chỉ các thông số của hệ thống điện, các hệ thống bảo vệ mà
việc giám sát còn rất đƣợc chú ý đó là bề mặt của các tấm pin. Bởi vì, các đặc tính
điện áp và dòng điện đầu ra của tấm pin không chỉ phụ thuộc vào cấu tạo chất bán
dẫn làm ra tấm pin, công nghệ sản xuất, điều kiện tự nhiên nhƣ bức xạ Mặt Trời,
nhiệt độ không khí, mà còn ảnh hƣởng lớn của sự che khuất bởi mây, bụi bẩn, các
vật cản,...[1].
Hiện nay, đã có rất nhiều các nghiên cứu về đặc tính điện áp, dòng điện, công
suất của tấm pin Mặt Trời trên các phần mềm nhƣ Matlab[5,6,7], PSCAD[8],... Có
nhiều nghiên cứu, ứng dụng và các bài báo viết về nâng cao hiệu suất làm việc tấm
pin Mặt Trời[9,10] , hoặc sử dụng các robot để lau rửa tấm pin Mặt Trời[11,12,13], hoặc
cũng có một số nghiên cứu về các vật liệu có khả năng tẩy rửa, làm sạch bề mặt tấm
pin Mặt Trời nhƣ SiO2/TiO2[14,15,16], nhƣng chƣa có các bài viết nghiên cứu chính
thức về việc nâng cao hiệu suất tấm pin Mặt Trời theo đặc tính điện áp đầu ra của
tấm pin.
Nếu hệ thống pin năng lƣợng Mặt Trời đƣợc giám sát các đặc tính điện áp, dòng
điện đầu ra dựa trên các thông số xác định của các điều kiện tự nhiên nhƣ bức xạ
Mặt Trời (W/m2), nhiệt độ không khí (oC) để điều chỉnh nâng hiệu suất làm việc
cho các tấm pin, đồng thời ngăn chặn các hiện tƣợng che khuất bất thƣờng sẽ thật
sự hữu ích. Đồng thời, nếu kết hợp đƣợc với các vật liệu có khả năng tẩy rửa kèm
Đại học Đông Á 4 Solar Tracking & Solar Panel Cleaning System
theo hệ thống lau rửa dựa trên đặc tính điện áp tấm pin sẽ mang lại hiệu quả thực tế
rất cao. Do đó, chúng tôi quyết định thực hiện đề tài nghiên cứu về đặc tính tấm pin
Mặt Trời (PhotoVoltaic- Cells, PV-Cells) để từ đó xác giá trị điện áp đầu ra PV-
Cells trong điều kiện bức xạ Mặt Trời, nhiệt độ không khí xác định đối với mỗi loại
PV-Cells. Nếu trong quá trình vận hành, giá trị điện áp PV-Cells đột nhiên giảm bất
thƣờng sẽ đƣợc hệ thống giám sát báo về cho ngƣời vận hành biết để xử lý, kích
hoạt hệt hống lau rửa tự động. Ngoài ra, để nâng cao hiệu suất làm việc cho hệ
thống PV-Cells, chúng tôi xây dựng thêm hệ thống định hƣớng Mặt Trời (Solar
Tracking) cho hệ thống PV-Cells. Đề tài: Khảo sát mô phỏng đặc tính PV –
CELLS điều khiển hệ thống định hƣớng mặt trời và lau rửa tấm pin tự động
trên nền tảng Matlab & Arduino. Để làm đề tài này, chúng tôi đã sử dụng các
phƣơng pháp nhƣ là nghiên cứu tài liệu, mô phỏng bằng phần mềm Matlab/Guide
trên máy tính, khảo sát thực tế, lấy ý kiến các chuyên gia về lĩnh vực này. Sau đó,
sử dụng cảm biến ánh sáng, Arduino làm mô hình điều khiển trên giao diện Guide
của Matlab. Đồng thời, trong đề tài này có sử dụng sự hỗ trợ đắc lực của phần mềm
Microsoft Office/Excel nhƣ các thông số dữ liệu của các loại PV-Cells đƣợc chúng
tôi sử dụng của nhà sản xuất[17] đƣợc lƣu trữ để sau đó đọc lên Matlab phục vụ cho
việc mô phỏng. Hơn nữa là, các thông số điện áp của PV-Cells đƣợc ghi lại và lữu
trữ trong file excel là công cụ hữu ích để giúp cho việc quản lý, vận hành, kiểm tra
hệ thống PV-Cells một cách hiệu quả và chính xác mà không cần sử dụng phần
mềm chuyên dụng[18]. Đây có thể sẽ hƣớng kết hợp phát triển mới giữa Matlab,
Arduino, Excel trong việc vận hành quản lý hệ thống PV-Cell, nhằm nâng cao hiệu
quả làm việc, tránh hiện tƣợng che khuất dựa trên đặc tính điện áp đầu ra tấm pin.
TỔNG QUAN VỀ NỘI DUNG ĐỀ TÀI
Chƣơng 1: Tổng quan về năng lƣợng Mặt Trời
Chƣơng 2: Cấu tạo và nguyên lý làm việc của tấm pin Mặt Trời
Chƣơng 3: Mô phỏng và khảo sát đặc tính tấm pin Mặt Trời
Chƣơng 4: Lắp ráp, điều khiển hệ thống định hƣớng Mặt Trời và hệ thống lau rửa
tấm pin Mặt Trời tự động
Trong quá trình nghiên cứu và phát triển tôi đã nhận đƣợc sự giúp đỡ và hƣớng
dẫn tận tình của thầy ThS. Đỗ Công Ngôn. Thầy đã cho chúng tôi những gợi ý
Đại học Đông Á 5 Solar Tracking & Solar Panel Cleaning System
cũng nhƣ những ý kiến vô cùng quan trọng, giúp chúng tôi có thể vƣợt qua những
khó khăn trong quá trình tiếp cận, nghiên cứu, xây dựng và hoàn thiện đề tài.
Chúng tôi rất mong đề tài này sẽ đƣợc đón nhận và có những đóng góp ý kiến để
phát triển và hoàn thiện hơn nữa sản phẩm này và hi vọng một ngày không xa, sản
phẩm này sẽ đƣợc ứng dụng rộng rãi trong các trạm pin mặt trời.
Kết quả đạt đƣợc sau thời gian nghiên cứu, làm việc là xây dựng đƣợc mô hình
nghiên cứu, mô phỏng đƣợc trên Matlab và chạy thực tế theo nghiên cứu đã đề ra.
Tuy kết quả khả quan, nhƣng còn nhiều sai sót và cần phát triển và bổ sung thêm.
Nhƣng đây là kết quả thực sự đạt đƣợc do quá trình tìm tòi, nghiên cứu tài liệu, trên
mạng, hƣớng dẫn các chuyên gia, sự hƣớng dẫn của thầy cô trong khoa Kỹ thuật
Điện - Ô tô trƣờng Đại học Đông Á.
Một lần nữa, xin chân thành cám ơn tới những ngƣời đã giúp đỡ chúng tôi hoàn
thiện đề tài này.
Đà Nẵng, ngày .... tháng 12 năm 2018
NGƢỜI THỰC HIỆN
(Ký và viết rõ họ tên)
TRẦN SỸ DANH