Phát triển dàn pin năng lượng mặt trời tự xoay

  • Số trang: 85 |
  • Loại file: PDF |
  • Lượt xem: 49 |
  • Lượt tải: 0
nhattuvisu

Đã đăng 26946 tài liệu

Mô tả:

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP --------------------------------------- LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY PHÁT TRIỂN DÀN PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI TỰ XOAY NGUYỄN HOÀNG GIANG THÁI NGUYÊN, 2011 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP --------------------------------------NGUYỄN HOÀNG GIANG PHÁT TRIỂN DÀN PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI TỰ XOAY CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT HƯỚNG DẪN KHOA HỌC HỌC VIÊN PGS.TS. Nguyễn Văn Dự Nguyễn Hoàng Giang KHOA ĐÀO TẠO SĐH BGH TRƯỜNG ĐHKTCN THÁI NGUYÊN, 2011 Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật Nguyễn Hoàng Giang – K12 CNCTM Lời cam đoan Tôi xin cam đoan các kết quả trình bày trong cuốn luận văn này là của bản thân thực hiện, chưa được sử dụng cho bất kỳ một khóa luận tốt nghiệp nào khác. Theo hiểu biết cá nhân, chưa có tài liệu khoa học nào tương tự được công bố, trừ những thông tin tham khảo được trích dẫn. Nguyễn Hoàng Giang Tháng 10 năm 2011 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật Nguyễn Hoàng Giang – K12 CNCTM Lời cám ơn Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến PGS.TS Nguyễn Văn Dự, giáo viên hướng dẫn khoa học của tôi, người đã tận tình chỉ bảo, động viên và giúp đỡ cho tôi rất nhiều trong suốt thời gian làm luận văn tốt nghiệp. Tôi cũng xin gửi lời cám ơn đến người bạn là đồng nghiệp, anh Lê Duy Hội đã giúp đỡ tôi trong quá trình làm luận văn. Tôi xin cám ơn tới Ban giám hiệu, Ban chủ nhiệm khoa Kỹ thuật Công nghiệp trường Cao đẳng Kinh tế Kỹ thuật – Đại học Thái Nguyên đã tạo điều kiện để tôi được tham gia và hoàn thành khóa học này. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn đến bố mẹ tôi, người đã cho tôi những lời khuyên, những lời động viên và là hậu phương vững chắc để tôi có thể yên tâm học tập, lao động và nghiên cứu luận văn. Tôi xin chân thành cám ơn ban giám hiệu, khoa đào tạo sau đại học trường Đại học Công Nghiệp Thái Nguyên đã hết sức tạo điều kiện cho tôi tham gia khóa học này. Cuối cùng tôi xin gửi lời cám ơn đến các đồng nghiệp, bạn bè đã hỗ trợ và giúp đỡ tôi trong khoá học. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật Nguyễn Hoàng Giang – K12 CNCTM Tóm tắt Luận văn này trình bày cách tính toán kết cấu, công suất cơ cần thiết để xoay dàn pin mặt trời theo hướng tia nắng; chế tạo và thử nghiệm cho dàn pin tự xoay có công suất trên 100W. Kết quả cho thấy, sử dụng truyền đông vít me đai ốc làm cho dàn hoạt động êm và ổn định hơn so với kết cấu dùng bọ truyền trục vít bánh vít trước đây. Kết quả đo thực nghiệm cho thấy công suất cần thiết để quay dàn 100W chỉ khoảng 5W. Có thể kết luận rằng, công suất tiêu thụ cho hệ thống xoay dàn nhỏ hơn nhiều so với công suất phát điện của dàn. Dàn pin xoay quanh một trục có góc nghiêng theo vĩ độ gồm có hai thành phần chính. Thành phần thứ nhất là mô đun cơ khí, bao gồm khung dàn, trục quay, bộ giảm tốc, trụ đỡ và động cơ điện. Thành phần thứ hai là mô- đun điều khiển bao gồm bộ cảm biến quang điện, mạch điều khiển, bộ vi xử lý, và hai công tắc hành trình. Dàn quay được điều khiển thông qua bộ vi xử lý được lập trình trước, bộ điều khiển nhận tín hiệu đầu vào từ bộ cảm biến quang điện và công tắc hành trình, tín hiệu đầu ra của bộ điều khiển dùng để quay động cơ theo chiều thuận, chiều nghịch hoặc dừng. Kết quả tính toán cho thấy, công suất cần thiết để xoay dàn luôn luôn nhỏ hơn rất nhiều so với công suất điện do dàn phát ra. Dựa vào kết quả tính toán tổng quát, một dàn pin tự xoay có công suất đầu ra 110W đã được chế tạo. Quá trình vận hành thử nghiệm cho thấy dàn hoạt động ổn định ở chế độ điều khiển bằng tay cũng như điều khiển tự động, sử dụng ánh sáng của bóng đèn sợi đốt cũng như ánh sáng mặt trời. Lỗi điều khiển làm cho dàn quay trở về vị trí ban đầu khi không có ánh sáng của các nghiên cứu trước làm đã được khắc phục hoàn toàn trong nghiên cứu này. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật Nguyễn Hoàng Giang – K12 CNCTM Mục lục Lời cam đoan 1 Lời cám ơn 2 Tóm tắt 3 Mục lục 4 Danh mục các hình ảnh 7 Danh mục các bảng biểu 10 Chương 1: Giới thiệu 11 1.1. Đặt vấn đề 11 1.2. Mục đích nghiên cứu của đề tài 12 1.3. Đối tượng nghiên cứu 13 1.4. Phương pháp nghiên cứu 13 1.5. Các kết quả đạt được 13 1.6. Cấu trúc luận văn 14 Chương 2: Tổng quan 15 2.1. Tiềm năng của nguồn năng lượng mặt trời 15 2.2. Các kiểu khai thác năng lượng mặt trời 16 2.3. Một số kiểu dàn xoay 19 2.3.1. Nguyên tắc xoay 19 2.3.2. Các kết cấu xoay 20 2.3.3. Các phương án điều khiển 25 2.3.4. Cơ sở để xoay dàn pin 25 2.4. Kết luận 33 Chương 3: Phát triển mô hình tính toán thông số chế tạo hệ dẫn động dàn tự xoay 34 3.1. Giới thiệu 34 3.2. Sơ đồ kết cấu hệ thống xoay dàn 34 3.3. Giải bài toán vị trí kết cấu dàn xoay 36 3.4. Bài toán động học của dàn xoay 37 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật Nguyễn Hoàng Giang – K12 CNCTM 3.5. Bài toán động lực học cơ cấu xoay dàn 37 3.5.1. Mômen quán tính của dàn pin 37 3.5.2. Tính toán lực đẩy vít me 38 3.5.3. Tính toán công suất động cơ xoay dàn 40 3.6. Tính toán kết cấu khung dàn 41 3.6.1. Các tải trọng tác dụng lên dàn tự xoay một trục 41 3.6.2. Tải trọng gió 41 3.6.2.1. Thành phần tĩnh 41 3.6.2.2. Thành phần động 42 3.6.3. Áp lực gió, trọng lượng của pin và khung dàn 43 3.6.3.1. Áp lực gió 43 3.6.3.2. Tải trọng của pin và khung dàn 43 a. Tải trọng của pin 43 b. Trọng lượng của khung dàn 44 3.7. Giới thiệu các mẫu pin - Các thí nghiệm kiểm chứng với dàn xoay và dàn cố định 3.7.1. Giới thiệu các mẫu pin mặt trời 53 53 3.7.2. Thí nghiệm kiểm chứng và so sánh công suất thu được của hai dàn 58 3.8. Xây dựng bảng số liệu tính toán trên phần mềm Excel 63 3.8.1. Giới thiệu các hàm số được sử dụng trong Excel 63 3.8.1.1. Hàm DEGREES() 63 3.8.1.2. Hàm SIN() 65 3.8.1.3. Hàm ASIN() 65 3.8.1.3. Hàm ASIN() 65 3.8.1.4. Hàm COS() 66 3.8.1.5. Hàm ACOS() 66 3.8.1.6. Hàm RADIANS() 66 3.8.2. Xuất bảng dữ liệu Excel 67 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật Nguyễn Hoàng Giang – K12 CNCTM 3.9. Kết luận 68 Chương 4. Thực nghiệm chế tạo và đánh giá dàn xoay 69 4.1. Lựa chọn giá trị kết cấu và các thông số 69 4.2. Thiết kế mô đun cơ khí 71 4.3. Mô đun điều khiển 73 4.4. Vận hành thử nghiệm 75 4.4.1. Thử nghiệm độ ổn định 75 4.4.2. Thử nghiệm trong phòng 75 4.4.3.Thử nghiệm ngoài trời 75 4.5. Vận hành dàn pin 75 4.6. Một số vấn đề lưu ý khi thiết kế và vận hành 76 4.7. Đánh giá hiệu năng và khuyến nghị công suất khởi điểm dàn tự xoay 4.7.1. Thí nghiệm kiểm chứng công suất tiêu thụ của động cơ xoay dàn 12V 4.7.2. Đánh giá hiệu năng và khuyến nghị công suất khởi điểm dàn tự xoay 76 76 79 4.8. Kết luận 80 Kết luận và đề xuất 81 1. Kết luận 81 2. Đề xuất hướng nghiên cứu tiếp theo 81 Tài liệu tham khảo Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN 82 http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật Nguyễn Hoàng Giang – K12 CNCTM Danh mục các hình ảnh. Hình Nội dung Trang Hình 2.1. Động cơ hoạt động nhờ ánh sáng mặt trời 16 Hình 2.2. Bếp năng lượng mặt trời 17 Hình 2.3. Nhà máy điện năng lượng mặt trời tại Bồ Đào Nha 18 Hình 2.4. Du thuyền hoạt động bằng năng lượng mặt trời 18 Hình 2.5. Mô tả góc tới tia sáng mặt trời đối với pháp tuyến mặt phẳng nằm ngang 19 Hình 2.6. Dàn pin tự xoay theo một trục 20 Hình 2.7. Biểu đồ so sánh năng lượng thu được giữa hai kiểu dàn 21 Hình 2.8. Hình 2.9. Tỉ lệ % giữa năng lượng thu được của giàn 2 trục so với giàn cố định giảm dần khi góc quay tăng dần Mô hình dàn pin xoay theo 2 trục, một trục quay theo góc phương vị và một trục quay theo góc vĩ độ 22 23 Hình 2.10 Biểu đồ so sánh công suất của hệ thống xoay hai trục 24 Hình 2.11 Các kiểu điều khiển 25 Hình 2.12 Mô tả các góc chiếu sáng 26 Hình 2.13 Minh họa các góc nghiêng 27 Hình 2.14 Mô tả góc nghiêng của trái đất so với trục quãy đạo trái đất 30 Hình 2.15 Dàn pin xoay theo một trục 31 Hình 2.16 Hình 2.17 Mô hình dàn xoay pin mặt trời tự xoay một trục có góc nghiêng ban đầu Bếp thu năng lượng mặt trời tự xoay Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN 31 32 http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật Nguyễn Hoàng Giang – K12 CNCTM Hình 3.1a Sơ đồ kết cấu không gian dàn pin 35 Hình 3.1b. Sơ đồ kết cấu phẳng dàn pin 35 Hình 3.2. Kích thước kết cấu xoay 36 Hình 3.4. Hình ảnh tấm pin đơn vị 10W (diện tích 0,1m2 ; nặng 1,15kg) 44 Hình 3.5 Kích thước dàn pin 2000W (5600x3500) 45 Hình 3.6. Hình không gian lắp ráp thanh 1, thanh 2 và trục xoay 45 Hình 3.7. Sơ đồ hóa và biểu đồ mômen của thanh đỡ pin 46 Hình 3.8. Kích thước tiết diện thanh 1 47 Hình 3.9. Sơ đồ tính và biểu đồ mômen của thanh số 2 48 Hình 3.10. Kích thước tiết diện thanh 2 48 Hình 3.11. Kích thước dàn pin 1000W (3500x2800) 49 Hình 3.12. Hình 3.12. Kích thước tiết diện thanh 3 50 Hình 3.13. Sơ đồ tính và biểu đồ mômen của thanh số 4 51 Hình 3.14. Kích thước tiết diện thanh 4 51 Hình 3.15. Đường khối lượng ước lượng cho dàn pin tự xoay 52 Hình 3.16. Mô hình thí nghiệm dàn xoay một trục và dàn cố định 60 Hình 3.17a. Mô hình thí nghiệm đo công suất điện của dàn xoay một trục 60 Hình 3.17b. Mô hình thí nghiệm đo công suất điện của dàn cố định 60 Hình 3.18. Hình 3.19 Một số hình ảnh thí nghiệm so sánh công suất điện thu được giữa hai dàn cùng thời điểm trong các giờ khác nhau. Đồ thị so sánh công suất điện thu được giữa dàn xoay một trục và dàn cố định tại Thái Nguyên Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn 62 63 Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật Nguyễn Hoàng Giang – K12 CNCTM Hình 4.1a. Mô hình tổng thể dàn xoay nhìn từ phía trước 71 Hình 4.2b. Mô hình tổng thể dàn xoay nhìn từ cạnh bên 72 Hình 4.2. Cụm động cơ và vít me truyền dẫn 73 Hình 4.3. Kết cấu gối đỡ và ổ lăn 73 Hình 4.4. Bản mạch in bộ điều khiển 74 Hình 4.5. Cảm biến 74 Hình 4.6. Sơ đồ đo dòng điện qua động cơ khi làm việc 77 Hình 4.7. Hình 4.8. Hình 4.9. Hình 4.10. Đồ thị đường đặc tính dòng điện qua động cơ hoạt động không tải Đồ thị đường đặc tính của dòng điện qua động cơ khi dàn chịu tải trọng 11,5 kg Đồ thị đường đặc tính của dòng điện qua động cơ khi dàn chịu tải trọng 15 kg Đồ thị đường đặc tính của dòng điện qua động cơ khi dàn chịu tải trọng 20 kg Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn 77 78 78 79 Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật Nguyễn Hoàng Giang – K12 CNCTM Danh mục các bảng, biểu Bảng Nội dung Trang Bảng 3.1 Phân vùng theo áp lực gió Wo 42 Bảng 3.2 Tấm thu năng lượng mặt trời 10W 53 Bảng 3.3 Tấm thu năng lượng mặt trời 20W 53 Bảng 3.4 Tấm thu năng lượng mặt trời 40W 54 Bảng 3.5 Tấm thu năng lượng mặt trời 50W 55 Bảng 3.6 Tấm thu năng lượng mặt trời 55W 55 Bảng 3.7 Tấm thu năng lượng mặt trời 75W 56 Bảng 3.8 Tấm thu năng lượng mặt trời 100W 57 Bảng 3.9 Tấm thu năng lượng mặt trời 200W 57 Bảng 3.10 Kết quả thí nghiệm đo công suất điện 62 Bảng 3.11 Lựa chọn giá trị công suất động cơ và kích thước kết cấu dàn 66 Bảng 4.1 69 Lựa chọn thông số cho dàn 110W Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật Nguyễn Hoàng Giang – K12 CNCTM Chương 1 GIỚI THIỆU 1.1. Đặt vấn đề Sử dụng những nguồn năng lượng như: than đá, dầu mỏ,…đã thải ra khí quyển một lượng chất thải nguy hiểm, những chất này làm cho trái đất ngày càng ấm lên, là nguyên nhân gây ra những biến đổi về khí hậu theo hướng tiêu cực. Để hạn chế những tác động trên, những nhà khoa học trên thế giới, những quốc gia phát triển đã tích cực tìm ra những nguồn năng lượng mới để thay thế cho những nguồn năng lượng trên như: năng lượng gió, năng lượng mặt trời, năng lượng sóng biển,…, trong đó nguồn năng lượng lấy từ mặt trời được quan tâm nhiều hơn cả do những ưu việt về độ ổn định, tính dễ khai thác và cấu trúc đơn giản của hệ thống. Cho đến nay nhiều hệ thống thu và biến đổi năng lượng mặt trời đã được thiết kế, chế tạo và lắp đặt khắp nơi trên thế giới. Cách thức thông dụng nhất hiện nay là sử dụng các dàn pin mặt trời để chuyển hóa trực tiếp quang năng thành điện năng, một dạng năng lượng dễ lưu trữ, dễ phân phối, truyền tải và tiện dụng nhất. Vấn đề khó khăn đặt ra là giá thành các tấm pin mặt trời thường rất đắt, do vậy, phải tìm cách nâng cao hiệu suất của chúng. Vào những ngày có nắng, mặt trời di chuyển một góc khoảng 1800 so với một điểm cố định trên mặt đất. Rõ ràng, một dàn pin đặt cố định sẽ thu được quang năng ít hơn nhiều so với một dàn pin luôn có xu hướng hứng trọn ánh nắng mặt trời. Hệ thống xoay tự động là một hệ thống luôn giữ cho tia bức xạ chiếu vuông góc lên bề mặt tấm pin trong suốt thời gian chiếu sáng ban ngày, làm tăng hiệu suất của dàn pin. Hệ thống xoay tự động đã được F.M.AL NAIMA and N.A.YAGHOBIAM chế tạo năm 1990 [14] và được vận hành hoàn toàn dựa vào truyền dẫn cơ khí. Kể từ đó, đã có nhiều nghiên cứu về giải thuật điều khiển [2, 15, 16, 17, 18, 19] để tăng hiệu quả của các dàn năng lượng mặt trời. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật Nguyễn Hoàng Giang – K12 CNCTM Mặc dù có nhiều cách bố trí và điều khiển khác nhau, phép xoay dàn năng lượng đều được phân tách thành hai chuyển động xoay độc lập: xoay theo góc phương vị và xoay theo góc vĩ độ. Nói theo góc độ cơ khí, có thể thực hiện xoay dàn năng lượng quanh 2 trục vuông góc với nhau. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng, dàn xoay 2 trục mang lại hiệu suất cao hơn 40 % so với dàn cố định . Các dàn xoay quanh 1 trục theo hướng Bắc – Nam, mặc dù có hiệu suất thấp hơn khoảng 10% so với dàn quay 2 trục, nhưng lại có kết cấu đơn giản hơn hẳn. Công suất cần thiết để xoay dàn thường chiếm khoảng 10 đến 30% công suất điện thu được từ dàn pin mặt trời. Điều này cho phép có thể xem xét đầu tư cho bài toán thiết kế, chế tạo các hệ thống dẫn động và điều khiển dàn tự xoay [2]. Mặc dù đã có nhiều dàn năng lượng mặt trời tự xoay, nhưng đến nay chưa có một tài liệu hướng dẫn tính toán, thiết kế kết cấu cơ khí nào cho các hệ thống này được công bố. Kết cấu, kích thước chế tạo của các dàn tự xoay hầu như được chế tạo theo kinh nghiệm. Quan tâm đến vấn đề này, có một số câu hỏi cần được giải đáp như: 1) Các công thức tổng quát tính toán công suất cần thiết để xoay dàn, tốc độ xoay dàn, tỉ số truyền? 2) Cách đánh giá về giá thành đầu tư và hiệu quả năng lượng của dàn tự xoay so với dàn cố định? Đề tài này được thực hiện nhằm giải quyết những vấn đề nêu trên đồng thời ứng dụng các công thức để chế tạo một hệ thống dàn tự xoay trên 100 W theo hướng tia sáng. Kết quả tính toán và mô hình thử nghiệm này có thể được dùng làm cơ sở cho các nghiên cứu tiếp theo. 1.2. Mục đích nghiên cứu của đề tài Đề tài này có mục đích phát triển lý thuyết tính toán dàn năng lượng mặt trời tự xoay, đồng thời tiến hành kiểm nghiệm trên mô hình dàn thực có công suất trên 100 W. Các mục tiêu cụ thể là: Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật Nguyễn Hoàng Giang – K12 CNCTM 1) Phát triển các công thức lý thuyết để tính toán các thông số chế tạo cho hệ khung dàn và hệ dẫn động cơ khí; 2) Thực nghiệm đánh giá hiệu quả về năng lượng cho dàn tự xoay. Từ đó đưa ra các khuyến nghị về mức công suất khởi điểm nên đầu tư dàn tự xoay; 3) Áp dụng các công thức để thử nghiệm chế tạo mô hình dàn tự xoay có công suất trên 100W. 1.3. Đối tượng nghiên cứu 1) Các hệ thống năng lượng mặt trời tự xoay; 2) Kết cấu giá đỡ, hệ truyền động cơ khí cho dàn đỡ pin mặt trời có khả năng tự xoay theo góc điều khiển. 3) Mô hình thực tế. 1.4. Phương pháp nghiên cứu. 1) Nghiên cứu lý thuyết: Dựa trên cơ sở lý thuyết tính toán về sức bền, chi tiết máy, bài toán vị trí, động học, động lực học…để thiết lập công thức tính toán chung cho hệ dẫn động của hệ thống dàn xoay. 2) Nghiên cứu thực nghiệm: - Khảo sát quy luật chuyển động của mặt trời tại một số vị trí địa lý của Việt Nam theo các mùa. - Thiết kế và thực hiện thí nghiệm so sánh hiệu quả dàn pin tự xoay so với dàn cố định; - Chế tạo mô hình thực nghiệm cho dàn tự xoay; 1.5. Các kết quả đạt được Đề tài này đã giải quyết được vấn đề chính được đặt ra là phát triển dàn năng lượng mặt trời tự xoay. đây là các kết quả chính mà nghiên cứu này đạt được: 1. Đã giới thiệu và phân tích quy luật chuyển động tương đối của mặt trời, dùng làm cơ sở xác định nguyên tắc xoay dàn năng lượng; Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật Nguyễn Hoàng Giang – K12 CNCTM 2. Các công thức lý thuyết để tính toán các thông số chế tạo (bài toán vị trí, động học, động lực học) cho hệ khung dàn và hệ dẫn động cơ khí; 3. Bộ dữ liệu Excel dùng cho tính toán thiết kế các thông số kết cấu cho các giá trị công suất phát điện khác nhau; 4. Thực nghiệm đánh giá hiệu quả về năng lượng cho dàn tự xoay. Từ đó đưa ra các khuyến nghị về mức công suất khởi điểm nên đầu tư dàn tự xoay; 5. Đã thiết kế, chế tạo và lắp ráp thành công một mô hình dàn đỡ pin mặt trời tự xoay theo một trục và có góc nghiêng ban đầu cố định; 6. Đã vận hành thử nghiệm và phân tích các ưu, nhược của kết cấu cơ khí, từ đó thấy được các vấn đề cần lưu ý khi thiết kế, chế tạo dàn năng lượng tự xoay. 1.6 . Cấu trúc luận văn Luận văn được chia thành 4 chương với các nội dung chính như sau: Chương 1: trình bày những tác động đến môi trường sống do việc sản năng lượng điện từ thang đá, khí ga, thủy năng,…, những ưu điểm của nguồn năng lượng được sản xuất từ mặt trời. Tìm hiểu tình hình sử dụng năng lượng mặt trời và các kiểu dàn đỡ pin trên thế giới và ở Việt Nam. Chương 2: Tìm hiểu quy luật thay đổi phương của tia trực xạ mặt trời đối với một điểm nằm trên mặt phẳng trái đất ở những vị trí khác nhau và vào những thời điểm khác nhau để áp dụng kiểu điều khiển phù hợp. Phân tích, so sánh ưu nhược điểm của từng loại dàn đỡ để từ đó đưa ra lựa chọn kiểu dàn tối ưu. Chương 3: Xây dựng các công thức lý thuyết để tính toán các thông số chế tạo (bài toán vị trí, động học, động lực học) cho hệ khung dàn và hệ dẫn động cơ khí. Thực nghiệm đánh giá hiệu quả về năng lượng cho dàn tự xoay. Khuyến nghị về mức công suất khởi điểm nên đầu tư dàn tự xoay. Chương 4: Thiết kế chế tạo, lắp ráp, vận hành mô hình dàn pin trên 100W, vận hành thử nghiệm và phân tích các ưu, nhược của kết cấu cơ khí, từ đó thấy được các vấn đề cần lưu ý khi thiết kế, chế tạo dàn năng lượng tự xoay. Phần cuối cùng là các Kết luận và đề xuất. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật Nguyễn Hoàng Giang – K12 CNCTM Chương 2 TỔNG QUAN 2.1. Tiềm năng của nguồn năng lượng mặt trời Năng lượng hóa thạch ngày càng cạn kiệt, dân số tăng vọt, kinh tế phát triển như vũ bão,... đã dẫn đến yêu cầu bức thiết phải có những phương cách mới trong việc cung ứng và sử dụng năng lượng. Ước tính, nguồn năng lượng tự nhiên hiện nay của chúng ta sẽ cạn kiệt trong thời gian tới, trong đó dự báo nguồn dầu mỏ thương mại trên thế giới còn dùng khoảng 60 năm, khí tự nhiên 80 năm, than 150-200 năm. Trước thực trạng trên, đòi hỏi chúng ta phải tìm ra những những nguồn năng lượng thay thế. Một trong những giải pháp chủ yếu là tìm kiếm những nguồn năng lượng tái tạo được, những dạng năng lượng mà khi khai thác cũng như tiêu thụ tác động ít nhất đến môi trường như: năng lượng gió, năng lượng sóng biển, năng lượng mặt trời,…Trong đó, năng lượng mặt trời được xem là nguồn năng lượng tái tạo sạch nhất và ít gây ảnh hưởng đến môi trường nhất, nguồn năng lượng này có ở khắp trên bề mặt của trái đất. Năng lượng mặt trời là một nguồn năng lượng sạch, tái tạo vô tận. Theo tính toán của các nhà khoa học, nếu thu được 10% năng lượng mặt trời trên toàn bộ bề mặt trái đất có thể cung cấp 20TW (20.000.000 MW), lớn gấp 10.417 công suất thiết kế của nhà máy thủy điện Hòa Bình và bằng khoảng hai lần năng lượng hóa thạch có được trên thế giới [2]. Nếu thu năng lượng mặt trời trên trái đất trong 72 giờ, sẽ tương đương với nguồn năng lượng thu được từ tất cả các mỏ than, dầu và khí thiên nhiên trên khắp thế giới [3]. Tại Việt Nam, hiện nay lượng năng lượng tái tạo khai thác được chỉ bằng 2,3 % trong tổng thể nguồn năng lượng điện, trong đó nguồn năng lượng sản xuất từ mặt trời chưa xứng với tiềm năng của nó, chỉ chiếm một tỉ lệ 0,009% [4]. Việt Nam đang có kế hoạch phấn đấu đến năm 2015, nguồn năng lượng tái tạo khai thác đạt mức 5%, năm 2030 đạt mức 10% trong tổng sản lượng điện khai thác [5]. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật Nguyễn Hoàng Giang – K12 CNCTM 2.2. Các kiểu khai thác năng lượng mặt trời Đến nay, năng lượng mặt trời được khai thác dưới nhiều dạng chuyển đổi khác nhau: Chuyển trực tiếp năng lượng mặt trời thành cơ năng. Hình 2.1 là một động cơ hoạt động nhờ ánh sáng mặt trời do tiến sĩ Nguyễn Xuân Hùng nghiên cứu. Nguyên lí hoạt động của nó là dựa vào sự giãn nở không khí do nhiệt của mặt trời. Ưu điểm của động cơ này là sử dụng trực tiếp năng lượng mặt trời. Tuy nhiên, nhược điểm là không hoạt động được khi không có nắng. Hình 2.1. Động cơ hoạt động nhờ ánh sáng mặt trời Khai thác trực tiếp năng lượng mặt trời ở dạng nhiệt năng. Hình 2.2 là bếp sử dụng năng lượng mặt trời. Nguyên lý của hoạt động rất đơn giản, sử dụng mặt cầu parabol để tập trung ánh sáng mặt trời tại tiêu điểm, vật dụng đun nấu được đặt ngay tại tiêu điểm đó. Ưu điểm của kiểu khai thác này là đơn giản, hiệu suất cao do nhận nhiệt năng trực tiếp từ mặt trời. Tuy nhiên, nhược điểm chính của phương pháp này là ở khâu vận hành, người vận hành phải đứng ngoài trời Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật Nguyễn Hoàng Giang – K12 CNCTM nên rất bất lợi. Nhược điểm thứ hai là phụ thuộc vào ánh nắng mặt trời, chỉ hoạt động khi có ánh nắng mặt trời. Hình 2.2. Bếp năng lượng mặt trời Chuyển năng lượng mặt trời thành điện năng. Đây là một kiểu khai thác năng lượng mặt trời phổ biến nhất hiện nay. Pin năng lượng mặt trời (hay pin quang điện, tế bào quang điện), là thiết bị bán dẫn chứa lượng lớn các diot p-n, duới sự hiện diện của ánh sáng mặt trời có khả năng tạo ra dòng điện sử dụng được. Sự chuyển đổi này gọi là hiệu ứng quang điện. Dàn pin mặt trời. Hình 2.3 là một nhà máy điện năng lượng mặt trời tại Bồ Đào Nha, các tấm pin tại nhà máy này phủ rộng trên một diện tích 150 ha và nhà máy này cung cấp một lượng điện đủ cho 8000 hộ dân. Các tấm pin năng lượng mặt trời được lắp trên một dàn cố định và nghiêng theo một góc ban đầu [7]. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật Nguyễn Hoàng Giang – K12 CNCTM Hình 2.3. Nhà máy điện năng lượng mặt trời tại Bồ Đào Nha [7] Du thuyền chạy bằng năng lượng mặt trời. Hình 2.4 là một chiếc du thuyền hoạt động hoàn toàn nhờ vào năng lượng mặt trời, tổng diện tích của các tấm pin lắp trên thuyền là 356 m2 và có thể tích điện để thuyền vận hành trong 72 giờ mà không cần ánh sáng mặt trời [6]. Hình 2.4. Du thuyền hoạt động bằng năng lượng mặt trời [6] Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn
- Xem thêm -