1.1 Đặt vấnđề

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. Nhưng thay vào đó, năng lượng mặt trời được xem là nguồn năng lượng tái tạo sạch nhất và ít gây ảnh hưởng đến môi trường nhất, có khắp trên bề mặt của trái đất. Đây thực sự là nguồn tài nguyên khổng lồ. Con người đã chế tạo ra được pin năng lượng mặt trời nhằm thực hiện chức năng tạo ra năng lượng điện.

          Muốn thu được năng lượng mặt trời và có thể truyền nó đi được xa hơn, chúng ta cần pin mặt trời để chuyển năng lượng mặt trời từ dạng quang năng sang điện năng.

 Pin năng lượng mặt trời chỉ đạt hiệu suất lớn nhất khi ánh sáng mặt trời vuông góc với mặt phẳng tấm pin. Tuy nhiên, hệ thống pin mặt trời hiện nay thường được lắp cố định nên làm giảm hiệu suất thu năng lượng của tấm pin. Để duy trì được hiệu suất của tấm pin ở mức cao nhất chúng ta cần một hệ thống điều chỉnh tấm pin luôn hướng về phía mặt trời.

Mục đích của đề tài là tự động hóa quá trình điều khiển định hướng tấm pin mặt trời kể

cả khi bị mây che mất ánh sáng để tấm pin luôn đạt được hiệu suất lớn nhất.

Vào những ngày có nắng, mặt trời di chuyển một góc khoảng 180^o 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 di động hứng trọn ánh nắng mặt trời.

Trong giai đoạn hiện nay tất cả các lĩnh vực đều muốn tự động hóa hệ thống, dễ dàng kiểm soát hệ thống một cách dễ dàng, an toàn đặc biệt là đối với điện- một trong những nguồn năng lượng rất quan trọng đối với con người. Góp phần cải thiện việc cung cấp điện sử dụng một cách hiệu quả, tránh được các tai nạn về điện của người và thiết bị điện. Việc sử dụng mô hình tấm pin năng lượng mặt trời tạo được sự hiện đại, mỹ quan cho môi trường và nơi ở.

2 Lý do chọn đề tài

          Từ những thực trạng đó, cùng với sự đam mê công nghệ mong muốn góp phần vận dụng những hiểu biết của mình vào thực tiễn để cho cuộc sống trở nên thuận tiện hơn. Sau khi tìm hiểu được những thông tin từ sách vở và internet thì em đã quyết định chọn đề tài “ Thiết kế mô hình điều khiển tấm pin năng lượng mặt trời ” với mong muốn góp phần đáp ứng được nhu cầu thực tế hiện nay. Điều này cũng làm cho đề tài gần gũi với giá trị thực tiễn hơn.

1.3 Mục đích nghiên cứu 

-       Tìm hiểu nguyên lý, tính năng và vấn đề kỹ thuật của mô hình.

-       Tìm hiểu nguyên lý, cấu tạo của vi điều khiển, tấm pin năng lượng mặt trời.

-       Xây dựng được mạch điều khiển hoạt động ổn định với công suất định trước, nâng cao hiệu suất của mô hình.

-       Thiết kế phần cơ khí nhỏ gọn có thể cải thiện giá thành sản phẩm.

-       Hoàn thiện sản phẩm và nghiệm thu.     

1.4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

-       Đối tượng nghiên cứu : Pic 16F877A, Altium Designer, cảm biến quang trở, động cơ điện một chiều, mạch nghịch lưu, mạch điều khiển nạp, module  điều khiển động cơ, module ổn áp LM 2596, MOSFET IRF 540.

-       Phạm vi nghiên cứu :

+   Nghiên cứu lý thuyết về PIC và xây dựng bài toán điều khiển góc quay của tấm pin mặt trời sao cho dàn pin có xu hướng luôn di động để nhận được nhiều ánh sáng từ mặt trời nhất làm tăng hiệu suất của tấm pin và điện năng nhận được.

+   Xây dựng hệ thống điện năng lượng mặt trời độc lập và thiết kế mô hình pin năng lượng mặt trời đáp ứng được điện xoay chiều cung cấp cho tải có công suất trung bình trong thời gian dưới 2 giờ sử dụng.

+   Xây dựng một số mạch phụ như mạch điều khiển nạp, mạch nghịch lưu từ Altium Designer và bài toán tính chọn linh kiện phù hợp cho mạch.

1.5 Phương pháp nghiên cứu

          Giải quyết bài toán điều khiển tấm pin năng lượng đòi hỏi phải có sự nghiên cứu từ lý thuyết và thực tiễn nhiều mô hình trên thế giới, từ đó đưa ra giải pháp giải quyết vấn đề. Mô hình thực tế là kết quả sau cùng để kiểm thử và đánh giá hệ thống.