Khắc phục được điểm yếu nhất của năng lượng Mặt trời
TS Hoàng Thị Phương, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Nam Định, Bộ Lao động - Thương binh và Xã hội vừa hoàn thiện đề tài: “Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo mô hình hệ thống điện năng lượng Mặt trời theo phương pháp tự động dò bám”.
TS Phương cho biết, một hệ bám Mặt trời (solar tracker) là thiết bị giữ cho tấm pin luôn vuông góc với tia sáng tới của Mặt trời trong suốt thời gian chiếu sáng trong ngày. Hệ thống tự động định hướng bám Mặt trời để bù lại sự di chuyển biểu kiến của Mặt trời, giữ cho các tia sáng tới luôn vuông góc với bề mặt tấm pin, có thể làm tăng hiệu suất thu năng lượng từ 10 - 100%.
Hệ bám Mặt trời được thiết kế dạng một bậc tự do và hai bậc tự do. Hệ thống một bậc tự do có cấu tạo đơn giản và giá thành thấp so với hệ hai bậc tự do nên được áp dụng rộng rãi.
Tuy nhiên, hệ thống hai bậc tự do cho hiệu suất thu năng lượng cao hơn trên cùng đơn vị diện tích. Bộ chuyển đổi điện (DC-DC, DC-AC), đóng vai trò kết nối giữa nguồn điện từ tấm pin và thiết bị sử dụng điện được thiết kế để hòa lưới hoặc không hòa lưới cũng được nhóm nghiên cứu thành công.
Những bộ chuyển đổi điện công suất nhỏ sử dụng cho gia đình thường là loại độc lập không hòa lưới. Bộ chuyển đổi điện phải thỏa mãn những tiêu chuẩn về hiệu suất biến đổi, chất lượng và dạng sóng đầu ra, giá thành, kích thước.
TS Phương và cộng sự đã tiến hành thiết kế và chế tạo hình hệ thống điện năng lượng Mặt trời công suất nhỏ, hoạt động độc lập, thu năng lượng Mặt trời theo phương pháp tự động dò bám.
Kết quả khảo sát cho thấy, hệ thống đã đạt được các yêu cầu đặt ra với sai số về góc ngẩng +/-30 và góc định hướng +/-50. Theo các tài liệu nghiên cứu, góc tới của tia sáng Mặt trời có thể lệch lên đến 100 vẫn cho công suất xấp xỉ khi góc tới vuông góc với tấm pin quang điện.
Kết quả so sánh đối chứng giữa hệ bám Mặt trời và hệ cố định cho thấy rõ ràng hiệu quả của hệ thống bám Mặt trời tại những thời điểm vào buổi sáng và buổi chiều khi góc tới của tia sáng Mặt trời có độ lệch lớn tới bề mặt tấm pin của hệ cố định. Tại thời điểm buổi trưa, khi góc tới ánh sáng Mặt trời tới các tấm pin trên cả hai hệ cố định và tự động gần vuông góc thì công suất ra của cả hai hệ như nhau.
Tính toán vị trí Mặt trời tối ưu
TS Hoàng Thị Phương cho biết, từ những ưu, nhược điểm của từng hệ thống, nhóm tác giả đã đề xuất được một mô hình hệ thống điều khiển bám Mặt trời dựa trên tính toán vị trí Mặt trời sử dụng các công nghệ tiên tiến nhất.
Nhóm đã xây dựng cơ cấu chấp hành 2 bậc tự do theo phương và góc ngẩng để hướng tấm pin Mặt trời luôn vuông góc với tia sáng Mặt trời. Thiết kế mạch điều khiển, mạch giao tiếp cảm biến, giao tiếp công suất điều khiển động cơ để dễ dàng sử dụng điện năng sản xuất được.
Các dữ liệu để hướng tấm pin theo hướng Mặt trời được thu thập dữ liệu từ mô-đun GPS, cảm biến gia tốc và cảm biến la bàn số. Đây là các cảm biến dựa trên công nghệ vi cơ điện tử có năng lượng tiêu thụ thấp, độ chính xác cao.
Trên cơ sở dữ liệu thu được, tính toán thu được các thông tin về vị trí Mặt trời, góc phương và góc hướng hiện tại của hệ thống, nhóm thiết kế lưu đồ thuật toán và viết chương trình giao tiếp, tính toán, điều khiển hệ thống bám theo Mặt trời. Từ đó xây dựng thành công mô hình hệ thống hoàn chỉnh, tiến hành đo đạc dữ liệu để đánh giá hệ thống.
Nhóm cũng đã xây dựng được mô hình bộ nạp ắc-quy và bộ nghịch lưu ra dạng sóng sine tích hợp trong một dưới sự điều khiển của mạch điều khiển trung tâm nên đã giảm được chi phí chế tạo khung hộp cũng như việc phải lựa chọn bộ nạp, bộ nghịch lưu để ghép lại gây khó khăn cho khách hàng nếu mô hình được thương mại hóa.
Kết quả của đề tài đã góp phần phát triển bước đầu mô hình bộ lưu trữ, chuyển đổi năng lượng Mặt trời và sẽ tiếp tục được khai thác phục vụ nghiên cứu và đào tạo.
