Đồ án Hệ thống điện năng lượng mặt trời

Battery(-): cực âm pin AC Input-Line(L): AC đầu vào dây pha. AC Input-Neutral(N): AC đầu vào dây trung tính. AC Input-Ground(E): AC đầu vào dây nối đất. AC Output-Line(L): AC đầu ra dây pha. AC Output-Neutral(N): AC đầu ra dây trung tính. AC Output-Ground(E): AC đầu ra dây nối đất. Dry Contact-NO(normal Open) To star Generator: Dry Contact-C(Commom) To star Generator: Dry Contact-NC(Normal Close) To star Generator: Ground Fault Indicator: chỉ số lổi nối đất Sơ đồ kết nối: III- Hoạt đông của Inverter: 1. Nguyên tắc hoạt động  Inverter chuyển đổi quyền lực trong hai giai đoạn: Giai đoạn đầu tiên là chuyển đổi điện một chiều DC-DC, chuyển đổi điều này làm tăng điện áp DC thấp ở đầu khi vào biến tần điện áp DC này lên(khoảng125-300V DC). Giai đoạn thứ hai là giai đoạn biến tần thực tế. Nó chuyển đổi DC điện áp cao sang điện áp xoay chiều (110-225V AC, tần số 60 hoặc 50Hz AC). Inverter - Nguyên tắc hoạt động 2. nguyên lý hoạt động bộ kích điện Inverter: dưới đây là vài mạch cơ bản của kích điện Inverter:  Mạch Inverter dùng 2N3055 Mạch DC/AC sử dụng dao động đa hài dùng cổng NAND IC SN7400  Mạch Inverter sử dụng dao động đơn ổn dùng IC LC3524 Nguyên lý làm việc của bộ kích: Những đặc tính cơ bản của kích điện: Khác với loại “kích điện” mà người ta đã dùng để đánh bắt cá hàng loạt trước đây (mà cũng chính từ các loại đó mà có lẽ mới có tên là kích điện), loại kích điện dùng trong dân dụng có các đặc tính kỹ thuật cơ bản sau: Sử dụng ắc quy (12, 24 hay 48V DC…) Điện áp đầu ra có đặc tính giống như điện áp của lưới điện quốc gia: 220V, xoay chiều, tần số 50 Hz. Các đặc tính này xuất phát từ yêu cầu thông thường về nguồn điện của các thiết bị sử dụng điện trong dân dụng hàng ngày. Tuy không phải tất cả các thiết bị dùng điện đều có yêu cầu trên, nhưng để tương thích với phần lớn các thiết bị điện nên chúng bắt buộc phải có các thông số như vậy. Nguyên lý làm việc của kích điện Dưới đây liệt kê một số nguyên lý cơ bản của kích điện dân dụng: Biến đổi một bước: từ điện một chiều sang điện xoay chiều 220V thông qua các transitor công suất và một biến áp sắt từ ở tần số 50 Hz (bước biến đổi DC-AC). Biến đổi hai bước: từ điện một chiều ắc quy ở mức thấp (12, 24V DC) sang điện một chiều ở mức điện áp cao (khoảng 300V DC) thông qua mạch dao động tần số cao và biến áp xung (bước biến đổi DC-DC), rồi từ điện một chiều (lúc này có điện thế cao) dao động thành điện xoay chiều 220V AC (tức bước biến đổi DC-AC). Tuỳ loại nguyên lý mà kích điện được tạm phân ra thành hai loại: Loại biến đổi một bước và loại biến đổi hai bước – thường gọi là kích “điện tử”. Loại biến đổi một bước: hình bên giải thích phần nguyên lý của kích điện . Nếu muốn tăng điện thế thì cần phải có cuộn biến áp, mà biến áp lại chỉ hoạt động được với dòng điện xoay chiều. Vậy để biến đổi thành dòng điện xoay chiều thì có thể dùng một công tắc như hình bên phải (phía trên) và một biến áp: Khi chuyển đổi nhanh và liên tục công tắc sang các vị trí lên và xuống, ta sẽ có dòng điện lần lượt chạy vào nửa cuộn dây sơ cấp biến áp, tại cuộn thứ cấp (ghi chữ output) sẽ có điện áp xoay chiều có tần số tương ứng với tần suất chuyển mạch. Tất nhiên chẳng ai lại dùng tay để vận hành kích điện một cách liên tục như vậy nên người ta đã sử dụng các linh kiện điện tử để thay cho việc chuyển mạch này. Bạn xem hình phía dưới sẽ thấy dạng mạch cho các kích điện thông dụng đang được bán trên thị trường hiện nay. Loại kích điện một bước thường được biết đến khá lâu trước đây. Kích điện tử (loại biến đổi hai bước): Đối với loại kích “điện tử”, mạch điện cấp thứ nhất: (DC-DC) cũng có nguyên lý giống như kích điện từ, nhưng thay vì hoạt động ở tần số 50 Hz thì kích loại này sử dụng tần số cao hơn nhiều lần để có thể sử dụng loại biến áp xung có hiệu suất cao và kích thước nhỏ gọn. Sau biến áp xung, dòng điện xoay chiều tần số cao được nắn thành điện một chiều để phục vụ mục đích biến đổi thành điện xoay chiều với tần số 50Hz phù hợp với nhu cầu sử dụng. Tuỳ theo công suất của kích điện mà kích điện tử có thể dùng một hay nhiều các biến áp xung. Cấp thứ 2: (DC-AC) của kích điện tử là biến đổi điện một chiều thành điện xoay chiều với tần số phù hợp với lưới điện quốc gia (50Hz). Phần mạch biến đổi thành xoay chiều ở cấp tiếp theo này không cần sử dụng biến áp nữa bởi chúng không cần tăng thêm điện thế, mà chỉ cần dùng các linh kiện đện tử thay đổi chiều đi qua tải của dòng điện đầu ra. Vậy làm thế nào để biến đổi điện một chiều thành xoay chiều được? Lấy một ví dụ đơn giản và thô thiển như thế này: Bạn có một ắc quy, muốn cấp dòng xoay chiều qua một cái bóng đèn thì có thể nối hai cực ắc quy đó vào bóng đèn, rồi ngắt dây ra đổi ngược lại cực ắc quy, rồi lại đổi xuôi, đổi ngược cứ thế trong thời gian cực nhanh, bạn sẽ tạo ra một dòng điện xoay chiều đi qua bóng đèn. Trên thực tế thì nguyên lý mạch điện tử biến đổi điện một chiều thành xoay chiều lúc này qua cầu H như sau (xem hình dưới): Ban đầu dòng điện đi từ (+) đến transistor phía trên - bên trái, đi qua tải theo chiều từ trái sang phải rồi đi qua transistor phía dưới bên phải để đi vào cực âm. Sau đó dòng điện đi từ cực dương đến transistor phía trên bên phải, đi qua tải (Load) theo chiều từ phải qua trái rồi đi qua transistor phía dưới bên trái để đi vào cực âm. Dòng điện đi như vậy theo các chiều khác nhau sẽ cho ra dòng xoay chiều trên tải. Việc dẫn các dòng theo các chiều như vậy được thực hiện nhờ sự điều khiển các transistor. Dạng sóng đầu ra: Phần lớn các kích “điện tử” luôn có kích thước và trọng lượng nhỏ hơn so với loại kích còn lại nếu cùng công suất do không sử dụng biến áp sắt từ có kích thước lớn, một phần còn lại các kích điện tử có thể có trọng lượng lớn bởi chúng sử dụng biến áp sắt từ thông thường dành cho việc nạp ắc quy. Trên hình, có ba dạng sóng hình cơ bản thường thấy trong kích điện: Đường màu xanh là sóng hình sin (hay thường gọi là “sin chuẩn”); Đường màu màu vàng là dạng sóng xung vuông; Đường màu đỏ là mô phỏng theo sóng sin. Về biên độ sóng, mức điện áp của sóng sin ở lưới điện 220V dân dụng tại đỉnh trên là 310V còn dạng mô phỏng sin (modified sine wave) và loại xung vuông (square wave) thì có mức điện áp thấp hơn. Chính vì các mức điện áp đỉnh này nên việc đo điện áp đầu ra của các kích điện bằng đồng hồ hiển thị số loại bình thường sẽ không chính xác bởi chúng thường đo theo mức điện áp đỉnh rồi chia căn 2, muốn đo chuẩn thì nên dùng một số loại đồng hồ kim hoặc đồng hồ số có chức năng đo RMS. Lưu ý thêm về điều này là nếu bạn dùng kích dạng mô phỏng hoặc dạng xung vuông với một ổn áp kiểu như LiOA thì sẽ cho ra mức điện áp cao với mức năng lượng lớn và chắc chắn sẽ gây cháy các thiết bị sử dụng điện trong nhà bạn. Theo cách thức hoạt động của các loại kích điện mà chúng có dạng sóng đầu ra khác nhau. Ta thử xem với các loại nguyên lý nào sẽ cho ra dạng sóng gì trong các loại dưới đây: Đối với các loại kích điện từ (kích cơ): có các dạng nguyên lý hoạt động: Loại thứ nhất: có nguyên lý giống như hình đã minh họa cho nguyên lý kích điện trình bày phía đầu bài này - nhưng có một mạch tạo ra mẫu sóng sin rồi sau đó khuyếch đại chúng lên bằng các transistor công suất và biến áp. Về nguyên lý thì cách này có thể thực hiện được, nhưng trong thực tế thì người ta không hoặc hiếm khi áp dụng bởi chúng làm tổn hao nhiều công suất cho cái hình sin đẹp đẽ ấy – dẫn đến hiệu suất của bộ kích điện là rất thấp. Lý do hiệu suất thấp bởi nguyên lý này hoạt động giống như một bộ amply công suất lớn mà đặc tính của các transistor thông thường có tổn hao thấp nếu như chỉ ở hai trạng thái: “đóng” (không cho dòng đi qua) và “mở” (cho dòng đi qua hoàn toàn theo khả năng của transistor đó), còn ở trạng thái mở một phần (biến thiên để cho được ra dạng hình sin hoặc dạng khuyếch đại âm thanh) thì transistor sẽ toả ra nhiều nhiệt và hiệu suất sử dụng điện là thấp. Bạn có chấp nhận sử dụng một kích điện với hiệu suất rất thấp (cỡ dưới 50%) chỉ để ra được dạng sóng sin cực chuẩn hay không? Tuy nhiên, nguyên lý hoạt động này lại thường áp dụng cho các loại kích tạo ra dạng sóng vuông hoặc mô phỏng sóng sin (hai loại còn lại trong hình trên). Do sự hoạt động của transistor để tạo ra sóng vuông hoặc mô phỏng sin là đóng hoặc mở hoàn toàn nên với nguyên lý này cho các loại kích 'không sin' là phù hợp. Đặc điểm nhận biết dạng kích hoạt động theo nguyên lý này là ở cuộn sơ cấp (cuộn có dây kích thước rất lớn để có thể cho dòng đến vài chục Ampe chạy qua) có 3 đầu dây ra: Một đầu là điểm giữa được nối với cực dương hoặc âm của ắc quy, đầu còn lại nối với các transistor - giống như hình trình bày nguyên lý ở phía đầu bài này. Loại thứ hai: tạo ra dạng sóng sin bằng cách sử dụng cầu H để cho ra dạng sóng xoay chiều ở mức điện áp thấp (mức điện áp ắc quy) rồi sử dụng biến áp sắt từ để biến đổi chúng thành mức điện áp 220V AC sử dụng thông thường. Nguyên lý này thường thấy ở nhiều loại kích thông dụng trên thị trường như các thương hiệu: MAXQ, Apollo, Netcca, Hồ Điện.... Đặc điểm nhận biết dạng kích hoạt động theo nguyên lý này là các đầu vào sơ cấp của biến áp sắt từ chỉ có hai đầu dây (thay vì 3 như loại sóng vuông hoặc mô phỏng). Đối với loại kích điện tử: việc tạo ra dạng sóng hình sin được thực hiện nhờ vào việc điều tiết tại 4 transistor đầu ra (cầu H - như đã trình bày ở phần trên). So với loại kích điện từ đã nói ở trên thì do điều tiết dạng sóng ở phần điện đầu ra nên dòng điện cần điều chỉnh nhỏ hơn (ví dụ 1000VA thì dòng chỉ khoảng 5A), do vậy nhiệt hao phí thấp hơn so với điều chỉnh ở phần điện áp thấp (12,24...V) với dòng vài chục Ampe - chính vì vậy mà kết hợp với việc sử dụng các biến áp xung có hiệu suất cao ở tầng trước nên các kích điện loại này có hiệu suất cao, có thể đạt trên 80% đến trên 85% hoặc cao hơn nữa tuỳ thuộc vào công suất và loại tải. Một số thương hiệu cho loại kích này là: Thành Công, Hi-Lite và một số loại UPS online của các hãng sản xuất khác. Trong cả hai loại trên chất lượng sóng sin hoàn toàn phụ thuộc vào việc điều khiển các transistor, nếu như các bước điều khiển được băm càng nhỏ (xem hình bên) thì sóng càng có chất lượng tốt. Không những thế, việc điều chỉnh điện áp và dạng sóng tuỳ theo mức tải (công suất), loại tải (thuần/kháng/dung/kết hợp) cũng rất phức tạp, chính do vậy mà chỉ với các nguyên lý cơ bản trên nhưng các hãng sản xuất khác nhau lại có cách làm khác nhau (hoặc ngay một hãng cũng có cách thiết kế khác nhau để phù hợp với nhu cầu sử dụng của từng đối tượng) và cũng có chất lượng điện đầu ra khác nhau. Ảnh hưởng của dạng sóng không sin tới thiết bị tiêu thụ điện: Bởi dạng sóng điện đầu ra của các kích điện không hoàn toàn với dạng sóng của lưới điện dân dụng (tức hình sin) nên chúng có thể gây ảnh hưởng đến một số thiết bị sử dụng điện, một số thiết bị khác lại hoàn toàn không ảnh hưởng bởi dạng này. Dạng sóng xung vuông thường gây khó khăn cho sự hoạt động các thiết bị điện có tính chất cảm kháng – chủ yếu là các động cơ điện (ở trong quạt điện, điều hoà, tủ lạnh, máy bơm nước…). Nếu như với sóng sin chuẩn, các động cơ điện hoạt động một cách “mượt mà” thì với dạng sóng xung (như hình) các động cơ thường làm hiệu suất kém hơn, phát tiếng kêu và có thể gây nóng hơn bình thường. Nguyên nhân có lẽ do sự chuyển đổi mức điện áp của sóng vuông khiến từ trường giữa các cuộn dây thay cũng thay đổi đột ngột, dẫn đến các roto (phần quay của động cơ) làm việc cũng có mô men thay đổi đột ngột: tăng đột ngột (khi trạng thái từ 0V đến mức cực đại) hoặc hãm đột ngột (về mức 0V). và dẫn đến hiệu suất làm việc kém và các cuộn dây thường bị nóng. Tuỳ thuộc vào chất lượng và các đặc điểm riêng các động cơ điện mà có thể có ảnh hưởng sau: Nếu động cơ có chất lượng không cao (định vị cuộn dây không chắc chắn, lõi sắt không chặt…), do sự biến thiên đột ngột giữa các mức điện áp nên cuộn dây và lõi thép không chặt sẽ bị rung, gây ồn. Nếu roto có quán tính không lớn (đa số các quạt bàn, quạt cây đều nằm trong trường hợp này) thì chính bản thân các roto quay không đều (thời điểm điện áp xung cao thì roto có mô men lớn – nhưng nó chưa kịp quay theo phù hợp thì mô men đó bị ngắt bởi đến thời điểm điện áp xuống thấp, do quán tính thấp nên tốc độ quay lại giảm đi, rồi lại đến mức điện áp cao…cứ như vậy liên tục nên roto quay một cách giật cục không đều như đối với dòng điện có dạng sin chuẩn (tuy nhiên điều này không nhìn được bằng mắt thường bởi sự quay giật cục đó xảy ra rất nhiều lần trong một giây). Đối với loại động cơ có trọng lượng roto lớn thì hiện tượng quay giật cục xuất hiện rõ nét trong thời điểm khởi động và sẽ giảm dần đến mức tối thiểu khi đã đạt tốc độ quay. Thực tế khi sử dụng hai chiếc quạt trần khác nhau (một cái 5 cánh của Panasonic, một cái 3 cánh của Phong Lan) ở nhà tôi đã cho thấy điều này. Tôi cảm nhận rằng do qán tính lớn nên tốc độ quay của roto lúc này đã không tăng lên/giảm đi đột ngột tương ứng với sự thay đổi của điện áp. Như vậy trong đa số trường hợp khi sử dụng quạt với kích điện, bạn nên hạn chế sự giảm hiệu suất làm việc bằng cách sử dụng với tốc độ cao nhất của quạt. Ảnh hưởng của dạng sóng không sin tới thiết bị tiêu thụ điện Bởi dạng sóng điện đầu ra của các kích điện không hoàn toàn giống với dạng sóng của lưới điện dân dụng (tức hình sin) nên chúng có thể gây ảnh hưởng đến một số thiết bị sử dụng điện, một số thiết bị khác lại hoàn toàn không ảnh hưởng bởi dạng này. Dạng sóng xung vuông thường gây khó khăn cho sự hoạt động các thiết bị điện có tính chất cảm kháng – chủ yếu là các động cơ điện (ở trong quạt điện, điều hoà, tủ lạnh, máy bơm nước…). Nếu như với sóng sin chuẩn, các động cơ điện hoạt động một cách “mượt mà” thì với dạng sóng xung (mô phỏng hình sin) thì các động cơ thường làm hiệu suất kém hơn, phát tiếng kêu và có thể gây nóng hơn bình thường. Nguyên nhân có lẽ do sự chuyển đổi mức điện áp của sóng vuông khiến từ trường giữa các cuộn dây của động cơ cũng thay cũng thay đổi đột ngột, dẫn đến roto (phần quay của động cơ) làm việc cũng có momen thay đổi đột ngột và dẫn đến hiệu suất làm việc kém. Tuỳ thuộc vào chất lượng và các đặc điểm riêng các động cơ điện mà có thể có ảnh hưởng sau: Nếu động cơ có chất lượng không cao (định vị cuộn dây không chắc chắn, lõi sắt không chặt…), do sự biến thiên đột ngột giữa các mức điện áp nên cuộn dây và lõi thép không chặt sẽ bị rung, gây ồn, phát nóng hơn. Nếu roto có quán tính không lớn (đa số các quạt bàn, quạt cây đều nằm trong trường hợp này) thì chính bản thân các roto quay không đều (thời điểm điện áp xung cao thì roto có mô men lớn – nhưng nó chưa kịp quay theo phù hợp thì mô men đó bị ngắt bởi đến thời điểm điện áp xuống thấp, do quán tính thấp nên tốc độ quay lại giảm đi, rồi lại đến mức điện áp cao…cứ như vậy liên tục nên roto quay một cách giật cục không đều như đối với dòng điện có dạng sin chuẩn (tuy nhiên điều này không nhìn được bằng mắt thường bởi sự quay giật cục đó xảy ra rất nhiều lần trong một giây). Đối với loại động cơ có trọng lượng roto lớn thì hiện tượng quay giật cục xuất hiện rõ nét trong thời điểm khởi động và sẽ giảm dần đến mức tối thiểu khi đã đạt tốc độ quay. Như vậy trong đa số trường hợp khi sử dụng quạt với kích điện, bạn nên hạn chế sự giảm hiệu suất làm việc bằng cách sử dụng với tốc độ cao nhất của quạt. Còn điều mà nhiều người có thắc mắc: Kích điện có gây hỏng cho các thiết bị có tính cảm kháng hay không? Theo tôi thì đối với các thiết bị điện có động cơ với chất lượng quá tệ sẽ gây hiện tượng rung, nóng bên trong các cuộn dây và có thể gây om dây (làm mất tính chất cách điện của lớp vỏ) rồi dẫn đến chạm chập sau thời gian dài. Còn lại với các thiết bị có chất lượng từ trung bình trở lên (đến tốt) nếu được làm việc ở chế độ tốc độ lớn thì sẽ không ảnh hưởng nhiều – có chăng là sự khó chịu đối với một số người bởi tiếng kêu khác lạ so với khi sử dụng điện lưới thông thường. Nếu bạn sử dụng kích điện xung vuông đối với các thiết bị có động cơ, bạn có thể kiểm tra nhiệt độ làm việc của thiết bị (bằng cách sờ vào vỏ quạt chẳng hạn) nếu không quá nóng thì bạn có thể yên tâm sử dụng vào các thời gian sau này mà không cần kiểm tra lại. Ngoài các thiết bị điện có sử dụng động cơ điện trực tiếp được nêu trên, các thiết bị điện còn lại hầu như hoạt động tốt với các dạng sóng xung. Thật vậy, các thiết bị như ti vi, máy tính, màn hình máy tính, bóng đèn compact, đèn tuýp có chấn lưu điện tử đều biến đổi điện xoay chiều 220V thành điện một chiều ở đầu vào mạch của nó. Bạn có thể tham khảo một số mạch điện của ti vi hay của nguồn máy tính để thấy điều này. Cũng lưu ý thêm về đèn tuýp bởi có hai loại thông dụng hiện nay: Loại đèn có chấn lưu dây quấn (mà đi kèm với nó là tắc te – hay “chuột”) và loại dùng chấn lưu điện tử. Đối với loại đèn tuýp sử dụng chấn lưu điện tử thì cơ chế sử dụng điện của chúng cũng như ti vi và máy tính – tức là chúng dùng cầu đi ốt để chuyển thành điện một chiều trước khi dao động thành tần số cao để cung cấp cho bóng đèn (tương tự, các loại đèn compact tiết kiệm điện cũng có các chấn lưu điện tử nằm ở đui đèn), vậy loại đèn này cũng sử dụng tốt với kích điện. Loại đèn tuýp còn lại sử dụng chấn lưu bằng các vòng dây cuốn thông thường cùng với tắc te (chuột): bật đèn khá khó khăn khi sử dụng với các kích điện đầu ra là xung vuông. Nếu như bạn sử dụng các bộ kích điện và cảm thấy bật đèn khó khăn thì bạn nên chuyển sang sử dụng một bộ chấn lưu điện tử (việc này chỉ cần thay thế chấn lưu và đấu lại mạch điện theo sơ đồ trên vỏ của chúng, tuy chấn lưu điện tử không bền bằng loại dây quấn, nhưng chúng đảm bảo sử dụng đèn tuýp không bị sáng nhấp nháy và gây cận thị như loại chấn lưu dây quấn). CHƯƠNG III: BỘ ĐIỀU KHIỂN SẠC Bộ điều khiển sạc Bộ điều khiển sạc năng Bộ điều khiển sạc năng Solar 12V/20AH lượng mặt trời 24V/20AH lượng mặt trời 48V/30AH Dựa trên cơ sở so sánh điện áp của IC khuếch đại thuật toán đối chiếu với lưu lượng điện trong bình mà mạch dưới đây có khả năng nạp tự động điều chỉnh lượng điện áp nạp cho bình:  Nguyên lý hoạt động rất đơn giản như sau :  Điotzen tạo điện áp tham chiếu ở đây sử dụng điotzen 6V . Nhờ điot này mà điện áp tham chiếu vào chân 2 luôn được giữ cố định dù bình đã vơi điện . Biến trở và các điện trở phân áp vào chân  số 3 lấy điện áp thực tế của bình so sánh với điện áp tham chiếu ở chân số 2 . Khi điện áp của bình chứa đầy điện áp ở chân số 3 nhỏ hơn điện áp chân 2 đầu ra khuếch đại thuật toán ở mức 0 , rơle chưa có điện áp kích mở , dòng điện được nạp ở bình nhờ cầu điot. Khi bình đầy chân số 3 điện áp lớn hơn điện áp so sánh , lúc này chân 6 cấp dòng kích mở transitor đóng điện cho rơle, khi đó sẽ cách ly bình với dòng nạp , đèn led báo sáng , khi đó ta có thể ngắt bình ra được. Chú ý: bình ắc quy đầy ở điện áp tầm 13,7V sử dụng biến trở điều chỉnh đúng điện áp sao cho rơle tự ngắt ở điện áp này, nếu không có điotzen 6v thì dùng điotzen 3v vẫn được nhưng cần phân áp lại, IC ở đây là Lm741 có thể thay thế bằng các loại khác như Lm358, 324... Cần xác định đúng chân trước khi dùng.Dòng nạp nhỏ hơn 1/10 dung lượng ắc quy sẽ kéo dài tuổi thọ của bình , với loại bình 25A thì biến áp chọn loại 3A là hợp lý. Rơle sẽ không đóng ngay lập tức mà từ từ do đó sẽ điều chỉnh được dòng nạp hợp lý ta không cần băn khoăn về điều này. CHƯƠNG IV: BATTERY (Ắc-quy): Giới thiệu chung về ắc quy: ắc-quy là loại bình điện hóa học dùng để tích trữ năng lượng điện và làm nguồn điện cung cấp cho các thiết bị sữ dụng điện các tính năng cơ bản của ắc-quy: Sức điện động lớn, ít thay đổi khi phóng điện nạp. Sự tự phóng điện bé nhất. Năng lượng nạp vào bao giờ cũng bé hơn năng lượng điện mà ắc-quy phóng ra. Điện trở của ắc-quy nhỏ. Nó bao gồm điện trở của các bản cực, điện trở dung dịch điện phân có xét đến sự ngăn cách của các tấm ngăn giữa các bản cực. thường trị số điện trở trong của ắc-quy khi nạp điện đầy là 0,001 ôm -0.0015 ôm và ắc-quy phóng điện hoàn toàn là 0.02-0.025. Cấu tạo của ắc-quy: Các bộ phận chủ yếu của ắc-quy axit gồm: Các lá cực dương làm bằng Pb2 được ghép song song với nhau thành một bộ chùm cực dương. Các lá cực âm làm bằng Pb được ghép song song với nhau thành một bộ chùm cực âm. Bộ chùm cực âm và chùm cực dương đặt xen kẽ với nhau theo kiểu cái răng lược, sao cho cứ một lá cực(-) rồi đến một lá cực(+). Lá cách đặt giữa các lá cực âm và lá cực dương để tránh hiện tượng chập mạch giữa các điện cực khác dấu. Vỏ bình thường được làm bằng cao su cứng đúc thành hình hộp, chịu được khí nóng lạnh, va chạm mạnh và chịu được axit. Dưới đáy bình có các đế cao để dắt các lá cực lên, khi mùn của chất hoạt động rụng xuống thì đọng dưới rãnh đế như vậy tránh được hiện tượng chập mạch giữa các điện cực do mùn gây ra, nắp đậy ắc-quy cũng làm bằng vỏ cao su cứng, nắp có các lỗ để đổ dung dịch điện phân và đầu cực luồn qua. Nút đậy để dung dịch khỏi đổ ra. Cấu nối bằng chì để nối tiếp các đầu cực âm của ngăn ắc-quy này với cực dương của ngăn ắc-quy kế tiếp. Phân loại và nguyên lý hoạt động của ắc quy:  Nếu điểm qua các loại ắc quy thì có lẽ có thể có nhiều cách gọi như: ắc quy nước, ắc quy axít, ắc quy axít kiểu hở, ắc quy kín khí, ắc quy không cần bảo dưỡng, ắc quy khô, ắc quy GEL, ắc quy kiềm...Thực ra thì cách nói như trên là các cách gọi khác nhau của vài loại ắc quy cơ bản mà thôi, các loại như vậy chính là cách gọi có thể bao hàm vào nhau mà nếu nghe qua bạn đừng hoang mang rằng tại sao có nhiều loại ắc quy như vậy. Trên thực tế thường phân biệt thành hai loại ắc quy thông dụng hiện nay là ắc quy sử dụng điện môi bằng a xít (gọi tắt là ắc quy a xít hoặc ắc quy Chì-Axít) và ắc quy sử dụng điện môi bằng kiềm (gọi tắt là ắc quy kiềm). Tuy có hai loại chính như vậy nhưng ắc quy kiềm có vẻ ít gặp nên đa số các ắc quy mà bạn gặp trên thị trường hiện nay là ắc quy a xít. Trong cùng loại ắc quy axít cũng được phân chia thành hai loại chính: ắc quy axít kiểu hở thông thường và ắc quy axít kiểu kín khí. Hai loại này đang bị gọi nhầm một cách thông dụng là: ắc quy nước và ắc quy khô (đúng ra thì ắc quy điện môi dạng keo mới gọi là ắc quy khô). Khi đã hiểu về nguyên lý hoạt động của ắc quy axít thì bạn dễ dàng phân biệt được chúng và các đặc tính riêng của từng loại ắc quy này. Để biết được nguyên lý hoạt động của ắc quy, bạn có thể xem hình dưới đây:  Hình: Mô phỏng bản cực ắc quy a-xít Trong hình này vẽ đại diện hai bản cực của một ắc quy, trong đó cực cả hai cực được làm bằng Chì (Pb) và oxít Chì (PbO2). Điền đầy giữa các bản cực là dung dịch axít sulfuric (H2SO4) loãng, và tất nhiên là dung dịch loãng như vậy thì chứa Nước (H2O) là chiếm phần lớn thể tích. Ở trạng thái được nạp đầy, các bản cực ắc quy ở trạng thái hóa học nêu trên (như hình, tức là cực dương là PbO2, cực âm là Pb), trong các quá trình phóng điện và nạp điện cho ắc quy, trạng thái hóa học của các cực bị thay đổi. Có thể xem về trạng thái hóa học trong các quá trình phóng - nạp như hình dưới đây Quá trình phóng điện diễn ra nếu như giữa hai cực ắc quy có một thiết bị tiêu thụ điện, khi này xảy ra phản ứng hóa học sau: Tại cực dương: 2PbO2 + 2H2SO4 = 2PbSO4 + 2H2O + O2  Tại cực âm: Pb + H2SO4 = PbSO4 + H2  Phản ứng chung gộp lại trong toàn bình là: Pb+PbO2+2 H2SO4 = 2PbSO4 + 2H2O Quá trình phóng điện kết thúc khi mà PbO2 ở cực dương và Pb ở cực âm hoàn toàn chuyển thành PbSO4. Quá trình nạp điện cho ắc quy, do tác dụng của dòng điện nạp mà bên trong ắc quy sẽ có phản ứng ngược lại so với chiều phản ứng trên, phản ứng chung gộp lại trong toàn bình sẽ là: 2PbSO4 + 2H2O = Pb+PbO2+2 H2SO4. Kết thúc quá trình nạp thì ắc quy trở lại trạng thái ban đầu: Cực dương gồm: PbO2, cực âm là Pb. Trong thực tế, các bản cực ắc quy không giống như ở trên, các cực của ắc quy có số lượng nhiều hơn (để tạo ra dung lượng bình ắc quy lớn) và mỗi bình ắc quy lại bao gồm nhiều ngăn như vậy. Nhiều tấm cực để tạo ra tổng diện tích bản cực được nhiều hơn, giúp cho quá trình phản ứng xảy ra đồng thời tại nhiều vị trí và do đó dòng điện cực đại xuất ra từ ắc quy đạt trị số cao hơn - và tất nhiên là dung lượng ắc quy cũng tăng lên. Do kết cấu xếp lớp nhau giữa các tấm cực của ắc quy nên thông thường số cực dương và cực âm không bằng nhau bởi sẽ tận dụng sự làm việc của hai mặt một bản cực (nếu số bản cực bằng nhau thì các tấm ở bên rìa sẽ có hai mặt trái chiều ở cách nhau quá xa, do đó phản ứng hóa học sẽ không thuận lợi). Ở giữa các bản cực của ắc quy đều có tấm chắn, các tấm chắn này không dẫn điện nhưng có độ thẩm thấu lớn để thuận tiện cho quá trình phản ứng xảy ra khi các cation và anion xuyên qua chúng để đến các điện cực. Hình: Các bản cực của ắc quy được gắn song song nhau Mỗi một ngăn cực của ắc quy a-xít chỉ cho mức điện áp khoảng 2 đến 2,2 V do đó để đạt được các mức 6, 12 V thì ắc quy phải ghép nhiều ngăn nhỏ với nhau, ví dụ ghép 3 ngăn để thành ắc quy 6V, ghép 6 ngăn để thành ắc quy 12V. Bạn có thể xem hình cấu tạo của ắc quy dưới đây để thấy được các ngăn ắc quy được bố trí như thế nào. Điện áp của ắc quy (theo dung lượng) Mặc dù điện áp của các ắc quy là một số chẵn của 2, ví dụ như ắc quy 2V, 6V, 12V, 24V...nhưng trên thực tế thì điện áp thông thường của các ắc quy không như vậy. Mức điện áp mà các ắc quy cung cấp thường lớn hơn so với định mức của chúng, ví dụ như ắc quy 12V sẽ cung cấp mức điện áp tới 13V hoặc hơn. Có điều có vẻ vô lý này cũng xuất phát từ mức độ điện áp trên mỗi ngăn bình của chúng: Mức điện áp mỗi ngăn bình ắc quy a-xít là 2,1 đến 2,2 V (±0,05V). Do tính chất cố hữu của ắc quy axit mà các ngăn của chúng không thể có mức điện áp cao hơn. Cũng để đánh giá dung lượng của ắc quy a-xít, người ta có các thí nghiệm đo đạc và cho thấy dung lượng ắc quy phụ thuộc vào mức độ điện áp (lúc không phát dòng) như hình sau: Nếu biểu diễn ở dạng bảng thì thông số như bảng dưới đây. Nếu như ắc quy thuộc loại 24V thì nhân thông số ở mục điện áp một ngăn với 12. Dung lượng Điện áp ắc quy 12V Điện áp một ngăn 100% 12.7 2.12 90% 12.5 2.08 80% 12.42 2.07 70% 12.32 2.05 60% 12.20 2.03 50% 12.06 2.01 40% 11.9 1.98 30% 11.75 1.96 20% 11.58 1.93 10% 11.31 1.89 0 10.5 1.75 Lưu ý rằng bảng trên đúng trong trường hợp ắc quy không mang tải, điều đó có nghĩa là nếu như kích điện đang hoạt động và bạn đo được điện áp các ắc quy là một số lượng nào đó thì không thể lấy giá trị đó để đánh giá lưu lượng bình ắc quy còn lại (là bao nhiêu %). Điều này bởi vì khi phát dòng thì các ắc quy có điện áp tụt xuống, trong trường hợp không phát dòng nữa thì mức điện áp đo được mới phản ánh đúng trạng thái dung lượng còn lại của ắc quy. Khi đang phát dòng thì điện áp ắc quy giảm xuống Cũng theo bảng trên thì dung lượng ắc quy sẽ cạn kiệt ở mức điện áp 10,5V, một số kích điện loại "điện tử" (tức là theo dõi được mức độ điện áp đầu vào) sẽ lấy mốc 10,7V để ngừng hoạt động nhằm tránh cho sự sử dụng ắc quy cạn kệt (gây hại cho ắc quy). Điều đó là hợp lý bởi nếu như sử dụng điện từ ắc quy ở trạng thái cạn kiệt thì các bản cực của ắc quy sẽ nhanh bị hư hỏng, dẫn đến hư hỏng chung cho toàn bộ ắc quy (trong một ắc quy 12V, chỉ một trong 6 ngăn hư hỏng thì toàn bộ ắc quy đó sẽ hư hỏng). Các ắc quy thông dụng thường chế tạo ở mức điện áp 12V, số lượng ít hơn là các ắc quy 6V dùng cho một số quạt hoặc đèn tích điện. Các ắc quy 24V trở lên không phải là không có nhưng rất hiếm và thường việc tìm kiếm thay thế cho các ắc quy này rất khó khăn (ở nơi làm việc cũ của mình có một xe chạy điện sử dụng ắc quy 24V, khi nó hỏng thì rất khó mua ắc quy này). Vậy nếu như kích điện của bạn sử dụng mức điện áp 24V thì bạn nên dùng nối tiếp các ắc quy 12V (tốt nhất là có cùng hãng sản xuất, cùng dung lượng và cùng lô sản xuất) lại với nhau chứ không nên nhất thiết phải tìm kiếm đúng loại ắc quy 24V cho chúng. Dung lượng ắc quy và ảnh hưởng bởi chế độ phóng Dung lượng là thông số cơ bản, tham số này cho biết được khả năng lưu trữ điện năng của ắc quy. Đơn vị tính của thông số này được tính thông dụng theo Ah (Ampe giờ), một số ắc quy nhỏ hơn (và thường là các pin) thì tính theo mức mAh (mili-ampe giờ). Một cách đơn giản để dễ hình dung về tham số dung lượng ắc quy như sau: Ah là tham số bằng số dòng điện phát ra (tính bằng Ampe) trong khoảng thời gian nào đó (tính bằng giờ). Ví dụ như ắc quy 10 Ah thì có thể phát một dòng điện 10A trong vòng một giờ, hoặc 5A trong 2 giờ, ... hay 1A trong 10. Nhưng trên thực tế thì dung lượng ắc quy lại bị thay đổi tuỳ theo cường độ dòng điện phóng ra. Nếu dòng điện phóng càng lớn thì dung lượng ắc quy còn lại càng nhỏ và ngược lại, dòng điện phóng nhỏ thì dung lượng được bảo toàn ở mức cao. Ví dụ về dung lượng của ắc quy phụ thuộc vào cường độ dòng phóng được thể hiện như bảng dưới đây (số liệu sưu tầm) Thời gian (phút) Accu 100Ah Accu 26Ah Dòng phát (A) Dung lượng (Ah) Dòng phát (A) Dung lượng (Ah) 90 57 85 13 19 60 74 74 19 19 50 86 71 21 18 45 93 70 23 17 40 102 68 25 17 30 129 64 31 15 20 174 58 40 13 15 213 53 49 12 10 275 45 63 10 Theo bảng trên thì nếu như phóng điện với dòng 57A, ắc quy 100Ah chỉ còn dung lượng là 85Ah và tương ứng chỉ phóng điện được 90 phút. Vì đa số các kích điện đang được sử dụng thuộc loại công suất từ 800VA đến 1000VA nên dòng tiêu thụ cực đại sẽ xấp xỉ với mức 57A nêu trên nên người dùng nên chú ý đến thông số này. Vậy thì phóng dòng điện càng lớn thì dung lượng của ắc quy càng giảm đi. Muốn dung lượng ắc quy đúng như số liệu công bố của các hãng sản xuất thì có lẽ phải phóng với một dòng đủ nhỏ mà chỉ có thể thực hiện được điều này thông qua việc sử dụng điện tiết kiệm (sử dụng với nhu cầu tối thiểu) hoặc phải trang bị một hệ thống nhiều ắc quy. Có điều gì vô lý ở đây chăng? Năng lượng tích trữ trong ắc quy bị mất đi - và điều đó vi phạm định luật bảo toàn năng lượng? Chắc chắn là không phải, năng lượng không tiêu hao đi mất, nó sẽ vẫn nằm trong ắc quy nhưng không thể phóng được ra mà thôi. Nhìn lại hình phía trên ta thấy rằng khi ắc quy trong trạng thái còn có thể phóng điện thì cực dương là PbO2 còn cực âm là Pb quá trình phóng điện sẽ làm cho cả hai đều biến thành PbSO4. Nếu quá trình phóng điện diễn ra một cách từ từ thì các cực được lần lượt chuyển thành PbSO4 mà chúng không bị đè lên nhau (tức là lớp PbSO4 đè lên lớp PbO2 ở cực dương hoặc Pb ở cực âm), do đó dung lượng ắc quy không bị mất đi. Nếu phóng điện với dòng điện lớn thì phản ứng xảy ra mạnh, PbSO4 sinh ra nhiều và bám vào các cực đè lên các lớp PbO2 hoặc Pb khiến cho sau một thời gian ngắn thì chúng không còn phản ứng được nữa (do đã bị nằm phía trong của bản cực), điều đó dẫn đến dung lượng bình thực tế bị giảm đi. Các tham số khác của ắc quy Dòng khởi động nguội CCA (Cold Cranking Amps) Là một tham số thường được quan tâm khi dùng ắc quy cho các ô tô mà chủ yếu là dùng cho khởi động. Dòng khởi động nguội là dòng điện có thể phát ra được trong trạng thái nhiệt độ 0 độ F (tức bẳng - 17,7 độ C) trong vòng 30 giây. Tham số này thường chỉ được quan tâm tại các nước có nhiệt độ thấp (dưới 0 độ C), khi đó việc khởi động của động cơ gặp khó khăn vì độ nhớt dầu không đảm bảo và việc các phản ứng hóa học xảy ra trong điều kiện nhiệt độ thấp thường khó khăn hơn so với khi ở nhiệt độ cao. Dòng khởi động nóng HCA (Hot Cranking Amps) Tương tự như dòng khởi động nguội, nhưng nó được tính tại nhiệt độ 80 độ F (tức khoảng 26,7 độ C). Tham số này thường ít quan trọng hơn so với thông số khởi động nguội (và thông số này cũng ít khi được ghi vào nhãn của các ắc quy). Dung lượng RC (Reserve Capacity) Là tham số thể hiện thời gian phóng điện với dòng 25A ở nhiệt độ 25 độ C cho đến khi điện áp ắc quy hạ xuống dưới mức sử dụng được. Thông số này khá trực quan, thể hiện sự hoạt động liên tục của ắc quy ở chế độ bình thường với nhu cầu sử dụng thông thường (đa phần người dùng kích điện thường phát dòng ở mức này). Trên đây là các thông số của một ắc quy. Tất cả các ắc quy đều ghi thông số về điện áp và dung lượng, còn lại hai thông số khá quan trọng sau nó là CCA và RC thì ít được ghi trên nhãn của chúng hơn. Cá nhân tôi thì thường thiện cảm đối với các loại ắc quy được ghi rõ ràng các thông số như vậy bởi nó gần như một sự đảm bảo về chất lượng đã công bố. So sánh hai loại ắc quy thông dụng Thị trường hiện có hai loại ắc quy thông dụng là: ắc quy axít kiểu hở và ắc quy axít thiết kế theo kiểu kín khí – miễn bảo dưỡng (loại này hay bị gọi là ‘ắc quy khô’ nhưng thực ra thì dùng từ này là không đúng lắm bởi ắc quy khô một cách chính xác là loại ắc quy không dùng điện dịch). Sự khác nhau giữa hai loại ắc quy này thể hiện trong bảng sau: Tiêu chí Ắc quy axít thông thường (loại hở) Ắc quy axít loại kín khí. Giá thành Rẻ hơn so với loại ắc quy kín khí bởi chế tạo đơn giản hơn. Đắt hơn so với ắc quy thông thường, nhiều hãng phải nhập nước ngoài (Ví dụ loại ATLAS nhập từ Hàn Quốc, Thunder do GS nhập khẩu). Cách phân biệt hai loại Có các nút ở các ngăn bình (dùng để bổ sung nước cất sau quá trình sử dụng), nếu ắc quy 12V thì sẽ có 6 nút này. Không có nút ở các ngăn bình, thường ghi rõ ắc quy không cần bảo dưỡng ở vỏ bình hoặc tài liệu kèm theo. Trạng thái phóng điện Tương đương nhau Tương đương nhau, nhưng sau khi phát dòng điện lớn thì ắc quy kín khí thường phục hồi điện áp nhanh hơn, tuy nhiên điều này không ảnh hưởng đến hoạt động của kích điện. Trạng thái khi nạp điện và dòng nạp cho phép - Khi nạp có thể phát ra khí cháy hoặc khí có mùi khói chịu.- Dòng điện nạp lớn nhất chỉ nên bằng 0,1 lần trị số dung lượng ắc quy (Ví dụ loại 100Ah chỉ nên nạp với dòng cao nhất là 10A) - Khi nạp ắc quy không phát sinh khí ra môi trường bên ngoài nên không có mùi.- Dòng điện nạp có thể lên tới 0,25 lần trị số dung lượng ắc quy (ví dụ loại 100 Ah có thể nạp với dòng lớn nhất là 25A) Chế độ bảo dưỡng - Nếu mức điện dịch từng ngăn ở ắc quy thấp hơn quy định thì phải bổ sung.- Định kỳ phải nạp điện bổ sung cho ắc quy. Chu kỳ nạp định kỳ khoảng 3 tháng/lần nếu không nối với thiết bị tiêu thụ điện. - Không phải bổ sung điện dịch trong quá trình sử dụng.- Phải nạp điện định kỳ trong thời gian không sử dụng, nhưng chu kỳ nạp định kỳ dài hơn so với loại ắc quy axít thông thường. Tuổi thọ Tuổi thọ thấp hơn so với loại ắc quy kín khí. Thường có tuổi thọ cao hơn so với ắc quy loại hở thông thường. So bảng trên thì bạn thấy rằng ắc quy kín khí sẽ có nhiều ưu việt hơn so với ắc quy axít thông thường, nếu tình hình tài chỉnh cho phép thì bạn nên chọn loại ắc quy kín khí. Nếu sử dụng loại ắc quy axít thông thường thì cần lưu ý đến điều chỉnh dòng nạp và đặc biệt lưu ý không gây phát sinh tia lửa (do chạm chập dây hoặc hút thuốc) gần ắc quy khi nạp bởi chúng dễ gây cháy nổ hơn loại kín khí (quá trình nạp có thể xảy ra sự điện phân nước để tạo ra hai chất khí dễ cháy nổ là Hiđrô và ôxy). Ngoài hai loại thông dụng trên thì thị trường cũng có một số loại ắc quy khô một cách thực sự, chúng vẫn dùng cá bản cực bằng PbO2 và Pb với điện môi H2SO4 nhưng được trữ ở dạng keo sệt (gel). Ưu điểm của loại ắc quy này là chúng không gây mùi khó chịu khi nạp điện, không gây chảy axit khi bị vỡ, có thể hoạt động ở các vị trí đặt khác nhau. Nhược điểm là chế độ nạp khắt khe và không chịu được quá nạp (khi nạp loại này chỉ được nạp với dòng nhỏ hơn 1/20 dung lượng), nếu thường xuyên quá nạp loại ắc quy này thì tuổi thọ của chúng sẽ giảm rất nhanh. CHƯƠNG V: PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỆN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI Để thiết kế một hệ solar, chúng ta lần lượt thưc hiện các bước sau: 1- Tính tổng lượng tiêu thụ điện của tất cả các thiết bị mà hệ thống solar phải cung cấp. Tính tổng số Watt-hour sử dụng mỗi ngày của từng thiết bị. Cộng tất cả lại chúng ta có tổng số Watt-hour toàn tải sử dụng mỗi ngày. 2- Tính số Watt-hour các tấm pin mặt trời phải cung cấp cho toàn tải mỗi ngày.Do tổn hao trong hệ thống, số Watt-hour của tấm pin trời cung cấp phải cao hơn tổng số Watt-hour của toàn tải. Số Watt-hour các tấm pin mặt trời (PV modules) = 1.3 x tổng số Watt-hour toàn tải sử dụng 3- Tính toán kích cở tấm pin mặt trời cần sử dụngĐể tính toán kích cở các tấm pin mặt trời cần sử dụng, ta phải tính Watt-peak (Wp) cần có của tấm pin mặt trời. Lượng Wp mà pin mặt trời tạo ra lại tùy thuộc vào khí hậu của từng vùng trên thế giới. Cùng 1 tấm pin mặt trời nhưng đặt ở nơi này thì mức độ hấp thu năng lượng sẽ khác với khi đặt nó nơi khác. Để thiết kế chính xác, người ta phải khảo sát từng vùng và đưa ra một hệ số gọi là "panel generation factor", tạm dịch là hệ số phát điện của pin mặt trời. Hệ số "panel generation factor" này là tích số của hiệu suất hấp thu (collection efficiency) và độ bức xạ năng lượng mặt trời (solar radiation) trong các tháng ít nắng của vùng, đơn vị tính của nó là (kWh/m2/ngày). Mức hấp thu năng lượng mặt trời tại Việt Nam là khoảng 4.58 kWh/m2/ngày cho nên lấy tổng số Watt-hour các tấm pin mặt trời chia cho 4.58 ta sẽ có tổng số Wp của tấm pin mặt trời. Mỗi PV mà ta sử dụng đều có thông số Wp của nó, lấy tổng số Wp cần có của tấm pin mặt trời chia cho thông số Wp của nó ta sẽ có được số lượng tấm pin mặt trời cần dùng. Kết quả trên chỉ cho ta biết số lượng tối thiểu số lượng tấm pin mặt trời cần dùng. Càng có nhiều pin mặt trời, hệ thống sẽ làm việc tốt hơn, tuổi thọ của battery sẽ cao hơn. Nếu có ít pin mặt trời, hệ thống sẽ thiếu điện trong những ngày râm mát, rút cạn kiệt battery và như vậy sẽ làm battery giảm tuổi thọ. Nếu thiết kế nhiều pin mặt trời thì làm giá thành hệ thống cao, vượt quá ngân sách cho phép, đôi khi không cần thiết. Thiết kế bao nhiêu pin mặt trời lại còn tùy thuộc vào độ dự phòng của hệ thống. Thí dụ một hệ solar có độ dự phòng 4 ngày, ( gọi là autonomy day, là những ngày không có nắng cho pin mặt trời sản sinh điện), thì bắt buộc lượng battery phải tăng hơn và kéo theo phải tăng số lượng pin mặt trời. Rồi vấn đề sử dụng pin loại nào là tối ưu, là thích hợp vì mỗi vùng địa lý đều có thời tiết khác nhau. Tất cả đòi hỏi thiết kế phải do các chuyên gia có kinh nghiệm thiết kế nhiều năm cho các hệ solar trong vùng. 4- Tính toán bộ inverter Đối với hệ solar stand-alone, bộ inverter phải đủ lớn để có thể đáp ứng được khi tất cả tải đều bật lên, như vậy nó phải có công suất bằng 125% công suất tải. Nếu tải là motor thì phải tính toán thêm công suất để đáp ứng thời gian khởi động của motor. Chọn inverter có điện áp vào danh định phù hợp với điện áp danh định của battery. Đối với hệ solar kết nối vào lưới điện, ta không cần battery, điện áp vào danh định của inverter phải phù hợp với điện áp danh của hệ pin mặt trời. 5- Tính toán battery Battery dùng cho hệ solar là loại deep-cycle. Loại này cho phép xả đến mức bình rất thấp và cho phép nạp đầy nhanh. Loại này có khả năng nạp xả rất nhiều lần ( có nhiều cycle) mà không bị hỏng bên trong, do vậy khá bền, tuổi thọ cao. Số lượng battery cần dùng cho hệ solar là số lượng battery đủ cung cấp điện cho những ngày dự phòng (autonomy day) khi các tấm pin mặt trời không sản sinh ra điện được. Ta tính dung lượng battery như sau: - Hiệu suất của battery chỉ khoảng 85% cho nên chia số Wh của tải tiêu thụ với 0.85 ta có Wh của battery - Với mức deep of discharge DOD (mức xả sâu) là 0.6, ta chia số Wh của battery cho 0.6 sẽ có dung lượng battery Kết quả trên cho ta biết dung lượng battery tối thiểu cho hệ solar không có dự phòng. Khi hệ solar có số ngày dự phòng (autonomy day) ta phải nhân dung lượng battery cho số autonomy-day để có số lượng battery cần cho hệ thống. 6- Thiết kế solar charge controller Solar charge controller có điện thế vào phù hợp với điện thế của pin mặt trời và điện thế ra tương ứng với điện thế của battery. Vì solar charge controller có nhiều loại cho nên bạn cần chọn loại solar charge controller nào phù hợp với hệ solar của bạn. Đối với các hệ pin mặt trời lớn, nó được thiết kế thành nhiều dãy song song và mỗi dãy sẽ do một solar charge controller phụ trách. Công suất của solar charge controller phải đủ lớn để nhận điện năng từ PV và đủ công suất để nạp battery. Thông thường ta chọn Solar charge controller có dòng Imax = 1.3 x dòng ngắn mạch của PV Ví dụ cụ thể: Tính hệ solar cho 1 hộ dân vùng sâu có yêu cầu sử dụng như sau:- 1 bóng đèn 18 Watt sử dụng từ 6-10 giờ tối. - 1 quạt máy 60 Watt mỗi ngày sử dụng khoảng 2 giờ.- 1 tủ lạnh 75 Watt chạy liên tục  1- Xác định tổng lượng điện tiêu thụ mỗi ngày = (18 W x 4 giờ) + (60 W x 2 giờ) + (75 W x 12 giờ) = 1,092 Wh/day (tủ lạnh tự động ngắt khi đủ lạnh nên xem như chạy 12 giờ nghỉ 12 giờ) 2- Tính pin mặt trời (PV panel) PV panel = 1,092 x 1.3 = 1,419.6 Wh/day.Tổng Wp của PV panel = 1,419.6 / 4.58 = 310WpChọn loại PV có 110Wp thì số PV cần dùng là 310 / 110 # 3 tấm  3- Tính inverterTổng công suất sử dụng = 18 + 60 + 75 = 153 WCông suất inverter = 153 x 125% # 190WChọn inverter 200W trở lên 4- Tính toán Battery Với 3 ngày dự phòng, dung lượng bình = 178 x 3 = 534 AhNhư vậy chọn battery deep-cycle 12V/600Ah cho 3 ngày dự phòng. 5- Tính solar charge controller Thông số của mỗi PV module: Pm = 110 Wp, Vm = 16.7 Vdc, Im = 6.6 A, Voc = 20.7 A, Isc = 7.5 ANhư vậy solar charge controller = (3 tấm PV x 7.5 A) x 1.3 = 29.25 AChọn solar charge controller có dòng 30A/12 V hay lớn hơn. CHƯƠNG VI: HÒA HỆ THỐNG ĐIỆN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI VÀO LƯỚI ĐIỆN QUỐC GIA Để hòa điên từ hệ thống điện năng lượng mặt trời vào lưới quốc gia thì chúng ta sử dụng Thiết Bị Đồng Bộ AC, Hòa Lưới Điện, Chuyển đổi đồng bộ AC 220V: - Đây là thiết bị hoàn hảo cho việc đưa năng lượng mặt trời, Năng Lượng Gió, Năng Lượng Sinh Thái dần thay thế năng lương hóa thạch( dầu, nguyên tử...). Vì xem xét vào thực tế của đất nước ta hiện nay khi mà nguồn điện được tạo ra chủ yếu nhờ thủy điện. Đặc điểm của thủy điện là chỉ dồi dào vào mùa mưa còn mùa nắng thì hoàn toàn khô cạn. Nhưng mặt trời thì ngược lại mùa mưa rất ít ánh sáng còn mùa năng thì rất dồi dào, việc ứng dụng hai đặc điểm này sẽ tạo ra nguồn năng lượng liên tục quanh năm là điều rất khả thi và hoàn toàn không gây ô nhiễm, giảm đi sự nóng lên của trái đất. Khi vào mùa nắng ngoài trời nóng cháy người nhưng trong nhà của ta thì mát lạnh.  - Thiết Bị hòa mạng mang lại lợi ích như thế nào: nâng cao hiệu suất thu năng lượng tránh hiện tượng dư thừa năng lượng vô ích: nếu ta nạp vào ắc quy thì ắc quy cũng sẽ đầy, các thiết bị điện có lúc dùng lúc không...Những lúc như vậy việc xảy ra dư thừa năng lương vô ích. Khi hòa vào lưới điện thì khi thừa năng lượng sẽ chia sẻ cho nơi khác hay đưa vào sản xuất, khi ta cần lại có điện sử dụng. - Bộ hòa lưới điện: là thiết bị lấy năng lượng mặt trời hòa chung vào lưới điện để chia sẻ cho mọi người hay những nơi sản xuất. Khi mà thời gian tạo ra năng lượng khi có mặt trời chúng ta lại không dùng đến còn những lúc ta cần dùng thì không có ánh sáng. Nếu ta lấy năng lượng mặt trời mà dự trữ vào ắc quy thì sẽ rất tốn kém, hiệu quả không cao. Ta hãy xem xét vài đặc điểm sau để hiểu thêm trong việc này: Khi ta sử dụng thì việc các thiết bị dùng một công suất nhất định là chuyện không thể. Ví dụ khi đến gần trưa ta phải nấu cơm, lúc nào cần giặt quần áo mới dùng máy giặt, hết nước cần bơm nước.... Vấn đề là chúng ta không thể dùng cố định một danh định công suất mà lúc thì sài công suất quá lớn, lúc thì chẳng sử dụng gì cả. Như vậy ta tạo ra năng lượng việc hòa vào lưới điện sẽ rất có lợi vì khi ta không dùng ta chia sẻ cho các nhà máy sản xuất dùng hay các nhà lân cận sử dụng. Còn khi ta cần dùng công suất lớn hơn nhiều thì cần được người khác chia sẻ hay nguồn điện quốc gia cung cấp thêm vào. Nên việc hòa mạng sẽ đem lại lơi ích rất lớn và làm cho ta không bị hạn chế bởi quá trình sử dụng thiết bị điện trong sinh hoạt của chúng ta. Tăng tuổi thọ cho các bình ắc quy vì không dùng thường xuyên. Nếu không hòa mạng mà chỉ tạo ta nguồn điện với một công suất danh định, giả sử trong trường hợp ta vận hành máy lạnh, hay động cơm bơm nước... Ta có một máy phát điện mặt trời với công suất đả để vận hành như 2KW nhưng các động cơ này khi khởi động cần công suất lớn hơn để khởi động vì lúc khởi động momen quay của động cơ bằng 0. Do đó khi khởi động sẽ phải tốn công suất gấp 3 đến 4 lần công suất vận hành, nên sẽ làm máy phát tắt tức thời và bật tắt liên tục vì bảo vệ an toàn cho máy phát. Gây không thể làm việc. Nhưng khi hòa mạng thì khác khi công suất máy phát điện mặt trời thiếu thì nguồn quốc gia sẽ hỗ trợ và làm cho động cơ chạy, nhưng khi đã chạy ổn định rồi thì không cần nguồn quốc gia nữa mà năng lương dư thừa lại chia sẻ sang cho người khác sử dụng. Nên khi mùa nắng không cần nhiều năng lượng từ nguồn quốc gia mà nguồn quốc gia giống như một nguồn hỗ trợ cho việc vận hành, điều hòa công suất cho mọi nơi. Giảm đi tổn thất trên đường truyền tải do công suất tại nơi tiêu thụ giờ đây giảm đi. Vì tại nơi tiêu thụ điện cũng là nơi tạo ra điện. Nếu tại sài gòn có một triệu hộ với 1 triệu panel 200W thì sài gòn sẽ tạo ra một nhà máy phát điện công suất 200 triệu Wait trên giờ và một ngày khoảng 8h nắng như vậy một ngày sài gòn sẽ tạo ra cả triệu KW/ngày và một năm có 365 ngày. Nếu chúng ta không hòa mạng: thì khi không dùng năng lượng mặt trời sẽ phải nạp vào ắc quy như vậy làm chi phí tăng khổng lồ cho nguồn dự trữ ắc quy. Mặt khác không có khai thác hết công suất và hiệu suất từ nguồn năng lượng mặt trời, vì bạn không thể mua ắc quy lớn đến mức tích trữ hết công suất tiêu thụ, lại làm cho Accu mau hư do nạp xả liên tục, gây hư hại ắc quy tăng chi phí đầu tư và chi phí vận hành giảm đi việc thu lại vốn và lợi nhuận từ việc tạo ra năng lượng bằng mặt trời. Đặc điểm nữa liên quan đến việc tạo ra năng lượng điện từ mặt trời đó là công suất không đều theo thời gian trong ngày. Nghĩa là vào buổi sáng và buổi chiều công suất thấp hơn nhiều lần công suất tại buổi trưa cho dù các Panel mặt trời có dùng hệ thống tracking định hướng theo mặt trời, do đó việc điều hòa bằng cách hòa mạng là một giải pháp trong tương lai và ít tốn kém trong việc bảo trì, vận hành và hoạt động. Khi hòa mạng điện lợi ích tiếp theo đó là giảm thấp thoát năng lượng trong việc truyền tải điện năng đi xa. Các nhà máy điện thường ở rất xa thành phố, mà thành phố là nơi tiêu thụ lượng điên khổng lồ, nên tiêu hao và thấp thoát năng lượng rất lớn trên đường dây. Nay hòa mạng sẽ có nguồn năng lượng tại chỗ, sẽ giảm đi năng lượng truyền tải từ xa nên giờ với đường dây truyền tải năng lượng lớn bây giờ chỉ truyền tải ít năng lượng hơn, thì hiệu suất truyền tải lớn hơn do đó giảm thấp thoát năng lượng trên đường dây. Giai đoạn hòa nhịp giữa thiết bị với nguồn điện:  - Thời Điểm hòa lưới điện cho ta thấy tần số dạo động nội ổn định và chạy sang phải, còn tần số nguồn điện lưới quốc gia chậm hơn chút xíu nên sau khi hòa vào lưới điện quốc gia ta không còn thấy tín hiệu chạy sang phải nữa mà trôi theo tần số nguồn điện lưới. Quá trình này kể từ khi khởi động thiết bị cho đến khi hòa nhịp vào mạng chỉ có 2s.  - Để làm được điều này là nhờ kỹ thuật xử lý bám theo và kỹ thuật chuyển mạch tạo ra sóng sin đồng bộ với nguồn điện quốc gia đưa năng lượng hòa vào mạng điện quốc gia để sử dụng. - Các tình huống mà một bộ hòa mạng phải đảm bảo về kỹ thuật cũng như về công nghệ để đưa vào thực tế ứng dụng: Khi quá tải trầm trọng thiết bị sẽ ngắt ngay lập tức và vào chế độ tản nhiệt. Tình huống này xảy ra nếu Đường Backup được thiết kế là nguồn cung cấp vào, khi mất điện thì ta đang sử dụng các thiết bị tiêu thụ công suất lớn như: bếp điện máy lạnh. Khi đó thiết bị sẽ tắt ngay lập tức và sẽ đóng trở lại sau 5 phút, nếu vẫn còn tình trạng này thiết bị lại tiếp tục ngắt... cứ mỗi lần mở nguồn không thành công thì thời gian nghỉ sẽ tăng thêm 5 phút. Vì hệ thống điện hiện tại không có đường dây Backup riêng nên phải dùng chung với hệ thống dây điện chính, do vậy sẽ có vài trở ngại như không thể cung cấp nguồn cho các máy tính, tắt các thiết bị công suất lơn... Đường Backup light: Hoạt động 2 chế độ, chế độ mặc định là chế độ backup để bạn có thể dẫn đường riêng vào trong các máy tính, khi mất điện đường Backup quá tải nhưng Backup light vẫn có điện để máy tính hoạt động bình thường. muốn hoạt động ở chế độ Backup light để thắp sáng đèn khi mất điện thì phải cài đặt từ máy tính. Thiết Bị: Do lấy nguồn điện từ panel mặt trời rồi hòa vào mạng điện, nên phải để gần Panel mặt trời thì giảm đi chi phí dây dẫn, hiệu suất cao nên phải lắp đặt trên cao. Do đó cần có một ngõ để giám sát qua máy tính hay đưa vào Board mạch xử lý trung tâm bên ngoài để mở rộng chức năng hoạt động của thiết bị đáp ứng nhiều ứng dụng. - Đèn Hiệu, Báo Hiệu: để báo các trạng thái hoạt động của thiết bị. Đèn bên phải: Có 3 màu. màu đỏ báo hiệu đang chuyển năng lượng mặt trời và Backup, khi này là mất điện chính nên thiết bị lấy năng lượng mặt trời chuyển vào mạng backup và Backlight. Màu xanh báo hiệu đang hòa mạng vào lưới điện quốc gia. Đèn tắt báo hiệu ngưng hoạt động( ban đêm không có năng lượng mặt trời). Đèn Vàng ánh sáng mặt trời yếu. Đèn xanh chớp báo hiệu chế độ Standby ngưng vận hành do người dùng. Đèn Đỏ chớp lỗi quá tải sử dụng. Đèn Vàng chớp báo hiệu đang ở giai đoạn tản nhiệt do quá tải sử dụng, thiết bị sẽ mở nguồn trở lại khi nguội hay có điện nguồn chính từ mạng quốc gia. Đèn Bên trái: chỉ có màu xanh. Báo hiệu chế độ sạc ắc quy, chế độ Backup và chế độ ắc quy đầy. Khi ắc quy đầy đèn màu xanh sáng nhất. ắc quy ở chế độ sạc đèn sẽ sáng dần lên. Chế độ Backup đèn sáng mờ dần đi. Đèn chớp báo hiệu chế độ standby ngưng hoạt động do người sử dụng. Đèn Tắt báo hiệu hết ắc quy. Thiết bị kêu bíp nhưng vẫn hoạt động bình thường là do quá tải. Thiết bị sẽ tắt sau thời gian khi nhiệt độ quá nóng MỤC LỤC Trang GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HỆ THỐNG ĐIÊN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI 5 GIỚI THIỆU CHUNG 5 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG 5 CẤU HÌNH TIÊU BIỂU 6 ĐI SÂU VÀO HỆ THỐNG ĐIỆN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI 10 CHƯƠNG I: PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI 10 ƯU THẾ CỦA ĐIÊN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI 10 TÌM HIỂU CHUNG VỀ PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI 11 ƯU, NHƯỢC ĐIỂM 19 ỨNG DỤNG PIN MẶT TRỜI Ở VIỆT NAM 21 CHƯƠNG II: BỘ KÍCH INVERTER 26 LOẠI INVERTER CHO HỆ THỐNG 26 HÌNH ẢNH, CẤU TẠO 29 HOẠT ĐỘNG CỦA INVERTER 31 CHƯƠNG III: BỘ ĐIỀU KHIỂN SẠC 41 CHƯƠNG IV: BATTERY(ẮC QUY) 43 GIỚI THIỆU 43 CẤU TẠO 43 PHÂN LOẠI, NGUYÊN LÝ HOẠT ĐÔNG 45 CHƯƠNG V: PP THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỆN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI 56 CHƯƠNG VI: HÒA HỆ THỐNG VÀO LƯỚI ĐIỆN QUỐC GIA 61