Thết kế, chế tạo dàn Pin mặt trời tự xoay

- 1-

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY

THIẾT KẾ, CHẾ TẠO DÀN PIN MẶT TRỜI

TỰ XOAY

VĂN CÔNG BÍCH

Thái nguyên – 2010

- 2-

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐHKT CÔNG NGHIỆP

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

THIẾT KẾ, CHẾ TẠO DÀN PIN MẶT TRỜI

TỰ XOAY

Học viên: VĂN CÔNG BÍCH

Lớp: Cao học K11

Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy

Người HD khoa học: TS NGUYỄN VĂN DỰ

NGƯỜI HƯỚNG DẪN

TS Nguyễn Văn Dự

HỌC VIÊN

Văn Công Bích

KHOA ĐÀO TẠO SĐH ĐẠI HỌC KTCN THÁI NGUYÊN

- 3-

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

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.

Văn Công Bích

Tháng 09 năm 2010

- 4-

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

Lời cám ơn

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến giáo viên hướng dẫn khoa học

của tôi, Tiến sỹ Nguyễn Văn Dự, 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 bạn Hoàng Tiến Đạt, sinh viên khóa K41-

CCM04, đã giúp đỡ tôi trong quá trình làm luận văn.

Tôi xin cám ơn tới Ban giám hiệu, Ban chủ nhiệm khoa Cơ khí chế tạo

trường Cao đẳng Công nghiệp Huế 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, những chỉ bảo để tôi ngày càng hoàn thiện

hơn. Tôi cũng xin gửi lời cám ơn đến bà cô của tôi, bà Văn Thị Hường,

người đã cho tôi những lời khuyên bổ ích, động viên tôi, người đã cho tôi

một phần kinh phí để hoàn thành khóa học này.

Tôi vô cùng cám ơn người vợ thương yêu của, một “hậu phương”

vững chắc đã động viên, chăm lo gia đình, hỗ trợ tinh thần để tôi yên tâm

trong công tác nghiên cứu, hoàn thành khóa học này.

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.

- 5-

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

Tóm tắt

Luận văn này trình bày một giải pháp cho vấn đề tính toán, thiết kế và chế

tạo dàn năng lượng mặt trời tự xoay theo hướng tia sáng nhằm thu được quang

năng lớn nhất. Mặc dù dàn năng lượng tự xoay đã được giới thiệu lần đầu năm

19…, nhưng đến nay, chưa có tài liệu hướng dẫn tính toán, thiết kế nào về hệ

thống này được công bố.

Các dàn tự xoay có mục tiêu là đảm bảo tia sáng mặt trời luôn vuông góc

với bề mặt hấp thụ ánh sáng. Cơ sở để xác định cách bố trí và phương thức xoay

của hệ thống bao gồm quy luật chuyển động tương đối của mặt trời so với vị trí

đặt dàn thu, các lý thuyết tính toán xác định phương bố trí trục xoay và góc xoay.

Các vấn đề này đã được sưu tập, giới thiệu và phân tích trong luận văn.

Bài toán sức bền của hệ khung, dầm, giá đỡ của hệ thống được tính toán

dựa trên lý thuyết sức bền vật liệu và được giải trên máy tính. Tải trọng đặt lên

hệ thống được xác định bao gồm trọng lượng các chi tiết, tải trọng gió cũng như

quán tính của hệ. Tốc độ quay của dàn được lựa chọn và thử nghiệm nhằm đảm

bảo yêu cầu chuyển động êm, ít gây rung động. Các thông số tải trọng và tốc độ

xoay được dùng làm đầu vào cho bài toán lựa chọn động cơ và hệ truyền dẫn cơ

khí. Các vấn đề này đã được giải quyết trọn vẹn trong luận văn.

Các kết quả tính toán nói trên đã được dùng làm cơ sở để triển khai thiết kế

và chế tạo một mô hình dàn xoay thực. Kết quả vận hành thử nghiệm cho thấy,

hệ thống cơ khí có kết cấu hợp lý, bố trí phù hợp, làm việc êm và ổn định. Mô

hình có thể dùng để kiểm nghiệm cho các bài toán tính toán khác về dàn tự xoay.

- 6-

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

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 13

1.3. Đối tượng nghiên cứu 13

1.4. Phương pháp nghiên cứu 13

1.5. Các kết quả đạt được 14

1.6. Cấu trúc luận văn 14

Chương 2: Tổng quan 16

2.1. Tiềm năng của nguồn năng lượng mặt trời 16

2.2. Các kiểu khai thác năng lượng mặt trời 17

2.3. Một số kiểu dàn xoay 20

2.3.1. Nguyên tắc xoay 20

2.3.2. Các kết cấu xoay 21

2.3.3. Các phương án điều khiển 26

2.3.4. Cơ sở để xoay dàn pin 27

- 7-

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

2.4. Kết luận 34

Chương 3:Thiết kế, chế tạo dàn tự xoay 35

3.1. Giới thiệu 35

3.2. Sơ đồ kết cấu hệ thống 35

3.2.1. Mô đun cơ khí 35

3.2.2. Mô đun điều khiển 37

3.3. Thiết kế dàn 500W 37

3.3.1. Lựa chọn kiểu pin 37

3.3.2. Thiết kế khung dàn 38

3.3.2.1. Bố trí khung dàn 39

3.3.2.2. Kiểm tra độ bền của khung 40

3.3.2.3. Kiểm tra độ bền dầm chính 42

3.3.3. Thiết kế trục 43

3.3.4. Thiết kế khung đỡ 45

3.3.5. Thiết kế trụ đỡ 46

3.3.6. Chọn công suất động cơ 48

3.4. Thiết kế dàn 40W 51

3.4.1. Lựa chọn kiểu pin 51

3.4.2. Thiết kế khung dàn 51

3.4.2.1. Bố trí khung dàn 51

3.4.2.2. Kiểm tra độ bền của khung 52

3.4.2.3. Kiểm tra độ bền dầm chính 54

3.4.3. Thiết kế trục 55

- 8-

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

3.4.4. Thiết kế trụ đỡ 56

3.4.5. Chọn công suất động cơ 58

3.5. Thiết kế điều khiển chuyển động 60

3.5.1. Lựa chọn kiểu điều khiển 60

3.5.2. Các bộ phận chính của hệ thống điều khiển 61

3.5.3. Lựa chọn và bố trí cảm biến 65

3.6. Kết luận 68

Chương 4: Kết quả chế tạo và vận hành thử nghiệm 69

4.1. Kết quả chế tạo 69

4.1.1. Mô đun cơ khí 69

4.1.2. Mô đun khiển 71

4.2. Vận hành thử nghiệm 74

4.2.1. Thử nghiệm độ ổn định 74

4.2.2. Thử nghiệm trong phòng 74

4.2.3. Thử nghiệm ngoài trời 75

4.3. Vận hành dàn pin 75

4.4. Một số vấn đề lưu ý khi thiết kế, chế tạo 76

4.5. Kết luận 76

Chương 5: Kết luận và đề xuất 77

5.1. Kết luận 77

5.2. Đề xuất 78

TÀI LIỆU THAM KHẢO 79