Nâng cao hiệu suất quang điện của tấm pin năng lượng mặt trời độc lập

Soá 39 - Quyù I naêm 202080
NGHIÊN CỨU TRAO ĐỔI
NÂNG CAO HIỆU SUẤT QUANG ĐIỆN CỦA TẤM PIN 
NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI ĐỘC LẬP
OPTIMIZING THE EFFICIENCY OF PHOTOVOLTAIC SYSTEM 
Lê Minh Tân1
Tóm tắt:
Theo nghiên cứu về việc ứng phó với biến đổi khí hậu và môi trường. Hiện nay năng lượng mặt trời 
trở nên thực sự quan trọng.
Vấn đề tối ưu hóa hiệu quả của hệ thống điện năng lượng mặt trời là vấn đề đặt ra của nhiều nhà 
khoa học. Các tấm Pin năng lượng mặt trời dưới tác động của ánh sáng sẽ làm cho nhiệt độ tăng và giảm 
hiệu suất. 
Do đó dùng hệ thống giám sát và kết hợp với nước làm mát để làm tăng hiệu suất Pin so với hiện 
tại là một phương pháp được nghiên cứu. Vì nó đơn giản và hiệu quả có thể áp dụng trong cuộc sống 
hàng ngày. 
Từ khóa: Tấm Pin năng lượng mặt trời; Vi điều khiển giám sát hệ thống 
Abstract:
According to research on coping with climate change and environment. Solar energy becomes really 
important in everyday life today.
The problem of optimizing the efficiency of solar power systems is a problem for many scientists. 
Solar panels under the action of light will cause temperatures to increase and reduce performance.
Therefore, using a monitoring system and combining with cooling water to increase battery 
performance compared to the present is a simple and effective research method. Because it can be 
applied in everyday life.
Keywords: PV Photovoltaic; Arduino 
1. Đặt vấn đề
Một trong những nguồn năng lượng tái tạo phổ biến được sử dụng phổ biến là năng lượng mặt trời. 
Pin năng lượng mặt trời có loại thông thường là Poly và Mono. Tuy nhiên, cả 2 chỉ đạt hiệu suất từ 15-
20%. Nhiều nhà nghiên cứu trên muốn cải thiện hiệu quả của nó. 
Trên thế giới đã có nhiều nghiên cứu: Chẳng hạn như việc sử dụng nước làm mát để làm giảm nhiệt 
độ ở bề mặt sau của tấm Pin để cải thiện 4,7-5,2% [1, 2] ; Phun nước trên bề mặt của tấm Pin cũng làm 
tăng 3,6-12,5%[3]; Đối lưu không khí cũng được áp dụng để nâng cao hiệu quả 4-6% [4];
Khi sử dụng phương pháp xoay (tracking) theo dõi mặt trời, để cường độ ánh sáng tối đa bằng cách 
làm cho bề mặt tấm Pin vuông góc với ánh sáng thì hiệu quả của nó cũng có thể đạt được lên đến xấp xỉ 
20% [5-6]. Tuy nhiên, dùng hai trục theo dõi mặt trời thì hiệu quả sẽ tăng khoảng 45% [7]. 
Việc theo dõi và điều khiển có thể thông qua hệ thống giám sát Arduino được tích hợp, làm hiệu suất 
Pin đạt hiệu quả cao hơn [8]. Đặc biệt, với nhiều thuật toán được điều khiển, có thể được áp dụng cho 
các hệ thống điện năng lượng mặt trời [9-10].
Thoâng tin KH - GD Tröôøng Ñaïi hoïc Xaây döïng Mieàn Taây 81
NGHIÊN CỨU TRAO ĐỔI
Trong nghiên cứu này, hai trường hợp: Một là đặt tấm Pin vuông góc với ánh sáng mặt trời và làm 
giảm nhiệt độ của nó bằng nước; Hai là điều khiển bằng Arduino để nâng cao hiệu suất của hệ thống kết 
hợp với việc tạo trục xoay (tracking). Các tài liệu và phương pháp được đề xuất có thể được ứng dụng 
cho các công trình hiện tại và tương lai.
2. Vật liệu và phương pháp
Hai tấm Pin Poly 280W được sử dụng trong nghiên cứu này là CS6K 280P, Canadian Solar của Việt 
Nam. Một tấm đặt cố định và tấm thứ hai được điều khiển theo dõi và làm mát bằng nước. 
Để theo độ ánh sáng đạt mức tối ưu có thể dùng hai động cơ DC với bánh răng; Arduino ATMega 
2560 , và bốn cảm biến phụ thuộc ánh sáng (LDR). Bốn cảm biến hoạt động để theo dõi cường độ ánh 
sáng mặt trời.
Động cơ đầu tiên được điều khiển để xoay 3600, động cơ thứ hai có thể xoay 900 luân chuyển bởi 
việc kiểm soát cường độ ánh sáng do bốn cảm biến hấp thụ. Điện áp đầu ra của hai tấm Pin được đo bằng 
tỷ lệ lấy mẫu thời gian 1 phút bằng cách sử dụng thiết bị đo điện áp (F205, Chauvin Arnoux). Các thí 
nghiệm được thực hiện trên cơ sở tiến hành theo thời gian để có được ánh sáng mặt trời tối đa. 
Hình 1. Tấm Pin được đặt cố định. 
 Hình 2. Tấm Pin được đặt trên trục xoay và làm mát bằng nước. 
Soá 39 - Quyù I naêm 202082
NGHIÊN CỨU TRAO ĐỔI
Để đánh giá hiệu quả của phương pháp này, sử dụng công thức
Sản lượng điện tối đa - Watt (W), E biểu thị lượng bức xạ trên mét vuông (W/m2). Theo các thông 
số của nhà sản xuất E = 800 (W/m2).
3. Kết quả và quá trình nghiên cứu
Hình 3. Sơ đồ so sánh điện áp, dòng điện và công suất ngõ ra 
trong trường hợp có và không có điều khiển tracking.
Kết quả hiện tại, điện áp đầu ra, và công suất đầu ra trong 2 trường hợp cho thấy công suất đầu ra 
là cao hơn. Tuy nhiên, điện áp đầu ra của hai tấm Pin là không giống nhau. Thêm vào đó, cường độ ánh 
sáng mặt trời cũng khác nhau. Do đó, điện áp đầu ra ít hơn tiêu chuẩn của nhà sản xuất.
Để nâng cao hiệu quả, nước được bơm dưới tấm Pin để giảm nhiệt độ, tạo ra từ các bức xạ ánh sáng 
mặt trời. Nước được lưu trữ, bơm và chảy liên tục bên dưới.
Thoâng tin KH - GD Tröôøng Ñaïi hoïc Xaây döïng Mieàn Taây 83
NGHIÊN CỨU TRAO ĐỔI
Hình 4. So sánh các điện áp đầu ra dòng điện và công suất kết hợp với trục xoay, 
nước làm mát và hệ thống giám sát tối ưu.
Kết quả cho thấy sự kết hợp của việc sử dụng giám sát, điều khiển hướng xoay của mặt trời và 
nước bơm là tối ưu. Sản lượng thu được cao hơn so với việc đặt tấm Pin cố định. Theo nghiên cứu 
thực nghiệm thì hiệu suất tăng, đạt 4,23% phù hợp với các nghiên cứu trước đó [3, 11, 12]. Tuy nhiên 
trong tương lai có thể tin rằng hiệu quả của tấm Pin có thể đạt đến 15%. Vì các nghiên cứu trước 
đây đã chỉ ra rằng nếu nước được phun lên trên bề mặt của tấm Pin, các hiệu quả có thể tăng 12,5% 
[13-14].
Trong nghiên cứu này có một số khó khăn là do nhiệt độ của cả hai tấm Pin không đo được. Do đó, 
mối quan hệ giữa nhiệt độ của tấm Pin và công suất đầu ra không có sự so sánh. Tuy nhiên, nhiệt độ nước 
bơm và vị trí của tấm Pin có thể không đạt tối ưu. 
Các chỉ số hiện tại như: Điện áp đầu ra, công suất đầu ra, hiệu suất được khai thác từ xa. Do đó, trong 
tương lai việc giám sát sẽ được thuận tiện hơn.
4. Kết luận
Với nghiên cứu này, thông qua Arduino để kiểm tra và so sánh dữ liệu điều khiển, kết hợp bơm nước 
làm mát. Cho ta thấy rằng phương pháp này có thể cải thiện khoảng 20% năng lượng và 4% về hiệu quả 
so với truyền thống là các hệ Pin cố định.
Soá 39 - Quyù I naêm 202084
NGHIÊN CỨU TRAO ĐỔI
Tài liệu tham khảo 
[1]. M. Kolhe, D. Bin, E. Hu, Int J. Smart Grid Clean Energy 2, 2013.
[2]. M. Chandrasekar, S. Sivan, T. Senthilkumar, M.G.Karthikeyan, Energy Conversion and 
Management 71, 2013.
[3]. M. Abdolzadeh, M. Ameri, Renewable Energy 34, 2009.
[4]. H.G. Teo, P.S. Lee, M.N.A. Hawlader, Appl. Energy 1, 2012.
[5]. G.C. Lazaroiu, M. Longo, M. Roscia, M. Pagano, Energy Conversion and Management 92, 
2015.
[6]. S.A. Sharaf Eldin, M.S. Abd-Elhady, H.A. Kandil, Renewable Energy 85, 2016.
[7]. U. Sajjad, M. Amer, H.M. Ali, A. Dahiya, N.Abbas, Case Studies in Thermal Engineering 
100420, 2019.
[8]. H.-D. Nguyen and T.H Huynh, 2018 18th International Conference on Control, Automation and 
Systems (ICCAS 2018), 2018.
[9]. H.-D. Nguyen, K.-S. Hong, Proceedings of IEEE/ASME International Conference on Advanced 
Intelligent Mechatronics (AIM), 2015.
[10]. H.- D. Nguyen, S.- H. Yoo , M.R. Bhutta, K.- S.Hong, Biomedical Engineering Online 17, 
2018
[11]. H.G. Teo, P.S. Lee, M.N.A. Hawlader, Appl. Energy 1, 2012.
[12]. U. Sajjad, M. Amer, H.M. Ali, A. Dahiya, N. Abbas, Case Studies in Thermal Engineering 
2019.
[13]. G. Fraisse, C. Ménézo, K. Johannes, Sol. Energy 81, 2007.
[14]. M.A. Bashir, H.M. Ali, K.P. Amber, M.W. Bashir, A. Hassan, S. Imran, M. Sajid, Therm. Sci. 
2016.
Ngày nhận bài: 20/02/2020
Ngày gửi phản biện: 04/3/2020
Ngày chấp nhận đăng: 20/3/2020
1 Trường ĐHXD Miền Tây.