KHẢO sát và mô PHỎNG hệ THỐNG điện mặt TRỜI tại THƯ VIỆN KHOA CÔNG NGHỆ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA CÔNG NGHỆ _t_ LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC KHẢO* SÁT VÀ MÔ PHỎNG HỆ THỐNG ĐIỆN MẶT TRỜI TẠI THƯ VIỆN KHOA CÔNG NGHỆ CÁN BỘ HƯỚNG DẪN ThS Nguyễn Thái Sơn SINH VIÊN THỰC HIỆN Trần Văn Khang (MSSV: B1504297) Ngành: Kỹ thuật điện - Khóa: 41 Tháng 12/2019 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM _ KHOA CÔNG NGHỆ Độc lập - Tự - Hạnh phúc BỘ MÔN KỸ THUẬT ĐIÊN Cần Thơ, ngày 01 tháng 08 năm 2019 PHIẾU ĐỀ NGHỊ ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP CỦA SINH VIÊN NÃM HỌC: 2019 - 2020 Họ tên sinh viên: Trần Văn Khang MSSV: B1504297 Email: Khangb1504297@student.ctu.edu.vn ĐT: 0338175172 Tên đề tài luận văn tốt nghiệp: Khảo sát mô hệ thống điện mặt trời Thư viện Khoa Công Nghệ Địa điểm thực hiện: Bộ môn Kỹ Thuật Điện - Đại Học Cần Thơ Họ tên người hướng dẫn khoa học (NHDKH): ThS Nguyễn Thái Sơn Mục tiêu đề tài: Nắm cấu tạo, nguyên lý hoạt động điều khiển hệ thống điện mặt trời Thư viện Khoa Công Nghệ Mô hệ thống phần mềm Matlab Simulink sử dụng hai phương pháp MPPT P&O P&O mờ thích nghi Từ kết mô đưa kết luận kiến nghị tính ổn định hệ thống sử dụng hai phương pháp Các nội dung giới hạn đề tài: Chương 1: Tổng quan hệ thống điện mặt trời Chương 2: Cấu tạo hệ thống điện lượng mặt trời Chương 3: Khảo sát mô hệ thống Chương 4: Kết mô Chương 5: Kết luận kiến nghị Các yêu cầu hỗ trợ cho việc thực đề tài: Khơng Kinh phí dự trù cho việc thực đề tài: Không NGƯỜI HƯỚNG DẪN SINH VIÊN ĐỀ NGHỊ (Ký tên ghi rõ họ tên) Th.S Nguyễn Thái Sơn Trần Văn Khang DUYỆT CỦA BỘ MÔN DUYỆT CỦA HĐ LV&TLTN CHẤP THUẬN CỦA HỘI ĐỒNG Luận văn này, với đề tài “Khảo sát mô hệ thông điện mặt trời Thư viện Khoa Công Nghệ”, sinh viên Trần Văn Khang thực theo hướng dẫn giảng viên ThS Nguyễn Thái Son Luận văn báo cáo hội đồng chấm luận văn thông qua ngày 12 tháng 12 năm 2019 Chủ tịch Hội đồng, giảng viên phản biện Giảng viên phản biện Giảng viên hướng dẫn TS Quách Ngọc Thịnh ThS Nguyễn Thái Son ThS Hồ Minh Nhị TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM ■ KHOA CƠNG NGHỆ Đơc lập - ' Tự - Hạnh phúc BỘ MÔN KỸ THUẬT ĐIỆN NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN Họ tên cán bô hướng dẫn: ThS Nguyễn Thái Sơn Tên đề tài luận văn tốt nghiệp: Khảo sát mô hệ thống điện mặt trời Thư viện Khoa Công Nghệ Sinh viên thực hiện: Trần Văn Khang MSSV:B1504297 Email: Khangb15042972student.ctu.edu.vn ĐT:0338175172 Lớp: Kỹ thuật điện Khóa: 41 Nơi dung nhật xét: a Nhận xét hình thức tập thuyết minh: b Nhận xét vẽ (nếu có): c Nhận xét nơi dung luận văn (đề nghị ghi chi tiết đầy đủ): * Các nôi dung công việc (so sánh với đề cương luận văn): * Những vấn đề hạn chế: d Nhận xét sinh viên tham gia thực đề tài (ghi rõ nôi dung sinh viên chịu trách nhiệm thực có): e Kết luận đề nghị: Điểm đánh giá (cho sinh viên) Cần Thơ, ngày tháng 12 năm 2019 Cán hướng dẫn ThS Nguyễn Thái Sơn TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ _ KHOA CƠNG NGHỆ BỘ MƠN KỸ THUẬT ĐIÊN CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Đôc lập - Tự - Hạnh phúc NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ CỦA CÁN BỘ PHẢN BIÊN Họ tên cán bô phản biện: Tên đề tài luận văn tốt nghiệp: Khảo sát mô hệ thống điện mặt trời Thư viện Khoa Công Nghệ Họ tên sinh viên: Trần Văn Khang MSSV: B1504297 Email: Khangb1504297@student ctu edu.vn ĐT: 0338175172 Lớp: Kỹ thuật điện Khóa: 41 Nơi dung nhật xét: a Nhận xét hình thức tập thuyết minh: b Nhận xét vẽ (nếu có): c Nhận xét nơi dung luận văn (đề nghị ghi chi tiết đầy đủ): * Các nôi dung công việc (so sánh với đề cương luận văn): * Những vấn đề hạn chế: d Nhận xét sinh viên tham gia thực đề tài (ghi rõ nôi dung sinh viên chịu trách nhiệm thực có): e Kết luận đề nghị: Điểm đánh giá (cho sinh viên) Cần Thơ, ngày tháng 12 năm 2019 Cán chấm phản biện TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ _ KHOA CÔNG NGHỆ BỘ MƠN KỸ THUẬT ĐIỆN CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Đôc lập - Tự - Hạnh phúc NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ PHẢN BIỆN Họ tên cán bô phản biện: Tên đề tài luận văn tốt nghiệp: Khảo sát mô hệ thống điện mặt trời Thư viện Khoa Công Nghệ Họ tên sinh viên: Trần Văn Khang MSSV: B1504297 Email: Khangb1504297@student ctu edu.vn ĐT: 0338175172 Lớp: Kỹ thuật điện Khóa: 41 Nơi dung nhật xét: a Nhận xét hình thức tập thuyết minh: b Nhận xét vẽ (nếu có): c Nhận xét nơi dung luận văn (đề nghị ghi chi tiết đầy đủ): * Các nôi dung công việc (so sánh với đề cương luận văn): * Những vấn đề hạn chế: d Nhận xét sinh viên tham gia thực đề tài (ghi rõ nơi dung sinh viên chịu trách nhiệm thực có): e Kết luận đề nghị: Điểm đánh giá (cho sinh viên) Cần Thơ, ngày tháng 12 năm 2019 Cán chấm phản biện Lời cám ơn LỜI CÁM ƠN Trước đến phần nội dung luận văn, em xin gửi lời cám ơn chân thành đến quý thầy cô Khoa Công Nghệ Trường Đại học Cần Thơ, đặc biệt quý thầy môn Kỹ Thuật Điện tận tình dạy truyền đạt kiến thức tạo điều kiện thuận lợi cho em suốt trình học tập Em xin chân thành cám ơn thầy ThS Nguyễn Thái Sơn tận tình hướng dẫn, quan tâm theo dõi, động viên nhắc nhở để em hoàn thành luận văn Em xin gửi lời cám ơn chân thành đến gia đình bạn bè động viên giúp đỡ em suốt thời gian học tập thực luận văn Mặc dùquý thầy cốđược gắng hết mình, dolúc kiến thức vàcũng thời gian cóthức hạn nên kính khơng tránh sai sót thực trình bày, em mong chỉnhững dẫn thêm để em hồn thiện kiến SVTH:Trần Văn Khang i Lời nói đầu LỜI NĨI ĐẦU Ngày với phát triển nhanh chóng khoa học kỹ thuật, người ngày thấy rõ tầm quan trọng việc khai thác sử dụng nguồn lượng cách bền vững Trong bối cảnh nguồn lượng hóa thạch như: than, dầu mỏ, khí đốt, dần cạn kiệt trở nên khan với tác động tiêu cực việc khai thác nguồn lượng cách mức dẫn đến vấn đề như: ô nhiễm không khí, ô nhiễm nguồn nước, Trái Đất nóng dần lên, Trước tình hình đó, đặt yêu cầu cấp thiết cho nhà khoa học ngành khoa học kỹ thuật tìm nguồn lượng để thay nguồn lượng truyền thống đáp ứng nhu cầu sử dụng gia tăng ngày Với tiến khoa học kỹ thuật người dần biết đến khai thác nguồn lượng như: lượng gió, địa nhiệt, sinh khối, đặc biệt nguồn lượng mặt trời cách hiệu tối ưu Tại Việt Nam, theo Hiệp hội Năng lượng Việt Nam nước ta số quốc gia có ánh nắng mặt trời nhiều biểu đồ xạ mặt trời giới Tại tỉnh Tây Nguyên Nam Bộ, số nắng đạt từ 2000 2600 giờ/năm Bức xạ mặt trời trung bình 150 kcal/m 2, chiếm khoảng 2000 - 5000 giờ/năm Mặc dù tiềm lớn, việc khai thác nguồn lượng chưa đáng kể Tại khu vực Nam Bộ nói chung khu vực đồng sơng Cửu Long nói riêng với điều khiện thuận lợi địa lý, kinh tế phát triển, khí hậu phân hóa hai mùa nắng mưa rõ rệt Nguồn chiếu sáng ổn định, với 90% số ngày năm nhận ánh sáng Mặt Trời đủ mạnh để vận hành pin Vì vậy, tiềm khai thác sử dụng nguồn lượng mặt trời lớn Ước tính 1m2 lắp đặt pin Mặt Trời thu 5kWh điện ngày Đề tài “Khảo sát mô hệ thống điện mặt trời Thư viện Khoa Công Nghệ” nhằm giúp tìm hiểu rõ nguyên lý hoạt động cấu tạo hệ thống điện Mặt Trời thực tế, nắm vai trò phận hệ thống, từ mơ kiểm chứng phần mềm Matlab Simulink Nội dung chính: Chương 1: Tổng quan hệ thống điện mặt trời Chương 2: Cấu tạo hệ thống điện mặt trời Chương 3: Khảo sát mô hệ thống Chương 4: Kết mô Chương 5: Kết luận kiến nghị Giới hạn đề tài: Đề tài dừng lại việc mơ phỏng, khơng làm mơ hình thực tế SVTH:Trần Văn Khang iii Mục lục MỤC LỤC Trang SVTH:Trần Văn Khang iii - Phương pháp P&O mờ thích nghi Hình 4.4: Dịng điện ngõ pin Phương pháp P&O mờ thích nghi Hình 4.5: Điện áp ngõ mạch tăng áp Phương pháp P&O mờ thích nghi Hình 4.6: Cơng suất tải tiêu thụ Nhận xét: Với điều kiện ta thấy lúc PMT nhận CĐBX đủ để phát công suất cực đại Từ kết cho thấy hai thuật tốn P&O P&O mờ thích nghi làm việc ổn định chứng minh thuật toán điều khiển MPPT sử dụng xác với độ ổn định cao 4.2 Trường hợp cường độ xạ thay đổi theo lý thuyết Bức xạ giảm từ 1000 - 250 W/m từ giây 0.4 - 0.9s 1.9 - 2.0s xạ tăng từ 250 - 1000 W/m2 từ giây 1.3 -1.4s 2.3 - 2.6s với thời gian chạy mô 3s nhiệt độ cố định 25 C O Sau chạy mô thu kết sau: Hình 4.7: Bức xạ thay đổi theo lý thuyết Phương pháp P&O Phương pháp P&O mờ thích nghi Hình 4.8: Cơng suất ngõ pin Nhận xét: Hình 4.8 trình bày cơng suất ngõ PMT điều kiện CĐBX thay đổi ngẫu nhiên Ta thấy công suất phát sử dụng phương pháp P&O mờ thích nghi có độ ổn định cao hơn, hệ thống đáp gần lúc CĐBX tăng với độ dao động ổn định quanh điểm MPP Quá trình xạ giảm hệ thống làm việc ổn định Sự chênh lệch công suất nhỏ Ngược lại phương pháp P&O có xu hướng giảm cơng suất vị trí cường độ xạ giảm nhanh (giây thứ 0.9 giây thứ 2) Phương pháp P&O Phương pháp P&O mờ thích nghi Hình 4.9: Điện áp ngõ pin Nhận xét: Hình 4.9 trình bày điện áp ngõ PMT CĐBX thay đổi ngẫu nhiên Ta thấy vị trí CĐBX tăng nhanh giảm nhanh phương pháp P&O có độ dao động mạnh dẫn đến việc giảm giá trị điện áp điều gây ổn định cho hệ thống Cịn phương pháp P&O mờ thích nghi tương đối ổn định với độ dao động tương đối thấp Phương pháp P&O mờ thích nghi Hình 4.10: Dịng điện ngõ pin Nhận xét: Hình 4.10 trình bày dòng điện ngõ PMT CĐBX thay đổi ngẫu nhiên Dòng điện ngõ sử dụng phương pháp P&O mờ thích nghi ln ổn định CĐBX tăng giảm Ngược lại dòng điện sử dụng phương pháp P&O dao động không ổn định CĐBX tăng nhanh giảm nhanh Phương pháp P&O Phương pháp P&O mờ thích nghi Hình 4.11: Điện áp ngõ mạch tăng áp Nhận xét: Hình 4.11 trình bày điện áp ngõ mạch tăng áp CĐBX thay đổi theo thực tế Qua kết ta thấy dù CĐBX thay đổi điện áp ngõ mạch tăng áp giữ ổn định Kết luận: Từ kết ta thấy hệ thống làm việc tương đối ổn định với hai phương pháp nhiên phương pháp P&O mờ thích nghi có số ưu điểm vượt trội so với phương pháp P&O kinh điển như: thời gian đáp ứng hệ thống sử dụng phương pháp P&O mờ thích nghi (0.03s) nhanh phương pháp P&O (0.07s) hệ thống đáp gần lúc CĐBX tăng với độ dao động ổn định quanh điểm MPP Quá trình xạ giảm hệ thống làm việc ổn định Sự chênh lệch công suất nhỏ Độ dao động điện áp thấp CĐBX thay đổi 4.3 Trường hợp xạ thực tế Để đánh giá xác hiệu suất làm việc độ ổn định tính xác hệ thống ta tiến hành mơ hệ thống cường độ xạ thay đổi theo thực tế nhiệt độ không đổi T = 25 °C Từ số liệu Bảng 3.1 ta vẽ lại đường cong xạ thực tế trình bày Hình 4.12 bên Hình 4.12: Bức xạ thay đổi theo thực tế Phương pháp P&O Phương pháp P&O mờ thích nghi Hình 4.13: Cơng suất ngõ pin Từ kết mô ta thu công suất mô sử dụng hai phương pháp P&O P&O mờ thích nghi so với công suất thực đo từ hệ thống trình bày bảng bên dưới: Bảng 4.1: Cơng suất theo xạ thực tế Cường độ xạ (W/m2) 283 242 200 246 263 265 271 275 296 294 417 385 396 391 386 P&O (W) 1494 1236 1009 1228 1346 1354 1362 1396 1487 1479 2139 1965 2028 1974 1971 P&O mờ (W) 1452 1228 1129 1260 1337 1345 1379 1419 1520 1512 2128 1952 2018 1998 1963 Công suất thực tế (W) 1448 1221 1123 1251 1331 1342 1374 1410 1512 1502 2123 1945 2011 1993 1960 Nhận xét: Hình 4.13 trình bày cơng suất ngõ PMT CĐBX thay đổi theo thực tế Ta thấy công suất ngõ pin sử dụng phương pháp P&O mờ thích nghi ổn định (khơng có gợn sóng) phương pháp P&O, giá trị công suất mô gần với số liệu thực tế với độ chênh lệch không ±10 W, hệ thống làm việc ổn định CĐBX xuống thấp Phương pháp P&O Phương pháp P&O mờ thích nghi Hình 4.14: Điện áp ngõ pin Nhận xét Hình 4.14 trình bày điện áp ngõ pin sử dụng hai phương pháp P&O P&O mờ thích nghi với điều kiện CĐBX đổi theo thực tế Qua kết ta thấy phương pháp P&O CĐBX thay đổi điện áp dao động dẫn đến gợn sóng hình với độ dao động điện áp ± 3V, đường cong sử dụng thuật tốn P&O thích nghi đường thẳng, hệ thống ổn định CĐBX tăng giảm Phương pháp P&O mờ thích nghi Hình 4.15: Dịng điện ngõ pin Nhận xét: Hình 4.15 trình bày dịng điện ngõ pin CĐBX thay đổi theo lý thuyết Ta thấy đường cong dòng điện sử dụng thuật tốn P&O có gợn sóng CĐBX giảm, cịn hệ thống dùng thuật tốn P&O mờ thích nghi tương đối ổn định CĐBX xuống thấp Phương pháp P&O mờ thích nghi Hình 4.16: Điện áp ngõ mạch tăng áp Nhận xét: Hình 4.16 trình bày điện áp ngõ mạch tăng áp CĐBX thay đổi theo thực tế Qua kết ta thấy dù CĐBX thay đổi liên tục điện áp mạch tăng áp giữ ổn định Kết luận: Từ kết ta thấy với điều kiện CĐBX thực tế phương P&O mờ thích nghi làm việc ổn định phương pháp P&O kinh điển Khi mô phương pháp P&O mờ thích nghi cơng suất mơ cơng suất từ số liệu thực tế gần (công suất mô công suất thực tế chênh lệch không ± 10W) Đối với phương pháp P&O kinh điển thay đổi CĐBX theo thực tế hệ thống làm việc tương đối ổn định, nhiên dao động điện áp lớn dẫn đến chênh lệch công suất mô so sánh với cơng suất thực tế chênh lệch cao (công suất mô công suất thực tế chênh lệch ± 30W) Nguyên nhân gây chênh lệch mô phần mềm ta sử dụng linh kiện bán dẫn điều kiện lý tưởng với với hiệu suất cao đo đạt thực tế có chênh lệch hao phí linh kiện điện tử cơng suất 4.4 Kết luận chung Từ kết mơ với trường hợp kết luận hệ thống làm việc tương đối ổn định với hai phương pháp P&O P&O mờ thích nghi Tuy nhiên điều kiện môi trường thay đổi CĐBX thay đổi ngẫu nhiên CĐBX thay đổi theo thực tế phương pháp P&O thích nghi lại phát huy ưu điểm vượt trội so với phương pháp P&O kinh điển như: khả đáp ứng hệ thống sử dụng phương pháp P&O mờ thích nghi (0.03s) nhanh phương pháp P&O (0.07s) hệ thống đáp gần lúc cường độ xạ tăng với độ dao động ổn định quanh điểm MPP Sự chênh lệch công suất mô công suất thực tế thu nhỏ, độ dao động điện áp thấp CĐBX thay đổi Chương 5: Kết luận kiến nghị CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 5.1 Kết luận Sau thời gian 15 tuần nghiên cứu tìm hiểu, em hoàn thành luận văn với đề tài “Khảo sát mô hệ thống điện mặt trời Thư viện Khoa Cơng Nghệ” Luận văn trình chi tiết cấu tạo hệ thống điện mặt trời Thư viện Khoa Công Nghệ với thành phần pin, chuyển đổi DC/AC (Inverter), điều khiển trung tâm Qua em hiểu biết thêm kiến thức điện mặt trời như: - Cấu trúc hệ thống điện mặt trời thực tế so với lý thuyết - Phương pháp điều khiển tìm điểm công suất cực đại - Mô hệ thống kiểm chứng phần mềm Matlab Simulink Mô thực trường hợp cường độ xạ điều kiện tiêu chuẩn, cường độ xạ thay đổi ngẫu nhiên cường độ xạ thực tế tương ứng với điều kiện vận hành hệ thống điện Mặt Trời thực tế Kết mơ hệ thống hoạt động tốt điều kiện vận hành thay đổi thời tiết ngày nhiều nắng ngày nhiều mây Phương pháp điều khiển MPPT với thuật toán P&O mờ thích nghi giúp hệ thống làm việc tốt với ưu điểm vượt trội so với phương pháp P&O kinh điển như: độ ổn định cao điều kiện xạ thay đổi, thời gian đáp ứng nhanh, độ dao động điện áp công suất ngõ pin thấp, chênh lệch công suất mô công suất thực tế thu nhỏ Thơng qua giúp em có nhìn rõ nét việc học tập lý thuyết thực tế 5.2 Kiến nghị Mặc dù hồn thành luận văn kiến thức cịn hạn chế, thời gian không cho phép nên đề tài cịn nhiều thiếu sót Luận văn mơ phần hệ thống nên chưa thấy chi tiết hệ thống điện mặt trời Thư viện Khoa tiền đề cho nghiên cứu Bộ môn nên đầu tư trang bị thêm thiết bị đo đếm cường độ xạ để sinh viên thực đo thực tế điểm lắp đặt hệ thống Từ đótán đề suất hướng nghiên tác bảo độngvệ nguồn lượng phân lưới điện để cứu có biện pháp khắc phục kịpnăng thời SVTH:Trần Văn Khang 66 Tài liệu tham khảo TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] Hoàng Dương Hùng (2006), “Năng lượng mặt trời lý thuyết ứng dụng”, NXB Đại học quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh [2] Đặng Đình Thống (2005), “Pin mặt trời ứng dụng””, NXB Khoa học kỹ thuật [3] Nguyễn Trọng Thắng, Trần Thế San (2005), “Sổ tay điện mặt trời””, NXB Khoa học kỹ thuật [4] Nguyễn Văn Nhờ (2008), “Giáo trình Điện tử cơng suất 1”, NXB Đại học quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh Tiếng Anh [5] Ashwin Chandwani, Abhay Kothari, IEEE (2016), “Simulation and Implementation of Maximum Power Point Tracking (MPPT) for Solar based Renewable Systems”, pp 539-544 [6] M.A.A.Mohd Zainuri, M.A.Mohd Radzi, Azura Che Soh , IEEE (December 2012), “Adaptive P&O-Fuzzy ControlMPPTfor PVBoost DC-DC Converter” [7] H Bounechba, A Bouzid, K Nabti and H Benalla , IEEE (2014), “Comparison of Perturb & Observe and Fuzzy logic in maximum power point tracker for PV systems” SVTH:Trần Văn Khang 67 ... 40 Chương 3: Khảo sát mô hệ thống CHƯƠNG KHẢO SÁT VÀ MÔ PHỎNG HỆ THỐNG 3.1 Khảo sát hệ thống Hệ thống điện Mặt Trời thư viện khoa Cơng Nghệ có tổng công suất 15kW, thiết kế theo hệ thống GTS (Grid... thống điện mặt trời Trong thực tế hệ thống điện lượng mặt trời có hai loại hệ thống điện mặt trời độc lập, hệ thống điện mặt trời nối lưới SVTH:Trần Văn Khang viii 1.1.1.1 Hệ thống điện mặt trời. .. thống điện Mặt Trời thư viện khoa Công Nghệ 3.1.1 Hệ thống Solar cell Hệ thống Panel trời có thư viện khoa Công Nghệ sử dụng tấmMặt Solar RS-P630-250W Đỏ (Red phân phối Công tysau: cổ phần lượng Trời