Nghiên cứu giải thuật tìm điểm cực đại của pin năng lượng bằng PID

TÓM TẮT LUẬN VĂN Song song với nguồn lượng gió, lượng mặt trời nguồn lượng trở thành nguồn lượng phổ biến thay lượng truyền thống nguồn lượng từ Pin lượng mặt trời Tuy nhiên, hạn chế lớn hệ thống quang điện (PV) có hiệu suất thấp vơ hiệu hóa vào ban đêm thời gian nắng yếu điều kiện bị bóng che Chi phí vốn ban đầu cao vấn đề hạn chế phổ biến hệ thống Pin lượng Để nâng cao cơng suất giảm chi phí bắt buộc nguồn PV phải hoạt động điểm công suất tối đa công suất tối đa trích xuất Điều khiển tìm điểm cực đại Pin lượng PID thiết bị có khả điều chỉnh thơng số điều kiện đầu vào để ổn định nguồn ngõ Pin lượng thơng qua ổn định điện áp dịng điện nguồn biến đổi theo yêu cầu người sử dụng Đã có nhiều giải thuật thực tìm điểm cực đại Pin lượng nhiên giải thuật có ưu điểm hạn chế riêng Luận văn nghiên cứu việc tìm giải thuật Pin lượng phương pháp điều khiển PID Bộ dò điểm cực đại Pin lượng điều khiển giải thuật thông qua điều khiển PID nhằm tăng thời gian đáp ứng dò so với giải thuật truyền thống trước đây, hạn chế hư hỏng Ac-quy, trì nguồn điện làm việc ổn định điều kiện thời tiết thay đổi Nội dung luận văn trình bày vấn đề: - Nghiên cứu sở lý thuyết lượng mặt trời biến đổi lượng - Nghiên cứu giải thuật PID tìm điểm cực đại PID - Nghiên cứu mơ - Thực nghiệm từ mơ hình thực tế xiii ABSTRACT Besides the wind energy, solar energy is a clean energy source and has become the most popular energy source today replacing the traditional energy that is the source of energy from solar batteries However, a limitation of photovoltaic (PV) systems is inefficient and ineffective at night or during low sunshine or shaded conditions The high initial capital cost is also a problem limiting the popularity of the battery system To improve capacity and reduce the required cost, PV power must operate at maximum power point so that maximum power can be extracted Controlling to find the peak point of the PID battery is a device capable of adjusting the input conditions to stabilize the output of the battery through voltage and current stabilization so that the source transformed as the user requirements There are many algorithms to find the peak point of the battery power but each algorithm has its own advantages and disadvantages This thesis investigates the discovery an algorithm of battery power by PID control The battery's peak point detector is controlled by an algorithm through a PID controller to increase the detector response time as compared to traditional algorithms, limiting the damage of accumulator, maintain stable power supply in changing weather conditions The main content of the thesis presents the issues: - Research theoretical basics of solar energy and energy converters - Research the PID algorithm to find the peak point of PID - Research and simulation - Experiment from the actual model xiv MỤC LỤC Trang tựa TRANG QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI ii LÝ LỊCH KHOA HỌC ix LỜI CAM ĐOAN xi LỜI CẢM ƠN xii TÓM TẮT LUẬN VĂN xiii MỤC LỤC xv DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT xviii DANH SÁCH CÁC HÌNH xix DANH SÁCH CÁC BẢNG xxi CHƯƠNG I TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan chung lĩnh vực nghiên cứu 1.1.1 Tổng quan chung lĩnh vực nghiên cứu 1.1.2 Các kết nghiên cứu có liên quan 1.2 Mục tiêu đề tài 1.3 Nhiệm vụ giới hạn đề tài 1.4 Phương pháp nghiên cứu 1.5 Tính đề tài 1.6 Giá trị thực tiễn đề tài 1.7 Nội dung đề tài CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI VÀ CÁC BỘ BIẾN ĐỔI NĂNG LƯỢNG 2.1 Công nghệ điện mặt trời 2.1.1 Công nghệ nhiệt mặt trời nhiệt độ thấp 2.1.2 Công nghệ nhiệt mặt trời nhiệt độ cao 2.2 Hệ thống pin mặt trời 10 2.2.1 Thành phần lưu trữ lượng 10 2.2.2 Các biến đổi bán dẫn hệ thống Pin mặt trời làm việc độc lập 11 2.3 Bộ biến đổi DC/DC 13 2.3.1 Mạch Buck 14 2.3.2 Mạch Boost 16 2.3.3 Mạch Buck – Boost: 17 2.3.4 Mạch Cúk 18 2.3.5 Điều khiển biến đổi DC/DC 21 2.3.5.1 Mạch vòng điện áp phản hồi 21 xv 2.3.5.2 Phương pháp điều khiển phản hồi công suất 21 2.4 Bộ biến đổi DC/AC 22 2.5 Mơ hình tốn pin mặt trời 24 2.6 Điểm làm việc cực đại pin mặt trời 27 2.7 Nguyên lý dung hợp tải 31 2.8 Thuật tốn xác định điểm làm việc có cơng suất lớn MPPT 32 2.8.1 Phương pháp điều khiển PI 34 2.8.1 Phương pháp điều khiển trực tiếp 34 2.8.1 Phương pháp điều khiển đo trực tiếp tín hiệu ( dùng thuật toán P&O) 36 2.8.1 Phương pháp dùng giải thuật điện dẫn gia tăng (INC) 39 2.9 Phân tích giải thuật 42 CHƯƠNG III BỘ ĐIỀU KHIỂN PID 45 3.1 Bộ điều khiển PID: 45 3.1.1 Khâu P 46 3.1.2 Khâu I 47 3.1.3 Khâu D 48 3.1.4 Tổng hợp ba khâu – Bộ điều khiển PID 49 CHƯƠNG MÔ PHỎNG HỆ THỐNG PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI SỬ DỤNG BỘ ĐIỀU KHIỂN PID 50 4.1 Các hệ số toán học PV Cell 50 4.2 Các phương trình tốn học 51 4.3 Mơ hình Pin mặt trời 51 4.4 Mô hình mơ hệ thống pin lượng mặt trời 55 4.5 Phương pháp điều khiển tìm điểm cực đại 57 4.5.1 Lưu đồ giải thuật tìm điểm cực đại 57 4.5.2 Khi điện trở nối tiếp Rs thay đổi 58 4.5.3 Khi Is thay đổi 58 4.5.4 Khi thay đổi nhiệt độ T 59 CHƯƠNG TÍNH TOÁN THỰC NGHIỆM HỆ THỐNG PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI 69 5.1 Thực nghiệm mơ hình hệ thống Pin lượng mặt trời 69 5.1.1 Sơ đồ thiết kế 71 5.1.2 Mạch Inverter 71 5.1.3 Hình ảnh mơ mạch Inverter (hình 3D) 73 5.1.4 Mạch sạc Ắc - quy cảm biến ánh sáng 73 5.1.5 Tải đèn đường (tải AC) 75 5.1.6 Nguyên lý vận hành hệ thống 76 5.2 So sánh điện NLMT điện lưới 77 5.3 Tính chọn cơng suất mạch Inverter Ắc - quy phù hợp với tải 78 xvi CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 80 6.1 Kết luận: 80 6.2 Hướng phát triển đề tài 80 xvii DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT - PV (Photovoltaic): Pin quang điện, biến quang thành điện - MPP (Maximum Power Point): Điểm công suất cực đại - MPPT (Maximum Power Point Tracking): Dị tìm điểm cơng suất cực đại - Hệ MPPT: Ứng dụng điều khiển cho pin quang điện photovoltaic (PV) - P&O (Perturb & Observe): Thuật toán quan sát nhiễu loạn (biến đổi để đạt đến điểm cực đại), gọi phương pháp “Hill climbing: Leo đồi” - IncCond (Incremental Conductance): Thuật toán độ dẫn - AC (Alternating Current): Dòng điện xoay chiều - DC (Direct Current): Dòng điện chiều - PD (Proportional Integral Derivative): Điều khiển tỉ lệ vi phân - PI (Proportional Integral Derivative): Điều khiển tỉ lệ tích phân - PID (Proportional Integral Derivative): Điều khiển tỉ lệ tích phân vi phân xviii DANH SÁCH CÁC HÌNH HÌNH TRANG Hình 1.1: Đặc tính cơng suất phụ thuộc vào điện áp đầu Hình 2.1:Hộp thu lượng mặt trời hiệu ứng nhà kính Hình 2.2 :Nhà máy nhiệt điện mặt trời sử dụng đĩa parapol Hình 2.3: Nhà máy nhiệt điện mặt trời sử máng parapol 10 Hình 2.4: Sơ đồ khối hệ quang điện làm việc độc lập 10 Hình 2.5: Biểu đồ so sánh điều khiển sạc thông thường 12 điều khiển sạc điều khiển MPP 12 Hình 2.6: Sơ đồ khối xử lý công suất 13 Hình 2.7: Sơ đồ nguyên lý giảm áp Buck 14 Hình 2.8: Dạng sóng điện áp dòng điện mạch Buck 15 Hình 2.9: Sơ đồ nguyên lý mạch Boost 16 Hình 2.10: Dạng sóng dịng điện mạch Boost 17 Hình 2.11: Sơ đồ nguyên lý mạch Buck – Boost 17 Hình 2.12: Sơ đồ nguyên lý biến đổi Cúk 18 Hình 2.13: Sơ đồ mạch Cúk khoá SW mở thơng dịng 19 Hình 2.14: Sơ đồ mạch Cúk khố SW đóng 19 Hình 2.15: Mạch vòng điều khiển điện áp 21 Hình 2.16: Mạch vịng dòng điện phản hồi 22 Hình 2.17: Bộ biến đổi DC/AC1 pha dạng nửa cầu 22 Hình 2.18: Bộ biến đổi DC/AC1 pha dạng hình cầu 23 Hình 2.19: Sơ đồ cấu trúc nghịch lưu kiểu Full-bridge 23 Hình 2.20: Sơ đồ cấu trúc nghịch lưu kiểu Half-bridge 24 Hình 2.21: Mạch điện tương đương pin mặt trời 24 Hình 2.22: Mơ hình pin mặt trời lý tưởng 25 Hình 2.23: Mơ đun pin mặt trời 26 Hình 2.24: Đặc tuyến I-V với xạ khác 27 Hình 2.25: Đặc tuyến P-V với xạ khác 27 Hình 2.26: Đặc tuyến I-V, P-V pin lượng với điểm cơng suất cực đại 28 Hình 2.27: Sơ đồ khối hệ thống MPPT tiêu biểu 29 Hình 2.28: Sơ đồ pin mặt trời mắc trực tiếp với 30 Hình 2.29: Đường đặc tính làm việc pin tải trở 30 có giá trị điện trở thay đổi 30 Hình 2.30: Tổng trở vào Rin điều chỉnh D 32 Hình 2.31: Đường đặc tính làm việc Pin cường độ xạ thay đổi mức nhiệt độ 33 Hình 2.32: Đặc tính làm việc I – V pin nhiệt độ thay đổi mức cường độ xạ 33 Hình 2.33: Sơ đồ khối phương pháp điều khiển MPPT sử dụng bù PI 34 Hình 2.34 : Sơ đồ khối phương pháp điều khiển trực tiếp MPPT 35 Hình 2.35: Mối quan hệ tổng trở vào mạch Boost hệ số làm việc D 35 Hình 2.36: Đặc tính pin mặt trời 36 xix Hình 2.37: Giải thuật P&O 37 Hình 2.38: Phương pháp điều khiển trực tiếp từ điểm cực đại thể 38 Hình 2.39: Phương pháp điện dẫn gia tăng 39 Hình 3.1– Sơ đồ hệ thống điều khiển dùng PID 45 Hình 3.2 Đáp ứng khâu P 47 Hình 3.3: Đáp ứng khâu I PI 48 Hình 3.5 - Sơ đồ khối điều khiển PID lý tưởng 49 Hình 4.1: Mơ hình Pin mặt trời xây dựng Matlab/Simulink 52 Hình 4.2: Mơ hình Pin mặt trời thu gọn 53 Hình 4.3: Mơ hình Pin mặt trời dạng vật lý 53 Hình 4.4: Mơ hình Pin mặt trời dạng vật lý nối tải 54 Hình 4.5 Các thơng số đầu vào pin mặt trời 55 Hình 4.6: Mơ hình hệ thống pin lượng mặt trời có điều khiển PID 56 Hình 4.7: Lưu đồ giải thuật tìm điểm cực đại PID 57 Hình 4.8: Đặc tuyến I-V, P-V thay đổi Rs 58 Hình 4.9: Đặc tuyến I-V P-V Is thay đổi 59 Hình 4.10: Đặc tuyến I-V P-V T thay đổi 60 Hình 4.11: Độ rọi thay đổi ngẫu nhiên thời gian 1s 61 Hình 4.12: Dịng điện MPP PV 61 Hình 4.13: Điện áp PV so sánh với giải thuật P&O 62 Hình 4.16: Độ rọi thay đổi ngẫu nhiên, ổn định khoảng thời gian 63 Hình 4.17: Đường đặc tính điện áp Pin lượng mặt trời sử dụng PID khơng có PID 64 Hình 4.18: Đường đặc tính dịng điện Pin mặt trời sử dụng PID khơng có PID 65 Hình 4.19: Điện áp Pin thay đổi nhiệt độ 65 Hình 4.20: Dòng điện thu từ PV 66 Hình 4.21: Điện áp thu từ PV 66 Hình 4.22: Dòng điện nạp vào Ắc - quy 67 Hình 5.1: Sơ đồ thiết kế mơ hình 71 Hình 5.2 : Sơ đồ nguyên lý mạch Inverter 72 Hình 5.4: Sơ đồ nguyên lý mạch nạp ắc-qui cảm biến ánh sáng 73 Hình 5.3: Hình ảnh mô mạch inverter 73 Hình 5.5: Mạch sạc ắc-qui cảm biến ánh sáng 75 Hình 5.5: Các nút nhấn điều khiển tay mạch 76 xx DANH SÁCH CÁC BẢNG BẢNG TRANG o Bảng 4.1 Thông số pin mặt trời thương mại MSX 60 kW/m , 25 C 54 Bảng 4.2: Giá trị Vm, Pm Rs thay đổi 58 Bảng 4.3: Giá trị Vm, Pm Is thay đổi 59 Bảng 4.4: Giá trị Vm, Pm T thay đổi 60 Bảng 5.1: Các thông số thiết kế mô hình 69 Bảng 5.2: So sánh điện NLMT điện lưới 77 Bảng 5.3: Tham khảo công suất số thiết bị thông dụng 79 xxi CHƯƠNG I TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan chung lĩnh vực nghiên cứu 1.1.1 Tổng quan chung lĩnh vực nghiên cứu Các nguồn lượng lớn chủ yếu có nguồn gốc lượng hóa thạch ln có xu hướng gây ô nhiễm môi trường, cạn kiệt dần làm cho trái đất ấm dần lên làm ảnh hưởng đến mơi trường sinh thái Việc tìm nguồn lượng sạch, vô tận ưu tiên hàng đầu Năng lượng mặt trời, lượng gió thỏa mãn yêu cầu trên, có cơng suất khơng lớn giá thành cịn q đắt [1] Việc nghiên cứu sử dụng lượng mặt trời hướng phát triển nhiều ý tính ưu việt như: ln có sẵn, siêu gần vơ tận, nhiên sử dụng cách hiệu vấn đề ln quan tâm, năm gần hoạt động nghiên cứu lượng tái tạo nói chung lượng mặt trời nói riêng nước ta triển mạnh mẽ rộng khắp Bên cạnh có nhiều thách thức liên quan đến sử dụng lượng mặt trời, đặc biệt quan tâm đến giá thành hiệu suất chuyển đổi lượng pin mặt trời, chi phí đầu tư pin lượng mặt trời Tuy nhiên nhu cầu điều kiện vị trí địa lý (đặc biệt vùng hải đảo Kiên Giang) nên nguồn lượng mặt trời sử dụng nhiều, cần thiết cải thiện hiệu suất phương pháp sử dụng pin lượng mặt trời thơng qua việc dị cơng suất cực đảm bảo pin lượng mặt trời vận hành điều kiện tối ưu công suất pin đạt giá trị cực đại nội dung tác giả đề tài nghiên cứu Pin lượng mặt trời hay Pin mặt trời hay pin quang điện phần tử bán dẫn có chứa bề mặt số lượng lớn cảm biến ánh sáng điốt quang, thực biến đổi lượng ánh sáng thành lượng điện Sự chuyển đổi thực theo hiệu ứng quang điện [1] Từ hình 4.19 ta thấy điện áp ngõ ln đạt giá trị cực đại có thuật tốn PID Vì vậy, hiệu suất nạp vào Ắc-qui sạc nâng cao Hình 4.22 cho thấy dòng điện nạp Ắc-qui giảm nạp đầy Mặc dù thực tế thời gian nạp lâu nhiều phần mô tác giả cho Ắc- qui nạp từ giá trị 90% thời gian biểu thị khoảng 0,2s Bên cạnh đó, với đặc tính V-I có hình 4.22, ta nhận thấy đặc tính phù hợp với đặc tính làm việc chế độ bình thường Ắc-qui ta nhận thấy đặc tính phù hợp với đặc tính làm việc chế độ bình thường Ắc- qui 68 CHƯƠNG TÍNH TỐN THỰC NGHIỆM HỆ THỐNG PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI Xác định tính hiệu kinh tế hệ thống Pin lượng mặt trời cần phải nghiên cứu xem giá trị kinh tế, giá trị lợi ích yếu tố mơi trường việc cần tìm hiểu liệu sử dụng hệ thống điện mặt trời có mang lại lợi ích kinh tế khơng, hay đơn có lợi cho mơi trường Trên sở nghiên cứu mơ thử nghiệm sau: 5.1 Thực nghiệm mơ hình hệ thống Pin lượng mặt trời Bảng 5.1: Các thơng số thiết kế mơ hình Thành Thơng số kỹ thuật phần Ghi Công suất: 100W Quang thông: 110-130Lm Điện áp đầu vào: 219 -223 V Nhiệt độ màu: Trắng :5500K~6500K Góc chiếu:120° Đèn đường LED Thơng số sản Nhiệt độ làm việc:-30°C~+50°C Vật liệu vỏ: Nhôm màu bạc, kính chịu lực phẩm nhà sản xuất Nhiệt độ làm việc trời: ≤55° Tiêu chuẩn chống nước:IP65 Trọng lượng: 1,4 kg Kích thước: L682*W308*H110mm Tấm pin Cơng suất: Poly solar panel 110W/17.5V x mặt trời Độ bền: 20-25 năm Thông số sản phẩm nhà 69 Trọng lượng: 14,5 kg/tấm sản xuất Kích thước: 52x126x6 cm Pin chì dung dịch axit: 100AH/12V Ắc-quy chuyên dùng hệ thống NLMT Ắc - qui Độ bền: 3-5 năm Thông số sản phẩm nhà Kích thước: 35x20x25 cm sản xuất Trọng lượng: 36kg Tắt mở tự động, điều khiển ánh sáng, điều khiển tay Bảo vệ pin, tự ngắt sạc Bộ sạc cảm biến Khi Pin sạc, hệ thống điều chỉnh điến áp vào tự sạc Nguyên lý ánh sáng Chức xả lượng tự động tự sạc pin 12V/10A Chức điều chỉnh nhiệt độ thiết kế Ngăn chặn sạc pin sử dụng pin mặt trời Chống tắt tự động tải Áp vào 12 – 18VDC Inverter Điện áp ngõ 12 – 15VAC Nguyên lý thiết kế Dạng sóng: sin chuẩn Điện áp/ dịng điện sơ cấp 12VAC/10A Biến áp Điện áp/ dòng điện thứ cấp 215 – 223V/2A Nguyên lý thiết kế Chiều cao cột: 5,5m , có tay vươn đèn Cột đèn thép Gía đỡ pin Năng lượng mặt trời Thiết kế theo yêu cầu Cáp điện lõi tròn 3,5mm Thời gian làm việc 8-12 giờ/ngày, sạc đầy lượng, Bình Ắc quy sạc đầy điện, sử dụng 2-3 ngày mưa 70 Dự kiến thực nghiệm 5.1.1 Sơ đồ thiết kế Hình 5.1: Sơ đồ thiết kế mơ hình 5.1.2 Mạch Inverter Bộ nghịch lưu (Inverter) Là biến đổi từ điện chiều (DC) thành điện xoay chiều (AC) - 220V/50Hz Với công nghệ Switching tiên tiến Nguồn chiều thường từ Ắc - quy 12V, 24V, 48V… Có hai dịng sản phẩm với nhiều mức cơng suất theo u cầu sử dụng: - Dạng sóng Sin mô (modified sine wave): Với đặc điểm giá rẻ, nhỏ gọn Thường dùng cho thiết bị như: Máy vi tính, đèn compact, TV, đầu máy DVD, CD, MP3… nhiên không dùng với thiết bị có tính cảm kháng quạt, motor… - Dạng sóng Sin thực(True/Pure sine wave): Với đặc điểm dạng sóng hồn tồn giống điện lưới Dịng sản phẩm cho phép sử dụng tốt với tất thiết bị điện.Tuy nhiên giá thành cao so với dạng Sin mô Sơ đồ nguyên lý mạch Inverter 71 Hình 5.2 : Sơ đồ nguyên lý mạch Inverter Linh kiện mạch:  IC PIC16F684, IC 4081, IC IR2101,  Transitor hiệu ứng trường (mosfet) IRF3205  Đi ốt 1N4007  Điện trở: 100 Ohm  Tụ khơng phân cực 225/400VAC  Tụ hóa 10u/35VDC  Biến áp 8VAC/220VAC cơng suất 200W 72 5.1.3 Hình ảnh mơ mạch Inverter (hình 3D) Hình 5.3: Hình ảnh mô mạch inverter 5.1.4 Mạch sạc Ắc - quy cảm biến ánh sáng Hình 5.4: Sơ đồ nguyên lý mạch nạp ắc-qui cảm biến ánh sáng 73 Khi trời sáng LDR dẫn làm cho Q1 dẫn kép áp phân cực Q2 xuống mức thấp làm Q2 ngưng dẫn, lúc relay RL1 không hút tiếp điểm thường đóng RL1 cấp nguồn cho mạch sạc Khi trời tối LDR ngưng dẫn làm Q1 ngưng, Q2 phân cực thuận dẫn làm RL1 hút tiếp điểm cấp nguồn cho mạch sạt ngắt tiếp điểm cấp nguồn điều khiển Inverter đóng lại Nguyên lý hoạt động: dược cấp nguồn cho mạch PIC 12F857 dò áp Ắc - quy qua cầu phân áp gồm điện trở 47K 8K2, áp Ắc - quy 20V, PIC12F857 phát mức cao làm Q3 dẫn, lúc Relay đóng lại dẫn nuồn nạp từ Pin vào Ắc - quy Do điện áp từ pin NLMT khơng ổn định nên có điều khiển PID điều khiển cho dò áp MPP áp sau đóng relay điện áp chênh lệch nhỏ 1V relay ngắt, áp lệch lớn 1V IC giữ cố định relay để tận dụng dòng nạp tối đa Khi Ắc - quy đầy, IC dò áp dao động khoảng 21 V relay RL1 ngắt trình nạp Các đèn led D2,D3,D4 hiển thị trạng thái Ắc – quy, D1 sáng báo Ắc - quy cạn, D2 sáng báo Ắc - quy mức trung bình cho phép tải sử dụng nạp tiếp D3 sáng báo Ắc - quy đầy, ngưng nạp 74 Hình ảnh mơ mạch (hình 3D) Hình 5.5: Mạch sạc ắc-qui cảm biến ánh sáng 5.1.5 Tải đèn đường (tải AC) Nghiên cứu chọn đèn đường led để sử dụng hệ thống vì: - Đèn led đáp ứng nhanh, khơng có q trình q độ - Tiết kiệm điện 70%-80% - Tuổi thọ cao đến 50,000h sử dụng (nếu chiếu sáng liên tục 8h/ngày, đèn dùng đến 17 năm…tùy điều kiện sử dụng cho hiệu khác nhau) - Có thể phát sáng điều kiện nhiệt độ lạnh - Chất lượng ánh sáng tốt, hiệu suất phát sáng cao - Mẫu mã đẹp, trang trọng - Bảo vệ môi trường 75 5.1.6 Nguyên lý vận hành hệ thống Hệ thống chiếu sáng dùng lượng mặt trời sử dụng điều khiển tự động tay Khi ánh sáng vừa đủ để pin lượng tạo điện áp dòng điện phù hợp (lớn ngưỡng điều chỉnh mạch nạp) Mạch nạp tư động đóng rơle cấp điện áp từ pin xuống nạp đầy cho Ắc - quy, Ắc - quy đầy điện áp cao giá trị cài đặt IC mạch, mạch nạp điều khiển không cho nạp thêm tránh hư hỏng Ắc - quy Khi hết ánh sáng mặt trời (chiều, tối) cảm biến ánh sáng (CDS) nhận biết thơng báo lệnh kích hoạt cho mạch Inverter hoạt động lấy nguồn chiều từ Ắc - quy nghịch lưu để tạo áp xoay chiều 24V Dòng điện đưa vào máy biến áp với thứ cấp 220V cấp vào tải đèn đường Led 100W, mạch hoạt động ổn định đến trời sáng, trình nạp Ắc - quy tiếp tục Hệ thống dự phịng chế độ điều khiển tay (khơng tự động), người sử dụng bật - tắt mạch nạp Ắc - quy hay đèn (tải) công tắc thiết kế mạch Tuy nhiên, không nên lạm dụng chế độ ép Ắc - quy nạp q đầy làm cạn kiệt Ắc - quy đèn hoạt động lâu dẫn tới hư hỏng Ắc - quy hệ thống chế độ điều khiển tay sử dụng trường hơp cần ép buộc đèn sáng để tham quan, đo kiểm tra, học tập học sinh sinh viên Công tắc OFF Công tắc ON Hình 5.5: Các nút nhấn điều khiển tay mạch 76 5.2 So sánh điện NLMT điện lưới Bảng 5.2: So sánh điện NLMT điện lưới STT Nội dung HT điện NLMT độc lập HT điện lưới Thành phần hệ Tấm pin NLMT- Bộ sạc; Nhà máy điện, lưới thống Ắc quy; Bộ nghịch lưu điện, trạm biến áp… Hiệu tiết Cao, không sử dụng nguồn kiệm lượng bên Giá thành đầu tư Chi phí cao Ắc Quy giới hạn tải tiêu thụ Phải cân điện sản xuất điện nưng tiêu thụ Chi phí thấp Khơng giới hạn tải tiêu thụ Thấp nguồn điện bị hạn chế công suất Ắc4 Hiệu kinh tế quy có giá thành cao ½ hệ Phải trả tiền điện thống phải thay hàng tháng sau năm, nhiên đầu tư lần Thời gian hồn vốn Dài – thấp Thích hợp cho nơi, Ứng dụng thuận tiện cho vùng chưa có điện lưới 10 Dự phịng cố điện Không lo cố điện Chi phí bảo trì- bảo Cao - Ắc quy mau hỏng dưỡng khơng nạp đầy Tính ổn định An tồn Khơng có Thích hợp cho thuận tiện vị trí địa lý Thấp Trung bình Bộ điều khiển PID Cao An tồn điện cao Có nhiều cố 77 5.3 Tính chọn cơng suất mạch Inverter Ắc - quy phù hợp với tải Khi chọn chuyển điện Ắc - quy sử dụng cho hệ thống điện lượng mặt trời (hoặc hệ thống lưu điện dự phòng), bạn cần phải cân nhắc kỹ yếu tố sau đây: dung lượng Ắc - quy, thời gian cần sử dụng tổng cơng suất tồn tải Các bước cơng thức tính thường sử dụng để tính tốn sau: Bước 1: Tính tổng cơng suất sử dụng thực tế, bạn tham khảo bảng tham khảo công suất sô thiết bị thơng dụng gia đình bảng Bước 2: Tính cơng suất chuyển điện, thiêt bị sử dụng gồm toàn thiêt bị điện tử có dịng khởi động nhỏ hình LCD, máy tính, TV, đèn, quạt cơng suất chuyển điện nên lớn 1,5 lần tổng công suất thực tế tính bước Nếu thiết bị có dịng khởi động lớn máy lạnh, tủ lạnh, máy in Laser, máy bơm cơng suất Inverter tối thiểu phải gấp lần tổng công suất, số lượng thiết bị loại nhiều cần gấp 2,5 lần tổng công suất Bước 3: Xác định thời gian sử dụng hệ thống, nên tính tốn thời gian sử dụng thật hợp lý chi phí đầu tư cho 1Kwh sử dụng điện ngày cho hệ thống điện lượng mặt trời không nhỏ Bước 4: Áp dụng cơng thức để tính tốn công thức sau: * Tổng Công suất tiêu thụ hệ thống (W) * Hiệu điện mạch nạp bình Ắc - quy (V) * Dung lượng bình Ắc - quy (AH) * Thời gian cần có điện hệ thống (T) * Hệ số suất kích điện (pf): thường 0,7 0,8 AH = (T * W)/(V * pf) Dùng công thức để tính tổng dung lượng Ắc - quy (AH) xác định trước thời gian sử dụng hệ thống T, tổng công suất Inverter W, điện nạp V, pf = 0.7 0.8 tuỳ vào loại Inverter T = (AH * V * pf)/W 78 Dùng cơng thức để tính thời gian hoạt động T hệ thống biết tổng dung lượng Ắc - quy AH, tổng công suất Inverter W, điện nạp V, pf = 0.7 0.8 tuỳ vào loại Inverter Những thông tin giúp bạn tham khảo Inverter hay Ắc quy phù hợp với hệ thống Trên thực tế, bạn đặt mua hệ thống điện mặt trời chọn loại phù hợp với cơng suất hệ thống Bảng 5.3: Tham khảo công suất số thiết bị thông dụng 79 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 6.1 Kết luận: - Luận văn thực sử dụng điều khiển PID điều khiển dị tìm giá trị cực đại Pin lượng mặt trời - Ứng dụng điều khiển PID tính chọn thiết kế mơ hình thực nghiệm hệ thống Pin mặt trời làm việc độc lập, kết mô với trợ giúp phần mềm Matlap cho thấy: trình thực điều khiển sử dụng giải thuật PID có tính ổn định hệ thống cao phù hợp để áp dụng việc tìm điểm MPP - Các kết qủa mơ kết qủa thực tế mơ hình hệ thống điều khiển cho thấy sử dụng PID điều khiển có tính ổn định cao, đáp ứng theo tốc độ độ vọt lố thấp, đảm bảo tính ổn định hệ thống tốt với điều kiện đầu vào biến thiên 6.2 Hướng phát triển đề tài Trên sở lý thuyết kiểm chứng sau ứng dụng luận văn đề nghị tiếp tục giải vấn đề sau: - Bộ điều khiển PID gặp khó khăn việc xác định tham số điều khiển Kp; Kd; Ki Vì ta cần phải xây dựng thêm điều khiển tự động xác định điều chỉnh tham số Kp; Kd; Ki cho phù hợp với loại điều kiện định - Bộ điều khiển PID điều khiển sử dụng phổ biến không phỉa điều khiển tốt cho đối tượng, sử dụng PID tùy thuộc vào đối tượng cụ thể, Hiện số lý thuyết điều khiển đại lý thuyết mờ mạng nơ rơn đời áp dụng tốtvà điều khiển PID cần phải kết hợp với phương pháp PID mờ, PID- nơ ron nhằm cải thiện ngày tốt trình điều khiển đối tượng 80 TÀI LIỆU THAM KHẢO TIẾNG VIỆT Nguyễn Văn Nhờ, Giáo trình Điện tử cơng suất 1, Nhà xuất ĐHQG, 2002 Năng lượng mặt trời_ PGS.TS Nguyễn Bốn, TS Hoàng Dương Hùng Matlab Simulink -Thầy Nguyễn Phùng Quang Lê Chí Kiên, Trịnh Văn Phương, … “Khảo sát đặc tính làm việc Pin nhiên liệu”, luận văn tốt nghiệp thạc sỹ năm 2010 Lê Chí Kiên, Nguyễn Hoài Bảo, … “Nghiên cứu xây dựng nhà máy Pin lượng mặt trời tỉnh Ninh Thuận”, luận văn tốt nghiệp thạc sỹ năm 2013 Pin mặt trời ứng dụng – Nhà xuất khoa học kỹ thuật- PGS.TS Đặng Đình Thống Tạp chí Quốc tế Công nghệ Kỹ thuật nâng cao Website: www.ijetae.com (ISSN 2250-2459, ISO 9001: 2008 chứng nhận Journal, Tập 3, Số 9, tháng năm 2013) Tốn học Mơ hình hóa mơ kỹ thuật số PV Solar Panel sử dụng phần mềm MATLAB Hội nghị quốc tế ứng dụng Vật lý Kỹ thuật công nghiệp năm 2012 Nghiên cứu Matlab / Simulink-Dựa Maximum Power Point Tracking quang điện hệ 10 Hội nghị PV châu Á Thái Bình Dương 2012 nghiên cứu nhiệt độ phụ thuộc quang điện (PV) Hiệu hiệu ứng PV sản xuất giới TIẾNG NƯỚC NGOÀI 11 P, PD, PI, PID CONTROLLERS P, PD, PI, Sena TEMEL Semih YAĞLI Semih Goren Middle East Technical University 12 Al, D.S.e., Improved MPPT algorithms for rapidly changing eviromental conditions 2006 13 “http://en.wikipedia.org/wiki/Fuel_cell” 81 14 Antje Wörner, “Fuel Cells and Hydrogen for Airborne Applications” NWV – 7th National Hydrogen & Fuel Cell Conference December 10, 2009 15 FuelCellToday, The leading authority on fuel cells, “The Industry Review 2011”; www.fuelcelltoday.com 16 Walker, Geoff R “Evaluating MPPT converter toP&Ologies using a MATLAB PV model” Australasian Universities P&Ower Engineering Conference, AUPEC “00, Brisbane, 2000 17 Energy Efficiency and Renewable Energy (EERE), “Comparison of Fuel Cell Technologies”, February 2011 18 Enslin, John H., Mario S.Wolf, Daniel B.Snyman, & Wernher Swiegers, Integrated Photovoltaic Maximum P&Ower P&Oint Tracking Converter, IEEE Transactions on Industrial Electronics, Vol.44, No6 December 1997 19 Hydrogenics, “Power Backup”; www.hydrogenics.com 20 Roger Taylor; “Renewable Hybrid System Applications around the World”, National Renewable Energy Laboratory, August 21-22, 2001 21 Martin Howley, Emer Dennehy, Mary Holland and Dr Brian Ĩ Gallachóir, Energy Policy Statistical Support Unit “2011 Report for Energy in Ireland 1990 – 2010”; Sustainable Energy Authority of Ireland, December 2011 22 Dr Robert J Remick, NREL Center Director Hydrogen Technologies and Systems Center “Many Pathways to Renewable Hydrogen”, National Renewable Energy Laboratory, USA, February 19-21, 2008 23 “http://thefutureofthings.com/news/6700/new-catalyst-makes-efficient-fuelcells-feasible.html” 24 A photovoltaic panel model n MATLAB/SIMULINK 82 ... tài nghiên cứu - Nghiên cứu mơ hình tốn học pin lượng - Nghiên cứu đặc tuyến làm việc pin lượng - Nghiên cứu báo ứng dụng phương pháp điều khiển PID - Xây dựng mơ hình mơ Pin lượng giải thuật. .. cực đại cơng suất Pin lượng măt trời ( pin lượng) PID 1.2 Mục tiêu đề tài Đề tài tập trung nghiên cứu phương pháp tìm điểm làm việc cực đại pin mặt trời Trên đặc đặc tuyến pin mặt trời, tồn điểm. .. để thực dị tìm điểm cực đại công suất Pin lượng 2.9 Phân tích giải thuật Cả hai giải thuật P&O InC hai giải thuật đơn giản ứng dụng rộng rãi Tuy nhiên hai giải thuật dễ dàng tìm sai điểm MPP điều