TÓM tắt LUẬN văn nghiên cứu, thiết kế, chế tạo hệ thống chuyển đổi năng lượng nhằm nâng cao hiệu quả sử dụng tấm pin năng lượng mặt trời

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA BÁO CÁO TĨM TẮT ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ CẤP ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ, CHẾ TẠO HỆ THỐNG CHUYỂN ĐỔI NĂNG LƯỢNG NHẰM NÂNG CAO HIỆU QUẢ SỬ DỤNG TẤM PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI Mã số: B2016-ĐN02-08 Chủ nhiệm đề tài: TS Trịnh Trung Hiếu Đà Nẵng, 9/2019 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com DANH SÁCH THÀNH VIÊN THAM GIA STT Họ tên Đơn vị TS Trịnh Trung Hiếu Khoa Điện, Trường Đại học Bách khoa, Đại học Đà Nẵng TS Đồn Anh Tuấn Phịng TC-HC, Trường Đại học Bách khoa, Đại học Đà Nẵng TS Lê Thị Tịnh Minh Khoa Điện, Trường Đại học Bách khoa TPHCM LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com MỤC LỤC MỞ ĐẦU Chương TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI 1.1 NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI 1.1.1 Khái niệm lượng mặt trời 1.1.2 Vai trò lợi ích lượng mặt trời 1.1.3 Bức xạ mặt trời 1.1.4 Phương pháp tính tốn lượng xạ mặt trời 1.2 PIN MẶT TRỜI CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ 1.2.1 Cấu tạo pin mặt trời 1.2.2 Nguyên lý hoạt động 1.2.3 Đặc tính làm việc pin mặt trời 1.2.4 Ứng dụng 1.2.5 Cách ghép nối lượng mặt trời a Phương pháp ghép nối tiếp lượng mặt trời b Ghép song song môđun mặt trời c Hiện tượng điểm nóng 1.3 MƠ HÌNH BIẾN ĐỔI NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI THÀNH ĐIỆN NĂNG 1.4 CÁC GIẢI PHÁP NÂNG CAO HIỆU QUẢ SỬ DỤNG TẤM PIN NLMT 1.4.1 Vấn đề sử dụng pin NLMT 1.4.2 Các giải pháp nâng cao hiệu sử dụng pin NLMT 1.5 KẾT LUẬN Chương TÍNH TỐN LỰA CHỌN CẤU TRÚC BỘ CHUYỂN ĐỔI DC/DC 2.1 MỤC ĐÍCH 2.2 LỰA CHỌN CẤU TRÚC MẠCH 2.2.1 Mạch Flyback LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 2.2.2 Mạch Forward 2.2.3 Mạch nửa cầu ( Half Bridge - HB) 2.2.4 Mạch toàn cầu full bridge 2.2.5 Lựa chọn mạch chuyển đổi 2.4 MÔ PHỎNG MẠCH FULL-BRIDGE DC/DC CONVERTER BẰNG MATLAB SIMULINK 2.4.1 Sơ đồ mơ hình mạch lực 2.4.2 Thiết kế điều khiển 2.5.KẾT LUẬN Chương 10 THIẾT KẾ, CHẾ TẠO BỘ CHUYỂN ĐỔI DC/DC 10 3.1 THIẾT KẾ MODULE CHUYỂN ĐỔI DC/DC 10 3.1.1 Lựa chọn phần tử mạch công suất 10 Bảng 3.1 Các thông số mạch công suất module chuyển đổi chiều 10 3.1.2 Thiết kế mạch điều khiển 10 3.2 KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 11 3.2.1 Kiểm nghiệm kết vận hành module 11 3.2.2.Kiểm nghiệm kết vận hành chuyển đổi 12 3.3 ỨNG DỤNG BỘ CHUYỂN ĐỔI VÀO HỆ THỐNG PIN MẶT TRỜI 12 Bảng 3.2 Công suất phát pin PEPV-48-200 12 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 15 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 3.1 Thông số Mosfet IRF3205……………………………………………….10 Bảng 3.2 Thông số Diode 1N5822…………………………………………………12 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT STT Năng lượng mặt trời NLMT SCM DC/DC Converter Bộ chuyển đổi chiều/một chiều DC/AC Converter Bộ nghịch lưu MPPT HB Mạch cầu Half-bridge FB Mạch tồn cầu Full-bridge Module chuyển đổi cơng suất nhỏ Thuật tốn bắt điểm cơng suất cực đại LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU Thông tin chung: - Tên đề tài: Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo hệ thống chuyển đổi lượng nhằm nâng cao hiệu sử dụng pin lượng mặt trời - Mã số: B2016-ĐN02-08 - Chủ nhiệm: TS Trịnh Trung Hiếu - Thành viên tham gia: + TS.Đồn Anh Tuấn, Phịng TC-HC, Trường Đại học Bách khoa, Đại học Đà Nẵng + TS Lê Thị Tịnh Minh, Khoa Điện, Trường Đại học Bách khoa TPHCM - Cơ quan chủ trì: Đại học Đà Nẵng - Thời gian thực hiện: từ tháng 12 năm 2016 đến tháng năm 2019 Mục tiêu: - Nghiên cứu mơ hình hệ thống điện sử pin lượng mặt trời - Nghiên cứu vấn đề sử dụng pin NLMT: điểm nóng, hiệu suất - Thiết kế, chế tạo chuyển đổi DC/DC để nâng cao hiệu sử dụng hệ thống pin NLMT Tính sáng tạo: Tấm pin lượng mặt trời ngày sử dụng rộng rãi sinh hoạt hộ gia đình, khu hành chính, trường học… nhiên hiệu sử dụng hệ thống pin lượng chưa tốt Các pin lượng mặt trời (solar panel) ghép nối tiếp từ nhiều tế bào quang điện (solar cell) có điện áp dao động từ 0,5V đến 0,7V Do tế bào quang điện ghép nối tiếp nên giá trị dòng điện chạy qua tất tế bào quang điện giống Vì đặc tính hay nhiều tế bào quang điện thay đổi (do che khuất bóng râm chim, bóng mây… lão hố) ảnh hưởng đến hiệu hoạt động tất tế bào lại, làm cho hiệu sử dụng có pin khơng tốt chí gây nên hỏng hóc tế bị che khuất bóng râm, làm giảm tuổi thọ pin lượng mặt trời Hơn nữa, NLMT nguồn công suất bất định, công suất phát thời điểm khác có giá trị khác phụ thuộc vào xạ mặt trời Do làm cho hiệu suất hệ thống chuyển đổi thay đổi theo giá trị công suất phát Đề tài đề xuất giải nhằm nâng cao hiệu sử dụng hệ thống pin NLMT, tập trung vào việc thiết kế chuyển đổi DC/DC tạo nên từ nhiều module chuyển đổi nhỏ, thay đổi linh hoạt số lượng module chuyển đổi để phù hợp với cơng suất truyền qua nó, làm cho hiệu suất chuyển đổi giữ mức cao Hơn nữa, tế bào quang điện bị che khuất bị loại khỏi hoạt động chung pin thông qua việc điều khiển module chuyển đổi nhỏ.Các phần tử lại pin hoạt động với điểm cơng suất cực đại LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com RESEARCH RESULT INFORMATION General Information: - Project title: Research, designe, and manufacturing of an electrical energy converter system to enhance the using efficiency of photovoltaic system - Code number: B2016-ĐNA-47-TT - Coordinator: PhD Trinh Trung Hieu, Faculty of Electrical Engineering, The University of Danang- University of Science and Technology - Members: + PhD Đoan Anh Tuan, Personel and Administrative Department, The University of Danang- University of Science and Technology + PhD Le Thi Tinh Minh, Faculty of Electrical Engineering, Ho Chi Minh City University of Technology - Administrator: The University of Danang - Duration: from 12/2016 to 4/2019 Objective(s): - Research models of a photovoltaic system - Study problems of the use of solar panels: hot spots, eficiency - Design and manufacturing DC / DC converters to improve the efficiency of a photovoltaic system Creativeness and innovativeness: Solar panels are widely used in households, administrative areas, schools however, the using efficiency of these photovoltaic systems has not been yet high The solar panels (solar panel) are made of many photovoltaic cells (solar cells) with voltages ranging from 0.5V to 0.7V Because of solar cells in series, the electric current value flowing through all these photovoltaic cells is the same So if the properties of one or more solar cells is changed (due to being obscured by the shade of birds, clouds or aging), it will affect the performance of all the remaining cells, making the solar panel’s performance become poor, or damaging in shaded cells, or reducing the lifetime of solar panel Moreover, solar energy is an uncertainty power source, the output power at different times will be different because it heavily depends on the radiation of the sun Consequently, the performance of converter system also changed among the radiation of the sun This research has proposed a solution to enhance the using efficiency of a photovoltaic system We focus on the design of DC / DC converters consiting of many small DC/DC converter modules By swiching on/off some of these modules, we can remain the number of operating modules to match the power transmitted through it and hence, we can remain the high eficiency of DC/DC converter Furthermore, the obscured solar cells will be removed LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài NLMT nguồn cơng suất bất định, công suất phát thời điểm khác có giá trị khác phụ thuộc vào xạ mặt trời Do làm cho hiệu suất hệ thống chuyển đổi thay đổi theo giá trị cơng suất phát Vì vậy, đề tài nghiên cứu giải pháp nhằm nâng cao hiệu sử dụng hệ thống pin NLMT, tập trung vào việc thiết kế chuyển đổi DC/DC tạo nên từ nhiều module chuyển đổi nhỏ, thay đổi linh hoạt số lượng module chuyển đổi để phù hợp với cơng suất truyền qua nó, làm cho hiệu suất chuyển đổi giữ mức cao Hơn nữa, tế bào quang điện bị che khuất bị loại khỏi hoạt động chung pin thông qua việc điều khiển module chuyển đổi nhỏ Mục tiêu nghiên cứu: - Nghiên cứu mơ hình hệ thống điện sử pin lượng mặt trời - Nghiên cứu vấn đề sử dụng pin NLMT: điểm nóng, hiệu suất - Thiết kế, chế tạo chuyển đổi DC/DC Đối tượng phạm vi nghiên cứu 3.1 Đối tượng nghiên cứu Bộ chuyển đổi DC/DC tạo nên nhiều module công suất nhỏ, ứng dụng cho việc kết nối pin lượng mặt trời vào lưới 3.2 Phạm vi nghiên cứu Hệ thống pin lượng mặt trời có cơng suất trung bình, phù hợp cho việc sử dụng hộ gia đình Phương pháp nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp với việc mô phần mềm matlab/simulink chế tạo kiểm tra thực nghiệm sản phẩm Bố cục đề tài Nội dung đề tài bao gồm: - Mở đầu - Chương – Tổng quan hệ thống pin lượng mặt trời - Chương – Tính tốn lựa chọn cấu trúc chuyển đổi DC/DC - Chương – Thiết kế, chế tạo chuyển đổi DC/DC - Kết luận kiến nghị LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Chương TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI 1.1 NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI 1.1.1 Khái niệm lượng mặt trời Năng lượng mặt trời nguồn lượng tái tạo quan trọng mà thiên nhiên ban tặng cho hành tinh Đồng thời nguồn gốc nguồn lượng tái tạo khác lượng gió, lượng sinh khối, lượng thủy triều… Năng lượng mặt trời nói vơ tận 1.1.2 Vai trị lợi ích lượng mặt trời Việc sử dụng lượng tái tạo đặc biệt lượng mặt trời mang lại nhiều lợi ích sinh thái lợi ích gián tiếp cho kinh tế So với nguồn lượng khác, lượng tái tạo có nhiều ưu điểm tránh hậu có hại đến môi trường 1.1.3 Bức xạ mặt trời Phần lượng xạ mặt trời truyền tới bề mặt trái đất ngày quang đãng (khơng có nhiều mây) thời điểm cao vào khoảng 1.000W/m2 Yếu tố xác định cường độ xạ mặt trời điểm Trái đất quãng đường qua 1.1.4 Phương pháp tính tốn lượng xạ mặt trời Quan hệ xạ mặt trời ngồi khí thời gian năm xác định theo phương trình sau: 360.n   E ng =E0 1+0,033.cos   W/m  365   (1.1) 1.2 PIN MẶT TRỜI CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ 1.2.1 Cấu tạo pin mặt trời Pin lượng mặt trời có cấu tạo gồm lớp tiếp xúc bán dẫn p-n có khả biến đổi lượng xạ mặt trời thành điện nhờ hiệu ứng quang điện bên 1.2.2 Nguyên lý hoạt động Nguyên lý hoạt động pin mặt trời tượng quang điện xảy lớp tiếp xúc p-n LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Hình1.1.Hiện tượng quang điện lớp bán dẫn Khi photon chạm vào mảnh silic truyền xuyên qua mảnh silic (thường xảy lượng photon thấp lượng đủ để đưa hạt electron lên mức lượng cao hơn) lượng photon hấp thu silic (thường xảy lượng photon lớn lượng đủ để đưa hạt electron lên mức lượng cao hơn) 1.2.3 Đặc tính làm việc pin mặt trời IPV ISC uMPP, iMPP MP P T UPV UOC Hình 1.12 Đường đặc tính làm việc U & I pin mặt trời 1.2.4 Ứng dụng Pin mặt trời sử dụng nhiều sản xuất đời sống Một ứng dụng đơn giản pin mặt trời sống hàng ngày đồng hồ, máy tính … Ngồi pin mặt trời cịn ứng dụng thiết bị vận chuyển tơ, máy tính cầm tay, điện thoại di động, thiết bị bơm nước Ngày nay, ngơi nhà có gắn lượng mặt trời trở thành phổ biến có xu hướng tăng dần tương lai LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 1.2.5 Cách ghép nối lượng mặt trời a Phương pháp ghép nối tiếp lượng mặt trời b Ghép song song môđun mặt trời c Hiện tượng điểm nóng 1.3 MƠ HÌNH BIẾN ĐỔI NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI THÀNH ĐIỆN NĂNG Hình 1.3 – Hệ thống pin NLMT nghiên cứu Hệ thống pin lượng mặt trời nhận xạ mặt trời chuyển hóa thành nguồn điện chiều (DC) Nguồn điện DC đưa qua chuyển đổi DC/DC để điều chỉnh điện áp cho phù hợp với điện áp góp chiều DC nhằm cung cấp lượng cho tải DC Bộ chuyển đổi DC/AC để biến đổi điện từ chiều sang xoay chiều nhằm cung cấp cho tải xoay chiều Trong trường hợp cần thiết chúng lấy lượng từ lưới điện để cung cấp cho tải DC theo chiều ngược lại 1.4 CÁC GIẢI PHÁP NÂNG CAO HIỆU QUẢ SỬ DỤNG TẤM PIN NLMT 1.4.1 Vấn đề sử dụng pin NLMT - Hiện tượng điểm nóng - Giảm hiệu suất chuyển đổi: Trong q trình hoạt động, cơng suất phát pin thay đổi theo cường độ xạ mặt trời dẫn đến công suất dàn pin NLMT thay đổi theo Tuy nhiên, chuyển đổi, để kết nối pin với phụ tải lưới, thiết kế hoạt động với hiệu suất cao ứng với công suất định mức định Khi pin phát công suất nhỏ cơng suất thiết kế biến đổi làm cho hiệu suất biến đổi khơng cao, gây thất lượng 1.4.2 Các giải pháp nâng cao hiệu sử dụng pin NLMT Để khắc phục tượng điểm nóng ngày người ta thường dùng điode ngược đấu song song với phần tử pin Khi phần tử pin bị điểm nóng, lượng chạy qua diode ngược này, bảo vệ pin khỏi hư hỏng Tuy nhiên phương pháp mục đích LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com bảo vệ pin NLMT mà không làm tăng hiệu sử dụng lúc điểm bắt cơng suất cực đại pin bị thay đổi hoàn toàn, làm cho pin không làm việc điểm tối ưu Vì việc sử dụng chuyển đổi cơng suất nhỏ tích hợp, ghép song song với phần tử pin để thay cho diode ngược làm cho pin hoạt động điểm tối ưu trường hợp Bằng cách thay đổi chế độ điều khiển chuyển đổi nhỏ điện áp làm việc pin hợp lý a, b, Hình 1.4 – Giải pháp nâng cao hiệu sử dụng pin NLMT a-sơ đồ hệ thống pin NLMT; b-sơ đồ chuyển đổi đề xuất Thông thường hiệu suất chuyển đổi DC/DC đạt giá trị lớn cơng suất truyền qua có giá trị cơng suất thiết kế Khi cơng suất truyền qua chuyển đổi nhỏ nhiều so với cơng suất định mức hiệu suất chuyển đổi suy giảm đáng kể Để cải thiện hiệu suất chuyển đổi DC/DC, cần phải thiết kế chuyển đổi có cấu trúc Hình 1.27 Bộ chuyển đổi cấu tạo từ nhiều module chuyển đổi DC/DC có cơng suất nhỏ (SCM: Small DC/DC Converter Module) để đạt công suất lớn Các SCM nối nối song song đầu vào nối nối tiếp đầu Tại phía SCM, có van điện tử, ví dụ SCM thứ có van ( đặt Hình 1.27 Với cấu trúc này, LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com công suất đầu PV nhỏ, để tất SCM làm việc cơng suất qua SCM bé hiệu suất SCM giảm Trong trường hợp này, cách mở đóng ta lập SCM thứ Tương tự vậy, ta cô lập nhiều SCM để công suất qua SCM lại đủ lớn nhằm đảm bảo hiệu suất SCM cao Kết là, hiệu suất chuyển đổi DC/DC trì hiệu suất cao Tuy nhiên số lượng SCM cần cô lập phụ thuộc vào dải điện áp làm việc chuyển đổi DC/AC 1.5 KẾT LUẬN Trong chương nhóm tác giả giới thiệu tổng quan lượng mặt trời hệ thống pin NLMT Giới thiệu hệ thống pin NLMT khơng có dự trữ thường sử dụng Chỉ vấn đề sử dụng pin NLMT có vấn đề điểm nóng vấn đề giảm hiệu suất chuyển đổi hệ thống công suất phát pin NLMT thay đổi Để khắc phục vấn đề tác giả đề xuất giải pháp sử dụng chuyển đổi có cơng suất nhỏ ghép song song với phần tử pin Các phần tử thay đổi điện áp đầu vào ra, thay đổi công suất định mức chung chuyển đổi cách loại vài chuyển đổi nhỏ cần thiết LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Chương TÍNH TOÁN LỰA CHỌN CẤU TRÚC BỘ CHUYỂN ĐỔI DC/DC 2.1 MỤC ĐÍCH Lựa chọn cấu trúc mạch module chuyển đổi đóng vai trị qua trọng việc thiết kế tối ưu chuyển đổi DC/DC Mỗi module chuyển đổi phải có hiệu suất cao, cơng nghệ chế tạo phần tử phải tương thích với để sử dụng cơng nghệ đinh cho việc chế tạo module chuyển đổi DC/DC Điều tạo điều kiện thuận lợi cho việc tích hợp module chuyển đổi công suất vào pin lượng mặt trời sản xuất 2.2 LỰA CHỌN CẤU TRÚC MẠCH 2.2.1 Mạch Flyback Mạch Flyback hình thức biến thể mạch boost có thêm máy biến áp cao tần dùng để cách ly đầu vào đẩu biến đổi 2.2.2 Mạch Forward Thực chất mạch forward mạch giảm áp (buck) có bổ sung thêm máy biến áp để cách ly đầu vào đầu 2.2.3 Mạch nửa cầu ( Half Bridge - HB) Cấu trúc mạch HB trình bày hình vẽ, khác với cách mạch trước (chỉ dùng khóa) mạch HB dùng hai khóa có điều khiển lệch pha 1800 2.2.4 Mạch toàn cầu full bridge 2.2.5 Lựa chọn mạch chuyển đổi cấu trúc mạch Full-bridge lựa chọn để thiết kế module chuyển đổi DC/DC Hình 2.1 Sơ đồ khối chức mạch chuyển đổi chiều full- bridge LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Cấu trúc liên kết chuyển mạch sử dụng cho chuyển đổi full-bridge DC/DC converter chuyển đổi điện áp lưỡng cực, cơng tắc bán dẫn tác động theo cặp Mosfet Q1, Q4 coi cặp chuyển đổi Mosfet Q2, Q3 cặp chuyển đổi cịn lại 2.4 MƠ PHỎNG MẠCH FULL-BRIDGE DC/DC CONVERTER BẰNG MATLAB SIMULINK 2.4.1 Sơ đồ mô hình mạch lực Hình 2.2 Mạch full-bridge DC/DC converter phần mềm matlab simulink Ta có quan hệ điện áp đầu vào điện áp đầu mạch biểu diễn theo ông thức: Vout = 2D.Vin 2.4.2 Thiết kế điều khiển Trường hợp hệ thống pin NLMT kết nối lưới Trong trình làm việc, cường độ xạ thay đổi, để đảm bảo pin mặt trời phát công suất cực đại, điện áp đầu PV phải thay đổi theo thuật toán MPPT (Maximum Power Point Tracking) Hình 2.3 tổng quan điều khiển Trường hợp hệ thống pin NLMT không kết nối lưới Ta nhận thấy ứng với điện áp đầu vào thay đổi để giữ cho điện áp đầu không thay đổi (để đáp ứng điện áp tải DC AC) ta cần thay đổi độ rộng xung đưa vào chân điều khiển (G) đóng mở Mosfet LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Tính tốn, phát xung điều khiển V0, Vref Chân Mosfet Hình 2.4 Sơ đồ cấu trúc điều khiển không kết nối lưới 2.4.3 Kết mô Trong đề tài này, tác giả không sâu nghiên cứu thuật toán MPPT nên lựa chọn giải pháp phát theo điện áp đầu giữ ổn định đầu vào thay đổi để đáp ứng vùng điện áp làm việc tải DC đầu vào nghịch lưu DC/AC Hình 2.5 Điện áp đầu SCM 2.5 KẾT LUẬN Dựa mục đích đảm bảo tín anh có khả tích hợp cao, cấu trúc gọn nhẹ, cấu trúc Full Bridge lựa chọn cho giải pháp đưa Việc mô đánh giá khả hoạt động cấu trúc thực băng phần mềm matlab/simulink kết cho thấy điện áp đầu vào thay đổi khoảng định điện áp đầu giữ ổn định mong muốn LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Chương THIẾT KẾ, CHẾ TẠO BỘ CHUYỂN ĐỔI DC/DC 3.1 THIẾT KẾ MODULE CHUYỂN ĐỔI DC/DC Bộ chuyển đổi DC/DC thiết kế từ nhiều module DC/DC công suất nhỏ tính tốn thiết kế tối ưu cơng suất module chuyển đổi nhỏ có ý nghĩa quan trọng ảnh hưởng đến hiệu suất chung chuyển đổi 3.1.1 Lựa chọn phần tử mạch công suất Bảng 3.1 Các thông số mạch công suất module chuyển đổi chiều Linh kiện điện tử Thơng số Diode (loại1N5822) Máy biến áp Số vịng dây: n1=n2=24 vòng Điện trở cuộn dây: 0.021 Mosfet (loạiIRF3205) RDS(on)=8 m; Ciss=3247 pF Các phần tử công suất bố trí hình 3.1 Hình 3.2 Mạch cơng suất chuyển đổi 3.1.2 Thiết kế mạch điều khiển Cấu trúc mạch điều khiển MOSFET thể hình 3.2 10 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Hình 3.2 Sơ đồ khối chức mạch điều khiển 3.2 KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 3.2.1 Kiểm nghiệm kết vận hành module Các tín hiệu điện áp phía sơ cấp máy biến áp điện áp đầu tải thể hình 3.3 Hình 3.3.Các tín hiệu đo từ module DC/DC Dựa vào tín hiệu đo được, ta thấy xung điện áp trước máy biến áp khơng bị nhiễu hay méo tín hiệu Khơng xuất hiện tượng trùng dẫn Mosfet chuyển mạch Điện áp đầu san phẳng chứng tỏ giá trị lọc thiết kế đảm bảo yêu cầu độ dao động dòng áp đầu 11 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 3.2.2.Kiểm nghiệm kết vận hành chuyển đổi Các module chuyển đổi công suất nhỏ kết nối để tạo thành chuyển đổi DC/DC công suất lớn Hình 3.4 giới thiệu cấu trúc chuyển đổi DC/DC tạo nên nhiều module chuyển đổi cơng suất nhỏ Hình 3.4 Mơ hình chuyển đổi DC/DC 3.3 ỨNG DỤNG BỘ CHUYỂN ĐỔI VÀO HỆ THỐNG PIN MẶT TRỜI Để nghiên cứu hoạt động chuyển đổi hệ thống pin lượng mặt trời nhóm nghiên cứu lựa chọn pin mặt trời loại PEPV-48-200 Bảng 3.2 Công suất phát pin PEPV-48-200 Thời gian Nhiệt độ pin (°C) Công suất (W) 07:00 26,15 30,437 08:00 31,34 57,462 09:00 35,68 78,642 10:00 43,97 121,93 11:00 43,95 113,01 12:00 43,96 110,12 13:00 45,97 119,74 14:00 44,08 105,47 15:00 37,41 64,304 16:00 33,01 40,458 17:00 26,66 4,002 12 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Từ Bảng 3.2, ta thấy công suất đầu pin mặt trời trước 9:00am sau 15:00pm, công suất đạt bé 50% công suất định mức Nếu sử dụng chuyển đổi DC/DC có cơng suất 200W khoảng thời gian đó, hiệu suất chuyển đổi DC/DC bé Vì đây, tác giả thiết kế chuyển đổi DC/DC cách lắp ghép 10 module, module có cơng suất 20W Với chuyển đổi DC/DC thiết kế, hiệu suất chuyển đổi DC/DC sử dụng với pin mặt trời PEPV-48-200W Hình 3.8 Từ Hình 3.8 cho thấy, giai đoạn xạ mặt trời thấp, trước 9:00am sau 14:00pm, số module phải bị cô lập nhờ vào phần trăm cơng suất qua module lại tăng lên Kết hiệu suất module cải Mật độ công suất (%) thiện hẳn so với sử dụng chuyển đổi DC/DC cố định Ví dụ giai đoạn từ 7:00am đến 8:am, cách cô lập bớt module, hiệu suất chuyển đổi DC/DC cải thiện từ 58,12% lên đến 82,2% Ở giai đoạn công suất đầu PV lớn, từ 9:00am đến 15:00pm, chuyển đổi DC/DC thiết kế vận hành với 10 module; nên hiệu suất chuyển đổi DC/DC thiết kế (gồm 10 SCM 20W) trì giống DC/DC 200W Thời điểm (h) Hiệu suất (%) (a) Thời điểm (h) (b) Hình 3.5 (a) phần trăm công suất qua chuyển đổi, (b) hiệu suất chuyển đổi 13 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Hình 3.5 thể kết việc hiệu suất chuyển đổi sử dụng module kết nối lại với so với sử dụng chuyển đổi với công suất thiết kế cố định Từ kết q tính tốn thực nghiệm cho thấy rằng, với cách thiết kế chuyển đổi bao gồm nhiều module chuyển đổi nhỏ kết nối lại với cải thiện hiệu suất chung chuyển đổi ứng với thời điểm công suất phát từ pin mặt trời thấp 3.4 KẾT LUẬN Chương giới thiệu cách tính tốn thiết kế module chuyển đổi cơng suất nhỏ Trong phần tử chủ động bị động mạch lựa chọn thiết kế phù hợp với thông số vận hành Các phần tử cơng suất phần điều khiển thiết kế lắp đặt mạch PCB Kết chạy thực nghiệm cho thấy mạch vận hành ổn định với tín hiệu điện áp dịng điện không bị nhiễu Bộ chuyển đổi lắp đặt chạy thử với pin PEPV-48-200W hoạt động chế độ không kết nối lưới Kết cho thấy hiệu suất hệ thống pin NLMT cải thiện rõ rệt điểm công suất dàn pin phát thấp nhiều so với công suất định mức Điều chứng tỏ giải pháp đề xuất hợp lý mặt thực nghiệm 14 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ KẾT LUẬN Đề tài nghiên cứu giải pháp nhằm nâng cao hiệu sử dụng hệ thống pin NLMT, tập trung vào việc thiết kế chuyển đổi DC/DC tạo nên từ nhiều module chuyển đổi nhỏ, thay đổi linh hoạt số lượng module chuyển đổi để phù hợp với cơng suất truyền qua nó, làm cho hiệu suất chuyển đổi giữ mức cao Trong chương nhóm tác giả giới thiệu tổng quan lượng mặt trời hệ thống pin NLMT Chỉ vấn đề sử dụng pin NLMT có vấn đề điểm nóng vấn đề giảm hiệu suất chuyển đổi hệ thống công suất phát pin NLMT thay đổi Để khắc phục vấn đề tác giả đề xuất giải pháp sử dụng chuyển đổi có cơng suất nhỏ ghép song song với phần tử pin Các phần tử thay đổi điện áp đầu vào ra, thay đổi công suất định mức chung chuyển đổi cách loại vài chuyển đổi nhỏ cần thiết Trong chương nhóm tác giả tìm hiều cấu trúc mạch chuyển đổi khác (Flyback, Forward, Half bridge, Full bridge) để lựa chọn cấu trúc phù hợp cho giải pháp đưa Dựa mục đích đảm bảo tín an tồn có khả tích hợp cao, cấu trúc gọn nhẹ, cấu trúc Full Bridge lựa chọn cho giải pháp đưa Chương tác giả tính tốn thiết kế mạch thực tế kiểm nghiệm hoạt động với pin PEPV-48-200W hoạt động chế độ không kết nối lưới Kết cho thấy hiệu suất hệ thống pin NLMT cải thiện rõ rệt điểm công suất dàn pin phát thấp nhiều so với công suất định mức Điều chứng tỏ giải pháp đề xuất hợp lý mặt thực nghiệm KIẾN NGHỊ Tần số hoạt động mạch cần thiết nâng cao để đưa kích thước chung mạch giảm xuống, tạo điều kiện dễ dàng việc tích hợp mạch chuyển vào pin trình thiết kế Phần MPPT cần tính tốn xác, cụ thể để kết hợp với giải pháp để xuất nâng cao hiệu sử dụng 15 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ... tiêu: - Nghiên cứu mơ hình hệ thống điện sử pin lượng mặt trời - Nghiên cứu vấn đề sử dụng pin NLMT: điểm nóng, hiệu suất - Thiết kế, chế tạo chuyển đổi DC/DC để nâng cao hiệu sử dụng hệ thống pin. .. luanvanchat@agmail.com THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU Thông tin chung: - Tên đề tài: Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo hệ thống chuyển đổi lượng nhằm nâng cao hiệu sử dụng pin lượng mặt trời - Mã số: B2016-ĐN02-08... BIẾN ĐỔI NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI THÀNH ĐIỆN NĂNG 1.4 CÁC GIẢI PHÁP NÂNG CAO HIỆU QUẢ SỬ DỤNG TẤM PIN NLMT 1.4.1 Vấn đề sử dụng pin NLMT 1.4.2 Các giải pháp nâng cao hiệu sử dụng pin NLMT