Khóa luận tốt nghiệp GVHD ThS Lê Ngọc Tuân i TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP HCM KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN PHIẾU GIAO NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP 1 HỌ VÀ TÊN SINH VIÊN/ NHÓM SINH VIÊN ĐƯỢC GIAO ĐỀ TÀI 1) ĐÀ[.]
Khóa luận tốt nghiệp GVHD: ThS.Lê Ngọc Tuân TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP HCM KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN PHIẾU GIAO NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP HỌ VÀ TÊN SINH VIÊN/ NHÓM SINH VIÊN ĐƯỢC GIAO ĐỀ TÀI 1) ĐÀO KHOA ĐĂNG KHOA MSSV: 16082491 2) NGUYỄN TRƯỜNG TÂN MSSV: 16065561 3) LÊ CÔNG HẬU MSSV: 16075641 4) TRẦN MINH TRÍ MSSV: 16065521 TÊN ĐỀ TÀI: TÌM HIỂU NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI VÀ PHƯƠNG PHÁP THU CÔNG SUẤT CỰC ĐẠI NHIỆM VỤ ( NỘI DUNG VÀ SỐ LIỆU BAN ĐẦU) Giai đoạn 1: Tìm hiểu pin mặt trời, chọn pin 20 W, vẽ khung mơ hình, tính tốn tỉ lệ Giai đoạn 2: Tìm hiểu cách điều khiển tìm hiểu mpp Giai đoạn 3: Lập trình động vi xử lí mơ máy tính, tính tốn thơng số, so sánh Giai đoạn 4: Lắp đặt linh kiện thiết bị mơ demo phịng với đèn điện ( tính tốn thơng số, sửa lỗi có) Giai đoạn 5: Xong hết giai đoạn khơng có phát sinh lỗi đem mơ hình ngồi đo đạc đánh giá i Khóa luận tốt nghiệp GVHD: ThS.Lê Ngọc Tuân KẾT QUẢ DỰ KIẾN ( TÓM TẮT KẾT QUẢ DỰ KIẾN ĐẠT ĐƯỢC ) Loại kết Loại I Mơ tả Thực - Thiết bị, máy móc ( mơ hình vật lý) Đã mua thiết bị ( pin mặt trời 20w, mppt, ác quy ) - Vật liệu 12 cấu đo điện tử led đoạn, dây điện jack cắm Loại II -Nguyên lý ứng dụng Các thuật toán MPPT thường sử dụng thiết kế điều khiển cho hệ thống điện mặt trời Các thuật toán gồm yếu tố xạ thay đổi ( ánh sáng mặt trời ) nhiệt độ để đảm bảo hệ thống PV tạo công suất tối đa lúc - Phương pháp Tìm hiểu giải thuật PO logic mờ so sánh phương pháp giải thuật để chọn phương pháp tối ưu - Tiêu chuẩn - Chương trình máy tính - Phần mềm máy tính Adruino,Autocad - Bản vẽ thiết kế Bản vẽ khung mơ hình pin mặt trời, vẽ mơ hình động điều hướng - Quy trình cơng nghệ - Phân tích dự án Loại III - Sơ đồ Có mạch tham khảo - Số liệu ii Khóa luận tốt nghiệp GVHD: ThS.Lê Ngọc Tuân - Báo cáo phân tích - Đề án, quy hoạch Loại IV - Bài báo So sánh phương pháp giải thuật thầy Nguyễn Thanh Thuận - Sách chuyên khoa - Giáo trình Giào trình điện tử cơng suất, lượng tái tạo - Tài liệu phục vụ giảng dạy ( giảng ) Slide lượng mặt trời thầy Vũ Hoàng Hải - Sản phẩm đăng ký sở hửu trí tuệ Khác - Giảng viên hướng dẫn Tp HCM, ngày tháng năm 2020 Sinh viên Trưởng mơn iii Khóa luận tốt nghiệp GVHD: ThS.Lê Ngọc Tuân NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN GVHD: ThS.Lê Ngọc Tuân iv Khóa luận tốt nghiệp GVHD: ThS.Lê Ngọc Tuân MỤC LỤC PHIẾU GIAO NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP i HỌ VÀ TÊN SINH VIÊN/ NHÓM SINH VIÊN ĐƯỢC GIAO ĐỀ TÀI i TÊN ĐỀ TÀI: i TÌM HIỂU NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI VÀ PHƯƠNG PHÁP THU CÔNG SUẤT CỰC ĐẠI i NHIỆM VỤ ( NỘI DUNG VÀ SỐ LIỆU BAN ĐẦU) i KẾT QUẢ DỰ KIẾN ( TÓM TẮT KẾT QUẢ DỰ KIẾN ĐẠT ĐƯỢC ) ii NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN iv Lời cảm ơn xiii MỞ ĐẦU xiv Đặt vấn đề xiv Mục tiêu nghiên cứu xv 2.1 Mục tiêu lâu dài xv 2.2 Mục tiêu cụ thể xv Đối tượng nghiên cứu xv Cách tiếp cận phương pháp nghiên cứu xv 4.1 Cách tiếp cận xv 4.2 Phương pháp nghiên cứu xv Ý nghĩa thực tế xv CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU 1.1 Đặc điểm 1.2 Vị trí địa lý 1.2.1 Khái quát khí hậu Việt Nam 1.2.2 Cường độ xạ mặt trời khu vực lãnh thổ Việt Nam 1.3 Nhu cầu lượng 1.3.1 Nhu cầu tiêu thụ điện Việt Nam 1.3.2 Những thuận lợi việc sử dụng nguồn lượng 11 1.4 Xu hướng phát triển 12 1.5 Tình hình điều kiện phát triển giới 13 v Khóa luận tốt nghiệp GVHD: ThS.Lê Ngọc Tuân 1.5.1 Hai loại công nghệ điện mặt trời 13 1.5.1.1 Công nghệ hội tụ lượng mặt trời CSP 14 1.5.1.2 Công nghệ quang điện SPV 15 1.5.2 Tổng kết 18 1.6 Cơ sở vật lí pin lượng mặt trời 20 1.6.1 Lịch sử phát triển pin mặt trời 20 1.6.2 Nguyên lý pin mặt trời 22 1.6.3 Nền tảng pin mặt trời 23 1.6.4 Vật liệu hiệu suất 23 1.7 Phân loại pin mặt trời 24 1.7.1 Pin mặt trời Mono 24 1.7.2 Pin Mặt Trời Poly 25 1.7.3 Pin mặt trời dạng phim mỏng 25 1.7.4 Pin Mặt trời nhạy cảm chất màu DSC (Dye - sensitized solar cell) 26 1.8 Các mơ hình lượng mặt trời 28 1.8.1 Thiết bị sấy khô dùng lượng mặt trời 28 1.8.2 Bếp nấu dùng lượng mặt trời 28 1.8.3 Thiết bị đun nước nóng dùng NLMT 29 1.8.4 Hệ lượng mặt trời song song lai ghép nối lưới 30 1.8.5 Các nhà máy điện mặt trời lớn giới 32 1.9 Hệ pin mặt trời làm việc độc lập 35 1.9.1 Thành phần lưu giữ lượng 35 1.9.2 Các biến đổi bán dẫn hệ PV 36 Chương CƠ SỞ LÝ THUYẾT 41 2.1 Pin quang điện, cấu tạo nguyên lý hoạt động 41 2.1.1 Cấu tạo 41 2.1.2 Nguyên lý hoạt động 42 2.1.3 Đặc tính làm việc pin mặt trời 45 2.2 Các biến đổi DC-DC hệ thống pin mặt trời làm việc độc lập 49 2.2.1 Bộ biến đổi DC/DC 49 vi Khóa luận tốt nghiệp GVHD: ThS.Lê Ngọc Tuân 2.2.2 Điều khiển biến đổi DC-DC 52 2.3 Các hệ thống điều hướng 53 2.3.1 Hệ thống điều hướng xoay theo trục 54 2.3.2 Hệ thống điều khiển quay theo trục 55 2.4 Phương pháp dị tìm điểm cơng suất cực đại MPPT 56 2.4.1 Giới thiệu chung 56 2.4.2 Nguyên lí cân tải 57 2.4.3 Thuật toán xác định điểm làm việc có cơng suất lớn MPPT 57 2.4.3.1 Thuật toán nhiễu loạn quan sát P&O 58 2.4.3.2 Thuật tốn P&O điều kiện dãy PV bị bóng che phần 60 2.4.4 Phương pháp điều khiển MPPT 60 2.4.5 Giới hạn MPPT 60 2.5 Bộ lưu giữ lượng 61 2.5.1 Các đặc tính ắc quy 62 2.5.1.1 Dung lượng 62 2.5.1.2 Điện áp ngưỡng thấp 62 2.5.1.3 Điện áp hở mạch 63 2.5.2 Chế độ làm việc ắc quy 63 2.5.2.1 Nạp ắc quy 63 2.5.2.2 Ắc quy phóng 63 2.5.3 Các chế độ nạp nguồn ắc quy 63 2.5.3.1 Nạp với dịng khơng đổi 64 2.5.3.2 Nạp với áp không đổi 64 2.5.3.3 Nạp 65 Chương THUẬT TỐN DỊ TÌM ĐIỂM CÔNG SUẤT CỰC ĐẠI (MPPT) 66 3.1 Giải thuật P&O (Perturb & Observe) 66 3.1.1 Lưu đồ giải thuật P&O 67 3.1.2 Nhược điểm giải thuật P&O 67 3.2 Giải thuật P&O cải tiến 69 3.2.1 Lưu đồ giải thuật P&O cải tiến 71 vii Khóa luận tốt nghiệp GVHD: ThS.Lê Ngọc Tuân 3.3 Phương pháp tăng tổng dẫn (Incremental Conductance) 71 3.3.1 Lưu đồ giải thuật tăng tổng dẫn 73 3.4 Nhận xét chung 73 Chương THI CƠNG MƠ HÌNH 75 4.1 Phân tích, chọn phương án kích thước mơ hình 75 4.1.1 Phân tích chọn phương án 75 4.1.2 Ưu điểm nhược điểm phương án 75 4.2 Lựa chọn chi tiết cho mơ hình 77 4.2.1 Lựa chọn chi tiết khung 77 4.2.2 Lựa chọn thiết bị 77 4.2.2.1 Động servo 77 4.3 Cách thức vận hành 79 4.3.1 Phần điều khiển 79 4.3.1.1 Phần mềm 79 4.3.1.2 Adruino R3 79 4.3.1.3 Code 83 Tài liệu tham khảo 85 viii Khóa luận tốt nghiệp GVHD: ThS.Lê Ngọc Tuân DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Bản đồ tổng lượng xạ mặt trời tồn cầu trung bình/năm (Kwh/m2) Hình 1.2 Khí hậu nhiệt đới gió mùa Hình 1.3: Bản đồ xạ mặt trời Việt Nam Hình 1.4 Modul thu chuyển đổi lượng mặt trời 13 Hình 1.5: Nhà máy lượng mặt trời loại hội tụ nhiệt 14 Hình 1.6: Mơ hình nhà máy điện mặt trời loại hội tụ nhiệt 15 Hình 1.7: Mơ hình cấu tạo ngun lý pin chất liệu Crystalline silicon 16 Hình 1.8: Tấm pin làm chất liệu Crystalline silicon 17 Hình 1.9: Tấm pin Thin-film solar cells 18 Hình 1.10: Cấu tạo nguyên tử chất bán dẫn loại p loại n 22 Hình 1.11: Pin mặt trời Mono 24 Hình 1.12: Pin mặt trời Poly 25 Hình 1.13: Pin mặt trời dạng phin mõng 26 Hình 1.14: Pin Mặt trời nhạy cảm chất màu DSC 27 Hình 1.15: Thiết bị sấy khô dùng lượng mặt trời 28 Hình 1.16 : Bếp lượng Mặt Trời 29 Hình 1.17: Bộ thiết bị đung nóng lượng mặt trời 29 Hình 1.18 : Hệ thống pin mặt trời ghép song song với lưới 30 Hình 1.19: Hệ thống sản xuất điện mặt trời hịa lưới có lưu trữ 31 Hình 1.20: Nhà máy điện mặt trời Topaz Solar Farmlaf nhà máy điện quang số với công suất lên đến 550 MW 33 Hình 1.21: Hệ thống nhà máy điện quảng ngãi 34 Hình 1.22 : Sơ đồ khối hệ quang điện làm việc đọc lập 35 Hình 1.23 : Bộ điều khiển MPPT hệ thống pin mặt trời 37 Hình 1.24: Bộ điều khiển sạc PWM 38 Hình 1.25: Bộ điều khiển sạc MPPT 39 Hình 2.1: Cấu tạo pin mặt trời 41 Hình 2.2: Nguyên lí làm việc pin mặt trời 42 ix Khóa luận tốt nghiệp GVHD: ThS.Lê Ngọc Tn Hình 2.3: Hệ thống mức lượng 𝐸1 < 𝐸2 42 Hình 2.4: Các vùng lượng 43 Hình 2.5: Nguyên lý hoạt động pin mặt trời 44 Hình 2.6: Sơ đồ nguyên lý hoạt động pin mặt trời 44 Hình 2.7: Đường đặc tính làm việc V-I pin mặt trời 46 Hình 2.8: Sơ đồ tương đương pin mặt trời 46 Hình 2.9: Đường cong đặc trưng V-I pin mặt trời phụ thuộc vào cường độ xạ mặt trời 47 Hình 2.10: Đường cong đặc tính V-I pin mặt trời phụ thuộc vào nhiệt độ pin 48 Hình 2.11: Đường đặc tính tải đặc tính pin mặt trời 48 Hình 2.12: Sơ đồ nguyên lý giảm áp Buck 50 Hình 2.13: Dạng sóng điện áp dòng điện mạch Buck 50 Hình 2.14: Mạch vịng điều khiển điện áp 52 Hình 2.15: Mạch vịng dịng điện phản hổi 53 Hình 2.16: Các loại mơ hình trục trục định hướng pin mặt trời 53 Hình 2.17: Hệ thống điều hướng quay theo trục 55 Hình 2.18: Ví dụ pin mặt trười mắc nối tiếp với tải trở thay đổi giá trị điện trở 56 Hình 2.19: Đường đặc tính làm việc pin tải trở có giá trị điện trở thay đổi 56 Hình 2.20: Đường đặc tính làm việc I-V pin cường độ xạ thay đổi mức nhiệt độ 58 Hình 2.21: Đặc tính làm việc I-V pin nhiệt độ thay đổi mức cường độ xạ 58 Hình 2.22: Thuật tốn dị tìm điểm làm việc có cơng suất lớn P&O 59 Hình 2.23 Đường cong P-V điều kiện dãy PV bị bóng che phần 60 Hình 3.1: Đặc tính cơng suất phụ thuộc điện áp đầu 66 Hình 3.2: Lưu đồ giải thuật P&O 67 Hình 3.3 : Hệ pin PV phát lượng với lưới 68 Hình 3.4: Khi chiêu độ thay đổi điểm công suất cực đại sai theo giải thuật P&O 68 x ... dài Tìm hiểu hệ lượng mặt trời với phương pháp để thu công suất cực đại hệ lượng mặt trời, chuyển đổi DC-DC 2.2 Mục tiêu cụ thể Tìm hiểu hệ lượng mặt trời với phương pháp để thu công suất cực đại. .. “ Tìm hiểu hệ lượng mặt trời với phương pháp để thu công suất cực đại hệ lượng mặt trời chuyển đổi DC-DC” Với kết nhận là: Hiểu rõ ứng dụng thành công việc sử dụng nguồn lượng mặt trời dựa vào... khiển tối ưu thu lượng mặt trời xiv Khóa luận tốt nghiệp GVHD: ThS.Lê Ngọc Tuân Đề tài cho ta nhìn tổng quan hệ lượng mặt trời với phương pháp để thu công suất cực đại hệ lượng mặt trời chuyển