(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu và xây dựng hệ thống mô phỏng pin quang điện

(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu và xây dựng hệ thống mô phỏng pin quang điện(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu và xây dựng hệ thống mô phỏng pin quang điện(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu và xây dựng hệ thống mô phỏng pin quang điện(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu và xây dựng hệ thống mô phỏng pin quang điện(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu và xây dựng hệ thống mô phỏng pin quang điện(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu và xây dựng hệ thống mô phỏng pin quang điện(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu và xây dựng hệ thống mô phỏng pin quang điện(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu và xây dựng hệ thống mô phỏng pin quang điện(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu và xây dựng hệ thống mô phỏng pin quang điện(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu và xây dựng hệ thống mô phỏng pin quang điện(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu và xây dựng hệ thống mô phỏng pin quang điện(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu và xây dựng hệ thống mô phỏng pin quang điện(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu và xây dựng hệ thống mô phỏng pin quang điện(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu và xây dựng hệ thống mô phỏng pin quang điện(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu và xây dựng hệ thống mô phỏng pin quang điện(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu và xây dựng hệ thống mô phỏng pin quang điện(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu và xây dựng hệ thống mô phỏng pin quang điện(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu và xây dựng hệ thống mô phỏng pin quang điện(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu và xây dựng hệ thống mô phỏng pin quang điện

Luận văn GVHD: TS Quách Thanh Hải Lời cam đoan Tôi cam đoan là công trình nghiên cứu Các số liệu, kết nêu luận văn là trung thực và chưa công bố cơng trình khác Việc tham khảo nguồn tài liệu thực trích dẫn ghi nguồn tài liệu tham khảo theo yêu cầu Tp Hồ Chí Minh, tháng 04 năm 2021 Tác giả luận văn Lâm Quang Thái HVTH: Lâm Quang Thái Trang ix Luận văn GVHD: TS Quách Thanh Hải Lời cảm ơn Trong suốt thời gian học tập vừa qua với giúp đỡ tận tình Q thầy Khoa Điện - Điện Tử, Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành phố Hồ Chí Minh giúp cho tơi tích lũy vốn kiến thức vơ q giá, bổ ích cần thiết suốt thời gian tơi học cao học Sau khoảng thời gian tìm hiểu, nghiên cứu, lên phương án tiến hành thực hoàn thành luận văn: “Nghiên cứu xây dựng hệ thống mô pin quang điện” Những kết mà em có nhờ giúp đỡ, bảo tận tình Q Thầy Cơ khoa Điện – Điện tử, người thân gia đình và bạn bè lớp Đặc biệt em xin gởi lời cảm ơn chân thành đến giảng viên hướng dẫn: Thầy TS Quách Thanh Hải, Thầy PGS.TS Trương Việt Anh trợ giảng Lương Xuân Trường giúp đỡ, hướng dẫn bảo để tơi hồn thành luận văn Một lần xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Ban giám hiệu Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành phố Hồ Chí Minh, Quý Thầy Cô khoa Điện – Điện Tử, người thân gia đình tất bạn bè lớp giúp đỡ thời gian qua Mặc dù cố gắng luận văn không tránh khỏi thiếu xót Tác giả mong góp ý Q thầy bạn bè Xin kính chúc sức khỏe chân thành cảm ơn./ Tp Hồ Chí Minh, tháng 04 năm 2021 Tác giả luận văn Lâm Quang Thái HVTH: Lâm Quang Thái Trang x Luận văn GVHD: TS Quách Thanh Hải Tóm tắt Hiện nay, giới việc phát triển nguồn lượng tái tạo là ưu tiên hàng đầu, xem lĩnh vực quan trọng việc quản lý lượng Chỉ có lượng tái tạo đủ điều kiện giải vấn đề như: Chống hiệu ứng nhà kính, hạn chế sử dụng nguồn nhiên liệu hóa thạch, bảo vệ mơi trường sinh thái phát triển bền vững kinh tế xã hội Đặc biệt Việt Nam nhu cầu sử dụng điện tăng cao, với là thiếu hụt nguồn tài nguyên để tạo điện, nên viêc sử dụng lượng tái tạo để cung ứng cho ngành điện hướng mới, mang lại lại nhiều tiềm to lớn Một số nguồn lượng tái tạo sử dụng để tạo điện và đáp ứng nhu cầu lượng hàng ngày Năng lượng mặt trời (NLMT) lựa chọn khả thi cho sản xuất điện có nơi và sử dụng miễn phí Các pin NLMT quang điện (PV: Photovoltaic) chuyển NLMT thành lượng điện Với tập trung vào nguồn lượng xanh và hơn, Pin PV sử dụng nguồn lượng quan trọng nhiều ứng dụng Nhưng có điểm bất cập là để nghiên cứu kiểm tra đặc tính đầu pin đặc tính phụ thuộc vào xạ mặt trời, nhiệt độ yếu tố khách quan điều khiển Điểm bất cập thứ giá thành pin tương đối cao nên khơng thể thực thí nghiệm hàng loạt cho hệ thống sử dụng pin quang điện Luận văn này đề xuất xây dựng hệ thống mô pin quang điện dùng để kiểm tra nghiên cứu hoạt động pin mặt trời thương mại phục vụ công tác nghiên cứu, thí nghiệm chỉnh định cho hệ thống sử dụng pin NLMT HVTH: Lâm Quang Thái Trang xi Luận văn GVHD: TS Quách Thanh Hải Abstract Currently, the development of renewable energy sources in the world is a top priority and is seen as an important area in energy management Only renewable energy is eligible to solve problems such as: combating the greenhouse effect, limiting the use of fossil fuels, protecting the ecological environment as well as developing sustainable socio-economic Especially in Vietnam, the current demand for electricity is increasing, along with the shortage of resources to generate electricity, so the use of renewable energy to supply the power industry is one of new directions, bringing great potential Several renewable energy sources can be used to generate electricity and meet our daily energy needs Solar energy (solar power) is the most viable option for electricity generation because it is available everywhere and is free to use Photovoltaic solar panels (PV: Photovoltaic) convert solar energy into electrical energy With the current focus on greener and cleaner energy sources, PV panels are used as an important energy source in many applications But there is a current shortcoming that in order to study and test the output properties of the panels, these properties depend on solar radiation, temperature are objective factors that cannot be controlled The second shortcoming is the relatively high cost of the panels, so it is not possible to conduct mass experiments for the photovoltaic system This thesis proposes to build a photovoltaic panel simulation system used to test and study the operation of commercial solar panels for research and calibration experiments for systems used solar panels HVTH: Lâm Quang Thái Trang xii Luận Văn GVHD: TS Quách Thanh Hải Mục lục Lý lịch cá nhân vii Lời cam đoan ix Cảm tạ x Tóm tắt xi Abstract xii Mục lục vii DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT .x DANH SÁCH CÁC HÌNH xi DANH SÁCH CÁC BẢNG .xv Chương TỔNG QUAN 1.1 CÁC NGHIÊN CỨU TRƯỚC ĐÂY .1 1.2 ĐẶT VẤN ĐỀ 1.3 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI .3 1.4 MỤC TIÊU 1.5 PHẠM VI NGHIÊN CỨU 1.6 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .4 1.7 Ý NGHĨA VÀ NHỮNG ĐÓNG GÓP CỦA LUẬN VĂN .4 1.8 KẾ HOẠCH THỰC HIỆN Chương CƠ SỞ LÝ THUYẾT .7 2.1 TỔNG QUAN VỀ NGUỒN NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO 2.1.1 Tầm quan trọng việc sử dụng lượng tái tạo 2.1.2 Phương pháp thu nhận lượng mặt trời 2.1.3 Tiềm phát triển hệ thống thu lượng mặt trời giới Việt Nam 2.2 TÌM HIỂU VỀ PIN QUANG ĐIỆN (PV) 2.2.1 Giới thiệu .9 2.2.2 Cấu Tạo Và Nguyên Lý Pin Quang Điện 10 2.2.3 Mơ hình và phương trình tốn học pin PV 12 Trang vii Luận văn GVHD: TS Quách Thanh Hải 2.2.4 Đặc Tính Làm Việc Và Ứng Dụng Của PV 14 2.2.5 Mơ Hình Hóa PV .16 2.3 CÁC BỘ CHUYỂN ĐỔI DC – DC .17 2.3.1 Mạch tăng áp (Boost) 17 2.3.2 Mạch giảm áp (Buck) 20 2.3.3 Mạch Buck – Boost 22 2.4 TỔNG QUAN VỀ VI ĐIỀU KHIỂN ATMEGA328P 24 2.4.1 Giới thiệu họ vi điều khiển AVR 24 2.4.2 Vi điều khiển ATmega328P 24 2.5 GIỚI THIỆU VỀ KIT ARDUINO UNO 27 2.5.1 Sơ lược lịch sử Arduino 27 2.5.2 Chi tiết Arduino Uno 28 2.5.3 Tập lệnh cho Arduino 29 2.6 TỔNG QUAN CÁC THIẾT BỊ DÙNG ĐỂ XÂY DỰNG HỆ THỐNG 47 2.6.1 IC TLP250 47 2.6.2 Cảm biến dòng điện ACS712 48 2.7 Phương pháp điều chế độ rộng xung .49 2.8 Bộ điều khiển PID 51 2.8.1 Bộ điều khiển PID liên tục 51 2.8.2 Bộ điều khiển PID số 52 2.9 KẾT LUẬN CHƯƠNG 53 Chương XÂY DỰNG HỆ THỐNG MÔ PHỎNG 54 3.1 TIÊU CHÍ ĐÁNH GIÁ 54 3.1.1 Kỹ thuật .54 3.1.2 Kinh tế .54 3.2 XÂY DỰNG PHẦN CỨNG 55 3.2.1 Sơ đồ khối hệ thống 55 3.2.2 Khối nguồn 56 3.2.3 Khối điều khiển 57 HVTH: Lâm Quang Thái Trang viii Luận văn GVHD: TS Quách Thanh Hải 3.2.4 Khối chuyển đổi DC-DC 58 3.2.5 Khối đo lường 60 3.2.6 Máy tính 60 3.2.7 Sơ đồ mạch nguyên lý .61 3.3 XÂY DỰNG PHẦN MỀM .62 3.3.1 Lưu đồ giải thuật tìm RS RP 62 3.3.2 Phương án điều khiển 63 3.3.3 Chương trình điều khiển 65 3.4 KẾT LUẬN CHƯƠNG 66 Chương MÔ PHỎNG HỆ THỐNG VÀ KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 67 4.1 SƠ ĐỒ THÍ NGHIỆM .67 4.2 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG 69 4.3 KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 73 Chương KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 90 TÀI LIỆU THAM KHẢO 92 PHỤ LỤC 95 HVTH: Lâm Quang Thái Trang ix Luận văn GVHD: TS Quách Thanh Hải DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT D: Duty Cycle DC-DC: Direct Current - Direct Current MPP: Maximum Power Point MPPT: Maximum Power Point Tracker PI : Proportional-Integral PV: Photovoltaics PWM : Pulse Width Modulation STC : Standard Test Conditions UART : Universal Asynchronous Receiver/Transmitter HVTH: Lâm Quang Thái Trang x Luận văn GVHD: TS Qch Thanh Hải DANH SÁCH CÁC HÌNH Hình 2.1 Một số nguồn lượng tái tạo phổ biến Hình 2.2 Nhà máy điện mặt trời Hình 2.3 Các pin quang điện Hình 2.4 Nhà máy quang điện Topaz Hình 2.5 Hình ảnh tế bào quang điện thông dụng làm từ tinh thể silicon 10 Hình 2.6 Nguyên lý hoạt động pin quang điện 11 Hình 2.7 Các loại pin quang điện 12 Hình 2.8 Đặc tính I-V pin quang điện 15 Hình 2.9 Đặc tính P-V pin quang điện 16 Hình 2.10 Sơ đồ mạch Boost DC 17 Hình 2.11 Dạng sóng điện áp dòng điện mạch Boost 18 Hình 2.12 Trạng thái ON mạch Boost 19 Hình 2.13 Trạng thái OFF mạch Boost 19 Hình 2.14 Dạng sóng điện áp dòng điện mạch Buck 20 Hình 2.15 Trạng thái ON mạch Buck 21 Hình 2.16 Trạng thái OFF mạch Buck 21 Hình 2.18 Sơ đồ mạch Buck - Boost DC .22 Hình 2.19 Trạng thái ON mạch Buck – Boost .22 Hình 2.20 Trạng thái OFF mạch Buck – Boost .23 Hình 2.21 Vi điều khiển ATmega328P 24 Hình 2.22 Sơ đồ khối ATmega328P 26 Hình 2.23 Sơ đồ chân ATmega328P .26 Hình 2.24 Một số Kit Arduino phổ biến 28 Hình 2.25 Kit Arduino UNO 29 Hình 2.26 IC TLP250 48 Hình 2.27 Sơ đồ cấu trúc IC TLP250 48 Hình 2.28 Cảm biến dòng điện ACS712 49 HVTH: Lâm Quang Thái Trang xi Luận văn GVHD: TS Quách Thanh Hải Hình 2.29 Đồ thị dạng xung điều chế PWM 49 Hình 2.30 Tạo xung vng phương pháp so sánh 50 Hình 2.31 Điều khiển sử dụng điều khiển PID 51 Hình 3.1 Sơ đồ khối hệ thống 55 Hình 3.2 Khối nguồn 15V .56 Hình 3.3 Khối nguồn 9V hệ thống 57 Hình 3.4 Khối nguồn 110V hệ thống 57 Hình 3.5 Khối vi điều khiển hệ thống .58 Hình 3.6 Sơ đồ nguyên lý mạch buck vẽ phần mềm Psim 58 Hình 3.7 Khối nguồn động lực hệ thống 59 Hình 3.8 Khối đo lường hệ thống 60 Hình 3.9 Giao diện phần mềm máy tính .61 Hình 3.10 Sơ đồ nguyên lí mạch điều khiển 60 Hình 3.11 Sơ đồ nguyên lí mạch động lực 61 Hình 3.12 Lưu đồ giải thuật tìm RS RP 62 Hình 3.13 Đặc tính I-V pin quang điện 64 Hình 3.14 Đường cong I-V tuyến tính 65 Hình 4.1 Mơ hình thí nghiệm 67 Hình 4.2 Mạch điều khiển sau thi cơng 68 Hình 4.3 Mạch động lực sau thi công .68 Hình 4.4 Tải điện trở đo giá trị dòng điện, điện áp 69 Hình 4.5 Dạng sóng điện áp 70 Hình 4.6 Dạng sóng dòng điện .71 Hình 4.7 Đặc tính I-V pin quang điện MSX60 dạng đa tinh thể (polycrystalline) .72 Hình 4.8 Đặc tính P-V pin quang điện MSX60 dạng đa tinh thể (polycrystalline) .72 Hình 4.9 Đặc tính I-V P-V T = 25oC G = 1000 W/m2 .74 Hình 4.10 Đặc tính I-V P-V T = 30oC G = 1000 W/m2 75 HVTH: Lâm Quang Thái Trang xii Luận văn GVHD: TS Quách Thanh Hải if (tam == 2){ Vpv[1] = Serial.parseFloat(); //V1 (-) } if (tam == 3){ Ipv[1] = Serial.parseFloat(); // I1 } //Diem if (tam == 4){ Vpv[2] = Serial.parseFloat(); // Vmax } if (tam == 5){ Ipv[2] = Serial.parseFloat(); // Imax } //Diem if (tam == 6){ Vpv[3] = Serial.parseFloat(); //V2 } if (tam == 7){ Ipv[3] = Serial.parseFloat(); //I2 } //Diem if (tam == 8){ Vpv[4] = Serial.parseFloat(); HVTH: Lâm Quang Thái //Vocn Trang 103 Luận văn GVHD: TS Quách Thanh Hải Ipv[4] = 0; } } } } //Mo phong PV void PV_Simulation() { //On Ap for (i = 0; i < 5; i++) { if (Vo < Vpv[i]) { break;} } if (Vo >= Vpv[4]) Vref = Vpv[4] - 3; else if (Io >= Ipv[0]) Vref = 3; else + Vref = Vpv[i] (Ipv[i] - Io)*(Vpv[i - 1] Vpv[i])/(Ipv[i] - Ipv[i - 1]); myPID.Compute(); //Serial1.println(i); //Serial1.println(Vref); } void setup() { Serial.begin(9600,SERIAL_8N1); HVTH: Lâm Quang Thái Trang 104 - Luận văn //Serial1.begin(9600); GVHD: TS Quách Thanh Hải R = 16000/fs; Dmin = 0.2*R; TCCR1A = 0; TCCR1B = 0; //reset ghi 1A, 1B DDRB |= (1