(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu bộ chuyển đổi năng lượng từ pin mặt trời

(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu bộ chuyển đổi năng lượng từ pin mặt trời(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu bộ chuyển đổi năng lượng từ pin mặt trời(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu bộ chuyển đổi năng lượng từ pin mặt trời(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu bộ chuyển đổi năng lượng từ pin mặt trời(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu bộ chuyển đổi năng lượng từ pin mặt trời(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu bộ chuyển đổi năng lượng từ pin mặt trời(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu bộ chuyển đổi năng lượng từ pin mặt trời(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu bộ chuyển đổi năng lượng từ pin mặt trời(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu bộ chuyển đổi năng lượng từ pin mặt trời(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu bộ chuyển đổi năng lượng từ pin mặt trời(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu bộ chuyển đổi năng lượng từ pin mặt trời(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu bộ chuyển đổi năng lượng từ pin mặt trời(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu bộ chuyển đổi năng lượng từ pin mặt trời(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu bộ chuyển đổi năng lượng từ pin mặt trời(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu bộ chuyển đổi năng lượng từ pin mặt trời

LỜI CAM ĐOAN Tơi cam đoan cơng trình nghiên cứu Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa cơng bố cơng trình khác Tp Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 2013 (Ký tên ghi rõ họ tên) Trần Tấn Nguyện ii LỜI CẢM ƠN Luận văn tốt nghiệp đánh dấu việc hoàn thành gần hai năm cố gắng học tập nghiên cứu luận văn đánh dấu cuối q trình học cao học Để có thành hôm nay, em xin chân thành bày tỏ lịng biết ơn Nhà trường, Thầy Cơ, Gia đình bạn bè, người ln cố gắng tạo điều kiện để em có kết tốt học tập Riêng luận văn này, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc thầy Trương Việt Anh giáo viên giảng dạy hướng dẫn Thầy tận tình giảng dạy bảo hướng dẫn cho em, tạo điều kiện thuận lợi giúp em vượt qua nhiều trở ngại suốt trình nghiên cứu Em xin chân thành cảm ơn thầy! Cuối cùng, xin cảm ơn tất bạn, người đồng hành em suốt khố học q trình thực chuyên đề Học viên thực thực Trần Nguyện iii TÓM TẮT Trong điều kiện thay đổi môi trường, làm cho đặc tuyến PV pin mặt trời thay đổi Có nhiều chuyển đổi lượng đề xuất từ nghiên cứu tác giả khác bao gồm giải thuật tìm điểm MPP Nhưng có tác giả xét đặc tuyến PV điều kiện bị bóng che xạ Luận văn tập trung nghiên cứu cải thiện chuyển đổi cánh đồng pin mặt trời bị bóng che Luận văn trình bày phương pháp tìm điểm cực đại pin mặt trời cấu hình chuyển đổi NL cho hệ thống cánh đồng pin mặt trời xét điều khiện bị bóng che Cấu hình chuyển đổi NL đề xuất chia cánh đồng pin thành nhiều phần tử pin nhỏ, phần tử pin, phần từ trang bị DC/DC riêng, ghép song song lại với bus voltage Bộ MPPT dị từ đến 100%, q trình dị lưu lại điểm có cơng suất lớn nhất, dị xong xuất điểm có cơng suất lớn làm việc Kết mô thực nghiệm cho thấy cấu hình truyền cơng suất lưới lớn so với cấu hình chuyển đổi NL dùng chung cho cánh đồng pin Giải thuật MPPT khắc phục nhược điểm dò sai điểm cực trị địa phương cánh đồng pin bị bóng che iv ABSTRACT In the changing conditions of the environment, PV characteristics of solar are changed Energy converters has been proposed from studies of different authors including algorithm maximum power point tracking But few authors consider the PV characteristics under partially shaded insolation conditions This thesis focus research and improve energy converters for solar fields under partially shaded insolation conditions This thesis presents the algorithm to maximum power point tracking and energy converter configuation for solar fields under partially shaded insolation conditions Solar fields are divided into several small elements for Energy converter configuation that is proposed, each element is a solar panel, each of which is equipped with a saperated DC/DC, and is installed together on the bus voltage parallelly The MPPT set tracks from to 100%, in the tracking process, it will save the maximum power point, when completing the track process, the maximum power point will be output for working Simulation and experimental results shows that this configuration transmits output power that is larger than configuration of energy converter used for whole the fields MPPT algorithm can overcome disadvantages of error detecting at the local maximum power point when solar fields is under shaded insolation conditions iv MỤC LỤC Trang tựa Quyết định giao đề tài Xác nhận cán hướng dẫn Lý lịch khoa học Lời cam đoan Cảm tạ Tóm tắt Abstract Mục lục Danh sách chữ viết tắt Danh sách hình Danh sách bảng Chƣơng TỔNG QUAN TRANG i ii iii iv iv v vi vii viii 1.1 Tổng quan chung lĩnh vực nghiên cứu, kết nghiên cứu ngồi nước cơng bố 1.2 Mục đích đề tài 1.3 Nhiệm vụ đề tài giới hạn đề tài 1.4 Phương pháp nghiên cứu chƣơng CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Mơ hình pin mặt trời 2.2 Bộ chuyển đổi DC/DC 11 2.2.1 Bộ chuyển đổi DC/DC boost converter 11 2.2.2 Bộ chuyển đổi DC/DC buck converter 14 2.3 Điểm làm việc cực đại Pin mặt trời 17 2.4 Các phương pháp tìm điểm cực đại pin mặt trời phổ biến 20 2.4.1 Phương pháp điện áp số 20 2.4.2 Phương pháp P&O (Perturb and Observe) 22 2.4.3 Phương pháp INC (Incremental Conductance) 23 2.5 Pin mặt trời bị ảnh bóng che 25 v Chƣơng ĐỀ XUẤT BỘ CHUYỂN ĐỔI NĂNG LƢỢNG ĐÁP ỨNG CÁC ĐIỀU KIỆN THAY ĐỔI 3.1 Xây dựng cấu hình chung cho chuyển đổi lượng 29 3.2 Giải thuật đề xuất cho việc tìm điểm cực đại cho pin mặt trời bị bóng 31 3.2.1 Cấu hình DC/DC cho tồn hệ thống cánh đồng pin (cấu hình 1) 31 3.2.2 Cấu hình DC/DC cho pin (cấu hình 2) 3.3 Xây dựng mơ hình mơ giải thuật 32 33 3.3.1 Mơ hình Pin mặt trời 33 3.3.2 Cấu hình chuyển đổi NL cho cánh đồng pin mặt trời đề xuất 37 3.3.3 Bộ chuyển đổi DC/DC boost converter 39 Chƣơng KẾT QUẢ MƠ PHỎNG 4.1 Mơ hình mơ 43 4.1.1 Mơ hình hệ thống mơ cấu hình 43 4.1.2 Mơ hình hệ thống mơ cấu hình 46 4.2 Kết mơ 47 Chƣơng KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 5.1 Mơ hình thực nghiệm 56 5.2 Kết thực nghiệm 66 chƣơng KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 6.1 Kết luận 70 6.2 Hướng phát triển đề tài 71 TÀI LIỆU THAM KHẢO 72 v DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT P&O (Perturb and Observe) INC (Incremental Conductance) NL: Năng lượng CĐNL: chuyển đổi lượng MPP: Maximum power point (điểm có cơng suất lớn nhất) MPPPT: Maximum power point tracking (dị tìm điểm có cơng suất lớn nhất) DC/DC: Direct Curent/ Direct Curent vi DANH SÁCH CÁC HÌNH HÌNH TRANG Hình 1.1: Quang phổ mặt trời ngồi khí trái đất Hình 1.2: Thang sóng điện từ xạ mặt trời Hình 1.3: Phân bố tổng số nắng tháng 1,2,3 năm 2011 Hình 1.4: Bức xạ mặt trời ba thành phố tiêu biểu năm 2009 Hình 2.1: Mạch điện tương đương pin mặt trời Hình 2.2: Mơ hình pin mặt trời lý tưởng Hình 2.3: Mơ đun pin mặt trời Hình 2.4: Đặc tuyến I-V với xạ khác 10 Hình 2.5: Đặc tuyến P-V với xạ khác 11 Hình 2.6: Sơ đồ nguyên lý mạch boost 12 Hình 2.7: Mạch điện S đóng 12 Hình 2.8: Dạng sóng điện áp dịng điện cuộn dây L S đóng 12 Hình 2.9: Mạch điện S mở 13 Hình 2.10: Dạng sóng điện áp dịng điện L S mở 13 Hình 2.11: Cấu hình mạch buck 14 Hình 2.12: Đặc tuyến I-V, P-V pin mặt trời với điểm công suất cực đại 17 Hình 2.13: Các điểm MPP điều kiện mơi trường thay đổi 17 Hình 2.14: Sơ đồ khối hệ thống CĐNL tiêu biểu 18 Hình 2.15: Bộ DC/DC giúp hút công suất cực đại từ pin mặt trời 19 Hình 2.16: Tỷ lệ phần trăm VMPP VOC chức nhiệt độ xạ 20 Hình 2.17: Sơ đồ thuật tốn điện áp khơng đổi 21 Hình 2.18: Sự thay đổi điểm MMP P&O nhanh chóng theo gia tăng xạ 22 vii Hình 2.19: Lưu đồ giải thuật P&O 23 Hình 2.20: Độ dốc (dP/dV) PV 24 Hình 2.21: Giải thuật InC 25 Hình 2.22: Mơ đun pin mặt trời bị bóng che phần 26 Hình 2.23: đặc tuyến P-V tương ứng với xạ 0,25-0,5-0,75-1 kW/m2 hai dãy pin cánh đồng pin gồn dãy pin song song, dãy có pin ghép nối tiếp (100W/1pin), có dãy pin bị bóng che 27 Hình 2.24: Đặc tuyến P-V tổng hai dãy pin hình 2.23 27 Hình 2.25: Cánh đồng pin mặt trời thực tế 28 Hình 3.1: Cấu hình chuyển đổi lượng cho pin 30 Hình 3.2: Cấu hình chuyển đổi lượng cho tồn cánh đồng pin mặt trời 30 Hình 3.3: Lưu đồ giải thuật MPPT cho bị ảnh hưởng bóng che 31 Hình 3.4: Lưu đồ giải thuật MPPT cho cấu hình chuyển đổi NL đề xuất 33 Hình 3.5: Mơ hình cell pin mặt trời xây dựng Matlab/Simulink 34 Hình 3.6: Mơ hình bên pin mặt trời ghép từ 108 cell pin xây dựng Matlab/Simulink 34 Hình 3.7: Mơ hình pin mặt trời thu gọn 34 Hình 3.8: Bảng thông số đầu vào cột gồm 36 cell nối tiếp pin mặt trời 35 Hình 3.9: Đặc tuyến I-V, P-V với xạ khác nhau, có pin bi bóng che (Nhiệt độ pin 25oC, trục y hình bên trái dịng điện A, trục y hình bên phải cơng suất, trục x điện áp V) 36 Hình 3.10: Đặc tuyến I-V, P-V với nhiệt độ vận hành khác nhau, có pin bi bóng che (bức xạ 1kW/m2) 36 Hình 3.11: Cấu hình tồn cánh đồng pin mặt trời 37 Hình 3.12: Cách ghép pin theo cấu hình đề xuất thực tế 38 Hình 3.13: Cấu hình bên khối PV sytem 38 vii Hình 3.14: Sơ đồ bên khối MPPT 39 Hình 3.15: Mạch boost Matlab & Simulink 39 Hình 3.16: Dạng sóng điện áp dịng điện cuộn dây L 40 Hình 4.1: Cấu hình cánh đồng pin NLMT sử dụng DC/DC chung 43 Hình 4.2: Hệ thống mơ 46 Hình 4.3: Bức xạ mặt trời thay đổi từ 0.5 lên kW/m2 47 Hình 4.4: Đáp ứng MPP cấu hình chuyển đổi NL chung 48 Hình 4.5: (a) Cơng suất, (b) điện áp pin, sử dụng DC/DC cho tồn cánh đồng pin 49 Hình 4.6: (a) Cơng suất, (b) điện áp tải, sử dụng cấu hình DC/DC pin toàn cánh đồng 50 Hình 4.7: Cơng suất thu từ cấu hình khác 51 Hình 4.8: Bức xạ mặt trời thay đổi từ 0.5 lên kW/m2 52 Hình 4.9: (a) Công suất, (b) điện áp pin, sử dụng cấu hình Trong trường hợp pin bị che xạ giảm ½ lần sơ với khơng bị che 53 Hình 4.10: (a) Cơng suất, (b) điện áp tải, sử dụng cấu hình Trong trường hợp pin bị che xạ giảm ½ lần sơ với khơng bị che 54 Hình 4.11: Cơng suất thu từ cấu hình khác Trong trường hợp pin bị che xạ giảm ½ lần sơ với khơng bị che 54 Hình 4.12: Cơng suất thu hai cấu hình 55 Hình 5.1: Mơ hình thực nghiệm 56 Hình 5.2: Pin mặt trời 15W thơng số nhà sản xuất 57 Hình 5.3: Pin mặt trời 80W thông số nhà sản xuất 58 Hình 5.4: Sơ đồ mạch cơng suất phận đo lường dịng điện 58 Hình 5.5: Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển 59 vii Chương Lưu đồ chương trình chính: BEGIN KHỞI TẠO LCD, RS232-PC, KHỞI TẠO BỘ ĐIỀU RỘNG XUNG ĐỌC ĐIỆN ÁP HIỆN THỊ LCD VÀ TRUYỀN VỀ MÁY TÍNH ĐỌC DỊNG ĐIỆN HIỆN THỊ LCD VÀ TRUYỀN VỀ MÁY TÍNH TÍNH TỐN CƠNG SUẤT DELAY (THỜI GIAN LẤY MẪU) GIẢI THUẬT MPPT LƯU GIÁ TRỊ CÔNG SUẤT CẬP NHẬT ĐỘ RỘNG XUNG END Hình 5.9 Lưu đồ chương trình Chương trình vi xử lý PIC16F887 61 Chương while(1) { write_command(0x80); write_data('U');//1 write_data('(');//2 write_data('V');//3 write_data(')');//4 write_data(' ');//5 write_data(' ');//6 write_data('I');//7 write_data('(');//8 write_data('m');//9 write_data('A');//10 write_data(')');//11 write_data(' '); write_data('P');//13 write_data('(');//14 write_data('W');//15 write_data(')');//16 write_command(0xc0); ADC_volt(); ADC_volt_out(); ADC_amper(); congsuat (); giai_thuat (); } } void ADC_volt(void) { 62 Chương setup_adc(ADC_CLOCK_DIV_2); setup_adc_ports(sAN0); set_adc_channel(0); for (a=0;a < chongnhieu_ap;a++) { tmp_v = read_adc(); volt=(5000*tmp_v)/256; b = volt; c = c + b; } c = c/chongnhieu_ap; c = c*10; c = c/100; volt = c; V1=c; } void ADC_amper(void) { setup_adc(ADC_CLOCK_DIV_2); setup_adc_ports(sAN2); set_adc_channel(2); for (e=0;e < chongnhieu_dong;e++) { tmp_i = read_adc(); amper =(5000*tmp_i)/256; f = amper; g = g + f; } 63 Chương g = g/chongnhieu_dong; g = g*100; g = g/15; amper = g; } void congsuat(void) { c_s = V1*g; c_s = c_s/100; c_s = c_s/10; P1 = c_s; } void giai_thuat(void) { timer = timer + 1; duty = duty + 1; if (timer Pmpp) { Pmpp = P2; Vmpp = V1; Dmpp = duty; } } if (timer > 220) { duty = Dmpp; 64 Chương } trunggian_tren = Pmpp*12; trunggian_tren = trunggian_tren/10; can_tren = trunggian_tren; trunggian_duoi = Pmpp*8; trunggian_duoi = trunggian_duoi/10; can_duoi = trunggian_duoi; if (timer > 300) { if (P1>=can_tren) { timer = 30; duty = 30; Dmpp = 0; Pmpp = 0; Vmpp = 0; } if (P1