625 tối ưu công suất hệ thống tấm bin năng lượng mặt trời khi có hiện tượng bóng che báo cáo kết quả thực hiện đề tài nghiên cứu khoa học

TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ THỦ ĐỨC KHOA ĐIỆN _ ĐIỆN TỬ BÁO CÁO KẾT QUẢ THỰC HIỆN ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC ĐỀ TÀI: TỐI ƯU CÔNG SUẤT HỆ THỐNG TẤM PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI KHI CÓ HIỆN TƯỢNG BĨNG CHE Đơn vị chủ trì: KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ Tác giả: Ths.Lương Chấn Nguyên Vũ Ths.Ngô Xuân Mạnh TP Hồ Chí Minh, tháng 02/2017 MỤC LỤC Trang Danh sách hình Phần mở đầu Chương 1: TỔNG QUAN VỀ NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI 1.1 Năng lượng mặt trời 1.2 Khái niệm photovoltaic (pin mặt trời) 1.3 Vật liệu làm photovoltaic 1.4 Nguyên lý làm việc photovoltaic 1.5 Đặc tuyến pin lượng điện mặt trời phương trình chúng 1.5.1 Phương trình mơ tả đặc tính pin quang điện 1.5.2 Các đặc tuyến 1.6 Số liệu Module PV hãng sản xuất khác giới Chương 2: CÁC BỘ BIẾN ĐỔI BÁN DẪN TRONG HỆ THỐNG PIN MẶT TRỜI LÀM VIỆC ĐỘC LẬP 2.1 Các biến đổi bán dẫn hệ thống pin mặt trời làm việc độc lập 11 2.1.1 Bộ biến đổi DC/DC 11 2.1.2 Điều khiển biến đổi DC/DC 18 2.1.3 Bộ biến đổi DC/AC 18 2.2 Phương pháp dị tìm điểm làm việc tối ưu MPPT 21 2.2.1 Giới thiệu chung 21 2.2.2 Nguyên lý dung hợp tải 22 2.2.3 Thuật tốn xác định điểm làm việc có cơng suất lớn MPPT 23 2.3 Các phương pháp dị tìm điểm MPP 24 2.3.1 Phương pháp nhiễu loạn quan sát P&O 24 2.3.2 Phương pháp điện dẫn gia tăng INC 25 2.4 Phương pháp điều khiển MPPT 27 2.4.1 Phương pháp điều khiển PI 27 2.4.2 Phương pháp điều khiển trực tiếp 28 2.4.3 Phương pháp điều khiển đo trực tiếp tín hiệu 29 2.5 Giới hạn MPPT 30 2.6 Sơ đồ khối biến đổi điện tử công suất chức khối 31 2.6.1 Khối DC-DC converter 31 2.6.2 Khối MPPT 32 2.6.3 Khối nghịch lưu DC-AC 32 2.6.4 Khối điều khiển nghịch lưu (inverter controller) 33 2.7 Nguyên lý hoạt động biến đổi điện tử công suất 33 Chương 3: CÁC THUẬT TOÁN VỀ HỆ MPPT VÀ MÔ PHỎNG PHẦN MỀM MATLAB 3.1 Liệt kê thuật toán 34 3.2 Nội dung thuật tốn có sẳn Psim 9.0 34 3.2.1 Thuật toán Hill-Climbing/ Peturb and Observe (P&O) 34 3.2.1.1 Thuyết minh bảng giải thuật 34 3.2.1.2 Ưu nhược điểm giải thuật P&O 35 3.2.2 Thuật toán Incremental Conductance (tăng độ dẫn) 35 3.2.3 Thuật toán dùng Fuzzy Logic để điều khiển hệ MPPT 36 3.2.3.1 Các điều khiển Fuzzy 37 3.2.3.2 Các khối chu trình Fuzzy Logic 37 3.2.3.3 Hàm thành viên 37 3.2.3.4 Cấu trúc khối Fuzzy Logic 37 3.2.3.5 Năng lượng (E) Sai số lượng ΔE 38 3.2.3.6 Hoạt động fuzzy logic kép cho việc truy bắt điểm MPP 38 3.3 Thuật toán P&O điều kiện dãy PV bị bóng che phần 38 3.3.1 Hiện tượng bóng che thuật ngữ đặc biệt 39 3.3.2 Kết thuật toán P&O điều kiện dãy PV bị bóng che phần 44 3.3.2.1 Kết Matlab mô đường đặc tính V-I P-I điều kiện dãy PV bị bóng che phần 47 3.3.2.2 Kết Matlab mơ dị đỉnh GP điều kiện dãy PV bị bóng che phần 50 Chương 4: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 54 PHẦN MỞ ĐẦU TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI Ngày ô nhiễm môi trường cạn kiệt nguồn lượng thiên nhiên vấn đề thách thức lớn cho toàn nhân loại Làm để chất lượng sống nâng cao cải thiện sức khoẻ cho người vấn đề nhiều người quan tâm Khai thác nguồn lượng xanh, sạch( lượng mặt trời, gió, thuỷ triều…) đã, thu hút nhiều tổ chức , nhiều nhà khoa học … dồn nhiều thời gian tiền bạc để nghiên cứu , triển khai, đưa nguồn lượng xanh sớm ứng dụng sống Hồ vào xu tơi mạnh dạn tổng hợp, phân tích đề xuất số vấn đề liên quan đến lĩnh vực biến đổi lượng mặt trời thành lượng điện phục vụ cho đời sống người Tuy nhiên hệ thống có cơng suất khơng lớn giá thành cịn q đắt Do để nâng cao cơng suất giảm chi phí, ta phải nghiên cứu phương pháp cho công suất nguồn lượng mặt trời thu lớn nhất, từ thiết kế điều khiển tối ưu thu lượng mặt trời, đặc biệt hệ pin lượng mặt trời bị bóng che phần TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU Các nước đứng đầu giới lĩnh vực kỹ thuật Mỹ, Nhật, Nga…ngày đêm cạnh tranh riết để chứng tỏ nước đứng đầu giới lĩnh vực “hot” này, vấn đề khơng chỗ hình thức, mà ngày khơng xa nguồn lượng nước ta khơng phải ngoại lệ Khi tình hình giá xăng, dầu, than đá ngày tăng có khơng kiểm sốt Thì việc nghiên cứu, thực ( thi công, sản xuất…) đưa điện mặt trời vào sống cấp bách hết MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU - Nghiên cứu tổng quan sở lý thuyết hệ lượng mặt trời - Dẫn giải chế hình thành nên đường cong đặc tính trường hợp dãy PV bị bóng che - Mơ hình mơ thuật tốn P&O P&O cải tiến dãy PV bị bóng che phần - Kết nghiên cứu đề tài - Mục tiêu: Tìm điểm cơng suất lớn nhất, dãy PV bị bóng che phần ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU - Chỉ nghiên cứu hệ thống pin mặt trời làm việc độc lập - Trong hệ thống pin mặt trời làm việc độc lập tập trung nghiên cứu thuật toán dị tìm điểm cơng suất cực đại (MPPT) - Nghiên cứu mơ thuật tốn P&O P&O dãy PV bị bóng che phần PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU - Thu thập, nghiên cứu tài liệu liên quan đến đề tài - Xây dựng mô thuật tốn (sử dụng phần mềm Matlab) - Phân tích, đánh giá kết nhận kiến nghị ĐIỂM MỚI CỦA ĐỀ TÀI - Dị tìm điểm công suất cực đại dãy PV hệ thống lượng mặt trời bị bóng che phần - Hiện việc giảng dạy lượng mặt trời nói riêng lượng tái tạo nói chung thực tế nghiên cứu lý thuyết Mơ hình mơ hệ thống điện mặt trời góp phần làm cho sinh viên có khả hiểu rõ hệ thống lượng điện mặt trời hoạt động sao, đo kiểm kết nối khối điều khiển hệ thống điện mặt trời có nhìn trực quan sinh động lượng tái tạo GIÁ TRỊ THỰC TẾ CỦA ĐỀ TÀI -Chi phí cho hệ thống pin mặt trời cao, ta phải tận dụng cơng suất tối đa có thể, điều kiện thay đổi môi trường Đề tài giúp hiểu rõ tượng dãy PV bị bóng che phần Và từ ứng dụng thành công việc sử dụng nguồn lượng mặt trời - Đề tài đề cập giải vấn đề thời ngành lượng giới Việt nam, nội dung đề tài làm bước đệm cho muốn nghiên cứu xa sâu điện mặt trời BỐ CỤC ĐỀ TÀI: Đề tài thực gốm có chương: Chương 1: Tổng quan lượng mặt trời Chương 2: Các biến đổi bán dẫn hệ thống pin mặt trời làm việc độc lập Chương 3: Các thuật toán hệ MPPT mô phần mềm Matlab Chương 4: Kết luận – Hướng phát triển Chương 1: TỔNG QUAN VỀ NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI 1.1 Năng lượng mặt trời Mặt trời xạ lượng theo dãy rộng, nhiên khơng phải tia xạ tạo tượng quang điện Chỉ có tia xạ (ứng với bước sóng ‫ ) ג‬có lượng lớn mức lượng kích hoạt electron (tuỳ chất bán dẫn) có khả tạo tượng quang điện Phân tích điển hình phổ lượng mặt trời tác động lên pin quang điện silicon : Hình 1.1: Quang phổ mặt trời với tỉ lệ khơng khí 1.5 1.2 Khái niệm photovoltaic (pin mặt trời) Pin quang điện photovoltaic (PV) chất bán dẫn có mối nối p-n, pin quang điện PV xem trường hợp ngược lại diode quang Diode quang nhận lượng điện sinh ánh sáng, pin PV nhận lượng ánh sáng sinh điện -Nhiệm vụ photon điện lượng mặt trời : kích hoạt electron khỏi trạng thái tĩnh chúng Hình 1.2: Mơ hình vật lý pin PV RS :Series resistance, Rp: parallel resistance, Ip : dòng điện qua Rp , ISC : short circuit current dòng ngắn mạch 1.3 Vật liệu làm photovoltaic: Vật liệu làm nên photovoltaic, chúng có dạng đây: -Crystalline silicon -Thin film photovoltaic Hình 1.3: Các loại vật liệu làm photovoltaic 1.4 Nguyên lý làm việc photovoltaic Dựa vào mơ hình ngun tử Boh, electron có khối lượng me  9.1093897.1031 kg Xoay xung quanh hạt nhân, quỹ đạo với bán kính rn tần số góc  n Sự di chuyển xung quanh quỹ đạo sinh lực ly tâm Fz = me rn  2n Những electron yếu tố mang điện e = 1.6 x 10-19 A s Nó giữ vị trí quanh hạt nhân nguyên tử với lực hấp dẫn Coulomb : FC = Z e 4  r  Với  = 8.8 x 10-12 (As /Vm) Gọi số điện môi Lực ly tâm lực Coulomb cân với để giữ electron quanh quỹ đạo Theo thuyết Planck, electron giữ quỹ đạo, nơi mà mơ men góc quỹ đạo nhân lên   h 2 Với số h = 6.6 x 10-34 Js Lượng tử hố mơ men góc quỹ đạo dẫn đến Hình 1.4: Mức trượt Electrons từ dãy hoá trị đến dãy dẫn gây nên lượng ánh sáng bán dẫn ( Inner Photo Effect) Sự trượt electron từ vùng hoá trị đến vùng dẫn tác dụng lượng ánh sáng, mà nguyên tố thường dùng chất bán dẫn ( Si, Ge, Sn) , nhóm – đặc biệt Si Hình 1.5: Nguyên lý tế bào mặt trời với mơ hình dãy lượng 1.5 Đặc tuyến pin lượng điện mặt trời phương trình chúng 1.5.1 Phương trình mơ tả đặc tính pin quang điện I  I SC  I [e38.9(V  IRS )  1]  (V  IRS ) 25 C (Ghi : RP I0 : dịng điện bão hồ diode PV ISC, RS, RP : xem mơ hình thay pin PV ) 1.5.2 Các đặc tuyến a) Các đặc tuyến I (A), P (W) Hình1.6: Đặc tính pin quang điện I-V P-V với điểm truy bắt công suất cực đại ( MPP) Cách xác định IMPP vẻ hai đồ thị P-V I-V hệ trục toạ độ, từ đồ thị P-V ta xác định VMPP, kẻ đường thẳng PMPPVMPP cắt đồ thị IV điểm MPP, từ điểm MPP dóng ngang vào trục tung I, ta điểm IMPP b) Đặc tính V -I P- I pin quang điện giá trị khác dịng ngắn mạch Hình 1.7: Đặc tuyến V-I, P-I phụ thuộc dòng ngắn mạch Đối với loại pin PV có trị số dịng ngắn mạch khác nhau, ngồi giá trị dịng ngắn mạch cịn phụ thuộc vào mơi trường mà làm việc ( nhiệt độ độ rọi, góc đặt PV so với mặt phẳng nằm ngang) c) Mô tả đường đặc tính pin PV trường hợp lý tưởng thực tế: 2) Các đỉnh đường cong P-V xảy gần bội số 80% VOC_module 3) Sự dịch chuyển tối thiểu đỉnh gần 80% VOC_module 4) Nghiên cứu mở rộng đường cong P-V, liệu thực tế, cho thấy đường cong P-V qua từ hai bên (đi từ trái sang phải từ phải sang trái), độ lớn đỉnh công suất tăng lên Sau đạt đỉnh GP, độ lớn đỉnh (nếu chúng diện) liên tục giảm Hình 3.11: Sơ đồ thuật tốn MPPT với dãy PV bị bóng che Giải thích sơ đồ thuật tốn: Hình 3.11 cho thấy sơ đồ thuật toán đề xuất để theo dõi điểm GP điều kiện phần bị bóng che Việc thi hành thuật tốn ln bắt đầu với giá trị điện áp tham chiếu (Vref) cài đặt 85% VOC (khối 1) thể "Chương trình chính" Cho đến xảy xáo trộn (hoặc đếm thời gian ngắt), trì hoạt động điểm GP cách tiếp tục thực phương pháp P & O (khối 3) Khi xáo trộn đột ngột (như bị bóng che phần) đếm thời gian ngắt, "Chương trình chính" xác định u cầu để theo dõi điểm GP (khối 4-6) gọi "chương trình theo dõi điểm GP" (khối 7a) "Chương trình theo dõi điểm GP" theo dõi điểm GP mới, sau tiếp tục qua điều khiển "Chương trình chính”, trì hoạt động điểm GP "Chương trình theo dõi điểm GP" gọi định kỳ khoảng thời gian 25s đếm thời gian tạo lệnh ngắt (khối 7b) Để hiểu thuật toán, giả định điểm GP đạt thay đổi chiếu nắng đột ngột dịch chuyển điểm hoạt động đến vùng lân cận đỉnh local (ví dụ, điểm D [Hình 2.20(d)]) Đỉnh local này(điểm D) theo dõi phương pháp P&O (khối 2) Cho dù MPP có đạt hay khơng, kiểm tra cách xác định dấu hiệu công suất hai nhiễu loạn (khối 3) Khi đỉnh local (điểm D) theo dõi, thuật toán lưu trữ thơng tin dịng cơng suất điện áp dãy PV Pmax_last Vm_last, tương ứng Thuật tốn sau cài đặt bit cờ (flag = 1) để kiểm tra điểm GP phía bên trái điểm D (khối 4) Sự thay đổi đột ngột mức độ chiếu nắng (ΔG) bóng mờ dẫn đến biến đổi cơng suất (= ΔP) Nếu ΔP lớn thay đổi cơng suất cụ thể định (= ΔPcrit), sau việc theo dõi điểm GP bắt đầu (khối 6) ΔPcrit thay đổi tùy thuộc vào hệ thống PV môi trường Nếu điều kiện theo dõi điểm GP nói xảy ra, "chương trình theo dõi điểm GP" bắt đầu, quét đường cong P-V cho đỉnh khác Điều thực cách áp dụng hiễu loạn ΔVlarge lớn, nên so với việc di chuyển tối thiểu hai đỉnh liên tiếp (quan sát 4, khối 8), để đảm bảo khơng có đỉnh bị suốt q trình theo dõi, ΔVlarge xem xét 60% 70% VOC_module Nhiễu loạn ban đầu phía bên trái (đối với điểm C), định "flag = 1" (khối 10) Nếu điều kiện chiếu nắng không đồng (khối 9) giới hạn (khối 11 12) chưa đạt đến , độ dốc dP / dV đo điểm hoạt động (khối 14) Nếu độ dốc dương, rối loạn tiếp tục hướng (khối 15 16) đạt "Vmin", điện áp thấp bên nơi mà điểm GP gần khơng có khả xảy (khối 12) Tuy nhiên, độ dốc dP / dV âm, cho thấy có đỉnh (điểm C) vùng lân cận, từ đây, kỹ thuật MPP thông thường áp dụng để theo dõi điểm (điểm C, khối 17) Nếu công suất tương ứng với đỉnh trước, điểm hoạt động ban đầu (tức là, trước điểm quan sát lớn trình theo dõi, điểm D) khôi phục, xáo trộn áp dụng theo hướng khác (khối 18, 20, 21) Sự chuyển động bên phải định "flag = -1" (khối 21) Nếu công suất đỉnh lớn so với trước đó, Pmax_last Vm_last cập nhật (khối 19), điểm coi ứng cử viên có khả cho điểm GP, rối loạn phía bên trái đường cong P-V tiếp tục đạt điểm nhỏ Vmin (khối 12) Bây giờ, xáo trộn áp dụng phía bên phải, trình tương tự tiến hành (khối 13) Độ dốc dP / dV đo sau xáo trộn lớn, dương, cho thấy đỉnh local vùng lân cận Điểm theo dõi, độ lớn lớn Pmax_last, rối loạn tiếp tục bên phải Tuy nhiên, suốt trình này, điểm nhỏ (điểm E) quan sát, hoạt động khơi phục (điểm B) nơi mà lưu trữ MPP suốt trình theo dõi Sự hoạt động chí cịn phục hồi điểm B, đạt Vmax, Vmax 85% VOC_module (khối 11) Thuật toán tiếp tục theo dõi đỉnh có đỉnh tồn đường cong P-V, trường hợp chiếu nắng đồng nhất, thuật tốn qt tồn phạm vi Để tránh điều này, sau áp dụng xáo trộn lớn (ΔVlarge), dao động cơng suất đo Do đó, trường hợp này, dao động lớn so với thay đổi cơng suất định chấp nhận (ΔPtol: 4% -5% công suất dãy), điều khiển khôi phục hoạt động để đến GP (khối 9) 3.3.2 Kết thuật toán P&O điều kiện dãy PV bị bóng che phần Minh họa trường hợp : Một dãy PV(10 x 90 module) có nhóm Các module nhiệt độ 25oC, điện áp hở mạch VOC = 21.06 (V), dòng ngắn mạch ISC = 3.8 (A) Bảng tóm tắt minh họa  Nhóm số - Số tập hợp tập hợp nối tiếp 2, có module khơng bị bóng che(cường độ xạ G = 1), module bị che(cường độ xạ G = 0.1) - Số tập hợp nối tiếp nhóm 20  Nhóm số - Số tập hợp tập hợp nối tiếp 2, có module khơng bị bóng che, module bị bóng che - Số tập hợp nối tiếp nhóm 20  Nhóm số - Số tập hợp tập hợp nối tiếp 2, có module khơng bị bóng che, module bị bóng che - Số tập hợp nối tiếp nhóm 15  Nhóm số - Số tập hợp tập hợp nối tiếp 2, có module khơng bị bóng che, module bị bóng che - Số tập hợp nối tiếp nhóm 15  Nhóm số - Số tập hợp tập hợp nối tiếp 1, có 10 module khơng bị bóng che - Số tập hợp nối tiếp nhóm 20 3.3.2.1 Kết Matlab mơ đường đặc tính V-I P-I điều kiện dãy PV bị bóng che phần Hình 3.12: Những đường cong đặc tính I – V P – V tập hợp nhóm 1, nhóm Giải thích hình 3.12(a) - Đường cong đặc tính I – V:đường màu xanh dương module khơng bị bóng che (cường độ xạ G = 1), lúc ta xem module có ISC = 3.8 (A), VOC = 21.06 x ≈ 63 (V), đường màu xanh module bị bóng che(cường độ xạ G = 0.1), lúc ta xem module có ISC = VOC  (3.8 x 0.1)/1 = 0.38(A), VOC ≈ 130 (V) với  n.k T  I SC ln  1  I  q  S  - Đường cong đặc tính P – V:đường màu xanh dương module khơng bị bóng che,P =V.I với giá trị V, I lấy từ đường đặc tính I – V tương ứng, đường màu xanh module bị bóng che Hình 3.12(b): Tương tự hình 3.12(a) Hình 3.13: Những đường cong đặc tính I – V P – V tập hợp nhóm 3, nhóm Giải thích hình 3.13(a) - Đường cong đặc tính I – V:đường màu xanh dương module khơng bị bóng che ISC = 3.8(A), VOC = 21.06 x ≈ 126(V), đường màu xanh module bị bóng che ISC = (3.8 x 0.1)/1 = 0.38(A), VOC ≈ 74(V) - Đường cong đặc tính P – V:đường màu xanh dương module không bị bóng che, đường màu xanh module bị bóng che Giải thích hình 3.13(b) - Đường cong đặc tính I – V:đường màu xanh dương module khơng bị bóng che ISC = 3.8(A), VOC = 21.06 x ≈ 168(V), đường màu xanh module bị bóng che ISC = (3.8 x 0.1)/1 = 0.38(A), VOC ≈ 37(V) - Đường cong đặc tính P – V:đường màu xanh dương module khơng bị bóng che, đường màu xanh module bị bóng che Hình 3.14: (a),Đường I – V P – V tập hợp nhóm (b) Đường đặc tính I – V P – V tập hợp nối tiếp nhóm từ đến Giải thích hình 3.14 (a) tương tự hình 3.12, hình 3.13 Giải thích hình 3.14 (b) - Đường cong đặc tính I – V:Đường màu xanh dương tập hợp nối tiếp nhóm 1, hình thành cách cộng đường cong đặc tính I – V tập hợp nhóm 1, ISC = 3.8(A), VOC = 63 + 130 = 193(V), tương tự, đường xanh nhóm 2, VOC = 105 + 93 = 198(V), đường đỏ nhóm 3, VOC = 126 + 74 = 200(V), đường xanh ngọc nhóm 4, VOC = 168 + 37 = 205(V), đường hồng nhóm 5, VOC = 211(V) - Đường cong đặc tính P – V: Đường màu xanh dương tập hợp nối tiếp nhóm 1, PS1 =V.I với giá trị V, I lấy từ đường đặc tính I – V tương ứng, tương tự, đường xanh nhóm 2, đường đỏ nhóm 3, đường màu xanh ngọc nhóm 4, đường màu hồng nhóm Hình 3.15: (a) Những đường đặc tính I – V P – V nhóm từ 1đến (b) Đường cong đặc tính I – V P – V dãy PV Giải thích hình 3.15 (a) - Đường cong đặc tính I – V:Đường xanh dương nhóm 1, hình thành cách nhân đường đặc tính I – V tập hợp nối tiếp nhóm với 20 (nhóm có 20 tập hợp nối tiếp), ISC = 3.8 x 20 = 76(A), tương tự, đường xanh nhóm 2, ISC = 3.8 x 20 = 76(A), đường đỏ nhóm 3, ISC = 3.8 x 15 = 57 (A), đường xanh ngọc nhóm 4, ISC = 3.8 x 15 = 57(A), đường hồng nhóm 5, ISC = 3.8 x 20 = 76(A), VOC = 211(V) - Đường cong đặc tính P – V: đường xanh dương nhóm 1, PG1 = V.I với giá trị V, I lấy từ đường đặc tính I – V tương ứng, tương tự cho đường cịn lại Giải thích hình 3.15 (b) - Đường cong đặc tính I – V: Hình thành cách cộng đường cong đặc tính từ nhóm đến nhóm 5, ISC = 76 + 76 + 57 + 57 + 76 = 342(A), VOC = 211(V) - Đường cong đặc tính P – V: PA = V.I tương ứng *Nhận xét: Hình 3.16: Đường cong đặc tính P – V dãy hình 3.15b Hình 3.16 quan sát thấy đỉnh công suất PA1 xảy gần điện áp V1 = × 16,8 ≈ 50.4V Trong số module khơng bị bóng che tập hợp nối tiếp nhóm 1, 16,8V 80% VOC_module xem xét Tương tự cho PA2, PA3, PA4 PA5, xảy gần V2 = x 16,8 ≈ 84V, V3 = x 16,8 ≈ 101V, V4 = x 16,8 ≈ 134V V5 = 10 × 16,8 = 168V * Kết luận quan trọng: 1) Các đỉnh đường cong P-V xảy gần bội số 80% VOC_module 2) Khoảng cách tối thiểu đỉnh gần 80% VOC_module 3) Nghiên cứu mở rộng đường cong P-V, liệu thực tế, cho thấy : Trên đường cong P – V, ta quan sát bên trái bên phải đỉnh GP (đỉnh có cơng suất lớn nhất), độ lớn đỉnh cơng suất (tính từ đỉnh GP) liên tục giảm 3.3.2.2 Kết Matlab mô dị đỉnh GP (đỉnh có cơng suất lớn nhất) điều kiện dãy PV bị bóng che phần Hình 3.17: Kết mơ thuật tốn P&O điều kiện dãy PV bị bóng che phần Giải thích tổng quan thuật tốn P&O điều kiện dãy PV bị bóng che phần hình 3.17: - Bình thường 90 module có cường độ xạ G = (khơng bị bóng che) đường cong P – V dãy array hình 3.18, điểm làm việc dao động quanh điểm MPP nhờ thuật tốn P&O, cụ thể chương trình gọi chương trình P&O Lúc VMPP ≈ 170 V, PMPP ≈ 54,4 KW - Vì lí (ví dụ bị mây che), dãy PV bị bóng che phần minh họa trường hợp 2, đường cong P – V dãy không cịn hình 3.18 nữa, mà bị dịch chuyển hình 3.19 Nhưng điểm làm việc gần Vref ≈ 170 V, nên thuật tốn P&O tìm điểm cực đại vùng lân cận, điểm E Hình 3.18: Đường cong P –V dãy dãy PV khơng bị bóng che Hình 3.19: Đường cong P –V dãy dãy PV bị bóng che phần Ta thấy cơng suất thay đổi lớn, từ 54,4 KW xuống khoảng 16 KW(điểm E) Nếu ta chấp nhận điểm E điểm làm việc, ta phí tổn lượng cơng suất khơng nhỏ, có điểm có cơng suất lớn điểm E nhiều, điểm B (điểm B có cơng suất khoảng 24 KW) Nên lúc chương trình gọi chương trình dị tìm điểm GP - Đầu tiên chương trình dị tìm điểm GP dị phía bên trái điểm E nhiễu loạn ∆Vlarge, ∆Vlarge ≈ 65 % Voc_module tức khoảng 0.65x21.06 ≈ 13.7 V Vì theo kết luận quan trọng phía khoảng cách tối thiểu đỉnh gần 80 % Voc_module, nên nhiễu loạn ∆Vlarge ≈ 65 % Voc_module ta không bỏ qua đỉnh Lúc ∆Ptt đo (∆Ptt thay đổi công suất nhiễu loạn lượng ∆Vlarge) so sánh với ∆Ptol (∆Ptol khoảng 4% công suất dãy), xem khối sơ đồ Ý nghĩa việc để biết đường cong P – V có nhiều đỉnh hay có đỉnh (lưu ý dãy PV bị bóng che hồn tồn đường cong P – V có đỉnh, tức giống trường hợp khơng bị bóng che , lúc cơng suất dãy nhỏ hơn)  Nếu đường cong P – V có đỉnh, thường độ dốc lớn, nên nhiễu loạn lượng ∆Vlarge theo thực tiễn thay đổi cơng suất ∆Ptt > ∆Ptol, lúc chương trình dị tìm điểm GP quay chương trình chính, thuật tốn P&O làm nhiệm vụ  Nếu đường cong P – V có nhiều đỉnh, thường độ dốc nhỏ, nên nhiễu loạn lượng ∆Vlarge theo thực tiễn thay đổi cơng suất ∆Ptt < ∆Ptol, lúc chương trình dị tìm điểm GP tiếp tục - Chương trình dị tìm điểm GP tiếp tục cách tính tốn độ dốc dP/dV âm hay dương nhiễu loạn nhỏ (cứ sau nhiễu loạn lớn ∆Vlarge, nhiễu loạn nhỏ)  Nếu độ dốc không thay đổi tiếp tục dị có thay đổi  Nếu độ dốc thay đổi nhận biết có điểm cực đại vùng lân cận, lúc gọi chương trình P&O để xác định điểm cực đại (điểm D) Sau đó, so sánh thấy cơng suất điểm D lớn cơng suất điểm E, nhận công suất điểm D công suất MPP tạm thời, tương tự dị đến điểm B Khi dị đến điểm A, nhận thấy công suất điểm A nhỏ công suất điểm B, xác định điểm B điểm GP Vì theo kết luận phía “ hai bên đỉnh GP, độ lớn đỉnh cơng suất (tính từ đỉnh GP) liên tục giảm Chương 4: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ Thuật toán P&O thuật toán bản, đơn giản áp dụng tương đối rộng rãi hệ MPPT Tuy nhiên chưa giải tượng dãy PV bị bóng che phần Hiện tượng dãy PV bị bóng che phần đường cong đặc tính I – V P – V đặc trưng nhiều nấc đỉnh Do khó khăn thuật tốn dị tìm điểm cơng suất cực đại (MPPT) hệ thống quang điện (PV), đề tài đưa thuật tốn để theo dõi cơng suất đỉnh global (GP) tức đỉnh công suất lớn đỉnh cơng suất Việc xây dựng thuật tốn, trước hết dựa thuật ngữ đặc biệt để mô tả giúp đơn giản hóa dãy PV lớn bị bóng che phức tạp sau nghiên cứu đặc tính PV, quan sát trạng thái đỉnh global local (là đỉnh công suất khơng phải lớn nhất) dãy PV bị bóng che Qua nhiều thực nghiệm mô trường hợp dãy PV bị bóng che phần, cho thấy: 1) Các đường cong I-V điều kiện phần bị bóng che có nhiều nấc, đường cong P-V đặc trưng nhiều đỉnh 2) Các đỉnh đường cong P-V xảy gần bội số 80% VOC_module 3) Sự dịch chuyển tối thiểu đỉnh gần 80% VOC_module 4) Quan sát thấy đường cong P-V qua từ hai bên(đi từ trái sang phải từ phải sang trái), độ lớn đỉnh cơng suất tăng lên Sau đạt đỉnh GP, độ lớn đỉnh (nếu chúng diện) liên tục giảm, thuật toán dựa quan sát 5) Thuật tốn có hiệu điều kiện cường độ xạ đồng Do đề tài mới, khả nhận thức hạn chế nên đề tài số khâu chưa hồn chỉnh, cịn nhiều vấn đề chưa đề cập đến Nó mơ rời rạc thành phần hệ thống, chưa thể mô tồn hệ thống pin mặt trời để có nhìn tổng quan hoạt động toàn hệ thống Hướng phát triển đề tài : - Giải vấn đề hòa lưới điện mặt trời vào lưới điện quốc gia - Xét ảnh hưởng dòng điện điện áp lên thiết bị hòa lưới - Nghiên cứu kết hợp lượng mặt trời lượng gió - Nghiên cứu mơ hoàn chỉnh toàn hệ thống pin mặt trời TÀI LIỆU THAM KHẢO I Các Tài liệu - Tài liệu tiếng Việt PGS.TS Nguyễn Bốn, TS Hoàng Dương Hùng- Năng lượng mặt trời– Nhà xuất khoa học kỹ thuật Nguyễn Văn Nhờ - Điện tử công suất – Nhà xuất đại học quốc gia PGS.TS Đặng Đình Thống - Pin mặt trời ứng dụng – Nhà xuất khoa học kỹ thuật Máy điện _ Nguyễn Trọng Thắng- Nhà xuất đại học quốc gia - Tài liệu tiếng Anh Renewable and Efficient Electric Power System (Gilbert M Masters – Standford University) ECEN 2060 Matlab Simulink material Understanding Renewable Energy System (Volker Quaschning) Wind and Solar power System U.S Department of Energy 1997.’’ International Energy Outlook 1997 with Projections to 2015’’ DOE Office of the Integrated Analysis and Forecasting, Report No DE -97005344, April 1997 Felix, F.1992 “ State of the Nuclear Economy’’, IEEE Spectrum, November 1997, p.29-32 Novel control strategy for grid connected DC-AC converter with load power factor and MPPT control ( Pedro G.Barbosa, Luis G.B Rolim, Vladimir V Tavares- Brazil, Germany) Comparison of Photovoltaic Array Maximum Power Point Tracking Techniques (Trishan Esram, student member Patrick L Chapman, Member Nhiều báo điện mặt trời, nguồn báo từ Elsevier (Contents list avaiable at Science Direct ) journal homepage: www.elsevier.com/locate/renene Các tài liệu liên quan từ Internet II Phần mềm Psim 9.0 III Phần mềm Matlab