Xây dựng mô hình động của hệ thống pin mặt trời có tính đến sự thay đổi các tham số cấu trúc

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH VÕ THỊ ÁNH TUYẾT XÂY DỰNG MƠ HÌNH ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG PIN MẶT TRỜI CĨ TÍNH ĐẾN SỰ THAY ĐỔI CÁC THAM SỐ CẤU TRÚC Chuyên ngành: KỸ THUẬT ĐIỆN Mã chuyên ngành: 60520202 LUẬN VĂN THẠC SĨ THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, NĂM 2018 Cơng trình hồn thành Trường Đại học Cơng nghiệp TP Hồ Chí Minh Người hướng dẫn khoa học: TS Nguyễn Trung Nhân Người ph n iện 1: Người ph n iện 2: u n n thạc o ệ H i đồng ch o ệ un n thạc Trường Đại học Công nghiệp thành phố Hồ Chí Minh ngày tháng n Thành phần H i đồng đánh giá lu n n thạc gồ : - Chủ tịch H i đồng - Ph n iện - Ph n iện - Ủy iên - Thư ký CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học iên: Ngày, tháng, n Chuyên ngành: VÕ THỊ ÁNH TUYẾT inh: 14/03/1979 MSHV: 16003611 Nơi inh: BÌNH DƯƠNG Mã chuyên ngành: 60520202 KỸ THUẬT ĐIỆN I TÊN ĐỀ TÀI: Xây dựng ô hình đ ng hệ thống pin ặt trời có tính đến ự thay đổi tha ố c u trúc NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:  Tì hiểu tổng quan ề c u tạo pin ặt trời phương pháp xây dựng hình tốn học  Kh o át ự thay đổi thông ố c u trúc hệ thống đến hiệu u t iệc hệ thống pin ặt trời  Đề xu t gi i pháp xây dựng hình tốn học t đổi thơng ố c u trúc ự thay đổi điều kiện pin có tính đến ự thay n hành  Xây dựng hình Matla kết qu kiể chứng II NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 30/01/2018 III NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 30/07/2018 IV NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS Nguyễn Trung Nhân Tp Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 20 … NGƯỜI HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO TS Nguyễn Trung Nhân TRƯỞNG KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN LỜI CẢM ƠN Để hồn thành lu n n t cách hoàn chỉnh, ên cạnh ự nỗ lực cố gắng n thân cịn có ự hướng dẫn nhiệt tình q Thầy Cơ, ủng h gia đình ạn è uốt thời gian học t p nghiên cứu lu n iên thực n thạc Với tình c  ự đ ng chân thành cho phép gửi lời c ơn âu ắc tới: Khoa Công Nghệ Điện_Trường Đại Học Công Nghiệp TP HCM, gi ng iên t n tình dạy tạo điều kiện giúp đỡ tơi q trình học t p,  nghiên cứu Đặc iệt tơi xin ày tỏ lịng iết ơn âu ắc đến TS Nguyễn Trung Nhân – người hướng dẫn người t n tình hướng dẫn, o, giúp đỡ đ ng iên tơi uốt q trình nghiên cứu hồn thành lu n n  C ơn gia đình, ạn è tơi q trình học t p đồng nghiệp ln khích lệ, đ ng iên giúp đỡ nghiên cứu Mặc dù cố gắng r t nhiều, không tránh khỏi thiếu nh n ự thông c , dẫn, giúp đỡ đóng góp ý kiến q thầy cơ, bè đồng nghiệp để lu n Xin chân thành c ót, tơi r t ong ạn n hồn thiện ơn! TP HCM, tháng 07 năm 2018 Học viên thực Võ Thị Ánh Tuyết i TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ u n n đưa rat phương pháp hình hóa t pin ặt trời Mục tiêu để tì thơng ố phương trình phi tuyến I-V ằng cách điều chỉnh đường cong đặc tính điể ngắn ạch Ba điể a điể : điể l y từ pháp đưa phương trình I-V tốt nh t hở ạch, điể cơng ng ố liệu t hình phù hợp pin thực tế Phương ới hình quang điện (PV) có tính đến nh hưởng điện trở nối tiếp song song cực đại ođ ới công u t cực đại t    n u n n gồ t kỳ t diode công u t pin thực tế Với thơng ố phương trình I-V điều chỉnh, ta xây dựng ạch quang điện PV ới u t cực đại t mơ hình ằng cách dụng khối tốn học có chương: Trong chương đầu người đọc ẽ có nhìn tổng quan ề thực trạng dụng n ng lượng điện Chương giới thiệu định ngh a pin quang điện, ức xạ ặt trời hệ thống PV Chương t p trung giới thiệu điện, đặc tính n hành yếu tố trình ày chi tiết hình hóa pin quang nh hưởng đến đặc tính n hành Chương đề xu t gi i thu t xác định hình đ ng hệ thống PV  Chương kiể chứng kết qu ô Matla ới liệu t pin  thực tế  Cuối kết lu n hướng phát triển ii ABSTRACT This thesis proposes a method of modeling and simulation of photovoltaic arrays The ain o jecti e i to find the para eter of the nonlinear I–V equation by adjusting the curve at three points: Open circuit point, Maximum power point, Short circuit point Given these three points, which are provided by all commercial array data heet , the ethod find the e t I–V equation for the single-diode photovoltaic (PV) model including the effect of the series and parallel resistances, and warranties that the maximum power of the model matches with the maximum power of the real array With the parameters of the adjusted I–V equation, one can build a PV circuit model with any circuit simulator by using basic math blocks The thesis is organized through six chapters: The fir t chapter gives overview of the situation of the current electrical energy  Chapter i intended a an introduction to the u ject It define the photovoltaic process, introduces the main meteorological elements, the solar irradiance and presents an overview of PV systems (stand alone systems and grid connected systems)  Chapter focuses on an explicit modeling of solar cells Different models describing the operation and the behavior of the photovoltaic generator are presented  Chapter proposes the algorithm in a bid to determine the dynamic model of PV system  Chapter validates with experimental data of commercial PV arrays using Matlab software Finally, Chapter is the conclusion and development   iii LỜI CAM ĐOAN Tơi xin ca đoan cơng trình nghiên cứu n thân Các kết qu nghiên cứu kết lu n lu n n trung thực, không ao chép từ t kỳ t nguồn t kỳ hình thức Việc tha thực trích dẫn ghi nguồn tài liệu tha kh o nguồn tài liệu (nếu có) kh o quy định Học viên Võ Thị Ánh Tuyết iv MỤC LỤC MỤC ỤC DANH MỤC HÌNH ẢNH v vii ix DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT x MỞ ĐẦU 1 Đặt Mục tiêu nghiên cứu Đối tượng phạ i nghiên cứu Cách tiếp c n phương pháp nghiên cứu Ý ngh a thực tiễn đề tài CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH NĂNG ƯỢNG ĐIỆN 1.1 Thực trạng dụng nguồn n ng lượng giới 1.2 Xu hướng dụng n ng lượng tương lai 1.2.1 N ng lượng inh khối 1.2.2 1.2.3 N ng lượng đại dương 1.2.4 1.2.5 Điện 1.2.6 Điện Mặt trời T p Trung (CSP) 1.2.7 Sưởi át ằng n ng lượng ặt trời N ng lượng gió 1.2.8 1.3 Thực trạng khai thác n ng lượng ặt trời pin ặt trời Việt 10 1.3.1 10 1.3.2 Phát triển công nghiệp điện ặt trời đến n 2025 11 1.4 12 CHƯƠNG PIN QUANG ĐIỆN 14 2.1 Định ngh a quang điện 14 2.1.1 Chiếu xạ ức xạ ặt trời 14 2.1.2 Công nghệ pin quang điện 16 2.1.3 Hoạt đ ng t tế quang điện 19 2.1.4 Pin quang điện odul quang điện 20 2.2 Giới thiệu ề hệ thống PV 24 2.2.1 Hệ thống PV đ c l p 25 2.2.2 Hệ thống PV kết nối lưới 30 DANH MỤC BẢNG BIỂU n đề Thủy điện Địa nhiệt ặt trời (PV) Nam Thực trạng Kết lu n v Kết lu n 2.3 CHƯƠNG MƠ HÌNH HĨA, ĐẶC TÍNH VẬN HÀNH CỦA PIN QUANG ĐIỆN 31 32 3.1 32 3.2 Mơ hình hóa pin quang điện 32 3.2.1Mô hình lý tưởng 32 3.2.2 Mơ hình có tổn th t trở 34 3.2.3 Mơ hình tpin quang điện PV thực tế 36 3.3 Đặc tính n hành 45 3.3.1 Đặc tính hình (Phần 3.2.3.1) 46 3.3.2 Đặc tính ô hình (Phần 3.2.3.2) 48 3.3.3 Đặc tính hình (Phần 3.2.3.3) 49 3.3.4 Đặc tính ô hình (Phần 3.2.3.5) 51 3.4 Các yếu tố nh hưởng đến đặc tính n hành pin quang điện 52 3.4.1Hiệu ứng chiếu xạ 52 3.4.2Hiệu ứng nhiệt đ 52 3.4.3 Đặc tính n i pin quang điện (Rs, RSh) 53 3.4.4Hiệu ứng quang phổ 53 Kết lu n 3.5 53 CHƯƠNG ĐỀ XUẤT GIẢI THUẬT XÁC ĐỊNH MƠ HÌNH ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG PIN QUANG ĐIỆN 55 Đề xu t 4.1 55 4.2 Xác định hình đ ng hệ thống Pin quang điện 56 4.2.1 Điều chỉnh ô hình 56 4.2.2 Gi i pháp lặp Rs RSh 57 4.2.3 Tiếp tục c i tiến hình 57 4.3 p gi i thu t xác định hình đ ng hệ thống pin quang điện 58 Kết lu n 4.4 59 CHƯƠNG MÔ PHỎNG KIỂM CHỨNG KẾT QUẢ 60 5.1 Mô dãy Pin quang điện PV 60 5.2 Kiể chứng hình 64 Kết lu n 5.3 70 KẾT UẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 71 Kết lu n 71 Hướng phát triển 72 TÀI IỆU THAM KHẢO Ý ỊCH TRÍCH NGANG CỦA HỌC VIÊN Giới thiệu vi DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Nhu cầu n ng lượng giới Hình 1.2 Tỉ lệ n ng lượng tái tạo dự kiến tổng n lượng điện toàn cầu, n 2016 Hình 1.3 Cơng u t n ng lượng tái tạo toàn giới, 2007-2017 Hình 1.4 Cơng u t thủy điện có phần ới ổ ung 10 quốc gia có cơng cao nh t, 2017 u t t ng thê Hình 1.5 Cơng u t phát điện inh học tồn cầu theo ùng, 2006-2016 Hình 1.6 Cơng u t n ng lượng địa nhiệt t ng thê , 10 quốc gia đứng đầu, 2016 Hình 1.7 Cơng u t điện ặt trời có phần ới ổ ung n , 20078 Hình 1.8 Cơng u t CSP toàn cầu, 2007-2017 Hình 1.9 Cơng u t điện gió tồn cầu ổ ung n , 2007-2017 [1] 10 Hình 2.1 Đường chiếu xạ 15 Hình 2.2 Pin ilicon đơn tinh thể 16 u t tinh thể Silicon Hình 2.3 Hiệu 17 ilicon Hình 2.4 Thị phần tinh thể 17 ỏng Hình 2.5 Thị phần phi 19 Hình 2.6 Hiệu u t loại pin t liệu khác phịng thí nghiệ 21 Hình 2.7 Pin, odul tpin quang điện 21 Hình 2.8 Dạng đặc tính I-V 22 Hình 2.9 Đặc tính pin ặt trời Ipv-Vpv 23 Hình 2.10 Hệ thống PV ghép trực tiếp 25 Hình 2.11 Hệ thống PV đ c l p ới acquy DC t i AC 26 Hình 2.12 Hệ thống PV kết nối lưới không t p trung 31 Hình 2.13 Hệ thống PV kết nối lưới t p trung [3] 31 Hình 3.1 Mạch tương đương đơn gi n hóa pin ặt trời 33 Hình 3.2 Mạch tương đương đơn gi n hóa pin quang điện ới Rs 34 Hình 3.3 Mạch tương đương đơn gi n hóa pin ặt trời (Rs, RSh) 37 Hình 3.4 Đặc tính I–V ới điể lưu ý: điể ngắn ạch (0, Isc), điể công u t cực đại MPP (Vmp, Imp), điể hở ạch (Voc, 0) 38 Hình 3.5 Mạch tương đương hình diode 44 Hình 3.6 Ví dụ c u trúc dãy quang điện PV 46 Hình 3.7 Đặc tính I=f(V) P=f(V) điều kiện STC (T G không đổi) 47 Hình 3.8 Ảnh hưởng chiếu xạ ặt trời thay đổi 47 Hình 3.9 Ảnh hưởng nhiệt đ thay đổi 47 2017 vii