Nghiên ứu thiết kế hệ thống biến đổi năng lượng mặt trời

Lưu đ thuật toán P&O điều khiển thông qua dng tham chiếu Iref.. Lưu đ thuật tốn INC điều khiển thơng qua dng điện tham chi u Iế ref.. Lưu đ thuật toán chương trnh bám điểm công suấ

BI N Đ I NĂNG LƯ NG MT TRỜI

Chuyên ngành: ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA H C Ọ

PGS TS V MINH CHNH

Hà N i - ộ năm 2018

Lời cam đoan

LỜI CAM ĐOAN

Em xin cam đoan luận văn thạc sỹ: “Nghiên cu thi t k h th ng bi    n đi năng lưng m t tr i do em t   ” ựthiế ế dướ ự hướt k i s ng d n cẫ ủa PGS TS V Minh Ch nh  Các

s ốliệu và kết quả là hoàn toàn đúng với thực tế

Để hoàn thành luận văn này em chỉ ử ụ ững tài liệu đượ

mục tài liệu tham khảo và không sao chép hay sử ụ d ng b t k tài liệu nào khác Nếu phát ấ ỳ

hiện có sự sao chép em xin chịu hoàn toàn trách nhiệm

Hà Nội, ngày tháng năm 2018

H c ọ viên

Hoàng Đc Dng

M c l c ụ ụ

MỤC LỤC

L I CAM Ờ ĐOAN i

MỤC LỤC i

DANH MỤC HÌNH VẼ iii

DANH MỤC BẢNG SỐ LI U vỆ DANH MỤC TỪ ẾT TẮT viVI LỜI NÓI ĐẦU 1

Chương 1 ỔT NG QUAN V H THỀ Ệ ỐNG NĂNG LƯNG M T TR I 2 Ờ ĐT VN ĐỀ 2

1.1 Gi i thi u v h ớ ệ ề ệthống năng lượng m t tr i 3 ờ 1.1.1 Năng lư ng m t tr i 3  

1.1.2 Đi n m t tr i 3  

1.1.3 Nhi t đi  n m t tr i 4

1.2 Quang điện mt trời 4

1.2.1 Kh á i nim v pin quang đi n 4

1.2.4 Hi u ng quang đi n 5

1.2.5 C u t o v   à nguyên l ho  ộ t đ ng c a pin m  t tr i 6

1.2.6 C ác đc trưng pin mt tr i 8

1.3 ng d ng pin m t trỨ ụ  ời trong đời sống 13

1.3.1 T ch h p v o thi   à  t b 13

1.3.2 Ngu n đin di độ ng 13

1.3.3 Ngu n đi n cho t a nh 14  à 1.3.4 Nh m à á y đi  n m  t tr i 15

1.4 Điện m t tr i t i Vi t Nam 15 ờ ạ ệ 1.4.1 Ti m năng đi n m t tri  Vi t Nam 15

1.4.2 Nh ng d   án đi n m  t tri  Vi t Nam 15

1.5 Kết luận chương 1 16

Chương 2 C C V N ĐỀ THI T K ĐI U KHI N H THẾ Ế – Ề Ể Ệ ỐNG NĂNG LƯNG MT TRỜI 17

2.1 C u trấ úc hệ thống điện mt trời 17

2.2 Vấn đề ối ưu hó t a hoạ ột đ ng c a pin m t trủ  ời – á B m điểm công suất cự ạc đ i 18

M c l c ụ ụ

2.3 Thu t to n bậ á ám điểm công suất cực đại – Maximum power tracking point 20

2.3.1 Thu t toán đi u khi n t l    đi á n p h m  ch 20

2.3.2 Thu  t toá n nhi u lo n v quan s P&O (Perturb and Observer) 21   à á t 2.3.3 Thu t toán đi n d n gia tăng INC (Incremental Conductance) 26

2.3.4 H n ch c a MPPT 29   

2.4 B biộ ến đi ngu n d ng cho h   ệthống 30

2.4.1 Các cu hình bin đổi DC/DC 31

2.4.2 Các cu hình bin đổi DC/AC 34

2.5 c quy v Ắ à phương pháp n p c quy 41ạ  2.5.1 c quy 41 

2.5.2 Phương phá p n p c quy 42  

2.5.3 Đi u khi n s c k t h p MPTT 45    

2.6 Kết luận chương 2 46

Chương 3 THI T K H THẾ Ế Ệ ỐNG NĂNG LƯNG M T TR I HO T Đ Ờ Ạ ỘNG ĐỘC L P 47Ậ 3.1 Yêu cu thi t k 47ế ế 3.1.1 T nh to n k  á ch c pin m t tr i 47

3.1.2 T nh to  án yêu c u b DC/DC 50 ộ 3.1.3 T nh to  án yêu cu dung lư ng c quy 51

3.2 Lựa chọ ấn c u h nh b bi ộ ến đi DC/DC 51

3.2.1 T nh to n t l  á  c đ u ra 54

3.2.2 T nh to n cu n c m 55  á ộ  3.2.3 T nh to n tham s 55  á  3.3 Thiết kế ộ ến đi DC/AC b bi 56

3.3.1 T nh ch  n van đi u khi n 57 

3.3.2 M ch khu  ch đi đi u khi n Mosfet 57 

3.3.3 M ch l   c đ  u ra c a ngh  ch lưu 57

3.3.4 Bi n á p AC/AC 58

3.4 Lựa chọn vi điều khi n v gi i thu t 58ể à ả ậ 3.4.1 Vi đi u khi n 58 

3.4.2 Chn phương pháp đi u khi n MPPT 60 

M c l c ụ ụ

3.5.3 M ch đo nhi ộ t đ 62

3.6 Thiết kế ạ m ch sạc c quy 62

3.7 Sơ đ ạ m ch t ng th h th ng 63 ể ệ ố 3.8 Thiết kế ph n m m h  ề ệthống 65

3.8.1 Lưu đ thu t to  án chương trì nh ch nh -  đi u khi n s c c quy b m MPPT 65    á 3.8.2 Lưu đ thu t to n  á chương trì nh con b m đi á m công su c đ t c i 66

3.8.3 Lưu đ thu t to  án chương trình con đi u khi n ngh  ch lưu 67

3.9 Kết luận chương 3 69

Chương 4 KẾT QU MÔ PH NG H TH NG B NG MATLAB/SIMULINK 70Ả  Ệ Ố  4.1 Mô phng pin m t tr i 70 ờ 4.1.1 Khi I ph 70

4.1.2 Khi I rs 70

4.1.3 Mô hì nh pin m t tr i 71  

4.2 Mô hnh h a gi i thu t MPPT 71ó ả ậ 4.2.1 Gi i thu t P&O 71  

4.2.2 Gi i thu t INC 72  

4.2.3 Kh o s  át công sut c a h khi c b   ộ đi u khi n MPPT 72 

4.2.4 Mô ph ng l m vi c b ngh à  ộ ch lưu SPWM 74

4.3 Kết luận chương 4 76

KẾT LUẬN 78

TÀI LIỆU THAM KH O 80Ả PHỤ Ụ L C 82

Danh m ục hnh vẽ

DANH M ỤC HÌNH VẼ

Hnh 1.1 Nguyên l ho t đ ng c a nh mạ ộ ủ à áy điện m t tr i 4 ờ

H nh 1.2 C u t o v  ấ ạ à nguyên l ho t đ ng c a pin m t tr i 5ạ ộ ủ  ờ

Hnh 1.3 Hiện tượng c a hi u ủ ệ ng quang điện 5

H nh 1.4 C u t ấ ạo pin măt trời 6

H nh 1.5 Ho ạ ột đ ng c a pin mủ t trời 7

Hnh 1.7 Đc tnh V-A v à đc tnh P-V của pin mt trời 9

Hnh 1.8 Đc tnh V-A  ác nhiệt độ c kh c nhau 10á Hnh 1.9 Điểm làm việc và điểm công suấ ự ạt c c đ i 11

H nh 1.10 Tr m v ISS v Robot t h ạ trụ à ự ành trên sao ha 13

H nh 1.11 Ngu n s  ạc di động v h à ệthống điện trên tàu bi n 14ể H nh 1.13 Nh m à áy điện s d ng pin mử ụ t trời 15

H nh 2.1 H  ệthống điện m t i 17 trờ Hnh 2.2 Đc tnh I-V, P-V của pin mt trời với điểm công suất cực đại 18

Hnh 2.4 Sơ đ khối của hệ thống MPPT tiêu biểu 20

Hnh 2.5 Sơ đ ệ h thống MPPT điều khi n theo dể ng điện tham chi u Iế ref 21

Hnh 2.6 Đường đc tnh quan hệ ữ gi a công su t và dng điấ ện P I c a pin m t tr 22– ủ  ời Hnh 2.7 Lưu đ thuật toán P&O điều khiển thông qua dng tham chiếu Iref 23

Hnh 2.8 Sơ đ khối của phương pháp MPPT điều khi n trể ực tiếp chu kỳ nhiệm vụ D 24 H nh 2.9 M i quan h gi ố ệ ữa tng tr  vào của m ch boost v i chu k nhi m v 24ạ ớ ỳ ệ ụD Hnh 2.9 Lưu đthuật toán P&O điều khi n trể ực tiếp chu k nhi m v 25ỳ ệ ụD Hnh 2.10 Độ ố d c (dP/dV) c a PV 26ủ Hnh 2.11 Lưu đ thuật toán INC điều khiển thông qua chu kỳ nhiệm vụ D 28

Hnh 2.12 Lưu đ thuật toán INC điều khiển thông qua dng điện tham chi u Iế ref 29

Hnh 2.13 Mô hnh và đc tnh I –V, P – V của hệ thống pin mt trời 30

Danh m ục hnh vẽ

Hnh 2.17 Cấu hnh bộ ến đ bi i Forward & Push-Pull 32

Hnh 2.18 Cấu hnh bộ ến đ bi i Flyback 33

Hnh 2.19 Cấu hnh Half-Bridge và Full-Bridge 34

H nh 2.20 Ngh ịch lưu cu 1 pha 34

H nh 2.21 Ngh ịch lưu có điểm trung t nh 34

H nh 2.22 Gi ản đ xung của nghịch lưu cu 1 pha 36

Hnh 2.23 Sơ đ nghịch lưu áp c u 1 pha 37

H nh 2.24 a) Ngh ịch lưu cộng hưng song song b) Gi– ản đ xung 37

H nh 2.25 a) Ngh ịch lưu cộng hưng nối tiếp – b) Sơ đ thay th 37ế H nh 2.26 Lu ật điều khi n 38ể Hnh 2.27 Sơ đ kh i b ố ộ điều khi n van c a PWM 39ể ủ Hnh 2.28 Điện áp ra bộ nghịch lưu điều khi n bể i xung đơn cực 40

Hnh 2.29 Điện áp ra bộ nghịch lưu điều khi n bể i xung lưng cực 40

Hnh 2.30 Sơ đ ạ n p với dng điện không đi 42

H nh 2.31 Quan h n ệ ng độ dung dịch điện phân và ng thtrạ ái điện của c quy 43

H nh 2.32 B ốn giai đoạn sạc c quy 45

H nh 2.33 Gi i thu ả ật sạc c quy hai giai đoạn k t h p MPPT 46ế ợ Hnh 3.1 Mô hnh hệthống pin mt trời 47

Hnh 3.2 Đ thị đc tnh Kyocera KC130GHT-2 48

Hnh 3.3 Đ thị đc tnh IV v PV cà ủa hệ ại cường độ c xạ t b 1kW/m2 49

Hnh 3.4 Đ thị đc tnh IV v PV cà ủa hệ ại cá t c mc cường độ bc xạ khác nhau 50

Hnh 3.5 Mô hnh b ộbiến đi tăng áp 52

Hnh 3.6 Sơ đ thay th ế a) Mosfet đóng, b) Mosfet c t 52

H nh 3.7 a) D ng s ạ óng điệ áp trên cuộn n c m, b) D ng s ng dả ạ ó ng điện trên tụ điện 53

H nh 3.7 c) D ạng sóng điện áp và dng điệ n chế độ dng liên tụ c 53

H nh 3.8 D ng s ạ óng điệ áp đn u ra 54

H nh 3.9 D ng s ng d ạ ó ng điện trên cuộn c m 55ả H nh 3.10 Ngh ịch lưu cu H 57

Danh m ục hnh vẽ

Hnh 3.11 Sơ đ ết nối IR2101 k 57

Hnh 3.12a Vi điều khi n 18F2331 59ể Hnh 3.12b Vi điều khi n 18F2331 60ể H nh 3.13 ACS 712 62

H nh 3.14 M ch s ạ ạc c quy n p/x 63ạ ả Hnh 3.15 Sơ đ ạ m ch h ệthống 64

Hnh 3.16 Lưu đ thuật toán chương trnh sạc c quy b m MPPT 66á Hnh 3.17 Lưu đ thuật toán chương trnh bám điểm công suất cực đại MPPT 67

Hnh 3.18 Lưu đ thuật toán chương trnh điều khi n nghể ịc lưu 68

Hnh 4.1 Mô phng Iph 70

Hnh 4.2 Mô phng Irs 70

H n h 4.3 Mô hnh pin m t tr ời với 4 thông số H, T, V, I 71

Hnh 4.4 Sơ đ ả gi i thuật P&O 71

Hnh 4.5 Sơ đ ả gi i thuật INC 72

H nh 4.6 H pin m ệ t trời với bộ điều khi n MPPT 73ể Hnh 4.7 Đ thị điệ áp đn u v o cà ủa bộ Boost converter 73

Hnh 4.8 Đ thị điệ áp đn u ra c a b Boost converter 74ủ ộ Hnh 4.9 Sơ đ mô phng b inverter 1 pha 74ộ H nh 4.10 T n hi  ệu điều khi n PWM 75ể Hnh 4.11 Đc tnh I, V sau khi qua b nghộ ịch lưu 75

Hnh 4.12 Đc tnh I V trên tải 76

Danh m c t vi t t t ụ ừ ế 

DANH MỤC TỪ VIT TẮT

MPPT Maximum Power Tracking Point Tm điểm công suất cự ạc đ i

P&O Perturb and Observer Nhiu lo n v quan s t ạ à áINC Incremental Conductance Điện dẫn gia tăng

EMI ElectroMagnetic Interference Nhiu điệ ừn t

VAC Voltage Alternating Current Điện áp xoay chiều

VDC Voltage Direct Current Điện áp một chi u ề

Lời nói đ u

LỜI NÓI ĐẦU

Mục tiêu của luận văn là nghiên cu thi t k tế ế ối ưu hệ thống năng lượng m t tr ời

hoạt động độ ậ hước l p, ng t i ớ làm chủ công nghệ thiế ế ệ thống năng lượt k h ng m t tr i s  ờ ử

d ng cho nhi u mụ ề ục đch kh c nhau Trong th i gian tiá ờ ến hành làm luận văn, em đã thực

hiện được các công việc với những kết quả như sau:

- Chương 1: Tng quan v h ề ệthống năng lượng mt trời

- Chương 2: ác vấn đề thiết kế – điềC u khi n h ể ệthống năng lượng m t tr i  ờ

- Chương 3: Thiết kế ệ thống năng lượ h ng m t tr ời hoạ ộng đột đ c l p ậ

- Chương 4: ết quả ô phK m ng h ệthống b ng Matlab/Simulink 

Do thời gian có hạn cng như sự ạ h n ch v m t ki n thế ề  ế c và thực nghi m, ệ luận văn ch c chn không tránh khi nh ng thiữ ếu sót V vậy, em knh mong nhận được nh ng ữ

l i nhờ ận xét, đánh giá và góp  của các thy cô để em kh c ph ục và hoàn thiện các phn cn thiếu sót của b n luả ận văn ạ, t o tiền đề cho s ự ra đờ ủi c a m t s n phộ ả ẩm hoàn thi n ệhơn

Em xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày tháng năm 2018

H c  viên

Hoàng Đc Dng

Chương 1 T ng quan v h th ề ệ ống năng lượng m t tr i  ờ

c n ki t nguạ ệ n nướ ạc t i nhiều nơi do không có mưa Trướ c t nh hnh đó ấn đề, v ph t tri n á ểngun năng lượng mới để đáp ng nhu c u s d ng l c n thi ử ụ à  ết, đ  ựi h i s quan tâm vàđu tư nghiên cu

n nay, vi

Hiệ ệc khai thác các ngun năng lượng tái tạo như năng lượng gió, năng lượng m t tr ời đang được phát triển khuy n ế khch trên thế giới, đi đu là các quốc gia: Đc, Đan Mạch, Nh t Bậ ản, Hà Lan và Mỹ Việt Nam có vị tr địa l nm trong khu v c ựcường độ  b c x m t trạ  ời tương đối cao, trong đó nhiều nhất là thành phố  Ch Minh H tiếp đến là các vng miền duyên hải miền Trung sau đấ à đếy l n c c vá ng Tây Bc (Sơn

La, Lai Châu, Lào Cai ) và vng Bc Trung B ộ (Thanh Hóa, Nghệ An, Hà Tĩnh…) nên

việc khai thác ngun năng lượng m t tr ời đang được các nhà khoa học trong nước quan tâm

Năng lượng m t tr ời có những ưu điểm như: sạch, chi ph nhiên liệu và bảo dưng thấp, an toàn cho ngườ ử ụng… Đi s d ng thời, phát triển ngành công nghiệp s n xu t pin ả ấ

m t tr i s  ờ ẽ góp phn thay th ế các ngun năng lượng hóa thạch, giảm phát kh thải nhà knh, bảo v ệ môi trường V thế, đây được coi là ngun năng lượng qu giá, có thể thay

thế nh ng dữ ạng năng lượng c đang ngày càng cạn ki t Gệ n đây số lượng các hệ ống thphát năng lượng m t tr ời tăng nhanh dẫ ới hnh thành sựn t cung cấp điện d ch v mị ụ ới và đạt tiêu chuẩ n ng v i nguớ n năng lượng sạch Đc bi t, vi c chuyệ ệ ển điện năng từ ngu n 

Chương 1 T ng quan v h th ề ệ ống năng lượng m t tr i  ờ

trực tiếp vào các ngun cung c p phân bố trên diệ ộấ n r ng dựa trên mạng lưới điện qu c ốgia

1.1 Giới thiu về  h thng năng lư ng m t tr i  

1.1.1 Năng lư ng m t tr i

Năng lượng m t tr ời là năng lượng của dng bc x ạ điệ ừn t xuất phát từ  m t tr i, ờ

c ng v i m t ph n nh ộ ớ ộ   năng lượng của các hạt nguyên tử khác phóng ra từ các ngôi sao.Dng năng lượng này sẽ ế ục phát ra cho đế ti p t n khi ph n ng hả  ạt nhân trên mt tr i h t ờ ếnhiên liệu, vào khoảng 5 t ỉ năm nữa

Con người đã biế ử ụt s d ng ngun năng lượng này từ ấ ớm, nhưng  r t s ng d ng ụnăng ợ lư ng m t tr ời vào các công nghệ ả s n xuất và trên quy mô rộng th mới ch th c s ỉ ự ựvào ế ỷ 18 và cng chủ ế th k y u những nước nhiều năng lượng m t tr ời, nhưng vng sa

m ạc

T sau cu c kh ng hoừ ộ ủ ảng năng lượng th giế ới năm 1968 và 1973, năng lượng mt

tr i ờ càng được đc biệt quan tâm Các nước công nghiệp phát triển đã đi tiên phong trong

việc nghiên c u ng dụng năng lượng m t tr ời Các ng dụng năng lượng m t tr i ph  ờ 

bi n hiế ện nay là điện mt trời và nhiệt m t tr  ời

1.1.2 Đi n m t tr i

Điện mt trời là lĩnh vực nghiên cu để ến đi năng lượ bi ng m t tr ời thành năng lư ng ợđiện Hiện nay có hai phương th ảc s n xu t đi n t ấ ệ ừ năng lượng m t tr i  ờ

 Chuyển đi trực tiếp ánh sang m ời thành điện năng bng cách sử ụng cáct tr d

t m pin mấ t trời (Photovoltaic (PV)) Phương pháp này đượ ử ục s d ng nhi u trong ề

việc sản xuất điện quy mô lớn nh  khác nhau, cung cấp năng lượng cho tàu v

Chương 1 T ng quan v h th ề ệ ống năng lượng m t tr i  ờ

1.1.3 Nhi t đi n m t tr i

Năng lượng m t tr ời cn đượ c ng dụng để đun nước nóng, làm ấm không gian

b ng  các tấm thu nhiệt, hoc nấu nướ ng các chả ập trung ánh sáng mt trời.c b o t

Hnh 1.1 Nguyên l hoạ ột đ ng c a nh mủ à áy điện mt trời

1.2 Quang đi n m  t tr i 

Mục tiêu của đề à à nghiên c t i l u thi t k h ế ế ệ thống năng lượng m t tr i s d ng pin  ờ ử ụquang điện v v y ta c n t m hi u d c t nh c a t m pin năng lư ng m t tr i  ậ   ể   ủ ấ ợ  ờ

1.2.1 Kh i ni m v pin quang đi n

Pin quang điện (hay c n g i l ọ à pin mt trờ , hnh 1.2) là công nghệ ải s n xuất ra điện năng từ các chấ bán dẫn dưới tác dụt ng của ánh sáng mt tr i ờ Khi ánh sáng chiế ới các u t

t ế bào quang điện, nó sẽ ản sinh ra điện năng Khi không có ánh sáng, các tế bào này sngưng sản xu t ấ điện Quá trnh chuyển đi này cn được gọi là hiệ ng quang điệu n

Chương 1 T ng quan v h th ề ệ ống năng lượng m t tr i  ờ

H nh 1.2 C u t o v  ấ ạ à nguyên l ho t đ ng c a pin m t tr i ạ ộ ủ  ờ

1.2.4 Hi u ng quang đi n

Hiện tượng: khi b m t c a m t t m kim loề  ủ ộ ấ ại được chi u b i b c x ế   ạ điệ ừ có tn t n

s ố thch hợp (lớn hơn mộ t t n s ố ngưng đc trưng cho mỗi kim loại), các điệ ử ẽ ấp n t s hthụ năng lượng t ừ các photon và chuyển lên vng dẫ ạo thành các điệ ử ựn t n t t do e- ng đ

thời để ại các lỗ l ống mang điện dương, các hạt mang điện này di chuyể ạo ra dngtr n tđiện (gọi là dng quang điện) Khi các điệ ử ị ận t b b t ra kh i b m t c a t m kim lo i, ta ề  ủ ấ ạ

có hiệ ng quang điện ngoài (external photoelectric effect), hnh 1.3 Các điệ ử khôngu n t thể phát ra nế u t n s c a b c x nh ố ủ  ạ  hơn tn s ố ngưng bi điện t ử không được cung

c p ấ đủ năng lượng c n thi ết để vượt ra khi rào thế (gọi là công thoát) Điệ ử phát xạ ran t dưới tác dụng c a b c x ủ  ạ điệ ừ đượn t c gọi là quang điệ ử Ở ộ ốn t m t s chất khác, khi được sáng vớ i t n s ố vượt trên tn s ố ngưng, các điện t ử không bật ra kh i b mt, thoát ra  ề

khi liên kế ới nguyên tửt v , tr  thành điệ ử ự do (điệ ử ẫn t t n t d n) chuyển động trong lng

c a kh i v t d n tủ ố ậ ẫ ạo nên hiêu ng quang điện trong (internal photoelectric effect) Hiệu

ng này dẫn đến s ự thay đi v ề tnh chất dẫn điện c a v t dủ ậ ẫn, do đó, người ta cn ọ g i

hi u ệ ng này là hiệ u ng quang d n ẫ

Hnh 1.3 Hiện tượng của hiệu ng quang điện

Chương 1 T ng quan v h th ề ệ ống năng lượng m t tr i  ờ

1.2.5 C u t o v nguyên l ho t đ ng c a pin m t tr i

a) C u t o

Pin m t tr ời có cấ ạo tương tự như một diode bán dẫu t n gm có 2 lớp bán dẫn n và

p tiếp xúc nhau, nhưng có diện tch bề  ộ m t r ng Mt trên là lớp bán ẫd n lo i N (Chạ ất bán

d n Si pha t p ch t P) c c mẫ ạ ấ ự ng để ánh sáng có thể truy n qua, lề ớp bán dẫn này tiếp xúc

v i lớ ớp bán dẫn lo i P (Chạ ất bán dẫn Si pha t p chạ ất B), hnh 1.4 Ngoài ra, một pin mt trời cn có mộ ố thành phn khác như các điệt s n c c, l p ph ch ng ph n x ự ớ ủ ố ả ạ và đế cách điện Hnh bên dưới cho th y c u tấ ấ ạo cơ bản c a mủ ột tấm pin mt trời:

H nh 1.4 C u t ấ ạo pin măt trời b) Nguyên l ho t đ ng

Khi hai lớp bán dẫn p và n tiếp xúc nhau, do sự chênh lệch v mề ật độ các hạ ẫn t d(t là do gradient hóa thế) nên các điệ ử ẽc n t s khuếch tán từ bán dẫn n sang p, l tr ng ỗ ốkhuếch tán ngượ ạ ừ bán dẫc l i t n p sang n S khuự ếch tán này làm cho phn bán dẫn n sát

l p ti p ớ ế xúc tch điện dương, cn phn bán dẫn p ngay đối diện tch điện âm Trong miền tiếp x úc lúc này hnh thành điện trường Utx hướng t ừ bán dẫn n sang p (Utx s ẽ ngăn cản

s khuự ếch tán tiếp t c cụ ủa các hạt dẫn qua l p tiớ ếp xúc)

Chương 1 T ng quan v h th ề ệ ống năng lượng m t tr i  ờ

H nh 1.5 Ho ạ ột đ ng c a pin mủ t trời Khi chiếu sáng lớp tiếp xúc p-n, cp điện t - l ử ỗ trống đượ ạo thành, ị tách ra c t b dưới tác dụng của điện trường tiếp xúc Utx và bị gia t c v ố ề các pha đối di n tệ ạo thành

m t sộ c điện động quang điện (Hnh 1.5) Sc điện động quang điện ph ụ thuộc vào bản chất chất bán dẫn, nhiệt độ ớ l p tiếp xúc, bước sóng và cường độ ánh sáng ớt i Lớp bán

d n p-ẫ n có tnh chỉnh lưu như một diode, ch ỉ cho điệ ử ẫn và lỗn t d ng dtrố ẫn trong vng tiếp xúc di chuyển v ề pha bán dẫn n và bán dẫn p tương ng Nối các đu bán dẫn b ng một dây dẫn th trong dây xuất hiện dng quang điện I đi theo chiề ừ bán dẫu t n p qua t i ả

- Dải Silic tạ ừ các miếo t ng phim m ng t  ừ Silic nóng chảy và có cấu trúc đa tinh

th Loể ại này có hiệu suất thấp nhất nhưng giá rẻ nh ất

Chương 1 T ng quan v h th ề ệ ống năng lượng m t tr i  ờ

1.2.6 C c đ c trưng pin m t tr i

a) Sơ đ tương đương

Khi được chiếu sáng, nếu ta nối các bán dẫn p và n của m t tiộ ếp xúc p-n b ng m t  ộdây dẫn, th pin mt Trời phát ra một dng quang điện Iph V vậy trước h t pin m t Tr i ế  ờ

có thể xem tương đương như một “ngun dng” Lớp tiếp xúc bán dẫn p-n có tnh chất chỉnh lưu tương đương như một diode Tuy nhiên, khi phân cực ngược, do điện tr l p  ớtiếp xúc có giớ ạn, nên vẫn có một dng điện đượi h c gọi là dng d Đc trưng cho dng d qua lớp tiếp xúc p n người ta đưa vào đại lượ g điệ- n n tr Rsh (shun) 

Khi dng quang điện ch y trong mạ ạch, nó phải đi qua các lớp bán dẫn p và n, các điện cực, các tiếp xúc,… Đc trưng cho tng các điện tr c ủa các lớp đó là một điện tr shun Rs n i ti p trong mố ế ạch (có thể là điện tr trong c a pin m t  ủ  Trời) Như vậy, m t pin ộ

m t tr ời được chiếu sáng có sơ đ tương đương như sau:

Hnh 1.6 Sơ đ tương đương pin mt trời

T ừ sơ đ tương đương, có thể  dàng viết đượ d c những phương trnh đc trưng Volt

– Ampere c a pin m t trủ  ời như sau:

I 𝜭: dng quang điện (A/m 2)

Id : dng qua diot (A/m2)

Ish : dng d (A/m2)

Chương 1 T ng quan v h th ề ệ ống năng lượng m t tr i  ờ

n : được gọi là thừ ốa s l tư ng ph thu ụ ộc vào các mc độ hoàn thiện công nghệ

α là m t h s t lộ ệ ố ỉ ệ Như vậ  điềy u kiện bnh thường, dng ngn m ch Iạ sc c a pin m t tr i ủ  ờ

t l ỷ ệthuận với cường độ bc xạ chiếu sáng Hnh 1.7

Hnh 1.7 Đc tnh V-A v à đc tnh P-V của pin mt trời

Chương 1 T ng quan v h th ề ệ ống năng lượng m t tr i  ờ

Trong biểu th c c a V ủ OC ta thấy nó phụ thuộc vào nhiệ ộ ột cách trựt đ m c tiếp (th a ừ

s ốT  trước bi u thể c) và gián tiếp qua dng bão ha IS (hnh 1.8)

Hnh 1.8 Đc tnh V-A  ác nhiệt độ c kh c nhau ád) Đi m l m vi c c c đ i

Xét một đường đc tnh V-A c a pin m t Trủ  ời đối v i mớ ột cường độ  b c x cho ạtrướ và c nhi t độ xác địệ nh Nếu các cực c a pin m t trủ  ời được n i v i tố ớ ải tiêu thụ điện

R th điểm c t nhau c ủa đường đăc tnh V-A c a pin m t Trủ  ời và đường đc trưng củ ảa t i trong tọa độ OIV là điểm làm việc c a pin m t Tr i N u tủ  ờ ế ải tiêu thụ điện c a m t pin ủ ộ

mt t ờ là một tải điệr i n tr Ohm thu n, th đường đc trưng tải là một đường thẳng đi qua

g c ố

Chương 1 T ng quan v h th ề ệ ống năng lượng m t tr i  ờ

thuộc vào giá trị điện tr  R

Trong tọa độ OIV, công suất pin m t Tr i c p cho t i R b ng di ờ ấ ả  ện tch hnh chữ

nh t gi i h n bậ ớ ạ i hoành độ và tung độ ủa điểm làm việ c c Với các giá trị R khác nhau, các

điểm làm việ ẽ khác nhau và do đó tải tiêu thục s cng khác nhau T ạn t i một giá trị

R=ROPT mà tại đó công suất tải tiêu thụ là cực đ i Điạ ểm làm việc ng với công suất cực

đại, điểm A trên hnh 1.9, là điểm tiếp xúc giữa đường đc tnh VA của pin m t Tr i và  ờđường công suất không đi (đường công suất không đi IV = const là các đường

hypecbol)

Hnh 1.9 Điểm làm việc và điểm công suấ ự ạt c c đ i Giá trị điện tr t i t ả ối ưu ROPT được xác định theo định lu t Ohm: ậ

OPT OPT OPT

V R

I

Ở điều kiện cường độ  b c x ạ không đi và nhi t đệ ộ cho trư c ta th y: ớ ấ

Nếu điện tr t ải nh, R << ROPT, pin mt trời làm việc trong miền MN là miền

Chương 1 T ng quan v h th ề ệ ống năng lượng m t tr i  ờ

mà cường độ dng điện gn như không đi và gn bng dng đoản m ch I ạ SC

Nếu điện tr t ải R lớn, R >> ROPT, pin m t Tr ời làm việc trong mi n PS về ới hiệu điện th gế n như không đi và bng th h m ch Vế  ạ OC

Ta th y r ng pin m t Tr i ch ấ   ờ ỉ làm việc có hiệu qu khi tả ải tiêu thụ điện có giá trịlân c n Rậ OPT Điều này không phải lúc nào cng d dàng đạt được bi v điểm làm việc ngay i v i mđố ớ ột máy tiêu thụ điện cng thay đi Ngoài ra bc x m t Trạ  ời và nhiệt độ

c a ủ môi trường thay đi liên tục theo thời gian, nên đường đc tnh V-A c a pin m t Tr i ủ  ờcng thay đi và do đó làm dịch chuyển điểm làm việc ra khi điểm làm việc tối ưu.Công suất đỉnh là công suất ra cực đạ ủi c a pin m t tr ời dưới điều kiện cường độ  b c x ạ

và nhiệt độ nhất định Thường được tnh dưới điều ki n th nghi m chu n (STC : ệ ử ệ ẩStandard Test Condition) là cường độ  b c x 1000W/mạ 2 và nhiệt độ 250C Công suất đỉnh thường được đo bng Wp (Watt peak), để ch ỉ ra giá công suất đỉnh  điều ki n ệphng th nghiệm, giá trị này rất khó đạt được dưới điều ki n ho t đ ng th c t ệ ạ ộ ự ế

e) Hi u su t chuy n đ i năng lư ng

Hiệu su t chuyấ ển đi quang năng là tỉ ệ l phn trăm năng lượng photon đã chuyển hóa thành điện năng khi pin được n i v i tố ớ ải trên năng lượng photon thu vào

max

Thừa số ấp đ l y K (Fill factor) f

Thừa số ấp đy là tỉ ố ữ l s gi a công su t c c đ i v i tch c a ấ ự ạ ớ ủ điện áp h ạch Voc và m

dng ngn m ch Isc ạ

max

f

OC SC

P

K V I (1.6)Các thông số quang điện hóa gm dng ngn m ch I , thạ SC ế ạ m ch h V OC, và côngsuất cực đại Pmax được xác định t ừ đường đc trưng V- A

Chương 1 T ng quan v h th ề ệ ống năng lượng m t tr i  ờ

Nhn x t: sau khi đã khảo sát đượ ảnh hư c ng của các yế ố bên trong (Rs,Rsh) và các u t

y u t ế ố bên ngoài (Bc x m t tr i, nhiạ  ờ ệt độ) lên đc tnh củ ấa t m pin m t tr i Cho th ờ ấy khi các yế ố kh hậu bên ngoài thay đi th đường đc tnh sẽ thay đi theo do đó điểu t m

có công suấ ớt l n nhất cng di chuyển theo và vị tr của điểm MPP đó không thể ế bi t trư c ớđược nó đang n  đâu Do đó, việm c c n thi ết để khai thác hiệu qu t m pin m t trả ấ  ời là

phải có một thuật toán để theo di được quá trnh di chuyển, v ị tr của điểm MPP và áp đ ệ ống năng lượt h th ng m t tr i ph i ho t đ ng t i đi ờ ả ạ ộ ạ ểm MPP đó

1.3 ng d ng pin m t tr  ụ  i trong đ  i s ng

1.3.1 T ch h p v o thi t b

Pin m t tr ời có ưu điểm g n nh ọ ẹ có thể p vào bất k đâu có ánh sáng m l t tr i, ờđc biệt đượ c ng d ng rụ ộng rãi trong lĩnh vực hàng không v trụ Những nơi mà các ngun năng lượng thông dụng không thể cung c p t ấ ới

H nh 1.10 Tr m v ISS v Robot t h ạ trụ à ự ành trên sao ha Pin m t tr ời cng được tch hợp vào các thiế ị ử ụng trong đờ ống hàng ngày t b s d i snhư: đng h, máy tnh, đèn đường … Nó là ngun năng lượng xanh, sạch đang dn được

ng dụng vào các phương tiện giao thông thay thế cho các nguyên liệu truy n thề ống gây

ô nhim môi trường

1.3.2 Ngu n đi n di đ ng

Ngun điện này sẽ cung cấp điện cho các thiế ị điệ ạ ất k nơi đâu Đt b n t i b c bi t ệ

những mơi không có ngun điện lưới như vng sâu vng xa, hải đảo, trên biển …

Các ng d ng nguụ n điện di động ph i k t i b sả ể ớ ộ ạc năng lượng m t tr i, c ờ p năng

lượng m t trờ i, áo năng lượng m t trời, trạ m điện năng lượng m t trời di động 

Chương 1 T ng quan v h th ề ệ ống năng lượng m t tr i  ờ

H nh 1.11 Ngu n s  ạc di động v h à ệthống điện trên tàu bi n ể

1.3.3 Ngu n đi n cho t a nh ò

Ngun điện cho ta nhà là một trong nh ng giữ ải pháp vừa giúp giảm hóa đơn tiền điện hàng tháng, vừa giúp giảm đu tư của xã hội cho các công trnh nhà máy điện kh ng 

l b ng cách kế ợt h p s c m nh c ạ ủa toàn dân trong việ ạo ra điệc t n ph c v i s ng sụ ụ đờ ố ản

xuất chung

H nh 1.12 Ng ói năng lương mt trời của công ty Tesla (Mỹ) Ngun điện cho ta nhà được chia thành 2 loại đó là ngun điện m ờ ụ ộ và t tr i c c b ngun điện m t tr ời ha lưới điện quốc gia Riêng ngun điện m t tr ời ha lưới điện quốc gia có nhiều ưu điểm và mang lạ ợi ch kinh tếi l cao S d ng nguử ụ n điện m t tr i trong  ờgia đnh vừa giúp bảo v ệ môi trường, v a th hiừ ể ện phong cách sống hiện đại

Chương 1 T ng quan v h th ề ệ ống năng lượng m t tr i  ờ

1.4 Đi n m  t tr i t i Vi t Nam   

1.4.1 Ti m năng đi n m t tr i Vi t Nam

Theo Đng Đnh Thống (2008), Vi t Nam thuệ ộc vng có bc x m t trạ  ời vào loại cao trên thế gi i, v i s gi nớ ớ ố ờ ng dao động t 1600-2600giừ ờ/năm, (trung bnh xấp x ỉ5kwh/m2/ngày), được đánh giá là khu vực có tiềm năng ấ ớ r t l n v ề năng lượng m t tr i,  ờđc biệt là tại khu v c miự ền Trung và miền Nam Theo các nhà chuyên môn th trong tương lai, nhu cu s dử ụng các thiế ịt b ch y bạ ng năng lượng mt trời  nước ta là rất lớn,

k c khu vể ả ực thành thị cng như khu vực nông thôn Pin m t tr i v ờ ừa có thể thay th cho ếthuỷ điện nh  khi ma hanh khô, vừa có thể là ngun năng lượng d ữ khi điện lướự tr i

quốc gia không đủ cung cấp cho người dân

1.4.2 Nh ng d n đi n m t tr i Vi t Nam

Tuy tiềm năng điện m t tr ời  Việt Nam là rất lớn nhưng do chi ph phát triển điện

m t tr ời trướ cn khá cao nên các dự án điệc n m t tr ời  Việt Nam ch yủ ếu có quy mô

nh l  ẻ và mang tnh chất th nghiử ệm Các dự án điện m t tr ời này thường là các hệthống

Chương 1 T ng quan v h th ề ệ ống năng lượng m t tr i  ờ

điện m t tr ời độ ậc l p cung cấp điện cho các khu vực mà lưới điện quốc gia chưa thể vươn

tới như các vng núi, vng xa vng xôi, hải đảo Hi n n y ệ à việ ử ục s d ng c c nguá n năng lượng sạch, thân thiện với môi trường đã à đang đượ v c ch nh ph t ủ ạo điều ki n ph t tri n ệ á ể

Do đố ện nay trên cả nướ hi c ta c r t nhi u d ó á ề ự án điện m t tr ời đang được b n th o v à ả à lên

k hoế ạch phát triển V d  ụ như:

 D ự án điện m t tr ời  Ninh Thuận: 500 MW

 D ự án điện m t tr ời  Khánh H a: 200  MW

1.5 K t lu n chương 1

Năng lượ ng m t tr  ời là mộ ạng năng lượng tái tạo vô tậ t d n v i tr lư ng l n ớ ữ ợ ớ

t ng cho hành tinh chúng ta Đ ng th ời nó cng là ngu n g c c ố ủa các ngun năng

sông,… Năng lượ ng m t tr  ời có thể nói là vô tận Tuy nhiên, để khai thác, sử ụ d ng ngu n năng lượng này c n ph i bi ả ết các đc trưng và tnh chất cơ bả n c ủa nó, đc biệ t khi t i b m t qu t Ch ớ ề  ả đấ ương 1 đã giớ i thi ệu được các vấn đề :

- C ấu trúc củ a m  t tr ời và đc điể m c a ngu ủ n năng lượ ng m  t tr i ờ

- Các phương pháp khai thác, sử ụng năng lượ d ng m ờ t tr i hi n nay ệ

Trong đó tác giả cng nhấ n m nh v ạ ấn đề ử ụ s d ng hi u qu ngu ệ ả n năng lượ ng m t tr i  ờ và hệ ống điệ th n m t tr  ời độ ậ là một phương th ử ụng năng c l p c s d lượ ng m t tr i r t kinh t  ờ ấ ế, đ c bi t ph h p v ệ  ợ ới đị a h nh c c v ng mi n n  á  ề úi, xa xôi

h ải đảo, nơi mà lưới điệ n qu ốc gia chưa có điề u ki ện vươn tới Năng lượng là ĩnh l

Chương 2 sẽ  tr nh b y c c v à á ấn đề thi t k v đi u khi n h th ế ế à ề ể ệ ống năng

Chương 2 Các vấn đề thi t k đi u khi n h thế ế – ề ể ệ ống năng lượng m t tr i  ờ

Trong đó ệ PV độ ập thường đượ h c l c s d ng t i c c v ng cao, v ng mi n n i, ử ụ ạ á   ề ú

vng xa xôi hải đảo, nơi gp kh ó khăn trong việc kéo điện lưới quốc gia Bên cạnh , h đó ệ

PV l m vià ệc độ ậc l p cn được s dử ụng như là ộ m t ngun điện d ự phng cho c c h gia á ộđnh Trong khi đó ệ ố h th ng PV l m vi c nà ệ ối lướ ó ạng lưới PMT đượi c m c thi t k cung ế ế

cấp công suất để a lướ h i điện quốc gia

Một hệ thống năng lượng mt trời cơ bản gm những th nh ph n sau: à 

 D y pin mã t trời

 B u khi n s c cho c quy ộ điề ể ạ 

 Ắc quy ng vai tr d tr đó  ự ữ năng lượng để đả m b o h th ng hoả ệ ố ạt động ngay c khi ảkhông có á nh s ng m t tr i á  ờ

Chương 2 Các vấn đề thi t k đi u khi n h thế ế – ề ể ệ ống năng lượng m t tr i  ờ

 Inverter bi n i dế đ ng điện m t chi u th nh xoay chiộ ề à ều để ó c thể ử ụ s d ng cho các thi t bế ị gia đnh ho c h a lư i điớ ện

2.2 V n đề i ưu h t a ho t đ ng c a pin m t tr    i – m đim công su c B t c

đ i

Hiệ ạn t i, pin m t tr i v ờ ẫn được xem là ngun năng lượng đt đ V vậy, c n ph i  ảkhai thác công suấ ớt l n nhất có thể ừ t pin m t tr ời Để đạt được điều đó, pin m t tr i c n ờ đượ p đ ại các vị tr thuậ ợi v dụ như hước l t t n l ng nam, thậm ch được điều khi n xoay ểtheo hướng m t tr ời để thu được ngun năng lượng cực đại V ề cơ bản, trên đường đc tuy n PV c a pin m t tr i t n t i mế ủ  ờ  ạ ột điểm công suấ ực đại t c ng v i dớ ng điện và điện

áp tương ng

H nh 2.2  Đc tnh I-V, P-V của pin mt trời với điểm công suất cực đại

Theo Riza M (2003), điểm cự ại này lại không cốc đ định, chúng luôn thay đi theo các điều kiện môi trường (Hnh 2.3) V vậy, chúng ta cn điều khi n ể để điện áp hoc dng điện để thu được công suấ ực đạ ừt c i t pin m ờt tr i khi nhiệt độ và bc x ạ thay đi

s d ng b ử ụ ộ tm điểm công suấ ực đạt c i B ộ điều khi n bể ám điểm công suấ ực đại như t c

v y gậ ọi là ộ  m công suất cự ạ b d t c đ i MPPT( Maximum Power Tracking Point )

MPPT l à phương pháp d t m điểm l m vi c c à ệ ó công suấ ối ưu củt t a h ệ thống PMT qua việc điều khi n chu kể ỳ ng m khđó  óa điện t d ng trong b ử  ộDC/DC

Chương 2 Các vấn đề thi t k đi u khi n h thế ế – ề ể ệ ống năng lượng m t tr i  ờ

H nh 2.3  Đc tnh I –V khi bc xạ thay đi và vị tr các điểm MPP

H u h ết các bộ MPPT hi n nay gệ m có ba phn cơ bản: b chuyộ ển đi DC-DC, b ộ

phận đo lường và bộ phận điều khi n Khi pin m t trể  ời được n i tr c ti p v i tố ự ế ớ ải, điểm

vận hành của pin mt trời đư c điợ ều khi n b i tể  ải Tng tr c ủa tải được miêu tảnhư sau:

D

p LOA

p

V R

I

Trong đó, Vp, Ip là điện áp và dng điện phát ra của pin mt trời

T ng tr t  ối ưu của tải cho pin mt trời được miêu tảnhư sau:

MPP OPT

MPP

V R

I

Trong đó, VMPP, IMPPlà điện áp và dng điện phát ra của pin m t tr i t ờ ại điểm tối ưu Khi giá trị RLOAD b ng v i R ớ OPT, công suấ ực đạ ẽ đượt c i s c truy n t pin m t trề ừ  ời đế ản t i Tuy nhiên, trong thự ếc t hai t ng tr   này lại không bng nhau Mục đch của b ộ MPPT là điều chỉnh t ng tr t  ải nhn từ pha ngun b ng v i t ng tr t ớ   ối ưu của pin m t tr i  ờ

Thông thường b biộ ến đi DC/DC (tăng áp, giảm áp) được ph c v cho vi c ụ ụ ệtruyền công suấ ừt t pin m t tr i t ờ ới t i B DC/DC hoả ộ ạt động như thiế ịt b giao ti p giế ữa

tải và pin mt tr B ng viời  ệc thay đi độ ộ r ng xung, t ng tr t  ải nhn từ pha ngun s ẽđược thay đi b ng v i t ng tr ngu n t ớ    ại điểm cực đại, v vậy công suấ ực đại đượt c c

Chương 2 Các vấn đề thi t k đi u khi n h thế ế – ề ể ệ ống năng lượng m t tr i  ờ

Hnh 2.4 Sơ đ khối của hệ thống MPPT tiêu biểu

V d i v m ụ đố ới ạch tăng áp (Boost converter), m i quan h ố ệgiữa điện áp đu ra v àđu vào được miêu tả như sau:

V v y, t ng tr R ậ   OUTđược duy tr h ng s b ng vi  ố  ệc thay đ ội đ ộ r ng xung, khi

đó RIN nh n t ph ừ a ngu ẽ được thay đi.n s

Thuật toán điể nh thường được sử ụng để ám điểm công suất cự ạc đ i là

- Thuật toán điều khi n t l ể ỉ ệ điện áp h ạ m ch (Open Circuit Voltage method)

- Thuật toán điện d n gẫ ia tăng (Incremental Conductance method)

- Thuật toán nhiu loạn và quan sát (Perturb and Observe method)

2.3.1 Thu t to n đi u khi n t l đi n p h m ch

Chương 2 Các vấn đề thi t k đi u khi n h thế ế – ề ể ệ ống năng lượng m t tr i  ờ

VMPP=k.Voc (2.7)

Với giá trị k là một hàm logarith của cường độ chiếu sáng, giá trị này thường kho ng t ả ừ 0.7 đến 0.8

Ưu điểm: chi ph thực hi n th p, thuệ ấ ật toán đơn giản và d ự th c hi n ệ

Nhược điểm: không ạ ộng chnh xác tạho t đ i điểm công suấ ựt c c đ i ạ

2.3.2 Thu t to n nhi u lo n v quan s t P&O (Perturb and Observer)

a Phương pháp đi u khi n gi n ti  á p thông qua dng đi n tham chi u I  ref

Thuật toán P&O, cn được gọi là phương pháp “leo đ đượi” c s d ng r t ph ử ụ ấ 

bi n nh t trong th c t bế ấ ự ế i tnh đơn giản c a thuủ ật toán và d dàng thực hiện hnh 2.6 cho thấy công suất ra của PMT là một hàm của dng điện Trong thuật toán này dng điện hoạt động c a pin m t tr i PMT b nhi u b i m t gia s nh ủ  ờ ị   ộ ố  ΔI và kết qu ả làm thay đi công suất, ΔP được quan sát (observer) Hnh 2.5 trnh bày cấu trúc của h th ng ệ ốMPPT điều khiển theo dng điện tham chi u ế

Hnh 2.5 Sơ đ ệ h thống MPPT điều khi n theo dể ng điện tham chi u Iế ref

Chương 2 Các vấn đề thi t k đi u khi n h thế ế – ề ể ệ ống năng lượng m t tr i  ờ

Hnh 2.6 Đường đc tnh quan hệ giữa công suất và dng điện P – I của pin mt trời.Hnh 2 mô tả nguyên l hoạt độ6 ng c a thuủ ật toán P&O, từ đó có thể suy ra phương thc hoạt động c a thuủ ật toán như sau:

- Nếu điểm hoạ ột đ ng của hệ thống đang di chuyển theo hướng 1 tc ΔP < 0 và ΔI <

0 th cn tăng dng điện ho t đạ ộng lên để di chuyển điểm ho t đ ng t i đi m MPP ạ ộ ớ ể

- Nếu điểm hoạ ột đ ng của hệ thống đang di chuyển theo hướng 2 tc ΔP > 0 và ΔI >

0 th cn tăng dng điện ho t đạ ộng lên để di chuyển điểm ho t đ ng t i đi m MPP ạ ộ ớ ể

- Nếu điểm hoạ ột đ ng của hệ thống đang di chuyển theo hướng 3 tc ΔP > 0 và ΔI <

0 th cn giảm dng điện ho t đạ ộng để di chuyển điểm ho t đ ng tạ ộ ới điểm MPP

Chương 2 Các vấn đề thi t k đi u khi n h thế ế – ề ể ệ ống năng lượng m t tr i  ờ

- Nếu điểm hoạ ột đ ng của hệ thống đang di chuyển theo hướng 4 tc ΔP < 0 và ΔI >

0 th cn giảm dng điện ho t đạ ộng để di chuyển điểm ho t đ ng tạ ộ ới điểm MPP

Hnh 2.7 Lưu đ thuật toán P&O điều khiển thông qua dng tham chiếu Iref

Thuy t minh thuế ật toán: B ộ điều khi n MPPT s ể ẽ đo các giá trị dng điện I và điện

áp V sau đó tnh toán độ sai l ch Δệ P và I sau đó kiểm tra: Δ

- N u ế ΔP ΔI > 0 th tăng giá trị dng điện tham chi u I ế ref

- N u ế ΔP ΔI < 0 th giảm giá trị dng điện tham chi u I ế ref

Sau đó cập nhật các giá trị mới thay cho giá trị trước đó của I, P và tiến hành đo các thông số I, V cho chu k ỳ làm việc tiếp theo

Chương 2 Các vấn đề thi t k đi u khi n h thế ế – ề ể ệ ống năng lượng m t tr i  ờ

b Phương pháp đi u khi n tr   c ti chu k p D

Phương pháp điều khiển này đơn giản hơn và chỉ ử ụ s d ng m t mộ ạch vng điều khiển và nó thực hi n nhi m v ệ ệ ụ điều ch nh chu k nhi m v D trong thuỉ ỳ ệ ụ ật toán MPPT Hnh 2.12 trnh bày cấu trúc điều khi n c a thuể ủ ật toán P&O điều khi n tr c ti p chu k ể ự ế ỳnhi m v ệ ụ D Nó đo các tn hiệu điện áp và dng điện c a pin m t trủ  ời sau đó qua thuật toán MPPT để điều ch nh chu k nhi m v D, nhỉ ỳ ệ ụ m thay đi tr  kháng đu vào R ủei c a pin m t tr ời sao cho ph hợp v i tr ớ  kháng tối ưu Ropt Khi tr  kháng Rei = Ropt th công suất ra của hệ ốth ng pin mt trờ ẽi s là l n nh ớ ất

H nh 2.8  Sơ đ khối của phương pháp MPPT điều khiển trực tiếp chu kỳ nhiệm vụ D

Chương 2 Các vấn đề thi t k đi u khi n h thế ế – ề ể ệ ống năng lượng m t tr i  ờ

Theo hnh 2.9 có:

- Khi điểm hoạt động c a h ủ ệthống PMT nm bên trái điểm MPP th phải giảm góc nghiêng của đc tnh tải 𝜭Rei(D,R) ⇒ Phải gi m chu k nhi m v D xuả ỳ ệ ụ ống tăng điện áp làm việc

- Khi điểm hoạt động c a h ủ ệthống PMT nm bên phải điểm MPP th phải tăng góc nghiêng của đc tnh tải 𝜭Rei(D,R) ⇒ Tăng chu kỳ nhi m v ệ ụ D lên, dẫ ớn t i giảm điện áp làm việc

T ừ phân tch nêu trên d dàng suy ra được lưu đ thuật toán như được trnh bày trong hnh 2.10 và thuyết minh lưu đ thuật toán tương tự như lưu đ hnh 2.7

Chương 2 Các vấn đề thi t k đi u khi n h thế ế – ề ể ệ ống năng lượng m t tr i  ờ

2.3.3 Thu t to n đi n d n gia tăng INC (Increme ntal Conductance)

a Phương pháp đi u khi n tr c ti p chu k nhi m v D      

dI/dV = - I/V, tại điểm MPP

dI/dV > -I/V, bên trái điểm MPP

dI/dV < -I/V, bên phải điểm MPP

Điểm cực đại được tm bng cách so sánh giá trị  t c th i I/V v i sai s dI/dV, theo ờ ớ ố

giải thuật sau trên hnh 2.10

Chương 2 Các vấn đề thi t k đi u khi n h thế ế – ề ể ệ ống năng lượng m t tr i  ờ

dụng các giá trị  t c thời và giá trị trước đó để tnh toán các giá trị gia tăng của ΔI và ΔV Thuật toán sẽ ểm tra điề ki u ki n cệ ủa phương trnh trong (2.8 ):

- Nếu điểm hoạt động nm pha bên trái điểm MPP th chúng ta phải di chuyển nó sang bên phả ng cách tăng dng điệi b n c a PMT ủ

- Nếu điểm hoạt động nm bên phải điểm MPP th chúng ta lại ph i di chuyả ển nó sang bên trái tc là phải giảm dng điện PMT

- M t ki m tra quan tr ng c a thuộ ể ọ ủ ật toán này là phát hiện điều ki n cệ ủa kh quyển

Nếu điểm hoạt động v n ẫ  điểm MPP (điều kiện ΔV = 0) và điều ki n b c x ệ  ạ không thay đi (ΔI = 0) th sẽ không phải điều chỉnh dng điện hoạt động N u nế hư bc x ạ tăng (ΔI > 0) th dng điện MPP giảm lên nên thuật toán INC phải tăng dng điện hoạt động để theo di điểm MPP N u b c x giế  ạ ảm (ΔI < 0) dẫ ới dng điện điểm MPP cao hơn, nên phản t i

giảm dng điện hoạ ộng đểt đ theo di điểm MPP

Vào chu kỳ cu i, ố nó sẽ ậ c p nh t l ch s bậ ị ử ng cách lưu các giá trị điện áp và dng điện

hi n tệ ại, sẽ ử ụng chúng như là các giá trị trướ s d c đó cho chu kỳ p theo tiế

Chương 2 Các vấn đề thi t k đi u khi n h thế ế – ề ể ệ ống năng lượng m t tr i  ờ

H nh 2.11 Lưu đ thuật toán INC điều khiển thông qua chu kỳ nhiệm vụ D

b Phương pháp đi u khi n  thông qua dng đi n tham chi u I  ref

Tương tự thuậ án điề ển thông qua dng điệ ế ref được thuyết minh tương tự lưu đ  h nh 2.11

Chương 2 Các vấn đề thi t k đi u khi n h thế ế – ề ể ệ ống năng lượng m t tr i  ờ

H nh 2.12 Lưu đ thuật toán INC điều khiển thông qua ng điệd n tham chi u Iế ref

Một nhược điểm kh c c a MPPT n a l : viá ủ ữ à ệc xác định điểm l m vi c c à ệ ó công suất

cực đạ ẽ ừi s d ng l nại ếu như tải không thể tiêu t ụ ết lượng công suất sinh ra Đố ớ ệh h i v i h

PV l m vià ệc độ ậc l p c t i b gi i h n b i d ng v p l n nh t th ó ả ị ớ ạ   à á ớ ấ  phương pháp MPPT s ẽ

d ch chuyị ển điểm l m vi c ra kh i MPP v à ệ  à gây tn công suất V i h n y, vi c xớ ệ à ệ ác định

Chương 2 Các vấn đề thi t k đi u khi n h thế ế – ề ể ệ ống năng lượng m t tr i  ờ

m t tr ời Ngượ ạc l i, h PV l m vi c vệ à ệ ới lưới luôn xác định điểm l m vi c c à ệ ó công suất

l n nhớ ất v ế n u thừa công suất hệ thống c óthể bơm vào lưới điện đểtăng lợi nhu n ậ

Xét một v dụ ụ ể như hnh 2.1 để ấy đượ c th 3 th c m t h n ch c a thu ạ ế ủ ật toán bám công suất cực đại MPPT Hnh 2.1 a mô tả mô hnh hệ3 th ng pin m t tr i khi b che ố  ờ ịkhuất đi một phn th sẽ thu đượ c tnh Ic đ – V và P – V như hnh 2.13b

T ừ đc tnh hnh 2.13b cho thấy trên đường đc tnh công suất P V xu t hi n hai – ấ ệđiểm r t d khi n b ấ  ế ộ điều khi n MPPT hi u nhể ể m đấy là điểm có công suất cực đại Trong quá trnh hoạt động rất có thể thuật toán MPPT sẽ bám theo điểm “MPP địa phương” là điểm không cho ra được công suấ ực đạ ủa pin mà phải là điểm “MPP t c i cchnh” mới là điểm làm cho hệ ống PMT có công suấ ự th t c c đ i ạ

Vậy các thuật toán trên chỉchạ ốt và n định trên đường đc tnh P – V như hnh y t2.13c, cn đố ới đc tnh như hnh 2.1 b th MPPT hoạt động kém hiệi v 3 u qu ả có thể gây

ra lãng ph năng lượng Do đó, trong luận văn này chỉ xét hệ ố th ng pin m t tr ời có dạng đc tnh như hnh 2.13c mà thôi

H nh 2.13 Mô hnh và đc tnh I – V, P – V của hệ thống pin mt trời

2.4 B  bin đi ngu n d ng cho h    thng

Cấu hnh chung của b ngu n s d ng cho h ộ  ử ụ ệthống bao g m kh i DC/DC v kh ố à ối DC/AC