Luận văn thạc sĩ Chuyên ngành Kỹ thuật điện: Xây dựng thuật toán điều khiển bám điểm công suất cực đại trong hệ thống điện mặt trời

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

ĐÀO THỊ VUI

XÂY DỰNG THUAT TOÁN DIEU KHIEN BAM DIEM

CÔNG SUAT CUC ĐẠI TRONG HE THONG ĐIỆN MAT TRỜI

LUAN VAN THAC SI

HA NOI, NAM 2017

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRUONG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

DAO THỊ VUI

XAY DUNG THUAT TOAN DIEU KHIEN BAM DIEM CONG SUAT CỰC DAI TRONG HE THONG ĐIỆN MAT TROT

Chuyên ngành: Ky thuật Điện

Mã số: 60520202

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS Phạm Đức Đại

HÀ NỘI, NĂM 2017

LỜI CAM DOAN

“Tác giả xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của ban thân Các kết quả nghiêncứu và các kết luận trong luận văn là trung thực, không sao chép từ bắt kỳ một nguồnnào và đưới bắt ky hình thức nào, Việc tham khảo các nguồn tài liệu đã được thực hiện

trích din và ghỉ nguồn tài liệu tham khảo đúng quy định,

lác giả luận văn

Đào Thị Vui

LỜI CÁM ƠN

Luận văn "Xây dựng thuật toán điều khiển bám điểm công suất cực đại trong hệ thống điện mặt trời” là kết quả của quá trình có gắng không ngừng của bản thân và sự giúp đỡ, động viên, khích lệ của các thay cô và ban bé đồng nghiệp,

Tôi xin bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc tới thầy TS, Phạm Đức Đại đã tận tình hướng dẫn,

chia sẽ kinh nghiệm và cung cấp những tải liệu khoa học để tôi hoàn thành được luậnvn này.

Tôi xin cảm om các thầy cô giáo đã giảng dạy, hướng din trong suốt quả trình học tip,

nghiên cứu và rên luyện tại trường Đại học Thủy lợi.

È Ninh Thuận đã giúp đỡ và đóng Cimon các đồng nghiệp tai trường Cao đẳng ni

sốp ý kiến để luận văn được hoàn thành.“Xin chân thành cảm ơn!

MỤC LỤCMỤC LUC.

DANH MỤC CÁC HÌNH ANH DANH MỤC BANG BIE DANH MỤC BANG BIẾI

DANH MỤC CÁC TỪ VIET TAT MO DAU

CHUONG 1 TONG QUAN VỀ ĐIỆN MAT TROL 1.1 Nguồn năng lượng mặt trời.

12 Bite xq mat tdi.

1.2.1 Bức xa mặt toi đến bên ngoài bầu khi quyền.

1.2.2 Bức xạ mặt trời đến trên mặt đất.

L3 — Hiệu ứng nhà kính và bộ thu phẳng13.1 Higa ing nhà kin

1.3.2 Bộ thu năng lượng mặt trời phẳng.

1.4 Ciu to, nguyén by, tính chất của pin mgt i LAI Clu igo on pin mt

1.4.2 Nguyên lý hoạt động pin năng lượng mặt tri

15 Nguyên lý tracking và điều khiển

1.6 Cie thông số năng lượng mặt ti tai Việt Nam,

17 Một số ứng dung năng lượng mặt tii

1.7.1 Phát minh may bay sử dụng năng lượng mặt rời1.7.2 Điện thoại di động sử dụng năng lượng mặt trời1.7.3 Năng lượng sạch trong sinh hoạt của con người1.74 Tram xe buýt chiếu sing tự động.

1.7.5 Những ngôi nhà tí hon ứng dụng công nghệ tích trữ năng lượng mặt trời

1.7.6 Siêu 66 chạy bằng năng lượng mặt trời 1.27 _ Ứng đụng năng lượng mặt tồi gi Việt Nam

CHƯƠNG 2 _ MÔ HÌNH HE THONG PHÁT ĐIỆN TỪ NANG LƯỢNG MAT TROL

171818

21

2.1 Mô hình hệ thống PV 21

21 Sơ đồ tổng quất điều khiển hệ thông 212.1.2 Môhình toin hoe PV 2

2⁄13 Döngđiện ngắn mạch 24

2.14 Điện ấp hở mạch 252.1.5 - Công suất cực đại 26

2.1.6 Hiệu suất của pin mặt trời 27

22 Anh hưởng của độ bức xạ và nhiệt độ m22.1 Ảnh hưởng của độ bức xạ mr22:2 Ảnh hưởng của nhiệt độ mr

2.3 Mô hình MATLAB/SIMULINK mô phỏng tim PV 28 2.3.1 Mô hình chuyển đổi nhiệt độ từ độ C sang độ Kelvin 28

23.2 Môhình ảnh sing tạo ra động lạ 292.3.3 Mô hình ding ngược bão hòa của diode 3023.4 Môhình tính toán dòng bao hòa của mô dun, 312.3.5 Mé dun tim NSAKT 322.3.6 Mô hinh dòng điện đầu ra của PV xB23.7 Môhình Simatink của mô dun PV 3424 Các phương pháp biến đổi DC/DC 362.4.1 Bộ chuyển đổi Buck $6242 Bộ chuyển đổi Boost 37

2.4.3 - Bộ chuyển đổi Buck - Boost 38

2.4.4 Bộ chuyển đổi Cuk 39

CHUONG 3 GIỚI THIEU VỀ PHƯƠNG PHÁP BAM DIEM CÔNG SUAT CUC

ĐẠI (MPPT) Al

3.1 Nhiễu và quan sit P&O 4

3.2 Gia tăng độ dẫn INC AS 33 Điễu khiển logic mir 45 CHUONG 4 XÂY DỰNG THUẬT TOÁN DIEU KHIỂN BAM DIEM CONG

SUAT CUC BAI MPPT 4741 Nguyễn ly MPPT 474.2 Xây dựng thuật toán điều khiển bam điểm MPPT bằng phương pháp P&O SI

4.3 _ Mô phòng và kiểm nghiệm bộ điều khiển bim MPT bằng

43.1 Thực hiện thuật toán trên MATLAB/SIMULINK.

43.2 Kiểm nghiệm thuật toán P&O tìm điểm MPP thông qua mô phỏng44° Đánh gid bộ điều khiển bám MPPT

DANH MỤC CÁC HÌNH ANH Hình 1.1 Sơ đồ hộp thu NLMT theo nguyên lý hiệu ứng nha kính

Hình 1.2 Chu tạo của pin mật trời

Hình 1.3 Nguyên lý của pin mặt trời

Hình I.4 Máy bay sử dựng năng lượng mặt trHình 1.5 Điện thoại sử dụng năng lượng mặt trồiHình 1.6 Trạm xe buýt sử dựng năng lượng mặt trờiHình 1.7 Ti eu sử dụng năng lượng mặt trời

Hình 8 Ot chạy bằng năng lượng mặt tồi

Hình 1.9 Pin mặt tri được sử dụng tại Việt Nam.

Hình 2.1 Sơ đồ tổng quất điều khiển hệ thống

Hình 2.2 Sơ đồ tương đương Pin mặt trHình 2.3 Mô hình ding điện ngắn mạch,

Hình 2.18 Mô hình Simulink của mô dun PV.Hình 2.19 Mô hình mô phòng Simulink

Hình 2.20 Đỗ thị biểu điễn mối quan hệ I-V và P-V.

Hình 221 Bộ DC/DC Buck.Hình 2.22: Bộ DC/DC Boost

Hình 2.23 Bộ chuyển đôi Buck ~ BoostHình 2.24 Bộ chuyển đổi Cuk

Hình 3.1 Đặc tính làm việc I-V của PV và của tảiHình 3.2 During die tinh P-V với phương pháp P&OHình 3.3 Đường đặc tinh P-V của phương pháp INC.

Hình 3.4 Đường cong đặc tinh đP.dV của dân Pin điện mặt ti.

Hình 4.1 Mỗi quan hệ -V

Hình 4.2 Đặc tinh dòng điện - điện áp của PVén hình.Hình 4.3 Đường cong IV thay đổi độ chiếu xạ thay đổiHình 4.4 Đặc tính P-V khi nhiệt độ không đối.

Hình 4.5 Đặc tính P-V khi độ bức xạ không đôiHình 4,6 Đặc trưng đường cong công suất

Hình 4:7 Lưu đồ thuật toán của phương phập P&O

Hình 4.8 Mỗi quan hg giữa công suất và điện áp trong màng PV.

Hình 4.9 Minh họa sự thất thường của P & O khi tăng độ chiều sáng nhanh.

Hinh 4.10 Mô phóng PV2 trong SimulinkHình 4.11 Sự biên thiên điện áp khi VịHình 4.12 Sự biên thiên công suất khi Vị

Sự biên thiên công suất khi Vụ

Sự biên thiên điện áp khi Vị

Sự biên thiên công suất khi Vị

DANH MỤC BANG BIEU

Bảng 1.1 Giờ tại địa phương ứng với giờ mat tri là 12 giờ, 13

Bảng I2 Bức xạ mặt tời (W/m?) lên bề mặt Trái đắt ứng với giờ mặt ười là 12 giờ 14

Bảng 1.3 Bức xa mặt trời lídin pin mặt trời ứng với giờ mặt trời là 12 giờ 14

DANH MỤC CÁC TỪ VIET TAT BXMT Bức xa mặt trời

MPP (Maximum Power Point) Diễm công suất lớn nhất

MPPT (Maximum Power Point Tracking) Dé tìm điểm công suất cực đạiPV (Photovoltaic) Pin quang điện; Pin mặt trời

MỞ DAU

1 Tính cấp thiết của Đề tài

Su ting trưởng liên tục nhu cầu năng lượng từ khắp nơi tê thể giới kêu gọi xi hội tìm kiểm các nguồn năng lượng thay thé do sự cạn kiệt các nguồn năng lượng thông thường Trong số các nguồn năng lượng thay thể có sẵn, năng lượng pin quang điện

(PV-Photovoltaic) là một trong những năng lượng ti tạo húa hen nhất, Năng lượngPV là việc chuyển đổi năng lượng ánh sáng mặt trời thành năng lượng điện Đây làmột nguồn năng lượng sạch, bồn vững và được coi là nguồn năng lượng Hi ạo vô giá,

không gây ảnh hưởng đến môi trường Công suit đầu ra của hệ thng ning lượng mặt

fit ra là làm thé nào dé thu được

trời phụ thuộc vào độ bite xạ va nhiệt độ Van

diện năng với công suất cao nhất là một vn đỀ mang tinh cắp thiết 2 Mục đích của Để tài

Vai nhiệt độ và độ bức xạ nhất định, ed tính toán điện áp hoặc dong điện làm việc

của PV mà tại đó công suất thu được là lớn nhất Do đặc tính của I-V và P-V là phi

độ Hơn

yến công suất cực đại được tạo ra thay đổi với cả độ bức xạ và nl

u cầu thuật toán điều khiển bám điểm

nữa, hiệu suất của các tắm PV là rất thấp, nên y

công suất cực đại Thuật toán nảy tự động điều chinh bộ chuyển đổi công suất nhim thu được công suất đầu ra cục đại đười sự thay đổi tức thời của cường độ ảnh sing,

nhiệt độ và đặc tính của các loại PV Mục dich của đề tải là điều chỉnh điện áp làm.việc của tắm PV gần với điện áp ứng với điểm công suất cực đại khi có sự thay đổi củayếu tổ mỗi trường.

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

ối tượng nghiên cứu của đề tai là một hệt thé lý quang điện mặt trời baomô dun bao

mô dun rong đó mị nhiều té bảo quang điện được kết nổi với nhau Phạm vỉ nghiên cửu à tìm điểm công suất cực đại của hộ thống pin quang điện

cận và phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu, mô phỏng bim điểm công suất cục đại của pin quang điện để dim bảo sông suất ngõ ra là lớn nhất,

Để tải “Nay dựng thuật toán điều khiển bám điểm công suit cực đại trong hệ

thống di” được nghiên cứu với phương pháp nhiễu và quan sát P&O,

“Thuật oán này xem xét sự tăng, giảm điện áp theo chu ky để tim được điểm làm việcsố công suất lớn nhất

5 Cấu trúc của luận văn Gồm 4 chương:

~ Chương 1: Tổng quan về điện mat trời

~ Chương 2: Mô hình hg thống phát diện từ năng lượng mặt tri

~ Chương 3: Giới thiệu về phương pháp bám điểm công suất cực đại MPPT

~ Chương 4: Xây dựng thuật toán đikhiển bám điểm công st

'CHƯƠNG 1 TONG QUAN VE ĐIỆN MAT TROL

“rong chương này luận văn tập trung vào các vẫn dé chung về điện mặt trời bao gm:

~ Nguồn năng lượng mat trời.- Bức x9 mặt trồi

- Hiệu ứng nhà kính và bộ thu phẳng

~ Clu tạo, nguyên lý, tính chất của pin mặt trời

- Nguyên lý tracking và điều khiển

~ Các thông số năng lượng mặt trời tại Việt Nam

~ Mặt số ứng dụng năng lượng mặt trời

Nội dung cụ thé

1-1 Nguồn năng lượng mặt trời

“Trong thời đại khoa học phát triển, nhu cầu về năng lượng ngày cảng tăng trong khi

các nguồn nhiên liệu hóa thạch như than đá, dẫu mỏ và ngay cả thủy điện cũng có hạn

khiến nhân loại đứng trước nguy cơ thiểu hụt năng lượng trong tương lai không xa, Do

đồ, vẫn đề tim kiếm và khai hắc các nguồn năng lượng mối như năng lượng hạt nhân,

năng lượng địa nhigt, năng lượng giỏ và năng lượng mặt ti là một trong những"hướng quan trọng trong kế hoạch phát triển năng lượng.

[Nang lượng mặt tri (Solar Energy) là nguồn năng lượng sạch và tim ting nhất, dang

được loài người thật sự quan tâm Do đó việc nghiên cứu và nâng cao hiệu quả các.

thiết bị sử dụng năng lượng mặt rời và triển khai ứng dung chẳng vio thực tél vẫn

để mang tính thời sự Các ứng dụng năng lượng mặt trời phổ biến hiện nay bao gồm 2

nh vục chủ yêu

~ Thứ nhất, năng lượng mặt trời được sử dụng ở dạng nhiệt năng, người ta dùng các

thiết bị thu bức xạ nhiệt mặt trời và tích trừ nó dưới dạng nhiệt năng dùng vào các mục

dich khác nhau như: Nhà máy nhiệt điện, thiết bị sấy khô, bếp nắu, thiế bị chưng cắt

nước, động cơ Stirling, thiết bị dun nước nóng, thiết bị làm lạnh và

lều hỏa không

- Thứ hs, năng lượng mặt tri được biển đôi thành diện năng nh các tẾ bào quang

điện bán dẫn, còn gọi là Pin mặt trời (Soalr Cell), các Pin mặt trời sản xuất điện năng một cích liên tục khi có bức xạ mặt rời chiếu tới Pin mặt trời o6 tu điềm là gọn nhẹ,

số thể lắp bắt kỳ nơi đầu có ánh sing mặt trời, đặc biệt trong lĩnh vực tàu vũ trụ Ứng

‘dung năng lượng mặt trời đưới dang nảy được phat triển rất nhanh, nhất là ở các nướcphát triển Ngày nay con người da ứng dụng pin mặt trời trong lĩnh vực hàng không vũ

trụ, giao thông (Solar Car) và trong sinh hoạt nhằm thay thé din nguồn năng lượng truyền thống,

* The gid sử dụng năng lượng mặt tri

Khi mà các quốc gia trên thể giới quan tâm đến việc bảo vệ môi trưởng, ngăn chặn

hiệu ứng nha kính và hiện tượng nóng dan lên của vỏ Trái đắt thì các quốc gia bắt đầu

nghiền cứu các phương pháp khác nhau để ngăn chặn hiện tượng trên và năng lượng

chính là ngành được quan tâm và phát triển, Trong đó phải kể đến ngành năng lượng mặt trời, bởi năng lượng mặt trời là khá lớn và không gây ra hiệu ứng nhà kinh nên dang được đầu te và phát tiễn, Do đó, ngành công nghiệp pin mặt tồi rất được quan

tâm phát triển ở nhiều nước trên thé giới, trong đó có thể ké đến Nhật Bản, Đức, Mỹ,

Tây Ban Nha, Hin Quốc, Trung Quốc là những nước đứng đầu È sản lượng pin

(eells) và mô dun (modules),

in mặt trời được phát trign trong khá nhỉafin vực: máy tinh (thiết bị sạc da năng sử

dụng năng lượng mặt trời có thé ding để sạc pin cho nhiều loại dĩ động và máy tính khác nhau), đồng hỗ (PRW-1500 của Casio ), 46 dùng cá nhân (túi, ba lô có gắn pin

mặt tồi, điện thoại di động tích hợp bộ ạc pin năng lượng mặt trừ )

Š mặt, thiế

dũng hằng

ngày (LCD cảm ứng tich hợp các tắm pin mặt tồi trên +t bị chiếu sáng sir dang pin mặt tồi Pin mặt trời côn được ding trong một số hệ thống khác vi du để chạy 616 thay thé din nguồn năng lượng truyền thống, dùng thắp sing đèn đường, làm

nguồn năng lượng cho các vệ tỉnh hoạt động.

“Trong công nghiệp, người ta cũng bắt đầu lấp đặt các hệ thống điện ding pin mặt tri

với công suất lớn, hiện tại các hệ thống này đang cung cắp 0.5% nhu cầu điện của thế

giới và sẽ tăng lên 2.5% vào năm 2025, sau đó tăng vọt lên 16% vào năm 2040,

Nhật Bản quốc gia đứng đầu về sản lượng cell và modules pin mặt eri Tỉnh đến năm 2010, Nhật Ban đã sản xuất được 4.82GW điện mat rời, chiếm 50% thị phần quốc tế Đức, một trong cúc nước đi iên phong trong lĩnh vực phát tiễn nguồn năng lượng

sạch, theo đuổi mục tiêu cắt giảm mạnh lượng khí thải CO; nhằm thực hiện chiến lược.

ảo vệ khí hậu toàn cầu, Ké từ năm 1997, ngành công nghiệp quang điện ở Đức đãgiảm 50% chi phí cho các nha máy điện mặt trời, năm 2006 đã có 2000GW được lắp đặc so với chỉ T6GW trong năm 2001 Dự tính đến năm 2050 có thể cung cấp 15%

tổng nha cầu điện năng của châu Âu

Mỹ, quốc gia đứng thứ ba về sản lượng cells và modules, với tốc độ phát triển cells

khá lớn, khoảng 25% mỗi năm Theo dự tỉnh đến năm 2020, điện năng lượng mặt trờiở Mỹ sẽ đảm bảo 15%,

“Tây Ban Nha, nước sản xuất năng lượng mặt tờ lớn thứ tư thể giới và xuất khẩu 8054 diện năng này sang Đức Tây Ban Nha có nhà máy năng lượng mặt tri lớn nhất thể giới, với 1255 chiếc gương phẳng, đạt công suất 20MW Dự tính đến năm 2013 sẽ có.

nhiễu ngọn thấp mặt trời được xây dựng và sẽ ạo ra một “trang trai năng lượng mặt

trời" với sản lượng 300MW, đủ điện cung ep cho 180 nghìn hộ gia đình, hoặc tương

đương với toàn bộ dân số quanh vũng Seville

Trung Quốc, quốc gia cổ sản lượng pin mặt trời hàng đầu thé giới Ở Trung Quốc, có tòa nhà sử dụng năng lượng mặt trời lớn nhất thé giới tọa lạc ở Đức Châu, tinh Sơn Đông, Trung Quốc, tòa nhà có tổng diện tích là 75000mỶ, được dùng cho các buổi

triển lam, khích sạn, hop báo, văn phòng, nghiên cứu khoa học, Ở Bai Loan (Trung

Qube), sin vận động sử dụng năng lượng mặt trời để sin xuất điện đầu tiên trên thể

giới đã ra đồi, sân vận động với 8844 tắm pin mặt tới sẽ sản xuất 1.14 triệu kWh điện

mỗi năm, di để thấp sing 3300 bóng đền và hai min hình ii khổng lỗ trong sin vận

động, giảm 660 tần khí thai CO, mỗi năm,

* Tình hình sử dung pin mặt trời ở Việt Nam

Đi theo xu hướng phát triển của thé giới thì Việt Nam cũng đã đầu tư và phát triển

ngành công nghiệp mặt trời này Đi đầu trong việc phát triển ứng dụng này là ngành bưu chính viễn thông: các trạm pin mặt tri làm nguồn cấp điện cho các thết bị thu phat sóng, trạm thu phát truyền hình thông qua vệ tỉnh.

'Ở ngành hang bãi trạm pin mặt trời sử dụng lâm nguồn cấp điện cho các hit bị chiếu

sing, cột hải đăng, đèn báo sông Trong ngành công nghiệp, các trạm pin mặt trời phát

diện sử dụng lâm nguồn cắp điện dự phòng cho các thiết bị điều khiển trạm biến áp 300kV, thiết bi may tính và sử dụng lâm nguồn cắp điện nỗi với diện lưới quốc gia © khu vực phía Nam, các dàn pin mặt trời được đưa vào phục vụ thấp sing và sinh hoạt văn hóa tại một số vũng nông thôn xa lưới điệu: có công suất từ 500:1000W

được lắp đặt ở trung tâm xã, nạp điện vào acquy cho các hộ gia đình sử dụng Các dàn.

pin mặt tỏi có công suất từ 250:500W phục vụ thấp sing cho các bệnh viện, tram xá

và các cụm văn hoá xa, Pin mặt trời cũng được ding trong việ thấp sing đền đường

tại nh Tiên Giang, hệ thống đèn có khả năng tự phát sing vào ban đêm với hồi lượng trùng bình 12 gid, đền có ôi thọ đến 50.000 giờ, không cần bảo tỉ hoặc sửa chữa

trong vòng 10 nam,

Khu vie miỄn Trung có bức xạ mặt ri kh tốt và số giờ nắng cao, rit thích hợp cho việc ứng dụng pin mặt trời.Có nhiều dàn pin mặt trời đã được lắp đặt thí điểm ở một số

tỉnh như: Gia Lai, Binh Định, Quảng Ngãi và Kha b Hoa, Ninh Thuận, với công suất

40 + SOW ở các hộ gia đình và 200 + 800W ở tại các trung tâm cụm xã và các trạm y

© khu we phía Bắc, việc ứng dung các dân pin mặt trời phát triển với tốc độ khánhanh, phục vụ các hộ gia đình ở các vùng nủi cao, hai đảo vả cho các trạm biên.phòng Công suất của din pin tại các hộ gia định từ 40 + 75W, tai các trạm biên

phòng, nơi hai đảo có công suất từ 165 + 300W và tại các trạm xả và các cụm văn hoá

thôn, xã là 165 + 525W, Một số công trình khác sử dụng pin mặt trời như: trung tâm

Hội nghị Quốc gia có hệ thông pin mặt trời công suất 154kW, trạm pin mặt trời nối

lưới Viện Năng lượng công suất LOSKW bao gồm 8 mô đun, trạm pin mặt trời nỗi lưới

lắp đặt trên mái nhà làm việc Bộ Công Thương - Hà Nội cỏ công suất hip đặt 2.7kW,

hai cột đèn năng lượng mặt trời kết hợp năng lượng giô được lắp đặt tại Ban quản lý

cdự án Công nghệ cao Hòa Lạc, tr giá 8.000 USD, có thể sử dung trong 10h mỗi ngày,

số thể thấp sing 4 ngày liền trong điều kiện không có nắng va giỏ.

1.2 Bức xạ mặt trời

Mặt tờ là quả cầu lửa không lồ với đường kính trung bình khoảng 1.39 triệu km và ở

cách Trai đất khoảng 150 triệu km Nhiệt độmặt của mặt rời vào khoảng 5800K,

trong khi đó nhiệt độ ở vủng trung tâm của mặt trời rất lớn, vào khoảng 8.10°K đến 40.10°K Mat rồi được xem là một lò phản ứng nhiệt hạch hot động liền tục

“Có 2 loại bức xạ mặt trời (BXMT) là BXMT đến bên ngoài bầu khí quyển và BXMT

đến trên mặt đất

1.2.1 Bức xạ mặt tời đến bên ngoài bau khí quyén

BXMT đến bên ngoài biu khi quyển có giả tr khá dn định ứng với một vị tí khảo sắt

cw thể và có phương rit ring, dé là đường nỗi ừ mặt trời đến vị tí khảo sắt Các Khảo sắt thực ế cho thấy - về mặt giá tj BXMT đến bên ngoài blu khí quyén cũng có những biến đổi nhẹ Có 2 lý do gây ra sự biến đổi này: sự biển đổi lượng bức xạ xuất phát từ mặt trời do các hiện tượng diễn ra trong nội bộ mặt trời và sự biển đổi của khoảng cách từ mặt trời đến Trái đất Dối với các bai toán kỹ thuật, có thé xem cường.

độ bức xạ phát ra từ mặt tồi là ôn định và BXMT đến bên ngoài bầu khí quyển làBXMT đến trên mặt đắt nhưng không tính đến ảnh hưởng của bầu khí quyền

1.2.2 Bức xạ mặt tii dén trên mặt đắt

Khi các ta BXMT đi vào biu khí quyén, do ảnh hưởng của bằu khí quyén và các vật

thể lit có trong bầu khí quyén cho nên các tỉa BXMT sẽ phải chịu hiện tượng hap thụ

và phan xạ VỀ cơ bản, hiện tượng hip thụ các tia BXMT là do ôzôn và hơi nước, mite

độ hấp thụ khác nhau tùy theo bước sóng Ứng với các tỉa cực tim có bước sóng nhỏ

hơn 0.29um thi khá năng hấp thụ các tia bức xạ của 6z6n rit mạnh, ứng với các tỉa có bude sóng lớn hơn 0.29um thi kha năng hip thụ của ôzôn giảm xuống đáng kể, khi bước sóng vượt quá 0,35m thì ôzôn không còn khả năng hắp thụ các tia bức xạ được nữa Trong khi đó, hơi nước có khả năng hip thụ mạnh các tia hồng ngoại Bie biệt, ở

trong vũng lân cận các bước sóng Im, lđụm vã 8m thi khả năng bắp thự ee tia ất mạnh Chính.

các ta búc xạ và âm cho quang phổ của các tia bức xạ đến mặt đất thụ hep lạ, có thé hồng ngoại cia hơi mu tượng hip thụ làm giảm cường độ của nói các tia bức xạ có bước sóng lớn hơn 2,3m rit khó được bề mặt Trái dit, Cùng

với hiện tượng hap thụ, hiện tượng phản xạ làm một bộ phận của tia bức xạ bị đổi

phương, do đó phương của thành phần bi phản xạ không rõ rằng Kết quả của các hiện tượng vừa nêu là, căng tiền đến gin bề mặt đất, cường độ của các tỉa bức xạ tổng cảng

BXMT tới mặt đắt gồm hai thành phẫn được gọi là trục xạ và nhiễu xạ:

~ Trực xạ là thành phần tia mặt rời đi thẳng từ mặt ti tới điểm quan sát trên mặt đất

không bị thay đổi phương truyền Nó phụ thuộc vào vị tri mặt wai và thời tiết

~ Nhiễu xạ là các thành phần gồm các tia sáng đến điểm quan sit từ mọi hướng do cáctử khí,

hơi nước, các hạt bi Thành phần nhiễu xạ cũng phụ thuộc vio vị tí mặt trời và thời

tỉa mặt tồi khi qua lớp khí quyên của quả đắt bị tấn xạ, nhiễu xạ rên ác p

“Tổng của các thành phần trực xạ và nhiễu xạ gọi là tổng xạ

Các đại lượng trực xạ, nhiễu xạ, tổng xạ được đo trong cả ngày và theo đơn vị Miim? ngày hay KW/m” ngày.

Thông thường ở các trạm khí tượng thủy văn người ta do trực xạ, nhiễu xạ và tổng xã

trên mặt nằm ngang Trong khi đó các bộ thu năng lượng mặt tồi lại có bE mặt đặt

nghiêng một góc nào đó nên cần phải có các hiệu chỉnh chuyển đổi từ cường độ bức xa

mặt trời đo được trên mặt nằm ngang sang mặt nghiêng Tuy nhiên, số hiệu chỉnh này

không lớn nên chúng ta có thể bỏ qua.

1.3 Hiệu ứng nhà kính và bộ thu phẳng13.1 Hiệu ứng nhà kính

Bộ thu phẳng được chế tạo dựa trên nguyên ý "hiệu ứng nhà kính”

Nguyễn lý hot động như sau: Cúc loi kính xây dựng cho các ia BXMT có bước

sông 2< 077mm truyén qua một cách dễ dàng, trong khi đồ các bức xạ cóÀ > 0.7m

thì bị kính phan xạ trở lại.

“Trước hết ta khảo sát một hộp thu nhiệt mặt trời như hình vẽ Mặt trên hộp được đậy.

bing tắm kính (1) Thành xung quanh và đáy hộp cỏ lớp vật liệu cách nhiệt diy (2) By trong của hộp được làm bằng tắm kim loại dẫn nhiệt ct, mặt rên của nó phủ một lớp sơn đen, hip thụ nhiệt tốt và được gọi là tắm hip thụ (G3)

Hình 1.1 Sơ đổ hộp thụ NLMT theo nguyên lý hiệu ứng nhà kính

Nhu đã nói ở trên, các tia BXMT có bước sóng 2.< 0.7m tới mặt hộp thu, đi qua tắm"kính phủ phía trên (1), tới bề mặt tắm hap thu (3) Tắm này hp thụ năng lượng BXMT

và chuyển hóa thành nhiệt làm cho tim hip thụ nóng lên, khi đó nó trở thành nguồn.

phát xa thứ cấp phát ra các tia bức xa nhiệt có bước sóng 2 > 0.7um, hướng về mọi

iy hộp

thu liên tục nhận BXMT nên tắm hip thụ được nung nóng din lên và có thể đạt đến

phía Các ta đi lên phía trên bị tắm kính ngăn lạ, không ra ngoài được Nhờ

nhiệt độ hàng trim độ Như vậy năng lượng nhiệt mặt trời bị "giam” tong hộp, giống

như một cái bẩy nhiệt - năng lượng vào được nhưng không thé ra được Đồ là nguyên

iy Nhiệt độ

thy cảng lớn, cho đến khi năng lượng mi

ting nhà ia tam hấp thụ cảng cao , phát xạ nhiệt từ mặt hip im hip thụ nhận được từ BXMT cân bing

với năng lượng mắt mát cho mồi trường xung quanh thì trạng thái cân bằng nhiệt đượcthlập.

Bộ thu phẳng cố edu tạo dva trên nguyên lý hiệu ứng nhà kính như đã mô tả trên,

nhưng ty thuộc vào mục đích sử dụng nhiệt khác nhau phần thu nhiệt có thể có các

dang kết cầu khác nhau.

1.82 Bộ thu năng lượng mặt trời phẳng

Bộ thu năng lượng mặt trời phẳng có dang mà tắm hắp thu là tắm phẳng.

Bộ thu phẳng có hình khối hộp chữ nhật, trên cùng được đậy bằng một hay vải lớp kinh trong suốt Công có thể thay lớp kinh này bằng các tắm trong suốt khắc như thủy

tinh hữu cơ, polyester Tắm hắp thu là một tắm kim loại dẫn nhiệt tốt, mặt trên có phủ.

một lớp sơn bắp thụ ánh sing miu đen Lớp hip thy cần có hệ số hip thy cảng cao cảng tốc ví dụ > 85% thi hiệu suất bộ thu sẽ có thể có giá tri cao Ngoài ra tắm hấp thụ bằng vật kim loại còn để việc han các thành phan khác (vi dụ ống nước bằng kim loại nếu bộ thu ding để dun nước nóng) được d đàng hơn

Thành hộp xung quanh và đáy hộp là một lớp vật liệu cách nhiệt khá dày để giảm haoich nỈ

phí nhiệt ừ tắm hấp thụ ra xung quanh Vật ệ thưởng dùng làtấp bọt

biển” (polystyrene) mau trắng tắt nh được sản xuất dưới dạng hoặc hại, cũng có thể dùng vật liệu khác như bông thủy tinh, mút, gỗ khô, min cưa Nếu cách nhiệt tốt thì

trong những ngày nắng, nhiệt độ tắm hấp thu có thé đạt đến 100 + 115°C hoặc cao

Tùy theo mục đích sử dụng mà người ta thiết kế bộ thụ có thêm các phần phụ khác và tắm hap thu có hình dạng khác nhau.

Hiệu suất của các bộ thu thông thường trong khoảng 35 + 4

1.4 Cấu tạo, nguyên lý, tính chất của pin mặt trời

Pin năng lượng mặt trời (hay pin quang điện, 18 bảo quang điện) là thiết bị bán dẫn

chứa một lượng lớn các diode p-n, có khả năng biến đổi trực tiếp năng lượng BXMTthành điện năng sử dụng được nhờ vào hiệu ứng quang điện trong.

TAL Cấu tạo cia pin mặt trời

Pin mặt trời có cầu tạo của một diode bán dẫn với diện tích bể mặt tương đối rồng và một lớp n cực móng dé ánh sing có th truyỄn qua

"Bản din loạn

‘Ban dẫn lost p Điền cục dust

Hình 1.2 Cấu tạo của pin mặt trời

Pin mặt trời được sản xuất và ứng dụng phổ biến nhất hiện nay là các pin mặt trời được chế tạo tir vật liệu tinh thé ban dẫn Silic có hóa trị 4.

‘Tir tỉnh thể Silie khiết, để có vật liệu tinh thé bán dẫn Silic loại n, người ta pha tạp chit donor là Photpho cổ hóa tị 5, P có 5 điện tử ở lớp ngoài cũng do đó khi liên kết

trong tỉnh thé Siie sẽ du ra 1 điệ tử, điện tử này trong điều kiện bị kích thích nhiệt có

thể bứt ra khỏi liên kết với hạt nhân P để khuếch tán trong mang tinh th Còn để có ật liệu bin dẫn inh th loại p, thi tap chất acceptor được dùng dé pha vào Sile li Bo có hóa trị III, Bo có 3 điện tử ở lớp ngoài cùng do do tính chat dẫn điện của bin din tinh thể Sic loại p chủ yếu bằng các lỗ trồng

'Bên cạnh Silie tinh thể, vật liêu Silie vô định hình (a-Si) cũng đã được sử dung để chế

tao pin mặt trời So với pin mặt trời tỉnh thể Silie thì pin mặt trời a-Si có giá thành rẻ"hơn nhưng hiệu suất thắp hơn.

Ngoài vật liệu truyền thống li Silic, người ta côn sử dụng các vật liệu khác như CuCdS, GaAs để chế tạo pin mặt trời Đặc biệt, các nhà khoa học đã kết hợp các vật liệu có khe vùng khác nhau để tạo ra một vật liệu mới có edu trúc chuyển tiếp đa ting

(enali-junedon) từ đồ cải thin đăng kể hiệu suất của pin,1.42 Nguyên lý hoạt dong pin năng lượng mặt trời

Pin mặt trời được mô tả là như là một lớp tiếp xúc bán dẫn p-n Chúng ta tìm hiểu cơ

chế n tử thay đổi khi ta cho 2 loại bán dẫn trên tiếp xúc với nhau Khi đó, các điện

tire do ở gin mặt tiếp xúc trong bán din loại n sẽ khuếch tin từ bán in loại n sang

bản din loại p và lắp các lỗ trống tong phần bán dẫn loại p này Khi các điện tử đi

chuyên như vậy nó lâm cho bán dẫn n mắt điện tử và tích đi đương, ngược lạ bán

dẫn p tích điện âm Như vậy, ở bề mặt tiếp xúc của 2 chất bán dẫn bây giờ tích điện trái ngược và một điện trường hướng từ bán dẫn p sang bản dẫn n xuất hiện ngăn cản.

dong điện tử chạy từ bán lẫn n sang p, nó chi cho phép dng điện từ chạy theo 1 chiều cduy nhất từ p sang n

Khi bức xạ của ảnh sing mặt trời chạm vào bé mặt của pin năng lượng mặt trời, mộtphần sẽ bị phản xạ tr lại không gian (vả vì vy trên bé mặt của pin quang điện luôn có

một lớp chống phản quang) và một phần bị hấp thụ khi truyền qua lớp n Chỉ có một phần ánh sáng đến được lớp chuyển tiếp, nơi cổ ác cặp electron và lỗ trồng nằm trong điện trường của bé mặt giới hạn p-n Với các bước sóng thích hợp, sẽ truyền cho sleetron một năng lượng di lớn để bật khỏi liên kết trở thành các electron tự do, đồng

thời dich chuyển từ vùng hóa t lên vùng dẫn.

Dưới ác dụng của điện trường tiếp xúc p.n, các electron tự do ở vũng dẫn của bán dẫnloại p bị kéo về phía bán dẫn loại n Nguyên tử bán dẫn loại p bị thiếu điện từ và lập

tức được lắp day bởi các electron tự do từ bán dẫn loại n Khi có ánh sáng truyền tới,

ắc cleetron tự do này lại bị kéo về bán dẫn loa n, cứ như vậy tạo thành một vòng lun

chuyển các điện tử tự do giữa bai lớp bán dẫn p và n.

Kết quả là nếu ta nỗi hai cực vào 2 phần bán dẫn loại n và p sẽ đo được một hiệu điện

thể, Giá trị hiệu điện thé này phụ thuộc vào bản chất của chất Lim bán dẫn và tạp chất

duge hấp thy.

điện tích âm = Điện at vúc3 — Phữơn _——C)Mitrỏi táo

Hình 1.3 Nguyên lý của pin mặt trời

1.5 Nguyên lý tracking và điều khiến

Solar tracking là thuật ngữ đàng để chỉ những tiết bị mang các trong tai hướng vé

phía mặt ti Các trọng tải có thể là tắm pin mặt ti, tắm kính phản xạ, hấu kính hay các dụng cụ quang học khác Hệ Solar tracking được ding dé làm giảm thiểu góc tới giữa tia nắng và pháp tuyển của tm pin, Điều này làm tăng khả năng chuyển déi

quang - điện hơn so với tắm pin đặt cố định.

Solar tracking được phân thành nhiễu loại Có thể được phân loại theo số trục, phân loại theo cấu trúc, phân loi theo ứng dung

“Có hai phương pháp tracking:

~ Phương pháp thuật toán điều khiễn cổ định (Fixed control algorithm method).

~ Phương pháp động (Dynamic method)

“Điểm khác biệt của hai phương pháp này là cách xác định vị trí mặt trời Phương pháp

điều khiển cổ định sử dụng hệ thông các công thức dé tính toán vi trí mặt trời theo

những khoảng thời gian nhất định Phương pháp này không xác định được vị tr cụ thé

‘ca mặt tời tại một thời điểm nhất định, ma chi tinh toán với các dữ liệu cho sẵn, đó là

thời gian ngày, thing, năm Còn phương pháp động là một hệ thống thực sự xác định

được vị tí mật rồi dựa vào các căm biến ánh sáng Khi mặt trời chuyên động, dữ liệu từ các cảm biến thay đổi được xử lý để xác định vị trí mặt ti một cách chính xác.

1.6 Các thông số năng lượng mặt tri tạ Việt Nam

Việt Nam với lợi thể là một trong những nước nằm trong giải phân bổ ánh nắng mặt trời nhiễu nhất trong năm trên bản đồ bức xạ mặt trời của thé giới Riêng tại vùng Nam bột là vũng gin xích đạo nắng nhiều quanh năm Tổng bite xạ Khoảng 130 đến 150(Kealem năm), số giờ nắng trung bình từ 2.200 đến 2.500(giờ/năm) Đây là điều

kiện thuận lợi để Vigim phát triển ngành năng lượng mặt rời

Đặc biệt, Ninh Thuận là địa phương có cường độ chiếu xạ mặt trời lớn, thời gian chiếu.

sáng dài và đồng đều nên có điều kiện tiếp nhận hàng năm một lượng bức xạ mặt trời rất lớn; rên 230 kealem; thắng ít nhất cing 14 kea/cmÈ, Sổ giờ nắng trung bình cả

năm trong khoảng 2.600-2.800 giờ, tổng nhiệt độ trong năm khoảng 10.000 độ C, phân.bố tương đối điều hòa quanh năm Trừ những ngày có mưa rio, có thể nói hơn 90% sốngày trong năm có thể sử dung được năng lượng mặt trời Số tháng nắng trong năm: 9

tháng/năm, tương đương 200 ngày nắng/năm Vì vậy Ninh Thuận là một trong những.

tinh có tiềm năng năng lượng mặt ti rit lớn Hiện nay, với nguồn năng lượng hoá thạch, đầu mỏ dang cạn dẫn đồng thời van dé ô nhiễm môi trường do việc đốt nhiên liệu gây ra, Cúc nước có xu hướng tim nguồn năng lượng sạch để thay thé Cùng với

nguồn năng lượng gió, năng lượng mặt trời được sử dụng sẽ đồng vai trò quan trọng.

trong hệ thing phát điện trong tương lai với những lợi ích: bảo v mỗi trường giảm

khí thải, tạo nhiều cơ hội việc làm mới và1g cường an ninh năng lượng quốc gia Do

vậy, đây là lĩnh vực tiềm năng của Ninh Thuận và hiện có rất nhiễu nhà đầu tư quan

tâm, đăng ky đầu tư phát triển năng lượng mặt rời

Cie kết quả khảo sit

“Các tham số mặt trời được khảo sắt tại 4 địa điểm:

+ Tai TP.HCM

+ Tai Nha Trang

+ Tei Đã Nẵng

«Tại Hà Nội

Bang 1,1 Giờ tại địa phương ứng với giờ mặt tời là 12 giờ

Ngy TpHCM | Nerang | DANing ` HàNội

301 | 30 | 122004 12:30:08 12:26:08 13:16:563M 31 122014 12:30:14 12:26:18 12:17:06U2 332 122024 12:30:24 12:26:28 13:17:162/2 | 33 122083 12:30:33, 12:26:37 12:17:25

Bảng 1.2 Bức xạ mặt trời (Wim?) lên bề mặt Trái đt ứng với giờ mặt ti là 12 giờ

Nay TpHCM | NhaTrang | ĐảNẵng | HàNội

Băng 1.3 Bức xạ mặt trời lên đàn pin mặt rời ứng với giờ mặt ri là 12 giờ

Ngày TPHCM | Nha Trang |” Da Ning Hà Nội

So sánh và nhận xí

“Giờ thiên định (là gimặt trời ở đúng đình đầu lúc 12 giờ trưa) trong cùng một ngày

tại các địa phương nằm ở các đường kinh tuyển khác nhau là rất khác nhau Giờ thiên

đình ở tại một địa phương cũng khác nhau trong các ngày trong năm Địa phương nim

gần kinh tuyển gốc hơn thi có độ lệch thời gian giữa giờ chuẩn và giờ địa phương ithơn

“Cường độ bức xa mặt ti tại các địa phương trong cùng một ngày có sự sai khác,cường độ bức xạ mặt trời ở một địa phương trong các ngảy trong năm cũng có sự saibiệt Thường thì các địa phương nằm gầndao hơn sẽ nhận được lượng ánh sáng.

mặt trời nhiều hơn,

17 Mật số ứng dụng năng lượng mặt trời

“Trong cuộc chạy dua tim kiểm những nguồn năng lượng mới nhằm thay thể cho nguồn năng lượng đang dần cạn kiệt trên trái đất, giới khoa học đã tìm mọi cách tận dung

từ vũ trụ Nguồn năng lượng đó đã giúp các nhà khoa họcnguồn năng lượng vô

cứng dụng và vận hành thinh công nhiễu phát minh khoa học độc đáo, đồng thời mở ranhững cơ hội khai thác năng lượng mới cho toàn nhân loại

“Trong tương lai, đây có thé sẽ là nguồn năng lượng của nhiều thiết bị di động chẳng

hạn như: máy tinh xách tay, điện thoại di động, camera, jpod hay thậm chí cả người

máy Những thiết bị này có thể được đem đi khắp nơi mà người sử dụng không cần

phải lo king đến việc chúng bị hết pin hay phải tim cách sạc năng lượng thưởng xuyên

để duy trì hoại động, bởi năng lượng mặt tời luôn được tìm thấy ở khắp mọi nơi

1.21 Phát minh máy bay sử dụng năng lượng mặt trời

Hình L.4 Máy bay sử dụng năng lượng mặt rồi

May bay sử dụng năng lượng mặt trời từ lâu đã được một số quốc gia như Anh, Mỹ,

Nhật Bản tìm cách phát triển và đã thu được thành công lớn Chiếc máy bay chay

bằng năng lượng mặt rồi hiện dại nhất hiện nay của Mỹ là loại máy bay với si sánh

dải 70 m, trong lượng khoảng 1,6 tắn đã thực hiện thành công nhiều chuyển bay không

cần đến bắt kỳ một nhiên liệu nào khác.

1.7.2 Điện thoại di dong sử dụng năng lượng mặt trời

Hình 1.5 Điện thoại sử dụng năng lượng mặt trời

Thành công đầu tiên trong ứng dụng năng lượng mặt trời vào việc cung cắp năng lượng cho dign thoại di động thuộc vé nhà cung cấp điện thoại di động Samsung, sau

khi hãng này cho ra đời loại điện thoại di động thân thiện với môi trường được chế tạo.

tue mà không cả

Ế, và đặc biệt là có thể gọi, hoặc nghe

từ nhựa tail sae pin.‘Thay vào đó, người sử dụng chỉ việc dé mat sau chiếc điện thoại tiếp xúc với ánh sángmặt trời, và nó sẽ tự nạp năng lượng thông qua pin năng lượng mặt tri Chiếc điện

thoại này của Samsung được đánh giá 1ä điễm nhắn của khoa học công nghệ tong thé

kỷ XXL

1.53 Năng lượng sạch trong sinh hoạt của con ngườiTai một s

điện năng cho các khu dân cư sinh sống Ở Mỹ, Anh và Pháp người ta đã lắp đặt

nơi trên thé ginăng lượng mặt trời đã bắt đầu được sử dụng để cung cấp,

những tắm pin thu năng lượng mặt ti trên những diện tích rộng hing trim hécta và

16

chính "những cảnh đồng pin” năng lượng mặt rồi này đã cung cắp đủ năng lượng cho

sinh hoạt của hơn 78.000 hộ gia đình Mô hình này hiện đã phát huy hiệu quả tiết kiệm.nhiên liệu và đang được nhân rộng trên khắp thể giới

1.74 Trạm xe bust chiéu sáng tự dong

Hình 1.6 Trạm xe buýt sử dụng năng lượng mặt tri

'Y tưởng này bắt đầu được đưa ra thực hiện tại Florence - Italia Vào ban đêm, những.

trạm xe buy này trở thành những công trình chiếu sing công cộng hết sức thu hút vàsang trọng Ngoài ra, trong trạm xe buýt, còn cài đặt thêm hệ thông cho phép ngườiđợi xe kết nối wifi và sử dụng điện thoại truy cập Internet miễn phí trong lúc ch đại.1.7.5 Những ngôi nhà tí hon ứng dụng công nghệ tích trữ năng lượng mặt trời

Hình 1.7 Teg lều sử đụng năng lượng một ti

Thực chất đó là những chiếc lều phục vụ những người đi pienie với hình dáng giống

như quả cam Đây là sản phẩm của Tập doin Kaleidoscope - Mỹ, được dùng cho

những người yêu thích hoạt động du lich và cắm trai Khi đó, những chic lều vớ thiết

bị chỉ

khách du lich đừng chân nghĩ ngci Ngoài ra, căn Ibu còn được trang bị nhiều tiện nghỉđộc đáo khác.

“rong hộ tï đêm hè diễn ra nhân dip Festival âm nhạc được tổ chức ti Mỹ, người sing và thiết bị sưởi ấm sử dụng năng lượng mặt trời này sẽ là nơi để các vị

chủ sở hữu căn lều này không thể tìm được trại của minh trong đám đông, ông đã tận

7

cdụng tinh năng vô cùng độc đáo của chiếc lẻ ứng dụng năng lượng mặt trời, đ là gitmột tin nhẫn kích hoạt bằng điện thoại di động đến số điện hoại gắn trong Ibu để bậthệ thông din chi sing tự động của căn Ku, Nhờ đồ, người chữ này đã đễ đăng im ravị tí căn lều đặc biệt của mình trước sự ngạc nhiên của những người chứng kiến.

17.6 Siêu bt chạy bằng năng lượng mặt trời

Hình 18 Ôtô chay bằng năng lượng mặttời

Là sản phẩm của các nhà sản xuất ôtô Thụy Sĩ tùng được trưng bảy trong triển Him xe

ôtô tại Geneva.Chiếc O10 này được phủ bởi một lớp film quang điện mỏng cho phép

hip thy năng lượng từ mặt tời và có thể giúp nó vận hành liên tục trong 20 phút

Tuy chỉ có th ích trữ và cung cắp năng lượng trong một thời gian ngẫn, song lot xeđược đính giá là thân thiện với môi trường này đang được các nhà khoa học tï nhiềuquốc gia trên thé giới nghiên cứu phát triển

17.7 Ứng dung năng lượng mặt trời ti Việt Nam

Vi tr dia lý đã tu ái cho Việt Nam một nguồn năng lượng ti tạo vô cùng lớn, đặc biệtlà năng lượng mặt trời Trải di từ vĩ độ 23023" Bắc đến 8027" Bắc, Việt Nam nằm

trong khu vực có cường độ bức xạ mặt trời tương đối cao Trong đó, nhiễu nhất phải

, Sơn La, Lio

kể đến thành phổ Hồ Chí Minh, tiếp đến là các vùng Tây Bắc (Lai Ch

Cai) và vùng Bắc Trung Bộ (Thanh Hóa, Nghệ An, Hà Tĩnh),

1.9 Pin mặt rời được sử dụng tại Việt Nam

Tai Việt Nam, theo các nhả khoa học, nếu phát triển tốt điện mặt trời sẽ góp phin diy

nhanh Chương trình điện k 16a nông thôn (Dự kiến đến năm 2020, cung cấp điện cho toàn bộ 100% hộ dân nông thôn, miễn núi, hải dao ).

"Từ những năm 1990, khi nhiều thôn xóm ngoại thành chưa có lưới điện quốc gia, Phân viện Vật lý TP Hỗ Chí Minh đã triển khai các sản phẩm từ điện mặt trời Tại một số huyện như: Bình Chánh, Cần Giờ, Củ Chi, điện mặt trời được sử dụng khá nhiều trong một số nhà văn hoá, bệnh viện Đặc biệt, công trinh điện mặt rời trên đảo Thitng

Liéng, xã Cán Gáo, huyện Can Giờ cung cấp điện cho 50% số hộ dân sống trên đảo.

(Đại học Đà Ning), phối hợp với Tổ chức phục vụ năng lượng mặt tồi triển khai Dự

án "Bếp năng lượng mặt trời” cho các hộ dân tại làng Bình Kỷ 2, Phường Hỏa Quý,Quin Ngũ Hành Sơn (Da Nẵng) Bên cạnh đó, Trung tâm nghiên cứu năng lượng mốicũng nghiên cứu năng lượng mặt trời để dun nước nóng và đưa loại bình dun nướcnóng này vào ứng dụng tại một số tinh: Hải Phong, Quảng Ninh, Nam Định, Thanh.Hóa, Sơn La

Kết luận:

Với những nội dung đã trình ba NLMT bước diu đã có những ứng dụng nhất định trong đời sống ã hội ngày nay, Đây là một năng lượng cổ sẵn, đồi ào; nhiệm vụ của ‘con người là tìm hiểu để khai thác sao cho đạt hiệu quả nhất Các đặc tính của pin mặt

sẽ được mô tả cụ thể trong chương 2 của luận văn.

'CHƯƠNG 2 MÔ HÌNH HỆ THÓNG PHÁT ĐIỆN TỪ NĂNG LƯỢNG MAT TROL

“Trong chương này luận văn tập trung vào xây dựng mô hình hệ thống PV và mô phỏngmô hình bằng MATLAB/SIMULINK Ngoài ra còn trình bảy một số phương phápbiển đổi DC/DC.

Noi dung chỉ tiết bao gdm:

2.1 Mô hình hệ thống PV

2LL Sơ đồ tổng quất điều khién hệ thống

[Nang lượng từ Pin mặt ti hay Pin điện quang (photovoltaic: PV) đưa ra duới dạng

điện thấp và là áp một chiều Như vay để hòa lưới một hệ thông điện thi edn phải có 2

bộ chuyển đổi

= Bộ chuyển đổi điện áp DC thấp lên điện áp DC cao (DC/DC)

~ _ Bộ chuyển đổi từ điện áp DC qua điện áp AC (DC/AC)

MPPT Controller li bộ điều khiển cơng suất cực đại tr din Pin mặt tri Bộ này cổ tác

đụng điều khiển cho năng lượng từ din pin mặt di luơn MAX trong mọi điều kiện

khí hậu, thời gian sing tối, cường độ bức xạ Tín hiệu đầu khơng ơn định về tồi

ta của bộ điều khiển MPPT trực tiếp điều khiển đĩng mở van của bộ DC — DC Điện từ dàn pin mặt trời được biến đổi thành dịng xoay chiều cĩ hiệu điện thé va tin số phù hợp nhờ các bộ bin đồi dig (Inverts) vã được hơn vio mạng lưới điện cơng nghiệp

2.1.2 - Mơ hình tốn học PV

Pin điện quang (PV) là cơng nghệ sản xuất ra điện năng tử các chất bán dẫn dưới tác đụng của ánh sing mặt tdi Khi ánh sing chiếu tối các tế bio quang điện, nĩ sẽ sin

sinh ra điện năng Khi khơng cĩ ánh sáng, các tế bào này ngưng sản xuất điện, Quá

trình chuyển đổi nay cơn được gọi li hiệu ứng quang điện

Pin PV cĩ mạch điện tương đương như một diode mắc song song với một nguồn điện

cquang sinh Ở cường độ ánh sing ổn định, pin PV cĩ một trạng thấi Lim việc nhất

định, đồng điện quang sinh khơng thay đỗi theo trạng thái làm việc Do đĩ, trong mach

điện tương đương cĩ thé xem như là một nguồn dịng dn định fy Lớp tiếp xúc bán dẫn

P-N cổ tính chỉnh lưu tương đương như một diode Tuy nhiên, khi phân cực ngược, do

điện ở lớp tiếp xúc cĩ giới hạn, nên vẫn cĩ một đồng điện được gọi là dng rị qua

nĩ Đặt trưng cho dịng rị qua lớp tiếp xúc P-N người ta đưa vào đại lượng điện trở.

Shunt Rs Dịng quang điện chạy trong mạch phải di qua các lớp bán dẫn P và N, các

điện cực, các tiếp xúc, đặc trưng cho tổng các điện trở của các lớp đĩ là một điện trở Rg nỗi tiếp với tải (cổ thể cọ li nội trở của pin mặt ti Như vậy, mạch điện tương

đương của pin PV được thể hiện trên hình vẽ 2.2

Is bị tall] Ra ov {Re

Hình 2.2 Sơ đồ tương đương Pin mặt trời

- Dong điện qua diode:

1, -) eyTrong dé: Ipli đồng dign qua diode (A);

1, là đồng điện bio hoa của diode (A) (thường lấy 1,=8.10“A);,

4 là điện tích của electron (1,602.10°"C):

K là hằng số Boltzman (1,381.10 /K); (đại lượng chuyển đổi cơ bản

+ độ và năng lượng)

T là nhiệt độ hoạt động trong Kelvin;n li hệ số lý tưởng của Diodes

Vo là điện áp diode (V).

~ Theo định luật Kirchhoff về cường độ dòng điện:

Tạ lạ — Ta — Lan e2

Với: Ip, là dòng điện quang điện (A)

1, là đồng điện qua điện trở Shunt (A);1 là dong điện qua điện trở R, (A):Toy là đồng điện ra của PV (A),

~ Theo định luật Kirchhoff về điện thế.

Ey= Belov + Vor 63)Suy ra Vig = Rolpv + Ve

Vi Vạ là điện áp trên điện trở Shunt (V);Vey la điện áp ra của PV (V).

Từ đồ có,

‘Tit các phương trình (2.1), (2.2), (2.3), (2.4) suy ra phương trình đặc tính I-V của mộttế bào quang điện

" ả

" at yy Ye b

Nhưđặc tính của PV được mô tả bởi năm thông số 1,„ n.T, R,, Ry Những.

tham số này có liên quan đến các điều kiện về mỗi trường về độ hip thy ánh sing

(solarinsolation) và nhiệt độ.

Do điện trở Rạ i rit lớn, điện trở R, rất nhỏ vi vậy có thé bỏ qua số hạng cudi trong

biểu thức, do đó phương trình mô phỏng trên có dang [1], [4]

Tạ =D G6)1

Với hệ thông các tắm PV có A, dãy song song, mỗi day có 6, tim nỗi tiếp, phương

trình trên được thay bằng [5]

Dang điện ngắn mạch lạc là đồng điện trong mach của Pin mặt tời kh làm ngắn mạch

ngoài tức là lúc ay điện ấp Viy=O

Dòng điện của Pin được tinh theo công thức sau:

Mô hình điện áp hở mạch được thể hiện như trên hình vẽ:

Điện áp hở mạch Voc là hiệu diện thé đo được khi mạch ngoài của pin mặt trời hở.

mach Khi đó đồng điện mạch ngoài Iry = 0, Đặt giá trị này vào đặc tuyển U-I và giá thiết ring Rạ rt lớn ta được điện ấp har mạch tinh theo công thức sau:

intl (2.10)