NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: - Tìm hiểu về pin mặt trời, hệ thống chuyển đổi năng lượng mặt trời.- Tìm hiểu về bộ biến đổi công suất Boost converter, Buck converter.- Tìm hiểu các giải thuật MP
HỆ THỐNG CHUYỂN ĐỔI NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI
Tế bào quang điện (Photovolatic Cell)
Pin năng lượng mặt trời hay Pin quang điện (Solar panel) bao gồm nhiều tế bào quang điện (solar cells hình 2.2) - phần tử bán dẫn P-N có chứa trên bề mặt số lượng lớn các cảm biến ánh sáng là điốt quang, thực hiện biến đổi năng lượng ánh sáng thành năng lượng điện Sự chuyển đổi này thực hiện theo hiệu ứng quang điện Khi bề mặt của một tấm kim loại được chiếu bởi bức xạ điện từ có tần số lớn hơn một tần số ngưỡng (tần số
5 ngưỡng là giá trị đặc trưng cho chất làm nên tấm kim loại này), các điện tử sẽ hấp thụ năng lượng từ các photon và sinh ra dòng điện (gọi là dòng quang điện) Khi các điện tử bị bật ra khỏi bề mặt của tấm kim loại, ta có hiệu ứng quang điện ngoài (external photoelectric effect) Các điện tử không thể phát ra nếu tần số của bức xạ nhỏ hơn tần số ngưỡng bởi điện tử không được cung cấp đủ năng lượng cần thiết để vượt ra khỏi rào thế (gọi là công thoát) Điện tử phát xạ ra dưới tác dụng của bức xạ điện từ được gọi là quang điện tử Ở một số chất khác, khi được chiếu sáng với tần số vượt trên tần số ngưỡng, các điện tử không bật ra khỏi bề mặt, mà thoát ra khỏi liên kết với nguyên tử, trở thành điện tử tự do (điện tử dẫn) chuyển động trong lòng của khối vật dẫn, và ta có hiêu ứng quang điện trong (internal photoelectric effect) Hiệu ứng này dẫn đến sự thay đổi về tính chất dẫn điện của vật dẫn, do đó, người ta còn gọi hiệu ứng này là hiệu ứng quang dẫn
Hình 2.2 Tế bào quang điện
Các pin năng lượng mặt trời được thiết kế như những modul thành phần, được ghép lại với nhau tạo thành các tấm pin năng lượng mặt trời có diện tích lớn Các tấm pin mặt trời lớn ngày nay được lắp thêm bộ phận tự động điều khiển để có thể xoay theo hướng ánh sáng, giống như cây xanh hướng về ánh sáng mặt trời Mặc dù các pin năng lượng mặt trời có nhiều ứng dụng trong thực tế, nhưng giá thành còn cao nên chỉ thích hợp cho các vùng điện lưới khó vươn tới như núi cao, ngoài đảo xa, hoặc phục vụ các hoạt động
6 trên không gian; cụ thể như các vệ tinh quay xung quanh quỹ đạo trái đất, máy tính cầm tay, các máy điện thoại cầm tay từ xa0
Có hai tiêu chuẩn đánh giá vật liệu chế tạo pin mặt trời, là hiệu suất và giá cả Hiệu suất là tỉ số giữa năng lượng điện từ và năng lượng ánh sáng mặt trời Vào buổi trưa trời trong, ánh mặt trời tỏa nhiệt khoảng 1000W/m², trong đó 10% hiệu suất của 1 module 1m² cung cấp năng lượng khoảng 100W, hiệu suất của pin Mặt trời thay đổi từ 6% từ pin mặt trời làm từ silic không thù hình, và có thể lên đến 30% hay cao hơn nữa Có nhiều cách để nói đến giá của hệ thống cung cấp điện (chính xác là phát điện), là tính toán cụ thể giá thành sản xuất trên từng kilo Watt giờ điện (kWh) Hiệu năng của pin mặt trời tạo dòng điện với sự bức xạ của mặt trời là 1 yếu tố quyết định trong giá thành Nói chung với toàn hệ thống, là tổ hợp các tấm pin mặt trời thì hiệu suất là rất quan trọng Và để tạo nên ứng dụng thực tế cho pin năng lượng, điện năng tạo nên có thể nối với mạng lưới điện sử dụng dạng chuyển đổi trung gian; trong các phương tiện di chuyển, thường sử dụng hệ thống ắc quy để lưu trữ nguồn năng lượng chưa sử dụng đến Các pin năng lượng thương mại và hệ thống công nghệ cho nó có hiệu suất từ 5% đến 15% Giá của 1 đơn vị điện từ 50 Eurocent/kWh (Trung Âu) giảm xuống tới 25 eurocent/kWh trong vùng có ánh mặt trời nhiều
Hình 2.3 Tế bào quang điện
Ngày nay, vật liệu chủ yếu chế tạo pin mặt trời (và cho các thiết bị bán dẫn) là silic dạng tinh thể Pin mặt trời từ tinh thể silic chia ra thành 3 loại (hình 2.3):
- Một tinh thể hay tinh thể đơn (Mono-crystalline) sản xuất dựa trên quá trình Czochralski Đơn tinh thể có hiệu suất tới 16%, chúng thường rất đắt tiền do được cắt từ các thỏi silic hình ống, các tấm đơn thể này có các mặt trống ở góc nối các module
- Đa tinh thể (Multi-crystalline) làm từ các thỏi đúc - đúc từ silic nung chảy được làm nguội và làm rắn Các pin này thường rẻ hơn các đơn tinh thể, tuy nhiên hiệu suất kém hơn Tuy nhiên chúng có thể tạo thành các tấm vuông che phủ bề mặt nhiều hơn đơn tinh thể bù lại cho hiệu suất thấp của nó
- Dải silic (Amorphous silicon) tạo từ các miếng phim mỏng từ silic nóng chảy và có cấu trúc đa tinh thể Loại này thường có hiệu suất thấp nhất, tuy nhiên loại này rẻ nhất trong các loại vì không cần phải cắt từ thỏi silicon Nền tảng chế tạo dựa trên công nghệ sản suất tấm mỏng, có độ dày 300μm và xếp lại để tạo nên các module tạo thành các loại pin trên
Pin mặt trời cấu tạo từ các nguyên tố Silic thuộc nhóm IVA trong bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học, tức là có 4 electron lớp ngoài cùng Silic nguyên tố không tìm thấy trong tự nhiên mà tồn tại dạng hợp chất phân tử ở thể rắn Cơ bản có 2 loại chất rắn silicon, là đa thù hình (không có trật tự sắp xếp) và tinh thể (các nguyên tử sắp xếp theo thứ tự dãy không gian 3 chiều) Pin mặt trời phổ biến nhất là dạng đa tinh thể silicon Silic là vật liệu bán dẫn, nghĩa là trong thể rắn của silic tại một tầng năng lượng nhất định mà electron có thể đạt được, và một số tầng năng lượng khác thì không được, đơn giản hơn là có lúc dẫn điện và có lúc không dẫn điện Lý thuyết này căn cứ theo thuyết cơ học lượng tử, ở nhiệt độ phòng thí nghiệm (khoảng 28 °C), Silic nguyên chất có tính dẫn điện kém (cơ học lượng tử giải thích mức năng lượng Fermi trong tầng trống) Trong thực tế để tạo ra các phân tử silic có tính dẫn điện tốt hơn, chúng được thêm vào một lượng nhỏ các nguyên tử nhóm III hay nhóm V trong bảng tuần hoàn hóa học Các nguyên tử này chiếm vị trí của nguyên tử silic trong mạng tinh thể, và liên kết với các nguyên tử silic bên cạnh tương tự tạo thành một mạng silic (mạng tinh thể) Tuy nhiên các phân tử nhóm III có 3 electron ngoài cùng và nguyên tử nhóm V có 5 electron ngoài cùng, vì thế nên có chỗ trong mạng tinh thể có dư electron còn có chỗ thì thiếu electron Vì thế các electron thừa hay thiếu (gọi là lỗ trống) không tham gia vào các kết nối mạng tinh thể, chúng có thể tự do di chuyển trong khối tinh thể
Silic kết hợp với nguyên tử nhóm III (nhôm hay gali) được gọi là loại bán dẫn p bởi vì năng lượng chủ yếu mang điện tích dương (positive), trong khi phần kết hợp với các nguyên tử nhóm V (phốt pho, asen) gọi là bán dẫn n vì mang năng lượng âm (negative)
Lưu ý rằng cả hai loại n và p có năng lượng trung hòa, tức là chúng có cùng năng lượng dương và âm, loại bán dẫn n - loại âm có thể di chuyển xung quanh, tương tự ngược lại với loại p
Hình 2.4 Cấu tạo tế bào quang điện
Tấm pin mặt trời
Hình 2.5 Tấm pin năng lượng mặt trời thực tế
Tấm pin mặt trời (hình 2.5) bao gồm nhiều tế bào quang điện ghép nối tiếp hoặc song song để đạt được mức dòng điện và điện áp mong muốn Quan hệ giữa dòng điện, công suất và điện áp của tấm pin mặt trời được thể hiện như đồ thị hình 2.6
Hình 2.6 Đặc tuyến I-V, P-V panel pin mặt trời Đặc tuyến I-V, P-V của tấm pin mặt trời thay đổi theo nhiệt độ, bức xạ và điều kiện của tải Tùy vào điều kiện vận hành, điểm vận hành sẽ di chuyển trên các đường cong phi tuyến này, và bộ điều khiển có chức năng giám sát để điểm vận hành đạt được công suất ngõ ra tối đa (MPP), gọi là tìm điểm công suất cực đại
Sơ đồ tương đương pin mặt trời được thể hiện ở hình 2.7
Hình 2.7 Sơ đồ tương đương pin mặt trời
11 Trong đó: I và V là dòng điện và điện áp đầu ra của pin mặt trời, Rs và Rp là điện trở nội nối tiếp và song song của tấm pin mặt trời, trong đó giá trị điện trở nối tiếp Rs thấp hơn nhiều so với điện trở song song Rp Mô hình toán học biểu diễn mối quan hệ phi tuyến giữa dòng điện và điện áp phát ra từ pin mặt trời như sau:
Ipv: Dòng điện ra PV panel (A) Vpv: Điện áp ra PV panel (V) Iph: Dòng quang điện (A) Isat: dòng bảo hòa (A) ns: số lượng pin nối tiếp ns: số lượng pin mắc song song q: điện tích Electron k: hằng số Boltzman T: nhiệt độ tấm pin A: hệ số lý tưởng Đặc tuyến của pin mặt trời phụ thuộc nhiều vào dòng quang điện và nhiệt độ của tấm pin Dòng quang điện phụ thuộc vào lượng bức xạ chiếu vào tấm pin, vì vậy đường đặc tuyến sẽ thay đổi theo sự thay đổi của hai đại lượng này (hình 2.8 và 2.9) Ảnh hưởng của bức xạ lên đặc tuyến (I-V) và (P-V) được mô tả như hình 2.8, trong đó các đại lượng dòng điện và điện áp được chuẩn hóa về đơn vị cơ bản theo Voc và Isc để quan sát rõ hơn ảnh hưởng của bức xạ lên đặc tuyến này Vì dòng quang điện tỉ lệ với bức xạ chiếu vào, nên ứng với sự gia tăng bức xạ thì dòng điện phát ra từ pin mặt trời sẽ tăng Hình 2.8 cho thấy sự thay đổi dòng điện lớn hơn so với điện áp Trong thực
12 tế, sự phụ thuộc của điện áp lên mức bức xạ thường bị bỏ quên Khi sự thay đổi của dòng điện và điện áp đều dương, thì công suất tạo ra cũng sẽ tăng theo
Hình 2.8 Sự thay đổi I-V và P-V tại nhiệt độ cố định và bức xạ thay đổi
Một đại lượng khác cũng ảnh hưởng đến đặc tuyến của pin mặt trời, đó là nhiệt độ môi trường, hay nhiệt độ tấm pin mặt trời Nhiệt độ ảnh hưởng nhiều đến điện áp hở mạch, và điện áp này phụ thuộc tuyến tính vào nhiệt độ Ảnh hưởng của nhiệt độ lên các đặc tuyến được minh họa ở hình 2.9
Hình 2.9 Sự thay đổi I-V và P-V tại bức xạ cố định và nhiệt độ thay đổi
Quan sát ở hình 2.9, rõ ràng sự biến đổi của dòng điện theo nhiệt độ là rất nhỏ thường được bỏ qua so với sự thay đổi điện áp, đây là lý do tại sao dữ liệu cung cấp của nhà sản xuất phải kèm theo điều kiện nhiệt độ và bức xạ để xác định các giá trị điện áp hở mạch và dòng điện ngắn mạch
Nhiệt độ và bức xạ phụ thuộc vào điều kiện môi trường, điều kiện môi trường thay đổi theo năm và thay đổi theo ngày, vì vậy nhiệt độ và bức xạ có thể thay đổi nhanh chóng theo thời tiết, ngay cả khi có mây che Điều này dẫn đến các điểm MPP thay đổi liên tục, nếu điểm vận hành không sát điểm MPP, sẽ gây ra tổn thất công suất lớn Vì vậy, vai trò của bộ điều khiển để điểm vận hành đạt MPP là vô cùng quan trọng để thu được năng lượng tối đa có sẵn của pin mặt trời, điều này được thực hiện dựa vào các bộ biến đổi công suất sẽ được trình bày ở phần sau.
Cấu hình hệ thống năng lượng mặt trời
Các dãy pin năng lượng mặt trời tạo ra dòng điện và điện áp DC, tuy nhiên trong các ứng dụng nối lưới, cần phải chuyển thành năng lượng AC và nhiệm vụ này được thực
14 hiện bằng các bộ biến đổi công suất, cụ thể là các bộ biến tần (DC/AC) Ngoài ra, các bộ này sẽ thực hiện MPPT của hệ thống pin
Có nhiều cấu hình biến tần khác nhau, phụ thuộc vào các cách kết nối dãy pin với biến tần Quyết định sử dụng cấu hình dạng nào phụ thuộc vào các yêu cầu về môi trường và kinh tế Nếu các tấm pin mặt trời không giống nhau hoặc hoạt động trong điều kiện khác nhau thì các điểm MPP của mỗi tấm pin sẽ khác nhau và khi kết hợp lại thành dãy sẽ không thu được công suất cực đại của toàn bộ hệ thống pin mặt trời Vì vậy mỗi cấu hình phải nghiên cứu kỹ lưỡng để đạt được hiệu suất cao nhất
Cấu hình biến tần trung tâm: Đây là cấu hình đơn giản nhất, bao gồm dãy pin năng lượng mặt trời gồm các dãy nối tiếp được mắc song song để đạt thu công suất theo yêu cầu Các dãy PV này được nối vào một biến tần duy nhất (hình 2.10) Trong cấu hình này tất cả các dãy PV đều hoạt động ở cùng một điện áp nhưng không phải là điện áp cực đại cho tất cả các dãy PV
Nhược điểm trong cấu hình này là khó đạt được công suất tối đa cho toàn bộ dãy pin năng lượng mặt trời
Hình 2.10 Cấu hình biến tần trung tâm
Cấu hình dãy biến tần:
Hình 2.11 Cấu hình dãy biến tần
Trong cấu hình dãy biến tần, mỗi dãy PV được mắc nối tiếp với một biến tần (hình 2.11) Điều này cải thiện được sự sai lệch trong tìm điểm công suất cực đại khi có sự thay đổi điều kiện hoạt động ở các dãy PV, bởi vì các dãy sẽ hoạt động ở một điểm vận hành khác nhau Tuy nhiên giữa các tấm pin mặt trời trong dãy cũng bị tổn thất công suất do cùng điều kiện vận hành Tuy nhiên, cấu hình này có chi phí lắp đặt cao hơn vì tăng số lượng biến tần cần sử dụng
Cấu hình đa chuỗi biến tần:
Trong cấu hình này, mỗi dãy PV được kết nối với một bộ biến đổi DC/DC để làm nhiệm vụ tìm điểm công suất cực đại, và các dãy được kết nối với một biến tần trung tâm Cấu hình này có nhược điểm giống như cấu hình dãy biến tần là chi phí lắp đặt cao
Hình 2.12 Cấu hình đa dãy biến tần
Cấu hình tấm pin mặt trời tích hợp biến tần
Trong cấu hình này, mỗi tấm pin mặt trời được nối với một biến tần và được kết nối với nhau Biến tần thực hiện tìm điểm công suất cực đại cho mỗi tấm pin mặt trời đảm bảo thu được công suất tối đa cho mỗi tấm pin khi các tấm pin hoạt động trong điều kiện khác nhau Tuy nhiên nhược điểm lớn nhất của cấu hình này là giá thành cao hơn so với các cấu hình khác
Hình 2.13 Cấu hình tích hợp biến tần
Bộ biến đổi công suất
Bộ biến đổi công suất được ví như bộ não của hệ thống pin mặt trời, ngoài nhiệm vụ thực hiện tìm điểm công suất cực đại cho hệ thống, bộ biến đổi công suất còn có khả năng giám sát dòng điện, điện áp đầu vào và đầu ra, bảo vệ quá tải, hoặc ngắn mạch, Trong phần này sẽ trình bày các đặc điểm cơ bản của hai bộ biến đổi công suất đơn giản là bộ Boost và bộ Buck Ngoài ra còn các bộ biến đổi dạng khác như Buck- Boost, Cuk, Sepic, Half Bridge,… được trình bày ở tài liệu tham khảo [15]
Bộ Boost: Bộ Boost có cấu hình như hình 2.14
Hình 2.14 Cấu trúc bộ Boost
Bộ Boost có chức năng tăng điện áp, được sử dụng khi điện áp yêu cầu lớn hơn điện áp đầu ra hệ thống pin mặt trời Khi khóa Q đóng, cuộn cảm L nối tiếp với nguồn Vi làm cuộn cảm tăng dần theo thời gian Khi khóa Q ngắt, điện áp trên cuộn cảm lúc này ngược dấu với trạng thái Q đóng và diode ở trạng thái phân cực thuận nên điện áp ra Vo lúc này bằng điện áp nguồn cộng với điện áp cảm ứng trên cuộn cảm, dẫn đến dòng trên cuộn cảm giảm dần theo thời gian Tụ điện ngõ ra C có giá trị đủ lớn để dao động điện áp tại ngõ ra nằm trong giới hạn cho phép Vo cùng dấu với Vi Ở trạng thái xác lập, dòng IL ở đầu chu kỳ bằng dòng ở cuối chu kỳ
Vo: điện áp ngõ ra (V) Vi: điện áp ngõ vào (V) D: chu kỳ nhiệm vụ
Dạng sóng các thành phần trong cấu trúc bộ biến đổi Boost được thể hiện như hình bên dưới:
Hình 2.15 Dạng sóng trong bộ biến đổi Boost
Bộ Buck: Bộ Buck có cấu hình như hình 2.16
Hình 2.16 Cấu hình bộ biến đổi Buck
Ngược lại với bộ Boost, bộ Buck có chức năng giảm điện áp Khi khóa Q đóng, cuộn cảm L nối tiếp với nguồn Vi làm dòng điện trong cuộn cảm tăng dần theo thời gian
Khi khóa Q ngắt, cuộn cảm L có khuynh hướng duy trì dòng điện qua nó sẽ tạo điện áp cảm ứng đủ để diode phân cực thuận Điện áp đặt vào cuộn cảm L lúc này ngược
19 dấu với khi khóa Q đóng, và có độ lớn bằng điện áp ngõ ra cộng với điện áp rơi trên diode, khiến cho dòng điện qua điện cảm L giảm dần theo thời gian Tụ điện ngõ ra C có giá trị đủ lớn để dao động điện áp tại ngõ ra nằm trong giới hạn cho phép Vo cùng dấu với Vi Ở trạng thái xác lập, dòng IL ở đầu chu kỳ bằng dòng ở cuối chu kỳ
Dạng sóng các thành phần trong cấu hình Buck được trình bày như hình 2.17
Hình 2.17 Dạng sóng trong bộ biến đổi Buck
Bộ SEPIC: bộ biến đổi SEPIC có điện áp ngõ ra có thể điều chỉnh lớn hơn hoặc nhỏ hơn điện áp đầu vào, tùy thuộc vào việc điều chỉnh độ rộng xung D Cấu hình bộ biến đổi SEPIC như hình 2.18
Hình 2.18 Dạng sóng trong bộ biến đổi SEPIC
Khi khóa Q1 đóng, cuộn càm L1 nối tiếp với nguồn Vi, dòng qua L1 tăng dần theo thời gian Khi khóa Q1 đóng, ngay lập tức áp VC = Vi, lúc này diode phân cực nghịch nên cuộn cảm L2 được nạp bởi C có chiều ngược với chiều áp VL2 và áp VL2 ≈ -Vi Khi khóa Q1 ngắt, cuộn cảm L1, tụ C và L2 nối tiêp với nguồn Vi, và tải được cấp năng lượng nguồn Vi, L1 và L2 (được nạp bởi tụ C khi khóa Q đóng) C được nạp trong giai đoạn này, và C sẽ nạp cho L2 khi khóa Q1 đóng
Biểu thức liên hệ giữa điện áp đầu vào và điện áp đầu ra trong cấu hình SEPIC:
(2.6) Đồ thị minh họa các dạng sóng trong cấu hình SEPIC được thể hiện ở hình 2.19
Hình 2.19 Dạng sóng trong bộ biến đổi SEPIC
Bộ Buck-Boost: Bộ Buck-Boost có thể điều chỉnh điện áp ngõ ra cao hơn hoặc thấp hơn điện áp ngõ vào giống như bộ SEPIC, tuy nhiên, cấu hình Buck-Boost có ít thành phần thụ động hơn nhưng lại có độ giao động dòng ngõ vào bởi vì khóa công suất đặt ở đầu vào Cấu trúc bộ Buck-Boost như hình 2.20
Hình 2.20 Cấu trúc bộ biến đổi Buck - Boost
Khi khóa công suất Q1 đóng, cuộn cảm được nối tiếp với nguồn và được nạp năng lượng, dòng cuộn cảm tăng lên theo thời gian, lúc này diode D1 phân cực ngược Khi khóa Q1 ngắt, điện áp trên cuộn cảm điện áp trên cuộn cảm ngược dấu và dòng qua cuộn cảm giảm dần, diode phân cực thuận, lúc này điện áp ra ngược dấu với điện áp đầu vào
Biểu thức liên hệ giữa điện áp ngõ vào và ngõ ra giống với quan hệ trong mạch SEPIC
(2.7) Đồ thị dạng sóng các thành phần trong cấu hình Buck-Boost được thể hiện ở hình bên dưới:
Hình 2.21 Dạng sóng trong bộ biến đổi Buck - Boost
Bộ Cuk: Bộ biến đổi này có điện áp đầu ra âm so với điện áp đầu vào giống bộ biến đổi
Buck-Boost Cấu hình như hình 2.22
Hình 2.22 Cấu trúc bộ biến đổi Cuk
Khi khóa Q ngắt, L1 nối tiếp với Vi và C1, sự chênh lệch áp đặc lên L1, diode D phân cực thuận, làm dòng IL1 tăng lên theo thời gian, điện áp trên L1 là 𝑉 𝐿1 = 𝑉 𝑖 − 𝑉 𝐶1 L2 nối trực tiếp với tụ ngõ ra C2 và có dấu ngược với dấu và dòng trên L2 được nạp bằng tụ C1 ở thời điểm Q đóng, suy ra VL2 = Vo
Trạng khóa Q đóng, cuộn kháng L1 kết nối tiếp với nguồn vào Vi do đó VL1 = Vi Cuộn L2 nối tiếp với C1 và C2và được nạp bởi C1, do đó công thức của VL2 = VO + VC1 Điện áp trung bình của VL1 và VL2:
𝑉̅ 𝐿1 = 𝐷 𝑉 𝑖 + (1 − 𝐷) (𝑉 𝑖 − 𝑉 𝐶1 ) = (𝑉 𝑖 − (1 − 𝐷) 𝑉 𝐶1 ) (2.8) 𝑉̅ 𝐿2 = 𝐷 (𝑉 𝑂 + 𝑉 𝐶1 ) + (1 − 𝐷) 𝑉 𝑂 = (𝑉 𝑂 + 𝐷 𝑉 𝐶1 ) (2.9) Ở trạng thái xác lập, điện áp trung bình trên cuộn cảm L1và L2 phải bằng 0
Tử công công thức cuối và yêu cầu áp trên cuộn kháng ở trạng thái xác lập;
𝐷 (2.10) Điện áp trung bình qua cuộn cảm L1:
GIẢI THUẬT TÌM ĐIỂM CÔNG SUẤT CỰC ĐẠI MPPT
Các giải thuật MPPT
Bộ điều khiển tìm điểm công suất cực đại (MPPT) hoạt động như một vòng lặp hệ thống với cảm biến đo điện áp pin mặt trời và chuyển thành độ rộng xung với mục đích điều khiển đến điểm công suất cực đại Để đạt được điểm công suất đỉnh trên đường cong phi tuyến P-V, một số giải thuật MPPT được phát triển và sử dụng trong nhiều ứng dụng năng lượng mặt trời Gần 20 giải thuật MPPT khác nhau và được nghiên cứu, trong đó có 7 giải thuật được sử dụng phổ biến sẽ được thảo luận trong phần này
3.1.1 Perturb and Observe (P&O)/ Hill Climbing (HC):
Trong số các giải thuật MPPT, giải thuật P&O và HC được sử dụng phổ biến nhất [16] Ưu điểm của giải thuật này là đơn giản hơn so với các giải thuật nhân tạo, có thể thực hiện trong ứng dụng thực tế vì giải thuật có thể áp dụng tốt cho vi điều khiển hoặc hệ thống sử lý số tín hiệu (Digital Signal Processing System), có thể thực hiện được giải thuật mà không cần biết trước đặc tính của tấm pin năng lượng mặt trời Trong một số tài liệu tham khảo, P&O còn được gọi như phương pháp leo đồi (Hill climbing method) bởi vì nó sử dụng cùng khái niệm trong nhiễu loạn điểm MPP Thực tế, sự khác biệt duy
26 nhất giữa hai tên gọi này là ở biến điều khiển đầu ra, trong đó P&O với đầu ra là điện áp tham chiếu còn HC có đầu ra là Độ rộng xung PWM của khóa công suất So sánh giữa 2 giải thuật này được thực hiện ở [17], kết luận đáp ứng quá độ của P&O tốt hơn so với HC Bên cạnh đó, so sánh phương pháp P&O với các phương pháp khác được thực hiện ở [18-19]
Về nguyên tắc hoạt động, giải thuật P&O hoặc HC hoàn toàn dựa vào sự nhiễu loạn hoặc dịch chuyển điểm vận hành của tấm pin mặt trời theo dấu của sự biến thiên công suất phát ra từ pin mặt trời Hình 3.1, sự nhiễu loạn về phía bên phải là cần thiết khi điểm vận hành ở phía bên trái điểm MPP và ngược lại Ví dụ, nếu sự nhiễu loạn làm tăng giá trị của công suất, thì hướng của nhiễu loạn sẽ được giữ như cũ Ngược lại, nếu hướng thay đổi sẽ làm giảm dần giá trị công suất phát ra
Hình 3.1 Khái niệm vận hành của giải thuật P&O
Vì vậy, quá trình nhiễu loạn và quan sát phải được thực hiện trên tất cả thời gian bởi vì hiệu suất của giải thuật dựa vào tần số lấy mẫu Có hai điểm quan trọng cần chú ý ở giải thuật này là sự dao động quanh điểm MPP khi hệ thống xác lập sẽ gây tổn thất công suất và giải thuật sẽ xác định hướng nhiễu loạn sai khi có sự thay đổi nhanh chóng của điều kiện thời tiết Trong đó, để giảm sự dao động ở trạng thái xác lập, một giải pháp chọn giá trị điện áp tham chiếu hoặc độ rộng xung PWM nhỏ là cần thiết Tuy nhiên, với giải pháp này sẽ làm cho thời gian đáp ứng của hệ thống chậm, hay thường được gọi là tốc độ hội tụ thấp Để tìm sự cân bằng giữa hai yếu tố này là một khó khăn trong quá trình thiết kế Ở [20] tác giả đã nghiên cứu các vấn đề của giải thuật P&O trong sự biến đổi nhanh chóng của điều kiện môi trường, theo đó điểm vận hành của hệ thống sẽ tiếp tục
27 di chuyển theo hướng sai nếu có hai giá trị bức xạ khác nhau chiếu đến trong cùng một thời gian lấy mẫu Điều khiển với tham số thay đổi là điện áp tham chiếu và độ rộng xung PWM đã được phân tích ở [21], tác giả đã so sánh về sự ổn định, hiệu suất của phương pháp này Lưu đồ giải thuật của thuật toán P&O như hình 3.2 bên dưới
Hình 3.2 Lưu đồ giải thuật P&O
Từ hình 3.2 có thể nhận thấy hệ thống cần thiết phải đo dòng điện và điện áp và giá trị trước đó của dòng điện và điện áp, sau đó tính công suất hiện tại và công suất trước đó của hệ thống So sánh các giá trị đó, để quyết định bước tiếp theo nên tăng hay giảm điện áp Nếu xảy ra sự gia tăng công suất hoặc do tăng bức xạ hoặc do nhiễu loạn, giải thuật sẽ không nhận thấy được sự khác nhau này và tiếp tục duy trì hướng bám theo của bước trước đó Để cải thiện những điểm yếu của phương pháp P&O và năng cao hiệu suất giải thuật, phương pháp điều khiển thích nghi hoặc nhiễu loạn với bước nhảy thay đổi được đề xuất
28 và thực hiện Theo khái niệm này, kích thước của mỗi bước nhảy tự động thay đổi dựa vào vị trí của điểm vận hành Nếu điểm hoạt động nằm xa điểm MPP, bước nhảy sẽ lớn hơn để giảm dần kích thước đến điểm MPP Cuối cùng, kích thước bước nhảy sẽ giảm dần gần 0 tại điểm MPP để cố định điểm vận hành mà không có dao động, đảm bảo quá trình quá độ nhanh Trong [22], phương pháp thay đổi kích thước bước nhảy được áp dụng với điều khiển Fuzzy Logic, trong đó tác giả chia đường cong P-V ra thành ba phần ứng với sự thay đổi bước nhảy lớn, trung bình và nhỏ Tương tự, điều khiển chế độ trượt (Sliding Mode) đã được sử dụng ở [23] Chế độ trượt điều khiển chủ yếu dựa vào tín hiệu phản hồi từ mạch điều khiển có chức năng như một công cụ để bù vào sai số tín hiệu đầu ra để thay đổi góc pha kích các máy phát xung PWM
Có nhiều phương pháp điều khiển thích nghi, điều khiển độ rộng xung PWM hoặc điều khiển điện áp tham chiếu khác nhau được đề xuất Để chắc chắn sự thay đổi chính xác trong kích thước bước nhảy ở vùng làm việc khác nhau, nhiều kiểu của phương trình điều khiển được đưa ra Ví dụ, bước nhiễu loạn có thể thu được từ phương trình mũ của điện áp tham chiếu như công thức (3.1)-(3.2) với hiệu quả được chứng minh ở [24] trong kết quả mô phỏng và thực nghiệm
Bên cạnh đó, các phương pháp tối ưu giải thuật P&O sử dụng nhiễu loạn với đầu ra là độ rộng xung PWM cũng được nghiên cứu với các phương trình như (3.3), mà tại đó thời gian lấy mẫu được xác định một cách cẩn thận để hệ thống có thể đáp ứng với sự thay đổi nhanh của thời tiết
29 Trong nghiên cứu ở [25], phương pháp P&O cải tiến được đề xuất với bước nhảy thay đổi được quyết định bởi tỉ lệ thay đổi công suất và sự thay đổi của độ rộng xung PWM cycle tương ứng như (3.4):
Ngoài phương pháp thay đổi bước nhảy, phương pháp lấy mẫu tức thời và điều khiển dòng điện dựa trên sự thay đổi của dòng điện tham chiếu cũng được đề xuất ở [26] để hạn chế điểm yếu của phương pháp P&O
Phương pháp điện dẫn gia tăng (INC) sử dụng khái niệm cơ bản của Hill Climbing, trong đó độ dốc của đường cong P-V sẽ bằng 0 ở điểm MPP, mang dấu dương nếu điểm vận hành ở bên trái và mang dấu âm nếu ở bên phải đường cong Quan hệ giữa dòng điện và điện áp được thiết lập từ phương trình dưới đây:
Khi đạt được điểm MPP, độ dốc dP/dV = 0 Nên phương trình (3.5) được viết lại như sau:
V dV (3.5) Điểm MPP có thể được quyết định bởi sự so sánh giữa điện dẫn tức thời với điện dẫn gia tăng như phương trình (3.5) Điểm MPP đạt được khi cả 2 giá trị điện dẫn này bằng nhau Hình 3.3 mô tả giải thuật INC bằng cách điều khiển điện áp tham chiếu và theo lý thuyết, điểm MPP sẽ duy trì liên tục mà không dao động cho đến khi có sự thay đổi dòng điện và sự thay đổi dòng điện thể hiện sự thay đổi bức xạ Vì vậy phương pháp này có khả năng theo dõi điểm MPP trong điều kiện thay đổi nhanh chóng của thời tiết
Hình 3.3 Lưu đồ giải thuật INC
Giải thuật INC khắc phục những hạn chế của phương pháp P&O đã nói trong [27], tuy nhiên, duy trì điểm MPP liên tục không bao giờ có thể đạt được trong thực tế, do đó vẫn còn tồn tại dao động như giải thuật P&O Bên cạnh đó, giải thuật phải sử dụng nhiều cảm biến như dòng điện và điện áp làm tăng chi phí và tính phức tạp của hệ thống Ngoài ra trong giải thuật INC có công thức tính toán phức tạp khi tính giá trị gia tăng điện dẫn dI/dV, thông thường sẽ sử dụng công thức gần đúng:
Các nhân tố ảnh hưởng đến hiệu suất giải thuật MPPT
Trong các giải thuật được phân tích ở phần trên, thì giải thuật P&O được sử dụng rộng rãi hơn bởi vì tính đơn giản của các phép toán, dễ dàng thực hiện trên nền giải thuật số hoặc giải thuật tương tự và không yêu cầu điều chỉnh định kỳ như các giải thuật nhân tạo khác [20] Tuy nhiên, phương pháp theo dõi P&O chịu ảnh hưởng của sự trôi lệch trong trường hợp tăng bức xạ (G), và hiệu ứng trôi này nghiêm trọng hơn trong trường hợp bức xạ tăng nhanh chóng Trong phần này, luận văn tập trung phân tích hiện tượng trôi (Drift phenomena) điểm vận hành khi có sự thay đổi thời tiết nhanh chóng và đưa ra biện pháp cải tiến giải thuật P&O để hạn chế điểm yếu này
3.2.1 Thời gian nhiễu loạn và bước nhiễu loạn:
Thời gian nhiễu loạn và bước nhiễu loạn là hai thông số quan trọng của giải thuật MPPT P&O cũng như của bất kỳ giải thuật MPPT nào khác Việc lựa chọn 2 thông số này cụ thể như sau:
Thời gian nhiễu loạn (Ta): Để chắc chắn rằng số lượng dao động nhỏ với giải thuật P&O (ví dụ vận hành 3 cấp độ), thời gian nhiễu loạn nên cao hơn thời gian giải quyết của hệ thống cho một bước thay đổi (ΔD) trong một chu kỳ [32], thời
38 gian giải quyết tỉ lệ thuận với bước nhiễu loạn Theo quan điểm của giải thuật thích nghi, thời gian nhiễu loạn nên được chọn cao hơn thời gian giải quyết cho một bước tối đa (ΔDmax) trong một chu kỳ
Bước nhiễu loạn (ΔD): Bước nhiễu loạn có thể được lựa chọn bằng cách xem xét hiệu năng quá độ và hiệu năng trạng thái ổn định Giá trị tối đa của kích thước bước nhảy cải thiện hiệu ứng quá độ, trong đó giá trị nhỏ của kích thước bước nhảy cải thiện được hiệu năng ổn định Kích thước bước nhảy nên được lựa chọn dựa vào độ chính xác của theo dõi ở trạng thái ổn định [33] và độ phân giải ADC (Analog to digital converter) của vi điều khiển sử dụng trong hệ thống [34] Nói chung, với một bộ chuyển đổi chuyển mạch chứa một độ gợn điện áp chuyển mạch, một giá trị tối ưu của ΔD nên được lựa chọn, sao cho độ nhiễu loạn của điện áp do thay đổi D lớn hơn độ giao động của điện áp PV [32]
3.2.2 Hiện tượng trôi (Drift phenomena):
Như đã phân tích ở phần trước, giải thuật P&O có được nhiều thuận lợi so với các giải thuật khác Tuy nhiên, khi điều kiện môi trường thay đổi nhanh, giải thuật sẽ xác định sai hướng đến điểm MPP và điều này làm cho điểm vận hành ra xa điểm MPP, hiện tượng này gọi là hiệu ứng trôi [32] Vấn đề trôi xuất hiện cho một sự gia tăng ánh nắng và nó sẽ nghiêm trọng đối với sự gia tăng nhanh chóng của ánh nắng Hiện tượng trôi có thể xuất hiện ở bất kỳ điểm nào trong trạng thái ổn định, phụ thuộc vào sự thay đổi ngay lập tức của ánh nắng giữa các khoảng thời gian nhiễu loạn (Ta) Vấn đề trôi bởi vì không phân biệt giữa sự tăng công suất dP>0 là do nhiễu loạn hoặc do tăng ánh nắng
Với giải thuật P&O truyền thống, ở trạng thái ổn định công suất sẽ dao động quanh điểm MPP mà theo nghiên cứu ở [32] tác giả gọi là vận hành ổn định 3 cấp độ được minh họa ở hình 3.6
Hình 3.6 Vận hành ổn định 3 mức ở giải thuật P&O
Giả sử rằng điểm vận hành di chuyển từ điểm 1 đến điểm 2 và quyết định bước tiếp theo sẽ được thực hiện ở điểm 2 bằng cách xem xét các giá trị của dP và dV Tại điểm 2: dP = P2-P1 > 0 và dV = V2 – V1 > 0, giải thuật giảm độ rộng xung PWM vì vậy điểm vận hành sẽ di chuyển đến điểm 3 Tại điểm 3, dP = P3 - P2 < 0 và dV = V3
- V2 > 0, giải thuật tăng chu kỳ độ rộng xung PWM và vì thế điểm vận hành di chuyển trở lại điểm 2 Tại điểm 2 giải thuật lại tính giá trị dP = P2 - P3 > 0 và dV V2 – V3 < 0, giải thuật tăng độ rộng xung PWM cycle, và vì vậy điểm vận hành di chuyển đến điểm 1 Tại điểm 1, lại tính được dP = P1 - P2 < 0 và dV = V1 - V2 < 0, giải thuật giảm độ rộng xung PWM và vì vậy, điểm vận hành lại di chuyển về điểm 2 Trong mô hình này, giải thuật làm cho điểm vận hành dao động ở 3 điểm quanh điểm MPP gọi là vận hành ổn định 3 mức
Giả sử rằng một sự gia tăng ánh nắng xãy ra khi vận hành ở điểm 2 như hình 3.7a, vì thế điểm vận hành sẽ được đặc ở điểm mới số 4 trong đường cong ánh nắng mới tương ứng trong thời gian nhiễu loạn kTa Bây giờ tại điểm 4:
Giải thuật sẽ giảm độ rộng xung PWM, và vì thế sẽ di chuyển đến điểm 5 ra xa điểm MPP trên đường đặc tuyến mới Tương tự cho sự tăng ánh sáng tại điểm 2 và điểm 3, vấn đề trôi xuất hiện bởi vì sự nhầm lẫn của giải thuật MPPT P&O truyền thống Quan sát lại lưu đồ giải thuật của thuật toán P&O ta sẽ thấy rõ một vòng lặp của hiện tượng trôi như hình 3.8
Hình 3.8 Vòng lặp tạo hiệu ứng trôi
Vấn đề trôi này sẽ nghiêm trọng hơn trong trường hợp sự gia tăng nhanh chống của ánh nắng như hình 3.7b và trong trường hợp cải tiến giải thuật P&O với giải thuật P&O thích nghi thì sự trôi này sẽ dẫn đến giá trị ΔD được xuất ra, kết quả là điểm vận hành sẽ di
42 chuyển xa theo một hướng sai điểm MPP Công thức xác định giá trị bước nhảy trong giải thuật thích nghi được trình bày ở phần trên Ngoài công thức (3.4), tác giả ở [8] sử dụng bước nhảy thích nghi với công thức sau:
Từ (3.15) có thể nhận thấy rằng, nếu sự thay đổi công suất lớn do sự thay đổi bức xạ thì giá trị độ rộng xung PWM được thay đổi một giá trị lớn về hướng xa điểm MPP, làm cho ảnh hưởng của hiệu ứng trôi sẽ nhiều hơn trong giải thuật P&O thích nghi
3.3 Giải thuật P&O cải tiến: Đề tài đưa ra giải thuật P&O cải tiến để tránh sự nhầm lẫn khi có sự thay đổi nhanh chóng của bức xạ Phương pháp cải tiến dựa vào giải thuật P&O truyền thống với bước nhảy thích nghi để cải thiện hiệu suất quá độ và trong vòng lặp xác định giá trị độ rộng xung PWM bước tiếp theo sẽ đánh giá thông số độ biến thiên dòng điện dI để tránh hiệu ứng trôi do thay đổi nhanh chóng trong điều kiện môi trường
Hệ thống thực hiện như hình 3.9, với tải khảo sát là tải điện trở, bộ biến đổi công suất sử dụng có dạng tăng áp (Boost)
Hình 3.9 Sơ đồ khối hệ thống PV với điều khiển MPPT
43 Với cấu trúc bộ biến đổi Boost ta có:
Hiệu suất chuyển đổi công suất của bộ Boost được tính bằng công thức sau:
1 eq eq o o o pv pv pv L L
MÔ PHỎNG GIẢI THUẬT TRÊN PHẦN MỀM MATLAB
Mô phỏng
Từ những phân tích và đưa ra giải pháp để cải thiện giải thuật P&O truyền thống dưới điều kiện bức xạ thay đổi nhanh chóng Đề tài đã đề xuất giải thuật như lưu đồ hình 3.11 Trong đó bao gồm 2 phần: cải thiện tốc độ hội tụ, độ giao động khi ổn định và tránh được hiện tượng trôi khi có sự gia tăng nhanh chóng của nắng Để chứng minh tính khả thi của giải thuật đề xuất đề tài tiến hành xây dựng các khối mô phỏng trên phần mềm MATLAB Tổng thể các khối được xây dựng như hình 4.1 bên dưới
Hình 4.1 Sơ đồ mô phỏng
Các khối mô phỏng bao gồm: khối module PV, khối mạch Boost, khối điều khiển MPPT và khối tải Đề tài xét tải điện trở đơn giản để khảo sát giải thuật Đặc điểm các khối được trình bày như sau:
Khối Panel PV được sử dụng bằng cách xây dựng các phép toán mô hình hóa pin mặt trời, đã được rất nhiều tác giả chứng minh và thực hiện Trong đó, mổi panel PV có công
55 suất MPP khoản 13.7W tại (15.12V, 0.902A), để đạt được công suất 8kW, đề tài đã chọn mắc song song 30 dãy, mổi dãy 20 mudule Vì trong đề tài chỉ khảo sát pin mặt trời trong trường hợp thay đổi bức xạ, vì vậy nhiệt độ tấm pin được mặt định 25 o C và đầu vào chỉ bao gồm giá trị bức xạ G, đầu ra là điện thế 2 cực của pin V+ và V-
Khối thay đổi bức xạ: Để mô phỏng được sự thay đổi của bức xạ, đề tài sử dụng khối phát tín hiệu, để linh hoạt điều chỉnh giá trị bức xạ và khoảng thời gian thay đổi tương ứng
Hình 4.3 Khối mô phỏng thay đổi bức xạ
Khối công suất: Đề tài sử dụng bộ Boost để tăng giá trị điện áp cần thiết cho các tải DC điện áp cao hoặc để đủ điện áp hòa lưới Các giá trị thụ động L, C được chọn như hình 4.4 Đầu vào bộ biến đổi công suất là điện áp ra từ pin mặt trời và độ rộng xung Pulse để điều khiển MPPT, ngoài ra có thể điều khiển điện áp ở đầu ra Vout Tuy nhiên, trong đề tài này, tác giả tập trung vào giải thuật MPPT, vì vậy điều khiển giá trị điện áp Vout không được đề cập đến
Hình 4.5 Khối điều khiển MPPT
58 Đề tài sử dụng khối MATLAB function đê lập trình điều khiển MPPT, với đầu vào của giải thuật là Vpv và Ipv được xác định từ ngõ vào bộ Boost, hay ngõ ra pin mặt trời Ngoài ra để xác định thời gian cho hệ thống điều khiển đề tài sử dụng khối Ditigal Clock lưu vào một biến tên Time để điều khiển thời gian lấy mẫu dòng điện, điện áp cho bộ MPPT
Một bộ thông số đầu vào được đặt trong MPPT Parameters bao gồm các cài đặt cơ bản để vận hành bộ Boost, bao gồm giá trị Dmin, Dmax, ΔD, Dinit Chương trình viết trong MATLAB Function sẽ cho ra giá trị D tối ưu để đạt MPPT, giá trị D sẽ là đầu vào của một khối phát xung PWM với tần số 1Khz để khảo sát, trong thực tế, giá trị tần số này cần được lựa chọn dựa vào khả năng của vi xử lý, tần số làm việc của các linh kiện bán dẫn, thành phần thụ động LC, Tuy nhiên trong mô phỏng, sự ảnh hưởng của tần số lên linh kiện là không nhiều, nên đề tài chọn tần số khóa bán dẫn là 1Khz để chạy mô phỏng
Khối đo lường và hiển thị:
Hình 4.6 Khối đo lường và hiển thị
59 Để dễ dàng quan sát các giá trị đo được, đề tài sử dụng các khối hiển thị trên đồ thị và hiên thị giá trị tức thời trực tiếp, bên cạnh đó để so sánh kết quả giữa các giải thuật MPPT, đề tài sử dụng khối “.mat” để lưu giá trị vào bảng và xuất ra đồ thị khi cần
Sau khi xây dựng mô hình mô phỏng, đề tài tiến hành các mô phỏng để tìm được giá trị công suất trên lý thuyết tối đa ứng với hệ thống pin mặt trời đang sử dụng, mục đích là để so sánh với công suất bắt được khi vận hành giải thuật đề xuất Sự thay đổi nắng được mô phỏng ở các khoảng thời gian 2s như hình 4.7a, trong đó, ở giây thứ 10 đề tài xem xét đáp ứng của hệ thống khi tải thay đổi Đáp ứng công suất cực đại của hệ thống pin sử dụng như hình 4.7b
(a) Sự thay đổi bức xạ trong mô phỏng
60 (b) Công suất lý thuyết tương ứng với bức xạ
Hình 4.7 Khảo sát sự thay đổi nhanh của bức xạ và đáp ứng công suất
Từ hình 4.7, đề tài đã vẽ ra các đặt tính P-V, I-V của hệ thống pin mặt trời đang sử dụng
Với mục tiêu dùng để so sánh với kết quả mô phỏng trong các giải thuật cải tiến Trong phần tiếp theo, đề tài sẽ xây dựng khối điều khiển MPPT cải tiến trong khối MATLAB Function và hiển thị các kết quả thu được
Từ mô hình mô phỏng đã xây dựng, đề tài tiến hành lập trình giải thuật MPPT trong khối MATLAB Function, đầu ra của hàm function này là giá trị độ rộng xung D để điều khiển khóa công suất trong bộ biến đổi công suất Boost Đề tài lần lược mô phỏng các giải thuật đề xuất bao gồm: giải thuật cải tiến để tránh hiện tượng trôi “drift free”, giải thuật cải tiến tăng tốc độ hội tụ và giải thuật kết hợp
Cải tiến 1: Phát hiện hiện tượng trôi bằng thông số dI:
Giải thuật này được mô tả trong phần B của lưu đồ giải thuật hình 3.11, trong đó một bước cải tiến đơn giản được thêm vào là quan sát thông số dI, đã được chứng minh ở phần trên Từ giải thuật MPPT P&O truyền thống, tác giả quan sát thêm thông số dI, kết quả so sánh đầu ra độ rộng xung D và công suất giữa kỹ thuật truyền thống và giải thuật cải tiến 1 được thể hiện ở hình 4.8
Hình 4.8 So sánh đáp ứng D và P trong giải thuật cải tiến 1
Trong hình 4.8, đường màu xanh là đáp ứng D ở giải thuật truyền thống, đường màu đỏ là giải thuật cải tiến 1 Giá trị bước nhãy D được đặt cố định 1% với thời gian lấy mẫu 50ms Quan sát hình 4.8 ta nhận thấy ở cả 2 giải thuật điều xuất hiện giao động 3 mức ở trạng thái ổn định, hệ thống khởi động sau hơn 2s và xác lập khi có sự gia tăng nắng sau khoảng 0.5s Trong đó hiện tượng trôi được nhìn thấy rõ ràng ở các thời điểm thay đổi bức xạ (giây thứ 4, 6, 8) Dạng sóng theo dõi với giải thuật đề xuất và truyền thống thể hiện ở hình 4.8 và có thể hình dung rằng cả 2 phương pháp điều theo dõi hiệu quả điểm MPP tương ứng, nhưng với P&O truyền thống xuất hiện hiệu ứng trôi (giây thứ 6), trong khi với giải thuật cải tiến 1 thì không Ngoài ra, khi có sự thay đổi tải, giải thuật đề xuất có tổn thất công suất thấp hơn và có đáp ứng nhanh hơn giải thuật tuyền thống khoảng 2 chu kỳ lấy mẫu.Tuy nhiên, cả hai phương pháp đều có đáp ứng khi khởi động không tốt và giao động nhiều khi xác lập, bởi vì độ rộng xung D giao động 3 mức như hình 4.8a Để thấy rõ hơn hiện tượng trôi được cải thiện ở giải thuật đề xuất, hình 4.9 phóng to các dạng sóng ở thời điểm thay đổi nắng tương ứng
64 (a) Hiện tượng trôi ở giây thứ 6
(b) Đáp ứng công suất ở giây thứ 6
65 (c) Đáp ứng điện áp ở giây thứ 6
Hình 4.9 Đáp ứng ở giây thứ 6
Trong các đồ thị được vẽ ra ở hình 4.9, lần lượt là đáp ứng độ rộng xung, đáp ứng công suất, và đáp ứng điện áp giữa giải thuật truyền thống và giải thuật cải tiến 1 Ta nhận thấy rõ ràng sự trôi suất hiện ở giải thuật truyền thống, ảnh hưởng của việc này làm tổn hao công suất thu được, giá trị tổn thất này sẽ càng lớn nếu công suất pin mặt trời sử dụng càng lớn và thời gian sử dụng nhiều Nếu tính toán cho một vòng đời khoảng 25 năm của tấm pin mặt trời, thì giải thuật cải tiến 1 giúp cải thiện được giá trị công suất đáng kể