Báo cáo môn học thiết kế mạch biến Đổi dc:dc có chức năng mppt:ổn áp

Nếu hệ thống PV không có các bộ biến đổi, hãy chọn hệ thống Acquy có điện áp bao nhiêu để thu được công suất nhiều nhất với mọi bức xạ mặt trời... Lập trình để điều khiển bộ biến đổi DC/

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA

ĐIỆN - ĐIỆN TỬ

NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO

(Phần điện)

BÁO CÁO MÔN HỌC

Thiết kế mạch biến đổi DC/DC có chức năng

MPPT/ổn áp - Đề 1(11)

3

Họ và Tên MSSV

TP HỒ CHÍ MINH – THÁNG 5 NĂM 2023

ĐÁNH GIÁ THÀNH VIÊN

Họ và Tên MSSV Hoàn thành

NHẬN XÉT CỦA GV:

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

Mục Lục

LỜI MỞ ĐẦU 1

1 Tính số lượng PV và tính V của mạch pin quang điện: oc 2

2 Khảo sát đặc tuyến I(V) và P(V) của hệ thống pin quang điện khi bức xạ mặt trời thay đổi 3

a Khảo sát đặc tuyến I(V) của hệ thống Pin quang điện khi bức xạ thay đổi .3 Khi bức xạ = 250W/m2 3

Khi bức xạ = 500W/m2 4

Khi bức xạ = 750W/m2 6

Khi bức xạ = 1000W/m2 7

Đặc tuyến I(V) của hệ thông pin mặt trời khi bức xạ mặt trời thay đổi 8

b Khảo sát đặc tuyến P(V) của hệ thống Pin quang điện khi bức xạ thay đổi 8 Khi bức xạ = 250W/m2 8

Khi bức xạ = 500W/m2 9

Khi bức xạ = 750W/m2 10

Khi bức xạ = 1000W/m2 11

Đặc tuyến I(V) của hệ thông pin mặt trời khi bức xạ mặt trời thay đổi 11

3 Nếu hệ thống PV không có các bộ biến đổi, hãy chọn hệ thống Acquy có điện áp bao nhiêu để thu được công suất nhiều nhất với mọi bức xạ mặt trời Xác định dòng điện với bức xạ 1000W/m bằng phần mềm và bằng giải 2 tích toán học của hệ thống PV kết nối trực tiếp với Acquy 12

4 Nếu điện áp acquy bằng 70% và 110% của điện áp câu 3, Xác định dòng điện với bức xạ 1000W/m bằng phần mềm và bằng giải tích toán học? 2 Công suất thu được của 2 trường hợp 14

a Với số lượng acquy giảm 30% 14

b Với số lượng acquy tăng 10% 14

5 Chọn nguyên lý hoạt động của mạch DC/DC và Giải thích nguyên lý làm việc của mạch biến đổi DC/DC 16

a Chọn mạch DC/DC 16

b Nguyên lý làm việc của mạch 16

6 Lập trình để điều khiển bộ biến đổi DC/DC hoạt động ở chế độ MPPT với tải là điện trở thuần Khi bức xạ mặt trời thay đổi từ 100W/m2 đến 1000W/m2, khảo sát các thông số sau: 18

a Khi bức xạ mặt trời 100W/m2 19

b Khi bức xạ mặt trời 250W/m2 19

c Khi bức xạ mặt trời 500W/m2 20

d Khi bức xạ mặt trời 750W/m2 20

e Khi bức xạ mặt trời 1000W/m2 21

7 Lập trình để điều khiển bộ biến đổi DC/DC hoạt động ở chế độ ổn áp với tải là điện trở thuần Khi bức xạ mặt trời thay đổi từ 100W/m2 đến 1000W/ m2, khảo sát các thông số sau: 22

a Khi bức xạ mặt trời 100W/m2 22

b Khi bức xạ mặt trời 250W/m2 23

c Khi bức xạ mặt trời 500W/m2 23

d Khi bức xạ mặt trời 750W/m2 24

e Khi bức xạ mặt trời 1000W/m2 24

8 Nếu lắp song song với tải một hệ thống acquy lưu trữ có điện áp là {Vbat} Cho biết bộ DC/DC nên hoạt động ở chế độ nào? Giải thích? 25

9 Khảo sát khả năng của mạch khi có hiện tượng bức xạ mặt trời trên các tấm PV không đồng đều? Cách nào để lấy được công suất cực đại 26

a Khi bức xạ lên tấm pin mặt trời không đồng đều 26

b Khi bức xạ lên tấm pin mặt trời đồng đều 28

c Cách lấy được công suất lớn nhất 29

LỜI MỞ ĐẦU

Trong bối cảnh tình hinh môi trường ngày càng trở nên khó kiểm soát vì nhu cầu sử dụng năng lượng cứ liên tục tăng cao để thỏa mãn nhu cầu phát triển của các Quốc gia Để thỏa mãn nhu cầu năng lượng như vậy không thể thiếu nguồn cung từ các loại năng lượng hóa thạch trong một thời gian dài Theo thời gian, với sự cạn kiệt dần nguồn năng lượng hóa thạch và sự nối lên của ngành năng lượng tái tạo nổi trội nhất trong đó là nguồn năng lượng mặt trời được xem là một trong những lựa chọn đầytiềm năng để thay thế hoàn toàn năng lượng hóa thạch Hệ thống pin mặt trời là một trong những giái pháp để khai thác năng lượng mặt trời và là ứng dụng quan trọng của năng lượng tái tạo

Tuy nhiên, điều quan trọng trong việc xây dựng hệ thống pin mặt trời là tối ưuhóa hiệu suất và ổn định của hệ thống, đảm bảo được sự cung cấp liên tục của nguồnnăng lượng cho đời sống Điều này được thực hiện thông qua việc sử dụng mạchbiến đổi DC/DC có chức năng MPPT và ổn áp

Mạch biến đổi DC/DC có chức năng MPPT và ổn áp được thiết kế để đáp ứng yêu cầu của hệ thống pin mặt trời, bao gồm việc tối ưu hóa hiệu suất, đảm bảo ổn định và độ tin cậy của nguồn điện đầu ra Trong bài báo cáo này, nhóm chúng em sẽ trình bày và thiết kế mạch biến đổi DC/DC MPPT ổn áp trong hệ thống pin mặt trời thỏa mãn các yêu cầu đã giao

1

1 Tính số lượng PV và tính V của mạch pin quang điện: oc

Thông số tấm PV

2

Với: D = 0.5 và điện áp trên Bus DC: V = 500 (V)out

trong 1 chuỗi - Voc của 1 chuỗi:

Voc1chuỗi = Voc1cell x nstring = 36 x 16 = 576 (V)

- Số chuổi cần dùng là:

nchuỗi =n string =16 ≈ 4.75 => 5 chuỗi

nên: V = Voc oc1chuỗi = 576 (V)

2 Khảo sát đặc tuyến I(V) và P(V) của hệ thống pin quang điện khi bức xạ mặt trời thay đổi

a Khảo sát đặc tuyến I(V) của hệ thống Pin quang điện khi bức xạ thay đổi Khi bức xạ = 250W/m2

4

Khi bức xạ = 500W/m2

5

Khi bức xạ = 750W/m2

7

Khi bức xạ = 1000W/m2

9

Đặc tuyến I(V) của hệ thông pin mặt trời khi bức xạ mặt trời thay đổi

500

1000 10

Khi bức xạ = 500W/m2

11

Khi bức xạ = 750W/m2

12

3 Nếu hệ thống PV không có các bộ biến đổi, hãy chọn hệ thống Acquy có điện

áp bao nhiêu để thu được công suất nhiều nhất với mọi bức xạ mặt trời Xác định dòng điện với bức xạ 1000W/m bằng phần mềm và bằng giải tích toán học của hệ 2 thống PV kết nối trực tiếp với Acquy

Ta có:

I sac ≥ 0 ( A )= ¿V PV =3428.57 ×0.133 456 (V ) ≥

I sac =50( A )=¿V PV =(3428.57+50 )× 0.133=462.5( ) V

Mô phỏng phàn mềm:

Từ mô phỏng ta có được I = 51.54(A) và U = 456.18(V)

Ta có thể thu được công suất P = 51.54*456.18 = 2351.51(W)

15

4 Nếu điện áp acquy bằng 70% và 110% của điện áp câu 3, Xác định dòng điện với bức xạ 1000W/m bằng phần mềm và bằng giải tích toán học? Công suất thu 2 được của 2 trường hợp

Với V là giao điểm giữa Isac và đặc tuyến I(V) =>PV I sac = 37(A)

5 Chọn nguyên lý hoạt động của mạch DC/DC và Giải thích nguyên lý làm việc của mạch biến đổi DC/DC

a Chọn mạch DC/DC

Hệ thống pin mặt trời có 16 chuỗi pin với mỗi pin có điện áp U = 36(V)

Cùng với hiệu suất chuyển đổi là 0.8

=> Điện áp trên hệ thống pin mặt trời: 16*36*0.8 = 460.8(V) (1)

6 Lập trình để điều khiển bộ biến đổi DC/DC hoạt động ở chế độ MPPT với tải

là điện trở thuần Khi bức xạ mặt trời thay đổi từ 100W/m2 đến 1000W/m2, khảo sát các thông số sau:

Mạch dò điểm công suất cực đại:

Điều kiện chọn Rtải đối với mạch Buck-Boost:

Rnoi1000W/m2 ≤ Rtai ≤ Rnoi1000W/m2

8.16 ≤ Rtai ≤ 85.77

Chọn Rtải=10.4 Ohm và code trong khối dò MPPT

20

a Khi bức xạ mặt trời 100W/m2

Công suất cực đại đặt trên tải = 2549(W)

Dòng điện, điện áp vào và ra của bộ DC/DC

Dòng điện vào = 5.46(A) Điện áp vào = 468.338(V)

Dòng điện ra = 15.6(A) Điện áp ra = 162.7(V)

Công suất cực đại đặt trên tải = 6415.1(W) Dòng

điện, điện áp vào và ra của bộ DC/DC Dòng điện

vào = 13.6(A) Điện áp vào = 472.7(V) Dòng điện

ra = 24.8(A) Điện áp ra = 258.1(V) Độ rộng xung

D = 0.6

21

Độ rộng xung D= 0.6 (Trong lúc chạy mô phỏng để dò điểm công suất cực đại có nhiều giá trị D khác nhau, nhóm chỉ ghi nhận giá trị D ở lần cuối cùng).

Từ công suất cực đại của tấm Pin xấp xỉ bằng công suất cực đại đặt trên tải Ta có thể kết luận rằng mạch dò điểm công suất cực đại MPPT hoạt động tốt

c Khi bức xạ mặt trời 500W/m2

Công suất cực đại đặt trên tải = 12639.38(W)

Dòng điện, điện áp vào và ra của bộ DC/DC

Dòng điện vào = 27.2(A) Điện áp vào = 465.76(V)

Dòng điện ra = 34.8(A) Điện áp ra = 362.3(V)

Độ rộng xung D = 0.7

Độ rộng xung D= 0.7 (Trong lúc chạy mô phỏng để dò điểm công suất cực đại

có nhiều giá trị D khác nhau, nhóm chỉ ghi nhận giá trị D ở lần cuối cùng)

Từ công suất cực đại của tấm Pin xấp xỉ bằng công suất cực đại đặt trên tải Ta

có thể kết luận rằng mạch dò điểm công suất cực đại MPPT hoạt động tốt

d Khi bức xạ mặt trời 750W/m2

Công suất cực đại đặt trên tải = 18438(W)

22

Dòng điện, điện áp vào và ra của bộ DC/DC

Dòng điện vào = 40.7(A) Điện áp vào = 454.1(V)

Dòng điện ra = 42.07(A) Điện áp ra = 437.58(V)

Công suất cực đại đặt trên tải = 23811(W)

Dòng điện, điện áp vào và ra của bộ DC/DC

Dòng điện vào = 54.01(A) Điện áp vào = 440.82(V)

Dòng điện ra = 47.81(A) Điện áp ra = 497.26(V)

750 18475.1 18438.4 40.7 454.1 42.7 437.58 0.7

7 Lập trình để điều khiển bộ biến đổi DC/DC hoạt động ở chế độ ổn áp với tải

là điện trở thuần Khi bức xạ mặt trời thay đổi từ 100W/m2 đến 1000W/m2, khảo sát các thông số sau:

Mạch ổn áp

a Khi bức xạ mặt trời 100W/m2

Công suất cực đại đặt trên tải = 834.5(W) Dòng

điện, điện áp vào và ra của bộ DC/DC Dòng

điện vào = 1.7(A) Điện áp vào = 526.1(V)

Dòng điện ra = 1.67(A) Điện áp ra = 500(V) Độ

rộng xung D = 0.53

24

b Khi bức xạ mặt trời 250W/m2

Công suất cực đại đặt trên tải = 832(W) Dòng điện, điện áp vào và ra của bộ DC/DC Dòng điện vào = 1.57(A) Điện áp vào = 546.9(V) Dòng điện

ra = 1.67(A) Điện áp ra = 500(V) Độ rộng xung

D = 0.5

c Khi bức xạ mặt trời 500W/m2

Công suất cực đại đặt trên tải = 833.5(W) Dòng điện, điện áp vào và ra của bộ DC/DC Dòng điệnvào = 1.53(A) Điện áp vào = 560.4V) Dòng điện ra = 1.67(A) Điện áp ra = 500(V) Độ rộng xung D = 0.49

25

d Khi bức xạ mặt trời 750W/m2

Công suất cực đại đặt trên tải = 833.4(W)

Dòng điện, điện áp vào và ra của bộ DC/DC

Dòng điện vào = 1.52(A) Điện áp vào = 568V)

Dòng điện ra = 1.67(A) Điện áp ra = 500(V)

Độ rộng xung D = 0.49

e Khi bức xạ mặt trời 1000W/m2

Công suất cực đại đặt trên tải = 833.4(W)

Dòng điện, điện áp vào và ra của bộ DC/DC

Dòng điện vào = 1.51(A) Điện áp vào = 573V)

Dòng điện ra = 1.67(A) Điện áp ra = 500(V)

100

8 Nếu lắp song song với tải một hệ thống acquy lưu trữ có điện áp là {Vbat} Cho biết bộ DC/DC nên hoạt động ở chế độ nào? Giải thích?

Nếu lắp song song với tải một hệ thống acquy lưu trữ có điện áp là {Vbat} Bộ

Khi bức xạ mặt trời bị thay đổi do thời tiết cũng như các yếu tố tự nhiên khácnên cần sử dụng chế độ ổn áp giúp giữ cho điện áp và dòng điện đầu ra ổn định, đảmbảo tính liên tục và ổn định cho hệ thống làm tăng tuổi thọ thiết bị, tiết kiệm nhiều chiphí

hiệu suất sẽ ổn định

Chế độ MPPT là phù hợp khi hệ thống pin mặt trời được sử dụng để cung cấpnguồn điện trực tiếp cho tải, vì nó sẽ điều chỉnh điện áp và dòng điện đầu vào của hệthống pin mặt trời để đầu ra cho công suất tối đa nhất, nhưng khi bức xạ mặt trời bịthay đổi thì điện áp đầu ra cũng thay đổi với chênh lệch rất lớn, điều này sẽ ảnh hưởngđến tải gắn vào hệ thống sẽ hoạt động không ổn định Trong trường hợp này, hệ thống

ắc quy lưu trữ sẽ đóng vai trò là bộ lưu trữ năng lượng điện, và hệ thống DC/DC cầnhoạt động ở chế độ ổn áp để duy trì sự ổn định và an toàn cho hệ thống

Mục đích của việc lắp song song với tải một hệ thống acquy lưu trữ có điện áp là

Nếu mang dấu (+): Battery ở chế độ nạp.

Nếu mang dấu (-): Battery ở chế độ xả

9 Khảo sát khả năng của mạch khi có hiện tượng bức xạ mặt trời trên các tấm

PV không đồng đều? Cách nào để lấy được công suất cực đại

a Khi bức xạ lên tấm pin mặt trời không đồng đều

28

Ta có đường đặc tuyến I(V) của hệ thống pin khi bức xạ mặt trời không đồng đều

Ta có đường đặc tuyến P(V) của hệ thống pin khi bức xạ mặt trời không đồng đều

29

b Khi bức xạ lên tấm pin mặt trời đồng đều

Ta có đường đặc tuyến I(V) của hệ thống pin khi bức xạ mặt trời đồng đều

Ta có đường đặc tuyến P(V) của hệ thống pin khi bức xạ mặt trời đồng đều

30

c Cách lấy được công suất lớn nhất

Để lấy được công suất lớn nhất ta cần mắc song song các tấm pin

Ta thu được đường đặc tính I(V) như sau:

31

Ta thu được đường đặc tính P(V) như sau:

32