Năng lượng tái tạo (phần Điện) tiểu luận thiết kế mạch biến Đổi dc:dc có chức năng mppt

Khảo sát đặc tuyến PV của hệ thống Pin quang điện khi bức xạ thay đổi ❖ Khi bức xạ là 250W/m2:... Độ rộng xung D= 0.7 Trong lúc chạy mô phỏng để dò điểm công suất cực đại có nhiều giá tr

Trang 1

TRƯỜNG ĐẠ I H ỌC SƯ PHẠ M KỸ THUẬT

THÀNH PH H CHÍ MINH Ố Ồ

NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO

(Phần điện) Tiểu Luận: Thiết Kế Mạch Biến Đổi DC/DC

TP Hồ Chí Minh, tháng 04 năm 2024

Trang 2

NHẬN XÉT C A GIÁO VIÊN Ủ

TP H ồ Chí Minh, ngày … tháng … năm ………

GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

Trang 3

Đề bài: Thi t k mạch bi ế ế ến đổ i DC/DC có ch ức năng MPPT/ổ n áp

3 Nếu h ệ thống PV không có các b ộ biến đổi, hãy ch n h ọ ệ 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 b2 ằng phần mềm và bằng giải tích toán học của hệ thống PV kết n i tr c ti p v i Acquy ố ự ế ớ

4 Nếu điện áp acquy b ng 70% và 110% cằ ủa điện áp câu 3, Xác định dòng điện với b c x 1000W/mứ ạ 2 b ng ph n m m và b ng gi i tích toán h c? Công su t thu ằ ầ ề ằ ả ọ ấđược của 2 trường hợp

5 Chọn nguyên lý hoạt động c a m ch DC/DC và Gi i thích nguyên lý làm viủ ạ ả ệc của m ch biạ ến đổi DC/DC

6 Lập trình để điều khi n b ể ộ 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 s sau: ố

a Công su t cấ ực đại đặt trên t i ả

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

c Độ ộ r ng xung D

7 Lập trình để điều khiển bộ biến đổi DC/DC hoạt động ở chế độ ổn áp v i tớ ải

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

a Công su t cấ ực đại đặt trên t i ả

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

c Độ ộ r ng xung D

8 Nếu lắp song song với t i m t hệ ả ộ thống acquy lưu trữ có điện áp là {Vbat} Cho bi t b DC/DC nên hoế ộ ạt động ở chế độ nào? Giải thích?

9 Khảo sát khả năng của m ch khi có hiạ ện tượng b c x m t tr i trên các tứ ạ ặ ờ ấm

PV không đồng đều? Cách nào để ấy đượ l c công su t cấ ực đại

10 Nếu thay đổi cách đấu nối PV và mạch biến đổi DC/DC hãy chọn giải pháp nào để giải quy t v n t i câu 9 ế ấ đề ạ

Trang 4

Điện áp tại điểm công suất đỉnh (Vmp - V) 38.71 30 37.7 40.5 Dòng điện tại công suất đỉnh (Imp - A) 5.17 10 8.9 11.12

Trang 5

Bài Làm

1 Tính toán số lượng PV cần thi t cho toàn nhà ế và tính toán điện áp V cOC ủa

mạch pin quang điện

Công suất cực đại (Pmax - W) 300

Điện áp tại điểm công suất đỉnh (Vmp - V) 30

Dòng điện tại công suất đỉnh (Imp - A) 10

Trang 6

V in=50030 = 16 67, > 16 tấm pin trong 1 chuỗi

- Voc trong một chuỗi: Voc1chuỗi V= oc1cel x nstring = 36 x 16 = 576 (V)

- Số chuỗi cần dùng là: nchuỗi = n

nstring=7616= 4,75 => 5 chuỗi

- Voc của mạch pin quang điện vì các chuỗi được mắc song song với nhau nên:

Voc = Voc chuỗi = 576 (V) => điện áp cách điện Vcách điện = 600 (V)

Trang 7

2 Khảo sát đặc tuy n I(V) và P(V) c a h ế ủ ệ thống pin quang điện khi b c x m ứ ạ ặt

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/m : là 2

Trang 8

Trang 10

Trang 11

❖ Khi bức xạ 1000W/m : là 2

Trang 13

b Khảo sát đặc tuyến P(V) của hệ thống Pin quang điện khi bức xạ thay đổi

❖ Khi bức xạ là 250W/m2:

Trang 14

❖ Khi bức xạ là 500W/m : 2

Trang 16

❖ Khi bức xạ là 750W/m : 2

Trang 17

❖ Khi bức xạ là 1000W/m2:

Trang 19

3 Nếu h ệ thống PV không có các bộ biến đổi, hãy ch n h ọ ệ thống Acquy có điện

áp bao nhiêu để thu được công su t nhi u nh t v ấ ề ấ ới mọi b c x m ứ ạ ặt trời Xác định dòng điện v i b ớ ức x 1000W/m2 b ng ph n m m và b ng gi i tích toán ạ ằ ầ ề ằ ả

h c c a h ọ ủ ệ thố ng PV kết n i tr c ti ố ự ếp v i Acquy ớ

Tên Thông s k thu t ố ỹ ậ

Tên s n ph m ả ẩ Ắc quy DELKOR DIN 60038 (12V-1000AH)

Kiểu ắc quy Ắc quy khô, kín khí

Dung lượng 100Ah

Kích thước 352 x 174 x 188mm (dài x r ng x cao)ộ

Trang 21

4 Nếu điệ n áp acquy bằng 70% và 110% c ủa điện áp câu 3, Xác định dòng

điện v i b c x 1000W/m b ng ph n m ớ ứ ạ 2 ằ ầ ềm và b ng gi i tích toán h c? Công ằ ả ọ

suất thu được của 2 trườ ng hợp

Trang 22

Mô phỏng trên phần mềm ta có: I = 41.303 (A) và U = 507,64 (V)

=> P = 41.303 x 507,64 = 20967.05 (W)

Trang 23

5 Chọn nguyên lý ho ạt động c a m ch DC/DC và Gi i thích nguyên lý làm ủ ạ ả

việ c c a mạch bi ủ ến đổi DC/DC

a Chọn nguyên lý hoạt động của mạch DC/DC:

Hệ thống pin mặt trời có 16 chuỗi pin với mỗi tấm pin có điện áp U = 36 (V) Với hiệu suất chuyển đổi là 0.8

=> Điện áp trên hệ thống pin mặt trời là: 16x36x0.8 = 460.8 (V)

Duty cycle là 0.5

Điện áp tầm theo đề bài là 500 (V)

=> Từ các thông số trên ta có nhóm mạch DC/DC là mạch BuckBoost

b Nguyên lý làm việc của mạch biến đổi DC/DC:

Trạng thái đóng S Trạng thái ngắt S

VL = L dIL/dt V = L dI /dt L L

∆IL(đóng) = V DT/L d ∆IL(ngắt) = (V0)(1-D)T/L

Trang 25

6 Lập trình để điều khi n bể ộ biến đổi DC/DC hoạt độ ng ở chế độ MPPT với tải là điệ n trở thuần Khi bức xạ mặt tr ời thay đổ i từ 100W/m2 đến 1000W/m2, khảo sát các thông s sau: ố

a Công su t cấ ực đại đặt trên tải

b Dòng điện, điện áp vào và ra c a b DC/DC ủ ộ

c Độ rộng xung D

Ta có:

Mạch dò điểm công suất cực đại:

Điều kiện chọn Rtảiđối với mạch Buck-Boost:

Rnoi1000W/m2 R R≤ tai ≤ noi1000W/m2

8.16 R 85.77 ≤ tải≤

Chọn R tải = 10.4 và Ω nhập trong khối dò MPPT

❖ Khi bức xạ mặt trời 100W/m2

a Công suất cực đại đặt trên tải = 2549.36(W)

b Dòng điện, điện áp vào của bộ DC/DC lần lượt là 5.46 (A) và 468.34(V) Dòng điện, điện áp vào của bộ DC/DC lần lượt là 15.65(A) và 162.71(V)

c 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, nên chỉ ghi nhận giá trị D ở lần cuối cùng)

Trang 26

a Công suất cực đại đặt trên tải = 6415.06 (W)

b Dòng điện, điện áp vào của bộ DC/DC lần lượt là 13.64 (A) và 472.7 (V) Dòng điện, điện áp vào của bộ DC/DC lần lượt là 24.8 (A) và 258.1 (V)

c Độ rộng xung D= 0 (Trong lúc chạy mô phỏng để dò điểm công suất cực đại 6

b Dòng điện, điện áp vào của bộ DC/DC lần lượt là 27.21 (A) và 465.76 (V) Dòng điện, điện áp vào của bộ DC/DC lần lượt là 34.84 (A) và 362.3 (V)

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

b Dòng điện, điện áp vào của bộ DC/DC lần lượt là 40.69 (A) và 454.09 (V) Dòng điện, điện áp ra của bộ DC/DC lần lượt là 42.08 (A) và 437.58 (V)

Trang 27

❖ Khi bức xạ mặt trời 1000W/m 2

7 Lập trình để điều khi n b ể ộ biến đổi DC/DC hoạt động ở chế độ ổn áp v i t ớ ải

là điện trở thu n Khi b c x m t tr ầ ứ ạ ặ ời thay đổi từ 100W/m2 đến 1000W/m2,

khảo sát các thông s sau: ố

a Công su t cấ ực đại đặt trên tải

b Dòng điện, điện áp vào và ra c a b DC/DC ủ ộ

c Độ rộng xung D

Mạch ổn áp

Trang 28

❖ Khi bức xạ mặt trời 100 W/m 2

c Độ rộng xung D = 0 53

❖ Khi bức xạ mặt trời 250 W/m 2

b Dòng điện, điện áp vào của bộ DC/DC lần lượt là 1.57 (A) và 546.91 (V)

Dòng điện, điện áp ra của bộ DC/DC lần lượt là 1.67 (A) và 499.61 (V)

c Độ rộng xung D = 0.51

❖ Khi bức xạ mặt trời 500 W/m2

Trang 29

Trang 30

8 Nếu lắp song song v i t ớ ải một h ệ thống acquy lưu trữ có điện áp là {Vbat} Cho bi t b DC/DC nên hoế ộ ạt động ở chế độ nào? Gi i thích? ả

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

DC/DC nên hoạt động ở chế độ ỔN ÁP vì:

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

Ta có: Pout

Pin: Công suất của pin mặt trời (Công suất đầu vào DC/DC) sẽ thay đổi theo bức

xạ mặt trời

Pout: Công suất đầu ra của bộ DC/DC

Khi hoạt động với chế độ MPPT Poutcó thể lớn khi khi bức xạ lớn Nhưng khi bức xạ mặt trời giảm thì Poutcũng sẽ giảm dẫn đến hiệu suất giảm Nhưng khi hoạt động ở chế độ ổn áp thì Pout luôn cố định cho dù bức xạ mặt trời có tăng hay giảm, nên hiệu suất sẽ ổn định

Chế độ MPPT là phù hợp khi hệ thống pin mặt trời được sử dụng để cung cấp nguồn điện trực tiếp cho tải, vì nó sẽ điều chỉnh điện áp và dòng điện đầu vào của

hệ thống pin mặt trời để đầu ra cho công suất tối đa nhất, nhưng khi bức xạ mặt trời

bị thay đổi thì điện áp đầu ra cũng thay đổi với chênh lệch rất lớn, điều này sẽ ảnh hưởng đến 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 cần hoạt 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 {Vbat} là ổn áp ở Bus DC Ta phải đảm bảo PLoad(t) ≠ PPV(t) và

ALoad(wh) ≤ APV(Wh)

Khi PMPPT > Pload , ph n công suầ ất dư thừa sẽ nạp cho acquy,

khi đó Pbattery = PMPPT - Pload

Khi PMPPT < Pload , ph n công suầ ất ếthi u h t s l y t acquy, ụ ẽ ấ ừ

khi đó Pbattery = Pload - PMPPTđể ấ c p cho t i hoạt động ả

Khi PMPPT = 0, Công su t tấ ải hoàn toàn được cấp từ acquy,

khi đó Pbattery = Pload

Ta có: Pbattery = PMPPT P– load

- Nếu mang d u (+): Battery ấ ở chế độ ạ n p

- Nếu mang d u (- Battery ấ ): ở Chế độ ả x

9 Khảo sát khả năng của m ch khi có hi ạ ện tượng b c x m t tr i trên các t ứ ạ ặ ờ ấm

PV không đồng đều? Cách nào để ấy đượ l c công su t cấ ực đại

Trang 31

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

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

b Khi bức xạ lên tấm pin mặt trời đồng đều

Trang 32

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

c Cách để lấy được công suất cực đại

Trang 33

Để lấy được công suất lớn nhất ta cần có tổng trở hệ thống bằng với tổng trở nội của tấm pin mặt trời, bức xạ mặt trời thay đổi liên tục nên không thể giữ cho tổng trở hệ thống bằng với tổng trở nội của tấm pin cho nên ta sử dụng mạch dò điểm công suất cực đại Maximum Power Point Tracker (MPPT), đồng thời kết hợp việc đấu song song các tấm pin để tránh hiện tượng bóng che

10 Nếu thay đổi cách đấ u nối PV và mạch bi ến đổ i DC/DC hãy chọn giải pháp

nào để giải quyết vấn đề tại câu 9

Trang 34

Nếu thay đổi các đấu nối PV và mạch biến đổi DC/DC thì ch n cách u nọ đấ ối các t m pin song song s ấ ẽ giải quyết được vấn đề trên

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

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

Tiêu đề	Năng Lượng Tái Tạo (Phần Điện) Tiểu Luận: Thiết Kế Mạch Biến Đổi DC/DC Có Chức Năng MPPT/Ổn Áp - Đề 11
Tác giả	Lê Tại Chức, Phạm Hoàng Đại Dương
Trường học	Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
Thể loại	tiểu luận
Năm xuất bản	2024
Thành phố	TP. Hồ Chí Minh

Định dạng
Số trang	34
Dung lượng	16,31 MB