Nghiên cứu chế tạo bộ điều khiển cho hệ thống phát điện pin mặt trời tối đa hóa lượng điện năng thu được (LV thạc sĩ)

Nghiên cứu chế tạo bộ điều khiển cho hệ thống phát điện pin mặt trời tối đa hóa lượng điện năng thu được (LV thạc sĩ)Nghiên cứu chế tạo bộ điều khiển cho hệ thống phát điện pin mặt trời tối đa hóa lượng điện năng thu được (LV thạc sĩ)Nghiên cứu chế tạo bộ điều khiển cho hệ thống phát điện pin mặt trời tối đa hóa lượng điện năng thu được (LV thạc sĩ)Nghiên cứu chế tạo bộ điều khiển cho hệ thống phát điện pin mặt trời tối đa hóa lượng điện năng thu được (LV thạc sĩ)Nghiên cứu chế tạo bộ điều khiển cho hệ thống phát điện pin mặt trời tối đa hóa lượng điện năng thu được (LV thạc sĩ)Nghiên cứu chế tạo bộ điều khiển cho hệ thống phát điện pin mặt trời tối đa hóa lượng điện năng thu được (LV thạc sĩ)Nghiên cứu chế tạo bộ điều khiển cho hệ thống phát điện pin mặt trời tối đa hóa lượng điện năng thu được (LV thạc sĩ)Nghiên cứu chế tạo bộ điều khiển cho hệ thống phát điện pin mặt trời tối đa hóa lượng điện năng thu được (LV thạc sĩ)Nghiên cứu chế tạo bộ điều khiển cho hệ thống phát điện pin mặt trời tối đa hóa lượng điện năng thu được (LV thạc sĩ)

1 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO BỘ ĐIỀU KHIỂN CHO HỆ THỐNG PHÁT ĐIỆN PIN MẶT TRỜI TỐI ĐA HÓA LƯỢNG ĐIỆN NĂNG THU ĐƯỢC TRẦN ANH TÚ THÁI NGUYÊN, 2017 LỜI CAM ĐOAN Tên : Trần Anh Tú Sinh ngày 13 tháng 10 năm 1989 Học viên lớp cao học K18 – Kỹ thuật điện – Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên Hiện công tác Trường trung cấp nghề Dân tộc nội trú Thái Nguyên Tôi xin cam đoan: Bản luận văn: ‘‘ Nghiên cứu chế tạo điều khiển cho hệ thống phát điện pin mặt trời tối đa hóa lượng điện thu ’’ thầy giáo TS Nguyễn Minh Ý hướng dẫn cơng trình nghiên cứu riêng Tất cá tài liệu tham khảo có nguồn gốc rõ ràng Các kết luận văn trung thực chưa cơng bố cơng trình khác Nếu sai tơi xin chịu hồn tồn trách nhiệm Thái ngun, Ngày tháng Tác giả luận văn Trần Anh Tú năm 201 LỜI CẢM ƠN Sau thời gian nghiên cứu, động viên, giúp đỡ hướng dẫn tận tình thầy giáo hướng dẫn TS Nguyễn Minh Ý, luận văn với đề tài “Nghiên cứu chế tạo điều khiển cho hệ thống phát điện pin mặt trời tối đa hóa lượng điện thu được” hồn thành Tác giả xin bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc đến: Thầy giáo hướng dẫn TS Nguyễn Minh Ý tận tình hướng dẫn cung cấp cho tác tài liệu để hoàn thành luận văn này, việc truyền thụ kinh nghiệm quý báu suốt thời gian làm luận văn Phòng quản lý đào tạo sau đại học, thầy giáo, cô giáo Khoa Điện trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên giúp đỡ tác giả suốt trình học tập trình nghiên cứu đề tài Tồn thể đồng nghiệp, bạn bè, gia đình người thân quan tâm, động viên, giúp đỡ tác giả suốt q trình học tập hồn thành luận văn Tác giả luận văn Trần Anh Tú MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN LỜI CẢM ƠN Danh mục ký hiệu viết tắt Danh mục bảng Danh mục hình vẽ, đồ thị MỞ ĐẦU 12 Đặt vấn đề 12 Mục tiêu nghiên cứu 14 Nội dung nghiên cứu 14 Kết đạt 14 Phương pháp nghiên cứu 14 Các công cụ, thiết bị cần thiết cho nghiên cứu 15 Bố cục luận văn 15 CHƯƠNG 1: KHÁI QUÁT VỀ NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO VÀ HỆ THỐNG PHÁT ĐIỆN PIN MẶT TRỜI 16 1.1 Năng lượng tái tạo 16 1.1.1 Khái niệm lượng tái tạo 16 1.1.2 Phân loại lượng tái tạo .16 1.1.2.1 Nguồn gốc từ xạ Mặt trời 16 1.1.2.2 Nguồn gốc nhiệt Trái Đất 17 1.1.2.3 Nguồn gốc từ động hệ Trái Đất - Mặt Trăng 17 1.1.3 Vấn đề khai thác lượng tái tạo Việt Nam .17 1.1.3.1 Thủy điện 17 1.1.3.2 Điện gió 18 1.1.3.3 Năng lượng sinh khối 18 1.1.3.4 Năng lượng mặt trời 19 1.1.3.5 Năng lượng địa nhiệt .19 1.2 Định hướng nghiên cứu đề tài 20 1.3 Hệ thống phát điện pin mặt trời 21 1.3.1 Sơ đồ khối hệ thống 21 1.3.2 Ý nghĩa khối sơ đồ .21 1.4 Kết luận chương 22 CHƯƠNG 2: THUẬT TỐN TÌM ĐIỂM CƠNG SUẤT CỰC ĐẠI 23 2.1 Giới thiệu chung: 23 2.1.1 MPPT gì? 23 2.1.2 Các đặc tính điều khiển MPPT 23 2.2 Mơ hình tốn học đặc tính làm việc pin mặt trời 24 2.3 Các phương pháp tìm điểm cơng suất cực đại 26 2.3.1 Phương pháp tạo dao động vào quan sát P&O 26 2.3.2 Phương pháp điện dẫn gia tăng INC 28 2.3.3 Phương pháp điện áp không đổi CV 30 2.3.4 Phương pháp ngắn mạch SC 30 2.3.5 Phương pháp điện áp hở mạch OV 30 2.3.6 Phương pháp nhiệt độ TM 31 2.3.7 Phương pháp độ dốc tối ưu 31 2.3.8 Phương pháp trí tuệ nhân tạo 33 2.3.9 Tìm MPP cho nguồn PV chế độ vận hành bị che khuất phần 35 2.4 Bộ biến đổi lượng Buck converter 37 2.4.1 Nguyên lý làm việc: 37 2.4.2 Bộ lọc L – C .41 2.4.3 Điều khiển PWM 42 2.4.3.1 Khái niệm nguyên lý .42 2.4.3.2 Các cách tạo PWM để điều khiển: 44 2.4.3.3 Ứng dụng 45 2.5 Thuật toán 45 2.6 Kết 49 2.7 Kết luận chương 49 CHƯƠNG 3: BỘ ĐIỀU KHIỂN XOAY THEO VỊ TRÍ MẶT TRỜI 50 3.1 Vị trí mặt trời so với trái đất: 50 3.1.1 Góc thiên độ δ .50 3.1.2 Góc cao độ β góc phương vị ΦS 51 3.1.3 Giờ mặt trời mọc mặt trời lặn 52 3.1.4 Chùm tia xạ 52 3.2 Những điều khiển dàn pin mặt trời cố định, xoay trục hai trục 54 3.2.1 Dàn pin mặt trời cố định 55 3.2.2 Dàn pin mặt trời xoay trục 57 3.2.3 Dàn pin mặt trời xoay trục 60 3.2.4 So sánh lượng thu dàn pin măt cố định, trục hai trục 63 3.3 Cấu tạo dàn pin mặt trời xoay hai trục 64 3.3.1 Cảm biến quang trở (LDR): 65 3.3.2 Động bước (Stepper motor) .66 3.3.3 Module TB6560 .67 3.4 Mơ hình thực tế dàn pin mặt trời xoay hai trục .68 3.5 Thuật toán 71 3.6 Kết chạy thực nghiệm mơ hình 72 3.7 Kết luận chương 79 CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 80 4.1 Kết luận 80 4.2 Kiến nghị 80 TÀI LIỆU THAM KHẢO 82 PHỤ LỤC 84 Danh mục ký hiệu viết tắt NLMT Năng lượng mặt trời NLTT Năng lượng tái tạo MPPT - Maximum power point tracking Thuật tốn tìm điểm cơng suất cực đại MPP - Maximum power point Điểm công suất cực đại PV - Photovaltaic Pin Mặt trời DC - DC Bộ biến đổi chiều sang chiều DC - AC Bộ biến đổi chiều sang xoay chiều Danh mục bảng Bảng Tên bảng Trang 1.1 Công suất lượng tái tạo khai thác Việt Nam 18 1.2 Số liệu xạ lượng Mặt trời vùng Việt Nam 18 3.1 Các thiết bị cần thiết để thiết kế dàn pin mặt trời xoay hai trục 66 Danh mục hình vẽ, đồ thị Hình Tên hình Trang 1.1 Sơ đồ khối hệ thống phát điện sử dụng lượng mặt trời 19 2.1 Mạch tương đương modul PV 23 2.2 Quan hệ I(U) P(U) PV 24 2.3 Thuật toán tìm MPP theo phương pháp P&O 25 2.4 Trường hợp không hội tụ phương pháp P&O 26 2.5 Phương pháp INC 27 2.6 Phương pháp ANN 31 2.7 Hệ thống suy diễn mờ 32 2.8 Thuật toán theo dõi MPP chế độ làm việc không lý tưởng 35 2.9 Nguyên lý làm việc buck converter 35 2.10 Chế độ làm việc buck converter 36 2.11 Sự biến thiên điện áp dòng theo thời gian hoạt động biến đổi buck lý tưởng chế độ liên tục 36 2.12 Sự biến thiên điện áp dòng theo thời gian hoạt động biến đổi buck lý tưởng chế độ không liên tục 38 2.13 Mạch lọc tần số thấp 39 2.14 Mạch lọc tần số cao 40 2.15 Đồ thị dạng xung điều chế PWM 40 2.16 Mạch nguyên lý điều khiển tải PWM 41 2.17 Sơ đồ xung van điều khiển đầu 41 2.18 Tạo xung vuông phương pháp so sánh 42 2.19 Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển động DC 43 2.20 Đường đặc tính P-V thuật tốn P&O 44 2.21 Lưu đồ thuật toán P&O điều khiển thông qua điện áp tham chiếu Vref 45 2.22 Mạch điều khiển tìm điểm cơng suất cực đại 47 3.1 Quỹ đạo quay Trái Đất quanh Mặt Trời 48 3.2 Góc mặt trời đường xích đạo 49 3.3 Góc cao độ β góc phương vị ΦS 50 3.4 Tia xạ trực tiếp, xạ tán xạ xạ phản xạ 50 3.5 Cường độ xạ ngồi khí ngày quang đãng 51 3.6 Chùm tia xạ trục tiếp, xạ tán xạ, xạ phản xạ 52 3.7 Dàn pin mặt trời cố định 53 3.8 3.9 3.10 3.11 3.12 Đồ thị mô tả mức lượng thu tia xạ trực tiếp ngày Đồ thị mô tả mức lượng thu tia xạ tán xạ ngày Đồ thị mô tả mức lượng thu tia xạ phản xạ ngày Dàn pin mặt trời trục xoay theo hướng Đơng – Tây trục hướng phía Nam nghiêng góc vĩ độ (a) dàn pin mặt trời xoay góc 150/ 1h (b) Dàn pin nhìn từ Bắc Cực xuống 53 54 55 55 56 3.13 Năng lượng thu xạ trực tiếp 56 3.14 Năng lượng thu xạ tán xạ 57 3.15 Năng lượng thu xạ phản xạ 58 3.16 Dàn pin mặt trời xoay hai trục theo hướng Bắc - Nam Đông – Tây 59 Năng lượng thu xạ trực tiếp 59 3.18 Năng lượng thu xạ tán xạ 60 3.19 Năng lượng thu xạ phản xạ 60 3.20 Tổng lượng dàn pin mặt trời nhận ngày/m2 61 3.21 Tổng lượng dàn pin mặt trời nhận 1m2/1 năm 62 3.22 Sơ đồ khối dàn pin mặt trời xoay hai trục 62 3.23 Các cảm biến quang trở lắp dàn pin mặt trời 63 3.24 Cảm biến quang trở 63 3.25 Điện trở LDR điều kiện ánh sáng khác 64 3.26 Mô đun TB6560 65 3.27 Vị trí cảm biến bố trí dàn pin mặt trời 67 3.28 Kết nối LDR với Arduino 67 3.29 Kết nối Aruino với TB6560 động bước 68 3.17 3.30 Mơ hình dàn pin mặt trời xoay hai trục (1): động bước; (2): Cơ cấu khí 68 Mơ hình dàn pin mặt trời xoay hai trục 3.31 (3): Cảm biến quang trở; (4): Tấm pin mặt trời; (5) Modul 69 TB6560; (6) Ắc qui; (7) Mạch tìm điểm cơng suất cực đại 3.32 Lưu đồ thuật toán điều khiển xoay hai trục theo hướn mặt trời 69 3.33 Đồ thị công suất pin mặt trời 70 3.34 Đồ thị dòng điện pin mặt trời 71 3.35 Đồ thị điện áp pin mặt trời 72 3.36 Đồ thị độ rộng xung 72 3.37 Đồ thị công suất pin mặt trời 73 3.38 Đồ thị dòng điện pin mặt trời 73 10 V 20 15 10 5 10 15 Phút Hình 3.35 Đồ thị điện áp pin mặt trời Điện áp pin mặt trời dao động khoảng 13 ÷ 19V Giá trị điện áp đầu pin mặt trời dao động, qua mạch DC/DC Buck converter điện áp đầu 12V Dùng để nạp trực tiếp cho ắc quy + Độ rộng xung (Duty cyle): %duty cyle 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 10 15 Phút Hình 3.36 Đồ thị độ rộng xung Nhìn vào đồ thị độ rộng xung ta thấy rằng: khoảng thời gian đóng cắt xung trung bình 70% Sự tăng giảm độ rộng xung đáp ứng cho việc pin lượng mặt trời tìm điểm có cơng suất lớn Nếu PWM tăng làm cho công suất pin lượng mặt trời tăng, PWM tiếp tục tăng ngược lại Nếu PWM 74 giảm làm cho công suất pin lượng mặt trời tăng, PWM tiếp tục giảm  Số liệu đo lần ngày 02/08/2017(Thời gian đo vòng 30 phút) : + Cơng suất mà pin mặt trời thu được: W 35 30 25 20 15 10 5 10 15 20 25 30 Phút Hình 3.37 Đồ thị cơng suất pin mặt trời Công suất nhận lần thử nghiệm thứ 2, công suất nhận dao động từ ÷ 30 W Khoảng thời gian có mây che kéo dài so với lần thử nghiệm nên công suất nhận thấp nhiều so với công suất cực đại Tuy nhiên lúc khơng có mây cơng suất pin nhận tương đối cao + Dòng điện pin mặt trời: A 1,6 1,4 1,2 0,8 0,6 0,4 0,2 10 15 20 25 Hình 3.38 Đồ thị dòng điện pin mặt trời 75 30 Phút Dòng điện pin mặt trời dao động từ 0,3 ÷ 1,6A thay đổi cường độ xạ mặt trời Dòng điện tỷ lệ thuận với cơng suất mà pin mặt trời nhận + Điện áp pin mặt trời: V 25 20 15 10 5 10 15 20 25 30 Phút Hình 3.39 Đồ thị điện áp pin mặt trời Điện áp đầu pin mặt trời lần thử nghiệm thứ dao động từ 17÷21V Khoảng thời gian điện áp thấp tương ứng với thời điểm cường độ xạ mặt trời giảm mây che + Đồ thị độ rộng xung (Duty cyle): %duty cyle 60 50 40 30 20 10 10 15 20 Hình 3.40 Đồ thị độ rộng xung 76 25 30 Phút Nhìn vào đồ thị độ rộng xung ta thấy rằng: khoảng thời gian đóng cắt xung trung bình 40% Sự tăng giảm độ rộng xung đáp ứng cho việc pin lượng mặt trời tìm điểm có cơng suất lớn Nếu PWM tăng làm cho công suất pin lượng mặt trời tăng, PWM tiếp tục tăng ngược lại Nếu PWM giảm làm cho công suất pin lượng mặt trời tăng, PWM tiếp tục giảm  Số liệu đo lần ngày 03/08/2017 (Thời gian đo vòng 45 phút) + Cơng suất mà pin mặt trời nhận được: W 35 30 25 20 15 10 5 10 15 25 20 30 35 40 45 Phút Hình 3.41 Đồ thị cơng suất pin mặt trời Nhìn vào đồ thị ta thấy có thời điểm cơng suất giảm đột ngột, cường độ xạ mặt trời giảm đột ngột đám mây che khoảng thời gian ngắn Cơng suất trung bình mà pin nhận khoảng 27W + Dòng điện pin mặt trời: 77 A 1,8 1,6 1,4 1,2 0,8 0,6 0,4 0,2 10 15 25 20 30 35 40 45 Phút Hình 3.42 Đồ thị dòng điện pin mặt trời Dòng điện trung bình pin mặt trời khoảng 1,6A Có thời điểm dòng điện giảm đột ngột xuống tới 0,4A, cường độ xạ mặt trời giảm đám mây che thời gian ngắn + Điện áp pin mặt trời: V 25 20 15 10 5 10 15 25 20 30 35 40 45 Phút Hình 3.43 Đồ thị điện áp pin mặt trời Khoảng 15 phút công suất tương đối ổn định, giá trị dòng điện thấp nên đầu điện áp đầu pin tương đối cao (trung bình khoảng 20 V) Khoảng 30 phút sau điện áp dần ổn định (khoảng 16,5V) cơng suất khơng có thay đổi nhiều Khi qua Buck DC/DC Converter điện áp giảm xuống 12V để nạp vào ắc quy + Độ rộng xung (Duty cyle) 78 %duty cyle 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 10 15 20 25 30 35 40 45 Phút Hình 3.44 Đồ thị độ rộng xung Nhìn vào đồ thị độ rộng xung ta thấy rằng: khoảng thời gian đóng cắt xung trung bình 85% Sự tăng giảm độ rộng xung đáp ứng cho việc pin lượng mặt trời tìm điểm có cơng suất lớn Nếu PWM tăng làm cho công suất pin lượng mặt trời tăng, PWM tiếp tục tăng ngược lại Nếu PWM giảm làm cho công suất pin lượng mặt trời tăng, PWM tiếp tục giảm 3.7 Kết luận chương Chương giải vấn đề sau: - So sánh mức lượng mặt trời mà dàn pin mặt trời nhận lắp cố định, xoay trục xoay hai trục - Thiết kế hệ thống pin mặt trời xoay hai trục bám theo vị trí mặt trời - Tiến hành thực nghiệm hệ thống pin mặt trời hoàn thiện phân tích kết đạt 79 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 4.1 Kết luận Trong luận văn thạc sỹ, tác giả trình bày chi tiết nội dung thực từ tổng quan tài liệu nghiên cứu thống phát điện lượng mặt trời Việt Nam giới, tiềm nguồn lượng mặt trời Việt Nam đến thiết kế, chế tạo mơ hình xây dựng thuật tốn điều khiển cho hệ thống phát điện pin mặt trời, bao gồm (1) điều khiển điểm làm việc công suất cực đại theo đặc tính pin mặt trời (2) điều khiển cấu xoay trục theo vị trí mặt trời Sau thực đề tài, tác giải có số kết luận sau: - Thiết kế, chế tạo thành cơng mơ hình hệ thống điện mặt trời xoay hai trục hoàn chỉnh Để khai thác sử dụng điện từ nguồn lương mặt trời, pin mặt trời, hệ thống yêu cầu nhiều thiết bị biến đổi lượng (DC/DC, DC/AC), ắc-quy, điều khiển, v.v thiết bị có vai trò định hệ thống Do đó, vào yêu cầu cụ thể, thiết bị cần thiết kế lựa chọn phù hợp đề nâng cao hiệu khai thác từ nguồn lượng mặt trời - Việc tích hợp thuật tốn điều khiểu chung giảm linh kiện, thiết bị sử dụng, giảm chi phí sản phẩm Bên cạnh đó, kích thước điều khiển hệ thống thu gọn đáng kể so với hệ thống điều khiển riêng biệt - Kết chạy thử nghiệm cho thấy, mơ hình hệ thống thiết kế chay ổn định, tin cậy khoảng thời gian 15 phút, 30 phút 45 phút Bộ điều khiển xoay vận hành đảm bảo pin mặt trời ln vng góc với tia sáng tới, từ tối đa hóa lượng xạ mặt trời hấp thụ Bộ điều khiển tìm điểm cơng suất cực đại điều chỉnh tỷ số biến áp biến đổi DC/DC thơng qua độ rộng xung (Duty cycle), từ tìm điện áp đó, cơng suất phát pin cực đại 4.2 Kiến nghị Việt Nam quốc gia có tiềm lớn điện mặt trời với cường độ xạ trung bình khoảng 5kWh/m2/ngày (trung bình tổng xạ lượng mặt trời dao động 4,3 - 5,7kWh/m2) số nắng trung bình nhận mức cao 1.700 - 2.500 giờ/năm Do đó, tác giả kiến nghị cần có sách phát triển điện mặt trời thời gian thời gian tới nhằm đáp ứng nhu cầu tiêu thụ điện thay 80 dẫn cho nguồn lượng hóa thách truyền thống, ví dụ sách trợ giá, giá cấu lượng, v.v Thuật tốn điều khiển cấu xoay thuật tốn tìm điểm cơng suất cực đại nâng cao đáng kể hiệu khai thác điện Do đó, tác giả kiến nghị hệ thống điện mặt trời nên xây dựng với thuật toán điều khiển Đối với hệ thống lắp đặt, tùy điều kiện cụ thể nâng cấp phần cứng phần mềm thuật toán 81 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Ngô Đức Minh, Lê Tiên Phong : Năng lượng tái tạo hệ thống điện(2016) [2] Trịnh Quang Dũng : Điện mặt trời, NXB khoa học kỹ thuật (2001) [3] Đặng Đình Thống, Lê Danh Liên: Cơ sở lượng tái tạo, NXB Khoa học kỹ thuật (2006) [4] Nguyễn Bốn, Hoàng Dương Hùng: Năng lượng mặt trời - lý thuyết ứng dụng, Khoa công nghệ nhiệt lạnh, Trường ĐH Bách Khoa Đà Nẵng (2007) [5] Nhà xuất khoa học kỹ thuât - Năng lượng mặt trời cho kỷ 21, thách thức triển vọng - Tháng 08 năm 2009 [6] Hoàng Dương Hùng: Nghiên cứu triển khai ứng dụng thiết bị lượng mặt trời vào thực tế, đề tài nghiên cứu cấp Bộ 2004 [7] Đặng Đình Thống : Pin mặt trời ứng dụng, Nhà xuất Khoa học kỹ thuật (2005) [8] Vũ Linh, Đặng Đình Thống: Thiết kế lắp đặt hệ nguồn điện Pin mặt trời; Tuyển tập báo cáo KH, Hội nghị KH Trường ĐHBK HN trang 22, Hà nội, 1991 [9] [Arduino nano board] https://www.arduino.cc/ [10] Renewable and Efficient Electric Power Systems – Gilbert M Masters Stanford University [11] F.M.AL NAIMA and N.A.YAGHOBIAM, Design ang contruction of solar tracking system, Solar and wind Techonology Vol.7, No.5, pp 611- 617,1990 [12] Design of Automatic Two-axis Sun-tracking System Huifeng Jiao, Jianzhong Fu, Yuchun Li, Jintao Lai Zhejiang University, Zhejiang Province Key Lab of Advanced Manufacturing Technology Department of Mechanical Engineering Hangzhou 310027, China [13] X Xia, “The research of large range sun ray tracing sensors and tracing measures,” Nanjing: Hohai University, Institute of Mechanical & Electrical Engineering, 2007 [14] Microelectronics Circuits 6th edition – Adel S Sedra, Kenneth C Smith – Oxford University Press [15] C Alexandru and C Pozna, “Different tracking strategies for optimizing the 82 energetic efficiency of a photovoltaic system,” in Proc 16th IEEE Int Conf Autom., Quality and Testing, Robot., Cluj, Romania, 2008, pp 434– 439 [16] N Femia, G Petrone G Spagnuolo M Vitelli, “Optimization of Perturb and Observe Maximum Power Point Tracking Method,” IEEE Transactions on Power Electronics, Vol 20, no pp 963–973,2005 [17] Comparative Study of Different MPPT Methods for Photovoltaic System L Bouselham, B Hajji, H Hajji ENSA-UMP, Morocco BP 669, 60000 oujda [18] Power Electronics – Daniel W Hart – Valparaiso University Valparaiso, Indiana [19] Mihnea Rosu-Hamzescu, Sergiu Oprea, Microchip Technology Inc "Practical Guide to Implementing Solar Panel MPPT Algorithms" [20] Hart, D (1997) Introduction to Power Electronics Upper Saddle River, NJ: Prentice Hall International Rectifier (2006) AN¬978 ¬ HV Floating MOS_Gate Driver ICs Retrieved November 10, 2006 [21] RNicola Femia, Giovanni Petrone, Giovanni Spagnuolo (2005) Optimization of Perturb and Observe Maximum Power Point Tracking Method IEEE Trans On Power Electronics, 20(4), p.963-973R 83 PHỤ LỤC A Khai báo #include LiquidCrystal lcd(11, 10, 8, 7, 6, 5); // intializer for lcd #define SOLAR_CURRENT A1 #define SOLAR_VOLTAGE A2 #define LIGHT_SENSOR1 A4 #define LIGHT_SENSOR2 A5 #define LIGHT_SENSOR3 A6 #define LIGHT_SENSOR4 A7 #define motor_1_CLK //Motor is placed horizonal to control up or down panel #define motor_1_CW 12 #define motor_2_CLK //Motor is placed vertical to control right or left panel #define motor_2_CW #define VBAT_PIN A3 #define PWM_PIN #define DELTA_DUTY 1.0f #define PWM_MAX 95 #define PWM_MIN #define SCALE 4.0f #define THRESH 26 void read_all_parameters(); void display(); void do_step(); const float k=0.1f;// low-pass filter constant u8 sensor_A=0, sensor_B=0, sensor_C=0, sensor_D=0, counter=0; float vBat=0.0f, vSolar=0.0f, cSolar=0.0f, thisPower=0.0f, oldvSolar=0.0f, oldcSolar=0; u16 delta_t=0, last_time=0, this_time=0; char steper=0, dir=0; void setup() { 84 duty=0.0f, oldPower=0.0f, Serial.begin(9600); lcd.begin(20, 4); TCCR1B = TCCR1B & B11111000 | B00000001;// hook to analogWrite frequency // frequency change to 31khz old is 490.20hz pinMode(motor_1_CLK, OUTPUT); pinMode(motor_1_CW, OUTPUT); pinMode(motor_2_CLK, OUTPUT); pinMode(motor_2_CW, OUTPUT); pinMode(PWM_PIN, OUTPUT); pinMode(SOLAR_CURRENT, INPUT); pinMode(SOLAR_VOLTAGE, INPUT); pinMode(VBAT_PIN , INPUT); pinMode(LIGHT_SENSOR1, INPUT); pinMode(LIGHT_SENSOR2, INPUT); pinMode(LIGHT_SENSOR3, INPUT); pinMode(LIGHT_SENSOR4, INPUT); } B Chương trình // the loop routine runs over and over again forever: void loop(){ read_all_parameters(); if(++counter>10){// Slow down mppt but keep refresh time for step motor mppt(); analogWrite(PWM_PIN, duty*2.54f); display(); counter=0; } do_step(); delay(50);// Delay 50 ms } 85 void read_all_parameters(){ vBat+=k*((analogRead(VBAT_PIN)/36.895f)-vBat); vSolar+=k*((analogRead(SOLAR_VOLTAGE)/36.895f)-vSolar); cSolar+=k*(((515-analogRead(SOLAR_CURRENT))/37.851f)-cSolar); sensor_A = analogRead(LIGHT_SENSOR1)/SCALE;// Scale int (0-1023) to unsigned char (0-255) sensor_B = analogRead(LIGHT_SENSOR2)/SCALE; sensor_C = analogRead(LIGHT_SENSOR3)/SCALE; sensor_D = analogRead(LIGHT_SENSOR4)/SCALE; } C Thuật toán MPPT void mppt(){ float du, di; di=cSolar-oldcSolar; du=vSolar-oldvSolar; oldcSolar=cSolar; oldvSolar=vSolar; if(du==0){ if(di>0) duty+=DELTA_DUTY; else if(di-(cSolar/vSolar)){ duty-=DELTA_DUTY; }else if((di/du)PWM_MAX) duty=PWM_MAX; else if(dutyTHRESH) || ((sensor_D-sensor_C)>THRESH)) turnRight(); if(((sensor_B-sensor_A)>THRESH) || ((sensor_C-sensor_D)>THRESH)) turnLeft(); if(((sensor_A-sensor_D)>THRESH) || ((sensor_B-sensor_C)>THRESH)) turnDown(); if(((sensor_D-sensor_A)>THRESH) || ((sensor_C-sensor_B)>THRESH)) turnUp(); } void turnUp() { digitalWrite(motor_1_CW, HIGH); digitalWrite(motor_1_CLK, HIGH); delay(2); digitalWrite(motor_1_CLK, LOW); delay(10); } void turnDown() { digitalWrite(motor_1_CW, LOW); digitalWrite(motor_1_CLK, HIGH); delay(2); digitalWrite(motor_1_CLK, LOW); delay(10); } void turnLeft() { digitalWrite(motor_2_CW, HIGH); digitalWrite(motor_2_CLK, HIGH); delay(2); 87 digitalWrite(motor_2_CLK, LOW); delay(10); } void turnRight() { digitalWrite(motor_2_CW, LOW); digitalWrite(motor_2_CLK, HIGH); delay(2); digitalWrite(motor_2_CLK, LOW); delay(10); } E Hiển thị void display(){ lcd.setCursor(0, 0); lcd.print("Bat(V)= "); lcd.print(vBat,1); lcd.print(" ");// some char after lcd.setCursor(0, 1); lcd.print("Solar(V)= "); lcd.print(vSolar,1); lcd.print(" ");// some char after lcd.setCursor(0, 2); lcd.print("Solar(A)= "); lcd.print(cSolar,1); lcd.print(" ");// some char after lcd.setCursor(0, 3); lcd.print("DT="); lcd.print(duty,1);lcd.print("%, P="); lcd.print(thisPower,1); lcd.print("W "); Serial.print(cSolar);Serial.print('\t'); Serial.print(vSolar); Serial.print(thisPower); Serial.print('\t'); Serial.println(duty); } 88 Serial.print('\t'); ... cho hệ thống phát điện pin mặt trời tối đa hóa lượng điện thu được cần thiết 13 Mục tiêu nghiên cứu Nghiên cứu chế tạo điều khiển cho hệ thống phát điện pin mặt trời (Photovoltaics) đảm bảo tối. .. ĐẠI HỌC KỸ THU T CÔNG NGHIỆP LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THU T CHUYÊN NGÀNH: KỸ THU T ĐIỆN NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO BỘ ĐIỀU KHIỂN CHO HỆ THỐNG PHÁT ĐIỆN PIN MẶT TRỜI TỐI ĐA HÓA LƯỢNG ĐIỆN NĂNG THU ĐƯỢC TRẦN... phép tối đa hóa lượng chuyển hóa thành điện (hiệu suất) pin mặt trời + Điều khiển cấu xoay hệ thống theo vị trí mặt trời: Điều khiển cho hệ thống pin mặt trời ln vng góc với ánh sáng mặt trời, thu