TỔNG QUAN HỆ THỐNG PIN MẶT TRỜI

TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PIN MẶT TRỜI 1.1 Giới thiệu pin mặt trời 1.1.1 Định nghĩa Pin mặt trời gọi pin quang điện thiết bị ứng dụng hiệu ứng quang điện bán dẫn (thường gọi hiệu ứng quang điện – quang dẫn) để tạo dòng điện chiều từ ánh sáng mặt trời Loại pin mặt trời thông dụng loại sử dụng Silic tinh thể Tinh thể Silic tinh khiết chất bán dẫn điện điện tử bị giam giữ liên kết mạng, khơng có điện tử tự Khi bị ánh sáng hay nhiệt độ kích thích, điện tử bị bứt khỏi liên kết, điện tử tích điện âm nhảy từ vùng hố trị lên vùng dẫn để lại lỗ trống tích điện dương vùng hoá trị Lúc chất bán dẫn dẫn điện Có loại pin mặt trời làm từ tinh thể Silic: - Một tinh thể hay đơn tinh thể module Đơn tinh thể có hiệu suất tới 16% Loại - thường đắt tiền cắt từ thỏi hình ống, đơn thể có mặt trống góc nối mơdule Đa tinh thể làm từ thỏi đúc từ Silic nung chảy, sau làm nguội làm - rắn Loại pin thường rẻ loại đơn tinh thể, lại có hiệu suất Tuy nhiên chúng tạo thành vng che phủ bề mặt nhiều loại đơn tinh thể bù cho hiệu suất thấp Dải Silic tạo từ miếng phim mỏng từ Silic nóng chảy có cấu trúc đa tinh thể Loại thường có hiệu suất thấp loại rẻ loại khơng cần phải cắt từ thỏi Silicon Về chất pin quang điện điốt bán dẫn bao gồm hai bán dẫn loại P loại N đặt sát cạnh nhau, khác chỗ pin quang điện có diện tích bề mặt rộng có lớp N cực mỏng để ánh sáng truyền qua Trên bề mặt pin quang điện có lớp chống phản xạ chiếu ánh sáng vào pin quang điện, có phần ánh sáng bị hấp thụ truyền qua lớp N phần ánh sáng bị phản xạ ngược lại phần ánh sáng đến lớp chuyển tiếp, nơi có cặp electron lỗ trống nằm điện trường bề mặt giới hạn Với bước sóng thích hợp truyền cho electron lượng đủ lớn để thoát khỏi liên kết Khi thoát khỏi liên kết, tác dụng điện trường, electron bị kéo phía bán dẫn loại N, lỗ trống bị kéo phía bán dẫn loại P Khi nối hai cực vào hai phần bán dẫn loại N P đo hiệu điện Giá trị hiệu điện phụ thuộc vào chất chất làm bán dẫn tạp chất hấp phụ MPPT ISC IPV uMPP, iMPP UOC UPV 1.1.2 Đặc tính làm việc pin mặt trời Đặc tính làm việc pin mặt trời thể qua hai thông số điện áp hở mạch lớn VOC lúc dòng Dòng điện ngắn mạch ISC điện áp Công suất pin tính theo cơng thức: P = I.U (1-1) Tại điểm làm việc U = UOC/ I = U = / I = I SC , Cơng suất làm việc pin có giá trị Hình 1.1 Đường đặc tính làm việc U – I pin mặt trời + - Hình 1.2 Sơ đồ tương đương pin mặt trời Từ sơ đồ tương đương, ta có phương trình đặc trưng sáng von – ampe pin sau: (1-2) Trong đó: Isc dòng quang điện (dòng ngắn mạch khơng có Rs Rsh) (A/m2) I01 dòng bão hòa (A/m2) q điện tích điện tử (C) = 1,6.10-19 k hệ số Boltzman = 1,38.10-23(J/k) T nhiệt độ (K) I, V, Rs, Rsh dòng điện ra, điện áp ra, điện trở Rs Rsh pin mạch tương đương hình 1.2 * Nhận xét: - Dòng ngắn mạch Isc tỉ lệ thuận với cường độ xạ chiếu sáng Nên đường đặc tính V – I pin mặt trời phụ thuộc vào cường độ xạ chiếu sáng Ở tầng xạ thu điểm làm việc V = V MPP có cơng suất lớn thể hình vẽ sau Điểm làm việc có cơng suất lớn thể điểm chấm đen to hình vẽ (đỉnh đường cong đặc tính) Hình 1.3 Sự phụ thuộc đặc trưng VA pin mặt trời vào cường độ xạ Mặt trời - Điện áp hở mạch Voc phụ thuộc trực tiếp vào nhiệt độ nên đường đặc tính VA pin mặt trời phụ thuộc vào nhiệt độ pin Hình 1.4 Sự phụ thuộc đường đặc tính pin mặt trời vào nhiệt độ pin - Để tồn hệ PV hoạt động cách hiệu đường đặc tính tải phải phù hợp với điểm MPP Hình 1.5 Đường đặc tính tải đặc tính pin mặt trời Trên hình vẽ 1.5 đường OA OB đường đặc tính tải Nếu tải mắc trực tiếp với dãy pin mặt trời tải có đường đặc tính OA Khi đó, pin làm việc điểm A1 phát công suất P1 Công suất lớn phơi nắng thu P2 Để thu cơng suất P2, cần có điều chỉnh công suất để liên kết dãy pin mặt trời tải 1.1.3 Ứng dụng Pin mặt trời ứng dụng nhiều nơi giới Chúng đặc biệt thích hợp cho vùng lưới điện không đến Pin mặt trời sử dụng nhiều sản xuất đời sống Một ứng dụng đơn giản pin mặt trời sống hàng ngày đồng hồ, máy tính … Ngồi pin mặt trời ứng dụng thiết bị vận chuyển tơ, máy tính cầm tay, điện thoại di động, thiết bị bơm nước… Ngày nay, ngơi nhà có gắn lượng mặt trời trở thành phổ biến có xu hướng tăng dần tương lai 1.1.4 Tấm lượng mặt trời Tấm lượng mặt trời tạo thành từ nhiều pin mặt trời gồm 36 đến 72 pin mặt trời mắc nối tiếp với Qua pin mặt trời, lượng mặt trời chuyển hoá thành điện Mỗi pin mặt trời cung cấp lượng nhỏ lượng, nhiều pin đặt trải dài diện tích lớn tạo nên nguồn lượng lớn đủ để thiết bị điện sử dụng Mỗi pin mặt trời có cơng suất khác như: 30Wp, 40Wp, 45Wp, 50Wp, 75Wp, 100Wp, 125Wp, 150Wp Điện áp pin thường 12VDC Công suất điện áp hệ thống tuỳ thuộc vào cách ghép nối pin lại với Nhiều lượng mặt trời ghép nối tiếp song song với để tạo thành dàn pin mặt trời Để đạt hiệu tốt nhất, lượng phải phơi nắng hướng trực tiếp đến mặt trời Hiệu suất thu điện từ pin mặt trời vùng miền vào ngày khác nhau, xạ mặt trời bề mặt trái đất không đồng Hiệu suất pin mặt trời phụ thuộc vào nhiều yếu tố: - Chất liệu bán dẫn làm pin - Vị trí đặt panel mặt trời - Thời tiết khí hậu, mùa năm - Thời gian ngày: sáng, trưa, chiều Các lượng mặt trời lắp đặt trời nên thiết kế sản xuất đảm bảo thay đổi khí hậu, thời tiết, mưa bão, ăn mòn nước biển, oxi hoá… Tuổi thọ pin khoảng 25 đến 30 năm 1.1.5 Cách ghép nối lượng mặt trời Như ta biết môđun pin mặt trời có cơng suất hiệu điện xác định từ nhà sản xuất Để tạo công suất điện theo yêu cầu phải ghép nối nhiều mơdun lại với Có hai cách ghép bản: - Ghép nối tiếp mođun lại cho điện áp lớn - Ghép song song mơđun lại cho dòng điện lớn Trong thực tế phương pháp ghép hỗn hợp sử dụng nhiều để đáp ứng yêu cầu điện áp dòng điện a Phương pháp ghép nối tiếp môdun mặt trời (a) (b) Hình 1.6 Ghép nối tiếp hai mơđun pin mặt trời (a) đường đặc trưng VA môđun hệ (b) Giả sử môđun giống hệt nhau, có đường đặc tính V-A giống hết nhau, thơng số dòng đoản mạch ISC, hở mạch VOC Giả sử cường độ chiếu sáng đồng Khi ghép nối tiếp mơđun ta có: I = I1 = I2 = … = Ii (1-3) (1-4) (1-5) (1-6) Trong đó: I, P, V,… dòng điện, cơng suất hiệu điện hệ Ii, Vi, Pi… dòng điện, cơng suất, hiệu điện mơđun thứ i hệ Iopi, Vopi, Popi… dòng điện làm việc tối ưu, điện làm việc tối ưu, công suất làm việc tối ưu môđun thứ i hệ Iop, Vop, Pop… dòng điện làm việc tối ưu, điện làm việc tối ưu, công suất làm việc tối ưu hệ Khi tải có giá trị < R < , Các mơđun làm việc máy phát tương đương Đường đặc tính vơn – ampe hệ tổng hình học hai đường đặc trưng môđun b Ghép song song môđun mặt trời Ở cách ghép này, ta giả sử môđun giống hệt nhau, có đường đặc tính V-A giống hết nhau, thơng số dòng đoản mạch I SC, hở mạch VOC Giả sử cường độ chiếu sáng đồng (a) (b) Hình1.7 Ghép song song hai môđun pin mặt trời (a) đường đặc trưng VA môđun hệ (b) Khi ta có: U = U1 = U2 = … = Ui (1-7) (1-8) (1-9) (1-10) Đường đặc tính VA hệ suy cách cộng giá trị dòng điện I ứng với giá trị điện V không đổi Trong trường hợp này, pin làm việc máy phát điện tải có giá trị < R < c Hiện tượng “điểm nóng” Xảy ta ghép nối môđun không giống nhau, tức thông số I SC, VOC, POPT môđun pin khác Đây tượng pin yếu (tức pin chất lượng so với pin khác dàn bị che nắng pin khác dàn chiếu sáng) hấp thụ hồn tồn cơng suất điện pin khoẻ phát làm cho cơng suất điện mạch ngồi Phần lượng điện pin yếu nhận từ pin khoẻ biến thành nhiệt, làm nóng pin lên dẫn tới hư hỏng Hiện tượng điểm nóng xảy pin yếu pin khác hệ, dẫn tới hư hỏng hệ hay làm giảm đáng kể hiệu suất biến đổi quang điện hệ Để tránh hiệu ứng điểm nóng này, thiết kế phải ghép pin mặt trời loại, có thơng số đặc trưng dàn pin mặt trời Vị trí đặt dàn phải tránh bóng che cối, nhà cửa hay vật cản khác ngày có nắng bảo vệ tránh bụi bẩn phủ bám lên vùng pin sử dụng điốt bảo vệ Hình 1.8 Điốt nối song song với môđun để bảo vệ mơđun dàn pin mặt trời Nhìn hình vẽ 1.8 ta thấy giả sử pin Ci pin yếu bảo vệ điốt phân cực thuận chiều với dòng điện mạch mắc song song Trong trường hợp hệ làm việc bình thường, pin mặt trời hoạt động điều kiện dòng mạch khơng qua điốt nên khơng có tổn hao lượng Khi có cố xảy ra, ngun nhân mà pin Ci bị che bị tăng nhiệt độ, điện trở Ci tăng lên, lúc phần hay tồn dòng điện rẽ qua Diốt để tránh gây hư hỏng cho Ci Thậm chí Ci bị hỏng hồn tồn hệ tiếp tục làm việc 1.2 Hệ thống pin mặt trời Hệ pin mặt trời (hệ PV – photovoltaic system) nhìn chung chia thành loại bản: - Hệ PV làm việc độc lập - Hệ PV làm việc với lưới Hệ PV độc lập thường sử dụng vùng xa xôi hẻo lánh, nơi mà lưới điện không kéo đến Sơ đồ khối hệ sau: Pin mặt trời Bộ biến đổi DC/DC MPPT Ắc quy Bộ biến đổi DC/AC Tải xoay chiều Tải chiều Hình 1.9 Sơ đồ khối hệ quang điện làm việc độc lập Còn hệ PV làm việc với lưới, mạng lưới pin mặt trời mắc với lưới điện qua biến đổi mà không cần dự trữ lượng Trong hệ này, biến đổi DC/AC làm việc với lưới phải đồng với lưới điện tần số điện áp 1.2.1 Hệ quang điện làm việc độc lập Hệ PV làm việc độc lập gồm có thành phần là: - Thành phần lưu giữ lượng - Các biến đổi bán dẫn a Thành phần lưu giữ lượng Hệ quang điện làm việc độc lập cần phải có khâu lưu giữ điện để phục vụ cho tải thời gian thiếu nắng, ánh sáng yếu hay vào ban đêm Có nhiều phương pháp lưu trữ lượng hệ PV Phổ biến sử dụng ắc quy để lưu trữ lượng Ắc quy cần phải có điều khiển nạp để bảo vệ đảm bảo cho tuổi thọ ắc quy b Các biến đổi bán dẫn hệ PV Các bán dẫn hệ PV gồm có biến đổi chiều DC/DC biến đổi DC/AC Bộ DC/DC dùng để xác định điểm làm việc có cơng suất lớn pin làm ổn định nguồn điện chiều lấy từ pin mặt trời để cung cấp cho tải ắc quy Bộ biến đổi DC/DC có tác dụng điều khiển chế độ nạp phóng để bảo vệ nâng cao tuổi thọ cho ắc quy Có nhiều loại biến đổi DC/DC sử dụng phổ biến loại là: Bộ tăng áp Boost, Bộ giảm áp Buck Bộ hỗn hợp tăng giảm Boost – Buck Cả loại DC/DC sử dụng nguyên tắc đóng mở khóa điện tử theo chu kỳ tính tốn sẵn để đạt mục đích sử dụng Tùy theo mục đích nhu cầu mà DC/DC lựa chọn cho thích hợp Khóa điện tử mạch DC/DC điều khiển đóng cắt chu kỳ Mạch điều khiển khóa điện tử kết hợp với thuật toán xác định điểm làm việc tối ưu (MPPT – maximum power point tracking) để đảm bảo cho hệ quang điện làm việc hiệu Mạch vòng điều khiển thuật tốn MPPT trình bày chi tiết chương Bộ DC/AC có nhiệm vụ chuyển đổi nguồn chiều sang xoay chiều (110 220 VAC, tần số 50Hz 60 Hz) để phục vụ cho thiết bị xoay chiều Có nhiều kiểu biến đổi DC/AC, chúng làm việc hai chế độ từ chiều sang xoay chiều chế độ từ xoay chiều sang chiều Nhìn chung, biến đổi DC/ AC hệ PV độc lập làm việc mức điện áp chiều 12, 24, 48, 96, 120, 240 VDC tuỳ hệ Bộ biến đổi dùng hệ PV độc lập có đặc điểm sau: - Điện áp hình Sin - Điện áp tần số nằm giới hạn cho phép - Bám sát thay đổi điện áp vào - Điều chỉnh điện áp - Hiệu cao tải nhẹ - Ít tạo sóng hài để tránh làm hư hại đến thiết bị điện khác tivi, tránh gây - tổn hao cơng suất, làm nóng thiết bị Có thể chịu q tải thời gian ngắn trường hợp dòng khởi động lớn - máy bơm… Có bảo vệ áp, bảo vệ tần số, bảo vệ ngắn mạch… - Dung lượng đặc tính - Tổn hao khơng tải thấp Các linh kiện bán dẫn sử dụng biến đổi MOSFET, IGBT MOSFET sử dụng với trường hợp công suất lên tới 5kVA điện áp 96 VDC Chúng có ưu điểm tổn hao cơng suất tần số cao Do có điện áp rơi VDC Còn IGBT thường sử dụng hệ có điện áp 96 VDC Hệ PV độc lập thường sử dụng biến đổi nguồn điện áp pha pha Bộ biến đổi DC/AC có nhiều loại cách phân biệt chúng dạng sóng điện áp đầu Có dạng sóng là: dạng sóng Sin, giả sin, sóng vng, sóng bậc thang… Dạng sóng vng, sóng bậc thang ngày khơng thơng dụng nữa, khơng phù hợp với thiết bị đại giá thành biến tần loại sóng giả sin sóng sin ngày giảm Bộ biến tần cho dạng sóng giả Sin thường phục vụ cho thiết bị nhà ti vi, radio, lò vi sóng… Các thiết bị điều khiển phức tạp khác sạc pin, phụ tùng động thay đổi tốc độ, máy in lase điều khiển nhiệt độ… vốn có làm việc khơng ổn định Bộ biến đổi DC/AC dạng sóng giả Sin lựa chọn kinh tế đặc biệt phù hợp với hệ quang điện Bộ biến đổi có dạng sóng hình Sin giống dạng sóng điện lưới nên tương thích đáp ứng với hầu hết loại tải Bộ biến đổi dạng sóng sin có giá thành lớn biến đổi dạng gần sin, chất lượng điện áp biến đổi loại ưu điểm lớn, chí biến đổi loại phù hợp với thiết bị điều khiển phức tạp có làm việc khơng ổn định sạc pin, phụ tùng động thay đổi tốc độ, máy in lase điều khiển nhiệt độ… Phương pháp điều khiển PWM sử dụng để giúp biến đổi tạo đầu có dạng Sin Các loại biến đổi DC/AC hệ pin mặt trời độc lập tùy trường hợp có sơ đồ dạng nửa cầu dạng cầu pha Chương trình bày chi tiết biến đổi DC/AC 1.2.2 Hệ quang điện làm việc với lưới Đây hệ PV kết nối với lưới điện Hệ thống cho phép tự trì hoạt động tải nguồn lượng dự trữ đồng thời bơm phần Ắcquy nạp qua giai đoạn (Nạp với dòng khơng đổi, nạp với áp khơng đổi nạp nổi) trình bày chương (hình vẽ 4.1) Nhắc lại hình vẽ: - Quá trình nạp với dòng khơng đổi: Điện áp nạp ngăn ăcquy từ 1,8 đến 2,1V, điện áp nạp u cầu tồn ắcquy q trình nạp với dòng khơng đổi từ 291,6 V đến 340,2V - Q trình nạp với áp khơng đổi: Điện áp nạp ngăn ắcquy 2,1 đến 2,5V, điện áp nạp u cầu tồn ắcquy q trình nạp với áp khơng đổi là: 340.2V đến 405V - Quá trình nạp nổi: Điện áp nạp với ngăn ắcquy 2,35V, điện áp nạp yêu cầu toàn ắcquy trình nạp là: 380,7V Như điện áp lớn nạp cho ắcquy 405V Điện áp nạp bình thường ắcquy 380,7V Cấu trúc mạch nạp ắc quy sau: Hình 2.16 Sơ đồ mạch nạp ắcquy Điện áp vào mạch nạp ắcquy lấy từ điện áp pin mặt trời từ 300V đến 330V Mạch nạp ắcquy phải cấp điện áp nạp cho ắcquy dải từ 380,7 đến 405V Dòng điện nạp ắcquy C/10 = 1,5A Việc tính tốn cho mạch nạp ắcquy tương tự việc tính tốn Boost - Chọn cuộn kháng L2: = 0,075A Hệ số làm việc khoá K2 là: 0,06 = 2,64 mH - Chọn khố K2 Đ2: Dòng qua khố K Điốt với dòng điện cực đại qua cuộn cảm L2 Do đó: IK = IĐ = IL = 1,5 A Điện áp đặt lên K Điốt phải điện áp Nên: UK =UĐ = 405V Chọn loại IGBT IXSH20N60AUI có thông số trên: Chọn Diôt SW04PCN020 với thơng số - Chọn Đ2: Dòng qua Đ2 dòng phóng lớn ắcquy = 3A Điện áp đặt lên Đ2 điện áp ra: UĐ2 = 405V Ta chọn Đ2 loại SW04PCN020 2.6 Tính chọn biến đổi DC/AC Sử dụng biến đổi DC/AC pha mạch cầu Hình 2.17 Sơ đồ biến đổi DC/AC pha mạch cầu 2.6.1 Tính chọn van - Điện áp ngược đặt lên van có giá trị bằng: Umax van = 405 V Chọn điện áp làm việc van thoả mãn điều kiện UV > kUv.Umaxvan Trong đó: kUv hệ số dự trữ điện áp cho van Thực tế điện áp vào khơng ổn định mà dao động có nhiều yếu tố ảnh hưởng ngẫu nhiên nên hệ số dự trữ điện áp lấy khoảng 1,7 đến 2,2V Chọn kUv = 1,7 ta có UV > 1,7 405 = 688,5V - Làm mát cho van phương pháp dùng cánh tản nhiệt làm mát tự nhiên Chọn loại van IGBT (có gắn sẵn Điốt) IXSH20N60AUI 2.6.2 Tính tốn thơng số lọc đầu Bộ lọc đầu có ý nghĩa quan trọng Nó gồm phần tử L C có tác dụng lọc bỏ thành phần điều hoà bậcs cao, cho phép thành phần sóng qua, tạo điện áp đầu có dạng Sin theo yêu cầu Bộ lọc LC thường đảm bảo theo yêu cầu sau: - Dòng điện đầu khơng tải nhỏ 10% giá trị dòng điện đầy tải - Tần số lọc gấp 10 lần tần số điện áp đầu - Sụt áp cuộn cảm L đầy tải nhỏ 5% giá trị điện áp định mức Cơng thức tính tần số lọc là: Chọn cuộn cảm có giá trị L = 0,5mH Tần số điện áp 50Hz, tần số lọc fr = 10.50 = 500 Hz Giá trị điện dung tụ điện C là: 2.7 Tính chọn mạch điều khiển hệ thống Các khoá điện tử hệ thống (trong mạch nạp ắcquy biến đổi DC/AC) sử dụng IGBT Ta chọn Driver cho IGBT IC chuyên dụng HCPL-316J, loại IC có tích hợp khả bảo vệ chống bão hòa cho IGBT Hình 2.18 IC chun dụng HCPL-316J Hình 5.19 Sơ đồ sử dụng IC HCPL-316J Cực điều khiển IGBT cung cấp tín hiệu điều khiển từ đầu Vout qua điện trở Rg, với mức điện áp nguồn cung cấp Vcc2 = 18V Vee = -5V Tín hiệu DESAT, lấy từ colecto qua điốt D DESAT qua mạch lọc tần thấp điện trở 100  tụ 100pF, đưa vào chân 14 IC Mức điện áp chân 14 theo dõi để phát mức độ bão hoà IGBT Nếu điện áp lớn 7V sau có tín hiệu điều khiển mở IGBT chứng tỏ có q dòng điện, mạch xử lý lơgic khố mềm Soft Shutdown phát tín hiệu khố tự động tăng điện trở đưa đến cực điều khiển đến cỡ 500  , lớn mười lần so với khố, mở thơng thường Tín hiệu Vout Fault điều khiển nhờ phối hợp Vin, UVLO tín hiệu Desat Mối quan hệ thể bảng sau đây: Bảng 2.4 Mối quan hệ tín hiệu tín hiệu vào IC HCPL-316J VIN+ VIN – X X Low X High X X X High Low UVLO (VCC2 – VE) Active X X X Not Active Tín hiệu Desat từ chân 14 X Yes X X No Tín hiệu Output Fault X Low X X High VOUT Low Low Low Low High Hình 2.20 Cấu trúc IC HCPL-316J Các chân IC miêu tả sau: VIN+ Tín hiệu điều khiển vào khơng đảo VINTín hiệu điều khiển vào đảo GND Chân nối đất RESET Tín hiệu vào đặt lại Fault tín hiệu lơgic mức thấp 0,1 s Tín hiệu đặt Fault mức cao kích hoạt Vin, điều khiển RESET tương ứng phụ thuộc vào Vin RESET không phụ thuộc vào UVLO Khi Vout mức cao RESET khơng có tác dụng FAULT Tín hiệu lỗi Khi điện áp rơi Desat > mức điện áp chuẩn 7V tín hiệu FAULT chuyển từ mức cao xuống mức thấp vòng s Tín hiệu lỗi trì tín hiệu RESET xuống mức thấp Đây tín hiệu cho phép kết hợp trực VLED1+ VLED1VE VLED2+ DESAT tiếp với vi xử lý thông qua bus đơn Là anốt Led1 Chân dùng để test cách ly tín hiệu vào với tín hiệu Là cathod Led1 Chân phải nối với đất Chân cấp điện áp vào cực emitơ IGBT Anôt LED2 Chân dùng để test cách ly tín hiệu với tín hiệu vào Điện áp chống bão hòa cho IGBT Nếu điện áp rơi DESAT lớn 7V IGBT làm việc tín hiệu FAULT chuyển từ trạng thái cao xuống thấp vòng s Vcc2 Cung cấp nguồn điện áp dương Vc Được nối trực tiếp với Vcc2 qua điện trở để giới hạn dòng mở Vout Điện áp cấp vào cực điều khiển Vee Điện áp cấp 2.8 Giải pháp nguồn Nguồn điều khiển nhìn chung bao gồm loại phổ biến: - Nguồn 5V: nguồn nuôi vi điều khiển, nguồn cần chất lượng cao - Nguồn �15V: Nguồn vi sai nguồn đối xứng thường cấp cho Opam - Nguồn 24V: Nguồn đóng cắt Rơle - Nguồn để cấp cho Driver Trong đồ án này, IC điều khiển cho van IGBT cần nguồn cách ly 18V, 0V -5V Trong đồ án, ta sử dụng điện áp từ ắcquy để tạo thành nguồn cấp cho Driver dùng Buck để giảm điện áp từ 380,7 đến 405V xuống nguồn 24VDC Sau dùng băm xung để tạo mức điện áp phù hợp 18V, 0V -5V Hình 2.21 Sơ đồ mạch lấy điện áp 24V từ acquy Hình 2.22 Sơ đồ mạch băm xung tạo điện áp 18V, 0V, -5V cấp cho driver Trong sơ đồ sử dụng IC IR21531 để băm xung IC sử dụng nguồn vào ổn định (24VDC) để nguồn tỉ lệ với nguồn vào IC gọi nguồn điều khiển cố định Hình 2.23 Mối quan hệ giá trị điện trở RT tần số đóng cắt Các thơng số IC IR21531 sau: Bảng 2.5 Các thông số định mức IC IR21531 Ký hiệu VB VS VHO VLO VRT VCT ICC IRT dVs/dt PD RthJA TJ TS Miờu tả Điện áp cấp mức cao Điện áp lệnh mức cao Điện áp mức cao Điện áp mức thấp Điện áp chân RT Điện áp chân CT Dũng cấp Dũng vào chõn RT Tốc độ biến thiên điện áp VS Tổn thất cụng suất lớn Điện trở nhiệt Nhiệt độ lớp tiếp xúc Nhiệt độ bảo quản Nhỏ -0,3 VB – 25 VS – 0,3 -0,3 -0,3 -0,3 -5 -50 -55 -55 Lớn 625 VB + 0,3 VB + 0,3 VCC + 0,3 VCC + 0,3 VCC + 0,3 5 50 1,0 125 150 150 Đơn vị V mA V/ns W O C/W O C O C 2.9 Sử dụng Simulink để mơ vai trò MPPT hệ PV Ta thực mô hệ nguồn điện pin mặt trời dùng mạch Boost trường hợp: - Trường hợp mạch điều khiển không sử dụng MPPT - Trường hợp mạch điều khiển dùng thuật toán MPPT Trường hợp 1: Trường hợp mạch điều khiển không sử dụng MPPT: Chỉ sử dụng tạo xung để điều khiển đóng cắt khoá điện tử mạch Boost Thử nghiệm với T = 25, G = Hình 2.24 Sơ đồ mô hệ pin mặt trời không sử dụng MPPT Kết là: Hình 2.25 Đường đặc tính làm việc pin khơng có MPPT Ta thấy, khơng có MPPT điều khiển điểm làm việc hệ thống chạy tồn đường đặc tính khơng phải điểm có cơng suất lớn mong muốn Trường hợp 2: Sử dụng thuật toán MPPT để điều khiển Ở MPPT sử dụng thuật toán P&O Hình 2.26 Mơ hệ có sử dụng MPPT Kết thu được: Hình 2.27 Đặc tính làm việc pin có MPPT điều khiển ứng với G=1, T = 0, 25; 50; 75 Hình 2.28 Đặc tính làm việc pin có MPPT điều khiển ứng với T=75, G= 1; 0,75; 0,5; 0,25 Nhận xét: Khi có MPPT điều khiển, điểm làm việc hệ pin mặt trời ln trì dao động xung quanh điểm làm việc có cơng suất lớn MPP (đây điều mong muốn) Những đường ngoằn nghèo hình vẽ thể điểm làm việc bị dao động xung quanh điểm MPP