mô phỏng và thiết kế mạch sạc acquy từ năng lượng mặt trời

MỤC LỤC Chương TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI VÀ PIN QUANG ĐIỆN 1.1 Tổng quan lượng mặt trời 1.1.1 Sơ lược Năng lượng mặt trời 1.1.2 Phổ mặt trời 1.1.3 Tỉ số khối lượng khơng khí 1.1.4 Khảo sát dạng xạ thu 1.2 Sơ lược Pin quang điện 1.2.1 Giới thiệu chung 1.2.2 Lịch sử phát triển 10 1.3 Khảo sát tế bào pin quang điện 11 1.3.1 Mơ hình PV lý tưởng 11 1.3.2 Mơ hình PV thực tế 12 Chương TỔNG QUAN VỀ ACQUY 15 2.1 Sơ lược acquy 15 2.2 Khảo sát acquy chì-axít 16 2.2.1 Cấu tạo 16 2.2.2 Quá trình biến đổi hóa học acquy chì-axít 16 2.3 Đặc tính phóng nạp acquy 18 2.3.1 Đặc tính phóng acquy 18 2.3.2 Đặc tính nạp acquy 19 2.4 Các chế độ nạp acquy chì-axít .20 2.4.1 Chế độ nạp dòng khơng đổi (ổn dòng) 20 2.4.2 Chế độ nạp áp không đổi (ổn áp) 21 2.4.3 Chế độ nạp 21 Chương TỔNG QUAN BỘ GIẢM ÁP .22 3.1 Sơ đồ cấu tạo mạch giảm áp 22 3.2 Nguyên lý hoạt động 22 3.3 Bộ giảm áp đồng 27 Chương GIẢI THUẬT TÌM ĐIỂM CỰC ĐẠI CÔNG SUẤT .28 4.1 Mục đích MPPT 28 4.2 Giải thuật độ dẫn (IncCond) 29 4.3 Giải thuật Perturbation And Observe (P&O) 30 Chương TỔNG QUAN VỀ KIT DSP TMS320F28335 VÀ THIẾT KẾ PHẦN CỨNG 32 5.1 GIỚI THIỆU VỀ DSP TMS320F28335 32 5.2 Khối chức PWM 34 5.3 Khối chức ADC 38 5.4 Tính tốn thơng số mạch cơng suất 44 Chương MÔ HÌNH HĨA VÀ MƠ PHỎNG 46 6.1 Mơ hình hóa PV 46 6.2 Mô giải thuật MPPT .50 6.3 Mơ hình hóa acquy chì-axít 53 Chương KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 62 7.1 Kết thực nghiệm với tải R .62 7.2 Kết thực nghiệm sạc acquy từ lưới .68 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 73 Tài liệu tham khảo .74 DANH MỤC HÌNH VẼ HÇnh 1.1: Pin mặt trời nhà dàn trường sa HÇnh 1.2: Pin mặt trời nhà máy Intel Việt Nam Hình 1.3: Phổ xạ trái đất nhiệt độ 150C HÇnh 1.4: Phổ xạ mặt trời nhiệt độ 58000C HÇnh 1.5: Cách xác định tỉ số khối lượng khơng khí HÇnh 1.6: Đường cong phổ xạ mặt trời theo thông số AM m HÇnh 1.7: Các dạng xạ mặt trời đến thu HÇnh 1.8: Thơng lượng mặt trời ngồi khí Hình 1.9: Cấu trúc PV .10 Hình 1.10: Mơ hình PV lý tưởng thực tế 11 Hình 1.11: Đặc tính I-V PV lý tưởng .12 Hình 2.1: Q trình hóa học nạp điện acquy chì-axít .16 Hình 2.2: Q trình hóa học nạp điện acquy chì-axít .17 Hình 2.3: Đặc tính phóng acquy 18 Hình 2.4: Đặc tính nạp acquy 19 Hình 2.5: Giản đồ sạc ba chế độ 20 Hình 3.1: Sơ đồ mạch giảm áp 22 Hình 3.2: Các trạng thái mạch BUCK 23 Hình 3.3: Quy ước điện áp dòng điện buck .23 Hình 3.4: Sự thay đổi dòng điện, điện áp chế độ liên tục 24 Hình 3.5: Sự thay đổi dòng điện, điện áp chế độ không liên tục 26 Hình 3.6: Sơ đồ mạch giảm áp đồng 27 Hình 4.1: Lưu đồ giải thuật phương pháp IncCond 30 Hình 4.2: lưu đồ giải thuật phương pháp P&O 31 Hình 5.1: Sơ đồ chân TMS320F28335 32 Hình 5.2: Sơ đồ kiến trúc chip F28335 34 Hình 5.3: Sơ đồ khối PWM .35 Hình 5.4: Các khối chức PWM 36 Hình 5.5: Sơ đồ khối Time-Base 36 Hình 5.6: Sơ đồ khối module ADC 38 Hình 6.1: Cấu trúc mơ hình hóa PV 46 Hình 6.2: Khối xác định I0 .46 Hình 6.3: Khối xác định IPV .47 Hình 6.4: Khối xác định Im 47 Hình 6.5: Khối hồi tiếp tính toán 47 Hình 6.6: Đặc tuyến I-V PV 250C, sun=1 .48 Hình 6.7: Đặc tuyến P-V PV 250C, sun=1 48 Hình 6.8: Đặc tuyến I-V PV 350C, sun=1 .49 Hình 6.9: Đặc tuyến P-V PV 350C, sun=1 49 Hình 6.10: Đặc tuyến I-V PV 250C, sun=0.8 .49 Hình 6.11: Đặc tuyến P-V PV 250C, sun=0.8 50 Hình 6.12: Mơ hình giải thuật P&O 50 Hình 6.13: Mơ hình giải thuật tìm điểm MPP 51 Hình 6.14: Thiết lập giá trị biến thiên cường độ xạ 51 Hình 6.15: Khả đáp ứng bắt điểm MPPT giải thuật P&O 52 Hình 7.1: Mơ hình thí nghiệm với tải R 62 Hình 7.2: Dạng xung 50% từ DSP 62 Hình 7.3: Dạng xung 50% từ mạch lái 63 Hình 7.4: Dạng điện áp ngõ vận hành không tải .63 Hình 7.5: Dạng xung kích ổn áp 13,4V .63 Hình 7.6: Deadtime xung kích ổn áp 13,4V 64 Hình 7.7: Dạng điện áp ổn áp 13,4V .64 Hình 7.8: Dạng xung dòng điện ổn dòng 1,5A điện áp tăng nhỏ .65 Hình 7.9: Dạng xung dòng điện ổn dòng 1,5A điện áp tăng lớn 65 Hình 7.10: Dạng xung dòng điện ổn dòng 1,5A điện áp giảm lớn 66 Hình 7.11 Dạng dòng điện ổn dòng 1,5A điện áp giảm nhỏ 66 Hình 7.12: Dạng dòng điện ổn dòng 1,5A tăng tải 67 Hình 7.13: Dạng dòng điện ổn dòng 1,5A giảm tải 67 Hình 7.14: Mơ hình phần cứng sạc Acquy 68 Hình 7.15: Dạng đồ thị điện áp chế độ ổn dòng 69 Hình 7.16: Dạng đồ thị dòng điện chế độ ổn dòng 69 Hình 7.17: Dạng đồ thị điện áp chế độ ổn áp .70 Hình 7.18: Dạng đồ thị dòng điện chế độ ổn áp 70 Hình 7.19: Dạng đồ thị điện áp chế độ thả 71 Hình 7.20: Dạng đồ thị dòng điện chế độ thả 71 Hình 7.21: Dạng xung dòng điện tải xung kích S1 chế độ thả 72 DANH MỤC BẢNG Baӻ ng 1.1: Trữ lượng dạng lượng nhu cầu Bảng 1.2: Thông số Tấm pin Mặt Trời RedSun 14 Bảng 6.1: Các thông số pin mặt trời đỏ 50W .47 Bảng 7.1: Giá trị dòng, áp chế độ sạc 68 DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT Buck Mạch giảm áp PV TÓM TẮT LUẬN VĂN Năng lượng tái tạo trở nên quan trọng sống Những năm gần đây, lượng mặt trời ngày quan tâm nghiên cứu phát triển nhanh, lượng lớn nạp vào Acquy Trong sạc Acquy từ lượng mặt trời cần có giảm áp để chuyển điện áp cao mặt trời xuống điện áp thấp cấp cho Acquy Yêu cầu cho đảm bảo hoạt động ổn định hiệu suất cao Luận văn mô thiết kế mạch sạc Acquy từ lượng mặt trời bao gồm: mô pin lượng mặt trời, thiết kế giảm áp DC/DC, giải thuật tìm cơng suất cực đại điều khiển sạc Acquy từ điện áp lưới từ pin quang điện Các giải thuật điều khiển thực KIT DSP TMS320F28335 Luận văn thực phòng thí nghiệm nghiên cứu điện tử công suất (115B1 đại học Bách Khoa) với nhiều thiết bị đại, giúp cho việc đo đạc, đánh giá cách xác an tồn 10 ˝ = |% ˝ = 36J "" 1Ŷℎ | Ŷ4˓ℎ = 0.0Ŷ˓ℎ 10.75ℎ F Ŷ4˓ℎ = Ŷ1,5˓ℎ 1Ŷℎ Vfull 13,2V Vexp 12,7V Qexp 0,02Ah Vnom 10,8V Qnom 21.5Ah Q 24Ah Dựa vào thơng số này, ta xác định thơng số lại (A, E0, K), B thường xác định 3/Q lượng vùng cấp số nhân thường nhỏ, R 0,004 cho datasheet ˢ = ˗" − ˞ ˩ + ˓ ˝ ˝−˝ ˢ = ˗" − H ˢ = ˗" − H ˝ ˝−˝ ˝ {˝ + ˩ − ˞ ˩ + ˓˥˲J Ӟ −3 ˝ ˝ + ˩{ − ˞ ˩ + ˓˥˲J Ӟ Sử dụng ba hệ thức ta có bảng giá trị sau: A 0.50647V B 150Ah E0 12,7827V K 0,0083112 Ω 58 −3 ˝ ˝ ӟ ӟ Sử dụng công thức vừa tìm ta tính giá trị C, D sau: C 75,9705 D 1,97445 HÇnh 6.24: Thiết lập thơng số HÇnh 6.25: Mơ hình xác định exp, it, i* 59 HÇnh 6.26: Mơ hình tính tốn Vbat HÇnh 6.27: Mơ hình lấy dòng điện từ PV 60 HÇnh 6.28: Dạng đồ thị điện áp Acquy sạc từ PV 61 Chương KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 7.1 Kết thực nghiệm với tải R Hình 7.1: Mơ hình thí nghiệm với tải R - Vận hành khơng tải, Duty = 0.5, điện áp vào 18V Hình 7.2: Dạng xung 50% từ DSP 62 Hình 7.3: Dạng xung 50% từ mạch lái Hình 7.4: Dạng điện áp ngõ vận hành không tải - Ổn áp đầu 13,4V với tải R không đổi, điện áp vào khơng đổi 15V Hình 7.5: Dạng xung kích ổn áp 13,4V 63 Hình 7.6: Deadtime xung kích ổn áp 13,4V Hình 7.7: Dạng điện áp ổn áp 13,4V 64 - Ổn dòng 1.5A, thay đổi áp 5V 18v, tải R = Hình 7.8: Dạng xung dòng điện ổn dòng 1,5A điện áp tăng nhỏ - Ổn dòng 1.5A, thay đổi áp 0V 18v, với tải R = , Hình 7.9: Dạng xung dòng điện ổn dòng 1,5A điện áp tăng lớn 65 - Ổn dòng 1.5A giảm áp 18V 5V, với tải R = , Hình 7.10: Dạng xung dòng điện ổn dòng 1,5A điện áp giảm lớn - Ổn dòng 1,5A giảm áp 18V 10V, với tải R = , Hình 7.11 Dạng dòng điện ổn dòng 1,5A điện áp giảm nhỏ 66 - Ổn dòng 1,5A, tăng tải 10 , áp vào 18V Hình 7.12: Dạng dòng điện ổn dòng 1,5A tăng tải - Ổn dòng 1,5A, giảm tải 10 , áp vào 18V Hình 7.13: Dạng dòng điện ổn dòng 1,5A giảm tải 67 7.2 Kết thực nghiệm sạc acquy từ lưới Hình 7.14: Mơ hình phần cứng sạc Acquy Bảng 7.1: Giá trị dòng, áp chế độ sạc Chế độ Giá trị dòng Giá trị áp Ổn dòng 2.8A Tăng dần Ổn áp Giảm dần 14.7V Thả Gần 13.8V 68 Chế độ sạc ổn dòng: - Dạng đồ thị điện áp: Hình 7.15: Dạng đồ thị điện áp chế độ ổn dòng - Dạng đồ thị dòng điện giá trị ổn dòng 2,8A Hình 7.16: Dạng đồ thị dòng điện chế độ ổn dòng 69 Chế độ sạc ổn áp: - Dạng đồ thị điện áp: Hình 7.17: Dạng đồ thị điện áp chế độ ổn áp - Dạng đồ thị dòng điện: Hình 7.18: Dạng đồ thị dòng điện chế độ ổn áp 70 Chế độ thả nổi: - Dạng đồ thị điện áp: Hình 7.19: Dạng đồ thị điện áp chế độ thả - Dạng đồ thị dòng điện: Hình 7.20: Dạng đồ thị dòng điện chế độ thả 71 Hình 7.21: Dạng xung dòng điện tải xung kích S1 chế độ thả 72 ... Trong sạc Acquy từ lượng mặt trời cần có giảm áp để chuyển điện áp cao mặt trời xuống điện áp thấp cấp cho Acquy Yêu cầu cho đảm bảo hoạt động ổn định hiệu suất cao Luận văn mô thiết kế mạch sạc Acquy. .. thiết kế mạch sạc Acquy từ lượng mặt trời bao gồm: mô pin lượng mặt trời, thiết kế giảm áp DC/DC, giải thuật tìm cơng suất cực đại điều khiển sạc Acquy từ điện áp lưới từ pin quang điện Các giải... nhiều thiết bị đại, giúp cho việc đo đạc, đánh giá cách xác an toàn 10 Chương TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI VÀ PIN QUANG ĐIỆN 1.1 Tổng quan lượng mặt trời 1.1.1 Sơ lược Năng lượng mặt