(Luận văn thạc sĩ) nghiên cứu bộ chuyển đổi năng lượng từ pin mặt trời

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ TRẦN TẤN NGUYỆN NGHIÊN CỨU BỘ CHUYỂN ĐỔI NĂNG LƯỢNG TỪ PIN MẶT TRỜI NGÀNH: THIẾT BỊ MẠNG VÀ NHÀ MÁY ĐIỆN - 605250 S KC 0 Tp Hồ Chí Minh, năm 2013 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ TRẦN TẤN NGUYỆN NGHIÊN CỨU BỘ CHUYỂN ĐỔI NĂNG LƯỢNG TỪ PIN MẶT TRỜI NGÀNH: TB MẠNG VÀ NHÀ MÁY ĐIỆN - 601401 Hướng dẫn khoa học: TS TRƯƠNG VIỆT ANH LÝ LỊCH KHOA HỌC I LÝ LỊCH SƠ LƯỢC: Họ & tên: Trần Tấn Nguyện Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 01/10/1986 Nơi sinh: Quảng Ngãi Quê quán: Đức Nhuận - Mộ Đức – Quãng Ngãi Dân tộc: Kinh Chỗ riêng địa liên lạc: km32, QL51, Long Phước, Long Thành, Đồng Nai Điện thoại quan: 0986.687.895 Điện thoại nhà riêng: Fax: tannguyen.dkc@gmail.com E-mail: II QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: Trung học chuyên nghiệp: Hệ đào tạo: Thời gian đào tạo từ ……/…… đến ……/ …… Nơi học (trường, thành phố): Ngành học: Đại học: Hệ đào tạo: Chính qui Thời gian đào tạo từ 9/2005 đến 9/ 2010 Nơi học (trường, thành phố): TP Hồ Chí Minh Ngành học: Điện khí hóa cung cấp điện Tên đồ án, luận án môn thi tốt nghiệp: Thiết kế cung cấp điện cho cao ốc COFICO Ngày & nơi bảo vệ đồ án, luận án thi tốt nghiệp: 1/2010 trường ĐH SP KT TP.HCM Người hướng dẫn: TS Võ Viết Cường i III Q TRÌNH CƠNG TÁC CHUN MƠN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Thời gian 3/2010-3/2011 Nơi công tác Công việc đảm nhiệm Cty TNHH XD Cơ Điện Đất Phan Giám sát M&E Trường CĐN Đồng Nai Giáo viện Trường ĐH SPKT TP.HCM Học viên Trường ĐH SPKT TP.HCM Học viên Trường ĐH SPKT TP.HCM Học viên Trường CĐN Lilama2 Giáo viên 3/2011-7/2011 7/2011-4/2012 4/2012 đến i LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan công trình nghiên cứu tơi Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa cơng bố cơng trình khác Tp Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 2013 (Ký tên ghi rõ họ tên) Trần Tấn Nguyện ii LỜI CẢM ƠN Luận văn tốt nghiệp đánh dấu việc hoàn thành gần hai năm cố gắng học tập nghiên cứu luận văn đánh dấu cuối q trình học cao học Để có thành hôm nay, em xin chân thành bày tỏ lịng biết ơn Nhà trường, Thầy Cơ, Gia đình bạn bè, người ln cố gắng tạo điều kiện để em có kết tốt học tập Riêng luận văn này, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc thầy Trương Việt Anh giáo viên giảng dạy hướng dẫn Thầy tận tình giảng dạy bảo hướng dẫn cho em, tạo điều kiện thuận lợi giúp em vượt qua nhiều trở ngại suốt trình nghiên cứu Em xin chân thành cảm ơn thầy! Cuối cùng, xin cảm ơn tất bạn, người đồng hành em suốt khoá học trình thực chuyên đề Học viên thực thực Trần Nguyện iii MỤC LỤC Trang tựa Quyết định giao đề tài Xác nhận cán hướng dẫn Lý lịch khoa học Lời cam đoan Cảm tạ Tóm tắt Abstract Mục lục Danh sách chữ viết tắt Danh sách hình Danh sách bảng Chƣơng TỔNG QUAN TRANG i ii iii iv iv v vi vii viii 1.1 Tổng quan chung lĩnh vực nghiên cứu, kết nghiên cứu nước cơng bố 1.2 Mục đích đề tài 1.3 Nhiệm vụ đề tài giới hạn đề tài 1.4 Phương pháp nghiên cứu chƣơng CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Mơ hình pin mặt trời 2.2 Bộ chuyển đổi DC/DC 11 2.2.1 Bộ chuyển đổi DC/DC boost converter 11 2.2.2 Bộ chuyển đổi DC/DC buck converter 14 2.3 Điểm làm việc cực đại Pin mặt trời 17 2.4 Các phương pháp tìm điểm cực đại pin mặt trời phổ biến 20 2.4.1 Phương pháp điện áp số 20 2.4.2 Phương pháp P&O (Perturb and Observe) 22 2.4.3 Phương pháp INC (Incremental Conductance) 23 2.5 Pin mặt trời bị ảnh bóng che 25 v Chƣơng ĐỀ XUẤT BỘ CHUYỂN ĐỔI NĂNG LƢỢNG ĐÁP ỨNG CÁC ĐIỀU KIỆN THAY ĐỔI 3.1 Xây dựng cấu hình chung cho chuyển đổi lượng 29 3.2 Giải thuật đề xuất cho việc tìm điểm cực đại cho pin mặt trời bị bóng 31 3.2.1 Cấu hình DC/DC cho tồn hệ thống cánh đồng pin (cấu hình 1) 31 3.2.2 Cấu hình DC/DC cho pin (cấu hình 2) 3.3 Xây dựng mơ hình mơ giải thuật 32 33 3.3.1 Mơ hình Pin mặt trời 33 3.3.2 Cấu hình chuyển đổi NL cho cánh đồng pin mặt trời đề xuất 37 3.3.3 Bộ chuyển đổi DC/DC boost converter 39 Chƣơng KẾT QUẢ MÔ PHỎNG 4.1 Mơ hình mơ 43 4.1.1 Mơ hình hệ thống mơ cấu hình 43 4.1.2 Mơ hình hệ thống mơ cấu hình 46 4.2 Kết mô 47 Chƣơng KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 5.1 Mơ hình thực nghiệm 56 5.2 Kết thực nghiệm 66 chƣơng KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 6.1 Kết luận 70 6.2 Hướng phát triển đề tài 71 TÀI LIỆU THAM KHẢO 72 v Chương Chương TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan chung lĩnh vực nghiên cứu, kết nghiên cứu ngồi nước cơng bố Năng lượng mặt trời xạ vũ trụ lượng khổng lồ Mỗi giây phát 3,865.1026J, tương đương với lượng đốt cháy hết 1,32.1016 than đá tiêu chuẩn Nhưng bề mặt đất nhận phần lượng nhỏ 17,57 1016 J hay tương đương lượng đốt cháy 6.106 than đá Hình 1.1 Quang phổ mặt trời ngồi khí trái đất Hình 1.2 Thang sóng điện từ xạ mặt trời Chương Hình 1.1 Trình bày thang sóng điện từ xạ mặt trời ánh sáng nhìn thấy có bước sóng 0,4µm đến gần 0,8µm, chiếm phần nhỏ phổ sóng điện từ xạ mặt trời Bảng 1.1: Phân bố xạ mặt trời theo bước sóng Quang phổ Tia vũ trụ Tia x Tia tử ngoại C Tia tử ngoại B Tia tử ngoại A Bước súng < 1nm 0,1 nm 0,2 ữ 0,28 àm 0,28 ÷ 0,32 µm 0,32 ÷ 0,4 µm Mật độ lượng (W/m ) 6,978.10 5 6,978.10 7 7,864.10 2,122.10 8,073.10 Tia nhỡn thy 0,4 ữ 0,52 àm 0,52 ữ 0,62 àm 0,62 ữ 0,78 àm Tia hng ngoại Sóng vơ tuyến điện 0,57 1,55 5,90 2,24.10 1,827.10 2,280.10 4,125.102 1,836.102 2,637.101 6,987.10-9 6,987.10-10 6,987.10-9 0,78 ữ1,4 àm 1,4 ữ3 àm ữ100 àm 0,1 ÷10 cm 10 ÷100cm ÷ 20cm Tỷ lệ % 16,39 13,36 16,68 30,18 13,43 1,93 Tuy nhiên, đất bị bao bọc xung quanh tầng khí có chiều dài khoảng 7991 km bao gồm phân tử khí, nước, hạt bụi, hạt chất lỏng, chất rắn đám mây Vì vậy, xạ mặt trời xuyên qua lớp khí để đến mặt đất lượng phổ bị thay đổi đáng kể Ơ bên ngồi lớp khí đất, lượng xạ mặt trời số có giá trị 1353 W/m Ở Việt Nam, Vị trí địa lý ưu cho nguồn lượng tái tạo vô lớn, đặc biệt lượng mặt trời Trải dài từ vĩ độ 23023’ Bắc đến 8027’ Bắc, Việt Nam nằm khu vực có cường độ xạ mặt trời tương đối cao, lượng xạ mặt trời trung bình đạt đến 5kWh/m2 ngày Chương Lưu đồ chương trình chính: BEGIN KHỞI TẠO LCD, RS232-PC, KHỞI TẠO BỘ ĐIỀU RỘNG XUNG ĐỌC ĐIỆN ÁP HIỆN THỊ LCD VÀ TRUYỀN VỀ MÁY TÍNH ĐỌC DỊNG ĐIỆN HIỆN THỊ LCD VÀ TRUYỀN VỀ MÁY TÍNH TÍNH TỐN CƠNG SUẤT DELAY (THỜI GIAN LẤY MẪU) GIẢI THUẬT MPPT LƯU GIÁ TRỊ CÔNG SUẤT CẬP NHẬT ĐỘ RỘNG XUNG END Hình 5.9 Lưu đồ chương trình Chương trình vi xử lý PIC16F887 61 Chương while(1) { write_command(0x80); write_data('U');//1 write_data('(');//2 write_data('V');//3 write_data(')');//4 write_data(' ');//5 write_data(' ');//6 write_data('I');//7 write_data('(');//8 write_data('m');//9 write_data('A');//10 write_data(')');//11 write_data(' '); write_data('P');//13 write_data('(');//14 write_data('W');//15 write_data(')');//16 write_command(0xc0); ADC_volt(); ADC_volt_out(); ADC_amper(); congsuat (); giai_thuat (); } } void ADC_volt(void) { 62 Chương setup_adc(ADC_CLOCK_DIV_2); setup_adc_ports(sAN0); set_adc_channel(0); for (a=0;a < chongnhieu_ap;a++) { tmp_v = read_adc(); volt=(5000*tmp_v)/256; b = volt; c = c + b; } c = c/chongnhieu_ap; c = c*10; c = c/100; volt = c; V1=c; } void ADC_amper(void) { setup_adc(ADC_CLOCK_DIV_2); setup_adc_ports(sAN2); set_adc_channel(2); for (e=0;e < chongnhieu_dong;e++) { tmp_i = read_adc(); amper =(5000*tmp_i)/256; f = amper; g = g + f; } 63 Chương g = g/chongnhieu_dong; g = g*100; g = g/15; amper = g; } void congsuat(void) { c_s = V1*g; c_s = c_s/100; c_s = c_s/10; P1 = c_s; } void giai_thuat(void) { timer = timer + 1; duty = duty + 1; if (timer Pmpp) { Pmpp = P2; Vmpp = V1; Dmpp = duty; } } if (timer > 220) { duty = Dmpp; 64 Chương } trunggian_tren = Pmpp*12; trunggian_tren = trunggian_tren/10; can_tren = trunggian_tren; trunggian_duoi = Pmpp*8; trunggian_duoi = trunggian_duoi/10; can_duoi = trunggian_duoi; if (timer > 300) { if (P1>=can_tren) { timer = 30; duty = 30; Dmpp = 0; Pmpp = 0; Vmpp = 0; } if (P1