Mô phỏng, thi công hệ thống pin mặt trời nuôi tải DC và tìm hiểu vận hành hệ thống pin mặt trời độc lập AA10-121107_ISOLE

Giới thiệu chương trình Bond-Graph

-Icon: thể hiện icon của chi tiết, khi muốn chỉnh sửa icon, người dùng chỉ cần click vào icon của chi tiết ở cửa sổ Icon, cửa sổ Icon Editor xuất hiện cho người dùng thiết kế lại. - Biểu diễn điện áp rơi trên mỗi linh kiện bởi một điểm nối 1 với 3 liên kết, trong đó có hai mối liên kết với hai điểm nối 0 của hai nút nối với nó trong sơ đồ mạch điện.

Mô phỏng pin mặt trời

Có thể thấy rằng khi được chiếu sáng, nếu ta nối các bán dẫn p và n của một tiếp xúc p-n bằng một dây dẫn, thì pin Mặt Trời phát ra một dòng quang điện Iph. Dòng quang điện chạy trong mạch phải đi qua các lớp bán dẫn p và n, các điện cực, các tiếp xúc,…Đặt trưng cho tổng các điện trở của các lớp đó là một điện trở RS nối tiếp trong mạch (có thể coi là nội trở của pin mặt trời). Với mô hình như khi ta đang khảo sát hai giá trị dòng ngắn mạch Isc và áp hở mạch Voc thì trong một vài trường hợp mô hình không còn đúng nữa.

Điểm công suất cực đại (MPP) nằm gần đoạn gấp khúc của đồ thị V – A, là điểm mà tại đó tích của giá trị điện áp và dòng điện là cực đại. Giá trị điện áp và dòng điện tại điểm công suất cực đại được ký hiệu là Vm và Im trong tất cả các điều kiện khảo sát, VR và IR (rated voltage : áp định mức và rated current : dòng định mức) trông điều kiện khảo sát lý tưởng. Một cách khác để hình dung ra được vị trí của điểm công suất cực đại là đi tìm hình chữ nhật nằm dưới đường đồ thị V – A có diện tích lớn nhất có thể như ở hình 2.31.

Mạch biến đổi DC-DC

Để điều khiển nạp acquy từ hệ thống pin mặt trời ta sử dụng mạch Cuk là mạch biến đổi DC-DC tăng - giảm áp. Khi MOSFET dẫn, điện ỏp ngừ vào đặt lờn cuộn cảm L1,dũng qua L1 tăng dần theo thời gian, năng lượng được tích lại trên L1. Khi Q1 ngắt, điện cảm có khuynh hướng duy trì dòng điện qua nó sẽ tạo điện áp cảm ứng đủ để diode phân cực thuận, dòng điện này sẽ nạp cho tụ C1.

Tùy vào tỷ lệ giữa thời gian đóng ngắt của Mosfet mà giá trị điện áp ra có thể nhỏ hơn, bằng, hay lớn hơn giá trị điện áp vào. Trong mọi trường hợp thì dấu của điện áp ra là ngược với dấu của điện áp vào, do đó dòng điện đi qua điện cảm sẽ giảm dần theo thời gian. Trong mụ hỡnh ta dựng một nguồn tớn hiệu khụng đổi cú giỏ trị tớn hiệu ngừ ra là -Vout/Vin để đưa vào chân signal input của MTF.

Acquy

Dòng điện này sẽ gây ra quá trình hóa học ngược lại, dung dịch axit lại bị điện phân nhưng lần này các iôn chuyển dời ngược chiều với lúc đầu: hiđrô sẽ chạy về bản PbO2 và khử ôxi, làm cho bản này chở thành chì ôxit PbO. Dung lượng của Acquy là lượng điện (điện tích) mà Acquy đó sau khi đã được nạp đầy sẽ phát ra được trước khi hiệu điện thế giảm xuống đến mức ngừng. Mức ngừng là mức mà không nên bắt Acquy phát điện tiếp, nếu cứ để Acquy phát điện ở dưới mức ngừng thì sẽ giảm tuổi thọ của Acquy, thậm chí có thể làm Acquy chết ngay lập tức.

Đó là trường hợp dùng nhiều Acquy mắc nối tiếp nhau khi 1 Acquy đã phát hết điện mà những cái khác chưa hết điện và ta tiếp tục dùng thì cái hết điện trước sẽ bị đảo cực và hỏng hoàn toàn. Việc nạp được coi là kết thúc khi điện thế và tỷ trọng của Acquy ngừng tăng lên trong khoảng 1 giờ, và các Acquy sau khi nghỉ nạp 1 giờ khi nạp lại sẽ sôi ngay tức thì. Acquy là một nguồn áp có khả năng nạp như một tụ điện, từ đó ta có thể tương đương Acquy bằng mô hình một nguồn áp mắc nối tiếp với một tụ điện và một điện trở (nội trở của Acquy).

Mô phỏng mạch nạp Acquy trong hệ thống pin mặt trời độc lập

Điện áp từ pin mặt trời Vp qua bộ nhân Vbat / Vp-ref sẽ cho điện áp trên diode Vs = β.Vp. Điện áp hở mạch VOC từ pin mặt trời qua bộ nhân có hệ số Kv cho ta giá trị của Vp-ref. Theo định luật bảo toàn công suất ta có: Ie.Vp-ref = Vbat.IL2-ref.

Từ sơ đồ điều khiển như trên ta xây dựng được mô hình mô phỏng bằng chương trình Bond-Graph như hình 2.57.

Thi công mạch nạp Acquy từ nguồn pin mặt trời

HCPL 2231 gồm 2 Opto nhưng trong mạch trên ta chỉ cần cách ly tín hiệu PWM_CHARGE nên chỉ cần sử dụng Opto1 gồm: chân 1 nhận tín hiệu PWM_CHARGE, chõn 2 nối với GND của PIC, ngừ ra là chõn 7. Tương tự như mạch hồi tiếp dũng ngừ vào ở trờn, mạch hồi tiếp dũng ngừ ra cũng dùng cảm biến dòng là LTS25-NP và OP07 làm mạch khuếch đại. Ngoài ra mạch còn có phần mạch cảm phát hiện dòng, mạch này cũng tương tự như mạch phỏt hiện quỏ ỏp ở mạch hồi tiếp ỏp ngừ ra.

Vì nguồn điện cung cấp cho mạch là Acquy mà mạch điều khiển nạp nên cần phải có bộ nguồn cách ly để cấp cho vi điều khiển. Vì nguồn 5V nuôi khá nhiều linh kiện trong mặt điều khiển nên phải dùng 3 IC 205205S24FR mắc song song với nhau tránh trường hợp thiếu dòng gây tụt áp trên. Nếu trường hợp tụt áp xảy ra, PIC sẽ hoạt động không ổn định và các giá trị dòng, áp hồi tiếp không còn chính xác do điện áp chuẩn đã bị thay đổi.

Giới thiệu hệ thống pin mặt trời độc lập AA10 – 121107_Isole

Hồi tiếp giá trị dòng điện đầu vào từ pin mặt trời sau khi được nội suy từ giá trị điện áp. Hồi tiếp giá trị dòng điện đầu ra từ pin mặt trời và acquy sau khi được nội suy từ giá trị. Thực thi lệnh đóng ngắt nguồn DC từ pin mặt trời từ bộ điều khiển BP KA2 Relay từ được điều khiển bởi.

Thiết bị quản lí tự động có khả năng điều khiển nhiều thành phần chức năng của hệ thống. Cài đặt các thông số của hệ thống, điều chỉnh các khóa đóng ngắt của hệ thống, mạch nạp acquy, ngày vận hành, bộ duy trì. Đóng ngắt nguồn DC 24V từ acquy hoặc từ nguồn pin mặt trời phân phối cho phụ tải.

Vận hành hệ thống pin mặt trời độc lập AA10-121107_ISOLE

BP-GM là một thiết bị điều khiển quản lý năng lượng, với quá trình thu nhận dữ liệu có thể được sử dụng trong quang điện hay hệ thống năng lượng Mặt Trời khác ( tổ máy điện, máy phát, tự động hóa hỗn hợp). Dữ liệu theo hàng ngày(trung bình, lớn nhất, nhỏ nhất) kéo dài 2 tháng gần nhất và dữ liệu hàng tháng kéo dài 2 năm trước. Nếu muốn vào các menu khác thì tiếp tục nhấn phím , lần lượt các menu khác sẽ xuất hiện.

- Datapex cho phép kiểm tra hoạt động của những tham số đo được dạng àDatas hoặc BP-GM. Nú tương tự như cấu hỡnh tự động của àfonctions điều khiển tự động, từ phiờn bản 4.1 và cao hơn. Đóng lại, sau đó chọn Retrieval, xuất hiện cửa sổ BP – GM Data retrival, chọn ngày giờ bắt đầu và kết thúc.

Hướng phát triển

Vì chương trình Bond-Graph có thể mô phỏng được nhiều mô hình điện, cơ và cả về hóa học. Ví dụ như nuôi tải động cơ máy bơm nước, động cơ một chiều xe điện dùng pin mặt trời…. - Với thiết kế của mạch hoàn toàn có khả năng lập trình thành bộ tối ưu công suất.

Mạch điều khiển đã hoạt động tốt nên chỉ cần thay đổi mạch biến đổi công suất là có thể dùng cho những hệ thống có công suất lớn hơn. -Thi công một ứng dụng cụ thể như xe chạy bằng năng lượng mặt trời, máy bơm nước dùng năng lượng mặt trời, tủ lạnh hoặc hệ thống máy lạnh cho vùng sâu, vùng xa, những vùng nắng nóng, hạn hán hoặc trên các tàu đánh bắt cá xa bờ….