2.4.4.1 Xáo trộn và theo dõi P&O
Đây là thuật tốn thường được dùng nhất để tìm điểm cơng suất cực đại, nĩ dựa vào việc làm thay đổi điện áp và theo dõi tỷ số dP/dt. Dấu của đạo hàm điện áp cho biết điện áp tăng hay giảm và điện áp cĩ thể giảm hoặc tăng tới khi đạt được điểm cơng suất cực đại và lúc đĩ đạo hàm bằng 0. Bởi vì thuật tốn này dựa trên việc thay đổi, nên sẽ cĩ sự dao động thậm chí khi đạt được điểm cơng suất cực đại.
Thuyết minh thuật tốn P&O (hình 2.34):
- Nếu tăng điện áp, cơng suất thu được tăng, thì chu kỳ sau tiếp tục tăng điện áp - Nếu tăng điện áp, cơng suất thu được giảm, thì chu kỳ sau giảm điện áp
- Nếu giảm điện áp, cơng suất thu được tăng, thì chu kỳ sau tiếp tục giảm điện áp - Nếu giảm điện áp, cơng suất thu được giảm, thì chu kỳ sau tăng điện áp
* Nhược điểm của thuật tốn P&O:
Theo lưu đồ trên ta thấy thuật tốn P&O phụ thuộc rất lớn vào thời gian lấy mẫu so sánh. Trong trường hợp cường độ chiếu sáng khơng đổi giải thuật P&O hoạt động rất tốt khi truy tìm điểm cực đại. Tuy nhiên, khi cường độ chiếu sáng thay đổi thuật tốn P&O sẽ sai bởi vì hệ MPPT khơng hiểu được cơng suất tăng do thay đổi cường độ chiếu sáng chứ khơng phải do sự dao động điện áp khi làm việc. Kết quả là
thuật tốn sẽ giảm điện áp hoặc tăng điện áp liên tục do nhận thấy cơng suất đo lúc sau vẫn lớn hơn lúc đầu.
Hình 2.34: Lưu đồ thuật tốn P&O. Ta xét một hệ PV phát năng lượng về lưới điện:
Hình 2.35: Hệ PV phát năng lượng về lưới điện
Khi chiếu độ tăng lên, đường cong cơng suất sẽ thay đổi từ P1 sang P2 (hình 2.36) Giả sử ở thời điểm k hệ MPPT đang điều khiển PV hoạt động ở điểm A, thời điểm k+1 chiếu độ tăng nhanh. Lúc đĩ P[k+1] > P[k] và giả sử điện áp lúc đĩ V[k+1] > V[k] , thì theo thuật tốn P&O hệ MPPT sẽ tăng điện áp lên và lúc đĩ điểm làm việc sẽ là điểm C (khơng phải điểm cực đại)
Hình 2.36: Khi chiếu độ thay đổi điểm MPP sẽ sai theo thuật tốn P&O.
Ta nhận thấy nguyên nhân dẫn đến sự hoạt động sai của thuật tốn P&O là khơng phân biệt được sự thay đổi cơng suất do thay đổi điện áp với sự thay đổi cơng suất do thay đổi cường độ chiếu sáng.
Yêu cầu đề ra để giải quyết sự hoạt động sai này là:
1. thuật tốn MPPT chỉ hoạt động hiệu quả khi khơng cĩ sự thay đổi chiếu độ (trên cùng một đường cong cơng suất)
2. Khi cĩ sự thay đổi chiếu độ thì giữ nguyên điện áp đang hoạt động ở điểm MPP cũ đến khi chiếu độ ổn định thì mới tiếp tục truy tìm MPP theo điện áp.
Và thuật tốn P&O cải tiến sẽ giải quyết vấn đề này.
* Thuật tốn P&O cải tiến [19]:
Giải thuật này dựa vào sự tính tốn và so sánh dịng ngắn mạch Isc. Ta biết mỗi loại pin PV tương ứng với mỗi cường độ chiếu sáng cĩ một dịng ngắn mạch (ứng với V = 0) với cường độ tương ứng. Dịng ngắn mạch này thuộc về bản chất vật lý của PV. Theo hình 2.37, ta cĩ: 38.9( ) 0 0 1 1 ( ) at 25 C S V IR SC S P I I I e V IR R (2.18)
Điện trở nối tiếp Rs, điện trở song song Rp là các hệ số đặc trưng cho diode quang điện, phản ánh sự tiêu hao của diode quang thực tế với diode quang lý tưởng.
Hình 2.37: Cấu tạo một Cell PV
Ta dùng hệ số n thay thế cho tham số Rs và Rp gọi là hệ số khơng lý tưởng của diode, suy ra:
( )/( . ) (1 V VOC ns Vt ) SC I I e (2.19) Trong đĩ : I: là dịng điện làm việc V: điện áp làm việc Isc: Dịng điện ngắn mạch Voc: Điện áp hở mạch ns : Số pin PV mắc nối tiếp Vt = (K.T.n)/q , với:
K = 1,381 x 10-23 : hằng số Boltzman T (°K) : nhiệt độ tuyệt đối
n = 1-5, hệ số khơng lý lưởng của diode q = 1,062 x 10-19 : điện tích electron.
Ta thấy I, V cĩ thể đo được, các thơng số cịn lại đều cĩ thể biết được do nhà sản xuất cung cấp. Ta cĩ thể xác định Isc
Isc = I / ( 1 - e(V-Voc)/(ns.Vt)) (2.20) Bất cứ điểm làm việc ở đâu, mỗi cặp giá trị (I,V) đều là duy nhất trong mơ hình PV, do đĩ ta cĩ thể tính tốn ngược về Isc.
Nếu khơng cĩ sự thay đổi cường độ chiếu sáng, bất cứ điểm làm việc ở đâu đều cĩ thể xác định được giá tri Isc giống nhau. Khi cĩ sự thay đổi cường độ chiếu sáng, Isc sẽ thay đổi tỷ lệ thuận với cường độ chiếu sáng.
theo giải thuật P&O truy tìm điểm cực đại theo điện áp. Nếu Isc thay đổi sẽ giữ nguyên điện áp làm việc.
Hình 2.38: Đặc tính P- I của mơđun PV khi chiếu độ thay đổi. Lưu đồ thuật tốn này sẽ được giải thích và mơ phỏng ở phần 4.2.2.1.