5.3.1. Trường hợp không bị bóng râm
Giả sử rằng array pin quang điện với các module nhận cùng một mức bức xạ G = 1000 (W/m2). Khi ấy, các đặc tính V-I và V-P của array pin quang điện được biểu diễn như hình 5.7 và 5.8.
Từ các hình 5.7 và 5.8, nhận thấy rằng: Voc_array = 90,8 (V)
Isc_array = 33,2 (A)
Các đặc tuyến hình 5.7 và 5.8 của array pin quang điện có dạng hoàn toàn tương tự như các đặc tuyến module pin quang điện trong trường hợp array pin quang điện nhận được cùng mức bức xạ, G = 1000 (W/m2
).
54
Hình 5.8. Đặc tuyến V-P của array pin quang điện trong trường hợp không bị bóng râm Bằng việc sử dụng thuật toán MPPT cho hệ pin quang điện này, công suất thu được của hệ pin quang điện được biểu diễn như hình 5.9. Điện áp và cường độ dòng điện của hệ pin quang điện được điều khiển để có thể bám điểm công suất cực đại lần lượt là các đặc tuyến hình 5.10 và 5.11.
Hình 5.9. Công suất thu được của hệ pin quang điện trong trường hợp bỏ qua hiện tượng bóng râm
55
Hình5.10. Điện áp ngõ ra của hệ pin quang điện trong trường hợp bỏ qua hiện tượng bóng râm
Hình 5.11. Cường độ dòng điện ngõ ra của hệ pin quang điện trong trường hợp bỏ qua hiện tượng bóng râm
Trong hình 5.10, thuật toán P&O đã được sử dụng để tìm điểm công suất cực đại và điều khiển bám điểm công suất cực đại thông qua bộ biến đổi điện tử công suất DC/DC, quá trình này đã được thực hiện để luôn luôn duy trì công suất ngõ ra của hệ pin quang là cực đại.
VMPP = 66.63 (V) IMPP = 31.45 (A) PMPP = 2095,51 (W)
56
5.3.2. Trường hợp bị bóng râm5.3.2.1. Trường hợp 1 5.3.2.1. Trường hợp 1
Giả sử rằng array bị che một phần với các bức xạ nhận được bởi các module lần lượt là: G19=700 (W/m2), các module còn lại không bị che có G = 1000 (W/m2).
Hình 5.12. Array pin quang điện bị bóng râm tại Module 19
5
58
Hình 5.14. Đặc tuyến V-P xét đến hiệu ứng bóng râm, trường hợp 1
Hình 5.13 và 5.14 biểu diễn các đặc tuyến V-I và V-P của hệ pin quang điện xét đến hiệu ứng bóng râm tại module số 19. Do ảnh hưởng của hiệu ứng bóng râm đặc tuyến V-P, hình 5.14 xuất hiện nhiều điểm cực trị, trong số các điểm cực trị sẽ tồn tại một điểm cực đại toàn cục mà thuật toán P&O cần xác định và thực hiện điều khiển bám điểm công suất cực đại toàn cục này, nhằm đảm bảo công suất thu được của hệ pin quang điện luôn là cực đại.
59
Hình 5.16. Điện áp ngõ ra của hệ pin quang điện, trường hợp 1
0
Hình 5.17. Cường độ dòng điện của hệ pin quang điện, trường hợp 1
Hình 5.15 - 5.17 là các đặc tuyến công suất, điện áp và cường độ dòng điện của hệ pin quang điện tương ứng với module số 19 bị che. Trong trường hợp này do số module bị che không đáng kể tương ứng với lượng bức xạ cũng giảm không đáng kể, vì vậy công suất thu được của hệ pin quang điện cũng không bị ảnh hưởng nhiều.
VMPP = 65,67 (V) IMPP = 30,97 (A) PMPP = 2033,8 (W)
60
5.3.2.2. Trường hợp 2
Giả sử rằng array bị che một phần với các bức xạ nhận được bởi các module lần lượt là: G13 = G19 = G20 = 700 (W/m2), các module còn lại không bị che có G = 1000 (W/m2).
Hình 5.18. Array pin quang điện bị bóng râm tại Module 13, 19 và 20
61
Hình 5.20. Đặc tuyến V-P xét đến hiệu ứng bóng râm, trường hợp 2
Tương tự, hình 5.19 và 5.20 biểu diễn các đặc tuyến V-I và V-P của hệ pin quang điện xét đến hiệu ứng bóng râm tại các module số 13, 19 và 20. Do ảnh hưởng của hiệu ứng bóng râm đặc tuyến V-P, hình 5.20 xuất hiện nhiều điểm cực trị, trong số các điểm cực trị sẽ tồn tại một điểm cực đại toàn cục mà thuật toán P&O cần xác định và thực hiện điều khiển bám điểm công suất cực đại toàn cục này, nhằm đảm bảo công suất thu được của hệ pin quang điện luôn là cực đại.
62
Hình 5.22. Điện áp ngõ ra của hệ pin quang điện, trường hợp 2
Hình 5.23. Cường độ dòng điện ngõ ra của hệ pin quang điện, trường hợp 2
Hình 5.21-5.23 là các đặc tuyến công suất, điện áp và cường độ dòng điện của hệ pin quang điện tương ứng với các module số 13, 19 và 20 bị che. Trong trường hợp này do số các module bị che là đáng kể, 03 module. Khi ấy, lượng bức xạ nhận được bởi hệ pin quang điện cũng sẽ giảm đáng kể, vì vậy công suất thu được của hệ pin quang điện đã bị ảnh hưởng và giảm một lượng ∆P = 2095,51 - 1799,87 = 295,64 W.
VMPP = 65,26 (V) IMPP = 27,58 (A) PMPP = 1799,87 (W)
63
5.3.2.3. Trường hợp 3
Giả sử rằng array bị che một phần với các bức xạ nhận được bởi các module lần lượt là: G7 = G13 = G14 = G19 = G20 = G21 = 700 (W/m2), các module còn lại không bị che có G = 1000 (W/m2).
Hình 5.24. Array pin quang điện bị bóng râm tại Module 7, 13, 14, 19, 20 và 21
64
Hình 5.26. Đặc tuyến V-P xét đến hiệu ứng bóng râm, trường hợp 3
Tương tự, hình 5.25 và 5.26 biểu diễn các đặc tuyến V-I và V-P của hệ pin quang điện xét đến hiệu ứng bóng râm tại các module số 7, 13, 14, 19, 20 và 21. Do ảnh hưởng của hiệu ứng bóng râm đặc tuyến V-P, hình 5.20 xuất hiện nhiều điểm cực trị, trong số các điểm cực trị sẽ tồn tại một điểm cực đại toàn cục mà thuật toán P&O cần xác định và thực hiện điều khiển bám điểm công suất cực đại toàn cục này, nhằm đảm bảo công suất thu được của hệ pin quang điện luôn là cực đại.
65
Hình 5.28. Điện áp ngõ ra của hệ pin quang điện, trường hợp 3
Hình 5.29. Cường độ dòng điện ngõ ra của hệ pin quang điện, trường hợp 3
Hình 5.27 - 5.29 là các đặc tuyến công suất, điện áp và cường độ dòng điện của hệ pin quang điện tương ứng với các module số 7, 13, 14, 19, 20 và 21 bị che. Trong trường hợp này do số các module bị che là đáng kể, 06 module. Khi ấy, lượng bức xạ nhận được bởi hệ pin quang điện cũng sẽ giảm đáng kể, vì vậy công suất thu được của hệ pin quang điện đã bị ảnh hưởng và giảm một lượng ∆P=2095,51 - 1706,96 = 388,55W. VMPP = 72,39 (V)
IMPP = 23,58 (A) PMPP = 1706,96 (W)
66
5.3.2.4. Trường hợp 4
Giả sử rằng array bị che một phần với các bức xạ nhận được bởi các module lần lượt là: G1 = G7 = G8 = G13 = G14 = G15 = G19 = G20 = G21 = G22 = 700 (W/m2), các module còn lại không bị che có G = 1000 (W/m2).
Hình 5.30. Array pin quang điện bị bóng râm tại Module 1, 7, 8, 13, 14, 15, 19, 20, 21 và 22
67
Hình 5.32. Đặc tuyến V-P xét đến hiệu ứng bóng râm, trường hợp 4
Tương tự, hình 5.31 và 5.32 biểu diễn các đặc tuyến V-I và V-P của hệ pin quang điện xét đến hiệu ứng bóng râm tại các module số 1, 7, 8, 13, 14, 15, 19, 20, 21 và 22. Do ảnh hưởng của hiệu ứng bóng râm đặc tuyến V-P, hình 5.32 xuất hiện nhiều điểm cực trị, trong số các điểm cực trị sẽ tồn tại một điểm cực đại toàn cục mà thuật toán P&O cần xác định và thực hiện điều khiển bám điểm công suất cực đại toàn cục này, nhằm đảm bảo công suất thu được của hệ pin quang điện luôn là cực đại.
68
Hình 5.34. Điện áp ngõ ra của hệ pin quang điện, trường hợp 4
Hình 5.35. Cường độ dòng điện ngõ ra của hệ pin quang điện, trường hợp 4 Hình 5.33-5.35 là các đặc tuyến công suất, điện áp và cường độ dòng điện của hệ pin quang điện tương ứng với các module số 1, 7, 8, 13, 14, 15, 19, 20, 21 và 22 bị che. Trong trường hợp này do số các module bị che là đáng kể, 10 module. Khi ấy, lượng bức xạ nhận được bởi hệ pin quang điện cũng sẽ giảm đáng kể, vì vậy công suất thu được của hệ pin quang điện đã bị ảnh hưởng và giảm một lượng,
∆P=2095,51 - 1668,21 = 427,30W. VMPP = 71,63 (V)
IMPP = 23,29 (A) PMPP = 1668,21 (W)
69
5.4. Kết luận
Trong trường hợp xét đến hiệu ứng bóng râm, công suất thu được luôn nhỏ hơn trường hợp không bị bóng râm. Tùy theo tỷ lệ bóng râm mà công suất thu được của hệ pin quang điện sẽ bị suy giảm tương ứng.
Bằng việc sử dụng thuật toán P&O phục vụ cho việc tìm kiếm điểm công suất cực đại toàn cục và thực hiện điều khiển bám điểm công suất cực đại toàn cục thông qua các bộ chuyển đổi công suất DC/DC, công suất thu được của hệ pin quang điện luôn đảm bảo được giá trị cực đại.
70
Chương 6
KẾT LUẬN VÀ
HƯỚNG PHÁT TRIỂN TƯƠNG LAI 6.1. Kết luận
Luận văn đã đạt được các kết quả bao gồm:
- Nghiên cứu và khảo sát các đặc tính của hệ pin quang điện trong các điều kiện của nhiệt độ và bức xạ mặt trời khác nhau.
- Nghiên cứu và khảo sát các đặc tính của hệ pin quang điện trong các điều kiện không xét và xét đến hiện tượng bóng râm.
- Nghiên cứu các thuật toán điều khiển bám điểm công suất cực đại. Trong số các thuật toán đã được nghiên cứu, luận văn đã sử dụng thuật toán P&O như là một trong các thuật toán đơn giản và hiệu quả nhất để tìm kiếm điểm công suất cực đại toàn cục.
- Các kết quả mô phỏng cho thấy sự hiệu quả của thuật toán được sử dụng cho việc tìm kiếm và điều khiển bám điểm công suất cực đại tương ứng với các trường hợp che khuất khác nhau. Khi ấy, công suất thu được của hệ pin quang điện sẽ bị suy giảm tương ứng với các tỷ lệ che khuất khác nhau.
6.2. Hướng phát triển tương lai
Phạm vi nghiên cứu của đề tài được giới hạn ở một số điểm mà trên cơ sở này có thể được nghiên cứu và phát triển trong tương lai:
- Hệ pin quang điện trong nghiên cứu này sẽ được nghiên cứu mở rộng để có thể cung cấp cho các tải AC thông qua các bộ biến đổi công suất DC/AC với chất lượng điện năng AC được đảm bảo về giá trị biên độ và dạng sóng của điện áp cũng như tần số.
- Hệ pin quang điện trong nghiên cứu này sẽ được nghiên cứu mở rộng để kết nối với lưới điện quốc gia.
- Khảo sát và nghiên cứu các ảnh hưởng của ổn định hệ thống điện khi kết nối nguồn pin quang điện vào lưới điện quốc gia.
- Nghiên cứu sẽ được tiếp tục phát triển cho các thuật toán bám điểm công suất cực đại khác mà có thể nâng cao hơn nữa hiệu quả khai thác nguồn năng lượng mặt trời.
71
- Nghiên cứu sẽ được tiếp tục phát triển mà sẽ xem xét cho các trường hợp của hiệu ứng bóng râm khác nhau mà có thể ảnh hưởng đến hiệu suất khai thác nguồn năng lượng mặt trời.
72
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[2.1] N. Femia, D. Granozio, G. Petrone, G. Spaguuolo, M. Vitelli, “Optimized one- cycle control in photovoltaic grid connected applications”, IEEE Trans. Aerosp. Electron. Syst., Vol. 2, No. 3, 2006.
[2.2] W. Wu, N. Pongratananukul, W. Qiu, K. Rustom, T. Kasparis and I. Batarseh, “DSP-based multiple peak power tracking for expandable power system”, Proc. APEC, 2003.
[2.3] C. Hua and C. Shen, “Comparative study of peak power tracking techniques for solar storage system”, Proc. APEC, 1998.
[2.4] D. P. Hohm and M. E. Ropp, “Comparative study of maximum power point tracking algorithms using an experimental, programmable, maximum power point tracking test bed”, Proc. Photovoltaic Specialist Conference, 2000.
[2.5] K. H. Hussein, I. Muta, T. Hoshino and M. Osakada, “Maximum power point tracking: an algorithm for rapidly chancing atmospheric conditions”, IEE Proc. Gener. Transm. Distrib., Vol. 142, No. 1, 1995.
[2.6] X. Sun, W. Wu, X. Li and Q. Zhao, “A research on photovoltaic energy controlling system with maximum power point tracking”, Power Conversion Conference, 2002.
[2.7] T. L. Kottas, Y. S. Boutalis and A. D. Karlis, “New maximum power point tracker for PV arrays using fuzzy controller in close cooperation with fuzzy cognitive network”, IEEE Trans. Energy Conv., Vol. 21, No. 3, 2006.
[2.8] J. Jiang, T. Huang, Y. Hsiao, and C. Chen, “Maximum power tracking for photovoltaic for power systems”, Tamkang Journal of Science and Engineering, Vol. 8, No. 2, 2005.
[2.9] D. Sera, T. Kerekes, R. Teodorescu and F. Blaabjerg, “Improved MPPT algorithms for rapidly changing environmental conditions”, IEEE
Conference, 2008. [2.10] M. A. Younis, T. Khatib, M. Najeeb and A. M. Ariffin, “An improved maximum power point tracking controller for PV systems using Artificial neural network”, Malaysian Journal, 2012.
[2.11] B. Das, A. Jamatia, A. Chakraborti, P. R. Kasari and M. Bhowmik, “New perturb and observe MPPT algorithm and its validation using data from PV
73
module”, International Journal of Advances in Engineering and Technology, IJAET, Vol.4, Iss.1, pp. 579-591, 2012.
[2.12] M. Abdulazeez and I. Iskender, “Simulation and experimental study of shading effect on series and parallel connected photovoltaic PV modules”, IEEE Conference, pp. I28-I32.
[2.13] R. Ramaprabha, B. L. Mathur, “Impact of partial shading on solar PV module containing series connected cells”, International Journal of Recent Trends in Engineering, vol. 2, no. 7, pp. 56-60, 2009.
[2.14] G. Venkateswarlu and P. S. Raju, “Maximization of electrical energy in PV cell using MPPT under partial shaded conditions with uniform isolations”, International Journal of Advanced Engineering Research and Studies, pp. 98-101, 2011.
[3.1] G. M. Master, Renewable and efficient electric power systems, A John
Wiley & Sons, Inc., Publication, 2004.
[3.2] www.theenergycollective.com
[4.1] G. M. Master, Renewable and efficient electric power systems, A John Wiley & Sons, Inc., Publication, 2004.
[4.2] C. Hua and C. Shen, “Comparative study of peak power tracking techniques for solar storage system”, Proc. APEC, 1998.
[4.3] D. P. Hohm and M. E. Ropp, “Comparative study of maximum power point tracking algorithms using an experimental, programmable, maximum power point tracking test bed”, Proc. Photovoltaic Specialist Conference, 2000.
[4.4] K. H. Hussein, I. Muta, T. Hoshino and M. Osakada, “Maximum power point tracking: an algorithm for rapidly chancing atmospheric conditions”, IEE Proc. Gener. Transm. Distrib., Vol. 142, No. 1, 1995.
[4.5] X. Sun, W. Wu, X. Li and Q. Zhao, “A research on photovoltaic energy controlling system with maximum power point tracking”, Power Conversion Conference, 2002.
74
photovoltaic for power systems”, Tamkang Journal of Science and Engineering, Vol. 8, No. 2, 2005.
[4.7] D. Sera, T. Kerekes, R. Teodorescu and F. Blaabjerg, “Improved MPPT algorithms for rapidly changing environmental conditions”, IEEE
Conference, 2008. [4.8] B. Das, A. Jamatia, A. Chakraborti, P. R. Kasari and M. Bhowmik, “New perturb and observe MPPT algorithm and its validation using data from PV module”, International Journal of Advances in Engineering and Technology, IJAET, Vol.4, Iss.1, pp. 579-591, 2012.