PV là thiết bị chuyển đổi năng lƣợng của bức xạ mặt trời (BXMT) thành điện năng.
Một tế bào PV cell hay tổng quát cho một PV Array (PVA) có thể đƣợc mô tả bằng mô hình vật lý và sơ đồ mạch điện thay thếnhƣ trên hình 2.3, [2]
Hình 2. 3 Cấu trúc vật lý và sơ đồ mạch điện thay thế của PV cell
và các phƣơng trình đặc trƣng (1), (2): p d SC I I I I (14) 0 ( ) exp S 1 S SC P q V IR V IR I I I kT R (15) Trong đó:
- Id là dòng điện qua diode (A), - Vd là điện áp trên diode (V), - I0là dòng điện ngƣợc bão hòa, - Io≈10-12
- q là điện lƣợng của electron, q=1,602×10-19 (C), - k là hằng số Boltzmann, k=1.381×10-23(J/K), - T là nhiệt độ tại tiếp giáp (K).
Phƣơng trình (1) và (2) là cơ sở cho xây dựng hai đặc tính V-I và V-P của một
PV panel đƣợc trích dẫn từ đặc tính của một PV panel Model QQ.BBAASSEE 215- 230 do ETAP cung cấp nhƣ trên hình 2.4 và hình 2.5.
Hình 2. 4 Họđặc tính P-V (W-V)
Hình 2. 5 Họ dặc tính I-V (A-V)
Trong đó thể hiện những yếu tố rất quan trọng cần thiết cho tính toán thiết kế và khai thác sử dụng nguồn pin mặt trời.
31
Từ các PV cell sẽđƣợc tổ hợp thành nguồn điện PVArray theo phƣơng thức: PV Cell → PV Modul → PV Panel → PV Arraynhƣ mô tả trên hình 2.6, [3,4,5]
Hình 2. 6 Phƣơng thức tổ hợp nguồn điện PVA
Thông thƣờng các PVA đƣợc khai thác trong dải BXMT (200 – 1000) W/m2. Chú ý rằng, BXMT mà PVA nhận đƣợc luôn thay đổi do phụ thuộc một số yếu tố sau [5,6]:
1- Trạng thái lắp đặt PVA thể hiện qua: vị trí địa lý (vĩ độ, kinh độ), góc nghiêng
, các góc phƣơng vị Cnhƣ mô tả trên hình 2.7
2- Giờ trong ngày: vị trí mặt trời thể hiện qua góc hƣớng mặt trời S, góc độ cao
nhƣ mô tả trên hình 2.8.
Hình 2. 8 Vị trí tƣơng đối giữa mặt trời và PVA
Trong thực tế, các PVA có thểđiều khiển góc xoay nhằm đón nhận đƣợc cƣờng
độ BXMT lớn nhất tại các thời điểm nhƣ mô tả trên hình 2. 9.
Hình 2. 9 PVA có điều chỉnh góc quay
β N E W S Giữa trưa Hoàng hôn Bình minh Φs IB IB IB IB
33
Tuy nhiên, đối với các PVA đặt trên mái nhà việc thay đổi góc xoay là không khả
dụng. Tổng quát, các PVA đặt tĩnh trên mái nhà nhƣ trên hình 2.15, hình 2.16, cƣờng độ
bức xạ PVA nhận đƣợc tại mọi thời điểm ban ngày đƣợc tính theo biểu thức (16) và (17):
IBC = IBcosθ, W/m2 (16)
cosθ = cosβcos(S−C)sin+sinβ cos (17)
Tƣơng ứng, năng lƣợng mà PVA có thể phát ra trong ngày đƣợc mô tảnhƣ đồ thị
trên hình 2.10,[7].
Hình 2. 10 Năng lƣợng của PVA phát ra trong ngày
Các phân tích trên đây đã cung cấp đủcơ sởđể thiết lập một bộ nguồn pin quang
điện PVA tham gia vào hệ nguồn G-PVA cho một mạng điện tòa nhà cụ thể. Tuy nhiên, PVA cần phải đƣợc kết hợp với bộ biến đổi DC/AC. Điều này đã đƣợc các nhà sản xuất thƣơng mại hóa thành các sản phẩm hợp bộ PV-Inverter với các model khác nhau theo chuẩn IEC, IEEE, ANSI.
Trong nghiên cứu này, PVA đƣợc áp dụng kết hợp lƣới điện phân phối nhƣ một thiết bị bù công suất (P và Q) nhằm tận dụng tối đa nguồn năng lƣợng mặt trời tại chỗ,
đồng thời đề xuất một cấu trúc và những kịch bản vận hành hiệu quả nhất cho một mạng nguồn điện lai kết hợp giữa nguồn điện lƣới và nguồn phân tán pin mặt trời (G- PVA). Trong đó:
- PVA đóng vai trò biến đổi quang năng thành điện năng dạng một chiều DC [6]; - Inverter đóng vai trò của bộ biến đổi DC-DC/AC và điều khiển đƣợc tỷ lệ P/Q theo thông qua hệ sốPF [3]. Trong trƣờng hợp này, G-PVA có thể áp dụng cấu trúc và
Hình 2. 11 Cấu trúc G-PVA và hệđiều khiển
Hình 2. 12 Cấu trúc điều khiển PVA kết nối lƣới trực tiếp.
Từcác cơ sởphân tích trên đây, nguồn pin mặt áp dụng đối với lộ473, 474 đƣợc áp dụng với 02 mô hình cơ bản là:
35
1- Mô hình nguồn PVA mái nhà.
2- Mô hình nguồn PVA bãi trống công suất nhỏ.