1 .2Các thành phần trong MicroGrid
1.3 .1Cấu trúc MicroGrid AC
2.1 Pin quang điện
2.1.1 Tổng quan về pin quang điện [14]
Sự cấp thiết của nhu cầu điện gia tăng, trong khi các nguồn điện truyền thống từ thủy điện, lưu lượng nước giảm do biến đổi khí hậu khơ hạn, khơng thể khai thác tối đa cơng suất. Nhiệt điện dùng nhiên liệu hóa thạch hữu hạn đã phải trả giá cao vì nhập khẩu và nguồn nguyên liệu này ngày càng khan hiếm và khai thác khó khăn hơn. Cường độ ánh sáng mạnh, do vậy, sự gia tăng sản lượng điện mặt trời đóng góp cho nền kinh tế toàn cầu là rất đáng kể, phục vụ tại chỗ, điện sạch, vận hành đơn giản và an toàn là những ưu điểm nổi trội của hệ thống điện mặt trời. Hiện nay, việc ứng dụng sử dụng điện mặt trời áp mái cung cấp nhu cầu tại chỗ giúp lượng điện năng mua từ hệ thống truyền tải và phân phối chung giảm áp lực đường dây, giảm quá tải hệ thống, giảm chi phí đầu tư mở rộng để đáp ứng nhu cầu gia tăng sử dụng điện hiện nay.
2.1.1.1 Cấu tạo pin quang điện:
Pin năng lượng mặt trời là thiết bị bán dẫn chứa lượng lớn các diode P-N, nhờ bức xạ bởi ánh sáng năng lượng mặt trời có khả năng chuyển đổi quang năng thành điện năng. Sự chuyển đổi này được gọi là hiệu ứng quang điện nên pin mặt trời còn hay thường được gọi là pin quang điện.
Một tấm pin(hay còn gọi là một module) được cấu tạo từ nhiều tế bào: Tấm pin 12 V gồm có 36 tế bào, đơi khi chỉ có 33 tế bào. Đối với tấm pin 24 V thì 72 tế bào là sự ghép lại hai khối 12 V.
Các tấm pin mặt trời quang điện là khối xây dựng chính trong hệ thống năng lượng mặt trời. Vì mỗi mơ-đun năng lượng mặt trời tạo ra một lượng điện năng hạn chế, việc cài đặt thường bao gồm nhiều mô-đun, được gọi là một mảng. Mảng tạo ra DC (dịng điện trực tiếp), có thể được lưu trữ trong pin hoặc chuyển đổi ngay lập tức thành AC (dòng điện xoay chiều) theo yêu cầu của các thiết bị thông thường. Thiết bị chuyển đổi năng lượng từ DC sang AC được gọi là biến tần.
Hình 3.1 Giải thích hiện tượng quang điện trong
Dựa trên hiệu ứng hiệu ứng quan điện trong để tạo ra dòng điện một chiều. Loại Silic tinh thể là loại pin mặt trời thông dụng nhất. Ngồi ra cịn các loại khác như GaAs, CdTe, CuInSe2,… Tinh thể Silic tinh khuyết là chất bán dẫn dẫn điện rất kém vì các điện từ bị kìm hãm bởi liên kết mạng, khơng có điện tử tự do. Khi nhận được ánh nắng kích thích với cường độ thích hợp, các điện tử bị bứt ra khỏi các liên kết. Khi đó các điện tử tích điện tích âm nhảy từ vùng hóa trị lên vùng dẫn và để lại một lỗ trống tích điện tích dương trong vùng hóa trị, tạo thành dịng một chiều.
2.1.2 Mơ hình tương đương [15]
Trong các nguồn năng lượng tái tạo phân tán, năng lượng từ hiệu ứng quang điện (PV) có thể được xem là nguồn năng lượng bền vững thiết yếu và tiên quyết nhất vì sự bức xạ vơ hạn của năng lượng mặt trời.
Nguồn dòng Iph đại diện cho tế bào quang điện. Rsh và Rs lần lượt là điện trở shunt và điện trở series của tế bào quang điện. Thơng thường thì Rsh có giá trị rất lớn và Rs có giá trị rất nhỏ nên do đó trong q trình phân tích và tính tốn thì thường sẽ bỏ q Rs để đơn giản hơn. Các tế bào quang điện nhóm lại thành các đơn vị lớn hơn được gọi là các mơ đun PV, sau đó các mơ đun PV sẽ liên kết với nhau trong cấu hình chuỗi song song để tạo thành các mảng PV.
Hình 3.2 Mơ hình tương đương của một tế bào quang điện
Mơ đun PV có thể mơ phỏng bằng các phương trình tương đương sau:
- Dịng điện quang điện:
- Dòng điện bảo hòa:
=
0
- Dòng điện ngược bão hòa:
=
- Dòng điện chạy qua điện trở Shunt:
Ish = + .
ℎ
- Dịng điện ngõ ra của mơ đun PV:
I = Iph – Io. [ exp( . ( + . ) ) -1 ] – Ish
. . .
Trong đó:
= 2.55 A: Dịng ngắn mạch của tế bào quang điện ở 25 ºC và 1000W/ 2 q: Điện tích điện tử (C) = 1,6.10−19
n: Hệ số lý tưởng = 1,6
K: Hằng số Boltzmann (J/K) = 1,38.10−23
T: Nhiệt độ (K)
Ego: Năng lượng của vật liệu bán dẫn Rs: Điện trở Series
Rsh: Điện trở Shunt
Hình 3.3 Đặc tính I-V và P-V của tế bào quang điện
Hiệu suất của pin năng lượng mặt trời thu được lớn nhất nếu như tấm pin năng lượng mặt trời đó ln hoạt động ở điểm cơng suất cực đại MPP(Max Power Point). Tại mỗi điểm làm việc trên đường phi tuyến P=f(V) hoặc I=f(V) sẽ ứng với một , và nhất định. Điểm làm việc công suất cực đại MPP là điểm mà tại đó sẽ thu được cơng suất lớn cực đại ứng với đường đặc tuyến thay đổi theo mơi trường.
Dựa vào đặc tính MPP này, nên sẽ bộ theo dõi điểm công suất cực đại MPPT (Max Power Point Tracking) của Leonics có thiết kế vi xử lý bên trong luôn theo dõi được quan hệ V-I, ép tấm pin mặt trời phải làm việc tại điểm công suất cực đại, nhằm làm cho các tấm pin mặt trời hấp thụ năng lượng tối đa công suất.
- Khi ghép nối tiếp các tấm pin năng lượng mặt trời với nhau:
+ Điện áp hở mạch của hệ thống bằng điện áp hở mạch của một tấm nhân với số lượng tấm pin mặt trời được mắc nối tiếp.
+ Dòng ngắn mạch của hệ thống khơng thay đổi và chính bằng dịng ngắn mạch của một tấm pin mặt trời.
I
Module Module Module V
Hình 3.4 Đặc tính array PV khi mắc nối tiếp
- Khi ghép song song các tấm pin năng lượng mặt trời với nhau:
+ Dòng ngắn mạch của hệ thống bằng dòng ngắn mạch của tấm năng lượng mặt trời nhân với số lượng tấm.
+ Điện áp hở mạch của hệ thống khơng thay đổi và chính bằng điện áp hở mạch của một tấm pin mặt trời
I
3 Module
2 Module
1 Module
V
Hình 3.5 Đặc tính array PV khi mắc song song
Thơng thường, yếu tố quyết định số lượng tấm pin năng lượng trong một array và số array trong hệ thống sẽ phụ thuộc vào quy mô của hệ thống, thống số của thiết bị MPPT và dây dẫn.
2.1.3 Mơ hình MG sử dụng pin quang điện
Hình 3.6 Mơ hình Pv Array 100 kW
Đây là mơ hình mơ tả chi tiết của mảng PV 100 kW được kết nối lưới 25 kV thông qua bộ chuyển đổi tăng cường DC-DC và VSC ba cấp ba pha. Mảng PV 100 kW sử dụng 330 mô-đun SunPower (SPR-305E-WHT-D). Mảng bao gồm 66 chuỗi gồm 5 mô-đun kết nối nối tiếp được kết nối song song (66 * 5 * 305,2 W = 100,7 kW). Mảng
PV sẽ cung cấp tối đa công suất 100 kW ở 1000 W / m ^ 2 bức xạ mặt trời. Bộ chuyển đổi tăng áp DC-DC 5-kHz tăng điện áp từ điện áp tự nhiên PV (273 V DC ở công suất
tối đa) lên 500 V DC. Chu kỳ nhiệm vụ chuyển đổi được tối ưu hóa bởi bộ điều khiển MPPT. Hệ thống MPPT này tự động thay đổi chu kỳ nhiệm vụ để tạo ra điện áp cần
thiết để trích xuất cơng suất tối đa. VSC 3 pha 3 cấp 1980-Hz. VSC chuyển đổi điện áp liên kết 500 V DC thành 260 V AC và giữ hệ số công suất thống nhất. Hệ thống điều khiển VSC sử dụng hai vòng điều khiển: vịng điều khiển bên ngồi điều chỉnh điện áp liên kết DC đến +/- 250 V và vòng điều khiển bên trong điều chỉnh dòng điện lưới Id và Iq (các thành phần dòng hoạt động và phản kháng). Tham chiếu hiện tại id là đầu ra của bộ điều khiển bên ngoài điện áp DC. Tham chiếu hiện tại của Iq được đặt thành 0 để duy trì hệ số cơng suất thống nhất. Đầu ra điện áp Vd và Vq của bộ điều khiển hiện tại được chuyển đổi thành ba tín hiệu điều chế Uabc_ref được sử dụng bởi Bộ tạo PWM. Hệ thống điều khiển sử dụng thời gian mẫu là 100 micro giây cho bộ điều khiển điện áp và hiện tại cũng như cho đơn vị đồng bộ hóa PLL. Bộ lọc sóng hài 10-kvar do VSC sản xuất giúp ổn định điện áp. Máy biến áp ghép ba pha 100-kVA 260V / 25kV .
Lưới tiện ích (bộ cấp phát 25 kV + hệ thống truyền tương đương 120 kV).