Trong đó Ns và Np chính là số panel PV nối tiếp và song song trong một mảng (array) PV.
Hình 5. 8 Đặc tuyến V-I khi nhiệt độ thay đổi, bức xạ khơng đổi
Hình 5. 10 Đặc tuyến P-I khi nhiệt độ thay đổi, bức xạ khơng đổi
Trong các hình 5.8 đến 5.10 mơ tả các mối quan hệ như V-I, P-V và P-I của tấm pin mặt trời khi nhiệt độ trên bề mặt tấm pin thay đổi ở các điểm như 25, 35, 45 và 55 độ C. Trong khảo sát này, bức xạ được giữ khơng đổi là 900W/m2.
Ở hình 5.8, ta thấy khi nhiệt độ thay đổi chỉ làm thay đổi áp hở mạch của pin, khơng ảnh hưởng tới dịng ngắn mạch. Chính vì vậy, điểm cơng suất cực đại có xu hướng dịch sang trái khi nhiệt độ tăng.
Ở hình 5.9, khi nhiệt độ tăng, cơng suất giảm. Có 4 điểm mà tại đó PV cho cơng suất cực đại tương ứng với 4 điều kiện hoạt động về nhiệt độ. Điện áp tại MPP giảm dần khi nhiệt độ tăng. Tại 55oC là 18.55V, công suất cực đại tương ứng là 132.7W. Tại 45oC là 19.54V, công suất cực đại tương ứng là 140.2W. Tại 35oC là 20.56V, công suất cực đại là 147.7W. Tại 25oC là 21.52V, công suất cực đại là 155.1W. Các giải thuật tìm kiếm MPP, phải tìm kiếm thành cơng các điểm này để ép PV luôn luôn cho công suất lớn nhất tùy thuộc vào từng điều kiện hoạt động.
Ở hình 5.10, nếu xét theo đồ thị P-I thì điểm cơng suất cực đại chỉ di chuyển theo trục tung khi nhiệt độ thay đổi. Thành phần dịng ngắn mạch ít thay đổi so với điện áp hở mạch.
Hình 5. 11 Đặc tuyến V-I khi bức xạ thay đổi, nhiệt độ khơng đổi
Hình 5. 13 Đặc tuyến P-I khi bức xạ thay đổi, nhiệt độ khơng đổi
Trong các hình 5.11 đến 5.13 mơ tả các mối quan hệ như V-I, P-V và P-I của tấm pin mặt trời khi bức xạ trên bề mặt tấm pin thay đổi ở các điểm như 600, 700, 800 và 900W/m2. Trong khảo sát này, nhiệt độ được giữ khơng đổi là 35 độ C.
Ở hình 5.11, ta thấy khi bức xạ thay đổi, nhiệt độ không đổi, áp hở mạch của các tấm pin khơng thay đổi nhiều nhưng dịng ngắn mạch thay đổi rất lớn. Điều này dẫn tới điểm cơng suất cực đại sẽ ít thay đổi theo hồnh độ.
Ở hình 5.12, ta thấy cơng suất thay đổi rất nhiều khi bức xạ thay đổi. Tại bức xạ 600W/m2, điện áp tại MPP là 20.94V, công suất cực đại là 101W. Tại bức xạ 700W/m2, điện áp tại MPP là 20.85V, công suất cực đại là 117.3W. Tại bức xạ 800W/m2, điện áp tại MPP là 20.7V, công suất cực đại là 132.7W. Tại bức xạ 900W/m2, điện áp tại MPP là 20.5V, công suất cực đại là 147.7W. Trong trường hợp bức xạ tăng dần, điện áp tại MPP không thay đổi nhiều. Các điểm MPP sẽ được gặp lại khi áp dụng các giải thuật tìm kiếm MPP.
Ở hình 5.13, quan sát trên biểu đồ P-I, ta thấy điểm cơng suất cực đại di chuyển nhanh về phía phải trên trục hồnh khi bức xạ tăng.
thay đổi vị trí nhiều trên trục hồnh trong đồ thị P-V.
5.3 Kết quả mơ phỏng của phương pháp P&O
Hình 5. 14 Điện áp PV tại MPP khi bức xạ thay đổi theo P&O
Hình 5. 16 Cơng suất PV tại MPP khi bức xạ thay đổi theo P&O Kết quả mô phỏng: P&O Kết quả mô phỏng:
Bắt công suất cực đại của PV ở điều kiện bức xạ thay đổi theo hàm nấc lần lượt là 600W/m2 đến 800W/m2 và 900W/m2 ở nhiệt độ không đổi là 35oC.
Theo các hình 5.14, 5.15, 5.16, ta có một số nhận xét sau:
Thời gian quá độ của hệ thống là 0.2s. Thời gian này có thể tăng lên hoặc giảm xuống tùy thuộc vào bước tìm kiếm của điện áp tham chiếu. Trong kết quả mơ phỏng này, bước tìm kiếm được chọn là 0.2 Volt. Nếu bước tìm kiếm tăng lên, thời gian đáp ứng giảm xuống nhưng ở trạng thái xác lập, điện áp tham chiếu cho điểm MPP sẽ dao động nhiều. Việc lựa chọn bước tìm kiếm phù hợp là dựa trên thực nghiệm.
Đối với phương pháp P&O, ở trạng thái xác lập, điện áp tham chiếu sẽ không dừng lại ở một điểm mà dao động quanh bước tìm kiếm (0.2 Volt). Điều này thể hiện rõ ở hình 5.14. Cũng trong hình này, điện áp PV đã bám theo điện áp tham chiếu. Chứng tỏ mơ hình hoạt động tốt.
Theo hình 5.12 và hình 5.14, 5.16, ta có bảng so sánh giá trị công suất của PV theo giải thuật PO khi bức xạ thay đổi như sau:
khi chỉ bức xạ thay đổi, nên thời gian xác lập khi bức xạ thay đổi diễn ra rất nhanh, gần như là tức thời với bước tìm kiếm là 0.2V.
Bắt cơng suất cực đại của PV ở điều kiện bức xạ không đổi tại 900W/m2, nhiệt độ thay đổi theo hàm nấc từ 25oC đến 35oC và 55oC.
Hình 5. 18 Dịng điện PV tại MPP khi nhiệt độ thay đổi theo P&O
Hình 5. 19 Cơng suất PV tại MPP khi nhiệt độ thay đổi theo P&O Kết quả mô phỏng:
Bắt công suất cực đại của PV ở điều kiện nhiệt độ thay đổi theo hàm nấc lần lượt là 25, 35 và 55oC tại bức xạ không đổi 900W/m2.
Khi nhiệt độ thay đổi, bức xạ thay đổi, dịng ngắn mạch gần như khơng thay đổi (hình 5.18), trong khi điện áp thay đổi rất nhiều. Chính vì vậy, cần có thời gian để điện áp PV xác lập tới điện áp tham chiếu từ bộ MPP. (hình 5.17)
Theo hình 5.9 và hình 5.17, 5.19, ta có bảng so sánh giá trị công suất của PV theo giải thuật P&O khi nhiệt độ thay đổi như sau:
Hình 5. 20 Đáp ứng dịng điện, điện áp, công suất của PV khi cả nhiệt độ và bức xạ thay đổi theo P&O
Nhận xét: (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
+ Ở trạng thái xác lập, điện áp dao động nhiều và tùy thuộc vào bước tìm kiếm MPP.
+ Thời gian xác lập nhanh nếu tăng bước tìm kiếm điện áp MPP. Tuy nhiên, nếu tăng quá mức, sẽ làm hệ thống dao động nhiều và khơng ổn định.
Phương pháp P&O khơng có điều kiện dừng xác định. Sau mỗi chu kỳ, điện áp hoặc dịng điện tham chiếu ln được thêm hoặc bớt đi một khoảng thay đổi. Khoảng dao động này có thể giảm xuống bằng cách giảm độ thay đổi, nhưng sẽ khiến cho thời gian xác lập tăng lên.
5.4 Kết quả mô phỏng của phương pháp InCond
Hình 5. 21 Điện áp PV tại MPP khi bức xạ thay đổi theo InCond
Hình 5. 23 Công suất PV tại MPP khi bức xạ thay đổi theo InCond Kết quả mô phỏng
Bắt công suất cực đại của PV ở điều kiện bức xạ thay đổi theo hàm nấc lần lượt là 600W/m2 đến 800W/m2 và 900W/m2 ở nhiệt độ khơng đổi là 35oC.
Theo các hình 5.21, 5.22, 5.23, ta có một số nhận xét sau:
Thời gian quá độ của hệ thống là 0.18s. Thời gian này có thể tăng lên hoặc giảm xuống tùy thuộc vào bước tìm kiếm của điện áp tham chiếu. Trong kết quả mơ phỏng này, bước tìm kiếm được chọn là 0.2 Volt. Ngưỡng để xác định tại MPP là 0.2Walt.
Theo hình 5.12 và hình 5.21, 5.23, ta có bảng so sánh giá trị công suất của PV theo giải thuật InCond khi bức xạ thay đổi như sau:
Bức xạ thay đổi (Nhiệt độ: 35oC)
600W/m2 800W/m2 900W/m2 Theo bảng trên, đáp ứng về công suất cực đại của PV theo Incond bám sát điểm MPP của PV đã khảo sát ở mục 5.2
Bắt công suất cực đại của PV ở điều kiện bức xạ không đổi tại 900W/m2, nhiệt độ thay đổi theo hàm nấc từ 25oC đến 35oC và 55oC.
Hình 5. 24 Điện áp PV tại MPP khi nhiệt độ thay đổi theo InCond
Hình 5. 26 Cơng suất PV tại MPP khi nhiệt độ thay đổi theo Incond Kết quả mô phỏng:
Bắt công suất cực đại của PV ở điều kiện nhiệt độ thay đổi theo hàm nấc lần lượt là 25, 35 và 55oC tại bức xạ khơng đổi 900W/m2.
Theo hình 5.9 và hình 5.24, 5.26, ta có bảng so sánh giá trị công suất của PV theo giải thuật INC khi nhiệt độ thay đổi như sau:
Nhiệt độ thay đổi (Bức xạ: 900W/m2)
25oC 35oC 55oC
Hình 5. 27 Đáp ứng dịng điện, điện áp, cơng suất của PV khi cả nhiệt độ và bức xạ
thay đổi theo InCond
5.5 So sánh P&O và InCond
Xét trường hợp bức xạ thay đổi theo hàm nấc lần lượt là 600W/m2, 800W/m2 và 900W/m2. Nhiệt độ giữ không đổi với 35oC.
Hình 5. 29 So sánh InCond và PO khi bức xạ khơng đổi, nhiệt độ thay đổi
Theo hình 5.28, 5.29, ta có một số nhận xét sau:
Phương pháp Incond có ưu điểm hơn so với phương pháp P&O là ở trạng thái xác lập, điểm MPP tham chiếu dao động ít. Thời gian quá độ của P&O chịu nhiều ảnh hưởng bởi bước tìm kiếm của điện áp tham chiếu. Bước tìm kiếm này ảnh hưởng tới độ chính xác khi xác lập. Nếu ta chọn bước tìm kiếm lớn sẽ giảm bớt được thời gian quá độ, nhanh chóng xác lập nhưng sai số xác lập lớn.
Ngược lại, P&O tỏ ra hiệu quả hơn InCond ở tính đơn giản, khối lượng tính tốn ít, có thể chọn bước tìm kiếm lớn nhưng ta phải chấp nhận dao động ở trạng thái xác lập.
Sự ảnh hưởng lẫn nhau giữa bước tìm kiếm và các yếu tố của chất lượng điều khiển như thời gian quá độ, sai số xác lập, yêu cầu ta phải lựa chọn bước tìm kiếm cho phù hợp. Trong khn khổ của luận văn này, bước tìm kiếm cho P&O và InCond được tác giả lựa chọn dựa trên thực nghiệm.
Kết luận
Tác giả đã xây dựng được mơ hình mơ phỏng của dàn PV, khảo sát được sự ảnh hưởng của cường độ bức xạ mặt trời và nhiệt độ đến công suất phát của dàn PV. Trong hệ thống PV, người ta luôn mong muốn cho dù ở bất kỳ điều kiện thời tiết như thế nào, dịng cơng suất phát từ dàn PV tới tải ln là cực đại, (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
thuật tốn
Mơ phỏng
thường gặp trong thực tế để thấy được ưu, nhược điểm của
Dựa trên kết quả mơ phỏng ở hình 5.20, 5.27 cho
pháp MPPT đều hoạt động tốt khi điều kiện thời tiết thay đổi đột ngột, phản ứng bám điểm công suất cực đại với thời gian rất nhanh, độ quá điều chỉnh rất nhỏ.Tuy
nhiên, thuật toán Incond có ưu dao động quanh điểm cơng suất
thiểu được hao tổn công suất phát do dao
hơn thuật tốn P&O. Vì vậy, việc áp dụng thuật tốn Incond trong điều khiển MPPT sẽ cho hiệu quả tốt hơn thuật tốn P&O
mặt trời có ý nghĩa rất quan trọng. Trong số các nguồn năng lượng này thì năng lượng mặt trời có nhiều ưu việt hơn cả như: là nguồn năng lượng vô tận, không gây ô nhiễm môi trường, dễ dàng lắp đặt, được sản xuất bất cứ nơi nào trên thế giới. Việt Nam có địa lý trải dài từ vĩ độ 8 bắc đến 23 độ bắc với lượng bức xạ trung bình 5kw/m2/ ngày với số giờ nắng trung bình khoảng 2000 giờ nắng/ năm.
Về cơ bản năng lượng mặt trời có 2 dạng biến đổi: - Dạng 1: Quang năng sang nhiệt năng
- Dạng 2: Quang năng sang điện năng
Luận văn nghiên cứu phương thức biến đổi năng lượng mặt trời từ quang năng thành điện năng thơng qua pin quang điện có cấu tạo từ các chất bán dẫn silic. Tuy nhiên chi phí đầu tư cho hệ năng lượng mặt trời vẫn còn khá cao, điều này thôi thúc các nhà nghiên cứu không ngừng nâng cao hiệu quả sử dụng nguồn năng lượng này , giải pháp ngiên cứu bộ điều khiển tìm điểm cơng suất cực đại sử dụng phương pháp tìm kiếm trực tiếp cho hệ pin quang điện cũng khơng nằm ngồi mục tiêu trên.
Khảo sát đặc tuyến V-I, V-P, P-I và điều khiển bám điểm công suất cực đại của pin quang điện qua mô phỏng 2 giải thuật P&O, INC
Các kết quả đạt được của phương pháp P&O:
- Với trường hợp nhiệt độ 35oC, bức xạ thay đổi từ khoảng 600w/m2- 900w/m2 ta thấy điện áp tại điểm MPP không thay đổi nhiều nên thời gian xác lập rất nhanh 0.2s và điểm MPP theo giải thuật P&O cũng bám sát rất tốt
Bức xạ thay đổi (Nhiệt độ: 35oC)
600W/m2 800W/m2 900W/m2
- Với trường hợp bức xạ 900w/m2 nhiệt độ thay đổi 25,35,55oC ta thấy khi nhiệt độ giảm thì điện áp giảm điểm MPP của tấm pin giảm
Nhiệt độ thay đổi (Bức xạ: 900W/m2)
25oC 35oC 55oC - Nhận xét: Mơ hình mơ phỏng đã hoạt động tốt và đáp ứng đúng với yêu
cầu đạt ra ban đầu có thể nâng cao hiệu suất pin mặt trời tại mọi thời điểm. Giải thuật P&O là giải thuật cơ bản đơn giản và được áp dụng rộng rãi với MPPT
Các kết quả đạt được của Phương pháp điện dẫn gia tăng INC:
Bức xạ thay đổi (Nhiệt độ: 35oC)
600W/m2 800W/m2 900W/m2
Tác giả sử dụng 2 phương pháp MPPT được ứng dụng rộng rãi phổ biến, quen thuộc và cho được một số hiệu quả làm việc sau đây: Phương pháp nhiễu loạn và quan sát P&O, Phương pháp điện dẫn gia tăng INC.
Phương pháp nhiễu loạn và quan sát P&O: sử dụng thuật toán đơn giản. Thuật toán này xem xét sự tăng, giảm điện áp theo chu kỳ để tìm được điểm làm việc có cơng suất lớn nhất.
Phương pháp điện dẫn gia tăng INC: sử dụng tổng điện dẫn gia tăng của dãy pin mặt trời để dị tìm điểm cơng suất tối ưu, dao động nhỏ quanh điểm MPP hơn phương pháp P&O.
Hướng phát triển:
Giải thuật P&O và Incond đã được kiểm chứng với mơ hình mơ phỏng trên Matlab. Trong thời gian tới, tác giả sẽ tập trung nghiên cứu để kiểm chứng giải thuật trên mơ hình thực nghiệm. Giải thuật sẽ được nhúng vào chip xử lý số giá rẻ của Texas Instrument là DSP 28069. Đồng thời, giải thuật cũng được kiểm chứng với các loại tải vô hạn như lưới điện hoặc Acquy.
Với những ưu điểm và nhược điểm của năng lượng mặt trời đã được nêu trên, tác giả kết luận rằng năng lượng mặt trời là một trong những nguồn tốt nhất của năng lượng. Mặc dù không được sử dụng trong một quy mô lớn ngày hơm nay nhưng năng lượng mặt trời có tiềm năng sản xuất nhiều hơn hàng nghìn lần lượng điện mà hiện tại đang sử dụng trên tồn thế giới. Điều đó là cần thiết để tạo ra 1 nguồn năng lượng điện khổng lồ từ năng lượng mặt trời trong tương lai. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] M. Kamil (07/2010). Grid-Connected Solar Microinverter Reference Design
Using a dsPIC® Digital Signal Controller. Microchip Technology Application
Note, AN1338.
[2] Dong Dong. “Modeling and Control Design of a Bidirectional PWM Converter for Single-phase Energy Systems”, M.A. Thesis , Faculty of the Virginia Polytechnic Institute and State University, 2009.
[3] J. S. Kumari and Ch. Sai Babu. “Mathematical Modeling and Simulation of Photovoltaic Cell using Matlab-Simulink Environment”. International Journal
of Electrical and Computer Engineering (IJECE).Vol. 2, No. 1, February 2012,
pp. 26-34.
[4] K.Kachhiya. “MATLAB/Simulink Model of Solar PV Module and MPPT Algorithm” in Proc. National Conference on Recent Trends in Engineering &
Technology, India, May 2011.
[5] Z. Chen, X. Zhang, And J. Pan (2007). An integrated inverter for a single-
phase single-stage grid-connected PV system based on Z-source. Bulletin of the
polish academy of sciences technical sciences, Vol. 55, No. 3, 2007.
[6] A. Chaouachi, R.M. Kamel, K. Nagasaka. “MPPT Operation for PV Grid- connected System using RBFNN and Fuzzy Classification”. World Academy of
Science, Engineering and Technology, 41, pp. 97-105, 2010.
[7] L. Wuidart (?). “Topologies for switched mode Power supplies”.