- Khi được chiếu sáng thì pin mặt trời phát ra một dịng quang điện Iph như hình trên, vì vậy pin mặt trời có thể xem như một nguồn dòng. Lớp tiếp xúc p – n có tính chất chỉnh lưu tương đương như một diode D. Tuy nhiên khi phân cực ngược, do điện trở tiếp xúc có giới hạn nên vẫn có một dịng điện rị qua nó. Đặc trưng cho dịng điện rò qua lớp tiếp xúc p – n là điện trở shunt Rsh như hình …. Dịng quang điện chạy trong mạch phải đi qua các lớp bán dẫn p và n, các điện cực, các lớp tiếp xúc… Đặc trưng cho tổng điện trở của các lớp đó là một điện trở RS mắc nối tiếp trong mạch. Từ đó xây dựng được sơ đồ tương đương tổng quát của pin mặt trời như hình trên.
Dòng điện qua diode: ID = IS(e𝑞𝑉𝐷
𝑛𝐾𝑇 – 1) (3.1) Theo định luật Kirchhoff về cường độ dòng điện:
I ph - ID -
𝑉𝐷 𝑅𝑠ℎ
- IPV = 0 (3.2) Theo định luật Kirchhoff về điện thế:
V
PV = VD – IPVRS
(3.3) Trong đó:
21 - IS – Dịng điện bão hòa của diode (A) - ID - Dòng điện qua diode (A)
- IPV - dòng điện ngõ ra của PV (A) - VPV - điện áp ngõ ra của PV (V)
- k - hằng số Boltzmann (k = 1.381 x 10ି (mũ -23) J/K) - q - điện tích của electron (q= 1.602 x 10ି (mũ-19) C) - T - nhiệt độ tấm pin (˚K)
Từ các phương trình (1.1), (1.2), (1.3), suy ra phương trình đặc tính I-V của một tế bào pin mặt trời:
I
PV=Iph-IS(𝑒𝑞(𝑉𝑃𝑉+𝑅𝑆𝐼𝑃𝑉)𝑛𝐾𝑇 -1)-(𝑉𝑃𝑉+𝑅𝑆𝐼𝑃𝑉 𝑅𝑠ℎ
) (3.4) Để có cơng suất cũng như điện áp, dịng điện theo u cầu thì phải ghép các tế bào pin mặt trời lại thành một module pin mặt trời. Giả sử ghép nối tiếp Ns các tế bào pin mặt trời lại và ghép song song Np các dãy tế bào pin mặt trời nối tiếp lại, thì phương trình đặc tính I
– V tổng quát như sau: I
PV=Np Iph-NPIS(𝑒𝑞(𝑉𝑃𝑉+𝑅𝑆𝐼𝑃𝑉)𝑁𝑠ℎ𝐾𝑇 -1)-(𝑉𝑃𝑉+𝑅𝑆𝐼𝑃𝑉 𝑅𝑠ℎ
) (3.5) Đặc tính của pin mặt trời:
22
Hình 3. 4: Mạch điện cơng suất và mạch điều khiển của hệ thống PV một pha- nối lưới
- Bộ chỉnh lưu DC/DC đảm bảo 2 chức năng: khai thác tối đa lượng công suất phát của PV với mọi điều kiện thay đổi bức xạ mặt trời – MPPT; Boost
converter khuếch đại điện áp VPV của PV cấp cho bộ nghịch lưu DC/AC là VDC - Cầu H gồm 4 khóa điều khiển IGBT chuyển đổi điện áp khuếch đại VDC thành điện áp xoay chiều AC. Q trình đóng mở IGBT và đồng bộ với điện áp lưới điện được thực hiện bằng phương pháp điều chỉnh độ rộng xung PWM (pulse width modulation) với tần số cơ bản 50 Hz (ở Việt Nam và Châu Âu) và 60 Hz (ở Mỹ).
Sơ đồ mạch điện tương đương của hệ thống Inverter PV một pha – nối lưới. Các đặc tính của mạch điện được mô tả dạng giản đồ vectơ pha – diagram với các thành phần giá trị cơ bản: điện áp và dòng điện xoay chiều đầu ra của Inverter PV (Vinv, Iout), sụt áp trên điện cảm ( VL = jXLIout = jLIout) và điện áp lưới điện (Vgrid). Trong đó, là góc lệch pha giữa điện áp lưới Vgrid và dòng điện Iout; là góc lệch
23
pha giữa điện áp Vinv và điện áp lưới Vgrid. Các giá trị điện áp và dòng điện xoay chiều đầu ra của Inverter PV như sau: vinv = 2.Vinv và iiout = 2.Iout