Hình 5. 23 Cơng 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 không 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 mô 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)
MPP theo đặc tuyến PV (Hình 5.12)
MPP theo giải thuật InCond (Hình 5.21 và 5.23)
600W/m2 (20.94V, 101W) (21V, 100.7W)
800W/m2 (20.7V, 132.7W) (20.5V, 132.3W)
900W/m2 (20.5V, 147.7W) (20.3V,147.5W)
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 không đổi 900W/m2.
Theo hình 5.9 và hình 5.24, 5.26, ta có bảng so sánh giá trị cơng suất của PV theo giải thuật INC khi nhiệt độ thay đổi như sau:
Nhiệt độ thay đổi (Bức xạ: 900W/m2)
MPP theo đặc tuyến PV (Hình 5.9)
MPP theo giải thuật INC Hình 5.24 và 5.26)
25oC (21.52V, 155W) (21.6V, 154.8W)
35oC (20.56V, 147.7W) (20.5V, 147.5W)
Hình 5. 27 Đáp ứng dịng điện, điện áp, công 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 khuôn 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 luôn là cực đại,
đó là mục tiêu của bài tốn điều khiển MPPT. Qua đó, tác giả giới thiệu hai thuật toán InCond và P&O áp dụng trong điều khiển MPPT của dàn PV. Mô phỏng được hai thuật toán MPPT trong điều kiện thời tiết thay đổi thường gặp trong thực tế để thấy được ưu, nhược điểm của từng phương pháp.
Dựa trên kết quả mơ phỏng ở hình 5.20, 5.27 cho thấy, cả hai phương 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 tốn Incond có ưu điểm hơn thuật toán P&O chẳng hạn như: dao động quanh điểm công suất cực đại hẹp và ít hơn thuật tốn P&O; giảm thiểu được hao tổn công suất phát do dao động quanh điểm cơng suất cực đại ít hơn thuật tốn P&O. Vì vậy, việc áp dụng thuật tốn Incond trong điều khiển MPPT sẽ cho hiệu quả tốt hơn thuật toán P&O
nhân, năng lượng địa nhiệt, năng lượng gió, năng lượng thủy triều, và năng lượng 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 thông 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)
MPP theo đặc tuyến PV (Hình 5.12)
MPP theo giải thuật PO (Hình 5.14 và 5.16)
600W/m2 (20.94V, 101W) (21.5V, 100W)
800W/m2 (20.7V, 132.7W) (21.2V, 131.2W)
900W/m2 (20.5V, 147.7W) (20.8V,146.5W)
- 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)
MPP theo đặc tuyến PV (Hình 5.9)
MPP theo giải thuật PO (Hình 5.17 và 5.19)
25oC (21.52V, 155W) (21.3V, 154.7W)
35oC (20.56V, 147.7W) (20.4V, 146.5W)
55oC (18.55V, 132.7W) (18.4V,131.3W)
-
- 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)
MPP theo đặc tuyến PV (Hình 5.12)
MPP theo giải thuật InCond (Hình 5.21 và 5.23)
600W/m2 (20.94V, 101W) (21V, 100.7W)
800W/m2 (20.7V, 132.7W) (20.5V, 132.3W)
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 hôm 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 toàn 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.
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”.
STMicoroelectronics Application note, AN513/0393.
[8] Larry Nelson Jr., Eric Ruscitti. “High Voltage DC-DC Converter, Project #SJB 2A06”. B.E. thesis, Worcester Polytechnic Institute, Apr. 2007.
[9] L. Rozenblat, “Switching mode power supply (smps) topologies
Overview, comparison and selection guide”, Internet: http://www.smps.us/topologies.html”, 2012.
[10] R.S.R. Babu, J. Henry. “A Comparative Analysis of DC-DC Converters for Renewable Energy System”, in Proc. IMECS, Vol. II, Mar. 2012.
Đại Học Thái Nguyên.
[13] Nguyễn Ngọc Thoại (2012). Điều khiển bám điểm công suất cực đại của hệ pin mat trời có xét đến bóng râm. Luận văn Thạc sỹ. Khoa Kỹ thuật điện – Trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghệ.
[14] Nguyễn Nhân Bổn, Võ Nguyên Ngân, Nguyễn Thế vinh (2015). Giải thuật nâng cao hiệu suất pin mặt trời và ứng dụng. Khoa Điện – Điện Tử, UTE-HCM. [15] http:/codientu/threads/6388.
[16] http:/feee.hcmute.edu.vn.
[17] http:/baigiang.violet.vn/present/show/entry_id10381076.
[18] GS.TSKH Thân Ngọc Hoàn. Năng lượng điện mặt trời và những phương pháp nâng cao chất lượng và hiệu suất. Tạp chí Khoa học và cơng nghệ trường Đại Học Hàng hải số 18-tháng 6/2009 từ http:/www.khcn.vimaru.edu.vn
[19]Nguyễn Thùy Linh. Đánh giá hiệu quả hoạt động của hệ thống điện mặt trời công suất nhỏ theo các phương thức họa động khác nhau. Tạp chí khoa học và công nghệ trường Đại Học Phạm Văn Đồng số 07- tháng 10/2015 từ