Chương 4 : KẾT QUẢ MÔ PHỎNG
4.1 Mơ hình hóa mơ phỏng
4.1.4 Mơ hình mơ phỏng của hệ thống pin NLMT
Sau q trình mơ hình hóa các khối chức năng của hệ thống pin NLMT, một mơ hình mơ phỏng hệ thống pin NLMT được đưa ra như trong Hình 4.9 bên dưới. Để ghi nhận các kết quả trong suốt q trình mơ phỏng, các khối workspace được dùng để thu thập các giá trị của các thông số này.
Hình 4. 9 Mơ hình hóa mơ phỏng hệ thống pin NLMT
4.1.5 Mơ hình kiểm tra cơng suất dãy pin NLMT khi bị bóng che một phần.
Để có thể đánh giá được hiệu quả và độ chính xác trong việc xác định điểm GMPP trong phương pháp MPPT trong điều kiện bóng che được đề xuất, một mơ hình xác định mối tương quan giữa công suất và điện áp tại ngõ ra các tấm pin trong điều kiện bóng che một phần được thực hiện. Hình 4.10 mơ tả chi tiết mơ hình mơ phỏng được đề xuất. trong mơ hình bao gồm một dãy 4 pin NLMT được mắc nối tiếp nhau với các mức bức xạ mặt trời khác nhau tùy từng điều kiện mô phỏng. Ngõ ra của các tấm pin này được mắc vào một nguồn dịng có điều khiển nhằm điều chỉnh linh hoạt điện áp ngõ ra của các tấm pin mặt trời.
Hình 4. 10 Mơ hình hóa mơ phỏng hệ thống pin NLMT kiểm chứng
Khi điện áp trên nguồn một chiều thay đổi sẽ tác động lên các tấm pin NLMT và làm dòng điện đầu ra của chúng cũng thay đổi theo. Kết quả của sự thay đổi này sẽ thu được mối liên hệ giữa điện áp và dòng điện tại ngõ ra của các tấm pin mặt trời như được thể hiện trong Hình 4.11 bên dưới.
Kết quả thu được từ mối quan hệ dòng điện và điện áp đầu ra hệ thống pin NLMT sẽ cho ta kết quả mối liên hệ giữa điện áp và công suất ngõ ra của pin NLMT tại các mức bức xạ mặt trời tương ứng khác nhau. Một cách trực quan, điểm công suất cực đại tồn cục và điểm cơng suất cực đại địa phương cũng sẽ được xác định như được minh họa trong Hình 4.12
Hình 4. 12 Tương quan điện áp – dịng điện trong mơ hình kiểm chứng
4.2 Kết quả mô phỏng
Để đánh giá tổng quan hiệu quả của phương pháp dị tìm điểm GMPP trong điều kiện bóng che một phần được đề xuất qua luận văn, nhiều trường hợp mô phỏng khác nhau được thực hiện nhằm bao quát các điều kiện có khả năng trong quá trình hoạt động được thực hiện và các kết quả thu nhận được sẽ được trình bày chi tiết trong các phần dưới đây.
Trong mỗi trường hợp mô phỏng, mức bức xạ ban đầu được giữ bằng nhau tại tất cả các tấm pin, sau thời gian 0.5s sẽ xuất hiện hiện tượng bóng che một phần trên hệ thống pin này. Lúc này lượng bức xạ mặt trời mỗi tấm pin thu được có sự thay đổi khơng giống nhau và lần lượt nhận các mức bức xạ khác nhau. Khi đó giải thuật dị tìm MPPT trong điều kiện bóng che được đề xuất sẽ được dùng để xác định vị trí GMPP trên hệ thống pin này. Nhiều mức bức xạ mặt trời khác nhau được đưa ra với vị trí GMPP thay đổi khác nhau khi so với vị trí các LMPP sẽ được dùng để đánh giá khả năng dị tìm được điểm GMPP của hệ thống trong giải thuật được đề xuất. Các kết
quả qua quá trình mơ phỏng được ghi nhận trong từng trường hợp cụ thể như bên dưới.
4.2.1 Khi BXMT trên các tấm pin lần lượt là 1000, 1000, 1000, 400 W/m2
Trong trường hợp bức xạ mặt trời trên mỗi tấm pin lần lượt là 1000, 1000, 1000, 400 W/m2, kết quả thực thi mối liên hệ giữa công suất ngõ ra và điện áp trên các tấm pin được thể hiện như trong Hình 4.13. Qua hình có thể nhận thấy điểm GMPP đạt được tại mức điện áp 50.38V và có cơng suất cực đại lúc này là 3484.5W
Hình 4. 13 Mối tương quan P-V của hệ thống PV khi tại các mức bức xạ mặt trời lần lượt là 1000, 1000, 1000, 400 W/m2
Trong trường hợp này, để kiểm chứng chương trình tìm GMPPT bức xạ mặt trời ban đầu được chọn là 1000 W/m2, sau 0.5s thì bức xạ mặt trời trên mỗi tấm pin sẽ lần lượt là 1000, 1000, 1000, 400 W/m2. Kết quả đạt được trong mô phỏng được thể hiện như trong Hình 4.14. Qua kết quả này nhận thấy khi có sự thay đổi cường độ bức xạ mặt trời tại thời điểm 0.5s, hệ thống đã nhanh chóng điều chỉnh điện áp ngõ ra hệ thống PV nhằm đưa điểm hoạt động về điểm MPP mới. Tuy nhiên, do chưa có sự tham gia của giải thuật tìm kiếm GMPP nên hệ thống khơng thể xác định điểm công suất cực đại mới này có phải là điểm GMPP hay khơng. Lúc này giải thuật tìm kiếm GMPP được khởi động sau khi có sự thay đổi điểm là việc của hệ thống pin. Sau quá trình tìm kiếm khoảng 0.8s (tại thời điểm 1.4s), hệ thống đã xác định đúng được điểm GMPP với các thông số được đưa ra đúng như trên.
Hình 4. 14 Cơng suất và điện áp ngõ ra hệ thống pin NLMT trong thời gian mô phỏng với chương trình tìm điểm GMPP ở mức BXMT từ 1000W/m2 sang 1000, 1000,
1000, 400 W/m2
4.2.2 Khi BXMT trên các tấm pin lần lượt là 1000, 400, 400, 400 W/m2
Trong trường hợp bức xạ mặt trời trên mỗi tấm pin lần lượt là 1000, 400, 400, 400 W/m2, kết quả thực thi mối liên hệ giữa công suất ngõ ra và điện áp trên các tấm pin được thể hiện như trong Hình 4.15. Qua hình có thể nhận thấy điểm GMPP đạt được tại mức điện áp 71.4V và có cơng suất cực đại lúc này là 2015.3W
Hình 4. 15 Mối tương quan P-V của hệ thống PV khi tại các mức bức xạ mặt trời lần lượt là 1000, 400, 400, 400 W/m2
Trong trường hợp này, để kiểm chứng chương trình tìm GMPPT bức xạ mặt trời ban đầu được chọn là 1000 W/m2, sau 0.5s thì bức xạ mặt trời trên mỗi tấm pin sẽ lần lượt là 1000, 400, 400, 400 W/m2. Kết quả đạt được trong mô phỏng được thể hiện như trong Hình 4.16. Qua kết quả này nhận thấy khi có sự thay đổi cường độ bức xạ mặt trời tại thời điểm 0.5s, hệ thống đã nhanh chóng điều chỉnh điện áp ngõ ra hệ thống PV nhằm đưa điểm hoạt động về điểm MPP mới. Tuy nhiên, do chưa có sự tham gia của giải thuật tìm kiếm GMPP nên hệ thống không thể xác định điểm công suất cực đại mới này có phải là điểm GMPP hay khơng. Lúc này giải thuật tìm kiếm GMPP được khởi động sau khi có sự thay đổi điểm là việc của hệ thống pin. Sau quá trình tìm kiếm khoảng 0.6s (tại thời điểm 1.1s), hệ thống đã xác định đúng được điểm GMPP với các thông số được đưa ra đúng như trên.
Hình 4. 16 Cơng suất và điện áp ngõ ra hệ thống pin NLMT trong thời gian mô phỏng với chương trình tìm điểm GMPP ở mức BXMT từ 1000W/m2 sang 1000, 400, 400,
400 W/m2
4.2.3 Khi BXMT trên các tấm pin lần lượt là 1000, 1000, 700, 400 W/m2
Trong trường hợp bức xạ mặt trời trên mỗi tấm pin lần lượt là 1000, 1000, 700, 400 W/m2, kết quả thực thi mối liên hệ giữa công suất ngõ ra và điện áp trên các tấm pin được thể hiện như trong Hình 4.17. Qua hình có thể nhận thấy điểm GMPP đạt được tại mức điện áp 53.6V và có cơng suất cực đại lúc này là 2696.6W
Hình 4. 17 Mối tương quan P-V của hệ thống PV khi tại các mức bức xạ mặt trời lần lượt là 1000, 1000, 700, 400 W/m2
Trong trường hợp này, để kiểm chứng chương trình tìm GMPPT bức xạ mặt trời ban đầu được chọn là 1000 W/m2, sau 0.5s thì bức xạ mặt trời trên mỗi tấm pin sẽ lần lượt là 1000, 1000, 700, 400 W/m2. Kết quả đạt được trong mô phỏng được thể hiện như trong Hình 4.18. Qua kết quả này nhận thấy khi có sự thay đổi cường độ bức xạ mặt trời tại thời điểm 0.5s, hệ thống đã nhanh chóng điều chỉnh điện áp ngõ ra hệ thống PV nhằm đưa điểm hoạt động về điểm MPP mới. Tuy nhiên, do chưa có sự tham gia của giải thuật tìm kiếm GMPP nên hệ thống khơng thể xác định điểm công suất cực đại mới này có phải là điểm GMPP hay khơng. Lúc này giải thuật tìm kiếm GMPP được khởi động sau khi có sự thay đổi điểm là việc của hệ thống pin. Sau quá trình tìm kiếm khoảng 0.8s (tại thời điểm 1.4s), hệ thống đã xác định đúng được điểm GMPP với các thông số được đưa ra đúng như trên.
Hình 4. 18 Cơng suất và điện áp ngõ ra hệ thống pin NLMT trong thời gian mơ phỏng với chương trình tìm điểm GMPP ở mức BXMT từ 1000W/m2 sang 1000, 1000, 700,
400 W/m2
4.2.4 Khi BXMT trên các tấm pin lần lượt là 400, 500, 600, 1000 W/m2
Trong trường hợp bức xạ mặt trời trên mỗi tấm pin lần lượt là 400, 500, 600, 1000 W/m2, kết quả thực thi mối liên hệ giữa công suất ngõ ra và điện áp trên các tấm pin được thể hiện như trong Hình 4.19. Qua hình có thể nhận thấy điểm GMPP đạt được tại mức điện áp 74.35V và có cơng suất cực đại lúc này là 2152.85W
Hình 4. 19 Mối tương quan P-V của hệ thống PV khi tại các mức bức xạ mặt trời lần lượt là 400, 500, 600, 1000 W/m2
Trong trường hợp thứ nhất, bức xạ mặt trời ban đầu được chọn là 1000 W/m2, sau 0.5s thì bức xạ mặt trời trên mỗi tấm pin sẽ lần lượt là 400, 500, 600, 1000 W/m2. Kết quả đạt được trong mô phỏng được thể hiện như trong Hình 4.20. Qua kết quả này nhận thấy khi có sự thay đổi cường độ bức xạ mặt trời tại thời điểm 0.5s, hệ thống đã nhanh chóng điều chỉnh điện áp ngõ ra hệ thống PV nhằm đưa điểm hoạt động về điểm MPP mới. Tuy nhiên, do chưa có sự tham gia của giải thuật tìm kiếm GMPP nên hệ thống không thể xác định điểm công suất cực đại mới này có phải là điểm GMPP hay khơng. Lúc này giải thuật tìm kiếm GMPP được khởi động sau khi có sự thay đổi điểm là việc của hệ thống pin. Sau quá trình tìm kiếm khoảng 0.8s (tại thời điểm 1.3s), hệ thống đã xác định đúng được điểm GMPP với các thông số được đưa ra như trên.
Hình 4. 20 Cơng suất và điện áp ngõ ra hệ thống pin NLMT trong thời gian mô phỏng với mức BXMT từ 1000W/m2 sang 400, 500, 600, 1000 W/m2
Trong trường hợp thứ hai, bức xạ mặt trời ban đầu được chọn là 500 W/m2, sau 0.5s thì bức xạ mặt trời trên mỗi tấm pin sẽ lần lượt là 400, 500, 600, 1000 W/m2. Kết quả đạt được trong mô phỏng được thể hiện như trong Hình 4.21. Qua kết quả này nhận thấy khi có sự thay đổi cường độ bức xạ mặt trời tại thời điểm 0.5s, hệ thống đã nhanh chóng điều chỉnh điện áp ngõ ra hệ thống PV nhằm đưa điểm hoạt động về điểm MPP mới. Tuy nhiên, do chưa có sự tham gia của giải thuật tìm kiếm GMPP nên hệ thống không thể xác định điểm công suất cực đại mới này có phải là điểm GMPP hay khơng. Lúc này giải thuật tìm kiếm GMPP được khởi động sau khi có sự thay đổi
điểm là việc của hệ thống pin. Sau quá trình tìm kiếm khoảng 0.8s (tại thời điểm 1.3s), hệ thống đã xác định đúng được điểm GMPP với các thông số được đưa ra như trên.
Hình 4. 21 Cơng suất và điện áp ngõ ra hệ thống pin NLMT trong thời gian mô phỏng với mức BXMT từ 500W/m2 sang 400, 500, 600, 1000 W/m2
4.2.5 Nhận xét
Qua các kết quả thu được trong phần mô phỏng, nhận thấy trong khoảng thời gian ngắn, dưới 1s tính từ thời điểm xuất hiện sự thay đổi bức xạ mặt trời, thì giải thuật dị tìm điểm cơng suất cực đại tồn cục trong trường hợp bóng che một phần đã thực hiện xong. Việc rút ngắn thời gian tìm kiếm đã góp phần giảm thiểu tổn thất cơng suất trong q trình dị tìm điểm cơng suất cực đại, góp phần nâng cao hiệu quả của phương pháp dị tìm được đề xuất.
Qua các kết quả thu được, cho thấy giải thuật được đề xuất luôn xác định đúng điểm cơng suất cực đại tồn cục trong các trường hợp tiêu biểu khác nhau được thực hiện trong luận văn. Điều này cho thấy độ chính xác cao trong phương pháp dị tìm điểm cơng suất cực đại, góp phần nâng cao hiệu quả của phương pháp dị tìm được đề xuất.
Các giải thuật P&O truyền thống, INC truyền thống khơng có khả năng tìm đúng điểm GMPP mà chúng chỉ nhảy đến điểm MPP gần nhất khi có hiện tượng thay đổi
điểm MPP xuất hiện. Do đó, khi so sánh các giải thuật này với giải thuật được đề xuất trong luận văn ta có hai trường hợp rút ra như sau
Trường hợp 1: Nếu điểm GMPP gần điểm làm việc trước đó. Lúc này các giải thuật truyền thống đều có thể tiến đến điểm GMPP để tiếp tục làm việc. Lúc này sẽ khơng có tổn thất cơng suất do làm việc sai điểm công suất cực đại gây ra. Ví dụ ở Hình 4.22 giả sử điểm làm việc ban đầu là điểm C thì các giải thuật phổ biến như P&O, INC có nhảy đến điểm D là điểm làm việc cực đại
Trường hợp 2: Khi điểm làm việc trước đó nằm gần điểm LMPP. Lúc này, các giải thuật truyền thống sẽ tiến đến điểm làm việc mới là điểm LMPP thay vì điểm GMPP. Ví dụ ở Hình 4.22 điểm làm việc ban đầu là điểm B giả sử các giải thuật phổ biến như INC, P&O nhảy đến điểm mới là C hoặc A thì ta thấy có một sự chênh lệch rất lớn về cơng suất sẽ xảy ra vì điểm làm việc lớn nhất lúc này là điểm D chứ không phải là điểm A.Tại điểm C : VC = 54.08 ; PC =1830W
Tại điểm D: VD = 74.35 (V) ; PD = 2152.85 (W)
Chênh lệch công suất lúc này: [(2152.85 – 1830)/2152.85]100 = 15% Lúc này, do không thu được công suất cực đại nên hệ thống sẽ bị tổn thất công suất lớn nhất có thể có. Sự tổn thất cơng suất phụ thuộc vào độ chênh lệch giữa điểm GMPP và LMPP này. Có thể thấy chúng thay đổi rất lớn, từ vài phần trăm đến vài chục phần trăm. Đối với các hệ thống lớn, tổn thất này khá lớn và cần phải khắc phục.
Hình 4. 22 Cơng suất và điện áp ngõ ra hệ thống pin NLMT với mức BXMT từ 400, 500, 600, 1000 W/m2
Ta có Bảng 4.3 tổng hợp so sánh giữa lý thuyết và thuật tốn tìm GMPPT được đề xuất trong luận văn:
STT Trường hợp Lý thuyết GMPPT đề xuất Vmax (V) Pmax (W) Vmax (V) Pmax (W) 01 Bức xạ từ 1000W/m2 sang 1000-1000-1000-400W/m2 50.38 3484.5 50.38 3484.5 02 Bức xạ từ 1000W/m2 sang 1000-400-400-400W/m2 71.4 2015.3 71.4 2015.3 03 Bức xạ từ 1000W/m2 sang 1000-1000-700-400W/m2 53.6 2696.6 53.6 2696.6 04 Bức xạ từ 1000W/m2 sang 400-500-600-400W/m2 74.35 2152.85 74.35 2152.85 05 Bức xạ từ 500W/m2 sang 400-500-600-400W/m2 74.35 2152.85 74.35 2152.85
Như vậy qua bảng 4.3 trên ta thấy được giải thuật tìm điểm GMPPT trên là phù hợp và cho kết quả chính xác
Chương 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 5.1 Kết luận 5.1 Kết luận
Qua các kết quả đạt được trong mơ hình mơ phỏng hệ thống pin năng lượng mặt trời cũng như trong q trình nghiên cứu các thơng số và yếu tố liên quan đến vấn đề xác định điểm công suất cực đại tồn cục trong trường hợp bóng che một phần được trình bày trong luận văn, một số các kết luận được đưa ra như sau:
− Đã tìm hiểu được cấu tạo, nguyên lý hoạt động và các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt động của các tế bào quan điện
− Đã trình bày được các phương trình tính tốn dịng điện ngõ ra của tế bào quan điện trong mối liên hệ với các yếu tố cơ bản như cấu trúc pin mặt