2.1.1. Đặt vấn đề.
Trong hệ nguồn pin Mặt Trời, thành phần quan trọng nhất là dàn Pin. Tùy thuộc vào công suất của hệ, dàn Pin có thể có diện tích chỉ khoảng 0.5m2 nhưng cũng có thể diện tích đến hàng chục hay hàng trăm m2. Với Pim Mặt Trời tinh thể silic hiện nay thì 1 Panel Pin công suất khoảng 100W có diện tích 1m2.
Việc định hướng Pin Mặt Trời là công việc cần được quan tâm đặc biệt vì nó ảnh hưởng trực tiếp đến điện năng do dàn Pin phát ra hàng ngày.
Như chúng ta đã biết, Trái Đất phải thực hiện cùng một lúc hai chuyển động, một chuyển động quanh chính trục của nó và một chuyển động xung quanh mặt trời. Vì vậy, từ Trái Đất ta có thể coi Mặt Trời “chuyển động” hàng ngày trên bầu trời từ Đông sang Tây và lệch theo hướng Bắc – Nam so với đường Xích Đạo theo một đường hình sin, đạt vị trí cực
bắc ở vĩ độ 23,45 vào ngày Hạ Chí(21-6) và đạt vị trí cực nam ở vĩ độ -23,45 vào ngày Đông Chí (21-12) hàng năm. Do vậy phương tới của Mặt Trời đối với một mặt cố định nào đó đặt trên mặt đất biến thiên liên tục và phức tạp.
Về mặt lý thuyết, để thu được năng lượng Mặt Trời một cách triệt để, tức là làm cho lượng bức xạ Mặt Trời chiếu vào dàn Pin là tối đa ở mọi thời điểm trong ngày thì ta phải làm cho dàn Pin luôn hướng về phía Mặt Trời. Muốn vậy dàn Pin phải quay theo hai trục: trục Bắc-Nam để hướng tấm Pin Mặt Trời từ Đông sang Tây tương ứng với vị trí hàng ngày của Mặt Trời trên bầu trời; trục Đông-Tây để quay tấm Pin Mặt Trời lên xuống theo hướng Bắc- Nam. Hơn thế nữa, khi trời mưa, hệ thống có thể tự nghiêng một góc α để
nước mưa có thể “tự vệ sinh” cho Panel Pin. Một hệ thống có thể tự động định hướng dàn Pin như vậy được gọi là “Hệ thống điều khiển bám cho modul pin năng lượng Mặt Trời”. 2.1.2. Ý tưởng thực hiện.
Mục tiêu của hệ thống điều khiển bám cho panel pin năng lượng Mặt Trời là thiết kế làm sao cho panel này luôn luôn chuyển động tương đối so với hướng của ánh sáng Mặt Trời, có nghĩa đơn giản là khi Mặt Trời mọc ở hướng Đông vào buổi sáng thì panel phải quay về hướng Đông, khi Mặt Trời ở đỉnh 12h trưa thì panel cũng phải tự động quay theo sao cho hướng của tia bức xạ là vuông góc với panel pin năng lượng Mặt Trời…nhằm thoả mãn mục tiêu duy nhất là làm sao cho lượng bức xạ thu được ở mọi thời điểm trong ngày là lớn nhất và cường độ là tương đương nhau.
Như vậy, muốn thoả mãn mục đích này, panel trong hệ thống điều khiển bám này cần có được hai chuyển động: chuyển đông thứ nhất theo trục Bắc-Nam để hướng tấm Pin Mặt Trời từ Đông sang Tây tương ứng với vị trí hàng ngày của Mặt Trời trên bầu trời từ sáng đến tối. Chuyển động thứ hai là chuyển động theo trục Đông-Tây để quay tấm Pin Mặt Trời lên xuống theo hướng Bắc- Nam.
Hình 2.1.
Mô hình hệ thống
điều khiểm
bám modul
pin năng lượng
mặt trời. 2.2. Nghiên cứu và so sánh các phương pháp bám điểm công suất cực
đại(MPPT) của hệ thống pin mặt trời.
Sự gia tăng liên tục ở mức độ phát - thải của khí hiệu ứng nhà kính và sự leo thang của giá nhiên liệu là yếu tố điều chỉnh chính đằng sau những nỗ lực để sử dụng các nguồn nhiên liệu tái tạo khác nhau. Trong số nguồn nhiên liệu tái tạo, năng lượng mặt trời được cấu thành thích hợp nhất cho sự lựa chọn ứng dụng chủ yếu là do khả năng biến đổi trực tiếp của dạng năng lượng này thành năng lượng điện sử dụng hệ thống pin mặt trời. Tuy nhiên, việc sử dụng hệ thống pin mặt trời như một nguồn thay thế đòi hỏi một số lượng đáng kể cho việc đầu tư. Để giảm chi phí tổng thể cho hệ thống pin mặt trời, do đó việc khai thác công suất cực đại từ một tấm pin mặt trời là một yếu tố quan trọng khi thiết kế hệ thống tối ưu. Tại điểm điều khiển thích hợp cho pin mặt trời, giả sử hiệu suất của pin, công suất lớn nhất phụ thuộc vào cường độ bức xạ mặt trời, nhiệt độ mặt trời xung quanh và tải, trở kháng. Có một đặc điểm duy nhất cho phép đạt được công suất cực đại bám sát khi có sự phát triển của cường độ bức xạ và nhiệt độ là sự thiết yếu để đảm bảo hoạt động hiệu quả của pin mặt trời (hình 2.2).
Hình 2.2: Những thay đổi của I-V và P-V của các cell pin mặt trời
Vấn đề cơ bản của việc MPPT là tự động xác định điện áp ra hoặc dòng điện đầu ra của pin mặt trời. Giá trị mà tạo ra công suất đầu ra của pin mặt trời là cực đại dưới sự tác động của nhiệt độ và bức xạ của pin mặt trời. Đạt được công suất cực đại lien quan đến điều chỉnh dòng tải theo sự biến đổi của các mức bức xạ và nhiệt độ. Bám sát điểm công suất cực đại, không cho phép sự gia tăng công suất cung cấp từ các môdul pin mặt trời đã tải mà còn giúp tăng cường tuổi thọ hoạt động của pin mặt trời. Nhiều phương pháp MPPT đã được khám phá và thực hiện. Phương pháp này có thể phân biệt với các tính năng khác nhau bao gồm các loại cảm biến yêu cầu, tốc độ hội tụ, giá thành, phạm vi hiệu quả, yêu cầu phần cứng, ứng dụng, hiệu quả.
Trong các yếu tố cần thiết, tuy nhiên các phương pháp MPPT khác có thể được phân loại phương pháp offline, phương pháp này phụ thuộc vào sự sắp xếp cấu trúc của pin mặt
Pmax max ISC (IMPP, VMPP) VOC 0 31 2.8 Điện áp (V) Dòng điện (A)
cường độ bức xạ. Những giá trị này được hoạt động chung cho tín hiệu điều khiển cần thiết cho việc điều chỉnh pin mặt trời, đạt được điểm công suất cực đại. Trong quá trình bám tín hiệu điều khiển này vẫn không đổi nếu điều kiện môi trường xung quanh được coi như là cố định và không cố gắng để điều chỉnh công suất ra của hệ thống pin mặt trời.
Phương pháp online thường vì giá trị tức thời của pin mặt trời là điện áp ra hoặc dòng điện được sử dụng là nhiều tín hiệu điều khiển. Tín hiệu điều khiển được áp dụng cho hệ thống pin mặt trời cùng với một phương pháp nhỏ và nhiều chú ý trong điện áp hoặc dòng điện hoặc chu kỳ làm việc ( tín hiệu điều khiển) và kết quả công suất ra được xác định. Bằng việc phân tích phản ứng của nhiễu công suất đầu ra của bộ điều khiển pin mặt trời, hướng thay đổi ( giảm hoặc tăng) của tín hiệu điều khiển được xác định. Do đó, phương pháp offline không thích hợp với nhiều ứng dụng, tín hiệu điều khiển không thể còn được coi là ổn định ( hằng số). Do đó, bám điểm công suất đầu ra cực đại liên quan đến dao động xung quanh giá trị tối ưu.
Phương pháp lai là sự kết hợp của phương pháp offline và phương pháp online, bám điểm công suất cực đại được thực hiển bởi hai bước: ước lượng ( dự đoán ) và các quy định chính xác của điểm công suất cực đại.
- Bước 1: Quan hệ tương đương của điểm công suất cực đại dựa trên phương pháp offline để đạt được điểm đặt thiết lập cho điểm công suất cực đại.
- Bước 2: Có thể được coi như một bước điều chỉnh dựa trên phương pháp online và nỗ lực cho việc tiếp cận với giá trị thực của điểm công suất cực đại.
(adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});