Khi kết nối pin quang điện với tải thuần trở và có giá trị điện trở thay đổi được như hình 3.25. Khi đó, ta sẽ có điểm làm việc là giao điểm của hai đường đặc tuyến như hình 3.26
Hình 3.25 Pin quang điện được nối với tải thuần trở
PV DC/DC Ri I Iref MPPT PWM -
Hình 3.26 Đường đặc tuyến làm việc của pin khi kết nối tải
Quan sát đặc tuyến ta thấy cùng một pin quang điện khi thay đổi tải khác nhau ta thu được các điểm làm việc khác nhau, tương ứng là các công suất cực đại khác nhau.
Ngược lại, nếu giữ nguyên tải thay đổi nhiệt độ hoặc cường độ bức xạ của mặt trời, ta sẽ thu được một họ đường đặc tuyến của pin quang điện. Đồng thời cũng có vô số điểm làm việc khác nhau. Tương ứng mỗi đặc tuyến có một điểm công suất cực đại. Cụ thể như sau:
- Điểm làm việc cực đại thay đổi khi nhiệt độ thay đổi thể hiện trên hình sau:
- Điểm làm việc cực đại thay đổi khi bức xạ thay đổi thể hiện trên hình sau:
Hình 3.28 Các điểm làm việc cực đại thay đổi khi bức xạ thay đổi
Để thu được công suất cực đại cần xác định điểm MPP và để đạt được điều này người ta dùng bộ MPPT để tính toán điểm làm việc cực đại. Sau đó, điều khiển bộ DC/DC để đạt được điểm làm việc cực đại.
Thực tế, bộ MPPT là một khối nhận lấy các tín hiệu của pin quang điện như dòng, áp... Sau đó, dùng các thuật toán khác nhau để xác định điểm làm việc MPP và truyền các tín hiệu này điều khiển đóng cắt bộ biến đổi điện áp một chiều DC/DC để thu được công suất lớn nhất.
Điểm công suất cực đại thường nằm ở khuỷu của đường cong V-I của pin quang điện. Sau khi hệ MPPT tính toán được điểm MPP sẽ đưa tín hiệu điều khiển về điều khiển đóng cắt bộ DC/DC
Hình 3.29 giới thiệu sơ đồ khối của hệ thống chuyển đổi năng lượng tiêu biểu.
Hầu hết các bộ chuyển đổi năng lượng hiện nay gồm có ba phần cơ bản: - Bộ chuyển đổi DC-DC.
- Bộ phận đo lường. - Bộ phận điều khiển
Bộ phận đo lường và bộ phận điều khiển chính là bộ dò tìm điểm công suất (MPPT).
Khi pin quang điện được nối trực tiếp với tải, điểm vận hành của pin quang điện được điều khiển bởi tải. Tổng trở của tải (RLOAD) được miêu tả như sau:
Trong đó: V0, I0 là điện áp và dòng điện phát ra của pin quang điện. Tổng trở tối ưu của tải (ROPT) cho pin quang điện được miêu tả như sau:
Trong đó, VMPP, IMPP là điện áp và dòng điện phát ra của pin quang điện tại điểm tối ưu.
Khi giá trị RLOAD bằng ROPT, công suất cực đại sẽ được truyền từ pin quang điện đến tải. Tuy nhiên, trong thực tế hai tổng trở này lại không bằng nhau. Mục đích của bộ MPPT là điều chỉnh tổng trở tải nhìn từ phía nguồn bằng với tổng trở tối ưu của pin quang điện (RLOAD = ROPT). Đây còn được gọi là nguyên lý dung hợp tải.
Nói tóm lại, bộ biến đổi DC/DC được phục vụ cho việc truyền công suất từ pin quang điện tới tải. Bộ DC/DC hoạt động như thiết bị giao tiếp trung gian giữa tải và pin quang điện. Bằng việc thay đổi độ rộng xung, tổng trở tải nhìn từ phía nguồn sẽ được thay đổi bằng với tổng trở nguồn tại điểm cực đại. Vì vậy công suất cực đại được cung cấp cho tải.
3.8 Hệ nhiều pin quang điện
Như đã trình bày ở trên, một pin quang điện (hay còn gọi là cell) có điện áp làm việc rất nhỏ, khoảng 0.5 đến 0.6V. Do đó, muốn có điện áp làm việc cao đòi hỏi phải mắc nối tiếp các pin quang điện và muốn có dòng điện làm việc lớn phải mắc song song các pin quang điện. Các pin quang điện sau khi ghép lại với nhau sẽ tạo thành tấm pin quang điện (hay còn gọi là module).
Tấm pin quang điện được tạo thành từ nhiều pin quang điện có thể gồm 36 đến 72 pin quang điện mắc nối tiếp với nhau. Qua những tấm pin quang điện, năng lượng mặt trời được chuyển hoá thành điện năng. Mỗi tấm pin quang điện cung cấp một lượng nhỏ năng lượng, nhưng nhiều tấm pin quang điện ghép với nhau sẽ tạo nên nguồn năng lượng lớn đủ để cung cấp cho các thiết bị.
Mỗi tấm pin quang điện có công suất khác nhau. Điện áp của các tấm pin thường là 12VDC. Để tạo ra công suất và điện áp theo yêu cầu thì người ta phải ghép nối tiếp hoặc ghép song song nhiều tấm pin quang điện. Các tấm pin quang điện sau khi ghép với nhau sẽ tạo thành hệ nhiều pin quang điện (hay còn gọi là một dàn pin quang điện).
Có hai cách ghép cơ bản:
- Ghép nối tiếp các tấm pin quang điện sẽ cho điện áp ra lớn hơn. - Ghép song song các tấm pin quang điện sẽ cho dòng điện ra lớn.
Khi ghép các tấm pin quang điện ta giả sử các tấm pin đều giống hệt nhau, các đường đặc tuyến V-I giống hệt nhau, các thông số dòng điện ngắn mạch ISC, điện áp hở mạch VOC bằng nhau.