BÁO cáo bài tập môn học THỰC tập NĂNG LƯỢNG tái tạo

− Dòng điện lớn: tốn chi phí đầu tư dây dẫn, thiết bị đóng cắt; − Điện áp thấp, dòng công suất lớn: tổn thân điện áp trên đường dây • Khi tải R thay đổi: các đồ thị IV, PV, PI thu được s

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ

BÁO CÁO BÀI TẬP MÔN HỌC: THỰC TẬP NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO

GV: TS Bùi Văn Hiền

Nhóm SVTH:

Trần Văn Thông……….18142391 Nguyễn Văn Tấn……….18142378 Nguyễn Văn Quang Trường… 18142410 Nguyễn Ngọc Tiên……… 18142396

MỤC LỤC

BÀI 1: KHẢO SÁT PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI 1

BÀI 2: DÙNG 6 TẤM PV TRONG BÀI TẬP 1 MẮC THEO CÁC KIỂU: SONG SONG, NỐI TIẾP, NỐI TIẾP SONG SONG SO SÁNH CÔNG SUẤT CỰC ĐẠI CỦA TỪNG CẤU HÌNH 7

1 ĐẤU NỐI CÁC HỆ PV 8

1.1 Mắc song song 8

1.2 Mắc nối tiếp 9

1.3 Mắc hỗn hợp (3NT) // (3NT) 11

1.4 Đồ thị đặc tuyến của ba trường hợp mắc PV 13

2 NHẬN XẾT VÀ KẾT LUẬN 15

2.1 Mắc song song 15

2.2 Mắc nối tiếp 15

2.3 Mắc hỗn hợp (song song kết hợp nối tiếp) 16

2.4 Kết luận 16

BÀI 3: DÙNG 6 TẤM PV TRONG BÀI TẬP 1 MẮC THEO CÁC KIỂU: SONG SONG, NỐI TIẾP, NỐI TIẾP SONG SONG SO SÁNH CÔNG SUẤT CỰC ĐẠI CỦA TỪNG CẤU HÌNH 18

1 ĐẤU NỐI CÁC HỆ PV 20

1.1 Mắc song song 20

1.2 Mắc nối tiếp 22

1.3 Mắc hỗn hợp (3NT) // (3NT) 24

1.4 Đồ thị đặc tuyến của ba cấu hình PV 26

2 NHẬN XÉT 28

BÀI 4: ĐIỀU CHỈNH CHU KỲ ĐÓNG CẮT D ĐỂ XÁC ĐỊNH CÔNG SUẤT RA

CỰC ĐẠI CỦA TẤM PIN 29

1 Nhiệm vụ: 29

1.1 Trường hợp 1: Lamda=1000W/m2 30

1.2 Trường hợp 2: Lamda=750W/m2 32

1.3 Trường hợp 3: Lamda=500W/m2 33

1.4 Trường hợp 4: Lamda=250W/m2 34

2.Nhận xét: 35

BÀI 5: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MẠCH BOOST CONVERTER (CHỌN L, C) THỰC HIỆN DÒ ĐIỂM PM CỦA HỆ THỐNG 35

1 DÒ ĐIỂM CÔNG SUẤT CỰC ĐẠI BẰNG PHƯƠNG PHÁP THỦ CÔNG 35

2 DÒ ĐIỂM CÔNG SUẤT CỰC ĐẠI BẰNG DẢI THUẬT 39

BÀI 6: DÒ ĐIỂM MPPT- ỨNG DỤNG LƯU ĐỒ GIẢI THUẬT P&O 40

1 GIỚI THIỆU GIẢI THUẬT P&O 40

1.1 Trình bày và giải thích lưu đồ giải thuật 40

1.2 Lưu đồ giải thuật P&O 42

1.3 Các bước của lưu đồ 43

2 DÒ ĐIỂM CỰC ĐẠI TỰ ĐỘNG ỨNG DỤNG GIẢI THUẬT P&O- 44

2.1 Phương pháp thực hiện 44

2.2 Kết quả mô phỏng 50

2.3 NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ 54

3 HƯỚNG PHÁT TRIỂN 55

BÀI 7: THIẾT KẾ HỆ THỐNG TƯỚI TIÊU DÙNG ĐIỆN MẶT TRỜI CHO VƯỜN CHUỐI 1200M2 56

1 TỔNG QUAN 56

1.1 Thông tin công trình 56

1.2 Điều kiện tự nhiên 56

1.3 Tổng quan về cây trồng 57

1.4 Phương án lắp đặt 58

2 THIẾT KẾ HỆ THỐNG CẤP NƯỚC TƯỚI TIÊU 59

2.1 Tính toán chọn thiết bị hế cập nước 59

2.2 Tính toán chọn thiết bị cho hệ thống PV 66

2.3 Bảng giá thiết bị dự án 74

2.4 Bảng vẽ thiết kế 76

BÀI 8 : KHẢO SÁT, TÌM HIỂU NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA HỆ THỐNG TURBINE GIÓ MÁY PHÁT ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ 86

BÀI 9: KHẢO SÁT, TÌM HIỂU NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA HỆ TURBINE GIÓ - MÁY PHÁT ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ NỐI LƯỚI 102

1

BÀI 1: KHẢO SÁT PIN NĂNG LƯỢNG M T TR I Ặ Ờ

ĐỀ: Cho thông số của pin PV model: JKM570M-7RL4-V

2

Nhiệm vụ 1: ây dựng mô hình tấm PV trên phần mềm PsimX

1 Tiến hành cài đặt các thông số của tấm PV JKM570M-7RL4-V

Hình 1: cài đặt các thông số PV trên PSIM

3

Hình 2: sơ đồ điện hệ PV trên Psim

Với:

- S0: cường độ bức xạ ánh sáng của mặt trời (W/m2)

- Temp: nhiệt độ của của bức xạ

- JKM570_7RL4_V: tấm PV

- R3: tải thuần trở của tấm PV

- I1: Ampe kế đo cddd qua tải R

- V1: vonke đo điện áp tại tải R

2 0

250 W/m2 20

450.00 400.00

0 10 20 30 40 50 60

P(I) theo b c x m t tr i t i 25 ứ ạ ặ ờ ạ °C 500.00

450.00 400.00 350.00

14 12

250 W/m2 4

2 0

0 10 20 30 40 50

R(V) theo b c x m t tr i t i 40 ứ ạ ặ ờ ạ °C 80

70 60

250 W/m2 20

10 0

400.00 350.00

250.00

750 W/m2 200.00

500 W/m2 150.00

250 W/m2 100.00

50.00 0.00

0 10 20 30 40 50 60

P(I) theo b c x m t tr i t i 40 ứ ạ ặ ờ ạ °C 450.00

400.00 350.00

250.00

750 W/m2 200.00

500 W/m2 150.00

250 W/m2 100.00

50.00 0.00

7

BÀI 2: DÙNG 6 T M PV TRONG BÀI T P 1 M Ấ Ậ ẮC

THEO CÁC KI U: SONG SONG, N I TI P, N Ể Ố Ế ỐI

TIẾP SONG SONG SO SÁNH CÔNG SU T C Ấ ỰC

0,8 55,7 44,5 2478,7

1 44,98 46,00 2023,2

2 28,00 49,00 1316,0

11

1.3 M c h n h p (3NT) // (3NT) ắ ỗ ợ

00

0 00 50 00 100 00 150 00 200 00 250 00 300 00 350 00

Đồ thị I(V) khi điện trở tăng dần của các cách mắc

Đồ thị P(V) khi điện trở tăng dần của các cách mắc

1

0

0 00 50 00 100 00 150 00 200 00 250 00 300 00 350 00

Đồ thị P(I) khi điện trở tăng dần của các cách mắc

Đồ thị R(V) khi điện trở tăng dần của các cách mắc

P(I) theo bức xạ mặt trời tại

− Dòng điện lớn: tốn chi phí đầu tư dây dẫn, thiết bị đóng cắt;

− Điện áp thấp, dòng công suất lớn: tổn thân điện áp trên đường dây

• Khi tải R thay đổi: các đồ thị I(V), P(V), P(I) thu được sau quá trình thi nghiệm mô phỏng nhận thấy:

− Khi tải thay đổi, dòng điện của cách mắc song song cũng thay đổi giảm nhanh, điện áp của hệ PV ổn định

− Công suất của hệ PV không ổn định, chỉ đáp ứng ở mức tải nhỏ (R=0 ->1 ohm), khi tăng tải, công suất giảm mạnh

− Giải thích: khi mắc song song giá trị điện áp của hệ PV ổn định, bằng giá trị điện áp của 1 tấm PV và khi tăng tải, để bằng công suất, mỗi tấm PV sẽ tự giảm dòng xuống, qua đó dòng của cả hệ PV giảm theo và công suất của cả hệ PV cũng giảm

-> Cách mắc này thể hiện hệ PV là một nguồn áp

2.2 M c n i p ắ ố tiế

• Đặc điểm

− Điện áp của hệ PV bằng tổng điện áp của tất cả tấm PV mắc nối tiếp

− Dòng điện của cả hệ bằng dòng 1 PV: tiết kiệm chi phí đầu tư thiết bị, dây dẫn

− Công suất sẽ đạt giá trị cực đại tại trị số điện trở cao

• Khi tải R thay đổi các đồ thị I(V), P(V), P(I) thu được sau quá trình thi nghiệm mô phỏng nhận thấy:

-> Cách mắc này thể hiện hệ PV là một nguồn dòng

2.3 M c h n h p (song song k ắ ỗ ợ ết hợ p n i ố tiếp)

• Đặc điểm:

− Điện áp của hệ PV phụ thuộc vào số PV mắc nối tiếp

− Dòng điện: lớn hay nhỏ phụ thuộc vào số nhánh song song

• Khi tải R thay đổi tăng dần: các đồ thị I(V), P(V), P(I) thu được sau quá trình thi nghiệm mô phỏng nhận thấy:

− Khi tải thay đổi, dòng điện của cách mắc hỗn hợp vẫn ổn định tuy nhiên giảm dần khi giá trị tải đạt quá ngưỡng công suất cực đạt

− Kkhi tải tăng công suất của hệ PV cũng tăng dần do điện áp của hệ tăng dần, và công suất của hệ PV cũng đạt được dải ổn định ở mức tại R=3 - 15 ohm

− Giải thích: Nhờ sự kết hợp của cả 2 cách mắc song song và nối tiếp nên giá trị công suất của cách mắc hộn hợp đạt cực đại và ổn định ở giá trị tải vừa (R=3 -

17

➢ Nên chọn cách mắc hỗn hợp các tấm pv cho tải có công suất vừa và lớn

➢ Nên chọn cách mắc nối tiếp các tấm pv cho tải có công suất lớn

18

BÀI 3: DÙNG 6 T M PV TRONG BÀI T P 1 M Ấ Ậ ẮC

THEO CÁC KI U: SONG SONG, N I TI P, N Ể Ố Ế ỐI

TIẾP SONG SONG SO SÁNH CÔNG SU T C Ấ ỰC

ĐẠ I C A T NG CẤU HÌNH Ủ Ừ

So sánh và nhận xét công suất của từng cấu hình

19

20

1.1 M c song song ắ

21

Kết quả thí nghiệm:

R( ohm) V ( V) I (A) P (W)

0 0,0 60,1 0,0 0,2 12,0 60,1 721,4

1,4 46,0 32,8 1508,9

1,6 46,8 29,2 1366,3

1,8 47,4 26,3 1245,8

2 47,8 23,9 1143,4 3,0 49,1 16,4 804,9

22

Nhận xét cấu hình song song các modul PV: khi các tấm PV nhận bức xạ khác nhau thì dòng điện của hệ PV giảm dần và điện áp cũng tăng dần Công suất của hệ tăng dần và đạt cực đại ở 1 điểm rồi giảm nhanh Vì đặc điểm mắc song song các modul PV của cấu hình nên dòng điện của hệ bằng tổng dòng các modul PV, do vậy dù bức xạ trên các tấm pin khác nhau nhưng dòng và áp của hệ PV vẫn biến thiên theo đặc tính của PV

1.2 M c n i ti p ắ ố ế

1.3 M c h n h p (3NT) // (3NT) ắ ỗ ợ

25

Kết quả thí nghiệm:

R( ohm) V ( V) I (A) P (W) 0,001 0,3 25,5 7,0 0,4 13,2 25,5 336,3 0,7 27,2 25,5 693,7 1,0 44,0 21,6 949,9 2,0 53,0 17,2 912,4 3,0 62,1 17,2 1067,9 4,0 72,7 17,2 1249,8 6,0 84,6 17,2 1454,9 8,0 93,6 13,9 1300,7

10 100,6 11,7 1176,9

12 107,9 11,7 1262,1

0,0 50,0 100,0 150,0 200,0 0,0 50,0 100,0 150,0 200,0

Mắc h n h ỗ ợp Mắc h n hỗ ợpNhận xét cấu hình nối (1nt1nt1)// (1nt1nt1) các modul PV: nhận thấy đồ thị I(v) và P(v) của cấu hình tương tự với đồ thị cấu hình mắc nối tiếp các tấm PV Do trong cấu hình có 3 nhóm PV mắc nối tiếp với nhau Tuy nhiên các đỉnh công suất của các mắc hỗn hợp cao hơn so với kiểu nối tiếp nhưng dải công suất thì chỉ bằng một nữa so với kiểu mắc nối tiếp

1.4 Đồ thị đặc tuyến của ba cấu hình PV

Đồ thị I(V) khi điện trở tăng dần của các cách mắc

Đồ thị P(V) khi điện trở tăng dần của các cách mắc

28

Qua thí nghiệm nhận thấy khi có hiện tượng bóng che làm giảm cường độ ánh sáng thì cấu hình nối tiếp có đồ thị I(v) và P(v) ổn định, ít thay đổi nhất Còn cấu hình mắc song song tuy có độ ổn định so với đặt tuyến ban đầu của pin và có đỉnh công suất cao nhất nhưng dải công suất rất hẹp Trong thực tế, khi lắp đặt hệ thống PV chủ yếu với nhu cầu hòa lưới, giảm một phần sức ép cho điện lưới, vì vậy người ta sẽ ưu chuộn cách lắp có độ

ổn định hơn Cụ thể: khi lắp cấu hình song song thì khi tăng tải đột ngột công suất đáp ứng sẽ rớt nhanh, từ đó tạo sức ép đột ngột lên Inverter hòa lưới và điện lưới quốc gia, còn đối với cách mắc nối tiếp tuy công suất đỉnh không cao nhưng giải đáp ứng công suất rất rộng, vì vậy khi tăng tải hay giảm tải thì cũng sẽ không ảnh hưởng nhiều đến inverter hòa lưới và hệ thống điện

29

PIN

1 Nhiệ m v : ụ

− Sử dụng dữ liệu tấm pin trong bài tập 1 kết nối với mạch boost converter Chọn giá trị điện trở R (R khác với giá trị ứng với điểm Pmax đã khảo sát) Sau đó điều chỉnh chu kỳ đóng cắt D để xác định công suất ra cực đại của tấm pin

− Giữ nguyên giá trị điện trở R, Thay đổi bức xạ các mức 1000, 750, 500 và 200 để dò điểm cực đại khi bức xạ thay đổi Báo cáo trên Exel về giá trị D, V, I, P ứng với các trường hợp khảo sát

Kết quả mô phỏng:

Sơ đồ đấu nối PV và mạch boost trên Psim

0,60 12,08 38,54 465,75

0,61 12,39 37,38 463,12 0,62 12,60 36,42 458,85 0,65 13,17 32,30 425,39 0,70 13,53 24,51 331,58

31

20 2,56 51,2 131,1

30 1,72 51,9 89,3

100 0,01 52,5 0,5

0,54 9,10 37,95 345,52

0,55 9,26 37,22 344,43 0,56 9,44 36,14 341,24 0,60 9,92 31,62 313,53 0,70 10,21 18,51 188,78

So sánh với điểm cực đại đo được trong bài mô phỏng thay đổi giá trị tải (bảng bên dưới) nhận thấy 2 điểm cực đại bằng nhau

0,44 6,01 37,29 223,76

0,45 6,12 36,54 223,47 0,47 6,31 35,06 220,88 0,50 6,53 32,31 210,95 0,55 6,73 27,06 182,08 0,60 6,80 21,68 147,32

So sánh với điểm cực đại đo được trong bài mô phỏng thay đổi giá trị tải (bảng bên dưới) nhận thấy 2 điểm cực đại bằng nhau

0,22 2,98 34,97 104,26

0,23 3,01 34,60 104,25 0,24 3,04 34,22 104,15 0,25 3,08 33,69 103,83 0,26 3,13 32,97 103,14 0,28 3,17 32,20 102,11 0,30 3,23 30,87 99,72 0,40 3,37 23,87 80,51 0,50 3,41 16,85 57,38 0,60 3,41 10,88 37,14

So sánh với điểm cực đại đo được trong bài mô phỏng thay đổi giá trị tải (bảng bên dưới) nhận thấy 2 điểm cực đại bằng nhau

35

2.Nhận xét:

BÀI 5: TÍNH TOÁN THIẾT K M CH BOOST Ế Ạ

0.153 9.65 288.60 2797.1 0.167 9.58 286.54 2757.9

− Giá trị Pmax thu được tại D=0,139 (khoảng 10%) do giá trị điện áp ngõ vào và ngõ

ra không chệnh lệch quá nhiều nên giá trị D cũng ở giá trị thấp

− Giá trị dòng điện và điện áp của trường hợp dùng mạch Boost có đổi khác so với khi không dùng mạch boost nguyên nhân là do điện trở tải trong 2 trường hợp khác nhau

− Khi D càng tăng vượt qua giá trị tại Pmax thì P giảm

− Đối với tải cố định thì có thể dò điểm cực đại bằng phương pháp này tuy nghiên đối với tải biến thiến hay khi PV đặt trong môi trường có bức xạ thay đổi thì phương pháp này khó để áp dụng

39

Sơ đồ kết nối thiết bị của hệ thống trên Matlab

Dạng sóng điện áp ngõ vào, ngõ ra, xung PWM, Iload của hệ thống

40

GIẢI THU T P&O Ậ

1 GI I THI U GI I THU T P&O Ớ Ệ Ả Ậ

1.1 Trình bày và gi ải thích lưu đồ giả i thu t ậ

Phương pháp P&O dựa trên việc theo dõi sự biến thiên điện áp theo chu kỳ để tìm được điểm làm việc có công suất lớn nhất

Hình 1: Sơ đồ nguyên lý của mạch DC/DC tăng áp Boost

Hình 2: Đặc tính P-V

41

Hình 3: Đặc tính I-V

Nguyên lý dò điểm MPPT với giải thuật P&O

− Nếu điểm hoạt động của hệ thống đang di chuyểntheo hướng 1 (ΔV>0 vàΔP>0) hoặc theo hướng 2(ΔV<0 và ΔP<0) thì cần tăng điện áp hoạt động lên đểdi chuyển điểm hoạt động tới điểm MPP

− Nếu điểm hoạt động của hệ thống đang di chuyểntheo hướng 3 (ΔV<0 và ΔP>0) hoặc hướng 4 (ΔV>0và ΔP<0) thì cần giảm điện áp hoạt động để di chuyểnđiểm hoạt động tới điểm MPP

42

1.2 Lưu đồ giả i thu t P&O ậ

43

1.3 Các bướ c c ủa lưu đồ

• BƯỚC 1: Lấy giá trị đo mạch V(k) và I(k)

• BƯỚC 2: Thực hiện phép tính công suất P(k) = V(k)*I(k)

• BƯỚC 3: So sánh P(k) và P(k-1)

− Nếu P(k) > P(k-1): thì thực hiện bước 4A

− Nếu P(k) < P(k-1): thì thực hiện bước 4B

• BƯỚC 4:

− 4A:

Nếu Vk > Vk-1: giảm D => thực hiện bước 5

Nếu Vk-1> Vk: tăng D => thực hiện bước 5

− 4B:

Nếu Vk > Vk-1: tăng D => thực hiện bước 5

Nếu Vk-1> Vk: giảm D => thực hiện bước 5

• BƯỚC 5: Gán giá trị P(k) = P(k-1) và V(k) = V(k-1)

44

P&O

2.1 Phương pháp thực hiện

− Mạch dò điểm công suất cực đại áp dụng lưu đồ thuật toán P&O được

thực hiện và mô phỏng trên phần mềm matlab

− Pin quang điện sử dụng là JKM570M

Sơ đồ mạch tự bắt điểm MPP bằng giải thuật P&O

a) Mạch động lực

45

➢ Mạch động lực của mô hình gồm 3 phần: hệ thống pin PV, mạch Boost và tải

− Hệ thống pin PV được cài đặt theo thông số của pin JKM570M-7RL4-V

− Mạch Boost với các thông số L, C đã tính toán được trong bài thí nghiệm trước

− Tải R được giới hạn trong khoảng giá trị tương ứng với V, P min đến V, Pmax

46

b) Mạch tạo xung

➢ Mạch tạo xung được dựa trên mô hình thuật toán P&O

- Ngõ vào gồm tín hiệu dòng và áp của hệ thống PV; Giá trị deta D

- Ngõ ra là giá trị Duty

47

Cụ thể khối giải thuật tạo chu kì công tác D như sau:

49

Các khối đo lường giá tr ị đầu ra c a h ủ ệ thố ng PV

51

b) Đồ thị các giá trị tương ứng với giá trị tải r

Đồ thị của các giá trị điện áp, dòng điện, công suất khi tải R thấp dưới mức cho phép (R=18 Ohm)

Đồ thị của các giá trị điện áp, dòng điện, công suất khi tải R nằm trong mức cho phép (R=40 Ohm)

52

53

Đồ thị của các giá trị điện áp, dòng điện, công suất khi tải R cao trên mức cho phép (R=60 Ohm)

54

- Khi sử dụng tải R ở giá trị cho phép thì mạch hoạt động rất tốt, điểm MPPT dò được qua các giá trị R thay đổi có sai số chỉ vài % Cụ thể như khi tải R=32 Ohm -> Pload =

3361 W, và khi tải R=38 Ohm > Pload = 3367 W (sai số 0,2%)

Khi sử dụng tải R trên giá trị cho phép thì D tăng dần, đồng thời điện áp được boost lên rất cao để có thể bắt được điểm MPPT

- Khi sử dụng tải R dưới giá trị cho phép thì D có xu hướng giảm dần đến vô cùng vì giá trị DetaP và Deta V luôn tăng Ngoài ra có thể hiểu R giảm thì Iload phải tăng nên Vload phải giảm, tuy nhiên giá t PWM nhỏ nhất vẫn không thể đáp ứng sự giảm đó nên rị không thể bắt được điểm cực đại Có thể khắc phục bằng cách sử dụng mạch Giảm áp

- Qua đồ thị của cả 3 trường hợp đều nhận thấy giá trị D, P, I bất ổn ở khoảng thời gian 0- 0,1s, nguyên nhân là:

+ Điểm bắt đầu của D nằm ở giá trị 0 - khá xa so với điểm D xác lập (khoảng 0,1 –0,2s) Cách khắc phục: tạo giá trị D ban đầu khoảng 0,1 để mạch dò được điểm MPPT nhanh hơn

+ Giá trị đo ban đầu I_PV, U_PV bắt đầu từ giá trị nhỏ so với giá trị xác lập nên sẽ có những giao động Cách khắc phục: gắn thêm tụ ở ngõ ra PV để tạo giá trị V ban đầu cao

- Độ chính xác và đáp ứng nhanh hay chậm phụ thuộc vào giá trị deta D:

+ Nếu delta D lớn thì đáp ứng nhanh nhưng sai số lớn

+ Nếu delta D nhỏ thì đáp ứng chậm nhưng Pload bám sát Pmax, tuy nhiên nếu đột ngột thay đổi bức xạ thì hệ thống cần thời gian để đáp ứng