Trần Lê Nhật Hoàng Thành viên nhóm: Huỳnh Thái Việt Phan Nguyễn Thanh Thiên Nguyễn Văn Thành --- THE UNIVERSITY OF DANANG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY AND EDUCATION ĐỀ TÀI: TÌM HIỂU NĂNG
Trang 2ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Giảng viên hướng dẫn: TS Trần Lê Nhật Hoàng
Thành viên nhóm: Huỳnh Thái Việt
Phan Nguyễn Thanh Thiên
Nguyễn Văn Thành -
THE UNIVERSITY OF DANANG
UNIVERSITY OF TECHNOLOGY AND EDUCATION
ĐỀ TÀI: TÌM HIỂU NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO VÀ CÁC THUẬT TOÁN BÁM ĐIỂM CÔNG SUẤT CỰC ĐẠI CHO HỆ THỐNG
NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI
Đà Nẵng, tháng 06/2022
Trang 3CÁC NỘI
DUNG
CHÍNH
TỔNG QUAN VỀ PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI
& BỘ CHUYỂN ĐỔI DC-DC BOOST CONVERTER CÁC PHƯƠNG PHÁP BÁM ĐIỂM CÔNG SUẤT CỰC ĐẠI CỦA PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI – KẾT QUẢ MÔ PHỎNG
II
II I
MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP DÒ TÌM ĐIỂM CÔNG SUẤT CỰC
ĐẠI KHÁC (SLIDE MODE CONTROL)
I V
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀIV
Trang 4KHÁI QUÁT VỀ NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO
01
1
Trang 5I KHÁI QUÁT VỀ NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO:
• Nguyên tắc cơ bản của việc sử dụng năng
lượng tái tạo là tách một phần năng lượng
từ các quy trình diễn biến liên tục trong môi trường và đưa vào trong các sử dụng kỹ thuật
• Năng lượng tái tạo là năng lượng từ những
nguồn liên tục, vô hạn
Trang 6II MỘT SỐ DẠNG NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO PHỔ BIẾN:
Năng lượng gió (Điện gió): Là một lĩnh vực của
ngành năng lượng, biến đổi động năng của không khí thành điện năng, cơ năng, nhiệt năng,… để phục
vụ cho nền kinh tế Việc chuyển đổi này được thực hiện bằng các tổ hợp thiết bị, như máy phát điện bằng tua bin gió (để thu được điện năng), v.v
3
Năng lượng thủy điện: Thủy điện là nguồn năng lượng sạch hoàn toàn đang được ứng dụng nhiều ở hầu hết các quốc gia Thủy điện hoạt động dựa vào sức nước trong các dòng nước có tốc độ nhanh để thiết lập tuabin máy phát điện
Trang 7II MỘT SỐ DẠNG NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO PHỔ BIẾN:
Năng lượng địa nhiệt: Năng lượng địa nhiệt của Trái
Đất sinh ra từ sự hình thành của ban đầu hành tinh
và sự phân rã phóng xạ của khoáng chất Tuy nhiên, công nghệ để khai thác năng lượng địa nhiệt vẫn bị giới hạn ở một vài nơi
Năng lượng sinh học: Hay còn gọi là năng lượng sinh khối Có nguồn gốc từ động vật, cây trồng Nguồn năng lượng tái tạo này có thể được sử dụng trực tiếp hoặc gián tiếp nhờ vào quá trình đốt cháy để tạo ra nhiệt
Một số dạng năng lượng khác như: Năng lượng thủy
triều, nhiên liệu hydrogen và pin nhiên liệu hydro,
Trang 8KHÁI NIỆM
Năng lượng mặt trời là năng lượng của dòng bức xạ điện từ xuất phát từ mặt trời cộng với một phần nhỏ năng lượng từ các hạt nguyên tử khác phóng ra từ mặt trời Cho đến gần đây, sức nóng mặt trời được chú trọng trong việc ứng dụng vào việc chuyển hóa sang nhiệt năng, điện năng phục vụ nhu cầu của cuộc sống.
ƯU ĐIỂM
•Pin mặt trời là nguồn năng lượng tái tạo, không giống như các nhiên liệu hóa thạch như than, dầu mỏ, khí đốt.
•Tài nguyên năng lượng dồi dào, nguồn cung năng lượng vô tận.
•Điện năng năng lượng mặt trời đem lại hiệu quả cao, chi phí vận hành thấp, công nghệ hiện đại.
NHƯỢC ĐIỂM
• Chi phí đầu tư cho một hệ thống năng lượng mặt trời khá cao.
• Chưa thể là nguồn năng lượng ổn định.
NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI:
Trang 9TIỀM NĂNG NĂNG LƯỢNG ĐIỆN MẶT TRỜI Ở
VIỆT NAM
Đến cuối năm 2014 đầu năm 2015, tổng công
suất lắp đặt điện mặt trời trong cả nước đạt xấp
xỉ 4,5MWp, trong đó khoảng 20% tổng công
suất (Tương đương với 900 kWp) được đấu nối
vào lưới điện.
Tổng công suất điện mặt trời Việt Nam năm
2018 chỉ là 106MWp.
Tính đến năm 2020, điện mặt trời nối lưới với
công suất lên tới 9GW (trong đó, 2 tỉnh Tây Ninh
và Bình Thuận gần 3,5 GW).
Trang 10Nhà máy điện mặt trời TCC Krông Pa ở Gia Lai
Nhà máy điện mặt trời
7
Trang 11TỔNG QUAN VỀ PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI
BỘ CHUYỂN ĐỔI DC-DC BOOST CONVERTER
02
Trang 12I GIỚI THIỆU CHUNG:
• Pin mặt trời hay còn gọi là pin quang điện là thiết bị ứng dụng
hiệu ứng quang điện trong lớp bán dẫn (Thường gọi là hiện tượng quang điện trong – quang dẫn) để tạo ra dòng điện một chiều khi được chiếu sáng
• PV sử dụng chất bán dẫn để biến đổi ánh sáng thành điện năng Nguyên liệu để sản xuất PV thông thường là tinh thể Silicon
Hình 1: Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của Pin mặt trời 9
Trang 13I GIỚI THIỆU CHUNG:
Ảnh hưởng của bức xạ và nhiệt độ:
Hình 2.1 Đường đặc tính I-V & P-V khi bức xạ thay đổi Hình 2.2 Đường đặc tính I-V & P-V khi nhiệt độ thay đổi
từ 25˚C - 75˚C
Các đường đặc tính dưới đây được trích xuất trực tiếp từ mô mình mô phỏng Matlab/Simulink thông qua các giá trị cụ thể của tấm Pin mặt trời: 1Soltech 1STH-215-P
Trang 14II BỘ CHUYỂN ĐỔI DC-DC BOOST CONVERTER:
1 Tổng quan:
Trong hệ thống pin mặt trời, bộ biến đổi DC-DC được kết hợp chặt chẽ với MPPT, MPPT sử dụng bộ biến đổi DC-DC để điều chỉnh nguồn điện áp vào lấy từ nguồn pin mặt trời, chuyển đổi cung cấp điện áp lớn nhất phù hợp với tải
Mạch Boost Converter cho NLMT thực tế Cấu trúc bộ điều khiển Boost Converter
11
Trang 15II BỘ CHUYỂN ĐỔI DC-DC BOOST CONVERTER:
2 Yêu cầu thiết kế:
3 Tính toán lựa chọn thông số cơ bản của bộ Boost:
Tính tụ điện C:
Chọn độ đập mạch điện áp ra là V = 2%
V out = 0,02.100 = 2 V
C out = = = 5,5.10 -4 F Chọn loại chọn loại có thông số là 6.10 -4 F
Trang 1603 CÁC PHƯƠNG PHÁP TÌM ĐIỂM CÔNG SUẤT CỰC ĐẠI
CỦA PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI – KẾT QUẢ MÔ
PHỎNG
QUAN HỆ DÒNG –
ÁP CỦA PV
13
Trang 18PHƯƠNG PHÁP
P&O
Hình 3.1 Đường cong khi tìm
điểm làm việc có công suất lớn
nhất
Hình 3.3 Sự thay đổi điểm
MPP theo gia tăng bức xạ Hình 3.2 Lưu đồ thuật toán P&O
1 Nếu tăng điện áp, công suất sau thu được tăng, thì chu kỳ sau tiếp tục tăng điện áp
2 Nếu tăng điện áp, công suất sau thu được giảm, thì chu kỳ sau tiếp tục giảm điện áp
3 Nếu giảm điện áp, công suất sau thu được tăng, thì chu kỳ sau tiếp tục giảm điện áp
4 Nếu giảm điện áp, công suất sau thu được giảm, thì chu kỳ sau tiếp tục tang điện áp
Thuật toán P&O xem xét đến sự tăng giảm điện áp theo chu kỳ để tìm được điểm làm việc có công suất lớn nhất Thuật toán được minh họa trong hình sau:
15
Trang 19II MÔ PHỎNG ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ:
Nhiệt độ thay đổi từ 25˚C - 50˚C
Công suất của hệ thống với thuật toán P&O
Từ quá trình mô phỏng, ta thu được đường
cong công suất cho thấy nhiệt độ thay đổi
từ 25˚C - 50˚C nhưng công suất đề cho
thấy sự thay đổi không đáng kể.
Trang 20KẾT QUẢ MÔ PHỎNG CỦA PHƯƠNG PHÁP P&O:
Bức xạ thay đổi theo thực tế 1000-600
Nhiệt độ ở điều kiện chuẩn 25˚C
17 Dòng điện – Điện áp & Công suất sau khi mô phỏng
Trang 21PHƯƠNG PHÁP INC
Hình 3.4 Đặc tính P-V của
phương pháp InC
Thuật toán InC sử dụng tổng điện
dẫn gia tăng của dãy pin quang điện
để dò tìm điểm công suất cực đại Thuật toán được minh họa trong hình sau:
dP/dV = 0, tại điểm cực đại MPP của
pin quang điện
dP/dV > 0, bên trái điểm MPP
dP/dV < 0, bên phải điểm MPP
Vì:
Nên ta cũng có thể viết lại là:
dI/dV = - I/V, tại điểm MPP
dI/dV > - I/V, bên trái điểm MPP
dI/dV < - I/V, bên phải điểm MPP
Trang 22KẾT QUẢ MÔ PHỎNG CỦA PHƯƠNG PHÁP INC:
19
Nhiệt độ ở điều kiện chuẩn 25˚C
Dòng điện – Điện áp & Công suất sau khi mô phỏng Bức xạ thay đổi theo thực tế 1000-600
Trang 23SO SÁNH KẾT QUẢ MÔ PHÒNG CỦA 2 PHƯƠNG PHÁP:
Nhiệt độ ở điều kiện chuẩn 25˚C Công suất sau khi mô phỏng của phương pháp InC
Công suất sau khi mô phỏng của phương pháp P&O Bức xạ thay đổi theo thực tế 1000-600
Trang 24Giống nhau :
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 Từ kết quả mô phỏng hình ở trên, khi cường độ bức xạ mặt trời
và nhiệt độ môi trường thay đổi, cả hai thuật toán đều bám được MPP với thời gian
rất nhanh
Khác nhau
MPPT làm việc với thuật toán INC tốt hơn so với thuật toán P&O, công suất dàn PV trong trường hợp sử dụng thuật toán INC bám sát công suất cực đại
(MPP) hơn Hay nói cách khác, phạm vi dao động quanh MPP nhỏ hơn so với
thuật toán P&O Thuật toán INC trong quá trình điều khiển MPPT, phản ứng
nhanh và chính xác hơn.
II KẾT LUẬN:
21
Trang 25MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP DÒ TÌM ĐIỂM CÔNG
SUẤT CỰC ĐẠI CỦA HỆ THỐNG PIN NĂNG
LƯỢNG MẶT TRỜI KHÁC
04
Trang 261 Phương pháp thuật toán chế độ trượt SMC (Sliding Mode Control):
Trong điều khiển chế độ trượt cho MPPT, điện áp đầu ra của nguồn PV và dòng điện của cuộn cảm bộ chuyển đổi công suất bao gồm một tập hợp các biến trạng thái Bề mặt chuyển mạch được xác định bằng cách sử dụng các biến trạng thái: I là dòng điện của cuộn cảm biến đổi công suất là hằng số dương,V là tín hiệu điều khiển có thể điều chỉnh Sơ đồ khối của hệ thống MPPT điều khiển chế độ trượt.
Tổng quan về mô hình mô phỏng
I THIẾT KẾ - MÔ PHỎNG:
23
Trang 27II KẾT QUẢ MÔ PHỎNG:
2 Kết quả mô phỏng của phương pháp SMC:
Bức xạ thay đổi theo thực tế
600 - 800 - 1000
Nhiệt độ ở điều kiện chuẩn 25˚C
Trang 28KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI
05
25
Trang 29 Đề tài đã tìm hiểu một số thuật toán MPPT đang được ứng dụng rộng rãi hiện nay, P&O và InC và các giải thuật khác Trong đó, giải thuật P&O
và InC là 2 thuật toán phổ biến nhất do bởi tính đơn giản của giải thuật và hiệu quả trong việc tìm điểm công suất lớn nhất (MPP) của pin mặt trời
Ưu và nhược điểm của các phương pháp
1 Kết Luận
2 Hướng phát triển của đề tài
Nâng cao hiệu suất bộ MPPT thông qua việc thiết kế cải tiến mạch
chuyển đổi DC/DC
Tích hợp bộ MPPT trong hệ thống Pin mặt trời làm việc độc lập (Nạp cho
acquy) và hệ thống pin mặt trời hòa lưới.
Trang 30•THANKS !
CẢM ƠN QUÝ THẦY CÔ & CÁC BẠN ĐÃ LẮNG NGHE