BÁO cáo THỰC tập NĂNG LƯỢNG tái tạo

Trái Đất tự xoay quanh chính nó và xoay quanh mặt trời theo một mặt phẳng hình elip, gọi làmặt phẳng hoàng đạo.. Tuy nhiên, Trục quay của Trái Đất lệch một góc 23.5o so với

Trang 1

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

BÁO CÁO THỰC TẬP NĂNG LƯỢNG TÁI TẠONHÓM:

(dòng 25) Tp Hồ Chí Minh, tháng …/… (chữ thường, cỡ 13; ghi tháng năm bảo

Trang 2

BÀI 1: TÌM HIỂU THIẾT BỊ TRONG PHÒNG THỰC HÀNH

1.1 Mục tiêu

Qua bài này, sinh viên cần đạt:

 Nắm được các nguyên tắc và nội quy thực tập

 Đọc được thông số của thiết bị thực tập

 Hiểu nguyên lý của các thiết bị trong phòng

 Biết được nhiệm vụ của mỗi bài thực tập

1.2 Nội quy sử dụng phòng thực hành: (bảng nội quy trong phòng)

1.3 Các nguyên tắc an toàn trong phòng thực hành

 Luôn giữ khu vực thí nghiệm ngăn nắp và sạch sẽ Trả thiết bị, dụng cụ thực hành về đúng vị trí sau mỗi buổi làm việc

 Bảo quản dụng cụ thiết bị thực hành cẩn thận, tránh nứt mẻ làm hư hỏng hoặc biến dạng

 Tuyệt đối không được chủ quan khi thao tác với các thiết bị điện, trong bất kì tình huống nào Không đùa giỡn, nghịch ngợm các thiết bị điện trong lúc thao tác

 Hạn chế làm việc trong điều kiện ẩm ướt (tay chân ướt, đổ mồ hồi, dính nước) vì nước bình thường dẫn điện tốt (trong khi nước cất lại cách điện) Không uống nước ở khu vực làm việc

 Trong quá trình thao tác, luôn phải có sơ đồ mạch điện, có đặt công tắc ở chế độ TẮT Chỉ bật công tắc khi đảm bảo mạch điện đã được lắp đặt đúng sơ đồ Nên có người kế bên trong quá trình thao tác Khi sửa chữa các thiết bị điện, phải ngắt điện trước và đặt biển báo “Sửa điện” rồi mới tiến hành sữa chữa

 Các mối nối phải được bọc kín bằng băng keo cách điện Kiểm tra kĩ dây nối, không sử dụng dây quá cũ, bung tróc vỏ hoặc bị hở Không đặt dây lên các cạnh sắc nhọn, dễ gây đứt dây

 Sử dụng nguồn điện ổn định, phải có thiết bị bảo vệ để đảm bảo an toàn (cầu dao, cầu chì, máy cắt…) Sử dụng trang bị bảo hộ khi thao tác với nguồn điện…

 Tìm hiểu kỹ về các thiết bị trước khi sử dụng để có sự lựa chọn hợp lý, tránh quá tải

 Khi kết thúc buổi làm việc, nếu chưa xong, phải che phủ đồ dùng cẩn thận Có biển cảnh báo an toàn điện

 Nếu gặp sự cố, cần bình tĩnh xử lý: gọi người hỗ trợ, sử dụng các vật dụng cách điện (găng tay cao su, cây gỗ) để tách dây điện ra, tuyệt đối không chạm trực tiếp vào người bị giật điện, nếu có cháy nổ thì không dùng nước để dập

 Chú ý nối đất cẩn thận trước khi bắt đầu

1.4 Tìm hiểu các thiết bị trong phòng thực hành:

Tên mô đun Thông số định

………

1

Trang 3

………

Trang 4

………

3

Trang 5

………

Trang 6

BÀI 2: PHÂN TÍCH PIN MẶT TRỜI2.1 Mục tiêu

 Nắm được cách tính góc nghiêng lắp đặt pin mặt trời

 Hiểu mô hình toán của pin mặt trời

 Vẽ được đặc tuyến làm việc của pin mặt trời

 Biết cách xác định điểm làm việc của pin mặt trời

2.2 Tính góc nghiêng đặt pin mặt trời

Để thu được nhiều ánh sáng nhất, tấm pin mặt trời cần được đặt vuông góc với hướng chiếucủa ánh sáng Xét theo phương Bắc – Nam, góc nghiêng tối ưu chính là vĩ tuyến Ví dụ, tại địađiểm có vĩ tuyến 20o Bắc, cần phải đặt tấm pin nghiêng 20o về hướng Nam

Trái Đất tự xoay quanh chính nó và xoay quanh mặt trời theo một mặt phẳng hình elip, gọi làmặt phẳng hoàng đạo Tuy nhiên, Trục quay của Trái Đất lệch một góc 23.5o so với phươngvuông góc với mặt phẳng này Sự thay đổi vị trí tương đối trục quay của Trái Đất trong nămđươc vẽ trong Hình 2 1

Hình 2.1: Sự thay đổi trục quay của Trái Đất trong năm tại bán cầu Bắc

(a) Mùa đông, (b) Mùa hè

5

Trang 7

(a) (b)

Hình 2.2: Hướng ánh sáng mặt trời trên bán cầu Bắc

(a) Mùa đông, (b) Mùa hè

Từ Hình 2 2 có thể thấy:

 Các điểm nằm trên đường xích đạo có góc chiếu không thay đổi tại mọi thời điểm trong năm

 Góc chiếu từ mặt trời đến điểm A vào mùa hè nhỏ hơn so với mùa đông

Chính vì vậy, góc nghiêng Bắc – Nam của tấm pin không chỉ dựa vào vĩ tuyến mà còn phải được hiệu chỉnh theo mùa Do trục quay của Trái Đất không vuông góc với ánh sáng mặt trời khiến góc nhận ánh sáng tại cùng một địa điểm trong mùa đông và mùa hè là khác nhau

Góc nghiêng = vĩ độ + góc hiệu chỉnh

Sự chênh lệch càng lớn khi càng đi xa khỏi xích đạo Góc hiệu chỉnh theo mùa của pin như sau:

Đối với phương Đông – Tây, góc chiếu của mặt trời thay đổi theo giờ trong ngày

Tính góc đặt pin mặt trời theo phương Bắc – Nam tại TP HCM:

Trang 8

2.3 Vùng năng lượng của bán dẫn

Trình bày các vùng năng lượng của chất bán dẫn Silic

2.4 Phân tích mô hình toán của pin mặt trời Mô hình toán của pin mặt trời được mô tả như sau: Hình 2.3: Mô hình toán pin mặt trời Viết hàm quan hệ giữa I và V với IL và ID là hằng số: I = (IL – ID) – ISh =

7

Trang 9

Giải thích ý nghĩa vật lý của các linh kiện trong mô hình toán

Vẽ đặc tuyến I – V của IL, ID, (IL – ID) biết IL là hằng số và I D =I o[e a V−1] Biết Io là dòng điện bão hoà ngược của diode và bằng 0.7nA và a = 0.9 ở 300K

I (A)

V (V)

I (A)

V (V)

Trang 10

9

Trang 11

(IL – ID)

I (A)

V (V)

2.1 Phân tích hiện tượng bóng che

Cho đặc tuyến I – V của một tấm pin mặt trời với 2 bức xạ khác nhau như hình:

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

I (A)

V (V)

1000W/m2 500W/m2

Hình 2.4: Đặc tuyến I – V pin mặt trời 340W

Một tấm pin mặt trời có đặc tuyến I – V như Hình 2 4 Xác định điểm làm việc của tấm pin khi nó nối trực tiếp với tải thuần trở 15Ω với cường độ bức xạ 1000W/m2 và 500W/m2

Trang 12

Dựa vào Hình 2 4, vẽ đặc tuyến I – V và P – V trong trường hợp mắc song song 2 tấm pin

có cường độ bức xạ như trên (1 tấm 1000W/m2 và 1 tấm 500W/m2) Lưu ý: Khi mắc song song,

điện áp trên các tấm pin bằng nhau

Tương tự, dựa vào đặc tuyến V – I, vẽ đặc tuyến I – V và P – V trong trường hợp mắc nối

tiếp Lưu ý: Khi mắc nối tiếp, dòng điện qua các tấm pin bằng nhau.

Nhận xét công suất phát tại điểm có công suất lớn nhất trong 2 trường hợp

11

I (A)

V (V)

P (W)

V (V)

I (A)

V (V)

P (W)

V (V)

Trang 13

BÀI 3: CẤU HÌNH CÁNH ĐỒNG PIN MẶT TRỜI3.1 Mục tiêu

 Hiểu vai trò của diode bypass đối với pin mặt trời

 So sánh các cấu hình pin mặt trời khác nhau

 Nắm được các sự cố thường thấy ở cánh đồng pin mặt trời

 Hiểu được các thách thức của bài toán dò lỗi trong một cánh đồng pin mặt trời

3.2 Diode bypass

Dựa vào mô hình toán pin mặt trời trong phần 2.4., Vẽ đặc tuyến I – V của pin mặt trời trong

cả 2 trường hợp phân cực thuận và ngược tấm pin

Diode bypass được gắn vào tấm pin như hình

Hình 3.5: Mô hình PV nối Diode bypass

Vẽ đặc tuyến I – V trong vùng điện áp âm và dương khi có diode bypass

Trang 14

3.3 So sánh các cấu hình

Một hệ thống gồm 4 tấm pin lần lượt được mắc nối tiếp, song song, hỗn hợp (như hình) Biếtrằng mỗi tấm pin mặt trời có đặc tuyến I – V như hình Vẽ đặc tuyến I-V và P-V của hệ thốngứng với mỗi cấu hình liên kết trong trường hợp tất cả các tấm pin đều có chung một mức bức xạnhư nhau (tùy chọn)

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Hình 3.6: Đặc tuyến I-V của một tấm pin ứng với bức xạ khác nhau

13

Trang 15

Hình 3.7: Các dạng liên kết cơ bản

Hình 3.8: Đặc tuyến I-V và P-V khi liên kết nối tiếp

Hình 3.9: Đặc tuyến I-V và P-V khi liên kết song song

Trang 16

Hình 3.10: Đặc tuyến I-V và P-V khi liên kết nối tiếp-song song

Nhận xét về đường cong đặc tuyến, công suất cực đại của các cấu hình liên kết khi vận hành trong điều kiện đồng nhất về bức xạ

Thực hiện lại các bước trên cho các kiểu liên kết trong đó 2 tấm có bức xạ 1000W/m2 và hai tấm có bức xạ 400W/m2

Hình 3.11: Đặc tuyến I-V và P-V khi liên kết nối tiếp

15

I (A)

V (V)

P (W)

V (V)

I (A)

V (V)

P (W)

V (V)

Trang 17

Hình 3.12: Đặc tuyến I-V và P-V khi liên kết song song

Hình 3.13: Đặc tuyến I-V và P-V khi liên kết nối tiếp-song song

Nhận xét về đường cong đặc tuyến, công suất cực đại của các cấu hình liên kết khi vận hành trong điều kiện không đồng nhất về bức xạ

I (A)

V (V)

P (W)

V (V)

I (A)

V (V)

P (W)

V (V)

Trang 18

BÀI 4: KHẢO SÁT PIN MẶT TRỜI THEO ĐIỀU KIỆN

MÔI TRƯỜNG 4.1 Mục tiêu

 Hiểu chức năng của các linh kiện trong PSIM

 Biết cách vẽ mạch sử dụng phần mềm PSIM

 Có khả năng phân tích, so sánh kết quả tính toán và kết quả mô phỏng

4.2 Vẽ đặc tuyến pin mặt trời

Nhập thông số pin mặt trời trong PSIM Các bước nhập thông số pin mặt trời trong PSIM như Hình 4 14:

S

T

Hình 4.14: Nhập thông số pin mặt trời vào PSIM

Thông số pin mặt trời lựa chọn:

17

Trang 19

Sơ đồ mạch vẽ đặc tuyến pin mặt trời:

Vpv S

T

20u

Ipv Vpv

Ppv

20n Buc xa

Nhiet do

Hình 4.15: Sơ đồ đo đặc tuyến pin mặt trời PSIM

Giữ cường độ bức xạ cố định 1000W/m2, vẽ đặc tuyến I – V và P - V pin ở nhiệt độ 25oC,

Trang 20

Giữ nhiệt độ cố định ở 25oC, vẽ đặc tuyến I – V và P - V pin ở cường độ bức xạ 200, 400,

600, 800, 1000W/m2

Nhận xét sự thay đổi của đặc tuyến theo bức xạ và nhiệt độ

19

I (A)

V (V)

P (W)

V (V)

I (A)

V (V)

P (W)

V (V)

Trang 21

BÀI 5: DÒ ĐIỂM CÔNG SUẤT CỰC ĐẠI CỦA PIN MẶT TRỜI

5.1 Mục tiêu

 Đọc được sơ đồ khối của một mạch dò điểm công suất cực đại

 Có thể mô tả toán học cho bài toán dò điểm công suất cực đại

 Phân tích, đánh giá được ưu và nhược điểm của các phương pháp dò điểm công suất cực đại

5.2 Dò điểm công suất cực đại bằng tay

Kết nối mạch với sơ đồ như hình vẽ:

Hình 5.16: Sơ đồ dò điểm công suất cực đại PSIM bằng phương pháp thủ công

Đặt S = 800W/m2; T = 40oC, tăng dần độ rộng xung PWM từ 20% đến 80% Vẽ đồ thị của V và P theo độ rộng xung PWM (D)

Xác định giá trị D để công suất pin mặt trời là lớn nhất

Vpv

S

T

20u

Ipv

Vpv

Ppv

20n Buc xa

Nhiet do

0.3m

5u

0 180.50k Xung 50kHz, 50%

No of points: 2 Switching points: 0 180 (360o = 100%)

I (A)

V (V)

P (W)

V (V)

Trang 22

5.3 Dò điểm công suất cực đại có bóng che

Thay đổi kết nối pin mặt trời trong thí nghiệm 1 như sau:

Vpv S

T

20u

Ipv Vpv

Ppv

20nBuc xa

Hình 5.17: Sơ đồ đo đặc tuyến pin mặt trời có bóng che PSIM

Nhiệt độ trên cả 2 tấm pin đều bằng 25oC, vẽ đặc tuyến I – V và P – V trong 2 trường hợpcường độ bức xạ giống và khác nhau

Trang 23

5.4 Dò điểm công suất cực đại bằng giải thuật P&O

Mở tệp trên PSIM

V Vpv = 73.66312

Ppv = 673.84239 20n

5u

V Ipv = 9.14762 S

T

20n Nhiet do

V

Vpv Ipv

20

Xung khoi dong

Hình 5.18: Sơ đồ đo dò MPPT có bóng che PSIM

Đặt cường độ bức xạ của các tấm pin khác nhau, thay đổi vị trí xung khởi động trong mạch và

ghi lại dữ liệu vào bảng sau:

Nhận xét sự thay đổi của công suất và thời gian hội tụ khi sử dụng giải thuật P&O

Trang 24

23

Trang 25

BÀI 6: SO SÁNH HIỆU SUẤT CÁC CẤU HÌNH BẰNG PSIM

6.1 Vẽ đặc tuyến của hệ thống pin mặt trời như hình vẽ biết mỗi tấm pin có thông số như sau:

Hình 5.1 Nhập thông số một tấm pin quang điện

V

Is

Is Vs

V Vs

Ps

10n 10n

Trang 26

10n 10n

V Vp

Pp

b

10n 10n

Trang 27

Hình 5.3 Đặc tuyến I-V và P-V khi liên kết nối tiếpHình 5.4 Đặc tuyến I-V và P-V khi liên kết song song

Hình 5.5 Đặc tuyến I-V và P-V khi liên kết nối tiếp-song songGiữ nhiệt độ cố định ở 25oC cho tất cả các tấm pin, mỗi cấu hình thay đổi một nửa số tấmpin có bức xạ 1000W/m2 còn một nửa số còn lại nhận được bức xạ là 500W/m2 Vẽ đặc tuyến I-

V và P-V của các trường hợp

Hình.5.6 Đặc tuyến I-V và P-V khi liên kết nối tiếp

Trang 28

Hình 5.7 Đặc tuyến I-V và P-V khi liên kết song song

Hình 5.8 Đặc tuyến I-V và P-V khi liên kết nối tiếp-song song

Trang 29

Nhận xét sự thay đổi của đặc tuyến theo bức xạ ứng với mỗi cấu hình.

Trang 30

CÂU HỎI ÔN TẬP

1 Tính dòng điện ngắn mạch ở cường độ bức xạ 400W/m2 của một tấm pin có dòng điện ngắnmạch chuẩn là 9,5A Nêu vai trò của các diode bypass D1 và D2 trong các hệ thống pin mặttrời

V¿ = 11−D Xác định độ rộng xung PWM (D) đểtấm pin làm việc tại điểm có công suất lớn nhất

RL Vpv

4 Tính dòng điện ngắn mạch ở cường độ bức xạ 400W/m2 của một tấm pin có dòng điện ngắnmạch chuẩn là 9,5A Nêu vai trò của các diode bypass D1 và D2 trong các hệ thống pin mặttrời

Trang 31

5 Vẽ và giải thích nguyên lý hoạt động của các mạch biến đổi điện áp DC (Boost, Buck, Buck– Boost) Cho biết điều kiện lựa chọn của từng linh kiện trong mạch (dòng điện, điện áp).

6 Cho hệ thống pin mặt trời bao gồm một tấm pin quang điện có Vmpp = 35V, Impp = 5A, đượcnối với tải thuần trở RL = 25Ω được cấp điện thông qua mạch tăng áp DC như hình dưới.Biết hệ số biến đổi điện áp của mạch là V out

V¿ = 11−D Xác định độ rộng xung PWM (D) đểtấm pin làm việc tại điểm có công suất lớn nhất

RL Vpv

Trang 32

BÀI 7: KHẢO SÁT ĐẶC TUYẾN GIÓ

7.1 Mục tiêu

 Hiểu nguyên lý hoạt động của tua bin gió

 Có thể tính toán công suất gió thu được tại một vị trí

 Hiểu và vẽ được đặc tuyến làm việc của tua bin gió

7.2 Sơ đồ thí nghiệm

 Nếu đồng hồ hiện giá trị, điều chỉnh vị trí cảm biến gần lại

 Đóng nắp hầm gió và kết nối biến tần

 Bấm nút Run trên biến tần và điều chỉnh tốc độ động cơ đến tốc độ gió khảo sát

 Đọc và ghi lại số liệu

 Bấm Stop trên biến tần để kết thúc thí nghiệm

và ghi lại dữ liệu

Thay đổi tốc độ động cơ và lặp lại bước trên

7.4 Kết quả thí nghiệm

Bảng số liệu đo đặc tuyến tua bin gió:

31

Trang 34

Vẽ đặc tuyến V – n và P – n theo từng tốc độ gió khác nhau

Trang 36

CÂU HỎI ÔN TẬP

1 Nêu công thức tính công suất gió đầu vào của một tua bin gió Chứng minh công thức trên

2 Nhận xét quan hệ giữa tốc độ quay của tua bin gió và cường độ dòng điện tải Giải thích cácvùng làm việc trong hình sau:

3 Nêu các phương pháp dò điểm công suất cực đại (MPPT) cho tua bin gió và ưu, nhược điểmcủa chúng

35

Trang 37

BÀI 8: MÔ HÌNH NLTT ĐỘC LẬP8.1 Mục tiêu

 Hiểu khái niệm và vai trò của một lưới điện nhỏ (Microgrid)

 Có thể mô tả phân bố công suất trong lưới điện nhỏ

 Vận hành và phối hợp được 2 nguồn năng lượng tái tạo với nhau

: :

:

7ҧL$ &

Vẽ sơ đồ nối dây dựa vào sơ đồ đơn tuyến trên vào hình sau

Trang 38

8.2 Quy trình thí nghiệm

 Lắp mạch theo sơ đồ

 Kiểm tra kết nối của nguồn theo bài thí nghiệm tương ứng

 Kiểm tra nguồn cấp cho đồng hồ đo

 Đóng acquy và khởi động nguồn năng lượng tái tạo

 Đọc và ghi lại số liệu

8.3 Thí nghiệm mặt trời độc lập

Ngắt kết nối nguồn từ tua bin gió và tiến hành thí nghiệm:

Tắt công tắc của 2 tải đèn, thay đổi cường độ bức xạ và điền vào bảng sau:

Dòng điện acquy

(A)

Vẽ đặc tuyến dòng điện sạc acquy theo cường độ bức xạ và công suất pin mặt trời

Lần lượt bật các tải đèn và ghi lại công suất từ nguồn mặt trời, công suất tải đèn, công suấtsạc acquy theo bảng:

Tải (W)

Acquy (W)

Nguồn (W)

Tải (W)

Acquy (W)

Nguồn (W)

Tải (W)

Acquy (W)

Vẽ đặc tuyến công suất và hiệu suất hệ thống trong các trường hợp sử dụng tải khác nhau:

LED37

I (A)

S (W/m2)

I (A)

P (W)

Trang 39

Đèn lưỡng sắc

Trang 40

Nhận xét sự thay đổi công suất và hệu suất của thí nghiệm trên

8.4 Thí nghiệm tua bin gió độc lập

Ngắt kết nối nguồn pin mặt trời, kiểm tra kết nối của tua bin gió và tiến hành thí nghiệm:Tắt công tắc của 2 tải đèn, thay đổi cường độ bức xạ và điền vào bảng sau:

Dòng điện acquy

(A)

Vẽ đặc tuyến dòng điện sạc acquy theo cường độ bức xạ và công suất tua bin gió

Lần lượt bật các tải đèn và ghi lại công suất từ tua bin gió, công suất tải đèn, công suất sạcacquy theo bảng:

Tiêu đề	Báo Cáo Thực Tập Năng Lượng Tái Tạo
Tác giả	Nhóm tác giả
Người hướng dẫn	PHS. Nguyễn Văn B
Trường học	Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. HCM
Chuyên ngành	Khoa Điện – Điện Tử
Thể loại	Báo cáo thực tập
Thành phố	TP. Hồ Chí Minh

Định dạng
Số trang	84
Dung lượng	1,6 MB