tối ưu công suất hệ thống điện mặt trời

Do vây năng lượng mặt trời ngày càng được sử dụng rộng dãi nhiều nước trên thế giới.Là một nước nằm trong khu vực nhiệt đới gió mùa hàng năm nước ta nhận được một lượng bức xạ mặt trời l

LỜI CẢM ƠN

Việc nghiên cứu sử dụng năng lượng mặt trời ngày càng được quan tâm nhất là trong tình trạng thiếu hụt năng lượng và vấn đề cấp bách về môi trường hiện nay, đây là nguồn năng lượng sạch, thân thiện với môi trường trữ lượng gần như vô tận Do vây năng lượng mặt trời ngày càng được sử dụng rộng dãi nhiều nước trên thế giới.

Là một nước nằm trong khu vực nhiệt đới gió mùa hàng năm nước ta nhận được một lượng bức xạ mặt trời lớn, cường độ ánh sáng mặt trời trung bình khá cao do đó việt nam

có rất nhiều lợi thế cho việc phát triển công nghệ này tuy nhiên vì điều kiện kinh tế nước

ta chưa phát triển nên công nghệ này còn khá mới mẻ và chưa thực sự phát triển mạnh ở nước ta để góp phần nhỏ bé của mình vào việc phát triển và phổ biến công nghệ này tại

Việt Nam chúng em đã nghiên cứu và thực hiện đề tài “ Tối ưu công suất hệ thống điện Mặt Trời ”.

Là một đề tài chỉ nghiên cứu về một mảng nhỏ trong hệ thống pin mặt trời đó là điều khiển bộ biến đổi DC-DC để đạt công suất tối ưu nuôi tải DC

Mục đích nghiên cứu của đồ án:

Đồ án hoàn thành nhằm thoả mãn hai mục đích chính: Một là tìm hiểu cơ bản về hệ thống nguồn năng lượng Mặt Trời, ích lợi mà hệ thống mang lại Hai là tìm hiểu, nghiên cứu và chế tạo mô hình hệ thống điện mặt trời với công suất tối ưu

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

Đối tượng của đề tài là khá phong phú và có nhiều mảng, đó là Hệ thống nguồn năng lượng điện Mặt Trời( Bao gồm năng lượng bức xạ Mặt Trời, Pin Mặt Trời, Bộ tích trữ năng lượng, mạch điều khiển, bộ biến đổi điện áp DC-DC)

Ý nghĩa thực tế của đồ án:

“Tối ưu công suất hệ thống điện Mặt Trời ” là sử dụng một hoặc một số phương pháp điều khiển để đạt công suất tối ưu cho tải DC Hệ thống điện mặt trời là một hệ thống sử dụng nguồn năng lượng xanh, sạch miễn phí, rất thân thiện với môi trường Đặc biệt là giảm hóa được lượng điện tiêu thụ hằng ngày của chúng ta,và cũng sẽ tiếp tục cung cấp điện trong trường hợp bị mất điện

Nội dung của đồ án:

Đồ án gồm 3 phần chính:

Phần tổng quan về hệ thống pin năng lượng mặt trời và các phương pháp điều khiển

bộ biến đổi DC-DC để đạt công suất tối ưu

Phần mô phỏng : mô phỏng hệ thống pin mặt trời nuôi tải DC trên nền

Matlab/Simuilk gồm có: mô phỏng tấm pin mặt trời, mô phỏng bộ biến đổi DC-DC tăng

áp (boost conventer)

Phần thi công: mô hình hệ điện mặt trời với tải DC ( bao gồm mạch biến đổi tăng áp một chiều, mạch lạp ACQUY tự động)

Pin Mặt Trời là thiết bị sử dụng biến đổi trực tiếp năng lượng Mặt Trời thành năng lượng điện nhờ vào các tế bào quang điện Các Panel này còn sản xuất ra năng lượng chừng nào còn có bức xạ Mặt Trời chiếu tới nó Các hệ thống Panel hay Pin Mặt Trời rất đơn giản, không có phần chuyển động, không cần đòi hỏi chăm sóc bảo dưỡng thường xuyên như những hệ thống khác, đặc biệt không ô nhiễm môi trường nên đã được quan tâm nghiên cứu, phát triển và ứng dụng ngày càng mạnh mẽ vào khoa học kỹ thuật và cuộc sống Sau đây chúng ta sẽ tìm hiểu đôi chút về cấu tạo, nguyên lý hoạt động và các đặc trưng cơ bản của Pin Mặt Trời, ưu điểm, nhược điểm và ứng dụng mạnh mẽ của nó.

1.1 Mặt trời và nguồn bức xạ Mặt trời

Mặt trời là một khối khí hình cầu có đường kính 1,390.106km (lớn hơn 110 lần đường kính trái đất), cách xa trái đất 150.106km (bằng một đơn vị thiên văn AU ánh sáng mặt trời cần khoảng 8 phút để vượt qua khoảng này đến trái đất) Khối lượng mặt trời khoảng Mo = 2.1030kg Nhiệt độ T ở trung tâm mặt trời thay đổi trong khoảng từ 10.106K đến 20.106K, trung bình khoảng 15600000 K Ở nhiệt độ như vậy vật chất không thể giữ được cấu trúc trật tự thông thường gồm các nguyên tử và phân tử Nó trở thành plasma trong đó các hạt nhân của nguyên tử chuyển động tách biệt với các electron Khi các hạt nhân tự do có va chạm với nhau sẽ xuất hiện những vụ nổ nhiệt hạch Khi quan sát tính

chất của vật chất nguội hơn trên bề mặt nhìn thấy được của mặt trời, các nhà khoa học đã kết luận rằng có phản ứng nhiệt hạch xảy ra ở trong lòng mặt trời Mặt Trời không có ranh giới rõ ràng như ở các hành tinh có đất đá Ngược lại, mật độ các khí giảm dần xuống theo quan hệ số mũ theo khoảng cách tính từ tâm Mặt Trời Bán kính của Mặt Trời được

đo từ tâm tới phần rìa ngoài của quang quyển

Hinh 1.1 : Cấu trúc của mặt trờiNhiệt độ To tại trung tâm mặt trời thay đổi trong khoảng từ 10.106K đến 20.106K, trung bình khoảng 15600000 K Ở nhiệt độ như vậy vật chất không thể giữ được cấu trúc trật tự thông thường gồm các nguyên tử và phân tử Nó trở thành plasma trong đó các hạt nhân của nguyên tử chuyển động tách biệt với các electron Khi các hạt nhân tự do có va chạm với nhau sẽ xuất hiện những vụ nổ nhiệt hạch Khi quan sát tính chất của vật chất nguội hơn trên bề mặt nhìn thấy được của mặt trời, các nhà khoa học đã kết luận rằng có phản ứng nhiệt hạch xảy ra ở trong lòng mặt trời

Về cấu trúc, mặt trời có thể chia làm 4 vùng, tất cả hợp thành một khối cầu khí khổng lồ Vùng giữa gọi là nhân hay “lõi” có những chuyển động đối lưu, nơi xảy ra những phản ứng nhiệt hạt nhân tạo nên nguồn năng lượng mặt trời, vùng này có bán kính khoảng 175.000km, khối lượng riêng 160kg/dm3, nhiệt độ ước tính từ 14 đến 20 triệu độ,

là vùng “đối lưu” dày 125.000km và vùng “quang cầu” có nhiệt độ khoảng 6000K, dày 1000km ở vùng này gồm các bọt khí sôi sục, có chỗ tạo ra các vết đen, là các hố xoáy có nhiệt độ thấp khoảng 4500K và các tai lửa có nhiệt độ từ 7000K -10000K Vùng ngoài cùng là vùng bất định và gọi là “khí quyển” của mặt trời Ánh sáng nói riêng, hay bức xạ điện từ nói chung, từ bề mặt của Mặt Trời được xem là nguồn năng lượng chính cho Trái Đất Hằng số năng lượng mặt trời được tính bằng công suất của lượng bức xạ trực tiếp chiếu trên một đơn vị diện tích bề mặt Trái Đất, bằng khoảng 1370 W/m2 Ánh sáng Mặt Trời bị hấp thụ một phần trên bầu khí quyển Trái Đất, nên một phần nhỏ hơn tới được bề mặt Trái Đất, gần 1000 W/m² năng lượng Mặt Trời tới Trái Đất trong điều kiện trời quang đãng Năng lượng này có thể dùng vào các quá trình tự nhiên hay nhân tạo Quá trình quang hợp trong cây sử dụng ánh sáng mặt trời và chuyển đổi CO2 thành ôxy và hợp chất hữu cơ, trong khi nguồn nhiệt trực tiếp là làm nóng các bình đun nước dùng năng lượng Mặt Trời, hay chuyển thành điện năng bằng các pin năng lượng Mặt Trời Năng lượng dự trữ trong dầu mỏ được giả định rằng là nguồn năng lượng của Mặt Trời được chuyển đổi

từ xa xưa trong quá trình quang hợp và phản ứng hóa sinh của sinh vật cổ Trong toàn bộ bức xạ của Mặt trời, bức xạ liên quan trực tiếp đến các phản ứng hạt nhân xảy ra trong Mặt trời không quá 3% Bức xạ γ ban đầu khi đi qua 5.105 km chiều dầy của lớp vật chất Mặt trời của biến đổi rất mạnh Tất cả các dạng của bức xạ điện từ đều có bản chất sóng

và chúng khác nhau ở bước sóng Bức xạ γ là sóng ngắn nhất trong các sóng đó, tứ tâm Mặt trời đi ra cho sự va chạm hoặc tán xạ mà năng lượng của chúng giảm đi và bây giờ chúng ứng với bức xạ có bước sóng dài Như vậy bức xạ chuyển thành bức xạ Rơnghen

có bước sóng dài hơn Gần đến bề mặt Mặt trời nơi có nhiệt độ đủ thấp để có thể tồn tại vật chất trong trạng thái nguyên tử và các cơ chế khác bắt đầu xảy ra

Hình 1 2 Dải bức xạ điện từ Đặc trưng của bức xạ Mặt trời truyền trong không gian bên ngoài Mặt trời là một phổ rộng trong đó cực đại của cường độ bức xạ nằm trong dải 10-1 – 10 µm và hầu như một nửa tổng năng lượng Mặt trời tập trung trong khoảng bước sóng 0,38 – 0,78 µm đó là vùng nhìn thấy của phổ Chùm tia truyền thẳng từ Mặt trời gọi là bức xạ trực xạ Tổng hợp các tia trực xạ và tán xạ gọi là tổng xạ Mật độ dòng bức xạ trực xạ ở ngoài lớp khí quyển, tính đối với 1m2 bề mặt đặt vuông góc với tia bức xạ, được tính theo công thức:

q = ϕD-T.C0(T/100)4 (1.1)trong đó: ϕD-T : hệ số góc bức xạ giửa Trái đất và Mặt trời

số photon quay trở lại không gian vũ trụ Bức xạ chịu dạng tán xạ đó chủ yếu là bức xạ có bước sóng ngắn nhất Sau khi phản xạ từ các phần khác nhau của khí quyển bức xạ tán xạ

đi đến chúng ta mang theo màu xanh lam của bầu trời trong sáng và có thể quan sát được ở những độ cao không lớn Các giọt nước cũng tán xạ rất mạnh bức xạ mặt trời Bức xạ mặt trời khi đi qua khí quyển còn gặp một trở ngại đáng kể nữa đó là do sự hấp thụ của các phần tử hơi nước, khí cacbônic và các hợp chất khác, mức độ của sự hấp thụ này phụ thuộc vào bước sóng, mạnh nhất ở khoảng giữa vùng hồng ngoại của phổ Phần năng lượng bức xạ mặt trời truyền tới bề mặt trái đất trong những ngày quang đãng (không có mây) ở thời điểm cao nhất vào khoảng 1000W/m2

1.2 Ứng dụng của năng lượng Mặt trời

Đối với cuộc sống của loài người, năng lượng Mặt Trời là một nguồn năng lượng tái tạo quý báu Có thể trực tiếp thu lấy năng lượng này thông qua hiệu ứng quang điện, chuyển năng lượng các photon của Mặt Trời thành điện năng, như trong pin Mặt Trời Năng lượng của các photon cũng có thể được hấp thụ để làm nóng các vật thể, tức là chuyển thành nhiệt năng, sử dụng cho bình đun nước Mặt Trời, hoặc làm sôi nước trong các máy nhiệt điện của tháp Mặt Trời, hoặc vận động các hệ thống nhiệt như máy điều hòa Mặt Trời Năng lượng của các photon có thể được hấp thụ và chuyển hóa thành năng lượng trong các liên kết hóa học của các phản ứng quang hóa Một phản ứng quang hóa

tự nhiên là quá trình quang hợp Quá trình này được cho là đã từng dự trữ năng lượng Mặt Trời vào các nguồn nhiên liệu hóa thạch không tái sinh mà các nền công nghiệp của thế kỷ

19 đến 21 đã và đang tận dụng Nó cũng là quá trình cung cấp năng lượng cho mọi hoạt động sinh học tự nhiên, cho sức kéo gia súc và củi đốt, những nguồn năng lượng sinh học

tái tạo truyền thống Trong tương lai, quá trình này có thể giúp tạo ra nguồn năng lượng tái tạo ở nhiên liệu sinh học, như các nhiên liệu lỏng (diesel sinh học, nhiên liệu từ dầu thực vật), khí (khí đốt sinh học) hay rắn

Năng lượng Mặt Trời cũng được hấp thụ bởi thủy quyển Trái Đất và khí quyển Trái Đất để sinh ra các hiện tượng khí tượng học chứa các dạng dự trữ năng lượng có thể khai thác được Trái Đất, trong mô hình năng lượng này, gần giống bình đun nước của những động cơ nhiệt đầu tiên, chuyển hóa nhiệt năng hấp thụ từ photon của Mặt Trời, thành động năng của các dòng chảy của nước, hơi nước và không khí, và thay đổi tính chất hóa học và vật lý của các dòng chảy này Thế năng của nước mưa có thể được dự trữ tại các đập nước

và chạy máy phát điện của các công trình thủy điện Một dạng tận dụng năng lượng dòng chảy sông suối

Điện năng còn có thể tạo ra từ năng lượng mặt trời dựa trên nguyên tắc tạo nhiệt độ cao bằng một hệ thống gương phản chiếu và hội tụ để gia nhiệt cho môi chất làm việc truyền động cho máy phát điện Hiện nay trong các nhà máy nhiệt điện sử dụng năng lượng mặt trời có các loại hệthống bộ thu chủ yếu sau đây:Hệ thống dùng parabol trụ để tập trung tia bức xạ mặt trời vào một ống môi chất đặt dọc theo đường hội tụ của bộ thu, nhiệt độ có thể đạt tới 400oC Hệ thống nhận nhiệt trung tâm bằng cách sử dụng các gương phản xạ có định vị theo phương mặt trời để tập trung năng lượng mặt trời đến bộ thu đặt trên đỉnh tháp cao, nhiệt độ có thể đạt tới trên 1500oC Trong thời đại khoa học kỹ thuật phát triển, nhu cầu về năng lượng ngày càng tăng Trong khi đó các nguồn nhiên liệu dự trữ như than đá, dầu mỏ, khí thiên nhiên và ngay cả thủy điện thì có hạn khiến cho nhân loại đứng trước nguy cơ thiếu hụt năng lượng Việc tìm kiếm và khai thác các nguồn năng lượng mới như năng lượng hạt nhân, năng lượng địa nhiệt, năng lượng gió và năng lượng

Nam là nước có tiềm năng về năng lượng mặt trời, trải dài từ vĩ độ 8” Bắc đến 23” Bắc, nằm trong khu vực có cường độ bức xạ mặt trời tương đối cao, với trị số tổng xạ khá lớn từ 100-175 kcal/cm2.năm (4,2 -7,3GJ/m2.năm) do đó việc sử dụng năng lượng mặt trời ở nước ta sẽ đem lại hiệu quả kinh tế rất lớn/

1.3 Pin mặt trời, cấu tạo và nguyên lý hoạt động

Pin năng lượng mặt trời (hay pin quang điện, tế bào quang điện), là thiết bị bán dẫn chứa lượng lớn các diod p-n, duới sự hiện diện của ánh sáng mặt trời có khả năng tạo ra dòng điện sử dụng được Sự chuyển đổi này gọi là hiệu ứng quang điện Các pin năng lượng mặt trời có nhiều ứng dụng Chúng đặc biệt thích hợp cho các vùng mà điện năng trong mạng lưới chưa vươn tới, các vệ tinh quay xung quanh quỹ đạo trái đất, máy tính cầm tay, các máy từ xa, thiết bị bơm nước Pin năng lượng mặt trời (tạo thành các module hay các tấm năng lượng mặt trời) xuất hiện trên nóc các tòa nhà nơi chúng có thể kết nối với bộ chuyển đổi của mạng lưới điện

Hình 1.3 một cell pin mặt trời

Hiệu ứng quang điện được phát hiện đầu tiên năm 1839 bởi nhà vật lý Pháp

Alexandre Edmond Becquerel Tuy nhiên cho đến 1883 một pin năng lượng mới được chế tạo thành công, bởi Charles Fritts, ông phủ lên mạch bán dẫn selen một lớp cực mỏng vàng

để tạo nên mạch nối Russell Ohl được xem là người tạo ra pin năng lượng mặt trời đầu tiên năm 1946 tuy nhiên nó chỉ có hiệu suất 1% Pin mặt trời lần đầu tiên được ứng dụng

là trên vệ tinh Vangaurd 1 của Mĩ, được phóng năm 1958 Ngày nay pin mặt trời được sản xuất trên toàn thế giới đặt biệt là ở các trên toàn thế giới

1.3.1 Cấu tạo pin mặt trời

Hình 1.4: cấu tạo của tấm pin mặt trờiCấu tạo của pin mặt trời là một lớp tiếp xúc bán dẫn p-n có khả năng biến đổi trực tiếp năng lượng bức xạ mặt trời thành điện năng nhờ hiệu ứng quang điện bên trong Cho tới hiện tại thì vật liệu chủ yếu cho pin mặt trời (và cho các thiết bị bán dẫn) là các silic tinh thể Pin mặt trời từ tinh thể silic chia ra thành 3 loại:

- Một tinh thể hay đơn tinh thể module sản xuất dựa trên quá trình Czochralski.Pin mặt trời dơn tinh thể có thể đạt hiệu suất từ 11% - 16% Chúng thường rất mắctiền do được cắt từ các thỏi hình ống, các tấm đơn thể này có các mặt trống ở góc nối các module

- Đa tinh thể làm từ các thỏi đúc đúc từ silic nung chảy cẩn thận được làm nguội và làm rắn Các pin này thường rẻ hơn các đơn tinh thể, tuy nhiên hiệu suất kém hơn, từ 8% - 11% Tuy nhiên chúng có thể tạo thành các tấm vuông che phủ bề mặt nhiều hơn đơn tinh thể bù lại cho hiệu suất thấp của nó

- Dải silic tạo từ các miếng phim mỏng từ silic nóng chảy và có cấu trúc đa tinh thể Loại này có hiệu suất thấp nhất, từ 3% - 6%, tuy nhiên loại này rẻ nhất trong các loại vì không cần phải cắt từ thỏi silicon Silic thuộc nhóm IV, tức là có 4 electron lớp ngoài cùng Silic

có thể kết hợp với silicon khác để tạo nên chất rắn Cơ bản có 2 loại chất rắn silicon, đa thù

không được phép này xem là tầng trống Lý thuyết này căn cứ theo thuyết cơ học lượng tử

Ở nhiệt độ phòng, Silic nguyên chất có tính dẫn điện kém Trong cơ học lượng tử, giải thích thất tế tại mức năng lượng Fermi trong tầng trống Để tạo ra silic có tính dẫn điện tốt hơn, có thể thêm vào một lượng nhỏ các nguyên tử nhóm III hay V trong bảng tuần hoàn hóa học Các nguyên tử này chiếm vị trí của nguyên tử silic trong mạng tinh thể,

và liên kết với các nguyên tử silic bên cạnh tương tự như là một silic Tuy nhiên các phân

tử nhóm III có 3 electron ngoài cùng và nguyên tử nhóm V có 5 electron ngoài cùng, vì thế nên có chỗ trong mạng tinh thể có dư electron còn có chỗ thì thiếu electron Vì thế các electron thừa hay thiếu electron (gọi là lỗ trống) không tham gia vào các kết nối mạng tinh thể Chúng có thể tự do di chuyển trong khối tinh thể Silic kết hợp với nguyên tử nhóm III (nhôm hay gali) được gọi là loại bán dẫn p bởi vì năng lượng chủ yếu mang điện tích dương (positive), trong khi phần kết hợp với các nguyên tử nhóm V (phốt pho, asen) gọi là bán dẫn n vì mang năng lượng âm (negative) Lưu ý rằng cả hai loại n và p có năng lượng trung hòa, tức là chúng có cùng năng lượng dương và âm, loại bán dẫn n, loại âm có thể di chuyển xung quanh, tương tự ngược lại với loại p

Các tinh thể silic (Si) hay gali asenua (GaAs) là các vật liệu được sử dụng làm pin mặt trời Gali asenua đặc biệt tạo nên để dùng cho pin mặt trời, tuy nhiên thỏi tinh thể silic cũng có thể dùng được với giá thành thấp hơn, sản xuất chủ yếu để tiêu thụ trong công nghiệp vi điện tử Đa tinh thể silic có hiệu quả kém hơn nhưng giá tiền cũng thấp hơn

Khi để trực tiếp dưới ánh sáng mặt trời, một pin silic có đường kính 6 cm có thể sản xuất dòng điện khoảng 0,5 ampe ở 0,5 volt

Các tấm tinh thể mỏng hình đĩa, được đánh bóng để loại bỏ các khuyết tật trong quá trình cắt, chất kích thích được dùng cho các pin, và các tấm kim loại dẫn truyền đặt vào một mặt: một lưới mỏng trên bề mặt chiếu ánh sáng mặt trời, và mặt phẳng trên mặt còn lại Tấm năng lượng mặt trời tạo thành từ các pin như vậy cắt theo hình dạng thích hợp, được bảo vệ khỏi tia bức xạ và hư hại trên mặt trước bằng các miếng gương, dán vào chất nền Sự liền mạch được tạo nên thành các dãy song song để quyết định năng lượng tạo ra

Chất keo và chất nền phải có tính dẫn nhiệt, vì khi các pin được làm nóng khi hấp thụ năng lượng hồng ngoại, vốn không thể chuyển hóa thành năng lượng Một khi các pin bị làm nóng thì giảm hiệu suất hoạt động vì thế nên phải làm giảm thiểu nhiệt năng

1.3.2 Nguyên lý hoạt động

Hình 1.5: Nguyên lý hoạt động của pin mặt trời.

Hình 1.6 sơ đồ hai mức năng lượngBình thường điện tử chiếm mức năng lượng thấp hơn E1 Khi chiếu sáng hệ thống, lượng tử ánh sáng (photon) mang năng lượng hv (h là hằng số Plank và v là tần số ánh sáng) bị điện tử hấp thụ và chuyển lên mức E2 Phương trình cân bằng năng lượng:

gọi là vùng hoá trị mà bên trên của nó có năng lượng EV Vùng năng lượng phía trên tiếp

đó hoàn toàn trống hoặc chỉ bị chiếm một phần gọi là vùng dẫn, bên dưới của vùng có năng lượng là EC, cách ly giữa vùng hóa trị và vùng dẫn đó gọi là một vùng cấm có độ rộng năng lượng là Eg, trong đó không có mức năng lượng cho phép nào của điện tử Khi ánh sáng chiếu đến vật rắn có vùng năng lượng nói trên, photon có năng lượng hv tới hệ thống , bị điện tử của vùng hoá trị hấp thụ và nó có thể chuyển lên vùng dẫn để trở thành điện tử tự do e-,lúc này vùng hoá trị sẽ có một lỗ trống có thể di chuyển như “hạt“ mang điện tích dương nguyên tố (kí hiệu h+) Lỗ trống này có thể di chuyển và tham gia vào quá trình dẫn điện

Phương trình hiệu ứng lượng tử:

hv và chuyển lên vùng dẫn tạo ra cặp hạt dẫn điện tử – lỗ trống e-- h+, tức là tạo ra một điện thế Hiện tượng đó gọi là hiện tượng quang điện bên trong

Nguyên lý hoạt động của pin mặt trời chính là hiện tượng quang điện xảy ra trên lớp tiếp xúc p-n

Hình 1.7 Các vùng năng lượngKhi photon chạm vào mảnh SILIC xảy ra một trong hai hiện tượng sau:

Photon truyền trực xuyên qua mảnh silic Điều này thường xảy ra khi năng lượng của photon thấp hơn năng lượng đủ để đưa các hạt electron lên mức năng lượng cao hơn

Năng lượng của photon được hấp thụ bởi silic Điều này thường xảy ra khi năng lượng của photon lớn hơn năng lượng để đưa electron lên mức năng lượng cao hơn

Khi photon được hấp thụ, năng lượng của nó được truyền đến các hạt electron trong màng tinh thể Thông thường các electron này lớp ngoài cùng, và thường được kết dính với các nguyên tử lân cận vì thế không thể di chuyển xa Khi electron được kích thích, trở thành dẫn điện, các electron này có thể tự do di chuyển trong bán dẫn Khi đó nguyên tử sẽ thiếu 1 electron và đó gọi là lỗ trống Lỗ trống này tạo điều kiện cho các electron của nguyên tử bên cạnh di chuyển đến điền vào lỗ trống, và điều này tạo ra lỗ trống cho nguyên tử lân cận có "lỗ trống" Cứ tiếp tục như vậy lỗ trống di chuyển xuyên suốt mạch bán dẫn

Một photon chỉ cần có năng lượng lớn hơn năng luợng đủ để kích thích electron lớp ngoài cùng dẫn điện Tuy nhiên, tần số của mặt trời thường tương đương 6000°K, vì thế nên phần lớn năng lượng mặt trời đều được hấp thụ bởi silic Tuy nhiên hầu hết năng lượng mặt trời chuyển đổi thành năng lượng nhiệt nhiều hơn là năng lượng điện sử dụng được

phối điện năng…

Hình 1.8: sơ đồ một hệ thống pin mặt trời1.4.1 Thiết kế một hệ thống pin mặt trời:

Thiết kế một hệ thống pin mặt trời là xây dựng một quan hệ tương thích giữa các thành phần của hệ về mặt định tính và định lượng để đảm bảo hiệu quả cao.Các bước thiết kế:

1.4.1.1 Lựa chọn sơ đồ khối.

Hình 1.9 Sơ đồ khối hệ thống pin năng lượng mặt trời

Từ sự phân tích các yêu cầu và các đặc trưng của các phụ tải điện ta sẽ chọn một sơ

đồ khối thích hợp như hình trên

1.4.1.2 Tính toán hệ nguồn điện pin mặt trời.

Có nhiều phương pháp tính toán nhưng thông dụng nhất chủ yếu dựa trên sự cân bằng điện năng trung bình hằng ngày

1 – Tính phụ tải điện theo yêu cầu

Giả sử hệ cần cấp điện cho các tải T1, T2, T3,… có các công suất tiêu thụ tương ứng P1, P2, P3,… và thời gian làm việc hàng ngày của chúng là t1, t2, t3,…Tổng điện năng phải cấp hằng ngày cho các tải:

Eng = P1t1+P2t2+P3t3+… (1.4)

Từ Eng nếu nhân với số ngày trong tháng hoặc trong năm ta sẽ tính được nhu cầu

điện năng trong các tháng hoặc cả năm

2 – Tính năng lượng điện mặt trời cần thiết Ec

Năng lượng hằng ngày dàn pin mặt trời cần phải cấp cho hệ được xác định theo

công thức : EC= (1.5)

Công suất của dàn pin mặt trời thường được tính ra công suất đỉnh hay cực đại

(Peak Watt, Wp), là công suất của dàn pin trong điều kiện chuẩn: : Ew= (1.6)

Trong đó Es cường độ bức xạ trên mặt phẳng đặt nghiêng một góc β so với mặt phẳng ngang h là hiệu suất của pin ở nhiệt độ T

4 – Tính số module mắc song song và nối tiếp :

Các giá trị đặc trưng cơ bản của module :

- Thế làm việc tối ưu( Vm) Dòng làm việc tối ưu (Im) Công suất đỉnh( Pm ) Số module

cần dùng trong hệ thống: N = Với N= NNT.NSS

NNT là số modul mắc nối tiếp trong hệ : Nnt =

NSS là số modun mắc song song trong hệ : Nnt = `

5 - Dung lượng ACQUY tính theo AMPE-H

Dung lượng của bộ acquy được tính theo công thức: C = (1.7)

Trong đó:

D: số ngày cần dự trữ năng lượng (số ngày không có nắng)

η: hiệu suất nạp phóng điện của acquy

DOS: độ sâu phóng điện thích hợp (khoảng 0,6:0,7)

6 - Các bộ điều phối năng lượng

Các bộ điều phối năng lượng gồm bộ điều khiển quá trình nạp, phóng điện cho Acquy

và bộ biến đổi DC/DC

Bộ điều khiển là thiết bị có chức năng kiểm soát tự động các quá trình nạp và phóng điện của bộ acquy Bộ điều khiển theo dõi trạng thái của acquy thông qua hiệu điện thế trên cá điện cực của nó

Bộ biến đổi điện có chức năng biến đổi dòng điện một chiều từ dàn pin mặt trời hoặc

từ bộ acquy thành dòng điện một chiều đó là các bộ inventer

1.5 Ưu ,nhược điểm của năng lượng mặt trời

1.5.1 Ưu điểm

Giúp bạn tiết kiệm tiền

Sau khi đầu tư ban đầu đã được thu hồi, năng lượng từ mặt trời là thiết thực miễn phí

- Thời kỳ hoàn vốn cho đầu tư này có thể rất ngắn tùy thuộc vào bao nhiêu hộ gia đình của bạn sử dụng điện

- Ưu đãi tài chính có hình thức chính phủ sẽ giảm chi phí của bạn

- Nếu hệ thống pin mặt trời sản xuất năng lượng nhiều hơn bạn sử dụng, chính phủ của bạn có thể mua điện từ bạn

- Nó sẽ giúp bạn tiết kiệm tiền trên hóa đơn điện của bạn hàng tháng

- Năng lượng mặt trời không đòi hỏi bất cứ nhiên liệu

Thân thiện với môi trường

- Năng lượng mặt trời sạch, tái tạo (không giống như dầu, khí đốt và than đá) và bền vững, góp phần bảo vệ môi trường của chúng tôi

- Nó không gây ô nhiễm không khí do khí carbon dioxide phát hành, oxit nitơ, khí lưu huỳnh hoặc thủy ngân vào khí quyển giống như nhiều hình thức truyền thống của các thế hệ điện không

- Vì vậy năng lượng mặt trời không đóng góp cho sự nóng lên toàn cầu, mưa axit hoặc sương mù

- Nó tích cực góp phần vào việc giảm phát thải khí nhà kính có hại

- Đó là tạo ra nơi cần thiết

- Bằng cách không sử dụng bất kỳ nhiên liệu, năng lượng mặt trời không đóng góp cho các chi phí và các vấn đề của việc thu hồi và vận chuyển nhiên liệu hoặc lưu trữ chất thải phóng xạ

Độc lập ,bán độc lập

Năng lượng Mặt trời có thể được sử dụng để bù đắp năng lượng tiêu thụ, cung cấp tiện ích Nó không chỉ giúp giảm hóa đơn điện của bạn, nhưng cũng sẽ tiếp tục cung cấp điện trong trường hợp bị cúp điện

Một hệ thống năng lượng mặt trời có thể hoạt động hoàn toàn độc lập, không đòi hỏi một kết nối đến một mạng lưới điện hoặc khí ở tất cả Hệ thống do đó có thể được cài đặt trong vị trí từ xa (giống như đăng nhập cabins kỳ nghỉ), làm cho nó thực tế hơn và hiệu quả hơn tiện ích cung cấp điện cho một trang web mới

Việc sử dụng năng lượng mặt trời làm giảm sự phụ thuộc vào các nguồn nước ngoài

và / hoặc tập trung năng lượng, ảnh hưởng do thiên tai, các sự kiện quốc tế và vì thế góp phần vào một tương lai bền vững

Năng lượng mặt trời hỗ trợ việc làm địa phương và tạo ra sự giàu có, thúc đẩy nền

kinh tế địa phương

Các hệ thống năng lượng mặt trời hầu như bảo dưỡng miễn phí và sẽ kéo dài trong nhiều thập kỷ

Sau khi cài đặt, không có chi phí định kỳ

Họ hoạt động âm thầm, không có bộ phận chuyển động, không có mùi khó chịu phát hành và không yêu cầu bạn phải thêm bất kỳ nhiên liệu

Thêm tấm pin mặt trời có thể dễ dàng được thêm vào trong tương lai khi nhu cầu của gia đình bạn phát triển

1.5.2 Nhược điểm

Các chi phí ban đầu là bất lợi chính của việc cài đặt một hệ thống năng lượng mặt trời, phần lớn là vì chi phí cao của các vật liệu bán dẫn được sử dụng trong việc xây dựng một

Chi phí năng lượng mặt trời cũng là cao so với tiện ích-cung cấp điện không tái tạo Như tình trạng thiếu năng lượng đang trở nên phổ biến hơn, năng lượng mặt trời ngày càng trở nên giá cạnh tranh

Tấm năng lượng mặt trời đòi hỏi khá một vùng rộng lớn để cài đặt để đạt được một mức độ tốt hiệu quả

Hiệu quả của hệ thống cũng phụ thuộc vào vị trí của mặt trời, mặc dù vấn đề này có thể được khắc phục với việc cài đặt các thành phần nhất định

Việc sản xuất năng lượng mặt trời bị ảnh hưởng bởi sự hiện diện của các đám mây, gây ô nhiễm trong không khí

Có thể thấy rằng khi được chiếu sáng, nếu ta nối các bán dẫn p và n của một tiếp xúc p-n bằng một dây dẫn, thì pin Mặt Trời phát ra một dòng quang điện Iph Vì vậytrước hết pin mặt trời có thể xem như một nguồn dòng

Lớp tiếp xúc bán dẫn p-n có tính chỉnh lưu tương đương như một diode Tuy nhiên, khi phân cực ngược, do điện trở lớp tiếp xúc có giới hạn, nên vẫn có một dòng điện được gọi là dòng rò qua nó Đặt trưng cho dòng rò qua lớp tiếp xúc p-n người ta đưa vào đại lượng điện trở shunt Rsh Dòng quang điện chạy trong mạch phải đi qua các lớp bán dẫn p

và n, các điện cực, các tiếp xúc,…Đặt trưng cho tổng các điện trở của các lớp đó là một điện trở RS nối tiếp trong mạch (có thể coi là nội trở của pin mặt trời)

Hình 1.10 Sơ đồ tương đương pin mặt trời

Hinh trên là sơ đồ tương đương của dàn pin năng lượn mặt trời theo Zhao zheng Ming, Liu Jian Zheng, Sun Xiao Ying và Li Ji Yong từ sơ đồ tương đương của dàn pin năng lượng mặt trời ta có phương trình đặc tuyến Volt-Ampere của pin mặt trời là

I = Iph – IS(exp - (1.8)

Trong đó:

Iph : dòng điện do ánh sáng mặt trời và dàn pin năng lượng mặt trời sinh ra (A)

ID: dòng điện chảy qua DIODE

ISH : dòng điện chạy qua nội trở song song RSH

I: dòng điện chạy qua tải và nội trở nối tiếp RS(A)

IS: dòng điện bão hòa của diode D ( thường lấy IS=8*10^(-4)(A))

Rsh, Rs : là nội trở song song và nội trở nối tiếp của dàn pin năng lượng mặt

trời

V: điện áp trên tải (V)

Q: điện tích (C)

N: hệ số mặt ghép p-n trong giàn pin năng lượng mặt trời Gần đúng có thể lấy N=1

T: nhiệt độ tuyệt đối của bề mặt dàn pin năng lượng mặt trời giá trị của T=300k

Áp hở mạch VOC là hiệu điện thế đo được khi mạch ngoài của pin mặt trời hở

mạch Khi đó dòng điện mạch ngoài I=0 Đặt giá trị này vào đặc tuyến U_I vá

giả thiết rằng RSH rất lớn ta được điện áp hở mạch như sau:

Voc= ln( +1) (1.11)

Với mô hình như khi ta đang khảo sát hai giá trị dòng ngắn mạch Isc và áp hở mạch Voc thì trong một vài trường hợp mô hình không còn đúng nữa Ví dụ như trường hợp sau:

Hình 1.11 Mô hình đơn giản với một pin mặt trời bị che khuất

Như hình 1.11 là mô hình đơn giản của 2 pin mặt trời mắc nối tiếp nhau nhưng chỉ

có 1 pin được chiếu sáng, pin còn lại bị khuất hẳn Khi đó chỉ có một pin có dòng, pin bị

khuất sáng thì hoàn toàn không có (I=0) Mặt khác, diode của các mô hình trên ngăn không cho dòng chạy ngược qua tấm pin bị khuất sáng nên dòng qua tải lúc này I=0 Điều này đòi hỏi ta phải xây dựng một mô hình hoàn chỉnh hơn, phù hợp với tất cả các trường hợp khảo sát thực tế.Qua nghiên cứu người ta đã xây dựng các sơ đồ tương đương sau :

- Sơ đồ có điện trở Rsh mắc song song với diode

- Sơ đồ có điện trở Rs mắc nối tiếp

- Sơ đồ có cả hai điện trở trên

Ta có :

I= (ISC – Id) –(V/Rsh) (1.12)

Từ công thức trên ta thấy dòng điện lý tưởng mà pin mặt trời cấp cho tải bị giảm di một lượng bằng V/Rsh Để tổn hao trên pin nhỏ hơn 1% thì giá trị của Rsh thỏa điều kiện: Rsh >[(100.VOC/ISC)]

Hình 1.12 Sơ đồ tương đương với RS mắc nối tiếp

hao của pin mặt trời nhỏ hơn 1% thì Rs phải thỏa điều kiện: Rs <[(0.01*Vcc)/ISC]

1.6.3 Công suất cực đại

Ta xét một tấm pin mặt trời trong điều kiện chuẩn Trong trường hợp hở mạch, áp

ra của pin mặt trời là áp hở mạch VOC, nhưng dòng I=0 nên công suất của pin P = 0

Trong trường hợp ngắn mạch, V = 0, I = ISC nên công suất của pin P = 0 Khi mắc tải vào pin thì giá trị dòng, áp khác 0 hay pin cấp nguồn cho tải với công suất là P

Hình 1.13 Đồ thị V-A và đồ thị công suất của pin mặt trời

Đồ thị trên ta thấy, tại hai điểm đầu cuối của đồ thị V – A ứng với hai điểm ISC và VOC

, P = 0 Điểm công suất cực đại (MPP) nằm gần đoạn gấp khúc của đồ thị V –A, là điểm

mà tại đó tích của giá trị điện áp và dòng điện là cực đại Giá trị điện áp và dòng điện tại điểm công suất cực đại được ký hiệu là Vm và Im trong tất cả các điều kiện khảo sát, VR và

IR(rated voltage : áp định mức và rated current : dòng định mức) trông điều kiện khảo sát

lý tưởng

Hình 1.14 Xác đinh điểm MPPMột cách khác để hình dung ra được vị trí của điểm công suất cực đại là đi tìm hình

chữ nhật nằm dưới đường đồ thị V – A có diện tích lớn nhất có thể như ở hình 1.13 Diện tích của những hình chữ nhật đó chính là công suất ứng với một đỉnh nằm trên đường đồ thị V – A

Công chức tính công suất của pin mặt trời :

P= V*I = V[ISC- I0 (exp -1)] (1.15)

Tại điểm công suất cực đại

Một thông số đặc trưng khác của pin mặt trời vẫn thường được sử dụng, đó là hệ

số lấp đầy Hệ số lấp đầy FF (fill factor) là tỷ số giữa công suất cực đại PR = VR.IR và tích số VOC.ISC

FF = (V I ) / ( V I )

• KẾT QUẢ MÔ PHỎNG

Đặc tuyến von- ampe của hệ thống pin mặt trời

Để kháo sát sự phụ thuộc của pin mặt trời vào cường độ ánh sáng ta lần lượt thay cường độ ánh sáng ở những giá trị khác nhau ta được kết quả mô phỏng sau

Đặc tuyến U-I của pin mặt trời khi cường độ ánh sáng thay đổi

Đặc tuyến U-P của pin mặt trời khi cường độ ánh sáng thay đổi Qua các đặc tuyến biểu diễn ở hình trên ta thấy rằng cường độ I cung cấp cho tải sẽ giảm tuyến tính theo cường độ ánh sáng nghĩa là ánh sáng càng tăng dòng càng lớn

Để khảo sát sự thay đổi của nhiệt độ tới đường đặc tuyến U-I của hệ thống ta cũng lần lượt cho giá trị nhiệt độ thay đổi sau khi khảo sát ta dược đặc tuyến sau:

Đặc tuyến U- I của pin mặt trời khi nhiệt độ thay đổi

Đặc tuyến U-P của pin mặt trời khi nhiệt độ sáng thay đổi

Từ đặc tuyến trên ta nhận thấy rằng khi nhiệt độ tăng cao thì điện áp giảm khá lớn và dòng điện tăng lên nhưng lượng tăng lên không đáng kể

nguồn năng lượng mà hằng ngày chúng ta vẫn sử dụng đó là điện năng Sau đây chúng ta

sẽ tiếp tục đi sâu tìm hiểu về vấn đề làm thế nào để dàn pin năng lượng mặt trời có thể thu được nguồn bức xạ mặt trời tối đa ở mọi thời điểm Vấn đề này sẽ được trình bày chi tiết ở chương 2

để bám sát điểm công suất cực đại Nhiều phương pháp bám điểm công suất cực đại (MPPT) cơ bản đã được đề suất và thực hiện Chương II này giới thiệu về một phương pháp nghiên cứu của phương pháp MPPT trong ba loại: offline, online và phương pháp lai Những nghiên cứu này có thể cung cấp tài liệu tham khảo tiện ích cho công việc tương lai trong việc phát điện của pin mặt trời, được dựa trên đối tượng mà trong đó có thể tín hiệu điều khiển được tạo ra và công suất hệ thống pin mặt trời là yếu tố như phương pháp tiếp cận điều kiện trạng thái ổn định.

2.1 Hệ thống điều khiển bám cho modul pin năng lượng mặt trời.

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

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 trờiVấn 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

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

2.3 Các phương pháp MPPT.

Một bất lợi lớn của các hệ thống PV là đòi hỏi chi phí tương đối cao hơn mức cần thiết cho hệ năng lượng so với các nguồn năng lượng tái tạo khác như năng lượng gió Vì vậy tối đa hóa hiệu quả của công suất đầu ra bằng cách bám sát điểm công suất cực đại là rất quan trọng cho hoạt động tối ưu của hệ thống PV Hệ thống PV được nối với lưới điện thông qua bộ chuyển đổi DC-DC Để đạt được MPPT trong hệ thống PV thì giá trị điện áp

ra (hoặc dòng) có thể được quy định bằng cách áp dụng một tín hiệu điều khiển cho bộ chuyển đổi thông qua một loạt các thuật toán đã được đề xuất và thực hiện Phương pháp MPPT đã được phân ra làm 3 loại chính: phương pháp offline, phương pháp online và phương pháp lai

2.3.1 Phương pháp offline

Trong phương pháp offline, còn được gọi là phương pháp mô hình cơ bản thường là giá trị vật lý của pin mặt trời được sủ dụng để tạo ra các tín hiệu điều khiển Nhưng phương pháp này chỉ được sử dụng trong các hệ thống PV là phương pháp mạch điện áp

hỗ (OCV), hoặc phương pháp dòng ngắn mạch (SCC), cũng như phương pháp MPPT dựa trên phương pháp trí tuệ nhân tạo

2.3.1.1 Phương pháp mạch điện áp hỗ (OCV)

Phương pháp này là một trong những phương pháp offline đơn giản Trong đó, sử dụng bằng việc xấp xỉ tuyến tính quan hệ giữa điện áp hở mạch (VOC ) và điện áp công suất cực đại (VMPP ),trong điều kiện môi trường khác nhau được miêu tả bởi phương trình sau:

Trong đó, K là một hằng số, mà phụ thuộc vào các đặc điểm của pin mặt trời Hằng

Cô lập bảng điều khiển quang điện

Ghi Điện áp hở (VOC) (Dòng điện ngắn mạch (ISC)

Tính toán VMPP từ VOC (IMPP từ ISC)

Đợi

không đổi (tương đối ổn định) trong phạm vi của giá trị nhiệt độ và cường độ bức xạ Một

sơ đồ minh họa cho phương pháp này được thể hiện trong hình 2.3

2.3.1.2 Phương pháp dòng ngắn mạch ( SCC)