Mô phỏng và thực nghiệm bộ biến đổi công suất kết lưới ba pha của hệ thống năng lượng mặt trời dùng matlab và dspace ds1104

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA --- NGUYỄN NHẬT QUANG MÔ PHỎNG VÀ THỰC NGHIỆM BỘ BIẾN ĐỔI CÔNG SUẤT KẾT LƯỚI BA PHA CỦA HỆ THỐNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI DÙNG MATLAB VÀ DSPACE DS1104 Chuyên ngành

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

-

NGUYỄN NHẬT QUANG

MÔ PHỎNG VÀ THỰC NGHIỆM BỘ BIẾN ĐỔI CÔNG SUẤT KẾT LƯỚI BA PHA CỦA HỆ THỐNG NĂNG LƯỢNG

MẶT TRỜI DÙNG MATLAB VÀ DSPACE DS1104

Chuyên ngành : THIẾT BỊ, MẠNG VÀ NHÀ MÁY ĐIỆN

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH

Cán bộ hướng dẫn khoa học: PGS.TS PHAN QUỐC DŨNG

( Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký)

Cán bộ chấm nhận xét 1:

(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký) Cán bộ chấm nhận xét 2:

(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký) Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCM ngày… tháng…… năm……

Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ) 1

2

3

4

5

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Bộ môn quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã được sữa chữa (nếu có)

Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV Bộ môn quản lý chuyên ngành

- -oOo -

Tp.HCM, ngày…… tháng…… năm2010

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ và tên học viên: NGUYỄN NHẬT QUANG Phái: Nam

Ngày, tháng, năm sinh: 24-07-1984 Nơi sinh: Tiền Giang Chuyên ngành: THIẾT BỊ, MẠNG VÀ NHÀ MÁY ĐIỆN

MSHV: 09180076

I TÊN ĐỀ TÀI: “ MÔ PHỎNG VÀ THỰC NGHIỆM BỘ BIẾN ĐỔI CÔNG

SUẤT KẾT LƯỚI BA PHA CỦA HỆ THỐNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI

DÙNG MATLAB VÀ DSPACE DS1104”

II NHIỆM VỤ LUẬN VĂN:

1 Tìm hiểu về pin năng lượng mặt trời Xây dựng giải thuật cải tiến xác định điểm MPPT dựa trên giải thuật IncCond truyền thống

2 Xây dựng mô hình mô phỏng Matlab –Simulink và mô hình thực nghiệm

sử dụng DSpace DS1104 cho giải thuật xác định điểm MPPT cải tiến

3 Xây dựng mô hình mô phỏng Matlab – Simulink và mô hình thực nghiệm

sử dụng DSpace DS1104 thực hiện kết lưới ba pha của hệ thống năng lượng mặt trời

III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : Ngày…… tháng …… năm 2010

IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : Ngày 06 tháng 12 năm 2010

V HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS.TS PHAN QUỐC DŨNG

Nội dung và đề cương Luận văn thạc sĩ đã được Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua

CHUYÊN NGÀNH

KHOA QL CHUYÊN NGÀNH

LỜI CẢM ƠN

Xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn đến Thầy Phan Quốc Dũng đã tận tình hướng dẫn

và tạo môi trường nghiên cứu thuận lợi trong suốt quá trình tôi thực hiện luận văn

Xin chân thành cảm ơn Th.S Lê Đình Khoa, K.S Nguyễn Bảo Anh, K.S Nguyễn Trường Đan Vũ và K.S Nguyễn Hữu Nhân đã tận tình giúp đỡ và nhiệt tình nghiên cứu cùng tôi trong suốt những ngày tháng tôi thực hiện luận văn tại phòng Thí nghiệm Điện tử Công Suất trường Đại học Bách Khoa TP.HCM Đồng thời xin chân thành cảm ơn đến các anh và các bạn trong phòng thí nghiệm đã giúp đỡ và động viên tinh thần tôi trong giai đoạn tôi thực hiện nghiên cứu thực hiện luận văn

Một lời cảm ơn sâu sắc chân thành xin gửi đến toàn thể các thành viên gia đình của tôi Cha, Mẹ đã sinh thành, dưỡng dục và hy sinh mọi thứ để tôi có điều kiện thuận lợi học tập và trưởng thành Và Chị Hai, một người chị, một người bạn đã động viên về tinh thần và giúp đỡ về vật chất giúp tôi yên tâm thực hiện và hoàn thành luận văn

Nguyễn Nhật Quang

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ

Giới thiệu luận văn:

Năng lượng tái tạo là nguồn năng lượng mới và đang được ứng dựng rộng rãi trên toàn thế giới Nguồn năng lượng tái tạo giúp giải quyết nhu cầu năng lượng của con người trong cuộc sống sinh hoat hằng ngày, từng bước thay thế nguồn năng lượng hóa thạch ngày càng suy kiệt và góp phần giải quyết vấn đề ô nhiễm môi trường Nguồn năng lượng tái tạo bao gồm năng lượng gió, năng lượng mặt trời, năng lượng địa nhiệt, năng lượng sinh khối, năng lượng sóng biển Luận văn tìm hiểu và trình bày chi tiết về ứng dụng nguồn năng lượng mặt trời Cụ thể là xác định điểm MPPT nhằm giúp nâng cao hiệu suất hoạt động của hệ thống năng lượng và đưa nguồn năng lượng mặt trời vào nguồn lưới điện ba pha

Điểm mới của luận văn:

Luận văn xây dựng giải thuật cải tiến xác định điểm MPPT dựa trên giải thuật IncCond truyền thống Giải thuật cải tiến xác định điểm MPPT được kiểm tra và thực nghiệm bằng Matlab – Simulink và DSpace DS1104

Thực hiện mô phỏng Matlab-Simulink mô hình kết lưới ba pha của hệ thống năng lượng mặt trời có sử dụng giải thuật xác định điểm MPPT cải tiến

Xây dựng mô hình thực nghiệm sử dụng DSpace DS1104 thực hiện kết lưới ba pha nguồn DC

Ý nghĩa thực tiển của luận văn:

Hiệu suất của hệ thống pin năng lượng mặt trời rất thấp khoảng 13% - 16% Việc xác định điểm MPPT góp phần nâng cao hiệu suất của pin năng lượng mặt trời Giải thuật cải tiến xác định điểm MPPT đáp ứng được hai yêu cầu chính là sự chính xác và thời gian đáp ứng nhanh

Thực hiện kết lưới đưa nguồn năng lượng DC vào lưới góp phần tạo điều kiện cho

MỤC LỤC

LỜI MỞ ĐẦU 1

Chương 1: GIỚI THIỆU 4

1.1 GIỚI THIỆU: 4

1.1.1 Nguồn năng lượng mặt trời: 4

1.1.1.1 Phổ năng lượng mặt trời: 4

1.1.1.2 Tỷ số AM: 6

1.1.2 Tế bào pin quang điện: 8

1.1.2.1 Cấu tạo của tế bào quang điện: 8

1.1.2.2 Công nghệ chế tạo pin PV: 8

1.1.3 Cấu tạo một tấm pin năng lượng mặt trời: 10

1.1.4 Cấu tạo hệ thống pin mặt trời: 10

1.2 CÁC HỆ THỐNG PIN MẶT TRỜI: 11

1.2.1 Hệ thống PV độc lập: 13

1.2.2 Hệ thống PV kết hợp: 13

Chương 2: GIẢI THUẬT XÁC ĐỊNH ĐIỂM CÔNG SUẤT CỰC ĐẠI MPPT 15

2.1 GIỚI THIỆU: 15

2.1.1 Giới thiệu về đặc tuyến tải: 15

2.1.1.1 Tải trở: 15

2.1.1.2 Tải động cơ DC: 16

2.1.1.3 Tải khi sạc pin (battery): 17

2.1.2 Giới thiệu về việc xác đinh điểm MPPT: 19

2.1.2.1 Sự cần thiết của việc xác định điểm MPPT: 19

2.1.2.2 Bộ Buck – Boost Converter: 20

2.2 Giải thuật Incremental Conductance: 22

2.3 Giải thuật Fractional Open Circuit Voltage: 24

2.4 Giải thuật Fractional Short Circuit Curent: 25

2.5 Giải thuật cải tiến 25

2.5.1 Ý tưởng của giải thuật: 25

2.5.2 Sơ đồ giải thuật đề xuất: 27

2.5.2.1 Giải thuật Inc theo Vref hoặc Iref: 28

2.5.2.2 Sơ đồ giải thuật xác định Vref hoặc Iref theo VOC hoặc ISC: 29

Chương 3: MÔ PHỎNG BỘ BIẾN ĐỔI CÔNG SUẤT 30

3.1 MÔ PHỎNG BỘ PV ARRAY: 30

3.1.1 Mô hình toán của một tế bào quang điện: 30

3.1.2 Mô phỏng PV trên Matlab/Simulink: 31

3.1.2.1 Phương pháp Newton-Ralphson: 31

3.1.2.2 Mô hình pin PV trong Matlab/Simulink: 34

3.2 MÔ PHỎNG GIẢI THUẬT MPPT: 37

3.3 MÔ PHỎNG BỘ HÕA LƯỚI: 41

3.3.1 Bộ DC-DC Converter: 43

3.3.2 Điều khiển VOC: 43

3.3.3 Bộ DC-AC Converter: 44

3.3.3.1 Chuyển hệ trục toa độ abc -> αβ: 46

3.3.3.2 Chuyển hệ trục tọa độ αβ -> dq: 48

3.3.3.3 Chuyển hệ trục tọa độ dq -> αβ: 48

3.3.3.4 Phương pháp điều chế vecto không gian (SVPWM): 49

3.3.4 Từ thông ảo (VF): 55

3.3.5 Bộ lọc L: 57

3.3.6 Mô hình toán của bộ biến đổi DC-AC với bộ lọc L: 57

3.4 Mô phỏng kết lưới trong Matlab-Simulink: 58

Chương 4: MÔ HÌNH HÓA BỘ BIẾN ĐỔI CÔNG SUẤT KẾT LƯỚI BA PHA CỦA HỆ THỐNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI 65

4.1 Giới thiệu về dSPACE DS1104: 65

4.2.2 Thư viện các khối RTI trong Master PPC 67

4.2.3 Thư viện Slave DSP 69

4.3 Phần mềm Control Desk: 75

4.3.1 Tổng quan về phần mềm Control Desk: 75

4.3.2 Các bước thực hiện một giao diện điều khiển: 76

4.4 Mô hình thực nghiệm tìm điểm MPPT với giải thuật điều khiển: 78

4.5 Mô hình thực nghiệm xác định góc điện áp theo phương pháp VF : 85

4.6 Mô hình thực nghiệm kết lưới nguồn năng lượng mặt trời: 86

4.6.1 Kết quả thực nghiệm quan sát trên Control Desk: 89

4.6.2 Các kết quả thu đươc bằng dao động ký : 90

4.6.3 Các kết quả thu được bằng máy HIOKI 3193: 91

Chương 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỄN CỦA ĐỀ TÀI 97

5.1 Kết luận: 97

5.2 Hướng phát triển của đề tài: 97

MỤC LỤC HÌNH VẼ

Hình 1-1 Phổ của vật thể đen 5

Hình 1-2 Phổ của mặt trời ngoài khí quyển 6

Hình 1-3 Tỷ số AM 7

Hình 1-4 Phổ của mặt trời theo AM khác nhau 7

Hình 1-5 Cấu tạo của một tế bào quang điện 8

Hình 1-6 Hướng chế tạo PV 9

Hình 1-7 Bảng tuần hoàn 9

Hình 1-8 Hiệu suất pin PV theo thời gian 9

Hình 1-9 Tấm pin mặt trời gồm 36 tế bào quang điện mắc nối tiếp nhau 10

Hình 1-10 Hệ thống pin kiểu 4x4 11

Hình 1-11 Các hệ thống PV điển hình 12

Hình 1-12 Hệ thống PV độc lập 13

Hình 1-13 Hệ thống PV kết hợp 14

Hình 1-14 Hệ thống PV kết lưới 14

Hình 2-1 Điểm họa động của tải 15

Hình 2-2 Đặc tuyến điện trở 16

Hình 2-3 Đặc tuyến trở khi thay đổi bức xạ 16

Hình 2-4 Đặc tuyến động cơ DC 17

Hình 2-5 Đặc tuyến động cơ, bức xạ thay đổi 17

Hình 2-6 Đặc tuyến pin sạc lý tưởng 18

Hình 2-7 Đặc tuyến pin sạc 19

Hình 2-8 Mô hình xác định điểm MPPT với mạch Buck-Boost Converter 19

Hình 2-9 Mạch điện Buck-Boost 20

Hình 2-10 Giản đồ hoạt động 21

Hình 2-11 Cách thay đổi đặc tuyến bộ Buck-Boost 22

Hình 2-12 Lưu đồ giải thuật IncCond 24

Hình 2-13 Đặc tuyến V-I 26

Hình 2-14 Sơ đồ giải thuật đề xuất 27

Hình 2-15 Sơ đồ giải thuật IncCond theo Iref hoặc Vref 28

Hình 2-16 Sơ đồ tìm Vref hoặc Iref theo VOC hoặc ISC 29

Hình 3-1 Mạch điện tương đương của một tế bào quang điện 30

Hình 3-2 Thông số điện của pin SX 3200 33

Hình 3-3 Thông số cơ khí của pin SX 3200 34

Hình 3-4 Mô hình pin PV trong Matlab/Simulink 34

Hình 3-5 Đồ thị đặc tuyến P-V của pin T = 250C và lamda = 1 kW/m2 35

Hình 3-6 Đồ thị đặc tuyến I-V của pin T = 250C và lamda = 1 kW/m2 35

Hình 3-10 Đồ thị đặc tuyến I-V của pin T = 250C và lamda = 0.6 kW/m2 37

Hình 3-11 Mô hình một hệ thống PV xác định điểm MPPT 38

Hình 3-12 Mô hình xác định điểm MPPT trong Matlab/Simulink 38

Hình 3-13 Đồ thị công suất khi sử dụng giải thuật đề xuất 39

Hình 3-14 Đồ thị công suất khi sử dụng giải thuật IncCond 39

Hình 3-15 Đồ thị công suất khi cường độ bức xạ thay đổi 40

Hình 3-16 Đồ thị đặc tuyến P-V khi cường độ bức xạ thay đổi 40

Hình 3-17 Đồ thị công suất khi nhiệt độ thay đổi 41

Hình 3-18 Đồ thị đặc tuyến P-V khi nhiệt độ thay đổi 41

Hình 3-19 Mô hình kết lưới của hệ thống PV 42

Hình 3-20 Sơ đồ giải thuật điều khiển 43

Hình 3-21 Mô hình điều khiển VF và VOC 44

Hình 3-22 Sơ đồ bộ nghịch lưu hai bậc 45

Hình 3-23 Trạng thái đóng ngắt của các khóa bán dẫn 46

Hình 3-24 Điện áp ngõ ra của bộ nghịch lưu ứng với mỗi trạng thái đóng ngắt 46

Hình 3-25 Thành phần vecto f trong hệ trục tọa đô abc –αβ 47

Hình 3-26.Thành phần vecto f trong tọa độ hệ trục αβ-dq 48

Hình 3-27 Các vecto tích cực và các sector 49

Hình 3-28 Góc của các sector 49

Hình 3-29 Vector điện áp nằm trong sector 1 50

Hình 3-30 Trạng thái V1, V2, V0, V7 50

Hình 3-31 Vecto không gian Vref 51

Hình 3-32 Thời gian đóng ngắt của các khóa 53

Hình 3-33 Giản đồ đóng cắt của các khóa 54

Hình 3-34 Nguồn AC của bộ nghịch lưu được xem như động cơ AC ảo 55

Hình 3-35 Vecto từ thông Ψ trong hệ trục tọa độ αβ-dq 55

Hình 3-36 Mô hình Matlab – Simulink xác định góc quay điện áp theo phương pháp VF 56

Hình 3-37 Góc điện áp alpha so với điện áp Va có giá trị biên độ tỉ lệ 1/50 với thực tế trong mô phỏng Matlab - Simulink 57

Hình 3-38 Sơ đồ một pha của bộ biến đổi DC-AC với bộ lọc L 57

Hình 3-39 Sơ đồ bộ điều khiển dòng đưa vào bộ nghịch lưu 58

Hình 3-40 Mô hình kết lưới ba pha của hệ thống pin PV trong Matlab – Simulink 59

Hình 3-41 Thành phần dòng điện Id 60

Hình 3-42 Thành phần dòng điện Iq 60

Hình 3-43 Dòng điện phát lên lưới của một pha 61

Hình 3-44 Dòng điện ba pha phát lên lưới 61

Hình 3-45 Dòng điện phát lên lưới và dòng điện lưới nhận về 62

Hình 3-46 Phân tích FFT thành phần dòng điện phát lên lưới 62

Hình 3-47 Hệ số đóng cắt m 63

Hình 3-48 Công suất của pin PV 63

Hình 3-49 Điện áp tụ điện trước bộ nghịch lưu hai bậc 64

Hình 3-50 Góc điện áp lưới và góc dòng điện phát lên lưới 64

Hình 4-1 Card DS1104 65

Hình 4-2 Thư viện RTI1104 66

Hình 4-3 Các khối RTI hổ trợ bởi Master PPC 67

Hình 4-4 Khối MUX ADC 68

Hình 4-5 Tỉ lệ giữa điện áp ngõ vào analog và ngõ ra 68

Hình 4-6 Thiết lập kênh MUX ADC 69

Hình 4-7 Các khối RTI hổ trợ bởi Slave DSP 69

Hình 4-8 Khối DS1104_DSP_PWM 70

Hình 4-9 Bảng liên quan giữa tín hiệu I/O trong Simulink và trên board của khối DS1104SL_DSP_PW 70

Hình 4-10 Thiết lập chế độ và tần số cho các kênh PWM 70

Hình 4-11 Dãy tần số tương ứng với chế độ PWM đối xứng và bất đối xứng 71

Hình 4-12 Đặc tính ngõ ra của khối DS1104SL_DSP_PWM 71

Hình 4-13 Xung PWM đối xứng và bất đối xứng 71

Hình 4-14 DS1104SL_DSP_PWM 72

Hình 4-15 Bảng liên quan giữa tín hiệu I/O 72

Hình 4-16 Thiết lập tần số và kênh PWM ba pha 73

Hình 4-17 Giản đồ xung của tín hiệu SPWM 1,3,5 74

Hình 4-18 Deadband 74

Hình 4-19 Giao diện Control Desk 76

Hình 4-20 Các bước tạo một layout quan sát 77

Hình 4-21 Các bước làm việc với file (*.sdf) 77

Hình 4-22 Các bước tạo các công cụ quan sát trong Control Desk 78

Hình 4-23 Các nút chức năng làm việc với Control Desk 78

Hình 4-24 Mô hình xác định điểm MPPT với Dspace DS1104 79

Hình 4-25 Mô hình thực hiện xác định MPPT trên Dspace DS 1104 79

Hình 4-26 Giao diện Control Desk trong trường hợp xác định MPPT theo VREF 80

Hình 4-27 Đồ thị công suất của PV trong trường hợp xác định MPPT theo VREF 80

Hình 4-28 Đồ thị đặc tuyến I-V trong trường hợp xác định MPPT theo VREF 81

Hình 4-29 Đồ thị đặc tuyến P-V trong trường hợp xác định MPPT theo VREF 81

Hình 4-30 Giao diện Control Desk trong trường hợp xác định MPPT theo IREF 82

Hình 4-31 Đồ thị công suất của PV trong trường hợp xác định MPPT IREF 82

Hình 4-32 Đồ thị đặc tuyến I-V trong trường hợp xác định MPPT theo IREF 83

Hình 4-33 Đồ thị đặc tuyến P-V trong trường hợp xác định MPPT theo IREF 83 Hình 4-34 Giao diện Control Desk trong trường hợp xác định MPPT theo IncCond

Hình 4-35 Đồ thị công suất của PV trong trường hợp xác định MPPT theo IncCond

truyền thống 84

Hình 4-36 Đồ thị đặc tuyến I-V của PV trong trường hợp xác định MPPT theo IncCond truyền thống 85

Hình 4-37 Đồ thị đặc tuyến P-V của PV trong trường hợp xác định MPPT theo IncCond truyền thống 85

Hình 4-38 Mô hình xác định góc điện áp lưới theo phương pháp VF 86

Hình 4-39 Góc điện áp alpha so với điện áp pha Va có giá trị biên độ tỉ lệ 1/50 với thực tế trong thực nghiệm với Dspace 86

Hình 4-40 Sơ đồ kết lưới ba pha 88

Hình 4-41 Mô hình kết lưới ba pha thực hiện với DSpace DS1104 88

Hình 4-42 Giao diện Control desk 89

Hình 4-43 Dòng điện ba pha phát lên lưới 89

Hình 4-44 Điện áp ba pha lưới 90

Hình 4-45 Góc pha điện áp lưới và dòng điện 90

Hình 4-46 Thành phần dòng Id và Iq 90

Hình 4-47 Thành phần điện áp DC trên tụ cung cấp vào bộ nghịch lưu 91

Hình 4-48 Giá trị điện áp, dòng điện, công suất thực, công suất phản kháng, hệ số công suất của pha A và pha B 92

Hình 4-49 Giá trị điện áp, dòng điện, công suất thực, công suất phản kháng, hệ số công suất của pha C 92

Hình 4-50 Vecto điện áp và dòng điện của pha A 93

Hình 4-51 Vecto điện áp và dòng điện của pha B 93

Hình 4-52 Vecto điện áp và dòng điện của pha C 94

Hình 4-53 Phân tích FFT thành phần dòng điện pha A 95

Hình 4-54 Phân tích FFT thành phần dòng điện pha B 95

Hình 4-55 Phân tích FFT thành phần dòng điện pha C 96

CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT DÙNG TRONG LUẬN VĂN

MPPT : Điểm công suất cực đại

f : tần số

fx (x = d, q): ký hiệu dùng dùng trong hệ tọa độ quay dq

i d : thành phần dòng điện trong hệ quy chiếu quay dq trên trục d

i q : thành phần dòng điện trong hệ quy chiếu quay dq trên trục q

P : công suất thực

PV : năng lượng mặt trời

Q : công suất phản kháng

u : thành phần điện áp trong hệ tọa độ đứng yên stator () trên trục 

u : thành phần điện áp trong hệ tọa độ đứng yên stator () trên trục 

u d : thành phần điện áp trong hệ tọa độ quay dq trên trục d

u q : thành phần điện áp trong hệ tọa độ quay dq trên trục q

VDC : điện áp nguồn một chiều bộ nghịch lưu

VOC : điều khiển định hướng điện áp

VF : từ thông ảo

i

 (i = x, y): vector từ thông trong hệ tọa độ xy bất kỳ

LỜI MỞ ĐẦU

Nhu cầu tiêu dùng năng lượng của nhân loại tăng nhanh chóng: Do dân số trên

thế giới tăng không ngừng.Vào năm 2010 là gần 7 tỷ và còn tăng lên nữa Mặt khác nhu cầu tiêu dùng năng lượng của con người cũng tăng cao Trung bình một người hiện nay tiêu thụ gấp 15 lần so với một người cách đây 100 năm Năm 2000 thế giới tiêu thụ 423 x 1012 MJ Tổng tiêu thụ năng lượng hiện nay trên toàn thế giới tăng 6 lần

so với đầu thế kỷ thứ 19

Nguồn năng lượng hóa thạch ngày càng cạn kiệt: Theo số liệu công bố tại Hội nghị

quốc tế về năng lượng tại Bon, CHLB Đức tháng 10-2003, thì trữ lượng năng lượng hoá thạch của thế giới chỉ còn 34 triệu tỷ Mega Jun (34 x 1012 MJ), trong đó than chiếm khoảng 60% (19630 x 1012

MJ); dầu các loại khoảng 22% (9185 x 1012 MJ) và khí đốt còn (5110 x 1012 MJ) Với mức tiêu thụ như năm 2000 (423 x 1012 MJ/năm) thì nguồn năng lượng hoá thạch còn lại chỉ đủ cho thế giới chúng ta sử dụng được thêm khoảng 80 năm, trong đó than 200 trăm, dầu khoảng 48 năm, khí đốt khoảng 45 năm và Uraniom còn 40 năm

Khí hậu toàn cầu đã trở nên mất cân bằng: Hiện nay, mỗi năm các hoạt động sản

xuất tiêu dùng NL hoá thạch làm phát thải vào môi trường 23,5 tỷ tấn CO2 tổng khối lượng CO2 tích tụ trong khí quyển quả đất đến nay đạt con số khổng lồ, 1000 tỷ tấn, trong đó 50% do phát khí trong vòng 50 năm cuối thể kỷ 20 Mặc dù CO2 không phải

là khí nhà kính duy nhất, nhưng sự đóng góp của nó là 50% Theo tính toán thì với tốc

độ phát thải như hiện nay, đến năm 2100 nhiệt độ khí quyển mặt đất sẽ tăng lên từ 1,5o

C đến 5,8oC kéo theo hàng loạt sự thay đổi về khí hậu trên hành tinh chúng ta, trong

đó có các biến đổi chưa lường hết được

Năng lượng hạt nhân không thải khí CO

2 , nhưng lợi bất cập hại: Có thể nói,

năng lượng hạt nhân là nguồn không gây ra phất thải CO2 và các khí nhà kính khác Tuy nhiên các rủi ro do các nhà máy hạt nhân gây ra thì thật khó lường ngay cả ở trình

độ khoa học và công nghệ tiên tiến hiện nay Những hiểm hoạ cho loài người từ nhà máy Năng lượng hạt nhân có nguồn gốc rất đa dạng, từ những hạn chế về kỹ thuật, công nghệ, trình độ con người, nước sử dụng, đến các vấn đề chính trị, xã hội

Năng lượng tái tạo là nguồn năng lượng sạch, không gây ô nhiễm môi trường và có

trữ lượng vô cùng lớn do tính tái tạo của nó Mặc dù hiện nay một số công nghệ năng lượng tái tạo còn đòi hỏi chi phí cao Nhưng sự phát triển khoa học và công nghệ năng lượng tái tạo sẽ nhanh chóng hoàn thiện và giá năng lượng tái tạo sẽ giảm xuống nhanh chóng Ngoài ra do cạn kiệt nên giá năng lượng hóa thạch ngày càng cao nên cơ hội cạnh tranh của năng lượng tái tạo là một hiện thực Do đó năng lượng tái tạo là sự lựa chọn của tương lai, là xu hướng chung của cả thế giới, cũng là trách nhiệm của mọi quốc gia

Các hệ thống phân phối năng lượng có khuynh hướng càng ngày càng gia tăng

Hệ thống PV ngày càng phổ biến và ứng dụng rộng rãi trong các hệ thống phân phối Mặc dù chi phí xây dựng hệ thống PV tương đối cao nhưng vẫn có sự tăng trưởng đang kể trong việc xây dựng các hệ thống PV Các nghiên cứu gần đây cho thấy sự gia tăng theo cấp số nhân trong khả năng xây dựng các hệ thống PV trên toàn thế giới Do việc nghiên cứu giúp giảm giá thành và tăng hiệu quả của các hệ thống PV

Tình hình năng lượng ở Việt Nam:

Nguồn điện cung cấp chủ yếu của Việt Nam là nhiệt điện và thủy điện Với sự tăng trưởng kinh tế mạnh mẽ đã thúc đẩy nhu cầu điện năng tăng 15% một năm Năng lượng sạch là vấn đề đang được Việt Nam quan tâm Với mục tiêu năng lượng mặt trời trở thành nguồn điện trong tương lai, Việt Nam có một lợi thế là thời gian chiếu sáng từ 2000h -2500h tương đương 44 triệu tấn dầu quy đổi Tuy nhiên, đây là lĩnh vực nghiên cứu khá mới mẻ và chỉ được nghiên cứu trong những năm gần đây Sự phát triển khoa học kỹ thuật và công nghệ nhiều thiết bị mới được tạo ra để nâng cao chất lượng pin mặt trời và giảm giá thành sản xuất nhằm ứng dụng rộng rãi trong sản xuất và sinh hoạt

Hiện nay, ở Việt Nam đã có nhà máy sản xuất pin mặt trời đầu tiên được xây dựng tại huyện Đức Hoà , tỉnh Long An Mỗi tấm pin do nhà máy sản xuất có công suất từ 80W – 165W điện với hiệu suất 16% và tuổi thọ trung bình là 30 năm Giá bán sản phẩm thấp hơn khoảng 30% -40% so với các sản phẩm hiện tại trên thị trường Dự

trường Châu Âu và Châu Mỹ Trong giai đoạn tiếp theo nhà máy không chỉ sản xuất thành phẩm tấm pin mặt trời mà còn sản xuất linh kiện lắp ráp tấm pin từ những nguyên liệu trong nước Bên cạnh đó nhà máy cũng thiết kế, thi công và lắp ráp các thiết bị tiết kiệm năng lượng như: hệ thống nước nóng mặt trời, các bóng đèn tiết kiệm năng lượng và các thiết bị tiết kiệm năng lượng khác

Hiệu suất biến đổi năng lượng của hệ thống năng lượng mặt trời rất thấp khoảng 10% - 16% Để hệ thống hoạt động hiệu quả thì năng lượng do nó phát ra luôn phải hoạt động ở điểm công suất cực đại MPPT Xác định điểm công suất cực đại có khoảng 19 phương pháp như: phương pháp P&O, phương pháp Incremental Conductance, phương pháp điều khiển Fuzzy,… Mỗi phương pháp đều có thời gian đáp ứng, số cảm biến ứng dụng, phần cứng thực hiện, phạm vi ứng dụng, giá thành và

độ chính xác khác nhau

Pin năng lượng mặt trời phát ra nguồn điện một chiều DC Nhằm đưa vào sử dụng ta cần sử dụng các bộ biến đổi công suất DC-DC, DC-AC Muốn hoà vào nguồn lưới điện quốc gia hiện hữu, hệ thống cần phải có thêm bộ hoà lưới sau bộ biến đổi công suất DC-AC

Chương 1: GIỚI THIỆU

1.1 GIỚI THIỆU:

1.1.1 Nguồn năng lượng mặt trời:

1.1.1.1 Phổ năng lượng mặt trời:

Mặt trời là một nguồn sáng khổng lồ với đường kính 1.4 triệu km Bên trong mặt trời, các phản ứng hạt nhân biến đổi hydro thành heli lien tục diễn ra Sự hao hụt khối lượng do phản ứng hạt nhân này sinh ra nguồn năng lượng điện từ khoảng 3.8x1020

MW và bức xạ ra ngoài không gian Năng lượng bức xạ của một vật thể là hàm số phụ thuộc vào nhiệt độ Để mô tả độ bức xạ của một đối tượng, người ta thường dùng một khái niệm lý thuyết để so sánh, gọi là vật thể đen (blackbody)

Phương trình bức xạ của vật thể đen được cho bởi định luật Planck:

8

5

3.74 1014400[exp( ) - 1]

Hình 1-1 Phổ của vật thể đen

Diện tích của đồ thị trên ở giữa 2 giá trị bước sóng bất kỳ chính là công suất bức xạ của vật thể trong khoảng bước sóng đó Nếu lấy tích phân đồ thị trên từ 0 đến vô cùng chính là tổng công suất bức xạ của vật thể

Tổng công suất bức xạ của một vật thể đen (trên toàn bề mặt) được cho bởi định luật Stefan-Boltzmann:

T : nhiệt độ tuyệt đối (K)

A : diện tích bề mặt của vật thể đen (m2)

Đường cong phổ bức xạ có giá trị cực đại ở bước sóng được xác định bởi công thức:

ax

2898 ( )

5800 K (toàn bộ diện tích của đường cong) là 1.37 kW/m2, bằng với công suất bức xạ

tổng của mặt trời ở ngoài khí quyển trái đất Công suất bức xạ tổng của mặt trời được phân tỷ lệ như sau: những bước sóng dưới tia cực tím (UltraViolet-UV) chiếm 7%, trong vùng khả kiến chiếm 47%, từ vùng hồng ngoại (Infrared-IR) trở lên chiếm 46%

Nhắc lại về bước sóng trong vùng khả kiến có tầm từ 0.38 m đến 0.78 m

Hình 1-2 Phổ của mặt trời ngoài khí quyển

Khi bức xạ mặt trời đi vào khí quyển cúa trái đất sẽ bị hấp thu bởi nhiều thành phần

Do đó, đường cong phổ bức xạ của mặt trời nhận được trên mặt đất bị méo dạng nhiều

so với ngoài không gian Phổ bức xạ nhận được trên mặt đất còn phụ thuộc vào góc chiếu của mặt trời so với bề mặt trái đất, được phản ánh theo tỷ số AM

Hình 1-4 Phổ của mặt trời theo AM khác nhau

1.1.2 Tế bào pin quang điện:

1.1.2.1 Cấu tạo của tế bào quang điện:

Hình 1-5 Cấu tạo của một tế bào quang điện

Tế bào quang điện là một thiết bị bán dẫn hấp thu ánh sáng mặt trời hoặc ánh sáng nhân tạo sản xuất ra năng lượng điện Tế bào quang điện tồn tại một vùng tiếp giáp P –N ở giữa hai vật liệu khác nhau Việc hấp thu photon có năng lượng lớn hơn năng lượng bangap của chất bán dẫn sẽ thúc đẩy các electron di chuyển từ vùng hóa trị sang vùng dẫn, tạo nên cặp electron và lỗ trống Các cặp electron và lỗ trống ở hai vùng đối diện nhau di chuyển tạo nên nguồn điện DC Các vật liệu sản xuất tế bào quang điện

là mono-crystaline hoặc poly crystalline silicon Mỗi tế bào quang điện có hai hình dạng cơ bản là hình vuông hoặc hình chữ nhật, với kích thước khoảng 10cmx10cmx0.3mm

1.1.2.2 Công nghệ chế tạo pin PV:

Công nghệ chế tạo PV ngày càng phát triển đa dạng Từ những cell pin truyền thống

có độ dày từ 200-500 m , những cell pin ở dạng “màng mỏng” (thin-film) dần dần

chiếm ưu thế Cell pin màng mỏng có độ dày 1-10 m , không dùng nhiều vật liệu bán

dẫn và dể chế tạo hơn nên giá thành cạnh tranh hơn Loại cell pin này dùng nhiều cho các thiết bị: máy tính bỏ túi, đồng hồ và trong nhiều mạch điện tử Hình 1-6 mô tả các hướng công nghệ cho PV dựa theo 2 hướng chính

Hình 1-6 Hướng chế tạo PV

Vật liệu chế tạo PV không chỉ dừng lại ở nguyên tố silicon, germanium (cùng nằm trong nhóm 4-bảng tuần hoàn nguyên tố hóa học với silicon) cũng được dùng thay thế Vật liệu chế tạo PV còn sử dụng hỗn hợp của 2 nguyên tố, thường sử dụng nhất là cell pin GaAs (Gallium và Arsenic) và CdTe (Cadmium và Tellurium) Những cặp vật liệu này thường nằm ở 2 nhóm đối xứng với nhóm 4, mô tả trên hình 1-7

Hình 1-7 Bảng tuần hoàn

Hiệu suất của PV cũng tăng dần theo thời gian:

Hình 1-8 Hiệu suất pin PV theo thời gian

1.1.3 Cấu tạo một tấm pin năng lượng mặt trời:

Nhiều tế bào quang điện kết hợp lại tạo thành tấm pin Các tế bào pin quang điện

được mắc nối tiếp hoặc song song với nhau để tạo điện áp ra theo yêu cầu Khi mắc

nối tiếp dòng điện của một tế bào quang điện cũng chính là dòng điện của tấm pin và điện áp của tấm pin sẽ là tổng điện áp của các tấm pin cộng lại Khi mắc song song

dòng điện của tấm pin sẽ là tổng dòng điện của mỗi tế bào pin cộng lại và điện áp của tấm pin bằng chính điện áp của một tế bào quang điện Mô hình của một tấm pin gồm

36 tế bào pin quang điện kết hợp lại với nhau:

Hình 1-9. Tấm pin mặt trời gồm 36 tế bào quang điện mắc nối tiếp nhau

1.1.4 Cấu tạo hệ thống pin mặt trời:

Nhiều tấm pin kết hợp lại tạo thành một hệ thống pin PV Hệ thống này có công suất nằm trong khoảng từ vài trăm Walt đến vài trăm kiloWalt Sự kết nối của các tấm pin năng lượng trong một hệ thống cũng tương tự như sự kết nối của các tế bào quang

điện trong một tấm pin riêng lẻ

 Hệ thống PV kết lưới

Hình 1-11 Các hệ thống PV điển hình

Sự phân biệt ba loại hệ thống PV này là trong hệ thống PV độc lập năng lượng sản xuất bởi hệ thống phù hợp với nhu cầu phụ tải riêng biệt và hệ thống PV kết hợp có sự kết hợp giữa hệ thống pin năng lượng mặt trời với các nguồn năng lượng khác

Để cung cấp cho nhiều loại phụ tải khác nhau, thì hệ thống phải dự trữ năng lượng và thiết bị thường được sử dụng cho việc dự trữ là ăc quy Nếu hệ thống PV kết hợp với các nguồn năng lượng như máy phát điện gió hoặc máy phát diesel thì nó thuộc hệ thống PV kết hợp Sự cân bằng của hệ thống là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến tuổi thọ của một hệ thống PV Nó bao gồm tất cả các yếu tố điều hòa năng lượng, dự trữ và cấu trúc cơ khí cần thiết Nó có ảnh hưởng lớn đến chi phí hoạt động của một hệ thống

PV

1.2.1 Hệ thống PV độc lập:

Đây là ứng dụng đầu tiên của hệ thống pin mặt trời sử dụng năng lượng mặt trời tạo ra điện cung cấp cho những khu vực xa xôi mà không thể kết nối vào nguồn điện hiện hữu Năng lượng mặt trời được ứng dụng phát triễn vào các ứng dụng trong các mặt hàng điện tử như máy tính đồng hồ Nguồn điện tạo ra từ hệ thống PV sẽ cung cấp cho tải DC hoặc qua hệ thống nghich lưu rồi cấp cho tải AC

Hình 1-12 Hệ thống PV độc lập

1.2.2 Hệ thống PV kết hợp:

Trong vài trường hợp, hệ thống PV không thỏa mãn các yêu cầu về kinh tế hoặc thực

tế để cung cấp năng lượng cần thiết Khi đó hệ thống PV được kết hợp với các nguồn năng lượng như máy phát điện gió hoặc máy phát diesel Hệ thống PV kết hợp đảm bảo nhu cầu năng lượng luôn được cung cấp đầy đủ cho phụ tải

Hình 1-13 Hệ thống PV kết hợp

1.2.3 Hệ thống PV kết lưới:

Hệ thống PV kết lưới cung cấp điện cho các hộ cá thể hoặc hòa vào nguồn lưới điện hiện hữu Trong những năm gần đây, hệ thống PV kết lưới gia tăng đáng kể trên toàn thế giới điển hình trong năm 2004 ở Đức xây dựng hệ thống PV kết lưới cung cấp khoảng 1GW Các hệ thống PV kết lưới góp phần giảm ô nhiễm môi trường và tiết kiệm chi phí sử dụng điện

Hình 1-14 Hệ thống PV kết lưới

Hầu hết việc xây dựng các hệ thống PV kết lưới tuân theo tiêu chuẩn IEEE 929-2000 Theo tiêu chuẩn các hệ thống PV kết lưới phải đảm bảo hai yêu cầu chính: an toàn và chất lượng điện

Liên quan đến an toàn, một vấn đề quan trọng được bàn đến là sự tự động cách ly của

Chương 2: GIẢI THUẬT XÁC ĐỊNH ĐIỂM CÔNG SUẤT CỰC ĐẠI MPPT

2.1 GIỚI THIỆU:

2.1.1 Giới thiệu về đặc tuyến tải:

Mỗi PV có một đặc tuyến I-V cụ thể Khi PV được sử dụng cho tải khác nhau hay trong điều kiện môi trường khác nhau sẽ làm việc ở điểm hoạt động khác nhau Đặc tuyến của một vài tải thông dụng sẽ được giới thiệu trong các phần tiếp theo

Hình 2-1 Điểm họa động của tải

2.1.1.1 Tải trở:

Phương trình mô tả đơn giản cho tải trở:

V = IR hay I = 𝑉

Đặc tuyến I-V đơn giản là một đường thẳng có độ dốc là 1

R Khi R tăng độ dốc của đặc tuyến sẽ hạ thấp, ngược lại khi R giảm độ dốc của đặc tuyến sẽ nâng cao Đường thẳng I-V của tải trở sẽ giao đường I-V của PV ở điểm làm việc

Hình 2-2 Đặc tuyến điện trở

Như hình 2-2, chỉ có trường hợp tải trở là Rm thì công suất vận hành của PV là cực đại

Khi điện trở không thay đổi, điểm làm việc cũng sẽ thay đổi khi điều kiện môi trường khác đi Như hình 2-3, chỉ có một điều kiện bức xạ ứng với công suất PV là cực đại

Hình 2-3 Đặc tuyến trở khi thay đổi bức xạ

2.1.1.2 Tải động cơ DC:

Trong các hệ thống máy bơm PV, động cơ DC thường được sử dụng Khi đang vận hành, quan hệ dòng và áp của động cơ DC phụ thuộc vào tốc độ của động cơ Phương trình mô tả đơn giản:

Trong đó: suất điện động E = kω, Ra là điện trở phần ứng của động cơ

Khi động cơ đang vận hành ở một điện áp nhất định, việc tăng hay giảm tải sẽ làm tăng hay giảm dòng điện động cơ Do đó ứng một động cơ nhưng tải khác nhau sẽ tạo

ra đặc tuyến I-V khác nhau

Xét trường hợp tải cố định, khi động cơ vừa mới khởi động 0, lúc này dòng điện

sẽ tăng tuyến tính theo điện áp Khi dòng điện tăng đến lúc moment khởi động thắng được lực ma sát tĩnh, động cơ sẽ quay và bắt đầu giảm dòng điện Tiếp tục tăng V, I cũng sẽ tăng nhưng theo một đặc tuyến không tuyến tính, hình 2-4

Hình 2-4 Đặc tuyến động cơ DC

Như trên hình 2-5, khi mới khởi động động cơ, bức xạ phải ở mức 400W/m2

nhưng khi động cơ đã hoạt động chỉ cần bức xạ ở mức 200 W/m2

là có thể duy trì

Hình 2-5 Đặc tuyến động cơ, bức xạ thay đổi

2.1.1.3 Tải khi sạc pin (battery):

PV chỉ có thể cung cấp năng lượng vào ban ngày, nhưng trong nhiều ứng dụng đòi hỏi nguồn năng lượng liên tục Do đó những hệ thống trữ năng lượng cần được sử dụng Đối với hệ thống máy bơm PV, nước sẽ được trữ lên cao (có thế năng) vào ban ngày

và được dùng vào ban đêm Những hệ thống PV kết lưới cấp năng lượng lên lưới vào ban ngày và lấy năng lượng từ lưới vào ban đêm Trong nhiều trường hợp dùng độc lập, hệ thống trữ năng lượng bằng pin được sử dụng

Theo lý thuyết, một pin sạc lý tưởng có đặc tuyến I-V là một đường thẳng đứng như hình 2-6 Nghĩa là điện áp ở 2 đầu pin sạc không đổi bất kỳ dòng điện vào nào Trong thực tế, pin sạc có điện trở nội

Phương trình mô tả:

V = VB + RiI với VB là điện áp pin sạc (2.3)

Hình 2-6 Đặc tuyến pin sạc lý tưởng

Trong quá trình sạc pin V > VB đặc tuyến sẽ có dạng như hình 2-6 Ngược lại trong quá trình xả pin (dùng pin) V < VB đặc tuyến sẽ có dạng như hình 2-6 Trong cả quá trình sạc hay xả pin, điện áp VB sẽ thay đổi làm cho đặc tuyến dịch chuyển ít qua trái hoặc phải

Hình 2-7 Đặc tuyến pin sạc

2.1.2 Giới thiệu về việc xác đinh điểm MPPT:

2.1.2.1 Sự cần thiết của việc xác định điểm MPPT:

Công suất của các tấm pin PV phụ thuộc trực tiếp vào sự thay đổi của bức xạ mặt trời

và nhiệt độ môi trường Trên đồ thị đặc tuyến P-V, I-V tồn tại một giá trị công suất cực đại Giá trị công suất cực đại này phụ thuộc vào thành phần điện áp và dòng điện Hiệu suất của tấm pin PV rất thấp khoảng 13% Để tăng hiệu quả sử dụng các tấm pin

PV, các tấm pin PV sẽ hoạt động ở điểm công suất cực đại trong điều kiện thay đổi bức xạ mặt trời và nhiệt độ môi trường

Hình 2-8 Mô hình xác định điểm MPPT với mạch Buck-Boost Converter

Giải thuật MPPT đã được nghiên cứu phát triễn và đưa vào ứng dụng thực tiễn

Giải thuật MPPT điều khiển các bộ biến đổi điện tử công suất để giữ cho PV vận hành

ở công suất cực đại Những bộ biến đổi DC/DC dạng xung thường được sử dụng Đặc điểm chung của những bộ DC/DC này là đóng ngắt các khóa để thay đổi tỷ số giữa

điện áp vào-ra Các bộ biến đổi DC/DC thường gặp là: bộ Buck (giảm áp), bộ Boost (tăng áp), bộ Buck-Boost (tăng hoặc giảm áp tùy ý)

Luận văn đi sâu vào việc nghiên cứu tìm điểm MPPT với bộ Buck-Boost Converter

2.1.2.2 Bộ Buck – Boost Converter:

Cấu hình không cách ly của bộ Buck-Boost được minh họa ở hình 2-9 Bộ biến đổi bao gồm nguồn áp Vs, khóa điều khiển S, cuộn cảm L, diode D, tụ lọc đầu ra C và tải

R Khi khóa đóng, diode sẽ tắt (không dẫn), cuộn cảm nhận năng lượng từ nguồn, tụ

sẽ cấp năng lượng cho tải Khi khóa ngắt, diode sẽ dẫn, cuộn cảm sẽ cấp năng lượng cho tải và nạp năng lượng cho tụ

Hình 2-9 Mạch điện Buck-Boost

Tỷ số vào-ra của điện áp sẽ phụ thuộc vào tỷ số đóng cắt:

 , phương trình ở trạng thái ổn định, điện áp trung bình (2.4)

Mô tả sơ về dòng và áp của linh kiện trong bộ Buck-Boost khi khóa đóng cắt (lúc ổn định):

Hình 2-10 Giản đồ hoạt động

Vì sao bộ Buck-Boost có thể giữ được điểm cực đại của PV?

Thử xét tải trở ở đầu ra bộ Buck-Boost và PV ở đầu vào bộ Buck-Boost, khi hoạt động

ổn định, phương trình cân bằng công suất vào ra:

Khi đó đặc điểm hoạt động của PV có thể điều khiển dể dàng bằng cách thay đổi x

Dù trường hợp tải thay đổi hoặc điều kiện môi trường thay đổi, công suất vẫn có thể giữ cực đại

Hình 2-11 Cách thay đổi đặc tuyến bộ Buck-Boost

2.2 Giải thuật Incremental Conductance:

Phương pháp Incremental Conductance (IncCond) dựa trên việc phân tích đạo hàm của công suất theo điện áp Ở bên trái điểm cực đại, đạo hàm có giá trị dương Ở bên phải điểm cực đại đạo hàm có giá trị âm

Hình 2-12 Lưu đồ giải thuật IncCond

Giải thuật IncCond sẽ xác định điểm MPP hiệu quả hơn khi tồn tại sai số rất nhỏ giữa giá trị gia tăng độ dẫn và giá trị độ dẫn tức thời

Giá trị “e” sẽ tiến về không khi đạt được điểm MPP Giải thuật này yêu cầu phải có hai cảm biến để xác định giá trị của điện áp và dòng điện tức thời của PV

2.3 Giải thuật Fractional Open Circuit Voltage:

Dựa vào mối quan hệ gần như tuyến tính của VMPP và Voc của đặc tuyến V-I, người ta đưa ra giải thuật FOCV theo điều kiện bức xạ và nhiệt độ thay đổi:

≈ K

Với K1 : hằng số tỷ lệ K1 là tỷ số phụ thuộc vào đặc tuyến V-I của pin PV được sử dụng, do đó có thể tính toán trước hệ số K1 bằng việc tính toán thực nghiệm Voc và

VMPP của pin PV cụ thể theo cường độ bức xạ và nhiệt độ khác nhau Hệ số K 1 = 0.71 – 0.78

VMPP được điều khiển theo trình tự sau:

 Xác định K1

 Đo VOC theo chu kỳ bằng cách ngắt bộ biến đổi công suất trong một khoảng thời gian ngắn Phương pháp này không được thuận lợi gây ra tổn thất công suất bên trong bộ biến đổi công suất Để giải quyết vấn đề này, sử dụng một tấm pin PV phụ có đặc tính gần giống với hệ thống pin

PV để xác định VOC

 Tính VMPP theo công thức

2.4 Giải thuật Fractional Short Circuit Curent:

Dựa vào mối quan hệ gần như tuyến tính của IMPP và Isc của đặc tuyến V-I, người ta đưa ra giải thuật FSCI theo điều kiện bức xạ và nhiệt độ thay đổi:

2.5 Giải thuật cải tiến

2.5.1 Ý tưởng của giải thuật:

Giải thuật IncCond xác định điểm MPP tương đối chính xác nhưng thời gian đáp ứng chậm Hai giải thuật Fractional Open Circuit Voltage và Fractional Short Circuit Current thời gian đáp ứng nhanh nhưng về độ chính xác không cao Giải thuật cải tiến

sẽ kết hợp ƣu điểm của ba giải thuật trên để thời gian đáp ứng nhanh và sự chính xác cao

Đặc tuyến I-V đƣợc chia làm 3 miền: miền trái, miền giữa và miền phải

Hình 2-13 Đặc tuyến V-I

 Tại thời điểm pin hoạt động ở miền trái, giải thuật sẽ tìm điểm MPPT theo giá trị Iref Xem nhƣ miền bên trái của đặc tuyến I-V là tuyến tính theo I, trong 2 chu kỳ tính toán đầu tiên xác định giá trị ISC

ISC = I1 + 𝐼2 − 𝐼1

Khi đó: Iref = K1*ISC (2.17) Với: K1 là một hằng số bất kỳ đƣợc chọn theo hằng số K = 0.75 : 0.92 trong giải thuật Fractional Short Circuit Current Trong những chu kỳ tính toán tiếp theo pin sẽ hoạt động ở miền giữa, sử dụng giải thuật Incremental Conductance để xác định điểm

 Tại thời điểm pin hoạt động ở miền phải, giải thuật sẽ tìm điểm MPPT theo giá trị Vref Xem nhƣ miền bên phải của đặc tuyến I-V là tuyến tính theo V, trong hai chu

kỳ tính toán đầu tiên xác định giá trị V

Khi đó: Vref = K2*VOC (2.19) Với: K2 là một hằng số bất kỳ được chọn theo hằng số K = 0.72: 0.78 trong giải thuật Fractional Open Circuit Voltage Trong những chu kỳ tính toán tiếp theo pin sẽ hoạt động ở miền giữa, sử dụng giải thuật Incremental Conductance để xác định điểm Vref

để pin hoạt động ở điểm MPPT

 Khi điều kiện môi trường thay đổi, làm pin thay đổi điểm MPPT, tùy theo sự sai lệch giá trị dòng điện tại thời điểm thay đổi mà giải thuật sẽ tìm điểm MPPT theo giá trị Iref hay Vref

2.5.2 Sơ đồ giải thuật đề xuất:

Hình 2-14 Sơ đồ giải thuật đề xuất.