Nghiên cứu thiết kế hệ thống pin năng lượng mặt trời nối lưới công suất đến 10 mw cho vùng nuôi trồng thủy sản tam nông, đồng tháp

Vì vậy em chọn đề tài “Nghiên cứu thiết kế hệ thống pin năng lượng Mặt trời nối lưới công suất đến 10 MW cho vùng nuôi trồng thủy sản Tam Nông, Đồng Tháp” với mong muốn khi đề tài được ứ

B Ộ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

-

NGÔ XUÂN HIÊN

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan luận văn thạc sĩ với nội dung đề tài là “Nghiên cứu thiết kế hệ thống pin năng lượng Mặt trời nối lưới công suất đến 10 MW cho vùng nuôi trồng thủy sản

Tam Nông, Đồng Tháp” do TS Bùi Minh Định và PGS.TS Nguyễn Lân Tráng

hướng dẫn là nghiên cứu của riêng tôi Tất cả các tài liệu tham khảo đều có nguồn gốc

1

MỤC LỤC

DANH MỤC HÌNH VẼ 4

DANH MỤC BẢNG BIỂU 8

DANH MỤC BIỂU ĐỒ 9

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT 10

MỞ ĐẦU 11

Chương 1 – GIỚI THIỆU CHUNG VÀ ỨNG DỤNG CỦA HỆ THỐNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI 13

1.1 Lịch sử phát triển của pin Mặt trời 13

1.2 Tổng quan tình hình phát triển năng lượng Mặt trời tại Việt Nam 13

1.3 Kết luận 17

Chương 2 – THIẾT KẾ CẤU TRÚC TRONG MÔ PHỎNG 18

2.1 Pin quang điện, các sơ đồ thay thế PV và các yếu tố môi trường tác động 18

2.1.1 Pin quang điện 18

2.1.2 Sơ đồ thay thế của PV có xét đến các tổn hao 18

2.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến đường đặc tính PV 20

2.2.1 Ảnh hưởng của cường độ chiếu sáng 20

2.2.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ 21

2.2.3 Ảnh hưởng của hiện tượng bóng râm 22

2.3 Xây dựng cấu trúc và thuật toán bộ bám điểm công suất cực đại, bộ biến đổi DC/DC 25

2.3.1 Xây dựng cấu trúc bộ bám điểm công suất cực đại 25

2.3.3 Thuật toán bám điểm công suất cực đại 27

2.3.3.1 Thuật toán theo phương pháp điện áp không đổi 27

2.3.3.2 Thuật toán theo phương pháp dòng điện ngắn mạch 27

2.3.3.3 Thuật toán theo phương pháp nhiễu loạn và quan sát (P&O) 28

2.3.3.4 Thuật toán theo phương pháp điện dẫn gia tăng (INC) 30

2.3.3.5 Kết luận 32

2.3.4 Bộ biến đổi DC – DC Boost 32

2.4 Bộ biến đổi DC – AC (Inverter) 33

2

2.5 Cấu trúc chung của một hệ thống điện Mặt trời nối lưới không dự trữ 34

2.6 Cấu trúc chung của một hệ thống điện Mặt trời độc lập 36

2.7 Kết luận 38

Chương 3 – MÔ PHỎNG HỆ THỐNG ĐIỆN MẶT TRỜI NỐI LƯỚI 39

3.1 Giới thiệu mô hình công suất 100 kW của Matlab/ Simulink 39

3.1.1 Mô hình mô phỏng hệ thống điện Mặt trời công suất 100 kW kết nối lưới 39

3.1.1.1 Các khối trong mô phỏng hệ thống điện Mặt trời công suất 100 kW kết nối lưới 40

3.1.1.1.1 Mô hình dàn pin Mặt trời (PV Array) 40

3.1.1.1.2 Mô hình bộ điều chỉnh điện áp một chiều DC/DC 41

3.1.1.1.3 Mô hình bộ điều khiển tìm công suất cực đại 42

3.1.1.1.3.1 khảo sát kết quả bộ điều khiển tìm công suất cực đại 43

3.1.1.1.4 Mô hình bộ nghịch lưu và khối điều khiển 46

3.1.2 Kết quả khai thác mô hình hệ thống điện Mặt trời công suất 100 kW kết nối lưới50 3.2 Giới thiệu Mô hình công suất 400 kWcủa Matlab/ Simulink 52

3.3 Mô hình mô phỏng hệ thống điện Mặt trời công suất 2 MW 54

3.4 Mô hình mô phỏng hệ thống điện Mặt trời công suất 10 MW 57

3.4.1 Kết quả mô phỏng ở trạng thái vận hành bình thường 58

3.4.2 Nhận xét phương thức đấu nối mô hình 10 MW 62

3.4.3 Mô phỏng ở trạng thái sự cố ngắn mạch 62

3.4.4 Mô phỏng khả năng vận hành của hệ thống điện Mặt trời khi mất lưới 64

3.5 Kết luận 66

Chương 4 – ĐỀ XUẤT MÔ HÌNH THỰC TẾ 67

4.1 Vị trí địa lý và phương án lắp đặt hệ thống năng lượng Mặt trời ở Tam Nông67 4.2 Tính chọn thiết bị và các sơ đồ một sợi 72

4.3 Phương án lắp đặt và đấu nối vào lưới điện 74

4.4 Các thiết bị chính trong các khối của hệ thống điện 75

4.5 Tính toán ngắn mạch 78

4.6 Sơ đồ một sợi hệ thống và các thành phần 80

4.7 Các khối chức năng của hệ thống 82

3

4.8 Tính toán lợi ích kinh tế khi lắp đặt hệ thống điện Mặt trời 84

4.8.1 Tính toán lượng điện năng và tiền điện thu hồi chi tiết theo mức độ bức xạ (phương pháp 1) 84

Tổng hợp mức độ bức xạ: 84

4.8.2 Tính toán lượng điện năng và tiền điện thu hồi ước lượng theo công suất lắp đặt dàn PV (phương pháp 2) 88

4.8.3 Kết luận 88

4.9 Kết luận 89

TÀI LIỆU THAM KHẢO 91

PHỤ LỤC 92

1 Code thuật toán MPPT trên Matlab 92

1.1 Thuật toán MPPT theo phương pháp nhiễu loạn và quan sát (P&O) 92

1.2 Thuật toán MPPT theo phương pháp điện dẫn gia tăng (INC) theo phép chia dP/dV 93

1.3 Thuật toán MPPT theo phương pháp điện dẫn gia tăng (INC) theo phép chia dI/dV 94

4

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 2 1: Mô hình đơn giản của PV 18

Hình 2 2: Mô hình thay thế PV có xét đến các tổn hao 18

Hình 2 3: Mô hình thay thế PV có xét đến các tổn hao gồm nhiều cells 20

Hình 2 4: Đặc tính PV có xét đến các ảnh hưởng của Rs và Rp 20

Hình 2 5: Đặc tuyến V-I của PV khi cường độ sáng khác nhau và nhiệt độ bề mặt của PV không đổi, 250C 21

Hình 2 6: Đặc tuyến V-I của PV với nhiệt độ khác nhau và cường độ sáng không đổi 1000 W/m2 22

Hình 2 7: Module PV với n cell trong trường hợp không cell nào bị che khuất 22

Hình 2 8: Module PV với n cell trong trường hợp 1 cell bị che khuất 22

Hình 2 9: Ảnh hưởng của hiện tượng bóng râm đối với module PV 23

Hình 2 10: Module PV với nhiều cell bị che khuất 24

Hình 2 11: Module PV sử dụng diode bypass 24

Hình 2 12: Đặc tính của PV trong trường hợp sử dụng diode bypass 25

Hình 2 13: Các đặc tính phi tuyến của PV 25

Hình 2 14: Đặc tính V-I của PV với cường độ bức xạ khác nhau 26

Hình 2 15: Hệ thống bám điểm công suất cực đại 26

Hình 2 18: Lưu đồ thuật toán tìm điểm công suất cực đại phương pháp nhiễu loạn và quan sát P&O 29

Hình 2 20: Thuật toán điện dẫn gia tăng INC 30

Hình 2 21: Lưu đồ thuật toán tìm điểm công suất cực đại phương pháp điện dẫn gia tăng INC 31

Hình 2 22: Bộ biến đổi Boost converter 32

Sơ đồ bộ biến đổi tăng áp Boost được mô tả như hình vẽ 2 23 32

Hình 2 24: Mạch lực nghịch lưu độc lập nguồn áp ba pha 33

Hình 2 25: Tạo xung vuông bằng phương pháp so sánh 34

Hình 2 26: Hệ thống điện năng lượng mặt trời nối lưới 34

Hình 2 27: Cấu trúc chung hệ thống điện Mặt trời nối lưới không dự trữ 35

5

Hình 2 28: Cấu trúc chung của hệ thống điện Mặt trời độc lập 37

Hình 2 29: Hệ thống điện mặt trời hoạt động độc lập 37

Hình 3 1: Mô hình hệ thống điện Mặt trời nối lưới công suất 100 kW 39

Hình 3 2: Mô hình dàn pin Mặt trời (PV Array) 40

Hình 3 3: Pin Mặt trời Sun Power SPR-315E-WHT-D 41

Hình 3 4: Đặc tuyển V-I của pin Mặt trời Sun Power SPR-315E-WHT-D 41

Hình 3 5: Mô hình bộ điều chỉnh điện áp một chiều DC/DC Boost converter 42

Hình 3 6: Mô hình toán học bộ điều chỉnh điện áp một chiều DC/DC 42

Hình 3 7: Mô hình bộ tìm công suất cực đại theo phương pháp nhiễu loạn và quan sát (P&O) 42

Hình 3 8: Mô hình bộ tìm công suất cực đại theo phương pháp điện dẫn gia tăng (INC) 43

Hình 3 9: Các giá trị điều khiển D của bộ MPPT 43

Hình 3 10: Khảo sát mô hình bộ tìm công suất cực đại theo phương pháp nhiễu loạn và quan sát (P&O) 44

Hình 3 11: Hệ số điều chế D của bộ tìm công suất cực đại theo phương pháp nhiễu loạn và quan sát (P&O) 44

Hình 3 12: Khảo sát mô hình bộ tìm công suất cực đại theo phương pháp điện dẫn gia tăng (INC) 45

Hình 3 13: Hệ số điều chế D của bộ tìm công suất cực đại theo phương pháp điện dẫn gia tăng (INC) 45

Hình 3 14: Mô hình bộ nghịch lưu và khối điều khiển 46

Hình 3 15: Mô hình toán học khối nghịch lưu ba pha nguồn áp 46

Hình 3 16: Mô hình khối điều khiển VSC control 47

Hình 3 17: Mô hình vòng khóa pha 47

Hình 3 18: Mô hình khối điều chỉnh điện áp một chiều VDC Regulator 48

Hình 3 19: Mô hình khối điều chỉnh dòng điện Current Regulator 48

Hình 3 20: Mô hình lưới điện kết nối với PV 49

Hình 3 21: Mạch lọc LC và máy biến áp 100 kVA 0,4 kV/24 kV 49

6

Hình 3 22: Kết quả mô phỏng hệ PV có sự tham gia của bộ MPPT với D = 0,8 mô

hình 100 kW 50

Hình 3 23: Kết quả mô phỏng hệ PV có sự tham gia của bộ MPPT mô hình 100 kW 51 Hình 3 24: Kết quả mô phỏng hệ PV có sự tham gia của bộ MPPT mô hình 100 kW với cường độ sáng và nhiệt độ thay đổi 52

Hình 3 25: Mô hình công suất 400 kW hệ thống điện Mặt trời nối lưới 53

Hình 3 26: Kết quả thu được trên dàn PV 100 kW khi có bộ MPPT mô hình 400 kW 54

Hình 3 27: Mô hình công suất 2 MW hệ thống điện Mặt trời nối lưới 55

Hình 3 28: Kết quả thu được trên dàn PV 100 kW khi có bộ MPPT mô hình 2 MW 56 Hình 3 29: Phương thức đấu nối 1 của mô hình 10 MW 57

Hình 3 30: Phương thức đấu nối 2 của mô hình 10 MW 58

Hình 3 31: Kết quả thu được trên dàn PV 100 kW khi có bộ MPPT mô hình 10 MW phương thức đấu nối 1 59

Hình 3 32: Đặc tính công suất tổng cộng sau máy biến áp mô hình 10 MW phương thức đấu nối 1 60

Hình 3 33: Công suất dàn PV 100 kW khi có bộ MPPT tác động mô hình 10 MW phương thức đấu nối 2 61

Hình 3 34: Đặc tính công suất tổng cộng sau máy biến áp mô hình 10 MW phương thức đấu nối 2 61

Hình 3 35: Ngắn mạch ba pha hệ thống PV 10 MW nối lưới phương thức đấu nối 1 62

Hình 3 36: Đáp ứng đầu ra sau máy biến áp khi ngắn mạch ba pha phương thức đấu nối 1 63

Hình 3 37: Hệ thống PV 10 MW khi mất lưới 64

Hình 3 38: Kết quả thu được trên dàn PV 100 kW khi mất lưới điện 65

Hình 3 39: Đặc tính công suất tổng cộng đầu ra sau máy biến áp khi mất lưới 65

Hình 4 1: Vị trí địa lý huyện Tam Nông tỉnh Đồng Tháp 67

Hình 4 2: Cường độ bức xạ Mặt trời và số giờ nắng trong ngày 68

Hình 4 3: Lắp đặt giàn pin Mặt trời 69

Hình 4 4: Kênh Mười Tải, xã Phú Cường, huyện Tam Nông, Đồng Tháp 70

7

Hình 4 5: Hệ thống điều khiển và giám sát 71

Hình 4 6: Phương thức lắp đặt tấm pin Mặt trời 75

Hình 4 7: Mặt bằng lắp đặt tấm pin Mặt trời 75

Hình 4 8 Bộ nghịch lưu hoà lưới PVS800-TS-2000KW-C 78

Hình 4 9: Sơ đồ một sợi bộ nghịch lưu hoà lưới PVS800-TS-2000KW-C điển hình 78

Hình 4 10: Sơ đồ thay thế tính toán ngắn mạch 79

Hình 4 11: Sơ đồ một sợi tủ điện một chiều DC 250 kW và ghép nối khối PV 250 kW 80

Hình 4 12: Sơ đồ một sợi kết nối 8 khối PV 250 kW với Inverter 2 MW 81

Hình 4 13: Sơ đồ một sợi kết nối 8 khối PV 250 kW với Inverter 2 MW với MBA 2,5 MVA 82

Hình 4 14: Bảo vệ so lệch máy biến áp ba cuộn dây 83

8

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1 1: Tiềm năng năng lượng Mặt trời tại Việt Nam 14

Bảng 3 1: Thông số pin Mặt trời Sun Power SPR-315E-WHT-D 41

Bảng 3 2: Giá trị điện áp và công suất PV khi không có bộ MPPT tác động 50

Bảng 3 3: Các thông số cơ bản của mô hình PV 400 kW và 2 MW 56

Bảng 4 1: Thiết bị chính hệ PV công suất 10 MW 75

Bảng 4 2: Thiết bị chính khối đo lường 76

Bảng 4 3: Thiết bị chính khối điều khiển và bảo vệ 76

Bảng 4 4: Thiết bị chính khối tủ hạ thế 77

Bảng 4 5: Thông số kỹ thuật của bộ nghịch lưu hoà lưới PVS800-TS-2000KW-C 77

Bảng 4 6: Giá bán điện 84

Bảng 4 7: Bảng phân bố bức xạ theo các tháng 1÷12 84

Bảng 4 8: Bảng tổng bức xạ các ngày điển hình 85

Bảng 4 9:Bảng số giờ nắng hàng tháng trong năm 85

Bảng 4 10: Bảng điện năng (kWph) thu hồi hàng tháng trong năm 86

Bảng 4 11: Bảng tiền điện thu hồi hàng tháng 87

Bảng 4 12: Bảng tính tổng hợp 87

10

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

Từ viết tắt Thuật ngữ tiếng Anh Thuật ngữ tiếng Việt

P&O Perturbation & Observation Nhiễu loạn và quan sát

INC Incremental Conductance

algorithm

Thuật toán điện dẫn gia tăng

MPP Maximum Power Point Điểm công suất cực đại

MPPT Maximum Power Point

Tracking

Bộ bám điểm công suất cực đại PWM Pulse Width Modulation Điều chế độ rộng xung

Rp Paralell resistor Điện trở mắc song song

VSC Voltage Source Converter Bộ nghịch lưu nguồn áp

Vì vậy em chọn đề tài “Nghiên cứu thiết kế hệ thống pin năng lượng Mặt trời nối lưới công suất đến 10 MW cho vùng nuôi trồng thủy sản Tam Nông, Đồng Tháp” với mong muốn khi đề tài được ứng dụng trong thực tế sẽ tạo ra những hữu ích trong việc thiết kế xây dựng các nhà máy điện Mặt trời và làm cơ sở để tạo nên những nhà máy điện Mặt trời trong tương lai

2 Mục đích nghiên cứu

Thiết kế hệ thống điện Mặt trời công suất trung bình cung cấp cho một vài xã hoặc một vài nhà máy công nghiệp

3 Đối tượng nghiên cứu, phạm vi nghiên cứu của luận văn

Đối tượng nghiên cứu: Thiết kế nhà máy điện Mặt trời công suất 10 MW lắp đặt tại kênh Mười Tải – xã Phú Cường – huyện Tam Nông – tỉnh Đồng Tháp

Phạm vi nghiên cứu: nghiên cứu các đặc tính của tấm pin năng lượng Mặt trời và sự phụ thuộc của tấm pin vào điều kiện môi trường như nhiệt độ, cường độ ánh sáng để nâng cao hiệu quả sử dụng nguồn năng lượng Đồng thời, cũng phân tích các cách thức kết nối để đề xuất xây dựng mô hình hệ thống điện Mặt trời công suất lớn

4 Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp phân tích và tổng hợp lí thuyết: từ việc phân tích cấu trúc cơ bản của pin Mặt trời ta tiến hành xây dựng hệ thống điện Mặt trời kết nối lưới với các dải công suất khác nhau qua khai thác chương trình Matlab/Simulink

12

Tổng hợp kế thừa các kết quả nghiên cứu liên quan: thông qua kết quả mô phỏng mô hình Matlab/Simulink đi đến đề xuất xây dựng mô hình nhà máy điện Mặt trời công suất 10 MW

5 Bố cục của luận văn

Nội dung của luận văn gồm 4 chương

Chương 1: Giới thiệu chung và ứng dụng của hệ thống năng lượng Mặt trời

Chương 2: Thiết kế cấu trúc trong mô phỏng

Chương 3: Mô phỏng hệ thống điện Mặt trời nối lưới

Chương 4: Đề xuất mô hình thực thế

- Giới thiệu về địa điểm lắp đặt kênh Mười Tải – Phú Cường – Tam Nông – Đồng Tháp

- Tính chọn thiết bị, các sơ đồ một sợi trong hệ thống điện năng lượng Mặt trời

- Tính toán lợi ích kinh tế khi lắp đặt hệ thống điện Mặt trời

13

Chương 1 – GIỚI THIỆU CHUNG VÀ ỨNG DỤNG CỦA HỆ THỐNG NĂNG

LƯỢNG MẶT TRỜI 1.1 Lịch sử phát triển của pin Mặt trời

1839 Hiệu ứng quang điện được phát hiện bởi nhà vật lý Pháp Alexandre

Edmond Becquerel

1883 Một pin năng lượng Mặt trời mới được tạo thành, bởi Charles Fritts, ông

phủ lên mạch bán dẫn selen một lớp cực mỏng vàng để tạo nên mạch nối

1946 Russell Ohl xem là người tạo ra pin năng lượng Mặt trời đầu tiên, thiết bị

chỉ có hiệu suất 1%

1954 Tế bào quang điện đạt hiệu suất 6% được làm từ Silíc (Phòng thí nghiệm

Bell ở Mỹ) và Cu2S/CdS (Không quân Mỹ)

1963 Sharp Corp (Nhật) đã sản xuất những tấm pin Mặt trời tinh thể Silíc thương

mại đầu tiên

1966 Đài quan sát thiên văn của NASA sử dụng hệ thống pin Mặt trời công suất

1 kW

1973 Năm quan trọng của điện Mặt trời Do cuộc khủng hoảng dầu mỏ, các nước

bắt đầu quan tâm nhều hơn tới năng lượng tái tạo Hội thảo Cherry Hill tại

Mỹ đánh dấu sự ra đời quỹ nghiên cứu về điện Mặt trời Ngôi nhà đầu tiên được lắp hệ thống pin Mặt trời làm từ Cu2S do trường ĐH Delaware chế tạo

1982 Nhà máy điện Mặt trời đầu tiên có công suất 1 MW được hoàn thành ở Mỹ

1985 Mr Green tại đại học New South Wales, Australia phá vỡ rào cản hiệu suất

20% cho pin năng lượng Mặt trời đơn tinh thể (monocrystal, c-Si) trong phòng thí nghiệm

1995 Dự án thí điểm “1000 mái nhà” lắp pin Mặt trời của Đức, là động lực cho

việc phát triển chính sách về điện Mặt trời ở Đức và ở Nhật

1999 Tổng công suất lắp đặt pin Mặt trời trên thế gới đạt 1 GW

2010 Tổng công suất pin Mặt trời trên thế giới đạt 37,4 GW (trong đó Đức có

công suất lớn nhất với 7,6 GW)

1.2 Tổng quan tình hình phát triển năng lượng Mặt trời tại Việt Nam

Lãnh thổ Việt Nam kéo dài từ 80 đến 2300 vĩ 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 Do

đó, việc sử dụng năng lượng Mặt trời ở nước ta sẽ đem lại hiệu quả kinh tế lớn Giải pháp sử dụng năng lượng Mặt trời hiện đang được cho là giải pháp tối ưu Đây là nguồn năng lượng sạch, không gây ô nhiễm môi trường và có trữ lượng vô cùng lớn Đồng thời, việc phát triển ngành công nghiệp sản xuất PV sẽ góp phần thay thế các nguồn năng lượng hóa thạch, giảm phát khí thải nhà kính và bảo vệ môi trường Đây được coi là nguồn năng lượng quý giá, có thể thay thế các dạng năng lượng cũ đang

14

ngày càng cạn kiệt Các quốc gia trên thế giới đã sử dụng năng lượng Mặt trời như một giải pháp thay thế những nguồn tài nguyên truyền thống Tuy nhiên, Việt Nam mới chỉ khai thác được số ít năng lượng tái tạo này Do lãnh thổ của Việt Nam trải dài nên tiềm năng về năng lượng Mặt trời ở mỗi vùng cũng khác nhau, có thể chia ra thành 5 vùng với tiềm năng tại mỗi vùng như sau:

Năng lượng mặt trời trung bình (kcal/cm2.năm)

Số giờ nắng trung bình năm (giờ/năm)

Bảng 1 1: Tiềm năng năng lượng Mặt trời tại Việt Nam

Với tiềm năng về năng lượng và số giờ nắng trong năm như Bảng 1.1, Việt Nam được đánh giá là một quốc gia có tiềm năng lớn về năng lượng Mặt trời

Tại Việt Nam, với sự hỗ trợ của nhà nước và một số tổ chức quốc tế đã thực hiện thành công việc xây dựng các trạm pin quang điện có công suất khác nhau phục vụ nhu cầu sinh hoạt và văn hóa của các địa phương vùng sâu, vùng xa, các công trình nằm trong khu vực không có lưới điện Tuy nhiên, hiện nay pin quang điện vẫn đang còn là món hàng xa xỉ đối với các nước đang phát triển

Định hướng phát triển năng lượng tái tạo theo Quyết định số 2068/QĐ-TTg ngày 25/11/2015 phê duyệt Chiến lược phát triển năng lượng tái tạo của Việt Nam đến năm

2030, tầm nhìn đến năm 2050 đã nêu rõ:

- Mục tiêu của kế hoạch phát triển điện năng lượng Mặt trời ở nước ta là nhằm góp phần nâng công suất nguồn điện Mặt trời từ mức không đáng kể như hiện nay lên khoảng 850 MW vào năm 2020, khoảng 4.000 MW vào năm 2025 và khoảng 12.000 MW đến năm 2030 Như vậy, theo lộ trình này, từ nay đến năm

2020, mỗi năm chúng ta phải xây dựng các dự án điện Mặt trời với công suất

Trong ngành công nghiệp, các trạm pin quang điện phát điện sử dụng làm nguồn cung cấp điện dự phòng cho các thiết bị điều khiển trạm biến áp 500 kV, thiết bị máy tính và sử dụng làm nguồn cung cấp điện nối với điện lưới quốc gia

Trong ngành giao thông đường bộ, các trạm pin quang điện phát điện dần được sử dụng làm nguồn cung cấp điện cho các cột đèn đường chiếu sáng

Trong sinh hoạt của các hộ gia đình vùng sâu, vùng xa, các trạm pin quang điện phát điện sử dụng để thắp sáng, nghe đài, xem vô tuyến

Khu vực miền Nam ứng dụng các dàn pin quang điện phục vụ thắp sáng và sinh hoạt văn hóa tại một số vùng nông thôn xa lưới điện Các trạm điện Mặt trời có công suất từ 500 đến 1000 W được lắp đặt ở trung tâm xã, nạp điện vào ắc qui cho các hộ gia đình sử dụng Các dàn pin quang điện có công suất từ 250 đến 500 W phục vụ thắp sáng cho các bệnh viện, trạm xá và các cụm văn hoá xã Đến nay, có khoảng 800 đến

1000 dàn pin quang điện đã được lắp đặt và sử dụng cho các hộ gia đình, công suất mỗi dàn từ 22,5 đến 70 W

- Dự án phát điện ghép giữa pin quang điện và thuỷ điện nhỏ, công suất 125 kW được lắp đặt tại xã Trang, huyện Mang Yang, tỉnh Gia Lai, trong đó công suất của hệ thống PMT là 100 kWp (kilowatt peak) và của thuỷ điện là 25 kW Dự án được đưa vào vận hành từ cuối năm 1999, cung cấp điện cho 5 làng Hệ thống điện do Điện lực Mang Yang quản lý và vận hành

- Dự án phát điện lai ghép giữa pin quang điện và động cơ gió phát điện với công

16

suất là 9 kW, trong đó pin quang điện là 7 kW Dự án trên được lắp đặt tại làng Kongu

2, huyện Đak Hà, tỉnh Kon Tum, do Viện Năng lượng thực hiện Công trình đã được đưa vào sử dụng từ tháng 11/2000, cung cấp điện cho một bản người dân tộc thiểu số với 42 hộ gia đình Hệ thống điện do sở Công thương tỉnh quản lý và vận hành

Các dàn pin quang điện đã lắp đặt ứng dụng tại các tỉnh Gia Lai, Quảng Nam, Bình Định, Quảng Ngãi và Khánh Hoà, hộ gia đình công suất từ 40 ÷ 50 Wp Các dàn đã lắp đặt ứng dụng cho các trung tâm cụm xã và các trạm y tế xã có công suất từ 200 đến

800 W Hệ thống điện sử dụng chủ yếu để thắp sáng và truyền thông Đối tượng phục

vụ là người dân, do dân quản lý và vận hành

Khu vực miền Bắc, việc ứng dụng các dàn pin quang điện phát triển với tốc độ khá nhanh, phục vụ các hộ gia đình ở các vùng núi cao, hải đảo và cho các trạm biên phòng Công suất của dàn pin quang điện dùng cho hộ gia đình từ 40 đến 75 W Các dàn dùng cho các trạm biên phòng, nơi hải đảo có công suất từ 165 đến 300 W Các dàn dùng cho trạm xá và các cụm văn hoá thôn, xã là 165 đến 525 W

Tại Quảng Ninh có hai dự án năng lượng Mặt trời do vốn trong nước (từ ngân sách) tài trợ:

- Dự án pin quang điện cho đơn vị bộ đội tại các đảo vùng Đông Bắc Tổng công suất lắp đặt khoảng 20 kW Dự án trên do Viện Năng lượng và Trung tâm Năng lượng mới Trường đại học Bách khoa Hà Nội thực hiện Hệ thống điện sử dụng chủ yếu để thắp sáng và truyền thông, đối tượng phục vụ là bộ đội, do đơn vị quản lý và vận hành

- Dự án pin quang điện cho các cơ quan hành chính và một số hộ dân của huyện đảo

Cô Tô Tổng công suất lắp đặt là 15 kW Dự án trên do Viện Năng lượng thực hiện Công trình đã vận hành từ tháng 12/2001

- Công ty BP Solar của Úc đã tài trợ một dự án pin quang điện có công suất là 6120

Wp phục vụ cho trạm xá, trụ sở xã, trường học và khoảng 10 hộ gia đình Dự án trên được lắp đặt tại xã Sĩ Hai, huyện Hà Quảng, tỉnh Cao Bằng

- Dự án “Ứng dụng thí điểm điện Mặt trời cho vùng sâu, vùng xa” tại xã Ái Quốc, tỉnh Lạng Sơn đã hoàn thành vào tháng 11/2002 Tổng công suất dự án là 3000 W, cung cấp điện cho trung tâm xã và trạm truyền hình, chủ yếu để thắp sáng và truyền thông, đối tượng phục vụ là người dân, do dân quản lý và vận hành

- Hai cột đèn năng lượng Mặt trời kết hợp năng lượng gió đầu tiên được lắp đặt thành công tại Ban quản lý dự án Công nghệ cao Hòa Lạc Hai cột đèn trị giá 8.000 USD, do Công ty cổ phần tập đoàn quốc tế Kim Đỉnh lắp đặt Hiện tại, hai cột đèn này

có thể sử dụng trong 10h mỗi ngày, có thể thắp sáng bốn ngày liền nếu không có nắng

và gió

- Tập đoàn Điện lực Việt Nam cũng đang dự định triển khai nghiên cứu phát triển 2

dự án trên đất liền tại thủy điện Trị An (tỉnh Đồng Nai) và dự án nổi trên mặt nước tại

hồ thủy điện Đa Mi (tỉnh Bình Thuận)

- Ngoài ra EVN cũng vừa đề xuất với tỉnh Ninh Thuận về việc đầu tư dự án điện mặt trời với tổng vốn đầu tư khoảng 8.000 tỷ đồng, công suất 200 MW trên diện tích

400 ha tại xã Phước Thái, huyện Ninh Phước, tỉnh Ninh Thuận Dự kiến dự án này sẽ được tiến hành khởi công trong năm 2018

1.3 Kết luận

Chương 1 giới thiệu về ứng dụng của hệ thống điện Mặt trời trên thế giới và trong nước Chi tiết về cấu tạo, sơ đồ của pin quang điện cũng như bộ biến đổi một chiều DC/DC, bộ nghịch lưu inverter DC/AC sẽ được trình bày ở chương 2

18

Chương 2 – THIẾT KẾ CẤU TRÚC TRONG MÔ PHỎNG

2.1 Pin quang điện, các sơ đồ thay thế PV và các yếu tố môi trường tác động 2.1.1 Pin quang điện

Pin năng lượng Mặt trời hay pin quang điện (Solar panel: PV) bao gồm nhiều tế bào quang điện - là phần tử bán dẫn có chứa trên bề mặt một số lượng lớn các cảm biến ánh sáng là diode quang Nó biến đổi năng lượng ánh sáng thành năng lượng điện theo hiệu ứng quang điện

Mô hình đơn giản của PV được mô tả như hình 2.1 :

Hình 2 1: Mô hình đơn giản của PV

Sơ đồ thay thế đơn giản của pin quang điện gồm 1 diode mắc song song với một nguồn dòng

2.1.2 Sơ đồ thay thế của PV có xét đến các tổn hao

Trong thực tế, PV luôn có tổn hao, đặc trưng cho sự tổn hao này là các thông số

Rs và Rp Khi ấy, mô hình PV được mô tả như hình 2.2:

Hình 2 2: Mô hình thay thế PV có xét đến các tổn hao

Trong đó:

+ Rs: Điện trở nối tiếp

19

+ Rsh: Điện trở song song

+ Isc: Dòng điện ngắn mạch

+ Irs: Dòng điện bão hòa PV

+ Iph: Dòng điện phát của PV phụ thuộc cường độ chiếu sáng

+ ID: Dòng điện qua diode

+ Is: Dòng điện qua điện trở Rs

+ Ish: Dòng điện qua điện trở Rsh

+ I: Dòng điện chạy qua PV cell

+ V: Điện áp trên hai đầu PV cell

+ Tref: Nhiệt độ ở điều kiện tiêu chuẩn 25o C

+ T: Nhiệt độ bề mặt theo độ Kenvin

Biểu thức đặc trưng của PV có xét đến các ảnh hưởng của Rs và Rp:

Hình 2 3: Mô hình thay thế PV có xét đến các tổn hao gồm nhiều cells

Từ phương trình trên có đặc tính PV có xét đến các ảnh hưởng của Rs và Rp như trong hình vẽ

Hình 2 4: Đặc tính PV có xét đến các ảnh hưởng của Rs và Rp

2.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến đường đặc tính PV

Các PV có bị ảnh hưởng bởi các yếu tố như cường độ chiếu sáng, nhiệt độ, hiện tượng bóng râm

2.2.1 Ảnh hưởng của cường độ chiếu sáng

Cường độ chiếu sáng càng lớn thì công suất thu được của PV càng lớn, dòng Isc càng lớn, điện áp hở mạch ít thay đổi

200W/m2 400W/m2

600W/m2 800W/m2 1000W/m2

Hình 2 5: Đặc tuyến V-I của PV khi cường độ sáng khác nhau và nhiệt độ bề mặt của PV không đổi, 250C

2.2.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ

Với một tế bào quang điện cụ thể thì đường đặc tính sẽ thay đổi theo các điều kiện

về môi trường Như trong hình 2.6 thể hiện sự ảnh hưởng của nhiệt độ đến đường đặc tính V-I của tế bào quang điện Khi nhiệt độ thay đổi thì dòng điện ngắn mạch Isc hầu như không thay đổi trong khi điện áp hở mạch Voc sẽ giảm dần theo nhiệt độ trên bề mặt pin

22

Hình 2 6: Đặc tuyến V-I của PV với nhiệt độ khác nhau và cường độ sáng không đổi

1000 W/m2

2.2.3 Ảnh hưởng của hiện tượng bóng râm

Hiện tượng bóng râm được định nghĩa khi PV bị che phủ một phần mà có thể gây

ra các ảnh hưởng nghiêm trọng đến hiệu suất của PV

Hình 2 7: Module PV với n cell trong trường hợp không cell nào bị che khuất

Trên hình 2.7 thể hiện PV với n cell (tế bào quang điện) được chiếu sáng hoàn toàn,

hệ thống có điện áp V và dòng điện I

Hình 2 8: Module PV với n cell trong trường hợp 1 cell bị che khuất

Khi 1 cell bị tre khuất như hình 2.8 thì điện áp hệ thống sẽ là:

Hình 2 9: Ảnh hưởng của hiện tượng bóng râm đối với module PV

Trong trường hợp khi nhiều cell PV bị che khuất thì các đặc tuyến có thể được biểu diễn như hình 2.9

24

V 0

Không bị che khuất

1 PV bị che khuất 50%

1 PV bị che khuất 100%

2 PV bị che khuất 100%

Hình 2 10: Module PV với nhiều cell bị che khuất

Để bảo vệ PV ít bị ảnh hưởng bởi hiện tượng bóng râm, các diode bypass sẽ được kết hợp sử dụng

V + I

I _

bị ngắt

V + I

I _

Diode bypass dẫn

a) PV không bị che khuất b) PV bị che khuất

Hình 2 11: Module PV sử dụng diode bypass

Đặc tính của PV trong trường hợp sử dụng diode bypass được mô tả như hình 2.11

25

I

V 0

Không bị che khuất

Bị che khuất với diode bypass

Bị che khuất không

có diode bypass

Hình 2 12: Đặc tính của PV trong trường hợp sử dụng diode bypass

2.3 Xây dựng cấu trúc và thuật toán bộ bám điểm công suất cực đại, bộ biến đổi DC/DC

2.3.1 Xây dựng cấu trúc bộ bám điểm công suất cực đại

Có thể nhận thấy rằng, PV là một phần tử phi tuyến với đường đặc tính được biểu diễn như hình 2.13

Isc Im

Pm

0

Điểm công suất cực đại

Hình 2 13: Các đặc tính phi tuyến của PV

Trên đường đặc tính trong hình 2.13, ở mỗi điểm làm việc khác nhau, module PV sẽ phát một công suất khác nhau Bài toán là phải xác định vị trí làm việc của PV mà tại

đó công suất thu được là lớn nhất Khi cường độ bức xạ của mặt trời khác nhau, một

họ các đường đặc tính V-I của PV được biểu diễn như hình 2.14 tương ứng với các điểm làm việc khác nhau Ứng với mỗi đường đặc tính sẽ tồn tại một điểm duy nhất

200W/m2 400W/m2 600W/m2 800W/m2

MPPs

Điểm làm việc

Hình 2 14: Đặc tính V-I của PV với cường độ bức xạ khác nhau

Các đường đặc tính V-I trên hình 2.14 cho thấy rằng, để thu được công suất cực đại, cần xác định được điểm công suất cực đại của hệ thống Điều này có thể đạt được thông qua bộ bám điểm công suất cực đại MPPT (maximum power point tracking)

Sơ đồ khối cho hệ thống này được biểu diễn như hình 2.15:

Hình 2 15: Hệ thống bám điểm công suất cực đại

Bộ bám điểm công suất cực đại MPPT sẽ liên tục đo giá trị dòng điện, điện áp của

PV Sau đó bộ MPPT sẽ tính toán và so sánh các giá trị công suất tại các thời điểm đo

Từ các giá trị công suất tính toán được sẽ đưa ra một tham số điều chỉnh bộ biến đổi DC/DC một cách thích hợp

Có nhiều loại bộ điều khiển DC/DC khác nhau mà chúng sẽ được sử dụng tùy thuộc vào hệ thống PV và tải Nếu hệ thống PV có điện áp lớn và tải có điện áp nhỏ thì bộ

27

giảm áp buck converter sẽ được sử dụng, ngược lại sẽ dùng bộ tăng áp boost converter Trong trường hợp, nếu muốn điều khiển cả tăng và giảm điện áp thì bộ buck-boost coverter sẽ được sử dụng

2.3.3 Thuật toán bám điểm công suất cực đại

2.3.3.1 Thuật toán theo phương pháp điện áp không đổi

Phương pháp điều khiển điện áp không đổi là một phương pháp điều khiển đơn giản mà sử dụng một đặc điểm đó là điện áp làm việc tại đi ể m côn g s uất cực đại (MPP), VMPP của các PV là tỷ lệ tuyến tính với điện áp hở mạch của PV, Voc tương ứng với các mức thay đổi bức xạ khác nhau Tỷ số VMPP/Voc phụ thuộc vào các thông số của pin quang điện, thông thường giá trị này sẽ có giá trị khoảng 76% Nguyên tắc của thuật toán điều khiển điện áp không đổi đó là: Đối với các cấu trúc

tế bào pin quang điện đa tinh thể, điểm làm việc với công suất cực đại đạt được luôn luôn gần với vị trí điện áp hở mạch của nó, khoảng ± 2% Các yếu tố như nhiệt độ

và bức xạ Mặt trời sẽ làm cho vị trí của điểm công suất cực đại thay đổi trong phạm

vi sai số là khoảng 2% Với phương pháp này, bộ MPPT thiết lập ngay cho cường

độ dòng điện của PV đến giá trị 0 và cho phép thực hiện việc đo lường giá trị điện áp

hở mạch của PV Một PV mẫu hỗ trợ được sử dụng để đo lường điện áp hở mạch của

PV Khi ấy, điện áp tham chiếu được thiết lập đến khoảng 76% giá trị điện áp hở mạch

đo lường được của PV và giá trị điện áp tham chiếu sẽ được giữ cho đến mẫu kế tiếp

Ưu điểm của thuật toán này là tính chất đơn giản của nó và yêu cầu chi phí thấp, cũng như không yêu cầu các bộ điều khiển số

Thuật toán điều khiển này hình thành một bộ điều khiển bám điểm công suất cực đại giả Bộ điều khiển này không thực hiện tìm kiếm liên tục điểm công suất cực đại thật trên đặc tuyến V-P nhưng gần như là căn cứ vào vị trí của điểm công suất cực đại trước đó Khuyết điểm chính của thuật toán này là việc hao phí năng lượng suốt khoảng thời gian hở mạch hay là sự cần thiết của các PV mẫu mà sẽ là tương ứng với cùng mức với cường độ bức xạ và nhiệt độ của PV chính

2.3.3.2 Thuật toán theo phương pháp dòng điện ngắn mạch

Thuật toán dòng điện ngắn mạch hoàn toàn tương tự thuật toán điện áp không đổi

và sử dụng đặc điểm đó là cường độ dòng điện tương ứng với MPP là xấp xỉ tỷ lệ với

28

cường độ dòng điện ngắn mạch dưới các điều kiện bức xạ Mặt trời khác nhau

Có thể nhận ra rằng cường độ dòng điện của các PV tại MPP là IMPP mà sẽ tỷ lệ với cường độ dòng điện ngắn mạch Isc dưới các điều kiện bức xạ Mặt trời G khác nhau

Sự phụ thuộc này được biểu diễn như sau:

Rõ ràng rằng, thuật toán này sẽ được thực hiện nhanh, đơn giản và dễ dàng Tuy nhiên, hệ thống yêu cầu một PV giám sát để đo lường cường độ dòng điện ngắn mạch

Vì vậy, có thể sẽ phát sinh một vài vấn đề như sự sai lệch của các đặc tính hệ thống giữa PV giám sát và PV chính hay hệ thống cần phải được ngắn mạch để đạt được giá trị dòng điện ngắn mạch mẫu Điều này cũng có nghĩa là năng lượng sẽ bị tiêu hao

Sự phân bố không đồng đều của bức xạ Mặt trời trên bề mặt PV do hiệu ứng bóng râm hoặc bề mặt PV bẩn có thể làm thay đổi thông số tỷ lệ này

2.3.3.3 Thuật toán theo phương pháp nhiễu loạn và quan sát (P&O)

Trong số các thuật toán xác định điểm công suất cực đại, thuật toán P&O là một trong các thuật toán đơn giản và được sử dụng phổ biến nhất cho các hệ thống bám điểm công suất cực đại của PV Thuật toán này được mô tả dựa trên sự thay đổi của

điện áp ΔV cho sự thay đổi của công suất ΔP sao cho công suất thu được của hệ thống

PV là cực đại Lưu đồ của thuật toán P&O được mô tả như hình vẽ Dựa vào thuật

29

toán này, một tín hiệu điều khiển được đưa ra để thực hiện đóng cắt thích hợp bộ biến đổi DC/DC

Thuật toán P&O có thể được diễn giải như sau:

- Nếu tăng điện áp, công suất thu được tăng, thì chu kỳ sau tiếp tục tăng điện áp;

- Nếu tăng điện áp, công suất thu được giảm, thì chu kỳ sau giảm điện áp;

- Nếu giảm điện áp, công suất thu được tăng, thì chu kỳ sau tiếp tục giảm điện áp;

- Nếu giảm điện áp, công suất thu được giảm, thì chu kỳ sau tăng điện áp

Vì vậy, lưu đồ của thuật toán P&O được giải thích như sau:

Bắt đầu

Đo: V(k+1), I(k+1) Tính: P(k+1)

P(k+1) = P(k)

P(k+1) > P(k)

V(k+1) > V(k) V(k+1) > V(k)

- Xác định các giá trị ban đầu cho hệ thống PV bao gồm: Điện áp V; cường độ dòng

điện I và xác định công suất P tại thời điểm k

- Đo các giá trị từ hệ thống PV bao gồm: Điện áp V; cường độ dòng điện I và xác định công suất P tại thời điểm k+1

- So sánh P(k+1) và P(k):

+ Nếu P(k+1) = P(k) thì V(k) = V(k+1)

+ Nếu P(k+1) > P(k) thì tiếp tục so sánh V(k+1) và V(k) và sau đó, ra quyết

30

định tăng hoặc giảm điện áp

Nếu cường độ bức xạ tăng dần (hoặc giảm dần) thì thuật toán P&O vẫn có thể sai nếu chu kỳ lấy mẫu không phù hợp Do hệ thống bám điểm công suất cực đại không hiểu được công suất tăng do thay đổi cường độ bức xạ chứ không phải do sự dao động của điện áp khi làm việc Kết quả là giải thuật sẽ giảm hoặc tăng điện áp liên tục, do nhận thấy công suất đo lúc sau vẫn lớn hơn lúc đầu

2.3.3.4 Thuật toán theo phương pháp điện dẫn gia tăng (INC)

Hình 2 17: Thuật toán điện dẫn gia tăng INC

Mô tả cho thuật toán INC có thể được biểu diễn lại như sau:

31

Thuật toán hoạt động bằng cách so sánh giá trị điện dẫn tức thời và giá trị điện dẫn gia tăng sẽ tìm được điểm làm việc có công suất cực đại Tại điểm công suất cực đại, điện áp chuẩn Uref = Umpp Việc thay đổi điện áp tham chiếu Uref thuật toán INC sẽ tìm được điểm làm việc cực đại của tấm pin

Lưu đồ thuật toán như sau:

Hình 2 18: Lưu đồ thuật toán tìm điểm công suất cực đại phương pháp điện dẫn gia tăng INC

- Nếu điểm làm việc ở bên trái điểm MPP thì di chuyển sang bên phải bằng cách tăng điện áp tham chiếu Uref

2.3.4 Bộ biến đổi DC – DC Boost

Hình 2 19: Bộ biến đổi Boost converter

Sơ đồ bộ biến đổi tăng áp Boost được mô tả như hình vẽ 2 20

+ Khi chạy ở chế độ Boost thì ta có công thức giữa điện áp đầu ra và đầu vào như sau:

Trong đó:

+ : Điện áp tại đầu vào bộ biến đổi

+ : Điện áp tại đầu ra bộ biến đổi

+ : Hệ số điều chế bộ boost

+ : Hiệu suất bộ biến đổi

Để điều khiển tần số đóng mở các khóa SW sao cho hệ thống PV đạt được điểm

33

làm việc tối ưu, ta phải dùng đến thuật toán xác định và bám điểm làm việc có công suất cực đại

2.4 Bộ biến đổi DC – AC (Inverter)

Bộ nghịch lưu sử dụng là nghịch lưu độc lập nguồn áp cầu ba pha dùng van bán dẫn chuyển mạch tần số cao IGBT Bộ inverter có nhiệm vụ chuyển đổi điện áp một chiều sau bộ DC/DC thành điện áp xoay chiều dạng sin, phải đồng bộ được điện áp, tần số của lưới, góc pha của lưới

Sơ đồ bộ inverter:

Hình 2 21: Mạch lực nghịch lưu độc lập nguồn áp ba pha

Bộ inverter được điều khiển bằng điều chỉnh độ rộng xung (PWM), hoạt động trong dải tần số từ 2 kHz đến 20 kHz Biên độ điện áp đầu ra phụ độ rộng xung gửi vào van bán dẫn IGBT

Phương pháp điều chế độ rộng xung PWM (Pulse Width Modulation) là phương pháp điều chỉnh điện áp ra tải, hay nói cách khác là phương pháp điều chế dựa trên sự thay đổi độ rộng của chuỗi xung vuông dẫn đến sự thay đổi của điện áp ra

Các xung khi biến đổi thì có cùng một tần số và khác nhau về độ rộng của sườn dương hay sườn âm

34

Hình 2 22: Tạo xung vuông bằng phương pháp so sánh

2.5 Cấu trúc chung của một hệ thống điện Mặt trời nối lưới không dự trữ

Hình 2 23: Hệ thống điện năng lượng mặt trời nối lưới

Hệ thống điện Mặt trời kết nối lưới có cấu trúc rất đa dạng, nhưng nó có cấu trúc chung như hình vẽ

- Khi trời có nắng: Các tấm pin Mặt trời sẽ có điện và lúc này hệ thống sẽ biến đổi

điện năng một chiều DC từ các tấm pin Mặt trời trên thành điện xoay chiều AC có tần

số, pha và điện áp trùng với điện lưới Điện năng từ hệ thống điện Mặt trời sẽ được hòa với điện lưới qua chỉ số của đồng hồ

Cấu trúc gồm hai thành phần chính như sau:

+ Tấm pin Mặt trời

+ Bộ biến đổi điện tử công suất

Bộ biến đổi điện tử công suất có vai trò rất quan trọng là khâu liên lạc giữa tấm pin Mặt trời và lưới

Bộ biến đổi DC/DC điều khiển tấm pin Mặt trời làm việc ở điểm công suất cực đại với mọi điều kiện thời tiết

Bộ biến đổi DC/AC: tạo điện áp xoay chiều đầu ra trùng với điện áp lưới; đạt hiệu suất

  ; dự trữ năng lượng để cân bằng công suất

hệ thống pin năng lượng Mặt trời Ppv và công suất tức thời pac(t)

Hệ thống điện Mặt trời nối lưới được khuyến khích sử dụng vì nó có ưu điểm sau:

- Bền vững, lâu dài: do hệ thống luôn được vận hành song song với lưới điện nên mọi

đột biến của tải hay điện áp trên đường dây và nguồn điện đều không thể tác động trực tiếp vào thiết bị của hệ thống Tuổi thọ của hệ thống là tuổi thọ của các linh kiện điện

tử cao cấp lên tới 25 năm

- Ứng dụng rộng rãi cho mọi nơi như: các hộ dân, cơ quan, đơn vị đang có điện lưới

quốc gia

- Việc lắp đặt và sử dụng đơn giản, chi phí bảo trì bảo dưỡng thấp, gần như bằng

không, nên thời gian thu hồi vốn được rút ngắn tối đa và chắc chắn theo dự tính đầu tư ban đầu

- Trường hợp điều kiện thời tiết xấu, không có nắng hoặc mưa, hệ thống điện Mặt trời không sinh ra đủ năng lượng để đáp ứng cho phụ tải thì phụ tải sẽ được cung cấp điện

từ lưới

2.6 Cấu trúc chung của một hệ thống điện Mặt trời độc lập

Hệ thống sử dụng hiệu quả cho các khu vực hoàn toàn không có lưới điện, phải sử dụng máy phát như hải đảo, miền núi và vùng sâu vùng xa

Cấu trúc hệ thống điện Mặt trời độc lập như hệ thống điện Mặt trời nối lưới không dự trữ nhưng có thêm thành phần dự trữ năng lượng Sử dụng ắc quy để lưu trữ năng lượng Ắc quy cần có một bộ điều khiển nạp (charge controller) để bảo vệ và đảm bảo tuổi thọ của ắc quy (battery)

Mô tả hoạt động:

Từ giàn pin Mặt trời ( solar cells ), ánh sáng được biến đổi thành điện năng, tạo ra dòng điện một chiều (DC Power) Dòng điện này được dẫn tới bộ điều khiển ( charge controller) là một thiết bị có chức năng tự động điều hòa dòng điện từ pin Mặt trời và

37

dòng điện nạp cho acquy ( Battery) Thông qua bộ đổi điện DC/AC ( Inveter) tạo ra dòng điện xoay chiều chuẩn 220V/50Hz để chạy cho phụ tải (các thiết bị trong gia đình như đèn chiếu sáng, quạt, tivi, máy tính, tủ lạnh, máy bơm…)

Cấu trúc chung của hệ thống điện Mặt trời độc lập như hình vẽ

Hình 2 25: Cấu trúc chung của hệ thống điện Mặt trời độc lập

Hình 2 26: Hệ thống điện mặt trời hoạt động độc lập

và thuật toán bộ tìm điểm công suất cực đại (MMPT) của bộ biến đổi DC-DC, bộ inverter DC/AC và phương pháp điều chế độ rộng xung (PWM) cũng như cấu trúc chung của một hệ thống năng lượng Mặt trời nối lưới không dự trữ, hệ thống điện Mặt trời độc lập Chương 3 sẽ trình bày chi tiết mô phỏng hệ thống điện Mặt trời nối lưới dùng Matlab/Simulink