Đang tải... (xem toàn văn)
Năng lượng mặt trời đang ngày càng trở thành một nguồn năng lượng tiềm năng và bền vững để cung cấp điện sạch cho xã hội. Hệ thống phát điện mặt trời, hay còn gọi là hệ thống Solar Photovoltaic (PV), đã được triển khai rộng rãi trên khắp thế giới. Tuy nhiên, hệ thống PV phải đối mặt với biến động không đều của môi trường ánh sáng mặt trời, gây ra sự biến thiên không đồng đều về công suất. Điều này ảnh hưởng đến hiệu suất và làm khó khăn trong việc tối ưu hóa điểm MPPT điểm công suất tối ưu (Maximum Power Point). Để giải quyết vấn đề trên, chúng em đã tiến hành nghiên cứu và phát triển một hệ thống điều khiển MPPT hiệu quả. Mục tiêu của chúng em là nâng cao hiệu suất và ổn định của hệ thống phát điện mặt trời trong điều kiện ánh sáng không đều. Báo cáo này sẽ bao gồm các bước tiến hành nghiên cứu và thiết kế hệ thống MPPT. Trước tiên, chúng em sẽ trình bày về nguyên lý hoạt động của hệ thống PV và cách thức tối ưu hóa điểm MPPT. Sau đó, chúng em sẽ xây dựng mô hình toán học của hệ thống và đề xuất phương pháp điều khiển MPPT. Tiếp theo, chúng em sẽ tiến hành mô phỏng và thực nghiệm để đánh giá hiệu suất của hệ thống trong điều kiện ánh sáng không đều.
ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐIỆN – ĐIỆN TỬ KHOA TỰ ĐỘNG HÓA 🙥🙥🙥 HỌC PHẦN: ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO Đề tài: Thiết kế điều khiển MPPT cho hệ phát điện mặt trời xạ khơng GVHD: PGS.TS Nhóm sinh viên thực hiện: Hà Nội, 8/2023 Nhóm 11 Mục lục Lời mở đầu ii Chương 1: Giới thiệu chung hệ thống điện mặt trời 1.1 Hệ thống điện lượng mặt trời 1.2 Các thành phần hệ thống điện lượng mặt trời 1.2.1 Bảng pin mặt trời 1.2.2 Hệ thống lưu trữ điều khiển 1.2.3 Hệ thống biến tần 1.3 Ứng dụng hệ thống điện lượng mặt trời 1.4 Hướng phát triển lượng mặt trời Chương 2: Mơ hình hóa hệ thống điện mặt trời 10 2.1 Mơ hình cell 10 2.2 Mơ hình module 12 2.3 Mơ hình array 13 Chương 3: Hệ thống solar điều kiện che bóng phần 15 Chương 4: Thuật toán MPPT cho hệ thống điện mặt trời .18 4.1 Tổng quan thuật toán MPPT cho hệ thống điện mặt trời 18 4.1.1 Hệ thống MPPT 18 4.1.2 Ý nghĩa MPPT điện mặt trời .19 4.1.3 Điều kiện sạc lượng mặt trời MPPT 20 4.2 Thiết kế MPPT cho hệ thống solar điều kiện che bóng phần… 21 4.2.1 Tổng quan thuật toán Grey Wolf Optimization 21 4.2.2 Ứng dụng GWO MPPT 24 Chương 5: Mô Phỏng 28 Tài liệu tham khảo 31 Danh mục hình ả Hình 1 Hệ thống điện lượng mặt trời độc lập .5 Hình Bảng solar pin lượng mặt trời Hình Pin Lithium Hình Biến tần Hình Trang trại lượng mặt trời Hình Tốc độ phát triển lượng mặt trời Việt Nam Y Hình Mơ hình cell 10 Hình 2 Nguyên lý hoạt động hệ thống có bypass-diode .11 Hình Mơ hình cell 12 Hình Mơ hình module 12 Hình Mơ hình module 13 Hình Mơ hình array .14 Hình Mơ hình hệ thống 14 Hình Đường đặc tính module 15 Hình Hoạt động mạng PV 16 Hình Đồ thị đường cong I-V P-V module P-V 18 Hình Ví dụ mơ hình điều khiển sạc MPPT 20 Hình Hành vi săn mồi sói xám 22 Hình 4 Cập nhật vị trí GWO 24 Hình Sơ đồ hệ thống sử dụng phương pháp MPPT 24 Hình Mối quan hệ hệ số hội tụ a với chế độ GWO .25 Hình Sự thay đổi sau điều chỉnh hệ số hội tụ a 25 Hình Lưu đồ thuật toán 27 Hình Thơng số module PV 29 Hình Mơ module PV 30 Hình Các đường đặc tính hệ thống 30 Hình Sơ đồ hệ thống điều khiển .31 Hình 5 Kết mơ 31 Lời mở đầu Trong báo cáo này, chúng em xin trình bày kết nghiên cứu đề tài "Thiết kế điều khiển MPPT cho hệ phát điện mặt trời xạ không đều" Đây đề tài quan trọng khóa học, nơi chúng em tìm hiểu giải thách thức việc tối ưu hóa hiệu suất hệ thống phát điện mặt trời tình ánh sáng biến đổi Năng lượng mặt trời ngày trở thành nguồn lượng tiềm bền vững để cung cấp điện cho xã hội Hệ thống phát điện mặt trời, hay gọi hệ thống Solar Photovoltaic (PV), triển khai rộng rãi khắp giới Tuy nhiên, hệ thống PV phải đối mặt với biến động không môi trường ánh sáng mặt trời, gây biến thiên không đồng công suất Điều ảnh hưởng đến hiệu suất làm khó khăn việc tối ưu hóa điểm MPPT - điểm cơng suất tối ưu (Maximum Power Point) Để giải vấn đề trên, chúng em tiến hành nghiên cứu phát triển hệ thống điều khiển MPPT hiệu Mục tiêu chúng em nâng cao hiệu suất ổn định hệ thống phát điện mặt trời điều kiện ánh sáng không Báo cáo bao gồm bước tiến hành nghiên cứu thiết kế hệ thống MPPT Trước tiên, chúng em trình bày nguyên lý hoạt động hệ thống PV cách thức tối ưu hóa điểm MPPT Sau đó, chúng em xây dựng mơ hình tốn học hệ thống đề xuất phương pháp điều khiển MPPT Tiếp theo, chúng em tiến hành mô thực nghiệm để đánh giá hiệu suất hệ thống điều kiện ánh sáng không Hy vọng báo cáo mang lại kiến thức hữu ích cung cấp hướng dẫn cho sinh viên việc hiểu giải thách thức việc điều khiển hệ thống phát điện mặt trời Đồng thời, chúng em mong muốn đề tài tạo đà cho nghiên cứu ứng dụng tiềm lĩnh vực lượng mặt trời công nghệ phát triển tiên tiến khác Chương 1: Giới thiệu chung hệ thống điện mặt trời Năng lượng mặt trời, khái niệm tồn hàng ngàn năm, trở thành tín hiệu mạnh mẽ tiến đổi lĩnh vực lượng Được tạo từ nguồn ánh sáng mặt trời vô tận, lượng mặt trời cung cấp cho hội tuyệt vời để khai thác nguồn lượng sạch, không gây ô nhiễm khơng thể cạn kiệt Điều giúp trở thành giải pháp hứa hẹn để cung cấp điện bền vững cho xã hội thời đại tương lai 1.1 Hệ thống điện lượng mặt trời Hệ thống điện lượng mặt trời, thường gọi hệ thống Solar Photovoltaic (PV), không công nghệ tiên tiến mà biểu tượng thăng tiến lĩnh vực lượng tái tạo Nó tận dụng hiệu nguồn lượng không giới hạn từ ánh sáng mặt trời, chuyển đổi chúng thành điện cách sử dụng bảng pin mặt trời hệ thống điều khiển lưu trữ tiên tiến Hình 1 Hệ thống điện lượng mặt trời độc lập 1.2 Các thành phần hệ thống điện lượng mặt trời 1.2.1 Bảng pin mặt trời Bảng pin mặt trời, coi trái tim hệ thống PV, nơi chứa sức mạnh vô tận ánh sáng mặt trời Các pin mặt trời thực chất mô-đun PV, tạo thành từ tế bào mặt trời đặc biệt có khả hấp thụ ánh sáng mặt trời chuyển đổi thành điện Sự phát triển cải tiến công nghệ sản xuất pin mặt trời đóng góp vào việc tăng cường hiệu suất giảm chi phí, từ thúc đẩy ứng dụng rộng rãi hệ thống PV Hình Bảng solar pin lượng mặt trời 1.2.2 Hệ thống lưu trữ điều khiển Một thách thức lớn lượng mặt trời hiệu lưu trữ lượng dư thừa ánh sáng mặt trời dồi sử dụng ánh sáng mặt trời khơng đủ khơng có Đó lúc hệ thống lưu trữ điều khiển đảm bảo khơng có lượng mặt trời lãng phí hệ thống PV ln hoạt động hiệu Các công nghệ lưu trữ lượng tiên tiến pin lithium-ion công nghệ quản lý thông minh áp dụng để đảm bảo hiệu suất tối ưu an toàn hệ thống Hình Pin Lithium 1.2.3 Hệ thống biến tần Hệ thống biến tần đóng vai trị quan trọng việc chuyển đổi lượng mặt trời từ dạng điện chiều (DC) sang dạng điện xoay chiều (AC) phù hợp với nhu cầu sử dụng điện gia đình, doanh nghiệp cộng đồng Cơng nghệ biến tần ngày cải tiến để đảm bảo tối ưu hoá hiệu suất ổn định hệ thống điện lượng mặt trời Hình Biến tần 1.3 Ứng dụng hệ thống điện lượng mặt trời Hệ thống điện lượng mặt trời tạo nhiều hội ứng dụng đa dạng Các hệ thống nhỏ lắp đặt mái nhà bề mặt đất nhỏ để cung cấp điện cho hộ gia đình doanh nghiệp Hệ thống lớn triển khai trang trại lượng mặt trời khu vực rộng lớn để cung cấp lượng cho cộng đồng địa phương Hình Trang trại lượng mặt trời 1.4 Hướng phát triển lượng mặt trời Năng lượng mặt trời, với tiềm vô hạn từ nguồn ánh sáng mặt trời, tiếp tục tiến lên với tốc độ chóng mặt, mở cánh cửa rộng mở cho cách mạng lượng tái tạo Những bước tiến đáng kể công nghệ ứng dụng tạo nên cách mạng xanh, khiến cho lượng mặt trời trở thành giải pháp khơng hứa hẹn mà cịn thực tế để đối phó với thách thức lượng môi trường đối diện Một điểm sáng rực rỡ lượng mặt trời thời gian gần gia tăng vượt bậc hiệu suất giảm chi phí sản xuất pin mặt trời Các nhà khoa học kỹ sư nỗ lực không ngừng để cải thiện hiệu suất chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành điện năng, từ nâng cao hiệu giảm thiểu tổn thất Điều không giúp tăng cường hiệu hệ thống điện lượng mặt trời mà giúp giảm thiểu chi phí đầu tư, đưa trở thành lựa chọn hấp dẫn bền vững cho nhiều người Điểm đáng ý xu hướng phát triển lượng mặt trời tập trung vào nâng cao hiệu lưu trữ lượng Điều bắt nguồn từ thực tế ánh sáng mặt trời khơng ln có sẵn suốt ngày, biến đổi thời tiết làm thay đổi nguồn cung cấp lượng Như vậy, việc phát triển Ta xét ví dụ mảng lượng mặt trời gồm module ghép nối tiếp điều kiện xạ không đều, trường hợp sử dụng bypass diode không sử dụng bypass diode hình Hình Hoạt động mạng PV (a) chiếu sáng đồng (b) điều kiện che phủ phần (c) đồ thị I-V P-V kết cho (a) (b) Trong điều kiện xạ đều, thể (a), việc có bypass diode hay khơng khơng quan trọng bypass diode phân cực ngược trường hợp này, ta có đường cong I-V P-V đường cong số hình (c) Đường cong P-V hiển thị điểm công suất cực đại Trong điều kiện xạ không đều, module thứ chiếu sáng thể hình b Trong trường hợp khơng sử dụng bypass diode, ta có đường cong I-V P-V đường cong số hình (c) Đường cong P-V hiển thị đỉnh lúc ta ghi nhận giảm đáng kể công suất Trong trường hợp sử dụng bypass diode, chênh lệch xạ module kích hoạt bypass diode module module bỏ qua Kết tạo dạng sóng dịng điện bậc thang đường cong I-V Do đường cong P-V tương ứng đặc trưng số đỉnh cục đỉnh toàn cục miêu tả đường cong hình c Chương 4: Thuật tốn MPPT cho hệ thống điện mặt trời 4.1 Tổng quan thuật toán MPPT cho hệ thống điện mặt trời 4.1.1 Hệ thống MPPT Hệ thống MPPT (Maximum Power Point Tracking) phần quan trọng hệ thống điện mặt trời, sử dụng để tối ưu hóa việc thu lượng từ pin mặt trời MPPT theo dõi điều chỉnh điện áp dòng điện đầu vào từ pin mặt trời để đảm bảo hệ thống hoạt động điểm công suất tối đa (Maximum Power Point - MPP) Nguyên lý hoạt động hệ thống MPPT dựa tính chất không đồng pin mặt trời, nghĩa lượng thu từ pin phụ thuộc vào nhiều yếu tố ánh sáng môi trường, nhiệt độ, bụi bẩn độ ẩm Điểm công suất tối đa pin xảy tỷ lệ điện áp dòng điện đạt giá trị lớn MPPT thiết kế để tìm điểm Hình Đồ thị đường cong I-V P-V module P-V Hệ thống MPPT thường sử dụng điều khiển điện tử để theo dõi điều chỉnh điện áp dòng điện đầu vào từ pin mặt trời Bộ điều khiển xác định điểm công suất tối đa cách thay đổi điện áp dòng điện đầu vào, dựa thông số môi trường thông số hiệu suất pin Điểm công suất tối đa trì liên tục điều kiện mơi trường thay đổi MPPT thơng số có khả chuyển đổi điện áp từ cao xuống thấp pin mặt trời Chúng có khả cố định mà điều chỉnh linh hoạt với điện áp định doanh 12V Điện áp pin mặt trời thực tế dao động từ 16 đến 18V Trong đó, số ắc quy sạc pin thường yêu cầu áp dao động 13.2 đến 14.4V Do vậy, MPPT giúp tối ưu hóa điện áp dịng điện sản xuất từ pin đưa điện áp phù hợp với pin sạc dự phòng điện mặt trời 4.1.2 Ý nghĩa MPPT điện mặt trời