Luận văn cao học ngành Kỹ thuật điện LỜI NÓI ĐẦU Khoa học thực tiễn giới nhược điểm rõ ràng nguồn điện truyền thống nhiệt điện, thủy điện, điện hạt nhân có tác động xấu đến mơi trường, sống người cung cấp đủ nhu cầu tương lai không xa Một biện pháp quan tâm sử dụng dạng lượng tái tạo nhằm đáp ứng trực tiếp cho phụ tải hay giúp phân bố lại công suất truyền tải lưới phân phối Qua đó, giúp giảm việc xây nhà máy điện quy mô lớn, tăng hiệu vận hành cho toàn hệ thống điện So với nguồn lượng khai thác sử dụng lượng gió, lượng hạt nhân… Năng lượng mặt trời coi nguồn lượng rẻ, vô tận, nguồn lượng không gây hại cho môi trường thu hút quan tâm nhiều nhà khoa học, nhà nghiên cứu trở thành nguồn lượng tốt tương lai Với ưu điểm không phát tiếng ồn, dễ chế tạo pin mặt trời PV (Photovotaic), khơng địi hỏi khắt khe điều kiện lắp đặt (có thể đặt trực tiếp cơng trình) Tuy nhiên, lượng phát từ pin mặt trời lại phụ thuộc hồn tồn vào thời điểm có xạ mặt trời Phương pháp khai thác điểm làm việc cực đại PV nhiều nhà khoa học đề xuất: phương pháp P&O (Perturb and Observe), phương pháp sử dụng mơ hình mạng nơron, giảm bậc Trong phương pháp P&O có xét đến yếu tố ảnh hưởng nhiệt độ, cường độ sáng Vì vậy, sau hai năm học tập nghiên cứu với định hướng thầy hướng dẫn TS Ngô Đức Minh em lựa chọn đề tài “Thiết kế nguồn điện lượng Mặt trời có tự động chọn điểm làm việc cực đại theo phương pháp P&O (Perturb and Observe)” Luận văn gồm có chương với nội dung tổng quan sau: Nguyễn Thị Hồng Hạnh – K14 trường Đại học KTCN Luận văn cao học ngành Kỹ thuật điện Chương Tổng quan lượng tái tạo Chương Mạng điện khai thác lượng từ pin mặt trời Chương Bộ theo dõi điểm làm việc cực đại Chương Thiết kế hệ thống có khai thác lượng từ pin mặt trời E xin bày tỏ biết ơn chân thành tới thầy giáo TS Ngơ Đức Minh tận tình hướng dẫn tạo điều kiện để em hồn thành luận văn Tơi xin chân thành cám ơn thầy cô Khoa Điện – Trường Đại học Kỹ thuật Cơng nghiệp đóng góp nhiều ý kiến tạo điều kiện thuận lợi cho tơi hồn thành luận văn Tơi xin chân thành cám ơn Khoa sau Đại học, xin chân thành cám ơn Ban Giám Hiệu Trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghiệp tạo điều kiện thuận lợi mặt để tơi hồn thành khóa học Tơi xin chân thành cảm ơn! Thái Nguyên, ngày 20 tháng năm 2011 Người thực Nguyễn Thị Hồng Hạnh Nguyễn Thị Hồng Hạnh – K14 trường Đại học KTCN Luận văn cao học ngành Kỹ thuật điện CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ NĂNG LƯỢNG MỚI VÀ TÁI TẠO 1.1 Các dạng lượng tái tạo Năng lượng tái tạo (NLTT) hay lượng tái sinh lượng từ nguồn liên tục mà theo chuẩn mực người vô hạn Nguyên tắc việc sử dụng lượng tái sinh tách phần lượng từ quy trình diễn biến liên tục môi trường tự nhiên đưa vào sử dụng kỹ thuật cho mục đích người Các quy trình ln tn theo quy luật thúc đẩy từ Mặt trời Tình hình NLTT tồn cầu thống kê năm 2006 qua biểu đồ sau: Hình 1 Các nguồn NLTT Thế giới năm 2006 1.2 Năng lượng Mặt trời 1.2.1 Sự hình thành lượng Mặt trời Các nghiên cứu người đem lại trực tiếp thu lấy lượng thông qua hiệu ứng quang điện, chuyển lượng xạ Mặt trời (BXMT) thành điện năng, pin Mặt trời Năng lượng photon hấp thụ để làm nóng vật thể, tức chuyển thành nhiệt năng, ứng dụng cho bình đun nước Mặt trời, nhà máy nhiệt điện Mặt trời, hệ thống Nguyễn Thị Hồng Hạnh – K14 trường Đại học KTCN Luận văn cao học ngành Kỹ thuật điện máy điều hòa Mặt trời, V.V Trường hợp khác, lượng photon hấp thụ chuyển hóa thành lượng liên kết hóa học phản ứng quang hóa, V.V 1.2.2 Tiềm năng lượng Mặt trời - Tiềm Thế giới: Theo số liệu thống kê xạ trung bình địa điểm Thế giới vào khoảng 2000 kWh/m2/năm Bảng 1 : Bảng tổng hợp tiềm năng lượng Mặt trời Bức xạ Mặt Khu vực North America South America Africa/Europe/Asia Pacific Total Chỉ số chất lượng Cơng suất trời trung bình DNI khai thác [1000 TWh] 11,500 13,500 73,500 23,000 121,500 [kWh/tháng/năm] [1000 TWh/năm] 2410 1,150 2330 1,350 2600 7,350 2950 2,300 12,150 - Tiềm Việt Nam: Bảng 2: Số liệu xạ lượng Mặt trời vùng Việt Nam Vùng Giờ nắng Bức xạ Khả năm kcal/cm /năm ứng dụng Đông Bắc 1500-1700 100-125 Thấp Tây Bắc 1750-1900 125-150 Trung bình Bắc Trung Bộ 1700-2000 140-160 Tốt Tây Nguyên, Nam TB 2000-2600 150-175 Rất tốt Nam Bộ 2200-2500 130-150 Rất tốt Nguyễn Thị Hồng Hạnh – K14 trường Đại học KTCN Luận văn cao học ngành Kỹ thuật điện Trung bình nước 1700-2500 100-175 Tốt 1.2.3 Công nghệ sử dụng lượng Mặt trời Bức xạ Mặt trời gửi tới Trái đất dạng sóng xạ, lượng sóng phụ thuộc bước sóng (phổ sóng), khơng phải truyền nhiệt đến Trái đất Muốn khai thác lượng Mặt trời (NLMT) phải có thiết bị hấp thụ lượng sóng xạ, từ hình thành nhiều cơng nghệ khai thác khác dựa nguyên tắc chủ yếu sau: - BXMT - điện – phụ tải điện - BXMT - nhiệt – phụ tải nhiệt - BXMT - nhiệt – điện – phụ tải điện 1.3 Năng lượng gió 1.3.1 Sự hình thành lượng gió 1.3.2 Tiềm gió 1.3.3 Cơng nghệ sử dụng lượng gió 1.4 Thủy điện nhỏ 1.4.1 Khái niệm chung thủy điện nhỏ Thủy điện nhỏ nguồn lượng có hiệu kinh tế cao, ý rộng rãi toàn giới, đóng góp quan trọng cho cân lượng quốc gia đặc biệt có ý nghĩa cho bảo vệ mơi trường 1.4.2 Tiềm tình hình khai thác Việt Nam Ở Việt Nam, với đặc điểm địa lý đất nước có nhiều đồi núi, cao ngun sơng hồ, lại có mưa nhiều Hàng năm mạng lưới sông suối vận chuyển biển 870 tỷ m nước, tương ứng với lưu lượng trung bình khoảng 37.500 m3/giây Đó tiềm lớn cho việc phát triển nhà máy thủy điện nói chung thủy điện nhỏ nói riêng Ði đầu việc phát triển thủy điện vừa nhỏ Tổng công ty Sông Ðà với tổng công suất 40 MW Nguyễn Thị Hồng Hạnh – K14 trường Đại học KTCN Luận văn cao học ngành Kỹ thuật điện 1.4.3 Công nghệ thủy điện nhỏ Đối với nhà máy thủy điện lớn, thủy (TN) tập trung dịng chảy (sơng) lớn Trong đó, thủy điện nhỏ lại khai thác từ nhiều dạng thái thủy khác từ dòng chảy nhỏ, suối - TN – Cơ – Máy xay, bơm nước - TN – Cơ – Máy phát điện Bảng 3: Quan hệ công suất theo lưu lượng, chiều cao cột nước Công suất P (W) Chiều cao H (m) Lưu lượng Q (l/s) 10 3-5 300 4-7 500 3-5 600 3-5 10 800 3-5 15 1000 4-6 20 1200 4-6 25 1500 5-8 30 1.5 Năng lượng địa nhiệt 1.5.1 Sự hình thành lượng địa nhiệt 1.5.2 Tiềm năng lượng địa nhiệt Bảng Nhiệt độ địa nhiệt số địa điểm Việt Nam TT Địa điểm Nhiệt độ max ( C ) Bang-Lệ Thủy, Quảng Bình 184 Mộ Đức, Quảng Ngãi 187 Hội Vân, Bình Định 142 Nguyễn Thị Hồng Hạnh – K14 trường Đại học KTCN Luận văn cao học ngành Kỹ thuật điện Tu Bơng, Khánh Hịa 151 Đảnh Thanh, Khánh Hịa 131 Bình Châu, Vũng tàu 142 Các nghiên cứu địa chất, địa hóa cho thấy nguồn địa nhiệt có chất lượng cao, phù hợp với tiêu chuẩn quốc tế địa điểm đặt nhà máy địa nhiệt quy mô thương mại khoảng 40-50 MW 1.5.3 Công nghệ khai thác địa nhiệt 1.6 Năng lượng thủy triều sóng biển 1.6.1 Sự hình thành lượng thủy triều sóng biển 1.6.2 Tiềm năng lượng thủy triều sóng biển 1.6.3 Cơng nghệ khai thác 1.7 Đề xuất hướng nghiên cứu Trên sở phân tích dạng lượng tái tạo, nhận thấy công nghệ khai thác quang điện mặt trời ngành phát triển nhanh giới Vì vậy, tác giả luận văn đề xuất hướng nghiên cứu đề tài vào dạng lượng mặt trời Với mục đích đưa mơ hình mạng điện có khai thác NLMT với việc thực giải pháp khai thác tối đa lượng phát từ mặt trời Nội dung nghiên cứu gồm phần sau đây: - Mơ hình mạng điện có khai thác lượng mặt trời - Đặc điểm hoạt động mạng điện có kết nối lưới khơng kết nối lưới - Giải pháp khai thác tối đa lượng điện từ mặt trời - Thuật tốn MPPT - Mơ kết nghiên cứu Matlab kết thực nghiệm - Kết luận kiến nghị 1.8 Kết luận chương Nguyễn Thị Hồng Hạnh – K14 trường Đại học KTCN Luận văn cao học ngành Kỹ thuật điện Nội dung chương làm rõ khái niệm Năng lượng tái tạo nêu tổng quan số dạng lượng tái tạo bản, quan tâm Thế giới, có Việt Nam Trên sở đó, định hướng nghiên cứu cho đề tài, nội dung luận văn CHƯƠNG MẠNG ĐIỆN KHAI THÁC NĂNG LƯỢNG TỪ PIN MẶT TRỜI 2.1 Giới thiệu chung Tấm pin mặt trời đặt trực tiếp mái nhà, tường nhà, cơng trình cơng cộng khu dân cư đông đúc Với việc phát triển công nghệ chế tạo pin mặt trời nay, hiệu suất pin ngày tăng lên nên hệ thống điện có khai thác lượng phát từ pin mặt trời ngày phát triển để thay dần nguồn lượng truyền thống Hình 2.1 Hệ thống điện có khai thác lượng mặt trời Với phát triển lĩnh vực điện tử công suất công nghệ chế tạo pin mặt trời, lượng PV khai thác dạng sau: - PV độc lập với lưới điện - PV hybrid (kết hợp với dạng nguồn khác) - PV kết nối lưới 2.2 Các loại mạng điện có khai thác lượng từ PV 2.2.1 Mạng điện PV độc lập Nguyễn Thị Hồng Hạnh – K14 trường Đại học KTCN Luận văn cao học ngành Kỹ thuật điện Hình 2.2 Mơ hình hệ thống PV độc lập Mơ hình hệ thống điện lượng mặt trời độc lập sử dụng để phát điện chủ yếu cho hộ gia đình khu vực vùng sâu vùng xa hải đảo xa xôi mà lưới điện quốc gia không đưa đến 2.2.2 Mạng điện có PV kếp hợp với nguồn khác không kết nối lưới - Hệ thống kết hợp máy phát điện NLMT với máy phát điện khác tua bin gió, tuabin thủy điện nhỏ, động diesel, PV Chỉnh lưu Bộ điều khiển Ắc quy Tổ động máy phát gồm tua bin gió, tuabin thủy điện nhỏ … Tải chiều Biến Tần Tải xoay chiều Hình 2.3 Mơ hình hệ thống PV kếp hợp 2.2.3 Mạng điện có PV kết nối lưới Nguyễn Thị Hồng Hạnh – K14 trường Đại học KTCN Luận văn cao học ngành Kỹ thuật điện Hình 2.4 Mơ hình PV kết nối lưới Trong hệ thống này, dòng điện chiều từ pin mặt trời qua biến đổi điện áp chiều DC/DC, nghịch lưu DC/AC đồng với lưới điện Năng lượng chạy qua công tơ đo Watt-giờ để đo đếm điện Trong hệ thống này, tùy theo yêu cầu vận hành so sánh chi phí để trang bị tích trữ lượng 2.3 Các khối chức hệ thống điện có PV Hình 2.5 mơ tả sơ đồ khối hệ thống điện có khai thác lượng từ mặt trời Pin mặt trời Bộ biến đổi DC/DC Ắc quy Bộ biến đổi DC/DC MPPT Bộ biến đổi DC/AC Tải lưới điện Tải Hình 2.5 Sơ đồ khối hệ thống điện sử dụng lượng mặt trời 2.3.1 Tấm pin mặt trời (Solar Panel) Pin lượng mặt trời (hay pin quang điện, tế bào quang điện) thiết bị bán dẫn chứa lượng lớn diot p-n, diện ánh sáng mặt trời có Nguyễn Thị Hồng Hạnh – K14 trường Đại học KTCN 10 Luận văn cao học ngành Kỹ thuật điện khả tạo dòng điện sử dụng Sự chuyển đổi gọi hiệu ứng quang điện 2.3.2 Khối theo dõi điểm làm việc cực đại MPPT (Maximum Power Point Tracking) MPPT khối theo dõi điểm làm việc cực đại pin mặt trời Khối điều khiển chế phát xung chip vi điều khiển, qua thay đổi điện áp đầu vào mạch DC để điện áp vận hành PV điện áp điểm cực đại MPPT coi phần thiếu hệ PV nhằm khai thác tối đa lượng PV, khắc phục phần nhược điểm hiệu suất thấp PV 2.3.3 Bộ nghịch lưu DC-AC (Solar Inverter) Bộ nghịch lưu thiết bị biến đổi điện áp chiều (DC) bình ắc quy thành điện áp xoay chiều (AC) 2.3.3.1 Bộ nghịch lưu áp pha a) Sơ đồ nghịch lưu áp pha b) Phân tích nghịch lưu áp pha 2.3.3.2 Phương pháp điều khiển nghịch lưu áp pha a) Điều khiển nghịch lưu phương pháp PWM b) Nguyên lý làm vịêc c) Quan hệ điện áp đầu độ rộng xung nghịch lưu d) Điều kiện ràng buộc điều chế độ rộng xung 2.3.4 Bộ biến đổi DC-DC Vai trò biến đổi DC-DC trước hết biến đổi công suất điện vào P1= V1.I1 thành công suất điện P0 = V0.I0 với hiệu suất η = P0/P1 tốt (Hình 2.15) Nguyễn Thị Hồng Hạnh – K14 trường Đại học KTCN 11 Luận văn cao học ngành Kỹ thuật điện Hình 2.15 Sơ đồ nguyên lý biến đổi DC-DC Các biến đổi DC-DC chia thành hai loại: - Bộ tăng V0 > V1 (Voltage Booster) - Bộ hạ V0 < V1 (Voltage Reducer Buck) Trên sơ đồ mơ hình khai thác cần tăng nên đề tài để cập đến tăng * Nguyên lý hoạt động tăng 2.3.5 Ắc quy (Battery) 2.3.5.1 Khái niệm Ắc quy 2.3.5.2 Sơ đồ thay Ắc quy 2.3.5.3 Nguyên lý hoạt động Ắc quy chì- axit a) Q trình nạp: b) Q trình phóng điện Ắc quy: 2.3.5.4 Đặc tính phóng nạp Ăc quy 2.3.5.5.Các phương pháp nạp ácquy - Phương pháp điện áp - Phương pháp dòng điện - Phương pháp dòng áp 2.4 Kết luận Trên sở phân tích chức khối hệ thống điện có PV, tác giả luận văn nhận thấy khối MPPT có vai trị giúp cho việc khai thác Nguyễn Thị Hồng Hạnh – K14 trường Đại học KTCN 12 Luận văn cao học ngành Kỹ thuật điện lượng từ PV lớn Vì chương 3, luận văn tập trung vào phương pháp tìm điểm làm việc cực đại P&O CHƯƠNG BỘ THEO DÕI ĐIỂM LÀM VIỆC CỰC ĐẠI 3.1 Mơ hình tốn PV 3.1.1 Sơ đồ tương đương Nguyễn Thị Hồng Hạnh – K14 trường Đại học KTCN 13 Luận văn cao học ngành Kỹ thuật điện Có thể thấy rằng, chiếu sáng, nối bán dẫn p n tiếp xúc pn dây dẫn, pin mặt trời phát dịng quang điện Iph.Vì trước hết pin mặt trời xem tương đương nguồn dịng Lớp tiếp xúc bán dẫn pn có tính chỉnh lưu tương đương diot Tuy nhiên, phân cực ngược, điện trở lớp tiếp xúc có giới hạn, nên có dịng điện- gọi dịng dị- qua Đặc trưng cho dịng dị qua lớp tiếp xúc pn người ta đưa vào đại lượng điện trở sơn Rsh (shun) Khi dòng quang điện chạy mạch, phải qua lớp bán dẫn p n, điện cực, tiếp xúc, Đặc trưng cho tổng điện trở lớp điện trở Rs nối tiếp mạch (có thể coi điện trở pin mặt trời) Như vậy, pin mặt trời chiếu sáng có sơ đồ điện tương đương I (hình 3.1) Rs Id If I Isc + Ish Im PM V Rsh - V O Vm Voc Hình 3.1: Sơ đồ tương đương pin mặt trời (a) đường đặc trưng sáng pin mặt trời (b) Từ sơ đồ tương đương, dễ dàng viết phương trình đặc trưng sáng Vôn-Ampe pin mặt trời : I=I q ( V + R I)  V + R I  s − 1 − s − I − I = I − I exp ph d sh ph s  nkT R    sh (3.1) 3.1.2 Dòng ngắn mạch ISC Dòng ngắn mạch ISC dòng điện mạch pin mặt trời làm ngắn mạch ngồi (chập cực pin) Lúc hiệu điện mạch pin V= 3.1.3 Thế hở mạch VOC Nguyễn Thị Hồng Hạnh – K14 trường Đại học KTCN 14 Luận văn cao học ngành Kỹ thuật điện Thế hở mạch VOC hiệu điện đo mạch pin mặt trời hở (R = ∞) Khi dịng mạch ngồi I = 3.2 Điểm làm việc với công suất cực đại Xét đường đặc trưng VA pin mặt trời cường độ xạ cho trước nhiệt độ xác định Nếu cực pin mặt trời nối với tải tiêu thụ điện R điểm cắt đường đặc trưng VA pin mặt trời đường đặc trưng tải toạ độ OIV điểm làm việc pin mặt trời Nếu tải tiêu thụ điện pin mặt trời tải điện trở Ohm thuần, đường đặc trưng tải đường thẳng qua gốc toạ độ có độ nghiêng α trục OV tgα = 1/R (hình 3.4) (theo định luật Ohm ta có I = V/R) Trong trường hợp này, công suất pin mặt trời cấp cho tải phụ thuộc vào giá trị điện trở R I I M oc 1/R opt A N P4=const A I opt Start P Đo I(k) V(k) A S V oc P(k) = I(k).V(k) V opt O P opt P P P V Đúng P(k) - P(k-1) = Hình 3.4 Điểm làm việc điểm làm việc công suất cực đại Sai Sai Đúng P(k) - P(k-1) > 3.3 Thuật tốn tìm điểm làm việc cực đại theo phương pháp P&O V(k) - V(k-1) >0 Đúng Giảm Vref Sai Tăng Vref Sai Giảm Vref Nguyễn Thị Hồng Hạnh – K14 trường Đại học KTCN Trở lại V(k) - V(k-1) >0 Đúng Tăng Vref 15 Luận văn cao học ngành Kỹ thuật điện Hình 3.6 Thuật tốn P&O 3.4 Đặc điểm phương pháp P&O Phương pháp P&O gọi phương pháp leo đồi (hill climbing method) độ tăng công suất ngược với điện áp Nếu điện áp vận hành PV bị nhiễu loạn theo hướng cho dP/dV > dao động chuyển điểm làm việc PV hướng điểm Nguyễn Thị Hồng Hạnh – K14 trường Đại học KTCN 16 Luận văn cao học ngành Kỹ thuật điện MPPT Thuật toán P&O tiếp tục làm nhiễu loạn điện áp PV theo hướng Nếu dP/dV < điểm vận hành bị di chuyển xa điểm MPPT thuật toán P&O đảo ngược hướng nhiễu loạn Ưu điểm phương pháp P&O dễ dàng lắp đặt Tuy nhiên, có số giới hạn gây việc dao động quanh vị trí điểm MPPT trạng thái vận hành cân bằng, tốc độ đáp ứng chậm dị tìm sai điều kiện mơi trường thay đổi nhanh 3.5 Mô Matlab/Simulink thuật tốn P&O Bảng 3.1 Thực mơ với pin mặt trời với thông số sau: TT Ký hiệu Tham số Ghi Công suất pin mặt trời 1360 Wp Pmax 16 module x 85 Wp/module Điện áp hở mạch Voc 21,6 V Dòng điện ngắn mạch Isc 4,9 A Điện áp lớn VPVmax 17,3 V Dòng điện lớn IPVmax 4A Tên tiêu 3.6 Kết luận Nhận thấy sau khai thác tối đa lượng PV phải có biện pháp để sử dụng hết lượng Điều thực hai cách: - Liên kết trực tiếp với lưới điện để phát tồn cơng suất điện vào lưới lưới điện có khả thu nhận khơng hạn chế nguồn lượng để giảm bớt công suất phát nguồn truyền thống - Nối với kho lượng (ắc quy) để PV cung cấp điện nạp cho ắc quy Đồng thời, thời gian có ánh sáng mặt trời (từ khoảng 5h sáng đến 18h chiều) khoảng thời gian đủ dài để thực nạp cho ắc quy Nguyễn Thị Hồng Hạnh – K14 trường Đại học KTCN 17 Luận văn cao học ngành Kỹ thuật điện Với phân tích trên, chương thực thiết lập hệ thống PV thực tế có sử dụng thuật tốn P&O Đây hệ thống khai thác lượng từ PV trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp để phục vụ chiếu sáng CHƯƠNG THIẾT KẾ HỆ THỐNG CÓ KHAI THÁC NĂNG LƯỢNG TỪ TẤM PIN MẶT TRỜI 4.1 Yêu cầu thiết kế Hệ thống pin mặt trời có trường ĐHKTCN: - Thông số PV điểm làm việc cực đại: + Điện áp: 17,3V + Công suất: 85Wp - 16 mắc nối tiếp: + Điện áp điểm làm việc cực đại: 276,8V + Công suất: 1360Wp Yêu cầu: thiết kế hệ thống điều khiển nạp cho ắc quy để thực chiếu sáng Nguyễn Thị Hồng Hạnh – K14 trường Đại học KTCN 18 Luận văn cao học ngành Kỹ thuật điện 4.2 Sơ đồ khối hệ thống thiết kế Hình 4.1 Sơ đồ khối thiết kế 4.3 Tính tốn thơng số thiết bị Thời gian đáp ứng phụ tải từ 19h tối hôm trước đến 4h sáng hôm sau nên thời gian sử dụng phụ tải τ=9h/ngày Phụ tải đèn LED, đèn có cơng suất 40W 4.4 Thiết kế mạch nạp cho ắc quy KHOI NGUON LAY TU TAM PIN MAT TROI C21 KHOI DIEU KHIEN DONG DIEN =PWM BAX2 +300V CONG TAC NGUON 1N5240B Q6 R2W Q2 TIP41 R4 100n D10 R6 2k2 R5W R5W 4k7 1N5240B R10 R5 10 10k C9 R25 11 47n 220 1N5400 10 E 10 R21 C 220 R19 10k L3 U3 10uH PC817 12 BAX12C-01 R29 R30 1k 0V BC169 10uH R3 1k 330 K R2W L2 VCC C3 R22 1n D8 R9 470 2000u A IRFP460 C20 +5V C17 100n Q4 R2W +12V OUT-AD 1N5400 C22 R13 Q5 TIP41 C8 D11 12 BAX3 6k8 2N3055 L1 11 0V 10uH R2W 100 BAX12C-01 100 C2 10 47n R17 IN-AD R24 R11 0V C1 10 220 BAX8C-01 LED-RED-MI C2 R20 Q1 100n D7 10 1N5400 +5V C3 GSIB1580 6K8 R18 C18 1n D1 CON-200-VC3 C1 +12V C3 R16 1N5400 D6 1M C19 100 R1 220 R2W BAX1 +300V C2 IRFP460 R2W BR2 C1 Q3 R12 CON-200-VC2 INPUT 1N5400 C1 2A D2 D9 R23 R5W 100n C2 R5W F1 C27 2200u C4 C5 D3 C10 C13 2200u 1N5400 2200u 100n R15 C14 100n 100n D14 C15 100 C16 100n R7 D13 2000u 22k R14 2k2 B2 J1 BT4 BT3 BT2 BT1 B1 B3 B4 PWM2 SDO TX RX PWM1 CONN-D10 G V BT1 BT3 D4 D5 11 D6 13 D7 15 J2 G V BT2 BT4 10 RS 12 RW 14 E 16 LL 68712-013LF GND VCC B4 B6 RD4 RD5 11 RD6 13 RD7 15 GND VCC B5 B7 10 RD1 12 RD2 14 RD0 16 RD3 68712-013LF 15 16 17 18 23 24 25 26 RD0 RD1 RD2 RD3 RD4 RD5 RD6 RD7 19 20 21 22 27 28 29 30 PWM2 PWM1 RD0/PSP0 RD1/PSP1 RD2/PSP2 RD3/PSP3 RD4/PSP4 RD5/PSP5 RD6/PSP6 RD7/PSP7 PIC16F877A TIT GND RXD TXD SIL-100-03 22pF 10u OSC2 R8 11 12 10 4k7 D4 R2 1N5231B 10k T1OUT R1IN T2OUT R2IN C11 VS+ VSC2+ ICSP1 VPP VCC GND PGD PGC VPP VDD GND PGD PGC C12 D5 10u 1N4007 C1- T1IN R1OUT T2IN R2OUT 100n VPP C2- C24 VR2 U4 C1+ 22pF GND B0 B1 B2 B3 B4 B5 B6 B7 C7 RP1 VPP 14 13 C2 3/4 C23 X1 FREQ=20MHz 5V 10 OSC1 RS232 1/2 AN0 AN1 GND 5V IP- OSC1 OSC2 IP+ RA0/AN0 RA1/AN1 RA2/AN2/VREF-/CVREF RA3/AN3/VREF+ RA4/T0CKI/C1OUT RA5/AN4/SS/C2OUT RC0/T1OSO/T1CKI RC1/T1OSI/CCP2 RE0/AN5/RD RC2/CCP1 RE1/AN6/WR RC3/SCK/SCL RE2/AN7/CS RC4/SDI/SDA RC5/SDO MCLR/Vpp/THV RC6/TX/CK RC7/RX/DT C6 13 14 C1 U2 CON-200-VC2 ACS712ELCTR-30A-T OUTPUT VCC VIOUT FILTER GND OSC1/CLKIN OSC2/CLKOUT TXD RXD RB0/INT RB1 RB2 RB3/PGM RB4 RB5 RB6/PGC RB7/PGD C2 10k TIT RS RW E D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 A K D4 D5 D6 D7 LL G 10 11 12 13 14 15 16 G VSS VDD VEE G V VEE VEE 2k2 10 33 34 35 36 37 38 PGC 39 PGD 40 C1 CON-200-VC2 C25 D15 10u 1N5231B C26 C2 C1 10n R28 100n 1k D12 MAX232 10u LED-BLUE-MI 10u ICSP AN0 AN1 R26 R27 G RS RW E B0 B1 B2 B3 B4 B5 B6 B7 SG3525 Q7 BC169 V +12V +5V VR1 U1 LOA TIT OUTPUT PHAN HOI AP VA DONG DIEN KHOI VI DIEU KHIEN TRUNG TAM LT1 LCD 16X2 RX TX LCD1 KHOI DIEU KHIEN & HIEN THI V Hình 4.2 Sơ đồ trải phần tử mạch nạp Nguyễn Thị Hồng Hạnh – K14 trường Đại học KTCN 19 Luận văn cao học ngành Kỹ thuật điện Hình 4.3 Mơ mặt bo mạch nạp c Hệ điều khiển thực so sánh Hình 4.5 Thực nghiệm so sánh hệ pin mặt trời có MPPT khơng có MPPT Nguyễn Thị Hồng Hạnh – K14 trường Đại học KTCN 20 Luận văn cao học ngành Kỹ thuật điện Để thực thuật tốn P&O thơng tin dịng điện, điện áp phát từ PV thu thập để cung cấp cho chip vi điều khiển 4.5 Chế độ làm việc ắc quy 4.6 Kết thực nghiệm Ta thực nghiệm lượng thu từ hai hệ nguồn pin mặt trời dùng trường hợp: - Trường hợp mạch điều khiển không sử dụng MPPT - Trường hợp mạch điều khiển dùng thuật toán MPPT Bo mạch dùng cho trường hợp nhau, khác phương pháp điều khiển Với ắc quy dung lượng 12Ah chọn dịng nạp ước tính khơng q 3A Bảng 4.2 Kết thực nghiệm khảo sát ngày 14/05/2014 Mạch điều khiển 8h-11h 11h-13h 13h-16h Năng lượng thu Khơng có MPPT Có MPPT 65,81 VAh 73,52 VAh 48,25 VAh 52,32 VAh 66,12 VAh 73,3 VAh 3,9% 2,8% 3,6% Bảng 4.3 Kết thực nghiệm dòng nạp cho ắc quy khảo sát ngày 14/05/2014 Mạch điều khiển 8h-11h 11h-13h 13h-16h Dịng nạp trung bình cho ắc quy Khơng có MPPT Có MPPT 1,29 ÷ 1,56 1,44 ÷ 1,75 1,42 ÷ 1,72 1,53 ÷ 1,87 1, 92 ÷ 1,57 1,43 ÷ 1,75 Nguyễn Thị Hồng Hạnh – K14 trường Đại học KTCN 21 Luận văn cao học ngành Kỹ thuật điện KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT Sau thời gian nghiên cứu, làm việc cách nghiêm túc, em hoàn thành luận văn đạt số mục tiêu đề Luận văn trình bày chi tiết hệ thống pin mặt trời làm việc độc lập với cấu trúc đầy đủ từ nguồn điện pin mặt trời, thành phần lưu giữ lượng, thành phần điều khiển biến đổi bán dẫn dùng hệ Nội dung luận văn thể chi tiết nguyên lý hoạt động hệ thống, xây dựng mơ hình nguồn điện pin thực nghiệm khâu hệ Kết nghiên cứu cho thấy mơ hình PV có MPPT (sử dụng thuật tốn P&O) thu lượng tốt thực điều khiển thông thường Việc thực nghiệm thể rõ ràng phụ thuộc đặc tính làm việc pin mặt trời vào thay đổi nhiệt độ cường độ xạ ánh sáng Luận văn so sánh hai trường hợp có MPPT khơng có MPPT Do thời gian có hạn khả nhận thức cịn hạn chế nên luận văn chưa hồn chỉnh, nhiều vấn đề chưa đề cập đến mạch chuyển đổi chiều thành xoay chiều, chưa nghiên cứu nhiều mạch điều khiển phóng nạp cho ắcquy thành phần quan trọng định đến tính hiệu ứng dụng tiện lợi hệ thống pin mặt trời Từ vấn đề trên, em xin đề xuất mong muốn: tiếp tục nghiên cứu, thiết kế, thử nghiệm mạch điều khiển với phương pháp nạp khác nhau, biến đổi điện áp chiều thành xoay chiều, kết nối hệ thống với lưới điện kết hợp với dạng nguồn khác có sử dụng vi điều khiển hay điều khiển lập trình tín hiệu số DSP hệ thống pin mặt trời hoàn thiện để áp dụng thực tế Sau cùng, nỗ lực làm việc hướng dẫn bảo tận tình thầy giáo TS Ngô Đức Minh luận văn không tránh khỏi Nguyễn Thị Hồng Hạnh – K14 trường Đại học KTCN 22 Luận văn cao học ngành Kỹ thuật điện thiếu sót Kính mong thầy cơ, bạn bè, đồng nghiệp đóng góp ý kiến để luận văn tăng thêm giá trị khoa học thực tiễn Xin chân thành cảm ơn! TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Thân Ngọc Hoàn, Năng lượng điện mặt trời phương pháp nâng cao chất lượng hiệu suất, Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Hàng hải, số 18, 2009 [2] Joe-Air Jiang, Tsong-Liang Huang, Ying-Tung Hsiao, Chia-Hong Chen, Maximum power tracking for photovoltaic power system, Tamkang Journal of Science and Engineering, Vol 8, No 2, pp 147-153, 2005 [3] T.Chaitanya, Ch.Saibabu, J.Surya Kumari, Modeling and Simulation of PV Array and its Performance Enhancement Using MPPT (P&O) Technique, T.Chaitanya et al, International Journal of Computer Science & Communication Networks, Vol 1,September-October 2011 [4] Roberto Faranda, Sonia Leva, Energy comparison of MPPT techniques for PV Systems, Wseas Transactions on power systems, ISSN: 1790-5060, Issue 6, Volume 3, June 2008 [5] Weidong Xiao, William G Dunford, Patrick R Palmer, Antoine Capel, Application of Centered Differentiation and Steepest Descent to Maximum Power Point Tracking, IEEE transactions on industrial electronics, vol 54, No 5, OCTOBER 2007 [6] Mei Shan Ngan, Chee Wei Tan, Multiple Peaks Tracking Algorithm using Particle Swarm Optimization Incorporated with Artifical Neural Netwrok, World Academy of Science, Engineering and Technology, vol 58, 2011 Nguyễn Thị Hồng Hạnh – K14 trường Đại học KTCN 23 Luận văn cao học ngành Kỹ thuật điện [7] Ahmed G Abo-Khalil, Tarek Ahmed, Gradient Approximation Based Maximum Power Point Tracking for PV Grid-ConnectedSystem, IEEE PEDS 2011, Singapore, - December 2011 [8] Bhim Singh, Ambrish Chandra, Kamal-Al-Haddad, Battery Based Voltage and Frequency Controller for Parallel Operated Isolated Asynchronous Generators, IEEE International Symposium on 4-7 June 2007 [9] Ravinder Singh Bhatia, Dinesh Kumar Jain, Bhim Singh, Battery Energy Storage System for Power Conditioning of Renewable Energy Sources, Power Electronics and Drives Systems, International Conference IEEE 2005 Nguyễn Thị Hồng Hạnh – K14 trường Đại học KTCN 24 ... thuật điện Chương Tổng quan lượng tái tạo Chương Mạng điện khai thác lượng từ pin mặt trời Chương Bộ theo dõi điểm làm việc cực đại Chương Thiết kế hệ thống có khai thác lượng từ pin mặt trời. .. thuật điện khả tạo dòng điện sử dụng Sự chuyển đổi gọi hiệu ứng quang điện 2.3.2 Khối theo dõi điểm làm việc cực đại MPPT (Maximum Power Point Tracking) MPPT khối theo dõi điểm làm việc cực đại. .. khai thác lượng mặt trời - Đặc điểm hoạt động mạng điện có kết nối lưới không kết nối lưới - Giải pháp khai thác tối đa lượng điện từ mặt trời - Thuật tốn MPPT - Mơ kết nghiên cứu Matlab kết thực