Tên chủ đề: Năng lượng mặt trời đi sâu hơn vào thuật toán P&O để theo dõi điểm công suất cực đại cho pin mặt trời. Năng lượng mặt trời là nguồn năng lượng sạch, dồi dào, hoàn toàn miễn phí, không gây ô nhiễm môi trường và không gây ô nhiễm tiếng ồn. Để tăng hiệu suất và kéo dài tuổi thọ pin, hệ thống pin năng lượng mặt trời cần phải hoạt động ổn định ở điểm công suất tối đa.
Vì vậy, tôi chọn đề tài: “Năng lượng mặt trời đột phá vào thuật toán P&O để theo dõi điểm công suất đỉnh”.
TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PIN MẶT TRỜI
Tổng quan
Giới thiệu về pin mặt trời
- Định nghĩa
- Cấu tạo, nguyên lý hoạt động pin mặt trời
- Hiệu suất của pin mặt trời
- Ưu nhược điểm của hệ thống pin mặt trời
- Ứng dụng của pin mặt trời
- Đặc tính làm việc của pin mặt trời
- Những yếu tố bên ngoài ảnh hưởng đến pin mặt rời
Dòng điện của pin mặt trời có các ô song song Np và các ô nối tiếp Ns. Điện áp không tải Voc là điện áp đo được khi mạch ngoài của pin mặt trời hở. Dòng điện ngắn mạch ISC là dòng điện trong mạch pin mặt trời khi các cực đầu ra của pin bị đoản mạch.
Khi nhiệt độ tăng, điện áp hoạt động của pin mặt trời giảm mạnh, trong khi dòng điện tăng nhẹ.
Các phương pháp phổ biến dò tìm công suất cực đại
- Phương pháp điện áp hằng số
- Phương pháp điện dẫn gia tăng INC
- Chọn giải thuật dò tìm công suất cực đại
Do dòng điện và điện áp tăng lên nên công suất hoạt động của pin cũng tăng lên, hay nói cách khác, điểm MPP có công suất lớn nhất cũng tăng lên, di chuyển lên trên khi cường độ ánh sáng mặt trời tăng lên. Chúng ta thấy rằng công suất ra tỉ lệ nghịch với nhiệt độ và tỉ lệ thuận với cường độ bức xạ mặt trời. Với những thay đổi về nhiệt độ và cường độ bức xạ mặt trời, điểm đạt được hiệu quả tối đa cũng thay đổi.
Vì vậy, cần tận dụng hiệu quả các tấm pin mặt trời để có thuật toán theo dõi vị trí và chuyển động của điểm công suất cực đại. Phương pháp này sử dụng tổng độ dẫn tăng dần của mảng pin mặt trời để phát hiện điểm công suất cực đại. Phương pháp này chủ yếu dựa trên các đặc điểm sau: độ dốc của đường cong đặc tính của pin là 0 tại điểm MPP, độ dốc này là dương khi nằm ở bên trái điểm MPP, là âm khi ở bên phải. của MPP.
Bằng cách so sánh giá trị điện cảm tức thời (I/V) với giá trị điện cảm tăng dần (ΔI/AV), thuật toán này tìm ra điểm công suất cực đại. Mỗi lần tìm thấy điểm MPP, hoạt động của pin được duy trì ở điểm vận hành này trừ khi có sự thay đổi về dòng điện ΔI, sự thay đổi của dòng điện ΔI thể hiện sự thay đổi về thời tiết và thời tiết. Tuy nhiên, nếu cuộn cảm tăng quá nhiều thì hệ thống tại điểm MPP sẽ không hoạt động chính xác và sẽ dao động.
Bằng việc trình bày và nghiên cứu các thuật toán tìm điểm công suất cực đại của pin mặt trời được sử dụng rộng rãi hiện nay, trong đó có thuật toán điện áp không đổi và INC ở trên. Tuy nhiên, các phương pháp này có nhược điểm là độ phức tạp và giá thành cao (phương pháp INC) hoặc độ chính xác không cao (phương pháp điện áp không đổi), ta có một trong các phương pháp có thể khắc phục được các khuyết điểm trên đồng thời cho thấy tính đơn giản của thuật toán và hiệu quả trong việc tìm ra điểm năng lượng tối đa của pin mặt trời, chi phí thấp và ứng dụng dễ dàng.
THUẬT TOÁN BÁM ĐIỂM CÔNG SUẤT CỰC ĐẠI
- Giới thiệu chung
- Nguyên lý dung hợp tải
- Thuật toán xác định điểm làm việc có công suất lớn nhất MPPT
- Phương pháp nhiễu loạn và quan sát P&O (Perturb and observe)
- Phương pháp điều khiển MPPT
- Phương pháp điều khiển PI
- Phương pháp điều khiển trực tiếp
- Phương pháp điều khiển đo trực tiếp tín hiệu ra
- Giới hạn của MPPT
- Điều chế độ rộng xung (PWM)
Khi PMT được nối trực tiếp với tải, điểm vận hành sẽ được xác định theo đặc tính của tải. Thuật toán này tính đến sự tăng giảm điện áp theo chu kỳ để tìm ra điểm vận hành có công suất tối đa. Khi điểm vận hành công suất tối đa được xác định trên đường cong đặc tính, sự thay đổi điện áp sẽ dao động xung quanh (điểm MPP) điểm vận hành công suất tối đa.
Như vậy, nhược điểm chính của thuật toán này là không thể tìm ra chính xác điểm làm việc có công suất cao nhất khi điều kiện thời tiết thay đổi. Như đã nêu ở trên, thuật toán MPPT sẽ cho bộ điều khiển MPPT biết phải làm gì để điều chỉnh điện áp hoạt động. Khi đó công việc của bộ điều khiển MPPT là điều chỉnh tăng giảm điện áp làm việc và duy trì mức điện áp làm việc ổn định của hệ thống điện pin năng lượng mặt trời.
Như vậy, nhược điểm chính của phương pháp này là không thể tìm chính xác điểm vận hành công suất cực đại khi điều kiện thời tiết thay đổi. Phương pháp điều khiển này đơn giản hơn, chỉ sử dụng một vòng điều khiển, đồng thời thực hiện nhiệm vụ điều chỉnh hệ số công trong thuật toán MPPT. Phương pháp điều khiển trực tiếp có thể làm việc ổn định cho các thiết bị như hệ thống trang bị pin và hệ thống bơm nước.
Phương pháp điều khiển PI và phương pháp điều khiển đo trực tiếp tín hiệu vào bộ chuyển đổi có ưu điểm là cho phép điều khiển chính xác điểm vận hành của pin mặt trời. Phương pháp điều khiển đo trực tiếp này đo sự thay đổi công suất PV ở đầu ra của bộ chuyển đổi và coi hệ số nhiệm vụ D là một biến điều khiển. Khi công suất đầu ra của bộ chuyển đổi đạt giá trị tối đa, PV hiện đang hoạt động ở điểm MPP.
Hạn chế chính của MPPT là nó không ảnh hưởng đến tín hiệu đầu ra khi xác định điểm vận hành công suất cực đại.
BỘ BIẾN ĐỔI DC-DC
Bộ biến đổi DC-DC
Bộ biến đổi DC-DC tăng áp (Boost converter)
Thiết bị chuyển mạch là bộ kích hoạt để sạc và xả dòng điện dẫn đầu vào. Chu kỳ chuyển mạch là T, công tắc S đóng trong khoảng thời gian DT và công tắc mở trong khoảng thời gian (1-D)T. Tốc độ thay đổi của dòng điện trong cuộn cảm là không đổi nên dòng điện thay đổi tuyến tính khi khóa được mở.
Nếu cổng luôn mở và D bằng 0 thì điện áp đầu ra bằng điện áp đầu vào. Khi tỷ lệ D tăng, mẫu số của phương trình điện áp VO giảm. Dòng điện trung bình qua cuộn dây được xác định bởi công suất trung bình của nguồn bằng công suất trung bình của tải.
Thiết kế bộ chuyển đổi DC-DC tăng cường cho dòng điện liên tục phải có giá trị cuộn cảm lớn hơn Lmin. Giả sử điện áp đầu ra không đổi thì giá trị điện dung có thể được coi là rất lớn. Trên thực tế, điện dung có giá trị giới hạn nên điện áp đầu ra sẽ dao động hoặc gợn sóng.
Độ gợn điện áp đầu ra có thể được tính toán từ dạng sóng dòng điện của tụ điện, như trong Hình 3.2. Độ biến thiên của dòng điện qua tụ giống như cường độ dòng điện cực đại trong cuộn cảm (Hình 4.2).
MÔ PHỎNG HỆ THỐNG BÁM ĐIỂM CỐNG SUẤT CỰC ĐẠI
Phần mềm matlab
Việc thực hiện khảo sát thường được chia thành hai giai đoạn: Đầu tiên chạy chương trình ở chế độ thử nghiệm trong đó kết quả được biết trước để kiểm tra độ chính xác của mô hình. Tiếp theo, khi mô hình đạt độ tin cậy yêu cầu thì nghiên cứu các chế độ cần đo theo yêu cầu.
Các thông số của hệ thống pin năng lượng mặt trời
- Thông số của pin năng lượng mặt trời
- Thông số của bộ biến đổi DC-DC tăng áp
Mô phỏng và kết quả mô phỏng hệ thống pin năng lượng mặt trời
Sau một thời gian nghiên cứu và làm việc dưới sự hướng dẫn tận tình của ThS. Ngô Quang Vi với sự giúp đỡ của các bạn khoa Điện và Tự động hóa công nghiệp trường Đại học Dân lập Hải Phòng. Tôi đã hoàn thành đồ án tốt nghiệp của mình và đạt được một số kết quả như sau.
Đưa ra cái nhìn tổng quan và xây dựng mô hình thu nhỏ của hệ thống pin năng lượng mặt trời. Tìm hiểu cấu trúc, nguyên lý hoạt động và đặc tính làm việc của pin mặt trời. Vì đây là một chủ đề rất mới đối với tôi và khả năng nhận thức của tôi còn hạn chế nên dự án vẫn còn một số giai đoạn chưa hoàn thành và nhiều vấn đề chưa được đề cập đến.
Những nghiên cứu này chỉ dừng lại ở lý thuyết, chưa có kinh nghiệm thực tế. Một lần nữa tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất tới sự hướng dẫn, chỉ đạo tận tình của thầy, ThS. 3] “Mô hình hiệu suất chi tiết cho hệ thống quang điện”, Đại học Hongmei Tian Colorado – Denver và Đại học Bách khoa Thâm Quyến, Fernando Mancilla-David, Kevin Ellis và Đại học Peter Jenkins của Colorado – Denver, Phòng thí nghiệm năng lượng tái tạo quốc gia Eduardo Muljadi.
4] “Design and simulation of DC-DC power converters scaled down and boosted for mobile applications using Matlab/Simulink”, Kautar Bendaoud Polydisciplinary Faculty of Ouarzazate, Department of Mathematics and Informatics and Management, Laboratory of Engineering and Energy Sciences, University of Ibn Zohr- Agadir, Morocco. 8] Frede Blaabjerg, Remus Teorescu, Zhe Chen, Marco Liserre; Power converters and control of renewable energy systems; ICPE (ISPE.
