PDF Đồ Án Tốt Nghiệp

Tên dự án: Tìm hiểu thuật toán theo dõi năng lượng tái tạo và năng lượng đỉnh INC cho pin mặt trời. Nhu cầu năng lượng trong thời đại khoa học công nghệ không ngừng tăng cao. Vì vậy, việc tìm kiếm và khai thác các nguồn năng lượng mới như năng lượng hạt nhân, năng lượng địa nhiệt, năng lượng gió, năng lượng mặt trời.

Nghiên cứu về năng lượng mặt trời ngày càng thu hút sự quan tâm của các nhà nghiên cứu, đặc biệt trong tình trạng thiếu năng lượng trầm trọng hiện nay. 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. Hiện nay, năng lượng mặt trời đã dần đi vào đời sống con người, nó được ứng dụng rộng rãi trong dân dụng và công nghiệp dưới nhiều hình thức khác nhau.

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. Xuất phát từ thực tế trên, tôi chọn đề tài “Tìm hiểu về năng lượng tái tạo và thuật toán INC để theo dõi điểm công suất cực đại của pin mặt trời”.

TỔNG QUAN VỀ NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO VÀ CÁC

CÁC NGUỒN NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO

Khái niệm
Phân biệt năng lượng tái tạo và năng lượng không tái tạo
Ưu , nhược điểm của năng lượng tái tạo
Sự cần thiết phát triển năng lượng tái tạo
Sự phát triển năng lượng tái tạo trên thế giới
Sự phát triển năng lượng tái tạo ở Việt Nam

CÁC DẠNG NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO

Năng lượng địa nhiệt
Năng lượng thủy triều
Năng lượng gió
Năng lượng sinh khối
Thủy điện
Năng lượng sóng
Năng lượng mặt trời

CÁC PHƯƠNG PHÁP TÌM ĐIỂM CỰC ĐẠI CỦA PIN MẶT

Phương pháp điện áp hằng số
Phương pháp P&O (Perturbation & Observation)

ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI TÌM HIỂU

GIỚI THIỆU VỀ PIN MẶT TRỜI

Định nghĩa
Cấu tạo và nguyên lý hoạt động
Ứng dụng

BỘ CHUYỂN ĐỔI DC-DC BOOST CONVERTER

ĐẶC TÍNH LÀM VIỆC CỦA PIN MẶT TRỜI

Sơ đồ tương đương của pin mặt trời
Đặc tính của pin mặt trời

NHỮNG YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN PIN MẶT TRỜI

Ảnh hưởng của cường độ ánh sáng
Ảnh hưởng của nhiệt độ

CHỌN THUẬT TOÁN BÁM ĐIỂM CÔNG SUẤT CỰC

GIỚI THIỆU CHUNG

Phương pháp MPPT rất thường được sử dụng trong các hệ thống pin mặt trời độc lập và đang dần được áp dụng cho các hệ thống quang điện nối lưới. MPPT về cơ bản là một thiết bị điện tử công suất kết nối nguồn điện PMT với tải để tăng cường nguồn điện từ pin mặt trời khi điều kiện làm việc thay đổi và do đó có thể cải thiện hiệu suất làm việc của việc tạo ra các tấm pin mặt trời. Khi tấm PMT được nối trực tiếp với một tải thì điểm làm việc của tấm PMT đó sẽ là giao điểm giữa đường đặc tính I - V vận hành và đường đặc tính I - V của tải.

Nếu tải thuần túy là điện trở thì đặc tính tải là đường thẳng có độ dốc 1/R. Từ đặc tính I - V có thể thấy có một điểm gọi là MPPT (Maximum Power Point), là điểm mà tại đó công suất đầu ra của pin mặt trời là lớn nhất. Trong hầu hết các ứng dụng, người ta mong muốn tối ưu hóa dòng điện đầu ra từ pin mặt trời đến tải.

Điều này yêu cầu điểm vận hành của hệ thống được đặt thành điểm MPP. Tuy nhiên, do điểm vận hành công suất tối đa (MPP) phụ thuộc vào bức xạ mặt trời, nhiệt độ và các điều kiện thay đổi ngẫu nhiên nên vị trí của điểm MPP cũng liên tục thay đổi. Vì vậy, để đảm bảo hệ thống luôn hoạt động tại hoặc gần điểm MPP, một mạch đặc biệt gọi là MPPT được sử dụng để theo dõi điểm công suất cực đại.

Hình 3.2: Pin mặt trời mắc trực tiếp với tải thuần trở có thể thay đổi giá trị.

NGUYÊN LÝ DUNG HỢP TẢI

Thông thường, giá trị tải là cố định nên người ta thường thay đổi giá trị D. Nếu muốn thay đổi vị trí của điểm vận hành, chúng ta cần thay đổi góc dốc ϴRei(D,R) của đường cong tải bằng cách thay đổi nhiệm vụ. chu kỳ D, sự thay đổi tương ứng trong chu kỳ nhiệm vụ D sẽ giúp thiết lập giao điểm giữa hai đường đặc tính tại điểm MPP chính xác. Phạm vi theo dõi: Nếu điểm MPP nằm trong phạm vi này thì sẽ có giá trị chu kỳ nhiệm vụ là D để thiết lập điểm nhiệm vụ tại điểm MPP và từ đó công suất đầu ra của pin điện sẽ đạt mức tối đa.

Không gian theo dõi: Nếu điểm MPP nằm trong phạm vi này thì sẽ không thể tìm thấy giá trị chu kỳ nhiệm vụ D, điều này sẽ khiến điểm vận hành hệ thống nằm ở điểm MPP, điều này sẽ khiến công suất đầu ra của pin mặt trời không thể hoạt động đạt giá trị lớn nhất có thể. Do đó, nếu điểm MPP nằm trong không gian theo dõi này thì điểm vận hành sẽ là giao điểm của đường cong đặc tính pin và giới hạn đường cong tải.

Hình 3.4: Pin mặt trời kết nối với tải qua bộ biến đổi DC - DC Bộ biến đổi Boost được mô tả bởi các hệ thức toán học như sau [4]:

THUẬT TOÁN INC BÁM ĐIỂM CÔNG SUẤT CỰC ĐẠI CHO

Có rất nhiều thuật toán được dạy và triển khai trong thực tế, trong đó phổ biến nhất là thuật toán INC. Sơ đồ luồng thuật toán Hình 3.10 giải thích hoạt động của chu kỳ nhiệm vụ điều khiển thuật toán INC D. Tiếp theo, sử dụng các giá trị tức thời và các giá trị trước đó để tính các giá trị tăng dần của ∆I và ∆V.

Nếu điểm vận hành ở bên trái điểm MPP thì ta phải giảm D - Nếu điểm vận hành ở bên phải điểm MPP thì ta phải tăng D - Khi thỏa mãn điều kiện Δ𝐼. 𝑉 thỏa mãn, tức là điểm MPP thì thuật toán này sẽ bỏ qua việc điều chỉnh D. Tương tự, nếu điện áp hoạt động giảm thì chu kỳ nhiệm vụ sẽ tăng lên.

Hình 3.8: Đặc tính I-V, P-V bức xạ thay đổi và vị trí các điểm MPP Do đó cần có một thuật toán để theo dõi điểm MPP, thuật toán này chính là trái tim của bộ điều khiển MPPT

MÔ HÌNH MÔ PHỎNG PIN MẶT TRỜI

Mô hình pin mặt trời
Giải thuật INC

KẾT QUẢ MÔ PHỎNG

Nhận xét: Từ sự thay đổi bức xạ mặt trời, có thể xác định được các đường cong đặc trưng P-V, I - V của pin mặt trời bằng cách mô phỏng từng sự thay đổi bức xạ mặt trời ở trên. Chúng ta thấy trên đường cong P-V, công suất tối đa của pin mặt trời tăng dần khi bức xạ mặt trời tăng. Trong đặc tính I-V cũng thấy dòng điện tại các điểm cực đại cũng tăng lên.

Kết quả mô phỏng, ta có đồ thị điện áp làm việc và dòng điện của pin ở đầu ra khi được máy dò chỉ ra điểm công suất cực đại của pin mặt trời trên hình 3.24 và 3.25, ta thấy điện áp và Tương ứng, khi bức xạ thay đổi sẽ xác định điểm hoạt động của công suất cực đại của pin mặt trời, thể hiện trên đồ thị công suất hoạt động của pin trên hình 3.26. Chúng ta có thể thấy tính hiệu quả của thuật toán INC trong việc mang lại kết quả mong muốn khi bức xạ mặt trời thay đổi trong ngày và khả năng đáp ứng tốt của thuật toán trên. Sau một thời gian nghiên cứu và làm việc nghiêm túc dưới sự hướng dẫn tận tình của ThS.

Tìm hiểu cấu trúc, nguyên lý hoạt động và đặc tính hoạt động của pin mặt trời. 2] Đặng Đình Thông, slide: “Năng lượng bức xạ mặt trời, năng lượng mặt trời và công nghệ nhiệt”, Viện Kỹ thuật Điện - BKHN. Hoàng Dương Hùng, Năng lượng mặt trời lý thuyết và ứng dụng, Đại học Bách Khoa Đà Nẵng.

Martins, “Analytical and experimental analysis of DC-DC converters in photovoltaic applications for maximum power tracking”, Federal University of Santa Catarina - Brazil. Effect of power converters on PV maximum power tracking efficiency”, Federal University of Santa Catarina - Department of Electrical Engineering. Dehbonei, Hooman, “Design, Fabrication and Testing of Voltage Based Maximum Power Tracker (VMPPT) for Small Satellite Power Supply”.

B., "Simplified Feed-Forward Control of the Maximum Power Point in PV Installations" Proceedings of the IEEE International Conference on Power Electronics Motion Control, Vol.1, p. 16] Mohamed Salhi, Rachid El-Bachtri “ Maximum Power Point Tracker using Fuzzy Control for Photovoltaic System” International Journal of Research and Reviews in Electrical and Computer Engineering (IJRRECE) Vol. Smara, “Investigation and simulation of an MPpt controller based on Fuzzy logic controller for photovoltaic system” IGEC-VI.