Khảo sát và Mô phỏng Hệ thống Điện Mặt Trời Tại Thư Viện Khoa Công Nghệ

Tài liệu nghiên cứu Tiểu luận khảo sát và mô phỏng hệ thống điện mặt trời tại thư viện khoa công nghệ, tổng hợp lý thuyết và thực hành, cung cấp kiến thức chuyên sâu về kỹ thuật.

• Tác giả: Trần Văn Khang
• Người hướng dẫn: ThS. Nguyễn Thái Sơn
• Trường học: Trường Đại Học Cần Thơ
• Chuyên ngành: Kỹ thuật điện
• Đề tài: Khảo sát và mô phỏng hệ thống điện mặt trời tại Thư viện Khoa Công Nghệ
• Loại tài liệu: luận văn tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2019
• Địa điểm: Cần Thơ

Mục lục chi tiết

• LỜI CÁM ƠN
• LỜI NÓI ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỆN MẶT TRỜI
• 1.1. Giới thiệu chung
• 1.2. Các hệ thống điện mặt trời
• 1.2.1. Hệ thống điện mặt trời độc lập (Off Grid Solar System)
• 1.2.2. Hệ thống điện mặt trời nối lưới (Grid Tied Solar System)
• 1.3. Ứng dụng của điện mặt trời
• 1.4. Tiềm năng khai thác và sử dụng điện Mặt Trời
• 1.4.1. Tình hình khai thác và sử dụng năng lượng Mặt Trời trên thế giới
• 1.4.2. Tình hình khai thác và sử dụng năng lượng Mặt Trời ở Việt Nam
• 1.5. Nội dung đề tài
• 2. CHƯƠNG 2: CẤU TẠO VÀ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN MẶT TRỜI
• 2.1. Pin mặt trời (Solar panel)
• 2.1.1. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động
• 2.1.2. Các đặc trưng của pin mặt trời
• 2.1.3. Điểm làm việc cực đại
• 2.1.4. Ghép nối các tấm pin
• 2.1.5. Các yếu tố ảnh hưởng đến pin mặt trời
• 2.2. Bộ biến đổi DC/DC (Boot Converter)
• 2.3. Bộ biến đổi DC/AC (Inverter)
• 2.4. Phương pháp dò tìm điểm làm việc tối ưu (MPPT)
• 2.4.1. Phương pháp nhiễu loạn và quan sát P&O (Perturb and Observe)
• 2.4.2. Phương pháp gia tăng điện dẫn INC (Incremental Conductance)
• 2.4.3. Phương pháp lập luận mờ FLC (Fuzzy Logic Controller)
• 2.4.4. Phương pháp P&O mờ thích nghi (Fuzzy - P&O)
• 3. CHƯƠNG 3: KHẢO SÁT VÀ MÔ PHỎNG HỆ THỐNG
• 3.1. Khảo sát hệ thống
• 3.2. Hệ thống Solar cell
• 3.3. Bộ nghịch lưu DC-AC
• 3.4. Bộ điều khiển trung tâm
• 3.5. Mô phỏng hệ thống
• 3.5.1. Bộ chuyển đổi DC/DC
• 3.5.2. Bộ chuyển đổi DC/AC
• 3.5.3. Thu thập số liệu
• 4. CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ MÔ PHỎNG
• 4.1. Trường hợp cường độ bức xạ ở điều kiện tiêu chuẩn
• 4.2. Trường hợp cường độ bức xạ thay đổi theo lý thuyết
• 4.3. Trường hợp bức xạ thực tế
• 4.4. Kết luận chung
• 5. CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về hệ thống điện mặt trời

Hệ thống điện mặt trời (ĐMT) là một trong những giải pháp năng lượng tái tạo hiệu quả nhất hiện nay. Điện năng lượng mặt trời được sản xuất từ ánh sáng mặt trời thông qua các tấm pin quang điện. Hệ thống này không chỉ giúp giảm thiểu ô nhiễm môi trường mà còn góp phần vào việc giảm thiểu carbon trong khí quyển. Theo thống kê, Việt Nam có tiềm năng lớn về năng lượng mặt trời, với số giờ nắng trung bình từ 2000 đến 2600 giờ mỗi năm. Tuy nhiên, việc khai thác nguồn năng lượng này vẫn còn hạn chế. Đề tài này sẽ khảo sát và mô phỏng hệ thống điện mặt trời tại Thư viện Khoa Công Nghệ, nhằm tìm hiểu rõ hơn về cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hệ thống này.

1.1. Các hệ thống điện mặt trời

Có hai loại hệ thống điện mặt trời chính: hệ thống độc lập và hệ thống nối lưới. Hệ thống độc lập thường được sử dụng cho các khu vực không có lưới điện, trong khi hệ thống nối lưới cho phép hòa vào lưới điện quốc gia. Hệ thống nối lưới giúp giảm chi phí đầu tư và không gây ô nhiễm môi trường. Tuy nhiên, nó phụ thuộc vào lưới điện và yêu cầu kỹ thuật cao hơn. Việc lựa chọn hệ thống phù hợp sẽ phụ thuộc vào nhu cầu sử dụng và điều kiện địa lý của từng khu vực.

II. Cấu tạo của hệ thống điện mặt trời

Hệ thống điện mặt trời bao gồm nhiều thành phần chính như tấm pin mặt trời, bộ biến đổi DC/DC, bộ biến đổi DC/AC và các thiết bị điều khiển. Tấm pin mặt trời là thành phần quan trọng nhất, chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành điện năng. Bộ biến đổi DC/DC giúp tối ưu hóa điện năng từ tấm pin, trong khi bộ biến đổi DC/AC chuyển đổi điện một chiều thành điện xoay chiều để sử dụng cho các thiết bị điện. Việc hiểu rõ cấu tạo và nguyên lý hoạt động của từng thành phần là rất cần thiết để đảm bảo hiệu suất hoạt động của hệ thống.

2.1. Pin mặt trời

Pin mặt trời (Solar panel) là thiết bị chính trong hệ thống điện mặt trời, có chức năng chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành điện năng. Các tấm pin này được cấu tạo từ nhiều tế bào quang điện, thường là silicon. Đặc điểm của pin mặt trời bao gồm hiệu suất chuyển đổi, độ bền và khả năng chịu đựng các điều kiện thời tiết khắc nghiệt. Việc lựa chọn pin mặt trời phù hợp sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất và tuổi thọ của hệ thống điện mặt trời.

III. Khảo sát và mô phỏng hệ thống

Khảo sát và mô phỏng hệ thống điện mặt trời tại Thư viện Khoa Công Nghệ được thực hiện nhằm đánh giá hiệu suất hoạt động của hệ thống trong các điều kiện khác nhau. Sử dụng phần mềm Matlab Simulink, các phương pháp như MPPT (Maximum Power Point Tracking) được áp dụng để tối ưu hóa sản lượng điện. Mô phỏng giúp xác định các thông số quan trọng như điện áp, dòng điện và công suất đầu ra của hệ thống. Kết quả mô phỏng sẽ cung cấp thông tin quý giá cho việc cải thiện và tối ưu hóa hệ thống điện mặt trời trong tương lai.

3.1. Mô phỏng hệ thống

Mô phỏng hệ thống điện mặt trời được thực hiện bằng cách sử dụng các mô hình toán học để dự đoán hiệu suất của hệ thống trong các điều kiện khác nhau. Các thông số như cường độ bức xạ, nhiệt độ và góc nghiêng của tấm pin được đưa vào mô phỏng để đánh giá ảnh hưởng của chúng đến sản lượng điện. Kết quả mô phỏng cho thấy rằng việc tối ưu hóa các thông số này có thể giúp tăng cường hiệu suất của hệ thống điện mặt trời.

IV. Kết quả mô phỏng

Kết quả mô phỏng cho thấy rằng hệ thống điện mặt trời tại Thư viện Khoa Công Nghệ có khả năng hoạt động hiệu quả trong các điều kiện bức xạ khác nhau. Các phương pháp MPPT như P&O và P&O mờ thích nghi đã được thử nghiệm và cho thấy sự khác biệt rõ rệt trong việc tối ưu hóa sản lượng điện. Kết quả này không chỉ khẳng định tính khả thi của hệ thống mà còn mở ra hướng đi mới cho việc phát triển năng lượng tái tạo tại Việt Nam.

4.1. Phân tích kết quả

Phân tích kết quả mô phỏng cho thấy rằng hệ thống điện mặt trời có thể đạt được hiệu suất tối ưu khi áp dụng các phương pháp MPPT. Sự khác biệt giữa các phương pháp này cho thấy tầm quan trọng của việc lựa chọn phương pháp điều khiển phù hợp để tối ưu hóa sản lượng điện. Kết quả này có thể được áp dụng để cải thiện hiệu suất của các hệ thống điện mặt trời khác trong tương lai.

V. Kết luận và kiến nghị

Đề tài 'Khảo sát và mô phỏng hệ thống điện mặt trời tại Thư viện Khoa Công Nghệ' đã cung cấp cái nhìn sâu sắc về cấu tạo và hoạt động của hệ thống điện mặt trời. Kết quả mô phỏng cho thấy rằng việc áp dụng các phương pháp tối ưu hóa có thể nâng cao hiệu suất hoạt động của hệ thống. Đề nghị cần có thêm các nghiên cứu thực tế để kiểm chứng các kết quả mô phỏng và phát triển các giải pháp tối ưu hơn cho việc khai thác năng lượng mặt trời tại Việt Nam.

5.1. Kiến nghị

Cần tiếp tục nghiên cứu và phát triển các công nghệ mới trong lĩnh vực điện mặt trời, đặc biệt là các phương pháp tối ưu hóa sản lượng điện. Ngoài ra, cần có chính sách hỗ trợ từ chính phủ để khuyến khích việc đầu tư vào các dự án năng lượng tái tạo, nhằm thúc đẩy sự phát triển bền vững và bảo vệ môi trường.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Năng lượng mặt trời (NLMT) là nguồn năng lượng sạch, vô tận và thân thiện với môi trường, đóng vai trò quan trọng trong bối cảnh cạn kiệt nguồn năng lượng hóa thạch và biến đổi khí hậu toàn cầu. Tại Việt Nam, đặc biệt ở khu vực Nam Bộ và đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL), tiềm năng khai thác NLMT rất lớn với số giờ nắng trung bình từ 2000 đến 2600 giờ/năm và bức xạ mặt trời trung bình khoảng 4,3 – 4,9 kWh/m²/ngày. Ước tính mỗi mét vuông tấm pin mặt trời có thể thu được khoảng 5 kWh điện mỗi ngày. Tuy nhiên, việc ứng dụng và khai thác nguồn năng lượng này vẫn còn hạn chế so với tiềm năng.

Luận văn thạc sĩ với đề tài “Khảo sát và mô phỏng hệ thống điện mặt trời tại Thư viện Khoa Công Nghệ” nhằm mục tiêu nghiên cứu cấu tạo, nguyên lý hoạt động và điều khiển của hệ thống điện mặt trời thực tế tại thư viện, đồng thời mô phỏng hệ thống trên phần mềm Matlab Simulink sử dụng hai phương pháp dò tìm điểm công suất cực đại (MPPT) là P&O và P&O mờ thích nghi. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào hệ thống điện mặt trời công suất 15 kW tại Thư viện Khoa Công Nghệ, Đại học Cần Thơ, với dữ liệu thu thập trong năm 2019.

Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc đánh giá hiệu quả và tính ổn định của các thuật toán MPPT trong điều kiện thực tế, góp phần nâng cao hiệu suất khai thác năng lượng mặt trời, giảm chi phí vận hành và thúc đẩy phát triển năng lượng tái tạo tại Việt Nam.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình sau:

• Hiệu ứng quang điện và cấu tạo pin mặt trời (PMT): PMT hoạt động dựa trên hiệu ứng quang điện trong lớp bán dẫn p-n, tạo ra dòng điện một chiều khi chiếu sáng. Các loại PMT gồm đơn tinh thể, đa tinh thể và phim mỏng, với hiệu suất và chi phí khác nhau.

• Đặc tính điện áp-dòng điện (U-I) và điểm công suất cực đại (MPP): Điện áp và dòng điện của PMT thay đổi theo cường độ bức xạ và nhiệt độ, điểm MPP là điểm làm việc tối ưu để thu được công suất lớn nhất.

• Bộ biến đổi DC/DC và DC/AC: Bộ tăng áp DC/DC điều chỉnh điện áp đầu ra của PMT để phù hợp với bộ nghịch lưu DC/AC, chuyển đổi điện một chiều thành điện xoay chiều hòa lưới.

• Phương pháp dò tìm điểm công suất cực đại (MPPT): Bao gồm các thuật toán P&O (Perturb and Observe), Incremental Conductance (INC), Fuzzy Logic Controller (FLC) và phương pháp P&O mờ thích nghi. Trong đó, P&O mờ thích nghi kết hợp ưu điểm của P&O và FLC để tăng độ ổn định và hiệu quả dò tìm.

Phương pháp nghiên cứu

• Nguồn dữ liệu: Số liệu cường độ bức xạ mặt trời và công suất thực tế được thu thập tại Thư viện Khoa Công Nghệ, Đại học Cần Thơ, trong khoảng thời gian từ 9h03 đến 9h22 ngày 07/11/2019.

• Phương pháp phân tích: Mô phỏng hệ thống điện mặt trời công suất 5 kW trên phần mềm Matlab Simulink, sử dụng hai thuật toán MPPT là P&O và P&O mờ thích nghi để so sánh hiệu quả điều khiển. Các thông số kỹ thuật của tấm pin RS-P630-250W và bộ Grid-Tie Solar Inverter 6kWp được sử dụng làm cơ sở mô phỏng.

• Cỡ mẫu và chọn mẫu: Hệ thống gồm 60 tấm pin mặt trời, chia làm 3 pha, mỗi pha 20 tấm, mô phỏng tập trung trên một pha với 20 tấm pin. Phương pháp chọn mẫu dựa trên hệ thống thực tế tại thư viện nhằm đảm bảo tính đại diện.

• Timeline nghiên cứu: Thu thập số liệu và mô phỏng được thực hiện trong năm 2019, với thời gian mô phỏng kéo dài 5 phút cho từng trường hợp thử nghiệm.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Hiệu quả mô phỏng tại điều kiện tiêu chuẩn: Ở cường độ bức xạ 1000 W/m² và nhiệt độ 25°C, hệ thống mô phỏng đạt công suất cực đại 5000 W, điện áp 296 V và dòng điện 16,9 A. Kết quả này phù hợp với thông số kỹ thuật của hệ thống thực tế.

2. So sánh công suất thực tế và mô phỏng: Dữ liệu thực tế cho thấy công suất dao động từ 1,12 kW đến 2,12 kW trong khoảng thời gian 9h03 đến 9h22 với cường độ bức xạ từ 200 W/m² đến 417 W/m². Mô phỏng với hai thuật toán MPPT cho kết quả công suất ngõ ra gần sát với công suất thực tế, trong đó phương pháp P&O mờ thích nghi cho độ ổn định và đáp ứng nhanh hơn so với P&O kinh điển.

3. Ảnh hưởng của cường độ bức xạ và nhiệt độ: Đường đặc tính U-I và P-U của tấm pin thay đổi rõ rệt khi cường độ bức xạ giảm từ 1000 W/m² xuống 400 W/m², dòng ngắn mạch và công suất giảm tương ứng. Nhiệt độ tăng từ 15°C lên 40°C làm giảm điện áp hở mạch và công suất tối đa, ảnh hưởng đến điểm MPP.

4. Tính ổn định của thuật toán MPPT: Thuật toán P&O mờ thích nghi giảm thiểu dao động điện áp và công suất so với P&O kinh điển, giúp hệ thống vận hành ổn định hơn trong điều kiện biến đổi bức xạ thực tế.

Thảo luận kết quả

Kết quả mô phỏng cho thấy sự phù hợp cao giữa mô hình và dữ liệu thực tế, khẳng định tính khả thi của việc ứng dụng các thuật toán MPPT trong điều khiển hệ thống điện mặt trời. Sự biến đổi của cường độ bức xạ và nhiệt độ là nguyên nhân chính làm thay đổi điểm MPP, do đó việc sử dụng thuật toán MPPT thích nghi là cần thiết để duy trì hiệu suất tối ưu.

So với các nghiên cứu trong ngành, kết quả này tương đồng với các báo cáo về hiệu quả của thuật toán P&O mờ thích nghi trong việc giảm thiểu dao động và tăng độ ổn định. Việc mô phỏng trên Matlab Simulink cung cấp công cụ hữu ích để đánh giá và tối ưu hóa hệ thống trước khi triển khai thực tế.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ đường đặc tính U-I, P-U dưới các điều kiện bức xạ và nhiệt độ khác nhau, cũng như bảng so sánh công suất thực tế và mô phỏng theo thời gian, giúp minh họa rõ ràng hiệu quả của từng thuật toán MPPT.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Ứng dụng thuật toán P&O mờ thích nghi trong điều khiển MPPT: Đề nghị các đơn vị vận hành hệ thống điện mặt trời áp dụng thuật toán này để nâng cao độ ổn định và hiệu suất khai thác năng lượng, đặc biệt trong điều kiện biến đổi khí hậu và bức xạ không ổn định.

2. Mở rộng mô phỏng và thử nghiệm thực tế: Khuyến nghị thực hiện các nghiên cứu mở rộng với các hệ thống công suất lớn hơn và đa dạng điều kiện môi trường nhằm đánh giá toàn diện hiệu quả thuật toán MPPT trong thực tế.

3. Đào tạo và nâng cao năng lực kỹ thuật: Tổ chức các khóa đào tạo cho kỹ sư và nhân viên vận hành về các thuật toán điều khiển MPPT và kỹ thuật mô phỏng hệ thống điện mặt trời để nâng cao chất lượng vận hành và bảo trì.

4. Phát triển phần mềm giám sát và điều khiển thông minh: Đề xuất phát triển hoặc tích hợp các phần mềm giám sát năng lượng có khả năng thu thập dữ liệu thời gian thực và điều chỉnh thuật toán MPPT tự động nhằm tối ưu hóa hiệu suất hệ thống.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Sinh viên và nghiên cứu sinh ngành Kỹ thuật điện và Năng lượng tái tạo: Luận văn cung cấp kiến thức chuyên sâu về cấu tạo, nguyên lý hoạt động và thuật toán điều khiển hệ thống điện mặt trời, hỗ trợ học tập và nghiên cứu.

2. Kỹ sư thiết kế và vận hành hệ thống điện mặt trời: Tài liệu giúp hiểu rõ về các thuật toán MPPT và cách mô phỏng hệ thống, từ đó áp dụng hiệu quả trong thiết kế và vận hành thực tế.

3. Các nhà quản lý và hoạch định chính sách năng lượng: Cung cấp thông tin về tiềm năng và hiệu quả khai thác năng lượng mặt trời tại Việt Nam, hỗ trợ xây dựng chính sách phát triển năng lượng tái tạo.

4. Doanh nghiệp và nhà đầu tư trong lĩnh vực năng lượng tái tạo: Giúp đánh giá hiệu quả kỹ thuật và kinh tế của các giải pháp điều khiển hệ thống điện mặt trời, từ đó đưa ra quyết định đầu tư hợp lý.

Câu hỏi thường gặp

1. MPPT là gì và tại sao cần sử dụng trong hệ thống điện mặt trời?
   MPPT (Maximum Power Point Tracking) là thuật toán giúp tìm điểm công suất cực đại của tấm pin mặt trời để tối ưu hóa lượng điện năng thu được. Do đặc tính của pin thay đổi theo bức xạ và nhiệt độ, MPPT giúp hệ thống vận hành hiệu quả hơn, tránh lãng phí năng lượng.

2. Phương pháp P&O mờ thích nghi khác gì so với P&O kinh điển?
   P&O mờ thích nghi kết hợp thuật toán P&O với bộ điều khiển logic mờ (FLC), giúp điều chỉnh bước thay đổi điện áp linh hoạt hơn, giảm dao động và tăng độ ổn định khi điều kiện môi trường thay đổi, cải thiện hiệu suất hệ thống.

3. Tại sao nhiệt độ ảnh hưởng đến hiệu suất pin mặt trời?
   Nhiệt độ cao làm giảm điện áp hở mạch và công suất tối đa của pin mặt trời do ảnh hưởng đến đặc tính bán dẫn, dẫn đến giảm hiệu suất chuyển đổi năng lượng. Vì vậy, quản lý nhiệt độ là yếu tố quan trọng trong thiết kế hệ thống.

4. Mô phỏng trên Matlab Simulink có ưu điểm gì?
   Matlab Simulink cho phép mô phỏng chi tiết các thành phần và thuật toán điều khiển của hệ thống điện mặt trời, giúp đánh giá hiệu quả và tối ưu hóa thiết kế trước khi triển khai thực tế, tiết kiệm chi phí và thời gian thử nghiệm.

5. Làm thế nào để nâng cao hiệu quả khai thác năng lượng mặt trời tại Việt Nam?
   Ngoài việc áp dụng các thuật toán MPPT tiên tiến, cần đầu tư phát triển hạ tầng, đào tạo nhân lực, chính sách hỗ trợ phát triển năng lượng tái tạo và nâng cao nhận thức cộng đồng về lợi ích của năng lượng sạch.

Kết luận

• Luận văn đã khảo sát và mô phỏng thành công hệ thống điện mặt trời công suất 15 kW tại Thư viện Khoa Công Nghệ, Đại học Cần Thơ, sử dụng hai thuật toán MPPT P&O và P&O mờ thích nghi.

• Kết quả mô phỏng phù hợp với dữ liệu thực tế, xác nhận tính hiệu quả và ổn định của thuật toán P&O mờ thích nghi trong điều kiện biến đổi bức xạ và nhiệt độ.

• Nghiên cứu góp phần nâng cao hiểu biết về cấu tạo, nguyên lý hoạt động và điều khiển hệ thống điện mặt trời, hỗ trợ phát triển năng lượng tái tạo tại Việt Nam.

• Đề xuất áp dụng thuật toán P&O mờ thích nghi trong vận hành thực tế, đồng thời mở rộng nghiên cứu và đào tạo kỹ thuật liên quan.

• Các bước tiếp theo bao gồm thử nghiệm thực tế mở rộng, phát triển phần mềm giám sát thông minh và nâng cao năng lực kỹ thuật cho đội ngũ vận hành.

Hành động ngay: Các đơn vị nghiên cứu và vận hành hệ thống điện mặt trời nên áp dụng kết quả nghiên cứu để tối ưu hóa hiệu suất và thúc đẩy phát triển bền vững năng lượng tái tạo tại Việt Nam.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1: Tổng quan về hệ thống điện mặt trời hoạch tăng khả năng sản xuất điện mặt trời gấp 25 lần trong vòng 7 năm, đồng thời biến năng lượng mặt trời thành nguồn năng lượng lớn thứ hai của quốc gia với công suất lên đên 100 GW. Đến tháng 9/2016, Ấn Độ đưa vào vận hành nhà máy điện mặt trời lớn nhất thế giới với công suất lên đến 648 MW. Tính đến đầu năm 2017, nước này đã sản xuất được 10 GW điện mặt trời. Theo Cơ quan Năng lượng quốc gia Trung Quốc (NEA), hiện nay tổng công suất điện mặt trời cả nước đạt 106,9 tỷ kWh (số liệu cập nhật đến tháng 11/2017), tăng 4,8% so với cùng kỳ năm 2016 và chiếm 7,5% tổng các nguồn năng lượng quốc gia.

Theo NEA cho hay, nguồn điện mặt trời nói trên tương đương với 33 triệu tấn than đá và điều quan trọng hơn là nó đã giúp Trung Quốc cắt giảm được tới 93 triệu tấn khí thải carbon dioxide (CO2) ra môi trường. Nhật Bản, sau thảm họa sóng thần và sự cố nhà máy điện hạt nhân tại Fukushima năm 2011, Chính phủ nước này đã quyết định thay đổi cơ cấu nguồn điện: dừng vận hành một số nhà máy điện hạt nhân, tập trung phát triển nhiệt điện và năng lượng tái tạo. Năm 2013, Nhật Bản bắt đầu khai thác nguồn năng lượng mặt trời với nhà máy điện mặt trời khổng lồ xây dựng trên biển, sản xuất đủ điện cho khoảng 22.000 hộ gia đình. Sau một thời gian phát triển, theo số liệu của Bộ kinh tế, Thương mại và Công nghiệp Nhật Bản (METI) hiện nay nguồn năng lượng mặt trời chiếm khoảng 4,5% tổng sản lượng điện ở Nhật Bản.

Dự kiến, nguồn điện tái tạo này có thể đại diện cho 12% hỗn hợp điện của Nhật Bản vào năm 2030. Xét đến khu vực Đông Nam Á, với lượng bức xạ mặt trời hàng năm trong khu vực dao động từ 1. Chính vì thế, triển vọng phát triển ở khu vực này là rất lớn. Tình hình khai thác và sử dụng năng lượng Mặt Trời ở Việt Nam Theo hiệp hội Năng lượng sạch Việt Nam, nước ta là một trong những quốc gia có tiềm năng rất lớn trong việc phát triển điện Mặt Trời.

Theo số liệu thống kê, tổng bức xạ năng lượng mặt trời ở Việt Nam vào khoảng 5 kWh/m 2/ngày ở các tỉnh miền Trung và miền Nam. Ngoài ra nước ta còn có số giờ nắng trong năm cao so với các nước trung khu vực, trung bình khoảng 1500 – 1700 giờ ở miền Bắc và khoảng 2000 – 2600 giờ mỗi năm ở miền Nam và miền Trung. Tuy nhiên, việc khai thác vẫn chưa xứng với tiềm năng. SVTH:Trần Văn Khang 4 Tieu luan Chương 1: Tổng quan về hệ thống điện mặt trời Ở nước ta, Tập đoàn Điện lực Việt Nam (EVN) là một trong những đơn vị đi đầu trong việc khai thác và sử dụng nguồn năng lượng mặt trời.

Dự án điện Mặt Trời được nối lưới đầu tiên là Nhà máy quang năng An Hội (Côn Đảo, Bà Rịa – Vũng Tàu). Dự án được triển khai từ giữa tháng 03/2014 và hoàn thành xây dựng lắp đặt và đấu nối vào lưới điện của Điện lực Côn Đảo vào đầu tháng 12/2014 với công suất 36kWp, điện lượng hơn 50 MWh. Hiện nay cả nước có khoảng 30 nhà đầu tư bắt đầu xúc tiến lập các dự án điện Mặt trời có công suất từ 20 MW đên trên 300 MW tại một số địa phương, tập trung chủ yếu ở khu vực miền Trung. Trong đó đáng chú ý nhất là hai dự án có quy mô lớn được khởi công tại tỉnh Ninh Thuận.

Dự án thứ nhất là nhà máy điện Mặt Trời BIM gồm ba tổ hợp: nhà máy điện BIM 1, BIM 2, BIM 3. Nhà máy điện BIM 1 được khởi công ngày 23/01/2018 sẽ lắp đặt 90.000 tấm pin năng lượng Mặt Trời trên diện tích 35 ha với khả năng sản xuất khoảng 50 triệu kWh điện. Dự án thứ hai là nhà máy điện Mặt Trời Hồ Bầu Ngứ, sẽ lắp đặt 162. Tính tới tháng 4/2018, Bộ Công Thương đã phê duyệt hơn 70 dự án với tổng công suất trên 3000 MW, các dự án dự kiến đưa vào vận hành trước tháng 6/2019.

Theo số liệu của tập đoàn điện lực Việt Nam (EVN) có gần 100 nhà máy điện mặt trời trên cả nước sẽ đi vào vậnHình hành1.4: Bản đồmại thương bức xạ toànngày trước phần theo chiều ngang 30/06/2019, trunghưởng nhằm mứcnăm bình hàng giá của điệnViệt ưu đãi Nam của Chính phủ. Trong quy hoạch điện mới nhất, Việt Nam đã điều chỉnh mục tiêu phát triển nguồn điện mặt trời vào năm 2020 là 850 MW, năm 2050 là 4.000 MW và đến năm 2030 là 12. Tại Nam Bộ nói chung và khu vực đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL) nói riêng với điều kiện địa lý, khí hậu thuận lợi,… có tiềm năng rất lớn trong việc khai thác và sử dụng nguồn năng lượng Măt Trời. ĐBSCL với khí hậu nhiệt đới gió mùa, phân hóa thành hai mùa rõ rệt.

Mỗi năm, vùng đồng bằng này nhận trung bình 2.500 giờ nắng, với lượng bức xạ Mặt Trời trung bình ngày khoảng 4,3 – 4,9 kWh/m2.1: Số liệu về bức xạ mặt trời tại các vùng miền ở nước ta Cường độ BXMT Vùng Số giờ nắng trong năm (kW/m2, ngày) Đông Bắc 1600 – 1750 3,3 – 4,1 Tây Bắc 1750 – 1800 4,1 – 4,9 Bắc Trung Bộ 1700 – 2000 4,6 – 5,2 Nam Bộ 2000 – 2600 4,3 – 4,9 Trung bình cả nước 1700 – 2500 4,6 SVTH:Trần Văn Khang 5 Tieu luan Chương 1: Tổng quan về hệ thống điện mặt trời 1. Nội dung đề tài Tên đề tài: Khảo sát và mô phỏng hệ thống điện mặt trời tại Thư viện khoa Công Nghệ. Phương pháp thực hiện đề tài: ‒ Trao đổi thảo luận với cán bộ hướng dẫn đề tài. ‒ Tìm hiểu, tổng hợp kiến thực đã được học; tham khảo sách giáo khoa, các tài liệu chuyên ngành và các bài báo liên quan đến các vấn đề trong đề tài để nắm được những cơ sở lý thuyết.

‒ Mô phỏng và kiểm chứng trên phần mềm Matlab Simulink. Nội dung đề tài: ‒ Tìm hiểu cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hệ thống điện Mặt Trời tại Thư viện Khoa Công Nghệ với các thành phần: tấm pin Mặt Trời, bộ tăng áp DC/DC, bộ nghịch lưu DC/AC, tải và các bộ điều khiển. ‒ Khảo sát hệ thống và mô phỏng hệ thống bằng cả hai phương pháp P&O và P&O mờ thích nghi trên phần mềm Matlab Simulink từ đó rút ra nhận xét về tính ổn định của hệ thống khi sử dụng cả hai phương pháp. Mục tiêu đặt ra: ‒ Tìm hiểu và nắm được nguyên lý hoạt động của các thành phần của hệ thống điện Mặt Trời tại Thư viện Khoa Công Nghệ.

‒ Kiểm chứng được hoạt động của hệ thống bằng cách thực hiện mô phỏng trên Matlab Simulink, giả lập các trường hợp CĐBX thay đổi từ đó đánh giá độ ổn định của bộ điều khiển MPPT khi sử dụng cả hai phương pháp P&O và P&O mờ thích nghi đối với hệ thống ĐMT tại Thư viện Khoa Công Nghệ. SVTH:Trần Văn Khang 6 Tieu luan Chương 2: Cấu tạo và hoạt động của hệ thống điện mặt trời CHƯƠNG 2 CẤU TẠO VÀ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN MẶT TRỜI 2. Pin mặt trời (Solar panel) 2. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động PMT hay còn gọi là pin quang điện là thiết bị ứng dụng hiệu ứng quang điện trong lớp bán dẫn (hiện tượng quang điện trong - quang dẫn) để tạo ra dòng điện một chiều khi được chiếu sáng.1: Các tấm pin mặt trời PMT có cấu tạo như một diode bán dẫn gồm có hai lớp bán dẫn n và p tiếp xúc với nhau.

Khi hai lớp bán dẫn tiếp xúc nhau, do sự chênh lệch về mật độ các hạt dẫn nên các điện tử sẽ khuếch tán từ bán dẫn n sang p và lỗ trống khuếch tán ngược lại từ bán dẫn p sang n. Khi chiếu sáng lớp tiếp xúc p – n, cặp điện tử - lỗ trống được tạo thành và dưới tác dụng của điện trường tiếp xúc E tạo thành một sức điện động quang điện. Nguyên lý hoạt động của PMT chính là dựa vào hiện tượng quang điện xảy ra trên lớp tiếp xúc p – n. SVTH:Trần Văn Khang 8 Tieu luan Chương 2: Cấu tạo và hoạt động của hệ thống điện mặt trời Hình 2.2: Cấu tạo của pin Mặt trời Vật liệu chủ yếu để sản xuất PMT và các thiết bị bán dẫn khác chủ yếu là các silic tinh thể.

PMT làm từ silic được chia thành 3 loại [1]: ‒ Đơn tinh thể: là các module sản xuất dựa trên quá trình Czochralski, có hiệu suất tới 16%. Chúng thường rất đắt tiền do được cắt từ các thỏi hình ống, các tấm đơn tinh thể này có mặt trống ở góc nối các module. ‒ Đa tinh thể làm từ các thỏi đúc từ silic nung chảy, được làm nguội và làm rắn. Các pin này thường rẻ hơn các đơn tinh thể nhưng hiệu suất kém hơn.

‒ Dải silic tạo từ các miếng phim mỏng từ silic nóng chảy và có cấu trúc đa tinh thể. Loại này có hiệu suất thấp nhất do không cắt thỏi silicon. Các đặc trưng của pin mặt trời Sơ đồ tương đương của tấm PMT gồm có dòng quang điện I ph, diode D, điện trở dòng rò Rsh và điện trở nối tiếp Rs. IPV Rsh Iph Rsh UU PV h Hình 2.3: Sơ đồ tương đương của pin Mặt Trời SVTH:Trần Văn Khang 9 Tieu luan Chương 2: Cấu tạo và hoạt động của hệ thống điện mặt trời Dòng điện ra của tấm PMT được mô tả bằng công thức sau [2]: q(U PV + RS I PV ) U PV + R S I PV I =n p I ph −n p I s [exp −1]−n p AnkTns n s R sh (2.5) Trong đó: IPV: là dòng điện của chuỗi tấm PMT (A) Iph: là dòng quang điện phát ra (A) Is: là dòng điện bão hòa của diode (A) UPV: là điện áp của dãy tấm PMT (V) Ω Rs: là điện trở nối tiếp ( ) Ω Rsh: là điện trở shunt ( ) nP: là số tấm PMT mắc song song nS: là số tấm PMT mắc nối tiếp q: là điện tích electron (1.6x10-19 C) A: là hệ số lý tưởng của diode k: hằng số Boltzman (1.