Chương 1.Tổng quan Bảng 1.2: Thị trường tiêu thụ năng lượng Thế giới 2006-2030 (nghìn triệu triệu BTU. [35] Lưu ý: Tổng số có thể không bằng tổng của các thành phần do làm tròn độc lập. Nguồn: Cục Quản lýThông tin Năng lượng (EIA), Năng lượng quốc tế hàng năm 2006 (tháng sáu-tháng 12 năm 2008). Dự báo: đánh giá tác động môi trường, Năng lượng Thế giới Dự Plus (2009).
Nguyễn Thanh Phương 6 HVTH: Lê Ngọc Phương Bình LVTN Chương 1.Tổng quan Hình 1.2: Tổng số năng lượng tiêu thụ thế giới vào năm 1980 - 2030. Nguồ n: Energy Information Administration (EIA) 2009.[35] Để bù đắ p la ̣i sự thiế u hu ̣t năng lươ ̣ng này Quang điện được coi như là một nguồ n năng lươ ̣ng thay thế tiề m năng ở nhiều quố c gia nhờ cường đô ̣ bức xa ̣ mă ̣t trời cao và số giờ nắ ng trong năm nhiề u. Các công nghệ khai thác hệ thống quang điện cũng được mở rô ̣ng nhanh chóng với vai trò ngày càng tăng nhằ m cung cấp các nguồn năng lươ ̣ng không gây ô nhiễm, giá rẻ và an toàn. Các ứng dụng của hê ̣ thố ng quang điê ̣n bao gồm bơm nước , hê ̣ thố ng lạnh và lưu trữ vắc -xin, điều hòa nhiệt độ, ánh sáng, xe điện, nhà máy điện PV, quân sự và các ứng dụng không gian … (a) Bơm NLMT (b) Đèn giao thông NLMT GVHD: TS.
Nguyễn Thanh Phương 7 HVTH: Lê Ngọc Phương Bình LVTN Chương 1.Tổng quan (c) NLMT ở vùng ít người (d) NLMT ở các sân thi đấ u Hình 1.3: Một số ứng dụng của pin mặt trời. Tiề m năng năng lƣơ ̣ng mă ̣t trời ở Viêṭ Nam Việt Nam nằm trong khu vực có cường độ ánh sáng mặt trời trung bình khá cao, có nhiều lợi thế về sử dụng năng lượng mặt trời. với cường đô ̣ bức xạ mặt trời trung bình đạt 4 đến 5 kWh/m2 mỗi ngày. Các khu vực có cường độ ánh sáng cao phải kể đến khu vực phía nam có những khu vực cường đô ̣ ánh sáng lên đế n 5 kWh/m2 thời gian có nắ ng lên đế n 7000 h/năm.
Như vâ ̣y có thể nói ở khu vực nam trung bô ̣ và gầ n như toàn bô ̣ khu vực phiá nam là nơi thuâ ̣n lơ ̣i để khai thác tiề m năng năng lươ ̣ng mă ̣t trời. Các khu vực còn la ̣i như ở phiá bắ c do điề u kiê ̣n khí hâ ̣u 4 mùa thay đổi do đó thời gian có nắng ở khu vực này không cao , cường đô ̣ ánh sáng là trung bình thấp , chỉ có một vài tháng hè có cường độ ánh sáng cao nhưng tính thời giant rung bình có nắ ng trong năm la ̣i thấ p do đó ở các khu vực này khó sử dụng pin quang điện hơn , nế u có sử du ̣ng thì sản lươ ̣ng điê ̣n thu đươ ̣c cũng không cao do đó tiń h hiê ̣u quả kinh tế sẽ thấ p. Nguyễn Thanh Phương 8 HVTH: Lê Ngọc Phương Bình LVTN Chương 1.Tổng quan Hình 1.4: Phân bố tổng số giờ nắng 3 tháng 1, 2, 3 năm 2011.5: Bức xạ mặt trời tại ba thành phố tiêu biểu năm 2009. Nguyễn Thanh Phương 9 HVTH: Lê Ngọc Phương Bình LVTN Chương 1.
Các phƣơng pháp dò tìm điểm cực đại đang đƣợc áp dụng Tuy nhiên, ở thời điểm hiện tại giá thành pin mặt trời còn khá cao. Công suất phát ra bởi pin mặt trời lại phụ thuộc trực tiếp vào cường đô ̣ bức xạ , nhiệt độ và điều kiện thời tiết. Đặc tính P_V và V_I của pin mặt trời lại không tuyến tính. I, P P=PR Công suất ISC Dòng điện IR Điểm công suất P=0 cưc đại (MPP) V 0 VR VOC Hình 1.6: Đường đặc tuyến I,P_V của pin quang điện.
[1] Trên đường đặc tuyến đó tồn tại một điểm làm việc cực đại (MPP- Maximum power point) mà ở đó công suất phát ra của pin mặt trời là lớn nhất. Nhưng điểm này không phải là hằng số, chúng luôn thay đổi theo nhiệt độ và bức xạ. Vì vậy, dò tìm điểm làm việc cực đại của pin mặt trời (MPPT - Maximum power point tracking) phải được sử dụng để đưa pin mặt trời luôn làm việc tại điểm này, nhằm nâng cao hiệu suất của pin mặt trời. Có nhiều phương pháp điều khiển khác nhau để dò tim ̀ điể m cực đa ̣i của hê ̣ thố ng quang điê ̣n, nhưng điểm khác nhau giữa các phương pháp là hiệu suất và giá thành.
Dưới đây là một số phương pháp điều khiển hiện đại đang được áp dụng trong thực tế: Phƣơng pháp P & O (Pertub and Observe): P & O là một trong những phương pháp MPPT được sử dụng phổ biến nhất vì đơn giản và dễ thực hiện. P & O hoạt động tốt khi thay đổi bức xạ từ từ nhưng nó la ̣i hạn chế vì tốc độ phản ứng GVHD: TS. Nguyễn Thanh Phương 10 HVTH: Lê Ngọc Phương Bình LVTN Chương 1.Tổng quan chậm, luôn dao động xung quanh MPP kể cả trong trạng thái ổn định, và thậm chí dò tìm sai không theo kịp sự biến đổi nhanh chóng thay đổi điều kiện khí quyển. Phƣơng pháp InC (Incremental Conductance): Phương pháp này nhằ m khắ c phu ̣c nhươ ̣c điể m của phương pháp P & O là dò tìm dưới điề u kiê ̣n khí hâ ̣u biế n đổ i nhanh , ưu điể m của phương pháp này là xá c đinh ̣ đươ ̣c khi nào MPPT đ ạt đươ ̣c giá tri ̣cực đa ̣i (MPP).
Hơn nữa phương pháp InC có thể dò rấ t nhanh sự tăng hay giảm của các điề u kiê ̣n bức xa ̣ mă ̣t trời với đô ̣ chin ́ h xác cao hơn nhưng nhươ ̣c điể m của phương pháp này là phứ c ta ̣p, điề u này làm gia tăng thời gian tin ́ h toán và làm chậm tần số lấy mẫu của mảng PV. Phƣơng pháp điêṇ dung ký sinh (Prasitic Capacitance): Mục đích của phương pháp này là đưa vào các điê ̣n dung ký sinh đươ ̣c tính toán từ trước của các pin mă ̣t trời trong hê ̣ thố ng quang điê ̣n , điê ̣n dung ký sinh để triê ̣t tiêu các gơ ̣n của MPPT để xáo trô ̣n hê ̣ thố ng , nhươ ̣c điể m của phương pháp này là điê ̣n dung ký sinh trên mỗi modun rấ t nhỏ do đó phương pháp này chỉ phù hợp với các hệ thống quang điê ̣n lớn ở đó các chuỗi modun đươ ̣c kế t nố i song song. Hơn nữa bô ̣ biế n đổ i DC/DC có mô ̣t tu ̣ điê ̣n ngõ vào có thể thay đổ i dung lươ ̣ng dùng để lo ̣c các gơ ̣n nhỏ trong hê ̣ thố ng tu ̣ điê ̣n này phải được bảo vệ tránh các ảnh hưởng của điện dung ý dinh trong hê ̣ thố ng quang điê ̣n. Phƣơng pháp điề u khiể n điêṇ áp : Giả sử điện áp tại điểm phát ra công suất cực đa ̣i là U mpp là hàm tuyến tính của điện áp hở mạch U oc.
Bằng các thí nghiệm thực tế người ta nhâ ̣n ra rằ ng điê ̣n áp tai điể m làm viê ̣c cực đa ̣i U mpp thường dao đô ̣ng trong mô ̣t pha ̣m vi ̣nhấ t đinh ̣ so với điê ̣n áp hở ma ̣ch U oc, phạm vị này được khoanh vùng sau đó lâ ̣p triǹ h cho bô ̣ vi xử lý để điề u khiể n bô ̣ chuyể n đổ i DC -DC sao cho điê ̣n áp ra của hê ̣ thố ng quang điê ̣n nằ m trong vùng giá tri ̣này. Đây là phương pháp có ưu điể m là thiế t kế đơn giản nhưng hiê ̣u suấ t của phương pháp này là không cao. Phƣơng phá p FLC (Fuzzy Logic Controller): Khái niệm về Fuzzy Logic Controller (FLC) đã được đề xuất bởi giáo sư Lotfi Zadeh của trường Đại học California tại Berkeley vào năm 1965, ngay sau đó nó đã được chứng minh là một GVHD: TS. Nguyễn Thanh Phương 11 HVTH: Lê Ngọc Phương Bình LVTN Chương 1.Tổng quan sự lựa chọn tuyệt vời cho nhiều ứng dụng hệ thống kiểm soát.
Điề u khiể n logic mờ được dựa trên một hệ thống logic được gọi là logic mờ. Nó gần gũi hơn với tư duy của con người vì các biế n đầ u vào đươ ̣c mô tả dưới da ̣ng ngôn ngữ. Nó có lợi thế làm việc với các đầu vào không chính xác, không cần một mô hình toán học chính xác, và xử lý phi tuyến. Ngày nay, điều khiển logic mờ được sử dụng trong hầu hết các ngành của hệ thống ngành công nghiệp năng lượng và khoa học.
Mục tiêu của đề tài là nghiên cứu xây dựng mô hin ̀ h pin mă ̣t trời và các phương pháp dò tìm điểm làm việc cực đại của pin mặt trời. Định hƣớng của đề tài Với một số các ưu điểm kể trên của phương pháp FLC trong viê ̣c dò tim ̀ điể m làm việc cực đại của pin mặt trời. Do đó chúng tôi thực hiện đề tài: “ Tối ưu hóa công suất hệ thống pin mặt trời”. Nhiệm vụ luận văn - Xây dựng mô hình pin mặt trời, phân tích các đặc tuyến I-V, P-V của pin mặt trời.
- Phân tích sự phụ thuộc các đặc tính của pin mặt trời dưới các điều kiện môi trường. - Phân tích tính cần thiết của điểm làm việc cực đại của pin mặt trời. - Nghiên cứu các phương pháp trắc hướng tự động của pin mặt trời. - Nghiên cứu các giải thuật dò tìm điểm làm việc cực đại của pin mặt trời.
- Dùng phần mềm Matlab/Simulink nghiên cứu xây dựng mô hình pin mặt trời, xây dựng giải thuật dò tìm điểm làm việc cực đại. - Phân tích kết quả nghiên cứu của đề tài. - So sánh hiê ̣u suấ t của phương pháp FLC với phương pháp truyề n thố ng P&O. Kết quả mong muốn đạt đƣợc Mô phỏng và chứng minh hiê ̣u quả của phương pháp điề u khiể n logic mờ so với phương pháp đang đươ ̣c sử du ̣ng phổ biế n nhấ t hiê ̣n nay là phương pháp P & O.
Nguyễn Thanh Phương 12 HVTH: Lê Ngọc Phương Bình LVTN Chương 2. Cơ sở lý thuyết Chƣơng 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2. Pin quang điện 2.1 Cấ u ta ̣o của pin quang điêṇ Một lớp tiếp xúc bán dẫn p-n có khả năng biến đổi trực tiếp năng lượng bức xạ mặt trời thành điện năng nhờ hiệu ứng quang điện bên trong gọi là pin quang điên: Hình 2.1: Cấ u tạo đơn giản của pin quang điê ̣n.