Nghiên cứu các phương pháp nâng cao hiệu quả khai thác nguồn pin mặt trời

Năng lượng mặt trời đã trở thành một trong những nguồn năng lượng tái tạo quan trọng nhất trong bối cảnh khủng… 166 trang · Trường Đại Học Kỹ Thuật · 2023.

• Trường học: Trường Đại Học Kỹ Thuật
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Điện
• Đề tài: Nâng Cao Hiệu Quả Khai Thác Pin Mặt Trời: Các Phương Pháp Nghiên Cứu
• Loại tài liệu: luận án
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
• 1.1. Khái quát về nguồn pin mặt trời PVg phổ biến hiện nay
• 1.2. Cấu trúc chung của hệ thống khai thác nguồn pin mặt trời PVg
• 1.3. Tình hình nghiên cứu trên thế giới và trong nước về pin mặt trời
• 1.3.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới
• 1.3.2. Tình hình nghiên cứu trong nước
• 2. CHƯƠNG 2
• 3. CHƯƠNG 3
• 4. CHƯƠNG 4
• Kết luận chung của luận án và kiến nghị

Tóm tắt

I. Tổng quan về pin mặt trời

Năng lượng mặt trời đã trở thành một trong những nguồn năng lượng tái tạo quan trọng nhất trong bối cảnh khủng hoảng năng lượng toàn cầu. Hiệu quả khai thác năng lượng mặt trời phụ thuộc vào nhiều yếu tố, bao gồm công nghệ pin mặt trời, điều kiện môi trường và các phương pháp nghiên cứu hiện có. Các nghiên cứu hiện nay tập trung vào việc tối ưu hóa hiệu suất của pin mặt trời thông qua việc phát triển các mô hình toán học và thuật toán điều khiển. Việc tìm kiếm điểm công suất cực đại (MPP) là một trong những thách thức lớn nhất trong việc khai thác tối đa công suất từ pin mặt trời. Các phương pháp như P&O, INC và ESC đã được áp dụng để cải thiện khả năng tìm kiếm MPP, tuy nhiên, vẫn còn nhiều vấn đề cần giải quyết để đạt được hiệu quả tối ưu.

1.1. Công nghệ pin mặt trời

Công nghệ pin mặt trời hiện nay chủ yếu dựa trên các chất bán dẫn như Silicon và Germanium. Những chất này có khả năng chuyển đổi năng lượng bức xạ mặt trời thành điện năng thông qua hiệu ứng quang điện. Tuy nhiên, hiệu suất của pin mặt trời vẫn còn thấp so với tiềm năng của nó. Việc cải thiện hiệu suất này không chỉ phụ thuộc vào công nghệ sản xuất mà còn vào các phương pháp điều khiển và tối ưu hóa trong quá trình khai thác. Các nghiên cứu gần đây đã chỉ ra rằng việc điều chỉnh góc nghiêng của pin mặt trời có thể giúp tăng cường khả năng phát điện, mặc dù việc này có thể gây khó khăn trong việc triển khai quy mô lớn.

1.2. Phương pháp nghiên cứu năng lượng tái tạo

Các phương pháp nghiên cứu hiện nay chủ yếu tập trung vào việc phát triển các mô hình toán học cho pin mặt trời. Những mô hình này giúp xác định các thông số tại MPP và thiết lập các biện pháp điều khiển nhằm khai thác tối đa công suất. Việc áp dụng các thuật toán như Newton-Raphson và IB trong việc xác định thông số tại MPP đã cho thấy hiệu quả cao trong việc tối ưu hóa quá trình khai thác năng lượng. Hơn nữa, việc kết hợp các kỹ thuật điều khiển như SMC và AVC cũng đã được chứng minh là có thể nâng cao hiệu quả khai thác năng lượng từ pin mặt trời.

II. Tình hình nghiên cứu trên thế giới

Trên thế giới, các nghiên cứu về pin mặt trời đang diễn ra mạnh mẽ với nhiều phương pháp khác nhau nhằm nâng cao hiệu quả khai thác. Các nghiên cứu này không chỉ tập trung vào việc cải thiện công nghệ sản xuất mà còn vào việc phát triển các hệ thống điều khiển thông minh. Việc áp dụng các kỹ thuật như MPPT đã giúp tối ưu hóa quá trình khai thác năng lượng từ pin mặt trời. Các nghiên cứu cũng chỉ ra rằng việc kết hợp pin mặt trời với các nguồn năng lượng tái tạo khác như điện gió có thể tạo ra một hệ thống năng lượng bền vững hơn. Tuy nhiên, vẫn còn nhiều thách thức trong việc quản lý và điều tiết năng lượng trong các hệ thống này.

2.1. Các phương pháp tối ưu hóa

Nhiều phương pháp tối ưu hóa đã được đề xuất để nâng cao hiệu quả khai thác pin mặt trời. Các kỹ thuật như P&O, INC và ESC đã được áp dụng để tìm kiếm MPP một cách hiệu quả. Những phương pháp này giúp điều chỉnh điện áp và dòng điện của pin mặt trời để đạt được công suất tối đa. Tuy nhiên, việc áp dụng các phương pháp này trong điều kiện thực tế vẫn gặp nhiều khó khăn do sự biến đổi của các yếu tố môi trường như nhiệt độ và bức xạ mặt trời.

2.2. Tình hình nghiên cứu trong nước

Tại Việt Nam, nghiên cứu về pin mặt trời cũng đang được quan tâm. Các nghiên cứu chủ yếu tập trung vào việc phát triển các phương pháp điều khiển và tối ưu hóa hiệu suất của hệ thống khai thác pin mặt trời. Một số nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc áp dụng các kỹ thuật như P&O và FL có thể giúp nâng cao hiệu quả khai thác năng lượng. Tuy nhiên, vẫn cần nhiều nghiên cứu hơn nữa để phát triển các mô hình toán học và thuật toán điều khiển phù hợp với điều kiện thực tế tại Việt Nam.

Nội dung chính

Tổng quan luận án

Tính cấp thiết và khoảng trống nghiên cứu

Trong bối cảnh các nguồn năng lượng truyền thống như than đá, dầu khí, thủy điện ngày càng cạn kiệt và gây phát thải ô nhiễm môi trường, việc khai thác các nguồn năng lượng tái tạo, đặc biệt là năng lượng mặt trời (nguồn pin mặt trời - PVg), đang gia tăng mạnh mẽ trên quy mô toàn cầu. Nguồn pin quang điện sở hữu các đặc tính vận hành như không gây tiếng ồn, khả năng lắp đặt phân tán linh hoạt ngay tại các khu dân cư và hòa vào lưới điện cục bộ. Tuy nhiên, hiệu suất chuyển đổi năng lượng của pin mặt trời còn thấp và giá thành đầu tư ban đầu tương đối cao. Do đó, bài toán nâng cao hiệu quả khai thác công suất cực đại (Maximum Power Point Tracking - MPPT) và tối ưu hóa cấu trúc điều khiển các bộ biến đổi (BBĐ) công suất đóng vai trò then chốt trong kỹ thuật điều khiển hệ thống năng lượng tái tạo.

Khoảng trống nghiên cứu được tác giả luận án chỉ ra bao gồm:

1. Các nghiên cứu hiện hữu về tìm điểm công suất cực đại (MPP) chưa giải quyết trọn vẹn việc khai thác tối đa công suất ở điều kiện vận hành bất kỳ dựa trên một mô hình toán học đầy đủ của PVg.
2. Trước đây, các thiết bị đo bức xạ mặt trời ($G$) và nhiệt độ tiếp giáp p-n ($T$) có giá thành cao, chưa phổ biến và chưa phù hợp với từng chủng loại PVg.
3. Mô hình toán học của PVg phục vụ cho mô phỏng và thực nghiệm còn bị giản lược, thiếu vắng các tham số ẩn nội tại (như điện trở nối tiếp $R_S$, điện trở song song $R_p$, dòng bão hòa $I_0$, điện áp nhiệt $V_t$) và đặc biệt là bỏ qua sự phụ thuộc phi tuyến của hệ số lý tưởng diode $n$ vào nhiệt độ $T$.

Đề tài "Nghiên cứu một số phương pháp nâng cao hiệu quả khai thác nguồn pin mặt trời" được thực hiện nhằm hoàn thiện mô hình giải tích, nhận dạng chính xác thông số tại MPP và thiết lập các giải pháp điều khiển bám công suất cực đại trong mọi điều kiện vận hành thực tế.

Mục tiêu nghiên cứu

Mục đích chính của luận án là hoàn thiện mô hình toán học đầy đủ cho nguồn pin mặt trời, xây dựng giải pháp xác định chính xác các thông số tại MPP, từ đó thiết lập các giải thuật điều khiển nhằm khai thác tối đa công suất phát của PVg trong mọi điều kiện vận hành thực tế khi có sự biến thiên ngẫu nhiên của bức xạ mặt trời ($G$) và nhiệt độ ($T$).

Trọng tâm nghiên cứu của luận án được cụ thể hóa thành 5 nhiệm vụ:

1. Nghiên cứu áp dụng phương pháp Newton-Raphson để xác định các thông số ẩn của PVg từ thông số do nhà sản xuất cung cấp ở điều kiện tiêu chuẩn (STC).
2. Đề xuất kỹ thuật dò và chia đôi (Increment and Bisection - IB) để xác định chính xác thông số tại MPP và xác lập mối quan hệ phi tuyến giữa hệ số đặc trưng của diode $n$ với nhiệt độ lớp tiếp giáp p-n ($T$).
3. Kết hợp kỹ thuật IB trong bộ MPPT với kỹ thuật điều khiển trượt (Sliding Mode Control - SMC) hoặc điều khiển điện áp trung bình (Average Voltage Control - AVC) cho các bộ biến đổi DC/DC buck và DC/DC boost, đảm bảo bám đuổi MPP tại mọi thời điểm.
4. Hoàn thiện cấu trúc ghép nối lưới cho PVg và thực hiện điều khiển phát toàn bộ công suất khai thác được vào lưới điện xoay chiều.
5. Xây dựng cấu trúc mô phỏng trên phần mềm Matlab/Simulink và cài đặt thử nghiệm thuật toán điều khiển trên mô hình thiết bị phần cứng thực tế.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

• Đối tượng nghiên cứu: Cấu trúc hệ thống khai thác nguồn pin mặt trời làm từ chất bán dẫn cấu trúc tinh thể trong mạng điện phân tán công suất vừa và nhỏ.
• Phạm vi nghiên cứu: Giới hạn khảo sát trong điều kiện các cell của PVg là đồng nhất và làm việc trong điều kiện môi trường giống nhau (không xét đến trạng thái che khuất cục bộ không đồng đều hoặc hư hỏng cell).

---

Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án

Các hướng nghiên cứu trước đây

Tác giả đã hệ thống hóa các công trình nghiên cứu trong nước và quốc tế liên quan đến khai thác pin mặt trời theo các nhóm tiếp cận chính:

1. Nhóm kỹ thuật tìm MPP ngoại tuyến (Offline):

   • Kỹ thuật điện áp hằng (Constant Voltage - CV): Giả định điện áp tại MPP hầu như không đổi so với giá trị $V_{mpp}$ ở điều kiện STC [71], [77], [78]. Phương pháp này chỉ phù hợp khi điều kiện môi trường rất gần với STC.
   • Kỹ thuật điện áp hở mạch (Open Voltage - OV) và dòng điện ngắn mạch (Short Circuit - SC): Sử dụng các hệ số tỷ lệ $k_{VmppOV}$ hoặc $k_{ImppSC}$ nhân với giá trị $V_{OC}$ hoặc $I_{SC}$ đo được định kỳ qua việc đóng cắt mạch [30], [71], [77], [78]. Cách này gây gián đoạn cấp nguồn và tổn thất năng lượng khi đo.
   • Kỹ thuật nhiệt độ (Temp): Ước lượng $V_{mpp}$ dựa vào cảm biến nhiệt độ và hệ số suy giảm điện áp theo nhiệt độ ($C_{TV}$), bỏ qua ảnh hưởng của bức xạ $G$ [39], [71].
   • Kỹ thuật độ dốc tối ưu (Optimal Gradient - OG): Tìm kiếm cực trị dựa trên hàm giải tích công suất $p_{pv}(v_{pv})$ [53], nhưng gặp khó khăn khi giải đạo hàm do phải giản lược phương trình để giảm bớt tính đa biến.
   • Mạng nơ-ron nhân tạo (ANN): Sử dụng dữ liệu $(G, T)$ đã huấn luyện để nội suy điểm làm việc [21], [22], [24], [27], [71], [83]. Phương pháp đòi hỏi cấu hình phần cứng xử lý mạnh, bộ nhớ lớn và quy trình huấn luyện phức tạp cho từng loại panel.

2. Nhóm kỹ thuật tìm MPP trực tuyến (Online):

   • Kỹ thuật tạo nhiễu loạn và quan sát (Perturb and Observe - P&O), Điện dẫn gia tăng (Incremental Conductance - INC), Dò tìm cực trị (Extremum Seeking Control - ESC), Trọng lượng 3 điểm (Three-point Weight): Các giải pháp này chủ động thay đổi chu kỳ xung đóng cắt để thử phản ứng của hệ thống và đánh giá sự biến thiên công suất ($dp_{pv}/dv_{pv}$) hoặc điện dẫn ($di_{pv}/dv_{pv} + i_{pv}/v_{pv}$) [30], [32], [54], [68], [71], [72], [77], [78], [81], [82]. Nhược điểm căn bản là luôn tồn tại dao động công suất quanh điểm cực đại ở chế độ xác lập, gây tổn hao năng lượng liên tục.

3. Nhóm kỹ thuật lai và điều khiển phi tuyến:

   • Kết hợp Logic mờ (Fuzzy Logic - FL) với ANN hoặc P&O nhằm giảm biên độ dao động và thời gian đáp ứng [10], [24], [30], [71], [80], [85].
   • Ứng dụng điều khiển trượt (SMC) trực tiếp làm MPPT hoặc kết hợp SMC với P&O/ESC [38], [40], [41], [43], [57], [75], [76], [86], [104]. Các nghiên cứu này còn hạn chế khi giả định tổng trở tải không đổi hoặc vẫn giữ lại dao động từ lõi P&O.

4. Các nghiên cứu trong nước:

   • Các công trình của tác giả trong nước tập trung vào các giải thuật P&O, INC, SC, hoặc kết hợp logic mờ để chia vùng bước nhảy [1], [4], [7], [8], [10], [15]. Một số hướng đi nghiên cứu cấu trúc biến đổi công suất như biến đổi nguồn Z, biến đổi đa mức hoặc hệ lai gió - mặt trời - pin nhiên liệu [2], [5], [11], [14], [17], [18]. Các nghiên cứu này chủ yếu tập trung vào mạch lực và thuật toán điều khiển bộ biến đổi mà chưa đi sâu vào bản chất mô hình toán học giải tích của tấm pin.

Khoảng trống luận án lựa chọn giải quyết

Luận án định vị trọng tâm giải quyết các hạn chế tồn tại:

• Khắc phục sự dao động tổn hao công suất của nhóm kỹ thuật online bằng cách chuyển sang tiếp cận offline dựa trên phép đo chính xác $(G, T)$.
• Bổ sung thuật toán giải 5 tham số ẩn của pin ở điều kiện tiêu chuẩn bằng phương pháp số Newton-Raphson.
• Đề xuất giải thuật IB để tìm nghiệm MPP nhanh chóng mà không cần tính đạo hàm giải tích phức tạp.
• Xác lập mối quan hệ thực nghiệm chính xác giữa hệ số $n$ của diode và nhiệt độ $T$ bằng phương pháp bình phương cực tiểu, hoàn thiện mô hình toán học giải tích cho PVg.

---

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Mô hình toán học giải tích của pin mặt trời

Mô hình toán học một cell quang điện dựa trên mạch tương đương một diode gồm: nguồn dòng quang điện $I_{ph1}$, một diode tiếp giáp p-n mắc song song, điện trở nối tiếp $R_{S1}$ và điện trở song song $R_{p1}$. Phương trình Kirchhoff 1 tại nút cực pin:

$$i_{pv1} = I_{ph1} - I_{01}\left[\exp\left(\frac{v_{pv1} + i_{pv1}R_{S1}}{n V_{t1}}\right) - 1\right] - \frac{v_{pv1} + i_{pv1}R_{S1}}{R_{p1}}$$

Trong đó:

• $V_{t1} = \frac{kT}{q}$ là điện áp nhiệt lớp tiếp giáp ($k = 1.38 \times 10^{-23}\text{ J/K}$, $q = 1.6 \times 10^{-19}\text{ C}$).
• $n$ là hệ số lý tưởng của diode.
• $I_{01}$ là dòng bão hòa ngược.

Khi tổ hợp thành mô-đun hoặc mảng gồm $N_S$ cell nối tiếp và $N_p$ cell song song, các đại lượng tương đương được quy đổi theo quan hệ:

$$V_{mpp} = N_S V_{mpp1}, \quad I_{mpp} = N_p I_{mpp1}, \quad V_{OC} = N_S V_{OC1}, \quad I_{SC} = N_p I_{SC1}$$ $$V_t = N_S V_{t1}, \quad R_S = \frac{N_S}{N_p} R_{S1}, \quad R_p = \frac{N_S}{N_p} R_{p1}, \quad I_{ph} = N_p I_{ph1}, \quad I_0 = N_p I_{01}$$

Phương trình tổng quát cho một cấu trúc ghép bất kỳ:

$$i_{pv} = I_{ph} - I_0\left[\exp\left(\frac{v_{pv} + i_{pv}R_S}{n V_t}\right) - 1\right] - \frac{v_{pv} + i_{pv}R_S}{R_p}$$

Công suất phát tức thời: $p_{pv} = v_{pv} i_{pv}$.

Khung phương pháp tính toán và giải thuật

1. Phương pháp Newton-Raphson giải hệ phương trình phi tuyến: Thiết lập hệ 5 phương trình xác định 5 tham số ẩn ($I_{ph}, I_0, V_t, R_S, R_p$) ở điều kiện STC dựa trên 3 điểm đặc trưng:

   • Điểm ngắn mạch: $(v_{pv}=0, i_{pv}=I_{SC})$ và đạo hàm $\left.\frac{di_{pv}}{dv_{pv}}\right|{v{pv}=0, i_{pv}=I_{SC}} = -\frac{1}{R_p}$.
   • Điểm hở mạch: $(v_{pv}=V_{OC}, i_{pv}=0)$.
   • Điểm công suất cực đại MPP: $(v_{pv}=V_{mpp}, i_{pv}=I_{mpp})$ và đạo hàm $\left.\frac{dp_{pv}}{dv_{pv}}\right|_{MPP} = 0$. Hệ phương trình được giải lặp qua ma trận Jacobi: $X^{(i+1)} = X^{(i)} - J^{-1} F(X^{(i)})$.

2. Kỹ thuật dò và chia đôi (IB):

   • Quá trình 1: Quét dòng điện $I_j = j\Delta I$ trên đoạn $[0, I_{SC}]$ để xác định chính xác cặp $(v_{pv}(i), i_{pv}(i))$ thỏa mãn phương trình đặc tính.
   • Quá trình 2: Tăng điện áp với bước nhảy $\Delta V$ ở giai đoạn tiến và giảm bước nhảy còn $\Delta V/2$ ở giai đoạn chia đôi khi phát hiện điểm đổi chiều đạo hàm công suất qua việc quan sát trạng thái của 3 điểm kế tiếp.

3. Phương pháp bình phương cực tiểu (Least Squares Method): Xây dựng hàm thực nghiệm bậc 2 $n(T) = a + b(T - T_{stc}) + c(T - T_{stc})^2$ bằng cách tối thiểu hóa sai số giữa công suất tính toán giải tích và số liệu công bố trên datasheet của nhà sản xuất.

4. Kỹ thuật điều khiển mạch lực:

   • Điều khiển trượt (SMC): Xây dựng mặt trượt $S = {x \in \mathbb{R}^n \mid h(x) = 0}$, xác định tín hiệu điều khiển tương đương $u_{eq} = -\frac{L_f h}{L_g h}$ và chứng minh tính ổn định tiệm cận theo tiêu chuẩn Lyapunov.
   • Điều khiển điện áp trung bình (AVC): Tuyến tính hóa tín hiệu nhỏ quanh điểm cân bằng xác lập kết hợp phương pháp trung bình hóa mạch đóng cắt.

Nguồn dữ liệu và công cụ thực nghiệm

• Dữ liệu tấm pin thương mại: Mitsubishi MF165EB3 (đa tinh thể) và Schott-Germany SV-55 (đơn tinh thể).
• Cảm biến chuyên dụng: Cảm biến đo bức xạ mặt trời Vernier PYR-BTA (dải bước sóng $380 \div 1140\text{ nm}$), cảm biến nhiệt độ TempS gắn áp sát mặt sau panel.
• Môi trường tính toán và kiểm chứng: Phần mềm Matlab/Simulink mô phỏng mạch lực và thuật toán; hệ thống vi điều khiển/DSP kết nối mạch lực thực nghiệm quy mô nhỏ.

---

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan vấn đề nghiên cứu

Chương 1 trình bày nguyên lý phát điện quang điện của lớp tiếp xúc bán dẫn p-n, phân tích các yếu tố ảnh hưởng trực tiếp đến đường đặc tính phi tuyến $v_{pv}-i_{pv}$ và $v_{pv}-p_{pv}$. Tác giả tổng hợp cấu trúc tổng quát của hệ thống khai thác pin mặt trời kết nối lưới hoặc làm việc độc lập gồm: mảng PVg, bộ biến đổi DC/DC, thanh cái DC (DCbus), bộ nghịch lưu DC/AC, máy biến áp và phụ tải.

Nhóm kỹ thuật MPPT	Tên kỹ thuật	Cảm biến sử dụng	Đặc điểm chính
Offline	CV (Điện áp hằng)	1 cảm biến V	Giữ áp cố định, chỉ đúng gần STC
	OV / SC (Áp hở / Dòng ngắn)	1 cảm biến V hoặc I	Đóng cắt định kỳ, gây gián đoạn năng lượng
	Temp (Nhiệt độ)	1 cảm biến T	Tính $V_{mpp}$ theo nhiệt độ, bỏ qua bức xạ $G$
	OG (Độ dốc tối ưu)	Cảm biến G, T	Dò theo gradient, mô hình giải tích bị giản lược
	ANN (Mạng nơ-ron)	Cảm biến G, T	Cần tập mẫu huấn luyện lớn, tính toán nặng
Online	P&O / INC / ESC / 3 điểm	2 cảm biến V, I	Dò tìm liên tục, dao động quanh đỉnh công suất
Lai	ANN/FL kết hợp P&O	2 cảm biến V, I	Giảm bước nhảy gần đỉnh, vẫn dao động khi $G$ đổi

Chương 1 kết luận về sự cần thiết phải xây dựng một phương pháp offline mới dựa trên việc nhận dạng chính xác toàn bộ thông số ẩn của mô hình giải tích và đo trực tiếp $(G, T)$ để triệt tiêu dao động công suất.

Chương 2: Mô hình hóa đầy đủ và nhận dạng chính xác điểm công suất cực đại cho nguồn pin mặt trời

Chương 2 giải quyết trọn vẹn bài toán xác định 5 thông số ẩn ($I_{ph}, I_0, V_t, R_S, R_p$) tại STC ($G_{stc}=1000\text{ W/m}^2, T_{stc}=25^\circ\text{C}$) và xây dựng thuật toán IB để tìm MPP.

Thông số từ datasheet của hai panel nghiên cứu:

Thông số ở STC	Ký hiệu	Đơn vị	MF165EB3 (Mitsubishi)	SV-55 (Schott-Germany)
Dòng điện ngắn mạch	$I_{SC}$	A	7.45	3.45
Điện áp hở mạch	$V_{OC}$	V	30.5	21.6
Dòng điện tại MPP	$I_{mpp}$	A	6.95	3.10
Điện áp tại MPP	$V_{mpp}$	V	24.2	17.8
Công suất tại MPP	$P_{mpp}$	W	165.0	55.0
Hệ số nhiệt độ dòng	$C_{TI}$	$\text{mA/}^\circ\text{C}$ hoặc $%/^\circ\text{C}$	$+0.057%/^\circ\text{C}$	$+1.2\text{ mA/}^\circ\text{C}$
Hệ số nhiệt độ áp	$C_{TV}$	$\text{mV/}^\circ\text{C}$ hoặc $%/^\circ\text{C}$	$-0.347%/^\circ\text{C}$	$-79\text{ mV/}^\circ\text{C}$
Hệ số nhiệt độ công suất	$C_{TP}$	$%/^\circ\text{C}$	$-0.45%/^\circ\text{C}$	$-0.47%/^\circ\text{C}$

Kết quả tính toán 5 thông số ẩn bằng thuật toán Newton-Raphson ở STC:

Thông số ẩn tính toán	MF165EB3	SV-55
Dòng quang điện $I_{ph}$ (A)	7.451	3.450
Dòng bão hòa ngược $I_0$ (A)	$4.27 \times 10^{-8}$	$1.85 \times 10^{-7}$
Điện áp nhiệt $V_t$ (V)	1.832	1.345
Điện trở nối tiếp $R_S$ ($\Omega$)	0.281	0.412
Điện trở song song $R_p$ ($\Omega$)	452.3	387.6

Khi áp dụng kỹ thuật IB để xác định công suất cực đại tại STC, kết quả cho thấy độ chính xác đạt $99.88%$ đối với panel MF165EB3 ($P_{mpp}$ tính toán đạt $165.99\text{ W}$ so với $165.0\text{ W}$ datasheet) và đạt $100%$ đối với panel SV-55 ($P_{mpp}$ tính toán đạt $55.0\text{ W}$).

Khi quy đổi thông số sang điều kiện vận hành bất kỳ $(G, T)$, tác giả chỉ ra nếu giữ nguyên $n=1$ thì khi nhiệt độ $T$ tăng ($G=G_{stc}$ cố định), công suất tính toán giải tích sẽ tăng ngược chiều với thực tế vật lý. Do đó, phương pháp bình phương cực tiểu được sử dụng để xây dựng hàm số $n(T)$ dạng bậc hai:

• Đối với panel MF165EB3: $$n(T) = 1.0 - 0.0032(T - T_{stc}) + 0.000045(T - T_{stc})^2$$
• Đối với panel SV-55: $$n(T) = 1.0 - 0.0028(T - T_{stc}) + 0.000038(T - T_{stc})^2$$

Sau khi hiệu chỉnh hàm $n(T)$, kết quả tính toán $P_{mpp}$ khi nhiệt độ thay đổi từ $25^\circ\text{C}$ đến $65^\circ\text{C}$ hoàn toàn trùng khớp với đường đặc tính do nhà sản xuất công bố.

Chương 3: Thiết kế hệ thống điều khiển nguồn pin mặt trời theo mô hình đầy đủ

Chương 3 xây dựng cấu trúc điều khiển hoàn chỉnh cho hệ thống khai thác PVg:

1. Khối MPPT phía nguồn: Sử dụng thông tin bức xạ $G$ từ cảm biến PYR-BTA và nhiệt độ $T$ từ TempS đưa vào khối thuật toán IB để tính toán liên tục điểm đặt công suất cực đại $m_{ref}$ ($V_{mpp}$ hoặc $P_{mpp}$).
2. Bộ điều khiển DC/DC (phía PVg):
   • Phương pháp IB-SMC: Sử dụng mặt trượt công suất hoặc điện áp. Khi áp dụng cho bộ biến đổi Boost hoặc Buck, tín hiệu điều khiển đóng cắt $u \in {0, 1}$ được tạo ra trực tiếp nhằm ép trạng thái hệ thống trượt trên mặt $S=0$, đảm bảo tính bền vững cao trước biến động tải.
   • Phương pháp IB-AVC: Tuyến tính hóa mạch lực qua mô hình trung bình tín hiệu nhỏ, điều khiển điện áp đầu vào bộ biến đổi bám theo giá trị đặt $V_{mpp}$ với tần số đóng cắt cố định qua bộ điều chế PWM.
3. Bộ điều khiển DC/AC (phía lưới):
   • Cấu trúc điều khiển hai mạch vòng (mạch vòng ngoài ổn định điện áp DCbus $V_{dc}$, mạch vòng trong bám dòng điện lưới $i_g$).
   • Sử dụng vòng khóa pha (PLL) để trích xuất góc pha $\theta$ của điện áp lưới, điều khiển phát công suất tác dụng $P$ vào lưới và duy trì hệ số công suất theo yêu cầu.

Chương 4: Xây dựng mô hình thực nghiệm với quy mô nhỏ, đủ để kiểm chứng một số kết quả nghiên cứu

Nội dung chương 4 tập trung vào triển khai phần cứng thực nghiệm để kiểm chứng lý thuyết:

• Xây dựng sơ đồ đấu nối mạch lực gồm panel pin mặt trời thực tế, cảm biến bức xạ Vernier PYR-BTA gắn cùng mặt phẳng panel, cảm biến nhiệt độ TempS áp chặt ở mặt lưng panel nhằm hạn chế sai số bức xạ nhiệt trực tiếp.
• Ghép nối các khối đo lường dòng áp với vi điều khiển/card xử lý tín hiệu điều khiển các khóa bán dẫn của bộ biến đổi DC/DC.
• Cài đặt và thực thi thuật toán IB kết hợp bộ điều khiển AVC và SMC trên phần cứng thực tế.
• Kết quả thực nghiệm xác nhận hệ thống vận hành ổn định, bộ điều khiển bám nhanh và chính xác vào điểm $V_{mpp}$ khi bức xạ và nhiệt độ thay đổi, loại bỏ hiện tượng dao động công suất liên tục thường thấy ở giải thuật P&O truyền thống.

---

Kết quả và những đóng góp mới

Đóng góp về mặt lý luận và khoa học

1. Hoàn thiện mô hình toán học giải tích đầy đủ cho PVg: Xây dựng quy trình xác định 5 thông số ẩn ($I_{ph}, I_0, V_t, R_S, R_p$) bằng phương pháp Newton-Raphson chỉ dựa trên các dữ liệu cơ bản từ datasheet của nhà sản xuất, giúp mô hình hóa chính xác phản ứng của pin mặt trời ở bất kỳ chế độ làm việc nào.
2. Đề xuất kỹ thuật tìm MPP mới (Kỹ thuật IB): Bổ sung vào nhóm kỹ thuật offline giải thuật dò và chia đôi kết hợp quan sát trạng thái 3 điểm liên tiếp. Thuật toán có tốc độ hội tụ nhanh, độ chính xác cao ($99.88% \div 100%$) và giảm đáng kể khối lượng tính toán so với việc giải đạo hàm phi tuyến phức tạp.
3. Phát hiện và xác lập quy luật phi tuyến $n(T)$: Chứng minh hệ số lý tưởng diode $n$ biến thiên phi tuyến nghịch chiều với nhiệt độ $T$. Đề xuất công thức thực nghiệm bậc 2 $n(T)$ nhờ phương pháp bình phương cực tiểu, khắc phục hoàn toàn sai số tính toán công suất cực đại khi nhiệt độ môi trường thay đổi.

Đóng góp về mặt thực tiễn

1. Thiết kế giải pháp điều khiển IB-SMC và IB-AVC: Ứng dụng thành công kỹ thuật IB kết hợp điều khiển trượt và điều khiển điện áp trung bình cho các bộ biến đổi Buck và Boost, triệt tiêu tổn hao dao động công suất trong mạch lực.
2. Hoàn thiện cấu trúc ghép nối lưới: Thiết lập đồng bộ cấu trúc điều khiển phân tầng giữa bộ biến đổi DC/DC (khai thác tối đa MPP) và bộ biến đổi DC/AC (ổn định thanh cái DC và phát công suất hòa lưới).
3. Quy trình thực nghiệm cảm biến tin cậy: Đề xuất giải pháp đo nhiệt độ lớp tiếp giáp thực tế bằng cách bố trí cảm biến TempS ở mặt sau panel và sử dụng cảm biến bức xạ PYR-BTA dải bước sóng $(380 \div 1140)\text{ nm}$, đem lại giải pháp công nghệ giá thành hợp lý cho các hệ thống pin mặt trời phân tán.

Kiến nghị và đề xuất

• Ứng dụng mô hình toán học đầy đủ và thuật toán IB cho các hệ thống phát điện pin mặt trời phân tán quy mô vừa và nhỏ nối lưới điện hạ áp.
• Các nhà sản xuất thiết bị điều khiển MPPT nên tích hợp sẵn cổng đọc cảm biến bức xạ/nhiệt độ để chuyển đổi linh hoạt giữa chế độ dò tìm trực tuyến và mô hình giải tích offline chính xác cao.

---

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của luận án

• Các giải pháp đề xuất chỉ áp dụng cho trường hợp các cell của PVg là đồng nhất và làm việc trong điều kiện môi trường hoàn toàn giống nhau. Luận án chưa xét đến hiện tượng che khuất một phần (partial shading) gây ra nhiều điểm cực đại cục bộ (Local MPP).
• Mô hình và thuật toán được định hướng cho các hệ thống phân tán công suất vừa và nhỏ nhằm đảm bảo tính đồng đều nhiệt độ và bức xạ trên toàn bộ bề mặt mảng pin.
• Chưa đi sâu vào các giải pháp cơ khí tự động thay đổi góc nghiêng hay hệ thống làm mát cưỡng bức mặt sau panel do tính phức tạp và hiệu quả năng lượng bổ sung chưa tối ưu trong thực tế vận hành diện rộng.

Hướng nghiên cứu tiếp theo

• Mở rộng thuật toán giải tích cho trường hợp mảng pin bị che khuất một phần hoặc có sự suy giảm chất lượng không đồng đều giữa các module.
• Nghiên cứu tối ưu hóa thuật toán điều khiển phối hợp cho hệ thống vi lưới (microgrid) có tích hợp đa nguồn: pin mặt trời, turbine gió, pin lưu trữ và lưới điện phân phối.

---

Giá trị tham khảo

Luận án là tài liệu tham khảo hữu ích cho các nhóm đối tượng:

• Nghiên cứu sinh, học viên cao học, sinh viên ngành Kỹ thuật Điều khiển, Tự động hóa và Kỹ thuật Điện: Tham khảo phương pháp toán học áp dụng giải thuật Newton-Raphson giải hệ phương trình phi tuyến; nguyên lý thiết kế bộ điều khiển trượt (SMC) và điều khiển điện áp trung bình (AVC) cho bộ biến đổi công suất DC/DC.
• Giảng viên đại học: Sử dụng làm tài liệu giảng dạy, biên soạn giáo trình chuyên đề về mô hình hóa nguồn năng lượng tái tạo và điều khiển hệ thống điện mặt trời.
• Kỹ sư R&D thiết kế thiết bị năng lượng: Ứng dụng quy trình tính toán thông số ẩn từ datasheet để mô phỏng chính xác hệ thống PVg trước khi chế tạo; tham khảo cấu hình ghép nối cảm biến bức xạ PYR-BTA và cảm biến nhiệt độ TempS phục vụ chế tạo các bộ điều khiển nạp MPPT chuyên dụng.

---

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao tác giả phải xác định 5 thông số ẩn ($I_{ph}, I_0, V_t, R_S, R_p$) bằng phương pháp Newton-Raphson thay vì sử dụng trực tiếp số liệu từ datasheet?

Các nhà sản xuất pin mặt trời chỉ cung cấp các thông số kỹ thuật bên ngoài ở điều kiện tiêu chuẩn STC (như $I_{SC}, V_{OC}, I_{mpp}, V_{mpp}, P_{mpp}$ và hệ số nhiệt độ) mà không công bố các thông số vật lý bên trong mạch tương đương một diode ($I_{ph}, I_0, V_t, R_S, R_p$). Để mô phỏng chính xác phản ứng phi tuyến của pin khi bức xạ và nhiệt độ thay đổi, bắt buộc phải giải hệ 5 phương trình phi tuyến tại 3 điểm đặc biệt (ngắn mạch, hở mạch, MPP) để tìm 5 thông số ẩn này. Phương pháp Newton-Raphson được chọn nhờ tốc độ hội tụ nhanh và độ chính xác cao dựa trên ma trận đạo hàm riêng Jacobi.

2. Bản chất của kỹ thuật dò và chia đôi (IB) là gì và ưu điểm của nó so với các giải thuật MPPT truyền thống?

Kỹ thuật IB gồm hai quá trình: Quá trình 1 dùng phép lặp quét bước dòng $\Delta I$ trên đoạn $[0, I_{SC}]$ để tìm các cặp giá trị $(v_{pv}, i_{pv})$ trên đường đặc tính; Quá trình 2 quan sát sự dịch chuyển công suất của 3 điểm liên tiếp trên đường đặc tính $v_{pv}-p_{pv}$ với bước tăng $\Delta V$ ở giai đoạn tiến và giảm còn $\Delta V/2$ ở giai đoạn chia đôi. Kỹ thuật này giúp xác định chính xác đỉnh công suất mà không cần tính đạo hàm phi tuyến phức tạp, hội tụ nhanh và loại bỏ hoàn toàn hiện tượng dao động công suất tổn hao liên tục quanh đỉnh của các phương pháp P&O hay INC.

3. Tại sao luận án phải xây dựng hàm số $n(T)$ mô tả mối quan hệ giữa hệ số diode $n$ và nhiệt độ $T$?

Trong các nghiên cứu điều khiển trước đây, hệ số lý tưởng của diode $n$ thường được coi là hằng số ($n=1$). Tuy nhiên, tính toán giải tích cho thấy nếu giữ nguyên $n=1$, khi nhiệt độ $T$ tăng, công suất cực đại $P_{mpp}$ tính được sẽ tăng ngược chiều với số liệu thực tế trên datasheet. Bằng thuật toán IB và phương pháp bình phương cực tiểu, tác giả chứng minh $n$ biến thiên phi tuyến giảm dần khi $T$ tăng và thiết lập thành công hàm thực nghiệm bậc 2 $n(T)$, giúp kết quả mô phỏng trùng khớp với thực tế.

4. Luận án sử dụng những loại cảm biến nào để thu thập bức xạ mặt trời $G$ và nhiệt độ $T$ phục vụ điều khiển?

Tác giả sử dụng cảm biến bức xạ mặt trời Vernier PYR-BTA có dải bước sóng đo $(380 \div 1140)\text{ nm}$, phù hợp với phổ hấp thụ của pin mặt trời đa tinh thể với chi phí hợp lý. Đối với nhiệt độ, tác giả sử dụng cảm biến TempS gắn áp sát ở mặt sau của panel để đo nhiệt độ truyền dẫn từ lớp tiếp giáp, hạn chế tối đa ảnh hưởng sai số do nhiệt bức xạ trực tiếp từ mặt trời chiếu vào bề mặt cảm biến.

---

Kết luận

Luận án "Nghiên cứu một số phương pháp nâng cao hiệu quả khai thác nguồn pin mặt trời" đã giải quyết một cách có hệ thống bài toán hoàn thiện mô hình toán học giải tích và tối ưu hóa điều khiển bám điểm công suất cực đại cho nguồn pin quang điện. Bằng việc ứng dụng thuật toán Newton-Raphson giải 5 thông số ẩn, đề xuất kỹ thuật dò và chia đôi IB, cùng hàm hiệu chỉnh nhiệt độ $n(T)$ theo phương pháp bình phương cực tiểu, công trình đã xác lập cơ sở khoa học vững chắc để nhận dạng chính xác thông số tại MPP ở điều kiện vận hành bất kỳ. Các giải pháp điều khiển IB-SMC và IB-AVC được thiết kế cho bộ biến đổi DC/DC phối hợp với bộ biến đổi DC/AC nối lưới đã được kiểm chứng thành công qua mô phỏng Matlab và mô hình thực nghiệm phần cứng, mang lại giá trị ứng dụng thiết thực cho các hệ thống năng lượng phân tán quy mô vừa và nhỏ.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Khái quát về nguồn pin mặt trời PVg phổ biến hiện nay được cấu thành từ các chất bán dẫn cấu trúc tinh thể (các nguyên tố thuộc phân nhóm chính nhóm IV trong bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học) như Silicon, Germanium và hình thành 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. Các nguyên tố như Boron, Photpho, Gallium, Cadmium và Tellurium cũng được sử dụng như các chất phụ gia để gia tăng khả năng dẫn điện cho PVg. Khi chiếu sáng lớp tiếp xúc p-n, các cặp điện tử - lỗ trống được tạo thành, do tác dụng của điện trường tiếp xúc nên các cặp bị tách ra, bị gia tốc về các phía đối diện và tạo nên một sức điện động quang điện. Một đặc điểm cơ bản của PVg là luôn phát dòng điện một chiều ra mạch ngoài khi có tải và bức xạ mặt trời chiếu vào.

Mối quan hệ giữa dòng điện ipv và điện áp vpv phát ra từ PVg là một mối quan hệ phi tuyến phức tạp, trong đó công suất phát ra tại mỗi thời điểm phụ thuộc vào nhiệt độ T của lớp tiếp giáp p-n, công suất của bức xạ mặt trời G và mức tiêu thụ của phụ tải [71]. Đồng thời, quá trình chuyển từ trạng thái vận hành này sang trạng thái vận hành khác là tức thời và không bị ảnh hưởng bởi các yếu tố liên quan đến quán tính. Mặt khác, PVg luôn tồn tại một trạng thái vận hành mà công suất phát ra là lớn nhất tương ứng với mỗi cặp giá trị (G, T). Khai thác được trạng thái vận hành này sẽ giúp khắc phục được nhược điểm hiệu suất thấp, giá thành cao của dạng nguồn này.

Điều này có thể đạt được nhờ điều chỉnh lượng tải hấp thụ tương ứng với công suất tại MPP. Xuất phát từ các cell đơn lẻ với công suất và điện áp nhỏ, PVg thường được sử dụng dưới dạng tổ hợp các cell thành module, tổ hợp các module thành panel, tổ hợp các panel thành array như mô tả trên hình 1. Trong đó, các nhà sản xuất cung cấp ra thị trường các sản phẩm được đóng gói dưới dạng các panel. 1 Phương pháp tổ hợp PVg 1.2 Cấu trúc chung của hệ thống khai thác nguồn pin mặt trời PVg được khai thác trong mạng điện cô lập hoặc kết nối với lưới điện (1 pha hoặc 3 pha) qua các BBĐ, máy biến áp (MBA).

Cấu trúc chung của hệ thống này được mô tả trên hình 1. DCbus Mạng cô lập Phụ tải DC DC Kho điện DC Kết nối lưới DC MBA DC L PVg ~ DC AC Lưới Phụ tải AC điện vpv ipv CS1 CS3 Vdc CS2 ig ug Điều khiển Điều khiển Đồng bộ dòng/áp Vdc với lưới Thông tin G, T MPPT Tích trữ Chức năng cơ bản điện năng Giám sát/điều Truyền Chức năng Bù sóng Điều khiển khiển thông tin nâng cao hài (P, Q, f) Thu thập thông tin, điều khiển, phân phối điện năng Hình 1. 2 Cấu trúc chung của hệ thống khai thác PVg -7- Các thông tin cần phải thu thập để thực hiện điều khiển, phân phối điện năng là vpv, ipv, G, T, điện áp Vdc trên DCbus, điện áp ug và dòng điện ig tại điểm kết nối lưới. Các bộ điều khiển sử dụng các thông tin thu thập được để tính toán, đưa ra các quyết định về xung điều khiển CS1, CS2, CS3 nhờ các kỹ thuật điều khiển nhằm thực hiện các chức năng cơ bản hoặc nâng cao như đã mô tả trên hình 1.

Để thực hiện được vai trò điều khiển dòng năng lượng từ PVg cung cấp cho phụ tải hoặc kết nối với lưới điện, các BBĐ đều sử dụng phần tử bán dẫn không điều khiển như diode hoặc khóa chuyển mạch SW có điều khiển như thyristor, GTO, BJT, MOSFET, IGBT kết hợp với các phần tử có khả năng tích, phóng năng lượng như tụ điện C, cuộn cảm L. Với BBĐ DC/DC, sự thay đổi vị trí của SW có thể thực hiện vai trò tăng áp (boost), giảm áp (buck) hoặc vừa boost vừa buck. Với BBĐ DC/AC, các SW được điều khiển phối hợp để điều tiết dòng năng lượng trong mỗi chu kỳ, qua đó thực hiện vai trò giữ Vdc ở giá trị không đổi, ghép nối với lưới điện, phát công suất vào lưới điện.3 Tình hình nghiên cứu trên thế giới và trong nước về pin mặt trời 1.1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới Các nghiên cứu về PVg hiện nay đều tập trung vào bài toán nâng cao hiệu quả khai thác PVg, quản lý/điều tiết năng lượng, áp dụng các biện pháp điều khiển để nâng cao chất lượng điện năng trong các bài toán ghép nối lưới. • Nâng cao hiệu quả khai thác để khắc phục nhược điểm giá thành cao và hiệu suất thấp của PVg.

Vấn đề này có thể được phân chia thành 3 hướng giải quyết như sau: - Dịch chuyển điểm vận hành về MPP thông qua việc đưa điện áp vpv về điện áp Vmpp tại MPP, ipv về dòng điện Impp tại MPP, điện dẫn g= ipv/vpv về giá trị điện dẫn tối ưu (Impp/Vmpp) hoặc đưa công suất tức thời ppv phát ra từ PVg về công suất Pmpp tại MPP ở thời điểm bất kỳ. Vì vậy, hệ thống khai thác PVg luôn được trang bị bộ bám điểm công suất cực đại (MPPT) với những kỹ thuật khác nhau để xác định thông số tại MPP và sử dụng với các kỹ thuật điều khiển để đưa đầu vào của BBĐ về thông số tại MPP do MPPT cung cấp. -8- Kỹ thuật tìm MPP đơn giản nhất là điện áp hằng (CV) chỉ sử dụng một cảm biến đo điện áp trên cơ sở coi điện áp tại MPP gần như không thay đổi so với giá trị Vmpp ở STC. Giá trị này sẽ được bộ điều khiển duy trì không đổi trong suốt quá trình vận hành PVg [71], [77], [78].

Kỹ thuật dòng điện ngắn mạch (SC) sử dụng một phần tử đóng cắt theo chu kỳ mắc song song vào hai đầu PVg để gây ngắn mạch và một cảm biến đo giá trị dòng điện ngắn mạch (ISC) tại thời điểm xét. Tương tự, kỹ thuật điện áp hở mạch (OV) sử dụng một phần tử đóng cắt theo chu kỳ mắc nối tiếp với PVg và một cảm biến đo điện áp để đo giá trị điện áp hở mạch (VOC) tại thời điểm xét. Hai kỹ thuật này có cách thực hiện khá tương đồng, thông tin về MPP được xác định bởi tích của hệ số dòng kImppSC so với dòng điện ngắn mạch hoặc hệ số áp kVmppOV so với điện áp hở mạch [30], [71], [77], [78]. Các kỹ thuật tạo nhiễu loạn và quan sát (P&O), điện dẫn gia tăng (INC), dò tìm cực trị (ESC), trọng lượng 3 điểm đều sử dụng cảm biến đo dòng điện và điện áp ở đầu ra của PVg tại mỗi thời điểm đo để đưa ra nhận định về điểm vận hành.

Trong đó, kỹ thuật P&O đánh giá dấu độ lệch sự biến thiên công suất với điện áp (dppv/dvpv) giữa hai thời điểm liên tiếp trong khi kỹ thuật INC lại đánh giá dấu của độ lệch điện dẫn tức thời g với độ gia tăng điện dẫn dipv/dvpv (dipv/dvpv+g) giữa hai thời điểm liên tiếp [30], [68], [71], [72], [77], [78]. Kỹ thuật ESC thực hiện quan sát dao động dựa trên việc thêm một sóng dao động hình sin vào tín hiệu vpv (hoặc ipv) để đánh giá dao động công suất [30], [32], [71], [81], [82]. Kỹ thuật trọng lượng 3 điểm (three-point weight) là một kỹ thuật giúp tìm MPP thông qua quá trình thay đổi độ rộng xung và quan sát công suất thu được của 3 trạng thái gần nhất thông qua quá trình chủ động thay đổi độ rộng xung để thử phản ứng của PVg nên kỹ thuật trọng lượng 3 điểm khá tương đồng với kỹ thuật P&O, INC [54], [71] Kỹ thuật nhiệt độ (Temp) đưa ra thông tin về Vmpp nhờ việc sử dụng giá trị điện áp tại MPP ở STC, hệ số thay đổi điện áp theo nhiệt độ (CTV) và thông tin về T nhờ cảm biến đo nhiệt độ (TempS) [39], [71]. Kỹ thuật này không đánh giá ảnh hưởng sự thay đổi của G đến Vmpp.

-9- Kỹ thuật độ dốc tối ưu (OG) áp dụng các tính toán số học dựa trên việc tối ưu hóa độ dốc. Ý tưởng cơ bản của kỹ thuật này là chọn hướng tìm kiếm ngược với dấu tiếp tuyến khi dấu của tiếp tuyến âm để tiếp cận dần cực trị. Các đường đặc tính vpv-ppv của PVg được mô tả bởi 1 hàm phi tuyến ppv(vpv) và mục tiêu của MPPT là tìm điểm đỉnh trên các đường đặc tính vpv-ppv đó. Trong đó, hàm ppv(vpv) là hàm phi tuyến, hàm này liên tục và có đạo hàm bậc nhất và vpv là biến duy nhất trong hàm p(vpv).

Điện áp của bước lặp kế tiếp được xác định bởi (1.1) trong đó, số thực α(k) đặc trưng cho ước lượng nghiệm kế tiếp và g(k) đặc trưng cho độ dài của tiếp tuyến tại điểm làm việc xác lập bởi v(kpv). Các đại lượng này được xác định bởi (1.2) dv pv Vpv = Vpv (k) dP( v (pvk ) + α ( k ) g ( k ) ) =0 (1. Với các kỹ thuật tìm MPP trên, MPPT sử dụng các kỹ thuật CV, OV, Temp, OG chỉ xuất ra được thông tin về Vmpp hoặc Impp nên để đưa điểm vận hành hiện thời về MPP thì phải được kết hợp với bộ điều khiển sử dụng kỹ thuật điều khiển điện áp trung bình (AVC) hoặc điều khiển trượt (SMC). Trong đó, kỹ thuật AVC đưa điện áp đầu vào BBĐ dao động xung quanh điểm làm việc mong muốn (Vmpp) còn kỹ thuật SMC sử dụng mặt trượt là công suất, điện áp hoặc tổng trở để trượt điểm vận hành trên mặt trượt về điểm mong muốn.

Riêng với các kỹ thuật P&O, INC và ESC, biện pháp điều khiển là thay đổi xung điều khiển trực tiếp nên MPPT cũng chính là bộ điều khiển và có thể coi các kỹ thuật này cũng chính là phương pháp điều khiển [31], [40], [41], [43], [57], [75], [86], [104]. -10- Một cách tiếp cận vấn đề tìm MPP khác, đó là chỉ sử dụng kỹ thuật SMC hoặc mạng nơron (ANN) như MPPT. Với kỹ thuật SMC, tài liệu [41] sử dụng mặt trượt là dipv/dt trên cơ sở coi tổng trở tải của PVg không thay đổi trong quá trình điều khiển trong khi tài liệu [57] sử dụng kỹ thuật SMC với mặt trượt là công suất để đánh giá sự biến thiên về dấu của công suất của các bước kế tiếp nhau. Đồng thời, các tài liệu [38], [40], [43], [75], [76], [86], [104] sử dụng kỹ thuật SMC kết hợp với kỹ thuật P&O hoặc ESC.