Luận văn thạc sĩ HCMUTE: Nghiên cứu và điều khiển bộ biến đổi DC-DC tăng áp cho pin năng lượng mặt trời

Nghiên cứu bộ biến đổi DC-DC tăng áp cho pin năng lượng mặt trời tại HCMUTE tập trung vào việc phát triển và tối ưu hóa hiệu suất của hệ thống năng lượng mặt trời. Bộ biến đổi DC-DC là một phần quan trọng trong việc chuyển đổi điện áp từ pin năng lượng mặt trời, giúp tăng cường hiệu suất sử dụng năng lượng. Việc sử dụng công nghệ biến đổi điện hiện đại cho phép cải thiện đáng kể hiệu suất chuyển đổi năng lượng, đặc biệt trong điều kiện ánh sáng không ổn định. Đề tài này không chỉ nhằm mục đích nghiên cứu lý thuyết mà còn thực hiện mô phỏng trên phần mềm Matlab-Simulink để kiểm chứng các kết quả thu được. Theo đó, việc áp dụng giải thuật điều khiển MPPT (Maximum Power Point Tracking) là rất cần thiết để tối ưu hóa công suất đầu ra của hệ thống. Điều này cho thấy sự quan trọng của việc nghiên cứu và phát triển các hệ thống năng lượng tái tạo trong bối cảnh hiện nay.

Pin năng lượng mặt trời là thiết bị chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành điện năng thông qua hiệu ứng quang điện. Cấu tạo của pin mặt trời bao gồm các tế bào quang điện, thường được làm từ silicon. Nguyên lý hoạt động của pin mặt trời dựa trên việc hấp thụ ánh sáng và tạo ra điện tích. Đặc tính làm việc của pin mặt trời được xác định bởi các thông số như dòng ngắn mạch (Isc), điện áp hở mạch (Voc) và điểm công suất cực đại (Pmax). Việc hiểu rõ các đặc tính này giúp tối ưu hóa việc sử dụng pin trong các ứng dụng thực tế. Đặc biệt, trong điều kiện khí hậu và thời tiết thay đổi, việc sử dụng bộ biến đổi DC-DC để điều chỉnh điện áp đầu ra từ pin là rất quan trọng. Điều này không chỉ giúp cải thiện hiệu suất mà còn đảm bảo tính ổn định cho hệ thống.

Bộ biến đổi DC-DC là thiết bị chuyển đổi điện áp một chiều từ mức thấp lên mức cao, phù hợp với yêu cầu của tải. Trong nghiên cứu này, bộ biến đổi Boost DC-DC được lựa chọn để tăng áp cho pin năng lượng mặt trời. Việc điều khiển bộ biến đổi này thông qua giải thuật MPPT giúp tối ưu hóa công suất đầu ra, đặc biệt khi cường độ ánh sáng thay đổi. Phương pháp điều khiển hồi tiếp điện áp và hồi tiếp công suất được áp dụng để duy trì hiệu suất tối ưu. Các giải thuật như P&O (Perturb and Observe) được sử dụng để theo dõi và điều chỉnh điểm công suất cực đại, đảm bảo rằng hệ thống luôn hoạt động ở mức hiệu suất cao nhất. Mô phỏng trên phần mềm Matlab-Simulink cho phép kiểm chứng các lý thuyết và đưa ra các kết quả thực tế về hiệu suất của bộ biến đổi.

Mô phỏng hệ thống pin quang điện kết hợp với bộ biến đổi Boost cho thấy sự cải thiện đáng kể về hiệu suất khi áp dụng giải thuật MPPT. Các thông số đầu vào và đầu ra được ghi nhận và phân tích để đánh giá hiệu quả của hệ thống. Kết quả mô phỏng cho thấy rằng việc sử dụng giải thuật P&O giúp tăng cường khả năng bắt điểm công suất cực đại, từ đó tối ưu hóa công suất phát ra từ pin mặt trời. Các mô hình mô phỏng cũng cho thấy sự khác biệt rõ rệt giữa việc sử dụng và không sử dụng giải thuật MPPT, nhấn mạnh tầm quan trọng của việc áp dụng công nghệ hiện đại trong việc phát triển các hệ thống năng lượng tái tạo. Điều này không chỉ có ý nghĩa trong nghiên cứu mà còn trong ứng dụng thực tiễn, góp phần vào việc phát triển bền vững nguồn năng lượng sạch.

Nghiên cứu bộ biến đổi DC-DC tăng áp cho pin năng lượng mặt trời tại HCMUTE đã chỉ ra rằng việc áp dụng công nghệ hiện đại và các giải thuật điều khiển thông minh có thể cải thiện đáng kể hiệu suất của hệ thống năng lượng mặt trời. Kết quả mô phỏng cho thấy rằng việc sử dụng giải thuật MPPT là cần thiết để tối ưu hóa công suất đầu ra, đặc biệt trong điều kiện ánh sáng không ổn định. Hướng phát triển tiếp theo của đề tài có thể bao gồm việc thử nghiệm thực tế các mô hình đã được mô phỏng, từ đó đưa ra các giải pháp tối ưu hơn cho việc sử dụng năng lượng mặt trời trong thực tiễn. Điều này không chỉ giúp nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng mà còn góp phần vào việc bảo vệ môi trường và phát triển bền vững.