Luận văn thạc sĩ: Nghiên cứu giải thuật PID tìm điểm cực đại cho pin năng lượng mặt trời

• Tác giả: Nguyễn Thị Hồng Hà
• Người hướng dẫn: PGS. Lê Chí Kiên
• Trường học: Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Điện - Điện tử
• Đề tài: Nghiên cứu giải thuật PID tối ưu hóa hiệu suất pin năng lượng mặt trời
• Loại tài liệu: Luận văn tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2017
• Địa điểm: Hồ Chí Minh

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• TÓM TẮT LUẬN VĂN
• ABSTRACT
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu
• 1.2. Các kết quả nghiên cứu có liên quan
• 1.3. Mục tiêu của đề tài
• 1.4. Nhiệm vụ và giới hạn của đề tài
• 1.5. Phương pháp nghiên cứu
• 1.6. Tính mới của đề tài
• 1.7. Giá trị thực tiễn của đề tài
• 1.8. Nội dung của đề tài
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI VÀ CÁC BỘ BIẾN ĐỔI NĂNG LƯỢNG
• 2.1. Công nghệ điện mặt trời
• 2.1.1. Công nghệ nhiệt mặt trời nhiệt độ thấp
• 2.1.2. Công nghệ nhiệt mặt trời nhiệt độ cao
• 2.2. Hệ thống pin mặt trời
• 2.2.1. Thành phần lưu trữ năng lượng
• 2.2.2. Các bộ biến đổi bán dẫn trong hệ thống Pin mặt trời làm việc độc lập
• 2.2.3. Bộ biến đổi DC/DC
• 2.2.3.1. Mạch Buck – Boost
• 2.2.3.2. Điều khiển bộ biến đổi DC/DC. Mạch vòng điện áp phản hồi. Phương pháp điều khiển phản hồi công suất
• 2.2.4. Bộ biến đổi DC/AC
• 2.3. Mô hình toán của pin mặt trời
• 2.4. Điểm làm việc cực đại của pin mặt trời
• 2.5. Nguyên lý dung hợp tải
• 2.6. Thuật toán xác định điểm làm việc có công suất lớn nhất MPPT
• 2.6.1. Phương pháp điều khiển PI
• 2.6.2. Phương pháp điều khiển trực tiếp
• 2.6.3. Phương pháp điều khiển đo trực tiếp tín hiệu ra (dùng thuật toán P&O)
• 2.6.4. Phương pháp dùng giải thuật điện dẫn gia tăng (INC)
• 2.7. Phân tích cơ bản giải thuật cơ bản
• 3. CHƯƠNG 3: BỘ ĐIỀU KHIỂN PID
• 3.1. Bộ điều khiển PID
• 3.2. Tổng hợp ba khâu – Bộ điều khiển PID
• 4. CHƯƠNG 4: MÔ PHỎNG HỆ THỐNG PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI SỬ DỤNG BỘ ĐIỀU KHIỂN PID
• 4.1. Các hệ số toán học trong PV Cell
• 4.2. Các phương trình toán học
• 4.3. Mô hình Pin mặt trời
• 4.4. Mô hình mô phỏng hệ thống pin năng lượng mặt trời
• 4.5. Phương pháp điều khiển tìm điểm cực đại
• 4.5.1. Lưu đồ giải thuật tìm điểm cực đại
• 4.5.2. Khi điện trở nối tiếp Rs thay đổi
• 4.5.3. Khi Is thay đổi
• 4.5.4. Khi thay đổi nhiệt độ T
• 5. CHƯƠNG 5: TÍNH TOÁN THỰC NGHIỆM HỆ THỐNG PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI
• 5.1. Thực nghiệm mô hình hệ thống Pin năng lượng mặt trời
• 5.2. So sánh điện NLMT và điện lưới
• 5.3. Hình ảnh mô phỏng của mạch Inverter (hình 3D)
• 5.4. Mạch sạc Ắc - quy và cảm biến ánh sáng
• 5.5. Tải đèn đường (tải AC)
• 5.6. Nguyên lý vận hành hệ thống
• 5.7. Tính chọn công suất mạch Inverter và Ắc - quy phù hợp với tải
• 6. CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
• 6.1. Kết luận
• 6.2. Hướng phát triển của đề tài
• DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
• DANH SÁCH CÁC HÌNH
• DANH SÁCH CÁC BẢNG

I. Tổng quan về nghiên cứu giải thuật PID tối ưu hóa hiệu suất pin năng lượng mặt trời

Năng lượng mặt trời đã trở thành một trong những nguồn năng lượng tái tạo quan trọng nhất hiện nay. Tuy nhiên, hiệu suất của hệ thống pin năng lượng mặt trời vẫn còn nhiều hạn chế. Việc nghiên cứu và áp dụng các giải thuật điều khiển, đặc biệt là giải thuật PID, có thể giúp tối ưu hóa hiệu suất hoạt động của pin năng lượng mặt trời. Giải thuật PID không chỉ giúp duy trì công suất tối đa mà còn cải thiện độ ổn định của hệ thống trong các điều kiện thời tiết khác nhau.

1.1. Tìm hiểu về năng lượng mặt trời và pin năng lượng mặt trời

Năng lượng mặt trời là nguồn năng lượng sạch và vô tận. Pin năng lượng mặt trời hoạt động dựa trên hiệu ứng quang điện, chuyển đổi ánh sáng thành điện năng. Tuy nhiên, hiệu suất của pin năng lượng mặt trời phụ thuộc vào nhiều yếu tố như cường độ ánh sáng, nhiệt độ và góc chiếu sáng.

1.2. Giới thiệu về giải thuật PID trong điều khiển năng lượng

Giải thuật PID (Proportional-Integral-Derivative) là một trong những phương pháp điều khiển phổ biến nhất trong công nghiệp. Giải thuật này giúp điều chỉnh các thông số đầu vào để duy trì công suất đầu ra ổn định, từ đó tối ưu hóa hiệu suất của hệ thống pin năng lượng mặt trời.

II. Vấn đề và thách thức trong tối ưu hóa hiệu suất pin năng lượng mặt trời

Mặc dù năng lượng mặt trời có nhiều ưu điểm, nhưng việc tối ưu hóa hiệu suất của hệ thống năng lượng mặt trời vẫn gặp nhiều thách thức. Các vấn đề như chi phí đầu tư cao, hiệu suất thấp trong điều kiện ánh sáng yếu và sự ảnh hưởng của bóng râm là những yếu tố cần được giải quyết.

2.1. Chi phí đầu tư và hiệu suất thấp của pin năng lượng mặt trời

Chi phí đầu tư ban đầu cho hệ thống pin năng lượng mặt trời vẫn còn cao, điều này làm hạn chế khả năng tiếp cận của nhiều hộ gia đình. Hơn nữa, hiệu suất của pin năng lượng mặt trời thường giảm trong điều kiện ánh sáng yếu hoặc khi có bóng râm.

2.2. Ảnh hưởng của điều kiện thời tiết đến hiệu suất

Điều kiện thời tiết như mưa, mây hoặc nhiệt độ cao có thể ảnh hưởng đáng kể đến hiệu suất của pin năng lượng mặt trời. Việc duy trì công suất tối đa trong các điều kiện này là một thách thức lớn cho các nhà nghiên cứu và kỹ sư.

III. Phương pháp điều khiển PID trong tối ưu hóa hiệu suất pin năng lượng mặt trời

Giải thuật PID đã được áp dụng để tối ưu hóa hiệu suất của pin năng lượng mặt trời thông qua việc điều chỉnh các thông số đầu vào. Phương pháp này giúp duy trì công suất tối đa và giảm thiểu sự hư hỏng của ắc quy trong hệ thống.

3.1. Nguyên lý hoạt động của bộ điều khiển PID

Bộ điều khiển PID hoạt động dựa trên ba thành phần chính: tỉ lệ (P), tích phân (I) và đạo hàm (D). Mỗi thành phần này đóng vai trò quan trọng trong việc điều chỉnh công suất đầu ra của pin năng lượng mặt trời, giúp duy trì hiệu suất tối ưu.

3.2. Lợi ích của việc sử dụng giải thuật PID

Việc sử dụng giải thuật PID trong điều khiển pin năng lượng mặt trời mang lại nhiều lợi ích, bao gồm tăng cường độ ổn định của hệ thống, giảm thiểu sự hư hỏng của ắc quy và cải thiện thời gian đáp ứng của bộ dò điểm cực đại.

IV. Ứng dụng thực tiễn của giải thuật PID trong hệ thống pin năng lượng mặt trời

Giải thuật PID đã được áp dụng thành công trong nhiều hệ thống pin năng lượng mặt trời thực tế. Các nghiên cứu cho thấy rằng việc sử dụng giải thuật này có thể cải thiện đáng kể hiệu suất và độ ổn định của hệ thống.

4.1. Kết quả nghiên cứu từ mô hình thực tế

Nghiên cứu cho thấy rằng việc áp dụng giải thuật PID trong hệ thống pin năng lượng mặt trời đã giúp tăng cường hiệu suất hoạt động lên đến 20% so với các phương pháp truyền thống. Điều này chứng tỏ tính khả thi và hiệu quả của giải thuật PID trong thực tiễn.

4.2. Các ứng dụng trong đời sống hàng ngày

Hệ thống pin năng lượng mặt trời sử dụng giải thuật PID có thể được áp dụng trong nhiều lĩnh vực như cung cấp điện cho hộ gia đình, hệ thống chiếu sáng công cộng và các thiết bị điện tử di động. Điều này không chỉ giúp tiết kiệm chi phí mà còn góp phần bảo vệ môi trường.

V. Kết luận và hướng phát triển tương lai của nghiên cứu

Nghiên cứu về giải thuật PID trong tối ưu hóa hiệu suất pin năng lượng mặt trời mở ra nhiều cơ hội mới cho việc phát triển các hệ thống năng lượng tái tạo. Hướng phát triển tương lai có thể bao gồm việc cải tiến các giải thuật điều khiển và tích hợp công nghệ mới.

5.1. Tương lai của giải thuật PID trong năng lượng tái tạo

Giải thuật PID có thể được cải tiến và kết hợp với các công nghệ mới như trí tuệ nhân tạo để tối ưu hóa hiệu suất của hệ thống năng lượng tái tạo. Điều này sẽ giúp nâng cao khả năng cạnh tranh của năng lượng mặt trời trên thị trường.

5.2. Khuyến nghị cho nghiên cứu tiếp theo

Cần tiếp tục nghiên cứu và phát triển các giải thuật điều khiển mới, đồng thời thực hiện các thử nghiệm thực tế để đánh giá hiệu quả của các phương pháp này trong việc tối ưu hóa hiệu suất của pin năng lượng mặt trời.