Luận án về nghiên cứu và phát triển hệ thống năng lượng điện mặt trời

• Tác giả: Nhữ Khải Hoàn
• Người hướng dẫn: PGS.TS Đồng Văn Hướng
• Trường học: Đại học Giao thông Vận tải Thành phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển và Tự động hóa
• Đề tài: Nghiên cứu và phát triển hệ thống năng lượng điện mặt trời hiệu quả
• Loại tài liệu: luận án tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2019
• Địa điểm: TP.HCM

• LỜI CẢM ƠN
• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU
• 1.1. Lý do chọn đề tài
• 1.2. Mục tiêu và nội dung thực hiện luận án
• 1.3. Đối tượng và phương pháp nghiên cứu
• 1.4. Điểm mới của luận án
• 1.5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
• 1.6. Bố cục của luận án
• 2. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG NĂNG LƯỢNG ĐIỆN MẶT TRỜI
• 2.1. Tổng quan chung về hệ thống NLMT
• 2.2. Hệ thống năng lượng điện mặt trời nối lưới
• 2.3. Hệ thống năng lượng điện mặt trời độc lập
• 2.4. Một số hệ thống năng lượng điện mặt trời khác
• 2.5. Đường đặc tuyến của pin quang điện
• 2.5.1. Cấu trúc tế bào quang điện
• 2.5.2. Tấm pin quang điện
• 2.5.3. Mô hình hóa tế bào quang điện
• 2.6. Những yếu tố trọng tâm nghiên cứu phát triển trong hệ thống năng lượng điện mặt trời
• 2.6.1. Điều khiển công suất cực đại
• 2.6.2. Giải pháp anti-islanding
• 2.6.3. Bù công suất phản kháng
• 2.6.4. Giảm sóng hài, nâng cao chất lượng điện áp
• 2.7. Kết luận chương 2
• 3. NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN BỘ ĐIỀU KHIỂN BÁM ĐIỂM CÔNG SUẤT CỰC ĐẠI CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN MẶT TRỜI
• 3.1. Các yếu tố ảnh hưởng tới MPP
• 3.1.1. Ảnh hưởng của bức xạ
• 3.1.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ
• 3.1.3. Ảnh hưởng của hiện tượng bóng râm
• 3.2. Tìm điểm công suất cực đại
• 3.2.1. Phương pháp Hill – Climbing
• 3.2.2. Phương pháp điều khiển logic mờ (FLC)
• 3.2.3. Phương pháp mạng nơron (NN)
• 3.2.4. Phương pháp phân đoạn điện áp hở mạch (VOC)
• 3.2.5. Phương pháp phân đoạn dòng ngắn mạch (ISC)
• 3.2.6. Phương pháp điều khiển gợn sóng tương quan (RCC)
• 3.3. Nghiên cứu phát triển thuật toán độ dẫn gia tăng trong điều khiển bám điểm công suất cực đại
• 3.3.1. Theo dõi MPP bằng thuật toán INC truyền thống
• 3.3.2. Phát triển thuật toán INC nhằm đạt MPP nhanh
• 3.3.3. Phát triển thuật toán INC nhằm giảm dao động quanh MPP
• 3.4. Nghiên cứu phát triển thuật toán tối ưu bầy đàn trong điều khiển bám điểm công suất cực đại
• 3.4.1. Thuật toán tối ưu bầy đàn (PSO)
• 3.4.2. Phát triển thuật toán tối ưu bầy đàn
• 3.5. Kết luận chương 3
• 4. MÔ PHỎNG KIỂM CHỨNG CÁC THUẬT TOÁN MPPT PHÁT TRIỂN CHO HỆ THỐNG NĂNG LƯỢNG ĐIỆN MẶT TRỜI
• 4.1. Kết quả mô phỏng thuật toán INC các phát triển của thuật toán INC
• 4.2. Kết quả mô phỏng
• 4.2.1. Kết quả mô phỏng thuật toán PSO và các phát triển của thuật toán PSO
• 4.2.2. Kết quả mô phỏng thuật toán MPPT-PSO
• 4.2.3. Kết quả mô phỏng thuật toán MPPT-DPSO
• 4.2.4. Kết quả mô phỏng thuật toán MPPT-PPSO
• 4.3. Kết luận chương 4
• 5. THIẾT KẾ CHẾ TẠO HỆ THỐNG THỰC NGHIỆM NĂNG LƯỢNG ĐIỆN MẶT TRỜI
• 5.1. Cấu trúc tổng thể của hệ thống thiết bị
• 5.1.1. Bộ biến đổi DC/DC
• 5.1.2. Bộ biến đổi DC/AC
• 5.1.3. Bộ điều khiển hệ thống
• 5.1.4. Các Modul thu thập dữ liệu và hiển thị
• 5.1.5. Sơ đồ chi tiết hệ thống
• 5.2. Kết quả hệ thống thực nghiệm
• 5.3. Kết luận chương 5
• 6. KẾT LUẬN VÀ PHƯƠNG HƯỚNG PHÁT TRIỂN
• 6.1. Phương hướng phát triển đề tài
• DANH MỤC CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Giới thiệu về năng lượng mặt trời

Năng lượng mặt trời (năng lượng tái tạo) được xem là một trong những nguồn năng lượng quan trọng nhất trong thế kỷ 21. So với các nguồn năng lượng khác như thủy điện, phong điện, nhiệt điện, điện hạt nhân, năng lượng mặt trời có nhiều ưu điểm nổi bật. Đặc biệt, nó không gây ô nhiễm môi trường và có thể được phân bố rộng rãi trên toàn cầu. Hệ thống năng lượng điện mặt trời (hệ thống điện mặt trời) có khả năng cung cấp điện cho nhiều khu vực khác nhau, từ những nơi hẻo lánh đến các thành phố lớn. Việc phát triển hệ thống này không chỉ giúp giảm thiểu ô nhiễm mà còn góp phần vào sự phát triển bền vững của xã hội.

1.1. Tình hình phát triển năng lượng mặt trời

Trong những năm gần đây, năng lượng mặt trời đã trở thành một trong những nguồn năng lượng phát triển nhanh nhất trên thế giới. Theo thống kê, tổng công suất điện mặt trời toàn cầu đã tăng đáng kể, với nhiều quốc gia như Nhật Bản, Trung Quốc và Mỹ dẫn đầu trong việc lắp đặt hệ thống điện mặt trời. Việt Nam cũng không nằm ngoài xu hướng này, với tiềm năng lớn về bức xạ mặt trời. Tuy nhiên, việc khai thác và phát triển năng lượng mặt trời tại Việt Nam vẫn còn nhiều hạn chế, cần có các chính sách và giải pháp cụ thể để thúc đẩy sự phát triển của lĩnh vực này.

II. Nghiên cứu và phát triển hệ thống năng lượng điện mặt trời

Luận án tập trung vào việc nghiên cứu và phát triển các thuật toán tìm điểm công suất cực đại (MPPT) cho hệ thống năng lượng điện mặt trời. Các thuật toán này rất cần thiết để tối ưu hóa hiệu suất hoạt động của hệ thống, giúp tăng cường khả năng phát điện và giảm chi phí sản xuất. Đặc biệt, tác giả đã nghiên cứu và cải tiến thuật toán độ dẫn gia tăng (INC) và áp dụng các phương pháp tối ưu bầy đàn (PSO) để nâng cao hiệu quả của bộ điều khiển MPPT. Kết quả mô phỏng cho thấy năng lượng đầu ra của hệ thống đạt trên 99%, chứng minh tính hiệu quả của các thuật toán được đề xuất.

2.1. Các thuật toán MPPT

Nhiều thuật toán MPPT đã được nghiên cứu và ứng dụng trong hệ thống năng lượng điện mặt trời. Trong luận án này, tác giả đã tập trung vào việc phát triển thuật toán INC và các biến thể của nó, nhằm cải thiện khả năng tìm kiếm điểm công suất cực đại. Bên cạnh đó, các thuật toán PSO cũng được áp dụng để tối ưu hóa hiệu suất của bộ điều khiển MPPT. Việc so sánh giữa các thuật toán truyền thống và các thuật toán mới cho thấy sự vượt trội của các phương pháp cải tiến trong việc nâng cao hiệu suất và giảm thiểu chi phí sản xuất.

III. Ứng dụng và triển vọng của hệ thống năng lượng điện mặt trời

Hệ thống năng lượng điện mặt trời không chỉ có giá trị về mặt kinh tế mà còn mang lại nhiều lợi ích cho môi trường. Việc phát triển hệ thống này giúp giảm thiểu lượng khí thải carbon, góp phần vào việc bảo vệ môi trường. Hơn nữa, với sự phát triển của công nghệ, chi phí lắp đặt hệ thống năng lượng mặt trời ngày càng giảm, tạo điều kiện thuận lợi cho việc áp dụng rộng rãi. Tương lai của năng lượng mặt trời hứa hẹn sẽ tiếp tục phát triển mạnh mẽ, đặc biệt là trong bối cảnh nhu cầu về năng lượng sạch ngày càng tăng cao.

3.1. Tác động môi trường

Năng lượng mặt trời được coi là một giải pháp bền vững cho vấn đề năng lượng hiện nay. Việc sử dụng năng lượng mặt trời giúp giảm thiểu ô nhiễm môi trường và bảo vệ tài nguyên thiên nhiên. Hệ thống năng lượng điện mặt trời có thể được lắp đặt trên mái nhà, giảm thiểu diện tích đất sử dụng và không gây ảnh hưởng đến cảnh quan. Hơn nữa, việc phát triển năng lượng mặt trời còn góp phần tạo ra nhiều việc làm trong lĩnh vực công nghệ xanh, thúc đẩy sự phát triển kinh tế bền vững.