Nghiên cứu tối ưu hóa vận hành hệ thống pin quang điện nối lưới

LỜI CAM ÐOAN

1. CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU

1.1. Giới thiệu

1.2. Tính cấp thiết của đề tài

1.3. Đối tượng nghiên cứu

1.4. Phạm vi nghiên cứu

1.5. Mục tiêu và nội dung nghiên cứu

1.6. Phương pháp nghiên cứu

1.7. Tổng quan tình hình nghiên cứu

1.7.1. Tình hình nghiên cứu ở nước ngoài

2. CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VÀ KHAI THÁC NGUỒN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI

2.1. Quỹ đạo của trái đất quanh mặt trời

2.2. Góc cao độ của mặt trời vào buổi trưa

2.3. Bức xạ mặt trời

2.4. Ứng dụng năng lượng mặt trời

2.5. Pin quang điện

2.6. Nhà máy nhiệt điện sử dụng năng lượng mặt trời

2.7. Động cơ Stirling chạy bằng năng lượng mặt trời

2.8. Thiết bị đun nước bằng năng lượng mặt trời

2.9. Thiết bị làm lạnh và điều hòa không khí sử dụng năng lượng mặt trời

2.10. Tình hình khai thác năng lượng mặt trời tại Việt Nam

3. CHƯƠNG 3: HỆ THỐNG PIN QUANG ĐIỆN NỐI LƯỚI

3.1. Sơ đồ thay thế đơn giản của pin quang điện

3.2. Sơ đồ thay thế của pin quang điện có xét đến các tổn hao

3.3. Module pin quang điện

3.4. Mảng pin quang điện

3.5. Nối nối tiếp nhiều module pin quang điện

3.6. Nối hỗn hợp nhiều module pin quang điện

3.7. Các ảnh hưởng đến pin quang điện

3.7.1. Ảnh hưởng của cường độ chiếu sáng

3.7.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ

3.8. Các hệ thống pin quang điện

3.8.1. Hệ thống pin quang điện độc lập

3.8.2. Hệ thống pin quang điện nối lưới

3.8.3. Hệ thống pin quang điện kết hợp

3.9. Cấu hình DC/DC – DC/AC

3.9.1. Bộ biến đổi DC/DC

3.9.2. Bộ biến đổi DC/AC

3.9.3. Bộ nghịch lưu 6 khóa

4. CHƯƠNG 4: VẬN HÀNH TỐI ƯU HỆ THỐNG PIN QUANG ĐIỆN

4.1. Hệ thống bám điểm công suất cực đại

4.2. Thuật toán điện dẫn gia tăng (InC - Incremental Conductance)

4.3. Thuật toán điện áp hằng số

4.4. Thuật toán đề xuất xác định điểm công suất cực đại

4.5. Phương pháp điều khiển bộ bám điểm công suất cực đại

4.5.1. Phương pháp điều khiển PI

4.5.2. Phương pháp điều khiển trực tiếp

4.5.3. Phương pháp điều khiển đo trực tiếp tín hiệu ra

5. CHƯƠNG 5: MÔ PHỎNG VẬN HÀNH TỐI ƯU HỆ THỐNG PIN QUANG ĐIỆN NỐI LƯỚI

5.1. Mô phỏng pin quang điện

5.2. Bộ biến đổi công suất điều khiển bám điểm công suất cực đại DC/DC

5.3. Mô phỏng với điều kiện bức xạ thay đổi và nhiệt độ không đổi

5.3.1. Điều kiện bức xạ, G = 1 kW/m2 và nhiệt độ, T = 25°C

5.3.2. Điều kiện bức xạ, G = 0,8 kW/m2 và nhiệt độ, T = 25°C

5.3.3. Điều kiện bức xạ, G = 0,6 kW/m2 và nhiệt độ, T = 25°C

5.4. Mô phỏng với điều kiện bức xạ không đổi và nhiệt độ thay đổi

5.4.1. Điều kiện bức xạ, G = 0,8 kW/m2 và nhiệt độ, T = 15°C

5.4.2. Điều kiện bức xạ, G = 0,8 kW/m2 và nhiệt độ, T = 30°C

5.4.3. Điều kiện bức xạ, G = 0,8 kW/m2 và nhiệt độ, T = 35°C

5.5. Mô phỏng với điều kiện bức xạ và nhiệt độ thay đổi

6. CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN TƯƠNG LAI

6.1. Hướng phát triển tương lai

TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Tổng quan về nghiên cứu tối ưu hóa vận hành hệ thống pin quang điện nối lưới

Nghiên cứu tối ưu hóa vận hành hệ thống pin quang điện nối lưới là một lĩnh vực quan trọng trong việc phát triển năng lượng tái tạo. Hệ thống pin quang điện (PV) có khả năng chuyển đổi năng lượng mặt trời thành điện năng, góp phần giảm thiểu ô nhiễm môi trường và tiết kiệm nguồn năng lượng truyền thống. Tuy nhiên, hiệu suất của hệ thống này vẫn còn nhiều hạn chế. Việc tối ưu hóa vận hành không chỉ giúp nâng cao hiệu suất mà còn đảm bảo tính ổn định cho lưới điện quốc gia.

1.1. Tình hình khai thác năng lượng mặt trời tại Việt Nam

Việt Nam có tiềm năng lớn về năng lượng mặt trời với bức xạ mặt trời trung bình hàng năm đạt khoảng 4.5 kWh/m2/ngày. Tuy nhiên, việc khai thác và sử dụng năng lượng mặt trời vẫn còn nhiều thách thức, bao gồm chi phí đầu tư ban đầu cao và hiệu suất chuyển đổi thấp của các hệ thống pin quang điện hiện tại.

1.2. Lợi ích của hệ thống pin quang điện nối lưới

Hệ thống pin quang điện nối lưới không chỉ cung cấp điện cho các hộ gia đình mà còn có khả năng bán điện dư thừa trở lại cho lưới điện quốc gia. Điều này không chỉ giúp tiết kiệm chi phí điện năng mà còn tạo ra nguồn thu nhập bổ sung cho người dân.

II. Vấn đề và thách thức trong tối ưu hóa hệ thống pin quang điện

Mặc dù có nhiều lợi ích, nhưng việc tối ưu hóa hệ thống pin quang điện nối lưới vẫn gặp phải nhiều vấn đề. Hiệu suất chuyển đổi năng lượng mặt trời thành điện năng còn thấp, thường chỉ đạt từ 9% đến 17%. Thêm vào đó, năng lượng điện sản xuất ra phụ thuộc vào điều kiện thời tiết, dẫn đến sự biến động trong sản lượng điện.

2.1. Hiệu suất chuyển đổi năng lượng mặt trời

Hiệu suất của các hệ thống pin quang điện hiện tại vẫn chưa đạt yêu cầu tối ưu. Các nghiên cứu cho thấy rằng việc cải thiện hiệu suất chuyển đổi là cần thiết để tăng cường khả năng cạnh tranh của năng lượng mặt trời so với các nguồn năng lượng khác.

2.2. Biến động trong sản lượng điện

Sản lượng điện từ hệ thống pin quang điện thay đổi theo thời gian do ảnh hưởng của thời tiết. Điều này tạo ra thách thức trong việc duy trì sự ổn định cho lưới điện, đặc biệt trong những ngày có mây hoặc mưa.

III. Phương pháp tối ưu hóa vận hành hệ thống pin quang điện

Để tối ưu hóa vận hành hệ thống pin quang điện, nhiều phương pháp đã được nghiên cứu và áp dụng. Các thuật toán bám điểm công suất cực đại (MPPT) là một trong những giải pháp hiệu quả nhất. Những thuật toán này giúp hệ thống tự động điều chỉnh để đạt được công suất tối đa trong mọi điều kiện hoạt động.

3.1. Thuật toán bám điểm công suất cực đại P O

Thuật toán Perturb and Observe (P&O) là một trong những phương pháp phổ biến nhất để tối ưu hóa hiệu suất của hệ thống pin quang điện. Thuật toán này hoạt động bằng cách thay đổi điện áp và theo dõi sự thay đổi của công suất để tìm ra điểm công suất cực đại.

3.2. Thuật toán bám điểm công suất cực đại InC

Thuật toán Incremental Conductance (InC) cải tiến hơn so với P&O, giúp giảm thiểu sai số trong việc xác định điểm công suất cực đại, đặc biệt trong điều kiện thay đổi nhanh chóng của ánh sáng mặt trời.

IV. Ứng dụng thực tiễn và kết quả nghiên cứu

Nghiên cứu về tối ưu hóa vận hành hệ thống pin quang điện đã cho thấy nhiều kết quả khả quan. Việc áp dụng các thuật toán MPPT đã giúp tăng hiệu suất chuyển đổi năng lượng và giảm thiểu tổn thất trong quá trình sản xuất điện.

4.1. Kết quả mô phỏng hệ thống pin quang điện

Các mô phỏng cho thấy rằng việc áp dụng thuật toán MPPT có thể tăng hiệu suất hệ thống lên đến 20% so với các phương pháp truyền thống. Điều này chứng tỏ rằng việc tối ưu hóa vận hành là rất cần thiết.

4.2. Ứng dụng trong thực tế

Nhiều dự án năng lượng mặt trời tại Việt Nam đã áp dụng các phương pháp tối ưu hóa này, giúp tăng cường hiệu quả sử dụng năng lượng mặt trời và giảm thiểu chi phí sản xuất điện.

V. Kết luận và hướng phát triển tương lai

Tối ưu hóa vận hành hệ thống pin quang điện nối lưới là một lĩnh vực nghiên cứu quan trọng, góp phần vào sự phát triển bền vững của năng lượng tái tạo. Các nghiên cứu hiện tại đã chỉ ra rằng việc cải thiện hiệu suất và ổn định sản lượng điện là cần thiết để phát triển năng lượng mặt trời tại Việt Nam.

5.1. Tương lai của năng lượng mặt trời tại Việt Nam

Với tiềm năng lớn về năng lượng mặt trời, Việt Nam có thể trở thành một trong những quốc gia dẫn đầu trong việc phát triển năng lượng tái tạo. Việc đầu tư vào nghiên cứu và phát triển công nghệ pin quang điện sẽ là chìa khóa cho sự thành công này.

5.2. Đề xuất nghiên cứu tiếp theo

Cần tiếp tục nghiên cứu và phát triển các công nghệ mới nhằm cải thiện hiệu suất và giảm chi phí cho hệ thống pin quang điện. Các nghiên cứu về tích hợp năng lượng mặt trời với các nguồn năng lượng khác cũng cần được xem xét để tối ưu hóa hiệu quả sử dụng năng lượng.

Luận văn thạc sĩ: Nghiên cứu vận hành tối ưu hệ thống pin quang điện nối lưới