I. Mô hình hệ thống điện mặt trời nối lưới
Luận văn đề xuất một hệ thống điện mặt trời nối lưới ba pha, 380V, tần số 50Hz, không có ắc quy tồn trữ. Mô hình này bao gồm các thành phần chính như Solar Cell Array, DC/DC Converter, và Inverter. Solar Cell Array là giàn pin mặt trời, được cấu tạo từ nhiều cell nhỏ ghép lại thành module và nhiều module hợp lại thành array. Đặc tính của pin mặt trời được thể hiện qua đồ thị dòng-áp, công suất-điện áp, cho thấy công suất đạt cực đại tại một điện áp nhất định. Việc sử dụng hiệu quả pin mặt trời yêu cầu có bộ điều chỉnh tải để duy trì công suất gần nhất với giá trị cực đại, điều này có ý nghĩa quyết định đến hiệu suất năng lượng của cả hệ thống.
1.1 Solar Cell Array
Giàn pin mặt trời được thiết kế để hoạt động trong điều kiện chuẩn với bức xạ 1000W/m2 và nhiệt độ 27°C. Đặc tính của pin mặt trời cho thấy điện áp hở mạch đạt 150V, dòng ngắn mạch 7.34A, và công suất cực đại 1026W. Để tối ưu hóa hiệu suất, cần có bộ theo dấu công suất cực đại (MPPT) nhằm điều chỉnh dòng và điện áp của giàn pin, đảm bảo công suất sinh ra luôn đạt giá trị tối ưu.
1.2 DC DC Converter
Bộ DC/DC Converter có cấu trúc là một bộ boost converter, có nhiệm vụ điều khiển giàn pin hoạt động gần điểm công suất đạt cực đại. Khi linh kiện IGBT đóng, dòng điện từ giàn pin sẽ chạy qua cuộn cảm, giúp duy trì điện áp và dòng điện ổn định. Việc điều chỉnh này giúp hệ thống luôn hoạt động ở chế độ tối ưu, tận dụng hết khả năng phát điện của giàn pin.
II. Chiến lược điều khiển hệ thống
Chiến lược điều khiển hệ thống điện mặt trời nối lưới bao gồm việc điều khiển công suất của giàn pin và bộ inverter. Công suất do pin mặt trời sinh ra phụ thuộc vào nhiều yếu tố như cường độ bức xạ, góc tới của tia bức xạ, và nhiệt độ. Việc điều chỉnh tải của giàn pin là rất quan trọng để đạt được công suất tối ưu. Phương pháp RCC (ripple correlation control) được chọn để theo dấu công suất cực đại, cho phép hệ thống tự động điều chỉnh để tối ưu hóa hiệu suất.
2.1 Điều khiển công suất của giàn pin
Công suất sinh ra từ pin mặt trời phụ thuộc vào cường độ bức xạ và góc tới của tia bức xạ. Việc sử dụng cơ cấu cơ khí để điều chỉnh hướng của pin theo mặt trời có thể nâng cao hiệu suất. Tuy nhiên, chi phí đầu tư cần được cân nhắc. Phương pháp RCC cho phép điều chỉnh công suất một cách hiệu quả, giúp hệ thống luôn hoạt động ở mức tối ưu.
2.2 Điều khiển Inverter
Bộ inverter có nhiệm vụ chuyển đổi điện áp DC từ giàn pin thành điện áp AC để cung cấp cho tải và lưới. Hệ thống có hai chế độ hoạt động: khi công suất từ pin thấp hơn nhu cầu tải, inverter sẽ lấy công suất từ lưới; ngược lại, khi công suất từ pin lớn hơn nhu cầu tải, inverter sẽ đẩy công suất dư vào lưới. Việc điều khiển inverter cần đảm bảo điện áp ổn định và cung cấp công suất phản kháng theo yêu cầu.
III. Mô phỏng hệ thống bằng MATLAB Simulink
Chương trình mô phỏng được thực hiện trong môi trường MATLAB/Simulink, sử dụng các công cụ Simulink và Simscape. Mô hình mô phỏng bao gồm các thành phần như giàn pin mặt trời, bộ điều chỉnh công suất, và inverter. Việc sử dụng Simscape giúp kết nối dễ dàng với các phần tử điện tử, cho phép mô phỏng chính xác hoạt động của hệ thống điện mặt trời nối lưới.
3.1 Mô hình mô phỏng
Mô hình mô phỏng được thiết kế để phản ánh chính xác các đặc tính của hệ thống điện mặt trời nối lưới. Các thành phần như Solar Cell Array, DC/DC Converter, và Inverter được kết nối và điều khiển thông qua các thuật toán đã được phát triển. Kết quả mô phỏng cho thấy hiệu suất của hệ thống có thể đạt được mức tối ưu khi các yếu tố như bức xạ mặt trời và nhiệt độ được điều chỉnh hợp lý.
3.2 Kết quả mô phỏng
Kết quả mô phỏng cho thấy rằng hệ thống điện mặt trời nối lưới có khả năng hoạt động hiệu quả trong các điều kiện khác nhau. Các thông số như điện áp, dòng điện, và công suất được ghi nhận và phân tích để đánh giá hiệu suất của hệ thống. Việc mô phỏng giúp xác định các điểm mạnh và điểm yếu của hệ thống, từ đó đưa ra các giải pháp cải tiến trong tương lai.
