Tối ưu công suất hệ thống pin mặt trời: Luận văn thạc sĩ HCMUTE

Khám phá luận văn thạc sĩ HCMUTE về tối ưu công suất hệ thống pin mặt trời, ứng dụng công nghệ mới và giải pháp bền vững cho năng lượng tái tạo.

• Tác giả: Phan Thanh Nhi
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Thanh Phương
• Trường học: Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Kỹ thuật điện tử
• Đề tài: Tối ưu công suất hệ thống pin mặt trời
• Loại tài liệu: thesis
• Năm xuất bản: 2012
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Đặt vấn đề
• 1.2. Phương pháp P&O
• 1.3. Phương pháp INCond
• 1.4. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu
• 3. CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG XOAY THEO HƯỚNG MẶT TRỜI
• 4. SỬ DỤNG LOGIC MỜ ĐIỀU KHIỂN TỐI ƯU CÔNG SUẤT
• 4.1. Thuật toán logic mờ
• 4.2. Phương pháp điều khiển
• 4.3. Qui tắc điều khiển mờ
• 4.4. Mô hình hóa và kết quả mô phỏng các thành phần của hệ thống
• 4.4.1. Pin quang điện
• 4.4.2. Bộ chuyển đổi DC – DC
• 4.4.2.1. Bộ chuyển đổi buck
• 4.4.2.2. Bộ chuyển đổi Boost
• 4.4.2.3. Bộ chuyển đổi Buck Boost
• 4.4.3. Mô hình hóa bộ điều khiển MPPT
• 4.4.3.1. Phương pháp P&O
• 4.4.3.2. Phương pháp FLC
• 4.4.3.3. So sánh phương pháp P&O và FLC
• 5. KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM
• 5.1. Khảo sát chuyển động và hoạt động tracking
• 5.2. Chế độ hoạt động bằng tay (manual)
• 5.3. Đo điện áp tấm pin với vị trí khác nhau
• 5.4. Chế độ tự động (automatic)
• 5.5. Nạp điện từ solar cell
• 5.6. Nạp điện từ tấm pin cố định (chưa tracking)
• 5.7. Nạp điện từ tấm pin có tracking
• 5.8. Phân tích kết quả
• 6. KẾT LUẬN VÀ PHÁT TRIỂN
• 6.1. Hướng phát triển
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Giới thiệu về hệ thống pin mặt trời

Hệ thống pin mặt trời là một trong những công nghệ năng lượng tái tạo quan trọng nhất hiện nay. Tối ưu hóa công suất của hệ thống này không chỉ giúp tăng hiệu suất sử dụng năng lượng mà còn giảm thiểu chi phí đầu tư. Luận văn thạc sĩ của Phan Thanh Nhi tại HCMUTE đã nghiên cứu sâu về công nghệ năng lượng tái tạo và ứng dụng của nó trong việc tối ưu hóa công suất hệ thống pin mặt trời. Nghiên cứu này tập trung vào việc phát triển các phương pháp điều khiển để đạt được hiệu suất tối ưu trong điều kiện môi trường thay đổi. Theo đó, việc sử dụng các thuật toán như P&O và FLC đã được phân tích và so sánh để tìm ra giải pháp tối ưu nhất cho hệ thống.

1.1. Tình hình năng lượng mặt trời tại Việt Nam

Việt Nam có tiềm năng lớn về năng lượng mặt trời nhờ vào vị trí địa lý và khí hậu. Nghiên cứu cho thấy rằng năng lượng mặt trời có thể đáp ứng một phần lớn nhu cầu năng lượng của đất nước. Tuy nhiên, việc triển khai các hệ thống pin mặt trời vẫn gặp nhiều thách thức, bao gồm chi phí lắp đặt cao và hiệu suất chuyển đổi năng lượng chưa đạt yêu cầu. Luận văn đã chỉ ra rằng việc áp dụng các công nghệ mới và cải tiến trong thiết kế hệ thống có thể giúp tăng cường hiệu suất và giảm chi phí, từ đó thúc đẩy việc sử dụng năng lượng mặt trời tại Việt Nam.

II. Phương pháp tối ưu hóa công suất

Luận văn đã trình bày một phương pháp điều khiển logic mờ để tối ưu hóa công suất của hệ thống pin mặt trời. Phương pháp này cho phép điều chỉnh công suất một cách linh hoạt dựa trên các điều kiện môi trường như nhiệt độ và cường độ ánh sáng. Kết quả mô phỏng cho thấy rằng bộ điều khiển logic mờ có khả năng hoạt động hiệu quả hơn so với các phương pháp truyền thống như P&O. Điều này không chỉ giúp tăng cường hiệu suất của hệ thống mà còn đảm bảo tính ổn định trong quá trình hoạt động. Việc áp dụng công nghệ năng lượng tái tạo trong thiết kế hệ thống pin mặt trời là một bước tiến quan trọng trong việc phát triển bền vững.

2.1. So sánh các phương pháp điều khiển

Luận văn đã so sánh hai phương pháp điều khiển phổ biến là P&O và FLC. Phương pháp P&O mặc dù đơn giản nhưng thường gặp phải vấn đề dao động quanh điểm công suất cực đại, dẫn đến mất mát năng lượng. Ngược lại, phương pháp FLC cho phép điều chỉnh nhanh chóng và chính xác hơn, giúp đạt được công suất tối ưu mà không gặp phải tình trạng dao động. Kết quả thực nghiệm cho thấy rằng việc sử dụng FLC không chỉ cải thiện hiệu suất mà còn giảm thiểu chi phí vận hành cho hệ thống pin mặt trời.

III. Ứng dụng thực tiễn và triển vọng

Nghiên cứu trong luận văn không chỉ có giá trị lý thuyết mà còn có ứng dụng thực tiễn cao. Việc tối ưu hóa công suất hệ thống pin mặt trời có thể được áp dụng rộng rãi trong các dự án năng lượng tái tạo tại Việt Nam. Điều này không chỉ giúp giảm thiểu chi phí năng lượng mà còn góp phần vào việc bảo vệ môi trường. Hệ thống pin mặt trời được tối ưu hóa có thể cung cấp nguồn năng lượng ổn định cho các khu vực nông thôn, nơi mà nguồn điện lưới chưa được phát triển đầy đủ. Từ đó, nghiên cứu này mở ra triển vọng cho việc phát triển bền vững trong lĩnh vực năng lượng tại Việt Nam.

3.1. Hướng phát triển trong tương lai

Luận văn đã đề xuất một số hướng nghiên cứu trong tương lai, bao gồm việc phát triển các thuật toán điều khiển mới và cải tiến hơn nữa trong thiết kế hệ thống pin mặt trời. Việc kết hợp giữa công nghệ thông tin và năng lượng tái tạo có thể tạo ra những giải pháp tối ưu hơn cho việc quản lý và sử dụng năng lượng. Hơn nữa, việc nghiên cứu và phát triển các vật liệu mới cho pin mặt trời cũng là một lĩnh vực tiềm năng cần được khai thác để nâng cao hiệu suất và giảm chi phí sản xuất.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Năng lượng mặt trời là nguồn năng lượng tái tạo có tiềm năng to lớn, đặc biệt trong bối cảnh nhu cầu năng lượng toàn cầu ngày càng tăng và các nguồn nhiên liệu hóa thạch đang dần cạn kiệt. Tại Việt Nam, với vị trí địa lý nằm trong khu vực có cường độ bức xạ mặt trời cao, đặc biệt là các vùng như Thành phố Hồ Chí Minh, Tây Bắc và Bắc Trung Bộ, năng lượng mặt trời được xem là giải pháp bền vững cho phát triển năng lượng sạch. Theo số liệu, cường độ bức xạ mặt trời trung bình tại các tỉnh miền Đông Nam Bộ đạt khoảng 4.8 kWh/m²/ngày, với tổng bức xạ trung bình năm lên đến 1799 kWh/m², tạo điều kiện thuận lợi cho việc ứng dụng công nghệ pin mặt trời.

Tuy nhiên, việc khai thác hiệu quả năng lượng mặt trời còn gặp nhiều thách thức, trong đó chi phí lắp đặt cao và hiệu suất chuyển đổi năng lượng thấp là những vấn đề nổi bật. Để giải quyết, nghiên cứu tập trung vào tối ưu hóa công suất hệ thống pin mặt trời thông qua các thuật toán điều khiển chọn điểm công suất cực đại (MPPT). Mục tiêu chính của luận văn là phát triển và ứng dụng bộ điều khiển logic mờ (Fuzzy Logic Controller - FLC) để tối ưu công suất hệ thống pin mặt trời, đồng thời thiết kế hệ thống solar tracking hai trục nhằm tăng hiệu suất chuyển đổi quang điện bằng cách giảm góc tới của tia nắng so với pháp tuyến tấm pin.

Phạm vi nghiên cứu tập trung vào hệ thống pin mặt trời công suất nhỏ (khoảng 10W) với hệ thống tracking hai trục, thực hiện tại Thành phố Hồ Chí Minh trong giai đoạn 2010-2012. Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc nâng cao hiệu suất sử dụng năng lượng mặt trời, góp phần thúc đẩy ứng dụng năng lượng tái tạo tại Việt Nam, đồng thời giảm thiểu tác động môi trường do sử dụng nhiên liệu hóa thạch.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình sau:

• Đặc tính pin quang điện (PV): Pin PV hoạt động dựa trên nguyên lý chuyển đổi quang điện, với đặc tính phi tuyến giữa điện áp và dòng điện. Điểm công suất cực đại (MPP) là điểm làm việc tối ưu, tại đó công suất đầu ra đạt giá trị lớn nhất. Đặc tính này bị ảnh hưởng bởi cường độ bức xạ và nhiệt độ môi trường.

• Thuật toán MPPT: Hai thuật toán truyền thống được nghiên cứu là phương pháp Quan sát và Nhiễu loạn (P&O) và phương pháp Độ dẫn gia tăng (Incremental Conductance - IncCond). P&O có ưu điểm cấu trúc đơn giản nhưng dễ bị dao động và sai lệch khi điều kiện chiếu sáng thay đổi. IncCond có độ chính xác cao hơn nhưng yêu cầu cảm biến phức tạp và chi phí cao.

• Logic mờ (Fuzzy Logic Controller - FLC): FLC được áp dụng để điều khiển MPPT nhằm khắc phục nhược điểm của các thuật toán truyền thống. FLC sử dụng các biến ngôn ngữ và luật điều khiển mờ để xử lý các tín hiệu đầu vào như sai số và biến đổi sai số, từ đó điều chỉnh tỷ số độ rộng xung (D) của bộ chuyển đổi DC-DC để đạt điểm MPP nhanh và ổn định hơn.

• Hệ thống solar tracking: Thiết kế hệ thống theo dõi mặt trời hai trục sử dụng động cơ bước lưỡng cực, cơ cấu truyền lực trục vít và bánh răng, điều khiển bởi vi điều khiển AVR Atmelga16L. Hệ thống sử dụng cảm biến ánh sáng LDR để xác định hướng mặt trời, giảm thiểu góc tới của tia nắng, tăng hiệu suất chuyển đổi quang điện.

Phương pháp nghiên cứu

• Nguồn dữ liệu: Dữ liệu thu thập từ các cảm biến ánh sáng và điện áp dòng điện của tấm pin trong quá trình vận hành hệ thống thực nghiệm tại Thành phố Hồ Chí Minh. Ngoài ra, dữ liệu mô phỏng được thực hiện trên phần mềm Simulink để đánh giá hiệu quả các thuật toán MPPT.

• Phương pháp phân tích: So sánh hiệu suất của bộ điều khiển logic mờ với bộ điều khiển P&O thông qua các chỉ số như thời gian đạt điểm MPP, độ ổn định công suất và mức dao động. Phân tích đặc tính điện áp, dòng điện và công suất của pin PV dưới các điều kiện chiếu sáng và nhiệt độ khác nhau.

• Timeline nghiên cứu: Nghiên cứu được thực hiện trong khoảng thời gian từ tháng 3/2010 đến tháng 10/2012, bao gồm các giai đoạn: khảo sát đặc tính pin PV, thiết kế và mô phỏng bộ điều khiển MPPT, thiết kế hệ thống solar tracking, thực nghiệm và phân tích kết quả.

• Cỡ mẫu và chọn mẫu: Hệ thống pin mặt trời công suất 10W được sử dụng làm mẫu nghiên cứu, với các phép đo thực nghiệm được thực hiện nhiều lần trong các điều kiện ánh sáng khác nhau để đảm bảo tính đại diện và độ tin cậy của kết quả.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Hiệu suất bộ điều khiển logic mờ vượt trội so với P&O: Kết quả mô phỏng và thực nghiệm cho thấy bộ điều khiển FLC đạt thời gian ổn định điểm MPP nhanh hơn khoảng 20% so với P&O, đồng thời giảm dao động công suất xuống dưới 5%, trong khi P&O dao động khoảng 10%.

2. Hệ thống solar tracking tăng công suất đầu ra: Thực nghiệm với hệ thống tracking hai trục cho thấy công suất thu được tăng trung bình 15-20% so với tấm pin cố định, nhờ giảm góc tới của tia nắng và tăng hiệu suất chuyển đổi quang điện.

3. Ảnh hưởng của điều kiện môi trường: Công suất đầu ra của pin PV thay đổi rõ rệt theo cường độ bức xạ và nhiệt độ. Ví dụ, khi cường độ bức xạ tăng từ 400 W/m² lên 800 W/m², công suất đầu ra tăng gần gấp đôi, trong khi nhiệt độ tăng làm giảm điện áp hở mạch và hiệu suất pin.

4. Độ ổn định và độ tin cậy của hệ thống: Hệ thống điều khiển và tracking hoạt động ổn định trong các điều kiện thực tế, với sai số đo điện áp và dòng điện dưới 3%, đảm bảo tính khả thi cho ứng dụng thực tế.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính giúp bộ điều khiển logic mờ đạt hiệu suất cao là do khả năng xử lý tín hiệu không chính xác và biến đổi môi trường tốt hơn so với thuật toán P&O truyền thống, vốn dễ bị nhầm lẫn giữa sự thay đổi công suất do điện áp và do cường độ chiếu sáng. Kết quả này phù hợp với các nghiên cứu gần đây trong lĩnh vực MPPT, khẳng định ưu thế của FLC trong việc tối ưu hóa công suất pin mặt trời.

Việc áp dụng hệ thống solar tracking hai trục góp phần đáng kể vào việc tăng công suất đầu ra, phù hợp với các báo cáo ngành cho thấy hệ thống tracking có thể nâng cao hiệu suất chuyển đổi từ 10-25% so với tấm pin cố định. Dữ liệu thực nghiệm cũng cho thấy sự ổn định của hệ thống trong điều kiện thay đổi ánh sáng và nhiệt độ, điều này có thể được minh họa qua biểu đồ công suất theo thời gian và góc nghiêng của tấm pin.

Tuy nhiên, chi phí và độ phức tạp của hệ thống tracking và bộ điều khiển logic mờ cũng là những yếu tố cần cân nhắc khi triển khai thực tế. Việc lựa chọn thiết bị và thiết kế cơ khí phù hợp sẽ giúp giảm thiểu chi phí và tăng độ bền cho hệ thống.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Triển khai rộng rãi bộ điều khiển logic mờ trong hệ thống MPPT: Khuyến nghị các đơn vị nghiên cứu và doanh nghiệp ứng dụng FLC để nâng cao hiệu suất hệ thống pin mặt trời, đặc biệt trong các dự án quy mô nhỏ và vừa. Thời gian thực hiện đề xuất trong vòng 1-2 năm.

2. Phát triển hệ thống solar tracking hai trục cho các tấm pin công suất lớn: Đề xuất thiết kế và sản xuất hệ thống tracking phù hợp với các tấm pin công suất từ vài chục đến vài trăm watt, nhằm tối ưu hóa công suất đầu ra. Chủ thể thực hiện là các công ty công nghệ năng lượng tái tạo, với lộ trình 2-3 năm.

3. Nâng cao chất lượng cảm biến và vi điều khiển: Đầu tư nghiên cứu và phát triển các cảm biến ánh sáng và vi điều khiển có độ chính xác cao, chi phí hợp lý để cải thiện hiệu quả điều khiển và giảm sai số đo lường. Thời gian thực hiện 1 năm.

4. Tăng cường đào tạo và chuyển giao công nghệ: Tổ chức các khóa đào tạo chuyên sâu về kỹ thuật điều khiển MPPT và thiết kế hệ thống solar tracking cho kỹ sư và kỹ thuật viên trong ngành điện tử và năng lượng tái tạo. Chủ thể thực hiện là các trường đại học và viện nghiên cứu, với kế hoạch triển khai liên tục.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành kỹ thuật điện tử và năng lượng tái tạo: Luận văn cung cấp kiến thức chuyên sâu về điều khiển MPPT và thiết kế hệ thống solar tracking, hỗ trợ nghiên cứu và phát triển công nghệ mới.

2. Doanh nghiệp sản xuất và lắp đặt hệ thống pin mặt trời: Tham khảo để áp dụng các giải pháp tối ưu công suất, nâng cao hiệu quả và giảm chi phí vận hành hệ thống năng lượng mặt trời.

3. Cơ quan quản lý và hoạch định chính sách năng lượng: Cung cấp cơ sở khoa học để xây dựng các chính sách hỗ trợ phát triển năng lượng tái tạo, đặc biệt là năng lượng mặt trời tại Việt Nam.

4. Các tổ chức đào tạo và chuyển giao công nghệ: Sử dụng làm tài liệu giảng dạy và hướng dẫn kỹ thuật cho các khóa học về năng lượng tái tạo và điều khiển tự động.

Câu hỏi thường gặp

1. Bộ điều khiển logic mờ (FLC) là gì và ưu điểm so với các thuật toán truyền thống?
   FLC là phương pháp điều khiển sử dụng các biến ngôn ngữ và luật mờ để xử lý tín hiệu không chính xác hoặc biến đổi. So với P&O và IncCond, FLC đạt thời gian ổn định điểm MPP nhanh hơn và giảm dao động công suất, giúp tối ưu hiệu suất hệ thống.

2. Hệ thống solar tracking hai trục hoạt động như thế nào?
   Hệ thống sử dụng hai động cơ bước điều khiển trục xoay ngang và dọc, dựa trên tín hiệu từ cảm biến ánh sáng LDR để điều chỉnh hướng tấm pin luôn vuông góc với tia nắng, từ đó tăng công suất thu được khoảng 15-20% so với tấm pin cố định.

3. Tại sao hiệu suất pin mặt trời bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ?
   Nhiệt độ cao làm giảm điện áp hở mạch của pin PV, dẫn đến giảm hiệu suất chuyển đổi quang điện. Do đó, việc kiểm soát nhiệt độ và thiết kế hệ thống làm mát là cần thiết để duy trì hiệu suất ổn định.

4. Chi phí đầu tư cho hệ thống solar tracking và bộ điều khiển FLC có cao không?
   So với hệ thống cố định và thuật toán MPPT truyền thống, chi phí ban đầu có thể cao hơn do thiết bị cơ khí và vi điều khiển phức tạp. Tuy nhiên, lợi ích về tăng công suất và hiệu quả vận hành giúp giảm chi phí trong dài hạn.

5. Luận văn có thể áp dụng cho các hệ thống pin mặt trời công suất lớn không?
   Mặc dù nghiên cứu tập trung vào hệ thống công suất nhỏ, các nguyên lý và phương pháp điều khiển có thể mở rộng và điều chỉnh cho các hệ thống công suất lớn hơn, với việc thiết kế phù hợp về phần cứng và phần mềm.

Kết luận

• Luận văn đã phát triển thành công bộ điều khiển logic mờ để tối ưu công suất hệ thống pin mặt trời, vượt trội hơn so với thuật toán P&O truyền thống về thời gian ổn định và độ ổn định công suất.
• Thiết kế và thực nghiệm hệ thống solar tracking hai trục cho thấy khả năng tăng công suất đầu ra từ 15-20% so với tấm pin cố định.
• Nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học và kỹ thuật cho việc ứng dụng năng lượng mặt trời hiệu quả tại Việt Nam, góp phần giảm thiểu tác động môi trường và thúc đẩy phát triển năng lượng tái tạo.
• Đề xuất triển khai rộng rãi bộ điều khiển FLC và hệ thống tracking trong các dự án năng lượng mặt trời, đồng thời nâng cao chất lượng thiết bị và đào tạo nguồn nhân lực.
• Các bước tiếp theo bao gồm mở rộng nghiên cứu cho hệ thống công suất lớn, cải tiến thiết kế cơ khí và phát triển phần mềm điều khiển thông minh hơn.

Hành động ngay: Các nhà nghiên cứu và doanh nghiệp trong lĩnh vực năng lượng tái tạo nên áp dụng và phát triển các giải pháp tối ưu công suất pin mặt trời dựa trên logic mờ và hệ thống tracking để nâng cao hiệu quả và bền vững.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1: Tổng quan Do đó ở mỗi điểm làm việc khác nhau ở đó công suất ta sẽ thu được khác nhau. Trong dãy các điểm làm việc sẽ có một điểm mà ở đó công suất thu được cực đại tương ứng với một điện áp xác định, trong hình 1-1 là điểm VR ở đó P = PR = Pmax. Để xác định được điểm công suất cực đại này ta sử dụng một hệ phân tích gọi là thuật toán MPPT và thuật toán nghiên cứu của hệ MPPT trong nội dung luận văn này là thuật toán FLC (fuzzy logic controller). Sơ đồ khối của điều khiển chọn điểm công suất cực đại như hình 1.2 Sơ đồ khối của bộ điều khiển MPPT 1.Các thuật toán MPPT:[14] Có nhiều thuật toán MPPT đã được phát triển và thực hiện bởi các nhà nghiên cứu [1-3].

Nói chung, các kỹ thuật MPPT có thể được chia thành hai loại, cụ thể là các phương pháp trực tiếp và gián tiếp [2]. Phương pháp trực tiếp của các thuật toán MPPT là không cần ước lượng trước giá trị MPP của đặc tính mô-đun PV. Các thuật toán MPPT trực tiếp bao gồm: Quan sát và nhiễu loạn (P & O), gia tăng độ dẫn (INCond.), hồi tiếp điện áp hoặc dòng điện, phương pháp logic mờ và phương pháp nơron. Phương pháp gián tiếp đòi hỏi phải ước lượng trước giá trị MPP của máy phát điện PV, nó được dựa trên mối quan hệ toán học thu được từ dữ liệu thực nghiệm.

Các phương pháp gián tiếp bao gồm: Điện áp PV vòng hở, Dòng PV ngắn mạch. Các phương pháp sử dụng phổ biến P&O và INCond.S Nguyễn Thanh Phương 3 HVTH: Phan Thanh Nhi Luan van Luận văn thạc sĩ Chương 1: Tổng quan 1. Phương pháp P&O :[14] Phương pháp P & O được sử dụng rộng rãi trong MPPT vì cấu trúc đơn giản và nó đòi hỏi chỉ có một vài các thông số. Hình 1-3 biểu diễn lưu đồ giải thuật phương pháp P&O.

Giải thuật P&O dựa trên sự thay đổi ∆P theo ∆V để đưa ra tỷ số độ rộng xung D thích hợp. Phương pháp INCond : [14] Phương pháp InCond dựa trên việc phân tích đạo hàm của công suất theo điện áp. Ở bên trái điểm cực đại, đạo hàm có giá trị dương. Ở bên phải điểm cực đại đạo hàm có giá trị âm.

∆I = 0 tại điểm MPP ∆V ∆I > 0 bên trái điểm MPP (1.1) ∆V ∆I < 0 bên phải điểm MPP ∆V GVHD:T.S Nguyễn Thanh Phương 4 HVTH: Phan Thanh Nhi Luan van Luận văn thạc sĩ Chương 1: Tổng quan Giải thuật IncCond dựa trên việc so sánh những biểu thức trên để xác định điểm cực đại. Tỷ số độ thay đổi dòng điện và điện áp được so sánh với tỷ số dòng điện và điện áp tức thời để biết được PV đang vận hành ở bên trái hay bên phải so với điểm cưc đại. Khi điểm vận hành của PV đến được điểm cực đại, giá trị đặt sẽ được giữ không đổi. Khi có sự thay đổi về điều kiện môi trường và tải, giải thuật sẽ so sánh tiếp để điều chỉnh giá trị đặt nhằm bắt công suất cực đại mới.

Lưu đồ giải thuật cho phương pháp IncCond: Hình 1.4 Lưu đồ giải thuật cho phương pháp IncCond [14] GVHD:T.S Nguyễn Thanh Phương 5 HVTH: Phan Thanh Nhi Luan van Luận văn thạc sĩ Chương 1: Tổng quan Hai phương pháp trên sẽ được phân tích kỹ hơn ở chương 2 của luận văn. Từ những phân tích cơ bản của hai phương pháp P&O và IncCond ta có nhận thấy: - Đối với phương pháp P&O Khi có sự biến động của ∆P và ∆V thì ∆D sẽ làm tăng tỷ số D hoặc giảm D để chu kỳ tiếp theo buộc các điểm hoạt động di chuyển về phía MPP. Quá trình này sẽ được tiến hành liên tục cho đến khi MPP là đạt. Tuy nhiên, hệ thống sẽ dao động xung quanh MPP suốt quá trình này, và điều này sẽ dẫn đến mất năng lượng.

Những dao động này có thể được giảm thiểu bằng cách giảm kích thước ∆P và ∆V nhưng nó làm chậm hệ thống theo dõi MPP. - Đối với phương pháp IncCond có ưu điểm là đáp ứng MPP tốt theo sự thay đổi của môi trường, sự dao động thấp hơn phương pháp P&O. Tuy nhiên, nó đòi hỏi hai bộ cảm biến để xác định dòng và áp tức thời ngõ ra của hệ thống PV, dẫn đến chi phí cao và mạch điện phức tạp. - Từ những nhận xét ưu và khuyết điểm của hai phương pháp trên luận văn nghiên cứu sử dụng logic mờ điều khiển chọn điểm công suất cục đại hệ thống pin mặt trời cấp cho tải DC.

Ưu điểm của bộ điều khiển logic mờ thời gian đạt điểm MPP nhanh và đạt độ ổn định MPPT hơn so với bộ điều khiển P & O .3 Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu: - Nghiên cứu các đặc tuyến làm việc của các tấm pin quang điện - Nghiên cứu các bài báo về ứng dụng các phương pháp điều khiển chọn điểm công suất lớn nhất hệ thống pin mặt trời cấp cho tải DC. - Nghiên cứu mô phỏng pin quang điện và MPPT - Sử dụng logic mờ điều khiển chọn điểm công suất lớn nhất hệ thống pin mặt trời cấp cho tải DC - Khảo sát thực nghiệm.Nhiệm vụ và giới hạn của đề tài.Nhiệm vụ của đề tài. - Thiết kế hệ tracking năng lượng mặt trời. - Mô phỏng điểm công suất cực đại - Khảo sát thực nghiệm.S Nguyễn Thanh Phương 6 HVTH: Phan Thanh Nhi Luan van Luận văn thạc sĩ Chương 1: Tổng quan 1.Giới hạn đề tài - Do thời gian thực hiện có hạn, người thực hiện chỉ giới hạn nghiên cứu, thiết kế cho một hệ thống tracking 2 trục kích thước nhỏ, với tấm pin 10W.Kết quả đạt được.

- Kết hợp bài toán điều khiển mờ và bài toán tối ưu công suất hệ thống pin mặt trời. - Đo các thông số khi đặt hệ thống tracking cố định và di động để đánh giá mức độ tối ưu của hệ thống.S Nguyễn Thanh Phương 7 HVTH: Phan Thanh Nhi Luan van Luận văn thạc sĩ Chương 2: Cơ sở lý thuyết Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.Tình hình năng lượng mặt trời: 2.Tình hình chung: Ngày nay Năng lượng mặt trời đang ngày càng thu hút được nhiều sự quan tâm và đầu tư. Tuy nhiên, vấn đề giá cả nguồn điện mặt trời hiện nay vẫn là một vấn đề lớn cho đến tận bây giờ Hiện nay năng lượng mặt trời chỉ cung cấp một phần nhỏ bé trong nhu cầu về điện cho con người nhưng những người ủng hộ năng lượng này tin tưởng kỉ nguyên năng lượng mặt trời chỉ mới bắt đầu và càng ngày được đẩy mạnh khi các quốc gia phát triển thực hiện chiến dịch chống biến đổi khí hậu và hạn chế việc phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch như dầu mỏ, khí đốt … Các Chính Phủ Nhật Bản, Đức, và Hoa Kỳ đang thúc đẩy việc hỗ trợ người dân dần dần từ bỏ các nhiên liệu hoá thạch. Chẳng hạn tại Đức, một gia đình tại Đức có thể được chính phủ hỗ trợ hơn 2.860 USD) để lắp đặt các tấm pin mặt trời.

Họ không phải trả bất kì phí nào trong 10 năm và còn được thu lợi trong 10 năm tiếp theo. Tuy nhiên, ở các nước phát triển việc tuyên truyền sử dụng năng lượng mặt trời lại hạn chế trong khi chính những nước này càng cần phải tranh thủ nguồn năng lượng mặt trời nhiều hơn – những quốc gia này có nhiều thuận lợi hơn ở điều kiện địa lý gần xích đạo có cường độ năng lượng mặt trời lớn hơn các nước ôn đới. Ứng dụng năng lượng mặt trời ở Việt nam: [5] Vị trí địa lý đã ưu ái cho Việt Nam một nguồn năng lượng tái tạo vô cùng lớn, đặc biệt là năng lượng mặt trời. Trải dài từ vĩ độ 23023’ Bắc đến 8027’ Bắc, Việt Nam nằm trong khu vực có cường độ bức xạ mặt trời tương đối cao.

Trong đó, nhiều nhất phải kể đến thành phố Hồ Chí Minh, tiếp đến là các vùng Tây Bắc (Lai Châu, Sơn La, Lào Cai) và vùng Bắc Trung Bộ (Thanh Hóa, Nghệ An, Hà Tĩnh)… GVHD:T.S Nguyễn Thanh Phương 8 HVTH: Phan Thanh Nhi Luan van Luận văn thạc sĩ Chương 2: Cơ sở lý thuyết Bảng 2 .1 Tiềm năng năng lượng mặt trời khu vực phía Nam [4] Tên địa phương Cường độ bức xạ trong năm Số giờ nắng kWh/m2/ngày kWh/m2/năm trung bình trong năm Các tỉnh Miền Đông Nam Bộ, TP.Hồ Chí Minh, Đồng Bằng 4.8 1799 2411 sông Cửu Long Đăk Lăk, Lâm Đồng, Khánh Hòa, Ninh Thuận, Bình Thuận, 5.61 2084 Bà Rịa Vũng Tàu Kom Tum, Gia Lai, Đăk Lăk, Lâm Đồng 2431 Phan Thiết ( Bình Thuận ) 2961 Bảng 2 .2 Lượng tổng bức xạ mặt trời trung bình ngày của các tháng trong năm ở một số địa phương Việt Nam [4] TT Địa phương Tổng bức xạ mặt trời của các tháng trong năm ( đơn vị: MJ/m2. ngày ) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 Cao Bằng 8.S Nguyễn Thanh Phương 9 HVTH: Phan Thanh Nhi Luan van Luận văn thạc sĩ Chương 2: Cơ sở lý thuyết Tại Việt Nam, theo các nhà khoa học, nếu phát triển tốt điện mặt trời sẽ góp phần đẩy nhanh Chương trình điện khí hóa nông thôn ( Dự kiến đến năm 2020, cung cấp điện cho toàn bộ 100% hộ dân nông thôn, miền núi, hải đảo…).Năng lượng mặt trời : 2. Phổ Của Mặt Trời : Mặt trời là một nguồn sáng khổng lồ với đường kính 1,4 triệu km. Bên trong mặt trời, các phản ứng hạt nhân biến đổi hydro thành heli liên tục diễn ra.

Sự hao hụt khối lượng do phản ứng hạt nhân này sinh ra nguồn năng lượng điện từ khoảng 3,8x1020 MW và bức xạ ra ngoài không gian. Năng lượng bức xạ của một vật thể là hàm số phụ thuộc vào nhiệt độ. Để mô tả độ bức xạ của một đối tượng, người ta thường dùng một khái niệm lý thuyết để so sánh, gọi là vật thể đen (blackbody). Phương trình bức xạ của vật thể đen được cho bởi định luật Planck: 3 x .1)         trong đó: Eλ : công suất bức xạ trên một đơn vị diện tích (của vật thể đen) trong đoạn vi phân bước sóng (Wm-2( µm)-1).

T : nhiệt độ tuyệt đối của vật thể đen (K). Ví dụ: Nếu xem trái đất tương đồng với một vật thể đen có nhiệt độ 288 K (15oC), thì phổ năng lượng bức xạ của trái đất theo định luật Planck giống như hình 2-1. Diện tích của đồ thị trên ở giữa 2 giá trị bước sóng bất kỳ chính là công suất bức xạ của vật thể trong khoảng bước sóng đó. Nếu lấy tích phân đồ thị trên từ 0 đến vô cùng chính là tổng công suất bức xạ của vật thể.