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 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 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 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 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.
Tổng công suất bức xạ của một vật thể đen (trên toàn bề mặt) được cho bởi định luật Stefan-Boltzmann: E = AσT4 (2.S Nguyễn Thanh Phương 10 HVTH: Phan Thanh Nhi Luận văn thạc sĩ Chương 2: Cơ sở lý thuyết trong đó: E: công suất bức xạ tổng (W) σ: hằng số Stefan-Boltzmann = 5. T : nhiệt độ tuyệt đối (K). A : diện tích bề mặt của vật thể đen (m2).1 Phổ của vật thể đen [6] Đường cong phổ bức xạ có giá trị cực đại ở bước sóng được xác định bởi công thức: 2T 8 9 8 m = m a x ( ) Trong lòng mặt trời có nhiệt độ khoảng 15 triệu Kelvin, nhưng bức xạ từ bề mặt của mặt trời tương đồng với vật thể đen có nhiệt độ 5800 K. Hình 2-2 diễn tả phổ bức xạ của mặt trời và phổ bức xạ của vật thể đen 5800 K.
Công suất bức xạ của vật thể đen 5800 K (toàn bộ diện tích của đường cong) là 1,37 kW/m2, bằng với công suất bức xạ tổng của mặt trời ở ngoài khí quyển trái đất. Công suất bức xạ tổng của mặt trời được phân tỷ lệ như sau: những bước sóng dưới tia cực tím (UltraViolet-UV) chiếm 7%, trong vùng khả kiến chiếm 47%, từ vùng hồng ngoại GVHD:T.S Nguyễn Thanh Phương 11 HVTH: Phan Thanh Nhi Luận văn thạc sĩ Chương 2: Cơ sở lý thuyết (Infrared-IR) trở lên chiếm 46%. Nhắc lại về bước sóng trong vùng khả kiến có tầm từ 0. Khi bức xạ mặt trời đi vào khí quyển cúa trái đất sẽ bị hấp thu bởi nhiều thành phần.
Do đó, đường cong phổ bức xạ của mặt trời nhận được trên mặt đất bị méo dạng nhiều so với ngoài không gian. Phổ bức xạ nhận được trên mặt đất còn phụ thuộc vào góc chiếu của mặt trời so với bề mặt trái đất, được phản ánh theo tỷ số AM.2 Phổ của mặt trời ngoài khí quyển [6] GVHD:T.S Nguyễn Thanh Phương 12 HVTH: Phan Thanh Nhi Luận văn thạc sĩ Chương 2: Cơ sở lý thuyết 2. Định nghĩa tỷ số AM : Hình 2.3 Tỷ số AM [6] Với mỗi góc chiếu khác nhau của mặt trời so với mặt đất thì quãng đường của tia sáng xuyên qua khí quyển sẽ khác nhau. Nếu định nghĩa: h1: Quãng đường ngắn nhất xuyên qua khí quyển (tia sáng vuông với mặt đất) h2: Quãng đường thực mà tia sáng xuyên qua khí quyển thì tỷ số AM (Air Mass ratio) được tính: h2 1 m= = (2.S Nguyễn Thanh Phương 13 HVTH: Phan Thanh Nhi Luận văn thạc sĩ Chương 2: Cơ sở lý thuyết Hình 2.
4 Phổ của mặt trời theo AM khác nhau [6] Tỷ số AM1 ( h2 =1 ) tương ứng với tia sáng chiếu trực tiếp vuông góc với mặt đất. h1 AM0 tương ứng với phổ bức xạ ở ngoài khí quyển. Thông thường, AM1.5 được xem là phổ bức xạ trung bình trên mặt đất. Công suất bức xạ tổng ứng với AM1.5 được phân tỷ lệ như sau: những bước sóng dưới UV chiếm 2%, trong vùng khả kiến chiếm 54%, từ vùng IR trở lên chiếm 44%.
Phổ công suất của mặt trời theo tỷ số AM được diễn tả trong hình 1-4. Đường cong có khuynh hướng giảm lại và dịch chuyển về phía bước sóng lớn khi AM tăng lên.