Luận văn thạc sĩ về tối ưu hóa điểm làm việc cực đại trong hệ thống pin quang điện sử dụng phương pháp logic mờ

• Tác giả: Trần Văn Lưu
• Người hướng dẫn: TS. Trương Việt Anh
• Trường học: Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM
• Chuyên ngành: Điện
• Đề tài: Tối ưu hóa công suất chuyển đổi trên hệ thống quang điện nhằm chiết suất tối đa năng lượng trên các tấm pin thu được
• Loại tài liệu: Luận văn tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2012
• Địa điểm: Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• TÓM TẮT
• ABSTRACT
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Tổng quan về năng lượng quang điện
• 1.2. Cấu trúc của mặt trời
• 1.3. Phân bố phổ bức xạ mặt trời theo hướng bước sóng λ
• 1.4. Thị trường tiêu thụ năng lượng Thế giới 2006-2030
• 1.5. Tổng số năng lượng tiêu thụ thế giới vào năm 1980 - 2030
• 1.6. Các ứng dụng của năng lượng mặt trời
• 1.7. Tiềm năng năng lượng mặt trời ở Việt Nam
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
• 2.1. Pin quang điện
• 2.2. Cấu tạo của pin quang điện
• 2.3. Mô hình vật lý của pin quang điện
• 2.4. Mô hình toán của pin quang điện
• 2.5. Lý do phải dò tìm điểm làm việc cực đại
• 2.6. Mô hình toán của bộ chuyển đổi DC-DC
• 2.7. Mạch giảm điện thế (Buck Converter)
• 2.8. Mạch boot converter
• 3. CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP DÒ TÌM ĐIỂM CỰC ĐẠI
• 3.1. Mô hình mô phỏng hệ thống điện pin mặt trời trong matlab/Simulink
• 3.2. Các phương pháp dò tìm điểm cực đại của hệ thống pin quang điện
• 3.2.1. Tìm điểm làm việc cực đại của pin mặt trời bằng phương pháp P & O
• 3.2.2. Phương pháp InC (Incremental Conductance)
• 3.2.3. Phương pháp sử dụng điện dung ký sinh (parasitic capacitance)
• 3.2.4. Phương pháp điều khiển điện áp
• 3.3. Phương pháp logic mờ
• 3.3.1. Các giá trị đầu vào
• 3.3.2. Mờ hóa các giá trị đầu vào và đầu ra (Fuzzification)
• 3.3.3. Luật điều khiển mờ
• 4. CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ MÔ PHỎNG
• 4.1. Mô hình mô phỏng hệ thống quang điện sử dụng phương pháp P&O trong simulink matlab
• 4.2. Kết quả mô phỏng
• 4.3. Mô hình mô phỏng hệ thống quang điện sử dụng phương pháp FLC trong simulink matlab
• 4.3.1. Mô hình mô phỏng
• 4.3.2. Giới thiệu các khối chính trong mô hình
• 4.3.3. Kết quả mô phỏng phương pháp FLC trên phần mềm Matlab
• 5. CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• 5.1. Kiến nghị và hướng phát triển đề tài
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT
• DANH SÁCH CÁC BẢNG
• DANH SÁCH CÁC HÌNH

Tóm tắt

I. Tổng quan về tối ưu hóa điểm làm việc cực đại trong pin quang điện

Tối ưu hóa điểm làm việc cực đại (MPPT) trong hệ thống pin quang điện là một lĩnh vực nghiên cứu quan trọng nhằm nâng cao hiệu suất năng lượng. Năng lượng mặt trời là nguồn năng lượng tái tạo dồi dào, và việc tối ưu hóa sản lượng điện từ các tấm pin quang điện là cần thiết để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng về năng lượng. Các phương pháp MPPT hiện tại như P&O và InC có những hạn chế nhất định, do đó, việc áp dụng các phương pháp thông minh như logic mờ có thể mang lại những cải tiến đáng kể.

1.1. Đặc điểm và thách thức của hệ thống pin quang điện

Hệ thống pin quang điện có đặc điểm đầu ra phi tuyến và thay đổi theo điều kiện môi trường như nhiệt độ và bức xạ mặt trời. Những thách thức trong việc duy trì hiệu suất tối ưu bao gồm sự biến đổi nhanh chóng của các yếu tố môi trường, dẫn đến khó khăn trong việc theo dõi điểm cực đại một cách chính xác.

1.2. Tầm quan trọng của việc tối ưu hóa MPPT

Việc tối ưu hóa MPPT không chỉ giúp tăng cường hiệu suất của hệ thống pin quang điện mà còn góp phần vào việc giảm thiểu chi phí sản xuất điện. Điều này đặc biệt quan trọng trong bối cảnh nguồn năng lượng truyền thống đang dần cạn kiệt và nhu cầu về năng lượng tái tạo ngày càng tăng.

II. Các phương pháp tối ưu hóa điểm làm việc cực đại trong pin quang điện

Có nhiều phương pháp khác nhau để tối ưu hóa điểm làm việc cực đại trong hệ thống pin quang điện. Trong số đó, các phương pháp truyền thống như P&O và InC được sử dụng phổ biến, nhưng chúng có những nhược điểm như tốc độ phản ứng chậm và khả năng theo dõi không chính xác trong điều kiện thay đổi nhanh chóng. Việc áp dụng logic mờ có thể cải thiện đáng kể hiệu suất của các phương pháp này.

2.1. Phương pháp P O và những hạn chế

Phương pháp P&O (Perturb and Observe) là một trong những phương pháp MPPT phổ biến nhất. Tuy nhiên, nó gặp phải vấn đề về tốc độ phản ứng chậm và dao động quanh điểm cực đại trong trạng thái ổn định, dẫn đến hiệu suất không tối ưu.

2.2. Phương pháp InC và ứng dụng của nó

Phương pháp InC (Incremental Conductance) được biết đến với khả năng theo dõi điểm cực đại chính xác hơn so với P&O. Tuy nhiên, nó cũng có nhược điểm là phức tạp hơn trong việc triển khai và yêu cầu nhiều tài nguyên tính toán hơn.

2.3. Ứng dụng của logic mờ trong tối ưu hóa MPPT

Logic mờ (Fuzzy Logic) là một phương pháp thông minh có thể cải thiện hiệu suất của các thuật toán MPPT hiện tại. Bằng cách sử dụng các quy tắc mờ, hệ thống có thể điều chỉnh các tham số một cách linh hoạt, giúp theo dõi điểm cực đại một cách hiệu quả hơn.

III. Kết quả nghiên cứu và ứng dụng thực tiễn của logic mờ trong MPPT

Nghiên cứu cho thấy việc áp dụng logic mờ trong tối ưu hóa điểm làm việc cực đại có thể mang lại những kết quả khả quan. Các mô phỏng cho thấy rằng hệ thống sử dụng logic mờ có khả năng theo dõi điểm cực đại tốt hơn, giảm thiểu dao động và tăng cường hiệu suất tổng thể của hệ thống pin quang điện.

3.1. Kết quả mô phỏng với phương pháp P O

Mô phỏng cho thấy rằng phương pháp P&O truyền thống có thể đạt được hiệu suất tối đa, nhưng vẫn còn tồn tại những dao động không mong muốn. Điều này cho thấy cần có những cải tiến để nâng cao hiệu suất.

3.2. Kết quả mô phỏng với phương pháp FLC

Khi áp dụng phương pháp Fuzzy Logic Controller (FLC), kết quả mô phỏng cho thấy sự cải thiện rõ rệt trong việc theo dõi điểm cực đại, với ít dao động hơn và hiệu suất cao hơn so với các phương pháp truyền thống.

IV. Kết luận và triển vọng tương lai của tối ưu hóa MPPT

Tối ưu hóa điểm làm việc cực đại trong hệ thống pin quang điện là một lĩnh vực nghiên cứu đầy tiềm năng. Việc áp dụng các phương pháp thông minh như logic mờ không chỉ giúp cải thiện hiệu suất mà còn mở ra hướng đi mới cho các nghiên cứu trong tương lai. Cần tiếp tục nghiên cứu và phát triển các thuật toán mới để tối ưu hóa hơn nữa hiệu suất của hệ thống pin quang điện.

4.1. Tương lai của nghiên cứu MPPT

Nghiên cứu trong lĩnh vực MPPT sẽ tiếp tục phát triển, với sự chú trọng vào việc cải thiện các thuật toán hiện tại và phát triển các phương pháp mới. Sự kết hợp giữa công nghệ thông tin và năng lượng tái tạo sẽ là xu hướng chính trong tương lai.

4.2. Ứng dụng thực tiễn trong ngành công nghiệp

Các ứng dụng thực tiễn của MPPT trong ngành công nghiệp sẽ ngày càng mở rộng, từ các hệ thống điện mặt trời nhỏ đến các nhà máy điện mặt trời quy mô lớn. Điều này sẽ góp phần vào việc giảm thiểu chi phí năng lượng và bảo vệ môi trường.