Xây dựng giải thuật dò tìm điểm công suất cực đại của pin quang điện

BỘ CÔNG THƯƠNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

PHẠM ĐỨC THÀNH

XÂY DỰNG GIẢI THUẬT DÒ TÌM ĐIỂM

CÔNG SUẤT CỰC ĐẠI CỦA PIN QUANG ĐIỆN

Chuyên ngành: KỸ THUẬT ĐIỆN

Mã chuyên ngành: 60520202

LUẬN VĂN THẠC SĨ

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, NĂM 2019

Công trình được hoàn thành tại Trường Đại học Công nghiệp TP. Hồ Chí Minh.

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. Trương Việt Anh

Người phản biện 1: PGS.TS. Trương Đình Nhơn

Người phản biện 2: TS. Dương Thanh Long

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Hội đồng chấm bảo vệ Luận văn thạc sĩ Trường

Đại học Công nghiệp thành phố Hồ Chí Minh ngày . . . .tháng . . . .năm 2019

Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:

1. PGS.TS. Võ Ngọc Điều - Chủ tịch Hội đồng

2. PGS.TS. Trương Đình Nhơn - Phản biện 1

3. TS. Dương Thanh Long - Phản biện 2

4. TS. Nguyễn Trung Nhân - Ủy viên

5. TS. Trần Thanh Ngọc - Thư ký

(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ)

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ tên học viên: Phạm Đức Thành MSHV: 16083511

Ngày, tháng, năm sinh: 12/05/1986 Nơi sinh: Hà Tĩnh

Chuyên ngành: Kỹ Thuật Điện Mã chuyên ngành: 60520202

I. TÊN ĐỀ TÀI:

XÂY DỰNG GIẢI THUẬT DÒ TÌM ĐIỂM CÔNG SUÂT CỰC ĐẠI CỦA PIN

QUANG ĐIỆN.

NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:

- Tìm hiểu về pin năng lượng mặt trời như: cấu tạo, nguyên lý hoạt động, phương

trình toán tương đương.

- Tìm hiểu tổng quan về các phương pháp xác định điểm công suất cực đại.

- Giải thuật đề xuất dò tìm điểm công suất cực đại trong điều kiện có bóng che.

- Mô hình mô phỏng giải thuật đề xuất.

- Kết luận và hướng phát triển của đề tài.

II. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: Theo QĐ số 2660/QĐ-ĐHCN ngày 11/12/2018

III. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: ................................................................

IV. NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS. Trương Việt Anh

Tp. Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 2019

NGƯỜI HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO

TRƯỞNG KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN

BỘ CÔNG THƯƠNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

i

LỜI CẢM ƠN

Sau thời gian học tập và rèn luyện tại Trường Đại học công nghiệp Thành phố Hồ

Chí Minh, bằng sự biết ơn và kính trọng, em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Ban

Giám hiệu, phòng Quản lý sau đại học, khoa Công nghệ Điện thuộc Trường Đại học

Công nghiệp Thành phố Hồ Chí Minh và các Giáo sư, P. Giáo sư, Tiến sĩ đã nhiệt

tình hướng dẫn, giảng dạy và tạo mọi điều kiện thuận lợi giúp đỡ em trong suốt quá

trình học tập, nghiên cứu và hoàn thiện đề tài nghiên cứu khoa học này.

Đặc biệt, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới Thầy PGS.TS Trương Việt Anh,

người thầy đã trực tiếp hướng dẫn, giúp đỡ em trong quá trình thực hiện đề tài.

Xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè cùng đồng nghiệp đã tạo điều kiện , nghiên

cứu để hoàn thành đề tài này.

Tuy nhiên điều kiện về năng lực bản thân còn hạn chế, chuyên đề nghiên cứu khoa

học chắc chắn không tránh khỏi những thiếu sót. Kính mong nhận được sự đóng

góp ý kiến của các thầy cô giáo, bạn bè và đồng nghiệp để bài nghiên cứu của em

được hoàn thiện hơn.

Tp. Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 2019

Học viên

Phạm Đức Thành

ii

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan luận văn thạc sỹ “ Xây dựng giải thuật dò tìm điểm công suất

cực đại của pin Quang Điện” là công trình nghiên cứu của tôi.

Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố

trong bất kỳ công trình nào khác.

Tp. Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 2019

Học viên

Phạm Đức Thành

iii

TÓM TẮT

Nhu cầu về năng lượng tái tạo đang tăng lên từng ngày bởi sự khủng hoảng năng

lượng hiện nay trên phạm vi toàn cầu. Các nguồn năng lượng tái tạo đóng vai trò

quan trọng trong việc phát điện. Một số nguồn năng lượng tái tạo (như NLMT, gió,

địa nhiệt và sinh khối) có thể được sử dụng để tạo ra điện và đáp ứng nhu cầu năng

lượng hàng ngày của chúng ta. NLMT là lựa chọn khả thi nhất cho sản xuất điện vì

nó có ở mọi nơi và được sử dụng miễn phí. Các tấm pin NLMT quang điện (PV)

chuyển NLMT thành năng lượng điện. Với sự tập trung hiện tại vào các nguồn năng

lượng xanh hơn và sạch hơn, PV được sử dụng như một nguồn năng lượng quan

trọng trong nhiều ứng dụng.

Trong điều kiện thực tế ở trong nước hiện nay cho thấy, với chi phí phát điện dùng

pin mặt trời khá cao so với các nguồn năng lượng truyền thống, các hệ thống pin

mặt trời thường chỉ được phát triển cho các vùng cô lập với lưới điện quốc gia do

chi phí kéo dây quá lớn trong khi nhu cầu điện không cao bởi phục vụ điện sinh

hoạt là chính. Các hệ thống pin mặt trời này thường có cấu trúc dưới dạng lưới điện

độc lập hoặc chạy phối hợp với các nguồn năng lượng khác như gió hay diesel.

Tuy nhiên, ở thời điểm hiện tại giá thành pin mặt trời còn khá cao. Công suất phát

ra bởi pin mặt trời lại phụ thuộc trực tiếp vào bức xạ, nhiệt độ và điều kiện thời tiết.

Đặc tính PV và VI của pin mặt trời lại không tuyến tính, trên đường đặc tuyến đó

tồn tại một điểm làm việc cực đại (MPP) mà ở đó công suất phát ra của pin mặt trời

là lớn nhất. Nhưng điểm này không phải là hằng số, chúng luôn thay đổi theo nhiệt

độ và bức xạ. Vì vậy, dò tìm điểm làm việc cực đại của pin mặt trời (MPPT) phải

được sử dụng để đưa pin mặt trời luôn làm việc tại điểm này, nhằm nâng cao hiệu

suất của pin mặt trời.

iv

ABSTRACT

On demand renewable energy is increasing day by day due to the current global

energy crisis. Renewable energy sources play an important role in power

generation. Some renewable energy sources (such as solar, wind, geothermal and

biomass) can be used for generating electricity and meet our daily energy needs.

Solar energy is the most viable option for electricity production because it is

available and free to use. Photovoltaic solar panels (PV) convert solar energy to

electrical energy. With the current focus on greener and cleaner energy sources, PV

is used as an important energy source in many applications.

With the national conditions as Viet Nam, The cost of using solar cells is quite high

compared to traditional energy sources, solar battery systems are usually only

developed for isolated areas with the national grid due to the high cost of wire

drawing while the demand for electricity is not high due to the main electricity

supply. These solar cell systems are usually structured in the form of independent or

running grids combined with other energy sources such as wind or diesel.

However, at the present, time the cost of solar cells is generally so high. The

capacity generated by solar cells is directly dependent on radiation, temperature and

weather conditions. The PV and VI properties of solar cells are non-linear, on that

line there exists a maximum working point (MPP) where the output power of the

solar cell is the largest. But this point is not constant, they always change with

temperature and radiation. Therefore, the detection of the maximum working point

of solar cells (MPPT) must be used to bring solar cells that are always working at

this point, in order to improve the efficiency of solar cells.

v

MỤC LỤC

MỤC LỤC...................................................................................................................... v

MỤC LỤC CÁC HÌNH ............................................................................................... vii

MỤC LỤC BẢNG BIỂU.............................................................................................. ix

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT......................................................................................... x

MỞ ĐẦU........................................................................................................................ 1

1. Đặt vấn đề .............................................................................................................. 1

2. Các nghiên cứu liên quan....................................................................................... 2

3. Mục tiêu của luận văn............................................................................................ 4

4. Nhiệm vụ của luận văn .......................................................................................... 5

5. Phạm vi nghiên cứu ............................................................................................... 6

6. Phương pháp nghiên cứu ....................................................................................... 6

7. Giá trị thực tiễn của đề tài...................................................................................... 6

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN..................................................................................... 8

1.1 Tổng quan về pin năng lượng mặt trời .............................................................. 8

1.1.1 Hiện tượng quang điện ........................................................................... 8

1.1.2 Cấu tạo và hoạt động của pin mặt trời.................................................... 9

1.1.3 Phân loại pin mặt trời ........................................................................... 12

1.2 Tổng quan một hệ thống điện năng lượng mặt trời......................................... 13

1.2.1 Bộ pin năng lượng mặt trời .................................................................. 14

1.2.2 Bộ chuyển đổi năng lượng điện............................................................ 14

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT........................................................................ 16

2.1 Pin năng lượng mặt trời và phương trình toán của pin năng lượng mặt trời... 16

2.1.1 Phương trình tương đương của pin năng lượng mặt trời...................... 16

2.1.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến pin năng lượng mặt trời............................. 17

2.1.3 Phương trình tương đương của bộ pin năng lượng mặt trời................. 18

2.2 Bộ chuyển đổi DC/DC..................................................................................... 22

2.2.1 Bộ chuyển đổi DC/DC boost converter................................................ 22

2.2.2 Bộ chuyển đổi DC/DC buck converter ................................................ 25

2.3 Điểm làm việc cực đại của Pin mặt trời .......................................................... 27

2.4 Các phương pháp xác định điểm công suất cực đại của pin mặt trời.............. 30

2.4.1 Phương pháp P&O (Perturb and Observe)........................................... 31

2.4.2 Phương pháp INC (Incremental Conductance).................................... 33

2.5 Pin mặt trời bị ảnh hưởng bởi bóng che .......................................................... 35

CHƯƠNG 3 GIẢI THUẬT DÒ TÌM ĐIỂM CÔNG SUẤT CỰC ĐẠI TRONG

ĐIỀU KIỆN CÓ BÓNG CHE...................................................................................... 39

3.1 Cấu hình kết nối tấm pin trong hệ thống PV................................................... 39

3.1.1 Cấu hình tấm pin mắc nối tiếp (Series/S)............................................. 39

3.1.2 Cấu hình tấm pin mắc song song (Parallel/P) ...................................... 39

3.1.3 Cấu hình tấm pin mắc nối tiếp song song (Series-Parallel/S-P) .......... 40

3.2 Giải thuật dò điểm công suất cực đại .............................................................. 41