Các bộ biến đổi bán dẫn trong hệ thống pin mặt trời làm việc độc lập

ảm tuổi thọ của pin. Nếu ắc quy thường xuyên trong tình trạng bị nạp quá đầy, nhiệt độ trong ắc quy sẽ tăng lên. Đến một mức độ nào đó, dòng điện vào ắc quy sẽ nhiều hơn và làm nhiệt độ trong ắc quy tiếp tục tăng lên có thể phá hỏng ắc quy chỉ sau vài giờ đồng hồ. Nạp thiếu Hiện tượng nạp thiếu thường xuyên xảy ra với ắc quy làm việc với hệ thống pin mặt trời do thời gian ánh sáng yếu thường diễn ra trong thời gian dài. Nếu điện áp nạp của ắc quy ở mức quá thấp, dòng điện vào ắc quy không đạt giá trị cần thiết trước khi ắc quy được nạp đầy sẽ làm dư lại một số sunfat chì ở các cực ắc quy, làm giảm dung lượng của ắc quy, làm giảm tuổi thọ của ắc quy. Sunfat hoá Do các tinh thể chì sunfat được biến đổi thành chì trong thời gian ắc quy nạp, nên nếu sau khi phóng hết, ắc quy lâu ngày không được nạp lại, một số các tinh thể chì sẽ còn bám lại trên các tấm bản cực. Những tinh thể này như những lớp cách ly gây trở ngại cho ắc quy khi nạp. Đây gọi là hiện tượng sunfat hoá. Hiện tượng này làm dung lượng của ắc quy giảm và có thể làm hỏng ắc quy. Để tránh hiện tượng này, có thể áp dụng chế độ nạp cân bằng để có thể làm tươi lại ắc quy, tạo sự đồng đều của dung dịch trong các ngăn của ắc quy. Các tiêu chí lựa chọn ắc quy. Việc lựa chọn ắc quy cho hệ PV có thể dựa vào những tiêu chí sau đây: Phóng sâu (phóng sâu khoảng 70 đến 80%) Dòng điện nạp/phóng thấp. Thời gian nạp và thời gian phóng. Độ ổn định khi nạp hay phóng. Thời gian tự phóng. Tuổi thọ Yêu cầu bảo trì Hiệu quả lưu giữ năng lượng. Giá thành thấp. Các nhà sản xuất ắc quy thường chú trọng vào số chu kỳ phóng nạp hoàn chỉnh cũng như khả năng phóng sâu của ắc quy. Mặc dù điều này có thể giúp tính toán được tuổi thọ của ắc quy (ắc quy chì - axit) trong các hệ thống thông thường như nguồn cấp năng lượng liên tục hay các phương tiện sử dụng điện, nhưng đối với những hệ năng lượng mới vẫn có thể có những tính toán sai sót về tuổi thọ của ắc quy. Trong hệ PV, hai vấn đề thường quyết định tuổi thọ của ắc quy là việc nạp chưa đầy và việc nạp thấp trong thời gian dài của ắc quy. 4.8. Các thông số đặc trưng của ắc quy Power Sonic như sau: 4.8.1. Đặc tính phóng. Hình 4.3. Đặc tính phóng của ắc quy PowerSonic Hình 4.3 thể hiện đặc tính phóng của ắc quy với các mức độ phóng điện và điều kiện nhiệt độ khác nhau. Đường đặc tính phóng này chỉ ra một đặc tính quan trọng của ắc quy Power Sonic là điện áp có xu hướng giữ nguyên không đổi trong một khoảng thời gian dài trước khi giảm xuống mức điện áp giới hạn. Điện áp hở mạch của ắc quy PowerSonic = 2,15V khi nạp no và giảm xuống còn 1,94V khi phóng hoàn toàn. Độ bền và khả năng tích trữ điện: Điện trở trong thấp và các bản cực được cấu tạo bằng các hợp kim đặc biệt có tác dụng đảm bảo tốc độ tự phóng điện thấp, do đó khả năng lưu trữ năng lượng của ắc quy Sonic rất lâu. Nếu được đảm bảo ở nhiệt độ 20oC, dung lượng của ắc quy vẫn đạt được 60 đến 70% dung lượng định mức sau 1 năm. Mức độ tự phóng điện thay đổi theo nhiệt độ môi trường xung quanh: ở nhiệt độ 20oC, mức độ tự phóng điện là 3% mỗi năm, ở nhiệt độ thấp ắc quy gần như không tự phóng điện và ở nhiệt độ cao thì mức độ tự phóng điện tăng lên. Bảo vệ phóng sâu: Để đảm bảo độ bền, ắc quy cần phải được ngắt khỏi tải khi điện áp của ắc quy đạt đến mức điện áp ngưỡng. Mức điện áp ngưỡng là mức mà tại đó 100% dung lượng hữu dụng của ắc quy đã được sử dụng hay tại đó việc tiếp tục phóng là vô ích bởi khi đó điện áp đã giảm xuống dưới mức hữu dụng. Việc để ắc quy chì - axit phóng dưới mức điện áp ngưỡng hay vẫn nối ắc quy với tải khi điện áp trên ắcquy nhỏ sẽ làm giảm khả năng nạp no của ắcquy. Với ắc quy Power-Sonic nên dùng mạch ngắt dựa trên tín hiệu áp để tránh hiện tượng phóng sâu. Hình 4.4. Mạch chống hiện tượng phóng điện sâu của ắc quy Yêu cầu đối với mạch nạp ắc quy. Thông thường, để nạp một ắc quy PowerSonic cần một điện áp một chiều có giá trị cao hơn giá trị điện áp hở mạch 2,15V. Tuỳ vào các mức độ nạp, giá trị của pin có thể thấp hơn hay cao hơn 2,15V nhưng sau 1 thời gian giá trị điện áp mỗi pin nên đạt 2,15V. Bộ ắc quy Power-Sonic có thể nạp bằng cách sử dụng bất kỳ phương pháp nạp thông thường nào, tuy nhiên để đạt được dung lượng và thời gian lưu giữ năng lượng lớn nhất thì phương pháp nạp với áp không đổi, giới hạn dòng điện cho nhiều ưu điểm hơn cả. Trong thời gian nạp, chì sunphát ở bản cực dương chuyển thành chì oxit. Khi ắc quy được nạp no, bản cực dương tạo thành chì điôxit làm điện áp tăng đột ngột. Như vậy, một điện áp nạp không đổi sẽ cho phép phát hiện ra lượng điện áp tăng đó và nhờ vậy điều khiển độ lớn giá trị nạp. Nếu điện áp nạp quá cao (nạp quá), dòng điện sẽ chạy vào ắc quy gây ra hiện tượng phân ly nước ở chất điện phân, từ đó làm giảm tuổi thọ của ắc quy. Khi bị nạp quá tải, ắc quy sẽ bị nóng lên. Khi nhiệt độ cao, ắc quy sẽ nhận dòng nhiều hon và càng nóng hơn. Hiện tượng này gọi là không ổn định nhiệt độ, và có thể phá huỷ ắcquy trong vòng 1 vài giờ sau đó. Nếu điện áp nạp quá thấp (nạp non), dòng chảy có thể bị dừng lại trước khi ắc quy được nạp đầy dẫn đến chì sunphat vẫn còn dính trên các điện cực và làm giảm dung lượng của ắcquy. 4.8.2. Các phương pháp nạp cho ắc quy. Các phương pháp nạp được lựa chọn tuỳ thuộc vào mục đích sử dụng, cân nhắc về tính kinh tế, thời điểm nạp lại, dự đoán tần suất và độ sâu phóng điện, và thơi gian lưu trữ mong muốn. Với ắc quy Power Sonic, nhà sản xuất đưa ra các phương pháp nạp sau: + Phương pháp Taper. Đây là phương pháp đơn giản nhất, ít tốn kém nhất. Cả đặc tính điện áp không đổi và dòng điện không đổi có thể được xây dựng trong bộ nạp nhờ biến áp, điốt và điện trở. Những bộ nạp Taper thông thường gồm có một biến áp nhỏ, bộ chỉnh lưu. Biến áp được thiết kế sao cho dòng được hạn chế tới giá trị dòng nạp ban đầu lớn nhất. Giá trị này được giữ cho tới khi điện áp và dòng tổng yêu cầu đạt được điểm mà tại đó dòng nạp bắt đầu giảm. Mặc dù phương pháp nạp này có thể nạp tương đối nhanh nhưng dòng không đổi và điện áp nạp có thể bị đẩy lên cao và phương pháp này cũng nhạy với sự thay đổi điện áp lưới nên rất có thể dẫn đến hiện tượng nạp quá hay nạp non. Hình 4.5. Mạch nạp dòng bán thay đổi Hình 4.6. Đặc tính nạp với dòng bán thay đổi + Phương pháp nạp với dòng không đổi Phương pháp này được áp dụng khi biết chu kỳ phóng trước đó để tính toán thời gian nạp và giá trị nạp. Phương pháp này cần mạch phức tạp hơn để có được chính xác giá trị dòng không đổi. Hình 4.7. Mạch nạp (ở trên) và đặc tính nạp (ở dưới) với dòng không đổi Cần phải theo dõi điện áp nạp và thời gian nạp để tránh nạp quá. Phương pháp này rất hiệu quả trong việc phục hồi dung lượng của ắc quy, mở rộng thời gian tích trữ năng lượng hay có thể nạp quá tải để đạt được dung lượng của ắc quy. Tuy nhiên phương pháp này lai thiếu những đặc trưng riêng biệt được đòi hỏi trong môi trường điện tử ngày nay. + Phương pháp nạp áp không đổi Hình 4.8. Mạch nạp áp/dòng không đổi Hình 4.9. Đặc tính nạp áp/dòng không đổi Đây là phương pháp tốt nhất cho ắc quy PowerSonic. Tuỳ thuộc vào ứng dụng mà ắc quy có thể được nạp liên tục hay không liên tục. Trong trường hợp nguồn cấp điện dự phòng được yêu cầu hoạt đông khi nguồn AC bị ngắt, ắc quy cần được nạp nổi liên tục. Nạp với chu trình không liên tục được sử dụng với những thiết bị di động được, khi đó việc nạp gián đoạn là thích hợp nhất. Nạp dòng/áp không đổi thực chất là áp một điện áp không đổi lên ắcquy và hạn chế dòng điện ban đầu. Cần phải đặt giá trị điện áp nạp theo đặc tính nạp và nhiệt độ đã được xác định. Điện áp đặt không chính xác sẽ dẫn đến hiện tượng nạp quá hay nạp non. Phương pháp này có thể sử dụng cho cả ắcquy sử dụng liên tục và ắcquy dùng để dự phòng. Mạch nạp trên hình 4.8 có sử dụng thêm bộ bù nhiệt độ trong quá trình nạp để đảm bảo điều kiện nạp tối ưu bất chấp sự thay đổi của nhiệt độ xung quanh. Nạp khi các bộ ắcquy đấu nối tiếp. Các ắc quy chì axit là những chuỗi gồm các tấm 2V ghép nối tiếp với nhau, thông thường là các loại ắcquy có 2,3,4 hoặc 6 pin. Hệ ắcquy Power-Sonic có điện áp lên tới 48V hay lớn hơn có thể được nạp nối tiếp một cách an toàn và hiệu quả. Tuy nhiên khi số lượng ắcquy mắc nối tiếp tăng, dung lượng các ắcquy có thể khác nhau. Sự khác nhau này là do tuổi thọ, quá trình tích trữ năng lượng, sự thay đổi nhiệt độ. Khi một bộ nạp điện áp không đổi đơn lẻ được nối với một hệ nối tiếp điện áp cao, dòng điện qua tất cả các ắcquy trong hệ bằng nhau. Tuỳ thuộc vào các đặc tính riêng biệt của mỗi bộ ắcquy, một vài bộ sẽ bị nạp quá no trong khi một số bộ còn lại khác đang trong trạng thái nạp hơi non. Nếu nạp ắc quy điện áp cao theo cách này trong một thời gian kéo dài, người ta khuyến cáo nên sử dụng một bộ nghịch lưu điện áp đầu vào thấp để tăng tuổi thọ của ắc quy và đơn giản hoá các thành phần bộ nạp. Nếu một pin có dung lượng thấp hơn các pin khác, nó có thể bị phân cực ngược trong quá trình phóng cũng với những pin khác kể cả khi điện áp tổng của cả hệ lớn hơn điện áp ngưỡng. Để giảm tác hại gây ra do sự khác biệt giữa ắcquy khác nhau, nên sử dung các ắcquy có cùng tuổi thọ, cùng thời gian tích trữ năng lượng và điện áp nạp mỗi ắcquy. Nạp khi các bộ ắc quy đấu song song. Các ắcquy được mắc song song với nhau với cùng một mức điện áp. Khi đó dòng từ bộ nạp có xu hướng được chia đều cho tất cả các ắcquy, vì vậy các ắcquy không cần phải giống nhau, nếu các ắcquy có dung lượng khác nhau thì dòng điện nạp cho các ăcquy sẽ tỉ lệ với nhau theo tỉ lệ dung lượng giữa các ắcquy đó (thực chất là điện trở trong các ắcquy này tỉ lệ với nhau theo dung lượng). Khi mắc song song các ăcquy có dung lượng khác nhau, cần phải đảm bảo rằng dòng điện nạp cho mỗi ắc quy không thay đổi quá nhiều .Vì vậy mỗi ắcquy đều được mắc nối tiếp với một điện trở nhỏ để tạo sự phân phối đều về dòng nạp. Chương 5 TÍNH TOÁN HỆ THỐNG PIN MẶT TRỜI LÀM VIỆC ĐỘC LẬP Nhiệm vụ của đồ án là tính toán hệ thống pin mặt trời làm việc độc lập cung cấp điện cho tải có công suất 1kW, điện áp 220V, tần số 50Hz. 5.1. Chọn pin mặt trời Sử dụng loại pin mặt trời KC50T do hãng Kyocera sản xuất có những thông số cơ bản đo ở điều kiện tiêu chuẩn (1000W/m2 ở 25oC) như sau: Pmax = 60.5 W VMPP = 16,5 V IMPP = 3,6 A Voc = 21,06 V Isc = 3,8 A Gồm Ns = 36 pin mắc nối tiếp Ta dùng 20 tấm pin KC50T mắc nối tiếp nhau, khi đó theo công thức (1 – 3), (1 – 4), (1 – 5), (1 – 6) ta có: IMPP hệ = IiMPP = 3,6 A UMPP hệ = n. Ui MPP = 20. 16,5 = 330 V Pmax hệ = n. Pimax = 20.60,5 = 1210 W Voc hệ = n.Vioc = 20.21,06 = 421,2 V Isc hệ = Iisc = 3,8 A 5.1.1. Xây dựng mô hình pin mặt trời Việc xây dựng mô hình các tấm pin mặt trời không có gì khác với việc xây dựng mô hình một tế bào quang điện. Nó sử dụng cùng một mô hình tế bào quang điện. Các thông số để xây dựng là như nhau, chỉ có thông số điện áp (VD: Điện áp hở mạch Voc) là khác và phải được chia cho số tế bào quang điện NS mắc trong một môđun. Vì vậy, ta sẽ xây dựng mô hình tương đương cho một tế bào quang điện và từ đó sẽ suy ra mô hình của pin mặt trời. Hình 5.1. Sơ đồ mạch điện tương đương của pin quang điện Mạch điện tương đương đơn giản của một tế bào quang điện là một nguồn dòng mắc song song với một điốt. Tín hiệu ra của nguồn dòng tỉ lệ với cường độ ánh sáng chiếu lên tế bào quang điện (dòng quang điện Iph). Trong bóng tối, tế bào quang điện không làm việc, nó giống như một điốt chẳng hạn như lớp chuyển tiếp p – n. Nó không sinh ra dòng cũng không sinh ra áp. Tuy nhiên, nếu nó được nối với một nguồn cấp bên ngoài (điện áp lớn) thì nó sẽ tạo ra dòng ID còn gọi là dòng Điốt hay dòng tối. Điốt trong mạch quyết định đặc tính I – V của tế bào quang điện. Đặc điểm: Dòng bão hoà điôt Io phụ thuộc vào nhiệt độ. Dòng quang điện IL phụ thuộc vào nhiệt độ. Điện trở nối tiếp Rs tạo độ chính xác giữa điểm làm việc MPP với điện áp hở mạch. Nó thể hiện sự tổn hao bên trong. Điện trở Shunt Rsh được mắc song song với điốt thể hiện có dòng rò qua điốt. Giá tri dòng rò thường rất nhỏ và có thể bỏ qua. Cũng có thể coi hệ số chất lượng Điốt n là biến tham số (thay vì phải giữ cố định ở giá trị 1 hoặc 2). Từ công thức (1 – 2), coi Rsh rất lớn nên dòng điện I được tính theo công thức sau: (5-1) Sự phụ thuộc vào nhiệt độ của dòng quang điện IL và dòng bão hoà của điốt Io như sau: (5-2) (5-3) (5-4) (5-5) (5-6) T trong các công thức trên được tính theo nhiệt độ K Điện trở Rs thể hiện giá trị điện trở của các tế bào quang điện mắc trong một module pin: (5-7) (5-8) Điện trở Rsh được coi là rất lớn nên sẽ bỏ qua. 5.1.2. Mô phỏng đặc tính làm việc của pin mặt trời Từ sơ đồ mạch điện tương đương trên, ta dùng phần mềm Matlab để mô phỏng đặc tính làm việc của pin KC50T khi nhiệt độ thay đổi từ 0 đến 75oC và cường độ bức xạ thay đổi từ 400 đến 1000W/m2. Script lập trình mô phỏng được trình bày ở phần phụ lục. Kết quả mô phỏng như sau: Hình 5.2. Đặc tính I – V (ở trên) và P – V (ở dưới) của pin KC50T khi cường độ bức xạ thay đổi từ 400W/m2 đến 1000W/m2 Nhận xét: Khi cường độ bức xạ thay đổi từ 400 đến 1000 W/m2, giá trị Isc tăng dần từ 0,9A đến 3.8 A và Voc tăng dần từ 19 đến 22V. Đặc tính làm việc của pin và điểm làm việc MPP cũng xê dịch nhiều thay đổi rõ rệt khi cường độ bức xạ thay đổi. Ta có thể thấy rõ ràng rằng khi cường độ ánh sáng càng lớn thì công suất ra của pin cũng càng lớn theo. Hình 5.3. Đặc tính I – V (ở trên) và P – V (ở dưới) của pin KC50T khi nhiệt độ pin thay đổi từ 0 đến 75oC Nhận xét: Khi nhiệt độ pin thay đổi từ 25oC đến 75oC, giá trị Isc tăng dần từ 3.8 A đến 3.92 A (khoảng 3%) và Voc giảm từ 21,5V xuống 17 V. Đặc tính làm việc của pin và điểm làm việc MPP cũng xê dịch nhiều thay đổi rõ rệt khi cường độ bức xạ thay đổi. Khi nhiệt độ pin càng lớn thì công suất ra của pin càng thấp. Kiểm chứng mô phỏng bằng Simulink Hình 5.4. Xây dựng mô hình nguồn điện pin mặt trời trong Simulink Kết quả: Hình 5.5. Kết quả mô phỏng ứng với T = 25, G = 1 và T = 75, G =1 Hình 5.6. Kết quả mô phỏng ứng với T=75, G = 0,75 và T = 75, G = 0,25 Nhận xét: Kết quả mô phỏng bằng Matlab và Simulink đều cho kết quả như nhau 5.2. Tính chọn bộ biến đổi DC/DC Pin mặt trời được coi như là một nguồn dòng bơm vào bộ biến đổi DC/DC. Vì mục đích thiết kế hệ thống pin mặt trời để cung cấp cho tải 1000W ở 220V, 50Hz nên cần điện áp 1 chiều đưa vào bộ biến đổi DC/AC là từ 340 V đến 400V. Vì vậy ta chọn bộ biến đổi DC/DC loại Boost (tăng áp). Chọn các thông số yêu cầu của Boost: Điện áp vào Vin = 300 ÷ 330 VDC Dòng điện vào Iin = 0 đến 4A Điện áp ra Vout = 340 ÷ 400 VDC Công suất ra lớn nhất Pmax = 1210 W Tần số đóng cắt f = 100 kHz K C L Đ V1 V0 Hình 5.7. Sơ đồ nguyên lý mạch tăng áp Boost Tính chọn các thiết bị trong mạch 5.2.1. Tính chọn cuộn kháng L Giá trị L của cuộn kháng phụ thuộc vào sự biến thiên của dòng điện cảm ứng. Giá trị biến thiên này không lớn quá 5% dòng điện cảm ứng và giá trị này thường chỉ xuất hiện khi công suất là lớn nhất (PMPP). Khi đó dòng điện gợn sóng bằng 5% dòng điện IMPP. = 0,18A Hệ số làm việc của khoá điện tử K: 0,175 L được tính theo công thức: = 3,2 mH 5.2.2. Tính chọn tụ điện trong mạch Việc tính chọn tụ C phụ thuộc vào thời gian lưu giữ năng lượng . Giả sử ta chọn = 30 ms. Khi đó C được tính theo công thức sau: 1635,1 F 5.2.3. Chọn khoá K và Điôt Dòng qua khoá K và Điốt ít nhất bằng với dòng điện cực đại qua cuộn cảm L. Do đó: IK = IĐ = IL = 4 A Điện áp đặt lên K và Điốt ít nhất phải bằng điện áp ra. Nên: UK =UĐ = 400V Chọn loại IGBT (có gắn sẵn Điốt) IXSH20N60AUI có các thông số sau: Bảng 5.1. Các thông số của IGBT IXSH20N60AUI Icmax Ucemax Pemax Ucemax Uce(th) max Ige mA 40 3 150 600 20 0.5 Chọn Diôt SW04PCN020 với các thông số sau: Bảng 5.2. Các thông số của Điốt SW04PCN020 Itbmax(A) Id (A) Ungmax(V) 16 230 400 5.3. Lựa chọn thuật toán MPPT cho hệ Chương 3 đã giới thiệu 2 thuật toán MPPT là P&O và INC. Phần này sẽ lập trình mô phỏng và so sánh hai thuật toán này một cách rõ ràng. Vì mục đích trong phần này chỉ là mô phỏng để so sánh hai thuật toán nên mỗi phần mô phỏng chỉ sử dụng 1 môdun pin mẫu và không ghép nối với tải. Nguyên tắc mô phỏng thuật toán MPPT là dựa trên lưu đồ thuật toán của hai phương pháp. Script lập trình được trình bày ở phần phụ lục. Ta mô phỏng 2 thuật toán MPPT này với 2 trường hợp cường độ bức xạ thay đổi theo giờ (các thông số được đặt ra dựa trên các thống kê thực tế để làm ví dụ mô phỏng) Ngày nắng: cường độ bức xạ lớn, thời tiết ổn định Ngày nhiều mây: cường độ bức xạ thấp, thời tiết thay đổi đột ngột do những đám mây đi qua làm che mặt trời. Kết quả mô phỏng 2 thuật toán trong trường hợp thứ nhất: ngày nắng, thời tiết ổn định như sau: Hình 5.8. Sự thay đổi cường độ bức xạ theo thời gian trong ngày nắng nóng Hình 5.9. Kết quả mô phỏng thuật toán P&O khi cường độ bức xạ thay đổi từ 400 đến 1000W.m2 áp dụng cho pin KC50T trong ngày nhiều nắng Hình 5.10. Kết quả mô phỏng thuật toán INC khi cường độ bức xạ thay đổi từ 400 đến 1000W/m2 áp dụng cho pin KC50T trong ngày nhiều nắng Nhận xét: Nhìn trên hai hình 5.6 và 5.7 ta thấy trong những ngày nắng, cường độ bức xạ thay đổi đều và chậm vì không bị mây che, MPPT làm việc khá dễ dàng. Cả hai thuật toán đều xác định và duy trì điểm làm việc gần với điểm MPP và không thấy sự khác biệt rõ rệt ở cả hai thuật toán này. Bảng 5.3. Công suất lớn nhất ứng với từng cường độ bức xạ Cường độ bức xạ (W/m2) Pmpp 200 10,3751 400 22,5795 600 35,9114 800 48,2253 1000 60.4527 Trong ngày nhiều mây: Hình 5.11. Cường độ bức xạ thay đổi theo giờ trong những ngày nhiều mây Hình 5.12. Kết quả mô phỏng thuật toán P&O khi cường độ bức xạ thay đổi từ 400 đến 1000W.m2 áp dụng cho pin KC50T trong ngày nhiều mây Hình 5.13. Kết quả mô phỏng thuật toán INC khi cường độ bức xạ thay đổi từ 400 đến 1000W.m2 áp dụng cho pin KC50T trong ngày nhiều nắng Nhận xét: Do ảnh hưởng của mây bay qua bay lại che ánh nắng, thời tiết thay đổi đột ngột, phương pháp INC thể hiện ưu điểm rõ rệt hơn, dao động quanh điểm MPP hẹp và ít hơn thuật toán P&O. Do các thông số thể hiện sự thay đổi của cường độ bức xạ G vào các giờ trong ngày được đặt ra làm giả thiết để mô phỏng và thể hiện theo từng giờ một, các số liệu này không phải là số liệu thực tế nên việc mô phỏng này chỉ là tương đối và được thực hiện với mục đích thể hiện cách thức làm việc của 2 thuật toán MPPT. 5.4. Chọn phương pháp điều khiển MPPT. Chọn phương pháp điều khiển đo trực tiếp tín hiệu ra vì ưu điểm của nó là chỉ sử dụng 2 cảm biến vì thế sẽ giảm giá thành lắp đặt đặc biệt phù hợp với những hệ thống nhỏ lẻ cần lắp đặt với chi phí thấp. Phương pháp này có những ưu thế lớn như cho phép phân tích trạng thái ổn định của bộ biến đổi DC/DC, trong khi việc này được thực hiện khá phức tạp ở những phương pháp khác, vì phương pháp điều khiển này chỉ thực hiên những lần trích mẫu điện áp và dòng điện ở trạng thái ổn định của chu kỳ. Do đó, ta sẽ áp dụng phương pháp điều khiển này với thuật toán P&O Mạch vòng điều khiển được chọn là mạch vòng phản hồi điện áp. Hình 5.14. Kết quả mô phỏng phương pháp điều khiển đo trực tiếp tín hiệu ra áp dụng với thuật toán P&O 5.5. Tính chọn ắc quy 5.5.1. Tính chọn dung lượng ắcquy Ắc quy cần phải tích trữ năng lượng và cung cấp cho tải có công suất là 1000 W. Điện áp cấp cho ăcquy từ bộ Boost có dải từ 340 ÷ 400V, do đó dòng điện ắcquy cần phải phóng ra ít nhất là: I = = 2,5A Dòng điện ắcquy cần phải phóng ra lớn nhất là: I = = 2,94A 3A Như vậy, Chọn thời gian phóng cấp cho tải của một ắcquy là 1 giờ, khi đó dung lượng tối thiểu của một ắcquy sẽ phải là: C = 1h x 3A = 3 Ah Ta chọn loại ắc quy Power Sonic có dung lượng 4,5Ah. Ắcquy 2 chế độ làm việc: Chế độ cho dòng phóng lớn nhưng thời gian phóng sẽ ngắn. Chế độ cho dòng phóng không lớn nhưng thời gian phóng sẽ dài. Nếu ăcquy cho dòng phóng lớn mà muốn có thời gian phóng dài thì dung lượng của ắcquy phải tương đối lớn, khi đó phải xem xét đến thời gian nạp cho ắcquy cũng sẽ kéo dài theo gây mất thời gian, bất tiện lợi và giảm hiệu quả làm việc của hệ thống. Nếu dòng phóng của ắcquy không lớn (bằng 0,1C 0,2C) khi đó thời gian phóng sẽ dài hơn và không cần phải chọn dung lượng của ắcquy quá lớn. Do đó, ta sẽ chọn chế độ dòng phóng bằng 0,1C 0,2C để thời gian phóng cấp cho tải của ăcquy được dài hơn. Khi đó, ăcquy cần phải có dung lượng là từ C = 15Ah đến C = 30Ah. Để tránh thời gian nạp cho ăcquy quá lâu nên ta sẽ chọn dung lượng ăcquy là 15Ah. Giả thiết dùng ắc quy 12 V, điện áp trên 1 ngăn ắcquy là 2,5V, để tích trữ được 400V thì số ngăn ắcquy cần thiết là: = 160 ngăn. 1 bình ắcquy 12V có 6 ngăn, vậy số bình ắcquy cần thiết là: = 26,66 bình 27 bình Vậy tổng cộng số ngăn sử dụng là: 27 x 6 = 162 ngăn Suy ra điện áp 1 chiều lớn nhất của ắcquy sẽ là Ud = 2,5 x 162 ngăn = 405 V Điện áp nạp nổi mỗi ngăn là 2,35V Do đó điện áp ra khỏi ăcquy là 2,35x162 = 380,7 V Như vậy, bộ biến đổi DC/DC cần làm việc để cho ra điện áp từ 380,7V đến 405V 5.5.2. Mạch nạp ắcquy Ắcquy được nạp qua 3 giai đoạn (Nạp với dòng không đổi, nạp với áp không đổi và nạp nổi) đã được trình bày ở chương 4 (hình vẽ 4.1). Nhắc lại hình vẽ: Quá trình nạp với dòng không đổi: Điện áp nạp của 1 ngăn ăcquy từ 1,8 đến 2,1V, do đó điện áp nạp yêu cầu của toàn bộ ắcquy trong quá trình nạp với dòng không đổi sẽ từ 291,6 V đến 340,2V. Quá trình nạp với áp không đổi: Điện áp nạp của 1 ngăn ắcquy là 2,1 đến 2,5V, do đó điện áp nạp yêu cầu của toàn bộ ắcquy trong quá trình nạp với áp không đổi là: 340.2V đến 405V Quá trình nạp nổi: Điện áp nạp với 1 ngăn ắcquy là 2,35V, do đó điện áp nạp yêu cầu của toàn bộ ắcquy trong quá trình nạp nổi là: 380,7V Như vậy điện áp lớn nhất nạp cho ắcquy là 405V Điện áp nạp bình thường của ắcquy là 380,7V Cấu trúc của mạch nạp ắc quy như sau: Hình 5.16. Sơ đồ mạch nạp ắcquy Điện áp vào mạch nạp ắcquy được lấy từ điện áp ra của pin mặt trời từ 300V đến 330V. Mạch nạp ắcquy phải cấp điện áp nạp cho ắcquy trong dải từ 380,7 đến 405V Dòng điện nạp ắcquy là C/10 = 1,5A Việc tính toán cho mạch nạp ắcquy tương tự như việc tính toán bộ Boost chính Chọn cuộn kháng L2:. = 0,075A Hệ số làm việc của khoá K2 là: 0,06 = 2,64 mH Chọn khoá K2 và Đ2: Dòng qua khoá K và Điốt ít nhất bằng với dòng điện cực đại qua cuộn cảm L2. Do đó: IK = IĐ = IL = 1,5 A Điện áp đặt lên K và Điốt ít nhất phải bằng điện áp ra. Nên: UK =UĐ = 405V Chọn loại IGBT IXSH20N60AUI có các thông số như ở trên: Chọn Diôt SW04PCN020 với các thông số như ở trên Chọn Đ2: Dòng qua Đ2 bằng dòng phóng lớn nhất của ắcquy = 3A Điện áp đặt lên Đ2 bằng điện áp ra: UĐ2 = 405V Ta cũng chọn Đ2 là loại SW04PCN020 5.6. Tính chọn bộ biến đổi DC/AC. Sử dụng bộ biến đổi DC/AC một pha mạch cầu. Hình 5.17. Sơ đồ bộ biến đổi DC/AC một pha mạch cầu 5.6.1. Tính chọn van - Điện áp ngược đặt lên một van có giá trị bằng: Umax van = 405 V Chọn điện áp làm việc của van thoả mãn điều kiện UV > kUv.Umaxvan Trong đó: kUv là hệ số dự trữ về điện áp cho van. Thực tế điện áp vào không ổn định mà dao động và có nhiều yếu tố ảnh hưởng ngẫu nhiên nên hệ số dự trữ điện áp được lấy trong khoảng 1,7 đến 2,2V. Chọn kUv = 1,7 ta có UV > 1,7. 405 = 688,5V - Làm mát cho van bằng phương pháp dùng cánh tản nhiệt và làm mát tự nhiên. Chọn loại van IGBT (có gắn sẵn Điốt) IXSH20N60AUI 5.6.2. Tính toán thông số bộ lọc đầu ra. Bộ lọc đầu ra có ý nghĩa rất quan trọng. Nó gồm 2 phần tử L và C có tác dụng lọc bỏ các thành phần điều hoà bậcs cao, chỉ cho phép thành phần sóng cơ bản đi qua, do đó tạo điện áp đầu ra có dạng Sin theo yêu cầu. Bộ lọc LC thường đảm bảo theo yêu cầu sau: - Dòng điện đầu ra khi không tải nhỏ hơn 10% giá trị dòng điện khi đầy tải. - Tần số cơ bản của bộ lọc gấp 10 lần tần số điện áp đầu ra. - Sụt áp trên cuộn cảm L khi đầy tải nhỏ hơn 5% giá trị điện áp định mức. Công thức tính tần số cơ bản của bộ lọc là: Chọn cuộn cảm có giá trị L = 0,5mH Tần số điện áp ra là 50Hz, do đó tần số cơ bản của bộ lọc fr = 10.50 = 500 Hz Giá trị điện dung của tụ điện C là: 5.7. Tính chọn các mạch điều khiển trong hệ thống. Các khoá điện tử trong hệ thống (trong mạch nạp ắcquy và trong bộ biến đổi DC/AC) đều sử dụng IGBT. Ta chọn Driver cho các IGBT này là một IC chuyên dụng HCPL-316J, đây là loại IC có tích hợp khả năng bảo vệ chống bão hòa cho IGBT. Hình 5.18. IC chuyên dụng HCPL-316J Hình 5.19. Sơ đồ sử dụng IC HCPL-316J Cực điều khiển của IGBT được cung cấp tín hiệu điều khiển từ đầu ra Vout qua điện trở Rg, với mức điện áp do các nguồn cung cấp Vcc2 = 18V và Vee = -5V. Tín hiệu DESAT, được lấy từ colecto qua điốt DDESAT qua một mạch lọc tần thấp bằng điện trở 100 và tụ 100pF, đưa vào chân 14 của IC. Mức điện áp ở chân 14 được theo dõi để phát hiện mức độ bão hoà của IGBT. Nếu điện áp này lớn hơn 7V sau khi có tín hiệu điều khiển mở IGBT chứng tỏ có quá dòng điện, mạch xử lý lôgic khoá mềm Soft Shutdown sẽ phát tín hiệu khoá và tự động tăng điện trở đưa đến cực điều khiển đến cỡ 500 , lớn hơn mười lần so với khi khoá, mở thông thường. Tín hiệu ra Vout và được điều khiển nhờ sự phối hợp giữa Vin, UVLO và tín hiệu Desat. Mối quan hệ này được thể hiện ở dưới bảng sau đây: Bảng 5.4. Mối quan hệ giữa tín hiệu ra và tín hiệu vào của IC HCPL-316J VIN+ VIN – UVLO (VCC2 – VE) Tín hiệu Desat từ chân 14 Tín hiệu ra Output VOUT X X Active X X Low X X X Yes Low Low Low X X X X Low X High X X X Low High Low Not Active No High High Hình 5.20. Cấu trúc trong của IC HCPL-316J Các chân của IC được miêu tả như sau: VIN+ Tín hiệu điều khiển vào không đảo. VIN- Tín hiệu điều khiển vào đảo. GND Chân nối đất. Tín hiệu vào đặt lại là tín hiệu lôgic mức thấp trong ít nhất 0,1 . Tín hiệu này đặt ở mức cao và kích hoạt Vin, điều khiển tương ứng và phụ thuộc vào Vin. không phụ thuộc vào UVLO. Khi Vout ở mức cao thì không có tác dụng. Tín hiệu lỗi. Khi điện áp rơi trên Desat > mức điện áp chuẩn 7V thì tín hiệu sẽ chuyển từ mức cao xuống mức thấp trong vòng 5 . Tín hiệu ra lỗi này sẽ được duy trì cho đến khi tín hiệu xuống mức thấp. Đây là một tín hiệu cho phép kết hợp trực tiếp với vi xử lý thông qua một bus đơn. VLED1+ Là anốt của Led1. Chân này chỉ dùng để test cách ly giữa tín hiệu vào với tín hiệu ra. VLED1- Là cathod của Led1. Chân này phải được nối với đất. VE Chân cấp điện áp vào cực emitơ của IGBT. VLED2+ Anôt của LED2. Chân này chỉ dùng để test cách ly giữa tín hiệu ra với tín hiệu vào. DESAT Điện áp chống bão hòa cho IGBT. Nếu điện áp rơi trên DESAT lớn hơn 7V trong khi IGBT đang làm việc thì tín hiệu sẽ chuyển từ trạng thái cao xuống thấp trong vòng 5 Vcc2 Cung cấp nguồn điện áp dương. Vc Được nối trực tiếp với Vcc2 hoặc qua một điện trở để giới hạn dòng mở. Vout Điện áp ra cấp vào cực điều khiển. Vee Điện áp cấp ra. 5.8. Giải pháp nguồn Nguồn điều khiển nhìn chung bao gồm 4 loại phổ biến: Nguồn 5V: nguồn nuôi vi điều khiển, đây là nguồn cần chất lượng cao nhất. Nguồn 15V: Nguồn vi sai là nguồn đối xứng thường cấp cho Opam. Nguồn 24V: Nguồn đóng cắt Rơle. Nguồn để cấp cho các Driver. Trong đồ án này, IC điều khiển cho van IGBT cần nguồn cách ly là 18V, 0V và -5V. Trong đồ án, ta sử dụng điện áp từ ắcquy để tạo thành nguồn cấp cho các Driver dùng bộ Buck để giảm điện áp từ 380,7 đến 405V xuống còn nguồn 24VDC. Sau đó dùng bộ băm xung để tạo ra các mức điện áp phù hợp là 18V, 0V và -5V. Hình 5.21. Sơ đồ mạch lấy điện áp 24V từ acquy Hình 5.22. Sơ đồ mạch băm xung tạo điện áp 18V, 0V, -5V cấp cho 1 driver Trong sơ đồ này sử dụng IC IR21531 để băm xung. IC này sử dụng nguồn vào ổn định (24VDC) để nguồn ra tỉ lệ với nguồn vào vì thế IC này còn gọi là nguồn điều khiển cố định. Hình 5.23. Mối quan hệ giữa giá trị điện trở RT và tần số đóng cắt Các thông số của IC IR21531 này như sau: Bảng 5.5. Các thông số định mức của IC IR21531 Ký hiệu Miờu tả Nhỏ nhất Lớn nhất Đơn vị VB Điện áp cấp ở mức cao -0,3 625 V VS Điện áp lệnh ở mức cao VB – 25 VB + 0,3 VHO Điện áp ra mức cao VS – 0,3 VB + 0,3 VLO Điện áp ra mức thấp -0,3 VCC + 0,3 VRT Điện áp chân RT -0,3 VCC + 0,3 VCT Điện áp chân CT -0,3 VCC + 0,3 ICC Dũng cấp - 5 mA IRT Dũng vào chõn RT -5 5 dVs/dt Tốc độ biến thiên điện áp VS -50 50 V/ns PD Tổn thất cụng suất lớn nhất - 1,0 W RthJA Điện trở nhiệt - 125 OC/W TJ Nhiệt độ lớp tiếp xúc -55 150 OC TS Nhiệt độ bảo quản -55 150 OC 5.9. Sử dụng Simulink để mô phỏng vai trò của MPPT trong hệ PV Ta thực hiện mô phỏng hệ nguồn điện pin mặt trời dùng mạch Boost trong 2 trường hợp: Trường hợp mạch điều khiển không sử dụng MPPT Trường hợp mạch điều khiển dùng thuật toán MPPT Trường hợp 1: Trường hợp mạch điều khiển không sử dụng MPPT: Chỉ sử dụng một bộ tạo xung để điều khiển đóng cắt khoá điện tử trong mạch Boost. Thử nghiệm với T = 25, G = 1 Hình 5.24. Sơ đồ mô phỏng hệ pin mặt trời không sử dụng MPPT Kết quả là: Hình 5.25. Đường đặc tính làm việc của pin khi không có MPPT Ta thấy, khi không có MPPT điều khiển điểm làm việc của hệ thống chạy trên toàn bộ đường đặc tính chứ không phải là điểm có công suất lớn nhất như mong muốn. Trường hợp 2: Sử dụng thuật toán MPPT để điều khiển. Ở đây MPPT sử dụng là thuật toán P&O Hình 5.26. Mô phỏng hệ có sử dụng MPPT Kết quả thu được: Hình 5.27. Đặc tính làm việc của pin khi có MPPT điều khiển ứng với G=1, T = 0, 25; 50; 75 Hình 5.28. Đặc tính làm việc của pin khi có MPPT điều khiển ứng với T=75, G= 1; 0,75; 0,5; 0,25 Nhận xét: Khi có MPPT điều khiển, điểm làm việc của hệ pin mặt trời luôn được duy trì dao động xung quanh điểm làm việc có công suất lớn nhất MPP (đây là điều mong muốn). Những đường ngoằn nghèo trên hình vẽ thể hiện điểm làm việc bị dao động xung quanh điểm MPP. KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT Sau một thời gian nghiên cứu, làm việc một cách nghiêm túc, em đã hoàn thành quyển đồ án này đạt được một số mục tiêu đề ra. Đồ án đã trình bày chi tiết một hệ thống pin mặt trời làm việc độc lập với cấu trúc đầy đủ từ nguồn điện pin mặt trời, thành phần lưu giữ năng lượng, thành phần điều khiển và các bộ biến đổi bán dẫn dùng trong hệ. Nội dung đồ án đã thể hiện chi tiết nguyên lý hoạt động của hệ thống, xây dựng mô hình nguồn điện pin và mô phỏng từng khâu của hệ bằng phần mềm Matlab - Simulink. Kết quả nghiên cứu cho thấy mô hình PV nếu dùng mạch điện tương đương có cấu trúc phức tạp sẽ cho sự tương thích với tải trong thực tế tốt. Việc mô phỏng đã thể hiện rõ ràng được sự phụ thuộc của đặc tính làm việc của pin mặt trời vào sự thay đổi của nhiệt độ và cường độ bức xạ ánh sáng. Đồ án đã mô phỏng được hai thuật toán MPPT áp dụng cho 2 trường hợp thời tiết thay đổi thường gặp trong thực tế (ngày nhiều nắng và ngày nhiều mây) để thấy rõ cách thức làm việc cũng như ưu, nhược điểm của từng phương pháp. Thuật toán INC mặc dù có nhiều ưu điểm khắc phục được những nhược điểm của thuật toán P&O như cho hiệu quả làm việc tốt hơn khi điều kiện thời tiết nhiều mây mưa, thay đổi đột ngột nhưng thuật toán này cũng khó có thể cân bằng về chỉ tiêu kinh tế ở những hệ thống nhỏ đòi hỏi giảm chi phí lắp đặt vì thuật toán này chỉ có thể điều khiển bằng phương pháp điều khiển sử dụng PI hoặc điều khiển trực tiếp phải cần đến 4 cảm biến để có thể làm việc được tốt nhất. Do đây là đề tài còn rất mới, khả năng nhận thức còn hạn chế nên đồ án vẫn còn một số khâu chưa hoàn chỉnh, còn nhiều vấn đề còn chưa được đề cập đến như: phương pháp cấp nguồn cho bộ điều khiển, mạch điều khiển tín hiệu cho bộ chuyển đổi A/D, mạch điều khiển cho khoá điện tử trong các bộ biến đổi công suất. Đặc biệt đồ án còn chưa nghiên cứu được nhiều về mạch điều khiển phóng nạp cho ắcquy vì đây cũng là những thành phần quan trọng quyết định đến tính hiệu quả và ứng dụng tiện lợi của hệ thống pin mặt trời. Đồ án mới chỉ mô phỏng được rời rạc từng thành phần trong hệ thống, chưa thể mô phỏng được toàn bộ hệ thống pin mặt trời để có được cái nhìn tổng quan hơn về hoạt động của toàn hệ thống. Từ những vấn đề trên, em xin đề xuất các mong muốn: tiếp tục nghiên cứu, thiết kế, thử nghiệm mạch điều khiển MPPT có sử dụng bộ vi điều khiển hay điều khiển lập trình tín hiệu số DSP hiện đại, hoàn chỉnh khâu bảo vệ quá trình phóng nạp cho ắcquy, nguồn cấp và mạch điều khiển van để hệ thống pin mặt trời được hoàn thiện để có thể áp dụng trong thực tế. Em rất mong các thầy cô giáo, các bạn đóng góp cho em những ý kiến, nhận xét quý báu để đồ án này được hoàn thiện hơn nữa. Qua đây, Em xin chân thành cảm on thầy Trần Trọng Minh và các thầy cô trong bộ môn Tự động hoá XNCN đã tạo điều kiện, giúp đỡ em hoàn thành bản đồ án này. Em cũng xin gửi lời cảm ơn các cán bộ nghiên cứu trong phòng Điện tử công suất và Truyền động điện thuộc Trung tâm nghiên cứu và triển khai công nghệ cao Hitech đã tận tình hướng dẫn cho em trong suốt thời gian thực hiện. Hà Nội, ngày 28 tháng 5 năm 2008 Sinh Viên Lê Thị Thuỳ Linh PHỤ LỤC Vẽ đặc tính làm việc của pin mặt trời dưới điều kiện nhiệt độ T và cường độ bức xạ thay đổi. % file khai bao ham solar function Ia=solar(Va,Suns,TaC) %Ia = solar (Va,G,T) = vector of voltage %Ia,Va = vector of corriente y voltage %G = number of Suns (1 Sun = 1000 W/m^2) %T = Temperature in Celcius. %constants q = 1.60218e-19; %elementary charge k = 1.3806e-23; %Hang so Boltzmann n = 1.2; %he so khong ly tuong cua diot; n=1 to 2, typically 1.2 Vg = 1.12; %voltage of band-gap; 1.12eV for xtal Si, %and 1.75eV for Si amorfo. Ns = 36; %So te bao pin mac noi tiep trong mot modun pin. T1 = 273 + 25; %nhiet do chuan @25oC. Voc_T1 = 21.06/Ns; %Voc@25oC Isc_T1 = 3.80; %Isc@25oC T2 = 273 + 75; %T2 Voc_T2 = 17.05/Ns; %Voc@T2 Isc_T2 = 3.92; %Isc@T2 TaK = 273 + TaC; %nhiet do pin, [K] alpha = (Isc_T2 - Isc_T1)/(T2 - T1); IL_T1 = Isc_T1 * Suns; IL = IL_T1 + alpha*(TaK - T1); I0_T1 = Isc_T1/(exp(q*Voc_T1/(n*k*T1))-1); I0 = I0_T1*(TaK/T1).^(3/n).*exp(-q*Vg/(n*k).*((1./TaK)-(1/T1))); Xv = I0_T1*q/(n*k*T1)*exp(q*Voc_T1/(n*k*T1)); dVdI_Voc = -1.15/Ns/2; Rs = - dVdI_Voc - 1/Xv; Rsh = 300; Vt_Ta = n*k*TaK/q; Vc = Va/Ns; %Ia = IL - I0.*(exp((Vc+Ia.*Rs)./Vt_Ta)-1) - (Vc+Ia.*Rs)./Rsh; Ia = zeros(size(Vc)); % x[n+1] = x[n]-f(x[n])/f'(x[n]) % where: % x[n]=Ia; % f(Ia)=Ia-IL+I0*exp{q*(V+I*Rs)/(n*k*T)-1}+(V+I*Rs)/Rsh % f'(Ia)=1+I0*(q*Rs/(n*k*T))*exp{q*(V+I*Rs)/(n*k*T)-1}+Rs/Rsh for j=1:5 Ia = Ia - (-IL + Ia + ((Vc+Ia*Rs)/Rsh) + I0.*(exp((Vc+Ia.*Rs)./Vt_Ta)-1))./... (1 + (Rs/Rsh) + (I0.*(exp((Vc+Ia.*Rs)./Vt_Ta)-1)).*Rs./Vt_Ta); end %Het vong lap for end ============================================================== ‘kiem tra voi cuong do anh sang thay doi’ for G = 0.25:0.25:1 V=0:0.1:25; I=solar(V,G,25); P = V.*I; figure(1); subplot(2,1,1); axis([0,25,0,4]); plot(V,I,'r'); grid on; hold on; subplot(2,1,2); axis([0,25,0,70]); plot(V,P,'b'); grid on; hold on; end 'Press any key...' pause ‘Kiem tra voi dieu kien nhiet do thay doi’ for T = 0:25:75 V=0:0.1:25; I=solar(V,1,T); P = V.*I; figure(2); subplot(2,1,1); axis([0,25,0,4]); plot(V,I,'r'); grid on; hold on; subplot(2,1,2); axis([0,25,0,70]); plot(V,P,'b'); grid on; hold on; end ============================================================== Mô phỏng thuật toán MPPT ‘xay dung ham tim MPP’ function [Pa_max, Imp, Vmp] = find_mpp(G, TaC) % [Pa_max, Imp, Vmp] = find_mpp(G, TaC) % in: G (irradiance, KW/m^2), TaC (temp, deg C) % out: Pa_max (maximum power), Imp, Vmp % Xac dinh bien ban dau Va = 12; Pa_max = 0; % Start process while Va < 48-TaC/8 Ia = solar(Va,G,TaC); Pa_new = Ia * Va; if Pa_new > Pa_max Pa_max = Pa_new; Imp = Ia; Vmp = Va; end Va = Va + .005; end ============================================================== % Thuat toan P&O % Kiem tra trong ngay nang nong % clear; % Xac dinh thong so TaC = 25; % Nhiet do pin (deg C) C = 0.5; % Buoc tinh dien ap chuan (V) % Xac dinh cac thong so voi dieu kien ban dau G = 0.028; % Irradiance (1G = 1000W/m^2) Va = 26.0; % PV voltage Ia = solar(Va,G,TaC); % PV current Pa = Va * Ia; % PV output power Vref_new = Va + C; % Dien ap chuan moi % Set up arrays storing data for plots Va_array = []; Pa_array = []; x = [0:3600:43200]; y = [0.04 0.15 0.4 0.6 0.82 0.92 1 0.9 0.85 0.55 0.3 0.18 0.1]; xi = 0:1:43200; % Set points for interpolation yi = interp1(x,y,xi,'cubic'); % Do cubic interpolation plot(x,y,'o'); hold on; plot(xi,yi); % Lấy mẫu 43200 giây (12 hours) for Sample = 1:43200; % Doc G G = yi(Sample); % Doc gia tri do moi Va_new = Vref_new; Ia_new = solar(Vref_new,G,TaC); % Calculate new Pa Pa_new = Va_new * Ia_new; deltaPa = Pa_new - Pa; % P&O bat dau if deltaPa > 0 if Va_new > Va Vref_new = Va_new + C; % Increase Vref else Vref_new = Va_new - C; % Decrease Vref end elseif deltaPa < 0 if Va_new > Va Vref_new = Va_new - C; % Decrease Vref else Vref_new = Va_new + C; %Increase Vref end else Vref_new = Va_new; % No change end % Update history Va = Va_new; Pa = Pa_new; % luu giu so lieu de ve Va_array = [Va_array Va]; Pa_array = [Pa_array Pa]; end % Plot result figure plot (Va_array, Pa_array, 'g') % Overlay with P-I curves and MPP Va = linspace (0, 45, 200); hold on for G=.2:.2:1 Ia = solar(Va, G, TaC); Pa = Ia.*Va; plot(Va, Pa) [Pa_max, Imp, Vmp] = find_mpp(G, TaC); plot(Vmp, Pa_max, 'r*') end title('P&O Algorithm') xlabel('Module Voltage (V)') ylabel('Module Output Power (W)') axis([0 25 0 70]) %gtext('1000W/m^2') %gtext('800W/m^2') %gtext('600W/m^2') %gtext('400W/m^2') %gtext('200W/m^2') hold off ============================================================== % Kiem tra P&O % Kiem tra trong ngay nhieu may % clear; % Xac dinh hang so TaC = 25; % Cell temperature (deg C) C = 0.5; % Step size for ref voltage change (V) % Xac dinh thong so ban dau G = 0.028; % Irradiance (1G = 1000W/m^2) Va = 26.0; % PV voltage Ia = solar(Va,G,TaC); % PV current Pa = Va * Ia; % PV output power Vref_new = Va + C; % New reference voltage %Luu giu so lieu de ve Va_array = []; Pa_array = []; x = [0:3600:43200]; y = [0.05 0.2 0.41 0.35 0.38 0.3 0.2 0.29 0.75 0.62 0.28 0.18 0.1]; xi = 0:1:43200; % Set points for interpolation yi = interp1(x,y,xi,'cubic'); % Do cubic interpolation plot(x,y,'o'); hold on; plot(xi,yi); % Take 43200 samples (12 hours) for Sample = 1:43200; % Read irradiance value G = yi(Sample); % Take new measurements Va_new = Vref_new; Ia_new = solar(Vref_new,G,TaC); % Calculate new Pa Pa_new = Va_new * Ia_new; deltaPa = Pa_new - Pa; % P&O Algorithm starts here if deltaPa > 0 if Va_new > Va Vref_new = Va_new + C; % Increase Vref else Vref_new = Va_new - C; % Decrease Vref end elseif deltaPa < 0 if Va_new > Va Vref_new = Va_new - C; % Decrease Vref else Vref_new = Va_new + C; %Increase Vref end else Vref_new = Va_new; % No change end % Update history Va = Va_new; Pa = Pa_new; % Store data in arrays for plot Va_array = [Va_array Va]; Pa_array = [Pa_array Pa]; end % Plot result figure plot (Va_array, Pa_array, 'g') % Overlay with P-I curves and MPP Va = linspace (0, 45, 200); hold on for G=.2:.2:1 Ia = solar(Va, G, TaC); Pa = Ia.*Va; plot(Va, Pa) [Pa_max, Imp, Vmp] = find_mpp(G, TaC); plot(Vmp, Pa_max, 'r*') end title('P&O Algorithm') xlabel('Module Voltage (V)') ylabel('Module Output Power (W)') axis([0 25 0 70]) %gtext('1000W/m^2') %gtext('800W/m^2') %gtext('600W/m^2') %gtext('400W/m^2') %gtext('200W/m^2') hold off ============================================================== % Kiem tra thuat toan INC % Kiem tra voi thoi tiet nhieu nang clear; % Define constants TaC = 25; % Cell temperature (deg C) C = 0.5; % Step size for ref voltage change (V) E = 0.002; % Maximum dI/dV error % Define variables with initial conditions G = 0.045; % Irradiance (1G = 1000W/m^2) Va = 27.2; % PV voltage Ia = solar(Va,G,TaC); % PV current Pa = Va * Ia; % PV output power Vref_new = Va + C; % New reference voltage % Set up arrays storing data for plots Va_array = []; Pa_array = []; Pmax_array =[]; x = [0:3600:43200]; y = [0.05 0.15 0.4 0.6 0.82 0.92 1 0.9 0.85 0.55 0.3 0.18 0.1]; xi = 0:1:43200; % Set points for interpolation yi = interp1(x,y,xi,'cubic'); plot(x,y,'o'); hold on; plot(xi,yi); % Take 43200 samples (12 hours) for Sample = 1:43200; G = yi(Sample); % Take new measurements Va_new = Vref_new; Ia_new = solar(Vref_new,G,TaC); % Calculate incremental voltage and current deltaVa = Va_new - Va; deltaIa = Ia_new - Ia; % incCond Algorithm starts here if deltaVa == 0 if deltaIa == 0 Vref_new = Va_new; % No change elseif deltaIa > 0 Vref_new = Va_new + C; % Increase Vref else Vref_new = Va_new - C; % Decrease Vref end else if abs(deltaIa/deltaVa + Ia_new/Va_new) <= E Vref_new = Va_new; % No change else if deltaIa/deltaVa > -Ia_new/Va_new + E Vref_new = Va_new + C; % Increase Vref else Vref_new = Va_new - C; % Decrease Vref end end end % Calculate theoretical max [Pa_max, Imp, Vmp] = find_mpp(G, TaC); % Update history Va = Va_new; Ia = Ia_new; Pa = Va_new * Ia_new; % Store data in arrays for plot Va_array = [Va_array Va]; Pa_array = [Pa_array Pa]; Pmax_array = [Pmax_array Pa_max]; end % Total electric energy: theoretical and actual Pth = sum(Pmax_array)/3600; Pact = sum(Pa_array)/3600; % Plot result figure plot (Va_array, Pa_array, 'g') % Overlay with P-V curves and MPP Va = linspace (0, 45, 200); hold on for G=.2:.2:1 Ia = solar(Va, G, TaC); Pa = Ia.*Va; plot(Va, Pa) [Pa_max, Imp, Vmp] = find_mpp(G, TaC); plot(Vmp, Pa_max, 'r*') end title('incCond Method') xlabel('Module Voltage (V)') ylabel('Module Output Power (W)') axis([0 25 0 70]) %gtext('1000W/m^2') %gtext('800W/m^2') %gtext('600W/m^2') %gtext('400W/m^2') %gtext('200W/m^2') hold off ========================================================== % Kiem tra thuat toan INC % Kiem tra voi thoi tiet nhieu may % clear; % Define constants TaC = 25; % Cell temperature (deg C) C = 0.5; % Step size for ref voltage change (V) E = 0.002; % Maximum dI/dV error % Define variables with initial conditions G = 0.045; % Irradiance (1G = 1000W/m^2) Va = 27.2; % PV voltage Ia = solar(Va,G,TaC); % PV current Pa = Va * Ia; % PV output power Vref_new = Va + C; % New reference voltage % Set up arrays storing data for plots Va_array = []; Pa_array = []; Pmax_array =[]; % Load irradiance data x = [0:3600:43200]; y = [0.05 0.2 0.41 0.35 0.38 0.3 0.2 0.29 0.75 0.62 0.28 0.18 0.1]; xi = 0:1:43200; % Set points for interpolation yi = interp1(x,y,xi,'cubic'); plot(x,y,'o'); hold on; plot(xi,yi); for Sample = 1:43200; G = yi(Sample); % Take 43200 samples (12 hours) %for Sample = 1:43.2e+3 % Read irrad value %G = yi(Sample); % Take new measurements Va_new = Vref_new; Ia_new = solar(Vref_new,G,TaC); % Calculate incremental voltage and current deltaVa = Va_new - Va; deltaIa = Ia_new - Ia; % incCond Algorithm starts here if deltaVa == 0 if deltaIa == 0 Vref_new = Va_new; % No change elseif deltaIa > 0 Vref_new = Va_new + C; % Increase Vref else Vref_new = Va_new - C; % Decrease Vref end else if abs(deltaIa/deltaVa + Ia_new/Va_new) <= E Vref_new = Va_new; % No change else if deltaIa/deltaVa > -Ia_new/Va_new + E Vref_new = Va_new + C; % Increase Vref else Vref_new = Va_new - C; % Decrease Vref end end end % Calculate theoretical max [Pa_max, Imp, Vmp] = find_mpp(G, TaC); % Update history Va = Va_new; Ia = Ia_new; Pa = Va_new * Ia_new; % Store data in arrays for plot Va_array = [Va_array Va]; Pa_array = [Pa_array Pa]; Pmax_array = [Pmax_array Pa_max]; end % Total electric energy: theoretical and actual Pth = sum(Pmax_array)/3600; Pact = sum(Pa_array)/3600; % Plot result figure plot (Va_array, Pa_array, 'g') % Overlay with P-V curves and MPP Va = linspace (0, 45, 200); hold on for G=.2:.2:1 Ia = solar(Va, G, TaC); Pa = Ia.*Va; plot(Va, Pa) [Pa_max, Imp, Vmp] = find_mpp(G, TaC); plot(Vmp, Pa_max, 'r*') end title('incCond Method') xlabel('Module Voltage (V)') ylabel('Module Output Power (W)') axis([0 25 0 70]) %gtext('1000W/m^2') %gtext('800W/m^2') %gtext('600W/m^2') %gtext('400W/m^2') %gtext('200W/m^2') hold off ============================================================== Mo phong phương phap dieu khien do truc tiep tin hieu ra. % po_dutyCycle2Test2: % Dung thuat toan P&O % clear; % Define constants TaC = 25; % Cell temperature (deg C) Rload = 6; % Resistive Load (Ohms) deltaD = .0035; % Step size for Duty Cycle change (.35%) % Define variables with initial conditions G = .1; % Irradiance (1G = 1000W/m^2) D = .22; % Duty Cycle, D(k+1), (0.1 Min, O.6 Max) D_k_1 = .22; % Duty Cycle, D(k-1), (0.1 Min, O.6 Max) Va_k_1 = 0; % PV voltage, Va(k-1) Pa_k_1 = 0; % PV output power, Pa(k-1) Vo_k_1 = 0; Io_k_1 = 0; Po_k_1 = 0; % Set up arrays storing data for plots Va_array = []; Ia_array = []; Pa_array = []; Vo_array = []; Io_array = []; Po_array = []; D_array = []; % Take 3600 samples for Sample = 1:3600 % Read present value of duty cycle D_k = D; % Calculate input impedance of ideal Boost converter (Rin) Rin = (1-D_k)^2* Rload; % Locate the operating point of PV module and % calculate its voltage, current, and power f = @(x) x - Rin*solar(x,G,TaC); Va_k = fzero (f, [0, 45]); Ia_k = solar(Va_k,G,TaC); Pa_k = Va_k * Ia_k; % Measure the outputs for ideal Boost converter Vo_k = 1/(1-D_k) * Va_k; Io_k = (1-D_k)* Ia_k; % Calculate new Po and deltaPo Po_k = Vo_k * Io_k; deltaPo = Po_k - Po_k_1; % Output voltage and current protection (30V/5A Max) if (Vo_k > 30.6) | (Io_k > 5.1) % '2%' margin added if deltaPo >= 0 if D_k > D_k_1 D = D_k - deltaD; % Decrease duty cycle else D = D_k + deltaD; % Increase duty cycle end else if D_k > D_k_1 D = D_k + deltaD; % Increase duty cycle else D_k = D_k - deltaD; % Decrease duty cycle end end elseif (Vo_k > 30) | (Io_k > 5) D = D_k; % No change elseif D_k < .1 D = .1; % Set minimum duty cycle elseif D_k > .6 D = .6; % Set maximum duty cycle else % P&O Algorithm starts here if deltaPo > 0 if D_k > D_k_1 D = D_k + deltaD; % Increase duty cycle else D = D_k - deltaD; % Decrease duty cycle end elseif deltaPo < 0 if D_k > D_k_1 D = D_k - deltaD; % Decrease duty cycle else D = D_k + deltaD; % Increase duty cycle end else D = D_k; % No change end end % Update history Va_k_1 = Va_k; Ia_k_1 = Ia_k; Pa_k_1 = Pa_k; Vo_k_1 = Vo_k; Io_k_1 = Io_k; Po_k_1 = Po_k; D_k_1 = D_k; % Store data in arrays for plots Va_array = [Va_array Va_k]; Ia_array = [Ia_array Ia_k]; Pa_array = [Pa_array Pa_k]; Vo_array = [Vo_array Vo_k]; Io_array = [Io_array Io_k]; Po_array = [Po_array Po_k]; D_array = [D_array D_k]; % Increase insolation until G=1 if (Sample > 20) & (G < 1) G = G + .0003; end % Goto next sample end % Functions to plot figure(1) plot (Va_array, Pa_array, 'g') % Overlay with P-V curves and MPP Va = linspace (0, 45, 200); hold on for G=.2:.2:1 Ia = solar(Va, G, TaC); Pa = Ia.*Va; plot(Va, Pa) [Pa_max, Imp, Vmp] = find_mpp(G, TaC); plot(Vmp, Pa_max, 'r*') end title('(a) PV Power vs. Voltage') xlabel('Module Voltage (V)') ylabel('Module Output Power (W)') axis([0 25 0 70]) hold off figure(2) plot (Va_array, Ia_array, 'g') % Overlay with I-V curves and MPP hold on for G=.2:.2:1 Ia = solar(Va, G, TaC); plot(Va, Ia) [Pa_max, Imp, Vmp] = find_mpp(G, TaC); plot(Vmp, Imp, 'r*') end title('(b) PV Current vs. Voltage') xlabel('Module Voltage (V)') ylabel('Module Current(A)') axis([0 25 0 4]) hold off figure(3) plot (D_array, Po_array, 'b') title('(c) Output Power vs. Duty Cycle') xlabel('Duty Cycle') ylabel('Output Power (W)') axis([0 0.6 0 70]) figure(4) plot (Vo_array, Io_array, 'g.') hold on Vo = linspace (0, 35, 200); Io = Vo ./ Rload; plot (Vo, Io) title('(d) Output Current vs. Voltage') xlabel('Output Voltage (V)') ylabel('Output Current (A)') axis([0 25 0 4]) hold off TÀI LIỆU THAM KHẢO 1.Mukund R.Patel, Ph.D., P.E - Wind and Solar Power Systems 2. Ryan C. Campbell, IEEE - A Circuit – based Photovoltaic Array Model for Power System Studies 3.Francisco M.Gonzalez – Longatt - Model of Photovoltaic Module in MatlabTM 4. Chihchiang Hua and Chihming Shen Department of Electrical Engineering National Yunlin University of Science & Technology - Comparative Study of Peak Power Tracking Techniques for Solar Storage System 5. K.H.Hussein, I.Muta, T. Hoshino, M. Osakada - Maximum photovoltaic power tracking: an algorithm for rapidly changing atmospheric conditions 6. Tài liệu về ắc quy của hãng Power PS Sonic 7. Bangyin Liu, Shanxu Duan, XXXFei Liu, and Pengwei Xu – Analysis and Improvement of Maximum Power Point Tracking Algorithm Based on Incremental Conductance Method for Photovoltaic Array - College of Electrical and Electronic Engineering, Huazhong University of Science and Technology, Wuhan, P.R China 8. – Hardik P.Desai*, and H.K Patel **- Maximum Power Point Algorithm in PV Generation: An Overview 9. Thầy Nguyễn Phùng Quang - Matlab Simulink 10. PGS.TS. Đặng Đình Thống – Pin mặt trời và ứng dụng – Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật. 11. Phạm Quốc Hải – Hướng dẫn thiết kế mạch điện tử công suất – Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội 12. Hart, Daniel W. Introduction to Power Electronics Prentice Hall Inc. 1996 13. John Wiley & Sons Ltd, 2002 Modelling Photovoltaic Systems, Using Pspice 14. Enslin, John H., Mario S.Wolf, Daniel B.Snyman, & Wernher Swiegers, Integrated Photovoltaic Maximum Power Point Tracking Converter, IEEE Transactions on Industrial Electronics, Vol.44, No6 December 1997 15. Hohm, D.P. & M.E. Ropp “Comparative Study of Maximum Power Point Tracking Algorithms” Progressing in Photovoltaics: Research and Applications November 2002 16. Kyocera Solar Inc. Solar Water Pump Applications Guide 2001 17. Walker, Geoff R. “Evaluating MPPT converter topologies using a MATLAB PV model” Australasian Universities Power Engineering Conference, AUPEC “00, Brisbane, 2000