Download luận văn đồ án tốt nghiệp với đề tài: Mô phỏng và thiết kế mạch sạc Acquy từ năng lượng mặt trời, cho các bạn tham khảo

1. MỤC LỤC
Chương 1. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI VÀ PIN QUANG
ĐIỆN ...............................................................................................................................................1
1.1. Tổng quan năng lượng mặt trời.....................................................................................1
1.1.1. Sơ lược Năng lượng mặt trời ..............................................................................1
1.1.2. Phổ của mặt trời........................................................................................................3
1.1.3. Tỉ số khối lượng không khí ..................................................................................5
1.1.4. Khảo sát các dạng bức xạ thu được..................................................................7
1.2. Sơ lược Pin quang điện.......................................................................................................9
1.2.1. Giới thiệu chung........................................................................................................9
1.2.2. Lịch sử phát triển ...................................................................................................10
1.3. Khảo sát tế bào pin quang điện.....................................................................................11
1.3.1. Mô hình PV lý tưởng..............................................................................................11
1.3.2. Mô hình PV thực tế ................................................................................................12
Chương 2. TỔNG QUAN VỀ ACQUY...........................................................................................15
2.1. Sơ lược về acquy .................................................................................................................15
2.2. Khảo sát acquy chì-axít.....................................................................................................16
2.2.1. Cấu tạo.........................................................................................................................16
2.2.2. Quá trình biến đổi hóa học trong acquy chì-axít......................................16
2.3. Đặc tính phóng nạp của acquy ......................................................................................18
2.3.1. Đặc tính phóng của acquy...................................................................................18
2.3.2. Đặc tính nạp của acquy........................................................................................19
2.4. Các chế độ nạp acquy chì-axít .......................................................................................20
2.4.1. Chế độ nạp dòng không đổi (ổn dòng)..........................................................20
2.4.2. Chế độ nạp áp không đổi (ổn áp).....................................................................21

2. 2.4.3. Chế độ nạp nổi .........................................................................................................21
Chương 3. TỔNG QUAN BỘ GIẢM ÁP .......................................................................................22
3.1. Sơ đồ cấu tạo mạch giảm áp...........................................................................................22
3.2. Nguyên lý hoạt động............................................................................................................22
3.3. Bộ giảm áp đồng bộ...........................................................................................................27
Chương 4. GIẢI THUẬT TÌM ĐIỂM CỰC ĐẠI CÔNG SUẤT...............................................28
4.1. Mục đích của MPPT............................................................................................................28
4.2. Giải thuật độ dẫn (IncCond) ......................................................................................29
4.3. Giải thuật Perturbation And Observe (P&O)..........................................................30
Chương 5. TỔNG QUAN VỀ KIT DSP TMS320F28335 VÀ THIẾT KẾ PHẦN CỨNG
32
5.1. GIỚI THIỆU VỀ DSP TMS320F28335.........................................................................32
5.2. Khối chức năng PWM........................................................................................................34
5.3. Khối chức năng ADC ..........................................................................................................38
5.4. Tính toán các thông số của mạch công suất............................................................44
Chương 6. MÔ HÌNH HÓA VÀ MÔ PHỎNG..............................................................................46
6.1. Mô hình hóa PV....................................................................................................................46
6.2. Mô phỏng giải thuật MPPT .............................................................................................50
6.3. Mô hình hóa acquy chì-axít.............................................................................................53
Chương 7. KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM........................................................................................62
7.1. Kết quả thực nghiệm với tải R.......................................................................................62
7.2. Kết quả thực nghiệm sạc acquy từ lưới.........................................................................68
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI................................................................73
Tài liệu tham khảo...............................................................................................................................74

3. DANH MỤC HÌNH VẼ
HÇnh 1.1: Pin mặt trời trên nhà dàn trường sa...............................................................................2
HÇnh 1.2: Pin mặt trời tại nhà máy Intel Việt Nam.....................................................................2
Hình 1.3: Phổ bức xạ của trái đất ở nhiệt độ 150C......................................................................4
HÇnh 1.4: Phổ bức xạ của mặt trời ở nhiệt độ 58000
C................................................................5
HÇnh 1.5: Cách xác định tỉ số khối lượng không khí..................................................................6
HÇnh 1.6: Đường cong phổ bức xạ mặt trời theo thông số AM m.........................................6
HÇnh 1.7: Các dạng bức xạ mặt trời đến bộ thu............................................................................7
HÇnh 1.8: Thông lượng mặt trời ngoài khí quyển.....................................................................7
Hình 1.9: Cấu trúc của một PV.........................................................................................................10
Hình 1.10: Mô hình của một PV lý tưởng và thực tế................................................................11
Hình 1.11: Đặc tính I-V PV lý tưởng.............................................................................................12
Hình 2.1: Quá trình hóa học khi nạp điện của acquy chì-axít ...............................................16
Hình 2.2: Quá trình hóa học khi nạp điện của acquy chì-axít ...............................................17
Hình 2.3: Đặc tính phóng của acquy ..............................................................................................18
Hình 2.4: Đặc tính nạp của acquy....................................................................................................19
Hình 2.5: Giản đồ sạc ba chế độ ......................................................................................................20
Hình 3.1: Sơ đồ mạch giảm áp .........................................................................................................22
Hình 3.2: Các trạng thái của mạch BUCK ...................................................................................23
Hình 3.3: Quy ước điện áp và dòng điện của bộ buck .............................................................23
Hình 3.4: Sự thay đổi dòng điện, điện áp ở chế độ liên tục....................................................24
Hình 3.5: Sự thay đổi dòng điện, điện áp ở chế độ không liên tục......................................26
Hình 3.6: Sơ đồ mạch giảm áp đồng bộ........................................................................................27
Hình 4.1: Lưu đồ giải thuật phương pháp IncCond..................................................................30
Hình 4.2: lưu đồ giải thuật phương pháp P&O...........................................................................31
Hình 5.1: Sơ đồ chân TMS320F28335........................................................................................32
Hình 5.2: Sơ đồ kiến trúc của chip F28335 ................................................................................34
Hình 5.3: Sơ đồ khối PWM ...............................................................................................................35
Hình 5.4: Các khối chức năng của PWM......................................................................................36

4. Hình 5.5: Sơ đồ khối Time-Base......................................................................................................36
Hình 5.6: Sơ đồ khối module ADC.................................................................................................38
Hình 6.1: Cấu trúc mô hình hóa PV..............................................................................................46
Hình 6.2: Khối xác định I0.................................................................................................................46
Hình 6.3: Khối xác định IPV...............................................................................................................47
Hình 6.4: Khối xác định Im................................................................................................................47
Hình 6.5: Khối hồi tiếp tính toán...................................................................................................47
Hình 6.6: Đặc tuyến I-V của PV tại 250C, sun=1 .....................................................................48
Hình 6.7: Đặc tuyến P-V của PV tại 250C, sun=1....................................................................48
Hình 6.8: Đặc tuyến I-V của PV tại 350C, sun=1 .....................................................................49
Hình 6.9: Đặc tuyến P-V của PV tại 350C, sun=1....................................................................49
Hình 6.10: Đặc tuyến I-V của PV tại 250C, sun=0.8...............................................................49
Hình 6.11: Đặc tuyến P-V của PV tại 250C, sun=0.8..............................................................50
Hình 6.12: Mô hình giải thuật P&O..............................................................................................50
Hình 6.13: Mô hình giải thuật tìm điểm MPP..........................................................................51
Hình 6.14: Thiết lập giá trị biến thiên cường độ bức xạ....................................................51
Hình 6.15: Khả năng đáp ứng bắt điểm MPPT của giải thuật P&O................................52
Hình 7.1: Mô hình thí nghiệm với tải R........................................................................................62
Hình 7.2: Dạng xung 50% ra từ DSP ...........................................................................................62
Hình 7.3: Dạng xung 50% ra từ mạch lái ..................................................................................63
Hình 7.4: Dạng điện áp ngõ ra vận hành không tải...............................................................63
Hình 7.5: Dạng xung kích ổn áp 13,4V .......................................................................................63
Hình 7.6: Deadtime xung kích ổn áp 13,4V..............................................................................64
Hình 7.7: Dạng điện áp ra ổn áp 13,4V.......................................................................................64
Hình 7.8: Dạng xung dòng điện ổn dòng 1,5A khi điện áp tăng nhỏ.............................65
Hình 7.9: Dạng xung dòng điện ổn dòng 1,5A khi điện áp tăng lớn..............................65
Hình 7.10: Dạng xung dòng điện ổn dòng 1,5A khi điện áp giảm lớn..........................66
Hình 7.11 Dạng dòng điện ổn dòng 1,5A khi điện áp giảm nhỏ......................................66
Hình 7.12: Dạng dòng điện ổn dòng 1,5A khi tăng tải.........................................................67
Hình 7.13: Dạng dòng điện ổn dòng 1,5A khi giảm tải........................................................67

5. Hình 7.14: Mô hình phần cứng sạc Acquy................................................................................68
Hình 7.15: Dạng đồ thị điện áp ở chế độ ổn dòng.................................................................69
Hình 7.16: Dạng đồ thị dòng điện ở chế độ ổn dòng............................................................69
Hình 7.17: Dạng đồ thị điện áp ở chế độ ổn áp.......................................................................70
Hình 7.18: Dạng đồ thị dòng điện ở chế độ ổn áp.................................................................70
Hình 7.19: Dạng đồ thị điện áp ở chế độ thả nổi....................................................................71
Hình 7.20: Dạng đồ thị dòng điện ở chế độ thả nổi..............................................................71
Hình 7.21: Dạng xung dòng điện ra tải và xung kích S1 ở chế độ thả nổi...................72

6. DANH MỤC BẢNG
Baӻng 1.1: Trữ lượng các dạng năng lượng và nhu cầu..........................................................1
Bảng 1.2: Thông số Tấm pin Mặt Trời RedSun.........................................................................14
Bảng 6.1: Các thông số của tấm pin mặt trời đỏ 50W.........................................................47
Bảng 7.1: Giá trị dòng, áp tại các chế độ sạc ............................................................................68

7. DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
Buck Mạch giảm áp
PV

8. TÓM TẮT LUẬN VĂN
Năng lượng tái tạo đang càng trở nên quan trọng trong cuộc sống. Những năm
gần đây, năng lượng mặt trời đang ngày càng được quan tâm nghiên cứu và phát triển
nhanh, trong đó một lượng lớn được nạp vào Acquy. Trong bộ sạc Acquy từ năng
lượng mặt trời cần có bộ giảm áp để chuyển điện áp cao của mặt trời xuống điện áp
thấp và cấp cho Acquy. Yêu cầu cho bộ này là đảm bảo hoạt động ổn định và hiệu suất
cao.
Luận văn mô phỏng và thiết kế mạch sạc Acquy từ năng lượng mặt trời bao
gồm: mô phỏng pin năng lượng mặt trời, thiết kế bộ giảm áp DC/DC, giải thuật tìm
công suất cực đại và điều khiển sạc Acquy từ điện áp lưới và từ pin quang điện. Các
giải thuật điều khiển được thực hiện trên KIT DSP TMS320F28335.
Luận văn được thực hiện tại phòng thí nghiệm nghiên cứu điện tử công suất
(115B1 đại học Bách Khoa) với nhiều thiết bị hiện đại, giúp cho việc đo đạc, đánh giá
một cách chính xác và an toàn.

9. 10

10. 0

11. 1
Baӻng 1.1: Trữ lượng các dạng năng lượng và nhu cầu
Chương 1. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI
VÀ PIN QUANG ĐIỆN
1.1. Tổng quan năng lượng mặt trời
1.1.1. Sơ lược Năng lượng mặt trời
Trong khi các nguồn năng lượng truyền thống như than đá, dầu mỏ đang dần cạn
kiệt, giá thành cao, nguồn cung không ổn định, nhiều nguồn năng lượng thay thế đang
được quan tâm hơn, đặc biệt là nguồn năng lượng mặt trời.
Trong các dạng năng lượng tái tạo tồn tại trên trái đất như: mặt trời, gió, sinh khối
trong đó năng lượng mặt trời là dạng năng lượng có trữ lượng vô cùng lớn, có khả
năng cung cấp hoàn toàn nhu cầu năng lượng của con người.
Việc tiếp cận để tận dụng nguồn năng lượng mới này không chỉ góp phần cung
ứng kịp nhu cầu năng lượng của xã hội mà còn giúp tiết kiệm điện năng và giảm thiểu
ô nhiễm môi trường.
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 230
23’ Bắc đến 80
27’ 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)…

12. 2
Năng lượng mặt trời ở Việt Nam có sẵn quanh năm, khá ổn định và phân bố rộng
rãi trên các vùng miền khác nhau của đất nước. Đặc biệt, số ngày nắng trung bình trên
các tỉnh của miền trung và miền nam là khoảng 300 ngày/năm. Năng lượng mặt trời có
thể được khai thác cho hai nhu cầu sử dụng: sản xuất điện và cung cấp nhiệt.
Năng lượng mặt trời có những ưu điểm như: sạch, chi phí nhiên liệu và bảo dưỡng
thấp, an toàn cho người sử dụng… Đồng thời, phát triển ngành công nghiệp sản xuất
pin mặt trời sẽ góp phần thay thế các nguồn năng lượng hóa thạch, giảm phát khí thải
nhà kính, bảo vệ môi trường. Vì thế, đây được coi là nguồn năng lượng quý giá, có thể
thay thế những dạng năng lượng cũ đang ngày càng cạn kiệt.
Từ lâu, nhiều nơi trên thế giới đã sử dụng năng lượng mặt trời như một giải pháp
thay thế những nguồn tài nguyên truyền thống. Tại Đan Mạch, năm 2000, hơn 30% hộ
dân sử dụng tấm thu năng lượng mặt trời, có tác dụng làm nóng nước. Ở Brazil, những
vùng xa xôi hiểm trở như Amazon, điện năng lượng mặt trời luôn chiếm vị trí hàng
đầu. Ngay tại Đông Nam Á, điện mặt trời ở Philipines cũng đảm bảo nhu cầu sinh hoạt
cho 400.000 dân.
Tại Việt Nam hiện nay năng
lượng mặt trời chiếm tỉ trọng rất
nhỏ trong lượng điện sản xuất ra
hằng nam. Các hệ thống pin
quang điện thường được dùng cho
vùng sâu hải đảo, nông thôn
những nơi lưới điện quốc gia chưa
thể tới, những nơi có nhu cầu tiêu
thụ điện thấp. Tại các thành phố
lớn nơi nhu cầu điện cao, các hệ
thống pin quang điện tại các tòa
nhà cao tầng đang ngày càng phát
triển.
HÇnh 1.1: Pin mặt trời trên
HÇnh 1.2: Pin mặt trời tại nhà

13. 3
1.1.2. Phổ của mặt trời
Mặt trời là nguồn năng lượng bức xạ khổng lồ, đường kính 1,4 triệu km, dưới
dạng nhiệt hạnh, tổng hợp hydro thành helium. Lượng vật chất mất đi được chuyển
hóa thành năng lượng điện từ có giá trị khoảng 3,8 × 10$"
MW. Khi đi qua bầu khí
quyển Trái đất, bức xạ mặt trời bị phản xạ và bị hấp thụ, khi đến được trái đất có
khoảng 1,05 × 10#
KWh, dòng năng lượng này sẽ tiếp tục phát ra cho đến khi phản
ứng nhiệt hạch trên Mặt trời hết nhiên liệu, vào khoảng 5 tỷ năm nữa nên nguồn năng
lượng mặt trời được xem như nguồn năng lượng sạch và vô tận.
Lượng năng lượng bức xạ phụ thuộc vào nhiệt độ của vật thể. 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. Vật đen được định nghĩa là một vật phát hoặc thu bức xạ lý tưởng. Khi
phát lý tưởng, nó phát ra nhiều năng lượng bức xạ trên một đơn vị diện tích hơn bất kỳ
vật thể thực nào ở cùng nhiệt độ. Khi thu lý tưởng, nó thu tất cả bức xạ tác động đến
nó, không bức xạ nào phản lại hay truyển qua.
Công suất phát ra của vật thể đen phụ thuộc vào nhiệt độ và bước sóng theo công
thức của định luật Planck:
˗

14. =
3,74 × 10
' Ӛ˥˲J Ә
#&&""

15. ә − 1ӛ
Với
˗

16. công suất bức xạ trên một đơn vị diện tích (của vật thể đen) trong đoạn vi
phân bước song (W/m2
µm).
T nhiệt độ tuyệt đối của vật thể đen (K).
- bước song (µm).
Nếu mô hình trái đất là một vật đen ở 2880
K (150
C), sẽ tạo thành phổ năng lượng
như sau:

17. 4
Hình 1.3: Phổ bức xạ của trái đất ở nhiệt độ 150C
Diện tích của đồ thị trên ở giữa hai 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 không 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:
˗ = ˓ ˠ&
Với:
E - tổng công suất phát ra của vật đen (W).
- hằng số Stefan-Boltzmann = 5.67e-8 Wm-2K-4.
T - nhiệt độ tuyệt đối (K).
A - diện tích bề mặt của vật thể đen (m2).
Dựa vào qui tắc dịch chuyển Wien, cho biết bước sóng mà tại đó phổ năng lượng
đạt cực đại:
=
Ŷ8%8
ˠ
Với:
T - nhiệt độ tuyệt đối (K).
λ - bước sóng (µm).

18. 5
λmax = 0.5 µm cho mặt trời, T = 5800K.
λmax = 10.1 µm với trái đất (một vật đen), T = 288 K.
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 5800K. Hình 1-2 diễn tả phổ bức
xạ của mặt trời và phổ bức xạ của vật thể đen 5800K. Công suất bức xạ của vật thể đen
5800K (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 chiếm 7%, trong vùng khả kiến
chiếm 47%, từ vùng hồng ngoại trở lên chiếm 46%. Bước sóng trong vùng khả kiến có
tầm từ 0.38µm (tím) đến 0.78µm (đỏ).
Khi bức xạ mặt trời chiếu tới mặt đất, một phần bị hấp thụ bởi các yếu tố khác
nhau của khí quyển, tạo ra các phổ bất thường, hình dạng nhấp nhô. Những phổ này
phụ thuộc vào lượng khí quyển mà bức xạ phải xuyên qua để đến mặt đất.
HÇnh 1.4: Phổ bức xạ của mặt trời ở nhiệt độ 58000
C
1.1.3. Tỉ số khối lượng không khí
Tỉ số khối lượng không khí là tỉ số độ dài đường đi thực của bức xạ h2 và độ dài
ngắn nhất có thể có h1, ứng với trường hợp mặt trời nằm ngay trên đỉnh đầu. Có thể
biểu diễn tỉ số khối lượng không khí như sau:

19. DOWNLOAD ĐỂ XEM ĐẦY ĐỦ NỘI DUNG
MÃ TÀI LIỆU: 50994
DOWNLOAD: + Link tải: Xem bình luận
Hoặc : + ZALO: 0932091562