Nghiên cứu điều khiển bám điểm công suất cực đại của một hệ pin mặt trời.doc

DỊCH VỤ VIẾT THUÊ ĐỀ TÀI TRỌN GÓI ZALO / TEL: 0909.232.620
TẢI TÀI LIỆU – KẾT BẠN ZALO: 0909.232.620
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI
HỌC CÔNG NGHỆ TP. HCM
---------------------------
NGUYỄN DUY AN
NGHIÊN CỨU ĐIỀU KHIỂN BÁM ĐIỂM CÔNG
SUẤT CỰC ĐẠI CỦA MỘT HỆ PIN MẶT TRỜI
LUẬN VĂN THẠC SĨ
Chuyên ngành: Kỹ thuật điện
Mã số ngành: 60520202
TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 01 năm 2016

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG
ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP.HCM
---------------------------
NGUYỄN DUY AN
NGHIÊN CỨU ĐIỀU KHIỂN BÁM ĐIỂM CÔNG
SUẤT CỰC ĐẠI CỦA MỘT HỆ PIN MẶT TRỜI
LUẬN VĂN THẠC SĨ
Chuyên ngành: Kỹ thuật điện
Mã số ngành: 60520202
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. HUỲNH CHÂU DUY
TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 01 năm 2016

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HCM
Cán bộ hướng dẫn khoa học : ……………………………………….
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký)
Luận văn Thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Công nghệ TP. HCM
ngày … tháng … năm …
Thành phần Hội đồng đánh giá Luận văn Thạc sĩ gồm:
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ Luận văn Thạc sĩ)
TT Họ và tên Chức danh Hội đồng
1 Chủ tịch
2 Phản biện 1
3 Phản biện 2
4 Ủy viên
5 Ủy viên, Thư ký
Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá Luận sau khi Luận văn đã được
sửa chữa (nếu có).
Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV

TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHỆ TP.HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
PHÒNG QLKH – ĐTSĐH Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
Tp.HCM, ngày......tháng........năm 20...
NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ tên học viên: NGUYỄN DUY AN Giới tính: NAM
Ngày, tháng, năm sinh: Nơi sinh:
Chuyên ngành: KỸ THUẬT ĐIỆN MSHV:
I- Tên đề tài:
NGHIÊN CỨU ĐIỀU KHIỂN BÁM ĐIỂM CÔNG SUẤT CỰC ĐẠI CỦA MỘT
HỆ PIN MẶT TRỜI
II- Nhiệm vụ và nội dung:
- Tổng quan tình hình khai thác và sử dụng năng lượng điện mặt trời tại Việt Nam.
- Nghiên cứu và mô phỏng các đặc tính V-I và V-P của pin quang điện.
- Nghiên cứu và phân tích các đặc tính V-I và V-P của pin quang điện.
- Nghiên cứu thuật toán điều khiển bám điểm công suất cực đại của hệ pin quang
điện.
III- Ngày giao nhiệm vụ:
IV- Ngày hoàn thành nhiệm vụ:
V- Cán bộ hướng dẫn: TS. HUỲNH CHÂU DUY
CÁN BỘ HUỚNG DẪN KHOA QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH
(Họ tên và chữ ký) (Họ tên và chữ ký)

LỜI CAM ÐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu và
kết quả nghiên cứu được trình bày trong Luận văn là trung thực và chưa từng
được ai công bố ở bất kỳ đâu.
Tôi xin cam đoan mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện Luận văn này đã được
cảm ơn.
Tôi cũng xin cam đoan các nội dung tham khảo trong Luận văn đã được trích
dẫn đầy đủ nguồn gốc.
Học viên thực hiện Luận văn
Nguyễn Duy An

LỜI CÁM ƠN
Đầu tiên, xin chân thành cám ơn TS. HUỲNH CHÂU DUY đã tận tình giúp đỡ,
đóng góp những ý kiến quý báu và hướng dẫn em thực hiện Luận văn này.
Xin cám ơn quý Thầy, Cô đã trang bị cho em các kiến thức quý báu trong
quá trình học tập giúp em đủ kiến thức để thực hiện Luận văn này.
Xin cảm ơn tập thể lớp 14SMĐ11 đã động viên và giúp đỡ em trong quá
trình thực hiện Luận văn này.
Cuối cùng, xin cám ơn Trường Đại học Công nghệ TP. HCM; Khoa Cơ -
Điện - Điện tử; Phòng Quản lý Khoa học - Đào tạo sau Đại học và Cơ quan nơi em
đang công tác đã tạo các điều kiện tốt nhất cho em thực hiện Luận văn này.
Nguyễn Duy An

i
Tóm tắt
Luận văn tập trung các vấn đề liên quan đến “Nghiên cứu điều khiển
bám điểm công suất cực đại của một hệ pin mặt trời” mà bao gồm các nội
dung như sau:
+ Chương 1: Giới thiệu chung
+ Chương 2: Tổng quan tình hình nghiên cứu và khai thác nguồn năng
lượng điện mặt trời
+ Chương 3: Pin quang điện
+ Chương 4: Giải thuật bám điểm công suất cực đại
+ Chương 5: Mô phỏng điều khiển bám điểm công suất cực đại của một
hệ pin mặt trời
+ Chương 6: Kết luận và hướng phát triển tương lai

ii
Abstract
The thesis presents issues relating to "Maximum power point
tracking control of solar energy systems" that includes the following contents:
+ Chapter 1: Introduction
+ Chapter 2: Literature review of the exploitation and utilization of
the solar energy source
+ Chapter 3: Photovoltaic cell
+ Chapter 4: Algorithms for maximum power point tracking
+ Chapter 5: Simulation results of a solar energy system with maximum
power point tracking
+ Chapter 6: Conclusions and future works

3
DỊCH VỤ VIẾT THUÊ ĐỀ TÀI TRỌN GÓI ZALO / TEL:
0909.232.620
MỤC LỤC
Tóm tắt............................................................................................................
i Mục lục
.........................................................................................................iii Danh
sách hình vẽ ........................................................................................vi Danh
sách bảng..............................................................................................x
Chương 1 - Giới thiệu chung.........................................................................1
1.1. Giới thiệu ...............................................................................................
1
1.2. Tính cấp thiết của đề tài ........................................................................
3
1.3. Đối tượng nghiên cứu ............................................................................
3
1.4. Phạm vi nghiên cứu ...............................................................................3
1.5. Mục tiêu và nội dung nghiên cứu ..........................................................
3
1.6. Phương pháp nghiên cứu .......................................................................
4
1.7. Bố cục của luận văn ...............................................................................4
Chương 2 - Tổng quan tình hình nghiên cứu và khai thác nguồn năng
lượng mặt trời ...............................................................................................
5
2.1. Cấu trúc mặt trời ....................................................................................
5
2.2. Quỹ đạo của trái đất quanh mặt trời ......................................................
7
2.3. Góc cao độ của mặt trời vào buổi trưa ..................................................
8
2.4. Bức xạ mặt trời ....................................................................................
10

4
0909.232.620
2.5. Ứng dụng năng lượng mặt trời ............................................................
13
2.5.1. Pin mặt trời .......................................................................................
14
2.5.2. Nhà máy nhiệt điện sử dụng năng lượng mặt trời ............................
15
2.5.3. Động cơ Stirling chạy bằng năng lượng mặt trời .............................16
2.5.4. Thiết bị đun nước nóng bằng năng lượng mặt trời ...........................
17
2.5.5. Thiết bị làm lạnh và điều hòa không khí dùng năng lượng mặt trời 18
2.6. Tình hình khai thác năng lượng mặt trời tại Việt Nam .......................19
2.7. Tổng quan tình hình nghiên cứu ..........................................................
23

5
0909.232.620
Chương 3 - Pin quang điện..........................................................................26
3.1. Giới thiệu..............................................................................................26
3.2. Sơ đồ thay thế đơn giản của PV ...........................................................28
3.3. Sơ đồ thay thế của PV có xét đến các tổn hao......................................29
3.4. Module PV............................................................................................ 30
3.5. Mảng PV...............................................................................................32
3.5.1. Nối nối tiếp nhiều module PV...........................................................32
3.5.2. Nối song song nhiều module PV.......................................................32
3.5.3. Nối hỗn hợp nhiều module PV..........................................................33
3.6. Các ảnh hưởng đến PV.........................................................................33
3.6.1. Ảnh hưởng của cường độ chiếu sáng ................................................33
3.6.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ ....................................................................34
3.6.3. Ảnh hưởng của hiện tượng bóng râm................................................35
3.7. Các hệ thống PV ứng dụng...................................................................39
3.7.1. Hệ thống PV kết nối lưới...................................................................39
3.7.2. Hệ thống PV độc lập .........................................................................40
3.7.3. Hệ thống PV kết hợp.........................................................................40
Chương 4 - Giải thuật bám điểm công suất cực đại....................................45
4.1. Giới thiệu..............................................................................................45
4.2. Giải thuật P&O (Perturbation & Observation).....................................46
4.3. Giải thuật điện dẫn gia tăng InC (Incremental Conductance)..............50
4.4. Giải thuật điện áp hằng số....................................................................52
4.5. Đề xuất giải thuật bám điểm công suất cực đại, P&O cải tiến và sự
khác biệt so với thuật toán P&O..................................................................54
4.6. Phương pháp điều khiển MPPT............................................................57
4.6.1. Phương pháp điều khiển PI ...............................................................57
4.6.2. Phương pháp điều khiển trực tiếp......................................................58
4.6.3. Phương pháp điều khiển đo trực tiếp tín hiệu ra ...............................61

6
0909.232.620
Chương 5 - Mô phỏng điều khiển bám điểm công suất cực đại của một

7
0909.232.620
hệ pin mặt trời..............................................................................................62
5.1. Giới thiệu .............................................................................................62
5.2. Mô phỏng các đặc tính của PV.............................................................64
5.3. Mô phỏng và các kết quả của trường hợp bức xạ mặt trời thay đổi
chậm ............................................................................................................67
nhanh ...........................................................................................................70
(tăng và giảm).............................................................................................. 73
Chương 6 - Kết luận và hướng phát triển tương lai ...................................76
Tài liệu tham khảo ......................................................................................78

8
DANH SÁCH HÌNH VẼ
Hình 2.1. Cấu trúc của mặt trời
Hình 2.2. Quỹ đạo trái đất quay quanh mặt trời
Hình 2.3. Một cách nhìn quỹ đạo trái đất để dễ tính góc
Hình 2.4. Góc cao độ mặt trời
Hình 2.5. Dải bức xạ điện từ
Hình 2.6. Góc nhìn mặt trời
Hình 2.7. Quá trình truyền năng lượng bức xạ mặt trời qua lớp khí quyển của
trái đất
Hình 2.8. Hệ thống pin mặt trời Hình
2.9. Nhà máy điện mặt trời Hình
2.10. Tháp năng lượng mặt trời
Hình 2.11. Động cơ Stirling dùng năng lượng mặt trời
Hình 2.12. Hệ thống cung cấp nước nóng dùng năng lượng mặt trời
Hình 2.13. Tủ lạnh dùng pin mặt trời
Hình 2.14. Hệ thống lạnh hấp thụ dùng năng lượng mặt trời
Hình 2.15. Hệ thống máy lạnh năng lượng mặt trời
Hình 3.1. Phổ năng lượng mặt trời
Hình 3.2. Nguyên tắc chuyển đổi năng lượng mặt trời thành năng lượng
điện của PV
Hình 3.3. Mô hình đơn giản của PV
Hình 3.4. Sơ đồ thay thế đơn giản của PV
Hình 3.5. Các tham số quan trọng của PV: dòng điện ngắn mạch, Isc và điện áp
hở mạch, Voc
Hình 3.6. Mô hình thay thế PV có xét đến các tổn hao
Hình 3.7. Đặc tính PV có xét đến các ảnh hưởng của Rs và Rp
Hình 3.8. Module PV
Hình 3.9. Đặc tính của module PV
Hình 3.10. Các module PV được kết hợp nối tiếp với nhau

vii
Hình 3.11. Các module PV được kết hợp song song với nhau
Hình 3.12. Các module PV được kết hợp hỗn hợp với nhau
Hình 3.13. Đặc tuyến V-I của PV với các cường độ chiếu sáng khác nhau và
nhiệt độ PV không đổi, 250
C
Hình 3.14. Đặc tuyến V-I của PV với các nhiệt độ khác nhau và cường độ
chiếu sáng không đổi 1 kW/m2
Hình 3.15. Module PV với n PV trong trường hợp module không bị che khuất
Hình 3.16. Module PV với n PV trong trường hợp module bị che khuất một
phần
Hình 3.17. Ảnh hưởng của hiện tượng bóng râm đối với module PV
Hình 3.18. Module PV với nhiều PV bị che khuất
Hình 3.19. Module PV sử dụng diode bypass
Hình 3.20. Đặc tính của PV trong trường hợp sử dụng diode bypass
Hình 3.21. Đánh giá so sánh giữa các trường hợp có và không có diode bypass
Hình 3.22. Hệ thống PV kết nối lưới
Hình 3.23. Hệ thống PV độc lập Hình
3.24. Hệ thống PV kết hợp
Hình 3.25. Sơ đồ hệ thống điện gia đình
Hình 4.1. Quan hệ điện áp và dòng điện của PV
Hình 4.2. Giải thuật P&O khi tìm điểm làm việc có công suất lớn nhất
Hình 4.3. Lưu đồ giải thuật P&O
Hình 4.4. Sự thay đổi điểm MPP theo gia tăng bức xạ
Hình 4.5. Giải thuật InC
Hình 4.6. Lưu đồ giải thuật InC
Hình 4.7. Lưu đồ giải thuật điện áp không đổi
Hình 4.8. Đặc tính V-I của PV tương ứng với các cường độ bức xạ khác nhau
là các dòng điện ngắn mạch khác nhau
Hình 4.9. Lưu đồ giải thuật P&O cải tiến
Hình 4.10. Sơ đồ khối phương pháp điều khiển MPPT sử dụng bộ bù PI
Hình 4.11. Sơ đồ khối của phương pháp điều khiển trực tiếp MPPT

8
Hình 4.12. Mối quan hệ giữa tổng trở vào Rin và hệ số làm việc D
Hình 5.1. Pin quang điện RS - P618 - 22
Hình 5.2. Sơ đồ mô phỏng điều khiển bám điểm công suất cực đại của hệ
thống pin quang điện
Hình 5.3. Đặc tính V-I của pin quang điện RS - P618 - 22
Hình 5.4. Đặc tính V-P của pin quang điện RS - P618 - 22
Hình 5.5. Đặc tính V-I của pin quang điện RS - P618 - 22 trong trường hợp
nhiệt độ không đổi (t = 250
C) và bức xạ mặt trời thay đổi (G = 1kW/m2
5kW/m2
)
Hình 5.6. Đặc tính V-P của pin quang điện RS - P618 - 22 trong trường hợp
nhiệt độ không đổi (t = 250
C) và bức xạ mặt trời thay đổi (G = 1kW/m2
5kW/m2
)
Hình 5.7. Đặc tính V-I của pin quang điện RS - P618 - 22 trong trường hợp
nhiệt độ thay đổi (t = 250
C 1000
C) và bức xạ mặt trời không đổi (G =
1
kW/m2
)
Hình 5.8. Đặc tính V-P của pin quang điện RS - P618 - 22 trong trường hợp
nhiệt độ thay đổi (t = 250
C 1000
C) và bức xạ mặt trời không đổi (G =
1
kW/m2
)
Hình 5.9. Mô phỏng sự thay đổi chậm của bức xạ mặt trời của pin quang điện
RS - P618 - 22
Hình 5.10. Công suất ngõ ra đạt được trong trường hợp sử dụng và không
sử dụng thuật toán P&O tương ứng với sự thay đổi chậm của bức xạ mặt trời
Hình 5.11. Công suất ngõ ra đạt được trong trường hợp sử dụng và không sử
dụng thuật toán P&O cải tiến tương ứng với sự thay đổi chậm của bức xạ mặt
trời

9
Hình 5.12. So sánh công suất ngõ ra đạt được trong trường hợp sử dụng
thuật toán P&O và thuật toán P&O cải tiến tương ứng với sự thay đổi chậm
của bức xạ mặt trời
Hình 5.13. Mô phỏng sự thay đổi nhanh của bức xạ mặt trời của pin quang điện
RS - P618 - 22

9
sử dụng thuật toán P&O tương ứng với sự thay đổi nhanh của bức xạ mặt trời
Hình 5.15. Công suất ngõ ra đạt được trong trường hợp sử dụng và không sử
dụng thuật toán P&O cải tiến tương ứng với sự thay đổi nhanh của bức xạ mặt
trời
Hình 5.16. So sánh công suất ngõ ra đạt được trong trường hợp sử dụng thuật
toán P&O và thuật toán P&O cải tiến tương ứng với sự thay đổi nhanh của
bức xạ mặt trời
Hình 5.17. Mô phỏng sự tăng và giảm của bức xạ mặt trời của pin quang điện
RS - P618 - 22
sử dụng thuật toán P&O tương ứng với sự tăng và giảm của bức xạ mặt trời
sử dụng thuật toán P&O cải tiến tương ứng với sự tăng và giảm của bức xạ
mặt trời
Hình 5.20. So sánh công suất ngõ ra đạt được trong trường hợp sử dụng thuật
toán P&O và thuật toán P&O cải tiến tương ứng với sự tăng và giảm của bức
xạ mặt trời

1
0
DANH SÁCH BẢNG
Bảng 2.1. Bảng ngày số n của ngày đầu tiên của mỗi tháng
Bảng 2.2. Bảng thống kê góc của ngày 21 mỗi tháng
Bảng 2.3. Tiềm năng năng lượng mặt trời tại Việt Nam
Bảng 3.1. Bảng phân loại tuần hoàn trích lược với tinh thể Silicon thuộc nhóm
IV
Bảng 4.1. Bảng tóm tắt giải thuật P&O

1
Chương 1
Giới thiệu chung
1.1. Giới thiệu
Vấn đề khủng hoảng năng lượng điện đã và đang được các quốc trên
thế giới, trong đó có Việt Nam đặc biệt quan tâm. Để giải quyết vấn đề này, đã
có rất nhiều các đề xuất của việc sử dụng các dạng năng lượng khác nhau để
tạo ra năng lượng điện. Một trong số đó có năng lượng mặt trời.
Mặt trời là một khối cầu lửa khổng lồ, tại đó những phản ứng nhiệt hạch
xảy ra liên tục và phát ra nguồn năng lượng dường như vô tận. Những phản ứng
nhiệt hạch trên mặt trời đã và đang diễn ra hàng triệu triệu năm mà chưa ai dự
đoán được thời điểm kết thúc của nó. Quả cầu lửa mặt trời khổng lồ này mới
chỉ truyền một phần năng lượng nhỏ bé của nó xuống trái đất với khoảng cách
hàng triệu km. Năng lượng mặt trời đã mang lại sự sống cho trái đất và cũng có
thể thiêu trụi cả trái đất nếu trái đất không có tầng ô zôn và khí quyển bảo vệ.
Có thể nhận thấy rằng, năng lượng mặt trời là một nguồn năng
lượng sạch không giống như bất kỳ một nguồn năng lượng nào khác mà chúng
ta đang khai thác trên trái đất. Chẳng hạn như thủy điện có thể gây đột biến
dòng chảy của sông và làm mất cân bằng sinh thái ở khu vực hạ lưu dòng
sông đó; nhiệt điện gây bụi và ô nhiễm môi trường bằng khí COx và NOx; còn
điện hạt nhân có khả năng gây nhiều nguy cơ kinh khủng hơn nữa. Nếu có thể
tận dụng được nguồn năng lượng mặt trời để phục vụ đời sống và phát triển
đất nước là một công việc rất có ích và có thể bảo vệ được môi trường sinh thái
[1].
Một trong các ứng dụng chính ở tầm vĩ mô của nguồn năng lượng mặt
trời là bài toán sản xuất năng lượng điện thông qua hệ thống pin quang điện
(Photovoltaic cell, PV). Các ứng dụng này có thể độc lập trong các hộ gia đình,
phục vụ chiếu sáng công cộng, phương tiện di chuyển, quân sự và các ứng
dụng không gian hoặc là một hệ thống điện năng lượng mặt trời sử dụng PV

2
được kết nối với lưới điện quốc gia. Trong các hệ thống PV này đang tồn tại
hai vấn đề lớn:

3
- Hiệu suất chuyển đổi của năng lượng mặt trời thành năng lượng điện
là rất thấp (9 ÷ 17%), đặc biệt là trong các điều kiện bức xạ thấp;
- Năng lượng điện được tạo ra bởi PV thay đổi liên tục dưới các điều
kiện thời tiết khác nhau.
Mặt khác, đặc tính V–I của PV là phi tuyến và cũng sẽ thay đổi dưới các
điều kiện nhiệt độ và bức xạ khác nhau. Trên các đặc tuyến V–I hoặc V–P, tồn
tại một điểm làm việc duy nhất mà được gọi là điểm công suất cực đại
(Maximum power point, MPP). Vị trí của các MPP là không xác định trước
được, nhưng có thể xác định được thông qua các mô hình tính toán hoặc các
thuật toán tìm kiếm trong quá trình vận hành. Khi các MPP đã được xác định,
các kỹ thuật bám MPP sẽ được sử dụng để duy trì điểm làm việc của các PV
luôn luôn là tại MPP.
Bên cạnh đó, việc kết nối lưới hệ thống điện năng lượng mặt trời cũng là
một trong các giải pháp được xem xét cho bài toán lưu trữ năng lượng điện
mặt trời mà đang phải gánh chịu các chỉ trích mạnh mẽ liên quan đến ô nhiễm
môi trường khi con người sử dụng các phương án lưu trữ thông qua ắc-quy.
Với các phân tích trên cho thấy rằng hiệu suất chuyển đổi năng
lượng mặt trời thành năng lượng điện của hệ PV là hoàn toàn có thể được
tối ưu, nhằm nâng cao hiệu quả khai thác. Điều này cũng có nghĩa là sẽ giảm
bớt gánh nặng cho các nguồn năng lượng điện truyền thống như thủy điện
hay nhiệt
điện.
Ngoài ra, việc lưu trữ nguồn năng lượng điện từ các nguồn năng
lượng tái tạo, cụ thể là năng lượng mặt trời cũng là một bài toán khó. Giải
pháp kết nối hệ thống điện năng lượng mặt trời với lưới điện quốc gia là một
trong các giải pháp được đánh giá hiệu quả cao.
Chính vì các lý do trên, đề tài “Nghiên cứu điều khiển bám điểm công
suất cực đại của một hệ pin mặt trời” được lựa chọn và thực hiện trong luận
văn này.

4
1.2. Tính cấp thiết của đề tài
Nguồn điện đang gánh chịu các áp lực nặng nề của sự cạn kiệt các
nguồn nhiên liệu sơ cấp truyền thống (nước, nhiên liệu hóa thạch,...). Để giảm
bớt các gánh nặng này, cũng như nâng cao hiệu quả khai thác của các nguồn
năng lượng tái tạo, đặc biệt là năng lượng mặt trời, đề tài nghiên cứu điều
khiển bám điểm công suất cực đại và kết nối lưới của một hệ thống điện năng
lượng mặt trời là thật sự cần thiết để được nghiên cứu và triển khai.
1.3. Đối tượng nghiên cứu
Các nghiên cứu sẽ được thực hiện trên mô hình hệ thống điện
năng lượng mặt trời bao gồm:
- Hệ thống pin quang điện, PV.
- Bộ điều khiển bám điểm công suất cực đại.
1.4. Phạm vi nghiên cứu
Phạm vi nghiên cứu của đề tài là:
- Khảo sát tình hình khai thác và sử dụng năng lượng điện mặt trời ở Việt Nam.
- Tổng quan các kết quả nghiên cứu đã đạt được liên quan đến đề
tài.
- Nghiên cứu lý thuyết pin quang điện (PV).
- Nghiên cứu các thuật toán bám điểm công suất cực đại cho PV dưới các điều
kiện bức xạ và nhiệt độ khác nhau sao cho có thể tối ưu hóa năng lượng thu
được.
1.5. Mục tiêu và nội dung nghiên cứu
Đề tài “Nghiên cứu điều khiển bám điểm công suất cực đại của một
hệ pin mặt trời” sẽ được thực hiện với các mục tiêu và nội dung như sau:
- Khảo sát tình hình khai thác và sử dụng năng lượng điện mặt trời ở Việt
Nam.
- Nghiên cứu các đặc tính của PV.

5
- Nghiên cứu và xây dựng một hệ thống điện sử dụng năng lượng
mặt trời thông qua PV.

6
- Nghiên cứu điều khiển bám điểm công suất cực đại của một hệ
thống điện năng lượng mặt trời thông qua PV.
- Mô phỏng PV.
- Mô phỏng nguyên lý làm việc của hệ thống điện sử dụng năng lượng
mặt trời thông qua PV.
- Mô phỏng điều khiển bám điểm công suất cực đại của một hệ
thống điện sử dụng năng lượng mặt trời thông qua PV.
1.6. Phương pháp nghiên cứu
- Nghiên cứu các tài liệu về điều khiển bám điểm công suất cực đại của
một hệ thống điện năng lượng mặt trời sử dụng PV.
- Phân tích, tổng hợp và đề xuất thuật toán điều khiển bám điểm
công suất cực đại của một hệ thống điện năng lượng mặt trời sử dụng PV.
1.7. Bố cục của luận văn
Bố cục của luận văn gồm 6 chương:
+ Chương 1: Giới thiệu chung
+ Chương 2: Tổng quan tình hình nghiên cứu và khai thác nguồn năng
lượng điện mặt trời
+ Chương 3: Pin quang điện
+ Chương 4: Giải thuật bám điểm công suất cực đại
+ Chương 5: Mô phỏng điều khiển bám điểm công suất cực đại của một
hệ pin mặt trời
+ Chương 6: Kết luận và hướng phát triển tương lai

7
Chương 2
Tổng quan tình hình nghiên cứu và khai thác nguồn
năng lượng điện mặt trời
2.1. Cấu trúc mặt trời
Mặt trời là một khối khí hình cầu có đường kính 1,390 106
km (lớn hơn
110 lần đường kính Trái đất), cách xa trái đất 150 106
km (bằng một đơn vị
thiên văn AU ánh sáng Mặt trời cần khoảng 8 phút để vượt qua khoảng này
đến
Trái đất).
Khối lượng Mặt trời khoảng M0 =2 1030
kg. Nhiệt độ T0 trung tâm mặt
trời thay đổi trong khoảng từ 10 106 0
K đến 20 106 0
K, trung bình khoảng
15,6 106 0
K. Ở nhiệt độ này, vật chất không thể giữ được cấu trúc trật tự
thông thường gồm các nguyên tử và phân tử. Nó trở thành plasma, trong đó
các hạt
nhân của nguyên tử chuyển động tách biệt với các electron. Khi các hạt nhân
tự do có va chạm với nhau sẽ xuất hiện những vụ nổ nhiệt hạch. Khi quan sát
tính chất của vật chất nguội hơn trên bề mặt nhìn thấy được của Mặt trời, các
nhà khoa học đã kết luận rằng có phản ứng nhiệt hạch xảy ra ở trong lòng
Mặt trời
[2].
Hình 2.1. Cấu trúc của mặt trời

8
Về cấu trúc, Mặt trời có thể chia làm 4 vùng, tất cả hợp thành một khối
cầu khí khổng lồ, hình 2.1. Vùng giữa gọi là nhân hay “lõi” có những chuyển
động đối lưu, nơi xảy ra những phản ứng nhiệt hạt nhân tạo nên nguồn năng
lượng mặt trời, vùng này có bán kính khoảng 175.000 km, khối lượng riêng
160 kg/dm3
, nhiệt độ ước tính từ 14 đến 20 triệu độ, áp suất vào khoảng
hàng
trăm tỷ atmotphe.
Vùng kế tiếp là vùng trung gian còn gọi là vùng “đổi ngược” qua đó
năng lượng truyền từ trong ra ngoài, vật chất ở vùng này gồm có sắt (Fe), canxi
(Ca), natri (Na), stronti (Sr), crôm (Cr), niken (Ni), cacbon ( C), silic (Si) và các
khí như hiđrô (H2), hêli (He), chiều dày vùng này khoảng 400.000 km. Tiếp theo
là vùng “đối lưu” dày 125.000 km và vùng “quang cầu” có nhiệt độ
khoảng 6.000 0
K, dày 1.000 km, ở vùng này gồm các bọt khí sôi sục, có chỗ
tạo ra các vết đen, là các hố xoáy có nhiệt độ thấp khoảng 4.500 0
K và các tai
lửa có nhiệt độ từ 7.000 0
K -10.000 0
K.
Vùng ngoài cùng là vùng bất định và gọi là “khí quyển” của Mặt trời.
Nhiệt độ bề mặt của Mặt trời là 5.762 0
K nghĩa là có giá trị đủ lớn để các
nguyên tử tồn tại trong trạng thái kích thích, đồng thời đủ nhỏ để ở đây thỉnh
thoảng lại xuất hiện những nguyên tử bình thường và các cấu trúc phân tử.
Dựa trên cơ sở phân tích các phổ bức xạ và hấp thụ của Mặt trời người ta xác
định được rằng trên mặt trời có ít nhất 2/3 số nguyên tố tìm thấy trên Trái đất.
Nguyên tố phổ biến nhất trên Mặt trời là nguyên tố nhẹ nhất Hydrogen.
Vật chất của Mặt trời bao gồm khoảng 73,46% là Hydrogen và gần 24,85% là
Hêlium, còn lại là các nguyên tố và các chất khác như Oxygen 0,77%; Carbon
0,29%; Iron 0,16%; Neon 0,12%; Nitrogen 0,09%; Silicon 0,07%; Magnesium
0,05% và Sulphur 0,04%.
Nguồn năng lượng bức xạ chủ yếu của Mặt trời là do phản ứng
nhiệt hạch tổng hợp hạt nhân Hyđrô, phản ứng này đưa đến sự tạo thành Hêli.
Hạt nhân của Hyđrô có một hạt mang điện dương là proton. Thông thường,
những hạt mang điện cùng dấu đẩy nhau, nhưng ở nhiệt độ đủ cao chuyển

9
động của chúng sẽ nhanh tới mức chúng có thể tiến gần tới nhau ở một
khoảng cách mà

10
ở đó có thể kết hợp với nhau dưới tác dụng của các lực hút. Khi đó, cứ 4 hạt
nhân Hyđrô lại tạo ra một hạt nhân Hêli, 2 Neutrino và một lượng bức xạ.
1
4H → He
4
+ 2 Neutrino + (2.1)
1 2
Neutrino là hạt không mang điện, rất bền và có khả năng đâm xuyên rất
lớn. Sau phản ứng các Neutrino lập tức rời khỏi phạm vi mặt trời và không
tham gia vào các “biến cố” sau đó.
Trong quá trình diễn biến của phản ứng có một lượng vật chất của Mặt
trời bị mất đi. Khối lượng của Mặt trời do đó mỗi giây giảm chừng 4.106
tấn,
tuy nhiên theo các nhà nghiên cứu, trạng thái của Mặt trời vẫn không thay đổi
trong thời gian hàng tỷ năm nữa. Mỗi ngày Mặt trời sản xuất một nguồn năng
lượng qua phản ứng nhiệt hạch lên đến 9.1024
kWh (tức là chưa đầy một phần
triệu giây Mặt trời đã giải phóng ra một lượng năng lượng tương đương
với tổng số điện năng sản xuất trong một năm trên Trái đất).
2.2. Quỹ đạo của trái đất quanh mặt trời [2]
Trái đất quay quanh mặt trời theo quỹ đạo hình elip, một vòng của
trái đất quay quanh mặt trời là 365,25 ngày. Điểm mà tại đó trái đất gần mặt
trời nhất gọi là điểm cận nhật, xảy ra vào ngày 2 tháng 1 lúc này nó cách mặt
trời khoảng 147 triệu km. Điểm mà tại đó trái đất xa mặt trời nhất xảy ra vào
ngày
3 tháng 7, lúc đó nó cách mặt trời khoảng 152 triệu km.
d 1.5*108
0.017sin
360 n 93
(km) (2.2)
1
365
Trong đó:
n: ký hiệu của ngày đầu tiên trong tháng, ví dụ như ngày 1 tháng 1 thì n = 1,
ngày 31 tháng 12 thì n = 365.

11
Bảng 2.1. Bảng ngày số n của ngày đầu tiên của mỗi tháng
Tháng Một Hai Ba Bốn Năm Sáu Bảy Tám Chín Mười
Mười
một
Mười
hai
n 1 32 60 91 121 152 182 213 244 274 305 335
2.3. Góc cao độ của mặt trời vào buổi trưa [2]
Như đã biết, mặt trời mọc ở hướng đông và lặn ở hướng tây và đạt
điểm cao nhất của nó vào thời gian giữa trong ngày. Trong hình 2.2, trái đất
quay quanh mặt trời và khó có thể xác định góc của mặt trời so với mặt
phẳng trái đất.
Hình 2.2. Quỹ đạo trái đất quay quanh mặt trời
Một quan điểm khác để thuận tiện cho việc xác định, trong hình 2.3 trái
đất là cố định và quay quanh trục Bắc-Nam. Mặt trời nằm ở một số nơi trong
không gian từ từ di chuyển lên xuống như tiến độ mùa. Vào ngày 21 tháng 6
(hạ chí) mặt trời đạt đến điểm cao nhất của nó và một tia kẻ từ trung tâm
của trái đất đến trung tâm của mặt trời tạo thành với mặt phẳng xích đạo một
góc bằng 23,450
. Góc này thay đổi khi trái đất di chuyển và được gọi là góc
thiên
độ, ký hiệu là δ. Nó nằm trong khoảng từ -23,450
đến 23,450
.
Một cách tính xấp xỉ gần đúng cho rằng một năm có 365 ngày và đặt
xuân phân vào ngày n = 81. Khi ấy, góc δ sẽ được tính:
360
23.45sin
365
n 81 (2.3)

12
Hình 2.3. Một cách nhìn quỹ đạo trái đất để dễ tính góc δ
Từ công thức (2.3) ta có thể tính được góc δ:
Bảng 2.2. Bảng thống kê góc δ của ngày 21 mỗi tháng
Tháng Một Hai Ba Bốn Năm Sáu Bảy Tám Chín Mười
Mười
một
Mười
hai
δ (độ) -20.1 -11.2 0 11.6 20.1 23.4 20.4 11.8 0 -11.8 -20.4 -23.4
Hình 2.3 không thể hiện được quỹ đạo quay của trái đất quanh mặt trời,
nhưng nó lại thích hợp cho việc hiển thị các vĩ độ khác nhau và góc để tính
toán thu nhận năng lượng mặt trời, cụ thể đó là góc cao độ βN của mặt trời vào
buổi trưa. Góc cao độ là góc giữa tia sáng mặt trời và đường chân trời.
Hình 2.4. Góc cao độ mặt trời
Góc cao độ của mặt trời vào buổi trưa là một thông số quan trọng
để tham chiếu với việc tính toán về năng lượng mặt trời.

13
N 90o
L (2.4)
Trong đó:
L: vĩ độ.
2.4. Bức xạ mặt trời [2]
Trong toàn bộ bức xạ của mặt trời, bức xạ liên quan trực tiếp đến các
phản ứng hạt nhân xảy ra trong nhân mặt trời không quá 3%. Bức xạ γ ban đầu
khi đi qua 5.105
km chiều dày của lớp vật chất mặt trời, bị biến đổi rất
mạnh. Tất cả các dạng của bức xạ điện từ đều có bản chất sóng và chúng khác
nhau ở bước sóng. Bức xạ γ là sóng ngắn nhất trong các sóng đó. Từ tâm mặt
trời đi ra do sự va chạm hoặc tán xạ mà năng lượng của chúng giảm đi và bây
giờ chúng ứng với bức xạ có bước sóng dài. Như vậy, bức xạ chuyển
thành bức xạ Rơngen có bước sóng dài hơn. Gần đến bề mặt mặt trời nơi có
nhiệt độ đủ thấp để có thể tồn tại vật chất trong trạng thái nguyên tử và các
cơ chế khác bắt đầu
xảy ra.
Đặc trưng của bức xạ mặt trời truyền trong không gian bên ngoài
mặt trời là một phổ rộng trong đó cực đại của cường độ bức xạ nằm trong dải
10-1
-
10µm và hầu như một nửa tổng năng lượng mặt trời tập trung trong
khoảng bước sóng 0,38 - 0,78 μm đó là vùng nhìn thấy của phổ.
Hình 2.5. Dải bức xạ điện từ

14
4
2
Chùm tia truyền thẳng từ Mặt trời gọi là bức xạ trực xạ. Tổng hợp các
tia trực xạ và tán xạ gọi là tổng xạ. Mật độ dòng bức xạ trực xạ ở ngoài lớp khí
quyển, tính đối với với 1m2
bề mặt đặt vuông góc với tia bức xạ, được
tính
theo:
q D_T .C0 (T /100)
Trong đó:
(2.5)
D _T : hệ số góc bức xạ giữa trái đất và mặt trời.
2
D _T
4
(2.6)
Trong đó:
: góc nhìn mặt trời;
C0=5,67 W/m2
.K4
: hệ số bức xạ của vật đen tuyệt đối;
T=5762 0
K: nhiệt độ bề mặt mặt (xem giống như vật đen tuyệt đối).
Hình 2.6. Góc nhìn mặt trời
Như vậy:
2*3.14 *32
4
q
360*60
5.67
5762 1353W / m2
4 100
(2.7)

15
Do khoảng cách giữa Trái đất và Mặt trời thay đổi theo mùa trong năm
nên β cũng thay đổi, do đó q cũng thay đổi nhưng độ thay đổi này không
lớn lắm nên có thể xem q là không đổi và được gọi là hằng số mặt trời.
Khi truyền qua lớp khí quyển bao bọc quanh Trái đất, các chùm tia bức
xạ bị hấp thụ và tán xạ bởi tầng ôzôn, hơi nước và bụi trong khí quyển, chỉ một
phần năng lượng được truyền trực tiếp tới Trái đất. Đầu tiên ôxy phân tử bình
thường O2 phân ly thành ôxy nguyên tử O2 để phá vỡ liên kết phân tử đó, cần
phải có các photon bước sóng ngắn hơn 0,18μm, do đó các photon (xem bức
xạ như các hạt rời rạc - photon) có năng lượng như vậy bị hấp thụ hoàn toàn.
Chỉ một phần các nguyên tử ôxy kết hợp thành các phân tử, còn đại đa số các
nguyên tử tương tác với các phân tử ôxy khác để tạo thành phân tử ôzôn O3,
ôzôn cũng hấp thụ bức xạ tử ngoại nhưng với mức độ thấp hơn so với
ôxy, dưới tác dụng của các photon với bước sóng ngắn hơn 0,32μm, sự phân
tách O3 thành O2 và O xảy ra. Như vậy, hầu như toàn bộ năng lượng của
bức xạ tử ngoại được sử dụng để duy trì quá trình phân ly và hợp nhất của O2
và O3, đó là một quá trình ổn định. Do quá trình này, khi đi qua khí quyển, bức
xạ tử ngoại biến đổi thành bức xạ với năng lượng nhỏ hơn.
Các bức xạ với bước sóng ứng với các vùng nhìn thấy và vùng hồng
ngoại của phổ tương tác với các phân tử khí và các hạt bụi của không khí
nhưng không phá vỡ các liên kết của chúng, khi đó các photon bị tán xạ khá
đều theo mọi hướng và một số photon quay trở lại không gian vũ trụ. Bức xạ
chịu dạng tán xạ đó chủ yếu là bức xạ có bước sóng ngắn nhất. Sau khi phản xạ
từ các phần khác nhau của khí quyển bức xạ tán xạ đi đến chúng ta mang theo
màu xanh lam của bầu trời trong sáng và có thể quan sát được ở những độ cao
không lớn. Các giọt nước cũng tán xạ rất mạnh bức xạ mặt trời. Bức xạ mặt trời
khi đi qua khí quyển còn gặp một trở ngại đáng kể nữa đó là do sự hấp thụ của
các phần tử hơi nước, khí cácbônic và các hợp chất khác, mức độ của sự
hấp thụ này phụ thuộc vào bước sóng, mạnh nhất ở khoảng giữa vùng hồng
ngoại của phổ. Phần năng lượng bức xạ mặt trời truyền tới bề mặt trái

16
đất trong những ngày quang đãng (không có mây) ở thời điểm cao nhất
vào khoảng
1000W/m2
, hình 2.7.

17
Hình 2.7. Quá trình truyền năng lượng bức xạ mặt trời qua lớp khí quyển
của trái đất
Yếu tố cơ bản xác định cường độ của bức xạ mặt trời ở một điểm nào
đó trên Trái đất là quãng đường nó đi qua. Sự mất mát năng lượng trên quãng
đường đó gắn liền với sự tán xạ, hấp thụ bức xạ và phụ thuộc vào thời
gian trong ngày, mùa, vị trí địa lý. Các mùa hình thành là do sự nghiêng của
trục trái đất đối với mặt phẳng quỹ đạo của nó quanh Mặt trời gây ra. Góc
nghiêng vào khoảng 66,50
và thực tế xem như không đổi trong không gian. Sự
định hướng như vậy của trục quay trái đất trong chuyển động của nó đối với
Mặt trời gây ra những sự dao động quan trọng về độ dài ngày và đêm trong
năm.
2.5. Ứng dụng năng lượng mặt trời [1]
Năng lượng mặt trời (NLMT) là nguồn năng lượng mà con người biết sử
dụng từ rất sớm, nhưng ứng dụng năng lượng mặt trời vào các công nghệ sản
xuất và trên quy mô rộng thì mới chỉ thực sự vào cuối thế kỷ 18 và cũng chủ
yếu ở những nước nhiều năng lượng mặt trời, những vùng sa mạc. Từ sau các
cuộc khủng hoảng năng lượng thế giới năm 1968 và 1973, năng lượng mặt trời

18
càng được đặc biệt quan tâm. Các nước công nghiệp phát triển đã đi tiên
phong

19
trong việc nghiên cứu ứng dụng năng lượng mặt trời. Các ứng dụng năng
lượng mặt trời phổ biến hiện nay bao gồm 2 lĩnh vực chủ yếu:
Thứ nhất là năng lượng mặt trời được biến đổi trực tiếp thành điện
năng nhờ các tế bào quang điện bán dẫn, hay còn gọi là Pin mặt trời, các Pin
mặt trời sản xuất ra điện năng một cách liên tục chừng nào còn có bức xạ mặt
trời chiếu
tới.
Lĩnh vực thứ hai đó là sử dụng năng lượng mặt trời dưới dạng
nhiệt năng, ở đây, chúng ta dùng các thiết bị thu bức xạ nhiệt mặt trời và tích
trữ nó dưới dạng nhiệt năng để dùng vào các mục đích khác nhau.
Việt Nam là nước có tiềm năng về NLMT, trải dài từ vĩ độ 80
Bắc đến
230
Bắc, nằm trong khu vực có cường độ bức xạ mặt trời tương đối cao, với trị
số tổng xạ khá lớn từ 100-175 kcal/cm2
.năm. Do đó, việc sử dụng NLMT ở
nước ta sẽ đem lại hiệu quả kinh tế lớn. Thiết bị sử dụng năng lượng mặt trời ở
Việt Nam hiện nay chủ yếu là hệ thống cung cấp điện dùng pin mặt trời, hệ
thống nấu cơm có gương phản xạ, hệ thống cung cấp nước nóng, chưng
cất nước dùng NLMT, dùng NLMT chạy các động cơ nhiệt (động cơ Stirling), và
ứng dụng NLMT để làm lạnh là đề tài hấp dẫn có tính thời sự đã và đang được
nhiều nhà khoa học trong và ngoài nước nghiên cứu.
2.5.1. Pin mặt trời
Hình 2.8. Hệ thống pin mặt trời

20
Pin mặt trời là phương pháp sản xuất điện trực tiếp từ NLMT qua
thiết bị biến đổi quang điện. Pin mặt trời có ưu điểm là gọn nhẹ có thể lắp bất
kỳ ở đâu có ánh sáng mặt trời, đặc biệt là trong lĩnh vực tàu vũ trụ. ứng dụng
NLMT dưới dạng này được phát triển với tốc độ rất nhanh, nhất là ở các
nứớc phát
triển.
Ngày nay con người đã ứng dụng pin NLMT để chạy xe thay thế dần
nguồn năng lượng truyền thống.Tuy nhiên giá thành thiết bị pin mặt trời
còn khá cao, trung bình hiện nay khoảng 5USD/WP, nên ở những nước đang
phát triển pin mặt trời hiện mới chỉ có khả năng duy nhất là cung cấp năng
lượng điện sử dụng cho các vùng sâu, xa nơi mà đường điện quốc gia chưa
có.Ở Việt Nam, với sự hỗ trợ của một số tổ chức quốc tế đã thực hiện
thành công việc xây dựng các trạm pin mặt trời có công suất khác nhau phục
vụ nhu cầu sinh hoạt và văn hoá của các địa phương vùng sâu, vùng xa, nhất là
đồng bằng sông Cửu Long và Tây Nguyên. Tuy nhiên hiện nay pin mặt trời
vẫn đang còn là món hàng xa xỉ đối với các nước nghèo như chúng ta.
2.5.2. Nhà máy nhiệt điện sử dụng năng lượng mặt trời
Hình 2.9. Nhà máy điện mặt trời
Điện năng còn có thể tạo ra từ NLMT dựa trên nguyên tắc tạo nhiệt độ
cao bằng một hệ thống gương phản chiếu và hội tụ để gia nhiệt cho môi

21
chất làm việc truyền động cho máy phát điện.Hiện nay trong các nhà máy
nhiệt điện

22
sử dụng NLMT có các loại hệ thống bộ thu chủ yếu sau đây:Hệ thống dùng
parabol trụ để tập trung tia bức xạ mặt trời vào một ống môi chất đặt dọc theo
đường hội tụ của bộ thu, nhiệt độ có thể đạt tới 4000
C. Hệ thống nhận nhiệt
trung tâm bằng cách sử dụng các gương phản xạ có định vị theo phương
mặt trời để tập trung NLMT đến bộ thu đặt trên đỉnh tháp cao, nhiệt độ có
thể đạt tới trên 15000
C.Hệ thống sử dụng gương parabol tròn xoay định
vị theo phương mặt trời để tập trung NLMT vào một bộ thu đặt ở tiêu điểm
của gương,
nhiệt độ có thể đạt trên
15000
C.
Hình 2.10. Tháp năng lượng mặt trời
2.5.3. Động cơ Stirling chạy bằng năng lượng mặt trời
Hình 2.11. Động cơ Stirling dùng năng lượng mặt trời

23
Ứng dụng NLMT để chạy các động cơ nhiệt - động cơ Stirling ngày
càng được nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi dùng để bơm nước sinh hoạt hay
tưới cây ở các nông trại. Ở Việt Nam động cơ Stirling chạy bằng NLMT cũng
đã được nghiên cứu chế tạo để triển khai ứng dụng vào thực tế. Như động cơ
Stirling, bơm nước dùng năng lượng mặt trời.
2.5.4. Thiết bị đun nước nóng bằng năng lượng mặt trời
Ứng dụng đơn giản, phổ biến và hiệu quả nhất hiện nay của NLMT là
dùng để đun nước nóng. Các hệ thống nước nóng dùng NLMT đã được dùng
rộng rãi ở nhiều nước trên thế giới.
Ở Việt Nam hệ thống cung cấp nước nóng bằng NLMT đã và đang được
ứng dụng rộng rãi ở Hà Nội, TP. HCM và Đà Nẵng. Các hệ thống này đã tiết
kiệm cho người sử dụng một lượng đáng kể về năng lượng, góp phần rất lớn
trong việc thực hiện chương trình tiết kiệm năng lượng của nước ta và bảo vệ
môi trường chung của nhân loại.
Hệ thống cung cấp nước nóng dùng NLMT hiện nay ở Việt nam cũng
như trên thế giới chủ yếu dùng bộ thu cố định kiểu tấm phẳng hoặc dãy ống có
cánh nhận nhiệt, với nhiệt độ nước sử dụng 60o
C thì hiệu suất của bộ
thu khoảng 45%, còn nếu sử dụng ở nhiệt độ cao hơn thì hiệu suất còn thấp.
Hình 2.12. Hệ thống cung cấp nước nóng dùng năng lượng mặt trời

24
2.5.5. Thiết bị làm lạnh và điều hoà không khí dùng năng lượng mặt trời
Trong số những ứng dụng của NLMT thì làm lạnh và điều hoà không
khí là ứng dụng hấp dẫn nhất vì nơi nào khí hậu nóng nhất thì nơi đó có
nhu cầu về làm lạnh lớn nhất, đặc biệt là ở những vùng xa xôi héo lánh thuộc
các nước đang phát triển không có lưới điện quốc gia vì giá nhiên liệu quá
đắt so với thu nhập trung bình của người dân. Với các máy lạnh làm việc trên
nguyên lý biến đổi NLMT thành điện năng nhờ pin mặt trời là thuận tiện nhất,
nhưng trong giai đoạn hiện nay giá thành pin mặt trời còn quá cao. Ngoài ra
các hệ thống lạnh còn được sử dụng NLMT dưới dạng nhiệt năng để chạy
máy lạnh hấp thụ, loại thiết bị này ngày càng được ứng dụng nhiều trong
thực tế, tuy nhiên hiện nay các hệ thống này vẫn chưa được thuơng mại
hóa và sử dụng rộng rãi vì giá thành còn rất cao và hơn nữa các bộ thu dùng
trong các hệ thống này chủ yếu là bộ thu phẳng với hiệu suất còn thấp (dưới
45%) nên diện tích lắp đặt bộ thu cần rất lớn chưa phù hợp với yêu cầu thực
tế. ở Việt Nam cũng đã có một số nhà khoa học nghiên cứu tối ưu hoá bộ thu
năng lượng mặt trời kiểu hộp phẳng mỏng cố định có gương phản xạ để ứng
dụng trong kỹ thuật lạnh, với loại bộ thu này có thể tạo được nhiệt độ cao
để cấp nhiệt cho máy lạnh hấp thụ, nhưng diện tích mặt bằng cần lắp đặt hệ
thống cần phải rộng.

25
Hình 2.13. Tủ lạnh dùng pin mặt trời

26
Hình 2.14. Hệ thống lạnh hấp thụ dùng năng lượng mặt trời
Hình 2.15. Hệ thống máy lạnh năng lượng mặt trời
2.6. Tình hình khai thác năng lượng mặt trời tại Việt Nam
Lãnh thổ Việt Nam kéo dài từ 8–230
vĩ Bắc, nằm trong khu vực có
cường độ bức xạ mặt trời tương đối cao với trị số tổng xạ khá lớn từ 100–
175

27
kcal/cm2
.năm. Do đó, việc sử dụng năng lượng mặt trời ở nước ta sẽ đem lại
hiệu quả kinh tế lớn. Giải pháp sử dụng năng lượng mặt trời hiện đang
được cho là giải pháp tối ưu. Đây là nguồn năng lượng sạch, không gây ô
nhiễm môi trường và có trữ lượng vô cùng lớn. Đồng thời, việc phát triển
ngành công nghiệp sản xuất PV sẽ góp phần thay thế các nguồn năng
lượng hóa thạch, giảm phát khí thải nhà kính và bảo vệ môi trường. Đây được
coi là nguồn năng lượng quý giá, có thể thay thế các dạng năng lượng cũ đang
ngày càng cạn kiệt. Các quốc gia trên thế giới đã sử dụng năng lượng mặt trời
như một giải pháp thay thế những nguồn tài nguyên truyền thống. Tuy nhiên,
Việt Nam mới chỉ khai thác khoảng 25% nguồn năng lượng tái tạo này. Do lãnh
thổ của Việt Nam trải dài nên tiềm năng về năng lượng mặt trời ở mỗi vùng
cũng khác nhau, có thể chia ra thành 5 vùng với tiềm năng tại mỗi vùng như
sau:
Bảng 2.3. Tiềm năng năng lượng mặt trời tại Việt Nam
STT Khu vực
Năng lượng
mặt trời trung
bình
(kcal/cm2
.năm)
Số giờ nắng
trung bình năm
(giờ/năm)
1 Đông Bắc Bộ 100 – 125 1500 – 1700
2 Tây Bắc Bộ 125 – 150 1750 – 1900
3 Bắc Trung Bộ 140 – 160 1700 – 2000
4 Nam Trung Bộ và
Tây Nguyên
150 – 175 2000 – 2600
5 Nam Bộ 130 – 150 2200 – 2500
Trung bình cả nước 130 – 152 1830 – 2450
Với tiềm năng về năng lượng và số giờ nắng trong năm như Bảng 2.3,
Việt Nam được đánh giá là một quốc gia có tiềm năng lớn về năng lượng mặt
trời.

28
Cùng với sự hỗ trợ của nhà nước (các Bộ, Ngành) và các tổ chức quốc
tế, một số tỉnh thành của Việt Nam đã thực hiện thành công việc xây dựng
các

29
trạm PV với công suất khác nhau phục vụ cho nhu cầu sinh hoạt và văn hóa của
các địa phương vùng sâu, vùng xa và các công trình nằm trong khu vực không
có lưới điện.
Đi đầu trong việc phát triển ứng dụng này là ngành bưu chính viễn
thông. Các trạm PV phát điện được sử dụng làm nguồn cung cấp điện cho các
thiết bị thu phát sóng của các bưu điện lớn, trạm thu phát truyền hình thông
qua vệ tinh. Trong ngành bảo đảm hàng hải, các trạm PV phát điện được sử
dụng làm nguồn cấp điện cho các thiết bị chiếu sáng, cột hải đăng và đèn báo
sông. Trong ngành công nghiệp, các trạm PV phát điện được sử dụng làm
nguồn cấp điện dự phòng cho các thiết bị điều khiển trạm biến áp 500 kV,
thiết bị máy tính và sử dụng làm nguồn cấp điện nối với điện lưới quốc gia.
Trong sinh hoạt của các hộ gia đình vùng sâu, vùng xa, các trạm PV phát điện
được sử dụng để thắp sáng, nghe radio, xem truyền hình. Trong ngành giao
thông đường bộ, các trạm PV phát điện từng bước được sử dụng làm nguồn
cấp điện cho các cột đèn đường chiếu sáng.
Tại khu vực phía Nam, việc ứng dụng của các dàn PV phục vụ cho thắp
sáng và sinh hoạt văn hóa tại một số vùng nông thôn xa lưới điện. Các
trạm điện mặt trời này có công suất từ 500–1000 Wp và được lắp đặt ở trung
tâm xã. Năng lượng điện sẽ được nạp vào ắc qui và phục vụ cho các hộ gia
đình sử dụng. Các dàn PV có công suất từ 250–500 Wp thông thường được sử
dụng để phục vụ cho thắp sáng tại các bệnh viện, trạm xá và các cụm văn hoá
xã. Đến nay có khoảng 800–1000 dàn PV đã được lắp đặt và sử dụng cho
các hộ gia đình với công suất mỗi dàn từ 22,5–70 Wp.
Tại khu vực miền Trung, bức xạ mặt trời khá tốt và số giờ nắng cao, với
điều kiện thực tế này, việc ứng dụng PV là rất thích hợp. Hiện tại, khu vực
miền Trung có hai dự án lai ghép với PV có công suất lớn nhất Việt Nam, đó
là:
- Dự án phát điện ghép giữa PV và thủy điện nhỏ với công suất 125 kW
mà được lắp đặt tại xã Trang, huyện Mang Yang, tỉnh Gia Lai. Trong
đó, công suất của hệ thống PV là 100 kWp và công suất của hệ thống

30
thuỷ điện là 25 kW. Dự án được đưa vào vận hành từ cuối năm 1999
và

31
cung cấp điện cho 5 làng. Hệ thống điện do Điện lực Mang Yang quản
lý và vận hành.
- Dự án phát điện lai ghép giữa PV và phát điện gió với công suất là 9
kW. Trong đó, công suất của hệ thống PV là 7 kWp. Dự án này được
thực hiện bởi Viện Năng lượng và được lắp đặt tại làng Kongu 2, huyện
Đak Hà, tỉnh Kon Tum. Công trình đã được đưa vào sử dụng từ tháng
11/2000, cung cấp điện cho một bản người dân tộc thiểu số với 42
hộ gia đình. Hệ thống điện được Sở Công thương tỉnh quản lý và vận
hành.
- Ngoài ra, các dàn PV cũng đã được lắp đặt tại các tỉnh Gia Lai, Quảng
Nam, Bình Định, Quảng Ngãi và Khánh Hòa với công suất mỗi hộ gia
đình từ 40–50 Wp. Các dàn PV đã được lắp đặt tại các trung tâm cụm xã
và các trạm y tế xã với công suất từ 200–800 Wp.
Tại khu vực miền Bắc, việc ứng dụng của các dàn PV đang phát triển
với tốc độ khá nhanh mà phục vụ cho các hộ gia đình ở các vùng núi cao, hải
đảo và trạm biên phòng. Công suất của các dàn PV dùng cho các hộ gia đình là
từ 40–75 Wp. Các dàn PV dùng cho các trạm biên phòng, nơi hải đảo có công
suất là từ 165–300 Wp. Các dàn PV dùng cho các trạm xá và các cụm văn hóa
thôn, xã là từ 165–525 Wp.
Tại Quảng Ninh có hai dự án PV được thực hiện bằng vốn ngân sách
nhà nước là:
- Dự án PV cho đơn vị bộ đội tại các đảo vùng Đông Bắc. Tổng công
suất lắp đặt khoảng 20 kWp. Dự án trên do Viện Năng lượng và Trung
tâm Năng lượng mới, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội thực hiện. Hệ
thống được sử dụng chủ yếu để thắp sáng và truyền thông dưới sự
quản lý và vận hành trực tiếp bởi các đơn vị bộ đội.
- Dự án PV cho các cơ quan hành chính và một số hộ dân của huyện đảo
Cô Tô. Tổng công suất lắp đặt là 15 kWp. Dự án do Viện Năng lượng
thực hiện. Công trình đã được đưa vào vận hành và sử dụng từ
tháng

32
12/2001.
- Bên cạnh đó, công ty BP Solar của Úc đã tài trợ một dự án PV có công
suất là 6120 Wp phục vụ cho các trạm xá, trụ sở xã, trường học và

33
khoảng 10 hộ gia đình. Dự án trên được lắp đặt tại xã Sĩ Hai, huyện Hà
Quảng, tỉnh Cao Bằng.
- Dự án “Ứng dụng thí điểm điện mặt trời cho vùng sâu, vùng xa” tại xã
Ái Quốc, tỉnh Lạng Sơn đã hoàn thành vào tháng 11/2002. Tổng công
suất của dự án là 3000 Wp mà đã được sử dụng để cung cấp điện cho
trung tâm xã và trạm truyền hình.
- Trung tâm Hội nghị Quốc gia cũng đã sử dụng điện mặt trời với tổng
công suất PV là 154 kWp. Đây là một công trình điện mặt trời lớn nhất
tại Việt Nam.
- Trạm PV nối lưới của Viện Năng lượng với tổng công suất là 1080
Wp.
- Trạm PV nối lưới lắp đặt trên mái tòa nhà của Bộ Công thương, 54 Hai
Bà Trưng, Quận Hoàn Kiếm, Hà Nội với tổng công suất là 2700 Wp.
- Hệ thống đèn năng lượng mặt trời được lắp đặt trên đường phố Đà
Nẵng. Hệ thống thu góp năng lượng mặt trời được “dán” thẳng trên
thân trụ đèn và bên trong trụ có các bình ắc qui dùng để tích năng
lượng.
- Hai cột đèn năng lượng mặt trời kết hợp năng lượng gió đầu tiên được
lắp đặt thành công tại Ban quản lý dự án Công nghệ cao Hòa Lạc. Hai
cột đèn có trị giá 8000 USD, do Công ty cổ phần tập đoàn quốc tế Kim
Đỉnh lắp đặt. Hiện tại, hai cột đèn này có thể sử dụng trong 10 giờ mỗi
ngày và có thể thắp sáng bốn ngày liền nếu không có nắng và gió.
2.7. Tổng quan tình hình nghiên cứu
Các kỹ thuật tìm kiếm điểm công suất cực đại đã được đề xuất và giới
thiệu, chẳng hạn như thuật toán xáo trộn và giám sát (Pertuation &
Observation algorithm, P&O) [3]-[6], thuật toán gia tăng độ dẫn (Incremental
Conductance algorithm, InC) [3]-[7], mạng nơ-rôn nhân tạo [8], logic mờ [9], v.
v . . . Các kỹ thuật này khác nhau ở một vài khía cạnh và quan điểm bao gồm:
tính chất đơn giản của thuật toán, tốc độ hội tụ của thuật toán, tính chất

34
phức tạp của việc thực hiện các phần ứng thực nghiệm, cũng như chi phí thực
hiện cho mỗi giải pháp.

35
Trên nền tảng của thuật toán P&O, J. Jiang, T. Huang, Y. Hsiao, và C.
Chen đã giới thiệu phương pháp so sánh 3 điểm. Phương pháp này tương
tự như phương pháp P&O và có thể xem như thuật toán P&O cải tiến. Thuật
toán P&O thực hiện so sánh 2 thời điểm. Trong khi đó, thuật toán được giới
thiệu so sánh 3 thời điểm từ đó mới ra quyết định tăng, giảm hay giữ nguyên
giá trị của điện áp. Có thể nhận ra các ưu điểm của thuật toán này, việc so
sánh 3 điểm có khả năng khắc phục được sự hoạt động sai của giải thuật P&O
truyền thống khi có sự thay đổi nhanh của môi trường chẳng hạn như cường
độ bức xạ, nhiệt độ, v. v . . . Tuy nhiên, đề xuất này cũng tồn tại một vài
khuyết điểm chẳng hạn như khi cường độ bức xạ thay đổi mạnh và kéo dài so
với chu kỳ lấy mẫu thì thuật toán so sánh 3 điểm này có thể sai do thuật
toán luôn xác định được 3 điểm cùng tăng (nếu cường độ bức xạ tăng) hoặc 3
điểm cùng giảm (nếu cường độ bức xạ giảm) và cuối cùng quyết định thay đổi
giá trị điện áp sẽ không chính xác, ảnh hưởng đến hiệu quả của thuật toán [10].
Tương tự, để khắc phục cho các khuyết điểm của thuật toán P&O truyền
thống, D. Sera, T. Kerekes, R. Teodorescu và F. Blaabjerg đã giới thiệu thêm
một thuật toán bám điểm công suất cực đại trên nền tảng của thuật toán P&O
bằng việc lấy thêm các mẫu trung gian. Ưu điểm của thuật toán này sẽ giúp bộ
điều khiển bám điểm công suất cực đại không bị nhẫm lẫn khi cường độ sáng
thay đổi tuyến tính. Trong khi đó, nhược điểm của thuật toán này là khi cường
độ chiếu sáng thay đổi không tuyến tính thì thuật toàn này có thể hoạt động
sai
[11].
M. A. Younis, T. Khatib, M. Najeeb và A. M. Ariffin [12] đã tiếp tục
nghiên cứu để kết hợp công nghệ mạng nơ-rôn nhân tạo và thuật toán P&O
cho việc xây dựng một bộ điều khiển bám điểm công suất cực đại. Các tác giả
đã sử dụng mạng nơ-rôn nhân tạo để dự báo giá trị điện áp tối ưu của hệ
thống PV sao cho có thể đạt được điểm công suất cực đại. Cấu trúc mạng nơ-
rôn được sử dụng trong nghiên cứu là cấu trúc lan truyền ngược với bốn tín
hiệu ngõ vào mà tương ứng là cường độ bức xạ, nhiệt độ, hệ số nhiệt của

36
dòng điện ngắn mạch và hệ số nhiệt độ của điện áp hở mạch của PV và tín
hiệu ngõ ra của mạng nơ-rôn là giá trị điện áp tối ưu. Các kết quả mô phỏng
trong nghiên cứu

37
này cho thấy rằng bộ điều khiển bám điểm công suất cực đại sử dụng
công nghệ mạng nơ-rôn có các đáp ứng nhanh hơn bộ điều khiển sử dụng
thuật toán P&O và đồng thời, hiệu suất bám trung bình cũng được cải tiến hơn
thuật toán P&O một cách đáng kể.
B. Das, A. Jamatia, A. Chakraborti, P. R. Kasari và M. Bhowmik [13] đã
giới thiệu phương pháp chia đôi (Bisection method) cho bộ điều khiển bám
điểm công suất cực đại của hệ thống PV. Thuật toán tìm ra được giá trị điện áp
của mô-đun PV, tính toán công suất và cuối cùng là xác định và bám theo điểm
công suất cực đại. Các kết quả mô phỏng trong nghiên cứu này cũng được sử
dụng để so sánh với các kết quả khác bằng việc sử dụng kỹ thuật P&O thông
thường. Kết quả so sánh cho thấy rằng phương pháp đề xuất có khả năng đạt
được giá trị công suất cực đại nhanh hơn thuật toán P&O.

38
Công
suất
bức
xạ
(W/m
2
m)
Chương 3
Pin quang điện
3.1. Giới thiệu
Mặt trời bức xạ năng lượng tương ứng với một dãy bức xạ rất rộng. Tuy nhiên,
có thể nhận ra rằng không phải bức xạ nào cũng có thể tạo ra hiện tượng quang
điện.
Thực tế, chỉ có những bức xạ với bước sóng, có năng lượng lớn hơn mức năng
lượng
kích hoạt electron thì bức xạ ấy mới có khả năng tạo ra hiện tượng quang điện. Hiện
tượng ánh sáng, có bước sóng ngắn làm bật các electron ra khỏi mặt kim loại gọi
là hiện tượng quang điện, các electron bị bật ra gọi là electron quang điện.
Phổ năng lượng mặt trời tác động lên PV, hình 3.1 cho thấy rằng 20,2% năng
lượng mặt trời tổn hao không có tác dụng do có năng lượng thấp hơn mức năng
lượng tối thiểu để kích hoạt các electron ra khỏi trạng thái tĩnh của chúng (hv < Eg);
30,2% bị mất đi ở các vùng năng lượng (hv > Eg) và chỉ có 49,6% năng lượng hữu ích
có thể
được thu bởi PV [18].
UV 2% Nhìn thấy 54% IR 44%
Năng lượng vô ích, h > Eg
30,2%
Năng lượng hữu ích
49,6%
Năng lượng vô ích, h < Eg
20,2%
Chiều dài mức năng lượng
kích hoạt 1,11 m
Chiều dài sóng ( m)

39
Hình 3.1. Phổ năng lượng mặt trời

40
Năng lượng mặt trời có thể được xem như là một trong các dạng quang năng mà
có thể được biến đổi thành điện năng. Về cơ bản có 2 hình thức biến đổi:
- Quang năng được chuyển thành nhiệt năng và nhiệt năng được chuyển
thành điện năng.
- Quang năng được trực tiếp chuyển thành điện năng.
Trong 2 hình thức phát điện trên, có thể nhận ra rằng hình thức thứ 2 với quang
năng được chuyển đổi trực tiếp thành điện năng được nghiên cứu và khai thác
mạnh mẽ hơn. Hình thức khai thác này sẽ được thực hiện thông qua hệ thống PV
(Photovoltaic, PV) mà được cấu thành từ các chất bán dẫn.
PV sử dụng chất bán dẫn để biến đổi ánh sáng thành điện năng. Kỹ thuật sản
xuất PV rất giống với kỹ thuật sản xuất ra các linh kiện bán dẫn như diode, transistor,...
Nguyên liệu được sử dụng để sản xuất PV cũng giống như các linh kiện bán dẫn khác,
thông thường là tinh thể silicon, thuộc nhóm IV. Có thể nói PV là sự ngược lại của
diode quang. Diode quang nhận điện năng và tạo ra ánh sáng, trong khi đó PV nhận
ánh sáng và tạo ra điện năng.
Bảng 3.1. Bảng phân loại tuần hoàn trích lược với tinh thể Silicon thuộc nhóm IV
I II III IV V VI
5 B 6 C 7 N 8 O
13 Al 14 Si 5 P 16 S
29 Cu 30 Zn 31 Ga 32 Ge 33 As 34 Se
47 Ag 48 Cd 49 In 50 Sn 51 Sb 52 Te
Hình 3.2. Nguyên tắc chuyển đổi năng lượng mặt trời thành năng lượng điện của PV

41
Mô hình đơn giản của PV được mô tả như sau, Hình 3.3.
Photon
Điện nạp âm Photon
Lớp n
Các lỗ trống
Các electron
Lớp p
Điện nạp dương
a)
Photon Các tiếp điểm điện
Electron
Lớp n
V
Lớp p
I
Tải
b)
Hình 3.3. Mô hình đơn giản của PV
3.2. Sơ đồ thay thế đơn giản của PV
Sơ đồ thay thế đơn giản của PV được biểu diễn như sau, hình 3.4 [16].
I I
V Tải ~
Id
Isc V Tải
Hình 3.4. Sơ đồ thay thế đơn giản của PV
Trong PV, hai tham số quan trọng của nó là dòng điện ngắn mạch, Isc và điện áp
hở mạch, V0c.

42
sc 0
V = 0
I = Isc
I = 0
V = Voc
a) Dòng điện ngắn mạch, Isc b) Điện áp hở mạch, V0c
Hình 3.5. Các tham số quan trọng của PV: dòng điện ngắn mạch, Isc và điện áp hở
mạch, Voc
Các đặc tuyến mô tả PV:
qV
I Isc I0 e
kT
1
(3.1)
kT I
Voc ln sc
1 (3.2)
q
Trong đó:
I0
I: cường độ dòng điện của PV
V: điện áp của PV
Isc: cường độ dòng điện ngắn mạch của PV
Voc: điện áp hở mạch của PV
I0: dòng điện ngược của diode, có giá trị rất nhỏ khoảng 10-12
A/cm2
q: điện tích electron, q = 1,602.10-19
(C)
k: hằng số Boltzman, k = 1,381 x 10-23
(J/K)
T: nhiệt độ tuyệt đối (K)
Trong điều kiện 250
C, ta có:
I I I e38,9V
1
I
(3.3)
Voc 0,0257ln sc
1 (3.4)
I0
3.3. Sơ đồ thay thế của PV có xét đến các tổn hao
Trong thực tế, PV luôn có tổn hao, đặc trưng cho sự tổn hao này là các thông số
Rs và Rp. Khi ấy, mô hình PV được mô tả như sau:

43
Cường
độ
dòng
điện
(A)
kT
V
V
Rs
I I
Vd
~ Isc
I
Id Ip
Rp
I
Hình 3.6. Mô hình thay thế PV có xét đến các tổn hao
Biểu thức đặc trưng của PV có xét đến các ảnh hưởng của Rs và Rp:
I I I exp
q V IRs
1
V IRs
(3.5)
sc 0
Rp
Đặc tính PV có xét đến các ảnh hưởng của Rs và Rp
Rp = ; Rs = 0
Rp = 1,0; Rs = 0,05
Điện áp (V)
Hình 3.7. Đặc tính PV có xét đến các ảnh hưởng của Rs và Rp
3.4. Module PV
Một khuyết điểm của PV là điện áp và dòng điện làm việc của nó rất nhỏ. Một
PV có điện áp làm việc khoảng 0,5 V. Do đó, để có điện áp làm việc lớn hơn, yêu cầu
phải mắc nối tiếp các PV và để có dòng điện làm việc lớn hơn yêu cầu phải mắc song
song các PV.

44
0909.232.620
Cường
độ
dòng
điện
(A)
Cell
Module
Hình 3.8. Module PV
Khi ấy, điện áp của module PV có thể được xác định như sau:
Vmodule n Vd IRs
Trong đó:
Vmodule: điện áp của module PV
n: số PV của module PV
Vd: điện áp của diode
Rs: giá trị điện trở nối tiếp
Các đường đặc tính của một module PV được mô tả như
sau:
(3.6)
Isc
4 cells 36 cells
Mắc nối tiếp các cell
2,4V 36 cells x 0,6V = 21,6V
0
0,6V cho cell
Điện áp (V) 21,6V
Hình 3.9. Đặc tính của module PV

45
Cường
độ
dòng
điện
Cường
độ
dòng
điện
3.5. Mảng PV
Mảng PV được định nghĩa là việc kết nối nhiều module PV. Có 3 hình thức kết
nối các module PV như: nối tiếp, song song và hổn hợp.
3.5.1. Nối nối tiếp nhiều module PV
Hình thức này được sử dụng để nâng điện áp của hệ thống PV.
V1 V2 V3
I
V = V1 + V2+ V3
1 module 2 modules 3 modules
Điện áp
Hình 3.10. Các module PV được kết hợp nối tiếp với nhau
3.5.2. Nối song song nhiều module PV
Hình thức này được sử dụng để nâng cường độ dòng điện của hệ thống PV.
3 modules
2 modules
1 module
Điện áp
I = I1 + I2 + I3
I1 I2 I3
V
Hình 3.11. Các module PV được kết hợp song song với nhau

33
Cường
độ
dòng
điện
3.5.3. Nối hỗn hợp nhiều module PV
Hình thức này được sử dụng để nâng cả điện áp và cường độ dòng điện của
hệ thống PV.
I
I
V
V
a) b)
Điện áp
Hình 3.12. Các module PV được kết hợp hỗn hợp với nhau
3.6. Các ảnh hưởng đến PV
Các PV có bị ảnh hưởng bởi các yếu tố như cường độ chiếu sáng, nhiệt độ, hiện
tượng bóng râm, . . .
3.6.1. Ảnh hưởng của cường độ chiếu sáng
Cường độ chiếu sáng càng lớn thì công suất thu được của PV càng lớn, dòng Isc
càng lớn, Hình 3.13.

34
Cường
độ
dòng
điện
(A)
Cường
độ
dòng
điện
(A)
Nhiệt độ PV, 250
C
8 1000 W/m2
6 800 W/m2
600 W/m2
4
400 W/m2
2
200 W/m2
0
0 10 20 30
Điện áp (V)
Hình 3.13. Đặc tuyến V-I của PV với các cường độ chiếu sáng khác nhau và nhiệt độ
PV không đổi, 250
C
3.6.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ
Nhiệt độ PV càng cao thì Voc càng thấp, Hình 3.14.
Cường độ chiếu sáng, 1 kW/m2
8
6 750
C 500
C 250
C
4
2
0
0 10 20 30
Điện áp (V)
Hình 3.14. Đặc tuyến V-I của PV với các nhiệt độ khác nhau và cường độ chiếu sáng
không đổi 1 kW/m2

35
s
p
3.6.3. Ảnh hưởng của hiện tượng bóng râm
Hiện tượng bóng râm được định nghĩa khi PV bị che phủ một phần mà có thể
gây ra các ảnh hưởng nghiêm trọng đến hiệu suất của PV. Giả sử một PV trong một
mảng PV bi che khuất.
I V
Rs I
PV thứ n
Isc Id Rp
Vn-1 I
(n – 1)
PV
I
Hình 3.15. Module PV với n PV trong trường hợp module không bị che khuất
I VSH
PV thứ n bị che
khuất
Isc = 0
Rs I
Id = 0
I
Rp
Vn-1
I
(n – 1)
PV
I
Hình 3.16. Module PV với n PV trong trường hợp module bị che khuất một phần
Khi ấy, điện áp của module PV sẽ là:
VSH
Vn 1 I
R
R (3.7)

36
s
Cường
độ
dòng
điện
p
I p
Trong đó:
1
V
n
V (3.8)
n 1
n
Thay (3.8) vào (3.7), ta có:
1
V
n
V I R R (3.9)
SH
n
p s
Khi ấy, sụt áp gây ra bởi hiện tượng bóng râm được xác định như sau:
1
V V V V
n
V I R R (3.10)
V
V
n
SH
I R
n
p s
R (3.11)
Mặt khác, do Rp >> Rs. Khi ấy:
V
V ~ IRp
n
(3.12)
Đặc tính của module PV khi bị ảnh hưởng bởi hiện tượng bóng râm được biểu
diễn như hình 3.16.
Đặc tuyến V-I với trường hợp PV không bị che khuất
Đặc tuyến V-I với trường hợp PV bị che khuất
V ~
V
IR
n
VSH
V
Điện áp
Hình 3.17. Ảnh hưởng của hiện tượng bóng râm đối với module PV

37
Cường
độ
dòng
điện
(A)
Trong trường hợp khi nhiều PV bị che khuất thì các đặc tuyến có thể được biểu
diễn như hình 3.18.
Không bị che khuất
1 PV bị che khuất
100%
50%
Nạp ắc-quy
100%
Điện áp (V)
Hình 3.18. Module PV với nhiều PV bị che khuất
Để bảo vệ PV ít bị ảnh hưởng bởi hiện tượng bóng râm, các diode bypass sẽ
được kết hợp sử dụng.
Vc 0,5 V
I
0 A
Diode
bypass bị
ngắt
Vc - 0,6 V
I
I Diode
bypass dẫn
I I
a) PV không bị che khuất b) PV bị che khuất
Hình 3.19. Module PV sử dụng diode bypass

38
Cường
độ
dòng
điện
(A)
3.20.
Đặc tính của PV trong trường hợp sử dụng diode bypass được mô tả như
hình
Bị che khuất và không
sử dụng diode bypass
Điện áp ắc-quy
Bị che khuất
với diode
bypass
Không bị
che khuất
Điện áp (V)
Hình 3.20. Đặc tính của PV trong trường hợp sử dụng diode bypass
Xét một mảng PV dùng nạp điện cho một bộ ắc-quy, 65V khi không có và có
diode bypass bảo vệ.
I = 3,3 A 65 V
52 V
I = 2,2 A
Che khuất
từng phần
65 V
80 V
I = 3,2 A
Che khuất
từng phần
65 V
On
65,6 V
39 V 60 V
Off
49,2 V
I = 3,3 A
26 V
13 V
I = 2,2 A
40 V
20 V
I = 3,2 A
Off
32,8 V
Off
16,4 V
Off
0 V
a) Không bị
che khuất
0 V
b) Bị che khuất và không
sử dụng dioide bypass
0 V
b) Bị che khuất và sử
dụng dioide bypass
Hình 3.21. Đánh giá so sánh giữa các trường hợp có và không có diode bypass

39
Trong hình 3.21, bình thường các PV là nguồn phát điện và ắc-quy trong khảo
sát này có điện áp là 65 V. Khi ấy, dựa vào đặc tuyến (V, I) của PV và giá trị điện áp
65 V, cường độ dòng điện của PV được xác định là 3,3 A. Khi có hiện tượng bóng râm
che khuất một mô-đun PV, mô-đun này sẽ không còn là nguồn phát nữa, dòng điện sẽ
chạy qua điện trở song song, Rp của mô-đun này tạo ra một giá trị điện áp rơi, ΔV = I x
Rp. Giá trị điện áp rơi, ΔV này cộng với giá trị điện áp của ắc-quy, 65 V sẽ là điện áp
đặt trên các mô-đun PV còn lại và dựa vào đặc tuyến (V, I) của PV, dòng điện sẽ giảm
xuống. Trong trường hợp, khi PV sử dụng các diode bypass thì dòng điện sẽ chạy qua
diode này. Điều này cũng có nghĩa là PV sẽ chịu ảnh hưởng hơn khi hiện tưởng che
khuất xảy ra.
3.7. Các hệ thống PV ứng dụng
3.7.1. Hệ thống PV kết nối lưới
Hệ thống kết lưới PV góp phần gia tăng công suất cho hệ thống lưới điện quốc
gia và tiết kiệm chi phí dùng điện cho các hộ sử dụng cũng như các công ty ở các nước
phát triển. Hơn nữa hệ thống PV kết lưới không cần phải có các thiết bị lưu trữ vì công
suất không dùng hết có thể cấp hết lên lưới. Trong những năm gần đây, hệ thống kết
lưới gia tăng đáng kể trên toàn thế giới. Trong năm 2004, ở Đức gần 1 tỷ watt hệ
thống PV kết lưới được lắp đặt. Các hệ thống kết lưới để sử dụng ở một đất nước,
cần phải có sự hỗ trợ và tiêu chuẩn từ chính phủ. Chất lượng điện năng rất quan trọng
trong các hệ thống này.
Hình 3.22. Hệ thống PV kết nối lưới

40
3.7.2. Hệ thống PV độc lập
PV đầu tiên được ứng dụng độc lập. Đối với những vùng nông thôn, vùng núi
cao, hay ở những vùng hẻo lánh của các nước đang phát triển, nơi mà lưới điện
quốc gia chưa cung cấp đến, thì việc sử dụng các hệ thống PV độc lập hoàn toàn cấp
thiết. Nguồn điện lấy xuống từ PV sẽ được cấp cho tải DC hoặc qua hệ thống nghịch
lưu rồi cấp cho tải AC. Phần lưu trữ cũng rất quan trọng, giúp lưu năng lượng và phát
lại.
Hình 3.23. Hệ thống PV độc lập
3.7.3. Hệ thống PV kết hợp
Hầu hết, các trường hợp ứng dụng trong các hệ thống lớn, hệ thống PV thường
được dùng thêm với máy phát diesel. Đối với trường hợp đó, hệ thống PV độc lập
thường không thể cung cấp đủ nguồn năng lượng yêu cầu cho tải. Hệ thống PV
kết hợp máy phát vừa đáp ứng đủ yêu cầu của tải vừa sử dụng được thêm nguồn
năng lượng từ PV.
Hình 3.24. Hệ thống PV kết hợp

41
+ Tình trạng, xu hướng phát triển tại Việt Nam:
- Ứng dụng NLMT dưới dạng này được phát triển với tốc độ rất nhanh, nhất là
ở các nước phát triển. Ngày nay ứng dụng NLMT để chạy xe thay thế dần nguồn năng
lượng truyền thống.
- Ở Việt Nam, với sự hỗ trợ của nhà nước (các bộ, ngành) và một số tổ chức
quốc tế đã thực hiện thành công việc xây dựng các trạm pin mặt trời có công suất
khác nhau phục vụ nhu cầu sinh hoạt và văn hóa của các địa phương vùng sâu, vùng
xa, các công trình nằm trong khu vực không có lưới điện. Tuy nhiên hiện nay pin mặt
trời vẫn đang còn là món hàng xa xỉ đối với các nước nghèo như chúng ta.
- Đi đầu trong việc phát triển ứng dụng này là ngành bưu chính viễn thông. Các
trạm pin mặt trời phát điện sử dụng làm nguồn cấp điện cho các thiết bị thu phát sóng
của các bưu điện lớn, trạm thu phát truyền hình thông qua vệ tinh. Ở ngành bảo đảm
hàng hải, các trạm pin mặt trời phát điện sử dụng làm nguồn cấp điện cho các thiết bị
chiếu sáng, cột hải đăng, đèn báo sông. Trong ngành công nghiệp, các trạm pin
mặt trời phát điện sử dụng làm nguồn cấp điện dự phòng cho các thiết bị điều khiển
trạm biến áp 500 kV, thiết bị máy tính và sử dụng làm nguồn cấp điện nối với điện
lưới quốc gia. Trong sinh hoạt của các hộ gia đình vùng sâu, vùng xa, các trạm pin mặt
trời phát điện sử dụng để thắp sáng, nghe đài, xem vô tuyến. Trong ngành giao
thông đường bộ, các trạm pin mặt trời phát điện dần được sử dụng làm nguồn cấp
điện cho các cột đèn đường chiếu sáng. Để hiểu được hết tác dụng, hiệu quả và tầm
quan trọng của hệ thống pin mặt trời phát điện, chúng ta có thể tìm hiểu sơ đồ
nguyên lý hệ thống điện pin mặt trời nối lưới điển hình dưới đây:
- Khu vực phía Nam ứng dụng các dàn PMT phục vụ thắp sáng và sinh hoạt văn
hoá tại một số vùng nông thôn xa lưới điện. Các trạm điện mặt trời có công suất từ
500
- 1.000 Wp được lắp đặt ở trung tâm xã, nạp điện vào ắc qui cho các hộ gia đình sử
dụng. Các dàn PMT có công suất từ 250 - 500 Wp phục vụ thắp sáng cho các bệnh
viện, trạm xá và các cụm văn hoá xã. Đến nay có khoảng 800 - 1.000 dàn PMT đã
được lắp đặt và sử dụng cho các hộ gia đình, công suất mỗi dàn từ 22,5 - 70 Wp. Khu
vực miền Trung có bức xạ mặt trời khá tốt và số giờ nắng cao, rất thích hợp cho việc

42
ứng dụng PMT. Hiện tại ở khu vực miền Trung có hai dự án lai ghép với PMT có công
suất lớn nhất Việt Nam, đó là:

43
Dự án phát điện ghép giữa PMT và thuỷ điện nhỏ, công suất 125 kW được lắp
đặt tại xã Trang, huyện Mang Yang, tỉnh Gia Lai, trong đó công suất của hệ thống
PMT là 100 kWp (kilowatt peak) và của thuỷ điện là 25 kW. Dự án được đưa vào vận
hành từ cuối năm 1999, cung cấp điện cho 5 làng. Hệ thống điện do Điện lực Mang
Yang quản lý và vận hành.
Hình 3.25. Sơ đồ hệ thống điện gia đình
Dự án phát điện lai ghép giữa PMT và động cơ gió phát điện với công suất là 9
kW, trong đó PMT là 7 kW. Dự án trên được lắp đặt tại làng Kongu 2, huyện Đak Hà,
tỉnh Kon Tum, do Viện Năng lượng thực hiện. Công trình đã được đưa vào sử dụng từ
tháng 11/2000, cung cấp điện cho một bản người dân tộc thiểu số với 42 hộ gia đình.
Hệ thống điện do sở Công thương tỉnh quản lý và vận hành.
- Các dàn pin đã lắp đặt ứng dụng tại các tỉnh Gia Lai, Quảng Nam, Bình Định,
Quảng Ngãi và Khánh Hoà, hộ gia đình công suất từ 40 - 50 Wp. Các dàn đã lắp đặt
ứng dụng cho các trung tâm cụm xã và các trạm y tế xã có công suất từ 200 - 800 Wp.
Hệ thống điện sử dụng chủ yếu để thắp và truyền thông; đối tượng phục vụ là người
dân, do dân quản lý và vận hành.
- Ở khu vực phía Bắc, việc ứng dụng các dàn PMT phát triển với tốc độ khá
nhanh, phục vụ các hộ gia đình ở các vùng núi cao, hải đảo và cho các trạm biên
phòng. Công suất của dàn pin dùng cho hộ gia đình từ 40 - 75 Wp. Các dàn dùng cho

43
các trạm biên phòng, nơi hải đảo có công suất từ 165 - 300 Wp. Các dàn dùng cho
trạm xá và các cụm văn hoá thôn, xã là 165 - 525 Wp.
- Tại Quảng Ninh có hai dự án PMT do vốn trong nước (từ ngân sách) tài trợ: Dự
án PMT cho đơn vị bộ đội tại các đảo vùng Đông Bắc. Tổng công suất lắp
đặt khoảng 20 kWp. Dự án trên do Viện Năng lượng và Trung tâm Năng lượng mới
Trường đại học Bách khoa Hà Nội thực hiện. Hệ thống điện sử dụng chủ yếu để thắp
sáng và truyền thông, đối tượng phục vụ là bộ đội, do đơn vị quản lý và vận hành.
Dự án PMT cho các cơ quan hành chính và một số hộ dân của huyện đảo Cô Tô.
Tổng công suất lắp đặt là 15 kWp. Dự án trên do Viện Năng lượng thực hiện. Công
trình đã vận hành từ tháng 12/2001.
Công ty BP Solar của Úc đã tài trợ một dự án PMT có công suất là 6.120 Wp
phục vụ cho trạm xá, trụ sở xã, trường học và khoảng 10 hộ gia đình. Dự án trên được
lắp đặt tại xã Sĩ Hai, huyện Hà Quảng, tỉnh Cao Bằng.
Dự án “Ứng dụng thí điểm điện mặt trời cho vùng sâu, vùng xa” tại xã Ái Quốc,
tỉnh Lạng Sơn đã hoàn thành vào tháng 11/2002. Tổng công suất dự án là 3.000 Wp,
cung cấp điện cho trung tâm xã và trạm truyền hình, chủ yếu để thắp sáng và truyền
thông, đối tượng phục vụ là người dân, do dân quản lý và vận hành.
- Trung tâm Hội nghị Quốc gia sử dụng ĐMT: Tổng công suất pin mặt trời 154
kWp là công trình ĐMT lớn nhất ở Việt Nam. Hệ thống pin mặt trời hòa vào mạng
điện chung của Trung tâm Hội nghị quốc gia.
- Trạm pin mặt trời nối lưới Viện Năng lượng công suất 1.080 Wp bao gồm 8
môđun.
- Trạm pin mặt trời nối lưới lắp đặt trên mái nhà làm việc Bộ Công thương, 54
Hai Bà Trưng, Quận Hoàn Kiếm, Hà Nội. Công suất lắp đặt 2.700 Wp.
- Lắp đèn năng lượng mặt trời trên đường phố Đà Nẵng sử dụng nguồn năng
lượng mặt trời. Hệ thống thu góp điện năng được “dán” thẳng trên thân trụ đèn. Bên
trong trụ có tám bình ắc qui dùng để tích năng lượng.
Hai cột đèn năng lượng mặt trời kết hợp năng lượng gió đầu tiên được lắp đặt
thành công tại Ban quản lý dự án Công nghệ cao Hòa Lạc. Hai cột đèn trị giá 8.000

44
các trạm biên phòng, nơi hải đảo có công suất từ 165 - 300 Wp. Các dàn dùng cho
USD, do Công ty cổ phần tập đoàn quốc tế Kim Đỉnh lắp đặt. Hiện tại, hai cột đèn này

44
có thể sử dụng trong 10 h mỗi ngày, có thể thắp sáng bốn ngày liền nếu không có
nắng và gió.

Nghiên cứu điều khiển bám điểm công suất cực đại của một hệ pin mặt trời.doc

Nghiên cứu điều khiển bám điểm công suất cực đại của một hệ pin mặt trời.doc

Recommended

Recommended

More Related Content

Similar to Nghiên cứu điều khiển bám điểm công suất cực đại của một hệ pin mặt trời.doc

Similar to Nghiên cứu điều khiển bám điểm công suất cực đại của một hệ pin mặt trời.doc (20)

More from Dịch Vụ Viết Bài Trọn Gói ZALO 0917193864

More from Dịch Vụ Viết Bài Trọn Gói ZALO 0917193864 (20)

Recently uploaded

Recently uploaded (20)

Nghiên cứu điều khiển bám điểm công suất cực đại của một hệ pin mặt trời.doc