HUTECH
B GIÁO DC VÀ ÀO TO
TRNG I HC K THUT CÔNG NGH TP. HCM
NGUYN NGC TRUNG TÌM IM CÔNG SUT CC I
CA PIN MT TRI .

LUN VN THC S
Chuyên ngành : Thit b, mng và nhà máy đin
Mã s ngành: 60 52 50

TP. H CHÍ MINH, tháng 07 nm 2012

HUTECH

B GIÁO DC VÀ ÀO TO
TRNG I HC K THUT CÔNG NGH TP. HCM

Lun vn Thc s đc bo v ti Trng i hc K thut Công ngh TP.
HCM ngày 14 tháng 07 nm 2012

Thành phn Hi đng đánh giá Lun vn Thc s gm:
(Ghi rõ h, tên, hc hàm, hc v ca Hi đng chm bo v Lun vn Thc s)

1. TS. Hunh Châu Duy - Ch tch
2. PGS. TS. inh Thành Vit - Phn bin 1
3. TS. Ngô Cao Cng - Phn bin 2
4. . TS. Trn Vnh Tnh - U viên
5. PGS. TS. Quyn Huy Ánh - U vin, Th ký

Xác nhn ca Ch tch Hi đng đánh giá Lun sau khi Lun vn đã đc
sa cha (nu có).

Ch tch Hi đng đánh giá LV
HUTECH

TRNG H K THUT CÔNG NGH TP. HCM

PHÒNG QLKH - TSH
CNG HÒA XÃ HI CH NGHA VIT NAM

c lp - T do - Hnh phúc

TP. HCM, ngày .… tháng… nm 2011



LI CAM OAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cu ca riêng tôi. Các s liu, kt
qu nêu trong Lun vn là trung thc và cha tng đc ai công b trong bt k
công trình nào khác.
Tôi xin cam đoan rng mi s giúp đ cho vic thc hin Lun vn này đã
đc cm n và các thông tin trích dn trong Lun vn đã đc ch rõ ngun gc.
Hc viên thc hin Lun vn
Nguyn Ngc Trung

HUTECHii

LI CÁM N

HUTECHiii

TÓM TT
Nghiên cu này trình bày phng pháp tìm đim làm vic có công sut cc đi ca
pin mt tri (MPPT) bng gii thut INC. Tác gi s dng Matlab/Simulink đ xây
dng mô hình pin mt tri và mô phng gii thut và s dng thc nghim đ kim
tra gii thut.
Kt qu mô phng và thc nghim cho thy s cn thit phi s dng MPPT trong
h thng pin mt tri và bng vic s dng gii thut INC, h thng đã nhanh
chóng đa pin mt tri vào làm vic ti đim có công sut ti u.

HUTECHiv

ABSTRACT
This study presents the Maximum Power Point Tracking (MPPT) technique of
Photovoltaic by INC Algorithm. The author uses Matlab / Simulink for modeling
and simulation of solar cells and the Algorithm.
The simulation results and experiment shows the need to use MPPT solar system
and by using the INC algorithm, the system was quickly put photovoltaic to work at
optimum power point .
2.1 Mô hình pin mt tri 6
2.2. B chuyn đi DC/DC boost converter 13
2.3. im làm vic cc đi ca Pin mt tri 16
2.4. Các phng pháp tìm đim cc đi ca pin mt tri ph bin 21
2.4.1. Phng pháp đin áp hng s 21
2.4.2. Phng pháp P&O (Perturb and Observe) 22
Chng 3 25
CHN GII THUT B DÒ IM CÔNG SUT CC I CA PIN MT
TRI 25
3.1. Phng pháp INC (Incremental Conductance) 25
HUTECHvi

3.2. Mô hình mô phng gii thut 27
3.2.1. Mô hình Pin mt tri 28
3.2.2. Gii thut INC 31
Chng 4 33
KT QU MÔ PHNG 33
4.1. Mô hình pin mt tri 33
4.2. Gii thut MPPT 35
Chng 5 42
KT QU THC NGHIM 42
5.1. Mô hình thc nghim 42
5.2. Kt qu thc nghim 50
Chng 6 54
KT LUN VÀ HNG PHÁT TRIN CA  TÀI 54
6.1. Kt lun 54
6.2. Hng phát trin ca đ tài 54

2
, 25
o
C 43

HUTECHviii

DANH MC CÁC BIU ,  TH, S  , HÌNH NH
TRANG
Hình 1.1. Phân b tng s gi nng 3 tháng 1,2,3 nm 2011 2
Hình 1.2. Bc x mt tri ti ba thành ph tiêu biu nm 2010 2

Hình 2.1. Mch đin tng đng ca pin mt tri 8
Hình 2.2. Mô hình pin mt tri lý tng 9
Hình 2.3. Mô đun pin mt tri 10
Hình 2.4. c tuyn I-V vi các bc x khác nhau 12
Hình 2.5. c tuyn P-V vi các bc x khác nhau 12
Hình 2.6. S đ nguyên lý mch boost 13
Hình 2.7. Mch đin khi S đóng 14
Hình 2.8. Dng sóng đin áp và dòng đin trên cun dây L khi S đóng 14
Hình 2.9. Mch đin khi S m 15
Hình 2.10. Dng sóng đin áp và dòng đin trên L khi S m 15
Hình 2.11. c tuyn I-V, P-V ca pin mt tri vi đim công sut cc đi 17
Hình 2.12. Các đim MPP di các điu kin môi trng thay đi 17
Hình 2.13 S đ khi ca h thng MPPT tiêu biu 18
Hình 2.14. B DC/DC giúp hút công sut cc đi t pin mt tri 19
Hình 2.15. Gii thut MPPT da trên các đin áp hng s 22

Hinh 4.7. in áp làm vic ca pin mt tri tng ng vi công sut thu đc 37
Hình 4.8. Bc x mt tri thay đi nhanh 39
Hình 4.9. in áp làm vic ca pin mt tri 39
Hình 4.10. Dòng đin làm vic ca pin mt tri 40
Hình 4.11. Công sut làm vic ca pin mt tri 40
Hinh 4.12. in áp làm vic ca pin mt tri tng ng vi công sut thu đc 41
Hình 5.1. Mô hình thc nghim 42
Hình 5.2. Pin mt tri và thông s ca nhà sn xut 43
Hình 5.3. S đ mch công sut và b phn đo lng dòng đin 44
Hình 5.4.S đ nguyên lý mch điu khin 45
Hình 5.5. S đ mch in mch điu khin 46
Hình 5.7. Mch điu khin và mch công sut thi công 47
Hình 5.8. Lu đ chng trình chính 48
Hình 5.9 Lu đ chng trình MPPT 49
Hình 5.10. in áp và công sut và dòng đin pin mt tri 52
Hình 5.11.  rng xung kích Mosfet 52
Hình 5.12. Cng đ sáng ca ti là bóng đèn 20W 52
HUTECHx

Hình 5.13. in áp trên ti và dòng đin chy qua ti 52
Hình 5.14. in áp pin mt tri 53
Hình 5.15. in áp pin mt tri 53

HUTECH1


2

nm trong khu vc có cng đ bc x mt tri tng đi cao, nng lng bc x
mt tri trung bình đt 4 đn 5kWh/m
2
mi ngày[1].

Hình 1.1. Phân b tng s gi nng 3 tháng 1,2,3 nm 2011
[1]

Hình 1.2. Bc x mt tri ti ba thành ph tiêu biu nm 2010
[3]

Tuy nhiên, vi tim nng ln song nng lng mt tri li đang gp nhng
rào cn ln v k thut và các rào cn khác. Rào cn k thut là mt trong nhng
HUTECH3

thách thc ln cho vic s dng pin mt tri hin nay do bi giá thành cao và hiu
sut chuyn đi nng lng còn thp. Giá ca mt mô đun pin mt tri khong
3.5$/Wp và nu tính c chi phí lp đt h thng thì khong 7$/Wp dn đn giá
thành đin nng phát ra còn rt cao khong 0.25 – 0.65 $/kWh gp gn 5 ln đin
nng phát ra dùng ngun nng lng hóa thch [2]. Ngoài ra còn các rào cn khác
nh thiu s h tr v chính sách ca chính ph, nhn thc ca mi ngi v nng
lng, s tham gia ca các t chc cá nhân vào các d án phát trin ngun nng
lng tái to.
 khc phc nhng rào cn đó, đc bit là liên quan đn giá thành và hiu

ni mà công sut nhn đc t pin mt tri là cc đi. Tuy nhiên, đim vn hành
ti u này không c đnh mà nó thay đi theo các điu kin môi trng đc bit là
bc x mt tri và nhit đ pin. Vì vy tìm đim làm vic cc đi (MPPT) ca pin
mt tri là mt phn không th thiu ca h thng pin mt tri đ đm bo rng các
mô đun pin mt tri luôn vn hành trong điu kin ti u.
Có rt nhiu phng pháp MPPT đã đc nghiên cu và công b. Các
phng pháp khác nhau  nhiu khía cnh nh mc đ phc tp, thông s đo
lng, s lng cm bin yêu cu, tc đ chuyn đi và giá thành.  tài s nghiên
cu các phng pháp MPPT. Mc đích ca nghiên cu ca đ tài là đ xut
phng pháp MPPT ti u vi kh nng đáp ng di các điu kin môi trng
bc x thay đi và có th thc hin mô hình vt lý vi chi phí thp.
1.3. Nhim v ca đ tài và gii hn đ tài

- Nghiên cu phân tích mô hình pin mt tri, phân tích các đc tuyn I-V, P-
V ca pin mt tri, s ph thuc các đc tính ca pin mt tri di các điu kin
môi trng.
- Phân tích tính cn thit ca đim làm vic cc đi ca pin mt tri.
- Nghiên cu các gii thut MPPT ca pin mt tri, đ xut phng pháp
MPPT kh dng.
- Dùng phn mm Matlab/Simulink nghiên cu mô hình mô dò tìm đim
làm vic cc đi ca phng pin mt tri.
HUTECH5

- Thit k thi công b MPPT kim tra gii thut.
1.4. Phng pháp nghiên cu
- Thu thp tài liu liên quan đn đ tài nghiên cu.
- Nghiên cu các mô hình toán hc ca pin mt tri.  ngh mô hình tính

nm 1838 và pin mt tri đu tiên đc phát minh bi Charles Fritts vào nm
1883, k thut pin mt tri (PV) đã phát trin đáng k. S phát trin đó là: ci
thin hiu sut chuyn đi nng lng, thúc đy quá trình sn xut, gim chi
phí sn xut và thm chí cng gii thiu ca mt s th h mi ca PV. Quá
trình phát trin k thut PV đc mô t trong hình 1.4. Hin nay, hiu sut cao
nht ca PV (khong 40%) đã đt đc trong phòng thí nghim. Tuy nhiên,
hiu sut module PV thng mi còn thp, khong 15%. Vic gim chi phí sn
xut ln cng đt đc.
Hiu sut pin là t s ca nng lng đin t ánh sáng mt tri. Vào bui
tra mt ngày tri trong, ánh mt tri ta nhit khong 1000 W/m². Trong đó,
10% hiu sut ca 1 module 1 m² cung cp nng lng khong 100 W. Hiu
sut ca pin mt tri thay đi t 6% t pin mt tri làm t silic không thù hình,
và có th lên đn 30% hay cao hn na, s dng pin có nhiu mi ni nghiên
cu trong phòng thí nghim.
Có mt s loi pin mt tri nh: đn tinh th, đa tinh th, vô đnh hình,
nhiu mi ni, t bào nng lng mt tri hu c và pin mt tri màng mng,
và mt s loi khác.
Tuy nhiên, nhìn chung pin thng mi đc phân thành 3 th h:
a) Th h đu tiên: lát silic (đn và đa tinh th).
b) Th h th hai: màng mng (cadmium telluride [CdTe], copper indium
gallium diselenide [CIGS], và amorphous silicon [a-Si]).
c) Th h th ba: polyme/hu c, quang đin hóa.
HUTECH7

Pin mt tri sn xut trc tip đin mt chiu (DC) khi hp th photon t
ánh sáng mt tri. Có nhiu ng dng s dng đin DC t các mô-đun này. Tuy
nhiên, hin nay vic đin DC chuyn thành đin AC và hòa đng b vào li


nhn đc nng lng cc đi theo mùa trong nm. Khi cn, có th điu chnh
hng đt pin theo đnh k. C bn, các tm pin có mt đim hot đng ti u
gi là đim công sut cc đi (MPP) . ó là mt đim mà các tm pin có th
phát công sut ti đa t ánh sáng mt tri.
Mch đin tng đng ca pin mt tri đc cho nh hình 2.1.

Hình 2.1. Mch đin tng đng ca pin mt tri
Mch đin gm có dòng quang đin I
PH
, đit, đin tr dòng rò R
SH
và đin tr
ni tip R
S
, đc tuyn I-V ca pin đc mô t bng biu thc 2.1 [3, 27]:
 
S
ph s
C SH
V IR
q
I I I exp( V IR) 1
kT A R
 

    
 
 
(2.1)

PH SC I C Ref
I I K T T
   
 
 
(2.2)
Trong đó:
I
SC
: dòng ngn mch ti nhit đ tiêu chun 25
O
C (A) và bc x 1kW/m
2

K
I
: h s dòng đin ph thuc vào nhit đ (A/
O
C)
T
C
: Nhit đ vn hành ca pin mt tri (
0
K)
T
REF
: Nhit đ tiêu chun ca pin mt tri (
0
K)
: Bc x mt tri (kW/m

SH
= ∞, R
S
= 0. Khi đó mch
đin tng đng ca pin mt tri đc cho bi hình 2.2:

Hình 2.2. Mô hình pin mt tri lý tng
Khi đó, biu thc (2.1) có th đc mô t nh biu thc 2.4.
HUTECH10

PH S
C
qV
I I I exp 1
KT A
 
 
  
 
 
 
 
(2.4)

Và dòng bão hòa ngc tiêu chun có th đc biu din nh biu thc 2.5.
SC
RS

P PH P S
S C
Qv
I N I N I exp 1
N kT A
 
 
  
 
 
 
 
(2.6)
Pin mt tri chuyn mt phn bc x mt tri trc tip thành nng lng đin,
nhng mt phn đó chuyn thành nhit cng vi pin mt tri có màu d hp th
nhit nên nhit đ vn hành ca pin có th cao hn nhit đ môi trng. Nhit đ
ca pin di các điu kin khác nhau có th đc đánh giá qua nhit đ vn hành
bình thng (NOCT). Nhit đ vn hành bình thng đc đnh ngha là nhit đ
ca pin di điu kin môi trng 20
o
C, bc x mt tri 0.8 kW/m
2
, tc đ gió < 1
m/s.
Công thc sau đc s dng đ tính toán s khác nhau gia nhit đ môi
trng (T
Amb
) và nhit đ vn hành ca pin mt tri (T
C
):