i

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

NGUYỄN QUẾ HƢNG

THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN PHÁT
ĐIỆN SỬ DỤNG NĂNG LƢỢNG MẶT TRỜI

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
CHUYÊN NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA

KHOA CHUYÊN MÔN

NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC

TRƢỞNG KHOA

TS. Đặng Danh Hoằng

PHÒNG ĐÀO TẠO

Thái Nguyên – 2016
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

http://www.lrc.tnu.edu.vn


ii


Thái Nguyên và các bạn đồng nghiệp. Đặc biệt là dưới sự hướng dẫn và góp ý của
thầy TS. Đặng Danh Hoằng đã giúp cho đề tài hoàn thành mang tính khoa học cao.
Tôi xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ quý báu của các thầy, cô.
Do thời gian, kiến thức, kinh nghiệm và tài liệu tham khảo còn hạn chế nên
đề tài khó tránh khỏi những thiếu sót. Rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của
các thầy, cô giáo và các bạn đồng nghiệp để tôi tiếp tục nghiên cứu, hoàn thiện hơn
nữa trong quá trình công tác sau này.
Học viên

NguyễnQuế Hƣng

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

http://www.lrc.tnu.edu.vn


iv

MỤC LỤC
MỞ ĐẦU ....................................................................................................................1
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN HỆ THỐNG PHÁT ĐIỆN SỬ DỤNG NĂNG
LƢỢNG MẶT TRỜI .................................................................................................2
1.1. NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO ..................................................................................2
1.1.1. Khái niệm năng lượng tái tạo ............................................................................2
1.1.2. Phân loại năng lượng tái tạo ..............................................................................3
1.1.3. Vấn đề khai thác năng lượng tái tạo ở Việt Nam ..............................................5
1.1.4. Xu thế phát triển điện gió và điện mặt trời tại Việt Nam ..................................7
1.2. Năng lượng mặt trời [1, 7, 8] ...............................................................................8
1.3. Mô hình sử dụng năng lượng mặt trời trong hệ thống cung cấp điện ................10
1.4. Định hướng nghiên cứu ......................................................................................11

3.1.1. Thiết kế bộ điều khiển trên cơ sở hàm quá độ h(t) .........................................38
3.1.2. Thiết kế điều khiển ở miền tần số ..................................................................40
3.3. Thiết kế bộ điều khiển PID cho nghịch lưu phía lưới ........................................43
3.3.1. Đặt vấn đề .......................................................................................................43
3.3.2. Thiết kế bộ điều khiển [5] ...............................................................................45
3.3.3. Kết quả mô phỏng ...........................................................................................48
3.3.4. Nhận xét ..........................................................................................................50
3.4. Kết luận chương 3 ..............................................................................................50
Chƣơng 4. THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ CHỈNH ĐỊNH THAM SỐ BỘ
ĐIỀU KHIỂN PID CHO HỆ THỐNG PHÁT ĐIỆN SỬ DỤNG NĂNG
LƢỢNG MẶT TRỜI ...................................................................................................... 51
4.1. Đặt vấn đề ..........................................................................................................51
4.2. Tổng quan hệ logic mờ và điều khiển mờ [2, 3] ................................................52
4.2.1. Hệ Logic mờ ....................................................................................................52
4.2.2. Bộ điều khiển mờ ............................................................................................60
4.3. Thiết kế bộ điều khiển mờ chỉnh định tham số bộ điều khiển PID [3] ..............62
4.3.1. Phương pháp thiết kế.......................................................................................62
4.2.2. Nhận xét ..........................................................................................................66
4.3. Khảo sát bằng mô phỏng Matlab/Simulink [6] ..................................................66
4.3.1. Sơ đồ mô phỏng ..............................................................................................66
4.3.2. Kết quả mô phỏng của bộ điều khiển mờ chỉnh định tham số PID ................67
4.3.3. Nhận xét ..........................................................................................................69
4.4. Kết luận chương 4 ..............................................................................................69
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................................70
1. Kết luận: ................................................................................................................70
2. Kiến nghị: ..............................................................................................................70
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................71
PHỤ LỤC .................................................................................................................72

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN


4

DC

Hai chiều

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

http://www.lrc.tnu.edu.vn


vii

DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1: Mô hình điện mặt trời cho hộ gia đình......................................................11
Hình 2.1: Hệ thống phát điện sử dụng năng lượng mặt trời nối lưới ........................12
Hình 2.2: Sơ đồ khối hệ thống phát điện sử dụng năng lượng mặt trời ....................13
Hình 2.3: Mạch tương đương của modul PV ............................................................16
Hình 2.5 a,b,c,d: Họ đặc tính của PV ........................................................................18
Hình 2.6: Sơ đồ nguyên lý bộ giảm áp Buck ............................................................20
Hình 2.7: Sơ đồ nguyên lý mạch Boost ....................................................................21
Hình 2.8: Sơ đồ nguyên lý mạch Buck - Boost........................................................22
Hình 2.9: Sơ đồ nguyên lý bộ biến đổi Cuk .............................................................23
Hình 2.10: Sơ đồ mạch bộ Curk khi khoá SW mở thông dòng ...............................24
Hình 2.12: Bộ chuyển đổi DC-DC có cách ly...........................................................26
Hình 2.13: Sơ đồ cấu trúc mạch vòng điều khiển điện áp ........................................27
Hình 2.14: Sơ đồ cấu trúc mạch vòng điều khiển dòng điện ....................................27
Hình 3.1: Sơ đồ khối bộ điều khiển tuyến tính (PID) ...............................................37
Hình 3.2: Sơ đồ cấu trúc bộ điều khiển PID .............................................................37

Hình 4.13: Phương pháp điều khiển thích nghi gián tiếp .........................................61
Hình 4.14: Phương pháp điều khiển mờ chỉnh định tham số bộ điều khiển PID .....62
Hình 4.15: Phương pháp chỉnh định mờ tham số bộ điều khiển PID .......................63
Hình 4.16: Bên trong bộ điều chỉnh mờ ....................................................................63
Hình 4.17: Tập mờ e và e’ ........................................................................................64
Hình 4.18: Tập mờ  .................................................................................................64
Hình 4.19: Tập mờ Kp và KD ....................................................................................64
Hình 4.20: Sơ đồ mô phỏng với bộ điều khiển mờ chỉnh định và PID .....................66
Hình 4.21: Sơ đồ mô phỏng với cấu trúc bộ điều khiển mờ chỉnh định tham số bộ
điều khiển PID...........................................................................................................67
Hình 4.22: Đáp ứng đầu ra 1 pha của hệ thống phát điện sử dụng năng lượng mặt
trời .............................................................................................................................67
Hình 4.23: Đáp ứng đầu ra 3 pha của hệ thống phát điện sử dụng năng lượng mặt
trời .............................................................................................................................68
Hình 4. 24: Đáp ứng đầu ra 1 pha của hệ thống khi nối lưới ở 0,04s .......................68
Hình 4. 25: Đáp ứng đầu ra 3 pha của hệ thống khi nối lưới ở 0,04s .......................69

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

http://www.lrc.tnu.edu.vn


1
MỞ ĐẦU
1. Mục tiêu của luận văn
Nguồn năng lượng mặt trời đang là một giải pháp hữu hiệu trong việc khai
thác nguồn năng lượng phục vụ đời sống và sản xuất mà không gây tác hại đến môi
trường. Việc nghiên cứu thiết kế điều khiển hệ thống phát điện sử dụng nguồn năng
lượng mặt trời nhằm nâng cao hiệu quả sử dụng cũng như triển khai ứng dụng vào
thực tế là điều hết sức cần thiết và có ý nghĩa thực tiễn cao. Hơn nữa hiện nay, tôi

2
CHƢƠNG 1
TỔNG QUAN HỆ THỐNG PHÁT ĐIỆN SỬ DỤNG
NĂNG LƢỢNG MẶT TRỜI
1.1. NĂNG LƢỢNG TÁI TẠO
1.1.1. Khái niệm năng lƣợng tái tạo
Năng lượng tái tạo được hiểu là những nguồn năng lượng hay những phương
pháp khai thác năng lượng mà nếu đo bằng các chuẩn mực của con người thì là vô
hạn, theo hai nghĩa: Hoặc là năng lượng tồn tại nhiều đến mức mà không thể trở
thành cạn kiệt vì sự sử dụng của con người (năng lượng Mặt Trời) hoặc là năng
lượng tự tái tạo trong thời gian ngắn và liên tục (năng lượng sinh khối) trong các
quy trình còn diễn tiến trong một thời gian dài trên Trái Đất.
Theo ý nghĩa về vật lý, năng lượng không được tái tạo mà trước tiên là do
Mặt Trời mang lại và được biến đổi thành các dạng năng lượng hay các vật mang
năng lượng khác nhau. Tùy theo trường hợp mà năng lượng này được sử dụng ngay
tức khắc hay được tạm thời dự trữ.
Việc sử dụng khái niệm "tái tạo" theo cách nói thông thường là dùng để chỉ
đến các chu kỳ tái tạo mà đối với con người là ngắn đi rất nhiều (thí dụ như khí sinh
học so với năng lượng hóa thạch). Trong cảm giác về thời gian của con người thì
Mặt Trời sẽ còn là một nguồn cung cấp năng lượng trong một thời gian gần như là
vô tận. Mặt Trời cũng là nguồn cung cấp năng lượng liên tục cho nhiều quy trình
diễn tiến trong bầu sinh quyển Trái Đất. Những quy trình này có thể cung cấp năng
lượng cho con người và cũng mang lại những cái gọi là nguyên liệu tái tăng trưởng.
Luồng gió thổi, dòng nước chảy và nhiệt lượng của Mặt Trời đã được con người sử
dụng trong quá khứ. Quan trọng nhất trong thời đại công nghiệp là sức nước nhìn
theo phương diện sử dụng kỹ thuật và theo phương diện phí tổn sinh thái.
Ngược lại với việc sử dụng các quy trình này là việc khai thác các nguồn
năng lượng như than đá hay dầu mỏ, những nguồn năng lượng mà ngày nay được
tiêu dùng nhanh hơn là được tạo ra rất nhiều. Theo ý nghĩa của định nghĩa tồn tại
"vô tận" thì phản ứng tổng hợp hạt nhân (phản ứng nhiệt hạch), khi có thể thực hiện

thạch không tái sinh mà các nền công nghiệp của thế kỷ 19 đến 21 đã và đang tận
dụng. Nó cũng là quá trình cung cấp năng lượng cho mọi hoạt động sinh học tự
nhiên, cho sức kéo gia súc và củi đốt, những nguồn năng lượng sinh học tái tạo
truyền thống. Trong tương lai, quá trình này có thể giúp tạo ra nguồn năng lượng tái
tạo ở nhiên liệu sinh học, như các nhiên liệu lỏng (diesel sinh học, nhiên liệu từ dầu
thực vật), khí (khí đốt sinh học) hay rắn.
Năng lượng Mặt Trời cũng được hấp thụ bởi thủy quyển Trái Đất và khí
quyển Trái Đất để sinh ra các hiện tượng khí tượng học chứa các dạng dự trữ năng
lượng có thể khai thác được. Trái Đất, trong mô hình năng lượng này, gần giống
bình đun nước của những động cơ nhiệt đầu tiên, chuyển hóa nhiệt năng hấp thụ từ

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

http://www.lrc.tnu.edu.vn


4
photon của Mặt Trời, thành động năng của các dòng chảy của nước, hơi nước và
không khí, và thay đổi tính chất hóa học và vật lý của các dòng chảy này.
Thế năng của nước mưa có thể được dự trữ tại các đập nước và chạy máy
phát điện của các công trình thủy điện. Một dạng tận dụng năng lượng dòng chảy
sông suối có trước khi thủy điện ra đời là cối xay nước. Dòng chảy của biển cũng có
thể làm chuyển động máy phát của nhà máy điện dùng dòng chảy của biển.
Dòng chảy của không khí, hay gió, có thể sinh ra điện khi làm quay tuốc bin
gió. Trước khi máy phát điện dùng năng lượng gió ra đời, cối xay gió đã được ứng
dụng để xay ngũ cốc. Năng lượng gió cũng gây ra chuyển động sóng trên mặt biển.
Chuyển động này có thể được tận dụng trong các nhà máy điện dùng sóng biển.
Đại dương trên Trái Đất có nhiệt dung riêng lớn hơn không khí và do đó thay
đổi nhiệt độ chậm hơn không khí khi hấp thụ cùng nhiệt lượng của Mặt Trời. Đại
dương nóng hơn không khí vào ban đêm và lạnh hơn không khí vào ban ngày. Sự

về phía Mặt Trăng. Thời gian kéo dài của hiện tượng thủy triều cũng nhỏ hơn so với tuổi
thọ của Mặt Trời.
1.1.2.4. Các nguồn năng lượng tái tạo nhỏ
Ngoài các nguồn năng lượng nêu trên dành cho mức độ công nghiệp, còn có
các nguồn năng lượng tái tạo nhỏ dùng trong một số vật dụng:
- Một số đồng hồ đeo tay dự trữ năng lượng lắc lư của tay khi con người hoạt
động thành thế năng của lò xo, thông qua sự lúc lắc của một con quay. Năng lượng
này được dùng để làm chuyển động kim đồng hồ.
- Một số động cơ có rung động lớn được gắn tinh thể áp điện chuyển hóa biến
dạng cơ học thành điện năng, làm giảm rung động cho động cơ và tạo nguồn điện phụ.
Tinh thể này cũng có thể được gắn vào đế giầy, tận dụng chuyển động tự nhiên của
người để phát điện cho các thiết bị cá nhân nhỏ như PDA, điện thoại di động...
- Hiệu ứng điện động giúp tạo ra dòng điện từ vòi nước hay các nguồn nước
chảy, khi nước đi qua các kênh nhỏ xíu làm bằng vật liệu thích hợp.
- Các ăngten thu dao động điện từ (thường ở phổ radio) trong môi trường
sang năng lượng điện xoay chiều hay điện một chiều. Một số đèn nhấp nháy gắn
vào điện thoại di động thu năng lượng sóng vi ba phát ra từ điện thoại để phát sáng,
hoạt động theo cơ chế này.
1.1.3. Vấn đề khai thác năng lƣợng tái tạo ở Việt Nam
Theo một báo cáo của Bộ Công Thương, hiện nay Việt Nam có đến 7 dạng
NLTT có tiềm năng khai thác. NL gió: tiềm năng 8% diện tích toàn lãnh thổ, đã đo
xác định 1800MW, hiện khai thác 1.25MW; NL mặt trời: tiềm năng 4-5kWh/m2/d,
hiện khai thác 1.2KW; Thủy điện nhỏ: hiện khai thác 300MW/4000MW tiềm năng;
NL sinh khối: hiện khai thác 150MW/800MW tiềm năng; Rác thải: hiện khai thác
2.4MW/350MW tiềm năng; Khí sinh học: hiện khai thác 2MW/150MW tiềm năng;
NL địa nhiệt: hiện khai thác 0MW/340MW tiềm năng.
Theo đó có thể thấy NL gió và NL mặt trời là hai nguồn NLTT có tiềm năng lớn
nhất. Tuy nhiên, đây lại là 2 nguồn NLTT được khai thác ít nhất cả về công suất và hiệu
quả. Có rất nhiều nguyên nhân, trong đó nguyên nhân về mặt kinh tế (chi phí đầu tư ban
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

1

Thủy điện nhỏ

2

Gió

52

3

Mặt trời

3

4

Sinh khối

152

5

Rác thải sinh hoạt
Tổng cộng

3000

8

do Công ty cổ phần Năng lượng tái tạo Việt Nam (REVN) làm chủ đầu tư. Vào năm
2011, toàn bộ dự án sẽ hoàn thành và đi vào hoạt động với 80 tua-bin, có tổng công
suất là 120 MW. 1.500 ha của dự án chủ yếu được quy hoạch trên vùng đất bạc
màu, chỉ có cây bụi và những rẫy dưa còi cọc. Giai đoạn một gồm 20 tua-bin chiều
cao cột 85 m, đường kính cánh quạt 77 m, công suất 1,5 MW, tổng trọng lượng tuabin là 89,4 tấn, cột tháp là 165 tấn. Toàn bộ thiết bị do Fuhrlaender, hãng chế tạo
thiết bị điện gió nổi tiếng thế giới của Đức cung cấp và được Công ty Fuhrlaender
Việt Nam lắp đặt. Tổng mức đầu tư giai đoạn một gần 820 tỷ đồng. Khi cả 20 tổ
máy đi vào hoạt động ổn định, sản lượng điện mà nó mang lại vào khoảng 100 triệu
kWh/năm. Đây không phải là một con số lớn nhưng lại vô cùng có ý nghĩa, nó mở
đầu cho ngành công nghiệp điện gió Việt Nam.
+ Đối với điện mặt trời:
Các hệ thống phát năng lượng điện mặt trời ở nước ta chưa phát triển được
thành nhà máy phát điện. Tuy nhiên cũng đã có một số hệ thống phát điện năng
lượng mặt trời công suất nhỏ như hệ thống năng lượng pin mặt trời đặt tại Trường
ĐHKTCN Thái nguyên do tổ chức phi chính phủ Singapor tài trợ, mái nhà điện mặt
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

http://www.lrc.tnu.edu.vn


8
trời của TS. Nguyễn Thị Tố thành phố Hồ Chí Minh, bộ pin mặt trời Usolar (thiết bị
nhập ngoại từ Hoa Kỳ) …
Việc khai thác nguồn năng lượng mặt trời ở nước ta còn nhiêu hạn chế, khai
thác và sử dụng năng lượng mặt trời ở nước ta còn đang ở qui mô nhỏ lẻ và tập
trung chủ yếu vào việc nghiên cứu, sử dụng trực tiếp năng lượng mặt trời (hệ thống
đun nước nóng), các nghiên cứu về hệ thống pin mặt trời và hòa vào lưới điện hầu
như chưa có.Nguồn năng lượng từ mặt trời có thể khai thác được ở nhiều nơi, ngay
cả trong trung tâm các thành phố. Có nhiều hướng khai thác năng lượng mặt trời
phục vụ cho sinh hoạt con người, trong đó xu hướng biến đổi năng lượng mặt trời

Tiềm năng về năng lượng mặt trời của các nước trên thế giới là rất lớn. Tuy
nhiên, phân bố không đều, mạnh nhất ở vùng xích đạo và những khu vực khô hạn,
giảm dần về phía hai địa cực. Tiềm năng kinh tế của việc sử dụng năng lượng Mặt trời
phụ thuộc vào vị trí địa điểm trên Trái đất, phụ thuộc vào đặc điểm khí hậu, thời tiết cụ
thể của vùng miền.
Theo số liệu thống kê bức xạ trung bình của một địa điểm trên thế giới vào
khoảng 2000 kWh/m2/năm, bảng 1. 2.
Bảng 1. 2 Bảng tổng hợp tiềm năng của năng lượng Mặt trời
Bức xạ Mặt trời
Khu vực
[1000 TWh]

Chỉ số chất lượng
trung bình DNI

Công suất có thể
khai thác

[kWh/tháng/năm]

[1000 TWh/năm]

North America

11,500

2410

1,150


Tiềm năng của năng lƣợng mặt trời ở Việt Nam:
Về mặt vị trí địa lý, Việt Nam được hưởng một nguồn năng lượng mặt trời vô
cùng lớn. Trải dài từ vĩ độ 23023’ Bắc đến 8027’ 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), bảng 1. 3.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

http://www.lrc.tnu.edu.vn


10
Bảng 1. 3 Số liệu về bức xạ năng lượng Mặt trời của các vùng ở Việt Nam
Giờ nắng
trong năm

Bức xạ
kcal/cm2/năm

Khả năng
ứng dụng

Đông Bắc

1500-1700

100-125

Thấp


Rất tốt

Trung bình cả nước

1700-2500

100-175

Tốt

Vùng

1.3. Mô hình sử dụng năng lƣợng mặt trời trong hệ thống cung cấp điện
Như đã phân tích, đặc điểm chung của các nguồn điện sử dụng năng lượng tái
tạo đó là phân tán, công suất nhỏ và đang được hoàn thiện dần về chất lượng điện
năng cung cấp. Hiện tại, các nguồn điện điện thuộc dạng này chủ yếu được khai
thác dưới các hình thức sau: Mạng điện độc lập, mạng điện có kế nối lưới và dần
dần tiến đến trong tương lai gần là mạng điện thông minh.
Đối với những vùng sâu vùng xa, nơi mà điện lưới quốc gia không có điều kiện
vươn tới, như những khu vực biên giới hải đảo thì việc thiết lập một mạng điện độc
lập là giải pháp duy nhất. Trước đây, nguồn cung cấp cho mạng điện độc lập chủ
yếu là máy phát điện diesel với công suất từ vài chục đên một vài trăm kW. Ngày
nay, việc sử dụng các nguồn năng lượng tái tạo cho mạng điện độc lập đang được
phổ cập. Ví dụ như: hệ pin mặt trời, điện sức gió, điện đại dương, V.V. Mô hình
mạng điện độc lập nguồn năng lượng tái tạo được phát triển đa dạng cả về loại
nguồn và cấu trúc sơ đồ, đa dạng về công suất từ nhỏ đến vừa phù hợp cho cắc đối
tượng ứng dụng khác nhau, thậm chí dùng riêng cho một phụ tải hay một hộ gia
đình. Ví dụ như trên các hình vẽ sau;
Sơ đồ trên hình 1. 4 mô tả một mạng điện với nguồn được sử dụng ở đây là

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

http://www.lrc.tnu.edu.vn


12
CHƢƠNG 2
CẤU TRÚC ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG ĐIỆN MẶT TRỜI NỐI LƢỚI
2.1. Mô tả hệ thống điện mặt trời nối lƣới
2.1.1. Sơ đồ khối hệ thống
Hệ thống phát điện sử dụng năng lượng mặt trời (còn gọi là hệ thống phát
điện sử dụng năng lượng tái tạo) là một hệ thống cho phép năng lượng khai thác
nguồn năng lượng mặt trời thông qua một bộ biến đổi điện tử công suất để biến
thành điện xoay chiều 1 pha hoặc 3 pha có tần số 50Hz (hoặc 60Hz) cung cấp trực
tiếp cho tải hoặc nối với lưới điện quốc gia hoặc lưới điện khu vực. Hệ thống này
rất linh hoạt trong lắp đặt và sử dụng và là một bộ phận không thể thiếu được của
lưới điện thông minh.
Trong phạm vi đề tài, chỉ tập trung nghiên cứu hệ thống phát điện sử dụng
năng lượng mặt trời biến đổi thành điện xoay chiều nối với lưới điện 1 pha tần số
50Hz. Những kết quả nghiên cứu của hệ thống này cũng dễ dàng áp dụng cho hệ
thống 3 pha.
Hình 2.1 minh họa một hệ thống phát điện sử dụng năng lượng mặt trời nối
lưới một pha [11, 12]:

Hình 2.1: Hệ thống phát điện sử dụng năng lượng mặt trời nối lưới

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

http://www.lrc.tnu.edu.vn



Các khối trong sơ đồ hình 2.2, cụ thể như sau:
- Khối Modul quang điện (PV) làm nhiệm vụ biến đổi năng lượng mặt trời
thành điện năng một chiều với công suất điện phụ thuộc vào bức xạ mặt trời và
nhiệt độ làm việc của pin.
- Khối dò điểm công suất tối đa với giải thuật tìm điểm công suất cực đại của
modul PV ứng với giá trị xác định của bức xạ mặt trời và nhiệt độ.
- Khối biến đổi một chiều - một chiều (DC-DC) có nhiệm vụ biến đổi điện áp
một chiều tương ứng với điểm công suất cực đại thành điện áp một chiều có giá trị
phù hợp và ổn định để hòa với điện gió thông qua thanh cái một chiều DC bus.
- Bộ biến đổi một chiều – xoay chiều (DC/AC) có nhiệm vụ biến đổi điện áp
một chiều ở thanh cái một chiều DC bus thành điện áp xoay chiều có các thông số
phù hợp với lưới.
Như vậy, trong hệ thống này, năng lượng từ nguồn năng lượng mặt trời được
biến đổi thành năng lượng điện một chiều, năng lượng này sau đó được sử dụng
trực tiếp cho tải một chiều hoặc đưa qua bộ biến đổi DC-AC chuyển thành năng
lượng xoay chiều dùng trực tiếp cho tải xoay chiều hoặc kết nối với lưới điện.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

http://www.lrc.tnu.edu.vn


14
2.1.2. Điều khiển trong hệ thống phát điện sử dụng năng lƣợng mặt trời nối
lƣới
Để đảm bảo cho hệ thống phát điện sử dụng năng lượng mặt trời nối lưới làm
việc an toàn, ổn định, có hiệu suất cao thì cần phải có các điều khiển sau:
- Điều khiển dò tìm điểm công suất tối đa, điều khiển bộ biến đổi DC/DC đối
với hệ thống điện mặt trời

Tuy nhiên, so với pin mặt trời tinh thể thì hiệu suất biến đổi quang điện của nó thấp và
kém ổn định khi làm việc ngoài trời.
Năng lượng mặt trời được tạo ra từ các tế bào quang điện (PV) là một trong
những nguồn năng lượng tái tạo quan trọng do lợi thế như không cần chi phí nhiên
liệu, bảo trì ít và không có tiếng ồn và mòn do sự vắng mặt của bộ phận chuyển
động. Về lý thuyết đây là một nguồn năng lượng lý tưởng. Tuy nhiên, để hệ thống
này được triển khai rộng rãi trong thực tế cần phải tiếp tục giải quyết một số vấn đề
như: Giảm chi phí lắp đặt; tăng hiệu suất chuyển đổi năng lượng và các vấn đề liên
quan đến sự tương tác với các hệ thống khác.
2.2.2. Mô hình toán và đặc tính làm việc của pin mặt trời
Mô hình toán học của tế bào quang điện đã được nghiên cứu trong nhiều thập
kỷ qua [9]. Mạch điện tương đương của mô hình tế bào quang điện bao gồm: Dòng
quang điện, Điôt, điện trở song song (dòng điện dò), điện trở nối tiếp được chỉ ra trên
hình 3. Ta có:

 qU d

U
I pv  I gc  I0 e kFTc  1  d
Rp



(2.1)

Trong đó: Igc là dòng quang điện (A); I0 là dòng bão hòa (A) phụ thuộc vào
nhiệt độ tế bào quang điện; q là điện tích của điện tử, q = 1,6.10-19C; k là hằng số
Boltzman, k = 1,38.10-23J/K; F là hệ số phụ thuộc vào công nghệ chế tạo pin, ví dụ
công nghệ Si-mono F = 1,2; công nghệ Si-Poly F = 1,3, …; Tc là nhiệt độ tuyệt đối
của tế bào (0K); Vd là điện áp trên điôt (V); Rp là điện trở song song.


(2.2)

Với: µsc là hệ số phụ thuộc nhiệt độ của dòng ngắn mạch (A/0C); Tref là nhiệt
độ tham chiếu của tế bào quang điện (0K); Tc là nhiệt độ làm việc của tế bào quang
điện (0K); Isc là dòng điện ngắn mạch trong điều kiện chuẩn (nhiệt độ 250C và bức
xạ mặt trời 1kW/m2); G là bức xạ mặt trời kW/m2
Dòng bão hòa I0 thay đổi theo nhiệt độ của tế bào quang điện theo biểu thức
2.3.[8]
3

 qVg  1
1 



kF  Tref Tc  


 Tc  
I0  I0  
 e
T
 ref 

I0  

(2.3)

Isc

P(U)

U
UMPP UOC

Hình 2.4: Quan hệ I(U) và P(U) của PV

Công suất của pin được tính theo công thức:
P = U.I

(2.5)

Tiến hành mô phỏng ta thu được họ đặc tính I(U) và đặc tính P(U) của pin

Dòng điện I (A)
()(W)

Công suất P (W)

mặt trời như hình 2.5a,b,c,d:

Điện áp U (V)

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

Điện áp U (V)

http://www.lrc.tnu.edu.vn