Đồ án Pin mặt trời, tìm hiểu phương pháp đảm bảo công suất tối đa của dàn pin điện mặt trời bằng thay đổi cấu trúc
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUẢN LÝ VÀ CÔNG NGHỆ HẢI PHÒNG
-------------------------------
ISO 9001:2015
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGÀNH : ĐIỆN TỰ DỘNG CÔNG NGHIỆP
Sinh viên
: Nguyễn Văn Ngọc Tú
Giảng viên hướng dẫn : GS.TSKH Thân Ngọc Hoàn
HẢI PHÒNG – 2020
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUẢN LÝ VÀ CÔNG NGHỆ HẢI PHÒNG
-----------------------------------
PIN MẶT TRỜI, TÌM HIỂU PHƯƠNG PHÁP ĐẢM BẢO
CÔNG SUẤT TỐI ĐA CỦA DÀN PIN ĐIỆN MẶT TRỜI
BẰNG THAY ĐỔI CẤU TRÚC
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY
NGÀNH: ĐIỆN TỰ DỘNG CÔNG NGHIỆP
Sinh viên
:Nguyễn Văn Ngọc Tú
Giảng viên hướng dẫn : GS.TSKH Thân Ngọc Hoàn
HẢI PHÒNG – 2020
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUẢN LÝ VÀ CÔNG NGHỆ HẢI PHÒNG
--------------------------------------
NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP
Sinh viên: Nguyễn Văn Ngọc Tú
Lớp : DC1901
Ngành : Điện tự dộng công nghiệp
-
Mã SV: 1512102004
Tên đề tài: Pin mặt trời, tìm hiểu phương pháp đảm bảo công suất
tối đa của dàn pin điện mặt trời bằng thay đổi cấu trúc
NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI
1. Nội dung và các yêu cầu cần giải quyết trong nhiệm vụ đề tài tốt
nghiệp
( về lý luận, thực tiễn, các số liệu cần tính toán và các bản vẽ).
Tìm hiểu phương pháp đổi cấu trúc các tấm pin dể đàm bảo bám điểm
công suất cực đại của dàn pin
……………………………………………………………………………..
……………………………………………………………………………..
……………………………………………………………………………..
……………………………………………………………………………..
……………………………………………………………………………..
……………………………………………………………………………..
2. Các số liệu cần thiết để thiết kế, tính toán.
Tự tìm hiểu và tham khảo.
……………………………………………………………………………..
……………………………………………………………………………..
……………………………………………………………………………..
……………………………………………………………………………..
……………………………………………………………………………..
……………………………………………………………………………..
……………………………………………………………………………..
……………………………………………………………………………..
3. Địa điểm thực tập tốt nghiệp.
……………………………………………………………………………..…
………………………………………………………………………
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP
Họ và tên
Học hàm, học vị
: Thân Ngọc Hoàn
: GS.TSKH
Cơ quan công tác : Trường Đại Học Quản Lý và Công Nghệ Hải Phòng
Nội dung hướng dẫn : Toàn bộ đề tài
Đề tài tốt nghiệp được giao ngày…..tháng….năm………
Yêu cầu phải hoàn thành xong trước ngày….tháng….năm………
Đã nhận nhiệm vụ ĐTTN
Đã giao nhiệm vụ ĐTTN
Giảng viên hướng dẫn
Sinh viên
Hải Phòng, ngày ...... tháng........năm 2020
HIỆU TRƯỞNG
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc
PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN TỐT NGHIỆP
Họ và tên giảng viên:
Đơn vị công tác:
Thân Ngọc Hoàn
Trường Đại học Quản lý và Công nghệ Hải Phòng
...................................... Chuyên ngành: ..............................
......................................................................... .......... ..........
Họ và tên sinh viên:
Đề tài tốt nghiệp:
1. Tinh thần thái độ của sinh viên trong quá trình làm đề tài tốt nghiệp
Có tinh thần học tập trong qúa trình làm đồ án tốt nghiệp
2. Đánh giá chất lượng của đồ án/khóa luận (so với nội dung yêu cầu đã đề ra
trong nhiệm vụ Đ.T. T.N trên các mặt lý luận, thực tiễn, tính toán số liệu…)
Nội dung đồ án là tìm hiểu phương pháp bám điểm cực đại phát công suát của tấm
pin mặt trời bằng thay đổi cấu trúc. Sinh viên đã tiến hành tìm hiểu dựa trên
những tài liệu đã công bố. Nội dung đồ án dáp ứng một đồ án tốt nghiệp đại học.
Đây có thể là tìa liệu cho những ai muốn tham khảo về phương pháp điều khiển
bám điểm công suất cực đại bằng thay đổi cấu rúc , ghép nối các tấm pin.
3. Ý kiến của giảng viên hướng dẫn tốt nghiệp
x
Được bảo vệ
Không được bảo vệ
Điểm hướng dẫn
Hải Phòng, ngày20 tháng 6 năm 2020.
Giảng viên hướng dẫn
GS.TSKH Thân Ngọc Hoàn
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc
PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN CHẤM PHẢN BIỆN
Họ và tên giảng viên: ...............................................................................................
Đơn vị công tác: .......................................................................................................
Họ và tên sinh viên: ...................................... Chuyên ngành: .................................
Đề tài tốt nghiệp: ......................................................................................................
1. Phần nhận xét của giáo viên chấm phản biện
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
2. Những mặt còn hạn chế
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.................................................................................................................................
3. Ý kiến của giảng viên chấm phản biện
Được bảo vệ
Không được bảo vệ
Điểm hướng dẫn
Hải Phòng, ngày … tháng … năm ......
Giảng viên chấm phản biện
(Ký và ghi rõ họ tên)
MỤC LỤC
1.1.2: Bức xạ mặt trời ............................................................................... 3
1.1.3: Điện mặt trời................................................................................... 4
PHẦN .......................................................................................................... 25
LỜI MỞ ĐẦU
N
ăng
năng lượng gió, năng lượng thủy triều…, là nguồn tài nguyên năng
ợng vô hạn và là nguồn năng lượng xanh. Tuy không còn là đề tài ới
lượng mặt trời cũng như nhiều nguồn năng lượng mới khác
nh
ư
l
ư
m
đối với thế giới nhưng đối với Việt Nam vấn đề này gần đây mới được
quan tâm nghiên cứu sâu.
Đề tài “PIN MẶT TRỜI, TÌM HIỂU PHƯƠNG PHÁP ĐẢM BẢO
CÔNG SUẤT TỐI ĐA CỦA DÀN PIN ĐIỆN MẶT TRỜI BẰNG THAY
ĐỔI CẤU TRÚC” là
một đề tài chỉ nghiên cứu xây dựng một phần nhỏ
trong hệ thống thu năng lượng mặt trời , xong nó góp phần quan trọng trong
việc nâng cao hiệu suất chuyển đổi năng lượng mặt trời thành các dạng năng
lượng khác
.
Trong quá trình làm đề tài nghiên
bảo chân thành của các thầy cô giáo bộ mô
Nghiệp - Trường Đại Học Quản Lý và Công Nghệ Hải Phòng. Đặc biệt
xin g ửi lời ảm ơn sâu s ắc nhất đến thầy GS – TSKH THÂN NGỌC
HOÀN, ng ời đã ận tình chỉ bảo em trong suốt thời gian làm ề tài
c
ứu, em đã nhận được sự đóng góp,
Điện Tự Động Công
em
chỉ
n
,
c
ư
t
đ
.
Em xin chân thành cảm ơn !
1
CHƯƠNG 1 :
CẤU TRÚC HỆ THỐNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI VÀ
CHIẾN LƯỢC TĂNG HIÊU XUẤT LÀM VIỆC CỦA HỆ
THỐNG TRONG ĐIỀU KIỆN BỊ CHE PHỦ MỘT PHẦN
Trong chương này , trình bày tổng quan về hệ thống NLMT có hòa lưới bao
gồm các thành phần , mô hình kết nối các thành phần cơ bản của hệ thống
NLMT và các cấu trúc kết nối TPQĐ . Tiếp theo , trình bày tổng quan chiến
lược tăng hiệu suất làm việc của hệ thống NLMT trong điều kiện chiếu sáng
không đồng nhất cho mạch kết nối TCT và SP , dựa trên phương pháp cân
bằng bức xạ . Phân tích ưu , nhược điểm các phương pháp của các nghiên cứu
khác , từ đó xây dựng định hướng nghiên cứu cho đồ án . Chiến lược tăng
hiệu suất làm việc cho hệ thống NLMT trong điều kiện bị che phủ một phần
được tác giả phân tích và công bố tại ( CT1 . 4 ) .
1.1: Tổng Quan Về Hệ Thống Năng Lượng Mặt Trời
1.1.1: Năng lượng mặt trời
Mặt trời là ngôi sao ở trung tâm hệ mặt trời,chiếm khoản 99,86% khối lượng
của hệ mặt trời. Trái đất và các thiên thể khác như các hành tinh, tiểu hành
tinh ,thiên thạch,sao chổi và bụi quay quanh mặt trời. Khoảng cách trung bình
giữa mặt trời và trái đất xấp xỉ 149,6 triệu kilomet ( 1 đơn vị thiên văn AU )
nên ánh sáng mặt trời cần 8 phút 19 giây mới đến được trái đất. Năng lượng
mặt trời ở dạng sáng hỗ trợ cho gần hết sự sống trên trái đất thông qua quá
trình quang hợp, và điều khiển khí hậu cũng như thời tiết trên trái đất. Thành
phần của mặt trời gôm Hydro ( khoảng74% khối lượng, 92% thể tích ), heli (
khoảng24% khối lượng, 7% thể tích ), và một lượng nhỏ các nguyên tố khác,
gồm sắt, nickel, oxi, silic, lưu huỳnh, magie, carbon, neon, canxi, và crom.
2
Mặt trời có bề mặt xấp xỉ 5.778 K (5.505oC). Quang phổ của bức xạ mặt trời
ở trong không gian và ở trên trái đất thể hiện trong hình 1-1.
Hình 1-1: Quang phổ của bức xạ mặt trời trong không gian và trên trái đất
(màu xanh) [11]
1.1.2: Bức xạ mặt trời
Trái đất quay quanh mặt trời mỗi vòng mất 365.2 ngày, tại một thời điểm một
nửa trái đất được chiếu sáng bởi mặt trời. Khi bức xạ mặt trời chiếu vào bầu
khí quyển trái đất, bầu khí quyển sẽ hấp thu tia cực tím (UV) và tia hồng
ngoại, chỉ cho phép bức xạ mặt trời có bước song giao động từ 0.9µm và
2.3µm đi qua.
Bức xạ mặt trời là nặng lượng mặt trời nhận được trên diện tích bề mặt đơn vị
được tính bằng Wat/m2. Phần bức xạ năng lượng mặt trời truyền tới bề mặt
trái đất trong những ngày quang đãng ở thời điểm cao nhất khoảng 1.000
W/m2 (Hình 1-2). Yếu tố cơ bản xác định cường độ của bức xạ mặt trời ở một
thời điểm nào đó trên trái đất là quãng đường nó đi qua. Sự mất mát năng
3
lượng trên quãng đường đó gắn liền với sự tán xạ và phụ thuộc vào thời gian
trong ngày, mùa , vị trí địa lý.
Hình 1-2: Quá trình truyền năng lượng bức xạ mặt trời qua lớp khí quyển trái
đất [12]
1.1.3: Điện mặt trời
Điện mặt trời là chuyển đổi ánh sáng mặt trơi thành điện, chuyển đổi trực tiếp
bằng cách sử dụng tấm pin quang điện (TPQĐ), chuyển đổi gián tiếp bằng
cách sử dụng điện mặt trời tập trung (ĐMTTT).
Hệ thông ĐMTTT sử dụng ống kính, gương và các hệ thống theo dõi để tập
trung một khu vục rộng lớn cảu ánh sáng mặt trời vào một chùm nhỏ. TPQĐ
4
chuyển đổi ánh sáng thành dòng điện bằng cách sử dụng hiệu ứng quang điện.
Nhiệt tập trung vào đó được sử dụng như một nguồn năng lượng cho một nhà
máy điện thông thường. Các nhà máy ĐMTTT thương mại được phát triển
đầu tiên vào nhưng năm 1980, CSP SEGS354MW là nhà máy ĐMTTT lớn
nhất thế giới và nằm ở sa mạc Mojave của California. Các nhà máy ĐMTTT
lớn khác gồm nhà máy điện mặt trời Solnova (150 MK) và nhà máy điện mặt
trời Andasol (100 MK), cả hai ở Tây Ban Nha. Nhà máy quang điện Sarnia
Canada là nhà máy quang điện lớn nhất thế giới.
TPQĐ là một thiết bị quang điện bao gôm nhiều tế bào quang điện, chuyển
đổi ánh sáng thành dòng điện bằng cách sử dụng hiệu ứng quang điện. phần
sau đây, mô tả định nghĩa về tấm pin quang điện, hiệu ứng quang điện, các
thông số cơ bản về tết bào quang điện, tấm pin quang điện.
1.1.3.1: Tế bào quang điện
Ngày nay vật liệu chủ yếu chế tạo pin nặng lượng mặt trời ( và cho các thiết
bị bán dẫn ) là silic dạng tinh thể. Hoạt động của pin năng lượng mặt trời
được chia làm 3 giai đoạn (Hình 1-3).
- Đầu tiên năng lượng từ photon ánh sáng được hấp thụ và hình thành các cặp
electron-hole trong chất bán dẫn.
- Các cặp electron-hole sau đó bị phân chia bởi ngăn cách tạo bởi các loại chất
bán dẫn khác nhau (p-n junction). Hiệu ứng này tạo nên hiệu điện thế của pin
mặt trời
- Pin mặt trời sau đó được nối trực tiếp vào mạch ngoài và tạo nên dòng điện.
5
Hình 1-3: Hiệu ứng quang điện[13]
1.1.3.2: Đặc tính Dòng điện – Điện áp ( I - V ) và Công suất – Điện
áp ( P – V )
Đường cong đặc tính I-V thể hiện tất cả các điểm vận hành và mối tương
quan giữa dòng điện – điện áp của tế bảo quang điện (TBQĐ). Đường cong
này được tạo ra bằng các thay đổi giá trị phụ tải của TBQĐ trong phòng thí
nghiệm. Ví dụ như trong (Hình 1-4) là đường đặc tính dòng điện – điện áp
của TPQĐ. Điểm vận hành thể hiện trong đường đặc tính I-V phụ thuộc vào
phụ tải của TBQĐ. Đường cong đặc tính P-V tương ứng dược tính theo công
thức P=V*I.
6
Hình 1-4: Đặc tính dong điện–Điện áp (I-V) và Công suất - Điện áp (P-V) của
tế bào quang điện [14]
Công suất của TBQD chịu ảnh hưởng rất lớn từ mức độ ánh sáng mặt trời.
Các TPQĐ khi nhận được nhiều ánh sáng sẽ cho công suất cao hơn[15] . Hình
1-5 thể hiện mối quan hệ giữa dòng điện – điện áp và mức độ bức xạ mặt trời.
Bức xạ mặt trời càng lớn thì công suất tạo ra bởi công suất càng cao.
Hình 1-5: Ảnh hưởng của ánh sáng mặt trời đến đường cong đặc tính dòng
điện – điện áp[15]
7
Các TBQĐ khi hoạt động chịu ảnh hưởng lớn từ nhiệt độ xung quanh. Dòng
ngắn mạch tăng nhẹ khi nhiệt độ cao hơn so với tiêu chẩn (25oC). Tuy nhiên
dòng mở mạch lại bị ảnh hưởng rất lớn khi nhiệt độ TPQĐ vượt quá 25oC.
Như vậy, mặc dù dòng điện tăng nhưng không đáng kể so với điện áp giảm
dẫn đến công suất của TPQĐ giảm [15]. Hình 1-6 giải thích mối lien hệ giữa
đường cong đặc tính dòng điện – điện áp và sự thay đổi của nhiệt độ. Khi
nhiệt độ tăng thì công suất của TPQĐ sẽ giảm.
Hình 1-6: Ảnh hưởng của nhiệt độ đến đường cong đặc tính dòng điện – điện
áp [15]
1.1.3.3: Mô hình toán học của tế bào quang điện
Tế bào quang điện (TBQĐ) (solar cells) – là phần tử bán dẫn [16]có chứa trên
bề mặt số lượng lớn các cảm biến ánh sáng là diode quang, thực hiện biến đổi
năng lượng ánh sáng thành năng lượng điện. TBQĐ có thể được biểu diễn bởi
mạch điện trong (Hình 1-7). Mối liên hệ giữa dòng điện – điện áp được phân
tích trong công thức (1-1)
푞(푉−1푅
푠
푆
(1.1)
퐴푘푇
퐼 = 퐼퐿 − 퐼0 (푒
− 1) − 푉−퐼푅
푅
푆퐻
8
Trong đó:
I : Dòng điện của TBQĐ
V : Điện áp của TBQĐ
I0 : Dòng bão hòa
k : Hằng số Boltzamann
T : Nhiệt độ tuyệt đối
RS : Điện trở nối tiếp
RSH : Điện trở song song
q : Điện tích electron
A : Hệ số chất lượng của diode
Hình 1-7: Mạch điện của tế bào quang điện [16]
1.1.3.4: Tấm pin quang điện ( TPQĐ )
Một TPQĐ được kết nối bởi nhiều TBQĐ , chúng được kết nối nối tiếp và
song song , số lượng TBQĐ tùy thuộc vào yêu cầu của hệ thống . Trong
những mô hình TPQĐ đơn giản , ảnh hưởng của điện trở song song là không
đáng kể , RSH là giá trị vô cùng lớn do đó đặc tính dòng điện - điện áp của
TPQĐ được thu gọn trong công thức (1-2) . Với np và n lần lượt là số TBQĐ
mắc song song và nổi tiếp trong TPQĐ [17].
푞(푉−퐼푅
퐴푘푇푛
푠
(1.2)
푠
퐼 ≈ 푛푝퐼퐿 − 푛푝퐼0 (푒
− 1)
9
1.1.3.5: Điện áp mở mạch, dòng ngắn mạch và điểm công suất cực đại
(MPP)
Trong biểu đồ đặc tính dòng điện – điện áp có 2 điểm quan trọng là điện áp
mở mạch Voc và điện áp ngắn mạch Ioc . Ở cả 2 điểm làm việc này, công suất
cảu hệ thống NLMT đều bằng 0 , Voc có thể được tính bằng công thức (1-3)
khi dòng điện của TBQĐ bằng 0. Dòng ngắn mạch Ioc tại V=0 cũng có thể
được tính bằng IL theo công thức (1-4).
푉푂퐶 ≈ 퐴푘푇 ln(퐼퐼퐿 + 1)
(1.3)
푞
0
퐼푆퐶 ≈ 퐼퐿
(1.4)
Điểm làm việc cho công suất cực đại của TBQĐ trong đồ thị đặc tính dòng
điện – điện áp là điểm có giá trị P=V*I lớn nhất. Điểm này được gọi là điểm
công suất cực đại (MPP) và có duy nhất 1 điểm trong đồ thị (Hình 1-8).
Hình 1-8: Điểm công suất cực đại (MPP) trong biểu đồ đặc tính dòng điện –
điện áp của TPQĐ [18]
10
1.1.3.6: Blocking diode và bypass diode trong TPQĐ
Hình 1-9: Vị trí Bypass Diode và Blocking diode trong kết nối TPQĐ [19]
Diode được hiểu đơn giản là thiết bị có 2 chân, có tác dụng định hướng, chỉ
cho dòng điện chạy theo 1 chiều. Chúng được làm từ chất bán dẫn, thông
thường là silicon, hoặc các chất tương tự như selen, gecmani.
Hình 1-10 là diode với 2 chân anode và cathode. Dòng điện chỉ có thể chạy
theo chiều từ Anode sang Cathode, mà không thể chạy theo chiều ngược lại.
Hình 1-10 : Chân anode và cathode của diode [20]
11
Tải về để xem bản đầy đủ
155 trang
19121
Free
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Đồ án Pin mặt trời, tìm hiểu phương pháp đảm bảo công suất tối đa của dàn pin điện mặt trời bằng thay đổi cấu trúc", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- do_an_pin_mat_troi_tim_hieu_phuong_phap_dam_bao_cong_suat_to.pdf
