Đồ án Tìm hiểu năng lượng tái tạo và thuật toán INC bám điểm công suất cực đại cho pin mặt trời

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO  
TRƯỜNG ĐẠI HC QUẢN LÝ VÀ CÔNG NGHỆ HẢI PHÒNG  
-------------------------------  
ISO 9001:2015  
ĐỒ ÁN TT NGHIP  
NGÀNH : ĐIỆN TỰ ĐỘNG CÔNG NGHIỆP  
Sinh viên  
: Nguyễn Anh Tun  
Giảng viên hưng dẫn: ThS. Ngô Quang Vĩ  
HẢI PHÒNG – 2020  
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO  
TRƯỜNG ĐẠI HC QUẢN LÝ VÀ CÔNG NGHỆ HẢI PHÒNG  
-----------------------------------  
TÌM HIỂU NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO VÀ THUẬT  
TOÁN INC BÁM ĐIỂM CÔNG SUẤT CỰC ĐẠI CHO  
PIN MT TRI  
ĐỒ ÁN TT NGHIP ĐẠI HC HỆ CHÍNH QUY  
NGÀNH: ĐIỆN TỰ ĐỘNG CÔNG NGHIỆP  
Sinh viên  
: Nguyễn Anh Tun  
Giảng viên hưng dẫn: ThS. Ngô Quang Vĩ  
HẢI PHÒNG – 2020  
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO  
TRƯỜNG ĐẠI HC QUẢN LÝ VÀ CÔNG NGHỆ HẢI PHÒNG  
--------------------------------------  
NHIM VỤ ĐỀ TÀI TỐT NGHIP  
Sinh viên: Nguyn Anh Tun  
Mã SV : 1612102012  
Lp  
: DC 2001  
Ngành : Điện Tự Động Công Nghiệp  
Tên đề tài: Tìm hiểu năng lượng tái tạo và thuật toán INC bám điểm  
công suất cực đại cho pin mt tri  
NHIM VỤ ĐỀ TÀI  
1. Nội dung và các yêu cầu cn gii quyết trong nhim vụ đề tài tốt  
nghip  
.....................................................................................................................  
.....................................................................................................................  
.....................................................................................................................  
.....................................................................................................................  
.....................................................................................................................  
.....................................................................................................................  
.....................................................................................................................  
2. Các tài liệu, sliu cn thiết  
.....................................................................................................................  
.....................................................................................................................  
.....................................................................................................................  
.....................................................................................................................  
.....................................................................................................................  
.....................................................................................................................  
.....................................................................................................................  
.....................................................................................................................  
3. Địa điểm thc tp tt nghip  
.....................................................................................................................  
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN ĐỀ TÀI TỐT NGHIP  
Họ và tên  
Học hàm, học vị  
: Ngô Quang Vĩ  
: Thc sỹ  
Cơ quan công tác : Trường Đại hc Quản lý và Công nghệ Hải Phòng  
Nội dung hướng dn: Toàn bộ đề tài  
Đề tài tốt nghiệp được giao ngày 20 tháng 03 năm 2020  
Yêu cầu phi hoàn thành xong trước ngày 30 tháng 06 năm 2020  
Đã nhận nhim vụ ĐTTN  
Đã giao nhiệm vụ ĐTTN  
Giảng viên hướng dn  
Sinh viên  
Hải Phòng, ngày tháng  
HIỆU TRƯỞNG  
năm 2020  
Cộng hòa xã hội chủ nghĩa Vit Nam  
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc  
---------------------------------------  
PHIU NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DN TT NGHIP  
Họ và tên giảng viên  
Đơn vị công tác  
: Ngô Quang Vĩ  
: Trường Đại hc Quản lý và Công nghệ Hải Phòng  
: Nguyn Anh Tun  
Họ và tên sinh viên  
Chuyên ngành  
: Điện Tự Động Công Nghiệp  
: Toàn bộ đề tài  
Nội dung hướng dn  
1. Tinh thần thái độ của sinh viên trong quá trình làm đề tài tốt nghip  
.........................................................................................................................  
.........................................................................................................................  
.........................................................................................................................  
2. Đánh giá chất lượng của đồ án/khóa luận( so vi nội dung yêu cầu đã  
đề ra trong nhim vụ Đ.T.T.N, trên các mặt lý luận, thc tiễn, tính toán  
sliu... )  
.........................................................................................................................  
.........................................................................................................................  
.........................................................................................................................  
3. Ý kiến ca giảng viên hướng dn tt nghip  
Được bo vệ  
Không được bo vệ  
Điểm hướng dn  
Hải Phòng, ngày......tháng.....năm 2020  
Giảng viên hướng dn  
( ký và ghi rõ họ tên)  
Cộng hòa xã hội chủ nghĩa Việt Nam  
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc  
-------------------------------------  
PHIU NHẬN XÉT CỦA GING VIÊN CHM PHN BIN  
Họ và tên giảng viên:.........................................................................................  
Đơn vị công tác:.................................................................................................  
Họ và tên sinh viên: .................................Chuyên ngành:..............................  
Đề tài tốt nghip: ...........................................................................................  
............................................................................................................................  
1. Phn nhận xét của giảng viên chấm phn bin  
.........................................................................................................................  
.........................................................................................................................  
.........................................................................................................................  
2. Nhng mặt còn hạn chế  
.........................................................................................................................  
.........................................................................................................................  
.........................................................................................................................  
3. Ý kiến ca giảng viên chấm phn bin  
Được bo vệ  
Không được bo vệ  
Điểm hướng dn  
Hải Phòng, ngày......tháng.....năm 2020  
Giảng viên chấm phn bin  
( ký và ghi rõ họ tên)  
MC LC  
DANH MỤC HÌNH VẼ......................................................................... i  
DANH MỤC HÌNH VẼ  
Hình 2.1 Cấu trúc hệ thống bám công suất cực đại MPPT............................ 21  
Hình 2.2 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động ca pin mt tri............................ 22  
Hình 2.3 Cấu trúc mạch lc bbiến đổi boost............................................... 25  
Hình 2.4 Mạch tương đương khi Q đóng....................................................... 25  
Hình 2.5 Dạng sóng điện áp và dòng điện trên cuộn dây L khi Q đóng........ 26  
Hình 2.6 Mạch tương đương khi Q mở.......................................................... 27  
Hình 2.7 Dạng sóng điện áp và dòng điện trên Lkhi Q mở............................ 37  
Hình 2.8 Mạch tương đương của 1 tế bào pin mặt tri.................................. 38  
Hình 2.9 Mô hình lý tưởng ca tế bào pin mặt tri........................................ 31  
Hình 2.10 Đặc tính I-V, P-V ca pin mt tri................................................ 32  
Hình 2.11 Đặc tính I-V, P-V khi cường độ thay đổi...................................... 33  
Hình 2.12 Đặc tính I-V, P-V khi nhiệt độ thay đổi........................................ 34  
nh 3.1 Bộ điều khin MPPT trong hthng pin mt tri........................... 35  
Hình 3.2 Pin mặt tri mc trc tiếp vi ti thun trở để thay đổi giá trị........ 36  
Hình 3.3 Đặc tính làm việc ca pin mt trời và của tải có thể thay đổi giá trị....  
........................................................................................................................ 36  
Hình 3.4 Pin mặt tri kết ni vi ti qua bbiến đổi DC-DC........................ 38  
Hình 3.5 Pin mặt tri với điện trRei(D,R).................................................... 39  
Hình 3.6 Đặc tính của pin mt trời và của ti thun tri................................ 39  
i
Hình 3.7 Khoảng làm việc ca bộ tăng áp boost............................................ 40  
Hình 3.8 Đặc tính I-V, P-V bc xạ thay đổi và vị trí các điểm MPP............. 41  
Hình 3.9 Đường đặc tính I-V và thuật toán INC............................................ 42  
Hình 3.10 Lưu đồ thuật toán INC điều khin trc tiếp hsD..................... 43  
Hình 3.11 Sơ đồ khi của MPPT điều khin trc tiếp chu kD ................... 44  
Hình 3.12 Dòng quang điện Iph được xây dựng trong Matlab/Simulink....... 45  
Hình 3.13 Dòng bão hòa ngược Irs được xây dựng trong Matlab/Simulink...46  
Hình 3.14 Dòng bão hòa Is được xây dựng trong Matlab/Simulink.............. 46  
Hình 3.15 Mô hình thu gọn PMT được xây dựng trong Matlab/Simulink.... 47  
Hình 3.16 Mô hình PMT với thuật toán INC điều khin trc tiếp chu kD. 47  
Hình 3.17 Bảng giá trị đầu vào ca PMT....................................................... 48  
Hình 3.18 Gii thuật INC được xây dựng trong Matlab/Simulink................. 59  
Hình 3.19 Thuật toán INC.............................................................................. 49  
Hình 3.20 Đặc tính P-V khi nhiệt độ 25oC và bức xmt trời là 1000 W/m2  
........................................................................................................................ 50  
Hình 3.21 Đặc tính I-V khi nhiệt đ25oC và bức xmt trời là 1000 W/m2  
........................................................................................................................ 50  
Hình 3.22 Đặc tính P-V khi nhiệt độ 25oC và bức xmt trời là 800 W/m2.. 51  
Hình 3.23 Đặc tính I-V khi nhiệt độ 25oC và bức xmt trời là 800 W/m2 ...51  
nh 3.24 Đặc tính P-V khi nhiệt độ 25oC và bức xmt trời là 600 W/m2.. 52  
Hình 3.25 Đặc tính I-V khi nhiệt độ 25oC và bức xmt trời là 600 W/m2 ...52  
ii  
Hình 3.26 Điện áp làm việc ca pin mt tri.................................................. 53  
Hình 2.27 Dòng điện làm việc ca pin mt tri............................................. 53  
Hình 3.28 Công suất làm việc ca pin mt tri.............................................. 54  
iii  
DANH MC BNG SLIU  
Bng 2.1 Bảng thông số kthut pin mt tri Ks80m-36 [20]................... 49  
iv  
 
DANH MC TVIT TT  
PMT  
NLMT  
BBĐ  
PWM  
MPP  
Pin mt tri  
Năng lượng mt tri  
Bbiến đổi  
Pulse Width Modulation  
Maximum Power Point  
Điều chế độ rng xung  
Điểm công suất ln nht  
Bám công suất cực đại  
Điện dẫn gia tăng  
MPPT  
INC  
Maximum Power Point Tracking  
Incremental Conductance  
Perturbation & Observation  
P&O  
Nhiu loạn và quan sát  
v
 
LI MỞ ĐU  
Nhu cầu về năng lượng trong thời đại khoa học kỹ thuật không ngừng  
gia tăng. Tuy nghiên các nguồn năng lượng truyền thống đang được khai thác  
như : than đá, dầu mỏ, khí đốt, khí thiên nhiên và ngay cả thủy điện…đang  
ngày càng cạn kiệt. Không những thế chúng còn có tác hại xấu đối với môi  
trường như: gây ra ô nhiễm môi trường, ô nhiễm tiếng ồn, mưa axit, trái đất  
ấm dần lên, thủng tầng ozon... Do đó, việc tìm ra và khai thác các nguồn năng  
lượng mới như năng lượng hạt nhân, năng lượng địa nhiệt, năng lượng gió và  
năng lượng mặt trời… là rất cần thiết.  
Việc nghiên cứu năng lượng mặt trời ngày càng thu hút sự quan tâm của  
các nhà nghiên cứu, nhất là trong tình trạng thiếu hụt nghiêm trọng năng  
lượng hiện nay. Năng lượng mặt trời là nguồn năng lượng sạch, dồi dào, hoàn  
toàn miễn phí, không gây ô nhiễm môi trường và không gây ô nhiễm tiếng ồn.  
Hiện nay, năng lượng mặt trời đã dần dần đi vào cuộc sống của con người,  
chúng được áp dụng khá rộng rãi trong dân dụng và trong công nghiệp dưới  
nhiều hình thức khác nhau.  
Pin mt trời có rất nhiều các ưu điểm ưu việt nhưng giá thành của tm  
pin mt trời còn đắt nên việc tăng hiệu suất và kéo dài tuổi thca pin trở  
thành một vấn đề rt quan trọng. Để tăng hiệu suất và kéo dài tuổi thca pin  
thì cần phải để hthống pin năng lượng mt tri hoạt động ổn định tại điểm  
có công suất cực đại. Bởi vì, điều kin tự nhiên bao gồm bc xmt trời và  
nhiệt độ lại luôn thay đổi nên điểm làm cho hệ thống có công suất cực đại  
cũng thay đổi theo. Vì vậy, cần có một phương pháp nào đó để theo dõi được  
sdi chuyn của điểm có công suất cực đại và áp đặt cho hthống làm việc  
tại đó. Xuất phát từ thc tế trên, em đã chọn đề tài “ Tìm hiểu năng lượng  
tái tạo và thuật toán INC bám điểm công suất cực đại cho pin mt trời”.  
Dưới sự hướng dn ca thầy giáo ThS. Ngô Quang Vĩ.  
1
 
Đề tài này được trình bày trong 3 chương:  
Chương 1 : Tổng quan về năng lượng tái tạo và các phương pháp  
tìm điểm cực đại ca pin mt tri.  
Chương 2 : Hệ thng pin mt tri.  
Chương 3: Chọn thuật toán bám điểm công suất cực đại cho pin  
mt tri.  
2
CHƯƠNG 1.  
TNG QUAN VỀ NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO VÀ CÁC  
PHƯƠNG PHÁP TÌM ĐIỂM CỰC ĐẠI CA PIN MT TRI  
1.1. CÁC NGUỒN NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO  
1.1.1. Khái niệm  
Năng lượng tái tạo hay năng lượng tái sinh là năng lượng tnhng  
nguồn liên tục, vô hạn như năng lượng mt trời, gió, mưa, thủy triều, song và  
địa nhiệt...Nguyên tắc cơ bản ca vic sdụng năng lượng tái sinh là tách một  
phần năng lượng từ các quy trình diễn biến liên tục trong môi trường và đưa  
vào trong các sử dng kthuật. Các quy trình này thường được thúc đẩy đặc  
biệt là từ mt trời. Năng lượng tái tạo thay thế nhng nguồn năng lượng  
truyn thống trong 4 lĩnh vực gồm: phát điện, đun nước nóng, nhiên liệu động  
cơ, và hệ thống điện độc lập nông thôn.  
Trong cách nói thông thường, 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 mc của con người thì là vô hạn. Vô hạn có 2 nghĩa: hoặc là  
năng lượng tn ti nhiều đến mức mà không thể trở thành cạn kiệt vì sự sử  
dng của con người ( thí dụ như năng lượng mt tri) hoặc là năng lượng tự  
tái tạo trong thi gian ngắn và liên tục ( thí dụ như năng lượng sinh khi)  
trong các quy trình còn diễn tiến trong mt thời gian dài trên Trái Đất.  
Theo ý nghĩa về vật lý, năng lượng không được tái tạo mà trước tiên là  
do Mt Tri 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  
sdng ngay tc khắc hay được tm thi dtr.  
Vic sdụng 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 thi gian  
3
     
của con người thì Mặt Tri sẽ còn là nguồn cung cấp năng lượng trong mt  
thi gian gần như là vô tận. Mt Trời cũng là nguồn cũng cấp năng lượng liên  
tc cho nhiều quy trình diễn tiến trong bu sinh quyển Trái Đất. Nhng quy  
trình này có thể cung cấp năng lượng cho con người và cũng mang lại nhng  
cái gọi là nguyên liệu tái tăng trưởng . Luồng gió thổi, dòng nước chảy và  
nhiệt lượng ca Mt Trời đã được con người sdụng trong quá khứ. Quan  
trng nht trong thời đại công nghiệp là sức nước nhìn theo phương diện sử  
dng kthuật và theo phương diện phí tổn sinh thái.  
Ngưc li vi vic sdng những quy trình này là việc khai thác các  
nguồn năng lượng như than đá hay dầu m, nhng nguồn năng lượng mà  
ngay nay được tiêu dùng nhanh hơn là được to ra rt nhiu. Theo ý nghĩa của  
định nghĩa tồn tại “ vô tận” thì phản ng tng hp hạt nhân ( phản ng nhit  
hạch) khi có thể thc hiện trên bình diện kthuật, và phản ứng phân rã hạt  
nhân ( phản ứng phân hạch) với các lò phản ứng tái sinh ( breeder reactor ),  
khi năng lượng hao tốn lúc khai thác uranium hay thorium có thể được giữ ở  
mc thấp, đều là những nguồn năng lượng tái tạo mặc dù là thường thì chúng  
không được tính vào loại năng lượng này.  
1.1.2. Phân biệt năng lượng tái tạo và năng lượng không tái tạo  
Được sdụng ngày càng nhiều để thay thế năng lượng không tái tạo  
trong tương lai, vy 2 nguồn năng lượng này có sự giống và khác nhau là:  
Ging nhau:  
Đều sử dụng để cung cấp năng lượng phục vụ cho các nhu cầu của con  
người.  
Đều không tự biến thành năng lượng mà cần có một tác động nào đấy  
như dưới điều kiện nhiệt độ, áp suất,...  
Khác nhau:  
- Năng lượng tái tạo :  
Có thể tái tạo được.  
4
 
Khi chuyển thành năng lượng ít gây hại cho môi trường  
Yêu cầu các dng ckhoa hc kthut hiện đại để thu lấy năng lượng.  
Chi phí sử dụng và đầu tư cơ sở vt cht sdng cao.  
- Năng lượng không tái to:  
Không tái tạo, sdụng bao nhiêu hao mòn từng y.  
Trong quá trình biến đổi thành năng lượng có thể gây hại cho môi trường  
Chi phí sử dụng cơ sở vt cht va phi.  
1.1.3. Ưu , nhược điểm của năng lượng tái tạo  
- Ưu điểm:  
Có thể tái tạo được.  
Có thể sử dụng được tại nhiều địa hình, khu vực khác nhau.  
Phong phú, đa dạng.  
Nguồn cung bền vững và vô tận.  
Ít gây hại cho môi trường.  
Không gây tiếng ồn khi khai thác.  
Công nghệ sử dụng tiên tiến.  
- Nhược điểm:  
Chi phí sử dụng cao.  
Không ổn định do điều kiện tự nhiên không ổn định.  
Chi phí lưu trữ năng lượng cao.  
Vẫn gây ô nhiễm môi trường dù rất ít.  
Sử dụng nhiều thành phần đắt tiền và quý hiếm.  
Mật độ năng lượng thấp nên công suất trung bình thường thấp hơn so với  
các nguyên liệu hóa thạch hay không tái tạo.  
1.1.4. Scn thiết phát triển năng lượng tái tạo  
Trong quá trình phát triển, các quốc gia luôn đặt vấn đề an toàn năng  
lượng lên hàng đầu. Cùng với sự phát triển kinh tế, đời sống nhân dân tăng  
5
   
cao nên nhu cầu sdụng năng lượng càng tăng. Nguồn năng lượng sdng  
chyếu ngày nay là dầu, than đá, khí gas.  
Trong khi đó sự khai thác và sử dng mnh mẽ nên nguồn năng lượng  
hoá thạch quý giá (không tái tạo) đang cạn dn, dẫn đến nguy cơ mất an ninh  
năng lượng nhiu quc gia, khu vực và quốc tế. Vì vậy, việc phát triển và  
khai thác năng lượng tái tạo rất được các nước trên thế giới quan tâm phát  
trin.  
Năng lượng tái tạo có thể tạo ra nguồn điện ngoài lưới tại chỗ, rẻ tiền,  
góp phần đảm bảo an ninh năng lượng. Nếu được đầu tư phát triển nguồn  
năng lượng tái tạo đúng hướng, nguồn năng lượng này có thể góp phần quan  
trọng vào giải quyết vấn đề năng lượng, khai thác hợp lý tài nguyên thiên  
nhiên, bảo vệ môi trường góp phần đảm bảo sự phát triển kinh tế bền vững.  
Vì vậy phát triển năng lượng tái tạo là hết sức cần thiết  
1.1.5. Sự phát triển năng lượng tái tạo trên thế gii  
Hiện nay nhiều nước trên thế giới đang hối hả phát triển, ứng dụng  
nguồn năng lượng tái tạo, chẳng hạn như Trung Quốc, Đức và Nhật Bản.  
Nguyên nhân chính là năng lượng truyền thống (than, dầu, khí...) sắp cạn kiệt,  
nguồn cung cấp biến động về giá cả, chịu ảnh hưởng của chính trị và việc sử  
dụng chúng làm phát thải khí nhà kính, gây hiệu ứng nóng lên toàn cầu.  
Thế giới dường như đang đứng trước sự kết thúc của thời đại "vàng đen"  
giá rẻ. Đã từ không chỉ một năm nay giá dầu mỏ trên thị trường quốc tế không  
ngừng tăng với tốc độ phi mã, lập hết kỷ lục kinh hồn này đến kỷ lục kinh hồn  
khác. Và không có dấu hiệu là tiến trình này sẽ sớm kết thúc. Điều đó đang  
buộc không ít quốc gia phải suy nghĩ tới những đề án tìm kiếm các nguồn  
năng lượng khác.  
Tính trung bình, các nước muốn thoát khỏi sự lệ thuộc vào dầu mỏ, khí  
đốt và than đá dự tính tới năm 2010 sẽ nhận được từ 5% tới 30% lượng điện  
năng nhờ sử dụng thủy điện, năng lượng mặt trời, gió, các chất sinh học…  
6
 
Tải về để xem bản đầy đủ
pdf 72 trang yennguyen 30/03/2022 5440
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Đồ án Tìm hiểu năng lượng tái tạo và thuật toán INC bám điểm công suất cực đại cho pin mặt trời", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên

File đính kèm:

  • pdfdo_an_tim_hieu_nang_luong_tai_tao_va_thuat_toan_inc_bam_diem.pdf