PowerPoint đồ án THIẾT KẾ, CHẾ TẠO VÀ KHẢO NGHIỆM BỘ BIẾN ĐỔI DCDC TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN MẶT TRỜI CÔNG SUẤT 1100Wp

KHOA CƠ ĐIỆN
BÁO CÁO
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
Đề tài: ”Thiết kế, chế tạo và khảo nghiệm bộ biến đổi DC – DC sử dụng trong hệ
thống điện mặt trời công suất 1100 Wp”
Giáo viên hướng dẫn :

Sinh viên thực hiện

Mã sinh viên

:

: 566524


Phần I Đặt vấn đề
Phần II Tổng quan về hệ thống điện mặt trời
Phần III Nghiêm cứu bộ biến đổi DC – DC
NỘI DUNG
Phần IV Thiết kế bộ biến đổi DC – DC
Phần V Khảo nghiệm bộ biến đổi DC – DC
Phần VI Kết luận và kiến nghị


Phần I Đặt vấn đề
Điện năng có vai trị
quan trọng

Nhu cầu sử dụng
điện tăng

Nguồn năng lượng
truyền thống cạn kiệt

Ảnh hưởng tới môi
trường

Bộ biến đổi
DC – DC

Nguồn năng lượng
mặt trời

Giải pháp


Phần II Tổng quan về hệ thống điện mặt trời độc lập
Sơ đồ hệ thống :


1. PIN MẶT TRỜI
Pin mặt trời là thiết bị ứng dụng hiệu ứng
quang điện trong bán dẫn (thường gọi là
hiệu ứng quang điện trong - quang dẫn)
để tạo ra dòng điện một chiều từ ánh
sáng mặt trời, là thiết bị giúp chuyển hóa
trực tiếp năng lượng ánh sáng mặt trời
(quang năng) thành năng lượng điện
(điện năng) dựa trên hiệu ứng quang
điện. Hiệu ứng quang điện là khả năng

phát ra điện tử (electron) khi được ánh
sáng chiếu vào bề mặt vật chất.

Hình 2.1 Cấu tạo pin mặt
trời

Hình 2.2 pin mặt trời


2. BATTERY ( ÁCQUY ).
Acquy là loại bình điện hóa học dùng để
tích trữ điện năng làm nguồn điện cung cấp
cho các thiết bị sử dụng điện
Phân loại ácquy:
Acquy “châm nước”
Acquy miễn bảo dưỡng (MF –
Maintainence Free
Acquy kín khí (AGM VRLA –
Absorbent Glass Mat / Valve Regulated
Lead Acid):
Acquy AGM Gel (AGM GEL)
Acquy 100% Gel:  

Hình 2.3 BATTERY ( ÁCQUY ).


3 BỘ NGHỊCH LƯU DC/AC
Dùng để biến đổi điện áp đầu vào 1 chiều
thành điện áp đầu ra có đặc tính giống như
điện áp của lưới điện quốc gia: 220V, xoay

chiều, tần số 50 Hz.

Hình 2.4 Bộ nghịch lưu DC – AC


4 BỘ BIẾN ĐỔI DC-DC
Bộ biến đổi DC/DC được sử dụng rộng rãi trong
nguồn điện 1 chiều với mục đích chuyển đổi nguồn
một chiều không ổn định thành nguồn điện một chiều
có thể điều khiển được. Trong hệ thống pin mặt trời,
bộ biến đổi DC/DC được kết hợp chặt chẽ với MPPT.
MPPT sử dụng bộ biến đổi DC/DC để điều chỉnh
nguồn điện áp vào lấy từ nguồn pin mặt trời, chuyển
đổi và cung cấp điện áp lớn nhất phù hợp với tải.
Các loại bộ biến đổi DC/DC thường dùng trong hệ PV
gồm:
- Bộ giảm áp (buck)
- Bộ tăng áp (boost)
- Bộ đảo dấu điện áp (buck – boost).
- Bộ biến đổi tăng – giảm áp Cusk

Hình 3.5 Bộ biến đổi DC – DC


Phần III. Nghiêm cứu bộ biến đổi DC – DC
Mạch Buck
Khóa K trong mạch là những khóa điện tử BJT, MOSFET, hay
IGBT. Mạch Buck có chức năng giảm điện áp đầu vào xuống
thành điện áp nạp ắc quy. Khóa transitor được đóng mở với tần
số cao.

L
K
V1

V2
C1

Đ

C2

Hình 3.1 Sơ đồ ngun lí mạch Buck


Mạch Boost
Mạch này tăng điện áp võng khi phóng của ắc quy lên để đáp
ứng điện áp ra.
Giống như bộ Buck, hoạt động của bộ Boost được thực hiện qua
cuộn kháng L. Chuyển mạch K đóng mở theo chu kỳ.
Đ

L
V1

K
C1

V0
C2

Hình 3.2 Sơ đồ nguyên lí mạch Boots


Mạch Buck – Boost: Bộ điều khiển phóng ắc quy
Mạch Boost chỉ có thể tăng áp trong khi mạch Buck đã trình bày
ở trên thì chỉ có thể giảm điện áp vào. Kết hợp cả hai mạch này
với nhau tạo thành mạch Buck – Boost vừa có thể tăng và giảm
điện áp vào.
Đ
V1

C

K

V0
L

Hình 3.3 Sơ đồ nguyên lí mạch Buck - Boots


Nguồn xung kiểu Flyback
Mạch có cấu tạo bởi 1 van đóng cắt và 1 biến áp xung. Biến áp
dùng để truyền công suất từ đầu vào cho đầu ra. Điện áp đầu ra
phụ thuộc vào băm xung (PWM) và tỉ số truyền của lõi.

Hình 3.4 Sơ đồ nguyên lí mạch Flyback


Nguồn xung kiểu Push-Pull

Đây là dạng kiểu nguồn xung được truyền công suất gián tiếp thông qua biến áp,
cho điện áp đầu ra nhỏ hơn hay lớn hơn so với điện áp đầu vào. Từ một điện áp
đầu vào cũng có thể cho nhiều điện áp đầu ra, nó được gọi là nguồn đẩy kéo

Hình 3.5 Sơ đồ nguyên lí mạch Push-pull


GIỚI THIỆU PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH MPPT( MAXIMUM
POWER POINT TRACKER )
MPPT (Maximum Power Point Tracker) là phương pháp dị tìm
điểm làm việc có cơng suất tối ưu của hệ thống nguồn điện pin
mặt trời qua việc điều khiển chu kỳ đóng mở khố điện tử dùng
trong bộ DC/DC. Phương pháp MPPT được sử dụng rất phổ biến
trong hệ thống pin mặt trời làm việc độc lập và đang dần được
áp dụng trong hệ quang điện làm việc với lưới. MPPT bản chất là
thiết bị điện tử công suất ghép nối nguồn điện PV với tải để
khuyếch đại nguồn công suất ra khỏi nguồn pin mặt trời khi
điều kiện làm việc thay đổi, và từ đó có thể nâng cao được hiệu
suất làm việc của hệ. MPPT được ghép nối với bộ biến đổi
DC/DC và một bộ điều khiển.


Phần IV Thiết kế bộ biến đổi DC – DC
Tính chọn ácquy cho hệ thống :
 Công suất của hệ thống là PWpht = 1100 (Wp).
 Suy ra số Watt – hour của hệ thống là.
PWhht = PWpht x 4.58 = 1100 x 4.58 = 5038 ( Wh)
 Thông thường thì cơng suất của hệ thống sẽ phải chịu được quá
tải từ 1,3 đến 1,5 lần so với công suất tải tiêu thụ. Ta chọn tải tiêu
thụ có trị số:

Ptt = PWhht/1.3 = 5038/1.3 = 3875,38 ( Wh)
 Ta tính chọn dung lượng của ác quy.
Ta có cơng thức :


Ta chọn ácquy loại deep-cycle có dung lượng 640 Ah – điện áp 12V.
Nhưng ác quy với dung lượng 640 Ah - 12 V là rất lớn nên việc thiết kế bộ
biến đổi DC – DC là rất phức tạp vì vậy ta sẽ chọn ghép nối tiếp 4 ácquy loại
deep-cycle dung lượng 160 Ah – 12V/16A cho hệ thống khi đó việc thiết kế bộ
biến đổi DC – DC sẽ đơn giản hơn và vẫn đạt yêu cầu của hệ thống.
Nhiệm vụ của đồ án :
1100Wp công suất pin mặt trời.
4 ácquy 160Ah - 12V/16A mắc nối tiếp nhau
Điện áp đầu vào : 60 V
Điện áp đầu ra : Ura = 4 × Uacquy = 4 × 12 = 48 V
Dòng điện đầu ra : Ira = 16 A


Sơ đồ nguyên lí bộ biến đổi DC – DC


Sơ đồ khối tạo nguồn cho PIC16F887-I/P
12V
ACQUY VOL R3
1ACQUY_INPUT 4ACQUY_INPUT

G
N
D

2

2

2

47R/10W

24V IC3
12V IC4
VCC
R4
3
1
3
1
3
OUT
IN OUT
IN OUT
C2 C6
C3 C7
C4 C81k
100uF/50V
1000uF/50V
1000uF/16V
104J/100V
104J/100V
100pF LED1
G

N
D

1
2
3

HD1
Header 3

C5
104J/100V

IN
G
N
D

R847R/10W

1

IC2

LM7824

LM7812

LM7805

GND


Khối đưa điện áp ra tải
ACQUY VOL

F1
30A
P2

12V
R2
CONTROL_LOAD
1K

T1
2N3904
R5
10K

2
1

D1
1N4007
D

R6
1K

2

G
1

R9 D3
10K13V

S

3

GND

Q1
IRF540

2
1
LOAD


Khối mạch công suất
P1

F2

SOLAR VOL

1

2

1
2

IC1
R1
120K

Fuse 1/20A

INPUT SOLAR
GND

GND

1
2

U_SOLAR
65V_MAX
D2
5,6V

R7
10K

100pF
CURRENT_SENSOR

C9
0.1uF

3
4

FILTER
IPIP-

GND

6
5

C10
1nF

ACS712-30A
GND

220uF/450V
104J/100V

2
R14
1N4148
10R

2

3

R12 D6
4K7 13V
D7 VS_IR

G

D
S

1

1
R16 D10
4K7 13V

G

D
S

R101N4148

Switch

GND

ACS712

C11
C12

D4

10R

VCCC1

7

R11
IC5
IRFP460
20K
L1

C13

D5ACQUY VOL

0.1uF

Diode XungR13
120K
C16 U_ACQUY
9uH
10uF/50V
D8
IC6

D9
R15 C17
5,6V 10K
IRFP460Diode Xung
0.1uF

GND
GND

P3
C14C15
4700uF/16V
104J/100V

3

CO N TRO L_PW M

VCC
VIOUT

GND

GND

IP+
IP+

8

2
1
GND

2
1
ACQUY


Sơ đồ khối phát xung điều khiển của IR2184
C24

PWM1
PWM2

GND

D11

C27
U2 1N4148
10uF 5
12V
VCC
Vb
R18100pF
1
IN
HO
R19

100R
2
SD
Vs
100R
3
COM
LO
GND

IR2184

C26
C28
8 100pF
7 10uF CONTROL_PWM
6

VS_IR

4

Switch


Khối LCD hiển thị

9
8
7

14
13
12
11
10

LCD16x2A

D7
D6
D5
D4
D3
D2
D1
D0

EN
6
R /W
5
RS
4

GND

GND
K
1

16

A
VDD
VSS

15
2
VR1
10K
3
1k
C25
100pF

LCD1
R17
VCC

LCD 6
LCD 5
LCD 4
LCD 3

LCD 2
LCD 1
LCD 0


Khối vi điều khiển PIC16F887-I/P

X1
22p
C19 20Mhz
OSC2
22p
GND
P4
5
4
3
2
1

MCLR
VCC
GND
PGD
PGC

C20
1uF

C21
1uF

100pF(vang)

VCC

OSC1

100pF(vang)

C18

11
32

U1
VDD
VDD

C22 12C23
31

VSS
VSS

GND
C29

RA0/AN0/ULPWU/C12IN0RA1/AN1/C12IN1RA2/AN2/VREF-/CVREF/C2IN+
RA3/AN3/VREF+/C1IN+
RA4/T0CKI/C1OUT
RA5/AN4/SS/C2OUT
RA6/OSC2/CLKOUT
RA7/OSC1/CLKIN

100pF

LCD0
LCD1
LCD2

Programmer

LCD3
LCD4
LCD5
LCD6

1
3

SW4

2 MCLR
4

SW

R24
10K

GND
VCC

19
20
21

22
27
28
29
30
8
9
10
1

RD0
RD1
RD2
RD3
RD4
RD5/P1B
RD6/P1C
RD7/P1D
RE0/AN5
RE1/AN6
RE2/AN7
RE3/MCLR/VPP

RB0/AN12/INT
RB1/AN10/C12IN3RB2/AN8
RB3/AN9/PGM/C12IN2RB4/AN11
RB5/AN13/T1G
RB6/ICSPCLK
RB7/ICSPDAT
RC0/T1OSO/T1CKI

RC1/T1OSI/CCP2
RC2/P1A/CCP1
RC3/SCK/SCL
RC4/SDI/SDA
RC5/SDO
RC6/TX/CK
RC7/RX/DT

2
3
4
5
6
7
14
13

CURRENT_SENSOR
U_SOLAR
U_ACQUY

33
34
35
36
37
38
39
40

BTN0
BTN1
BTN2
BTN3

15
16
17
18
23
24
25
26

OSC1
OSC2

PGC
PGD
PWM2
PWM1
CONTROL_LOAD
J1

TX
RX

1
2
3

PIC16F887-I/P
GND

Jumper 3


Mạch in bộ biến đổi DC – DC


Lưu đồ thuật tốn điều khiển :

BEGIN

Cài đặt cơng suất nạp

Đọc điện áp sạc và
dòng sạc

NO

So sánh

Ptt > Pmax

Giảm điện áp sạc

Mở áp cho tải

YES

So sánh
Uacquy > Uđặt

NO
Đóng áp tải

Tăng điện áp sạc