NGHIÊN cứu điều KHIỂN tối ưu hệ THỐNG điện NĂNG LƯỢNG mặt TRỜI

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ
TIÊU TRƯỜNG VŨ

NGHIÊN CỨU ĐIỀU KHIỂN TỐI ỨU HỆ THỐNG ĐIỆN
NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI

NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN - 60520202

S K C0 0 4 9 1 2

Tp. Hồ Chí Minh, năm 2016


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ
TIÊU TRƯỜNG VŨ

NGHIÊN CỨU ĐIỀU KHIỂN TỐI ƯU HỆ THỐNG ĐIỆN
NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI

NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN - 60520202

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10 năm 2016

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ
TIÊU TRƯỜNG VŨ

NGHIÊN CỨU ĐIỀU KHIỂN TỐI ƯU HỆ THỐNG ĐIỆN
NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI

NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN - 60520202
Hướng dẫn khoa học: TS. HUỲNH CHÂU DUY

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10 năm 2016


LÝ LỊCH KHOA HỌC
I. LÝ LỊCH SƠ LƯỢC:
Họ & tên: TIÊU TRƯỜNG VŨ

Giới tính: Nam

Ngày, tháng, năm sinh: 15/07/1979

Nơi sinh: Cà Mau

Quê quán: Tân Dân – Đầm Dơi – Cà Mau

Dân tộc:

Kinh

Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc: Trường TC. Kinh Tế Kỹ Thuật Cà Mau
Điện thoại cơ quan: 0780.03821050
Fax:

0780.3828619

Điện thoại nhà riêng: 0907864141
E-mail:

II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO:
1. Trung học chuyên nghiệp:
Hệ đào tạo: Chính qui
Thời gian đào tạo từ . 1995/ đến ..…/ 1998
Nơi học (trường, thành phố): Trường Bán Công Cà Mau, tỉnh Cà Mau
2. Đại học:
Hệ đào tạo: Tại chức
Thời gian đào tạo từ …/1999 đến …/ 2005
Nơi học (trường, thành phố): Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố
Hồ Chí Minh
Ngành học: Kỹ Thuật Điện
Ngành học: Điện khí hóa – cung cấp điện
Tên đồ án, luận án hoặc môn thi tốt nghiệp: Cung cấp điện, vi điều khiển,
trang bị điện
Ngày & nơi bảo vệ đồ án, luận án hoặc thi tốt nghiệp:
Người hướng dẫn:
3. Thạc sĩ:
Hệ đào tạo: Cao học

Thời gian đào tạo từ 06/10/2014 đến…./10/2016

Nơi học (trường, thành phố): Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố
Hồ Chí Minh
Ngành: Kỹ Thuật Điện
Tên luận văn tốt nghiệp: Nghiên Cứu Điều Khiển Tối Ưu Hệ Thống Điện
Năng Lượng Mặt Trời

i


Ngày & nơi bảo vệ, luận văn tốt nghiệp: 23/10/2016, tại Trường Đại Học Sư
Phạm Kỹ Thuật Thành Phố. Hồ Chí Minh
Người hướng dẫn: TS. Huỳnh Châu Duy
III. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP
ĐẠI HỌC:
Thời gian
Từ 01/12/2005

Nơi công tác

Công việc đảm nhiệm

Trường TC.KT-KT Cà Mau

Nhân viên tổ kỹ thuật điện

Từ 07/11/2007 – đến nay Trường TC.KT-KT Cà Mau

Giáo viên

TP. Hồ Chí Minh, ngày 09 tháng 10 năm 2016
Người khai ký tên

Tiêu Trường Vũ

ii


LỜI CAM ÐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết
quả nêu trong Luận văn là trung thực và chưa từng đuợc ai công bố trong bất kỳ
công trình nào khác.
Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện Luận văn này đã
được cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong Luận văn đã đuợc chỉ rõ nguồn gốc.
TP. HỒ CHÍ MINH, ngày 19 tháng 10 năm 2016
Học viên thực hiện Luận văn

Tiêu Trường Vũ

iii


LỜI CÁM ƠN
Đầu tiên, em xin chân thành cám ơn Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.
HCM, Phòng Đào tạo sau đại học, Khoa Điện - Điện tử đã hỗ trợ, tạo điều kiện
thuận lợi cho em hoàn thành khóa học và đề tài luận văn.
Đặc biệt em xin chân thành cám ơn Thầy, Tiến Sĩ HUỲNH CHÂU DUY đã
tận tình giúp đỡ, đóng góp những ý kiến quý báo và hướng dẫn em thực hiện hoàn

thiện Luận văn này.
Cuối cùng, xin cảm ơn bạn bè, đồng nghiệp và gia đình đã tạo điều kiện
thuận lợi, giúp đỡ em trong quá trình thực hiện Luận văn.
Tiêu Trường Vũ

iv


Tóm tắt
Luận văn tập trung các vấn đề liên quan đến “Nghiên cứu điều khiển tối ưu
hệ thống điện năng lượng mặt trời” mà bao gồm các nội dung như sau:
+ Chương 1: Giới thiệu
+ Chương 2: Tổng quan tình hình nghiên cứu và khai thác nguồn năng lượng
điện mặt trời
+ Chương 3: Pin quang điện
+ Chương 4: Nghiên cứu và ứng dụng giải thuật bám điểm công suất cực
đại của một hệ thống điện năng lượng mặt trời
+ Chương 5: Mô phỏng điều khiển bám điểm công suất cực đại của một hệ
thống điện năng lượng mặt trời
+ Chương 6: Kết luận và hướng phát triển tương lai

v


Abstract
This thesis focuses on issues related to "Maximum power point tracking
control of solar energy power systems" that includes the following contents:
+ Chapter 1: Introduction
+ Chapter 2: Literature review of solar energy
+ Chapter 3: Photovoltaic cells

+ Chapter 4: Maximum power point tracking algorithms
+ Chapter 5: Simulation results of maximum power point tracking control
+ Chapter 6: Conclusions and future works

vi


MỤC LỤC
Trang tựa

TRANG

Quyết định giao đề tài
Lý lịch cá nhân ........................................................................................................... i
Lời cam đoan ............................................................................................................iii
Lời cám ơn ............................................................................................................... iv
Tóm tắt ..................................................................................................................... vi
Mục lục..................................................................................................................... vii
Danh sách các chữ viết tắt .......................................................................................... x
Danh sách các bảng .................................................................................................. xi
Danh sách các hình................................................................................................... xii
Chương 1. GIỚI THIỆU
1.1. Giới thiệu ...................................................................................................... 1
1.2. Tính cấp thiết của đề tài ................................................................................ 2
1.3. Đối tượng nghiên cứu ................................................................................... 3
1.4. Phạm vi nghiên cứu ...................................................................................... 3
1.5. Mục tiêu và nội dung nghiên cứu ................................................................. 3
1.6. Phương pháp nghiên cứu ............................................................................... 4
1.7. Bố cục của luận văn ....................................................................................... 4
Chương 2. TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VÀ KHAI THÁC

NGUỒN NĂNG LƯỢNG ĐIỆN MẶT TRỜI
2.1. Cấu trúc mặt trời ........................................................................................... 5
2.2. Quỹ đạo của trái đất quanh mặt trời ............................................................. 7
2.3. Góc cao độ của mặt trời vào buổi trưa .......................................................... 8
2.4. Bức xạ mặt trời ............................................................................................ 10
2.5. Ứng dụng năng lượng mặt trời .................................................................... 13
2.6. Tình hình khai thác năng lượng mặt trời tại Việt Nam ............................... 14
2.7. Tổng quan tình hình nghiên cứu .................................................................. 18

vii


Chương 3. PIN QUANG ĐIỆN
3.1. Giới thiệu .................................................................................................... 22
3.2. Sơ đồ thay thế đơn giản của PV .................................................................. 25
3.3. Sơ đồ thay thế của PV có xét đến các tổn hao............................................. 26
3.4. Module PV ................................................................................................... 27
3.5. Mảng PV ...................................................................................................... 28
3.5.1. Nối nối tiếp nhiều module PV .................................................................. 28
3.5.2. Nối song song nhiều module PV .............................................................. 29
3.5.3. Nối hỗn hợp nhiều module PV ................................................................. 29
3.6. Các ảnh hưởng đến PV ................................................................................ 30
3.6.1. Ảnh hưởng của cường độ chiếu sáng ....................................................... 30
3.6.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ .......................................................................... 31
3.6.3. Ảnh hưởng của hiện tượng bóng râm ....................................................... 31
Chương 4. GIẢI THUẬT BÁM ĐIỂM CÔNG SUẤT CỰC ĐẠI
4.1. Giới thiệu .................................................................................................... 36
4.2. Giải thuật P&O (Perturbation and Observation) ......................................... 37
4.3. Thuật toán điện dẫn gia tăng (InC - Incremental Conductance) ................. 41
4.4. Thuật toán điện áp hằng số .......................................................................... 43

4.5. Phương pháp điều khiển MPPT................................................................... 45
4.5.1. Phương pháp điều khiển PI....................................................................... 45
4.5.2. Phương pháp điều khiển trực tiếp ............................................................. 46
4.5.3. Phương pháp điều khiển đo trực tiếp tín hiệu ra ...................................... 49
4.6. Ứng dụng thuật toán bám điểm công suất cực đại, P&O thích nghi ........... 49
Chương 5. MÔ PHỎNG ĐIỀU KHIỂN BÁM ĐIỂM CÔNG SUẤT CỰC ĐẠI
CỦA MỘT HỆ THỐNG ĐIỆN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI
5.1. Giới thiệu ..................................................................................................... 51
5.2. Mô phỏng pin quang điện ............................................................................ 53
5.3. Mô phỏng hệ thống điện năng lượng mặt trời với giải thuật bám điểm
công suất cực đại P&O và P&O thích nghi ....................................................... 58

viii


5.3.1. Điều kiện bức xạ không đổi, G = 1000 W/m2 và nhiệt độ,
T = 250C.............................................................................................................. 58
5.3.2. Điều kiện bức xạ thay đổi dạng bậc thang và nhiệt độ, T = 250C ............ 61
Chương 6. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN TƯƠNG LAI
6.1. Kết luận........................................................................................................ 66
6.2. Hướng phát triển tương lai .......................................................................... 66
TÀI LIỆU THAM KHẢO ..................................................................................... 67

ix


DANH MỤC KÍ HIỆU
PV Array

Pin quang điện

NLMT

Pin năng lượng mặt trời.

MPP

Điểm công suất cực đại của Pin năng lượng mặt trời.

PLL

Vòng khóa pha.

PWM

Bộ tạo xung

Vref

Điện áp chuẩn

Voc

Điện áp hở mạch

VMPP

Điện áp tối đa của Pin quang điện

DSP

(Processing Signal Digital): Tín hiệu số

DC/DC

Bộ biến đổi điện áp



Góc nhìn mặt trời

D

Hệ số làm việc của bộ biến đổi Boost

Rs

Điện trở nối tiếp biểu diễn cho các tổn thất công suất

Rp

Điện trở song song biểu diễn cho các tổn thất công suất

Vd

Điện áp của Diode

Wp

Watt-peak

x


DANH SÁCH BẢNG
BẢNG

TRANG

Bảng 2.1. Bảng ngày số n của ngày đầu tiên của mỗi tháng ..................................... 8
Bảng 2.2. Bảng thống kê góc δ của ngày 21 mỗi tháng ............................................ 9
Bảng 2.3. Tiềm năng năng lượng mặt trời tại Việt Nam ......................................... 15
Bảng 3.1. Bảng phân loại tuần hoàn trích lược với tinh thể Silicon thuộc
nhóm IV ................................................................................................................... 23
Bảng 4.1. Bảng tóm tắt thuật toán leo đồi P&O ...................................................... 38

xi


DANH SÁCH HÌNH VẼ
HÌNH

TRANG

Hình 2.1. Cấu trúc của mặt trời ................................................................................. 5
Hình 2.2. Quỹ đạo trái đất quay quanh mặt trời ........................................................ 8
Hình 2.3. Nhìn quỹ đạo trái đất để dễ tính góc δ....................................................... 9
Hình 2.4. Góc cao độ mặt trời ................................................................................... 9
Hình 2.5. Dải bức xạ điện từ ................................................................................... 10
Hình 2.6. Góc nhìn mặt trời..................................................................................... 11

Hình 2.7. Quá trình truyền năng lượng bức xạ mặt trời qua lớp khí quyển
của trái đất ................................................................................................................ 13
Hình 3.1. Phổ năng lượng mặt trời .......................................................................... 22
Hình 3.2. Nguyên tắc chuyển đổi năng lượng mặt trời thành năng lượng
điện của PV .............................................................................................................. 24
Hình 3.3. Mô hình đơn giản của PV ........................................................................ 24
Hình 3.4. Sơ đồ thay thế đơn giản của PV .............................................................. 25
Hình 3.5. Các tham số quan trọng của PV: dòng điện ngắn mạch, Isc và
điện áp hở mạch, Voc ................................................................................................ 25
Hình 3.6. Mô hình thay thế PV có xét đến các tổn hao ........................................... 26
Hình 3.7. Đặc tính PV có xét đến các ảnh hưởng của Rs và Rp ............................... 27
Hình 3.8. Module PV............................................................................................... 27
Hình 3.9. Đặc tính của module PV .......................................................................... 28
Hình 3.10. Các module PV được kết hợp nối tiếp với nhau ................................... 28
Hình 3.11. Các module PV được kết hợp song song với nhau ............................... 29
Hình 3.12. Các module PV được kết hợp hổn hợp với nhau .................................. 29
Hình 3.13. Đặc tuyến V-I của PV với các cường độ chiếu sáng khác
nhau và nhiệt độ PV không đổi, 250C ...................................................................... 30
Hình 3.14. Đặc tuyến V-I của PV với các nhiệt độ khác nhau và cường
độ chiếu sáng không đổi 1 kW/m2 ........................................................................... 31

xii


Hình 3.15. Module PV với n PV trong trường hợp module không bị
che khuất .................................................................................................................. 31
Hình 3.16. Module PV với n PV trong trường hợp module bị che khuất
một phần .................................................................................................................. .32
Hình 3.17. Ảnh hưởng của hiện tượng bóng râm đối với module PV .................... 33
Hình 3.18. Module PV với nhiều PV bị che khuất.................................................. 33

Hình 3.19. Module PV sử dụng diode bypass ......................................................... 34
Hình 3.20. Đặc tính của PV trong trường hợp sử dụng diode bypass ..................... 34
Hình 3.21. Đánh giá so sánh giữa các trường hợp có và không có diode
bypass ....................................................................................................................... 35
Hình 4.1. Quan hệ điện áp và dòng của PV ............................................................ 36
Hình 4.2. Thuật toán P&O khi tìm điểm làm việc có công suất lớn nhất ............... 37
Hình 4.3. Lưu đồ thuật toán P&O ........................................................................... 39
Hình 4.4. Sự thay đổi điểm MPP theo gia tăng bức xạ ........................................... 40
Hình 4.5. Thuật toán InC ......................................................................................... 41
Hình 4.6. Lưu đồ thuật toán InC.............................................................................. 43
Hình 4.7. Lưu đồ thuật toán điện áp không đổi ....................................................... 44
Hình 4.8. Sơ đồ khối phương pháp điều khiển MPPT sử dụng bộ bù PI ................ 45
Hình 4.9. Sơ đồ khối của phương pháp điều khiển trực tiếp MPPT ....................... 46
Hình 4.10. Mối quan hệ giữa tổng trở vào Rin và hệ số làm việc D ....................... 48
Hình 5.1. Sơ đồ hệ thống điện năng lượng mặt trời bám điểm công suất
cực đại và nối lưới .................................................................................................... 51
Hình 5.2. Sơ đồ mô phỏng hệ thống điện năng lượng mặt trời bám điểm
công suất cực đại và nối lưới .................................................................................. 52
Hình 5.3. Khối mô phỏng các thuật toán P&O và P&O thích nghi ........................ 52
Hình 5.4. Khối mô phỏng bộ biến đổi DC/DC Boost ............................................. 53
Hình 5.5. Khối khai báo thông số mô phỏng cho một mảng PV cần
khảo sát..................................................................................................................... 53
Hình 5.6. Các đặc tuyến Điện áp - Cường độ dòng điện (V-A) và Điện

xiii


áp - Công suất (V-P) của module PV ...................................................................... 54
Hình 5.7. Các đặc tuyến Điện áp - Cường độ dòng điện (V-A) và Điện
áp - Công suất (V-P) của module PV của hệ PV .................................................... 55

Hình 5.8. Khối mô phỏng các trạm biến áp............................................................. 57
Hình 5.9. Khối mô phỏng nguồn lưới ..................................................................... 57
Hình 5.10. Cường độ bức xạ không đổi, G = 1000 W/m2 ....................................... 58
Hình 5.11. Công suất của hệ PV sử dụng thuật toán P&O với G không đổi .......... 59
Hình 5.12. Công suất của hệ PV sử dụng thuật toán P&O thích nghi
với G không đổi........................................................................................................ 59
Hình 5.13. Công suất của hệ PV sử dụng thuật toán P&O và P&O thích
nghi với G không đổi ............................................................................................... 60
Hình 5.14. Cường độ bức xạ thay đổi dạng bậc thang ............................................ 61
Hình 5.15. Công suất của hệ PV sử dụng thuật toán P&O với G thay đổi
bậc thang .................................................................................................................. 61
Hình 5.16. Công suất của hệ PV sử dụng thuật toán P&O thích nghi với G
thay đổi bậc thang .................................................................................................... 62
Hình 5.17. Công suất của hệ PV sử dụng thuật toán P&O và P&O thích
nghi với G thay đổi bậc thang .................................................................................. 63
Hình 5.18. Cường độ bức xạ thay đổi ngẫu nhiên................................................... 63
Hình 5.19. Công suất của hệ PV sử dụng thuật toán P&O với G thay đổi
ngẫu nhiên ................................................................................................................ 64
Hình 5.20. Công suất của hệ PV sử dụng thuật toán P&O thích nghi với G
thay đổi ngẫu nhiên .................................................................................................. 64
Hình 5.21. Công suất của hệ PV sử dụng thuật toán P&O và P&O thích
nghi với G thay đổi ngẫu nhiên ................................................................................ 65

xiv


Chương 1

GIỚI THIỆU
1.1. Giới thiệu

Vấn đề khủng hoảng năng lượng điện đã và đang được thế giới nói chung và
Việt Nam nói riêng đặc biệt quan tâm. Để giải quyết vấn đề này, đã có rất nhiều đề
xuất của việc sử dụng các dạng năng lượng khác nhau để tạo ra năng lượng điện,
dưới các dạng năng lượng tái tạo. Một trong số đó có năng lượng mặt trời.
Mặt trời là một khối cầu lửa khổng lồ, tại đó những phản ứng nhiệt hạch xảy
ra liên tục và phát ra nguồn năng lượng dường như vô tận. Những phản ứng nhiệt
hạch trên mặt trời đã và đang diễn ra hàng triệu triệu năm mà chưa ai dự đoán được
thời điểm kết thúc của nó. Trái cầu lửa mặt trời khổng lồ ấy mới chỉ truyền một phần
năng lượng nhỏ bé của nó xuống trái đất cách xa hàng triệu km mà con người chúng
ta đã cảm thấy sức nóng khủng khiếp của mặt trời ở nhiều vùng. Năng lượng mặt trời
đã mang lại sự sống cho trái đất và cũng có thể thiêu trụi cả trái đất nếu trái đất
không có tầng ô zôn và khí quyển bảo vệ.
Có thể nhận thấy rằng, năng lượng mặt trời là một nguồn năng lượng sạch
không giống như bất kỳ một nguồn năng lượng nào khác mà chúng ta đang khai thác
trên trái đất. Ví dụ như thủy năng gây đột biến dòng chảy của sông và làm mất cân
bằng sinh thái ở khu vực hạ lưu dòng sông đó; nhiệt điện gây bụi và ô nhiễm môi
trường bằng khí CO2; còn năng lượng hạt nhân có khả năng gây nhiều nguy cơ kinh
khủng hơn nữa. Nếu chúng ta tận dụng được nguồn năng lượng mặt trời để phục vụ
đời sống và phát triển đất nước là một công việc rất có ích và có thể bảo vệ được môi
trường sinh thái [1].
Một trong các ứng dụng chính ở tầm vĩ mô của nguồn năng lượng mặt trời là
bài toán sản xuất năng lượng điện thông qua hệ thống PV (Photovoltaic, PV). Các
ứng dụng này có thể độc lập trong các hộ gia đình, phục vụ chiếu sáng đường phố,
xe điện, quân sự và các ứng dụng không gian hoặc là một hệ thống được kết nối với
lưới điện quốc gia. Trong các hệ thống PV này đang tồn tại hai vấn đề lớn:

1


- Hiệu suất chuyển đổi của năng lượng mặt trời thành năng lượng điện là rất

thấp (9 ÷ 17%), đặc biệt là trong các điều kiện bức xạ thấp,
- Năng lượng điện được tạo ra bởi PV thay đổi liên tục dưới các điều kiện
thời tiết khác nhau.
Mặt khác, đặc tính V–I của PV là phi tuyến và cũng sẽ thay đổi dưới các điều
kiện nhiệt độ và bức xạ khác nhau và trên các đặc tuyến V–I hoặc V–P sẽ tồn tại
một điểm duy nhất mà được gọi là điểm công suất cực đại (Maximum power point,
MPP). Vị trí của các MPP là không xác định được, nhưng có thể đạt được thông qua
các mô hình tính toán hoặc các thuật toán tìm kiếm. Sau khi các MPP đã được xác
định, các kỹ thuật bám MPP sẽ được sử dụng để duy trì điểm làm việc của các PV
luôn luôn là MPP.
Với các phân tích trên cho thấy rằng hiệu suất chuyển đổi năng lượng mặt
trời thành năng lượng điện của hệ PV là hoàn toàn có thể được tối ưu, nhằm nâng
cao hiệu quả khai thác. Điều này cũng có nghĩa là sẽ giảm bớt gánh nặng cho các
nguồn năng lượng điện truyền thống như thủy điện hay nhiệt điện. Chính vì các lý
do trên, đề tài “Nghiên cứu điều khiển tối ưu hệ thống điện năng lượng mặt
trời” được lựa chọn và thực hiện trong luận văn này.
1.2. Tính cấp thiết của đề tài
Nguồn điện đang gánh chịu các áp lực nặng nề của sự cạn kiệt các nguồn
năng lượng sơ cấp truyền thống (nước, nhiên liệu hóa thạch, . . .). Để giảm bớt các
gánh nặng này, cũng như nâng cao hiệu quả khai thác của các nguồn năng lượng tái
tạo, đề tài được xem là cần thiết được nghiên cứu và triển khai.

2


1.3. Đối tượng nghiên cứu

Các nghiên cứu sẽ được thực hiện trên mô hình hệ thống điện mặt trời bao
gồm:
- Hệ thống pin quang điện, PV.

- Các bộ biến đổi DC-DC và DC-AC.
- Các bộ điều khiển bám điểm công suất cực đại.
1.4. Phạm vi nghiên cứu
- Khảo sát tình hình khai thác và sử dụng năng lượng điện mặt trời ở Việt Nam.
- Tổng quan các nghiên cứu đã được thực hiện liên quan đến đề tài.
- Nghiên cứu và đánh giá về lý thuyết cho các đặc tính của PV.
- Nghiên cứu và ứng dụng thuật toán bám theo điểm công suất cực đại của PV dưới
các điều kiện bức xạ và nhiệt độ khác nhau sao cho có thể tối ưu hóa năng lượng thu
được.
1.5. Mục tiêu và nội dung nghiên cứu
Đề tài “Nghiên cứu điều khiển tối ưu hệ thống điện năng lượng mặt trời”
sẽ được thực hiện với các mục tiêu và nội dung như sau:
- Khảo sát tình hình khai thác và sử dụng năng lượng điện mặt trời ở Việt Nam.
- Nghiên cứu PV và các đặc tính của nó.
- Nghiên cứu xây dựng một hệ thống điện sử dụng năng lượng mặt trời thông qua
PV.
- Nghiên cứu và ứng dụng thuật toán điều khiển bám điểm công suất cực đại của
một hệ thống điện năng lượng mặt trời.
- Mô phỏng PV và nguyên lý làm việc của hệ thống điện sử dụng năng lượng mặt
trời thông qua PV.
- Mô phỏng thuật toán điều khiển bám điểm công suất cực đại của một hệ thống
điện năng lượng mặt trời.

3


1.6. Phương pháp nghiên cứu
- Nghiên cứu các tài liệu về điều khiển bám điểm công suất cực đại của một
hệ thống điện năng lượng mặt trời của Việt Nam và các nước trên thế giới.
- Phân tích, tổng hợp và ứng dụng thuật toán điều khiển bám điểm công suất

cực đại của một hệ thống điện năng lượng mặt trời.
1.7. Bố cục của luận văn
Bố cục của luận văn gồm 6 chương:
+ Chương 1: Giới thiệu
+ Chương 2: Tổng quan tình hình nghiên cứu và khai thác nguồn năng
lượng điện mặt trời
+ Chương 3: Pin quang điện
+ Chương 4: Nghiên cứu và ứng dụng giải thuật bám điểm công suất cực
đại của một hệ thống điện năng lượng mặt trời
+ Chương 5: Mô phỏng điều khiển bám điểm công suất cực đại của một hệ
thống điện năng lượng mặt trời
+ Chương 6: Kết luận và hướng phát triển tương lai

4


Chương 2

TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VÀ KHAI
THÁC NGUỒN NĂNG LƯỢNG ĐIỆN MẶT TRỜI
2.1. Cấu trúc mặt trời [2]
Mặt trời là một khối khí hình cầu có đường kính 1,390.106 km (lớn hơn 110
lần đường kính Trái đất), cách xa trái đất 150.106 km (bằng một đơn vị thiên văn
AU ánh sáng Mặt trời cần khoảng 8 phút để vượt qua khoảng này đến Trái đất).
Khối lượng Mặt trời khoảng M0 =2.1030 kg. Nhiệt độ T0 trung tâm mặt trời
thay đổi trong khoảng từ 10.106 0K đến 20.106 0K, trung bình khoảng 15600000 0K.
Ở nhiệt độ như vậy vật chất không thể giữ được cấu trúc trật tự thông thường gồm
các nguyên tử và phân tử. Nó trở thành plasma trong đó các hạt nhân của nguyên tử
chuyển động tách biệt với các electron. Khi các hạt nhân tự do có va chạm với nhau
sẽ xuất hiện những vụ nổ nhiệt hạch. Khi quan sát tính chất của vật chất nguội hơn

trên bề mặt nhìn thấy được của Mặt trời, các nhà khoa học đã kết luận rằng có phản
ứng nhiệt hạch xảy ra ở trong lòng Mặt trời.

Hình 2.1. Cấu trúc của mặt trời

5