Chuyên đề thực tế : Nghiên cứu ứng dụng pin năng lương mặt trời

LỜI NÓI ĐẦU
Trong tiến trình phát triển của loài người, việc sử dụng năng lượng mặt trời là đánh dấu một
cột mốc rất quan trọng. Từ đó đến nay, loài người sử dụng năng lượng ngày càng nhiều, nhất là
trong vài thế kỷ gần đây. Trong cơ cấu năng lượng hiện nay, chiếm phần chủ yếu là năng lượng
tàn dư sinh học than đá, dầu mỏ, khí tự nhiên. Kế là năng lượng nước thủy điện, năng lượng hạt
nhân, năng lượng sinh khối (biogas…) năng lượng mặt trời, năng lượng gió chỉ chiếm một phần
khiêm tốn. Xã hội loài người phát triển nếu không có năng lượng.
Ngày nay, năng lượng tàn dư sinh học, năng lượng không tái sinh, ngày càng cạn kiệt, giá dầu
mỏ ngày càng tăng, ảnh hưởng xấu đến sự phát triển kinh tế xã hội và môi trường sống. Tìm kiếm
nguồn năng lượng thay thế là nhiệm vụ cấp bách của năng lượng thay thế đó phải sạch, thân thiện
với môi trường, chi phí thấp, không cạn kiệt (tái sinh), và dễ sử dụng.
Từ lâu, loài người đã mơ ước sử dụng năng lượng mặt trời, nguồn năng lượng hầu như vô tận,
đáp ứng hầu hết các tiêu chí nêu trên. Nhiều công trình nghiên cứu đã được thực hiện, năng lượng
mặt trời không chỉ là năng lượng của tương lai mà còn là năng lượng của hiện tại.
Hiện nay năng lượng mặt trời đã được khai thác và đưa vào ứng dụng trong cuộc sống cũng
như trong công nghiệp dưới nhiều dạng và hình thức khác nhau, thông thường để cấp nhiệt và
điện. Một hệ pin mặt trời sử dụng năng lượng mặt trời cơ bản gồm 2 loại: hệ pin mặt trời làm
việc độc lập và hệ pin mặt trời làm việc với lưới.
Chuyên đề thực tế trình bày bao quát cả một hệ thống pin mặt trời làm việc độc lập và hệ pin
mặt trời làm việc với lưới với đầy đủ các thành phần cần thiết trong hệ thống.


MỤC LỤC


Chuyên đề thực tế

GVHD: PGS.TS Trương Việt Anh
CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI

1.1 Tính cấp thiết của đề tài

Trong thời đại ngày nay năng lượng là vấn đề cấp thiết của tất cả các quốc gia trên toàn thế
giới. Bên cạnh việc nghiên cứu và tìm kiếm các nguồn năng lượng mới thì việc sử dụng tiết kiệm
và hiệu quả năng lượng cũng là mối quan tâm hang đầu.
1.1.1

Lý do chọn đề tài

Năng lượng là một trong những yếu tố cần thiết cho sự tồn tại và phát triển của xã hội,
đồng thời cũng là yếu tố duy trì sự sống trên trái đất. Trong tương lai nếu chúng ta không
sử dụng hợp lý các nguồn năng lượng có sẵn trong tự nhiên chúng sẽ bị cạn kiệt. Vì thế
chúng ta nên nghiên cứu tìm hiểu về các nguồn năng lượng mới và sử dụng chúng một
cách có hiệu quả để góp phần bảo vệ các phần năng lượng của trái đất.
Tìm hiểu nguồn năng lượng mới và sử dụng chúng một cách hiệu quả cũng góp phần
cải thiện sự ô nhiễm môi trường, thúc đẩy sự phát triển kinh tế và xã hội.
1.1.2

Mục đích nghiên cứu

Mục đích đề tài:
•

Thiết kế hệ thống năng lượng mặt trời theo công suất định trước

•

Lựa chọn phương pháp điều khiển MPPT

1.2 Nội dung đề tài
Như chúng ta đã biết, nguồn năng lượng mặt trời là nguồn năng lượng sạch có trữ

lượng lớn, đang là muc tiêu nghiên cứu của nhiều nước trên thế giới nhằm thay thế dần
nguồn năng lượng hóa thạch có nguy cơ cạn kiệt, gây ô nhiễm môi trường. Trong quá trình
làm việc, pin mặt trời phụ thuộc nhiều vào yếu tố ảnh hưởng như cường độ ánh sáng, nhiệt
độ môi trường hiện tượng bóng râm … mặt khác, công suất sinh ra do tấm pin mặt trời phụ
thuộc vào bức xạ mặt trời và nhiệt độ. Nhằm nâng cao hiệu suất sử dụng thực hiện nối lưới,
đòi hỏi phải có các giải thuật điều khiển. Ở đây sử dụng giải thuật hệ bám điểm công suất
cực đại nhằm đảm bảo rằng pin mặt trời sẽ luôn luôn làm việc ở điểm cực đại khi tải thay
đổi.
1.3 Phương pháp nghiên cứu
3


Chuyên đề thực tế

GVHD: PGS.TS Trương Việt Anh

•

Tìm hiều lý thuyết để xậy dựng được mô hình và mạch động lực

•

Tìm hiểu các đề tài liên quan, tính toán chọn phương pháp ứng dụng phù hợp với
thực tế đất nước để tạo ra sản phẩm.

1.4 Bố cục chuyên đề
Bố cục gồm 5 chương:
•

Chương 1: Giới thiệu đề tài

•

Chương 2: Cơ sở lý thuyết

•

Chương 3: Tính toán thiết kế hệ thống pin mặt trời

•

Chương 4: Đề xuất ý kiến cải tiến

•

Chương 5: Kết luận

4


Chuyên đề thực tế

GVHD: PGS.TS Trương Việt Anh

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1 Giới thiệu chung về hệ thống điện năng lượng mặt trời
2.1.1 Giới thiệu chung

Một tế bào quang điện (cell) Tấm Pin năng lượng mặt trời (solar cells panel) Pin mặt trời,
hay pin quang điện, ký hiệu là PV, là hệ thống các tấm vật liệu đặc biệt có khả năng chuyển đổi

quang năng của ánh sáng mặt trời thành điện năng. Pin mặt trời được cấu tạo bằng các tế bào
quang điện (cells) đơn tinh thể (monocrystalline) và đa tinh thể (polycrystalline) có hiệu suất cao
(15% - 18%), công suất từ 25Wp đến 240Wp và có tuổi thọ trung bình 30 năm.
2.1.2 Nguyên lý hoạt động của hệ thống năng lượng mặt trời

Từ giàn pin mặt trời, ánh sáng được biến đổi thành điện năng, tạo ra dòng điện một chiều
(DC). Dòng điện này được dẫn tới bộ điều khiển là một thiết bị điện tử có chức năng điều hoà tự
động các quá trình nạp điện vào ắc-quy và phóng điện từ ắc-quy ra các thiết bị điện một chiều
(DC). Trường hợp công suất giàn pin đủ lớn, trong mạch điện sẽ được lắp thêm bộ đổi điện để
chuyển dòng một chiều (DC) thành dòng xoay chiều (AC), chạy được thêm nhiều thiết bị điện
gia dụng (đèn, quạt, radio, TV…).
2.1.3 Cấu hình tiêu biểu của hệ thống điện năng lượng mặt trời

đơn tinh thể ) Polycrytalline (đa tinh thể)
điện thế và công suất của hệ thống

p Wave hoặc Sine Wave
không cần bảo dưỡng.

hệ thống

hệ thống (ngoài trời và trong nhà)

ng bộ khác
 Panel mặt trời:

5


Chuyên đề thực tế

GVHD: PGS.TS Trương Việt Anh

Tấm pin Panel mặt trời (solar cells panel) biến đổi quang năng hấp thụ từ mặt trời để biến
thành điện năng. Một số thông tin cơ bản về tấm pin mặt trời Hiệu suất: từ 15% - 18% Công suất:
từ 25Wp đến 175 Wp Số lượng cells trên mỗi tấm pin : 72 cells Kích thước cells: 5 – 6 inchs Loại
cells: monocrystalline và polycrystalline Chất liệu của khung nhôm Tuổi thọ trung bình của tấm
pin : 30 năm Có khả năng kết nối thành các trạm điện mặt trời công suất lớn không hạn chế, có
thể hòa lưới (grid), hoặc hoạt động độc lập như 1 hệ thống back-up điện. Trong một ngày nắng,
mặt trời cung cấp khoảng 1 kW/m² đến mặt đất (khi mặt trời đứng bóng và quang mây, ở mực
nước biển). Công suất và điện áp của một hệ thống sẽ phụ thuộc và cách chúng ta nối ghép các
tấm pin Panel mặt trời lại với nhau.Các tấm pin Panel mặt trời được lắp đặt ở ngoài trời để có thể
hứng được ánh nắng tốt nhất từ mặt trời nên được thiết kế với những tính năng và chất liệu đặc
biệt, có thể chịu đựng được sự khắc nghiệt của thời tiết, khí hậu, nhiệt độ…
 Bộ điều khiển sạc:

- Là thiết bị thực hiện chức năng điều tiết sạc cho ắc-quy, bảo vệ cho ắc-quy chống nạp
quá tải và xả quá sâu nhằm nâng cao tuổi thọ của bình ắc-quy, và giúp hệ thống pin mặt trời sử
dụng hiệu quả và lâu dài.
- Bộ điều khiển còn cho biết tình trạng nạp điện của Panel mặt trời vào ắc-quy giúp cho
người sử dụng kiểm soát được các phụ tải.
- Bộ điều khiển còn thực hiện việc bảo vệ nạp quá điện thế (>13,8V) hoặc điện thế thấp
(<10,5V). Mạch bảo vệ của bộ điều khiển sẽ thực hiện việc ngắt mạch khi bộ điều khiển xác nhận
bình ắc-quy đã được nạp đầy hoặc điện áp bình quá thấp.
 AC-DC Inverter:

- Là bộ biến điện nghịch lưu. Inverter chuyển đổi dòng điện 12V DC từ ăc-quy thành dòng
điện AC (110VAC, 220VAC). Được thiết kế với nhiều cấp công suất từ 0.3kVA – 10kVA.
- Inverter có nhiều loại và cách phân biệt chúng bằng dạng sóng của điện áp đầu ra : dạng
sóng hình sin, giả sin, sóng vuông, sóng bậc thang…

 BATTERY (Ắc-quy):

- Là thiết bị lưu trữ điện để sử dụng vào ban đêm hoặc lúc trời ít hoặc không còn ánh nắng.

6


Chuyên đề thực tế

GVHD: PGS.TS Trương Việt Anh

- Ắc-quy có nhiều loại, kích thước và dung lượng khác nhau, tùy thuộc vào công suất và
đặc điểm của hệ thống pin panel mặt trời. Hệ thống có công suất càng lớn thì cần sử dụng ăc-quy
có dung lượng lớn hoặc dùng nhiều bình ắc-quy kết nối lại với nhau.
 Khung gá và dây cáp:

- Để đảm bảo cho hệ thống pin Panel mặt trời đặt đúng vị trí tốt nhất (nắng nhiều nhất và
lâu nhất) và hiệu suất sử dụng hệ thống luôn được ổn định lâu dài, chúng ta cần dùng đến bộ
khung gá và dây cáp chuyên dụng.
- Để tối đa hóa hiệu suất của hệ thống, các tấm pin Panel mặt trời cần được lắp đặt theo 1
góc nghiêng và 1 hướng nhất định (tùy thuộc từng vị trí lắp đặt cụ thể).
- Lưu ý khi lắp đặt tránh các vùng có khả năng bị che, khuất nắng, nên lựa chọn những vị
trí có thể hứng được nắng tốt nhất cho cả ngày.
- Các phụ kiện đồng bộ kèm theo: ống, công tắc, bảng điện, Vaseline, domino, ổ cắm… để
lắp hoàn chỉnh hệ thống điện mặt trời.

Hình 2.1 Vị trí lắp đặt của hệ thống pin mặt trời
•

1 : Tấm pin mặt trời (Solar Panel)

•

2: Bộ điều khiển sạc mặt trời (Solar Charger Controller)

•

3 : Bộ kích điện DC-AC (Solar Inverter)

•

4 : Cầu dao chuyển mạch (Solar Inverter)

•

5 : Ắc quy (Battery)
7


Chuyên đề thực tế

GVHD: PGS.TS Trương Việt Anh

Hình 2.2 Hệ thống sản xuất điện mặt trời hòa lưới có dự trữ
Mô tả hoạt động của hệ thống:
Đây là sự tích hợp của hai hệ thống thành một hệ thống liên hoàn bao gồm:
Hệ thống Sản xuất điện năng từ Mặt trời thành điện 220VAC/50Hz bổ sung vào điện lưới
(On grid).
Hệ thống Lưu trữ biến đổi điện điện năng từ Mặt trời thành điện 220VAC/50Hz (Off grid).
Tuy nhiên, quý khách vẫn có thể sử dụng từng hệ thống trên một cách độc lập tùy theo nhu

cầu cụ thể.
Khi khởi động Battery bank luôn được ưu tiên nạp điện từ Mặt trời cho đến khi đầy. Lúc
này Grid-Tie Solar Inverter (GTSI) chưa làm việc.
Khi Battery bank đầy bộ Inverter-Solar Charger (ISC) sẽ ngưng sạc và bộ GTSI sẽ hoạt
động: Biến đổi điện DC từ Solar panel thành điện AC 220V có điện áp, tần số - pha trùng với
điện lưới và được hòa trực tiếp vào lưới điện – Việc bán điện sẽ được thông qua đồng hồ W1.
Khi có điện lưới, điện năng cho tải thông thường và tải ưu tiên sẽ được cấp qua đồng hồ
điện W2 (điện mua) - do ISC lúc này đang ở chế độ On grid.

8


Chuyên đề thực tế

GVHD: PGS.TS Trương Việt Anh

Khi mất điện lưới, ISC sẽ lấy điện DC từ Battery bank và Solar để biến đổi thành điện AC
220V cung cấp cho tải ưu tiên. Đồng thời GTSI sẽ ngưng làm việc.
2.2 Ưu, nhược điểm và ứng dụng của năng lượng mặt trời
2.2.1 Ưu điểm
• Năng lượng mặt trới có khả năng tái tạo
• Năng lượng mặt trời phong phú, dồi dào
• Là nguồn cung cấp bền vững và vô tận
• Năng lượng mặt trời có tính khả dụng
• Năng lượng mặt trời sạch về sinh thái
• Năng lượng mặt trời không gây ra tiếng ồn
• Sử dụng điện mặt trời đạt hiệu quả cao, chi phí hoạt động thấp
• Áp dụng rộng rãi, đạt hiệu quả cao
2.2.2 Nhược điểm

-

Các chi phí ban đầu là bất lợi chính của việc cài đặt một hệ thống năng lượng mặt trời, phần lớn

-

là vì chi phí cao của các vật liệu bán dẫn được sử dụng trong việc xây dựng một.
Chi phí năng lượng mặt trời cũng là cao so với tiện ích-cung cấp điện không tái tạo. Như tình
trạng thiếu năng lượng đang trở nên phổ biến hơn, năng lượng mặt trời ngày càng trở nên giá

-

cạnh tranh.
Tấm năng lượng mặt trời đòi hỏi khá một vùng rộng lớn để cài đặt để đạt được một mức độ tốt

-

hiệu quả.
Hiệu quả của hệ thống cũng phụ thuộc vào vị trí của mặt trời, mặc dù vấn đề này có thể được

-

khắc phục với việc cài đặt các thành phần nhất định.
Việc sản xuất năng lượng mặt trời bị ảnh hưởng bởi sự hiện diện của các đám mây, gây ô nhiễm

-

trong không khí.
Tương tự như vậy, không có năng lượng mặt trời sẽ được sản xuất vào ban đêm mặc dù một hệ
thống pin dự phòng và / hoặc đo net sẽ giải quyết vấn đề này.

2.2.3 Ứng dụng
Pin mặt trời là phương pháp sản xuất điện trực tiếp từ năng lượng mặt trời (NLMT) qua
thiết bị biến đổi quang điện. Pin mặt trời (PMT) có ưu điểm là gọn nhẹ, có thể lắp bất kỳ ở đâu có
ánh sáng mặt trời, đặc biệt là trong lĩnh vực tàu vũ trụ. Ứng dụng NLMT dưới dạng này được
phát triển với tốc độ rất nhanh, nhất là ở các nước phát triển. Ngày nay ứng dụng NLMT để chạy
xe thay thế dần nguồn năng lượng truyền thống.
Ở Việt Nam, với sự hỗ trợ của nhà nước (các bộ, ngành) và một số tổ chức quốc tế đã thực
hiện thành công việc xây dựng các trạm pin mặt trời có công suất khác nhau phục vụ nhu cầu
sinh hoạt và văn hóa của các địa phương vùng sâu, vùng xa, các công trình nằm trong khu vực
không có lưới điện. Tuy nhiên hiện nay pin mặt trời vẫn đang còn là món hàng xa xỉ đối với các
nước nghèo như chúng ta.
9


Chuyên đề thực tế

GVHD: PGS.TS Trương Việt Anh

2.3 Pin mặt trời

Pin mặt trời là phương pháp sản xuất trực tiếp từ năng lượng mặt trời qua thiết bị biến
đổi quang điện. Pin mặt trời có ưu điểm là gọn nhẹ có thể lắp ở bất kỳ đâu có ánh nắng mặt
trời, đặc biệt là trong lĩnh vực tàu vũ trụ. Ngày nay con người đã ứng dụng pin mặt trời
trong lĩnh vực hàng không vũ trụ, để chạy xe và trong sinh hoạt thay thế dần nguồn năng
lượng truyền thống.
2.3.1

Hoạt động của pin mặt trời

Pin mặt trời làm việc theo nguyên lý là biến đổi trực tiếp năng lượng bức xạ mặt trời thành

điện năng nhờ hiệu ứng quang điện.
2.3.2

Hiệu ứng quang điện

Hiệu ứng quang điện là một hiện tượng điện - lượng tử, trong đó các điện tử được thoát ra
khỏi nguyên tử (quang điện trong) hay vật chất (quang điện thường) sau khi hấp thụ năng
lượng từ các photon trong ánh sáng làm nguyên tử chuyển sang trạng thái kích thích làm bắn
electron ra ngoài. Hiệu ứng quang điện đôi khi được người ta dùng với cái tên Hiệu ứng Hertz, do
nhà khoa học Heinrich Hertz tìm ra.
Khi bề mặt của một tấm kim loại được chiếu bởi bức xạ điện từ có tần số lớn hơn một tần số
ngưỡng (tần số ngưỡng này là giá trị đặc trưng cho chất làm nên tấm kim loại này), các điện tử sẽ
hấp thụ năng lượng từ các photon và sinh ra dòng điện (gọi là dòng quang điện). Khi các điện tử
bị bật ra khỏi bề mặt của tấm kim loại, ta có hiệu ứng quang điện ngoài (external photoelectric
effect). Các điện tử không thể phát ra nếu tần số của bức xạ nhỏ hơn tần số ngưỡng bởi điện tử
không được cung cấp đủ năng lượng cần thiết để vượt ra khỏi rào thế (gọi là công thoát). Điện tử
phát xạ ra dưới tác dụng của bức xạ điện từ được gọi là quang điện tử. Ở một số chất khác, khi
được chiếu sáng với tần số vượt trên tần số ngưỡng, các điện tử không bật ra khỏi bề mặt, mà
thoát ra khỏi liên kết với nguyên tử, trở thành điện tử tự do (điện tử dẫn) chuyển động trong lòng
của khối vật dẫn, và ta có hiệu ứng quang điện trong (internal photoelectric effect). Hiệu ứng này
dẫn đến sự thay đổi về tính chất dẫn điện của vật dẫn, do đó, người ta còn gọi hiệu ứng này là
hiệu ứng quang dẫn.
2.3.3

Cấu tạo của pin mặt trời

Hiện nay vật liệu chủ yếu cho pin mặt trời là silic tinh thể. Pin mặt trời từ tinh thể
silic chia ra thành 3 loại:
10

Chuyên đề thực tế
•

GVHD: PGS.TS Trương Việt Anh

Một tinh thể hay đơn tinh thể module sản xuất dựa trên quá trình Czochralski. Đơn
tinh thể loại này có hiệu suất tới 16%. Chúng thường rất đắt tiền do được cắt từ

•

các thỏi hình ống, các tấm đơn thể này có các mặt trống ở góc mối các module.
Đa tinh thể làm từ các thỏi đúc – đúc từ silic nung chảy cẩn thận được làm nguội và
làm rắn. Các pin này thường rẻ hơn các dơn tinh thể, tuy nhiên hiệu suất kém hơn.
Tuy nhiên chúng có thể tạo thành các tấm vuông che phủ bề mặt nhiều hơn đơn tinh

•

thể bù cho hiệu suất thấp của nó.
Dải silic tạo từ các miếng phim mỏng từ silic nóng
chảy và có cấu trúc đa tinh thể. Loại này thường có
hiệu suất thấp nhất

Hình 2.3: Pin mặt trời

Một lớp tiếp xúc bán dẫn pn có khả năng biến đổi trực tiếp năng lượng bức xạ mặt trời thành
điện năng nhờ hiệu ứng quang điện bên trong gọi là bức xạ mặt trời. Pin mặt trời được sản xuất
và ứng dụng phổ biến hiện nay là các pin mặt trời được chế tạo từ vật liệu tinh thể bán dẫn silicon
(Si) có hóa tri 4. Từ tinh thể Si tinh khiết, để có vật liệu tinh thể bán dẫn Si lại n, người ta pha tạp
chất donor là photpho có hóa trị 5. Còn có thể vật liệu bán dẫn tinh thể loại p thì tạp chất acceptor

được dùng để pha vào Si là Bo có hóa trị 3. Đối với pin mặt trời từ vật liệu tinh thể Si khi bức xạ
mặt trời chiếu đến thì hiệu điện thế hở mạch giữa hai cực khoảng 0.55V và dòng điện đoản mạch
của nó khi bức xạ mặt trời cs cường độ 1000W/m2 vào khoảng 2530 mA/cm2.
Hiện nay người ta đã thay thế tạo pin mặt trời bằng vật liệu SI vô định hình (a- Si).
So với pin mặt trời a-Si giá thành rẻ hơn nhưng hiệu suất thấp hơn và kém ổn định.
Ngoài Si, hiện nay người ta đang nghiên cứu và thử nghiệm các loại vật liệu khác có
nhiều triển vọng như Sunfit cadimi – đồng (CuCds), galium –arsenit (GaAs) …
Công nghệ chế tạo pin mặt trời gồm nhiều công đoạn khác nhau, ví dụ để chế tạo pin
mặt trời từ silicon đa tinh thể cần qua các công đoạn như hình cuối cùng ta được module.
2.4 Tấm năng lượng pin mặt trời

Tấm năng lượng pin mặt trời được tạo thành từ nhiều pin mặt trời có thể gồm đến 36
đến 72 pin mặt trời mặc nối tiếp với nhau. Qua những tấm pin mặt trời, năng lượng mặt trời
11


Chuyên đề thực tế

GVHD: PGS.TS Trương Việt Anh

được chuyển hóa thành điện năng. Mỗi pin mặt trời cung cấp một lượng nhỏ năng lượng,
nhưng nhiều pin được đặc trải dài trên một diện tích lớn tạo nên nguồn năng lượng lớn hơn
đủ để các thiết bị sử dụng. Mỗi tấm pin mặt trời có công suất khác nhau như: 30Wp, 40Wp,
45Wp, 50Wp, 75Wp, 100Wp, 125Wp, 150Wp. Điện áp của các tấm pin thường là 12VDC.
Công suất và điện áp của hệ thống tùy thuộc vào cách ghép nối cá tấm pin lại với nhau.
Nhiều tấm năng lượng mặt trời có thể ghép nối tiếp hoặc song song với nhau để tạo thành
một dàn pin mặt trời. Để đạt được hiệu năng tốt nhất, những tấm năng lượng phải luôn
được phơi nắng và hướng trực tiếp đến mặt trời.
Hiệu suất thu được điện năng từ pin mặt trời ở các vùng miền vào các giờ
trong ngày là khác nhau, do bức xạ mặt trời trên bề mặt trái đất không đồng đều

nhau. Hiệu suất của pin mặt trời phụ thuộc vào nhiều yếu tố:
•

Chất liệu bán dẫn làm pin.

•

Vị trí các tấm panel mặt trời.

•

Thời tiết khí hậu, mùa trong năm.

•

Thời gian trong ngày: sáng, trưa, chiều

Các tâm năng lượng mặt trời được lắp đặt ở ngoài trời nên thiết kế sản xuất
đã đảm bảo được các thay đổi của khí hậu, thời tiết, mưa bão, sự ăn mòn của
nước biển, sự oxi hóa… Tuổi thọ của mỗi tấm pin khoảng 25 đến 30 năm.
 Cách ghép nối các tấm năng lượng mặt trời:

Như đã biết các modun pin mặt trời điều có công suất và hiệu diednj thế xác định từ
nhà sản xuất. Để tạo ra công suất và hiệu điện thế theo yêu cầu thì phải ghép nối nhiều tấm
modun lại với nhau. Có hai cách ghép cơ bản:
-

Ghép nối tiếp các tấm modun lại sẽ cho điện áp ra lớn hơn.
Ghép song song các tấm modun lại sẽ cho dòng điện lớn hơn.
Trong thực tế phương pháp ghép hỗn hợp được sử dụng nhiều hơn để đáp ứng cả yêu

cầu về điện áp và dòng điện.
2.5 Hệ thống pin mặt trời
Hệ pin mặt trời (hệ PV – photovoltaic system) nhìn chung được chia ra thành 2 loại cơ
bản:
12


Chuyên đề thực tế

GVHD: PGS.TS Trương Việt Anh

-

Hệ PV làm việc độc lập

-

Hệ PV làm việc với lưới

Hệ PV độc lập thường thấy được sử dụng ở những vùng xa xôi hẻo lánh, nơi mà lưới
điện không kéo đến được. Sơ đồ khối của hệ như sau:

Pin mặt
trời

Bộ biến đổi
DC/DC

Ắc quy

Bộ biến đổi
DC/AC

Tải AC

Tải DC

MPPT

2.5.1

Hình 2.4: Sơ đồ khối một hệ PV độc lập bình thường
Hệ PV độc lập

Hệ PV làm việc độc lập gồm 2 thành phần chính là:
-

Thành phần lưu trữ năng lượng
Các bộ biến đổi

Thành phần lưu giữ năng lượng. Hệ quang điện làm việc đọc lập cần phải có khâu lưu
giữ điện năng để cso thể phục vụ cho tải trong những thời gian thiếu nắng, ánh sáng yếu hay cào
ban đêm. Có nhiều phương pháp lưu trữ năng lượng trong hệ PV. Phổ biến nhất vẫn là sử dụng ắc
quy

để
Các bộ biến đổi bán dẫn trong hệ PV. Các bộ bán dẫn trong hệ PV gồm có bộ biến đổi

chiều DC/DC và bộ biến đổi DC/AC. Bộ DC/DC dùng để xác định điểm làm việc có công suất

lớn nhất của pin và làm ổn định nguồn điện một chiều lấy từ pin mặt trời để cung cấp cho tải cà
ắc quy. Bộ biến đổi DC/DC còn có tác dụng điều khiển chế độ nạp và phóng để bảo vệ và nâng
cao tuổi thọ cho ắc quy. Có nhiều loại bộ biến đổi DC/DC được sử dụng nhưng phổ biến nhất vẫn
là 3 loại là: bộ tăng áp bốt, bộ giảm áp Buck và và bộ hỗn hợp tăng giảm boost – Buck.
Bộ biến đổi dùng trong hệ PV độc lập có những đặc điểm như sau:


Điện áp ra hình Sin.



Điện áp và tần số nằm trong giới hạn cho phép.



Bám sát được sự thay đổi của điện áp vào.



Điều chỉnh điện áp ra.



Hiệu quả cao đối với tải nhẹ.
13


Chuyên đề thực tế

GVHD: PGS.TS Trương Việt Anh



Ít tạo sóng hài để tránh làm hư hại đến các thiết bị điện khác như
tivi, tránh gây tổn hao công suất, làm nóng thiết bị.



Có thể chịu quá tải trong một thời gian ngắn trong trường hợp
dòng khởi động lớn như của máy bơm …

2.5.2



Có bả vệ quá áp, bảo vệ tần số, bảo vệ ngắn mạch…



Dung lượng đặc tính.



Tổn hao không tải thấp

Hệ quang điện làm việc với lưới

Đây là hệ PV được nối với lưới điện. Hệ thống này cho phép tụ duy trì hoạt động của
tải bằng nguồn năng lượng dự trữ và đồng thời có thể bơm phần năng lượng dư thừa vào
lưới điện để bán. Khi nguồn mặt trời (hay máy phát pin mặt trời) sinh ra nhiều năng lượng
thì nguồn năng lượng dư thừa sẽ được chuyển vào trong lưới điện, còn trong những điều

kiện thời tiết xấu, không có nắng hay mưa, máy phát pin mặt trời không sinh ra đủ năng
lượng để đáp ứng cho phụ tải thì hệ sẽ lấy điện từ lưới. Do đó hệ PV này có thể cần hoặc
không cần ắc quy để dự trữ năng lượng tạo bởi nguồn pin mặt trời mà còn phải đảm bảo
nguồn điện năng ra khỏi hệ thống quang điện phải đồng bộ với lưới.
Đối với hệ thống này, điện sản xuất ra được sử dụng trực tiếp hoặc bán trực tiếp lên
lưới điện theo nguyên tắc:
- Khi công suất tải tiêu thụ bằng công suất hòa lưới thì tải tiêu thụ điện hoàn toàn từ
pin mặt trời.
- Khi công suất tải tiêu thụ lớn hơn công suất hòa lưới thì tải tiêu thụ sử dụng một
phần điện lưới.
- Khi công suất tải tiêu thụ nhỏ hơn công suất hòa lưới thì điện mặt trời sản xuất ra sẽ
được chuyển đổi thành nguồn điện xoay chiều thông qua bộ chuyển đổi điện nối lưới và
được bán trực tiếp lên lưới phân phối của điện lực địa phương.
Đặc điểm quan trọng của hệ thống PV nối lưới là hệ thống sẽ không hoạt động khi mất điện để
đảm bảo điện sản xuất ra không đưa lên lưới, đảm bảo an toàn cho việc bảo trì sửa chữa đường
dây và hệ thống. Bên cạnh đó, ưu điểm của hệ thống PV nối lưới bao gồm:
- Hệ thống tinh giản hơn so với hệ thống PV độc lập.
- Giảm bớt chi phí lưu trữ năng lượng (pin mặt trời), chi phí bảo trì và sửa chữa nguồn dự
trữ.
14


Chuyên đề thực tế

GVHD: PGS.TS Trương Việt Anh

- Hiệu quả về mặt sử dụng năng lượng cao.
- Tận dụng được hạ tầng lưới điện hiện hữu.
Hệ PV phải được bảo vệ ngắn mạch, quá dòng, quá áp, nối đất, chống sét và bảo vệ tách
biệt…

Hệ PV phụ thuộc vào thời gian chiếu sáng trong ngày, phụ thuộc vào đặc điểm khí hậu,
đặc biệt là thời gian cao điểm, đặc tính phụ tải ở điểm cao nhất.
2.6 Các bộ biến đổi bán dẫn trong hệ PV
Bộ biến đổi giúp liên kết những tấm pin mặt trời với các phần còn lại trong hệ PV. Nó
giúp biến đổi nguồn điện một chiều sinh ra từ pin mặt trời thành nguồn xoay chiều để hòa
với lưới. Hệ PV làm việc với lưới đòi hỏi độ phức tạp trong hoạt động, phải có sự đồng bộ
với lưới về điện áp, tần số, góc pha. Bộ biến đổi DC/AC phải tạo được điện áp ra dạng sin,
phải đòng bộ được về điện áp, tần số của lưới, phải xác định được điểm làm việc có công
suất lớn nhất của dãy pin mặt trời. đầu vào của bộ biến đổi này phụ thuộc vào điện áp vào
cho đến khi xác định được điểm MPP trên đường đặc tính I – V. Bộ biến đỏi phải điều
khiển được các góc pha của lưới, và đầu ra của bộ DC/AC này phải được điều khiển cả về
điện áp và tần số. Các loại DC/AC thông thường có thể được điều khiển bằng phương pháp
PWM điều chỉnh độ rộng xung và hoạt động trong tần số từ 2KHz đến 20KHz.
Bộ biến đổi làm việc với lưới được phân loại rộng rãi thành bộ biến đổi nguồn áp
(VSI) và bộ biến đổi nguồn dòng (CSI). Tùy thuộc vào sự điều khiển mà bộ biến đổi
DC/AC được phân thành loại bộ biến đổi điều khiển dòng (CCI) hay bộ biến đổi điều khiển
áp (VCI).

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG PIN MẶT TRỜI
15


Chuyên đề thực tế

GVHD: PGS.TS Trương Việt Anh

3.1 Thiết kế hệ thống pin mặt trời hệ PV độc lập
Để thiết kế một hệ solar, chúng ta lần lượt thưc hiện các bước sau:
 Bước 1: Tính tổng lượng tiêu thụ điện của tất cả các thiết bị mà hệ thống solar phải

cung cấp.
Tính tổng số Watt-hour sử dụng mỗi ngày của từng thiết bị. Cộng tất cả lại chúng ta có
tổng số Watt-hour toàn tải sử dụng mỗi ngày.
 Bước 2: Tính số Watt-hour các tấm pin mặt trời phải cung cấp cho toàn tải mỗi ngày.

Do tổn hao trong hệ thống, số Watt-hour của tấm pin trời cung cấp phải cao hơn tổng số
Watt-hour của toàn tải.
Số Watt-hour các tấm pin mặt trời (PV modules) = 1.3 x tổng số Watt-hour toàn tải sử dụng
 Bước 3: Tính toán battery

Battery dùng cho hệ solar là loại deep-cycle. Loại này cho phép xả đến mức bình rất thấp
và cho phép nạp đầy nhanh. Loại này có khả năng nạp xả rất nhiều lần (có nhiều cycle) mà không
bị hỏng bên trong, do vậy khá bền, tuổi thọ cao.
Số lượng battery cần dùng cho hệ solar là số lượng battery đủ cung cấp điện cho những
ngày dự phòng (autonomy day) khi các tấm pin mặt trời không sản sinh ra điện được. Ta tính
dung lượng battery như sau:
Ah = (1.5÷2) x
Trong đó hệ số (1.5÷2) là hệ số an toàn nó bao gồm tích số giữa hiệu suất của accu và mức
xả sâu của accu.Tốt nhất nên chọn hệ số này bằng 2 để đảm bảo tuổi thọ của accu.
Trong hệ solar độc lập sử dụng hằng ngày, để tuổi thọ ắc quy tăng lên (gấp2, 3 lần thông
thường) thì không nên cho ắc quy xả sâu, nên bảo vệ ắc quy ở ngưỡng áp trên 11V (đối với ắc
quy 12V)
 Bước 4: Tính công suất của tấm NLMT.

Để tính toán kích cở các tấm pin mặt trời cần sử dụng, ta phải tính Watt-peak (Wp) cần có
của tấm pin mặt trời. Lượng Wp mà pin mặt trời tạo ra lại tùy thuộc vào khí hậu của từng vùng
trên thế giới. Cùng 1 tấm pin mặt trời nhưng đặt ở nơi này thì mức độ hấp thu năng lượng sẽ khác
với khi đặt nó nơi khác. Để thiết kế chính xác, người ta phải khảo sát từng vùng và đưa ra một hệ
số gọi là "panel generation factor", tạm dịch là hệ số phát điện của pin mặt trời. Hệ số "panel
generation factor" này là tích số của hiệu suất hấp thu (collection efficiency) và độ bức xạ năng

lượng mặt trời (solar radiation) trong các tháng ít nắng của vùng, đơn vị tính của nó là
(kWh/m2/ngày).
16


Chuyên đề thực tế

GVHD: PGS.TS Trương Việt Anh

Mức hấp thu năng lượng mặt trời tại Việt Nam là khoảng 4.58 kWh/m2/ngày cho nên lấy
tổng số Watt-hour các tấm pin mặt trời chia cho 4.58 ta sẽ có tổng số Wp của tấm pin mặt trời.
Mỗi PV mà ta sử dụng đều có thông số Wp của nó, lấy tổng số Wp cần có của tấm pin mặt
trời chia cho thông số Wp của nó ta sẽ có được số lượng tấm pin mặt trời cần dùng.
Kết quả trên chỉ cho ta biết số lượng tối thiểu số lượng tấm pin mặt trời cần dùng. Càng có
nhiều pin mặt trời, hệ thống sẽ làm việc tốt hơn, tuổi thọ của battery sẽ cao hơn. Nếu có ít pin mặt
trời, hệ thống sẽ thiếu điện trong những ngày râm mát, rút cạn kiệt battery và như vậy sẽ làm
battery giảm tuổi thọ. Nếu thiết kế nhiều pin mặt trời thì làm giá thành hệ thống cao, vượt quá
ngân sách cho phép, đôi khi không cần thiết. Thiết kế bao nhiêu pin mặt trời lại còn tùy thuộc vào
độ dự phòng của hệ thống. Thí dụ một hệ solar có độ dự phòng 4 ngày, (gọi là autonomy dây, là
những ngày không có nắng cho pin mặt trời sản sinh điện), thì bắt buộc lượng battery phải tăng
hơn và kéo theo phải tăng số lượng pin mặt trời. Rồi vấn đề sử dụng pin loại nào là tối ưu, là
thích hợp vì mỗi vùng địa lý đều có thời tiết khác nhau. Tất cả đòi hỏi thiết kế phải do các chuyên
gia có kinh nghiệm thiết kế nhiều năm cho các hệ solar trong vùng.
 Bước 5: Tính toán bộ inverter

Đối với hệ solar stand-alone, bộ inverter phải đủ lớn để có thể đáp ứng được khi tất cả tải
đều bật lên, như vậy nó phải có công suất bằng 150% công suất tải. Nếu tải là motor thì phải tính
toán thêm công suất để đáp ứng thời gian khởi động của motor.
Chọn inverter có điện áp vào danh định phù hợp với điện áp danh định của battery. Đối với
hệ solar kết nối vào lưới điện, ta không cần battery, điện áp vào danh định của inverter phải phù

hợp với điện áp danh của hệ pin mặt trời.
 Bước 6:Thiết kế solar charge controller

Solar charge controller có điện thế vào phù hợp với điện thế của pin mặt trời và điện thế ra
tương ứng với điện thế của battery. Vì solar charge controller có nhiều loại cho nên bạn cần chọn
loại solar charge controller nào phù hợp với hệ solar của bạn. Đối với các hệ pin mặt trời lớn, nó
được thiết kế thành nhiều dãy song song và mỗi dãy sẽ do một solar charge controller phụ trách.
Công suất của solar charge controller phải đủ lớn để nhận điện năng từ PV và đủ công suất để
nạp battery.
Thông thường ta chọn Solar charge controller có dòng Imax = 1.3 x dòng ngắn mạch của
PV
Ví dụ cụ thể:
17


Chuyên đề thực tế

GVHD: PGS.TS Trương Việt Anh

Tính hệ solar cho 1 hộ dân vùng sâu có yêu cầu sử dụng như sau:
- 1 bóng đèn 18 Watt sử dụng từ 6-10 giờ tối.
- 1 quạt máy 60 Watt mỗi ngày sử dụng khoảng 2 giờ.
- 1 tủ lạnh 75 Watt chạy liên tục
 Bước 1: Xác định tổng lượng điện tiêu thụ mỗi ngày

Số Kwh/day= (18 W x 4 giờ) + (60 W x 2 giờ) + (75 W x 12 giờ) = 1,092 Wh/day (tủ lạnh
tự động ngắt khi đủ lạnh nên xem như chạy 12 giờ nghỉ 12 giờ)
 Bước 2: Tính pin mặt trời (PV panel)

PV panel = 1,092 x 1.3 = 1,419.6 Wh/day.

Tổng Wp của PV panel = 1,419.6 / 4.58 = 310Wp
Chọn loại PV có 110Wp thì số PV cần dùng là 310 / 110 => 3 tấm
 Bước 3: Tính toán Battery

Dung lượng battery = 2 x = 182A
Với 3 ngày dự phòng, dung lượng bình = 182 x 3 = 546 Ah
Như vậy chọn battery 12V/600Ah cho 3 ngày dự phòng.
 Bước 4: Tính inverter

Tổng công suất sử dụng = 18 + 60 + 75 = 153 W
Công suất inverter = 153 x 150% = 230W
Chọn inverter 230W trở lên
 Bước 5: Tính solar charge controller

Thông số của mỗi PV module: Pm = 110 Wp, Vm = 16.7 Vdc, Im = 6.6 A, Voc = 20.7 A,
Isc = 7.5 A
Như vậy solar charge controller = (3 tấm PV x 7.5 A) x 1.3 = 29.25 A
Chọn solar charge controller có dòng 30A/12 V hay lớn hơn.
3.2 Thiết kế hệ thống pin mặt trời hệ PV nối lưới
Các bước thiết kế hệ thống pin quang điện mặt trời nối lưới:
 Bước 1: Chọn diện tích đạt panel PV, công nghệ và công suất
-

Với hệ thống qui mô hộ gia đình: Công suất hệ thống thông thường chỉ từ 3 kWp
đến 10 kWp. Hệ thống module pin quang điện với diện tích phổ biến từ đến

-

Với hệ thống qui mô thương mại: Diện tích đặt panel phổ biến từ vài trăm đến vài
ngàn. Tương ứng, công suất hệ thống panel PV khoảng vài trăm kWp đến MWp.

-

Với hệ thống qui mô nhà máy điện: thường có công suất trên 10MWp, được đặt
18


Chuyên đề thực tế

GVHD: PGS.TS Trương Việt Anh

trên mặt đất hoặc mặt nước qua hệ thống phao nâng. Diện tích lắp đặt khoảng 0.7
ha trên 1 MWp công suất panel.
 Bước 2: Lựa chọn cấu trúc inverter
-

Khái niệm về hệ thống PV được xác định bởi thành phần của hệ thống inverter.
Điều này dẫn tới khái niệm hệ thống tập trung và phân tán. Sự kết nối các module
để tạo thành các chuỗi và sự kết nối song song các chuỗi này cần được phối hợp tới
ưu với inverter.

-

Inverter tập trung: thường được chọn dùng cho các hệ thống công suất lớn trên
30kWp (công trình thương mại hoặc nhà máy điện PV), với inverter 3 pha.

-

Inverter dạng phân tán: thường được chọn dùng cho các hệ thống công suất dưới 30
kWp (hệ thống hộ gia đình 1 – 10 kWp, tòa nhà thương mại 10-30 kWp...).

 Bước 3: Tính chọn thông số kỹ thuật inverter
-

Chọn số lượng và công suất định mức của inverter:

Số lượng và công suất định mức của inverter được xác định bởi công suất tổng của hệ
thống PV và sựu lựa chọn dạng hệ thống inverter (tập trung hay phân tán).
Dãy PV và inverter cần được phối hợp tối ưu giá trị output lẫn nhau. Công suất định
mức của inverter có thể bằng 20% coong suất ngĩ ra của dãy PV.
Tổng quát lựa chọn công suất inverter theo phạm vi sau:
0,8PPV < PINV.DC < 1,2PPV
Tỷ số giữa công suất PV (Wp) và công suất AC định mức inverter được gọi là hệ số
công suất inverter.
CINV =
Hệ số này thường nằm khoảng 0,83 < CINV < 1,25
-

Chọn điện áp inverter
Điện áp inverter là tổng điện áp của các module mắc nối tiếp trên 1 chuỗi. Bởi vì điện

áp của module và điện áp của toàn bộ dãy PV phụ thuộc vào nhiệt độ, do đó nhiệt độ ban
ngày thấp nhất và cao nhất trong 1 năm cần được xem xét.
-

Số lượng module tối đa trên một chuỗi

Số lượng tối đa các module mắc nối tiếp trên 1 chuỗi được tính trong trường hợp một
ngày nắng, hệ thống PV bị ngắt ra khỏi lưới do bị sự cố (PV hở mạch).

Trong đó:
19


Chuyên đề thực tế

GVHD: PGS.TS Trương Việt Anh

số lượng module tối đa trên một chuỗi [module/chuỗi]

: điện áp tối đa của inverter [V]
: điện áp hở mạch của module tại nhiệt độ ban ngày thấp nhất trong năm [V]
-

Số lượng tối thiểu module trên 1 chuỗi:

Với việc tiếp cận 1 ngày nắng, nóng nhất trong năm, nhiệt độ của panel PV có thể lên tới
70, khi đó VMPP của chuỗi PV phải lớn hơn VMPP của inverter. Ta có:
-

Số lượng các chuỗi:

Số lượng các chuỗi (số mạch song song) của dãy PV có liên quan trực tiếp đến giá trị
dòng của dãy PV và inverter. Dòng tối đa của dãy PV không được vượt qua dòng input tối
đa của inverter. Như vậy, số lượng tối đa của chuỗi được cho:
Narray.max =
 Bước 4: Tính chọn tiết diện dây dẫn (cable)
Việc chọn tiết diện cáp dẫn điện cho dãy PV rất quan trọng, nếu chọn tiết diện nhỏ sẽ
không an toàn và gây ra tổn thất điện áp và công suất rất lớn cho dãy PV – vốn dĩ đã không
được cao.

-

Dòng tải của dây dẫn:

Theo tiêu chuẩn IEC 60512 Phần 3, dòng tối đa cho phép qua dây nối module hay chuỗi
chính là dòng ngắn mạch của cả dãy PV trừ đi dòng ngẵn mạch của một chuỗi.
Imax = Isc PV – Isc chuỗi
Imax < Iz
Iz: giá trị dòng của dây cáp dẫn điện hoặc của thiết bị bảo vệ
-

Giảm tổn thất điện áp

Tiết diện dây dẫn phải được chọn sao cho tổn thất điện áp tối đa phía DC và AC của hệ
thống PV là mỗi phía 1% của giá trị điện áp định mức trong điều kiện STC.
 Bước 5: Bảo vệ chống sét, nối đất
-

Bảo vệ chống sét

Bảo vệ chống sét cho hệ thống PV nối lưới bao gồm chống sét trực tiếp và chống sét lan
truyền/cảm ứng (quá điện áp thiên nhiên).
-

Nối đất

Bao gồm 2 hệ thống nối đất độc lập: nối đất an toàn vỏ thiết bị R đ 10Ω và hệ thống nối
đất chống sét Rđ 10Ω. Hai hệ thống được kết nối đẳng thế.
20

Chuyên đề thực tế

GVHD: PGS.TS Trương Việt Anh

Ví dụ cụ thể
Tính toán thông số kỹ thuật hệ thống PV qui mô hộ gia đình có công suất 5kWp. Đặt tại
sân thượng hộ gia định tại TPHCM.
 Bước 1: Chọn diện tích đặt panel PV, công nghệ, công suất
-

Công nghệ: module đa tinh thể, hiệu suất hệ thống

-

Công suất hệ thống: PPV.DC = 5kWp

 Bước 2: Chọn cấu trúc inverter
-

Hệ thống qui mô hộ gia đình với công suất nhỏ, chọn cấu trúc inverter dạng phân
tán, sử dụng inverter 1 pha.

 Bước 3: Tính toán chọn thông số kỹ thuất inverter
-

Công suất ngõ vào DC inverter:
PPV.DC = 1,1PPV = 1,1 x 5 = 5,5 kWp

-

Hệ số công suất inverter: CINV = 1,15

-

Công suất ngõ ra AC inverter:
PINV.AC =

-

= 5/1,15 = 4,35 [Kw]

Chọn sơ bộ hiệu suất inverter , trong thực tế nên chọn inverter có hiệu suất cao để
giảm tổn thất cho toàn hệ thống.

-

Chọn module pin quang điện của hãng Kyocera, mã hiệu KC85T có đặc tuyến điện
áp như sau:

21


Chuyên đề thực tế

GVHD: PGS.TS Trương Việt Anh

Hình 3.1: Đặc tuyến điện áp – dòng điện của module pin quang điện Kyocera mã hiệu
KC85T.
-

Thông số kỹ thuật của module pin quang điện như sau:

Hình 3.2: Thống số kỹ thuật của module pin quang điện Kyocera, mã hiệu KC85T
-

Theo đặc tuyến, điện áp hở mạch của module tại nhiệt độ ban ngày thấp nhất:

-

Chọn inverter 1 pha có điện áp ngõ vào Vin.INV = 48V và Vout.INV = 220V

-

Khi đó, số module tối đa trên một chuỗi được tính bằng:
22


Chuyên đề thực tế
-

GVHD: PGS.TS Trương Việt Anh

Số lượng chuỗi ( số mạch song song) của hệ thống được tính bằng:

Narray.max = = = 16,62
-

Trong đó:

Imax.INV = = = 98,5
Các module pin quang điện mắc nối tiếp với nhau trong một chuỗi nên = = 5,02 [A]

(theo thông số module pin).
-

Vậy để đáp ứng yêu cầu của đề bài, hệ thống được thiết kế cần có 20 chuỗi module, mỗi

-

chuỗi ghép nối tiếp 3 module.
Diện tích cần lắp đặt cho hệ thống bằng:
Ssys = 20

23


Chuyên đề thực tế

GVHD: PGS.TS Trương Việt Anh
CHƯƠNG 4: ĐỀ XUẤT Ý KIẾN CẢI TIẾN

4.1 Thay thế bộ điều sạc PWM thành MPPT

Điều khiển sạc PWM về cơ bản giống như switch chuyển đổi kết nối dãy pin mặt trời vào ắc
quy. Kết quả là điện áp của dãy pin được kéo xuống gần bằng điện áp ắc quy
Điều khiển sạc MPPT (Maximum Power Point Tracking) có phương thức làm việc phức tạp
hơn (và đương nhiên là đắt hơn). Nó hiệu chỉnh điện áp đầu vào để thu được công suất lớn nhất
từ các dãy pin và sau đó công suất này được cung cấp với các yêu cầu điện áp khác nhau, kể cả ắc
quy và tải. Do đó, cơ bản thì nó giúp tách biệt điện áp của pin mặt trời và ắc quy. Ví dụ, 1 ắc quy

có đện áp 12 V có thể được sạc qua điều khiển sạc từ các tấm pin có điện áp 36V mà vẫn đảm
bảo tận dụng được tối đa công suất được tạo từ pin mặt trời.
 Điểm mạnh của bộ điều khiển khiển sạc MPPT so với PWM
Công nghệ tìm điểm công suất tối ưu

Điều khiển sạc MPPT sẽ giúp ta thu được nhiều năng lượng hơn từ dãy pin mặt trời, vượt trội
hơn khoảng từ 10% đến 40% khi các tấm pin có nhiệt độ thấp (dưới 45 độ C), hoặc rất cao khi
nhiệt độ trên 75 độ C, hoặc khi cường độ bức xạ thấp
Ở điều kiện nhiệt độ cao hoặc cường độ bức xạ thấp, điện áp đầu ra của dãy pin sẽ giảm đáng
kể. Thêm nhiều cell cần được kết nối vào dãy pin để đảm bảo điện áp đầu ra của dãy pin phải cao
hơn điện áp ắc quy. Đây chính là điểm yếu nếu sử dụng điều khiển sạc PWM.
-

Chi phí dây cáp điện thấp hơn, tổn thất điện cũng thấp hơn

Với việc sử dụng điều khiển sạc MPPT, có thể nối tiếp nhiều cell pin với nhau để cho điện áp
cao hơn, giảm cường độ dòng điện. Điều này giúp ta giảm chi phí cần thiết để mua cáp điện, cùng
với đó thì điện năng thất thoát trên hệ thống cũng thấp hơn.
 Kết luận:

PWM: Điều khiển sạc PWM sẽ là giải pháp có giá thành thấp cho các hệ thống nhỏ và khi
nhiệt độ của tấm pin trong khoảng trung bình đến cao (45 độ C đến 75 độ C)
MPPT: Để tận dụng được những lợi ích của điều khiển sạc MPPT, điện áp của dãy pin cần cao
hơn điện áp ắc quy, điều khiển sạc MPPT là lựa chọn cho những hệ thống có công suất lớn (do nó
làm giảm giá thành hệ thống và giảm chi phí với cáp điện). Nó cũng là tăng lượng điện thu được

24


Chuyên đề thực tế

GVHD: PGS.TS Trương Việt Anh

từ các tấm pin mặt trời trong điều kiện tấm pin làm việc ở nhiệt độ nhỏ hơn 45 độ, cao hơn 75 độ
C hoặc khi cường độ bức xạ thấp.
4.2 Bộ điều hướng pin mặt trời (solar tracking)
- Tăng khả năng hấp thụ năng lượng do pin luôn vuông góc với hướng của mặt trời
- Có thể xoay đa chiều nhờ các cảm biến ánh sáng, đảm bảo cho tấm pin luôn vuông góc
-

với hướng ánh sáng mạnh nhất để pin đạt hiệu suất cao nhất.
Cũng nhờ cơ chế tự động nhận biết và tự động xoay về hướng ánh sáng lớn nhất nên
người sử dụng không cần phải xoay pin theo hướng mặt trời trong ngày và theo mùa.

25