LUAN VAN điều KHIỂN PIN mặt TRỜI

Luận văn cao học
…………………………………………………………………………………………………..

CHƯƠNG I :
ĐẶT VẤN ĐỀ VÀ TẦM QUAN TRỌNG CỦA LUẬN VĂN

Ngày nay sự ô nhiễm môi trường và cạn kiệt nguồn năng lượng trong thiên nhiên là
vấn đề thách thức lớn cho toàn nhân loại. Làm sao để chất lượng cuộc sống được nâng
cao và cải thiện sức khoẻ cho mọi người là vấn đề được nhiều người quan tâm. Khai
thác nguồn năng lượng xanh, sạch( như năng lượng mặt trời, gió, thuỷ triều…) đã,
đang và sẽ thu hút nhiều tổ chức , nhiều nhà khoa học … dồn nhiều thời gian và tiền
bạc để nghiên cứu , triển khai, đưa nguồn năng lượng xanh sớm ứng dụng trong cuộc
sống . Hoà vào xu thế này và được thầy hướng dẫn góp ý, tôi mạnh dạn tổng hợp, phân
tích và đề xuất một số vấn đề liên quan đến lĩnh vực biến đổi năng lượng mặt trời thành
năng lượng điện phục vụ cho đời sống con người. Đặc biệt là dùng phần mềm Psim 9.0
để khảo sát và mô phỏng hệ PV, với các yếu tố môi trường thay đổi đó là bức xạ mặt
trời và nhiệt độ môi trường nơi đặt hệ PV.
Trọng tâm của luận văn là : Công nghệ chuyển năng lượng mặt trời thành năng lượng
điện và hoà vào lưới điện hệ thống . Đây cũng là tên của luận văn mà tôi sẽ thực hiện.
Tính đến nay, đã có rất nhiều công trình khoa học nghiên cứu về điện mặt trời : các qui
trình kỹ thuật, phần mềm, cũng như sản xuất thiết bị .
1


Luận văn cao học
…………………………………………………………………………………………………..

Các nước đứng đầu thế giới về lĩnh vực kỹ thuật như Mỹ, Nhật, Nga…ngày đêm cạnh
tranh ráo riết, để chứng tỏ ai là nước đứng đầu thế giới về lĩnh vực rất “hot” này, mà
vấn đề không ở chỗ là hình thức, mà một ngày không xa nữa nó là một trong những
mạch máu ( nguồn năng lượng) chính nuôi sống cơ thể ( sự sống) chúng ta .Và nước ta

không phải là ngoại lệ, khi tình hình giá dầu, than đá cứ ngày một tăng và có khi không
kiểm soát nổi. Do đó việc nghiên cứu và thực hiện luận văn này cứ thôi thúc tôi có suy
nghĩ, làm sao đưa đất nước Việt nam cạnh tranh với những nước tiên tiến trên Thế giới,
để chứng tỏ rằng mình không thấp kém hơn ai. Mà làm sao để biến ý tưởng trên thành
hiện thực- tốn ít công sức, thời gian và tiền bạc nhất, tôi nghỉ mình phải đi học từ
những công nghệ nước ngoài, ứng dụng những thành tựu mà loài người đã phát minh
và khám phá được. Chúng ta không chê cười người Nhật, họ đã xả thân vì đất nước,
mổ bụng để chứa, đưa các công trình khoa học lấy cắp được từ nước ngoài, về ứng
dụng cho nước nhà. Và chúng ta cũng hoan nghênh những người Việt nam có tinh thần
như vậy.

2


Luận văn cao học
…………………………………………………………………………………………………..

CHƯƠNG II :
TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
I. Điểm lại một số nét về công nghệ biến năng lượng mặt trời thành năng lượng điện.
Điện mặt trời được các nhà khoa học đề cập vào những năm đầu thập kỷ 70. Trong quá
khứ và hiện nay sử dụng năng lượng điện mặt trời cho truyền thông vệ tinh, cho khu
dân cư và tải là công nghiệp. Ở Mỹ đã có những nhà máy điện năng lượng mặt trời đưa
vào sử dụng.
Và trong tương lai sẽ có nhà máy điện mặt trời trên vũ trụ (Châu Âu).
Công ty không gian lớn nhất châu Âu đã đề ra kế hoạch xây dựng nhà máy điện mặt
trời trên vũ trụ.
Theo kế hoạch EADS Estrium, một vệ tinh sẽ được phóng lên quỹ đạo để thu năng
lượng mặt trời vũ trụ và truyền năng lượng này về trái đất để cung cấp điện cho dân cư
của hành tinh xanh thông qua các tia laser hồng ngoại. Giám đốc điều hành EADS của

Astrium, ông Francois Auque, nói rằng hệ thống này đang trong giai đoạn thử nghiệm,
tuy nhiên ông khẳng định hãng này có thể sớm hoàn thành một hệ thống khả thi nhằm
thu và truyền năng lượng từ vũ trụ. Theo ông Auque, sản xuất năng lượng mặt trời là ý
tưởng hấp dẫn bởi vì đây là dạng năng lượng sạch và không cạn kiệt.Không giống như
các nhà máy điện mặt trời trên trái đất, các thiết bị hấp thụ năng lượng mặt trời trên
quỹ đạo có thể hoạt động liên tục ngày này qua ngày khác, không chịu sự tác động của
mây hoặc các loại bụi và khí trong bầu khí quyển. Điều đó có nghĩa là mức năng lượng
được các tấm quang điện hấp thụ trong quỹ đạo sẽ lớn hơn nhiều so với tấm đó ở trên
mặt đất .

3


Luận văn cao học
…………………………………………………………………………………………………..

Hình II.1 Dự án Nhà máy nhiệt điện mặt trời dạng tháp ở California đang
được đầu tư và triển khai xây dựng.
EADS Astrium đã tiến hành các cuộc thử nghiệm về quá trình truyền năng lượng bằng
laser hồng ngoại và hãng này đang tập trung vào việc cải thiện hiệu quả của hệ thống.
Công việc phát triển các thiết bị có chức năng chuyển năng lượng hồng ngoại thành
năng lượng điện tiến triển nhanh và EADS Astrium đang làm việc này với sự phối hợp
của các chuyên gia thuộc Đại học Survey tại Anh. EADS Astrium hy vọng đạt được
80% hiệu quả trong quá trình chuyển hoá năng lượng nói trên.
Theo Giám đốc công nghệ của EADS Astrium Robert Laine, hiện mức năng lượng đã
được xử lý trong hệ thống của hãng này đang bị hạn chế bởi kích cỡ của tia laser có thể
tạo ra được. Ông cho rằng cần thành lập nhóm chuyên trách đánh giá tín hiệu quả của
hệ thống và quá trình này có thể diễn ra trong thập kỷ hiện tại.
Khái niệm tận dụng năng lượng mặt trời đang được bàn thảo ít nhất 3 thập kỷ qua,
nhưng dường như chưa khắc phục được vấn đề thất thoát năng lượng trong khi truyền

4


Luận văn cao học
…………………………………………………………………………………………………..

về trái đất, cũng như vấn đề chi phí và lắp ráp một khối lượng lớn các tấm thu năng
lượng mặt trời trong vũ trụ .
Nhật là một trong những nước có các công trình nghiên cứu về điện mặt trời có
tầm cỡ. Ngoài việc chế tạo các tấm pin mặt trời có hiệu suất phát điện cao. Nhật cũng
dự định sẽ xây nhà máy điện mặt trời trên vũ trụ
II.

Tầm quan trọng của điện mặt trời

Năng lượng tái tạo là một trong những thành phần quan trọng của hệ thống điện hiện
đại .

CHƯƠNG III:
KHÁI QUÁT VỀ NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI VÀ PIN MẶT TRỜI
5


Luận văn cao học
…………………………………………………………………………………………………..

1. Năng lượng mặt trời.
Mặt trời bức xạ năng lượng theo một dãy rất rộng, tuy nhiên không phải tia bức xạ nào
cũng có thể tạo ra hiện tượng quang điện. Chỉ có những tia bức xạ (ứng với bước sóng

‫ ) ג‬có năng lượng lớn hơn mức năng lượng kích hoạt electron (tuỳ từng chất bán dẫn)
mới có khả năng tạo ra hiện tượng quang điện.
Phân tích một điển hình về phổ năng lượng mặt trời tác động lên pin quang điện
silicon :

Hình III.1 : Quang phổ mặt trời với tỉ lệ không khí 1.5 .Những Photons có :
* [ h υ > Eg ( chiếm 30.2 %) hoặc h υ < Eg ( chiếm 20.2 %) thì không thể kích
hoạt các silicon solar cell.
* Chỉ có những photons ở những vùng tô đậm ( Energy available, chiếm 49.6 %)
thì mới khả năng kích hoạt các silicon solar cell.
Nguồn cung cấp quang phổ này từ ERDA/NASA (1997).
2. Khái niệm về photovoltaic (pin mặt trời):
6


Luận văn cao học
…………………………………………………………………………………………………..

Pin quang điện photovoltaic (PV) là một chất bán dẫn có mối nối p-n, pin quang điện
PV có thể xem là trường hợp ngược lại của diode quang. Diode quang nhận năng lượng
điện sinh ra ánh sáng, pin PV nhận năng lượng ánh sáng sinh ra điện.
-Nhiệm vụ của photon đối với điện năng lượng mặt trời : kích hoạt các electron ra khỏi
trạng thái tĩnh của chúng .
-Mô hình PV

Hình III.2 : Mô hình vật lý pin PV
RS :Series resistance, Rp: parallel resistance, Ip : dòng điện qua Rp , ISC : short circuit
current dòng ngắn mạch
3 .Vật liệu làm photovoltaic : Vật liệu chính làm nên photovoltaic, chúng có các dạng
dưới đây:

-Crystalline silicon
-Thin film photovoltaic

Thick Silic (200-500 µ m)

PHOTOVOLTAICS

Single – crystal Si
Czochralski

Thin films (1-10 µ m )
Homojunction
Polycrystalline thin
GaAs

CZ
Ribbo

Multicrystal Heterojunction film Si, Amorphous
Si 20%
7

InP


Luận văn cao học
…………………………………………………………………………………………………..

Flat

Concentrater n

Si (30%)

plate

CdTe

Multijunction

CIS

Tandem Cells

50%
Bảng III.1 Phân loại theo vật liệu và tỉ lệ bán trên thị trường của pin quang điện
( thống kê vào năm 1990)

Hình III.3 Các loại vật liệu làm photovoltaic
8


Luận văn cao học
…………………………………………………………………………………………………..

Ghi chú: Buried Contact: Công tắc ẩn, Pyramid-shaped: dạng tháp
Vật liệu tương đối hiện đại hiện nay là Multi-junction (GaInP / AsGa) hiệu suất cũng
chỉ đạt đến 30,3 % , các vật liệu thông thường như silicium chỉ khoảng 12 %.
4 . Nguyên lý làm việc của photovoltaic:
Dựa vào mô hình nguyên tử Boh, electron có khối lượng .

me = 9.1093897.10 −31 kg

Xoay xung quanh hạt nhân, ở quỹ đạo với bán kính r n và tần số góc ω n. Sự di chuyển
xung quanh quỹ đạo sinh ra lực ly tâm
Fz = me . rn . ω 2n
Nhửng electron này là những yếu tố mang điện
e = 1.6 x 10-19 A s
Nó được giữ ở vị trí quanh hạt nhân của nguyên tử với lực hấp dẫn Coulomb là
FC =

Z .e 2
.
4π .ε 0 .r 2 

Với ε 0 = 8.8 x 10-12 (As /Vm) . Gọi là hằng số điện môi. Lực ly tâm và lực Coulomb
thì cân bằng với nhau để giữ electron quanh quỹ đạo. Theo thuyết Planck, electron có
thể giữ ở những quỹ đạo, nơi mà mô men góc quỹ đạo thì được nhân lên η =
Với hằng số h = 6.6 x 10-34 Js
Lượng tử hoá của mô men góc của quỹ đạo dẫn đến

9

h
2π


Luận văn cao học
…………………………………………………………………………………………………..

Hình III.4 : Mức trượt của Electrons từ dãy hoá trị đến dãy dẫn gây nên bởi năng

lượng ánh sáng trong bán dẫn ( Inner Photo Effect)
Sự trượt của các electron từ vùng hoá trị đến vùng dẫn dưới tác dụng năng
lượng ánh sáng, mà các nguyên tố thường được dùng là chất bán dẫn ( Si, Ge, Sn) , ở
nhóm 4 – đặc biệt là Si.

Hình III.5 : Nguyên lý tế bào mặt trời với mô hình dãy năng lượng
Chú thích : p – region : vùng mang điện tích dương.
n- region : vùng mang điện tích âm
valence band : vùng hoá trị
Conduction : vùng dẫn
Space charge region : vùng không gian điện tích ( vùng nạp điện )
5 . Đặc tuyến pin năng lượng điện mặt trời và phương trình của chúng
5.1 Phương trình mô tả đặc tính pin quang điện
I = I SC − I 0 [e38.9 (V + IRS ) − 1] −

1
(V + IRS ) tại 250 C (Ghi chú :
RP

của diode PV. ISC, RS, RP : xem ở mô hình thay thế pin PV )
5.2 Các đặc tuyến
a) Các đặc tuyến I (v), P(v)

10

I0 : dòng điện bão hoà


Luận văn cao học
…………………………………………………………………………………………………..

Hình III.6 Đặc tính pin quang điện I-V và P-V với điểm truy bắt công suất cực
đại ( MPP)
Cách xác định IMPP là vẻ hai đồ thị P-V và I-V trên cùng một hệ trục toạ
độ, từ đồ thị P-V ta xác định được VMPP, kẻ đường thẳng PMPPVMPP cắt đồ thị I-V
tại điểm MPP, từ điểm MPP dóng ngang vào trục tung I, ta được điểm IMPP.
b) Đặc tính V -I và P- I của pin quang điện dưới các giá trị khác nhau của
dòng ngắn mạch

Hình III.7 Đặc tuyến V-I, P-I phụ thuộc dòng ngắn mạch
Đối với mỗi loại pin PV có trị số dòng ngắn mạch khác nhau, ngoài ra giá trị dòng
ngắn mạch còn phụ thuộc vào môi trường mà nó làm việc ( nhiệt độ và độ rọi, cũng
như góc đặt tấm PV so với mặt phẳng nằm ngang)
c) Mô tả đường đặc tính của pin PV trong trường hợp lý tưởng và trong thực tế:
11


Luận văn cao học
…………………………………………………………………………………………………..

Hình III.8 : Điện trở nối tiếp và song song trong mạch tương đương ( qui đổi ) PV cả
điện áp và dòng điện phân phối bị giảm. Để cải tiến hoạt động của nó – điện trở song
song RP phải có giá trị lớn hơn và điện trở nối tiếp RS thì có giá trị nhỏ xuống.
- Trường hợp lý tưởng : RP = ∞ , RS = 0 (RP , RS là những phần tử ở mô hình thay thế
pin PV) , lúc này VMPP ≈ VOC và IMPP ≈ ISC.

Hình III.9 Mô hình thay thế pin PV
d. Đặc tuyến làm việc của pin PV
Mặt trời thay đổi cường độ chiếu sáng liên tục, do đó các điểm MPP cũng thay đổi, giả
sử tải là một điện trở ( đặc tuyến I = V/R tuyến tính ) , ta có đường đặc tính làm việc

sau:

12


Luận văn cao học
…………………………………………………………………………………………………..

Hình III.10 : Hiệu suất của module PV với tải là điện trở khi ánh sáng mặt
trời yếu nhanh . Điểm MPP có công suất lớn nhất.
6 : Số liệu về Module PV của các hãng sản xuất khác nhau trên thế giới :

Bảng thông số module điện mặt trời ( Sharp NE -80 EJEA)
Cell
No.of Cell and Connections
Open Circuit Voltage (VOC)
Maximum Power Voltage ( VPM)
Short Circuit Current (ISC)
Maximum Power Current (IPM)
Maximum Power (Pmax)
Module Efficiency η m

ELECTRICAL CHARACTERISTICS
Poly –crystal Silicon
36 in series
21.6 V
17.3v
5.16 A
4.63 A
80W

12.40%

Maximum System Voltage
600 V DC
Series Fuse Rating
10 A
Type of Output Terminal
Junction Box
Example of PV Module Performance Data Under Standard Test Condition
Manufacturer
Model
Material
Number of cell
Rated Power PDC, STC
Maximum Power Voltage
Current at rated Power
Open Circuit Voltage
Short Circuit Current (ISC)
Length (mm/in)

( 1kW / m2, AM 1.5, 250 C Cell temperature)
Kyocera
Sharp
BP
Uni- Solar
KC-120-1
NE-Q5E 2U
2150S
US-64
Multicrystal

Polycrystal
Monocrystal
Trip Junction
36
72
72
120
165
150
64
16.9
34.6
34
16.5
7.1
21.5
7.45
1425/56.1

4.77
43.1
5.46
1575/62.5

13

4.45
42.8
4.75
1587/62.5

3.88
23.8
4.80
1366/53.8

Sheel
ST40
CIS Thin film
42
40
16.6
2.41
23.3
2.68
1293/50.9


Luận văn cao học
…………………………………………………………………………………………………..
Width(mm/in)
Depth(mm/in)
Weigth
Module efficiency

652/25.7
52/2
11.9/26.3
12.9%

826/32.44
46/1.81
17/37.5
12.7%

790/31.1
50/1.97
15.4/34
12.0%

741/29.18
31.8 / 1.25
9.2/20.2
6.3%

329/12.9
54 /2.1
14.8/32.6
9.4%

Bảng III.2 : Các số liệu về PV Module của các hãng khác nhau.
7. Cấu trúc bên trong của pin mặt trời: ( Thay mô hình vật lý bằng mô hình toán)
- Cấu trúc để tạo ra điện áp .(NS số pin PV mắc nối tiếp trong một module PV).

-Cấu trúc bên trong để tạo ra dòng điện.

Đính chính : Outputs Ipv : PV Current and PV power
14

Luận văn cao học
…………………………………………………………………………………………………..

Hình III.11 : các khối bên trong pin mặt trời.

CHƯƠNG IV:
CÁC BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT

I. Cấu tạo và chức năng các khối:
1. Khối DC-DC converter
+Khối DC-DC: điện áp đầu vào là DC và điện áp ra cũng DC. Về giá trị điện áp ngõ ra
có thể nhỏ hơn , bằng, hoặc lớn hơn điện áp ở ngỏ vào. Tuỳ theo không có hoặc có
biến áp. Khối DC- DC kết hợp với Regulator Voltage để điện áp ở tải ổn định.
+Khối DC-DC converter có 2 nhiệm vụ chính :
- Giảm độ nhấp nhô của dòng điện và điện áp ( nhờ vào tụ Cpv và cuộn dây L)
- Điều khiển tần suất đóng cắt mạch điện đến khối DC-AC. Nhờ vào Mosfet và diode
như hình vẽ ở trên. Tuỳ từng trường hợp mà phát điện lên lưới hay xạc vào bộ lưu trữ
điện. Trước khi đạt được nhiệm vụ này ta phải lấy tín hiệu i, v tham khảo và đưa vào
MPPT controller, ở đây nó sẽ xử lý thông tin và dùng xung, kích vào cổng G của
Mosfet .
15


Luận văn cao học
…………………………………………………………………………………………………..

+ Tụ điện C tích xả năng lượng, làm cho điện áp phẳng trước khi đưa vào bộ DC-AC
* Sơ đồ nguyên lý và sơ đồ thực tế của mạch đóng cắt DC-DC.
Mosfet kết hợp với diode để đóng cắt mạch điện ( chức năng như công tắc lý tưởng )

Hình vẽ IV .2 : về bộ đóng cắt DC-DC
Ghi chú: công tắc có thể ở vị trí 1 hoặc 2. Với : Vg = 100V , L= 200 µ H, C = 10 µ F,
Vout = 200V, Ig =IL = 4A, công suất P = 400 W, tần số đóng cắt fs = 100 kHz .
2. Khối MPPT : thu bắt công suất lớn nhất, xem thêm ở phần các thuật toán điều
khiển hệ MPPT, khối MPPT tác động đến bộ điều chế độ rộng xung, từ đó có thể điều
khiển bộ DC-DC.

16


Luận văn cao học
…………………………………………………………………………………………………..

Hình vẽ IV .3 : vai trò của MPPT trong hệ PV
3.Khối nghịch lưu DC-AC : biến đổi điện áp 1 chiều thành điện áp xoay chiều

17


Luận văn cao học
…………………………………………………………………………………………………..

Hình IV.4 : Một số hình ảnh về bộ nghịch lưu.
Có thể dùng bộ nghịch lưu 2 bậc hoặc 3 bậc , trong bộ nghịch lưu ta thấy linh kiện
IGBT đóng vai trò quan trọng nhất .

Hình IV.5: Bộ nghịch lưu 2 bậc
Ngoài nguồn một chiều V ( thay thế = nguồn xoay chiều và bộ phận chỉnh lưu ), ta còn
có:
18

Luận văn cao học
…………………………………………………………………………………………………..

- nguồn ở phía tay trái bên dưới ( chứa sóng điều chế v a )
- nguồn ở dưới cùng chứa sóng mang vp ( sin hoặc tam giác) .
-Trong mạch điện ta còn thấy các bộ phận so sánh (op- amp) dùng để so sánh giữa v a
và vp . Từ việc so sánh 2 đại lượng này ta có thể biết được trên cùng một pha, IGBT nào
on, IGBT nào off.( luân phiên nhau).
- Cổng Not và đệm (buffer) cũng đóng vai trò quan trọng trong mạch điện này.

Bảng IV.1 Thông số kỹ thuật của bộ nghịch lưu dùng cho Photovoltaic
4. Khối điều khiển bộ nghịch lưu (inverter controller) : gồm có
- Multipler : Bộ nhân. Nhân hai tín hiệu từ khối PLL và MPPT
-Error Amp.+ PI : Bộ so sánh lỗi và bộ tích phân (loại bớt lỗi)
- PWM : Điều chế độ rộng xung , hỗ trợ cho bộ nghịch lưu đa bậc về giá trị áp điều
khiển và tỉ số điều chế, cũng như thêm hàm offset để điện áp ra ở khối nghịch lưu là
sine ( không bị méo).
II. Nguyên lý hoạt động của bộ biến đổi điện tử công suất :
-Cài đặt điểm làm việc (V PV, IPV ) đến MPP.
-Tăng V PV ở tấm PV .
-Cân bằng công suất trung bình ở mảng PV nối đến lưới để V PV > VDC
- Phát ra dòng điện Iac để kết nối với lưới điện xoay chiều và thoả điều kiện:
19


Luận văn cao học
…………………………………………………………………………………………………..

Pac = PDC * ηDC-DC*

ηDC-AC

-Tụ điện C: Cân bằng công suất giữa công suất tức thời và công suất trung bình

CHƯƠNG V:
CÁC THUẬT TOÁN VỀ HỆ MPPT
I. Liệt kê các thuật toán và tóm tắt nội dung từng thuật toán
1.Hill-Climbing/ Peturb and Observe (P&O)
20


Luận văn cao học
…………………………………………………………………………………………………..

2.Incremental Conductance
3.Fractional Open –Circuit Voltage
4.Fractional Short-Circuit Current
5.Fuzzy Logic Control
6.Neural Network
7.Ripple Correlation Control
8.Current Sweep
9.DC Link Capacitor Droop Control
10.Load Current or Load Voltage Maximization
11.dP/dV or dP/dI Feedback Control
12. Kết hợp giữa Fuzzy và Artificial Neural Network
II. Tóm tắt nội dung các thuật toán:
1. Thuật toán P&O : Xem ở phần khảo sát và mô phỏng hệ PV dùng Psim 9.0
2 .Thuật toán Incremental Conductance: Xem ở phần khảo sát và mô phỏng hệ PV

dùng Psim 9.0
3.Thuật toán Fractional Open- Circuit Voltage:
Mối quan hệ giữa VMPP và VOC gần tuyến tính của mảng ( tấm) PV với sự thay đổi độ
rọi và nhiệt độ , đưa ra bởi phương pháp điện áp hở mạch nhỏ .
VMPP ≈ k1 VOC
Ở đây k1 là hằng số tỷ lệ . Bởi vì k 1 thì phụ thuộc vào đặc tính của mảng ( tấm) PV
được sử dụng, nó thường được tính toán sẵn bằng kinh nghiệm cách xác định V MPP và
VOC cho mảng PV đặc biệt tại những độ rọi khác nhau và nhiệt độ khác nhau. Hệ số k 1
nằm trong khoảng 0.71 và 0.78.
Ngay khi k1 được biết, VMPP có thể được tính toán bằng cách đo VOC theo chu kỳ bởi sự
ngừng đột ngột của việc chuyển đổi công suất. Mặc dù, nó mắc phải một vài nhược
điểm, bao gồm sự tổn thất công suất tức thời . Để hạn chế ( tránh) điều này, dùng
những tế bào pilot từ điện áp hở mạch V OC mà nó có thể đạt được. Những tế bào pilot
này phải chọn lựa một cách cẩn thận để đại diện của nó tiến gần đến đặc tính của mảng
21


Luận văn cao học
…………………………………………………………………………………………………..

PV. Điện áp được phát bởi mối nối pn của diodes thì xấp xỉ khoảng 75% của điện áp
hở mạch VOC . Sự cần thiết của việc đo lường điện áp hở mạch V OC và tính toán VMPP .
Ngay khi VMPP gần đạt được điều khiển vòng kín trên bộ chuyển đổi công suất có thể
được sử dụng để đạt đến điện áp mong muốn.
* Hạn chế của phương pháp điện áp hở mạch nhỏ :
-Bởi vì giá trị VOC đo được xấp xỉ, kỹ thuật mảng PV không bao giờ hoạt động tại
điểm MPP, mà nó phụ thuộc vào ứng dụng của MPPT đến hệ thống PV, chỉ cần điều
này là đủ. Thậm chí điện áp hở mạch nhỏ V OC thì không đúng với kỹ thuật MPPT, điều
này thực hiện rất dễ dàng và rẻ, không cần thiết phải dùng DSP hoặc vi điều khiển.
-Mặc dù, k1 là ít hợp lệ trong hiện diện của phần che (bóng mờ- trời có mây) . Điều

này dẫn đến cực đại đa vùng của tấm PV và đưa ra việc quét điện áp tấm PV để cập
nhật k1. Làm cho phức tạp thêm và tổn thất công suất lớn .
4. Thuật toán Fractional Short – Circuit Current ( dòng ngắn mạch nhỏ) :
Kết quả Fractional ISC từ thực tế là, điều kiện khí quyển thay đổi thấp ( dưới) I MPP thì
xấp xỉ gần tuyến tính liên quan với ISC của mảng PV .
IMPP ≈ k2 ISC .
Ở đây k2 là hằng số cân đối(đối xứng ). Như kỹ thuật điện áp hở mạch nhỏ V OC, k2
được xác định dựa theo mảng PV đang sử dụng.Giá trị hằng số k 2 nằm trong khoảng
0.78 và 0.92.
Đo lường ISC suốt quá trình hoạt động của nó là vấn đề cần phải bàn đến. I SC có thể
được đo bởi cảm biến dòng .Điều này làm gia tăng số thiết bị và giá cả. Người ta dùng
boost converter( bộ tăng thế), nơi mà công tắc trong bộ chuyển đổi tự nó có thể sử
dụng cho tấm PV.
Công suất đầu ra giảm khi tìm I SC và do hệ thống dao động tại điểm MPP. Bù k 2 dẫn
đến điểm MPP thì được truy bắt một cách tốt hơn trong điều kiện môi trường thay đổi .
Để đảm bảo MPPT trong hiển diện của cực đại đa vùng, chu kỳ quét điện áp của tấm
PV từ hở mạch đến ngắn mạch để cập nhật k2 .Có thể dùng DSP ( xử lý tín hiệu số) để
hỗ trợ cho phương pháp này .
Dùng dòng điện hồi tiếp thay thế vòng điều khiển để mạch điện được đơn giản hơn.
22


Luận văn cao học
…………………………………………………………………………………………………..

5. Thuật toán điều khiển logic mờ ( Fuzzy Logic Control) xem ở phần khảo sát và mô
phỏng hệ PV dùng phần mềm Psim 9.0 ).
6. Thuật toán mạng Neural ( Neural Network)
Cùng với bộ điều khiển logic mờ đã dẫn đến kỹ thuật khác nhau về bổ sung MPPT –
mạng neural , mà nó đáp ứng tốt cho vi điều khiển( microcontroller) .

Nhìn chung mạng neural network có 3 lớp:
- Lớp đầu vào
- Lớp dấu (ẩn )
- và lớp đầu ra, như (hìnhV.1) .
Số nút trong mỗi lớp khác nhau và phụ thuộc vào người sử dụng. Biến số đầu vào có
thể là các thông số như VOC và ISC, dữ liệu về khí quyển như là độ rọi và nhiệt độ, hoặc
bất cứ sự so sánh nào của chúng. Đầu ra thường là một hoặc vài tín hiệu tham chiếu
(khảo) như tỉ số tín hiệu chu kỳ được dùng để thực hiện việc chuyển đổi công suất đến
gần điểm hoặc tại điểm MPP.
Làm thế nào để điểm hoạt động gần với MPP phụ thuộc vào thuật toán sử dụng bởi lớp
ẩn và làm thế nào để mạng neural được huấn luyện tốt. Mối liên kết giữa các nút hoàn
toàn là khối lượng. Sự liên kết giữa nút i và j được nhãn hoá (labeled) của khối lượng
wij trong ( hìnhV.1) Để xác định chính xác điểm MPP, w’ij có thể xác định một cách cẩn
thận thông qua xử lý việc huấn luyện , nơi mà tấm PV được kiểm tra hàng tháng hoặc
hàng năm và các phần giữa đầu vào và đầu ra của mạng neural được lưu ( ghi) lại. Bởi
vì hầu hết các mảng PV có đặc tính khác nhau, mạng neural network được huấn luyện
một cách đặc biệt cho mảng PV mà nó sẽ được sử dụng. Đặc tính của PV còn thay đổi
với thời gian, bổ sung mạng neural theo từng thời kỳ để đảm bảo sự chính xác cho
MPPT.

23


Luận văn cao học
…………………………………………………………………………………………………..

7. Thuật toán Ripple Correlation Control ( Điều khiển sự tương quan gợn sóng)
Khi mảng PV được kết nối với bộ chuyển đổi công suất, hành động công tắc của bộ
chuyển đổi công suất phải gánh điện áp và dòng điện lăn tăn trên mảng PV. Theo sự
tuần tự công suất mảng PV là thành phần đến sự gợn sóng. Ripple correlation control

(RCC) tạo ra sự sử dụng của gợn sóng để thực hiện MPPT.
•

RCC tương quan đạo hàm theo biến thời gian mảng PV của công suất p và đạo hàm
•

•

theo thời gian của dòng i hoặc điện áp v để đưa độ dốc công suất tiến tới 0, sau đó
đạt đến điểm MPP.
•

•

•

Nếu v hoặc I tăng ( v >0 hoặc i >0) và p tăng ( p >0), sau đó điểm hoạt động ở dưới
•

điểm MPP (V< VMPP hoặc Iđó điểm hoạt động thì ở trên điểm MPP
•

•

• •

(V > VMPP hoặc I > IMPP ) . Kết hợp sự quan sát, chúng ta thấy p v hoặc p i là dương
ở bên trái của điểm MPP, là âm nếu ở bên phải điểm MPP và zero tại điểm MPP.
Khi bộ chuyển đổi công suất là bộ tăng áp, sự gia tăng tỉ số làm tăng sự dẫn điện ( dòng

dẫn ), mà điều này tương tự như dòng của tấm PV, nhưng giảm điện áp tấm PV. Do đó
tỉ số điều khiển đầu vào là:
24


Luận văn cao học
…………………………………………………………………………………………………..
• •

d (t ) = −k3 ∫ p v dt
• •

d (t ) = k3 ∫ p i dt

(9)
(10)

Ở đây k3 là hằng số dương. Điều khiển tỉ số công suất( chế độ làm việc) ở dạng này
chắc rằng điểm MPP sẽ tiếp tục được truy bắt , thực hiện với RCC tức là tìm được
điểm MPP.
Đạo hàm ở (9) và (10) thường không được như mong muốn, nhưng cho thấy rằng đo
lường cặp dòng và áp xoay chiều của mảng PV có thể dùng để thay thế, bởi vì chúng
bao gồm những thông tin cần thiết về pha. Đạo hàm còn có thể xấp xỉ bằng lọc thông
cao với tần số cắt cao hơn tần số ripple. Sự khác nhau và cách dễ dàng đạt được đạo
hàm dòng điện ở (10) thì còn cảm nhận độ dẫn điện áp, điều này đưa tới đạo hàm dòng
điện . Sự không lý tưởng về dẫn điện ( cuộn dây, điện trở) có ảnh hưởng nhỏ bởi vì
hằng số thời gian của vật dẫn điện thì lớn hơn nhiều so với chu kỳ đóng cắt ở bộ biến
đổi thực .
Hiện tại , không có tài liệu cho thấy ở (10) có thể sai, bởi vì sự thay đổi pha ( luân
phiên pha) đã mang lại tính dung kháng của mảng PV tại tần số đóng cắt cao. Mặc dù

công suất và điện áp tương quan như ở (9) đủ để ảnh hưởng đến dung kháng bên trong
Mạch điện tương tự đơn giản và rẻ có thể sử dụng để bổ sung RCC. Một ví dụ đưa ra .
Những thực nghiệm được thực hiện cho thấy rằng RCC chính xác và nhanh trong việc
truy bắt điểm MPP, thậm chí khi nhiệt độ và độ rọi ( bức xạ) thay đổi . Thời gian thực
hiện để hội tụ đến điểm MPP thì được giới hạn bởi tần số đóng cắt của bộ chuyển đổi
công suất và độ lợi của mạch RCC . Ưu điểm khác của RCC là không cần yêu cầu
trước bất cứ thông tin nào về đặc tính mảng PV, làm cho đáp ứng của nó đến các hệ
thống PV khác nhau ngày một cải thiện hơn.
Phương pháp MPPT gần giống RCC. Ví dụ, đạo hàm theo thời gian của công suất và
tỉ số công suất. Mặc dù, không giống RCC, nó dùng ripple hiện có ở dòng điện và điện
áp, làm sai tỉ số công suất. Dùng hiện tượng trễ dựa trên RCC. Tần số thấp tín hiệu
không rõ ràng thì dẫn đến sai lệch về công suất . Với góc lệch pha ( thay đổi) 90 độ
về dòng ( hoặc áp) , mong muốn đạt được công suất tại MPP, giống như trong RCC.
25