Nghiên cứu hiện tượng bóng che trong biến đổi năng lượng mặt trời

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
--------------------

PHẠM MINH HỒNG

NGHIÊN CỨU HIỆN TƯỢNG BĨNG CHE TRONG
BIẾN ĐỔI NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI
Chuyên ngành : Kỹ Thuật Điện
Mã số: 8520201

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. HỒ CHÍ MINH, THÁNG 02 NĂM 2020




LỜI CẢM ƠN
Đầu tiên, tôi xin chân thành gửi lời cảm ơn đến thầy PGS.TS. Nguyễn Hữu
Phúc, người đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ tơi trong suốt q trình thực hiện quyển
luận văn này.
Xin cám ơn các Thầy Cô đã cho em nền tảng kiến thức – tri thức q báu.
Xin cám ơn trường q Thầy Cơ trường Đại Học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí
Minh, Khoa Điện-Điện Tử, Phòng Đào Tạo Sau đại học, và các bạn cùng lớp đã tạo
cơ hội cho em thực hiện Luận văn này.
Cuối cùng tôi xin chân thành cảm ơn cha mẹ và người thân đã luôn ở bên tôi và
động viên tơi rất nhiều để tơi hồn thành khóa học này.

Phạm Minh Hoàng

1



TÓM TẮT
Nhu cầu về năng lượng tái tạo đang tăng lên từng ngày bởi sự khủng hoảng năng
lượng hiện nay trên phạm vi toàn cầu. Các nguồn năng lượng tái tạo đóng vai trị quan
trọng trong việc phát điện. Một số nguồn năng lượng tái tạo (như NLMT, gió, địa
nhiệt và sinh khối) có thể được sử dụng để tạo ra điện và đáp ứng nhu cầu năng lượng
hàng ngày của chúng ta. NLMT là lựa chọn khả thi nhất cho sản xuất điện vì nó có ở
mọi nơi và được sử dụng miễn phí. Các tấm pin NLMT quang điện (PV) chuyển
NLMT thành năng lượng điện. Với sự tập trung hiện tại vào các nguồn năng lượng
xanh hơn và sạch hơn, PV được sử dụng như một nguồn năng lượng quan trọng trong
nhiều ứng dụng.
Một trong những nguyên nhân chính làm giảm sản lượng năng lượng của nhiều
hệ thống PV là hiện tượng bóng che một phần các tấm PV. Hiện tượng bóng che một
phần là phổ biến ở tất cả các loại hệ thống quang điện. Trước đây, với các hệ thống
pin NLMT công suất nhỏ, hiện tượng này khơng được quan tâm đúng mức bởi chi phí
lớn trong khi khả năng tiết kiệm không cao. Tuy nhiên, các hệ thống NLMT hiện nay
có cơng suất ngày càng cao thì vấn đề này là một trở ngại cần phải giải quyết để nâng
cao hiệu quả vận hành.
Luận văn đề xuất một phương pháp nhận dạng và giải quyết vấn đề bị bóng che
trong một các cấu hình các tấm pin quang điện. Luận văn nhằm kiểm tra một sơ đồ để
thu hút NLMT tối đa có thể đạt được từ một bảng PV để sử dụng trong các ứng dụng
DC.

3


ABSTRACT

The need for renewable energy sources is growing day by day because of the
severe energy crisis in the world today. Renewable energy sources play a significant
role in electricity generation. Several renewable energy sources (like solar, wind,
geothermal, and biomass) can be used for generation of electricity and for meeting our
daily energy demands. Solar energy is the most viable option for electricity generation
because it is available everywhere and is free to utilize. Solar Photovoltaic (PV) arrays
convert the solar energy into electrical energy. With the current concentration on
greener and cleaner sources of power, PV arrays are being used as an important source
of power in many applications.
One of the main causes for the reduced energy yield of many PV systems is a
partial shading of PV arrays. The phenomenon of partially shaded conditions is
widespread in all kinds of photovoltaic systems. Previously, with low capacity
photovoltaic cell systems, this phenomenon was not paid due attention due to the high
cost while the saving small capacity. However, solar cell power systems, whose size
increasing more and more rapidly, are problems that needs to be addressed in order to
improve efficiency of solar systems.
This thesis proposes an effect of partial shading on photovoltaic array
configurations. This thesis intended to investigate a schematic to draw out maximum
attainable solar power from a PV panel for use in a DC application.

4


MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................ 1
LỜI CAM ĐOAN ....................................................................................................... 2
TÓM TẮT .................................................................................................................. 3
ABSTRACT ............................................................................................................... 4
MỤC LỤC.................................................................................................................. 5
MỤC LỤC CÁC HÌNH .............................................................................................. 8

Chương 1: TỔNG QUAN ......................................................................................... 12
1.1

Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu........................................................ 12

1.2

Tiềm năng năng lượng mặt trời ở thế giới và Việt Nam .................................. 12

1.2.1

Tình hình sử dụng pin NLMT ngoài nước. ............................................... 15

1.2.1.1 Dự án Tengger Desert 1547 MW, Trung Quốc .................................. 15
1.2.1.2 Dự án Solar Star 579MW, California ................................................. 16
1.2.1.3 Desert Sunlight Solar Farm 550MW, California ................................ 16
1.2.1.4 Topaz Solar Farms 550 MW, California. .............................................. 17
1.2.2

Tình hình sử dụng pin NLMT ở trong nước.............................................. 18

1.2.2.1

Nhà máy điện mặt trời Dầu Tiếng ..................................................... 18

1.2.2.2 Nhà máy quang năng BIM – Ninh Thuận .......................................... 19
1.2.2.3 Dự án NLMT trên đảo Trường Sa ...................................................... 20
1.2.3

Nhận xét chung ........................................................................................ 20

1.3

Điểm cơng suất cực đại và tác động do bóng che của Pin NLMT .................... 21

1.4

Mục tiêu luận văn ........................................................................................... 26

1.5

Nhiệm vụ luận văn .......................................................................................... 26

1.6

Phạm vi luận văn. ........................................................................................... 27

Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT .............................................................................. 28
2.1

Tế bào quang điện........................................................................................... 28

2.1.1

Đặc tính của tế bào quang điện ................................................................. 29

2.1.2 Các tấm pin quang điện và các dãy pin quang điện ...................................... 29
5

2.1.3 Các loại tế bào quang điện ........................................................................... 30
2.2

Các ứng dụng chủ yếu của PV ........................................................................ 32

2.3

Pin NLMT và phương trình tốn của pin NLMT............................................. 32

2.3.1 Phương trình tương đương của pin NLMT ................................................... 32
2.3.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến pin NLMT .......................................................... 33
2.3.3 Phương trình tương đương của bộ pin NLMT .............................................. 34
2.4

Các thuật toán phổ biến xác định điểm công suất cực đại của pin mặt trời. ..... 37

2.4.1

Thuật toán nhiễu loạn và quan sát P&O.................................................... 37

2.4.2

Thuật tốn điện dẫn gia tăng INC ............................................................. 39

2.5

Hiện tượng bóng che một phần và các ảnh hưởng ........................................... 41

Chương 3: THUẬT TOÁN CẢI TIẾN ĐÁP ỨNG CÁC ĐIỀU KIỆN THAY ĐỔI .. 48
3.1

Phân tích các đường cong đặc trưng trong điều kiện PSC ......................... 48

3.2

Giải thuật cải tiến tìm điểm MPPT khi các dãy pin bị bóng che một phần

(Mức bức xạ trên các PV bị che là đồng đều) ....................................................... 50
Giải thuật cải tiến tìm điểm MPPT khi bị bóng che một phần (Mức bức xạ

3.3

trên các PV bị che là khơng đồng đều).................................................................. 54
Chương 4: KẾT QUẢ MƠ PHỎNG ......................................................................... 57
4.1

Mơ hình hóa mơ phỏng ................................................................................... 57

4.1.1

Khối pin NLMT. ...................................................................................... 57

4.1.2

Khối mạch DC/DC và bus DC.................................................................. 60

4.1.3

Khối điều khiển ........................................................................................ 63

4.1.4

Mơ hình mơ phỏng của hệ thống pin NLMT. ........................................... 64

4.1.5

Mơ hình kiểm tra cơng suất các dãy pin NLMT bị bóng che một phần. .... 65

4.2

Kết quả mô phỏng........................................................................................... 67

4.2.1

Khi BXMT trên các dãy pin lần lượt là 1000, 1000, 800, 500 W/m2 ........ 68

4.2.2

Khi BXMT trên các dãy pin lần lượt là 1000, 800, 600, 400 W/m2 .......... 70

4.2.3

Khi BXMT trên các dãy pin lần lượt là 1000, 900, 800, 600 W/m2 ......... 73

4.3

Mô phỏng hệ thống 6 dãy pin NLMT............................................................ 76

4.3.1 Mơ hình mơ phỏng .................................................................................... 76
4.3.2

4.4

Kết quả mô phỏng .................................................................................... 78

Mô phỏng hệ thống 20 dãy pin NLMT .......................................................... 81
6


4.4.1 Mơ hình mơ phỏng .................................................................................... 82
4.4.2
4.5

Kết quả mơ phỏng .................................................................................... 84

Nhận xét ......................................................................................................... 87

Chương 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI .................................. 89
5.1

Kết luận .......................................................................................................... 89

5.2

Hướng phát triển. ............................................................................................ 89

7


MỤC LỤC CÁC HÌNH
Hình 1. 1 Hệ thống pin mặt trời vận hành độc lập ..................................................... 13

Hình 1. 2 Trang trại gió kết nối lưới điện .................................................................. 13
Hình 1. 3 Tổng sản lượng PV tồn cầu ..................................................................... 14
Hình 1. 4 Top 10 nước phát triển pin PV nhất thế giới đến 2018............................... 14
Hình 1. 5 Dự án Tengger 1547MW, China ............................................................... 15
Hình 1. 6 Dự án Solar Star 579MW, California ........................................................ 16
Hình 1. 7 Desert Sunlight Solar Farm 550MW, California ....................................... 17
Hình 1. 8 Topaz Solar Farms 550 MW, California. ................................................... 17
Hình 1. 9 Nhà máy điện mặt trời Dầu Tiếng 420MW-Tây Ninh ............................... 18
Hình 1. 10 Pin NLMT tại Nháy máy điện mặt trời BIM 330MW -Ninh Thuận ........ 19
Hình 1. 11 Năng lượng gió và mặt trời trên đảo Phan Vinh, Trường Sa .................. 20
Hình 1. 12 Đường cong P-V trong tấm PV trong điều kiện bóng che một phần ........ 21
Hình 2. 1 Cấu trúc cơ bản của tế bào quang điện ...................................................... 28
Hình 2. 2 Các đường đặc tuyến cơ bản trong một PV ............................................... 29
Hình 2. 3 Tế bào, tấm và dãy pin PV ........................................................................ 30
Hình 2. 4 Hiệu suất hoạt động của các loại nguyên liệu PV khác nhau..................... 31
Hình 2. 5 Mạch điện tương đương của pin mặt trời .................................................. 32
Hình 2. 6 Mơ hình pin mặt trời lý tưởng .................................................................. 34
Hình 2. 7 Mơ đun pin mặt trời .................................................................................. 34
Hình 2. 8 Đặc tuyến I-V với các bức xạ khác nhau .................................................. 35
Hình 2. 9 Đặc tuyến P-V với các bức xạ khác nhau ................................................. 35
Hình 2. 10 Đường đặc tuyến I-V tại S=1000W/m2 khi nhiệt độ pin thay đổi ........... 36
Hình 2. 11 Đường đặc tuyến P-V tại S=1000W/m2 khi nhiệt độ pin thay đổi .......... 36
Hình 2. 12 Cấu trúc điều khiển MPPT của dàn PV .................................................. 37
Hình 2. 13 Đường đặc tính P-V và thuật tốn P&O ................................................. 38
Hình 2. 14 Lưu đồ thuật tốn P&O .......................................................................... 39
Hình 2. 15 Đường đặc tính P-V và thuật tốn INC ................................................... 40
Hình 2. 16 Lưu đồ thuật tốn INC............................................................................ 41
8

Hình 2. 17 Minh họa hiện tượng bóng che một phần................................................ 42
Hình 2. 18 Vai trị Diode bảo vệ trong dãy PV ......................................................... 43
Hình 2. 19 Đồ thị mối tương quan P-V khi có hiện tượng bóng che ......................... 44
Hình 2. 20 Đặc tính I-V và P-V của ba tấm pin PV trong mơi trường đồng nhất ...... 45
Hình 2. 21 Đặc tính bóng che một phần với bức xạ 1000-700W-300 (W/m2) .......... 46
Hình 3. 1 Cấu hình pin NLMT với hai mức bức xạ khác nhau .................................. 48
Hình 3. 2 Các đường đặc tính PV và IV trong các điều kiện bóng che khác nhau ..... 48
Hình 3. 3 Điện áp ngõ ra mỗi mô đun với công suất ngõ ra....................................... 49
Hình 3. 4 Cơng suất đầu ra của module PV với điện áp đầu ra mô đun không bị che và
điện áp đầu ra module bị che. ................................................................................... 49
Hình 3. 5 Các dãy pin màu đen có mức bức xạ (Ir=300W/m2) với dãy pin màu trắng
có mức bức xạ (Ir=1000W/m2) trên một mảng PV ................................................... 50
Hình 3. 6 Lưu đồ tìm MPPT cải tiến cho dãy pin bị bóng che một phần ................... 53
Hình 3. 7 Đặc điểm của mảng PV trong điều kiện bóng mờ từng phần ..................... 55
Hình 3. 8 Lưu đồ chương trình con sửa đổi tìm MPPT mới với số bức xạ mặt trời
nhiều hơn hai (các mức bức xạ khác nhau) ............................................................... 56
Hình 4. 1 Sơ đồ khối hệ thống pin NLMT nối bus DC .............................................. 57
Hình 4. 2 Thơng số được nhập vào cho mỗi tấm PV ................................................. 58
Hình 4. 3 Mơ hình pin NLMT................................................................................... 59
Hình 4. 4 Mơ hình dãy pin NLMT mắc nối tiếp ........................................................ 59
Hình 4. 5 Sơ đồ nguyên lý bộ giảm áp Buck ............................................................ 60
Hình 4. 6 Dạng sóng điện áp và dịng điện của mạch Buck ...................................... 61
Hình 4. 7 Sơ đồ khối chuyển đổi DC/DC Buck trong matlab simulink...................... 63
Hình 4. 8 Sơ đồ khối điều khiển trong mơ hình. ........................................................ 64
Hình 4. 9 Mơ hình hóa mơ phỏng hệ thống pin NLMT ............................................. 65
Hình 4. 10 Mơ hình hóa mơ phỏng hệ thống pin NLMT kiểm chứng. ....................... 66
Hình 4. 11 Tương quan điện áp – dịng điện trong mơ hình kiểm chứng ................... 66
Hình 4. 12 Tương quan cơng suất - điện áp trong mơ hình kiểm chứng .................... 67

9

Hình 4. 13 Mối tương quan P-V của hệ thống PV khi tại các mức bức xạ mặt trời lần
lượt là 1000, 1000, 800, 500 W/m2........................................................................... 68
Hình 4. 14 Cơng suất và điện áp ngõ ra hệ thống pin NLMT trong thời gian mơ phỏng
với chương trình tìm điểm GMPP ở mức BXMT từ 1000W/m2 sang 1000, 1000, 800,
500 W/m2 ................................................................................................................. 69
Hình 4. 15 Phân bố điện áp trên các dãy pin NLMT trong thời gian mô phỏng với mức
BXMT từ 1000W/m2 sang 1000, 1000, 800, 500 W/m2 ........................................... 70
Hình 4. 16 Mối tương quan P-V của hệ thống PV khi tại các mức bức xạ mặt trời lần
lượt là 1000, 800, 600, 400 W/m2 ............................................................................ 70
Hình 4. 17 Cơng suất và điện áp ngõ ra hệ thống pin NLMT trong thời gian mô phỏng
với mức BXMT từ 1000W/m2 sang 1000, 800, 600, 400 W/m2 ............................... 71
Hình 4. 18 Phân bố điện áp trên các dãy pin NLMT trong thời gian mô phỏng với mức
BXMT từ 1000W/m2 sang 1000, 800, 600, 400 W/m2 ............................................. 72
Hình 4. 19 Cơng suất và điện áp ngõ ra hệ thống pin NLMT trong thời gian mô phỏng
với mức BXMT từ 500W/m2 sang 1000, 800, 600, 400 W/m2 ................................. 73
Hình 4. 20 Mối tương quan P-V của hệ thống PV khi tại các mức bức xạ mặt trời lần
lượt là 1000, 900, 800, 600 W/m2 ............................................................................ 74
Hình 4. 21 Cơng suất và điện áp ngõ ra hệ thống pin NLMT trong thời gian mô phỏng
với mức BXMT từ 1000W/m2 sang 1000, 900, 800, 600 W/m2 ............................... 75
Hình 4. 22 Phân bố điện áp trên các dãy pin NLMT trong thời gian mô phỏng với mức
BXMT từ 1000W/m2 sang 1000, 900, 800, 600 W/m2 ............................................. 76
Hình 4. 23 Mơ hình hóa mơ phỏng hệ thống 6 dãy pin NLMT. ................................. 77
Hình 4. 24 Mơ hình hóa mô phỏng hệ thống 6 dãy pin NLMT kiểm chứng. ............. 78
Hình 4. 25 Mối tương quan P-V của hệ thống PV khi tại các mức bức xạ mặt trời trên
các dãy pin lần lượt là 1000, 900, 800, 700, 400, 350 W/m2 .................................... 79
Hình 4. 26 Cơng suất và điện áp ngõ ra hệ thống pin NLMT trong thời gian mô phỏng
với mức BXMT từ 1000W/m2 sang 1000, 900, 800, 700, 400, 350W/m2 ................ 80
Hình 4. 27 Phân bố điện áp trên các dãy pin NLMT trong thời gian mô phỏng với mức

BXMT từ 1000W/m2 sang 1000, 900, 800, 700, 400, 350W/m2 .............................. 81
Hình 4. 28 Mơ hình hóa mơ phỏng hệ thống 20 dãy pin NLMT. ............................... 83
Hình 4. 29 Mơ hình hóa mơ phỏng hệ thống 20 dãy pin NLMT kiểm chứng. ........... 84
10


Hình 4. 30 Mối tương quan P-V của hệ thống PV khi tại các mức bức xạ mặt trời trên
các dãy pin lần lượt là 1000, 900, 800, 700, 400 W/m2 ............................................ 84
Hình 4. 31 Cơng suất và điện áp ngõ ra hệ thống pin NLMT trong thời gian mô phỏng
với mức BXMT từ 1000W/m2 sang 1000, 900, 800, 700, 400 W/m2 ....................... 85
Hình 4. 32 Phân bố điện áp trên các dãy pin NLMT trong thời gian mô phỏng với mức
BXMT từ 1000W/m2 sang 1000, 900, 800, 700, 400 W/m2 ..................................... 86

11


Chương 1: TỔNG QUAN
1.1 Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu
Nhu cầu năng lượng gia tăng từng ngày cùng sự tăng sự gia tăng của dân số thế
giới. Khi sự gia tăng nhu cầu năng lượng cùng với việc các nguồn năng lượng thông
thường đang phải đối mặt với tình trạng thiếu hụt và tác động mơi trường, thì việc sử
dụng năng lượng tái tạo đã trở nên quan trọng hơn. NLMT đã được chọn là nguồn
năng lượng dồi dào nhất cho năng lượng trong tương lai và đang trở thành một đối thủ
cạnh tranh mạnh mẽ với nhiên liệu hóa thạch. NLMT là một phương pháp quan trọng
để tạo ra năng lượng sạch vì NLMT là tự do, phong phú, khả thi và thân thiện với mơi
trường. Ngồi ra, nhiên liệu hố thạch có rất nhiều nhược điểm, như giảm trữ lượng và
ô nhiễm. Ngược lại, các nguồn năng lượng tái tạo được công nhận là năng lượng sạch
hơn và sản xuất năng lượng mà không gây ô nhiễm.
Các nhà máy điện truyền thống là một trong những nguyên nhân hàng đầu gây ô
nhiễm môi trường và tác động tiêu cực đến sức khoẻ con người từ phát thải khí nhà

kính [8]. Đây là một phương pháp thay thế nhằm hỗ trợ các nhà máy điện truyền
thống hiện có trong giờ cao điểm. Đặc biệt, các cơng nghệ năng lượng tái tạo đã trở
thành một đóng góp quan trọng cho nhu cầu về tương lai năng lượng bền vững. Do đó,
hồn tồn là cần thiết để tìm một phương pháp thay thế của thế hệ để bảo vệ môi
trường và sức khỏe từ tác động của năng lượng thông thường.
1.2 Tiềm năng năng lượng mặt trời ở thế giới và Việt Nam
Việc sử dụng NLMT để tạo ra điện là một hiện tượng gần đây và được biết đến
như là NLTT. Các nền văn minh trong quá khứ dựa vào mặt trời để tạo ra ánh sáng và
nhiệt cho các hoạt động hàng ngày. Việc sử dụng phổ biến nhất của ánh sáng này là
thông qua các tế bào PV, giúp tạo ra điện khi đặt dưới ánh sáng mặt trời (bức xạ mặt
trời). Một tấm PV / dãy PV được tạo thành từ nhiều tế bào PV được lắp đặt trong một
hệ thống riêng lẻ (độc lập) hoặc ở quy mơ rất lớn dưới hình thức một trang trại NLMT
(nối lưới). Một hệ thống PV bao gồm một tấm hoặc dãy PV, một bộ lưu điện và một
12


biến tần, hoặc là pin (off-grid) hoặc một kết nối trực tiếp tới lưới điện thông qua một
kết nối với các đơn vị tiêu dùng (off-grid / on-grid). Hình 1.1 mô tả một hệ thống PV
như một hệ thống độc lập được dùng để cung cấp năng lượng cho các tải độc lập và
các hệ thống độc lập này thường có cơng suất nhỏ. Các hệ thống pin NLMT độc lập
thường được gắn trên các mái nhà hoặc các tòa nhà dùng trong chiếu sáng các con
đường, bãi đậu xe và dùng trong các ứng dụng sinh hoạt trong gia đình.

Hình 1. 1 Hệ thống pin mặt trời vận hành độc lập
Hình 1.2 minh hoạ cho việc thiết lập các tấm PV như một hệ thống kết nối lưới
điện được lắp đặt dưới dạng một trang trại NLMT. Mục đích của các trang trại NLMT
là để đáp ứng các yêu cầu về tải có cơng suất lớn và lưới điện cao hơn, cung cấp điện
năng ở quy mơ lớn hơn.

Hình 1. 2 Trang trại gió kết nối lưới điện

13


Việc sử dụng NLMT ngày càng tăng đã làm giảm việc tiêu thụ các nguồn năng
lượng không tái tạo và do đó có thể dự đốn được sự gia tăng trong việc lắp đặt hệ
thống PV (trang trại NLMT). Vào cuối năm 2018, tổng cơng suất lắp đặt tồn cầu của
sản xuất NLMT đạt 505 GW theo báo cáo Renewables Global Status Report 2019
trong [1] được thể hiện như trong Hình 1.3

Hình 1. 3 Tổng sản lượng PV tồn cầu

Hình 1. 4 Top 10 nước phát triển pin PV nhất thế giới đến 2018
Nhiều quốc gia đã xây dựng các trang trại NLMT để tạo ra điện năng rẻ và thay
thế các nguồn không tái tạo.
Cho đến gần đây, nhu cầu tập trung ở các nước giàu. Hiện nay, các thị trường
mới nổi trên tất cả các châu lục đã bắt đầu đóng góp đáng kể vào tăng trưởng tồn cầu,
14


với việc NLMT thường được lắp đặt tại các nơi mà điện cần thiết nhất: ở các nước
đang phát triển. Đồng thời, nhiều thị trường có cơng suất lớn truyền thống trước đây ở
châu Âu đã lắp đặt ít cơng suất vào năm 2018. Sự mở rộng thị trường ở hầu hết các
nước trên thế giới là do sự cạnh tranh ngày càng tăng của các nhà sản xuất tấm pin
NLMT cũng như các chương trình kích thích sử dụng năng lượng tái tạo của chính
phủ. Nhu cầu về điện và nâng cao nhận thức về tiềm năng PV của NLMT khi các
quốc gia tìm cách làm giảm ơ nhiễm và lượng phát thải CO2.
1.2.1 Tình hình sử dụng pin NLMT ngoài nước.
Trên thế giới hiện đã xây dựng được các nhà máy NLMT cơng suất lớn. Tiêu
biểu có thể kể đến các dự án NLMT như sau:
1.2.1.1 Dự án Tengger Desert 1547 MW, Trung Quốc

Hình 1. 5 Dự án Tengger 1547MW, China
Đây là nhà máy NLMT lớn nhất thế giới thời điểm hiện nay, nhà máy tọa lạc tại
Zhongwei, Ningxia – Trung Quốc. Với công suất 1547MW, nhà máy Tengger có khả
năng phục vụ nhu cầu cho 600.000 hộ dân xung quanh. Với thời điểm hoàn thành
thành việc xây dựng nhà máy vào năm 2015, đây được xem là tổ hợp nhà máy điện
mặt trời lớn nhất thế giới về quy mô xây dựng (43 km) và sản lượng điện khi kết nối
với 25 nhà máy điện trong khu vực này. Trong thời gian ¼ thế kỷ, Trung Quốc đã dẫn
đầu toàn cầu về điện năng lượng mặt trời.
15


1.2.1.2 Dự án Solar Star 579MW, California

Hình 1. 6 Dự án Solar Star 579MW, California
Đây là nhà máy NLMT lớn nhất thế giới thời điểm hiện nay, nhà máy tọa lạc tại
Kern và Los Angeles ở California. Với công suất 579MW, nhà máy Solar Star có khả
năng phục vụ nhu cầu cho 255.000 hộ dân xung quanh. Công việc xây dựng nhà máy
được bắt đầu năm 2013 và hoàn thành đưa vào sử dụng tháng 6 năm 2015. Nhà máy
được xây dựng trên diện tích 13 km vng gần Rosamond, California. Để có được
cơng suất lớn như vậy, nhà máy đã sử dụng hết 1.7 triệu module pin NLMT được làm
từ bán dẫn đơn tinh thể.
Với công nghệ pin mặt trời, Solar Star ước tính đã tiết giảm được 570,000 tấn
khí thải CO2 ra mơi trường mỗi năng, lượng khí thải này tương đương với việc vận
hành 108.000 chiếc xe hơi trên các đường phố mỗi năm. Nhà máy đã sử dụng công
nghệ Oasis Power Plant được phát triển bởi Sun Power cho phép các tấm pin NLMT
bám theo ánh sáng mặt trời trong suốt một ngày làm việc. Điều này cho phép nhà máy
nâng hiệu suất thu NLMT đạt đến 25%. Công ty BHE là chủ sở hữu nhà máy điện mặt
trời này và bán lượng điện năng thu được cho Southern California Edison với một hợp
đồng dài hạn.

1.2.1.3 Desert Sunlight Solar Farm 550MW, California

16


Hình 1. 7 Desert Sunlight Solar Farm 550MW, California
Trang trại Desert Sunlight Solar được đặt tại Riverside County và Carrizo Plain
ở California. Nhà máy là sản phẩm hợp tác giữa tập đồn GE và tập đồn Sumitomo.
Với cơng suất 550 MW, nhà máy có khả năng đáp ứng nhu cầu năng lượng của
160.000 hộ dân quanh vùng. Việc xây dựng nhà máy đã giúp tiết giảm gần 300.000
tấn khí CO2 thải ra mơi trường mỗi năm, nó tương đương với khí thải của 60.000 xe
hơi hằng năm.
Dự án được xây dựng và vận hành bởi First Solar. Đây cũng là nhà cung cấp 8
triệu module pin NLMT có cơng nghệ cadmium telluride. Nhà máy được xây dựng
trên diện tích 15.4 km vuông. Giai đoạn 1 được khởi công vào tháng 9 năm 2011 có
cơng suất 300 MW. Giai đoạn 2 hồn thành năm 2015 với cơng suất 250 MW.
1.2.1.4 Topaz Solar Farms 550 MW, California.

Hình 1. 8 Topaz Solar Farms 550 MW, California.
Topaz Solar Farms là nhà máy điện NLMT có cơng suất 550 MW đặt tại vùng
San Luis Obispo County, California. Nhà máy có khả năng cung cấp năng lượng cho
17


160.000 căn hộ trong vùng. Dự án trị giá 2.5 tỉ USD được sở hữu bởi công ty BHE
Renewables. Năng lượng thu được của dự án có thể giảm thiểu 377.000 tấn CO2 mỗi
năm. Nó tương đương với khí thải của 73.000 chiếc xe hơi. Dự án tiêu tốn 9 triệu
panel pin mặt trời, chúng được đặt nghiên 250 để tối ưu NLMT.
Nhà máy được bắt đầu xây dựng năm 2011 và hồn thành năm 2014 trên diện
tích 24.6 km vuông. Điện năng được bán cho công ty Pacific Gas and Electric bằng

một hợp đồng có thời hạn 25 năm.
1.2.2 Tình hình sử dụng pin NLMT ở trong nước
Cùng với sự phát triển nhanh chóng của việc sử dụng NLMT trên thế giới, tại
nước ta hiện nay việc sử dụng điện NLMT cũng được phát triển nhanh dưới sự hỗ trợ
về giá cũng như cơ chế của nhà nước về phát triển năng lượng tái tạo.
Theo thống kê [1], mục tiêu về sản lượng điện NLMT củaViệt Nam trong tương
lai là năm 2020 sẽ đạt mức 850MW, năm 2025 đạt mức 4GW và 12GW vào năm
2030.
Một số các cơng trình tiêu biểu được đưa ra như bên dưới.
1.2.2.1 Nhà máy điện mặt trời Dầu Tiếng

Hình 1. 9 Nhà máy điện mặt trời Dầu Tiếng 420MW-Tây Ninh
Nhà máy Điện Mặt trời Dầu Tiếng là dự án hợp tác đầu tư giữa Công ty TNHH
Xuân Cầu (Việt Nam) và Công ty TNHH B. Grimm Power Public (Thái Lan). Dự án
được khởi công vào cuối tháng 6/2018. Sau gần 1 năm thi công xây dựng và lắp đặt,
cụm Nhà máy điện mặt trời Dầu Tiếng: DT 1 và DT2 đã chính thức đưa vào vận hành

18


thương mại, hòa lưới điện quốc gia trong tháng 6/2019. Nhà máy được xây dựng trên
diện tích 504 ha, cơng suất lắp đặt 420 MW.
Cụm Nhà máy DT1 và DT2 đi vào hoạt động sẽ cung cấp lên lưới điện quốc gia
khoảng 688 triệu kWh mỗi năm. Ước tính, bằng khoảng mức tiêu thụ điện hàng năm
của gần 320.000 hộ gia đình Việt Nam. Trong dự án này, gần 1.300.000 tấm pin năng
lượng mặt trời với công nghệ quang điện loại silic đa tinh thể có hiệu suất cao đã được
lựa chọn để lắp đặt. Với công suất này, lượng giảm phát thải khí nhà kính mỗi năm
của dự án tương đương 595.000 tấn CO2.
1.2.2.2 Nhà máy quang năng BIM – Ninh Thuận
Sau hơn 9 tháng thi công, 3 nhà máy điện mặt trời BIM 1, BIM 2 và BIM 3 đã

hồn tất nghi thức đóng điện và hịa lưới điện quốc gia sáng ngày 27/4/2019, với tổng
cơng suất 330MW.

Hình 1. 10 Pin NLMT tại Nháy máy điện mặt trời BIM 330MW -Ninh Thuận
Dự án do BIM Energy (thương hiệu mảng năng lượng thuộc Tập đoàn BIM
Group) và AC Energy (tập đoàn Ayala Philippines).
Ba nhà máy điện mặt trời BIM 1, BIM 2 và BIM 3 khởi công vào tháng 1/2018.
Với tổng công suất 330MWp, cụm nhà máy bao gồm: nhà máy điện BIM 1 có cơng
suất 30MW; BIM 2 có cơng suất 250MW và BIM 3 có cơng suất 50MW.
Cụm 3 nhà máy điện mặt trời được lắp đặt hơn 1 triệu tấm pin năng lượng mặt
trời, dự kiến sản xuất khoảng 600 triệu kwh/năm, phục vụ 200 nghìn hộ gia đình mỗi
năm và góp phần giảm gần 304.400 tấn CO2 thải ra môi trường mỗi năm.
19


1.2.2.3 Dự án NLMT trên đảo Trường Sa
Dự án là một trong những cơng trình trọng điểm Quốc gia, được đầu tư bởi Bộ
Tư lệnh Hải quân và Tập đoàn Dầu khí quốc gia Việt Nam – Petro Vietnam. Được
thực hiện từ năm 2008 đến năm 2010 và liên tục được bảo trì, nâng cấp định kỳ hàng
năm. Hệ thống lai ghép năng lượng gió và mặt trời trên quy mô lớn, triển khai trên 48
điểm đảo (đảo, nhà dàn) với hơn 5700 tấm pin NLMT.

Hình 1. 11 Năng lượng gió và mặt trời trên đảo Phan Vinh, Trường Sa
Đây là cơng trình rất có ý nghĩa về mặt an ninh quốc phòng và kinh tế khi tiết
kiệm được 774.000 lít dầu mỗi năm cho vận hành máy phát điện và giảm 2300 tấn
CO2 phát thải mỗi năm. Điều này càng đặc biệt có ý nghĩa khi Trường Xa là nơi cách
xa đất liền và công tác hậu cần gặp nhiều khó khăn.
1.2.3 Nhận xét chung
Qua các dự án NLMT tiêu biểu được đầu tư xây dựng trên thế giới đã được khảo
sát, có thể rút ra một số nhận xét như sau:

− Đã có nhiều dự án NLMT cơng suất lớn được xây dựng và đưa vào vận hành
đạt hiệu quả cao.
− Quy mô các nhà máy NLMT ngày càng lớn cùng với sự phát triển nhanh
chóng các phương pháp điều khiển tối ưu được nghiên cứu áp dụng.
− Nhà máy NLMT có khả năng thay thế một phần nguồn điện truyền thống
chứng tỏ tỉ lệ thâm nhập của NLMT ngày càng tăng cao.
20


1.3 Điểm công suất cực đại và tác động do bóng che của Pin NLMT
Tế bào NLMT, cịn được gọi là tế bào quang điện (PV), là một thiết bị chuyển
đổi bức xạ mặt trời thành điện. Khi kết nối với nhau các tế bào quang điện tạo thành
một mô đun, và kết nối một số mơ-đun có thể góp phần hình thành một mảng NLMT
[2]. Mảng PV chứa một số mô đun được liên kết trong cấu trúc nối tiếp hoặc song
song. Với mức độ chiếu xạ khác nhau trong ngày, cơng suất đầu ra mảng PV có thể
thay đổi trong một phạm vi rộng [3]. Mặc dù có rất nhiều lợi ích đối với NLMT,
nhưng có một số thách thức ngăn cản sự phát triển của nó. Hai thách thức chính là
hiệu suất thấp và các điểm cơng suất cực đại địa phương. Sử dụng kỹ thuật bám theo
điểm công suất cực đại (Power Point Tracking - MPPT) là một kỹ thuật tốt để nâng
cao hiệu quả của hệ thống PV. Hệ thống PV có thể hoạt động với cơng suất tối đa
bằng MPPT. Trên thực tế, có thể dễ dàng tìm ra cơng suất lớn nhất trong đường cong
phi tuyến P-V dưới bức xạ liên tục bằng các phương pháp MPPT phổ biến. Tuy nhiên,
MPPT có thể rất khó để theo dõi MPP thực tế trong điều kiện bóng mờ một phần do
có nhiều các điểm cơng suất cực đại địa phương, có thể thấy được trên đường cong
đặc trưng P-V như thể hiện trong Hình 1.12.

Hình 1. 12 Đường cong P-V trong tấm PV trong điều kiện bóng che một phần
21

Mặc dù còn một số hạn chế của việc sử dụng một nguồn PV khi đang giải quyết
các đặc tính đầu ra phi tuyến của nó, thay đổi nhiều mức bức xạ khác nhau, bóng che,
nhiệt độ, và cấu hình mảng, nguồn quang điện đang được sử dụng ngày càng nhiều
trong một số ứng dụng. Nếu toàn bộ tấm pin PV không được cùng một mức bức xạ
giống nhau, các đặc tính trở nên phức tạp hơn như trong điều kiện bóng che từng
phần. Do đó, điều này sẽ làm giảm hiệu quả của các chương trình tìm điểm cơng suất
cực đại hiện tại do khơng có khả năng phân biệt giữa các đỉnh địa phương và đỉnh cao
toàn cục [4]. Sự chiếu sáng và nhiệt độ khác nhau trong điều kiện bóng che gây ra một
đặc tính I-V phi tuyến tính của hệ thống PV; Đặc điểm P-V trở nên phức tạp hơn với
nhiều đỉnh công suất cực đại khác nhau.
Trên thế giới và trong nước đã có nhiều nghiên cứu về việc tìm điểm GMPPT
này như:
 Reset đường cong và quét chu kỳ, quét toàn bộ đường cong P-V
Một sự cải tiến rất đơn giản thường được thực hiện với các kỹ thuật MPPT thông
thường liên quan đến việc thiết lập lại các điểm hoạt động định kỳ để cải thiện xác
suất mà hệ thống sẽ định vị GMPP. Trong [5], một phương pháp P & O tăng thêm ba
điểm (3PI-P & O) được đề xuất cải tiến theo kỹ thuật P & O bằng cách so sánh giữa
ba điểm hoạt động chứ không chỉ hai được sử dụng trong kỹ thuật P & O tiêu chuẩn.
Mặc dù cách tiếp cận này cải thiện hiệu suất theo dõi, thuật tốn vẫn có thể bị mắc kẹt
tại một địa phương tối đa, đó là lý do tại sao một thiết lập lại định kỳ đến một điểm
hoạt động ngẫu nhiên được thực hiện mỗi 5-10 phút. Bằng cách áp dụng cách tiếp cận
này, khả năng GMPP được theo dõi tăng lên nhưng khơng được bảo đảm.
Một tìm kiếm định kỳ được hoàn thành sau mỗi 1-15 phút trong [6], và sau đó
P&O được sử dụng để có được theo dõi MPPT chính xác. Phương pháp này hoạt động
bằng cách dần dần thu được nhiều công suất từ bộ chuyển đổi DC/DC cho đến khi
GMPP đạt được. Khi GMPP được đặt, thuật toán sử dụng phương pháp P & O để duy
trì tại thời điểm này cho đến khi bắt đầu tìm kiếm điểm GMPP tiếp theo.
Một kỹ thuật khác là qt tồn bộ các đặc tính IV để xác định chính xác GMPP.
Trong [7] một phép đo rất nhanh về đặc tính I-V đã đạt được để định vị GMPP. Do
tốc độ quét, tổn hao công suất trong thời gian đó là tối thiểu. Đường cong P-V được

22