Nội dung

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ HỆ NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI MỘT PHA LÀM VIỆC ĐỘC LẬP Ngành: KỸ THUẬT ĐIỆN – ĐIỆN TỬ Chuyên ngành: ĐIỆN CÔNG NGHIỆP Giảng viên hướng dẫn : XXXXXXXXXXX Sinh viên thực hiện xxxxxxxxxxxxxxxx MSSV: 121102xxxx : Lớp: 12DDCxx TP. Hồ Chí Minh, 201x Cơ – Điện – Điện Tử PHIẾU THEO DÕI TIẾN ĐỘ LÀM ĐỒ ÁN/ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP (Do giảng viên hướng dẫn ghi và giao cho sinh viên nộp chung với ĐA/KLTN sau khi hoàn tất đề tài) 1. Tên đề tài: .................................................................................................................. ..................................................................................................................................... 2. Giảng viên hướng dẫn: .............................................................................................. 3. Sinh viên/ nhóm sinh viên thực hiện đề tài : Họ và tên: Huỳnh Ngọc Đức MSSV: 1211020001 Lớp: 12DDC01 Ngành : KỸ THUẬT ĐIỆN – ĐIỆN TỬ Chuyên ngành : ĐIỆN CÔNG NGHIỆP Tuần lễ 1 2 Ngày Nội dung Nhận xét của GVHD (Ký tên) Tuần lễ Ngày Nội dung Nhận xét của GVHD (Ký tên) 3 4 5 6 7 Kiểm tra ngày: Đánh giá công việc hoàn thành: …………..% Được tiếp tục:  Không tiếp tục:  Tuần lễ 9 10 11 12 13 Ngày Nội dung Nhận xét của GVHD (Ký tên) Tuần lễ Ngày Nội dung Nhận xét của GVHD (Ký tên) 14 15 TP. HCM, ngày … tháng … năm ………. Giảng viên hướng dẫn chính (Ký và ghi rõ họ tên) 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 lương tàn dư sinh học than đá, dầu mỏ, khí tự hiên. Kế là năng lượng nước thủy điện, năng lượng hạt nhân, năng lượng sinh khối (bio, gas… ) 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 đực 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. Tuy nhiên nội dung chủ yếu được giới thiệu trong bài báo cáo này chỉ nghiên cứu các thành phần trong hệ mặt trời làm việc độc lập. Đồ án trình bày bao quát cả một hệ thống pin mặt trời làm việc độc lập với đầy đủ các thành phần cần thiết trong hệ. Sau đó đồ án tập trung nghiên cứu sâu hơn vào nguồn điện pin mặt trời gồm pin mặt trời, bộ DC/AC, phương pháp và thuật toán điều khiển MPPT để thấy rõ đặc tính làm việc, ưu nhược điểm, khả năng ứng dụng của các thuật toán điều khiển MPPT nhằm để hệ pin mặt trời được làm việc tối ưu nhất. Trong quá trình thực hiện đồ án tốt nghiệp, em đã cũng cố được những kiến thức đã được học và tiếp thu thêm được một số kiến thức và kinh nghiêm mới về pin mặt trời.quá trình làm đồ án thực sự có ích cho em về nhiều mặt. Tp.HCM, ngày…tháng…năm 2016 Sinh viên thực hiện HUỲNH NGỌC ĐỨC Lời cảm ơn Đây là kết quả của quá trình 4 năm học tập của em nhưng do kinh nghiệm thực tế của bản thân còn chưa nhiều nên khó tránh khỏi nhiều thiếu sót, do đó cần phải có sự hướng dẫn, giúp đỡ của giáo viên. Qua đây em cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành đến quý thầy cô Trường đại học Công Nghệ Tp. HCM, khoa Cơ – Điện – Điện tử, các thầy cô bộ môn lời cảm ơn trân thành nhất, các thầy cô đã tận tình giảng dạy cho em trong suốt 4 năm học vừa qua, các thầy cô đã trang bị cho em nhiều kiến thức cơ bản về lĩnh vực điện công nghiệp. Và cuối cùng em xin cảm ơn thầy XXXXXX đã giúp đở và hướng dẫn em trong suất quá trình làm đồ án tốt nghiệp. Mục lục .....................................................................................................Trang Chương 1: Giới thiệu đề tài ..................................................................................... 7 1.1. Tính cấp thiết của đề tài .............................................................................. 7 1.1.1. Lý do chọn đề tài ................................................................................ 7 1.1.2. Mục đích nghiên cứu .......................................................................... 7 1.2. Nội dung đề tài ............................................................................................ 8 1.3. Phương pháp nghiên cứu ............................................................................. 8 1.3.1. Lý thuyết ............................................................................................ 8 1.3.2. Mô phỏng ........................................................................................... 8 1.4. Bố cục luận văn ........................................................................................... 8 Chương 2: Cơ sở lý thuyết ..................................................................................... 10 2.1. Mặt trời và năng lượng mặt trời .............................................................. 10 2.2. Xây dựng mô hình điều khiển nối lưới sử dụng pin mặt trời .................. 10 2.3. Pin mặt trời ............................................................................................. 11 2.4. Cấu tạo và hoạt động của pin mặt trời ..................................................... 11 2.4.1. Hiệu ứng quang điện ........................................................................ 11 2.4.2. Cấu tạo của pin mặt trời ................................................................... 14 2.4.3. Đặc tính làm việc của pin mặt trời .................................................... 15 2.5. Nhận xét ................................................................................................. 17 2.6. Ứng dụng................................................................................................ 18 2.7. Tấm năng lượng pin mặt trời .................................................................. 19 2.8. Cách ghép nối các tấm năng lượng mặt trời ............................................ 19 2.8.1. Phương pháp ghép nối nối tiếp ......................................................... 20 2.8.2. Ghép nối song song .......................................................................... 21 2.9. Hiện tượng điểm nóng ............................................................................ 22 2.10. Hệ thống pin mặt trời .............................................................................. 23 2.10.1.Hệ PV độc lập .................................................................................. 24 a. Thành phần lưu giữ năng lượng .................................................. 24 b. Các bộ biến đổi bán dẫn trong hệ PV .......................................... 24 2.11. Hệ quang điện làm việc với lưới ............................................................ 27 2.12. Các bộ biến đổi bán dẫn trong hệ PV ...................................................... 28 2.13. Phương pháp điều khiển MPPT .............................................................. 30 2.14. Bộ biến đổi DC/DC ................................................................................ 31 2.15. Các loại bộ biến đổi DC/DC ................................................................... 32 2.15.1.Mạch buck ....................................................................................... 32 2.15.2.Mạch boost ...................................................................................... 34 2.15.3.Mạch Buck – boost ......................................................................... 36 2.15.4.Mạch cuk ......................................................................................... 37 1 2.15.5.Nhận xét .......................................................................................... 40 2.16. Điều khiển bộ biến đổi DC/DC.............................................................. 40 2.16.1.Mạch vòng điện áp phản hồi ............................................................ 40 2.16.2.Phương pháp điều khiển phản hồi công suất ..................................... 41 2.16.3.Phương pháp mạch vòng dòng điện phản hồi ................................... 41 2.17. Bộ biến đổi DC/AC ................................................................................ 42 2.18. Phương pháp dò tìm điểm làm việc tối ưu của MPPT ............................. 43 2.18.1.Giới thiệu chung .............................................................................. 43 2.18.2.Nguyên lý dung hợp tải .................................................................... 44 2.18.3.Thuật toán xác định điểm làm việc có công suất lớn nhất MPPT ...... 46 2.18.4.Phương pháp P&O ........................................................................... 48 2.18.5.Phương pháp điều khiển MPPT ........................................................ 50 a. Phương pháp điều khiển PI ......................................................... 50 b. Phương pháp điều khiển trực tiếp ............................................... 51 c. Phương pháp điều khiển trục tiếp đo tín hiệu đầu ra.................... 53 2.18.6.Giới hạn của MPPT.......................................................................... 55 Chương 3: Tính toán thiết kế hệ thống pin mặt trời................................................ 55 3.1. Chọn pin mặt trời .................................................................................... 55 3.2. Xây dựng mô hình pin mặt trời ............................................................... 56 3.3. Tính toán chọn bộ biến đổi DC/AC......................................................... 57 3.3.1. Tính chọn van .................................................................................. 57 3.3.2. Bộ lọc sóng hài ................................................................................ 58 3.4. Tính toán thông số bộ lọc đầu ra ............................................................. 58 3.5. Lựa chọn máy biến áp............................................................................. 59 Chương 4: Mô phỏng và đánh giá .......................................................................... 61 4.1. Xây dựng mô hình hệ thống pin năng lượng mặt trời 4000W trên matlab – simulink ................................................................................................ 61 4.2. Kết quả mô phỏng trên matlab – simulink ............................................... 63 4.2.1. Mô phỏng đặc tính làm việc của pin mặt trời.................................... 63 4.2.2. Mô phỏng tín hiệu điện áp sau khi qua bộ biến đổi DC/AC .............. 64 4.2.3. Mô phỏng tín hiệu VSC ................................................................... 64 4.2.4. Mô phỏng dòng và áp trên thanh cái................................................. 65 Chương 5: Kết luận ............................................................................................... 66 Tài liệu tham khảo ................................................................................................. 67 Phụ lục ............................................................................................................... 68 2