Đánh giá ổn định lưới điện HTĐ có tích hợp điện năng lượng mặt trời hòa lưới điện quốc gia tỉnh an giang

Đánh giá ổn định lưới điện HTĐ có tích hợp điện năng lượng mặt trời hòa lưới điện quốc gia tỉnh an giang Đánh giá ổn định lưới điện HTĐ có tích hợp điện năng lượng mặt trời hòa lưới điện quốc gia tỉnh an giang Đánh giá ổn định lưới điện HTĐ có tích hợp điện năng lượng mặt trời hòa lưới điện quốc gia tỉnh an giang

Lý do chọn đề tài

Năng lượng mặt trời là giải pháp hiệu quả cho việc khai thác nguồn năng lượng sạch, phục vụ đời sống và sản xuất mà không gây hại cho môi trường Nghiên cứu thiết kế và điều khiển hệ thống phát điện từ năng lượng mặt trời là cần thiết để nâng cao hiệu quả sử dụng và ứng dụng thực tiễn.

Các hệ thống quang điện (PV) sẽ đóng vai trò quan trọng trong tương lai của năng lượng, thậm chí có thể trở thành trung tâm của toàn bộ hệ thống năng lượng Chúng mang lại lợi thế về chi phí nhiên liệu thấp và yêu cầu bảo trì ít hơn so với các hệ thống năng lượng khác Tuy nhiên, hệ thống PV cũng tồn tại một số nhược điểm cần được xem xét.

Hệ thống năng lượng mặt trời gặp phải hiệu quả chuyển đổi tương đối thấp và điện áp đầu ra không ổn định Điều này chủ yếu do sự biến đổi của năng lượng mặt trời do thay đổi thời tiết, dẫn đến tính không tuyến tính của hệ thống PV.

Hệ thống năng lượng mặt trời (PV) đã được ứng dụng rộng rãi trong các lưới điện thông minh, với khả năng sản xuất nhiều loại điện áp và dòng điện Tuy nhiên, sản lượng điện từ PV không ổn định do sự biến đổi của ánh sáng mặt trời Để khắc phục điều này, tế bào PV cần tạo ra điện áp DC ổn định, đáp ứng yêu cầu của ứng dụng bất chấp sự thay đổi về ánh sáng và nhiệt độ.

Hiện tại, tôi đang làm việc tại Công Ty CP Tập đoàn Lộc Trời, nơi có nhu cầu sử dụng năng lượng lớn trong sản xuất Tôi mong muốn xây dựng các mô hình điều khiển hiện đại, đặc biệt là hệ thống phát điện sử dụng năng lượng mặt trời, nhằm nâng cao hiệu suất và tiết kiệm năng lượng Nghiên cứu hệ thống điều khiển phát điện năng lượng mặt trời qua luận văn này sẽ cung cấp cơ sở để tôi phát triển mô hình hệ thống thí nghiệm điều khiển hiệu quả.

Tôi chọn đề tài "Đánh giá ổn định lưới điện HTĐ có tích hợp Điện Năng lượng Mặt trời hòa lưới điện Quốc gia tỉnh An Giang" để nghiên cứu về sự ảnh hưởng của năng lượng mặt trời đối với lưới điện quốc gia tại tỉnh An Giang.

Tổng quan tình hình nghiên cứu

Dưới áp lực từ cuộc khủng hoảng năng lượng, năng lượng quang điện (PV) ngày càng trở nên hấp dẫn để sản xuất điện Đến cuối năm 2016, tổng công suất lắp đặt PV toàn cầu đạt 305 GW, chủ yếu là các hệ thống PV kết nối với lưới, mang lại hiệu quả cho các hệ thống độc lập Các hệ thống PV thương mại lớn thường kết nối với lưới ba pha, trong khi cấu trúc một pha lại phù hợp hơn cho các hệ thống quy mô nhỏ như hệ thống dân cư nhờ vào sự đơn giản của nó.

Hệ thống PV kết nối lưới điển hình bao gồm hai giai đoạn: bộ chuyển đổi DC-DC để trích xuất nguồn từ mảng PV và bộ chuyển đổi DC-AC để cấp nguồn cho lưới Sự ổn định của hệ thống này là một vấn đề quan trọng, với hai yếu tố chính làm cho việc phân tích tính ổn định trở nên phức tạp hơn so với các hệ thống điện tử công suất khác Đầu tiên, đặc tính V – I của mảng PV là phi tuyến và thay đổi theo cường độ ánh sáng hoặc nhiệt độ, điều này dẫn đến động lực của hệ thống PV khác biệt so với hệ thống điện tử truyền thống Một số nghiên cứu đã thay thế tấm PV bằng nguồn điện áp không đổi hoặc nguồn dòng không đổi, tuy nhiên, điều này có thể gây ra độ lệch giữa phân tích lý thuyết và thực tế Một số nghiên cứu khác đã sử dụng đường cong V – I tính toán từ kỹ thuật số, nhưng cần có các thông số cụ thể của tấm PV như kháng shunt và kháng loạt, mà thường không thể lấy được từ biểu dữ liệu.

HVTH: Nguyễn Hửu Trí Page 13 of 118

Hệ thống DC và bộ chuyển đổi DC-AC được kết nối theo tầng, tạo ra những trạng thái phức tạp như phân nhánh và hỗn loạn Khi các bộ chuyển đổi tương tác với nhau, trạng thái của hệ thống tổng thể trở nên phức tạp hơn so với một bộ chuyển đổi đơn lẻ Do đó, cần thiết phải xây dựng một mô hình toán học tích hợp cho toàn bộ hệ thống quang điện hai giai đoạn một pha, nhằm mô tả đặc tính của tấm PV và sự tương tác giữa hai bộ chuyển đổi Đối với hệ thống ba pha cân bằng, ứng dụng chuyển đổi Park giúp mô hình hóa hệ thống, cho phép chuyển đổi sang hệ thống nhiều đầu vào-nhiều đầu ra (MIMO) trong khung tham chiếu d-q và tuyến tính hóa quanh một điểm vận hành ổn định Hệ thống ba pha có thể được mô tả bằng mô hình bất biến thời gian tuyến tính (LTI), giúp áp dụng các công cụ lý thuyết LTI để thiết kế bộ điều khiển và phân tích tính ổn định Tuy nhiên, việc áp dụng mô hình LTI cho hệ thống một pha gặp khó khăn, do quá trình tuyến tính phải được thực hiện quanh một điểm vận hành ổn định cố định Để giải quyết vấn đề này, một phương pháp mô hình kiểu quan sát đã được đề xuất nhằm loại bỏ ảnh hưởng của phương sai thời gian.

Phạm vi nghiên cứu

- Tìm hiểu về cấu trúc điều khiển hệ thống phát điện sử dụng nguồn năng lượng mặt trời

- Nghiên cứu về các bộ pin năng lượng mặt trời công suất nhỏ

- Nghiên cứu về mối quan hệ của các thông số trong bộ pin năng lượng mặt trời công suất nhỏ

- Nghiên cứu bộ nghịch lưu công suất nhỏ một pha khi hòa vào lưới điện

- Nghiên cứu phương pháp tính toán bộ chuyển đổi nguồn DC-AC

- Nghiên cứu tính ổn định trong hệ thống điện

- Tất cả các mô phỏng được thực hiện bằng môi trường MATLAB / SIMULINK.

Phương pháp nhiên cứu

- Tham khảo tài liệu (sách, báo và tạp chí khoa học)

- Mô hình hóa mô phỏng bằng phần mềm Matlab/Simulink

- Phân tích và đánh giá các kết quả mô phỏng.

Điểm mới của đề tài

- Đánh giá ổn định lưới điện hệ thống điện có tích hợp điện năng lượng mặt trời hòa lưới điện quốc gia

- Tìm ra các thông số ảnh hưởng đến việc hòa đồng bộ giữa các nguồn năng lượng tái tạo và lưới điện quốc gia

- Đưa ra giải thuật và chương trình mới để tính toán bộ chuyển đổi nguồn năng lượng tái tạo hòa vào lưới điện quốc gia

- Góp phần tiết kiệm năng lượng của các hộ tiêu thụ điện cũng như cung cấp thêm cho nguồn quốc gia một phần năng lượng.

Nội dung luận văn

- Chương 2: Cơ sở lý thuyết

- Chương 3: Sơ đồ điều khiển hệ thống điện mặt trời nối lưới

- Chương 4: Đánh giá ổn định hệ thống điện

- Chương 5: Đánh giá ổn định hệ thống điện tích hợp năng lượng mặt trời hòa lưới tại Tỉnh An Giang

- Chương 6: Kết luận và kiến nghị

Tiến độ luận văn

- Tháng 2 năm 2018: Hoàn thiện chuyên đề theo góp ý của các ủy viên hội đồng

- Tháng 02, 03 năm 2018: Thu thập tài liệu, viết Chương 1, Chương 2, Chương 3

- Tháng 07, 08 năm 2018: Viết Chương 5,6 và hoàn thiện đề tài

- Tháng 10 năm 2018: Bảo vệ đề tài

Chiến lược và chính sách phát triển năng lượng tái tạo cụ thể ở một số nước

Trung Quốc đã có một lịch sử ấn tượng trong việc phát triển năng lượng tái tạo cho nông thôn, với nhiều chương trình lớn như thủy điện nhỏ, bếp cải tiến và khí sinh học Để thúc đẩy năng lượng tái tạo, chiến lược phát triển năng lượng trung hạn và dài hạn đến 2020 đã đặt ra mục tiêu cụ thể cho phát điện từ nguồn năng lượng tái tạo, với tỷ lệ điện tái tạo đạt 10% tổng công suất lắp đặt vào năm 2010 và 12% vào năm 2020 Ngoài ra, Trung Quốc cũng chú trọng phát triển nguồn nhiệt từ năng lượng tái tạo và nhiên liệu sinh học dạng lỏng Để thực hiện các mục tiêu này, Trung Quốc đã xây dựng chiến lược phát triển năng lượng tái tạo dựa trên bốn nguyên tắc cơ bản.

Hỗ trợ phát triển hài hòa giữa xã hội, kinh tế và môi trường thông qua việc ưu tiên phát triển công nghệ năng lượng tái tạo sẽ giúp người dân tiếp cận mức tiện nghi cơ bản.

Trong giai đoạn ngắn hạn, việc phát triển thủy điện nhỏ, sử dụng năng lượng mặt trời để đun nước nóng, khai thác nhiệt từ địa nhiệt, cùng với các công nghệ năng lượng tái tạo cạnh tranh khác là rất quan trọng.

Hỗ trợ mạnh mẽ cho các công nghệ năng lượng tái tạo mới là cần thiết, đặc biệt trong việc phát triển công nghệ phát điện bằng sức gió và điện sinh khối Điều này có thể đạt được thông qua các biện pháp khuyến khích phát triển thị trường, cải tiến thành tựu kỹ thuật và nâng cao năng lực chế tạo.

Việc kết hợp các thành tựu kỹ thuật dài hạn với phát triển ngắn hạn là cần thiết, đặc biệt là trong việc thúc đẩy công nghệ năng lượng tái tạo phù hợp với thị trường hiện tại và tiềm năng tương lai Đến năm 2020, cần phát triển tối đa các nguồn năng lượng như thuỷ điện nhỏ, năng lượng mặt trời cho đun nước nóng, nhiệt địa nhiệt, cùng với các công nghệ năng lượng tái tạo cạnh tranh khác Đồng thời, cần tăng cường thương mại hóa và nâng cao năng lực sản xuất cho các công nghệ phát điện từ gió, sinh khối và năng lượng mặt trời.

Năng lượng tái tạo tại Thái Lan đã được thúc đẩy mạnh mẽ nhờ sự hỗ trợ từ Quỹ Tiết kiệm Năng lượng, được thành lập theo quy định của Bộ luật Xúc tiến Tiết kiệm Năng lượng vào năm 1992.

Năm 2003, Chính phủ Thái Lan đã thông qua chiến lược phát triển năng lượng tái tạo, nhằm tăng tỷ lệ điện tái tạo từ 1% vào năm 2002 lên 8% vào năm 2011 Để đạt được mục tiêu này, Thái Lan đã triển khai các chính sách hỗ trợ phát triển năng lượng tái tạo.

Xây dựng Quỹ hỗ trợ mua điện từ nguồn năng lượng tái tạo sẽ được tài trợ bằng cách thu thêm 0,05 Bath/kWh từ tiền điện bán ra, tương đương với 0,125.

US centvới tỉ giá 40 Bath/USD, chiếm khoảng 3% giá điện- 1,74 Bath/kWh hoặc 4,35 US cent/kWh)

Cơ chế hỗ trợ giá cho điện tái tạo hòa điện lưới được xác định dựa trên chi phí khác nhau cho từng loại công nghệ Cụ thể, mức hỗ trợ cho phát điện từ sinh khối là 0,3 Bath/kWh, trong khi đó, thuỷ điện nhỏ dưới 50kW nhận mức hỗ trợ là 0,8 Bath/kWh.

2.1.3 Ấn độ Ấn Độ đã hỗ trợ phát triển năng lượng tái tạo từ những năm cuối 1980 thông qua

Bộ các nguồn năng lượng phi quy ước (MNES) đang thu hút sự quan tâm mạnh mẽ từ chính phủ Ấn Độ Đặc biệt, trong lĩnh vực điện tái tạo hòa lưới, Ấn Độ chú trọng vào việc phát triển năng lượng gió và đồng phát điện từ nguồn sinh khối.

Ấn Độ hỗ trợ năng lượng gió thông qua các cơ chế như hợp đồng mua điện bảo lãnh, khuyến khích thuế và vay vốn ưu đãi theo quy định của chính phủ Các dự án điện gió được hưởng khấu hao 100% trong năm đầu và miễn hoặc giảm thuế nhập khẩu cho thiết bị Chính phủ cũng thành lập Cục phát triển năng lượng tái tạo Ấn Độ (IREDA) để tài trợ cho các dự án năng lượng tái tạo, cho phép vay 100% vốn để mua thiết bị với mức tối đa 75% tổng chi phí dự án Thời gian vay là 10 năm với ân huệ 1 năm, lãi suất từ 15% đến 17%, nhưng có thể thấp hơn cho từng loại công nghệ, như lãi suất 2,5% đến 8,3% cho bộ đun nước nóng mặt trời, 4-10,5% cho hầm biogas, và 2,5-8,5% cho dự án pin mặt trời và gió tại nông thôn.

2.1.4 Inđônêxia Được sự uỷ quyền của Chính phủ Inđônêxia, Bộ Năng lượng và các tài nguyên khoáng sản đã thông qua “Chính sách phát triển năng lượng tái tạo và bảo tồn năng lượng (Năng lượng xanh)” ngày 22/12/2003

Tầm nhìn trong chính sách phát triển năng lượng của Indonesia là cung cấp và sử dụng năng lượng một cách hiệu quả, sạch, tin cậy và đầy đủ, phù hợp với phát triển bền vững Để hiện thực hóa tầm nhìn này, Indonesia đặt ra các trọng trách bao gồm tối đa hóa việc sử dụng năng lượng tái tạo, nâng cao khả năng làm chủ công nghệ năng lượng tái tạo, và tăng cường sự tham gia của xã hội vào việc sử dụng năng lượng tái tạo Để đạt được mục tiêu về năng lượng bền vững, các chiến lược được đề xuất bao gồm khuyến khích phát triển năng lượng tái tạo thông qua sự hỗ trợ của cộng đồng và phát triển năng lượng tái tạo dựa trên tiềm năng, công nghệ, tài chính và hiệu quả xã hội.

Tình hình phát triển năng lượng tái tạo ở việt nam

Theo nghiên cứu của Bộ Công Thương, tiềm năng kỹ thuật thủy điện nhỏ (TĐN) tại Việt Nam nằm trong khoảng công suất từ 0,1MW đến 30MW cho khoảng 1050 nhà máy, với tổng công suất lắp đặt đạt 4.015 MW và sản lượng điện trung bình 16,4 TWh/năm, chiếm 10-12% tổng trữ năng nguồn thủy điện cả nước Tiềm năng này chủ yếu tập trung ở các vùng núi phía Bắc, Nam Trung Bộ và Tây Nguyên.

Dải công suất (MW) Tổng công suất (MW)

Bảng 2 1 Tiềm năng kỹ thuật thủy điện nhỏ theo gam công suất

Việt Nam sở hữu nhiều loại sinh khối có khả năng cung cấp hiệu quả năng lượng và điện cho quốc gia Hai loại sinh khối chính bao gồm củi gỗ và phế thải từ cây nông nghiệp.

Tính đến năm 2012, tổng diện tích rừng tại Việt Nam đạt khoảng 13,95 triệu ha, trong đó rừng tự nhiên chiếm 10,39 triệu ha và rừng trồng là 3,56 triệu ha.

Hệ số khai thác củi bền vững cho rừng tự nhiên là 0,7 tấn/ha/năm và cho rừng trồng là 2,1 tấn/ha/năm Tổng sản lượng củi khai thác từ rừng tự nhiên đạt 7,2273 triệu tấn, trong khi từ rừng trồng là 7,476 triệu tấn (Bảng 2.5).

Nguồn cung cấp củi Đầu năm Cuối năm

1.Rừng trồng có trữ lượng 1.873.659 1.915.080

2.Rừng trồng chưa có TL 1.135.997 1.076.012

4.Cây lâu năm (Ăn quả,cao su) 273.963 416.529

5.Rt là cây ngập mặn,phèn 73.239 61.961

Bảng 2 2 Hiện trạng rừng toàn quốc năm 2012 2.2.1.3 Năng lượng mặt trời (NLMT)

Tổ chức năng lượng tái tạo của các nước ASEAN đã phân loại tiềm năng năng lượng mặt trời thành 4 mức như sau:

- Mức 1: Khu vực có bức xạ trung bình năm trên 4,8 kWh/m2/ngày

- Mức 2: Khu vực có bức xạ trung bình năm từ 3,8÷4,8 kWh/m2/ngày

- Mức 3: Khu vực có bức xạ trung bình năm từ 3,2÷3,7 kWh/m2/ngày

Mức 4 là khu vực có bức xạ trung bình năm dưới 3,2 kWh/m2/ngày Tại đây, việc khai thác và sử dụng năng lượng mặt trời không mang lại hiệu quả Trong khi đó, các khu vực ở mức 1 có hiệu quả cao, mức 2 đạt hiệu quả, và mức 3 thì chỉ ở mức bình thường.

Theo thống kê của Trung tâm Khí tượng Thủy văn Quốc gia về số giờ nắng trung bình trong 20 năm qua, Việt Nam có thể được chia thành ba khu vực dựa trên lượng ánh sáng mặt trời.

- Khu vực 1: Các tỉnh vùng Tây Bắc (Sơn La, Lai châu): Số giờ nắng tương đối cao từ 1897÷2102 giờ/năm

- Khu vực 2: Các tỉnh còn lại của miền Bắc và một số tỉnh từ Thanh Hóa đến Quảng Bình Số giờ nắng trung bình năm từ 1400÷1700 giờ/năm

- Khu vực 3: Các tỉnh từ Huế trở vào: Số giờ nắng cao nhất cả nước từ 1900÷2900 giờ/năm

Theo đánh giá, những khu vực có số giờ nắng từ 1800 giờ/năm trở lên được xem là có tiềm năng khai thác năng lượng mặt trời, đặc biệt là ở các tỉnh phía Nam Việt Nam Năng lượng mặt trời tại Việt Nam được coi là phong phú do sự phân bố rộng rãi, mặc dù không đồng đều do đặc điểm địa hình và ảnh hưởng của các dòng khí quyển đại dương và lục địa Việt Nam có hai vùng khí hậu đặc trưng rõ nét, tạo điều kiện thuận lợi cho việc phát triển năng lượng mặt trời.

+ Từ vĩ tuyến 17 trở ra Bắc, khí hậu có 4 mùa rõ rệt: xuân, hạ, thu, đông

+ Từ vĩ tuyến 17 trở vào Nam, khí hậu phân ra 2 mùa: mùa mưa và mùa khô

Giá trị bức xạ mặt trời trung bình hàng năm ở cao nguyên và duyên hải miền Trung, cũng như các tỉnh phía Nam, cao hơn và ổn định hơn so với các tỉnh phía Bắc Do đó, các hệ thống năng lượng mặt trời được lắp đặt ở miền Bắc có chi phí cao hơn so với miền Nam, và cần có công suất lớn hơn để bù đắp cho những tháng mùa đông nhiều mây.

Việt Nam sở hữu tiềm năng năng lượng gió hàng đầu trong khu vực, với 39% lãnh thổ có tốc độ gió vượt quá 6m/s tại độ cao 65m, tương đương 513 GW Đặc biệt, hơn 8% lãnh thổ, tương đương 112 GW, được đánh giá có tiềm năng năng lượng gió tốt.

Tốc độ gió trung bình

Bảng 2 3 Tiềm năng năng lượng gió tại Việt Nam ở độ cao 65 m [WB-2001]

Chương trình phát triển hạ tầng năng lượng châu Âu - ASEAN đã đánh giá tiềm năng kỹ thuật của năng lượng gió, tuy nhiên chỉ tập trung vào các khu vực có tốc độ gió được phân loại là “tương đối cao”, “cao” và “rất cao” Nghiên cứu này giả định rằng 20% công suất của các nhóm khu vực này là tiềm năng kỹ thuật, tương đương với 22.400 MW.

Nhiều chuyên gia nhận định rằng kết quả đánh giá tiềm năng năng lượng gió của Ngân hàng Thế giới (WB) đối với Việt Nam rất lạc quan Sự lạc quan này được thể hiện qua việc so sánh tốc độ gió từ bản đồ gió của WB với tốc độ đo gió thực tế tại một số điểm, như thể hiện trong Bảng 2.7.

Tốc độ gió trung bình tại độ cao 65m so với mặt đất (m/s)

Bảng 2 4 Tốc độ gió theo nghiên cứu của WB và tốc độ đo thực tế

Việt Nam sở hữu hơn 3.200 km bờ biển nhưng chỉ có 12 trạm đo thủy triều, mặc dù đã được bổ sung thêm 57 trạm di động Các trạm khí tượng thủy văn thực hiện việc đo lường tốc độ và hướng của các dòng hải lưu, cũng như biên độ và pha của sóng thủy triều xung quanh đảo Bạch Long Vỹ.

Cô Tô, Cát Bà, Hòn Dấu, Phú Quốc, Hoàng Sa, Trường Sa… Những số liệu đo này cho thấy dòng thủy triều lớn nhất là từ 0,74m/s đến 0,84 m/s

Thủy triều ở Việt Nam có những đặc điểm đa dạng, bao gồm những nơi có nhật triều với mức thủy triều cao nhất và thấp nhất trong một ngày, cũng như những khu vực có hai lần thủy triều cao nhất và hai lần thấp nhất trong cùng một ngày Ngoài ra, còn có những nơi kết hợp cả hai chế độ thủy triều với các mức độ khác nhau Bảng 2.8 cung cấp thông tin chi tiết về các đặc tính thủy triều của Việt Nam.

Tọa độ Chế độ thủy triều Độ rộng thủy triều (cm)

Chiều cao thủy triều Hmax/HTB/Hmin

Bảng 2 5 Chế độ trung bình, chiều cao, chiều rộng của thủy triều (+/- 5%)

Xu thế phát triển điện mặt trời tại Việt Nam

2.3.1 Tiềm năng bức xạ mặt trời ở Việt Nam

Việt Nam sở hữu tiềm năng lớn về năng lượng mặt trời, với số liệu khảo sát cho thấy các tỉnh phía Bắc có trung bình từ 1800-2100 giờ nắng mỗi năm, trong khi các tỉnh phía Nam, từ Đà Nẵng trở vào, có trung bình từ 2000-2600 giờ nắng hàng năm.

Hình 2 1: Bản đồ tổng lượng bức xạ mặt trời toàn cầu trung bình/năm (KWh/m2)

Lượng bức xạ mặt trời ở các tỉnh phía Bắc giảm 20% so với miền Trung và miền Nam, với sự phân phối không đều quanh năm Vào mùa đông và mùa xuân, mưa phùn kéo dài khiến bức xạ mặt trời chỉ còn khoảng 1 – 2 KWh/m²/ngày, điều này tạo ra cản trở lớn cho việc ứng dụng năng lượng mặt trời.

Hình 2 2: Đồ thị bức xạ mặt trời & số giờ năng trung bình/ ngày của đại diện 3 vùng của Việt Nam

2.3.2 Hiện trạng năng lực công nghiệp điện mặt trời Việt Nam

Công nghiệp điện mặt trời tại TP Hồ Chí Minh đã phát triển mạnh mẽ với sự ra đời của nhiều cơ sở sản xuất tiêu biểu, trong đó nổi bật là nhà máy sản xuất Module PMT quy mô công nghiệp đầu tiên tại Việt Nam Sự phát triển này còn được hỗ trợ bởi cơ sở hạ tầng công nghiệp chuyên sản xuất thiết bị điện tử ngoại vi phục vụ cho năng lượng mặt trời, nhờ vào sự hợp tác giữa Solar và Công ty CP Nam Thái.

Hà, nhà máy “Solar Materials Incorporated” có khả năng cung cấp cả hai loại Silic khối (mono and multi-crystalline) sử dụng cho công nghiệp sản xuất PMT

2.3.3 Định hướng phát triển công nghiệp điện mặt trời Việt Nam đến năm

Để xây dựng ngành công nghiệp điện mặt trời (ĐMT) Việt Nam trở thành hàng đầu khu vực và cạnh tranh toàn cầu vào năm 2025, các nhà quản lý và khoa học đã đề xuất chiến lược phát triển công nghiệp ĐMT Dự thảo Chương trình điện mặt trời siêu công suất 2010-2025 nêu rõ các mục tiêu cụ thể nhằm khai thác hiệu quả năng lượng mặt trời, đảm bảo an ninh năng lượng quốc gia với sản lượng 250 MWp, tương đương 456,25 tỷ KWh/năm, đồng thời hoàn thiện lưới điện quốc gia với tỷ lệ điện khí hóa 100% trên toàn lãnh thổ Việt Nam vào năm 2025.

Các dạng ứng dụng năng lượng mặt trời

2.4.1 Ứng dụng nhiệt năng từ năng lượng mặt trời

- Bếp năng lượng mặt trời

- Thiết bị chưng cắt năng lượng mặt trời

- Bơm nước năng lượng mặt trời

- Thiết bị làm lạnh và điều hòa không khí năng lượng mặt trời

2.4.2 Ứng dụng nhiệt điện mặt trời

- Nhà máy nhiệt điện sử dụng máng parabol

- Nhà máy nhiệt điện mặt trời sử dụng tháp thu nhiệt

- Nhà máy nhiệt điện năng lượng mặt trời sử dụng động cơ/đĩa mặt trời

2.4.3 Ứng dụng quang điện mặt trời

- Ôtô chạy bằng năng lượng mặt trời

Chiếc ôtô này, sản phẩm của các nhà sản xuất ôtô Thụy Sĩ, đã được giới thiệu tại triển lãm xe ôtô Geneva Nó được trang bị lớp film quang điện mỏng, cho phép hấp thụ năng lượng mặt trời, giúp xe có thể vận hành liên tục trong 20 phút.

Mặc dù chỉ có khả năng lưu trữ và cung cấp năng lượng trong thời gian ngắn, xe thân thiện với môi trường này đang được các nhà khoa học trên toàn cầu nghiên cứu và phát triển.

Điện phân là quá trình phân tách nước thành hydro và oxy, trong đó hydro có thể được sử dụng làm nhiên liệu Tuy nhiên, nếu điện năng cung cấp cho điện phân đến từ nhiên liệu hóa thạch, sẽ gây ra phát thải CO2 Ngược lại, nếu điện phân được thực hiện bằng năng lượng mặt trời, sẽ không có ô nhiễm môi trường.

- Ứng dụng năng lượng mặt trời vào nuôi tôm Ứng dụng NLMT trong thời gian gần đây được các hộ nuôi tôm ở 2 tỉnh Bạc Liêu và

Cà Mau đã áp dụng năng lượng mặt trời (NLMT) trong nuôi tôm, mang lại nhiều lợi ích như bảo vệ môi trường ao nuôi, giảm chi phí sản xuất và tăng lợi nhuận cho người nuôi Hệ thống tạo khí oxy bằng NLMT giúp giảm thiểu ô nhiễm và các chất gây bẩn trong ao hồ nuôi trồng thủy sản, đồng thời loại bỏ nguy cơ ô nhiễm từ các nguồn năng lượng khác như dầu diesel và khí nén Việc sử dụng NLMT trong nuôi tôm công nghiệp còn cho phép loại bỏ hoàn toàn hệ thống quạt vận hành bằng dầu diesel hoặc điện, qua đó giảm thiểu tác động xấu đến môi trường.

Theo tính toán của nhà sản xuất, chi phí sản xuất cho người nuôi tôm trên diện tích ao khoảng 0,5 ha là khoảng 30 triệu đồng mỗi vụ nếu sử dụng máy chạy dầu diesel để vận hành dàn quạt Ngược lại, nếu áp dụng hệ thống tạo khí oxy bằng năng lượng mặt trời, chi phí sản xuất sẽ giảm đáng kể do không phải chi trả cho nhiên liệu, máy móc và các dụng cụ khác.

- Ứng dụng năng lượng mặt trời trụ đèn đường,đèn giao thông

Vận hành hệ thống đèn giao thông bằng năng lượng mặt trời đang trở thành xu hướng phổ biến toàn cầu nhằm tạo ra môi trường xanh sạch Giải pháp này không chỉ tiết kiệm điện mà còn giảm thiểu tắc nghẽn giao thông khi mất điện và hạn chế tình trạng trộm cắp dây cáp điện Các tấm pin mặt trời có diện tích 3,6 m2 được lắp đặt nghiêng để tối ưu hóa hiệu suất thu nhận ánh sáng, đảm bảo cung cấp điện năng liên tục cho đèn giao thông.

Sơ đồ kết nối lưới

Hình 3 1 Sơ đồ kết nối lưới

Hệ thống nghiên cứu tích hợp pin mặt trời điện áp DC kết nối với máy phát điện đồng bộ SG của nhà máy nhiệt điện Qua bộ nghịch lưu tổng, điện áp DC được chuyển đổi thành điện áp AC để hòa vào lưới điện tại bus PCC.

3.1.1 Giới thiệu về pin mặt trời

Pin mặt trời, hay còn gọi là pin quang điện, là thiết bị chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành dòng điện một chiều thông qua hiệu ứng quang điện trong bán dẫn Loại pin phổ biến nhất hiện nay sử dụng silic tinh thể, một chất bán dẫn có điện dẫn kém do các điện tử bị giữ chặt bởi cấu trúc mạng Khi bị kích thích bởi ánh sáng hoặc nhiệt độ, các điện tử có thể thoát khỏi liên kết, dẫn đến việc hình thành các lỗ trống tích điện dương, từ đó giúp chất bán dẫn trở thành dẫn điện.

Có 3 loại pin mặt trời làm từ tinh thể Silic:

Tinh thể đơn hay module đơn tinh thể có hiệu suất lên tới 16% Loại module này thường có giá thành cao vì được chế tạo từ các thỏi hình ống, và các tấm đơn tinh thể này có các mặt trống ở góc nối giữa các module.

Đa tinh thể được sản xuất từ các thỏi đúc từ silic nung chảy, sau đó được làm nguội và làm rắn Mặc dù loại pin này thường có giá thành rẻ hơn so với pin đơn tinh thể, nhưng hiệu suất của nó lại kém hơn Tuy nhiên, ưu điểm của đa tinh thể là khả năng tạo thành các tấm vuông lớn hơn, giúp che phủ bề mặt nhiều hơn, từ đó bù đắp cho hiệu suất thấp của nó.

Dải Silic được tạo ra từ các miếng phim mỏng từ Silic nóng chảy với cấu trúc đa tinh thể Mặc dù loại này có hiệu suất thấp nhất, nhưng nó cũng là lựa chọn tiết kiệm nhất vì không cần cắt từ thỏi Silicon.

Pin quang điện là một điốt bán dẫn bao gồm hai tấm bán dẫn loại P và N, với diện tích bề mặt rộng và lớp N cực mỏng cho phép ánh sáng truyền qua Bề mặt pin quang điện có lớp chống phản xạ, giúp tối ưu hóa việc hấp thụ ánh sáng Khi ánh sáng chiếu vào, một phần bị hấp thụ, một phần phản xạ, và phần còn lại đến lớp chuyển tiếp, nơi các cặp electron và lỗ trống được tạo ra trong điện trường Các bước sóng thích hợp cung cấp năng lượng cho electron thoát khỏi liên kết, và dưới tác dụng của điện trường, electron di chuyển về phía bán dẫn loại N, trong khi lỗ trống di chuyển về phía loại P Khi hai cực được nối vào hai phần bán dẫn này, một hiệu điện thế được tạo ra, giá trị của nó phụ thuộc vào bản chất của chất bán dẫn và tạp chất hấp phụ.

3.1.2 Đặc tính làm việc của pin mặt trời Đặc tính làm việc của pin mặt trời thể hiện qua hai thông số là điện áp hở mạch lớn nhất VOC lúc dòng ra bằng 0 và Dòng điện ngắn mạch ISC khi điện áp ra bằng 0 Công suất của pin được tính theo công thức:

Tại điểm làm việc U = UOC/ I = 0 và U = 0 / I = ISC , Công suất làm việc của pin cũng có giá trị bằng 0

Hình 3 2: Đường đặt tính làm việc U – I của pin mặt trời v PV

Hình 3 3: Sơ đồ tương đương pin mặt trời

Từ sơ đồ tương đương, ta có phương trình đặc trưng của pin như sau:

Isc là dòng quang điện (dòng ngắn mạch khi không có Rs và Rsh) (A/m2)

I01 là dòng bão hòa (A/m2) q là điện tích của điện tử (C) = 1,6.10-19 k là hệ số Boltzman = 1,38.10-23(J/k)

I, V, Rs, Rsh lần lượt là dòng điện ra, điện áp ra, điện trở Rs và Rsh của pin trong mạch tương đương ở hình 3.4

Dòng ngắn mạch Isc tỷ lệ thuận với cường độ bức xạ chiếu sáng, do đó, đường đặc tính V – I của pin mặt trời cũng bị ảnh hưởng bởi cường độ bức xạ này Tại mỗi mức bức xạ, chỉ có một điểm làm việc V = VMPP đạt công suất tối đa, được thể hiện bằng điểm chấm đen lớn trên hình vẽ, tương ứng với đỉnh của đường cong đặc tính.

Hình 3 4: Sự phụ thuộc của đặc trưng VA của pin mặt trời vào cường độ bức xạ Mặt trời

- Điện áp hở mạch Voc phụ thuộc trực tiếp vào nhiệt độ nên đường đặc tính VA của pin mặt trời cũng phụ thuộc vào nhiệt độ của pin

- Để toàn bộ hệ PV có thể hoạt động được một cách hiệu quả thì đường đặc tính của tải cũng phải phù hợp với điểm MPP

Hình 3 5: Sự phụ thuộc của đường đặc tính của pin mặt trời vào nhiệt độ của pin

Hình 3 6: Đường đặc tính tải và đặc tính của pin mặt trời

Trên hình vẽ 2.5, đường OA và OB biểu thị các đường đặc tính tải Khi tải được kết nối trực tiếp với dãy pin mặt trời, đường đặc tính sẽ là OA, và pin hoạt động tại điểm A1 với công suất P1 Công suất tối đa mà hệ thống có thể thu được từ ánh sáng mặt trời là P2 Để đạt được công suất P2, cần thiết phải sử dụng một bộ điều chỉnh công suất nhằm kết nối hiệu quả giữa dãy pin mặt trời và tải.

3.1.3 Mô hình máy phát điện đồng bộ SG

Để nghiên cứu sự ổn định của hệ thống điện, nhiều mô hình toán học khác nhau đã được đề xuất nhằm đại diện cho các đặc tính vận hành của máy phát điện đồng bộ SG Mức độ đơn giản hóa của các mô hình này phụ thuộc vào các giả thuyết hợp lý liên quan đến phép biến đổi Park và các biến trạng thái được sử dụng, tạo ra sự khác biệt giữa các mô hình Bậc của mô hình SG, hay số lượng phương trình vi phân, có thể dao động từ bậc tám trong một số mô hình nhất định.

HVTH: Nguyễn Hữu Trí trình bày mô hình cổ điển với bốn mạch điện rotor đến bậc hai, trong đó góc mô-men (δ) và tốc độ quay (ω) được xác định là các biến trạng thái.

Trong hệ thống đa máy phát, mỗi máy phát điện (SG) được mô hình hóa bằng một mô hình hai trục, như thể hiện trong sơ đồ khối hình 3.7 Mô hình này dựa trên hai giả định chính: thứ nhất, các tác động quá độ được xem xét trong khi các tác động cận quá độ bị loại bỏ; thứ hai, các đại lượng điện áp-đại lượng chuyển đổi trong phương trình điện áp stator là không đáng kể so với các đại lượng điện áp-tốc độ.

Trong mô hình máy phát điện SG hai trục-bậc bốn, các đặc tính động của cuộn dây cản φ1d và φ2d được bỏ qua bằng cách thiết lập hai hằng số thời gian  d ' 0 và  d ' 0 bằng 0, dẫn đến một mô tả toán học cho SG.

' ' ' ' q 0 i p E ( di ) E di ( X qi X qi ) i qi

' ' ' ' q 0 i p E ( di ) E di E FDi ( X qi X qi ) i qi

( ) ( ) ji p i T mi i E di di i E qi qi L qi L i i qi di qi D i i

E di và E qi ' là các điện áp quá độ trục d và q;

EFdi là điện áp kích từ,

 ji và Di là hằng số quán tính và hệ số giảm chấn (giảm dao động);

 i và  i là góc rotor và tốc độ;

 b là tốc độ cơ bản;

 d i và  q i ' 0 là hằng số thời gian của trục d và q; idi và iqi là dòng điện của trục d và q;

X qi và X qi ; là điện kháng đồng bộ của trục q của máy phát điện đồng bộ SG thứ i

Hình 3 7 Sơ đồ khối các mô hình hai trục của SG

Module PV

Hình 3.8 (a) cho thấy một tế bào năng lượng mặt trời tinh thể, hình 3.8 (b) Module

Các mô-đun PV và tấm pin mặt trời có thể thay thế cho nhau trong hệ thống năng lượng mặt trời Hệ thống này bao gồm nhiều mô-đun PV được kết nối điện và lắp đặt trên một cấu trúc hỗ trợ Cuối cùng, một hệ thống PV thường bao gồm một vài tấm pin mặt trời.

Hệ thống PV được mô tả trong hình 3.8 (d) bao gồm hai tấm pin mặt trời được kết nối với nhau, tạo thành một chuỗi liên kết.

3.2.1 Kết nối nối tiếp và kết nối song song trong các module PV

Khi tạo ra một mô-đun năng lượng mặt trời từ một nhóm pin năng lượng mặt trời, chúng ta có thể kết nối các pin này theo nhiều cách khác nhau để tối ưu hóa hiệu suất và hiệu quả năng lượng.

Trong hình 3.9 (a), chúng ta có thể thiết lập một loạt các kết nối, trong đó điện áp sẽ tăng lên theo từng kết nối.

Hình 3 8: Minh hoạ (a) một pin mặt trời, (b) một module PV, (c) một tấm pin mặt trời, và (d) một dãy tấm PV

Hình 3.9 minh họa các kết nối của pin mặt trời, bao gồm (a) kết nối nối tiếp của ba pin mặt trời, (b) kết nối chuỗi với các pin có thanh kim loại phía trước cổ điển, và (c) kết nối song song của ba tế bào năng lượng mặt trời Ngoài ra, (d) cũng trình bày đường cong I-V của các pin mặt trời được kết nối theo chuỗi và song song.

Khi kết nối các pin mặt trời theo chuỗi, đường cong I-V cho thấy rằng điện áp tăng lên trong khi dòng điện giữ nguyên Cụ thể, nếu kết nối hai pin mặt trời, điện áp mạch hở sẽ gấp đôi điện thế của một pin đơn Tương tự, khi kết nối ba pin mặt trời, điện áp mạch hở sẽ gấp ba lần, trong khi dòng điện vẫn chỉ bằng dòng của một pin mặt trời duy nhất.

Có thể kết nối song song các pin năng lượng mặt trời, như minh họa trong hình 3.9 (c), với ba pin mặt trời được kết nối cùng nhau Khi các pin được kết nối song song, điện áp của tất cả các tế bào năng lượng mặt trời sẽ giống nhau, trong khi dòng điện tổng sẽ tăng lên.

Mô đun năng lượng mặt trời bao gồm hai phần: (a) một chuỗi 36 pin mặt trời được kết nối nối tiếp và (b) hai dãy 18 tế bào năng lượng mặt trời, mỗi dãy được nối song song.

3.2.2 Thông số mô đun PV Đối với một mô đun PV, một bộ các tham số có thể được xác định, tương tự như các pin mặt trời Các thông số phổ biến nhất là điện áp mạch mở Voc, mạch ngắn mạch

Isc và hệ số điền đầy module FFM là hai yếu tố quan trọng cần phân biệt ở cấp mô đun Hiệu quả tiết diện khe hở và hiệu quả mô đun có sự khác biệt rõ ràng, với vùng hiệu quả được xác định là diện tích của các bộ phận hoạt động của pin mặt trời (PV) Tổng diện tích mô-đun bao gồm cả diện tích hiệu quả và khu vực không hoạt động, như các kết nối và các cạnh của mô-đun Do đó, hiệu suất khu vực hiệu quả luôn lớn hơn hiệu suất mô-đun.

Việc xác định hiệu quả và hệ số điền đầy của mô đun pin năng lượng mặt trời phụ thuộc vào định mức điện áp và dòng điện Trong một thế giới lý tưởng, với các pin năng lượng mặt trời hoạt động hoàn hảo và không có tổn thất, hiệu quả và yếu tố điền đầy của mô đun và pin sẽ tương đồng Tuy nhiên, thực tế cho thấy điều này không xảy ra.

Trong thực tế, các tế bào được kết nối thông qua các liên kết, dẫn đến tổn thất điện trở Ngoài ra, có thể xảy ra sự không phù hợp cục bộ trong các pin khi chúng được kết nối với nhau.

3.2.3 Phần bóng mờ do bị che khuất và các nhánh Diot

Mô-đun PV có điốt cầu, được minh họa trong hình 3.11 (a), có thể bị ảnh hưởng nghiêm trọng bởi bóng mát từ các vật thể gần như cây cối, ống khói hoặc tòa nhà Khi lá cây rơi xuống che khuất pin, dòng điện được tạo ra trong ô che khuất sẽ giảm đáng kể Trong một mạch nối tiếp, dòng điện bị giới hạn bởi các pin có dòng điện thấp nhất, dẫn đến việc pin này ngăn cản tối đa dòng điện chạy qua mô-đun.

Trong hình 3.11 (b), đường cong lý thuyết I-V thể hiện sự khác biệt giữa năm pin mặt trời không bị che khuất và tế bào mặt trời có bóng mờ Sự kết nối của các pin với một tải cũng được đề cập trong bối cảnh này.

Khi dòng điện giảm, điện áp trên mô-đun pin mặt trời cũng sẽ giảm, nhưng năm pin mặt trời không bị che khuất vẫn cần phải sản sinh ra điện áp cao, hoạt động như một nguồn đảo nghịch cho pin mặt trời bị mờ Đường đứt trong hình 3.11 (b) thể hiện rằng tải đảo nghịch được đặt trên ô bị che bóng, phản xạ qua trục 0V Kết quả là, ô năng lượng mặt trời bị bóng mát không chỉ không tạo ra năng lượng mà còn tiêu hao năng lượng và nóng lên Nhiệt độ tăng cao có thể dẫn đến nứt vỏ tế bào hoặc hư hỏng vật liệu khác, đồng thời cũng làm giảm hiệu suất của hệ thống năng lượng mặt trời.

Điểm công suất cực đại

Việc thu thập dữ liệu từ hệ thống năng lượng mặt trời (PV) là rất quan trọng, và điều này thể hiện ứng dụng đặc biệt của điện tử công suất trong lĩnh vực quang điện Các khái niệm trong phần này liên quan đến các tế bào, mô-đun và tấm quang điện, trong đó MPPT thường được áp dụng ở cấp độ mô-đun hoặc tấm PV.

Tính chất của pin mặt trời được thể hiện qua đường cong I-V, cho thấy mối quan hệ giữa dòng điện và điện áp Khi kết nối nhiều pin mặt trời, điện áp hoặc dòng điện tổng có thể tăng, nhưng hình dạng đường cong I-V không thay đổi Để hiểu rõ về MPPT, cần phân tích đường cong I-V, mà phụ thuộc vào nhiệt độ mô đun và mức độ chiếu sáng Cường độ chiếu sáng cao sẽ làm tăng cả dòng điện và điện áp, tuy nhiên, nhiệt độ cao lại có tác động tiêu cực đến điện áp, như minh họa trong Hình 3.13.

Tăng nhiệt độ T hoặc độ mờ GM có ảnh hưởng đáng kể đến đường cong I-V Đối với một mức bức xạ và nhiệt độ cố định, điểm vận hành tương ứng sẽ tạo ra một cặp duy nhất (I, V) trên đường cong I-V Sản lượng điện tại điểm hoạt động này được xác định bởi giá trị của cặp (I, V) đó.

Điểm vận hành (I, V) trên đường cong điện áp (P-V) thể hiện khả năng sản xuất điện tối ưu Để đạt được sản lượng điện cao nhất trong điều kiện bức xạ và nhiệt độ nhất định, điểm hoạt động cần phải tương ứng với đường cong (P-V) tối đa, được gọi là điểm công suất lớn nhất (MPP).

Hình 3 14: Một đường cong I-V chung và P-Vcurve có liên quan Điểm công suất lớn nhất (MPP) được chỉ định

Khi một module PV được kết nối trực tiếp với tải điện, điểm hoạt động của nó phụ thuộc vào tải đó Để tối ưu hóa công suất từ mô đun, cần đảm bảo mô đun hoạt động tại điểm công suất cực đại (MPP) Cách đơn giản nhất để đạt được điều này là điều chỉnh điện áp của mô đun ở mức Vmpp hoặc điều chỉnh dòng điện tại MPP (Impp).

Điểm công suất tối đa (MPP) phụ thuộc vào điều kiện môi trường như độ chiếu sáng và nhiệt độ Khi các yếu tố này thay đổi, đặc tính I-V và P-V cũng sẽ thay đổi, dẫn đến sự thay đổi vị trí của MPP Do đó, việc theo dõi liên tục các thay đổi trong đường cong I-V là cần thiết để điều chỉnh điểm vận hành ở MPP, đảm bảo hiệu suất tối ưu trong các điều kiện môi trường khác nhau.

Quá trình Maximum Power Point Tracking (MPPT) là kỹ thuật tối ưu hóa hiệu suất năng lượng, và các thiết bị thực hiện quá trình này được gọi là bộ theo dõi MPP Có hai loại bộ theo dõi MPP mà chúng ta có thể phân biệt.

- Theo dõi MPP gián tiếp, ví dụ như được thực hiện với phương pháp Fractional Open Circuit Voltage

- Theo dõi MPP trực tiếp, ví dụ như được thực hiện với phương pháp Perturb and Observe hoặc phương thức Incremental Conductance

Tất cả các thuật toán MPPT được đề cập trong phần này tập trung vào việc xác định và điều chỉnh điện áp cho đến khi đạt được giá trị VMPP Các thuật toán khác không được thảo luận trong phần này.

Thứ nhất, tìm hiểu về việc theo dõi MPP gián tiếp, nơi giả định đơn giản được thực hiện để ước lượng MPP dựa trên một vài phép đo

3.2.1.1 Phương pháp điện áp cố định

Trong phương pháp điện áp cố định, hay còn gọi là phương pháp điện áp không đổi, điện áp hoạt động của mô đun năng lượng mặt trời chỉ được điều chỉnh theo mùa.

Mô hình này giả định rằng mức bức xạ điện áp MPP trong mùa đông cao hơn mùa hè, nhưng thực tế cho thấy phương pháp này không hoàn toàn chính xác.

Nó hoạt động tốt nhất tại những địa điểm có sự dao động về cường độ chiếu sáng tối thiểu giữa các ngày khác nhau

3.2.1.2 Phương pháp điện áp mạch phân kỳ

Một trong những kỹ thuật MPPT gián tiếp phổ biến là phương pháp điện áp mạch phân đoạn, tận dụng giá trị gần đúng Vmpp.

Hằng số k, thường có giá trị từ 0,7 đến 0,8 đối với nhựa tinh thể, phụ thuộc vào loại pin mặt trời Khi điện áp mạch hở thay đổi, có thể dễ dàng theo dõi và ước tính các thay đổi trong Vmpp bằng cách nhân với k Mặc dù phương pháp này dễ thực hiện, nhưng vẫn tồn tại một số hạn chế nhất định.

Thứ nhất, sử dụng một hệ số k không đổi chỉ để ước tính khoảng vị trí của MPP

Do đó, điểm hoạt động thường không chính xác trên MPP nhưng ở gần đó, với được gọi là khu vực MPP

Mỗi khi hệ thống cần điều chỉnh theo sự thay đổi về điều kiện chiếu sáng, việc đo Voc là cần thiết Thông thường, Voc được xác định để đánh giá tổn thất sản lượng Để thực hiện điều chỉnh này, một PV được yêu cầu kết hợp chặt chẽ với các phần còn lại của các ô trong mô-đun Các tế bào thí điểm nhận được bức xạ tương tự như phần còn lại của mô-đun PV, và việc đo PV thí điểm cung cấp giá trị chính xác cho mô-đun PV, từ đó giúp ước lượng Vmpp Nhờ đó, điểm hoạt động của mô-đun có thể được điều chỉnh mà không cần ngắt kết nối mô-đun PV.

Theo dõi MPP trực tiếp mang lại kết quả chính xác hơn nhờ vào việc thực hiện các phép đo điện áp, dòng điện và công suất Bài viết này sẽ xem xét một số thuật toán phổ biến nhất trong lĩnh vực này.

Prior Perturbation Change in Power Next Perturtion

Bảng 3 1: Tóm tắt các lựa chọn có thể trong thuật toán P & O

3.2.2.1 Thuật toán nhiễu loạn và quan sát (P&O)

Trong thuật toán này, điện áp hoạt động của pin mặt trời (PMT) bị nhiễu bởi một gia số nhỏ ΔV, dẫn đến sự thay đổi công suất ΔP được quan sát (Sivagamasundari, 2013; Chaudhari, 2005).

Hình 3 15: Đường đặc tính P-V và thuật toán P&O

Hình 3.15 mô tả nguyên lý hoạt động của thuật toán P&O, từ đó có thể suy ra cách thức hoạt động của thuật toán như sau:

- Nếu điểm hoạt động của hệ thống đang di chuyển theo hướng 1 (ΔP < 0 và ΔV <

0) thì cần tăng điện áp hoạt động lên để di chuyển điểm hoạt động tới điểm MPP

- Nếu điểm hoạt động của hệ thống đang di chuyển theo hướng 2 (ΔP > 0 và ΔV >

0) thì cần tăng điện áp hoạt động lên để di chuyển điểm hoạt động tới điểm MPP

- Nếu điểm hoạt động của hệ thống đang di chuyển theo hướng 3 (ΔP > 0 và ΔV <

0) thì cần giảm điện áp hoạt động để di chuyển điểm hoạt động tới điểm MPP

- Nếu điểm hoạt động của hệ thống đang di chuyển theo hướng 4 (ΔP < 0 và ΔV >

0) thì cần giảm điện áp hoạt động để di chuyển điểm hoạt động tới điểm MPP

Hình 3 16: Lưu đồ thuật toán P&O điều khiển thông qua điện áp tham chiếu Vref Giải thích thuật toán:

Bộ điều khiển MPPT sẽ đo các giá trị dòng điện I và điện áp V, sau đó tính toán độ sai lệch ∆P, ∆V và kiểm tra:

- Nếu ∆P ∆V > 0 thì tăng giá trị điện áp tham chiếu Vref

- Nếu ∆P ∆V < 0 thì giảm giá trị điện áp tham chiếu Vref

Sau đó cập nhật các giá trị mới thay cho giá trị trước đó của V, P và tiến hành đo các thông số I, V cho chu kỳ làm việc tiếp theo

3.2.2.2 Thuật toán điện dẫn gia tăng INC

Thuật toán INC dựa trên thực tế như sau:

- Độ dốc của đường cong công suất bằng không tại điểm MPP (Chaudhari, 2005; Akihiro.Oi, 2005; Reisi, 2013; Hohm, 2003)

- Độ dốc dương ở bên trái điểm MPP

- Độ dốc âm ở bên phải điểm MPP Đặc tính P-V và thuật toán INC được minh hoạ trên hình 3.16

Hình 3 17: Đường đặc tính P-V và thuật toán INC

/ 0(1) dP/ dV 0(2) dP/ dV 0(3) dP dV 

(1) Tại MPP, (2) Ở bên trái MPP, (3) Ở bên phải MPP Vì: dP dV /  d IV ( ) / dV   I V dI dV ( / )     I V ( I / V )

(1) Tại MPP, (2) Ở bên trái MPP, (3) Ở bên phải MPP

Hình 3 18: Lưu đồ thuật toán INC điều khiển thông qua điện áp tham chiếu Vref

Bộ chuyển đổi quang điện

3.4.1 Bộ chuyển đổi DC-DC

Các bộ biến đổi DC/DC được chia thành hai loại: có cách ly và không cách ly Loại cách ly sử dụng máy biến áp cao tần để cách ly nguồn điện một chiều đầu vào với nguồn ra, đồng thời điều chỉnh áp bằng cách thay đổi hệ số biến áp, thường được áp dụng trong các nguồn cấp một chiều cho khoá điện tử và hệ thống lai Ngược lại, loại không cách ly không sử dụng máy biến áp và chủ yếu được dùng trong các bộ điều khiển động cơ một chiều Trong hệ thống năng lượng mặt trời (PV), các loại bộ biến đổi DC/DC thường được sử dụng rất đa dạng.

- Bộ biến đổi tăng - giảm áp Curk

Bộ giảm áp buck cho phép xác định điểm làm việc với công suất tối ưu khi điện áp vào vượt quá điện áp ra Tuy nhiên, tình huống này ít xảy ra khi cường độ bức xạ ánh sáng giảm thấp.

Bộ tăng áp boost hoạt động hiệu quả ngay cả trong điều kiện ánh sáng yếu, giúp tối ưu hóa điểm làm việc Hệ thống này sử dụng bộ Boost để nâng cao điện áp đầu ra cho tải trước khi chuyển đổi qua bộ biến đổi DC/AC.

Hình 3 20: (a) bộ chuyển đổi cơ bản không có bộ lọcvà (b) dạng sóng chuyển mạch không lọc được tạo ra bởi bộ chuyển đổi này

Mô hình đơn giản nhất của bộ chuyển đổi buck DC-DC được thể hiện trong hình 3.20 (a) Hình 3.20 (b) minh họa dạng điện áp đầu ra không lọc của bộ chuyển đổi hoạt động với điều chế xung (PWM) Khi chuyển đổi được bật, điện áp đầu vào Vd được áp dụng cho tải, trong khi khi chuyển đổi tắt, điện áp trên tải bằng không Từ hình ảnh, điện áp đầu ra DC trung bình được biểu thị là V0, và điện áp đầu ra trung bình từ điện áp không lọc được xác định như sau.

Các giá trị khác được xác định trong hình 3.20 (b) Để rút gọn ta định nghĩa một thuật ngữ mới, chu kỳ làm việc D, như sau: on S

Điện áp đầu ra với sóng hài bậc cao là không mong muốn, do đó việc lắp thêm bộ lọc là cần thiết Hình 3.21 (a) minh họa một mô hình phức tạp của bộ chuyển đổi Buck với bộ lọc đầu ra cho tải thuần trở, trong đó sử dụng điện cảm L và tụ điện C Mối quan hệ giữa điện áp đầu vào và đầu ra được thể hiện trong phạm vi dẫn liên tục, tức là dòng điện qua bộ điện kháng không bao giờ đạt giá trị bằng 0 Tỷ số giữa điện áp đầu vào và đầu ra có thể điều chỉnh bằng cách thay đổi chu kỳ làm việc D.

Trong trạng thái ổn định, điện áp trên điện kháng vL tích phân trong một chu kỳ chuyển đổi bằng không nếu mạch không ổn định Điều này cho thấy rằng trong trạng thái ổn định, điện áp và điện dẫn được cân bằng.

Giải phương trình này dẫn đến: V 0 D V* d (3.13) đó là kết quả tương tự như trong phương trình (3.20)

Hình 3 21: (a) Bộ chuyển đổi buck với bộ lọc và (b) bộ chuyển đổi Boost

Trong bộ chuyển đổi Boost, điện áp đầu vào DC Vd được nâng cao lên điện áp DC V0 Qua việc áp dụng sự cân bằng điện áp-điện dẫn thông qua hai lần lập điện dẫn, ta có thể quan sát được quá trình này như được minh họa trong hình 3.20.

Sử dụng định nghĩa cho chu kỳ làm việc ta tìm thấy: 0 1 d 1

Quan hệ giữa điện áp và năng lượng trong chế độ dẫn liên tục cho thấy rằng năng lượng lưu trữ trong điện dẫn được chuyển đổi và nâng lên bằng điện áp cao hơn V0 Quá trình này cho phép năng lượng được chuyển từ điện áp thấp, như điện áp của pin mặt trời, sang điện áp cao hơn để phục vụ tải, tối ưu hóa hiệu suất sử dụng năng lượng.

Hình 3 22: Bộ chuyển đổi Buck – Boost

Trong một buck-boost converter, điện áp đầu ra có thể cao hơn hoặc thấp hơn điện áp đầu vào Hình 3.22 mô tả các giản đồ của buck-boost converter Bằng cách sử dụng vòng lập thứ hai cho điện áp cuộn cảm theo phương trình 3.21, chúng ta có thể phân tích hiệu suất của mạch.

Trong chế độ dẫn liên tục

Các mô hình được mô tả ở trên chỉ là các mô hình công cụ chuyển đổi DC-DC cơ bản nhất

3.4.2 Bộ chuyển đổi DC-AC

3.4.2.1 Nghịch lưu nguồn dòng a) Sơ đồ mạch:

Hình 3 23: Sơ đồ nghịch lưu nguồn dòng

Mạch nghịch lưu nguồn dòng một pha có L bằng cô cùng ở ngõ vào, dẫn đến tổng trở trong của nguồn có giá trị lớn, cho phép tải làm việc hiệu quả với nguồn dòng Sơ đồ nguyên lý và mạch tương đương của nghịch lưu được thể hiện trong Hình 3.23 Dòng nguồn iN phẳng và không đổi tại giá trị tải, được chuyển đổi thành dòng AC cung cấp cho tải.

Vậy tải nhận được dòng điện AC là những xung vuông có biên độ phụ thuộc tải b).Khảo sát trên sơ đồ nghịch lưu 1 pha

- Khảo sát trường hợp đơn giản:

Hình 3 24: NL nối tiếp (c) và song song; a.Sơ đồ cầu; b.Sơ đồ biến áp có điểm giữa)

Mạch điện hình 3.24 (a) và (b) mô tả cấu trúc cơ bản của nghịch lưu nguồn dòng một pha hoạt động ở tần số cao Tụ điện C đóng vai trò quan trọng trong việc chuyển mạch của bộ nghịch lưu Khi SCR 1 và 4 được kích hoạt, chúng cung cấp dòng dương cho tải và nạp tụ C theo cực tính như hình vẽ, sau đó sẽ tắt theo nguyên tắc chuyển mạch cứng Kích SCR 2 và 3 sẽ tắt SCR 1 và 4, đồng thời cung cấp dòng âm cho tải.

Khảo sát chu kỳ tựa xác lập mạch điện hình 3.24 a:

LN có giá trị rất lớn => dòng nguồn phẳng bằng I

Khi kích SCR a và 4, có các phương trình: I v 0 C dv 0

  với v 0 (0) V C là giá trị đầu

Tích phân công suất qua cuộn dây LN trong chu kỳ:

RC v v dt V VT At Be

Khi chuyển về hệ tương đối, khi đặt wt 2 t k ; wRC

(3.20) Đồ thị điện áp trên acc1 phần tử và áp ra tải ở hệ đơn vị tương đối v 0 ( )

Giá trị k khác nhau được thể hiện trong hình 3.25 (a) và (b) Nhận xét cho thấy các mối quan hệ có dạng hàm mũ, với thời gian v 0 < 0 là thời gian bão hòa tq cho các SCR.

Hình 3 25: (a) là dạng áp, dòng qua các phần tử và (b) v 0 ( )

Trong khảo sát trường hợp thực tế, khi tài là RL và điện kháng nguồn không vô cùng lớn, các dạng dòng và áp có tính dao động Áp suất trên tụ C sẽ giảm xuống sau khi đạt giá trị cực đại, dẫn đến sự giảm tq, đặc biệt là ở tần số làm việc thấp Để khắc phục tình trạng này, người ta sử dụng các điốt chặn, cho phép giữ áp trên tụ ở giá trị tối đa như minh họa trong hình 3.25 (a) và (b).

Hình 3 26: (a) mạch động lực và (b) dạng áp ra có và không có điốt chặn

Khảo sát gần đúng nghịch lưu nguồn dòng thường gặp trong thực tế là RL Khi thực hiện tính toán gần đúng, ta giả định rằng điện kháng nguồn không lớn vô cùng.

 Xung dòng cung cấp cho tải là xung hình vuông, biên độ I

Tụ C và tải RL kết hợp tạo thành ắc lọc cộng hưởng, giúp điều chỉnh áp suất trên tải vC theo dạng sóng sin Do đó, chỉ có sóng hài bậc 1 của dòng cung cấp i1 mới tạo ra công suất.

Lý thuyết về hòa hệ thống điện mặt trời với lưới

Hòa đồng bộ là điều kiện thiết yếu để nguồn điện như máy phát hoặc pin mặt trời có thể hoạt động song song và kết nối vào một mạng lưới điện chung.

Khi nhiều nguồn điện hoạt động song song trong một mạng lưới điện, điều kiện quan trọng là chúng phải hoạt động đồng bộ với nhau.

3.5.1 Các điều kiện về hòa đồng bộ

- Điều kiện về tần số: Hai nguồn phải bằng tần số với nhau, hoặc tần số nguồn điện phải bằng với tần số lưới

- Điều kiện về điện áp: Hai nguồn phải cùng điện áp với nhau, hoặc điện áp nguồn phải bằng điện áp lưới

- Điều kiện về pha: Hai nguồn phải cùng thứ tự pha nếu số pha lớn hơn 1, và góc pha phải trùng nhau

Điều kiện 1 và điều kiện 3 có vẻ mâu thuẫn, vì để góc pha của hai phía trùng nhau, cần phải điều chỉnh tần số Tuy nhiên, việc điều chỉnh tần số lại dẫn đến mất cân bằng Ngược lại, nếu giữ nguyên tần số, có thể điều chỉnh góc pha Do đó, điều kiện thực tế là cần cân nhắc giữa tần số và góc pha để đạt được sự cân bằng tối ưu.

3.5.1.1 Điều kiện về tần số

Tần số của hai nguồn điện gần như bằng nhau, với sai lệch nằm trong khoảng cho phép Mức độ sai lệch này phụ thuộc vào việc điều chỉnh bộ điều tốc và các thiết bị như rơ le hòa điện tự động hoặc rơ le chống hòa sai.

Thông thường, người ta điều chỉnh tần số nguồn điện cao hơn một chút so với tần số lưới, để đảm bảo giá trị tần số luôn lớn hơn 0 Khi hòa vào lưới, tần số lưới sẽ giữ lại nguồn điện, dẫn đến việc nguồn điện phát ra một công suất nhỏ ngay khi máy cắt được đóng.

3.5.1.2 Điều kiện về điện áp

Điện áp nguồn có thể điều chỉnh để gần bằng điện áp lưới, với một sai lệch nhỏ nhằm đảm bảo công suất vô công của nguồn điện luôn dương Việc này cho phép người dùng thiết lập điện áp nguồn chính xác mà không gặp phải vấn đề gì.

3.5.1.3 Điều kiện về pha Đây là điều kiện bắt buộc và phải tuyệt đối chính xác.Thứ tự pha thường chỉ kiểm tra khi lắp đặt máy hoặc sau khi có thao tác sửa chữa, bảo trì mà phải tháo rới các điểm nối

Do sự điều chỉnh tần số, hai tần số không bằng nhau, dẫn đến góc pha thay đổi liên tục theo tần số phách, được xác định bởi hiệu của hai tần số Các rơle cần phải dự đoán chính xác thời điểm góc pha bằng 0 và biết trước thời gian đóng của máy cắt, từ đó phát tín hiệu đóng máy cắt trước thời điểm đồng bộ khoảng 100ms đến vài trăm ms.

Các điều kiện về điện áp và tần số có thể được kiểm tra bằng các dụng cụ đo trực tiếp như volt kế và tần số kế Tuy nhiên, các điều kiện về pha, bao gồm thứ tự pha và đồng vị pha, cần phải được kiểm tra nghiêm ngặt hơn, đặc biệt là góc lệch pha.

3.5.2 Đồng vị pha trong hệ thống nối lưới Đối với các hệ thống phân đoạn, hệ thống lưới mạch vòng, thì đồng vị pha đã được xác định ngay khi thiết kế Tuy nhiên do những sai lệch về điện áp gián trên đường dây, trên tổng trở ngắn mạch của máy biến áp, do phối hợp các tổng trở các máy biến áp trong mạch vòng không tốt và do sự phân bố tải trước khi đóng, nên góc pha giữa 2 đầu máy cắt có thể khác 0 Nhưng thường là ít thay đổi trong thời gian ngắn Trong trường hợp này, đóng máy cắt sẽ không gây ra ảnh hưởng gì lớn, ngoại trừ một vài điểm nào đó có khả năng quá tải Đối với một số vùng liên kết với hệ thống lưới bằng 1 đường duy nhất, hoặc nhiều đường nhưng do sự cố đã rã toàn bộ, thì khi đóng lại, góc pha sẽ không còn 0 nữa Khi đó, góc pha sẽ thay đổi liên tục, vì 2 tần số lúc ấy sẽ không còn bằng nhau Đóng máy cắt lúc đó phải đầy đủ các điều kiện về tần số như hòa đồng bộ máy phát điện Và thường rất khó, khó hơn hòa đồng bộ máy phát Vì muốn thay đổi tần số của một trong 2 hệ thì không thể tác động tại chỗ được, mà phải liên hệ từ xa Để bảo đảm đồng vị pha, trên mạch điều khiển các máy cắt ấy phải có lắp đặt rơ le hòa đồng bộ, hoặc rơ le chống hòa sai Đối với trường hợp thứ nhất, rơ le có thể chỉnh định với khoảng cho phép khá rộng: góc pha có thể sai từ 5 đến 10%, điện áp cho phép sai từ 5 đến 10% Để hòa nguồn điện từ pin mặt trời vào lưới cũng không đơn giản, do điện áp và tần số khó thỏa mãn điều kiện hoà Do vậy, ta không nên hòa trực tiếp, mà hòa điện thông qua bộ nghịch lưu Các bộ nghịch lưu ngày nay có thể biến điện áp 1 chiều từ ắc quy thành nguồn có tần số và điện áp bất kỳ

Tiêu đề	Đánh Giá Ổn Định Lưới Điện HTĐ Có Tích Hợp Điện Năng Lượng Mặt Trời Hòa Lưới Điện Quốc Gia Tỉnh An Giang
Trường học	Trường Đại Học An Giang
Chuyên ngành	Kỹ Thuật Điện
Thể loại	luận văn
Thành phố	An Giang

Định dạng
Số trang	116
Dung lượng	2,93 MB