Tải bản đầy đủ - 0 (trang)
CƠ SỞ LÝ THUYẾT

CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Tải bản đầy đủ - 0trang

Chương 1



Tc: nhiệt độ vận hành của pin (K)

A: hệ số lý tưởng phụ thuộc vào công nghệ chế tạo pin, ví dụ cơng nghệ Simono A=1.2, Si-Poly A = 1.3…

Dòng quang điện Iph phụ thuộc trực tiếp vào bức xạ mặt trời và nhiệt độ của

pin:



Trong đó:

Isc: dòng ngắn mạch tại nhiệt độ tiêu chuẩn 250C (A) và bức xạ 1kW/m2

K1: hệ số dòng điện phụ thuộc vào nhiệt độ (A/0C)

Tc: Nhiệt độ vận hành của pin mặt trời (K)

TRef : Nhiệt độ tiêu chuẩn của pin mặt trời (K)

λ: Bức xạ mặt trời (kW/m2)

Mặt khác, dòng bão hòa Is là dòng các hạt tải điện khơng cơ bản được tạo ra

do kích thích nhiệt. Khi nhiệt độ của pin mặt trời tăng dòng bão hòa cũng tăng theo

hàm mũ.



Trong đó:

IRS: Dòng điện ngược bão hòa tại nhiệt độ tiêu chuẩn (A)

EG: Năng lượng lỗ trống của chất bán dẫn

Đối với pin mặt trời lý tưởng, điện trở dòng rò R sh = ∞, Rs = 0. Khi đó mạch

điện tương đương của pin mặt trời được cho bởi hình 2.2:



10



Chương 1



Hình 2.2. Mơ hình pin mặt trời lý tưởng

Khi đó, biểu thức (2.1) có thể được mơ tả như sau:



Và dòng bão hòa ngược tiêu chuẩn có thể được biểu diễn như sau:



Thông thường, công suất của pin mặt trời khoảng 2 W và điện áp khoảng 0.5

V. Vì vậy, các pin mặt trời được ghép nối với nhau theo dạng nối tiếp - song song để

sinh ra lượng công suất và điện áp đủ lớn. Mạch điện tương đương của mơ đun pin

mặt trời gồm có Np nhánh song song và Ns pin nối tiếp được mô tả như hình 2.3:



Hình 2.3. Mơ đun pin mặt trời

Mạch điện hình 2.3 được miêu tả bởi biểu thức sau:



Pin mặt trời chuyển một phần bức xạ mặt trời trực tiếp thành năng lượng điện,

nhưng một phần đó chuyển thành nhiệt cộng với pin mặt trời có màu dễ hấp thụ



11



Chương 1



nhiệt nên nhiệt độ vận hành của pin có thể cao hơn nhiệt độ môi trường. Nhiệt độ

của pin dưới các điều kiện khác nhau có thể được đánh giá qua nhiệt độ vận hành

bình thường (NOCT).

Đặc tuyến I-V tương ứng với tùng bức xạ nhất định được mô tả như sau:





nh 2.4: Đặc tuyến I-V với các bức xạ khác nhau



12



Chương 1





nh 2.5: Đặc tuyến P-V với các bức xạ khác nhau

2.2. Bộ chuyển đổi DC/DC



Bộ biến đổi DC/DC được sử dụng rộng rãi trong nguồn điện 1 chiều với mục

đích chuyển đổi nguồn một chiều khơng ổn định thành nguồn điện một chiều có thể

điều khiển được. Trong hệ thống pin mặt trời, bộ biến đổi DC/DC được kết hợp chặt

chẽ với MPPT. MPPT sử dụng bộ biến đổi DC/DC để điều chỉnh nguồn điện áp vào

lấy từ nguồn pin mặt trời, chuyển đổi và cung cấp điện áp lớn nhất phù hợp với tải.

2.2.1. Bộ chuyển đổi DC/DC boost converter



Mạch boost converter hay còn được gọi là mạch tăng áp. Bộ biến đổi này phù

hợp với các ứng dụng có điện áp yêu cầu lớn hơn điện áp đầu vào. Nguyên lý hoạt

động của bộ biến đổi này dựa vào đặc tính lưu trữ và tích phóng năng lượng của

cuộn dây.



13



Chương 1



Hình 2.6. Sơ đồ ngun lý mạch boost

Khi S đóng cho dòng qua (TON) dòng điện từ nguồn chạy qua cuộn dây, năng

lượng từ trường được tích lũy trong cuộn dây. Khơng có dòng điện chạy qua điốt D

và dòng tải được cung cấp bởi tụ điện C



Hình 2.7. Mạch điện khi S đóng



Hình 2.8. Dạng sóng điện áp và dòng điện trên cuộn dây L khi S đóng



14



Chương 1



Khi đó:

Suy ra:

Mặt khác:



Hình 2.9. Mạch điện khi S mở



Hình 2.10. Dạng sóng điện áp và dòng điện trên L khi S mở

Khi S đóng (TOFF), dòng điện cảm ứng chạy vào tải qua điốt cũng như nạp lại

cho tụ điện C.



15



Chương 1



Suy ra:



Năng lượng lưu trữ trong cuộn dây bằng 0 khi kết thúc chu kỳ.



Từ 2.17, ta có:



2.2.2. Bộ chuyển đổi DC/DC buck converter



Hình 2.11 cho thấy cấu hình cơ bản của một bộ chuyển đổi buck. Một số bộ

chuyển đổi có diode thay thế bằng một cơng tắc thứ hai được tích hợp vào bộ

chuyển đổi.



Hình 2.11. Cấu hình mạch buck



VIN(min) = điện áp ngõ vào nhỏ nhất

VOUT = điện áp ngõ ra mong muốn

ƞ = Hiệu suất mạch, ước tính 90%



16



Chương 1



Năng lượng trong cuộn cảm



VIN(min) = điện áp ngõ vào nhỏ nhất

D = chu kỳ hoạt động được tính trong cơng thức 2.19

fs = tần số đóng cắt của cơng tắc trong mạch

L = giá trị lựa chọn cuộn cảm

Dòng điện ngõ ra cực đại.



ILIM(min) = giá trị nhỏ nhất của giới hạn dòng điện của cơng tắc tích hợp (được

đưa ra trong bản dữ liệu)

ΔIL = năng lượng trong cuộn cảm được tính trong cơng thức 2.20

D = chu kỳ hoạt động được tính trong cơng thức 2.19

Nếu giá trị tính là hơn dòng điện ngõ ra cực đại của ứng dụng, dòng điện cực

đại qua cơng tắc trong hệ thống được tính tốn:



IOUT(max) = dòng điện ngõ ra cần thiết cho ứng dụng

Đây là dòng điện đỉnh, cuộn cảm, các cơng tắc tích hợp và diode bên ngồi

phải bền.

Đối với các bộ phận mà khơng có phạm vi điện cảm được đưa ra, các công

thức sau đây là một ước lượng tốt cho điện cảm:



17



Chương 1



VIN = điện áp ngõ vào

VOUT = điện áp mong muốn ngõ ra

fs = tần số đóng cắt nhỏ nhất của cơng tắc trong mạch

ΔIL = năng lượng trong cuộn cảm, được giải thích như sau

Ước tính cho sóng dòng điện trong cuộn cảm là từ 20% đến 40% của dòng

điện ngõ ra.

( 0.2 đến 0.4 )

ΔIL = sóng dòng điện ước tính cho cuộn cảm

IOUT(max) = dòng điện ngõ ra cực đại cần thiết trong ứng dụng



2.3. Điểm làm việc cực đại của Pin mặt trời



Về cơ bản, trên đường đặc tuyến PV của pin mặt trời, trời tồn tại một điểm

công suất cực đại ứng với dòng điện và điện áp tương ứng.



18



Chương 1



Hình 2.12. Đặc tuyến I-V, P-V của pin mặt trời với điểm công suất cực đại

Tuy nhiên, điểm cực đại này lại không cố định, chúng luôn thay đổi theo các

điều kiện mơi trường (Hình 2.13). Vì vậy, chúng ta cần điều khiển để điện áp hoặc

dòng điện để thu được công suất cực đại từ pin mặt trời khi nhiệt độ và bức xạ thay

đổi sử dụng bộ tìm điểm cơng suất cực đại.



Hình 2.13. Các điểm MPP dưới các điều kiện mơi trường thay đổi

Hình 2.14 giới thiệu sơ đồ khối của hệ thống CĐNL tiêu biểu. Hầu hết các bộ

CĐNL hiện nay gồm có ba phần cơ bản: bộ chuyển đổi DC-DC, bộ phận đo lường

và bộ phận điều khiển (bộ phận đo lường và bộ phận điều khiển chính là bộ MPPT)

Khi pin mặt trời được nối trực tiếp với tải, điểm vận hành của pin mặt trời

được điều khiển bởi tải. Tổng trở của tải được miêu tả như sau:

Trong đó, Vo, Io là điện áp và dòng điện phát ra của pin mặt trời.

Tổng trở tối ưu của tải cho pin mặt trời được miêu tả như sau:



19



Chương 1



Trong đó, VMPP, IMPP là điện áp và dòng điện phát ra của pin mặt trời tại điểm

tối ưu.

Khi giá trị RLOAD bằng với ROPT, công suất cực đại sẽ được truyền từ pin mặt

trời đến tải. Tuy nhiên, trong thực tế hai tổng trở này lại khơng bằng nhau. Mục đích

của bộ MPPT là điều chỉnh tổng trở tải nhìn từ phía nguồn bằng với tổng trở tối ưu

của pin mặt trời.

Thông thường bộ biến đổi DC/DC (tăng áp, giảm áp) được phục vụ cho việc

truyền công suất từ pin mặt trời tới tải. Bộ DC/DC hoạt động như thiết bị giao tiếp

giữa tải và pin mặt trời. Bằng việc thay đổi độ rộng xung, tổng trở tải nhìn từ phía

nguồn sẽ được thay đổi bằng với tổng trở nguồn tại điểm cực đại, vì vậy cơng suất

cực đại được cung cấp cho tải.



Hình 2.14. Sơ đồ khối của hệ thống CĐNL tiêu biểu

Giả sử, đối với mạch giảm áp DC/DC (Buck converter), ta có:

VOUT=D.VIN



(2.26)



Trong đó, VOUT là điện áp đầu ra, VIN điện áp đầu vào, khi đó:

ROUT = D2.RIN



(2.27)



(ROUT là tổng trở đầu ra, RIN tổng trở đầu vào nhìn từ phía nguồn)

RIN = ROUT/D2



(2.28)



Vì vậy, tổng trở ROUT được duy trì hằng số bằng việc thay đổi độ rộng xung,

khi đó RIN nhìn từ phía nguồn sẽ được thay đổi.



20



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Tải bản đầy đủ ngay(0 tr)

×