BÁO CÁO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÔ HÌNH
BỘ NẠP ẮC QUY TỪ PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI
DÙNG PHƯƠNG PHÁP DÒ TÌM ĐIỂM CÔNG SUẤT
CỰC ĐẠI (MPPT)
GVHD : Th.s Bùi Tấn Lợi
SVTH : Lê Văn Vũ
Trần Quốc Bảo
Lê Võ Viết Thịnh
1


GIỚI THIỆU
VỀ NL MẶT
TRỜI
KẾT LUẬN VÀ
HƯỚNG PHÁT
TRIỂN

MPPT

KẾT QUẢ
THỰC
NGHIỆM
BỘ CHUYỂN
ĐỔI DC/DC
CONVERTER

ĐẶC ĐIỂM
PIN NL MẶT
TRỜI

PHƯƠNG
PHÁP DÒ
TÌM ĐIỂM
CỰC ĐẠI

TỔNG
QUAN VỀ
PIC
BỘ LƯU
TRỮ NL
ĐIỆN

2


I. GIỚI THIỆU VỀ NL MẶT TRỜI

Nhu cầu năng
lượng ngày
càng tăng

Các nguồn cung
cấp truyền thống
đang cạn kiệt

Năng lượng
mặt trời

Yêu cầu năng
lượng sạch, bền

vững
3


I. GIỚI THIỆU VỀ NL MẶT TRỜI

Khái niệm
NLMT hay bức xạ mặt trời là NL phát ra bởi ánh nắng mặt trời,
có bước sóng từ 0,28 đến 3,0 µm.
Ứng dụng NLMT.
o Một trong những nguồn NL tái tạo,vĩnh cữu.
o NL sạch và không có khí thải.
o NLMT chuyển đổi NL điện có thể được thực hiện theo hai cách.
• Quang điện.
• Nhiệt năng.

4


I. GIỚI THIỆU VỀ NL MẶT TRỜI
TT

Khu vực

Cường độ bức xạ MT
(kWh/m2.Ngày)

Giờ nắng trung bình
(giờ/năm)


1

Khu vực đông bắc

3,3 - 4,1

1500 – 1800

2

Khu vực Tây Bắc

4,1 - 4,9

1890 - 2102

3

Khu vực Trung Bộ

4,6 - 5,2

1700 – 2000

4

Khu vực TB & Tây Nguyên

4,9 - 5,7


2000 – 2600

5

Khu vực Nam Bộ

4,3 - 4,9

2200 - 2500

4,6

2000

=> Khu vực Trung Bộ và Tây Nguyên có số giờ nắng và cường độ
bức xạ mặt trời lớn nhất

5


 KháiII.niệm:
ĐẶC ĐIỂM PIN NL MẶT TRỜI
Pin Mặt Trời là thiết bị sử dụng biến đổi trực tiếp NLMT thành năng
NL điện nhờ vào các tế bào quang điện. Các Panel này còn sản xuất ra
NL chừng nào còn có bức xạ Mặt Trời chiếu tới nó.
-

Cấu tạo.
 Bán dẫn loại n gồm tinh thể Si và Photpho
hóa trị 5 gọi là Donor.

 Bán dẫn loại P gồm Si và Bo hóa trị 3 gọi
là Acceptor.
 Khi được chiếu sáng 1000W/m2, Voc =
0,55V, Isc = 30mA/cm2.

6


II. ĐẶC ĐIỂM PIN NL MẶT TRỜI

Modun pin quang điện.
Mạch điện tương đương cho pin mặt trời
I = IPH - IS[ exp( (V+IRs) -1) - ]

(2.1)

Đối với pin mặt trời lý tưởng RSH = ∞, Rs = 0
I = IPH - IS[ exp(

– 1)]

(2.2)

Thông thường P = 2W và V= 0,5V

I = NpIPH - NsIs[ exp( – 1) ]
7

(2.3)



II. ĐẶC ĐIỂM PIN NL MẶT TRỜI

Đặc tuyến I-V với các bức xạ khác
nhau

Đặc tuyến P-V với các bức xạ
khác nhau

8


III. PHƯƠNG PHÁP DÒ TÌM ĐIỂM TỐI ĐA

MPPT (Maximum Power Point Tracker) là phương pháp dò tìm điểm
làm việc có công suất tối đa của hệ thống nguồn điện pin mặt trời qua
việc điều khiển chu kỳ đóng mở khoá điện tử dùng trong bộ DC/DC.
Phương pháp này có thể xác định chính xác đến 97% điểm MPP

9


III. PHƯƠNG PHÁP DÒ TÌM ĐIỂM TỐI ĐA

CÁC PHƯƠNG PHÁP CỦA THUẬT TOÁN MPPT
Các thuật toán MPPT điều khiển của bộ biến đổi DC/DC sử dụng
nhiều tham số, thường là các tham số như dòng PV, điện áp PV, dòng và
điện áp ra của bộ DC/DC.
Các phương pháp chính:
• Phương pháp điện dẫn gia tăng INC.

• Phương pháp điện áp hằng số.
• Phương pháp nhiễu loạn và quan sát P&O.

10


III. PHƯƠNG PHÁP DÒ TÌM ĐIỂM TỐI ĐA
Phương pháp nhiễu loạn và quan sát P&O

 Theo dõi sự thay đổi điện áp theo chu kỳ
 Nếu U tăng/ giảm => P tăng ( giữ nguyên)
 Nếu U tăng/ giảm => P giảm ( đảo chiều U)

11


III. PHƯƠNG PHÁP DÒ TÌM ĐIỂM TỐI ĐA

P&O
Ưu điểm:
- Cấu trúc đơn giản và
dễ thực hiện nhất.
- Phù hợp điều kiện thời
tiết thay đổi chậm hay ổn
định.

Nhược điểm:
- Không phù hợp với điều
kiện thời tiết thay đổi
thường xuyên và đột ngột.


.

12


IV. BỘ CHUYỂN ĐỔI DC/DC CONVERTER

Giới thiệu DC/DC BUCK CONVERTER:
 Một bộ smps cơ bản
 Giảm điện áp đầu ra so với đầu vào.
 Điện áp giữa đầu vào và đầu ra không được cách ly.

Bộ chuyển đổi chính gồm có:
 Một công tắc chuyển mạch điều khiển bởi IC
 Một bộ chỉnh lưu
 Bộ phận lọc.
13


IV. BỘ CHUYỂN ĐỔI DC/DC CONVERTER

DC/DC BUCK CONVERTER hoạt động 2 ở các chế độ khác nhau
1. Chế độ dẫn liên tục (CCM, e.g. tần số cố định và dòng điện cao)
2. Chế độ dẫn không liên tục (DCM, e.g. PFM với dòng điện thấp).

14


IV. BỘ CHUYỂN ĐỔI DC/DC CONVERTER


Theo yêu cầu đồ án thiết kế:
Sử dụng 2 tấm pin với thông số mỗi tấm như sau:
P
100W
Vpm

18 V

Voc

21,6V

Vg

21,8V

Ipm / Isc

5,15/6,1A

V

12V

Imax

20A

Kích thước (mm)


130050035
25kHz
15


IV. BỘ CHUYỂN ĐỔI DC/DC CONVERTER

Tính chọn cuộn cảm:
Ta có:
VL1 = L1 = L1
= L1 = Vout
=> L =
Thay các giá trị vào ta có L = 8
Chọn L =10 => ΔiL = 0,1 (A)
- Dòng điện đầu đỉnh:
Ipk = ILO + = 20 + = 20,05 (A)
- Năng lượng cuộn cảm :
WL = = 2,03 (mJ)
16


IV. BỘ CHUYỂN ĐỔI DC/DC CONVERTER

Tính chọn Mosfet:
Dòng điện lớn nhất đi qua van:
Imax = Im ≈ 12,5 (A)
Ta sử dụng 2 tấm pin:
Itt = 2.Imax = 2 x 12,495 ≈ 25 (A)
Ta chọn van là loại IRFP9540N của hãng IR với các thông số:

 Loại vỏ: TO-220AB
 Kênh dẫn: P
 Id max =76A
 Rds = 0,011Ω
 td on = 20 ns
 td off = 70 ns

17


IV. BỘ CHUYỂN ĐỔI DC/DC CONVERTER

Công suất tiêu tốn ở van Mosfet được tính bằng công thức:
PΣM = Pon + PSW
(4.3)
Trong đó: Pon - Công suất tổn hao dẫn ở Mosfet
Psw- Công suất chuyển mạch
Công suất tổn hao dẫn của van mosfet:
Pon = I2 x Rds = 202 x 0,011 = 4,4 (W)
Công suất tổn hao do quá trình đóng cắt trên Mosfet được tính bằng:
PSW = =
= 3,42(W)
Vậy công suất tổn hao trên van là:
PΣ M = PON + PSW = 4,4 + 3,42 = 7,82 (W)

18


IV. BỘ CHUYỂN ĐỔI DC/DC CONVERTER


Tính chọn Diot:
Dòng điện lớn nhất đi qua mà diode phải chịu.
Imax = = = 12,97 (A)
  Điện áp ngược lớn nhất mà diod phải chịu.
UN max = x 21,8 = 30,83 (V)
Với thông số của mạch ta chọn Diode loại: 1N3913 có các thông số
như sau:
 Imax = 30A ở 1000C
 Un = 400V
 Thời gian phục hồi: 200 ns
 fD = 25 khz
Công suất tổn thất của Diode:
PD = (1-D) IΔUD =10 (W)
19


IV. BỘ CHUYỂN ĐỔI DC/DC CONVERTER

Tính chọn Tụ:
Dựa vào hệ số đập mạch của dòng điện cuộn cảm:
ΔICout =
(4.4)
ΔICout: Tổng vecto của các dòng điện đập mạch.
ΔQCout = =
(4.5)
Điện áp đầu ra tại tụ C
ΔVCout = =
(4.6)
=> =
=

≈ 3200 (µF)
Chọn 2 tụ 1800 (µF)/ 25 V

20


V. BỘ LƯU TRỮ NL ĐIỆN

Tại sao cần phải thiết kế chọn Acquy?
Hệ thống quang điện làm việc độc lập cần khâu giữ điện để phục vụ
trong thời gian thiếu ánh nắng, ánh sáng yếu hay vào ban đêm.
Chế độ làm việc acquy:
Cho các ngăn có độ đồng đều
I = const, U↑
Nạp cân bằng

Theo chu kì

Nạp
acquy

80-100%

Bắt đầu khi acquy gần đầy
Tăng dần U => giảm I
Nạp hoàn thiện

0-80%

Bắt đầu bất cứ lúc nào

Với dòng nạp < dòng sinh hơi
Nạp bình thường

21


V. BỘ LƯU TRỮ NL ĐIỆN

• Chế độ phóng điện:
o Độ sâu phóng điện (15 – 25%)
o Mức độ phóng điện (10 – 15% ở 200C)
Chế độ nguồn nạp
Nạp với dòng không đổi Nạp với áp không đổi
- Chế độ sạt đến 80-90% - Nạp đưa đến 100%
dung lượng acquy
- U= const (2,4V)
- U < 1,8-1,9V
- I giảm dần về 0
- I = C/10

22

Nạp thả nổi
- U = 2,25V
-I
- Bù dòng rò acquy


V. BỘ LƯU TRỮ NL ĐIỆN


•
o
o
o
o
o
o
o
o
o

Chọn acquy:
Phóng sâu 70-80%
Dòng điện nạp/dòng điện phóng
Thời gian nạp/thời gian phóng
Độ ổn định khi nạp, phóng
Thời gian tự phóng
Tuổi thọ
Yêu cầu bảo trì
Hiệu quả lưu giữ năng lượng
Giá thành thấp

23


VI. TỔNG QUAN VỀ VI ĐIỀU KHIỂN PIC

Vi điều khiển 16F886A
• Thuộc họ Pic16Fxxxx
• 35 lệnh (14bit)

• 28 chân
• Tốc độ hoạt động = 20 MHz (T1= 200ns)

24


V.II KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM

Pin mặt trời thực tế.

Công suất đỉnh ( Pp)

22W

Điện áp đỉnh (Vpp)

17,46V

Dòng điện đỉnh (Ipp)

1,27A

Dòng điện ngắn mạch (Isc)

1,34A

Điện áp hở mạch (Voc)

21,5V
25