Tối ưu hóa năng lượng pin quang điện theo đặc tuyến

TOÁÁI ÖU HOÙÙA NAÊNG LÊ ÖÔÏÏNG PIN QUANG ÑIEÄÄN THEO ÑAËËC TUYEÁÁN U_I SV : VOÕ NGUYEÃÃN HOAÕ ÃÃ ØØNG HAÛÛI GVHD : TH.S TRAÀÀN COÂNG BINHÂ TH.S MAI TUAÁÁN ÑAÏÏT Nhieääm vuïï • Tìm hieåu veà pin quang ñieän • Moâ phoûng Matlab cho pin quang ñieän • Thieát keá boä bieán ñoåi coâng suaát duøng PIC16F877A ñeå ñieàu khieån toái öu naêng löôïng maët trôøi PIN QUANG ÑIEÄÄN • • Lớp tiếp xuùc baùn dẫn pn coù khả năng biến đñoåi trực tiếp năng lượng bức xạMặt Trời thaønh đñiện năng Dưới bức xạ ~1000W/m2 U hở mạch ~ 0,55 V Ingaén mạch ~25_30 mA/cm2 SÔ ÑOÀÀ TÖÔNG ÑÖÔNG CUÛÛA PIN QUANG ÑIEÄÄN Phöông trình ñaëc tröng von-ampe cuûa Pin quang ñieän • Trong ñoù : • Iph - doøng quang ñieän (A/m2) • ID - doøng qua diod (A/m2) • Is - doøng baõo hoaø (A/m2) • n - ñöôïc goïi laø thöøa soá lyù töôûng phuï thuoäc vaøo caùc • möùc ñoä hoaøn thieän coâng ngheä cheá tao pin • quang ñieän .Gaàn ñuùng coù theå laáy n = 1 • RS - ñieän trôû noái tieáp (ñieän trôû trong )cuûa pin quang • ñieän /m2 • Rsh – ñieän trôû shunt (ñieän trôû doø ) (/m2) • q – ñieän tích cuûa ñieän töû (C ) Rsh RsIUnkTIRsUq .)1 2.Is(e - Icc I ).( +−−= + R<<Ropt pin laøm vieäc tröôùc ñieåm MPPT R>>Ropt , pin laøm vieäc sau ñieåm MPPT Pin quang ñieän chæ laøm vieäc hieäu quaû khi taûi coù giaù trò laân caän Ropt (opt=optimal:toái öu) • Ñieåm laøm vieäc öùng vôùi coâng suaát cöïc ñaïi • Pmax = Uopt.Iopt MOÂ PHOÂ ÛÛNG MATLAB NGUOÀÀN ÑIEÄÄN PIN QUANG ÑIEÄÄN Mỗi cell pin coù ñiện aùp ~ 0,55– 0,6V . Để sử dụng trong thực tế (thường laø 12V), cần gheùp nhiều cell lại với nhau Taêng hieäu ñieän theá gheùp noái tieáp caùc modun vôùi nhau • • U=U1+ U2+ U3+ U4 Taêng doøng ñieän gheùp song song caùc modun. I= I1+ I2+ I3 Trong thöïc teá thöôøng gheùp noái hoãn hôïp vöøa gheùp song song vöøa gheùp noái tieáp caùc teá baøo pin quang ñieän . Hieään töôïïng khoâng â ñoààng ñeààu cuûûa caùùc pin quang ñieään khi gheùùp noáái Hieän töôïng xaûy ra do pin chaát löôïng keùm hay ñöôïc chieáu saùng khoâng ñoàng ñeàu . Khaéc phuïc baèng caùch maéc theâm diode song song ñeå baûo veä BỘ BIẾN ĐỔI COÂNG SUÂ ẤT PIN QUANG ÑIEÄN MAÏCH BIEÁN ÑOÅI ÑIEÄN AÙP DC_DC TAÛI MAÏCH ÑIEÀU KHIEÅN DUØNG PIC16F877A MAÏCH CAÙCH LY MAÏCH KÍCH MOSFET THIEÁÁT KEÁÁ MAÏÏCH BIEÁÁN ÑOÅÅI ÑIEÄÄN AÙÙP MOSFET IRF540 • Vdss= 100V • RDS(on)= 44mΩ • ID=33A • Tmax=1750C • Coâng suaát toån hao 44.10-3.2=88mW Diode • Coâng suaát toån hao PD = 500 mW • Ñieän aùp lôùn nhaát coù theå chòu ñöôïc U=100V Q1 IRF540 SG D • Cuoän daây : söû duïng nhö moät nguoàn doøng ñeå taïo doøng ñieän lieân tuïc cho taûi • IOmin = 0.25 * IO • ƞ =0.8 : heä soá aûnh höôûng • Soá voøng daây quaán khi thieát keá • L= μSn2/l • • Choïn n = 50 voøng • Suy ra L = 0.84 mH mH IVf DVL Oo IN 66.0 5,325.01250002 8.06.012 2 2 min 2 ≈×××× ××=××× ××= η 44 000025.010*4*75 007.000066.0 7 =∗==⇒ −πμS Lln • Tuï ñieän : giaûm dao ñoäng vaø tín hieäu gai cuûa ñieän aùp ra • Choïn ñoä dôïn soùng toái ña cuûa aùp ra laø 5% • Suy ra • vOUT < 0.05.12 = 0.6V • Choïn tuï C=470μF • Do ñieän aùp ra coù theå thay ñoåi khaù lôùn neân duøng tuï 150V F fv D IC out out μ34050006.0 6.07.1maxmax =××=×Δ×= Sô ñoàà chi tieáát maïïch coâng suaâ áát MAÏÏCH CAÙÙCH LY DUØØNG OPTO TPL250 MAÏÏCH KÍCH MOSFET Thöûû nghieääm • Duøng maùy taïo xung ta ñöôïc : • D → Uin vaø D → Uin • f → Uin vaø f → Uin • D : duty cycle • f : taàn soá Taïi ñieåm coâng suaát cöïc ñaïi ta coù: → • • → • Neáu ↔ ↔ 0= dV dP 0).( = dV IVd V I dV dI −= V I dV dI −> 0> dV dP V I dV dI −< 0<dV dP Neáu PIC nhaän ñöôïc caùc giaù trò P1 , P2 nhö treân hình döôùi ta seõ coù V I dV dI −< Töø löu ñoà giaûi thuaät ñieåm laøm vieäc seõ chuyeån xuoáng ñieåm 3 luùc naøy ta seõ tính ñöôïc V I dV dI −> ñieåm laøm vieäc seõ chuyeån ngöôïc trôû laïi cöù nhö theá ñieåm laøm vieäc seõ dao ñoäng quanh vò trí MPPT 00.95.684.222.131.440.93P(W) 0.780.750.70.440.210.140.09I(A) 01.28.129.610.1510.2710.35U(V) 0.730.630.520.420.310.10P(W) 0.070.060.050.040.030.010I(A) 10.4110.4410.4610.4810.510.5410.56U(V) 0 1 2 3 4 5 6 0 5 10 15 Series1 Series2 00.782.632.591.481.210.91P(W) 0.450.40.350.280.150.120.09I(A) 01.947.529.259.8810.0510.1U(V) 0.710.610.510.410.30.10P(W) 0.070.060.050.040.030.010I(A) 10.1510.1710.210.2210.2510.2810.3U(V) 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 0 5 10 15 Series1 Series2 00.913.93.632.180.920.82P(W) 0.60.570.50.380.220.090.08I(A) 01.67.89.559.9310.210.2U(V) 0.720.620.520.410.310.110P(W) 0.070.060.050.040.030.010I(A) 10.310.310.310.310.410.710.4U(V) 0 1 2 3 4 5 0 5 10 15 Series1 Series2 QUAÙÙ TRÌNH LAØØM VIEÄÄC LÔØØI CAÛÛM ÔN • Em xin göûi ñeán thaày TRAÀN COÂNG BINH vaø thầyMAI TUAÁN ÑAÏT loøng bieát ôn chaân thaønh . Caùc thaày ñaõ taän tình höôùng daãn vaø taïo moïi ñieàu kieän thuaän lôïi cho em ñeå hoaøn thaønh luaän vaên naøy