BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUẢN LÝ VÀ CÔNG NGHỆ HẢI PHÒNG
-------------------------------

ISO 9001:2015

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGÀNH : ĐIỆN TỰ ĐỘNG CÔNG NGHIỆP

Sinh viên

: Nguyễn Anh Tuấn

Giảng viên hướng dẫn: ThS. Ngô Quang Vĩ

HẢI PHÒNG – 2020


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUẢN LÝ VÀ CÔNG NGHỆ HẢI PHÒNG
-----------------------------------

TÌM HIỂU NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO VÀ THUẬT
TOÁN INC BÁM ĐIỂM CÔNG SUẤT CỰC ĐẠI CHO
PIN MẶT TRỜI

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY
NGÀNH: ĐIỆN TỰ ĐỘNG CÔNG NGHIỆP

Sinh viên


1. Nội dung và các yêu cầu cần giải quyết trong nhiệm vụ đề tài tốt
nghiệp
.....................................................................................................................
.....................................................................................................................
.....................................................................................................................
.....................................................................................................................
.....................................................................................................................
.....................................................................................................................
.....................................................................................................................

2. Các tài liệu, số liệu cần thiết
.....................................................................................................................
.....................................................................................................................
.....................................................................................................................
.....................................................................................................................
.....................................................................................................................
.....................................................................................................................
.....................................................................................................................
.....................................................................................................................

3. Địa điểm thực tập tốt nghiệp
.....................................................................................................................


CÁN BỘ HƯỚNG DẪN ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP

Họ và tên

: Ngô Quang Vĩ


Cộng hòa xã hội chủ nghĩa Việt Nam
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc
--------------------------------------PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN TỐT NGHIỆP
Họ và tên giảng viên

: Ngô Quang Vĩ

Đơn vị công tác

: Trường Đại học Quản lý và Công nghệ Hải Phòng

Họ và tên sinh viên

: Nguyễn Anh Tuấn

Chuyên ngành

: Điện Tự Động Công Nghiệp

Nội dung hướng dẫn

: Toàn bộ đề tài

1. Tinh thần thái độ của sinh viên trong quá trình làm đề tài tốt nghiệp
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
2. Đánh giá chất lượng của đồ án/khóa luận( so với nội dung yêu cầu đã
đề ra trong nhiệm vụ Đ.T.T.N, trên các mặt lý luận, thực tiễn, tính toán
số liệu... )

.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
3. Ý kiến của giảng viên chấm phản biện
Được bảo vệ

Không được bảo vệ

Điểm hướng dẫn

Hải Phòng, ngày......tháng.....năm 2020
Giảng viên chấm phản biện
( ký và ghi rõ họ tên)


MỤC LỤC
DANH MỤC HÌNH VẼ......................................................................... i
DANH MỤC BẢNG SỐ LIỆU ...................................................................... iv
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT.......................................................................... v
LỜI MỞ ĐẦU .................................................................................................. 1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO VÀ CÁC
PHƯƠNG PHÁP TÌM ĐIỂM CỰC ĐẠI CỦA PIN MẶT TRỜI .............. 3
1.1. CÁC NGUỒN NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO ................................... 3
1.1.1. Khái niệm ........................................................................................ 3
1.1.2. Phân biệt năng lượng tái tạo và năng lượng không tái tạo ............. 4
1.1.3. Ưu , nhược điểm của năng lượng tái tạo......................................... 5
1.1.4. Sự cần thiết phát triển năng lượng tái tạo ....................................... 5
1.1.5. Sự phát triển năng lượng tái tạo trên thế giới ................................. 6
1.1.6. Sự phát triển năng lượng tái tạo ở Việt Nam .................................. 8
1.2. CÁC DẠNG NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO...................................... 9

3.2. NGUYÊN LÝ DUNG HỢP TẢI................................................ 37
3.3. THUẬT TOÁN INC BÁM ĐIỂM CÔNG SUẤT CỰC ĐẠI CHO
PIN MẶT TRỜI ............................................................................. 40
3.4. MÔ HÌNH MÔ PHỎNG PIN MẶT TRỜI ................................ 45
3.4.1. Mô hình pin mặt trời ..................................................................... 45
3.4.2. Giải thuật INC ............................................................................... 49
3.5. KẾT QUẢ MÔ PHỎNG........................................................... 50
KẾT LUẬN .................................................................................................... 55
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................ 56


DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 2.1 Cấu trúc hệ thống bám công suất cực đại MPPT............................ 21
Hình 2.2 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của pin mặt trời............................ 22
Hình 2.3 Cấu trúc mạch lực bộ biến đổi boost............................................... 25
Hình 2.4 Mạch tương đương khi Q đóng....................................................... 25
Hình 2.5 Dạng sóng điện áp và dòng điện trên cuộn dây L khi Q đóng........ 26
Hình 2.6 Mạch tương đương khi Q mở.......................................................... 27
Hình 2.7 Dạng sóng điện áp và dòng điện trên Lkhi Q mở............................ 37
Hình 2.8 Mạch tương đương của 1 tế bào pin mặt trời.................................. 38
Hình 2.9 Mô hình lý tưởng của tế bào pin mặt trời........................................ 31
Hình 2.10 Đặc tính I-V, P-V của pin mặt trời................................................ 32
Hình 2.11 Đặc tính I-V, P-V khi cường độ thay đổi...................................... 33
Hình 2.12 Đặc tính I-V, P-V khi nhiệt độ thay đổi........................................ 34
Hình 3.1 Bộ điều khiển MPPT trong hệ thống pin mặt trời........................... 35
Hình 3.2 Pin mặt trời mắc trực tiếp với tải thuần trở để thay đổi giá trị........ 36
Hình 3.3 Đặc tính làm việc của pin mặt trời và của tải có thể thay đổi giá trị....
........................................................................................................................ 36
Hình 3.4 Pin mặt trời kết nối với tải qua bộ biến đổi DC-DC........................ 38
Hình 3.5 Pin mặt trời với điện trở Rei(D,R).................................................... 39

Hình 3.26 Điện áp làm việc của pin mặt trời.................................................. 53
Hình 2.27 Dòng điện làm việc của pin mặt trời............................................. 53
Hình 3.28 Công suất làm việc của pin mặt trời.............................................. 54

iii


DANH MỤC BẢNG SỐ LIỆU
Bảng 2.1 Bảng thông số kỹ thuật pin mặt trời Ks80m-36 [20]................... 49

iv


DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
PMT

Pin mặt trời

NLMT

Năng lượng mặt trời

BBĐ

Bộ biến đổi

PWM

Pulse Width Modulation


Nhu cầu về năng lượng trong thời đại khoa học kỹ thuật không ngừng
gia tăng. Tuy nghiên các nguồn năng lượng truyền thống đang được khai thác
như : than đá, dầu mỏ, khí đốt, khí thiên nhiên và ngay cả thủy điện…đang
ngày càng cạn kiệt. Không những thế chúng còn có tác hại xấu đối với môi
trường như: gây ra ô nhiễm môi trường, ô nhiễm tiếng ồn, mưa axit, trái đất
ấm dần lên, thủng tầng ozon... Do đó, việc tìm ra và khai thác các nguồn năng
lượng mới như năng lượng hạt nhân, năng lượng địa nhiệt, năng lượng gió và
năng lượng mặt trời… là rất cần thiết.
Việc nghiên cứu năng lượng mặt trời ngày càng thu hút sự quan tâm của
các nhà nghiên cứu, nhất là trong tình trạng thiếu hụt nghiêm trọng năng
lượng hiện nay. Năng lượng mặt trời là nguồn năng lượng sạch, dồi dào, hoàn
toàn miễn phí, không gây ô nhiễm môi trường và không gây ô nhiễm tiếng ồn.
Hiện nay, năng lượng mặt trời đã dần dần đi vào cuộc sống của con người,
chúng được áp dụng khá rộng rãi trong dân dụng và trong công nghiệp dưới
nhiều hình thức khác nhau.
Pin mặt trời có rất nhiều các ưu điểm ưu việt nhưng giá thành của tấm
pin mặt trời còn đắt nên việc tăng hiệu suất và kéo dài tuổi thọ của pin trở
thành một vấn đề rất quan trọng. Để tăng hiệu suất và kéo dài tuổi thọ của pin
thì cần phải để hệ thống pin năng lượng mặt trời hoạt động ổn định tại điểm
có công suất cực đại. Bởi vì, điều kiện tự nhiên bao gồm bức xạ mặt trời và
nhiệt độ lại luôn thay đổi nên điểm làm cho hệ thống có công suất cực đại
cũng thay đổi theo. Vì vậy, cần có một phương pháp nào đó để theo dõi được
sự di chuyển của điểm có công suất cực đại và áp đặt cho hệ thống làm việc
tại đó. Xuất phát từ thực tế trên, em đã chọn đề tài “ Tìm hiểu năng lượng
tái tạo và thuật toán INC bám điểm công suất cực đại cho pin mặt trời”.
Dưới sự hướng dẫn của thầy giáo ThS. Ngô Quang Vĩ.

1



trong các quy trình còn diễn tiến trong một thời gian dài trên Trái Đất.
Theo ý nghĩa về vật lý, năng lượng không được tái tạo mà trước tiên là
do Mặt Trời mang lại và được biến đổi thành các dạng năng lượng hay các vật
mang năng lượng khác nhau. Tùy theo trường hợp mà năng lượng này được
sử dụng ngay tức khắc hay được tạm thời dự trữ.
Việc sử dụng khái niệm “ tái tạo” theo cách nói thông thường là dùng để
chỉ đến các chu kỳ tái tạo mà đối với con người là ngắn đi rất nhiều ( thí dụ
như khí sinh học so với năng lượng hóa thạch). Trong cảm giác về thời gian

3


của con người thì Mặt Trời sẽ còn là nguồn cung cấp năng lượng trong một
thời gian gần như là vô tận. Mặt Trời cũng là nguồn cũng cấp năng lượng liên
tục cho nhiều quy trình diễn tiến trong bầu sinh quyển Trái Đất. Những quy
trình này có thể cung cấp năng lượng cho con người và cũng mang lại những
cái gọi là nguyên liệu tái tăng trưởng . Luồng gió thổi, dòng nước chảy và
nhiệt lượng của Mặt Trời đã được con người sử dụng trong quá khứ. Quan
trọng nhất trong thời đại công nghiệp là sức nước nhìn theo phương diện sử
dụng kỹ thuật và theo phương diện phí tổn sinh thái.
Ngược lại với việc sử dụng những quy trình này là việc khai thác các
nguồn năng lượng như than đá hay dầu mỏ , những nguồn năng lượng mà
ngay nay được tiêu dùng nhanh hơn là được tạo ra rất nhiều. Theo ý nghĩa của
định nghĩa tồn tại “ vô tận” thì phản ứng tổng hợp hạt nhân ( phản ứng nhiệt
hạch) khi có thể thực hiện trên bình diện kỹ thuật, và phản ứng phân rã hạt
nhân ( phản ứng phân hạch) với các lò phản ứng tái sinh ( breeder reactor ),
khi năng lượng hao tốn lúc khai thác uranium hay thorium có thể được giữ ở
mức thấp, đều là những nguồn năng lượng tái tạo mặc dù là thường thì chúng
không được tính vào loại năng lượng này.
1.1.2. Phân biệt năng lượng tái tạo và năng lượng không tái tạo

Có thể sử dụng được tại nhiều địa hình, khu vực khác nhau.
Phong phú, đa dạng.
Nguồn cung bền vững và vô tận.
Ít gây hại cho môi trường.
Không gây tiếng ồn khi khai thác.
Công nghệ sử dụng tiên tiến.
- Nhược điểm:
Chi phí sử dụng cao.
Không ổn định do điều kiện tự nhiên không ổn định.
Chi phí lưu trữ năng lượng cao.
Vẫn gây ô nhiễm môi trường dù rất ít.
Sử dụng nhiều thành phần đắt tiền và quý hiếm.
Mật độ năng lượng thấp nên công suất trung bình thường thấp hơn so với
các nguyên liệu hóa thạch hay không tái tạo.
1.1.4. Sự cần thiết phát triển năng lượng tái tạo
Trong quá trình phát triển, các quốc gia luôn đặt vấn đề an toàn năng
lượng lên hàng đầu. Cùng với sự phát triển kinh tế, đời sống nhân dân tăng

5


cao nên nhu cầu sử dụng năng lượng càng tăng. Nguồn năng lượng sử dụng
chủ yếu ngày nay là dầu, than đá, khí gas.
Trong khi đó sự khai thác và sử dụng mạnh mẽ nên nguồn năng lượng
hoá thạch quý giá (không tái tạo) đang cạn dần, dẫn đến nguy cơ mất an ninh
năng lượng ở nhiều quốc gia, khu vực và quốc tế. Vì vậy, việc phát triển và
khai thác năng lượng tái tạo rất được các nước trên thế giới quan tâm phát
triển.
Năng lượng tái tạo có thể tạo ra nguồn điện ngoài lưới tại chỗ, rẻ tiền,
góp phần đảm bảo an ninh năng lượng. Nếu được đầu tư phát triển nguồn

gigaoát.
Hiện nay, nguồn điện mặt trời cung cấp năng lượng cho chiếu sáng, sưởi
ấm và các nhu cầu nhiêu liệu khác của khoảng 50 triệu căn nhà trên thế giới.
Năm 2007 đã sản xuất 53 tỉ lít nhiên liệu sinh học (cồn và diezel sinh học),
tăng 43% so với năm 2005.
Năm 2007, các nhà đầu tư quan tâm hơn cả tới năng lượng gió và mặt
trời: hai lĩnh vực này chiếm 47% và 30% tổng số tiền đầu tư. Năm 2006, tại
các nhà máy "năng lượng xanh" có tới hơn 2,4 triệu người làm việc.
Hiện nay, tại không dưới 60 quốc gia có các chương trình nhà nước
nhằm gia tăng sản xuất năng lượng tái tạo. 48 quốc gia sử dụng chính sách
cung cấp các ưu đãi khác nhau cho công nghiệp sản xuất "năng lượng sạch",
tức là bằng cách đó khuyến khích sự từ chối nguồn năng lượng điện hạt nhân
và hyđrôcácbon.
Những nước tiêu thụ và sản xuất chính yếu nguồn nhiên liệu sinh học sẽ
vẫn là Hoa Kỳ, Liên minh châu Âu và Brazil. Dự đoán, etanol sẽ là thành
phần chính tạo nên sự gia tăng sử dụng nhiên liệu sinh học vì chi phí sản xuất
của nó sẽ ngày càng giảm nhanh hơn so với chi phí sản xuất diezel sinh học.
Nhu cầu ngày một tăng của lương thực là một yếu tố hạn chế sản xuất nhiên
liệu sinh học. Hiện nay, để sản xuất nhiên liệu sinh học trên thế giới đang sử
dụng gần 14 triệu ha hay 1% diện tích ruộng canh tác.

7


1.1.6. Sự phát triển năng lượng tái tạo ở Việt Nam
Trong thời đại ngày nay khi mà nguồn tài nguyên năng lượng trên thế
giới đang ngày càng cạn kiệt (theo dự đoán của nhiều chuyên gia, trữ lượng
dầu mỏ trên thế giới sẽ được sử dụng hết vào năm 2050) thì việc tìm kiếm,
phát triển các nguồn năng lượng tái tạo (NLTT) là rất quan trọng. NLTT là
năng lượng từ những nguồn liên tục mà theo chuẩn mực của con người là vô

mía với tổng công suất lắp đặt 130 MW.
Tháng 12/2009, nước ta đã nhận được 250 triệu đôla từ Quỹ Công nghệ
sạch (CTF) để thúc đẩy việc sử dụng năng lượng tái tạo (thủy điện, địa nhiệt,
gió, mặt trời….) đạt mức 5% vào năm 2020. Các nguồn năng lượng mới và
tái tạo này sẽ góp phần tiết kiệm 10% năng lượng tiêu thụ của quốc gia.
1.2. CÁC DẠNG NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO [1]
1.2.1. Năng lượng địa nhiệt
-Khái niệm
Năng lượng địa nhiệt là năng lượng được tách ra từ nhiệt trong tâm Trái
Đất. Năng lượng này có nguồn gốc từ sự hình thành ban đầu của hành tinh, từ
hoạt động phân hủy phóng xạ của các khoáng vật, và từ năng lượng mặt
trời được hấp thụ tại bề mặt Trái Đất.
Năng lượng địa nhiệt đã được sử dụng để nung và tắm kể từ thời La Mã
cổ đại, nhưng ngày nay nó được dùng để phát điện. Có khoảng 10 GW công
suất điện địa nhiệt được lắp đặt trên thế giới đến năm 2007, cung cấp 0,3%
nhu cầu điện toàn cầu. Thêm vào đó, 28 GW công suất nhiệt địa nhiệt trực
tiếp được lắp đặt phục vụ cho sưởi, spa, các quá trình công nghiệp, lọc nước
biển và nông nghiệp ở một số khu vực.
Khai thác năng lượng địa nhiệt có hiệu quả về kinh tế, có khả năng thực
hiện và thân thiện với môi trường, nhưng trước đây bị giới hạn về mặt địa lý
đối với các khu vực gần các ranh giới kiến tạo mảng. Các tiến bộ khoa học kỹ
thuật gần đây đã từng bước mở rộng phạm vi và quy mô của các tài nguyên

9


tiềm năng này, đặc biệt là các ứng dụng trực tiếp như dùng để sưởi trong các
hộ gia đình. Các giếng địa nhiệt có khuynh hướng giải phóng khí thải nhà
kính bị giữ dưới sâu trong lòng đất, nhưng sự phát thải này thấp hơn nhiều so
với phát thải từ việc đốt nhiên liệu hóa thạch thông thường. Công nghệ này có

về sản lượng cho đến khi trạm thủy điện Sihwa Lake được mở tại Hàn Quốc
vào tháng 8 năm 2011. Trạm Sihwa sử dụng các đê chắn biển biển hoàn chỉnh
với 10 tuabin tạo ra 254 MW.
1.2.3. Năng lượng gió
- Khái niệm
Năng lượng gió là động năng của không khí di chuyển trong bầu khí
quyển Trái Đất. Năng lượng gió là một hình thức gián tiếp của năng lượng
mặt trời. Sử dụng năng lượng gió là một trong các cách lấy năng lượng xa xưa
nhất từ môi trường tự nhiên và đã được biết đến từ thời kỳ Cổ đại.
Năng lượng gió đã được sử dụng từ hằng trăm năm nay. Con người đã
dùng năng lượng gió để di chuyển thuyền buồm hay khinh khí cầu, ngoài ra
năng lượng gió còn được sử dụng để tạo công cơ học nhờ vào các cối xay gió.
Ý tưởng dùng năng lượng gió để sản xuất điện hình thành ngay sau các
phát minh ra điện và máy phát điện. Lúc đầu nguyên tắc của cối xay gió chỉ
được biến đổi nhỏ và thay vì là chuyển đổi động năng của gió thành năng
lượng cơ học thì dùng máy phát điện để sản xuất năng lượng điện. Khi bộ
môn cơ học dòng chảy tiếp tục phát triển thì các thiết bị xây dựng và hình
dáng của các cánh quạt cũng được chế tạo đặc biệt hơn. Ngày nay người ta
gọi đó tuốc bin gió, khái niệm cối xay gió không còn phù hợp nữa vì chúng
không còn có thiết bị nghiền. Từ sau những cuộc khủng hoảng dầu trong thập
niên 1970 việc nghiên cứu sản xuất năng lượng từ các nguồn khác được đẩy
mạnh trên toàn thế giới, kể cả việc phát triển các tuốc bin gió hiện đại.
- Sản xuất điện từ năng lượng gió
Vì gió không thổi đều đặn nên, để cung cấp năng lượng liên tục, năng
lượng điện phát sinh từ các tuốc bin gió chỉ có thể được sử dụng kết hợp

11