Công trình công bố chất lượng cao 2024: Giải pháp nâng cao hiệu quả làm việc trạm điện mặt trời mái nhà bằng hệ thống kết hợp sử dụng tuabin gió quy mô nhỏ

CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ CHẤT LƯỢNG CAO NĂM 2024

Tên bài báo: Giải pháp nâng cao hiệu quả làm việc trạm điện mặt trời mái nhà bằng hệ thống kết hợp sử dụng tuabin gió quy mô nhỏ

Tác giả: Vũ Minh Pháp, TS. Ngô Phương Lê và cộng sự.

Đơn vị công tác: Viện Khoa học công nghệ Năng lượng và Môi trường, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam.

Tóm tắt nội dung:

Hiện nay, tuabin gió quy mô nhỏ có thể được kết nối với bộ chuyển đổi công suất (PCS) của hệ thống điện mặt trời bằng cách mô phỏng các đặc tính kỹ thuật của các tấm pin mặt trời (PMT) để nâng cao hiệu suất của PCS vào những ngày thời tiết nhiều mây hoặc mưa. Tuy nhiên, hiệu suất làm việc của toàn bộ hệ thống vẫn chưa được tối ưu hóa vì sử dụng các kỹ thuật điều khiển truyền thống. Điều khiển PI có một số vấn đề về độ quá tải khởi động cao và phản ứng chậm với các nhiễu loạn thay đổi đột ngột. Bên cạnh đó, phương pháp điều khiển lấy điểm công suất cực đại P&O MPPT có sự dao động về công suất đầu ra và thời gian phản ứng chậm ở công suất cực đại của pin mặt trời do ảnh hưởng của thời tiết.

Trong khuôn khổ đề tài KHCN ưu tiên cấp Viện Hàn lâm KHCNVN mã số VAST07.04/23-24 “Nghiên cứu nâng cao hiệu quả làm việc trạm điện mặt trời mái nhà bằng hệ thống kết hợp sử dụng tuabin gió quy mô nhỏ”, TS. Vũ Minh Pháp và cộng sự tại Viện Khoa học công nghệ Năng lượng và Môi trường đã nghiên cứu đề xuất một hệ thống điều khiển mới bao gồm điều khiển MPPT Mạng nơ-ron nhân tạo (ANN) và điều khiển chế độ trượt kỹ thuật số (DMSC) cho mạch chuyển đổi công suất để kết nối tuabin gió quy mô nhỏ với PCS của hệ thống điện mặt trời ở chế độ song song. Điện áp đầu ra của hệ thống kết nối PMT khớp với điện áp của PMT vì chúng được kết nối song song. Bên cạnh đó, dòng điện đầu vào của PCS bằng tổng dòng điện đầu ra của pin mặt trời và hệ thống kết nối PMT sau khi hai hệ thống được đấu nối hoàn toàn ở chế độ song song. Như vậy, hiệu suất làm việc của PCS của hệ thống điện mặt trời được cải thiện trong các trường hợp bức xạ mặt trời thay đổi khác nhau.

1-PMT; 2-Công tắc nguồn từ pin mặt trời; 3-Nguồn điện một chiều; 4-Mạch điện hệ thống kết nối PMT; 5-Mạch đo; 6-PCS; 7-Phụ tải điện trở công suất

Hình 1: Hệ thống kết nối PMT tại phòng thí nghiệm

Mạch điện hệ thống kết nối PMT được thiết kế gồm mạch lực, mạch đo lường và mạch điều khiển. Kết quả thực nghiệm trên mạch điện kết nối PMT được thiết kế, chế tạo hoàn toàn phù hợp với ý tưởng đề xuất và kết quả mô phỏng. Hệ thống điều khiển SMC cho phép hệ thống kết nối PMT phản ứng nhanh hơn trong quá trình làm việc và PCS đạt được công suất cao hơn 17,5% so với trường hợp sử dụng bộ điều khiển PI. Bên cạnh đó, công suất được cải thiện 5%~25% và sai lệch tĩnh của công suất giảm 20%.

Giá trị công suất mô phỏng của hệ thống kết nối PMT khi vào trạng thái ổn định là 40 W, nằm trong phạm vi giá trị thực tế từ 38 W đến 42 W. Mặt khác, độ lệch tĩnh của công suất của bộ điều khiển SMC thực tế là không nhiều, giá trị chỉ cao hơn giá trị mô phỏng khoảng 2 W. Ngoài ra, kết quả vận hành thực tế cũng cho thấy hệ thống kết nối PMT không ảnh hưởng đến hoạt động của pin mặt trời trong điều kiện bức xạ mặt trời ổn định.

Kết quả nghiên cứu chính của đề tài đã được đăng trên tạp chí Energy Reports (SCIE, IF 4.7) thuộc nhà xuất bản Elvesier. Ngoài ra, đề tài cũng đã đào tạo thành công 01 Thạc sĩ và công bố được thêm 02 bài báo KHCN quốc tế, trong đó có 01 bài báo thuộc tạp chí SCOPUS.

Hình 2: Đồ thị điện áp

Hình 3: Đồ thị dòng điện

Hình 4: Đồ thị công suất