Nghiên cứu ứng dụng năng lượng mặt trời trong các mạng điện cục bộ của tàu thuyền

Nội dung bài báo nghiên cứu về đề tài bảo vệ tồn giữ môi trường xanh - sạch - đẹp trong vấn đề khai thác và sử dụng năng lượng tái tạo. Khi áp dụng với địa bàn tỉnh Quảng Ninh – Kỳ quan thiên nhiên được thế giới xếp hạng năm 2012, tác giả tập trung quan tâm đến vấn đề sử dụng hệ pin Mặt trời cấp điện cho những công trình nổi trên biển, có thể là những nhà nổi tại chỗ hay các du thuyền chuyển động. Phân tích các yếu tố làm ảnh hưởng đến bức xạ Mặt trời mà hệ pin nhận được bị thay đổi khác hẳn so với trường hợp hệ pin đặt tĩnh tại trên đất liền.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Nghiên cứu ứng dụng năng lượng mặt trời trong các mạng điện cục bộ của tàu thuyền NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI TRONG CÁC MẠNG ĐIỆN CỤC BỘ CỦA TÀU THUYỀN TS. Ngô Đức Minh Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp – Đại học Thái Nguyên TÓM TẮT Nội dung bài báo nghiên cứu về đề tài bảo vệ tồn giữ môi trường xanh - sạch - đẹp trong vấn đề khai thác và sử dụng năng lượng tái tạo. Khi áp dụng với địa bàn tỉnh Quảng Ninh – Kỳ quan thiên nhiên được thế giới xếp hạng năm 2012, tác giả tập trung quan tâm đến vấn đề sử dụng hệ pin Mặt trời cấp điện cho những công trình nổi trên biển, có thể là những nhà nổi tại chỗ hay các du thuyền chuyển động. Phân tích các yếu tố làm ảnh hưởng đến bức xạ Mặt trời mà hệ pin nhận được bị thay đổi khác hẳn so với trường hợp hệ pin đặt tĩnh tại trên đất liền. Đề xuất giải pháp kỹ thuật phù hợp nhằm đảm bảo nhu cầu và chất lượng điện năng của công trình đồng thời đáp ứng các yêu cầu về môi trường và thẩm mỹ. Xây dựng một mô hình mạng điện cục bộ có cấu trúc PV-MPPT-DC/DC,AC(BESS) trong đó có thực hiện giải pháp tối ưu về năng lượng cấp ra của hệ pin Mặt trời khi cường độ BXMT nhận được luôn không ổn định kể cả khi mất đột ngột. Kết quả nghiên cứu được kiểm chứng thông qua các kết quả mô phỏng bằng Matlab/Simulink. Từ khóa: pin Mặt trời, PV-MPPT, PV-LOAD, PV-MPPT-DC/DC,AC(BESS) 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Nếu như, từ những năm 80 của thế kỷ 20 người ta xem các quá trình sản xuất công nghiệp hay sự phát triển đô thị hóa…là nguyên nhân tác động xấu đến môi trường thì gần đây, đặc biệt bước sang thế kỷ 21 các Nhà khoa học đã chỉ rõ: chính các quá trình sản xuất và truyền tải điện năng lại là tác nhân nguy hiểm hơn dẫn đến hủy hoại môi trường toàn cầu. Từ đó, ngành năng lượng đã có những thay đổi căn bản cả về tư tưởng và các Hình 1. Du thuyền sử dụng pin mặt trời giải pháp khoa học kỹ thuật, nhằm thu hút các nghiên cứu phát triển các nguồn năng lượng Đối với những mạng điện cục bộ như mới đi đôi các giải pháp khai thác sử dụng mạng điện trên các hải đảo cô lập hay trên các năng lượng tiết kiệm và hiệu quả… nhà nổi, du thuyền..., năng lượng cần thiết để đáp ứng cho các phụ tải hiện nay đang sử dụng vẫn chủ yếu là từ máy phát điện chạy Page 1 of 8 nhiên liệu hoá thạch (xăng, dầu diesel) gây ô 2. NỘI DUNG VÀ KẾT QUẢ nhiễm môi trường và tiềm ẩn nhiều rủi ro. Nguồn phát điện quan trọng nhất trong Việc lựa chọn nguồn phát thay thế được định hệ thống điện sử dụng năng lượng Mặt trời là hướng khá phổ biến vào hệ pin Mặt trời các tấm pin Mặt trời được chế tạo từ chất bán (Photovoltaic – viết tắt là PV). Trong trường dẫn (silicon). Một cách hiểu đơn giản là năng hợp này, nguồn phong điện không được lựa lượng của pin Mặt trời được chuyển đổi từ chọn áp dụng bởi những trở ngại của bộ phận bức xạ của Mặt trời mà nó thu được [1, 2]. turbine gió gây nên. Trong khi đó, các tấm PV Một bộ nguồn điện pin Mặt trời được ghép có bản chất tĩnh nhưng cũng rất linh hoạt hoàn với nhau thành các module và ghép các toàn có thể tạo dáng để làm tăng vẻ đẹp và module thành các mảng pin Mặt trời. Một PV cách điệu cho công trình nói riêng và toàn có được điện áp danh định V và dòng điện cảnh nói chung. Hình 1 là ví dụ một du thuyền danh định Isc như mong muốn hoàn toàn thực có sử dụng PV [1]. hiện được nhờ thiết kế từ hai kiểu nối song Tuy nhiên, cái giá phải trả cho vẻ đẹp và song và nối nối tiếp các module. Các nghiên sự gìn giữ cảnh quan môi trường này là nguồn cứu về PV có thể thực hiện tương đương qua PV có hai yếu điểm chính [2], [3], [4]: các đặc tính đã có của module pin Mặt trời. - PV chỉ có thể phát điện khi nhận được bức xạ từ Mặt trời đủ lớn. - PV thuộc dạng nguồn siêu mềm, đặc tính tải chịu ảnh hưởng của nhiều các tác động 2.1. Những phân tích cơ bản về pin Mặt trời Những đặc tính cơ bản của PV được xây dựng xuất phát từ các phân tích sơ đồ thay thế ngoại sinh như bức xạ Mặt trời (BXMT), Iph nhiệt độ, tải... RS Id Trong phạm vi hẹp của đề tài này cả hai yếu điểm vừa nêu đều phải được khắc phục E I + Ish V Rsh khi áp dụng với công trình nổi trên biển có - những đặc điểm riêng biệt. Đó là: luôn chịu tác động của sóng biển làm thay đổi góc nghiêng của các tấm PV hay sự đổi hướng di Hình 2. Sơ đồ thay thế của PV của một module trên hình 2. chuyển của du thuyển cũng tương đương như và những mô tả toán học từ sơ đồ: thay đổi góc tới của tia BXMT, thậm chí có I = I ph − I d − I sh khoảng thời gian mất hoàn toàn BXMT. Như vậy, một số yếu tố cơ bản về PV cần được phân tích để có được giải pháp tốt nhất (1) Trong đó: - Dòng điện qua điốt Id: cho sự lựa chọn. Page 2 of 8  q (V + IRS )  I d = I S e nkT − 1   Nói cách khác, đặc tính công suất của PV (2) được thể hiện thông qua biểu thức 6: P= với: IS là dòng quang điện bão hoà [A/mm2], từ đó, thu được đặc tính Vôn-Ampe (V- q=1,6.10-19 C là điện tích của electron, k=1,38.10-23 [J/0K] là hằng số Boltzmann’s, n là hệ số số phụ thuộc vào mức độ hoàn thiện công nghệ ...