1. Giới thiệu Phát điện quang điện là công nghệ sử dụng năng lượng mặt trời để chuyển hóa năng lượng ánh sáng thành điện năng. Trong hệ thống phát điện quang điện, để đạt được công suất phát điện tối đa, cần theo dõi sự thay đổi cường độ bức xạ mặt trời theo thời gian thực và điều chỉnh trạng thái làm việc của môđun quang điện để duy trì gần điểm công suất tối đa. Bài báo này giới thiệu nguyên lý và ứng dụng thuật toán theo dõi điểm công suất cực đại trong phát điện quang điện.
2. Nguyên lý thuật toán theo dõi điểm công suất cực đại
Trong hệ thống phát điện quang điện, công suất đầu ra của mô-đun quang điện có liên quan đến điểm vận hành của nó. Điểm vận hành được xác định bởi điện áp và dòng điện của thành phần. Do đó, bằng cách điều chỉnh trạng thái làm việc của bộ phận sao cho nó hoạt động gần điểm công suất tối đa thì có thể đạt được hiệu suất phát điện tối đa.
Thuật toán theo dõi điểm công suất tối đa được thực hiện bằng cách theo dõi cường độ bức xạ mặt trời theo thời gian thực và điều chỉnh trạng thái làm việc của mô-đun theo kết quả giám sát. Các thuật toán theo dõi điểm công suất tối đa thường được sử dụng như sau:
2.1 Thuật toán nhiễu loạn và quan sát (P&O) Thuật toán
P&O là một thuật toán theo dõi điểm công suất tối đa đơn giản và được sử dụng rộng rãi. Nguyên tắc là xác định điểm công suất cực đại bằng cách liên tục làm xáo trộn trạng thái làm việc của linh kiện rồi quan sát sự thay đổi công suất.
Các bước cụ thể như sau:
1. Khởi tạo trạng thái làm việc, bao gồm điện áp và dòng điện.
2. Đo công suất hiện tại.
3. Tăng hoặc giảm giá trị điện áp hoặc dòng điện và đo công suất mới.
4. So sánh nguồn cũ và nguồn mới, nếu nguồn mới lớn hơn nguồn cũ thì tiếp tục tăng hoặc giảm giá trị điện áp hoặc dòng điện; Nếu công suất mới nhỏ hơn công suất cũ, hãy thay đổi hướng và giảm kích thước bước.
5. Lặp lại Bước 3 và 4 cho đến khi đạt được điểm công suất tối đa.
Thuật toán P&O đơn giản và dễ thực hiện nhưng do dựa trên phương pháp tìm kiếm cục bộ nên dễ bị nhiễu và bóng tối làm phiền.
2.2 Thuật toán Độ dẫn tăng dần (INC) Thuật
toán INC là thuật toán theo dõi điểm công suất cực đại dựa trên phương pháp vi phân. Nguyên tắc là đạt được khả năng theo dõi điểm công suất tối đa bằng cách điều chỉnh trạng thái làm việc theo đặc tính tiếp nạp của thành phần.
Các bước cụ thể như sau:
1. Khởi tạo trạng thái làm việc, bao gồm điện áp và dòng điện.
2. Đo công suất đầu ra hiện tại và độ dẫn điện.
3. Điều chỉnh trạng thái làm việc theo so sánh giữa dòng điện dẫn và dòng điện dẫn trước:
- Nếu điện dẫn tăng thì giá trị điện áp hoặc dòng điện tăng;
- Nếu điện dẫn giảm thì giá trị điện áp hoặc dòng điện giảm;
- Nếu đầu vào không thay đổi thì giữ nguyên trạng thái làm việc hiện tại.
4. Lặp lại Bước 2 và 3 cho đến khi đạt được điểm công suất tối đa.
So với thuật toán P&O, thuật toán INC có tốc độ phản hồi nhanh hơn và độ ổn định tốt hơn nhưng cũng có độ phức tạp tính toán nhất định.
3. Ứng dụng thuật toán theo dõi điểm công suất tối đa
Thuật toán theo dõi điểm công suất tối đa được sử dụng rộng rãi trong hệ thống phát điện quang điện để nâng cao hiệu suất phát điện và giảm tổn thất năng lượng. Sau đây là một số ví dụ về thuật toán theo dõi điểm công suất cực đại trong các ứng dụng thực tế:
3.1 Trạm phát điện quang điện
Trạm phát điện quang điện là hệ thống phát điện quang điện phổ biến nhất. Trong các nhà máy quang điện, bằng cách sử dụng thuật toán theo dõi điểm công suất cực đại, trạng thái làm việc của bộ phận có thể được điều chỉnh theo thời gian thực để nó luôn hoạt động gần điểm công suất cực đại. Điều này không chỉ cải thiện hiệu suất phát điện mà còn kéo dài tuổi thọ linh kiện.
3.2 Đèn đường quang điện
Đèn đường quang điện là loại thiết bị sử dụng năng lượng mặt trời để chiếu sáng. Bằng cách sử dụng thuật toán theo dõi điểm công suất tối đa, có thể đảm bảo đèn đường quang điện luôn hoạt động ở công suất tối đa trong trường hợp thay đổi cường độ bức xạ mặt trời, từ đó mang lại thời gian chiếu sáng lâu hơn.
3.3 Bộ sạc pin quang điện
Bộ sạc pin quang điện là thiết bị sử dụng năng lượng mặt trời để sạc pin. Bằng cách sử dụng thuật toán theo dõi điểm công suất tối đa, trạng thái làm việc của bộ sạc có thể được điều chỉnh theo thời gian thực để bộ sạc luôn hoạt động ở công suất tối đa, từ đó cải thiện hiệu quả sạc.
4. Kết luận
Thuật toán theo dõi điểm công suất tối đa của phát điện quang điện là một công nghệ quan trọng, đóng vai trò then chốt trong hệ thống phát điện quang điện. Bài viết này giới thiệu hai thuật toán theo dõi điểm công suất cực đại phổ biến: thuật toán P&O và thuật toán INC, đồng thời giới thiệu ứng dụng của chúng trong các tình huống ứng dụng khác nhau.
Với sự tiến bộ của công nghệ và nhu cầu năng lượng tái tạo ngày càng tăng, thuật toán theo dõi điểm công suất tối đa sẽ được cải tiến và tối ưu hóa hơn nữa. Bằng cách liên tục cải thiện độ chính xác và độ ổn định của thuật toán, hiệu quả và độ tin cậy của hệ thống phát điện quang điện có thể được cải thiện hơn nữa.
