Luận án tiến sĩ: Nâng cao hiệu suất hệ thống pin quang điện

Năng lượng mặt trời thông qua hệ thống pin quang điện (PVS) đóng vai trò ngày càng quan trọng trong bối cảnh toàn cầu đang tìm kiếm các nguồn năng lượng bền vững. Tuy nhiên, hiệu suất hoạt động của các hệ thống này thường bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố, đặc biệt là điều kiện che bóng cục bộ (Partial Shading Condition – PSC), dẫn đến việc suy giảm đáng kể công suất đầu ra. Để tối ưu hóa việc khai thác năng lượng và nâng cao hiệu quả hoạt động của PVS, việc phát triển các giải pháp bám điểm công suất cực đại toàn cục (Global Maximum Power Point Tracking – GMPPT) là vô cùng cần thiết. Luận án này tập trung nghiên cứu và đề xuất các phương pháp cải tiến để nâng cao hiệu suất PVS trong các cấu hình khác nhau, đặc biệt là dưới tác động của PSC, góp phần vào sự phát triển ổn định của năng lượng tái tạo.

Nghiên cứu sinh, giảng viên, kỹ sư điện và chuyên gia trong lĩnh vực năng lượng tái tạo, điện tử công suất và hệ thống điều khiển đang tìm hiểu các giải pháp tối ưu hóa hiệu suất hệ thống pin quang điện.

Luận án này tập trung nghiên cứu các giải pháp toàn diện nhằm nâng cao hiệu suất khai thác năng lượng từ hệ thống pin quang điện (PVS), đặc biệt trong điều kiện che bóng cục bộ (PSC). Mục tiêu chính là phát triển các giải thuật bám điểm công suất cực đại toàn cục (GMPPT) hiệu quả cho các cấu hình PVS nối tiếp, song song và nối tiếp-song song. Đối với cấu hình song song, luận án cải tiến thuật toán P&O truyền thống để tăng tốc độ hội tụ và hiệu suất. Tác giả đã khảo sát ưu nhược điểm của các giải thuật MPPT hiện có và nghiên cứu các bộ chuyển đổi DC/DC (Boost, Buck, Buck-boost) để xác định Isc và Voc mà không gián đoạn cấp điện. Phương pháp ngoại suy tuyến tính được đề xuất để cải thiện giá trị khởi động cho P&O, giúp giảm hơn 70% số lần lặp và tăng tốc độ hội tụ gần 80%. Giải pháp này đã được ứng dụng thành công cho hệ thống gồm bốn tấm pin MSX-60 trong PSC. Tiếp theo, để giải quyết vấn đề bẫy điểm công suất cực đại cục bộ (LMPP) trong cấu hình nối tiếp và nối tiếp-song song dưới PSC, luận án đề xuất một giải thuật GMPPT hai giai đoạn. Giai đoạn đầu tiên tập trung vào việc xác định vị trí MPP tiềm năng thông qua mô phỏng đặc tuyến PVS và kiểm tra các điểm bóng che bằng bước nhảy 0.4Voc để loại bỏ LMPP nhanh chóng. Điểm đóng góp quan trọng là giải pháp xác định khoảng hụt điện áp giữa hai cực trị liên tiếp để giảm sai số ước lượng LMPP, cho phép chọn giá trị bước điều chỉnh nhỏ hơn mà không làm tăng thời gian tìm kiếm. Điều này giúp cải thiện hiệu suất thêm 3.32% so với các phương pháp tối ưu khác như PSO và GA. Các giải pháp GMPPT đề xuất trong luận án không chỉ đạt được tốc độ hội tụ và hiệu suất MPPT cao mà còn có khả năng đáp ứng linh hoạt các điều kiện làm việc thay đổi liên tục, không gây gián đoạn cấp điện, góp phần quan trọng vào việc nâng cao hiệu quả phát điện và ổn định hệ thống pin quang điện.