Mô phỏng đặc tính đầu ra dàn pin điện năng lượng mặt trời dưới điều kiện bóng che dựa trên mô đun 62150H-600S

 Văn Đường2, 
Nguyễn Thanh Tiên3, Đỗ Thành Hiếu4
1 Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Hưng yên
2 Bộ Giáo dục và Đào tạo
3 Học viện Kỹ thuật Quân sự
 4 Trường Đại học An huy Trung Quốc
Ngày nhận: 30/06/2016
Ngày sửa chữa: 16/08/2016
Ngày xét duyệt: 09/09/2016
Tóm tắt:
Phân tích mô hình hóa của dàn Pin PV và mô phỏng đặc tính dàn Pin PV là một khâu quan trọng hỗ 
trợ quá trình thiết kế và điều khiển, nâng cao hiệu suất phát ra của hệ thống điện năng lượng mặt trời. Bài 
báo trình bày một phương pháp mô phỏng đặc tính đầu ra của dàn Pin năng lượng mặt trời (PV) sử dụng 
thiết bị mô phỏng 62150H-600. Thiết bị dễ sử dụng, rút ngắn được thời gian xây dựng đặc tính dàn Pin PV 
dưới các điều kiện cường độ ánh sáng, nhiệt độ trên bề mặt dàn Pin PV thay đổi. 
Từ khóa: Pin điện năng lượng mặt trời (PV), bóng che, đặc tính ra, Mô đun 62150H-600.
1. MỞ ĐẦU
Trên thực tế dàn Pin PV chịu ảnh hưởng một 
phần bóng che bởi cây cối, công trình kiến trúc cao 
lớn, đám mây trên không trung v.v...tạo ra. Khi chịu 
ảnh hưởng một phần bóng che dẫn đến đặc tính các 
Pin PV trong cùng một dàn Pin khác nhau kéo theo 
công suất đầu ra của dàn Pin giảm do tổng công suất 
đầu ra của các Pin PV giảm. Phần dàn Pin PV bị che 
chắn sẽ có hiệu ứng rất lớn, thậm chí ảnh hưởng 
đến công suất của dàn Pin PV giảm một lượng đáng 
kể[4][5].
Sử dụng mô hình toán học của Pin PV kết 
hợp với nguyên lý mắc nối tiếp và song song của 
các Pin PV để xây dựng mô hình mô phỏng dàn Pin 
PV khi chịu ảnh hưởng một phần bóng che. 
Dàn pin PV là một mảng có m phần tử mắc 
song song và n phần tử mặc nối tiếp, khi một số 
phần tử bị bóng che, dòng điện, điện áp của dàn Pin 
PV sẽ thay đổi khác nhau theo vị trí bóng che trên 
bề mặt dàn Pin PV. Hiệu suất của dàn Pin PV chịu 
ảnh hưởng bởi bóng che là yếu tố rất nghiêm trọng 
khi lắp đặt một hệ thống Pin PV quy mô lớn[2][7]. 
Trong rất nhiều các công trình công bố nghiên cứu 
về hệ thống điện năng lượng mặt trời, các phương 
pháp nâng cao hiệu suất của hệ thống PV ( Bám 
điểm công suất cực đại ) công đoạn xây dựng đặc 
tính của dàn Pin PV dưới điều kiện ánh sáng không 
đồng nhất luôn được chú trọng và là công đoạn đầu 
tiên cho quy trình thiết kế hệ thống điện năng lượng 
mặt trời[8]. Các công trình công bố thực hiện mô 
phỏng đặc tính của dàn Pin PV thường dựa trên 
phần mềm Matlab và Simulink. 
Trong tài liệu [9] Zhang Junhong Wei Xueye 
and Zhu Tianlong đã thực hiện mô phỏng đặc tính 
dàn Pin PV khi các tế bào quang điện được mắc 
song song hoặc mắc nối tiếp hoạt động với các 
điều kiện ánh sáng không đồng nhất bằng Matlab- 
Simulink. Trong tài liệu [1] Guifang Guo, Xiaolan 
Wu, Shiqiong Zhou and Binggang Cao thực hiện 
mô phỏng đặc tính U-I và P-U, P-I của dàn Pin PV 
khi cho cường độ ánh sáng và nhiệt độ bề mặt dàn 
Pin thay đổi. Hay trong tài liệu [3] Kamal Kesha-
vani, Jigar Joshi, Vishrut Trivedi, Mitesh Bhavsar 
xây dựng mô hình toán học và mô phỏng đặc tính 
dàn Pin PV dựa trên Matlab- Simulink... Các công 
trình công bố trên có một điểm chung là sử dụng 
phần mềm Matlab- Simulink, các bước thực hiện 
giống nhau, đều phải bắt đầu từ mạch điện tương 
đương của dàn Pin PV xây dựng mô hình toán học, 
mô phỏng trên Simulink hoặc lập chương trình trên 
Matlab để thu được kết quả là các đặc tính U-I, P-I 
và P-U của dàn Pin PV. 
Ngày nay hãng Chroma đã sản xuất thiết 
bị mô phỏng dàn Pin PV 62150H-600S. Thiết bị 
62150H-600S có thể dễ dàng lập trình các thông số 
Voc, Isc, Vmp, Imp để mô phỏng đặc tính đầu ra của 
dàn Pin PV với thời gian đáp ứng nhanh[10]. Trong 
bài báo này tác giả thực hiện so sánh phương pháp 
mô phỏng đặc tính dàn Pin PV dưới điều kiện ảnh 
hưởng một phần bóng che bởi phần mềm Matlab và 
mô phỏng trên thiết bị 62150H-600S của Chroma.
2. NỘI DUNG
2.1. Mô hình toán học Pin PV chịu ảnh hưởng 
một phần bóng che
Xây dựng mô hình toán học đối với dàn Pin 
ISSN 2354-0575
Khoa học & Công nghệ - Số 11/Tháng 9 - 2016 Journal of Science and Technology 47
PV bao gồm nhiều tấm Pin ghép nối tiếp với nhau, 
mạch điện tương đương của Pin PV như Hình 1[4].
Hình1. Mạch điện của Pin PV mắc nối tiếp
Căn cứ vào mạch điện mắc nối tiếp hình 1 ta 
có các công thức sau:
exp
exp
I I nkT
qU
I S I I q nkT
U U
1
1000 1
ph
ph ph
1 0
1
1 0 0
1a
- - =
- -
-
-=
b
b
l
l
<
<
F
F
 (1)
expI I S I I q nkT
U U
1000 1ph ph1 0 0
1a= - -
-
-b l< F (2)
lnU q
nkT
I
I I Iph
1
0
1 0
=
- +d n (3)
Thay công thức (3) vào công thức (2) ta 
được mô hình toán học của Pin PV mắc nối tiếp:
exp
ln
I I S I
I q nkT
U q
nkT
I
I I I
1000
1
ph ph
ph
1 0
0
0
1 0
a= -
-
-
- +
-
J
L
KKKKKK
d N
P
OOOOOO
nR
T
SSSSSSS
V
X
WWWWWWW
 (4)
Nhiệt độ làm việc được xác định bẳng công 
thức gần đúng:
T T
T
S800
20n
air= +
-
 (5)
Trong đó T
n
 là nhiệt độ làm việc danh định, T là 
nhiệt độ bề mặt Pin PV, T
air
 là nhiệt độ không khí.
Khi tỷ lệ che chắn là a , thì nhiệt độ bề mặt 
Pin PV được biểu thị bằng công thức: 
Ta = Tair + 0.035(1 - a )S (6)
Thay công thức (6) vào công thức (2) ta 
được công thức sau:
exp .I I
S I I nk T S
qU
1000 0 035 1ph1 0 0
1
air
= = -
+
-_e i o> H
(7)
Sau khi biến đổi công thức (7) ta được:
.
lnU q
nk T S
I
S I I I0 035 1000 ph
1
0
0 0air
=
+ - +_ fi p (8)
Thay công thức (2.23) vào công thức (2.33) 
ta được: 
exp . ( )
I
S
I
I nk T S
q U U
1000
1
0 035 1 1
ph0
0
1
air
a
a
=
-
-
+ -
-
-
_
_
_f
i
i
i p> H 
(9)
Thay công thức (6) vào công thức (9) ta 
được mô hình toán học của Pin PV mắc nối tiếp:
exp
. ( )
.
ln
I
S
I
I
nk T S
q U q
nk T S
I
S I I I
1000
1
0 035 1
0 035 1000
1
ph
ph
0
0
0
0 0
air
air
a
a
=
-
-
+ -
-
+ - +
-
J
L
KKKKKKKKK
_
_
_ ff N
P
OOOOOOOOO
i
i
i pp
R
T
SSSSSSSSSS
V
X
WWWWWWWWWW
(10)
2.2. Mô phỏng trên phần mềm Matlab
Mô hình mô phỏng dàn Pin PV khi chịu 
ảnh hưởng một phần bóng che dựa trên phần mềm 
Matlab/Simulink với tỷ lệ che chắn a lựa chọn: 1, 
0.8, 0.6, 0.4, 0.2, 0 tương ứng với bức xạ mặt trời là: 
S
chechắn
 = 0W/m2, S
chechắn
 = 200W/m2, S
chechắn
 = 400W/
m2, S
chechắn
 = 600W/m2, S
chechắn
 = 800W/m2, S
chechắn
=1000W/m2 được thể hiện ở Hình 2.
(a) S
chechắn
 = 0W/m2;
T
air
 = 25oC
(b) S
chechắn
 = 200W/m2; 
T
air
 = 25oC
(c) S
chechắn
 = 400W/m2;
T
air
 = 25oC
(d) S
chechắn
 = 600W/m2; 
T
air
 = 25oC
ISSN 2354-0575
Journal of Science and Technology48 Khoa học & Công nghệ - Số 11/Tháng 9 - 2016
(e) S
chechắn
 = 800W/m2;
T
air
 = 25oC
(f) S
chechắn
 = 1000W/m2; 
T
air
 = 25oC
Hình 2. Mô hình mô phỏng của dàn Pin PV mắc nối 
tiếp khi thay đổi S
chechắn
, nhiệt độ không đổi
Kết quả mô phỏng được thể hiện như Hình 3:
(a) I-V characteristic
(b) P-V characteristic
Hình 3. Đặc tính đầu ra của dàn Pin PV mắc nối khi 
thay đổi S
chechắn
, nhiệt độ không đổi
Từ kết quả mô phỏng trên Hình 3 cho thấy 
ở dưới điều kiện ảnh hưởng của một phần bóng che 
đặc tính dòng điện của dàn Pin PV xuất hiện nhiều 
bước ngoặt khác nhau và đặc tính công suất đầu ra 
của dàn Pin PV xuất hiện nhiều đỉnh nhọn[4].
3. THỰC NGHIỆM
3.1. Giới thiệu thiết bị mô phỏng 62150H-600S
Khai thác tài liệu [10] cho thấy thiết bị 
62150H-600S bao gồm một phần mềm sử dụng 
giao diện đồ họa thông qua giao diện kỹ thuật số 
từ xa (USB/GPIB/Ethernet/RS232) để kiểm soát. 
Người dùng có thể dễ dàng thiết lập các đường cong 
I-V, P-V để kiểm tra thời gian thực. Ngoài ra thiết 
bị có thể hiển thị trạng thái bám điểm công suất cực 
đại của Pin PV. Thiết bị được xây dựng dựa trên 
chíp số 16 bit có mạch đo điện áp và dòng điện với 
độ chính xác điện áp 0,05% + 0,05% FS và độ chính 
xác dòng điện là 0,1% + 0,1% FS. Đây là giá trị 
thực lý tưởng cho việc phân tích MPPT và giám 
sát theo dõi dàn Pin PV thông qua bảng điều khiển 
mềm. Người sử dụng cũng có thể kích hoạt chức 
năng ghi dữ liệu trên bảng điều khiển mềm trong 
khi thử nghiệm hiệu suất MPPT Hình ảnh của thiết 
bị được minh họa trên Hình 4.
Thiết bị 62150H-600S có nhiều ưu điểm: tốc 
độ cao và độ chính xác với các các mạch đo lường 
cơ tần số lên đến 100kHz A/D, 25kHz D/A thích 
hợp với sự thay đổi đặc tính I-V. Ngoài ra, thiết bị 
có thể cho phép dễ dàng thiết lập các tham số Voc, 
Isc, Vmp, và Imp để mô phỏng cho đường cong I-V.
Dàn Pin PV luôn bị ảnh hưởng bởi điều kiện 
thời tiết khác nhau như cường độ ánh sáng mặt trời, 
nhiệt độ, mưa và bóng râm của cây hoặc các đám 
mây, sẽ ảnh hưởng đến đặc tính đầu ra I-V của dàn 
Pin PV. Thiết bị 62150H-600S có khả năng lưu trữ 
lên đến 100 đặc tính I-V vào bộ nhớ mô phỏng với 
thời gian khoảng 1-15000 giây. Do đó nó có thể mô 
phỏng các đường cong I-V từ sáng đến đêm..
Thiết bị 62150H-600S có thể dễ dàng lập 
trình các thông số Voc, Isc, Vmp, Imp để mô phỏng 
đặc tính đầu ra của dàn Pin PV với thời gian đáp 
ứng nhanh. Hơn nữa, chế độ TABLE có khả năng 
tiết kiệm một mảng 128 điểm của người sử dụng lập 
trình điện áp và dòng thông qua một giao diện từ xa. 
Nó có thể dễ dàng tạo ra một đường cong I-V và I-V 
chế độ PROGRAM có thể lưu đến 100 đường cong 
I-V với khoảng thời gian (1-15.000s) trong bộ nhớ. 
Những lợi thế này cung cấp điều kiện điều khiển lặp 
đi lặp lại ổn định cần thiết cho thiết kế mô hình dàn 
Pin PV. Thiết bị 62150H-600S dùng để mô phỏng 
Pin PV là lý tưởng cho các thử nghiệm sau đây:
- Thiết kế và kiểm tra mạch bám điểm công 
suất cực đại và các thuật toán.
- Xác định giới hạn của điện áp đầu vào hoạt 
ISSN 2354-0575
Khoa học & Công nghệ - Số 11/Tháng 9 - 2016 Journal of Science and Technology 49
động cho phép của Pin PV.
- Xác định giới hạn của điện áp đầu vào 
hoạt động cho phép điểm công suất cực đại.
- Xác định điểm công suất cực đại của Pin PV.
- Đo lường và kiểm tra hiệu suất tổng và 
hiệu suất chuyển đổi của Pin PV.
- Xác định các điểm hiệu suất năng lượng 
theo dõi tối đa của biến tần cho các đường cong 
năng động. 
- Xác định bám điểm công suất cực đại của 
Pin PV trong khoảng thời gian khác nhau trải dài từ 
sáng đến đêm.
- Xác định cơ chế theo dõi điểm công suất 
cực đại của Pin PV trên đường cong I-V khi dàn Pin 
PV chịu ảnh hưởng 1 phần bóng che của những đám 
mây hoặc cây cối .gây ra.
Hình 4. Thiết bị mô phỏng dàn Pin PV (Solar Array Simulator - 62150H-600S)
3.2. Mô phỏng bằng trên 62150H-600S
Trường hợp 1: Khi dàn Pin PV bị che chắn 
1 phần, cường độ ánh sáng mặt trời phía sau phần 
che chắn S = 667.67W/m2, nhiệt độ môi trường T 
= 25oC.
Hình 5. Giao diện thiết lập thông số dàn Pin PV khi bị che chắn 1 phần, cường độ ánh sáng
S = 667.67W/m2, nhiệt độ môi trường T = 25oC
Trường hợp 2: Khi dàn Pin PV bị che chắn 
2 phần, cường độ ánh sáng mặt trời phía sau phần 
che chắn S
1
 = 167.67W/m2 và S
2
 = 320.00W/m2, 
nhiệt độ môi trường T = 25oC.
ISSN 2354-0575
Journal of Science and Technology50 Khoa học & Công nghệ - Số 11/Tháng 9 - 2016
Hình 6. Giao diện thiết lập thông số dàn Pin PV khi bị che chắn 2 phần, cường độ ánh sáng 
S1 = 167.67W/m
2 và S2 = 320.00W/m
2, nhiệt độ môi trường T = 25oC
So sánh đặc tính dàn Pin PV thu được 
trên hình 5 và hình 6 được mô phỏng trên thiết bị 
62150H-600S với đặc tính dàn Pin PV trên hình 2 
được mô phỏng trên phần mềm Matlab và Simulink 
cho thấy khi dàn Pin chịu ảnh hưởng bởi bóng 
che và tham số cường độ bức xạ thay đổi các đặc 
tính I-V, P-V giữa hai phương pháp mô phỏng có 
hình dạng tương đồng. Tuy nhiên người thực hiện 
theo phương pháp sử dụng phần mềm Matlab và 
Simulink phải thực hiện các công đoạn thể hiện ở 
nội dung tại mục 2.1 và 2.2 dẫn đến mất nhiều thời 
gian và công sức. Trong khi thực hiện bằng phương 
pháp sử dụng thiết bị 62150H-600S người thực hiện 
chỉ thiết lập các thông số kỹ thuật của dàn Pin PVvà 
các điều kiện môi trường ảnh hưởng trên bề mặt dàn 
Pin PV trên giao diện có sẵn của thiết bị mô phỏng, 
kết quả đặc tính đầu ra của dàn Pin PV được xuất 
ra ngay trên màn hình giao diện như trên hình 5 và 
hình 6. Điều này cho thấy thiết bị 62150H-600S 
của Chroma mang đến tiện lợi và giảm thời gian 
thao tác cho người sử dụng rất nhiều.
4. KẾT LUẬN
Thiết bị mô phỏng dàn Pin 62150H-600S 
của Chroma mô phỏng được các đặc tính dàn Pin 
PV phù hợp với các thông số kỹ thuật dàn Pin của 
nhà sản xuất. Thiết bị có tính năng hoạt động ổn 
định, đáp ứng nhanh. Thực hiện dễ dàng, không 
phải lập trình.
Tài liệu tham khảo
[1]. Guifang Guo, Xiaolan Wu, Shiqiong Zhou and Binggang Cao, “Modeling of Solar Photovoltaic 
Cells and Output Characteristic Simulation based on Simulink”, Journal of Chemical and 
Pharmaceutical Research, 2014, 6(7):1791-1795.
 [2]. Ian H. R, “Envisaging Feed-in Tariffs for Solar Photovoltaic Electricity: European Lessons for 
Canada,” Renew. Sustainable Energy Rev., vol. 9, pp. 51–68, 2005.
[3]. Kamal Keshavani, Jigar Joshi, Vishrut Trivedi, Mitesh Bhavsar, “Modelling and Simulation of 
Photovoltaic Array Using Matlab/Simulink”, International Journal of Engineering Development and 
Research, Vol.2, 2014: 2321-9939.
[4]. Le Thi Minh Tam, Nguyen Van Duong, Nguyen Thanh Tien, Nguyen Viet Ngu, “A Study on the 
Output Characteristic of Photovoltaic Array under Partially Shaded Conditions”, Mechanics and 
Materials Vol. 472 (2014) pp 198-205.
[5]. Nader Anani, M. Shahid, Omar Al-kharji and Joao Ponciano, “A CAD Package for Modeling and 
Simulation of PV Arrays under Partial Shading Conditions”, Energy Procedia 42 (2013) 397 – 405.
[6]. Rustemli.S and Dincer. F, “Modeling of Photovoltaic Panel and Examining Effects of Temperature 
in Matlab/Simulink”.
[7]. Surya Kumari. J and Sai Babu. Ch (2012), “Mathematical Modeling and Simulation of 
Photovoltaic Cell using Matlab -Simulink Environment”, International Journal of Electrical and 
ISSN 2354-0575
Khoa học & Công nghệ - Số 11/Tháng 9 - 2016 Journal of Science and Technology 51
Computer Engineering (IJECE), Vol. 2, No. 1, pp. 26~34.
[8]. Tarak Salmi, Mounir Bouzguenda, Adel Gastli and Ahmed Masmoudi, “MATLAB/Simulink 
Based Modelling of Solar Photovoltaic Cell”.
[9]. Zhang Junhong Wei Xueye and Zhu Tianlong, “Research on the Output Characteristics of 
Photovoltaic Array under the Non-Uniform Light”, International Journal of Control and Automation 
Vol.8, No.10 (2015), pp.431-444.
[10]. 
SIMULATION THE OUTPUT CHARACTERISTICS OF PHOTOVOLTAIC
UNDER SHADING BASED ON MODEL 62150H-600
Abstract:
Analysis mathematical modeling and simulation of Photovoltaic is an important step to support the 
design process, enhancing the performance of the photovoltaic system.
This paper presents a method to simulation the output characteristics of Photovoltaic (PV) using 
model 62150H-600. This device is easy to use, shorten the time to construct characteristics of Photovoltaic 
under conditions with change of solar irradiances and surface temperature.
Keywords: Photovoltaic (PV), Shaded, Output characteristic, Model 62150H-600S.