Lựa chọn tỷ số DC/AC cho hệ thống điện mặt trời mái nhà

Bài viết Lựa chọn tỷ số DC/AC cho hệ thống điện mặt trời mái nhà áp dụng cho dự án ĐMTMN tại trang trại Baba Ao Quê, tại huyện Vụ Bản, tỉnh Nam Định với bức xạ 3,86 kWh/m²/ngày, quy mô công suất PMT 1MWp và thiết kế hệ thống theo các phương án tỷ số DC/AC từ 1,01-1,35.

Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2020 ISBN: 978-604-82-3869-8 LỰA CHỌN TỶ SỐ DC/AC CHO HỆ THỐNG ĐIỆN MẶT TRỜI MÁI NHÀ Trịnh Quốc Công1, Hồ Ngọc Dung1 Bộ môn Thủy điện Năng lượng tái tạo, Khoa Cơng trình, Trường Đại học Thủy lợi Email: hongocdung@tlu.edu.vn GIỚI THIỆU CHUNG Những năm gần hệ thống điện mặt trời mái nhà (HT ĐMTMN) Chính phủ khuyến khích người dân đầu tư xây lắp lợi ích mang lại cho lưới điện quốc gia Ưu điểm HTĐMTMN sử dụng cơng trình hữu, quy mô nhỏ, lắp đặt phân tán nên đấu nối vào lưới điện hạ áp trung áp hữu, không cần đầu tư thêm hệ thống lưới điện truyền tải, giúp làm giảm tải lưới điện truyền tải từ nguồn điện truyền thống Trong thiết kế dự án điện mặt trời, tỷ số DC/AC tham số quan trọng xác định tỷ số công suất hệ thống pin mặt trời (PMT) công suất inverter điều kiện tiêu chuẩn Thông thường, DC/AC >1 (công suất DC lớn cơng suất AC) thực tế vận hành hệ thống điện mặt trời (HTĐMT) công suất PMT bị giảm ảnh hưởng nhiệt độ môi trường, độ bám bụi, điều kiện xạ, hệ thống cáp DC Do đó, việc thiết kế công suất DC hệ thống PMT lớn cơng suất AC inverter ngồi việc bù đắp tổn thất nói mà cịn giúp inverter vận hành trạng thái đầy tải Điều giúp giảm chi phí cho inverter thiết bị điện AC, tăng hiệu đầu tư cho dự án Cùng quy mô công suất HT ĐMTMN, tỷ số DC/AC khác làm thay đổi chi phí inverter, máy biến áp (MBA) , dây dẫn, thiết bị đấu nối vào lưới điện trung áp tương ứng… điện thay đổi khơng đáng kể Do vậy, tốn lựa chọn tỷ số DC/AC hợp lý cho HT ĐMTMN để giảm tổn thất nhỏ giảm chi phí đầu tư tránh lãng phí vấn đề quan tâm thiết kế đầu tư dự án Nghiên cứu áp dụng cho dự án ĐMTMN trang trại Baba Ao Quê, huyện Vụ Bản, tỉnh Nam Định với xạ 3,86 kWh/m²/ngày, quy mô công suất PMT 1MWp thiết kế hệ thống theo phương án tỷ số DC/AC từ 1,01-1,35 Thông qua phần mềm PVsyst tính tốn thơng số điện năng, hiệu suất (PR)…, từ phân tích tài để lựa chọn tỷ số DC/AC hợp lý cho dự án PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 HT ĐMTMN trang trại Baba Ao Quê Hệ thống (HT) gồm: (i) HT PMT công suất 440Wp; (ii) HT inverter chuỗi công suất 100 - 120 kWac; (iii) MBA 0,4/35kV; Đường dây 35kV dài 300m Hệ thống lại, gồm: (i) Hộp đấu nối DC; (ii) Cáp điện DC; (iii) Cáp điện AC; HT tiếp địa, (iv) HT rail gắn pin vào mái nhà Hình Mơ hình hệ thống điện mặt trời 2.2 Các thông số hệ thống ĐMTMN Điện sản xuất khoảng ti ngày tính theo cơng thức: E SPV ,i  N mod ul ,i Z t. SPV (1) Trong đó: Nmodul,i , Z, Δt, ηSPV - công suất phát điện PMT, số lượng pin, thời gian phát điện hiệu suất i ngày hệ thống (2) N mod ul ,i  f G  ,tt ,i , N mod ul ,G  260  Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2020 ISBN: 978-604-82-3869-8 Trong đó: G,tt ,i - tổng xạ; N mod ul ,G - công  suất phát điện phụ thuộc cường độ xạ chiếu tới bề mặt PMT nhà sản xuất cung cấp Hiệu suất ηSPV phụ thuộc hiệu suất inverter; MBA; tổn hao pin: (i) nhiệt độ 0,4%/°C, (ii) chất lượng pin 0-1%,(iii) không đồng 1-2%, (iv) suy giảm vận hành 1-3%,(v) Bụi bẩn: 1-3%; tổn hao cáp DC 1,5%, cáp AC 1% 2.3 Tỷ số DC/AC Tỷ số DC/AC HT ĐMTMN tỷ lệ công suất hệ thống PMT công suất inverter Ứng với tỷ số cần thiết kế HT ĐMTMN khác 2.4 Thiết lập hệ thống ĐMTMN Hệ thống DC: PMT bố trí theo mảng, mảng gồm chuỗi pin nối tiếp song song, hộp đấu nối (phụ thuộc vào số lượng inverter); Hệ thống AC: Inverter, Cáp AC; Thiết bị đóng, cắt; MBA 0,4/35 kV; Hệ thống khác: HT tiếp địa giàn pin, tiếp địa inverter, tiếp địa máy biến áp; HT đo đếm điện năng; Tủ hạ áp 2.5 Phân tích tài dự án Căn vào HT ĐMTMN xác định tổng mức đầu tư dự án; phân bổ: 40% vốn tự có, 60% vốn vay lãi suất 10,5%, thời gian vay 10 năm; Giá mua điện trước VAT: 8,38 Uscent/kWh Từ xác định: NPVf, FIRR, B/Cf Loại Công suất danh định (STC) Điện áp Pmax (Umpp) Dòng điện Pmax (Impp) Hiệu suất pin Nhiệt độ hoạt động Monocrystalline 440Wp 41,0 V 10,74 A 19,8 % -40 ~ +85 Inverter: thu gom 18 chuỗi PMT Đầu vào (DC) Dải điện áp tối ưu cơng suất Điện áp tối đa Dịng điện tối đa Đầu (AC) Công suất định mức Hiệu suất 550– 850V 1000 V 30 A 110 kW 98,7% 3.2 Mô phương án DC/AC Phương án 1: Tỷ số DC/AC=1,01 Phương án 2: Tỷ số DC/AC=1,04 Phương án 3: Tỷ số DC/AC=1,11 Phương án 4: Tỷ số DC/AC=1,14 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 3.1 Dữ liệu đầu vào 3.1.1 Vị trí, điều kiện xạ: HT ĐMTMN xây dựng huyện Vụ Bản, tỉnh Nam Định với diện tích mái nhà 5928m² Tọa độ địa lý sau: 22º25'24.13'' B; 106º4'48.05’’ Đ; Phương án 5: Tỷ số DC/AC=1,19 Phương án 6: Tỷ số DC/AC=1,25 Phương án 7: Tỷ số DC/AC=1,30 Hình Solar paths Vụ Bản, Nam Định 3.1.2 Hệ thống thiết bị Tấm pin: Cơng nghệ tinh thể silic đơn tinh thể 261 Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2020 ISBN: 978-604-82-3869-8 3.3 Kết tính tốn Mơ tính tốn cho HT ĐMTMN áp dụng theo phương án DC/AC = 1.01-1,35 thiết kế với công suất hệ thống PMT ~1MWp; Công suất hệ thống Inverter dao động từ 740 - 990kW thiết bị MBA, tủ điện, dây cáp DC AC thay đổi tương ứng theo tỷ số DC/AC nối lưới trung áp 35kV Kết tính tốn điện theo thơng số thiết bị lựa chọn thông qua phần mềm PVSyst thể bảng Kết điện phát giảm thay đổi tỷ số DC/AC Việc chọn tỷ số DC/AC cao đồng nghĩa phải chấp nhận tổn thất cắt xén, nghĩa tổn thất tải lượng mặt trời từ PMT đưa vào inverter vượt khả chịu tải inverter, buộc inverter phải giới hạn công suất đầu công suất làm việc giới hạn Tuy nhiên, tổng thời gian để đạt tình trạng xảy ảnh hưởng điều kiện xạ nên cần cân nhắc chấp nhận tổn thất, giảm phần nhỏ điện để giảm chi phí đầu tư inverter hệ thống thiết bị AC tương ứng Điều quan trọng chi phí cho thiết bị AC MBA chiếm tỷ trọng không nhỏ dự án Với dải phương án tỷ số DC/AC nêu điện trung bình năm giảm không nhiều 12% tổn thất inverter thiết bị AC tương ứng chi phí đầu tư giảm, giúp tăng hiệu tài dự án Kết phân tích tài phương án thể bảng phương án với DC/AC = 1,25 lựa chọn với tiêu tài tốt Bảng Thơng số phương án PA CÔNG SUẤT CÔNG SUẤT TỶ SỐ DC AC DC/AC KWp 1.002 1.002 1.002 1.002 1.002 1.002 1.002 1.002 KW 990 960 900 880 840 800 770 740 1,01 1,04 1,11 1,14 1,19 1,25 1,30 1,35 HIỆU SUẤT HỆ THỐNG PR KWh kWh/kWp/năm % 1.146.240 1.144 80,5 1.146.092 1.143 80,5 1.145.794 1.143 80,5 1.145.694 1.143 80,5 1.145.496 1.143 80,4 1.145.297 1.143 80,4 1.145.148 1.142 80,4 1.144.999 1.142 80,4 ĐIỆN NĂNG NĂNG SUẤT PHÁT ĐIỆN MBA TỦ HẠ ÁP 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 800 800 800 1 1 1 1 DZ35 m 300 300 300 300 300 300 300 300 TỔNG MỨC ĐẦU TƯ TRƯỚC THUẾ vnđ 13.448.953.333 13.444.145.000 13.441.486.667 13.365.920.000 13.339.762.857 12.736.570.000 12.750.648.571 12.769.079.459 Bảng Kết phân tích tài phương án THƠNG SỐ TÀI CHÍNH ĐƠN VỊ PA 1,01 1,04 1,11 1,14 1,19 1,25 1,3 1,35 TMĐT Tỷ đồng 13,449 13,444 13,441 13,366 13,340 12,737 12,751 12,769 NPVf Tỷ đồng FIRR % TG hoàn vốn năm DC/AC B/C PA PA PA PA PA PA PA 6.162 6.164 6.161 6.236 6.259 6.866 6.849 6.828 18,08% 18,09% 18,09% 18,29% 18,35% 20,06% 20,01% 19,95% 9,02 9,02 9,02 8,25 8,24 7,24 7,25 7,26 1,920 1,921 1,921 1,929 1,932 2,003 2,001 1,998 KẾT LUẬN TÀI LIỆU THAM KHẢO Trong thiết kế, lựa chọn tỷ số DC/AC cho HTĐMTMN phụ thuộc nhiều vào xạ mặt trời khu vực dự án Phân tích, lựa chọn tỷ số DC/AC hợp lý đóng vai trị quan trọng HTĐMT quy mơ nhỏ Đối với vùng có số xạ thấp khu vực miền Bắc nước ta khuyến cao nên chọn tỷ số DC/AC từ 1,2 - 1,25 , giúp tăng hiệu đầu tư vào dự án [1] Kandasamy CP, Prabu P, Niruba K (2013) Solar Potential Assessment Using PVSYST Software IEEE 667-672 [2] Sulaiman SA, Hussain HH, (2011) Effects of Dust on the Performance of PV Panels World Academy of Science, Engineering and Technology 5: 2028-2033 262 ... 1,5%, cáp AC 1% 2.3 Tỷ số DC/AC Tỷ số DC/AC HT ĐMTMN tỷ lệ công suất hệ thống PMT công suất inverter Ứng với tỷ số cần thiết kế HT ĐMTMN khác 2.4 Thiết lập hệ thống ĐMTMN Hệ thống DC: PMT bố trí... thiết kế, lựa chọn tỷ số DC/AC cho HTĐMTMN phụ thuộc nhiều vào xạ mặt trời khu vực dự án Phân tích, lựa chọn tỷ số DC/AC hợp lý đóng vai trị quan trọng HTĐMT quy mô nhỏ Đối với vùng có số xạ thấp... lưới trung áp 35kV Kết tính tốn điện theo thơng số thiết bị lựa chọn thông qua phần mềm PVSyst thể bảng Kết điện phát giảm thay đổi tỷ số DC/AC Việc chọn tỷ số DC/AC cao đồng nghĩa phải chấp nhận