Mô hình hệ thống điện năng lượng mặt trời độc lập có nguồn lưới dự phòng

ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP HCM KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP MÔ HÌNH HỆ THỐNG ĐIỆN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI ĐỘC LẬP CÓ NGUỒN LƯỚI DỰ PHÒNG SINH VIÊN NGUYỄN NHẤT TRÍ TRẦN QUANG TRUNG TRẦN ĐỨC VĂN TRÌNH BÙI HOÀNG VINH MSSV 15037221 15037591 15039351 15021541 GVHD THS VŨ HOÀNG HẢI TP HCM, NĂM 2019 I TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP HCM KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN PHIẾU GIAO NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP 1 Họ và tên sinh viên nhóm sinh viên được giao đề tài (1) Nguyễn Văn A, MSSV (2) Nguyễn Văn A, MSSV (3).

ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP TP.HCM KHOA CƠNG NGHỆ ĐIỆN KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP MƠ HÌNH HỆ THỐNG ĐIỆN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI ĐỘC LẬP CĨ NGUỒN LƯỚI DỰ PHỊNG SINH VIÊN : NGUYỄN NHẤT TRÍ TRẦN QUANG TRUNG TRẦN ĐỨC VĂN TRÌNH BÙI HỒNG VINH MSSV : 15037221 15037591 15039351 15021541 GVHD : THS VŨ HOÀNG HẢI TP HCM, NĂM 2019 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP HCM KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN PHIẾU GIAO NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên/ nhóm sinh viên giao đề tài (1): Nguyễn Văn A, MSSV: (2): Nguyễn Văn A, MSSV: (3): Nguyễn Văn A, MSSV: … Tên đề tài NGHIÊN CỨU BỘ CHUYỂN ĐỔI NGUỒN ÁP SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU RỘNG XUNG PWM Nhiệm vụ (Nội dung số liệu ban đầu) Trình bày tóm tắt nội dung thực hiện, số liệu ban đầu khóa luận (nếu có) Kết dự kiến Trình bày tóm tắt kết dự kiến đạt Giảng viên hướng dẫn Tp HCM, ngày tháng Sinh viên Trưởng môn I năm 20… NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN - II MỤC LỤC PHIẾU GIAO NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP .I NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN II MỤC LỤC III DANH SÁCH HÌNH VẼ VII DANH SÁCH BẢNG IX LỜI NÓI ĐẦU XI LỜI CẢM ƠN XIII CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỆN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI 1.1 Tổng quan ngành điện lượng mặt trời Việt Nam 1.1.1 Thực trạng sử dụng điện Việt Nam 1.1.2 Tiềm năng lượng mặt trời Việt Nam so sánh với giới 1.1.3 Hiện trạng phát triển hệ thống điện mặt trời Việt Nam 1.2 Giới thiệu chung hệ thống điện lượng điện mặt trời 1.3 hệ thống điện lượng mặt trời 1.3.1 Hệ thống điện lượng mặt trời độc lập 1.3.2 Hệ thống lượng điện mặt trời nối lưới 1.3.3 Hệ thống lượng mặt trời hịa lưới có dự trữ ( Hybrid ) 1.3.4 Các hệ thống điện lượng mặt trời khác 10 1.4 Các thiết bị hệ thống điện lượng mặt trời 11 1.4.1 Pin mặt trời 11 1.4.2 Bộ điều khiển sạc 16 1.4.3 Inverter 18 III 1.4.4 Battery (Ắc quy) 20 CHƯƠNG 2: CẤU TRÚC VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI 22 2.1 Hệ thống điện lượng mặt trời độc lập 22 2.1.1 Cấu trúc hệ thống điện lượng mặt trời độc lập 22 2.1.2 Nguyên lý hoạt động hệ thống điện lượng mặt trời độc lập 22 2.1.3 Ưu điểm nhược điểm hệ thống điện lượng mặt trời độc lập 23 2.2 Hệ thống điện lượng mặt trời nối lưới 24 2.2.1 Cấu trúc hệ thống điện lượng mặt trời nối lưới 24 2.2.2 Nguyên lý hoạt động hệ thống điện lượng mặt trời nối lưới 24 2.2.3 Ưu điểm nhược điểm hệ thống điện lượng mặt trời nối lưới 25 2.3 Hệ thống lượng mặt trời hịa lưới có dự trữ 25 2.3.1 Cấu trúc hệ thống điện lượng mặt trời hịa lưới có dự trữ 25 2.3.2 Nguyên lý hoạt động hệ thống điện lượng mặt trời hịa lưới có dự trữ 26 2.3.3 Ưu điểm hệ thống điện lượng mặt trời hòa lưới có dự trữ 27 2.4 So sánh hệ thống điện lượng mặt trời 27 CHƯƠNG 3: MƠ HÌNH HỆ THỐNG ĐIỆN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI ĐỘC LẬP CÓ CÓ NGUỒN LƯỚI DỰ PHÒNG 30 3.1 Cấu trúc mơ hình hệ thống điện lượng mặt trời độc lập có nguồn lưới dự phịng 30 3.2 Các thiết bị sử dụng mơ hình hệ thống điện lượng mặt trời 31 3.2.1 Danh sách thiết bị 31 3.2.2 Thông số thiết bị hệ thống điện mặt trời độc lập có bù lưới 34 IV 3.2.2.1 MCB 34 3.2.2.2 Cầu chì 35 3.2.2.3 Terminal 36 3.2.2.4 Inverter 36 3.2.2.5 Ắc quy 38 3.2.2.6 Panel pin mặt trời 38 3.2.2.7 Đồng hồ đo DC 39 3.2.2.8 Đồng hồ đo AC 40 3.2.2.9 Đèn báo 41 3.2.2.10 Tải AC 42 3.2.2.11 Ổ cắm 42 3.3 Thiết kế sơ đồ nguyên lý mơ hình hệ thống lượng mặt trời độc lập có nguồn lưới dự phịng 43 3.4 Các bước để tính tốn cho hệ thống lượng mặt trời 45 3.4.1 Cách tính điện tải tiêu thụ mà pin mặt trời phải cung cấp 45 3.4.2 Cách chọn dung lượng Inverter 46 3.4.3 Cách chọn ắc quy (Battery) 47 3.4.4 Cách chọn Pin mặt trời (PV Pannel) 50 3.4.5 Cách chọn điều khiển sạc (Solar Charge Controller): 53 3.4.6 Cách chọn CB,cầu chì cho hệ thống điện lượng mặt trời: 53 3.4.5 Bài tập áp dụng 54 3.4.6 Thiết kế hệ thống PV cho mơ hình thực tế 56 3.4.7 Thời gian hoạt động bình sử dụng tải 60 3.4.8 Thời gian hoàn vốn 61 V 3.5 Thi công hệ thống điện lượng mặt trời độc lập có nguồn lưới dự phịng 62 3.5.1 Tiến hành đấu lắp thiết bị đấu nối dây dẫn 62 3.5.2 Vận hành mơ hình 63 CHƯƠNG 4: HƯỚNG DẪN THỰC HÀNH MƠ HÌNH HỆ THỐNG ĐIỆN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI 66 4.1 Dụng cụ thực hành 66 4.2 Nội dung thực hành 67 4.3 Tiến hành thực ghi nhận kết 68 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN MÔ HÌNH 72 5.1 Kết luận 72 5.2 Hướng phát triển mơ hình 72 Tài liệu tham khảo 73 VI DANH SÁCH HÌNH VẼ Hình 1.1 Dự án điện mặt trời Dầu Tiếng (Tây Ninh) có tổng cơng suất 500 MW Hình 1.2 Tổ hợp ba nhà máy BIM Energy cơng suất 330MW Ninh Thuận Hình 1.3 Nhà máy điện mặt trời Bình Ngun có cơng suất 50MW Quãng Ngãi Hình 1.4 Tổng quan hệ thống điện lượng mặt trời Hình 1.5 Ứng dụng pin mặt trời Hình 1.6 Hệ thống điện lượng điện mặt trời độc lập Hình 1.7 Hệ thống điện lượng điện mặt trời nối lưới Hình 1.8 Hệ thống sử dụng lượng mặt trời hịa lưới có dự trữ Hình 1.9 Hệ thống kết hợp lượng mặt trời gió có nguồn lưới dự phịng 10 Hình 1.10 Hoạt động pin mặt trời 12 Hình 1.11 Sự khác pin mặt trời poly mono mặt kỹ thuật 13 Hình 1.12 Quỹ đạo di chuyển Mặt Trời ngày 14 Hình 1.13 Vị trí pin mặt trời hấp thụ nhiều tia nắng 14 Hình 1.14 So sánh điều khiển sạc thông thường điều khiển sạc đại MPP kỹ thuật số 17 Hình 1.15 Bộ điều khiển sạc PWM (Trái) điều khiển sạc đại MPPT kỹ thuật số (Phải) 18 Hình 1.16 Hình mẫu Inverter, cách thức kết nối 18 Hình 1.17 Một số loại ắc quy 20 Hình 1.18 Cách sấp xếp cực ắc quy 21 Hình 1.19 Kết cấu bình ắc quy 21 Hình 2.1: Cấu trúc hệ thống lượng mặt trời độc lập 22 Hình 2.2 Cấu trúc hệ thống điện lượng mặt trời nối lưới 24 Hình 2.3 Cấu trúc hệ thống điện lượng mặt trời hòa lưới có dự trữ 26 Hình 3.1 Cấu trúc mơ hình hệ thống điện lượng mặt trời độc lập có nguồn lưới dự phịng 30 Hình 3.2 INVERTER SON-SUW1500VA 36 VII Hình 3.3 Bản vẽ thiết kế hệ thống điện lượng mặt trời độc lập có nguồn lưới dự phịng 43 Hình 3.4 Sơ đồ nguyên lý hệ thống điện lượng mặt trời độc lập có nguồn lưới dự phịng 44 Hình 3.5 Hiệu suất biến tần hệ thống độc lập 46 Hình 3.6 Chọn điện áp hệ thống theo công suất tải 47 Hình 3.7 Tổng cơng suất thiết bị 47 Hình 3.8 Tốc độ xả nhiệt độ pin ắc quy 48 Hình 3.9 Chế độ xả sâu cho phép Pin ắc quy 48 Hình 3.10 Bản đồ biểu thị xạ mặt trời Việt Nam 50 Hình 3.11 Mơ hình hệ thống điện lượng mặt trời hoàn thành 100% 62 VIII DANH SÁCH BẢNG Bảng 1.1 phân tích tình hình sử dụng điện Việt Nam Bảng 1.2 so sánh tính chất, tiềm NLMT so với giới Bảng 1.3 Góc nghiêng tối ưu pin mặt trời khu vực Hà Nội 15 Bảng 1.4 Góc nghiêng tối ưu pin mặt trời khu vực Thành phố Hồ Chí Minh 15 Bảng 2.1 Ưu nhược điểm hệ thống điện lượng mặt trời độc lập 23 Bảng 2.2 Ưu nhược điểm hệ thống điện lượng mặt trời nối lưới 25 Bảng 2.3 Ưu nhược điểm hệ thống điện lượng mặt trời hòa lưới có dự trữ 27 Bảng 2.4 so sánh hệ thống điện lượng mặt trời 27 Bảng 3.1 Danh sách thiết bị mơ hình điện lượng mặt trời 31 Bảng 3.2 Thông số kỹ thuật MCB ABB SH201 – C20 34 Bảng 3.3 Thơng số cầu chì Zepen 35 Bảng 3.4 Thông số kỹ thuật Terminal 36 Bảng 3.5 Thông số kĩ thuật INVERTER SON-SUW1500VA 37 Bảng 3.6 Thông số kỹ thuật ắc quy GLOBE WP5S-3B 38 Bảng 3.7 Thông số kỹ thuật pin mặt trời 38 Bảng 3.8 Thông số kỹ thuật đồng hồ đo đa 39 Bảng 3.9 Thông số kỹ thuật đồng hồ đo đa 40 Bảng 3.10 Thông số kỹ thuật đèn báo 220VAC 12VDC 41 Bảng 3.11 Thông số tải đèn Downlight220VAC quạt 220VAC 42 Bảng 3.12 Thông số kỹ thuật ổ cắm điện 42 Bảng 3.13 Bảng kí hiệu sơ đồ dây mơ hình điện lượng mặt trời độc lập có bù lưới 44 Bảng 3.14 Số liệu xạ mặt trời Việt Nam 51 Bảng 3.15 Tính tốn dung lượng cho Inverter 55 Bảng 3.16 Tính tốn lựa chọn ắc quy 55 Bảng 3.17 Tính tốn điện cung cấp cho hệ thống từ pin mặt trời 56 IX GVHD: Ths.Vũ Hồng Hải Khóa luận tốt nghiệp Chúng đặc biệt thích hợp cho vùng mà điện mạng lưới chưa vươn tới, vệ tinh quanh quỹ đạo trái đất, máy tính cầm tay, máy tính từ xa, thiết bị bơm nước,… Hình 1.5 Ứng dụng pin mặt trời 1.3 hệ thống điện lượng mặt trời 1.3.1 Hệ thống điện lượng mặt trời độc lập Là hệ thống điện mặt trời cung cấp điện cho nhu cầu sử dụng ngày lẫn đêm, dùng điện thu từ lượng mặt trời Hệ thống bao gồm pin mặt trời, điều khiển sạc, hệ thống lưu trữ điện, Inverter Đây hệ thống phổ biến Việt Nam đáp ứng nhu cầu sử dụng điện khu vực chưa có điện, điện chập chờn, điện lưới thường xun GVHD: Ths.Vũ Hồng Hải Khóa luận tốt nghiệp Hình 1.6 Hệ thống điện lượng điện mặt trời độc lập 1.3.2 Hệ thống lượng điện mặt trời nối lưới Hệ thống lượng điện mặt trời nối lưới trực tiếp dùng cho tải tiêu thụ nhiều điện vào ban ngày nhà xưởng, trường học, bệnh viện, quan, hộ gia đình,… Hình 1.7 Hệ thống điện lượng điện mặt trời nối lưới GVHD: Ths.Vũ Hồng Hải Khóa luận tốt nghiệp Hệ thống sử dụng hòa lưới để hòa lượng điện thu từ pin mặt trời vào lưới điện quốc gia, sử dụng nội Hiện nước phát triển hệ thống phổ biến hệ thống điện mặt trời nối lưới cấp điện cho nhu cầu nội bộ, họ bán điện cho nhà nước với giá cao giá mua điện nhiều nhu cầu sử dụng lượng điện thu được, cộng thêm tượng điện lưới xảy Ưu điểm hệ thống hịa lưới chi phí thấp khơng có ắc quy lưu trữ điều khiển, chuyển đổi điện 1.3.3 Hệ thống lượng mặt trời hịa lưới có dự trữ ( Hybrid ) Hệ thống lượng mặt trời hịa lưới có dự trữ hay gọi hệ thống lượng mặt trời hỗn hợp ( Hybrid System ) mang lại cho người tiêu dùng nguồn cung cấp điện liên tục lưới điện bị cúp Đây giải pháp sử dụng nguồn lượng mặt trời để chuyển thành nguồn điện xoay chiều cung cấp cho phụ tải ưu tiên, hệ thống đồng thời sạc cho lưu trữ (Ắc quy) Hình 1.8 Hệ thống sử dụng lượng mặt trời hịa lưới có dự trữ Thành phần hệ thống chuyển đổi điện Inverter cao cấp thông minh để kết nối nguồn điện DC từ bình Ắc quy dự phịng thay từ pin lượng mặt trời Trong trường hợp này, pin lượng mặt trời có chức nguồn nạp vào cho hệ thống Ắc quy dự phịng bạn Tùy theo Inverter mà có chức khác ưu tiên lưới ưu tiên Ắc quy GVHD: Ths.Vũ Hồng Hải Khóa luận tốt nghiệp Khi nguồn điện mặt trời dư hòa vào lưới điện Quốc gia Khi nguồn lượng mặt trời thiếu, hệ thống bổ sung thêm nguồn điện lưới để cung cấp cho phụ tải sạc cho dự trữ 1.3.4 Các hệ thống điện lượng mặt trời khác Hệ thống điện lượng mặt trời độc lập kết hợp: hệ thống điện mặt trời độc lập, có kết hợp với số nguồn phát điện khác tua bin gió máy điện dùng nhiên liệu, có kết hợp giám sát điều khiển từ xa Ưu điểm hệ thống đảm bảo nguồn phát điện liên tục sử dụng hệ thống điện mặt trời, nhược điểm phức tạp giá cao, chi phí bảo trì lớn Hệ thống lượng mặt trời độc lập có nguồn lưới có dự phòng biến thể hệ thống lượng mặt trời độc lập kết hợp : Hệ thống dùng ánh nắng mặt trời để tạo điện chiều, sau điện chiều sạc vào bình ác quy nhằm để lưu trữ Điện chiều inverter biến đổi thành xoay chiều sử dụng tải ( máy quạt,TV,đèn,…).Vào ngày trời râm mưa pin lượng mặt trời khơng tạo đủ điện để cung cấp inverter tự động chuyển đổi lấy nguồn lưới để cung cấp điện áp cho tải hoạt động bình thường sạc cho ác quy dự trữ nhằm đảm bảo có điện dự trữ có trục trặc nguồn lưới để tải hoạt động ổn định Hệ thống phù hợp để sử dụng cho hộ gia đình vừa nhỏ nhừng nơi mà hệ thống điện không ổn định hay xảy trục trặc điện Hình 1.9 Hệ thống kết hợp lượng mặt trời gió có nguồn lưới dự phịng 10 GVHD: Ths.Vũ Hồng Hải Khóa luận tốt nghiệp 1.4 Các thiết bị hệ thống điện lượng mặt trời 1.4.1 Pin mặt trời Pin lượng mặt trời hay pin mặt trời hay pin quang điện (Solar Photo-Valtaic) bao gồm nhiều tế bào quang điện (Solar cells) - phần tử bán dẫn có chứa bề mặt số lượng lớn cảm biến ánh sáng đi-ốt quang, thực biến đổi lượng ánh sáng thành lượng điện Cường độ dòng điện, hiệu điện điện trở pin mặt trời thay đổi phụ thuộc lượng ánh sáng chiếu lên chúng Tế bào quang điện ghép lại thành khối để trở thành pin mặt trời (Thông thường 60 72 tế bào quang điện pin mặt trời) Tế bào quang điện có khả hoạt động ánh sáng mặt trời ánh sáng nhân tạo Chúng dùng cảm biến ánh sáng (Ví dụ cảm biến hồng ngoại), phát xạ điện từ gần ngưỡng ánh sáng nhìn thấy đo cường độ ánh sáng Sự chuyển đổi thực theo hiệu ứng quang điện Hoạt động pin mặt trời chia làm ba giai đoạn:  Đầu tiên lượng từ photon ánh sáng hấp thụ hình thành cặp electron-hole chất bán dẫn;  Các cặp electron-hole sau bị phân chia ngăn cách tạo loại chất bán dẫn khác (P-N junction) Hiệu ứng tạo nên hiệu điện pin mặt trời  Pin mặt trời sau nối trực tiếp vào mạch ngồi tạo nên dịng điện Các pin lượng mặt trời có nhiều ứng dụng thực tế Do giá thành cịn đắt, chúng đặc biệt thích hợp cho vùng mà điện lưới khó vươn tới núi cao, đảo xa, phục vụ hoạt động không gian; cụ thể vệ tinh quay xung quanh quỹ đạo trái đất, máy tính cầm tay, máy điện thoại cầm tay từ xa, thiết bị bơm nước, Các Pin lượng mặt trời thiết kế modul thành phần, ghép lại với tạo thành lượng mặt trời có diện tích lớn, thường đặt tịa nhà nơi chúng có ánh sáng nhiều nhất, kết nối với chuyển đổi mạng lưới điện 11 GVHD: Ths.Vũ Hồng Hải Khóa luận tốt nghiệp Hình 1.10 Hoạt động pin mặt trời Hiện có loại pin mặt trời phổ biến pin mặt trời poly mono Pin mặt trời mono : Pin mono với solar cell làm monocrystalline silicon (mono-Si), gọi silicon đơn tinh thể với độ tinh khiết cao Chính vậy, nhìn mắt thường thấy pin màu đồng Ưu điểm:  Được làm từ silicon với độ tinh khiết cao nên hiệu suất sử dụng cao Tỉ lệ hiệu suất pin mono thường khoảng 15-20%  Độ bền cao, hiệu sử dụng dài lâu  Hoạt động hiệu so với pin poly điều kiện ánh sáng yếu Nhược điểm:  Giá thành cao quy trình sản xuất tốn  Hoạt động hiệu poly điều kiện nhiệt độ tăng cao Pin mặt trời Poly: Các pin lượng mặt trời tạo nên từ silicon đa tinh thể polysilicon (p-Si) silicon đa tinh thể (mc-Si) Nguyên liệu silicon tan chảy đổ vào khn hình vng, làm nguội cắt thành wafer vng hồn hảo 12 GVHD: Ths.Vũ Hồng Hải Khóa luận tốt nghiệp Ưu điểm:  Q trình sản xuất đơn giản tốn Do giá thành thấp so với pin mono  Mức độ giãn nở chịu nhiệt cao Nhược điểm:  Hiệu suất hoạt động pin poly nằm khoảng từ 13-16% Do độ tinh khiết silicon thấp nên hiệu suất không cao pin mono  Hiệu suất làm việc nắng cao làm tuổi thọ pin poly giảm so với pin mono điều kiện ánh sáng Hình 1.11 Sự khác pin mặt trời poly mono mặt kỹ thuật Để đảm bảo hệ thống pin lượng Mặt Trời hoạt động hiệu nhất, chúng ta phải hai vấn đề bản: Một hướng đặt pin Mặt Trời hai độ nghiêng pin, nghiêng góc hợp lý để tia sáng Mặt Trời rọi vng góc vào pin, đồng nghĩa với việc pin hấp thụ nhiều tia xạ Mặt trời Do đó, việc xác định xác hướng góc nghiêng pin Mặt Trời quang trọng 13 GVHD: Ths.Vũ Hoàng Hải Khóa luận tốt nghiệp Hình 1.12 Quỹ đạo di chuyển Mặt Trời ngày Như hình vẽ quỹ đạo di chuyển Mặt Trời ngày, ta thấy được: Mặt Trời mọc phía Đơng, tùy theo mùa mọc bán cầu Bắc (Mùa hè) hay bán cầu Nam (Mùa Thu, Đông) lặn phía Tây Quỹ đạo di chuyển mặt trời chếch hướng Nam Bởi mà pin lượng Mặt trời phải đặt hướng phía Nam để bề mặt hấp thụ hứng nhiều tia Mặt Trời Hình 1.13 Vị trí pin mặt trời hấp thụ nhiều tia nắng Về mùa Động mặt trời xa xích đạo nên u cầu góc nghiêng pin lớn, cịn mùa Hè mặt trời gần xích đạo nên góc nghiêng nhỏ để hứng vng góc tia 14 GVHD: Ths.Vũ Hồng Hải Khóa luận tốt nghiệp nắng mặt trời rọi vào Tùy theo mùa mà góc nghiêng thay đổi theo để phù hợp Tại Việt Nam, theo nghiên cứu lý thuyết kinh nghiệm thực tế chọn góc từ 11 độ đến 15 độ phù hợp cho hệ khung giàn cố định máy hay mặt đất Một vài ví dụ góc nghiêng pin mặt trời số vùng nước: Tại khu vực Hà Nội: Bảng 1.3 Góc nghiêng tối ưu pin mặt trời khu vực Hà Nội Tháng 530 Tháng 850 Tháng Tháng Tháng 610 690 770 850 920 Tháng Tháng Tháng 10 Tháng 11 Tháng 12 690 610 530 460 770 Tháng Tháng Mùa Đông Mùa Xuân/Thu Mùa Hè Nghiêng 460 Nghiêng 690 Nghiêng 920 Lưu ý:  Vào ngày 21/12, mặt trời mọc 810 Đông – Nam len cao 810 Tây Nam  Vào ngày 21/3 21/9, mặ trời mọc 910 Đông - Nam lên cao 910 Tây - Nam  Vào ngày 21/6, mặt trời mọc 1010 Đông – Nam lên cao 1010 Tây – Nam Bảng 1.4 Góc nghiêng tối ưu pin mặt trời khu vực Thành phố Hồ Chí Minh Tháng 630 Tháng 950 Tháng 710 Tháng 790 Tháng Tháng 870 790 Mùa Đông Tháng Tháng 870 950 Tháng 10 Tháng 11 710 Mùa Xuân/Thu 15 630 Tháng 1020 Tháng 12 560 Mùa Hè GVHD: Ths.Vũ Hồng Hải Khóa luận tốt nghiệp Nghiên 560 Nghiên 790 Nghiên 1020 Lưu ý:  Vào ngày 21/12, mặt trời mọc 860 Đông – Nam lên cao 860 Tây – Nam  Vào ngày 21/3 21/9, Mặt trời mọc 910 Đông – Nam lên cao 910 Tây – Nam  Vào ngày 21/6, mặt trời mọc 960 Đông – Nam lên cao 960 Tây Nam 1.4.2 Bộ điều khiển sạc Bộ điều khiển sạc thiết bị trung gian hệ pin mặt trời hệ bình ắc quy lưu trữ Nhiệm vụ “điều khiển” việc sạc bình ắc quy từ nguồn điện sinh từ pin mặt trời Cụ thể nhiệm vụ sau: Bảo vệ bình ắc quy: bình đầy (Ví dụ 13.8V – 14V ắc quy 12V) điều khiển ngăn khơng cho nguồn điện tiếp tục nạp vào ắc quy gây sơi bình làm ảnh hưởng đến tuổi thọ bình Khi bình gần cạn đến ngưỡng phải ngắt để bảo vệ bình (Ví dụ 10.5V ắc quy 12V), điều khiển ngắt không cho sử dụng tải để bảo vệ bình khơng bị “kiệt” Bảo vệ pin mặt trời: nguyên lý dòng điện chảy từ nơi điện áp cao đến nơi điện áp thấp Ban ngày trời nắng điện áp pin loại 12V từ khoảng 15 đến 20V, cao điện áp ắc quy nên dòng điện từ pin xuống ắc quy Nhưng ban đêm khơng có ánh nắng, điện áp pin thấp điện áp ắc quy dòng điện từ ắc quy lên ngược pin “đốt” pin, làm giảm hiệu suất pin hỏng pin Vậy nên điều khiển ngăn cách triệt để không dịng điện ngược lên pin để tránh tượng Điều quan trọng nhất: giúp đạt hiệu suất cao từ pin mặt trời Thiết bị có chức điều khiển để cơng suất sạc đạt cực đại Pmax, nâng cao hiệu suất sử dụng pin mặt trời Các điều khiển sạc kiểu cũ đơn giản điều khiển đóng 16 GVHD: Ths.Vũ Hồng Hải Khóa luận tốt nghiệp cắt bình đầy bình cạn bảo vệ không cho điện trào lên pin, đại sử dụng phương pháp điều khiển điều rộng xung PWM (Pulse – Width – Modulation) sử dụng mạch transitor đóng cắt liên tục để ổn áp sạc cho ắc quy, phương pháp có nhược điểm lớn làm hao phí khoảng 20% lượng điện sạc từ pin mặt trời Các điều khiển sạc đại sử dụng phương pháp điều rộng xung khơng hao phí, có vi xử lý thiết bị đo chọn điểm có cơng suất cực đại MPP (Max Power Point) Pmax để sạc cho ắc quy Một số chức khác như: hiển thị mức điện cịn hệ bình ắc quy, bảo vệ tải, chập mạch hệ thống, chức bổ sung tự động bật tắt thiết bị, tạo dòng 5V để sạc điện thoại… Hình 1.14 So sánh điều khiển sạc thơng thường điều khiển sạc đại MPP kỹ thuật số 17 GVHD: Ths.Vũ Hồng Hải Khóa luận tốt nghiệp Phương pháp sạc xung: điều khiển sạc xung kéo dài tốt tuổi thọ ắc quy Phương pháp sạc xung ứng dụng việc sạc laptop, sạc điện thoại đánh giá phương pháp sạc ưu việt nâng cao tuổi thọ pin hay ắc quy Hình 1.15 Bộ điều khiển sạc PWM (Trái) điều khiển sạc đại MPPT kỹ thuật số (Phải) 1.4.3 Inverter Inverter chuyển đổi dòng điện DC từ ắc quy thành dòng điện AC (110 VAC, 220 VAC) Được thiết kế với nhiều cấp cơng suất từ 0.3 kVA – 10kVA Hình 1.16 Hình mẫu Inverter, cách thức kết nối 18 GVHD: Ths.Vũ Hoàng Hải Khóa luận tốt nghiệp Inverter có nhiều loại phân biệt chúng dạng sóng điện áp đầu ra: dạng sóng hình sin, giá sin, sóng vng, sóng bậc thang,… Trong hệ thống điện lượng mặt trời nào, biến tần đóng vai trị quan trọng thường coi não dự án, cho dù hệ thống dân cư 2kW nhà máy điện 5MW Chức biến tần nghịch lưu dòng điện DC trực tiếp thành dòng xoay chiều AC Dòng AC đủ tiêu chuẩn để sử dụng cho tất thiết bị gia dụng hay công nghiệp Đây lý nhiều biến tần xem “cổng” hệ thống quang điện (PV) lượng vô giá Công nghệ biến tần cải tiến đáng kể, việc chuyển đổi DC sang AC, chúng đáp ứng nhu cầu khác để đảm bảo biến tần hoạt động hiệu suất tối đa như: giám sát liệu, nâng cao điều khiển tiện ích,… nhà sản xuất biến tần cung cấp dịch vụ thiếu để trì sản xuất lượng hiệu suất cao cho dự án, bao gồm bảo dưỡng thời gian sữa chữa nhanh Sự thâm nhập hệ thống quang điện cao tác động lưới điện lão hóa thách thức tồn ngành cơng nghiệp lượng mặt trời Thử thách không dành riêng cho biến tần, giải pháp hồn tồn điều khiển biến tần Bởi phận biến tần đóng vai trị cổng vào hệ thống, tiện ích điều khiển nâng cao, chẳng hạn khả dự đốn đầu phân bố cơng suất Các chức giúp dễ dàng chuyển đổi có nhiều lượng mặt trời hơn, mà khơng cần nâng cấp sở hạ tầng lớn đắt tiền Việc sử dụng biến tần với tiện ích hỗ trợ phát triển chức chứng minh thuyết phục kết hợp với nối lưới Biến tần phát triển nhiều với việc nghịch lưu dòng điện DC sang AC hệ thống điện lượng mặt trời Biến tần phải tiếp tục đổi giảm chi phí, đồng thời trì cá thuộc tính quan trọng cho hệ thống điện lượng mặt trời (độ tin cậy, hiệu suất tính giám sát liệu), để tang khả xâm nhập hệ thống quang điện 19 GVHD: Ths.Vũ Hồng Hải Khóa luận tốt nghiệp 1.4.4 Battery (Ắc quy) Là thiết bị lưu trữ điện để sử dụng vào ban đêm lúc trời khơng cịn ánh nắng Ắc quy có nhiều loại, kích thước dung lượng khác nhau, tùy thuộc vào công suất đặc điểm hệ thống pin mặt trời Hệ thống có cơng suất lớn cần sử dụng ắc quy có dung lượng lớn dung nhiều bình ắc quy kết nối lại với Hình 1.17 Một số loại ắc quy Ắc quy có nhiều cách gọi như: ắc quy nước, ắc quy axít, ắc quy axít kiểu hở, ắc quy kín khí, ắc quy khơng cần bảo dưỡng, ắc quy khô, ắc quy GEL, ắc quy kiềm Phân biệt hai loại ắc quy thông dụng ắc quy sử dụng điện môi a-xít (Gọi tắt ắc quy axít ắc quy chì - axít) ắc quy sử dụng điện mơi kiềm (Gọi tắt ắc quy kiềm) Trong thực tế, cực ắc quy khơng giống hình nêu phần trên, cực ắc quy có số lượng nhiều (Để tạo dung lượng bình ắc quy lớn) bình ắc quy lại bao gồm nhiều ngăn Nhiều cực để tạo tổng diện tích cực nhiều hơn, giúp cho trình phản ứng xảy đồng thời nhiều vị trí dịng điện cực đại xuất từ ắc quy đạt trị số cao - dung lượng ắc quy tăng lên Do kết cấu xếp lớp cực ắc quy nên thông thường số cực dương cực âm không tận dụng làm việc hai mặt cực (Nếu số cực bên rìa có hai mặt trái chiều cách xa, phản ứng hóa học khơng thuận lợi) Ở cực ắc quy có chắn, chắn khơng dẫn điện có độ thẩm thấu lớn để thuận tiện cho trình phản ứng xảy cation anion xuyên qua chúng để đến điện cực 20 GVHD: Ths.Vũ Hồng Hải Khóa luận tốt nghiệp Hình 1.18 Cách sấp xếp cực ắc quy Mỗi ngăn cực ắc quy a-xít cho mức điện áp khoảng đến 2,2V để đạt mức 6, 12 V ắc quy phải ghép nhiều ngăn nhỏ với nhau, Ví dụ ghép ngăn để thành ắc quy 6V, ghép ngăn để thành ắc quy 12V Hình 1.19 Kết cấu bình ắc quy 21 ... chung hệ thống điện lượng điện mặt trời 1.3 hệ thống điện lượng mặt trời 1.3.1 Hệ thống điện lượng mặt trời độc lập 1.3.2 Hệ thống lượng điện mặt trời nối lưới 1.3.3 Hệ thống. .. Ưu điểm hệ thống điện lượng mặt trời hịa lưới có dự trữ 27 2.4 So sánh hệ thống điện lượng mặt trời 27 CHƯƠNG 3: MƠ HÌNH HỆ THỐNG ĐIỆN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI ĐỘC LẬP CĨ CĨ NGUỒN LƯỚI DỰ PHỊNG... Hình 1.5 Ứng dụng pin mặt trời Hình 1.6 Hệ thống điện lượng điện mặt trời độc lập Hình 1.7 Hệ thống điện lượng điện mặt trời nối lưới Hình 1.8 Hệ thống sử dụng lượng mặt