BÁO cáo bài tập lớn hệ THỐNG NĂNG LƯỢNG XANH – EE3131 đề tài THIẾT kế hệ điện mặt TRỜI áp mái hòa lưới tại THÀNH PHỐ hồ CHÍ MINH

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN HỆ THỐNG NĂNG LƯỢNG XANH – EE3131 Đề tài: THIẾT KẾ HỆ ĐIỆN MẶT TRỜI ÁP MÁI HỊA LƯỚI TẠI THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH GVHD: Trần Công Binh Học kỳ: 212 – Lớp: L01 – Nhóm: L01.01 Sinh viên thực hiện: STT Họ tên MSSV Trần Tuấn Kiệt 1910292 Lê Đình Nhật Anh 1912568 Phạm Hoàng Minh Thư 1915426 Nguyễn Thành Luân 1914065 Nguyễn Thị Mỹ Duyên 1811760 TP.HCM, THÁNG NĂM 2022 MỤC LỤC Điện mặt trời áp mái hoà lưới 1.1 Giới thiệu điện mặt trời 1.2 Giới thiệu điện mặt trời áp mái hoà lưới 1.3 Cấu tạo nguyên lý hoạt động hệ điện mặt trời hoà lưới Đề thông số lựa chọn 2.1 Vị trí lắp đặt hệ điện mặt trời áp mái hoà lưới 2.2 Lựa chọn pin mặt trời .7 2.3 Lựa chọn INVERTER .7 Thiết kế hệ thống .9 3.1 Thông số pin nhiệt độ môi trường 3.2 Số lượng pin hệ thống 3.3 Thông số INVERTER string 10 Tổng kết 12 1 Điện mặt trời áp mái hoà lưới 1.1 Giới thiệu điện mặt trời Năng lượng mặt trời Việt Nam thuộc nhóm ngành lượng nổi, kết hợp với phát triển lượng tái tạo chung giới đời khoa học công nghệ, đồng thời đáp ứng nhu cầu phát triển lượng Các nhà máy thủy điện nhỏ phát triển hồn thiện khơng đảm bảo lợi ích so với thiệt hại môi trường mà chúng gây Mặt khác, nằm gần đường xích đạo, vùng khô hạn nhiều nắng tỉnh miền Trung miền Nam nên Việt Nam có tiềm lớn lượng mặt trời lượng gió Vì vậy, Chính phủ Việt Nam khuyến khích phát triển lượng mặt trời lượng gió, thể Quyết định số 2068 / QĐ-TTg Thủ tướng Chính phủ ngày 25/11/2015 phê duyệt chiến lược phát triển lượng tái tạo Tầm nhìn Việt Nam phát điện từ năm 2030 đến năm 2050, đảm bảo phát triển nguồn điện đồng thời dừng dự án điện hạt nhân giảm nhà máy nhiệt điện sử dụng nhiên liệu hóa thạch Các ưu đãi đầu tư xây dựng nhà máy điện giá bán điện Tập đoàn Điện lực Việt Nam thu hút quan tâm nhà đầu tư ngồi nước Vì vậy, từ năm 2015 việc xây dựng nhà máy điện mặt trời bắt đầu, đến năm 2019, có vài trăm dự án với cơng suất lắp đặt từ 20 đến 250 MW hoàn thành hồn thành Theo EVN, tính đến ngày 30/5/2019, 47 dự án quang điện với tổng công suất 2.300 MW hòa vào lưới điện quốc gia Nhược điểm lượng mặt trời sản xuất điện có ánh sáng mặt trời cơng suất phát thay đổi liên tục theo mức độ ánh sáng Các khu vực thuận lợi cho việc đặt nhà máy thường xa khu vực tiêu thụ Điều giúp cho lưới điện tổ chức truyền tải điện có kế hoạch điều khiển nguồn thích hợp để cung cấp lượng cho phụ tải mà tiêu thụ 1.2 Giới thiệu điện mặt trời áp mái hồ lưới Hệ thống điện mặt trời hịa lưới (nối lưới) hệ thống hoạt động kết hợp hệ thống điện lượng mặt trời hệ thống điện lưới quốc gia Không giống điện mặt trời độc lập, lượng từ hệ thống điện lượng mặt trời ưu tiên sử dụng trước hệ thống điệ n lưới quốc gia Hệ thống điện mặt trời hòa lưới gồm loại: • Hệ thống điện mặt trời hịa lưới khơng lưu trữ • Hệ thống điện mặt trời hịa lưới có lưu trữ Mỗi loại có ưu điểm riêng, phù hợp với mục đích sử điện mặt trời khác n hau Quý khách hàng chọn cho giải pháp phù hợp với nhu cầu mì nh Điện lượng mặt trời đảm bảo ổn định, tiết kiệm chi phí tối ưu hóa đầu tư cho nh u cầu khách hàng Hệ thống điện mặt trời hòa lưới hình thức lắp đặt phổ biến nay, đặc biệt sau có chế khuyến khích phát triển điện mặt trời Việt Nam Quyết định số 13/2020/QĐTTg ngày 06/04/2020 Việc lắp đặt hệ thống điện mặt trời hịa lưới có thuận lợi sau: Chi phí đầu tư ban đầu thấp (so với hình thức khác lắp đặt khác); khơng sử dụng pin lưu trữ ắc quy nên tuổi thọ hệ thống lâu chi phí vận hành, bảo dưỡng thấp; tiết kiệm tối đa chi phí sử dụng điện hàng tháng; bán điện thừa cho Điện lực thông qua công tơ chiều với giá bán ưu đãi; hỗ trợ Điện lực việc giảm truyền tải điện Tuy nhiên, bị điện lưới hệ thống điện mặt trời ngắt, phụ tải khơng cịn điện để sử dụng Do vậy, hệ thống phù hợp với khách hàng sử dụng điện từ lưới điện Điện lực Hình 1: Hệ thống điện mặt trời áp mái hồ lưới khơng lưu trữ Ưu điểm hệ thống hồ lưới khơng lưu trữ • Khai thác điện hiệu • Bền vững, lâu dài tuổi thọ hệ thống 30 năm • Ứng dụng rộng rãi cho nơi • Khơng sử dụng bình acquy • Việc lắp đặt sử dụng đơn giản, chi phí bảo trì bảo dưỡng thấp • Thời gian thu hồi vốn rút ngắn tối đa 1.3 Cấu tạo nguyên lý hoạt động hệ điện mặt trời hoà lưới Hệ thống điện lượng mặt trời hòa lưới hệ thống điện mặt trời đấu nối với lưới điện Điện lực Cấu tạo hệ thống điện mặt trời hịa lưới gồm thành phần sau: • Tấm pin lượng mặt trời; • Biến tần hịa lưới (inverter); • Cơng tơ chiều Hình 2: Sơ đồ cấu tạo hệ thống hồ lưới khơng lưu trữ Nguyên lý hoạt động: Năng lượng mặt trời hấp thụ trực tiếp pin mặt trời tạo dịng điện chiều Sau thơng qua chuyển đổi nối lưới (bộ nghịch lưu DC / AC) Dòng điện biến đổi thành dòng điện xoay chiều có pha, tần số biên độ với lưới điện quốc gia Hệ thống hòa vào lưới điện quốc gia để cung cấp điện cho thiết bị điện Khi cơng suất hịa lưới cơng suất phụ tải (Phụ tải) phụ tải hồn tồn tiêu thụ điện từ pin mặt trời Nếu công suất tiêu thụ điện lớn cơng suất nối lưới phụ tải chiếm nhiều công suất lưới để bù đắp Khi công suất phụ tải tiêu thụ nhỏ cơng suất nối lưới phát điện nối lưới cấp điện cho lưới điện Theo công văn Thủ tướng Chính phủ việc khuyến khích phát triển dự án lượng mặt trời Việt Nam, EVN nhận lại lượng điện vào lưới điện Nếu khách hàng khơng dùng hết, họ bán lại cho phủ tối ưu hóa chi phí tạo lợi nhuận Đề thông số lựa chọn 2.1 Vị trí lắp đặt hệ điện mặt trời áp mái hồ lưới Hệ điện mặt trời áp mái hoà lưới lắp đặt TP Hồ Chí Minh, Việt Nam Các thơng số quang đo TP Hồ Chí Minh sau: Hình 3: Thơng số quang TP.Hồ Chí Minh Nguồn:https://globalsolaratlas.info./map?c=9.94721,105.508025,7&s=10.779349,106.687 699&m=site Theo Hình 1, ta có thông số cần thiết cho việc lắp ghép dàn pin sau: • Góc nghiêng 12° phía Nam • Sản lương trung bình năm 1824 kWh/m2 tương ứng với 5h nắng đỉnh • Nhiệt độ mơi trường: 27.7°C 2.2 Lựa chọn pin mặt trời Chọn pin mặt trời loại HiKu6 Mono PERC hãng CandianSolar (Phụ Lục 1) bao gồm 144 tế bào ghép nối tiếp, có thơng số STC (1KW/𝑚2 , 25℃, 𝐴𝑀1,5) sau: Bảng 1: Thông số pin Công suất cực đại(𝑃𝑚𝑎𝑥 ) 550W Điện áp 𝑃𝑚𝑎𝑥 (𝑉𝑚𝑝𝑝 ) 41.7V Dòng điện 𝑃𝑚𝑎𝑥 (𝐼𝑚𝑝𝑝 ) 13.2A Điện áp hở mạch (𝑉𝑜𝑐 ) 49.6V Dòng điện ngắn mạch (𝐼𝑠𝑐 ) 14A Hệ số nhiệt độ 𝑃𝑚𝑎𝑥 -0.34 %/℃ Hệ số nhiệt độ 𝑉𝑜𝑐 -0.26 %/℃ Hệ số nhiệt độ 𝐼𝑠𝑐 0.05 %/℃ NOCT 41℃ Diện tích 2.564 𝑚2 Khối lượng 27.8 kg Hiệu suất quang 21.5% Nguồn: https://datsolar.com/p/tam-pin-nang-luong-mat-troi-canadian-550w 2.3 Lựa chọn INVERTER Chọn INVERTER SUNGROW 12KW (DÒNG RT) hãng SUNGROW (Phụ lục 2) với thông số sau: Bảng 2: Thông số INVERTER Đầu vào (DC) Công suất đầu vào tối đa pin (đề 18kW nghị) Điện áp đầu vào tối đa pin 1100 V Điện áp tối thiểu pin/ Điện áp khởi 180V động Điện áp đầu vào định mức 600 V Dãy điện áp MPP 160-1000V Số lượng đầu vào MPP độc lập Tối đa số chuỗi pin MPPT 2/1 Dòng điện đầu vào tối đa pin 37.5A (25A/12.5A) Dòng ngắn mạch DC tối đa 48A (32A/16A) Đầu (AC) Công suất AC định mức (230V, 50Hz) 12000W Công suất đầu AC tối đa 13200VA Dòng điện đầu AC tối đa 20A Điện áp AC định mức 3/N/PE,220/380V 3/N/PE,230/400V 3/N/PE,240/415V Dãy điện áp AC 180-276V Tần số lưới định mức/ dải hoạt động 50Hz/45-55Hz 60Hz/55-65Hz THD 0.99/0.8 sớm pha-0.8 trễ pha điều chỉnh hệ số công suất Số pha đầu vào/ số pha kết nối 3/3 Hiệu suất Hiệu suất tối đa 98.5% Hiệu suất chuẩn châu âu 97.9% Nguồn: https://datsolar.com/p/inverter-sungrow-12kw-dong-rt/ Thiết kế hệ thống 3.1 Thông số pin nhiệt độ môi trường Nhiệt độ pin: 𝑡𝑐𝑒𝑙𝑙 = 𝑡𝑚ô𝑖 𝑡𝑟ườ𝑛𝑔 + 𝑁𝑂𝐶𝑇 − 20 41 − 20 = 27.7 + = 53.95 ℃ 0.8 0.8 Điện áp hở mạch: 𝑉′𝑜𝑐 = 𝑉𝑜𝑐 × (1 + 𝐻ệ 𝑠ố 𝑛ℎ𝑖ệ𝑡𝑉𝑜𝑐 × (𝑡𝑐𝑒𝑙𝑙 − 25)) = 49.6 ∗ (1 − 0.26% × (53.95 − 25)) = 45.867 (𝑉) Dòng điện ngắn mạch: 𝐼′𝑠𝑐 = 𝐼𝑆𝑐 × (1 + 𝐻ệ 𝑠ố 𝑛ℎ𝑖ệ𝑡𝐼𝑠𝑐 × (𝑡𝑐𝑒𝑙𝑙 − 25)) = 14 ∗ (1 + 0.05% ∗ (53.95 − 25)) = 14.16212 Công suất cực đại: 𝑃′𝑚𝑎𝑥 = 𝑃𝑚𝑎𝑥 × (1 + 𝐻ệ 𝑠ố 𝑛ℎ𝑖ệ𝑡𝑃𝑚𝑎𝑥 × (𝑡𝑐𝑒𝑙𝑙 − 25)) = 550 ∗ (1 − 0.34% × (53.95 − 25)) = 495.863 (𝑊 ) 3.2 Số lượng pin hệ thống Công suất hệ thống điện mặt trời áp mái hoà lưới theo yêu cầu Pht = xyz = 422 (kW) Ta lắp đặt hệ thống với kết cấu sau: • Hệ thống với số pin 𝑛𝑝𝑖𝑛 số string 𝑛𝑠𝑡𝑟𝑖𝑛𝑔 • Mỗi string với số pin 𝑛𝑝𝑖𝑛 𝑠𝑡𝑟𝑖𝑛𝑔 • Ở string lắp đặt Inverter Số pin tối đa string: 𝑃𝑖𝑛𝑣𝑒𝑟𝑡𝑒𝑟 12000 = = 24.2 (𝑡ấ𝑚) 𝑃′𝑚𝑎𝑥 495.863 𝑉 𝑖𝑛𝑣𝑒𝑟𝑡𝑒𝑟 𝑚𝑎𝑥 1100 ≤ = = 22.1 (𝑡ấ𝑚) 𝑉𝑜𝑐 49.6 𝑛𝑝𝑖𝑛 𝑠𝑡𝑟𝑖𝑛𝑔 = {𝑛𝑝𝑖𝑛 𝑠𝑡𝑟𝑖𝑛𝑔 Lựa chọn string gồm có 22 Công suất string: 𝑃𝑠𝑡𝑟𝑖𝑛𝑔 = 𝑛𝑝𝑖𝑛 𝑠𝑡𝑟𝑖𝑛𝑔 × 𝑃′𝑚𝑎𝑥 = 22 × 495.863 = 10.908 (𝑘𝑊) Số string tối đa: 𝑛𝑠𝑡𝑟𝑖𝑛𝑔 = 𝑃ℎ𝑡 𝑃𝑠𝑡𝑟𝑖𝑛𝑔 = 422000 ≈ 39 (𝑠𝑡𝑟𝑖𝑛𝑔) 10908 Tổng số pin sử dụng 𝑛𝑝𝑖𝑛 = 𝑛𝑝𝑖𝑛 𝑠𝑡𝑟𝑖𝑛𝑔 × 𝑛𝑠𝑡𝑟𝑖𝑛𝑔 = 22 × 39 = 858 (𝑡ấ𝑚) Tổng công suất dàn pin 𝑃𝑑à𝑛 𝑝𝑖𝑛 = 𝑛𝑝𝑖𝑛 × 𝑃′𝑚𝑎𝑥 = 858 × 495.863 = 425.45 (𝑘𝑊) Diện tích lắp đặt: S = ncell ∗ S1 pin = 858 × 2.564 = 2199.9 (m2 ) Khối lượng dàn pin: M = ncell ∗ m1 pin = 858 × 27.8 = 23852.4 (kg) 3.3 Thông số INVERTER string Đầu vào INVERTER: Công suất đầu vào Inverter: 10 𝑃𝑖𝑛𝑣_𝑖𝑛 = 𝑃𝑠𝑡𝑟𝑖𝑛𝑔 = 10.908 (𝑘𝑊) Điện áp cực đại đầu vào DC Inverter: 𝑉𝐷𝐶_𝑚𝑎𝑥 = 𝑛𝑝𝑖𝑛 𝑠𝑡𝑟𝑖𝑛𝑔 × 𝑉𝑜𝑐 = 22 × 49.6 = 1091.2 (𝑉) Dịng điện cực đại đầu vào DC Inverter: 𝐼𝐷𝐶_𝑚𝑎𝑥 = 𝐼′𝑠𝑐 = 14.16 (𝐴) Đầu INVERTER Công suất đầu vào Inverter: 𝑃𝑖𝑛𝑣_𝑜𝑢𝑡 = 𝑃𝑖𝑛𝑣_𝑖𝑛 × (ℎ𝑖ệ𝑢 𝑠𝑢ấ𝑡 𝐼𝑁𝑉𝐸𝑅𝑇𝐸𝑅 ) = 10.908 × 98.5% = 10.744 (𝑘𝑊) Điện áp đầu AC Inverter string: VAC (pha) = VAC_lưới (pha) = 220 (V) VAC (dây) = VAC_lưới (dây) = 380 (V) Tần số: f = 50Hz 11 Tổng kết Tổng công suất phát lên lưới: 𝑃𝑜𝑢𝑡 = 𝑃𝑖𝑛𝑣_𝑜𝑢𝑡 × 𝑛𝑠𝑡𝑟𝑖𝑛𝑔 = 10.744 × 39 = 419 (𝑘𝑊) Sản lượng phát lên lưới năm: 𝐸𝑛ă𝑚 = 𝑃𝑜𝑢𝑡 × (𝑠ố 𝑔𝑖ờ 𝑛ắ𝑛𝑔 đỉ𝑛ℎ 𝑡𝑟𝑜𝑛𝑔 𝑛𝑔à𝑦) × 365 = 419 × × 365 = 764.675 (𝑀𝑊ℎ) Hiệu suất biến đổi: H = (hiệu suất quang pin) ×(hiệu suất inverter) = 21.5% × 98.5% = 21.17% Hình 4: Sơ đồ thiết kế hệ thống điện mặt trời áp mái hoà lưới 12 ... động hệ điện mặt trời hoà lưới Hệ thống điện lượng mặt trời hòa lưới hệ thống điện mặt trời đấu nối với lưới điện Điện lực Cấu tạo hệ thống điện mặt trời hòa lưới gồm thành phần sau: • Tấm pin lượng. .. (nối lưới) hệ thống hoạt động kết hợp hệ thống điện lượng mặt trời hệ thống điện lưới quốc gia Không giống điện mặt trời độc lập, lượng từ hệ thống điện lượng mặt trời ưu tiên sử dụng trước hệ thống. .. lợi nhuận Đề thơng số lựa chọn 2.1 Vị trí lắp đặt hệ điện mặt trời áp mái hoà lưới Hệ điện mặt trời áp mái hoà lưới lắp đặt TP Hồ Chí Minh, Việt Nam Các thơng số quang đo TP Hồ Chí Minh sau: