Ứng dụng phần mềm PVSYST thiết kế hệ thống điện năng lượng mặt trời áp mái tại Premier Village DaNang Resort

Bài viết Ứng dụng phần mềm PVSYST thiết kế hệ thống điện năng lượng mặt trời áp mái tại Premier Village DaNang Resort trình bày phương pháp thiết kế tối ưu một hệ thống điện năng lượng mặt trời lắp áp mái tại khu nghỉ dưỡng Premier Village DaNang Resort bằng cách sử dụng phần mềm đã được thương mại PVsyst.

ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, SỐ 7(116).2017 ỨNG DỤNG PHẦN MỀM PVSYST THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỆN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI ÁP MÁI TẠI PREMIER VILLAGE DANANG RESORT USING PVSYST SOFTWARE TO DESIGN PHOTOVOLTAIC ROOFTOP SYSTEM AT PREMIER VILLAGE DANANG RESORT Lưu Ngọc An1, Trần Huy2 Trường Đại học Bách khoa - Đại học Đà Nẵng; lnan@dut.udn.vn Sinh viên Lớp 12D2, Trường Đại học Bách khoa - Đại học Đà Nẵng; tranhuybk94@gmail.com Tóm tắt - Trong báo này, tác giả trình bày phương pháp thiết kế tối ưu hệ thống điện lượng mặt trời lắp áp mái khu nghỉ dưỡng Premier Village DaNang Resort cách sử dụng phần mềm thương mại PVsyst Từ số liệu như: vị trí lắp đặt, cơng suất phụ tải, diện tích mái, hình dạng mái, hệ thống thiết kế với thông số tối ưu hướng lắp đặt, giá trị, số lượng chủng loại pin quang điện biến tần đưa Thêm vào đó, lượng xạ, q trình vận hành, trao đổi cơng suất năm hệ thống, sản lượng điện năng, tổn thất điện năng, khả cắt giảm phát thải khí CO2 hệ thống phân tích, từ đánh giá hiệu mà hệ thống mang lại Abstract - In this paper, the author presents an optimal design method for a photovoltaic rooftop system installation at the Premier Village Resort DaNang Resort by using PVsyst software From the details such as installation location, load capacity, roof area, roof shape, a system designed with optimal parameters such as installation direction, value of pick power, quantity and the photovoltaic modules as well as inverters are offered In addition, the global radiation, operation, capacity exchange in one year of the system, power output, power loss, CO2 reduction potential of the system are also analyzed Accordingly, we can evaluate the effect that the system brings Từ khóa - hệ thống điện lượng mặt trời; pin quang điện; biến tần; định cỡ hệ thống; tổn thất hệ thống Key words - PV system; photovoltaic module; inverter; sizing the system; system losses Đặt vấn đề Nhu cầu về lươṇ g của người thời đa ̣i khoa ho ̣c kỹ thuâ ̣t phát triể n không ngừng tăng Vấ n đề đảm bảo an ninh lươṇ g là điề u mà mỗ i quố c gia đă ̣t cho tương lai Ngày nay, với nóng lên khí hậu tồn cầu gây hiệu ứng nhà kính và các hiê ̣n tươṇ g thời tiế t cực đoan khác, với sản lượng nhiên liệu hóa thạch ngày giảm có xu hướng ca ̣n kiê ̣t tương lai, giá thành ngày tăng, việc sử dụng lượng thay thế, tái tạo giải pháp sử dụng rộng rãi nước giới Do vậy, việc bổ sung nguồn vào lưới điện truyền thống vấn đề quan tâm nghiên cứu ứng dụng Nguồ n lươṇ g điê ̣n mă ̣t trời là mô ̣t những nguồ n thay thế quan tro ̣ng đó, bởi là nguồ n lươṇ g đươ ̣c coi là vô tâ ̣n, không gây ô nhiễm môi trường Tuy nhiên, viê ̣c thiế t kế điê ̣n mă ̣t trời khá phức ta ̣p, các thông số giữa tính toán thiế t kế và thực tế có ̣ số sai số lớn làm ảnh hưởng đế n chấ t lươ ̣ng và tuổ i tho ̣ của ̣ thố ng, hiê ̣u suấ t chuyể n đở i và tăng chi phí đầ u tư Lý là cường đô ̣ bức xa ̣ mă ̣t trời thay đổ i theo không gian và thời gian, viê ̣c lựa cho ̣n lắ p đă ̣t tấ m pin mă ̣t trời phu ̣ thuô ̣c vào góc phương vi ̣ và đô ̣ nghiêng của tấ m pin, các bô ̣ điề u khiể n chỉ làm viê ̣c đúng với hiê ̣u suấ t ở mô ̣t khoảng đă ̣c tính kỹ thuâ ̣t và các thông số tổ n thấ t khá nhiề u nên viê ̣c tính toán bằ ng các công cu ̣ bình thường rấ t khó khăn, mấ t thời gian mà la ̣i thiế u chính xác Vì vâ ̣y, viê ̣c sử du ̣ng phầ n mề m để tính toán thiế t kế là mô ̣t giải pháp nhằ m giải quyế t các vấ n đề đó Hiê ̣n nay, thế giới có nhiề u phầ n mề m đươ ̣c sử du ̣ng để tính toán, thiế t kế ̣ thố ng quang điê ̣n Mô ̣t số phầ n mề m đươ ̣c biế t đế n PVsyst, PVsol, Home Pro, RETScreen, INSEL Trong đó, phầ n mề m PVsyst và PVsol đươ ̣c sử du ̣ng phổ biến ở khu vực Châu Âu và mô ̣t số nước khác thế giới [1] Trong báo này, tác giả sử du ̣ng phầ n mề m PVsyst phiên bản 6.43 để thiế t kế mô ̣ thố ng điê ̣n lươ ̣ng mă ̣t trời áp mái khu du lịch nghỉ dưỡng Premier Village DaNang Resort Lý thuyế t thiế t kế hệ thống điêṇ lươ ̣ng mă ̣t trời 2.1 Mô hình hệ thống điện lượng mặt trời Sau đánh giá mơ hình, tác giả thấy mơ hình hệ thống điện lượng mặt trời nối lưới khơng có dự trữ phù hợp với đặc điểm địa điểm thiết kế Hình Mơ hình hệ thống điện lượng mặt trời nối lưới khơng có dự trữ 2.2 Các bước tính tốn thiết kế hệ thống điện lượng mặt trời nối lưới khơng có dự trữ • Bước 1: Tính điện hệ thống điện mặt trời nối lưới cần thiết Ec Viê ̣c tính cho ̣n điê ̣n sản xuấ t Ec ngày trung bình của ̣ thố ng nố i lưới là tùy thuô ̣c vào nhu cầ u của nhà đầ u tư mong muố n, diê ̣n tích giới ̣n để lắ p đặt hệ thống pin và quy định đấ u nố i vào lưới điện • Bước 2: Tính cơng suất hệ thống pin quang điện Công suất hệ thống pin quang điện thường tính cơng suất đỉnh hay cực đại đạt được, cơng suất dàn pin điều kiện chuẩn với Eo =1000W/m2 và nhiê ̣t đô ̣ To=25oC P(Wp) = Ec 1000 ηm Eβ , [WP ] (1) Lưu Ngọc An, Trần Huy Trong đó: Eβ [Wh/m2] cường độ xạ mặt phẳng đặt nghiêng góc β so với mặt phẳng ngang, giá trị đo thực tế điểm đặt hệ thống PV ηm hiệu suất pin nhiệt độ T, được tính sau: ηm (T)= ηm (T0 )[1+Pc (T-T0 )] (2) Với: T là nhiê ̣t đô ̣ làm viê ̣c thường xuyên của tấ m pin; Pc là ̣ số nhiê ̣t ̣ của pin quang điện [2] • Bước 3: Tính số module pin quang điện mắc song song nối tiếp + Các giá trị đặc trưng module:  Điện áp làm việc tối ưu: Vm  Công suất đỉnh: Pm + Số module cần hệ thống: N= P(WP) Pm (3) Với N=NS NP + Số module mắc nối tiếp: NS = V (4) Vm V: điện áp yêu cầu hệ thống pin mă ̣t trời + Số module mắc song song: NP = N NS (5) • Bước 4: Chọn ̣ thố ng hệ thống biến tần Đố i với ̣thố ng điê ̣n lượng mă ̣t trời nối lưới không có dự trữ, viê ̣c cho ̣n ̣ thố ng biế n tần quang điện phải tải đủ dòng công suấ t từ ̣ thố ng pin mă ̣t trời Công suất đặt hệ thống công suất định mức hệ thống biến tần Số liêụ thiết kế ̣ thố ng điện lượng mă ̣t trời nố i lưới ta ̣i khu nghỉ dưỡng Premier Village DaNang Resort 3.1 Điạ điểm thiế t kế + Điạ điể m thiế t kế : khu nghỉ dưỡng Premier Village DaNang Resort; + Vi tri ̣ ́ điạ lý: 16,0452 đô ̣ vi ̃ Bắ c; 108,252 đô ̣ kinh Đông; + Diê ̣n tích xây dựng: 156135 m2; + Tổng diện tích mái nhà: 20365,89m2 3.2 Thơng sớ phụ tải [5] + Công suấ t phu ̣ tải trung bình năm: 734 kW; + Công suấ t đỉnh năm:1739 kW; + Điê ̣n tiêu thu ̣ hàng năm: 6427 MWh 3.3 Thơng sớ trạm biến áp + Tổng công suất đặt STBA: 3000kVA; + Điện áp Uc/Uh: 22/0,4 kV 3.4 Lựa chọn phương án và công suấ t lắp đặt của ̣ thố ng điê ̣n măṭ trời nối lưới • Lựa chọn phương án lắ p đặt Dựa vào phân tích ưu, nhươ ̣c điể m của mô hình điê ̣n mă ̣t trời, tiề m năng lươṇ g mă ̣t trời và đă ̣c điể m kiế n trúc, tác giả quyế t đinh ̣ cho ̣n phương án lắ p đă ̣t ̣ thố ng điê ̣n mă ̣t trời nố i lưới không dự trữ với các tấ m pin mă ̣t trời đươ ̣c tích hơ ̣p áp mái nhà • Lựa chọn cơng ś t lắ p đặt + Việc lựa chọn công suất lắp đặt hệ thống yêu cầu mà nhà đầu tư mong muốn phải đảm bảo hai điều kiện diện tích mái nhà lắp đặt pin quang điện để đạt hiệu suất hệ thống cao quy định ràng buộc (Điều 41, Thông tư số 39/2015/TT-BCT, tổng công suất đặt hệ thống điện mặt trời đấu nối vào cấp điện áp hạ áp trạm biến áp hạ không vượt 30% công suất đặt trạm biến áp đó) [3] + Diê ̣n tích lắ p đă ̣t tấ m pin: S = 7128,06 m2 + Công suất đặt hệ thống: Pđ = 900kW Cài đặt thông số phần mềm 4.1 Định vị thu thập liệu khí tượng Bảng Kết liệu khí tượng sau định vị địa điểm phần mềm PVsyst (nguồn liệu Meteonorm 7.1) Địa điểm Giá trị Tháng Tháng Tháng Tháng Tháng Tháng Tháng Tháng Tháng Tháng Tháng 10 Tháng 11 Tháng 12 Năm Premier Village DaNang Resort Tổng xạ kWh/m² 100,4 123,0 156,8 173,1 195,5 191,0 193,4 186,8 140,4 132,9 108,6 90,3 1792,2 Tán xạ kWh/m² 65,9 65,7 81,3 83,1 82,8 73,2 76,5 82,4 72,5 72,0 59,6 56,5 871,5 Nhiệt độ khơng khí °C 20,2 21,6 24,2 26,8 28,9 29,9 29,7 28,7 26,6 25,3 23,3 21,3 25,5 + Việc định vị thu thập liệu quan trọng, giúp định cỡ hệ thống xác dự đoán sản lượng điện tạo hệ thống + Bảng mang tính đánh giá tính thực tế liệu khí tượng địa điểm thiết kế, ngồi cịn có thư mục liệu theo năm xuất từ phần mềm sử dụng để mô kết 4.2 Định hướng lắp đặt tối ưu hệ thống pin quang điện Hệ thống pin quang điện thiết kế lắp áp mái nhà với góc nghiêng mái nhà 28 o Sau phân tích, đánh giá giá trị tổn thất lượng xạ nhiều hướng lắp đặt khác địa điểm thiết kế phần mềm PVsyst, tác giả chọn hai hướng lắp đặt vng góc với với góc phương vị pin 45 o -45o (nghiêng Tây Nam Đông Nam Trái Đất) Hướng lắp đặt nhà thay đổi Nếu có thay đổi góc phương vị mái tổng lượng xạ năm mái gần hướng Nam tăng lên mái vng góc với mái giảm xuống Sau phân tích cài đặt hướng lắp đặt tối ưu phần mềm, ta có kết đánh giá hiệu lượng xạ năm phương thức lắp đặt thể Hình Trong đó: hệ số chuyển đổi 0,98 giá trị tổn thất lượng xạ trung bình hai hướng lắp đặt 3,2%, giá trị lượng tổng xạ trung bình bề mặt hệ thống pin PV đạt 1754 kWh/m ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, SỐ 7(116).2017 năm Sau so sánh với số nhà máy giới thấy dự án thiết kế đảm bảo yêu cầu xạ Điện áp định mức đầu vào Công suất đầu định mức (AC) Điện áp đầu (điện áp dây) Tần số định mức/phạm vi Tổng độ méo sóng hài (THD) Hiệu suất lớn 630 60000W 400V±10% 50Hz/44Hz →55Hz