Khái quát về các hệ thống năng lượng mặt trời
Thông tin cơ bản
Điện năng lượng mặt trời là nguồn năng lượng sạch, sử dụng tế bào quang điện để chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành điện dựa trên cơ chế hiệu ứng quang điện trong vật lý Đây là nguồn năng lượng tái tạo vô cùng sạch, đáng tin cậy và mang lại nhiều giá trị cho con người Việc khai thác thành công nguồn năng lượng mặt trời không những không ảnh hưởng đến môi trường mà còn mang lại vô vàn các tác dụng lợi ích khác.
Thành phần chính trong pin mặt trời là silic tinh khiết – có chứa trên bề mặt một số lượng lớn các cảm biến ánh sáng là điốt quang, thực hiện biến đổi năng lượng ánh sáng thành năng lượng điện Các tế bào quang điện này được bảo vệ bởi một tấm kính trong suốt ở mặt trước và một vật liệu nhựa ở phía sau Toàn bộ nó được đóng gói chân không trong thông qua lớp nhựa polymer càng trong suốt càng tốt.
Ưu điểm
Nguồn năng lượng tái tạo
Bên cạnh lợi ích của những tấm pin năng lượng mặt trời điều quan trọng là năng lượng mặt trời là một nguồn năng lượng tái tạo, không giống như các nhiên liệu hóa thạch như than, khí đốt, dầu mỏ… là những nguồn nhiên liệu không thể phục hồi Chúng ta có thể khai thác chúng ở tất cả các khu vực trên thế giới và có sẵn mỗi ngày Theo tính toán của NASA, ánh sáng mặt trời sẽ cung cấp năng lượng cho chúng ta trong khoảng 6,5 tỷ năm nữa. Điện mặt trời sạch về sinh thái :
Trong công cuộc đấu tranh bảo vệ môi trường trên toàn quốc, năng lượng mặt trời là lĩnh vực triển vọng nhất trong việc bảo vệ môi trường từ sự tăng nhiệt toàn cầu Năng lượng mặt trời có thể thay đổi một phần năng lượng từ các nguồn nhiên liệu không tái tạo được Đặc biệt, trong quá trình sản xuất, lắp đặt và vận hành hệ thống điện năng lượng mặt trời về cơ bản hệ thống này không phát sinh các loại khí thải độc hại vào khí quyển.
Giảm hóa đơn tiền điện
Với hệ thống điện năng lượng mặt trời sẽ đáp ứng một số nhu cầu năng lượng của bạn với điện mà hệ thống pin mặt trời của bạn đã tạo ra, từ đó hóa đơn năng lượng của bạn sẽ giảm Hơn nữa, bên cạnh việc tiết kiệm hóa đơn tiền điện bạn còn có thể sinh lời từ chính nguồn năng lượng dư thừa khi bán lại trực tiếp cho EVN.
Tăng giá trị và thẩm mỹ cho công trình
Với việc lắp đặt hệ thống điện năng lượng mặt trời, công trình của bạn không chỉ trở nên đẳng cấp hơn mà còn tăng cao giá trị về mặt kinh tế. Nhiều nghiên cứu cho thấy, các tài sản được trang bị hệ thống điện năng lượng mặt trời có giá trị hơn nhiều so với với chi phí đầu tư ban đầu.
Hiệu quả cao chi phí bảo trì thấp
Với hệ thống điện năng lượng mặt trời các hộ gia đình và các doanh nghiệp sẽ có được khoản tiết kiệm lớn trong ngân sách chi tiêu Hê ̣thông điện năng lượng mặt trời không sư dung ăc quy do đó các doanh nghiệp không phai tôn chi phi đâu tư, bao tri, bao dương.
Ngoài ra, việc đồng hồ hai chiều mua bán điện của EVN là giải pháp lý tưởng thay thế việc đầu tư hệ thống lưu trữ điện Hệ thống luôn được các nhà sản xuất chính hãng bảo hành trong khoảng thời gian lên đến 30 năm giúp mang lại hiệu quả lâu dài về mặt kinh tế và môi trường.
Công nghệ ngành năng lượng mặt trời sẽ không ngừng cải tiến và phát triển trong tương lai Những đổi mới trong vật lý lượng tử và công nghệ nano có khả năng sẽ làm tăng công suất của các tấm pin năng lượng mặt trời lên gấp nhiều lần so với hiện nay.
Nhược điểm
Các tấm pin năng lượng mặt trời sản sinh ra điện phụ thuộc vào ánh sáng mặt trời để thu thập hiệu quả năng lượng mặt trời Do vậy, trong những ngày nhiều mây và mưa hệ thống năng lượng mặt trời sẽ sản sinh ra điện cực thấp hoặc không thể sản sinh ra điện năng vào buổi tối Tuy nhiên so với nguồn năng lượng gió thì năng lượng điện mặt trời vẫn là giải pháp có lợi hơn rất nhiều
Sử dụng nhiều diện tích không gian
Nếu mong muốn sản xuất nhiều điện thường cần sử dụng nhiều tấm pin mặt trời vì càng nhiều ánh sáng mặt trời được thu thập thì hệ thống sản sinh ra càng được nhiều điện.
Thực tế cho thấy các tấm pin mặt trời đòi hỏi nhiều không gian và một số mái nhà không đủ lớn để phù hợp với số lượng tấm pin mặt trời mà bạn muốn có, điều đó buộc bạn phải lắp thêm ở sân vườn hoặc những khu vực còn trống khác.
Tuy nhiên với sự phát triển không ngừng của ngành năng lượng tái tạo, trong tương lai gần công nghệ điện năng tái tạo cụ thể là ngành năng lượng mặt trời sẽ ngày càng phát triển - hiện đại hứa hẹn sẽ đáp ứng và giảm thiểu được những nhược điểm kể trên Chính vì thế nỗi lo không có không gian lắp đặt cũng như nhược điểm về thời tiết sẽ dần được cải thiện.
Các dạng hệ thống điện mặt trời
Hệ thống điện năng lượng mặt trời độc lập
Hệ thống điện năng lượng mặt trời hòa lưới
Hệ thống điện năng lượng mặt trời hòa lưới có dự trữ
Ta cùng tìm hiểu sơ bộ về các hệ thống này. a Hệ thống điện năng lượng mặt trời độc lập:
Là một trong ba loại điện mặt trời được phù hợp sử dụng cho những vị trí ở xa nguồn điện mạng lưới quốc gia, những nơi khó kéo điện công cộng hoặc những hộ gia đình, doanh nghiệp muốn có nguồn điện riêng để tiết kiệm chi phí và không bị phụ thuộc và nguồn điện chung Bên cạnh những ưu điểm được kể trên, thì hệ thống này mang nhược điểm về giá thành bởi chi phí đầu tư ban đầu khá cao và hiệu suất chuyển đổi điện thấp, do hệ thống ắc quy, giữa chu trình phóng và chu trình nạp bị tiêu hao rất lớn.
Nguyên lý hoạt động của hệ thống điện mặt trời độc lập là hệ thống được được lắp đặt trên mái nhà giúp hấp thu ánh nắng mặt trời và tạo ra nguồn điện sạch, lưu trữ trực tiếp vào ắc quy hoạt động độc lập mà không cần thông qua lưới điện công cộng Hệ thống sẽ bao gồm tấm pin hấp thu ánh sáng mặt trời tạo ra điện 1 chiều DC, dòng điện đi qua Điều khiển sạc năng lượng mặt trời nạp vào bộ lưu trữ thuộc bình ắc quy, điện 1 chiều từ bộ lưu trữ cung cấp trực tiếp cho thiết bị DC hay đi qua bộ chuyển đổi cung cấp thiết bị AC. b Hệ thống điện năng lượng mặt trời hòa lưới có dự trữ:
Là hệ thống có sự thiết kế tương tự như điện năng lượng mặt trời hòa lưới, nhưng sẽ có thêm bình ắc quy để lưu trữ điện, và dòng điện AC ưu tiên lưu trữ đầy vào ắc quy, còn các thiết bị khác sẽ được cung cấp bởi lưới điện, khi ắc quy đầy, dòng điện sẽ chuyển qua bộ kích điện hòa lưới và tiếp tục quy trình như điện hòa lưới, khi mất điện lưới, bộ kích điện hòa lưới sẽ lấy điện được dự trữ trong bình ắc quy, chuyển nguồn cung cấp cho các thiết bị, khi có điện lưới trở lại, bình ắc quy được nạp đầy thì hệ thống tự động chuyển sang chế độ hòa lưới bình thường Do đó hệ thống này sẽ bao gồm các thành phần chính như: tấm pin NLMT, bộ hòa lưới, đồng hồ điện, bình ắc quy.
Cũng giống như điện năng lượng mặt trời hòa lưới, hệ thống này sẽ mang tính ổn định cao, do có sự vận hành song song với lưới điện, không anh hương đên sư ôn đinh cua hê ̣thông Thiết bị này sẽ thường thich hơp để ứng dụng cho các vung thương xuyên mât điêṇ c Hệ thống điện năng lượng mặt trời hòa lưới:
Trong số các hệ thống điện năng lượng mặt trời, thì loại điện năng lượng mặt trời hòa lưới là loại thiết bị mang đến hiệu quả tiết kiệm năng lượng cao nhất cho người sử dụng., cũng như không phải bỏ chi phí ban đầu cho hệ thống ắc quy Ngoài ra hệ thống có chi phí bảo trì bảo dưỡng thấp, và hiệu quả kinh tế cao, chính vì vậy, nó được ưa chuộng và lựa chọn sử dụng nhiều nhất.
Hệ thống có tấm pin năng lượng mặt trời được lắp đặt trên mái nhà giúp hấp thu ánh nắng mặt trời và tạo ra nguồn điện sạch để hòa vào lưới điện cung cấp trực tiếp cho các thiết bị điện Để làm được điều này, nó sẽ có nguyên lý hoạt động như sau: Tấm pin hấp thu ánh sáng mặt trời tạo ra điện 1 chiều DC, điện DC đi qua bộ kích điện hòa lưới chuyển thành điện AC cùng pha, cùng tần số với điện lưới, sau đó, dòng điện AC đi đến tủ điện để cung cấp cho các thiết bị, khi điện mặt trời tạo ra nhiều hơn lượng cần thiết, điện dư sẽ được đưa lên lưới Nếu không đủ, sẽ lấy thêm điện từ lưới bù vào, để cung cấp cho các thiết bị.
So với các hệ thống còn lại, thì sản phẩm này không có cấu tạo bình ắc quy, mà chỉ có 3 thành phần chính là: Tấm pin NLMT, bộ hòa lưới, đồng hồ điện Hệ thống sẽ có tinh ôn đinh cua hê ̣thông cao, do được vận hành song song với lưới điện, không anh hương đên sư ôn đinh cua hê ̣thông.
Bên cạnh đó còn các tủ điện với nhiệm vụ bảo vệ
Tủ điện DC : gồm cầu chì DC , thiết bị lọc sét , CB DC,
Tủ điện AC : gồm CB AC , thiết bị cắt lọc sét AC ,
Tủ điện phân phối : Từ ngõ ra AC của inverter chúng ta sẽ kéo dây để đấu nối với lưới điện tại điểm hòa lưới Điểm hòa lưới thông thường sẽ là tủ điện phân phối chính của ngôi nhà.
Ta có bảng so sánh để thấy được ưu nhược điểm của từng loại hệ thống
Bảng 1 So sánh các hệ thống điện mặt trời
Nội dung HT NLMT độc lập
HT NLMT hòa lưới có dự trữ
Hiệu quả tiết kiệm năng lượng Đầu tư giá cả
Bộ điều khiển Bình ắc quy Ít nhất
Bị hạn chế công suất tiêu thụ điện do lưu trữ vào bình ắc quy
Do có bình ắc quy nên giá gấp
Bộ hòa lưới Đồng hồ điện
Không sử dụng ắc quy, cung cấp tối đa năng lượng
Bộ hòa lưới Đồng hồ điện Bình ắc quy
Do dư trư vao ắc quy nên bi giam công suât
Chi phí cao nhất do kết hợp 2 hệ thống còn lại
Giới hạn tải tiêu thụ
Do nguôn điêṇ bi han chê vê công suât va ắc quy Thấp
Không giới hạn tải tiêu thụ
Sư dung tôi ưu nguôn năng lương
Không giới hạn tải tiêu thụ
Do ắc quy co gia thanh cao
Thời gian hoàn vốn Dài
Thich hơp cho Ngắn Dài nhất Ứng dụng vung sâu vung xa, vung chưa co điêṇ lươi
Dư phong sư cô mât Cao điêṇ
Chi phi Rât Cao Ắc quy mau bao tri- hong do không bao dương đươc nap đây Thâp
Tinh ôn Lê ̣thuôc ̣ vao cương đô ̣anh đinh cua sang măṭtrơi do hê ̣thông đo không ôn đinh khi công suât tai tăng lên.
Khu vưc co điêṇ lươi tương đôi ôn đinh
Gân như bằng không
Vận hành song song với lưới điện, không anh hương đên sư ôn đinh cua hê ̣thông.
Thich hơp cho vung thương xuyên mât điêṇ
Tuôi tho Ắc quy chi tư 3-5 năm
Vận hành song song với lưới điện, không anh hương đên sư ôn đinh cua hê ̣thông.
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG
Chọn đề tài
- Đề tài: Thiết kế hệ thống điện mặt trời dùng phần mềm Pvsyst cho hộ gia đình.
Khảo sát
- Địa chỉ: Thôn Câu Đông, Xã Quang Trung, Huyện An Lão, Thành phố Hải Phòng.
- Công suất tiêu thụ trung bình hàng tháng: 431 kWh
- Công suất tiêu thụ trung bình hàng ngày: 14,37 kWh
- Vị trí lắp đặt: trên mái tôn của sân.
- Khoảng cách từ mặt đất đến vị trí lắp đặt: 3,11m
Tính chọn tấm pin
Diện tích lắp đặt hệ thống pin là: 12,69 x 4,21 = 53,42 m 2
Ta chọn tấm pin năng lượng mặt trời có catalog như Hình 1 sau:
Hình 1: Catalog tấm pin năng lượng mặt trời
Link:https://ecchcmc.com/san-pham/tam-pin-nang-luong-mat-troi- usa- sunergy-gpm-78m-hf-mono-440w/
+ Diện tích của tấm pin 400Wp là: 2,024 x 1,004 = 2,032 (m2)
+ 1kWp sẽ cần diện tích:
+ Cộng thêm với phần diện tích khoảng hở để làm vệ sinh giàn pin hoặc phần tách các dãy pin chúng ta sẽ làm tròn lên 6 m2/kWp.
+ Mái của hộ gia đình có diện tích là 53,42 m2, nên ta có công suất của giàn pin:
+ Sử dụng pin mặt trời loại 400Wp nên ta cần sử dụng số tấm pin là: 8,9 0,4 22,25 (tấm pin)
Hệ thống 22 tấm pin 400Wp với tổng công suất là 8,8kWp sẽ phù hợp với hộ gia đình.
+ Sơ đồ thiết kế pin sơ bộ:
Chú thích: - phần mái tôn của hộ gia đình.
- tấm pin năng lượng mặt trời.
Tính chọn inverter
+ Hệ thống 22 tấm pin 400Wp sẽ có tổng công suất là 8,8kWp từ đó ta tính công suất inverter như sau:
Lựa chọn cấp inverter gần nhất là 7,5kW.
+ Ta lựa chọn inverter có catalogue như sau:
Link:http://nalutata.com/bo-hoa-luoi-inverter-8kw-3pha-thinkpower-cho- he- thong-nang-luong-mat-troi.html?fbclid=IwAR2K- kz7W29b3OOsZqySX5oklW_KwWvgeF9LYta_cxw88soSUaRBmduhRso
Tính toán số lượng string.
Số lượng tấm pin tối đa trên 1 string có thể đấu vào inverter:
Như vậy 22 tấm pin sẽ chia làm 2 string ( Mỗi string 11 tấm pin ) để kết nối vào inverter
Thông số của 1 tấm pin: Pmax = 400W, I SC = 10,31A, V OC = 49,7V, Impp 9,85A, Vmpp = 40,6V
Kiểm tra điện áp tối đa của hệ thống: Voc-pv < Vdcmax-inv
Như vậy hệ thống thỏa mãn điều kiện điện áp tối đa
Kiểm tra dòng điện tối đa cho phép cửa vào
Inverter: Isc < Imax-input-inv
Như vậy hệ thống thỏa mãn điều kiện dòng điện tối đa cho phép cửa vào inverter.
Tính chọn cầu chì
- Theo cách nắp đặt chuỗi pin trong inverter nên ta không cần chọn cầu chì.
Tính chọn dây dẫn
Tính chọn dây theo tiết diện dây dẫn
+ Ta có: thời gian nắng mỗi ngày khoảng 10h; mỗi tháng là 25 ngày nắng bình thường
+ Chọn cáp ruột đồng cách điện cao su.
+ Tra catalogue inverter ta đc I max = 15A.
Tối thiểu chọn dây có tiết diện ta chọn dây 10mm 2 Tính dây dẫn bằ̀ng Tool ta được:
Chọn CB
Chọn Aptomat cho tủ điện DC Điện áp cho mỗi đầu cực: 1,2 x Voc = 1,2 x 546,7 = 656V
Dòng điện định mức cho CB: 1,25 x Isc = 1,25 x 10,31 12,89A Chọn aptomat aptomat có thông số như sau:
Link:https://suntree.vn/san-pham/dc-suntree-2p-800v/
Chọn aptomat cho tủ AC + Điện áp = U out-inv = 400VAC +
Link:https://beeteco.com/cb-tep-mcb-fuji-electric-bc63e0c-016.html? gclid=CjwKCAiAn5uOBhADEiwA_pZwcPztVOjJfGlYIq3YqMOqUoFQO _1xSdNxmNrFs_Yqq6uNomYYBV7z5hoCLykQAvD_BwE
Chống sét
Chọn thiết bị chống sét DC
Chọn thiết bị chống sét:
Link: https://shopee.vn/Ch%E1%BB%91ng-s%C3%A9t-lan-truy%E1%BB
%81n-DC-FEEO-800VDC-v%C3%A0-1000VDC-i.86755573.4436815893 Chọn thiết bị chống sét AC
+ Điện áp = U out-inv = 400VAC
Chọn thiết bị Chống sét lan truyền 3P+N 45kA 400V [EZ9L33745]
Link: https://hoahoaonline.com/products/ez9l33745-easy9-surge-arrestor-t2- 3p-n-20ka-400v? variant78017857&source=googleshop&gclid=CjwKCAiAn5uOBhADEiwA_pZwcIDkbPWIyZsHGdca0i77vSEPgf96DYJu4JOqVNChTdy2zLcE2iNz8RoCiesQAvD_BwE
Tính toán khung giá đỡ
Chân đế khung giá đỡ pin năng lượng mặt trời Chất liệu: Nhôm AL6005-T5
Chịu được sức gió 60m/s, lực tác động 1,4KN/m2
Tiêu chuẩn: AS / NZS 1170.2 & JIS C 8955: 2011
Với 22 Tấm Pin – Ta cần 22 bộ giá đỡ pin
Kiểm tra trên PVSyst
Giao diện chính của phần mềm PVSyst
Bước 1: Khởi động phần mềm PVSyst chúng ta chọn mục "Project design"
Bước 3: Chọn "Reinitialize the new project" và đặt tên dự án
Bước 4: Chọn Choose site để tạo một file dữ liệu dự án thiết kế
Bước 5: Chọn New để tạo mới một trang
Bước 6: Vào Google Map, nhập địa chỉ bạn muốn thiết kế, Click vào dấu đỏ địa điểm để lấy kinh độ và vĩ độ địa điểm
Bước 7: Coppy kinh độ, vĩ độ và dán vào khung Locality và chọn Search Sau đó bấm Import
Bước 8: Đặt tên site name, chọn nước Vietnam/ vùng Asia Ở Meteo data import
(dữ liệu bức xạ đầu vào) chọn Meteonorm 7.2 và bấm Import
Bước 9: Ở mục Irradiation Units: chọn đơn vị hiển thị là kWh/m2.day sau đó bấm OK
Bước 10: Lưu file dữ liệu bức xạ "Câu Đông_MN72" bằng cách ấn nút Save, tiếp tục ấn OK, Nhấn Có sau đó click OK
Bước 13: Trở lại giao diện chính, vào mục Preliminary Design Chọn Grid-
Connected (Hệ thống điện mặt trời hòa lưới)
Bước 14: Chọn Site and Meteo
Bước 15: Tại mục Site, chọn Site đã tạo ở phần 1, Sau đó nhấn chọn O
Bước 17: Thiết lập thông số
Bước 18: nhấp vào Show Optimisation để hiển thị chi tiết hơn Dựa vào đồ thị, các bạn có thể biết được góc nghiêng và góc xoay dự kiến sẽ lắp đặt giàn pin ảnh hưởng như thế nào đến hiệu suất của hệ thống thông qua thông số "Loss/opt" tính bằng đơn vị
Các loại tấm pin khác
Mái bằ̀ng (mái bê tông)
Mái ngói hoặc mái tôn
Công nghệ thin film Đặt trên giàn khung có cao độ lớn so với mặt bằ̀ng lắp đặt
Lắp trên giàn khung đặt gần sát mặt bằ̀ng lắp đặt Lắp áp sát mái
Bước 19: Khai báo các thông tin và bấm OK
Bước 21: Click vào biếu tượng này để xem lượng bức xạ theo phương ngang và bức xạ nhận được trên bề mặt các tấm pin
Bước 22: Click vào biểu tượng này để xem lượng điện phát ra từ hệ thống
Bước 23: Click vào biểu tượng này để xem thông số của hệ thống
Bước 24: Click vào biểu tượng này để tính toán về mức độ hoàn vốn của hệ thống
Bước 25: Bấm Save để lưu dự án
Bước 26: Chọn Print để xuất file báo cáo định dạng PDF
Bước 27: Chọn Save để xuất file báo cáo định dạng PDF
A: Chúng ta sẽ được bản báo cáo sơ bộ hệ thống hòa lưới
Tiếp theo, chúng ta sẽ đi tính toán chi tiết hệ thống hòa lưới trên phần mềm tính toán năng lượng mặt trời Pvsyst:
Bước 28: Ở giao diện chính chọn Project design, sau đó chọn Grid-Connected
Bước 29: Đặt tên tại phần File Name và Project's name Ở phần Site File chọn mục đã tạo ở phần 1
Bước 30: Tiếp theo, điền vào các trường thông số về hướng lắp đặt giàn pin bằng cách click vào "Orientation"
Bước 31: Điền các chỉ số của giàn pin
Bước 32: Tiếp theo chọn "System" để chỉnh sửa cấu hì̀nh tấm pin và inverter
Bước 33: Chọn hãng pin ở mục "Select the PV Module", chọn Inverter trong mục "Select the inverter" - lựa chọn số lượng tấm pin, chia dãy phù hợp với công suất Inverter Lưu ý: ở mục "Pnom Ratio" - hệ số quả tải không nên để vượt qua 1.1% Sau khi thiết lập các thông tin xong Bấm OK
Bước 36: Phần mềm yêu cầu save dữ liệu mô phỏng, chúng ta chọn “Yes” Điền tên vào mục “Description” sau đó chọn Save
Bước 37: Nhấp vào "Report" để xem dữ liệu báo cáo mô phỏng.
BÁO GIÁ
STT Tên SP Số Lượng Giá Thành Tiền
Qua quá trình học tập và được sự chỉ dạy tận tình của cô : Nguyễn Thanh Vân giảng viên khoa điện – điện tử trường Đại Học Hàng Hải Việt Nam Cụ thể là trong môn học năng lượng và tái tạo Qua đó chúng em đã có những cái nhìn tổng quan hơn về năng lượng sạch đang có những bước tiến, tăng trường nhanh tới mức nào Cùng với đó là những công nghệ ngày một được cải tiến cũng như được cô tìm hiểu những nền công nghệ mới nhất để cho chúng em được tiếp cần dần với nó Nhận thấy đây cũng như là một mảng ngành nghề mới là chúng em có thể phát triển sau khi ra trường cũng như hiện tại Trong Quá trình giảng dạy đó cô đã đưa ra được những kiến thức căn bản, tối thiểu để chúng em có thể tự thiết kế được một mạng điện lưới năng lượng mặt trời nhỏ cho hộ gia đình.
Trong quá trình làm bài so ra thực rất có thể có những sai sót, rất mong được sự chỉ dẫn và góp ý từ cô.
Chúng em xin chân thành cảm ơn!
Nhóm sinh viên thực hiện. Đào Xuân Chiến Đặng Như Chiến Đào Trọng Khoa
Lê Mạnh Cường Thân Công Hải
