Thiết Kế, Lắp Đặt Và Đánh Giá Hiệu Quả Sử Dụng Hệ Thống Điện Năng Lượng Mặt Trời Hịa Lưới Áp Mái Quy Mơ Hộ Gia Đình.pdf

i ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA LÊ ĐỨC DŨNG THIẾT KẾ, LẮP ĐẶT VÀ ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ SỬ DỤNG HỆ THỐNG ĐIỆN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI HÒA LƯỚI ÁP MÁI QUY MÔ HỘ GIA ĐÌNH LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Đà[.]

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA LÊ ĐỨC DŨNG THIẾT KẾ, LẮP ĐẶT VÀ ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ SỬ DỤNG HỆ THỐNG ĐIỆN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI HỊA LƯỚI ÁP MÁI QUY MƠ HỘ GIA ĐÌNH LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Đà Nẵng, 03/2019 i ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA LÊ ĐỨC DŨNG THIẾT KẾ, LẮP ĐẶT VÀ ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ SỬ DỤNG HỆ THỐNG ĐIỆN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI HÒA LƯỚI ÁP MÁI QUY MƠ HỘ GIA ĐÌNH Chun ngành: Kỹ thuật điện Mã số: 60520202 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Người hướng dẫn khoa học: TS DƯƠNG MINH QUÂN Đà Nẵng, 03/2019 ii LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi Trong luận văn có trích dẫn số tài liệu chuyên ngành điện Việt Nam, số tổ chức khoa học giới hệ thống lượng mặt trời số liệu, kết nghiên cứu luận văn trung thực chưa cơng bố cơng trình khác Tác giả luận văn Lê Đức Dũng iii MỤC LỤC MỤC LỤC .iv DANH MỤC CÁC BẢNG vii DANH MỤC CÁC HÌNH viii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT x MỞ ĐẦU 1 Đặt vấn đề .1 Mục đích nghiên cứu Đối tượng phạm vi nghiên cứu a) Đối tượng nghiên cứu b) Phạm vi nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Ý nghĩa thực tiễn khoa học đề tài .2 Cấu trúc luận văn .2 CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI VÀ CÁC CHÍNH SÁCH HỖ TRỢ .3 1.1 Tổng quan xu hướng phát triển điện mặt trời giới .3 Tổng quan lượng mặt trời: Xu hướng phát triển điện lượng mặt trời Chỉ số giá thị trường giới pin mặt trời: .5 1.2 Các quy định sách hỗ trợ phủ ngành điện lượng mặt trời Các quy định chung sách hỗ trợ chung: Các quy định chung sách hỗ trợ hệ thống điện mặt trời áp mái nhà .7 1.3 Cơ sở lý thuyết lượng mặt trời Giới thiệu lượng mặt trời Bức xạ mặt trời Tính tốn xạ lượng mặt trời 11 Các ứng dụng lượng mặt trời 17 1.4 Phân tích tiềm năng, thực trạng ứng dụng nguồn lượng mặt trời trạng sử dụng lượng hộ gia đình lắp đặt PV 17 Tiềm nguồn lượng mặt trời .17 Tình hình phát triển ứng dụng điện lượng mặt trời Việt Nam 19 Thực trạng ứng dụng điện lượng mặt trời tỉnh Quảng Bình 20 1.5 Hiện trạng sử dụng lượng hộ gia đình lắp đặt PV 22 Địa điểm thiết kế lắp đặt: 22 Thơng số phụ tải 22 Nguồn điện cung cấp: 23 1.6 Kết luận: 24 CHƯƠNG 25 CÁC MƠ HÌNH BIẾN ĐỞI NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI THÀNH ĐIỆN NĂNG .25 iv 2.1 Mơ hình biến đổi lượng mặt trời thành điện 25 Mô hình biến đổi độc lập khơng kết lưới .25 Mơ hình biến đổi có kết lưới 27 2.2 Các bước tính tốn thiết kế hệ thống biến đổi lượng mặt trời thành điện 28 Các lưu ý 28 Các thông số cần thiết để thiết kế hệ thống điện mặt trời 28 Các bước thiết kế 29 2.3 Kết luận 33 CHƯƠNG 34 THIẾT KẾ HỆ THỐNG 34 PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI VÀ MÔ PHỎNG TRÊN PHẦN MỀM PVSYST .34 3.1 Tính tốn thiết kế hệ thống pin lượng mặt trời: 34 Lựa chọn mơ hình biến đổi lượng mặt trời thành điện .34 Xác định vị trí lắp đặt quy mơ cơng suất .34 3.2 Lựa chọn giải pháp công nghệ: 36 Hệ thống pin 36 a) Lựa chọn loại pin sử dụng 36 b) Bố trí hướng lắp hệ thống pin mặt trời: 37 c) Hệ thống khung giàn giá đỡ: 39 Bộ biến đổi điện mặt trời .40 Giải pháp thu thập liệu từ xa: 43 3.3 Tổng hợp phương án tính tốn, thiết kế 45 3.4 Kết luận 46 CHƯƠNG 47 MÔ PHỎNG HỆ THỐNG PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI, PHÂN TÍCH KẾT QUẢ TÍNH TỐN CHI PHÍ 47 4.1 Mô hệ thống pin lắp đặt 47 Giới thiệu phần mềm Pvsyst 47 Mô hệ thống pin lượng mặt trời lắp đặt 47 a) Thông số trắc quang nhiệt độ xạ 47 b) Mô hệ thống pin lắp đặt 48 c) Thông số tổn thất cài đặt phần mềm 48 d) Cấu hình hệ thống phần mềm 52 4.2 Kết mô 53 Quá trình làm việc hệ thống 53 Sản lượng điện hiệu suất 55 a) Sản lượng điện thu hiệu suất 55 b) Tổn thất hệ thống 58 c) Sản lượng điện thu tổn hao toàn hệ thống: 60 4.3 Tổng mức đầu tư hệ thống pin mặt trời 60 Chi phí đầu tư xây dựng .60 Phân tích tính hiệu kinh tế hệ thống pin mặt trời 61 v 4.4 Kết luận 62 CHƯƠNG 5: LẮP ĐẶT, THU THẬP DỮ LIỆU VÀ ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ HỆ THỐNG PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI 63 5.1 Lắp đặt hệ thống pin lượng mặt trời 63 5.2 Thu thập liệu hệ thống pin lượng mặt trời phụ tải tiêu thụ: 65 Các liệu thu thập hệ thống lượng mặt trời: 65 Các liệu thu thập phụ tải: 68 5.3 Đánh giá hệ thống pin lượng mặt trời 70 Đánh giá kết mô phần mềm PVsyst thực tế vận hành hệ thống lượng mặt trời lắp đặt: 70 Đánh giá thông số kỹ thuật: 71 Đánh giá hiệu tài chính: 72 Đánh giá hiệu kinh tế - xã hội: 75 5.4 Kết luận: 76 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .77 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 79 PHỤ LỤC .80 vi DANH MỤC CÁC BẢNG Số hiệu bảng Tên bảng Trang 1.1 Chỉ số giá thị trường giới pin mặt trời 1.2 Chỉ số giá thị trường giới pin mặt trời 1.3 Lượng xạ tổng cộng tháng năm (kWh/m2) 17 1.6 Bức xạ tổng cộng tháng năm tính theo công thức thực nghiệm Berland (kWh/m2) Bức xạ tổng cộng trung bình ngày theo tháng năm(kWh/m2/ngày) Số nắng tháng năm trung bình nhiều năm (giờ) 1.7 Bảng số liệu thống kê phụ tải trung bình ngày 22 1.8 Bảng số liệu thống kê phụ tải thực tế 23 2.1 Bảng số liệu thống kê phụ tải 28 2.2 Tiết diện dây chọn lựa 33 3.1 Thông số pin 36 3.2 Thông số kỹ thuật biến đổi điện mặt trời MG2KTL 41 3.3 Các thơng số kỹ thuật hệ thống mặt trời 46 4.1 Một số thơng số hệ thống 53 4.2 Thông số cụ thể sản lượng điện phát nhóm pin 57 4.3 Thồng kê tổn thất nhóm pin 59 4.4 Sản lượng điện sản xuất tổn hao toàn hệ thống 60 4.5 Tổng chi phí đầu tư xây dựng 60 5.1 Bảng chốt số công tơ chiều 69 5.2 Sản lượng điện hệ thống điện mặt trời tạo 70 5.3 Cảnh báo trình vận hành hệ thống thực tế 72 5.4 Đánh giá tiêu đo đạc 72 5.5 Sản lượng điện lượng mặt trời 73 5.6 Thống kê chốt sản lượng điện hóa đơn tiền điện chi trả 73 5.7 Kinh phí thu từ sản lượng điện lượng mặt trời hòa lưới 74 1.4 1.5 vii 18 18 18 DANH MỤC CÁC HÌNH Số hiệu hình 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 1.10 1.11 1.12 1.13 1.14 1.15 1.16 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 3.8 3.9 3.10 3.11 4.1 Tên hình Trang Xu hướng lắp đặt điện mặt trời giới giai đoạn 2005-2015 Xu hướng lắp đặt điện mặt trời giới giai đoạn 2006-2016 Bên mặt trời Sự thay đổi nhiệt độ theo độ cao tầng khí Dải xạ điện từ Góc nhìn mặt trời Q trình truyền lượng xạ mặt trời qua lớp khí Trái đất Vị trí Trái đất Mặt trời thay đổi năm Quan hệ góc hình học tia xạ mặt trời mặt phẳng nghiêng Sơ đồ phân bố thành phần xạ khuếch tán Các thành phần xạ lên bề mặt nghiêng Bức xạ trực xạ bề mặt nằm ngang nghiêng Sơ đồ nguyên lý nhà máy điện mặt trời PV nối lưới Lễ động thổ nhà máy điện mặt trời PV nối lưới PV nối lưới áp mái nhà PV độc lập cấp điện cho xã Thượng Hóa huyện Bố Trạch Hai mơ hình sử dụng hệ thống PV độc lập Mơ hình biến đổi độc lập Hệ thống PV độc lập có nguồn lưu trữ Hệ thống PV có nguồn cấp dự phịng Mơ hình hệ thống PV độc lập kết hợp với điện lưới Mơ hình hệ thống PV liên kết với điện lưới Góc nghiêng β hệ thống Sơ đồ khối hệ thống điện mặt trời Bộ chuyển đổi DC-AC Mơ hình hệ thống cung cấp điện từ lượng mặt trời Mặt vị trí khảo sát lắp đặt pin Cách thức đặt pin Hình ảnh thực tế lắp đặt gồm 02 dãy pin nối tiếp (mỗi dãy tấm) Các chi tiết lắp đặt hệ thống pin Sơ đồ đấu chi tiết Sơ đồ nguyên lý Công tơ điện tử pha DT01M80 Mơ hình hệ thống RF Spider Website RF-Spider Giải pháp truyền thông giám sát cho hệ thống điện lượng mặt trời hòa lưới Địa điểm lắp đặt pin 4 9 10 viii 11 12 13 15 16 17 21 21 22 22 25 25 26 26 27 27 29 29 32 34 35 38 38 39 42 43 43 44 44 45 47 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 4.7 4.8 4.9 4.10 4.11 4.12 4.13 4.14 4.15 4.16 4.17 4.18 4.19 4.20 4.21 5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 5.6 5.7 5.8 5.9 5.10 5.11 5.12 Dữ liệu xạ nhiệt độ vị trí lắp đặt Mơ góc nghiên lắp đặt hệ thống pin Hệ số tổn thất nhiệt Tổn thất điện trở dây điện Tổn thất chất lượng module pin quang điện Tổn thất vết bẩn hệ thống pin Tổn thất phản xạ điều chỉnh góc tới Tổn thất điện phụ Tổn thất lão hóa chất lượng pin quang điện Thơng số cấu hình hệ thống Biểu đồ phân bố lượng lượng xạ năm theo giá trị ngày Biều đồ phân bố công suất đầu hệ thống pin quang điện hệ thống biến tần năm Phân bố điện áp đầu mảng pin quang điện Sản lượng điện cung cấp cho tải ngày năm Sản lương điện trung bình ngày (trên 1kWp lắp đặt) qua tháng Hiệu suất chuyển đổi hệ thống qua tháng Tỷ lệ tổn thất hệ thống Biểu đồ tổn thất Tỷ trọng đầu tư Đồ thị dòng lũy kế Các module pin quang điện ray Hệ thống đo đếm, bảo vệ, tủ điện Pin quang điện sau hoàn tất lắp đặt Tần số ngày 08/08/2018 Điện ngày 08/08/2018 Điện áp PV điện áp lưới Dòng điện chiều pin Dòng điện xoay chiều Inverter Công suất Inverter Sản lượng điện mặt trời tháng 255,3kWh Webside tra cứu thông tin điện Biểu đồ sản lượng điện thu mô thực tế ix 48 48 49 49 50 50 51 51 52 52 53 54 55 55 56 56 57 58 61 62 63 64 65 65 66 66 67 67 68 68 70 71 DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT Từ viết tắt NLMT ĐMT EVN DC AC SPV CSP STE TBA PV OPF C-O CPC EMEC RF-Mesh THD IAM Tên Tiếng Việt Năng lượng mặt trời Điện mặt trời Tập đoàn điện lực Việt Nam Dịng điện chiều Dịng điện xoay chiều Cơng nghệ quang điện Công nghệ hội tụ lượng mặt trời Công nghệ nhiệt mặt trời Trạm biến áp Điện mặt trời Hệ thống điều khiển tối ưu trào lưu cơng suất Hệ thống đóng - cắt Trung tâm sản xuất thiết bị đo điện tử Điện lực miền Trung Công nghệ không dây theo kiểu mắt lưới Hệ số sóng hài Độ nghiêng lắp đặt x dàn pin khoảng 80m2 Vị trí dự kiến lắp đặt dàn Pin nằm mái nhà lợp ngói hướng nam, có góc nghiêng 300, vị trí khơng bị che khuất ánh nắng mặt trời Hình 3.2 Mặt vị trí khảo sát lắp đặt pin Với vị trí lắp đặt chọn lựa trên, bỏ qua ảnh hưởng góc nghiêng dàn pin mặt trời hiệu ứng nhiệt độ, công suất đỉnh dàn pin mặt trời xác định theo công thức: (3.1) I E E wp = ng IT η Trong đó: + I0=1000 W/m2 = kW/m2, xạ mặt trời điều kiện tiêu chuẩn +  = hiệu suất tổng thể hệ thống bao gồm: điều khiển, biến đổi, hiệu suất phóng nạp điện kho ắc quy,  = 0,8 + Eng = 10.788 W từ số liệu tính tốn phụ tải + IT = 4,285 kWh/m2, xạ mặt trời trung bình ngày khu vực Thành phố Đồng Hới tỉnh Quảng Bình lấy trung bình (Theo nguồn NASA 4,03 kWh/m2 METEONOM 4,54 kWh/m2 Quảng Bình) Từ cơng thức trên, ta tính cơng suất đỉnh dàn pin mặt trời hệ thống cấp điện cho phụ tải hộ tiêu thụ: E 1000.10788  3.147Wp wp 4285.0,8 = Theo số liệu phụ tải sử dụng theo ngày hộ gia đình, điện tiêu thụ ban ngày chiếm 2/3 tổng lượng điện tiêu thụ Tương ứng với với: Qwp =2/3Ewp =2.098 Wp Trên sở diện tích vị trí khảo sát lắp đặt dàn Pin lượng mặt trời mái nhà hộ gia đình, chọn cơng suất đỉnh dàn pin mặt trời hệ thống cấp điện 2,16 kWp, cấp điện cho phụ tải hộ gia đình Những ưu nhược điểm phương thức lắp đặt hệ thống pin quang điện lắp áp mái chọn: - Ưu điểm: Chi phí đầu tư thiết bị lắp đặt hệ thống Pin giảm tận dụng 35 mái nhà để lắp áp hệ thống Pin quang điện Giá trị tổn thất vết bẩn giảm, yếu tố độ cao tòa nhà độ nghiêng mái nhà phù hợp cho việc tiêu tan vết bẩn - Nhược điểm: Hệ số tản nhiệt Pin giảm Phát sinh thêm tổn thất hướng lắp đặt Pin không điều chỉnh hướng Pin 3.2 Lựa chọn giải pháp công nghệ: Hệ thống pin a) Lựa chọn loại pin sử dụng Đối với hệ thống phát điện pin mặt trời nối lưới việc lựa chọn pin mặt trời có cơng suất lớn, điện áp cao đế giảm số mối nối dãy cần thiết Việc lựa chọn dựa nhiều yếu tố: diện tích mặt giao, chủng loại pin, nguồn vốn, cấu vốn, lãi vay, đế định loại pin cho đạt hiệu cao mặt kỹ thuật kinh tế, pin có hiệu suất cao giá đắt Lựa chọn pin lượng mặt trời loại Poly 270 W dòng tiêu chuẩn (Standard) sản xuất hãng Candian Solar Có ưu điểm sau: Tiện lợi thi công, lắp đặt: Tại dự án với số lượng nhân ít, kích thước nhỏ gọn pin giúp nhân công khn vác được, thuận tiện cơng tác thi công, lắp đặt Dễ dàng vận chuyển lắp đặt cao: Đối với địa điểm lắp đặt cao, kích thước lý tưởng pin giúp q trình vận chuyển nhanh chóng thuận lợi Phù hợp với vị trí lắp đặt phức tạp: Ở bề mặt lắp đặt không phẳng, pin loại 270 W giúp kỹ sư dễ dàng thiết kế, thi công, tăng độ phủ pin bề mặt lắp đặt, nhờ hệ thống đạt hiệu suất cao Bảng 3.1 Thông số pin CS6P Công suất cực đại Điện áp điểm công suất đỉnh Dịng điện cơng suất đỉnh Điện áp hở mạch Dịng ngắn mạch Hiệu suất quang mơđun Ngưỡng nhiệt độ vận hành Ngưỡng điện áp cực đại Tiêu chuẩn chống cháy Dịng cực đại cầu chì Phân loại Dung sai công suất Thông số điều kiện chuẩn 270 P 270 W 30.8 V 8.75 A 37.9 V 9.32 A 16.50% -40°C ~ +85°C 1000 V (IEC) hay 1000 V (UL) Loại (UL 1703) hay Hạng C (IEC) 61730 15 A Hạng A ~ +5 W * Trong điều kiện tiêu chuẩn, xạ mặt trời 1000W/m2, áp suất khí 1.5AM, 36 nhiệt độ mơi trường 25 độ C Thông số kỹ thuật điều kiện thường CS6P 270 P Công suất cực đại 196 W Điện áp điểm công suất 28.1 V đỉnh Dịng điện cơng suất 6.97 A đỉnh Điện áp hở mạch 34.8 V Dòng ngắn mạch 7.55 A * Trong điều kiện bình thường, xạ mặt trời 800 W/m2, áp suất khí 1.5 AM, nhiệt độ mơi trường 20 độ C, tốc độ gió 1m/s Thơng số kỹ thuật khí Loại tế bào quang điện Poly-crystalline, inch Cell 60 (6 x 10 ) Kích thước 1650x992x40 mm (65.0x39.1x1.57 in) Cân nặng 18.2 kg (40.1 lbs) Kính mặt trước 3.2 mm kính cường lực Chất liệu khung Nhôm mạ Hộp đấu dây IP67, đi-ốt 4mm2 (IEC) mm2 & 12 AWG 1000 V (UL), 1000 Cáp điện mm (39.4 in) Jack kết nối T4 series or PV2 series Quy cách đóng gói 26 tấm, 520 kg (số lượng trọng lượng kiện hàng) Số container 728 tấm/1 container Thông số nhiệt độ Hệ số công suất -0.41 % /độ C Hệ số điện áp -0.31 % / độ C Hệ số dòng điện 0.053 % / độ C Nhiệt độ vận hành cell 45 + độ C Others DC Terminal MC4 VDE-AR-N4105，G83/2， AS4777/3100，CQC Certifications EN61000-6-1:4，EN61000-3-2:3，EN61000-11:12；IEC 62109-1:2010 Số lượng Pin mặt trời dự kiến lắp đặt: Đối với hệ thống lượng mặt trời thiết kế trình bày trên, suất cần lắp khoảng 2,16kWp, số lượng pin cần thiết: Npin = Qwp / Pđmpin = 2.160/270 = Dựa vào đó, diện tích sơ cần thiết để lắp đặt hệ thống pin: S = Spin× 240 = (1,650×0,992) × = 13 m2 b) Bố trí hướng lắp hệ thống pin mặt trời: Với diện tích lắp đặt khoảng 13 m2, hệ thống PV gồm 08 pin mắc nối 37 tiếp thành 02 dãy, dãy 04 Các dãy PV gắn giàn gá lắp thiết bị, góc nghiêng giàn gá lắp thiết bị theo mái ngói sẵn có ngơi nhà góc nghiêng 300, góc phương vị 00 mái nghiêng hướng Nam Hình 3.3 Cách thức đặt pin Hình 3.4 Hình ảnh thực tế lắp đặt gồm 02 dãy pin nối tiếp (mỗi dãy tấm) Kích thước thực tế hệ thống pin lắp đặt lấy theo thông số tính tốn trên: Chiều dài: D = 0,992×4 = 3,968 m Chiều rộng: R = 1,650 ×2 + 0.3 = 3,6 m - Diện tích lắp đặt thực tế: S = 3,968×3,6 = 14,3 m2 Vậy, Số lượng pin diện tích lắp đặt trên, 08 pin mặt trời công suất 270 Wp tổ hợp thành 02 dãy, dãy 04tấm đấu nối tiếp tạo thành hệ thống có cơng suất 2,16 Kwp với tổng diện tích lắp đặt 14,3 m2 38 Hệ thống có cơng suất lắp đặt 2,16kWp, điện áp làm việc lớn đạt 246,4VDC, dòng làm việc lớn đạt 8,75ADC Từ thông số này, chuyển đổi chọn lựa c) Hệ thống khung giàn giá đỡ: Công nghệ lắp cố định pin theo hướng dịnh: Đây cấu hình lắp đặt đơn giản nhất, chi phí lắp đặt bảo dưỡng thấp cho hệ thống điện mặt trời áp mái Các pin lắp đặt cố định cho hướng tám PV nhận lượng xạ mặt trời nhiều Ta thấy hệ thống pin lắp cố định theo góc nghiêng có nhu cầu sử dụng đất thấp nhất, hệ thống đơn giản lắp đặt phổ biến phù họp với điều kiện nhiều mưa bão tỉnh Quảng Bình Do đó, lựa chọn công nghệ lắp đặt pin theo dạng cố định cho hệ thống điện mặt trời áp mái nối lưới hộ gia đình Phần khung nhơm chun dụng: Đây phần khung giúp liên kết chắn pin với hệ thống khung giá đỡ bên Phần khung nhôm dược thiêt kế riêng phục vụ cho lắp đặt hệ thống NLMT, bao gồm chi tiết liên kết ray chính, ngàm nối ray, ngàm giữa, ngàm cuối, chân L mái tơn, Hook mái ngịi Việc sử dụng nhôm phụ kiện chuyên dụng vừa đảm bảo liên kết chắn vừa tạo độ thẩm mỹ cao, vừa rút gắn thời gian lắp đặt Hình 3.5 Các chi tiết lắp đặt hệ thống pin Việt Nam bán cầu Bắc, mặt trời nằm đường xích đạo, muốn nhận nhiều ánh nắng mặt trời hệ thống pin phải lắp hướng phía Nam cần 39 có góc nghiêng so với phương nằm ngang tối ưu từ 10° - 30° độ dốc nghiêng thấp dần từ Bắc vào Nam Vì vậy, pin hộ thống điện mặt trời lắp mái nhà hộ gia đình nên lắp đặt hướng hướng Nam có độ nghiêng từ 10° - 20° so với phương nằm ngang đế đảm bảo hiệu làm việc hệ thống Tuy nhiên, phần mái ngơi nhà thường mái ngói mái tơn với hệ thống đỡ Dầm Xà gồ, mái hướng theo nhiều hướng khác nên lắp hồn tồn hướng Nam Tùy cơng trình mà có thiết kế phù hợp với trạng mái nhà nhằm dảm bảo hiệu suất hoạt động hệ thống điện mặt trời áp mái Ngoài ra, khu vực miền Trung thường xuyên chịu ảnh hưởng bão nên hệ thống khung giàn, giá đỡ phải thử nghiệm chịu điều kiện khí hậu gió bão khu vực để đảm bảo kết cấu an toàn thẩm mỹ cho nhà Bộ biến đổi điện mặt trời Hệ thống Pin mặt trời biến đổi xạ thành điện chiều, cần có thiết bị để chuyển đổi điện chiều từ pin thành điện xoay chiều để đấu nối vào lưới điện Inverter có loại Inverter phân tán Inverter trung tâm Inverter trung tâm: dùng để chuyển đổi điện áp chiều từ pin mắc nối tiếp điện áp xoay chiều Thường có cơng suất lớn điện áp chiều đầu vào cao pin mắc nối tiếp nhau: + Ưu điểm: Chi phí cho Inverter thấp: Các Inverter tập trung thường có cơng suất đầu vào cao nhiều so với Inverter phân tán nên số lượng Inverter cần thiết cho hệ thống ít, từ giảm chi phí đầu tư ban đầu Dễ lắp đặt thay cần thiết Thời gian lắp đặt ít: Vì sổ lượng Inverter nên thời gian cho lắp đặt thay cần thiết + Nhược điểm: Dễ bị ảnh hưởng việc vài pin hệ thống bị che bóng: Một pin hệ thống bị che bóng ảnh hưởng lớn đến công suất hoạt động hệ thống Một pin bị hỏng ảnh hưởng đến hoạt động hệ thống: Đối với hệ thống sử dụng Inverter tập trung, thường có nhiều chuỗi pin đấu vào Inverter Một pin chuỗi bị hỏng chuỗi khơng tạo điện pin mắc nối tiếp Tạo nguy an toàn: Điện áp DC chuỗi đầu vào Inverter lớn, tạo nguy tai nạn điện thao tác đấu nối không Suy hao công suất truyền tải dịng DC lớn khống cách từ dàn pin Inverter lớn Trong giai đoạn công nghệ Inverter phân tán chưa phát triển mạnh Do đó, cơng trình điện mặt trời áp mái nên sử dụng Inverter trung tâm với hiệu suất chuyển đổi DC/AC lớn 95% để đảm bảo hiệu dầu tư thuận lợi cho công tác quản lý vận hành Tác giả lựa chọn Bộ inverter hòa lưới iMars MG pha 220V thương hiệu INVT, dòng MG pha ứng dụng phổ biến cho hộ gia đình Sản phẩm thiết kế gọn nhẹ, giao diện dễ cài đặt vận hành Sản phẩm phát triển tảng công nghệ Đức, hoạt động ổn định với hiệu suất đến 98% 40 Bảng 3.2 Thông số kỹ thuật biến đổi điện mặt trời MG2KTL Model MG2KTL Công suất DC đầu vào tối đa (W) 2200 Điện áp DC tối đa (V) 450 Điện áp khởi động (V)// điện áp làm việc tối thiểu (V) 120/100 Điện áp hoạt động MPPT(V) 100-410 Số lượng MPPT 1/1 Dòng điện danh định (A) 16 Cầu dao DC Tùy chọn Đầu (AC) Công suất danh định (W) 2000 Dòng điện AC tối đa (A) Dãi điện áp AC 230/180~277Vac Phù hợp với chuẩn VDE-AR-N4105, G83/2, C10/11, TF3.2.1, AS4777/3100 Tần số lưới điện 50Hz(44~55Hz) / 60Hz(54~65Hz) Phù hợp với chuẩn VDE-AR-N4105, G83/2, C10/11, TF3.2.1, AS4777/310 Hệ số cơng suất ≥0.99（Có thể điều chỉnh） THD < 3% （Công suất danh định） Đầu nối pha 220V（L-N-PE） Hệ thống Làm mát Tự nhiên Hiệu suất tối đa 97.20% Hiệu suất Euro 96.10% Hiệu suất MPPT 99% Mức bảo vệ IP65 Mức tiêu thụ vào buổi tối Chế độ cách ly Khơng có biến áp Nhiệt độ hoạt động -25oC ~ +60oC (suy giảm hiệu suất nhiệt độ 45oC) 41 Độ ẩm ~ 95%, khơng đọng sương Giám sát cách điện DC, q dịng DC, giám sát dòng rò, bảo vệ lưới, bảo vệ tượng island; bảo vệ nhiệt, bảo vệ áp, bảo vệ ngắn mạch Bảo vệ Hiển thị truyền thơng Hiển thị Màn hình LED/LCD (tự chọn) Ngơn ngữ Đa ngôn ngữ Chuẩn truyền thông RS485, WIFI, Ethernet (tự chọn) Kích thước (C x D x S mm) Khối lượng (kg) Cấu hình lắp đặt Thơng số lắp đặt 350x320x135 ≤10.5 Treo tường Khác Terminal đấu nối DC Chứng MC4 VDE-AR-N4105，G83/2，C10/11，TF3.2.1， AS4777/3100， EN61000-6-1:4，EN61000-3-2:3，EN6100011:12；IEC 62109-1:2010 Hình 3.6 Sơ đồ đấu chi tiết 42 Hình 3.7 Sơ đồ nguyên lý Giải pháp thu thập liệu từ xa: * Để thuận lợi cho việc giám sát, theo dõi trình vận hành hộ thống điện mặt trời áp mái nối lưới cần phải lắp đặt công tơ đo đếm thông số vận hành hệ thống điện mặt trời áp mái, công tơ đo đếm giao/nhận với lưới điện vả hệ thống thu thập số liệu công tơ từ xa RF-SPIDER để kết nối với chương trình MDMS - Công tơ hai chiều nối tiếp với công tơ đo đếm dể ghi nhặn sản lượng điện giao/nhận khách hàng ngành điện Công tơ điện tử pha DT01M80 sản phẩm Trung tâm sản xuất thiết bị đo điện tử Điện lực miền Trung (CPC EMEC) Hình 3.8 Cơng tơ điện tử pha DT01M80 + Không gây ma sát sai sót phần tử khí gây + Độ nhạy cao, độ ổn định nhiệt cao + Công suất tiêu thụ thấp + Chịu dòng tải lớn, chịu điện áp cao + Khả cách điện lớn 43 + Đo đếm điện tác dụng theo chiều điện phản kháng + Chống gian lận điện + Đọc số công tơ từ xa sóng vơ tuyến - Ứng dụng RF-SPIDER hệ thống thu thập số cơng tơ từ xa hồn tồn tự động, ứng dụng công nghệ không dây theo kiểu mắt lưới (RF-Mesh), sử dụng sóng vơ tuyến (RF) Mạng lưới thơng tin hình thành tự động cơng tơ có tích hợp cơng nghệ RF-Mesh phát sóng RF khu vực kế cận mà không cần phải đầu tư đường truyền khác, việc theo dõi số liệu thực máy tính thiết bị di động có kết nối Internet Hình 3.9 Mơ hình hệ thống RF Spider - Website RF-Spider (http://spider.cpc.vn) công cụ hữu hiệu, không đơn hệ thống thu thập số công tơ từ xa tự động mà cịn cơng cụ giúp cho đơn vị từ cấp quản lý đến đơn vị sản xuất trực tiếp khách hàng nhiều công tác như: giám sát số, theo dõi thơng số vận hành điện áp, dịng điện, cơng suất, thứ tự pha…, chẩn đốn cơng suất pha theo phân đoạn với khách hàng cụ thể, phục vụ toán quản lý cân pha, cung cấp cơng cụ cho phép phân tích, đánh giá tổn thất trạm, tối ưu toán kỹ thuật cung cấp điện Hình 3.10 Website RF-Spider 44 * Giải pháp truyền thông giám sát cho hệ thống điện lượng mặt trời hòa lưới - Tất liệu hệ thống thiết bị truyền thông WIFI200 (Dùng cho mạng không dây), ENET200 (dùng cho mạng có dây), GPRS200 (truyền liệu mạng di động) chuyển đổi truyền lên đám may để lưu trữ theo ngày, tháng năm Các liệu lưu trữ như: + Năng lượng tạo hệ thống pin mặt trời nối lưới (kWh); Thể thông số lượng biểu đồ + Lượng giảm phát thải CO2 (kg); Công suất phát hệ thống điện lượng mặt trời nối lưới (kW); Điện áp hệ pin lượng (V) + Dòng điện hệ pin lượng (A) Nhiệt độ inverter + Trạng thái inverter Điện áp AC Dòng điện AC + THD (Hệ số sóng hài) Hệ số cơng suất AC (AC Power Factor) + Cảnh báo lỗi hệ thống + Tổng sản lượng điện tích lũy ngày, tháng, năm + Biểu đồ công suất phát điện ngày + Các trạng thái bảo vệ hệ thống + Trạng thái tự động tắt toàn hệ thống có lỗi nghiêm trọng xảy + Trạng thái tự động ngắt kết nối để bảo vệ + Đo đếm giám sát việc phát điện lên lưới Hình 3.11 Giải pháp truyền thông giám sát cho hệ thống điện lượng mặt trời hòa lưới Giải pháp truyền thơng giúp người vận hành giám sát hệ thống điện thoại, máy tính, máy tính bảng…thơng qua hệ thống internet Giải pháp truyền cung giúp nhà cung cấp hỗ trợ giám sát hệ thống để hỗ trợ cho khách hàng kịp thời 3.3 Tổng hợp phương án tính tốn, thiết kế Qua bước trên, ta hồn tất việc triển khai mơ hình biến đổi lượng mặt trời thành điện hộ gia đình với thơng số kỹ thuật trình bày Để nâng cao tuổi thọ, hiệu suất sử dụng hệ thống điện mặt trời áp mái nối lưới đồng thời đảm bảo kết cấu an tồn, thẩm mỹ cho vị trí lắp đặt giải pháp cơng nghệ hệ thống điện mặt trời áp mái nối lưới quy mơ hộ gia đình sau: 45 Công nghệ hệ thống: công nghệ quang điện (Solar Photovoltaic - SPV) Mơ hình vận hành: nối lưới trực tiếp (On Grid System) không sử dụng hệ thống ắc quy lưu trữ Tấm pin: Pin Poly với hiệu suất tế bào quang điện lớn 16% hiệu suất modul lớn 15% Inverter: Inverter trung tâm (Central Inverter) với hiệu suất 95% Hệ thống khung giàn, giá đỡ: lắp đặt cố định, hướng phía Nam, có độ nghiêng tối ưu tẩm pin từ 5° - 20° so với phương nằm ngang Tuy nhiên, tùy trạng cơng trình mà có thiết kế phù hợp Bảng 3.3 Các thơng số kỹ thuật hệ thống mặt trời STT Hạng mục Tấm pin lượng mặt trời 270W Nhà sản xuất Số lượng CANADIAN SOLAR Wp 2.160 MG2KTL INVT WiFi200 INVT Chủng loại CS6K-270 Canadian Solar CS6K-270 theo watt Bộ inverter hòa lưới NLMT 2kW Thiết bị giám sát cho hòa lưới Đồng hồ, CB cắt nguồn AC Emec- Shchneder Khung giàn đỡ pin NLMT Thiết bị ngoại vi 1 3.4 Kết luận Trong chương tác giả lựa chọn mơ hình biến đổi lượng mặt trời thành điện để cấp điện cho hộ gia đình, chọn mơ hình lắp đặt hệ thống pin lượng mặt trời kết hòa lưới áp mái để cấp điện cho phụ tải sử dụng điện Đồng thời tác giả tính tốn, xác định quy mơ Cơng suất cấp điện lựa chọn công nghệ Pin biến tần cho hệ thống 46 CHƯƠNG MÔ PHỎNG HỆ THỐNG PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI, PHÂN TÍCH KẾT QUẢ TÍNH TỐN CHI PHÍ 4.1 Mơ hệ thống pin lắp đặt Giới thiệu phần mềm Pvsyst Hiện nay, giới có nhiều phần mềm sử dụng để tính tốn, thiết kế hệ thống Pin quang điện, số phần mềm biết đến như: PVsyst, PVsol, Home Pro, Trong phần mềm PVsyst sử dụng phổ biến Trong luận văn này, tác giả sử dụng phần mềm PVsyst phiên 6.6.8 để thiết kế mô hệ thống điện lượng mặt trời áp mái quy mô hộ gia đình [11] 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 công suất năm hệ thống, sản lượng điện năng, tổn thất điện năng, hệ thống phân tích, từ đánh giá hiệu mà hệ thống mang lại Mô hệ thống pin lượng mặt trời lắp đặt a) Thông số trắc quang nhiệt độ xạ Vị trí lắp đặt dàn pin nằm hộ gia đình có vị trí địa lý: Vĩ độ 15,1; kinh độ 108,81 Thơng qua phần mềm PVsyst, ta xác định tọa độ nơi lắp đặt dàn pin từ có thông số mẫu xạ nhiệt độ khu vực (theo nguồn liệu Meteonorm 7.1) hình 3.2 Tải FULL (122 trang): https://bit.ly/3J9slPE Dự phịng: fb.com/TaiHo123doc.net Hình 4.1 Địa điểm lắp đặt pin 47 Hình 4.2 Dữ liệu xạ nhiệt độ vị trí lắp đặt (Global Irrad.: Tổng xạ; Diffuse.: Tán xạ; Temper.: Nhiệt độ; Wind Vel.: Vận tốc gió) Tải FULL (122 trang): https://bit.ly/3J9slPE Dự phòng: fb.com/TaiHo123doc.net b) Mơ hệ thống pin lắp đặt Như trình bày, hệ thống pin mặt trời lắp áp mái nhà 30o, góc phương vị 00 Hình 4.3 Mơ góc nghiên lắp đặt hệ thống pin c) Thông số tổn thất cài đặt phần mềm Hệ số tổn thất nhiệt pin quang điện (Thermal Loss Factor) Với hình thức lắp mái nhà hệ số tổn thất nhiệt U= 15 (W/m2.K) 48 Hình 4.4 Hệ số tổn thất nhiệt Tổn thất điện trở dây điện hệ thống điện mặt trời (Ohmic Losses) Chọn dây dẫn theo tiêu chuẩn tổn thất điện áp ΔU/U=1% (theo giá trị tham khảo từ số nước châu Âu) Hình 4.5 Tổn thất điện trở dây điện Tổn thất chất lượng module pin quang điện (Module Quality) Giá trị định uy tín nhà sản xuất Cài đặt phần mềm giá trị tổn thất -0,5% Tổn thất hiệu ứng ánh sáng suy giảm cảm ứng (Light Induced Degradution) Giá trị thường không cung cấp nhà sản xuất theo PVsyst giá trị tổn thất nằm khoảng từ 1% đến 3% nhiều Giá trị tổn thất hiệu ứng suy giảm cảm ứng ánh sáng chọn cài đặt 2% theo giá trị mặc định PVsyst Tổn thất không phù hợp pin pin quang điện (Array Mismatch Loss) Tổn thất phần mềm tính tốn dựa phương pháp phân phối xác suất chuẩn Gauss vng đặc tính PMPP 49 7740244 ... có tiềm lớn lượng mặt trời Do việc chọn đề tài ? ?Thiết kế, lắp đặt đánh giá hiệu sử dụng hệ thống điện lượng mặt trời hòa lưới áp mái quy mơ hộ gia đình” vừa ? ?áp ứng nhu cầu sử dụng điện khơng... Độ nghiêng lắp đặt x THIẾT KẾ, LẮP ĐẶT VÀ ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ SỬ DỤNG HỆ THỐNG ĐIỆN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI HÒA LƯỚI ÁP MÁI QUY MƠ HỘ GIA ĐÌNH Học viên: LÊ ĐỨC DŨNG Chuyên ngành: Kỹ thuật điện Mã số:... lớn lượng mặt trời Đề tài đặt vấn đề thiết kế, lắp đặt, vận hành hệ thống điện lượng mặt trời hòa lưới áp mái quy mơ hộ gia đình ? ?áp ứng nhu cầu sử dụng điện khơng phụ thuộc hồn tồn vào nguồn điện