Nghiên cứu cấu hình tối ưu cho hệ thống năng lượng mặt trời hòa lưới

Untitled Tạp chí Khoa học Công nghệ và Thực phẩm 20 (4) (2020) 53 65 53 NGHIÊN CỨU CẤU HÌNH TỐI ƯU CHO HỆ THỐNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI HÒA LƯỚI Nguyễn Thị Bích Hậu Trường Đại học Công nghiệp Thực phẩm TP[.]

Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Thực phẩm 20 (4) (2020) 53-65 NGHIÊN CỨU CẤU HÌNH TỐI ƯU CHO HỆ THỐNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI HÒA LƯỚI Nguyễn Thị Bích Hậu Trường Đại học Cơng nghiệp Thực phẩm TP.HCM Email: hauntb@hufi.edu.vn Ngày nhận bài: 17/6/2020; Ngày chấp nhận đăng: 30/9/2020 TĨM TẮT Nghiên cứu tiến hành tính tốn lựa chọn cấu hình tối ưu cho hệ thống điện mặt trời công suất 28 kW gắn bệ đỡ mặt đất sở xem xét điều kiện ràng buộc độ tin cậy cung cấp điện tối ưu hiệu suất phát điện vào lưới Hệ thống gồm nguồn pin quang điện kết nối lưới thơng qua nghịch lưu, đó, việc tính tốn kết hợp phần mềm mô PVSyst thực để lựa chọn góc nghiêng tối ưu hướng hệ pin Sau khảo sát hiệu suất phát điện mơ hình ghép pin khác cho loại pin REC Si-poly 350 Wp REC Si-poly 280 Wp, từ chọn cấu hình tối ưu Ngồi ra, báo cịn phân tích tổn thất vận hành, hiệu suất, lượng hệ thống điện mặt trời phát hồn tồn phù hợp với đặc tính hệ pin quang điện Kết nghiên cứu góp phần tối ưu hệ thống điện mặt trời có hịa lưới xem xét đến mơ hình phụ tải, với điều kiện ràng buộc tối ưu hiệu suất, hiệu kinh tế độ tin cậy cung cấp điện Từ đó, đánh giá sơ thông số kỹ thuật, hiệu suất vận hành tồn q trình sản xuất điện cho dự án thật Từ khóa: Điện mặt trời, phần mềm PVSyst, lượng mặt trời, pin quang điện (PV) GIỚI THIỆU Ngày nay, với hiệu ứng nóng lên trái đất, cạn kiệt nguồn lượng hóa thạch, bùng nổ tăng trưởng nước phát triển, ước tính đến năm 2050, nhiệt độ trung bình trái đất tăng lên 60 °C Điều dẫn đến yêu cầu thiết phải có phương thức việc cung cấp sử dụng nguồn lượng nhằm giảm thiểu phát thải khí CO2 Trong xu đó, lượng tái tạo ngày dần trở thành nguồn cung lượng quan trọng phát triển kinh tế bền vững quốc gia Hiện nay, giới, sau thủy điện, lượng gió lượng mặt trời hai nguồn lượng khai thác rộng rãi để sản xuất điện năng: tổng cơng suất điện gió lắp đặt tồn cầu năm 2011 khoảng 200 GW, cơng nghiệp điện mặt trời tăng trưởng khoảng 30%/năm năm gần [1] Việt Nam nằm vùng nhiệt đới, cường độ xạ trung bình khoảng 4-4,9 kWh/m2/ngày, số nắng trung bình khoảng 2.000-2.500 giờ/năm với tổng lượng xạ mặt trời trung bình khoảng 150 kCal/cm2/năm, tiềm đánh giá khoảng 43,9 TOE/năm [2] Việc khai thác điện mặt trời mang lại hiệu cao cho việc bảo vệ môi trường cách giảm thải khí CO2 [3] Trong số cơng trình nghiên cứu, mơ hình tốn học pin quang điện xây dựng tính tốn chi tiết [3-6] Hasan Mahamudul cộng đề cập đến ảnh hưởng nhiệt độ lên hiệu suất hoạt động pin quang điện [7] Việc ứng dụng phần mềm vào thiết kế tính tốn điện mặt trời xu thế giới, số phần mềm phát triển PVSyst [8], Solar Pro [9], Homer energy [10], 53 Nguyễn Thị Bích Hậu đó, PVSyst gói phần mềm tảng cho việc nghiên cứu, kích thước, mơ phân tích liệu hồn chỉnh hệ thống điện mặt trời Phần mềm hướng tới đối tượng kiến trúc sư, kỹ sư nhà nghiên cứu, chứa nhiều công cụ hữu ích cho giảng dạy hệ thống điện mặt trời Phần mềm tích hợp hệ sở liệu loại pin mặt trời khác nhau, hệ ắc quy, biến đổi điện, sở liệu xạ mặt trời, đặc biệt công cụ thiết kế giao diện 3D cho phép phân tích tình kiến trúc khác tịa nhà… Phần mềm cho phép thiết kế hệ thống điện mặt trời độc lập điện mặt trời nối lưới Ở Việt Nam, ứng dụng điện mặt trời phổ biến khoảng vài kWp cho hộ gia đình từ vài chục đến vài trăm kWp cho quy mơ phân xưởng, tịa nhà, trung tâm thương mại bao gồm hệ thống điện mặt trời làm việc độc lập với lưới điện, hệ thống điện mặt trời kết nối hoạt động song song với lưới điện theo chế độ on-grid [11, 12] Trong nghiên cứu này, phần mềm PVSyst khai thác để tính tốn thiết kế hệ thống lượng mặt trời 28 kW hòa lưới Với hai trường hợp xây dựng để khảo sát hiệu suất phát điện, trường hợp thứ 80 pin loại REC Si-poly 350 Wp (REC350TP2S 72) kết nối lưới qua inverter loại ABB TRIO công suất 27,6 kW; trường hợp thứ hai sử dụng 100 pin loại REC Si-poly 280 Wp kết nối lưới qua inverter loại ABB TRIO công suất 27,6 kW Phương án ghép pin tối ưu cuối lựa chọn từ việc so sánh phương án tối ưu hiệu suất phát điện trường hợp Sau đó, tiếp tục xem xét đến điều kiện nâng cao độ tin cậy cung cấp điện cách thay inverter 27,6 kW inverter loại ABB TRIO công suất 5,8 kW Cấu hình tối ưu hệ thống điện mặt trời kết nối lưới lựa chọn xem xét đồng thời điều kiện tối ưu hiệu suất phát điện độ tin cậy cung cấp điện PHƯƠNG PHÁP THỰC HIỆN 2.1 Cơ sở lý thuyết 2.1.1 Sơ lược pin quang điện Pin quang điện sử dụng chất bán dẫn để biến đổi quang thành điện Xét mạch điện có pin quang điện tải Hình 1a, để dễ khảo sát thay thành sơ đồ Hình 1b a) b) Hình Sơ đồ tương đương pin quang điện Hai tham số quan trọng PV dòng ngắn mạch Isc điện áp hở mạch Voc Hình Hai trạng thái pin PV: trạng thái ngắn mạch (a) trạng thái hở mạch (b) Thế mạch hở pin quang điện p – n xác định theo (1) 54 Nghiên cứu cấu hình tối ưu cho hệ thống lượng mặt trời hòa lưới V0C = kT  I SC  + 1 ln  q  I0  (1) Với k số Bolzmann; T nhiệt độ lớp tiếp xúc; q điện tích bản; I0 dịng điện ngược bão hịa (có áp ngược vào đầu bán dẫn, với cực âm nối vào bán dẫn n); ISC dòng điện ngắn mạch pin PV; VOC điện áp hở mạch Pin hoạt động dải V dải dòng I rộng Bằng cách thay đổi giá trị tải ngồi từ R = (ứng với dịng ngắn mạch) đến giá trị R cao (ứng với mạch hở), ta xác định điểm (Vmax, Imax) ứng với công suất lớn mà pin sinh Pmax = Vmax I max (2) Hiệu suất chuyển đổi quang tỷ lệ phần trăm lượng photon chuyển hóa thành điện pin nối với tải lượng photon thu vào = Pmax G A (3) Với G (W/m2) cường độ xạ tới; A (m2) diện tích bề mặt pin 2.1.2 Tổn hao nghịch lưu Tổn hao nghịch lưu chủ yếu IGBT ốt Tổn thất điện IGBT ốt tổng tổn thất dẫn chuyển mạch, ước tính phương trình sau [13] P IGBT =P IGBT cond +P IGBT sw    I I peak )  I peak (  IGBT I peak IGBT ( peak )  IGBT IGBT  = Vdrop +R  m cos   Vdrop +R   2  3      VDC ,applied I peak + f sw ( Eon + Eoff ) IGBT IGBT (4)  Vref I ref Trong đó: PIGBT tổng tổn thất IGBT, số “cond”, “sw” trạng thái dẫn chuyển mạch IGBT, Vdrop IGBT độ sụt áp IGBT, RIGBT điện trở, Ipeak IGBT điện áp dòng điện dòng điện pha cực đại đầu biến tần, VrefIGBT , I ref tham chiếu/định mức IGBT, VDC,applied điện áp DC biến tần, Eon Eoff tổn thất lượng trạng thái bật tắt IGBT, fsw tần số đóng cắt IGBT, m hệ số điều chế,  góc lệch pha điện áp dòng điện Tương tự, tổng tổn hao ốt biến tần, PDiode, xác định (5) Trong số “cond” “rec” trạng thái dẫn trạng thái ngược, Vdrop Diode điện áp rơi ốt, R điện trở ốt, Erec lượng tổn hao trạng thái ngược Diode Diode ốt, Vref , I ref điện áp dòng điện định mức ốt Diode 55 Nguyễn Thị Bích Hậu P Diode =P Diode cond +P Diode rec   I  Diode I peak Diode ( peak )  = Vdrop +R 2     VDC ,applied I peak + f sw Erec Diode Diode Vref I ref  Cần lưu ý dấu hiệu ±   I I Diode peak Diode ( peak )   +R m cos  Vdrop  3    (5) (4) (5) hiểu sau: - Dấu + (4) – (5) chuyển đổi hoạt động nghịch lưu (tức chế độ xả BESS) - Dấu – (4) + (5) chuyển đổi hoạt động chỉnh lưu (tức chế độ sạc BESS) 2.1.3 Sơ lược góc nghiêng hướng tối ưu pin Góc nghiêng mơ tả độ nghiêng dọc pin góc phương vị hướng ngang chúng so với đường xích đạo Tìm góc nghiêng góc phương vị thích hợp giúp có hiệu cao trình phát điện mảng pin mặt trời Tuỳ thuộc vào vị trí địa lý nơi đặt hệ thống điện mặt trời mà ta định hướng pin quang điện (PV) cho đối diện với mặt trời Trường hợp vị trí khảo sát Bắc bán cầu (tức nửa xích đạo) hướng pin lượng phía nam ngược lại Nam bán cầu hướng phía Bắc Việt Nam thuộc Bắc bán cầu, đồng nghĩa với việc hướng pin phía Nam giúp nhận ánh nắng hiệu Gọi  ,  ,  góc vĩ độ, góc nghiêng tia xạ mặt phẳng xích đạo, góc nghiêng pin Mối quan hệ đại lượng xác định phương trình sau [14]:   284 + n    = 23, 45sin 360     365    (6)  =  − (7) Trong đó: n số ngày đại diện năm, tính từ 01 tháng 01 đến ngày khảo sát Dựa vào giá trị thực nghiệm tính tốn góc nghiêng pin 10,220 Cụ thể sau, vị trí đặt hệ pin có vĩ độ 12,670; ngày mô ngày 03 tháng năm 2020 suy n = 185 Từ (6) (7) tính góc nghiêng tối ưu pin 10,220 2.2 Phân tích vị trí tài nguyên nguồn liệu Nghiên cứu giả định khu vực lắp đặt hệ thống pin quang điện khu vực đất trống không sử dụng canh tác xã Xuân Sơn, thuộc huyện Vạn Ninh tỉnh Khánh Hịa Đất phẳng có diện tích 500 m2 Tọa độ cụ thể thơng tin cường độ xạ vị trí lắp đặt giàn pin trích xuất từ nguồn liệu Meteonom 7.1 Cụ thể vị trí khảo sát có vĩ độ kinh độ tương ứng 12,670 109,150 Thơng tin nhiệt độ tốc độ gió vị trí lắp đặt có ý nghĩa lớn việc phân tích khả hoạt động pin quang điện Nơi có gió nhiệt độ thấp nhiệt độ pin thấp hiệu suất phát điện cao Các thơng tin tốc độ gió nhiệt độ trích xuất từ nguồn liệu thể Bảng 56 Nghiên cứu cấu hình tối ưu cho hệ thống lượng mặt trời hòa lưới Bảng Thông tin nhiệt độ tốc độ gió khu vực lắp đặt hệ thống pin Tháng Bức xạ ngang toàn cầu Bức xạ khuếch tán Nhiệt độ (°C) Tốc độ gió (m/s) 161,8 88,8 24,1 3,30 202,2 102,5 24,7 2,90 222,8 103,5 26,1 2,20 253,7 103,3 27,5 1,70 265,3 108,2 28,5 1,18 246,0 105,0 28,7 1,10 252,8 108,7 29,0 1,11 240,3 117,6 29,0 1,20 213,2 113,2 27,7 1,00 10 173,5 105,8 26,9 1,70 11 146,0 86,7 25,6 3,00 12 120,6 73,3 24,8 3,49 Cả năm 208,2 101,4 26,9 2,00 Hiệu suất nhà máy lượng điện mặt trời đạt tối ưu cách giảm tổn thất hệ thống, giảm tổn thất lượng tổng cộng qua tất khâu Xét riêng PV ngồi chất lượng chúng, u cầu liên quan đến việc lắp đặt PV góc nghiêng, hướng lắp đặt giảm thiểu việc chạy cáp tổn thất điện liên quan Góc nghiêng lớn tổn thất bụi bẩn nhỏ, hiệu việc vệ sinh pin nước mưa tự nhiên Phần mềm hỗ trợ tính tốn hướng góc nghiêng tối ưu pin 110 Cụ thể sau, xét tối ưu năm, góc phương vị (độ lệch so với hướng nam tính theo chiều quay chiều kim đồng hồ) giữ nguyên 00, góc nghiêng pin thay đổi từ 80 đến 110 tổn thất 0% lượng xạ mặt trời đạt 1842 kWh/m2 (thể Hình 3a 3b), kết đạt thay đổi góc phương vị pin khoảng từ 00 đến 70 (nghiêng hướng Đơng Nam) góc nghiêng pin thay đổi khoảng từ 80 đến 110, kết thể Hình 3c góc nghiêng 110 góc phương vị 70 Khi góc nghiêng góc phương vị pin vượt đoạn tương ứng [8, 11] [0, 7] hệ số tổn thất tăng lên lượng mặt trời đến đơn vị diện tích pin tăng lên giảm xuống, ví dụ kết thể Hình 3d Góc nghiêng tối ưu pin tìm từ số liệu thực nghiệm 10,220 Kết rơi vào khoảng giá trị tìm từ mơ Cân đối giá trị tính tốn thực tế với hệ số tổn thất lượng xạ đến đơn vị diện tích bề mặt pin, phần mơ báo lựa chọn thiết lập góc nghiêng pin 11° góc phương vị 0° (hướng Nam) 2.3 Thiết lập thông số hệ thống lượng mặt trời tính tốn mơ Trong nghiên cứu này, phần mềm PVSyst ứng dụng để tính tốn thiết kế hệ thống điện mặt trời có cơng suất 28 kWp hịa lưới Hệ thống pin đặt nghiêng góc 110 giá đỡ quay hướng Nam Khi khảo sát hiệu suất phát điện loại pin sử dụng 01 inverter loại ABB TRIO-27,6-TL-OUTD với thơng số cơng suất ngõ AC 27,6 kW, điện áp đầu AC 400 V, pha, tần số 50 Hz, điện áp hoạt động vùng 200-950 V, điện áp DC tối đa inverter chịu 1000 V, dòng điện định mức 45 A Theo thơng số 57 Nguyễn Thị Bích Hậu từ nhà sản xuất [15] cơng suất DC lớn đầu vào inverter 34,5 kW, với hệ pin 28 kW dùng inverter có cơng suất 27,6 kW phù hợp Sau tìm mơ hình ghép pin loại pin có hiệu suất tốt nhất, nghiên cứu tiếp tục sử dụng inverter loại ABB TRIO-5,8-TL-OUTD để tiếp tục khảo sát hiệu phát điện với cấu hình hệ thống pin có inverter, từ phân tích để tìm cấu hình tối ưu xem xét hai điều kiện ràng buộc tối ưu hiệu suất phát điện độ tin cậy cung cấp điện chưa xét đến kinh phí đầu tư Các thơng số inverter ABB TRIO-5,8-TL-OUTD công suất ngõ AC 5,8 kW, điện áp đầu AC 400 V, pha, tần số 50Hz, điện áp hoạt động vùng 175-950 V, điện áp DC tối đa inverter chịu 1000 V, dòng điện định mức 10 A a) Góc nghiêng 11°, góc phương vị 0° - tổn thất 0,0% lượng đến đơn vị diện tích pin 1842 kWh b) Góc nghiêng 8°, góc phương vị 0° - tổn thất 0,0% lượng đến đơn vị diện tích pin 1842 kWh c) Góc nghiêng 11°, góc phương vị 7° - tổn thất 0,0% lượng đến đơn vị diện tích pin 1842 kWh d) Góc nghiêng 30°, góc phương vị 30° - tổn thất 4,3% lượng đến đơn vị diện tích pin 1752 kWh Hình Cửa sổ khảo sát góc nghiêng hướng pin tối ưu PVSyst 2.3.1 Tính tốn lựa chọn cấu hình hệ thống sử dụng pin loại REC Si-poly 350 Wp Xét trường hợp thứ nhất: Loại pin sử dụng REC Si-poly 350 Wp (REC350TP2S 72) Điện áp hở mạch Voc = 51,6 V, điện áp ứng với điểm công suất cực đại VMPP = 33,1 V, dòng điện định mức sinh A Hệ thống pin gồm có 80 pin với tổng diện tích 161 m2 Bộ nghịch lưu hoạt động dãy điện áp tối ưu 200-950 V, hệ thống pin cung cấp điện áp nhỏ 200 V biến tần khơng hoạt động, cịn cung cấp điện áp lớn giá trị điện áp DC cực đại biến tần bị cháy Từ thơng số pin inverter tính tốn số lượng pin tối đa tối thiểu mắc nối tiếp dãy [16]: nmax = VDC max 1000 = = 19,37 Vậy số pin tối đa lắp dãy 19 pin VOC 51, nmin = Vmin 200 = = 6, 04 Vậy số pin tối thiểu lắp dãy pin VMPP 33,1 58 Nghiên cứu cấu hình tối ưu cho hệ thống lượng mặt trời hòa lưới Để đạt đủ cơng suất 28 kW cần 80 pin, để lắp đặt hệ thống có tính đối xứng có trường hợp: - Mơ hình gồm 16 pin mắc nối tiếp dãy, sau mắc song song dãy lại với mơ hình thể Hình - Mơ hình gồm 10 pin mắc nối tiếp dãy, sau mắc song song dãy với - Mơ hình gồm pin mắc nối tiếp dãy, sau mắc song song 10 dãy với 2.3.2 Tính tốn lựa chọn cấu hình hệ thống sử dụng pin loại REC Si - poly 280 Wp Trong kịch thứ hai: Loại pin sử dụng REC Si-poly 280 Wp (REC 280TP2) Để đáp ứng đủ cơng suất 28 kW hệ thống pin cần có 100 pin với tổng diện tích 167 m2 Với thông số VOC = 42,4 V VMPP = 27 V tính số pin mắc tối đa dãy sau: nmax = VDC max 1000 = = 23,58 Vậy số pin tối đa dãy 23 pin 42, VOC nmin = Vmin 200 = = 7, Vậy số pin tối thiểu dãy pin 27 VMPP Tương tự, ta lựa chọn mơ hình lắp ghép hợp lý với tổng số pin 100 là: - Mơ hình gồm 20 pin mắc nối tiếp dãy, sau dãy mắc song song - Mơ hình dãy có 10 pin mắc nối tiếp có 10 dãy mắc song song với Sơ đồ thu gọn kết nối hệ pin với inverter kết nối lưới thể Hình Sơ đồ cho thấy lượng sản xuất từ hệ thống pin bơm toàn lên lưới thông qua nghịch lưu Sau khảo sát hiệu phát điện độ tin cậy cung cấp điện tiếp tục phân tích Hình Một ví dụ điển hình mơ hình kết nối pin (16 pin/dãy – dãy song song) Các kiểu kết nối khác tương tự 59 Nguyễn Thị Bích Hậu Hình Sơ đồ kết nối hệ pin quang điện KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU Việc theo dõi dự báo trình hoạt động hệ thống điện mặt trời đặc biệt trình phát điện theo thời gian điển hình tháng năm có ý nghĩa quan trọng cơng tác vận hành Phân tích kết mơ hình 1, thể Hình lượng có ích hệ thống inverter cung cấp vào tháng mùa hạ cao áp đảo tháng mùa đông, cụ thể hệ thống phát lượng cao vào tháng tháng 5, giảm xuống thấp tháng cuối năm Điều lý giải chênh lệch cường độ sáng mùa, khu vực khảo sát xã miền núi Nam Trung Bộ, khí hậu có mùa (xuân - hạ - thu - đông) rõ rệt Vào mùa hạ nắng nóng, đến mùa đơng mưa ẩm ướt lạnh Trên thực tế, dựa vào biểu đồ sản lượng điện phát hàng tháng để làm sở lập kế hoạch thực cơng tác bảo trì bảo dưỡng thiết bị nhà máy phù hợp, đảm bảo tối ưu cho dự án Hình Hiệu phát điện tháng năm kWp hệ thống pin mơ hình 60 Nghiên cứu cấu hình tối ưu cho hệ thống lượng mặt trời hòa lưới Hình Năng lượng bơm vào lưới Năng lượng hệ thống bơm vào lưới điện theo tháng thể Hình 7, tính bất ổn định điện mặt trời thể hình thêm lần khẳng định độ tin cậy cơng trình nghiên cứu phản ánh chất nguồn lượng phân tán lượng mặt trời 3.1 Kết mô hiệu phát điện theo trường hợp thứ Thống kê kết mô lượng bơm vào lưới inverter, hiệu suất tổn thất hệ thống năm cho mơ hình 1, mơ hình mơ hình Bảng 2, cho thấy điều kiện nhiệt độ lượng xạ đơn vị diện tích bề mặt pin, inverter mơ hình cho hiệu phát điện tốt với tổng lượng bơm vào lưới năm 41,705 MWh hiệu suất phát điện hệ thống pin trung bình năm 81,3%, giá trị hiệu suất đạt 80% đánh giá tốt hệ thống phát điện lượng mặt trời Bảng Tóm tắt kết mơ hệ thống với mơ hình 1, 2, Mơ hình Năng lượng bơm vào lưới năm đầu (MWh) Hiệu suất (%) IMPP (A) Tổn thất mảng pin (%) Tổn thất inverter (%) Mơ hình Mơ hình 41,705 40,522 38,173 81,3 79,0 74,4 46 74 92 Cường độ xạ -1,1 -1,1 -1,1 Nhiệt độ -10,2 -10,2 -10,2 Chất lượng pin +0,4 +0,4 +0,4 Sự suy giảm khả hấp thụ xạ -1,5 -1,5 -1,5 Mô đun không đồng -1,1 -1,1 -1,1 Điện trở dây -1,1 -1,1 -1,1 Inverter -2,4 -3,7 -3,8 Vượt ngưỡng công suất inverter 0 Vượt ngưỡng dịng đầu vào -1,6 -7,1 61 Nguyễn Thị Bích Hậu Phân tích tổn thất trung bình năm, cho thấy hiệu suất chuyển hóa lượng pin quang điện giảm tổn thất là: tổn thất hệ số khối khí gây ra, tổn thất pin quang điện PV cường độ chiếu xạ, tổn thất pin nhiệt, tổn thất chất lượng pin quang điện, tổn thất suy giảm khả hấp thụ xạ, tổn thất không đồng mô đun, tổn thất dây dẫn, tổn thất inverter, tổn thất vượt ngưỡng dịng inverter So sánh mơ hình với nhau, kết cho thấy tổn thất mơi trường ngồi trước đến bề mặt pin với tổng tổn hao 2,8%, tổn thất hệ thống gây pin nhau, tổn thất gây nhiệt độ pin cao áp đảo nguyên nhân khác Nguyên nhân gây khác biệt hiệu suất mơ hình tổn hao inverter gồm có tổn hao q trình đóng cắt IGBT, ốt phân cực, tỏa nhiệt linh kiện Cường độ dòng điện chạy qua dãy pin pin mắc nối tiếp dãy, dãy mắc song song với nên số dãy lớn cường độ dịng điện qua inverter nhiều, kết mô thu IMPPmơhình1 = 46 A; IMPPmơhình2 = 74 A; IMPPmơhình3 = 92 A; mối quan hệ (4) (5), tổng tổn thất q dịng IGBT ốt lớn Như vậy, với hệ thống điện mặt trời 28 kW sử dụng 80 pin REC Si-poly 350 Wp inverter loại ABB TRIO-27,6-TL-OUTD phương án ghép 16 pin nối tiếp dãy dãy song song cho hiệu suất phát điện cao nhất, đạt đến 81,3% 3.2 Kết mô hiệu phát điện theo trường hợp thứ Tóm tắt kết mơ với mơ hình mơ hình thể Bảng cho thấy, sử dụng loại pin REC Si-poly 280 Wp với inverter ABB TRIO-27,6-TL-OUTD điều kiện góc nghiêng, hướng pin, nhiệt độ mơi trường lượng lượng mặt trời chiếu đến bề mặt hiệu suất lượng bơm vào lưới năm hệ thống ghép pin theo mô hình cao ghép theo mơ hình Tổn thất gây mảng pin giống trường hợp, tổn thất gây inverter mơ hình lần mơ hình 4, mơ hình tổn thất tần số đóng cắt phân cực IGBT ốt cao gấp 1,65 lần so với mơ hình 4, đồng thời tổn thất q dịng đầu vào mơ hình tăng lên đến 6,4% mơ hình Điều lý giải tương tự trường hợp 1, mắc song song nhiều dãy dịng điện vào inverter tăng Như vậy, mơ hình ghép 20 pin nối tiếp dãy tổng cộng có dãy mắc song song tạo thành mảng pin sau nối vào inverter mơ hình cho hiệu suất tối ưu trường hợp Bảng Tóm tắt kết mơ hệ thống với mơ hình Năng lượng bơm vào lưới năm đầu (MWh) Hiệu suất (%) IMPP (A) Cường độ xạ Nhiệt độ Tổn thất Chất lượng pin mảng pin Sự suy giảm khả hấp thụ xạ (%) Mô đun không đồng Điện trở dây Tổn thất Inverter inverter (%) Vượt ngưỡng cơng suất inverter Vượt ngưỡng dịng đầu vào 62 Mơ hình 41,79 81,44 45 -1,0 -10,3 +0,5 -1,5 -1,1 -1,1 -2,3 0 Mơ hình 41,705 75,04 91 -1,0 -10,3 +0,5 -1,5 -1,1 -1,1 -3,8 -6,4 Nghiên cứu cấu hình tối ưu cho hệ thống lượng mặt trời hòa lưới Như thể Bảng 3, lượng bơm vào lưới hiệu suất ghép pin theo mơ hình cao mơ hình 0,085 MWh 0,14% 3.3 Kết mô hệ thống sử dụng inverter loại TRIO 5,8 TL-OUTD-400 Đề tài khảo sát lựa chọn mơ hình tối ưu hệ thống pin có cơng suất 28 kW xem xét điều kiện ràng buộc tối ưu hiệu suất nâng cao độ tin cậy cung cấp cấp điện chưa tính đến hiệu kinh tế Trong trường hợp sử dụng inverter công suất ngõ 27,6 kW để xem xét hiệu suất phát điện loại pin REC Si-poly 350 Wp REC Si-poly 280 Wp Kết mô thu được, mơ hình ghép 20 pin nối tiếp dãy có dãy mắc song song với loại pin REC Si-poly 280 Wp cho hiệu suất cao với mơ hình tối ưu pin loại 350 Wp Từ kết đó, tiếp tục khảo sát hiệu phát điện sử dụng inverter loại ABB TRIO 5,8 TL-OUTD-400 cho mơ hình dãy pin dãy gồm 20 pin loại REC Si-poly 280 Wp So sánh kết với trường hợp dùng inverter ABB TRIO 27,6 TL-OUTD-400 để chọn phương án tốt Inverter loại ABB TRIO 5,8 TL-OUTD-400 có ngưỡng điện áp hoạt động bình thường 175-950 V, điện áp DC lớn đầu vào 1000 V, thông số giống với inverter loại ABB TRIO 27,6 TL-OUTD-400, việc sử dụng mơ hình pin có 20 pin dãy mắc dãy song song tương thích tính tốn mục 2.3.1 Kết mô trường hợp sử dụng inverter loại 5,8 kW so sánh với trường hợp sử dụng inverter loại 27,6 kW thể Bảng Năng lượng bơm vào lưới hiệu suất phát điện sử dụng inverter 27,6 kW cao sử dụng inverter loại 5,8 kW không đáng kể, chênh lệch tổng tổn hao inverter trường hợp sử dụng inverter cao 0,1% so với có inverter Xét độ tin cậy cung cấp điện, sử dụng inverter tổn hao inverter có 0,48%, tổn hao IGBT ốt, bên cạnh đó, inverter kết nối với dãy gồm 20 pin, có cố dãy đến mức làm hỏng inverter gây điện dãy dãy cịn lại phát điện lên lưới Trong đó, sơ đồ dùng inverter lại khơng có ưu điểm Nếu có cố xảy có khả làm hư inverter, gián đoạn trình bơm điện vào lưới hệ thống Từ phân tích trên, cân đối tối ưu hiệu suất phát điện độ tin cậy cung cấp điện, chưa cân nhắc đến chi phí đầu tư lựa chọn mơ hình inverter 5,8 kW ưu việt so với sử dụng inverter Bảng Kết mô sử dụng loại pin REC Si - poly 280 Wp ghép theo mơ hình dãy (20 pin/1 dãy) trường hợp dùng inverter 27,6 kW trường hợp dùng inverter loại 5,8 kW Năng lượng bơm vào lưới năm đầu (MWh) Hiệu suất (%) IMPP (A) Cường độ xạ Tổn thất Nhiệt độ mảng pin Chất lượng pin (%) Sự suy giảm khả hấp thụ xạ Mô đun không đồng Điện trở dây Tổn thất Inverter inverter (%) Vượt ngưỡng cơng suất inverter Vượt ngưỡng dịng đầu vào 63 Sử dụng inverter 27,6 kW 41,79 81,44 45 -1,0 -10,3 +0,5 -1,5 -1,1 -1,1 -2,3 0 Sử dụng inverter 5,8 kW 41,76 81,36 45 -1,0 -10,3 +0,5 -1,5 -1,1 -1,1 -2,4 0 Nguyễn Thị Bích Hậu KẾT LUẬN Trong nghiên cứu này, tác giả thực tính tốn kết hợp mơ xác định góc nghiêng tối ưu hệ thống pin 110, đặt theo hướng Nam, vị trí lắp đặt khu đất trống lâu năm với diện tích đất 500 m2 Kết thu mơ hình 100 pin loại REC Si-poly 280 Wp ghép thành dãy song song dãy có 20 pin ghép nối tiếp, kết nối lưới qua inverter 5,8 kW tối ưu xem xét đồng thời điều kiện ràng buộc tối ưu hiệu suất độ tin cậy Với hiệu suất đạt 81,36% tốt hệ thống lượng mặt trời Nghiên cứu thấy phần mềm PVSyst cơng cụ hữu ích cho ứng dụng mơ phỏng, tính tốn phân tích hệ thống điện mặt trời Việc ứng dụng PVSyst vào thiết kế, tính tốn giúp người dùng đánh giá sơ thông số kỹ thuật, hiệu suất vận hành Từ phân tích tồn q trình sản xuất điện cho dự án thật Kết nghiên cứu góp phần q trình nghiên cứu tối ưu hệ thống điện mặt trời có hịa lưới xem xét đến mơ hình phụ tải, với điều kiện ràng buộc tối ưu hiệu suất, hiệu kinh tế độ tin cậy cung cấp điện TÀI LIỆU THAM KHẢO Lê Kim Anh, Võ Như Tiến, Đặng Ngọc Huy - Mơ hình điều khiển nối lưới cho nguồn điện mặt trời, Tạp chí Khoa học Cơng nghệ - Đại Học Đà Nẵng 11 (60) (2012) 1-6 Vũ Phong - Cường độ xạ mặt trời khu vực Việt Nam, truy cập tại: https://solarpower.vn/cuong-do-buc-xa-nang-luong-mat-troi-tai-cac-khu-vuc-viet-nam/ Bortolini M., Gamberi M., Graziani A., Pilati F - Economic and environmental biobjective design of an off-grid photovoltaic-battery-diesel generator hybrid energy system, Energy Conversion Management 106 (2015) 1024-1038 Dash V., Bajpai P - Power management control strategy for a stand-alone solar photovoltaic-fuel cell-battery hybrid system, Sustainable Energy Technologies and Assessments (2015) 68-80 Yashwant Sawle, S.C Gupta & Aashish Kumar Bohre - PV-wind hybrid system: A review with case study, Cogent Engineering (1) (2016) 1-31 Samer Alsadi and Tamer Khatib - Photovoltaic power systems optimization research status: A review of criteria, constrains, models, techniques, and software tools, Applied Sciences (10) (2018) 1761 Hasan Mahamudul, Md Momtazur Rahman, H.S.C Metselaar, Saad Mekhilef, S.A Shezan, Rana Sohel, Sayuti Bin Abu Karim, Wan Nur Izzati Badiuzaman Temperature regulation of photovoltaic module using phase change material: A numerical analysis and experimental investigation, International Journal of Photoenergy 2016, 5917028 (1-8) PVSyst Photovoltaic Software, truy cập tại: https://www.pvsyst.com/features/ Solar pro energy systems, truy cập tại: https://solarproenergysystems.com/projects/ 10 Homer energy, truy cập tại: https://www.homerenergy.com/products/pro/index.html 11 Steve Steffel - Challenges for distribution feeder voltage regulation with increasing amounts of PV, Pepco Holdings, Inc (2012), truy cập tại: http://www1.eere.energy gov/solar/pdfs/hpsp_grid_workshop_2012_steffel_pepco.pdf 64 Nghiên cứu cấu hình tối ưu cho hệ thống lượng mặt trời hòa lưới 12 Elhodeiby A., Metwally H., Farahat M - Performance analysis of 3.6 kW rooftop grid connected photovoltaic system in Egypt, International Conference on Energy Systems and Technologies (2011) 151-157 13 Trang Thi Pham, Tsai-Chi Kuo, Duong Minh Bui - Reliability evaluation of an aggregate battery energy storage system in microgrids under dynamic operation, International Journal of Electrical Power and Energy Systems 118 (2020) 105786 14 Karafil A., Ozbay H., Kesler M., Parmaksiz H - Calculation of optimum fixed tilt angle of PV panels depending on solar angles and comparison of the results with experimental study conducted in summer in Bilecik, Turkey, 2015 9th International Conference on Electrical and Electronics Engineering (ELECO) (2015) 971-976 15 ABB-products - Detailed information for: 3M22990F201A, truy cập tại: https://new.abb.com/products/6AGC002860/trio-27.6-tl-outd-400-inverter 16 Givasolar - Hướng dẫn xác định kích thước chuỗi pin lượng mặt trời, truy cập tại: https://givasolar.com/huong-dan-dinh-co-chuoi-tam-pin-nang-luong-mat-troi/ ABSTRACT STUDY ON OPTIMAL CONFIGURATION FOR GRID-CONNECTED SOLAR ENERGY SYSTEM Nguyen Thi Bich Hau Ho Chi Minh City University of Food Industry Email: hauntb@hufi.edu.vn In this study, the optimal configuration for a 28 kW ground-mounted solar power system is calculated and selected based on consideration of two conditions, namely power supply reliability and optimization of power generation efficiency into the grid The system consists of photovoltaic power source connected to the grid through inverters, calculations combined with PVSyst simulation software have been done to select the optimal angle and direction of the battery system After that, the study on the power generation efficiency of different battery coupling models for REC Si-poly 350 Wp and REC Si-poly 280 Wp batteries has been implemented so that the most optimal configuration is chosen In addition, the loss in operation is also analyzed, the efficiency and energy emitted from the solar power system are completely compatible with the characteristics of the photovoltaic battery system The results of this research are to optimize the grid-connected solar power system, considering the load model with the condition of optimizing the efficiency, economic efficiency and reliability of power supply Also, they can be applied for a preliminary assessment of the specifications and performance of a real project Keywords: Solar power, PVSyst software, solar energy, photovoltaic battery (PV) 65 ... 60 Nghiên cứu cấu hình tối ưu cho hệ thống lượng mặt trời hòa lưới Hình Năng lượng bơm vào lưới Năng lượng hệ thống bơm vào lưới điện theo tháng thể Hình 7, tính bất ổn định điện mặt trời thể hình. .. pin VMPP 33,1 58 Nghiên cứu cấu hình tối ưu cho hệ thống lượng mặt trời hòa lưới Để đạt đủ cơng suất 28 kW cần 80 pin, để lắp đặt hệ thống có tính đối xứng có trường hợp: - Mơ hình gồm 16 pin... trích xuất từ nguồn liệu thể Bảng 56 Nghiên cứu cấu hình tối ưu cho hệ thống lượng mặt trời hòa lưới Bảng Thông tin nhiệt độ tốc độ gió khu vực lắp đặt hệ thống pin Tháng Bức xạ ngang toàn cầu