Đồ án tốt nghiệp đề tài tính toán, thiết kế hệ thống điện mặt trời áp mái cho trang trại đà lạt gap

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA ĐIỆN  ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Đại Học Ngành CNKT Điện, Điện Tử Đề Tài: Tính Tốn, Thiết Kế Hệ Thống Điện Mặt Trời Áp Mái Cho Trang Trại Đà Lạt Gap Giáo viên hướng dẫn: ThS.Đặng Đình Chung Nhóm sinh viên thực hiện: Mã sinh viên Lê Đình Anh 2019605331 Phạn Hải Dương 2019605788 Phạm Tiến Dũng 2019606224 Hà Nội – 2023 Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội Bộ Công Thương Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Khoa Điện Cộng Hoà Xã Hội Chủ Nghĩa Việt Nam Độc lập - Tự - Hạnh phúc PHIẾU GIAO ĐỀ TÀI ĐỒ ÁN/ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP TT Họ tên SV Lê Đình Anh Phạm Hải Dương Phạm Tiến Dũng Mã SV 2019605331 2019605788 2019606224 Lớp/Khóa ĐH Đ6-K14 ĐH Đ6-K14 ĐH Đ7-K14 Ngành KTĐ,ĐT KTĐ,ĐT KTĐ,ĐT Tên đề tài: Tính tốn, thiết kế hệ thống điện mặt trời áp mái cho trang trại Đà Lạt Gap Mục tiêu đề tài: Hiểu tổng quan nguồn lượng mặt trời Hiểu phân tích sơ đồ nguyên lý cung cấp điện cho trang trại Biết cách xác định phụ tải tính tốn cho hệ thống điện mặt trời áp mái trang trại Biết chọn lựa thiết bị sơ đồ nguyên lý Tổng hợp kiến thức chuyên môn học, nâng cao khả tư sáng tạo cho cá nhân mơi trường làm việc nhóm Sinh viên tiếp cận, làm chủ công nghệ phát triển ứng dụng thực tế Kết dự kiến: Tổng quan nguồn lượng mặt trời Sơ đồ nguyên lý phương án cung cấp điện tối ưu cho trang trại Sơ đồ nguyên lý hệ thống điện sử dụng nguồn lượng mặt trời áp mái cho trang trại Bảng số liệu tính tốn lựa chọn thiết bị cho đề tài Mô đáp ứng yêu cầu đề tài Phân tích kết đạt đề tài Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội Khoa Điện Thời gian thực hiện: từ 06/03/2023 đến 07/05/2022 GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN P TRƯỞNG KHOA Th.S Đặng Đình Chung TS Quách Đức Cường Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội Khoa Điện KẾ HOẠCH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Đề tài: Tính tốn, thiết kế hệ thống điện mặt trời áp mái cho trang trại Đà Lạt Gap TT Nội dung công việc Người thực - Tổng quan nguồn lượng mặt trời Thời gian hoàn thành 06/03-19/03 Lê Đình Anh - Sơ đồ nguyên lý phương án cung cấp điện tối ưu cho trang Phạm Hải Dương trại 19/03-26/03 - Sơ đồ nguyên lý hệ thống điện sử dụng nguồn lượng mặt Phạm Tiến Dũng 27/03-09/04 trời áp mái cho trang trại - Bảng số liệu tính tốn lựa chọn thiết bị cho đề tài Lê Đình Anh 10/04-16/04 - Mơ đáp ứng yêu cầu đề tài 17/04-23/04 Lê Đình Anh Phạm Hải Dương (hồn - Hồn thiện đề tài thiện thuyết minh) - Hoàn thiện slide báo Phạm Tiến Dũng (hoàn cáo thiện slide) - Báo cáo kết trước hội đồng 24/04-07/05 Lê Đình Anh (rà sốt hồn thiện thuyết minh) GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN TRƯỞNG NHĨM Th.S Đặng Đình Chung Lê Đình Anh Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội Khoa Điện Mục lục DANH MỤC HÌNH ẢNH DANH MỤC BẢNG BIỂU LỜI MỞ ĐẦU TĨM TẮT NỢI DUNG BÁO CÁO 10 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI VÀ HỆ THỐNG ĐIỆN MẶT TRỜI 11 1.1 Tổng quan lượng mặt trời 11 1.1.1 Năng lượng nhiệt .13 1.1.2 Năng lượng điện 13 1.2 Nguyên lý hoạt động và phân loại hệ thống điện mặt trời 14 1.2.1 1.3 Nguyên lý hoạt động .14 Công nghệ Pin mặt trời 19 1.3.1 Công nghệ tâm pin quang điện 19 1.3.2 Pin mặt trời Solar panel chia làm ba loại: 20 1.3.3 Sản xuất Pin mặt trời 23 1.3.4 Hiệu suất pin lượng mặt trời .24 1.4 Tình hình phát triển điện mặt trời giới [8] 26 1.5 Phát triển điện mặt trời ở Việt Nam .28 1.5.1 Tiềm phát triển ở Việt Nam 28 1.5.2 Thực trạng sử dụng lượng mặt trời Việt Nam và sở pháp lý hiện hành cho việc phát triển hệ thống điện mặt trời 29 1.6 Khảo sát vị trí địa lý vùng Đà Lạt 31 1.6.1 Địa hình khí hậu vùng đất .31 1.6.2 Ưu điểm để xây dựng trang trại Đà Lạt theo tiêu chuẩn GAP 33 1.7 Tính khả thi thiết kế hệ thống điện mặt trời áp mái cho trang trại Đà Lạt Gap 34 1.7.1 Ưu điểm .34 1.7.2 Nhược điểm .35 CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG THIẾT KẾ VÀ TÍNH TỐN PHỤ TẢI 36 Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội Khoa Điện 2.1 Giới thiệu cơng trình 36 2.2 Các đặc trưng điện mặt trời 36 2.3 Các thông số cần thiết đề tính tốn hệ thống điện mặt trời .37 2.4 Các bước thiết kế hệ thống điện mặt trời 39 2.4.1 Lựa chọn sơ đồ khối : 39 2.4.2 Tính tốn hệ thống nguồn điện mặt trời .40 2.4.3 Tính cơng suất đàn pin mặt trời W, (Peak Watt) 41 2.4.4 Tính số module mắc song song nối tiếp 41 2.4.5 Bộ biến đổi điện DC – AC 42 2.4.6 Hộp nối dây nối điện .44 2.5 Tính tốn phụ tải điện theo yêu cầu 45 2.6 Các thiết bị cần thiết cho trang trại 46 2.6.1 Đèn cho nhà kính .46 2.6.2 Thơng gió cho nhà kính .47 2.6.3 Đèn Led nhà kho 48 2.6.4 Máy bơm 49 2.6.5 Quạt trần 50 2.6.6 Điều hoà .51 2.6.7 Máy đóng gói rau củ 52 2.6.8 Máy rửa rau củ 53 2.7 Lựa chọn thiết bị cho hệ thống điện mặt trời 55 2.7.1 Tấm pin mặt trời 55 2.7.2 Lựa chọn chuyển đổi DC-AC .59 2.7.3 Lựa chọn dây dẫn thiết bị bảo vệ 71 Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội Khoa Điện DANH MỤC HÌNH ẢNH Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội Khoa Điện DANH MỤC BẢNG BIỂU Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội Khoa Điện Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội Khoa Điện LỜI MỞ ĐẦU Ngày nay, lượng tàn dư sinh học, lượng không tái sinh ngày kiệt, giá dầu mỏ tăng ngày, ảnh hưởng xấu đến phát triển kinh tế xã hội và môi trường sớng Tìm kiếm nguồn lượng thay nhiệm vụ cấp bách toàn giới, xã hội người Nguồn lượng thay phải sạch, thân thiện với mơi trường, giảm chi phí, khơng cạn kiệt (tái sinh) và dễ dàng sử dụng Mợt nguồn lượng lượng mặt trời Nguồn lượng này gần là vơ tận, và có thể trả lời hầu hết các câu hỏi Rất nhiều công nghệ ứng dụng thực hiện từ nguồn lượng mặt trời, từ cho thấy lượng mặt trời khơng lượng hiện tại mà là lượng cả tương lai Chính lý chúng tơi chọn đề tài: “Tính tốn, thiết kế hệ thống điện mặt trời áp mái cho trang trại Đà Lạt Gap” Mục tiêu đề tài: - Xác định các bước thực hiện một đề tài thiết kế cụ thể - Chọn thiết bị thích hợp cho hệ thớng - Tính toán thiết kế phụ tải và lượng tạo từ nguồn lượng mặt trời - Hoàn thiện các bản vẽ kĩ thuật liên quan đến đồ án - Hoàn thành đồ án theo quy định và quy định nhà trường đề - Mô và đưa kết quả chi tiết lượng thu từ hệ thống lượng mặt trời Phương pháp nghiên cứu: - Nghiên cứu tài liệu, tổng hợp kiến thức liên quan đến đề tài đồ án tốt nghiệp - Áp dụng các tiêu chuẩn hiện hành thiết kế hệ thống lượng mặt trời - Sử dụng các phần mềm hỗ trợ tính toán, thiết kế 10 Trường Đại học Cơng nghiệp Hà Nội Khoa Điện Các dạng sóng biến tần Chọn INVERTER SMA STP 20000TL 20KW INVERTER SMA STP 25000TL 25KW INVERTER SMA 61 Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội Khoa Điện Thông số kỹ thuật INVERTER SMA 25KW Thông số kỹ thuật INVERTER SMA 25KW 62 Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội Khoa Điện Thông số kỹ thuật INVERTER SMA 20KW Thông số kỹ thuật INVERTER SMA 20KW Số module cần phải dùng cho hệ thống tính từ tỷ số 63 Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội Khoa Điện =>Chọn 67 module pin mặt trời 475Wp Tính số module mắc song song, nối tiếp Ở sử dụng INVERTER SMA 25KW INVERTER SMA 20KW Dãy điện áp ngõ vào INVERTER SMA 25KW 390V – 800V/600V, INVERTER SMA 25KW 320V – 800V/600V Mỗi inverter có MPPT, MPPT gồm String => dùng 212 pin chia thành cụm ứng với INVERTER - Cụm 1, 2, 3, cụm 40 pin - Cụm gồm 52 pin 40 pin chia thành tổ nối vào MPPT tổ gồm String, String gồm 10 mắc nối tiếp cho điện áp hở mạch String Sơ đồ kết nối String sau Tương tự 52 pin chia thành tổ nối vào MPPT tổ gồm String, String gồm 13 mắc nối tiếp cho điện áp hở mạch String Năng suất điện Năng suất điện dàn pin 40 tính tốn phần mềm Pvsyst 64 Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội Khoa Điện Thông số dàn pin 40 65 Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội Khoa Điện Biểu đồ sản lượng điện theo tháng 66 Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội Khoa Điện Các yếu tố gây tổn thất hệ thống 67 Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội Khoa Điện Năng suất điện dàn pin 52 tính tốn phần mềm Pvsyst Thông số dàn pin 52 68 Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội Khoa Điện Biểu đồ sản lượng điện theo tháng 69 Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội Khoa Điện Các yếu tố gây tổn thất hệ thống 2.7.3 Lựa chọn dây dẫn thiết bị bảo vệ Chọn dây dẫn DC từ dàn pin mặt trời đến inverter Dây cáp lượng mặt trời cáp điện, thiết kế đặc biệt để kết nối dòng điện từ quang điện đến chuyển đổi dòng điện chiều sang dòng điện xoay chiều Dây cáp DC phụ kiện dùng để kết nối pin đến tủ Combiner Box kết nối với Inverter Dây cáp DC AC hoàn toàn khác kết cấu truyền tải điện Cáp AC có giá thành rẻ khơng sử dụng hệ thống DC Lõi cáp DC thường làm đồng độ mềm dẻo, dẫn điện tốt chịu nhiệt tốt Dịng điện DC khơng có tượng hiệu ứng bề mặt dịng điện AC Do sư thay 70 Trường Đại học Cơng nghiệp Hà Nội Khoa Điện đổi nhỏ tiết diện dây đơn vị chiều dài ảnh hưởng lớn đến khả dẫn dòng DC Với yêu cầu phải hoạt động điều kiện mơi trường bên ngồi việc chịu nhiệt độ cao tiêu chí quan trọng dây cáp điện Hiện nay, thường thấy loại dây DC có kiểm định đạt yêu cầu hoạt động với mơi trường nhiệt độ từ -40 đến 90 độ C tối đa mức độ chịu đựng lên đến 120 độ C Các tiêu chuẩn kỹ thuật yêu cầu thử nghiệm dây cáp DC nhiệt độ 120˚C vòng 20,000 Nếu quy đổi số tương đương với 160,000 nhiệt độ 90˚C Tia UV ánh sáng mặt trời bị hấp thụ vào dây dẫn làm hư hại hay gây đứt dây dẫn Vì thế, ngồi việc chịu nhiệt độ cao mơi trường, dây cáp DC cịn có số tính khác khả chống tia UV, Ozone khí quyển, chống cháy để giúp chúng tồn vòng đời 25 năm… Cáp DC phủ lớp Polyme trộn với 2.5% muội than tán mịn để phản xạ tia UV Các loại cáp sử dụng thập kỷ ứng dụng truyền thơng ngồi trời Châu Âu Thêm vào đó, cáp DC cịn u cầu chống cháy, sinh khói khơng sinh khí halogen đốt lớp vỏ Lớp vỏ cáp DC thường làm hợp chất chống cháy vô Sử dụng công cụ tính tốn dây DC Cable Sizing Tool www.solarwind.co.uk      Nhập độ sụt áp cho phép dây dẫn DC (thông thường khoảng 3%) Nhập điện áp hệ thống (điện áp string) Nhập dòng điện tối đa cáp DC Nhập chiều dài tối đa dự kiến cáp DC Nhấp vào “Caculate” – kết hiển thị kích thước cáp mm & AWG 71 Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội Khoa Điện Kết tính tốn dây dẫn phần mềm Kết tính tốn dây DC dàn pin sau: Dàn pin Công suất Điện String (V) (kWp) áp Dòng điện Chiều dài Tiết diện (A) (m) (mm2) 4,75 522,4 11,77 15 2,5 4,75 522,4 11,77 25 2,5 4,75 522,4 11,77 15 2,5 4,75 522,4 11,77 25 2,5 6,175 50 679,12 11,77 Bảng tiết diện dây dẫn DC Lựa chọn dây DC 2,5mm2 4mm2 H1Z2Z2-K-1,5KV DC CADIVI Đặc tính kỹ thuật • Cấp điện áp: DC 1,5kV (max 1,8kV) • Nhiệt độ làm việc dài hạn ruột dẫn: 90 0C • Nhiệt độ làm việc tối đa cho phép 20 000 giờ: 120 0C • Nhiệt độ cực đại cho phép ruột dẫn ngắn mạch thời gian khơng q giây: 2500C • Cáp chậm cháy có đặc điểm giảm thiếu lan truyền lửa • Cáp phát sinh khói, khơng phát sinh khí độc q trình cháy • Cáp có khả tự tắt sau loại bỏ nguồn lửa • Chịu điều kiện thời tiết khắc nghiệt kháng tia UV • Chịu mơi trường axit bazơ • Bán kính uốn cong nhỏ nhất: x D (D: đường kính ngồi cáp) • Chống mối mọt (/AT) • Chống mối mọt gặm nhấm (/ATR) Lựa chọn dây dẫn AC từ inverter đến tủ phân phối tổng Dịng điện tính tốn từ inverter 25kW 72 Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội Khoa Điện Dịng điện tính tốn từ inverter 20kW Tiết diện dây dẫn từ inverter 25kW đến tủ phân phối tổng  Chọn dây dẫn có tiết diện 10mm2 Tiết diện dây dẫn từ inverter 20kW đến tủ phân phối tổng  Chọn dây dẫn có tiết diện 10mm2 Lựa chọn dây cáp 3x10 + 1x6 mm2 pha + trung tính CVV – 0,6/1kV CADIVI Chọn tiết diện dây dẫn từ tủ tổng đến tủ trạm biến áp => Chọn dây dẫn có tiết diện 35mm2 Lựa chọn dây cáp 3x35 + 1x25 mm2 pha + trung tính CVV – 0,6/1kV CADIVI Lựa chọn aptomat Lựa chọn aptomat cho String dàn pin mặt trời  Chọn CB DC Suntree 800V 20A Lựa chọn aptomat nhánh từ inverter 25kW tới tủ phân phối Có 73 Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội Khoa Điện => Chọn MCCB Mitsubishi NF63 HV - 3P 50A 10kA Lựa chọn aptomat nhánh từ inverter 20kW tới tủ phân phối Có  Chọn MCCB Mitsubishi NF63 HV - 3P 40A 10kA Lựa chọn aptomat tổng hệ thống => Chọn MCCB Mitsubishi NF250 - HV 3P 250A 75kA 74 Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội Khoa Điện 75