Đề tài nghiên cứu thiết kế hệ thống điện sử dụng nguồn năng lượng mặt trời có hòa lưới cho trường học

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA ĐIỆN ************** ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGÀNH: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN-ĐIỆN TỬ ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỆN SỬ DỤNG NGUỒN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI CĨ HỊA LƯỚI CHO TRƯỜNG HỌC Giáo viên hướng dẫn: Th.S Đặng Đình Chung Sinh viên thực hiện: Mã Sinh Viên: Đinh Trường Lộc 2017600320 Nguyễn Văn Nhiên 2017600530 Nguyễn Tài Mạnh 2017604298 Nguyễn Anh Minh 2017604409 Hà Nội - 2021 BỘ CƠNG THƯƠNG CỘNG HỒ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNGĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆPHÀNỘI Độc lập - Tự - Hạnh phúc PHIẾU GIAO ĐỀ TÀI ĐỒ ÁN/ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP TT Họ tên SV Đinh Trường Lộc Nguyễn Văn Nhiên Nguyễn Tài Mạnh Nguyễn Anh Minh Mã SV 2017600320 2017600530 2017604298 2017604409 Lớp/Khóa Điện – K12 Điện – K12 Điện – K12 Điện – K12 Ngành CNKT Điện CNKT Điện CNKT Điện CNKT Điện Tên đề tài: Nghiên cứu thiết kế hệ thống điện sử dụng nguồn lượng mặt trời có hịa lưới cho trường học Mục tiêu đề tài: - Hiểu tổng quan hệ thống lưới điện trường học, - Hiểu nguồn lượng mặt trời, pin lượng mặt trời - Tính tốn lựa chọn biến đổi - Tính tốn thiết kế mạch chuyển đổi nguồn SMA, - Xây dựng hệ thống điện mặt trời cho trường học có hịa lưới Kết dự kiến - Tổng quan đề tài Tính tốn lựa chọn thiết bị Xây dựng mơ hình thực nghiệm Kết phân tích kết Thời gian thực hiện: từ 22/03/2021 đến 09/05/2021 GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN TRƯỞNG KHOA (Ký ghi rõ họ tên) Ths Đặng Đình Chung TS Phạm Văn Minh Lời cảm ơn Đồ án tốt nghiệp đề tài mà sinh viên kỹ thuật trước trường phải hồn thành Đó q trình tổng hợp hệ thống lại tồn kiến thức trau dồi trung suốt trình học tập cơng trình đánh dấu bước ngoặt sinh viên trước trường làm việc Để hồn thành tốt đồ án này, chúng em xin gửi lời cảm ơn chân đến thầy giáo Th.S Đặng Đình Chung dân tỉnh hưởng dẫn, giúp đỡ bảo chúng em tồn q trình thực Nhờ huong dẫn thầy chúng em hoàn thành đồ án Nhân đây, chúng em xin gửi lòng biết ơn sâu sắc tới trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội, môn Cơ Sở Kỹ thuật điện tạo điều kiện thuận lợi cho chúng em thực đồ án tốt nghiệp Nhóm sinh viên thực Đinh trường Lộc Nguyễn Văn Nhiên Nguyễn Tài Mạnh Nguyễn Anh Minh Lời cam đoan Chúng em xin cam đoan đồ án tốt nghiệp chúng em tính tốn thiết kế nghiên cứu hướng dẫn thầy giáo Th.S Đặng Đình Chung Để hồn thành đồ án này, chúng em sử dụng tài liệu ghi mục tài liệu tham khảo, ngồi khơng sử dụng tài liệu khác không ghi Nếu sai, tơi xin chịu hình thức kỷ luật theo quy định Nhóm sinh viên thực Đinh trường Lộc Nguyễn Văn Nhiên Nguyễn Tài Mạnh Nguyễn Anh Minh Trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội Đồ án tốt nghiệp MỤC LỤC CHƯƠNG 1.1 TỔNG QUAN Tổng quan lượng mặt trời 1.1.1 Giới thiệu lượng mặt trời 1.1.2 Bức xạ mặt trời 1.1.3 Ứng dụng lượng mặt trời 1.1.4 Pin Mặt trời 1.2 Ưu nhược điểm điện lượng mặt trời .11 1.3 Các mơ hình sử dụng điện mặt trời 13 1.3.1 Mơ hình biến đổi độc lập khơng kết lưới 13 1.3.2 Mơ hình biến đổi có kết lưới 16 CHƯƠNG LỰA CHỌN CÁC PHƯƠNG ÁN, TÍNH TỐN VÀ THIẾT BỊ CHO HỆ THỐNG ĐIỆN MẶT TRỜI HÒA LƯỚI 17 2.1 Giới thiệu cơng trình 17 2.2 Các đặc trưng cung cấp điện mặt trời .17 2.3 Các thông số cần thiết để thiết kế hệ thống điện mặt trời 18 2.4 Các bước thiết kế hệ thống điện mặt trời 21 2.4.1 Lựa chọn sơ đồ khối 21 2.4.2 Tính tốn hệ nguồn điện pin mặt trời 21 2.5 Phương thức hoạt động hệ thống điện mặt trời hịa li 27 2.6 Tính tốn chi tiết công suất phụ tải 29 2.7 Tính phụ tải điện yêu cầu .32 2.8 Lựa chọn thiết bị cho hệ thống điện mặt trời hòa lưới 33 2.8.1 Tấm pin mặt trời 33 2.8.2 Lựa chọn chuyển đổi DC-AC 38 2.8.3 Lựa chọn dây dẫn thiết bị bảo vệ 50 CHƯƠNG SMA PHẦN MỀM ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT HỆ THỐNG INVERTER 54 3.1 Kết nối phần cứng hệ thống 54 3.2 Phần mềm điều khiển giám sát SUNNY PORTAL 55 3.2.1 Cài đặt inverter cập nhật firmware 55 3.2.2 Cài đặt chuẩn điện lưới 56 Trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội Đồ án tốt nghiệp 3.2.3 Cài đặt giám sát ennexOS DATA MANAGER .57 3.2.4 Giám sát điện 59 CHƯƠNG DỰ TỐN CƠNG TRÌNH VÀ CÁC BẢN VẼ .63 4.1 Dự tốn cơng trình 63 4.2 Sản lượng điện tạo 64 4.3 Hiệu kinh tế 64 4.4 Tính tốn thu hồi vốn có lãi .66 4.5 Bản vẽ cơng trình 66 CHƯƠNG XÂY DỰNG MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM 69 5.1 Các thiết bị có mơ hình .69 5.2 Hình ảnh mơ hình thực tế .72 5.3 Cách thức hoạt động mơ hình điện mặt trời hịa lưới 73 Trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội Đồ án tốt nghiệp DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1 Ưu, nhược điểm hệ thống PV độc lập 13 Bảng Ưu, nhược điểm Hệ thống PV độc lập DC AC 14 Bảng Ưu, nhược điểm Hệ thống PV có lưu trữ lượng .15 Bảng Ưu, nhược điểm hệ thống PV độc lập kết hợp với nguồn dự phòng .15 Bảng Ưu, nhược điểm hệ thống PV độc lập kết hợp với điện lưới 16 Bảng Ưu, nhược điểm hệ thống PV có lưới 16 Bảng Tiết diện dây dẫn với cường độ dòng điện 26 Bảng So sánh loại pin Poly Mono .34 Bảng Tiết diện dây dẫn DC 52 Bảng Bảng dự tốn cơng trình 63 Trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội Đồ án tốt nghiệp DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1 Cấu trúc mặt trời Hình Quá trình truyền xạ mặt trời qua lớp khí Trái đất .7 Hình Nguyên lý hoạt động pin mặt trời Hình Pin mặt trời Hình Quá trình tạo module 10 Hình Cấu tạo module 11 Hình Mơ hình sử dụng hệ thống PV độc lập 13 Hình Hệ thống PV độc lập DC AC 14 Hình Hệ thống PV có lưu trữ lượng 14 Hình 10 Mơ hình hệ thống PV độc lập kết hợp với nguồn dự phòng 15 Hình 11 Mơ hình hệ thống PV độc lập kết hợp với điện lướ 15 Hình 12 Mơ hình hệ thống PV có lưới 16 Hình Góc nghiêng β hệ thống 20 Hình 2 Bộ chuyển đổi 25 Hình Hệ thống sử dụng 100% nguồn từ điện mặt trời 27 Hình Hệ thống sử dụng 80% nguồn từ điện mặt trời 27 Hình Hệ thống sử dụng ban đêm 28 Hình Hệ thống dư điện mặt tròi 28 Hình Pin Poly pin Mono 33 Hình Pin JINKO JKM475-7RL3 475W .35 Hình Thơng số kỹ thuật kích thước pin 37 Hình 10 Các dạng sóng biến tần 39 Hình 11 INVERTER SMA 39 Hình 12 Thơng số kỹ thuật INVERTER SMA 25KW .40 Hình 13 Thơng số kỹ thuật INVERTER SMA 20KW .41 Hình 14 Thông số dàn pin 40 44 Hình 15 Biểu đồ sản lượng điện theo tháng 46 Hình 16 Các yếu tố gây tổn thất hệ thống 46 Hình 17 Thông số dàn pin 52 47 Trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội Đồ án tốt nghiệp Hình 18 Biểu đồ sản lượng điện theo tháng 49 Hình 19 Các yếu tố gây tổn thất hệ thống 49 Hình 20 Kết tính tốn dây dẫn phần mềm .51 Hình 1Thiết bị liên kết Inverter .54 Hình Sơ đồ kết nối ennexOS 55 Hình 3 Nhập địa IP Inverter 55 Hình Đặt địa IP tĩnh cho Inverter 56 Hình Cài đặt chuẩn điện lưới ENA-G99/1/18 56 Hình Cài đặt liên kết ennexOS 57 Hình Lựa chọn phương thức liên kết điều khiển 58 Hình Đặt địa cho ennexOS 59 Hình Tạo dự án tài khoản giám sát 59 Hình 10 Nhập địa email tài khoản .60 Hình 11 Nhập công suất phụ tải công suất dàn pin 60 Hình 12 Nhập mã thiết bị dự án 61 Hình 13 Giao diện giám sát hệ thống 61 Hình 14 Điện tạo tổng thể 62 Hình 15 Thống kê Inverter 62 Hình 1Biểu giá điện cho trường học 64 Hình Bố trí pin khu nhà B 67 Hình Bố trí pin khu nhà A 67 Hình 4 Tồn cảnh cơng trình 68 Hình Tấm pin mặt trời 6V 6W 69 Hình Bộ Inverter hòa lưới 600W 69 Hình Đầu điện lưới AC Inverter 70 Hình Đầu vào DC Inverter 70 Hình 5 Cơng tơ điện tử AC 71 Hình Mặt Trước mơ hình 72 Hình Mặt sau mơ hình 73 Trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội Đồ án tốt nghiệp TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan lượng mặt trời 1.1.1 Giới thiệu lượng mặt trời Mặt trời phát sáng mà người quan sát vũ trụ Mặt trời phát nguồn lượng khổng lồ phần nguồn lượng truyền xạ đến trái đất Trái đất mặt trời có mối quan hệ chặt chẽ, xạ mật trời yếu tố định cho tồn sống hành tinh Năng lượng mặt trời nguồn lượng vơ tận nguồn gốc nguồn lượng khác trái đất Con người biết tận hưởng nguồn lượng quý giá từ lâu, nhiên việc khai thác sử dụng nguồn lượng cách hiệu vấn đề mà quan tâm Hình 1 Cấu trúc mặt trời 1.1.2 Bức xạ mặt trời Phần lượng xạ mặt trời truyền tới bề mặt trái đất ngày quang đãng thời điểm cao vào khoảng 1000W/m2 Yếu tố xác định cường độ xạ mặt trời điểm Trái đất quãng đường qua Sự mát lượng Trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội Đồ án tốt nghiệp 4.2 Sản lượng điện tạo Từ bảng kết tính tốn phần mềm Pvsyst => Sản lượng điện trung bình tạo vịng năm dàn pin mặt trời là: EMT  19,886  26,119  105,663  MWh  Lượng điện tiêu thụ toàn trường học ngày Eng  PTT   48,35   435,15KWh Trong vòng năm trường học hoạt động trung bình tháng = 240 ngày => Lượng điện tiêu thụ trung bình vịng năm là: Eng  435,15  240  104436  KWh   104, 436  MWh  4.3 Hiệu kinh tế Biểu giá bán điện EVN khối hành nghiệp Hình 1Biểu giá điện cho trường học Giá bán điện EVN trường phổ thơng 6kV 1.771 đồng/kWh => Trong vịng năm số tiền phải trả trường học là: 104, 436 1000  1771  184.956.156 VND  64 Trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội Đồ án tốt nghiệp Theo thông báo số 112/EVN-KD+TCKT thông báo giá mua điện mặt trời mái nhà năm 2021, Tập đoàn điện lực Việt Nam EVN công bố giá mua điện mặt trời cho cơng trình thực trước ngày 31/12/2020 sau: – Đối với hệ thống điện mặt trời mái nhà có ngày vận hành thương mại từ 01/6/2017 đến 30/6/2019: giá mua điện mặt trời EVN năm 2021 2.162 VNĐ/kWh chưa bao gồm thuê giá trị gia tăng (tương đương 9,35 UScents/kWh) – Đối với hệ thống điện mặt trời mái nhà có ngày vận hành thương mại từ 01/7/2019 đến 31/12/2020: giá mua điện mặt trời EVN năm 2021 1.938 VNĐ/kWh chưa bao gồm thuế giá trị gia tăng (tương đương 8,38 Uscents/kWh) Còn chủ đầu tư có ý định lắp đặt hệ thống điện mặt trời năm 2021, sau Quyết định 13/2020/QĐ-TTg chế khuyến khích phát triển điện mặt trời Việt Nam hết hiệu lực vào 31-12-2020 giá bán điện lượng mặt trời cho EVN vấn đề quan tâm Hiện dự thảo giá mua bán điện mặt trời mái nhà năm 2021 trình lên thủ tướng, sách giá mua điện FIT EVN sau: – Đối với công suất điện mặt trời mái nhà nhỏ 20 kwp giá mua bán điện 1582,16 Vnđ/kwh (tương đương 6,84 UScent/kwh) – Đối với công suất điện mặt trời mái nhà từ 20 kwp đến 100 kwp giá mua bán điện 1468,82 vnđ/kwh (tương đương 6,35 UScent/kwh) – Đối với công suất điện mặt trời mái nhà từ 100 KWp đến 1250 kwp (không 01 MWac) giá mua bán điện 1362,41 vnđ/kwh (tương đương 5,89 UScent/kwh) => Giá mua điện mặt trời EVN công suất 100KWp 1362,41 vnđ/KWh Lượng điện dư thừa từ dàn pin mặt trời EDT  105,663  104, 436  1, 227  MWh   1227  KWh  Số tiền thu bán điện dư thừa năm 1227  1362, 41  1.671.677,07 VND  65 Trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội Đồ án tốt nghiệp Như vịng năm trung bình nhà trường tiết kiệm số tiền 184.956.156  1.671.677,07  186.627.833,07 VND  4.4 Tính tốn thu hồi vốn có lãi Tổng chi phí đầu tư dự án điện lượng mặt trời vào khoảng 1.350.000.000 VND Số tiền tiết kiệm sau năm trung bình là: 186.627.833 VND Dự kiến thu hồi vốn trong: 1.350.000.000 / 186.627.833  7, 23  năm  Với tuổi thọ pin mặt trời khoảng 25 năm => Số tiền nhà trường trả là: (25  7, 23) 184.956.156  3.286.670.829 VND  => Số tiền nhà trường có lãi là: (25  7, 23)  1.671.677,07  29.705.701,5 VND  4.5 Bản vẽ cơng trình  Mặt bố trí lắp đặt Rail nhơm  Mặt bơ trí pin mặt trời  Chi tiết pin  Bản vẽ dây cho tám pin  Sơ đồ nguyên lý hệ thống điện mặt trời hòa lưới  Sơ đồ đấu nối hệ thống điện mặt trời  Sơ đồ tủ điện  Sơ đồ đấu nối Inverter  Hệ thống giám sát thu thập liệu 66 Trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội Đồ án tốt nghiệp Hình Bố trí pin khu nhà B Hình Bố trí pin khu nhà A 67 Trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội Đồ án tốt nghiệp Hình 4 Tồn cảnh cơng trình 68 Trường Đại học Cơng Nghiệp Hà Nội Đồ án tốt nghiệp XÂY DỰNG MƠ HÌNH THỰC NGHIỆM 5.1 Các thiết bị có mơ hình Hình Tấm pin mặt trời 6V 6W Hình Bộ Inverter hịa lưới 600W 69 Trường Đại học Cơng Nghiệp Hà Nội Đồ án tốt nghiệp Hình Đầu điện lưới AC Inverter Hình Đầu vào DC Inverter 70 Trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội Đồ án tốt nghiệp Hình 5 Công tơ điện tử AC 71 Trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội Đồ án tốt nghiệp 5.2 Hình ảnh mơ hình thực tế Hình Mặt Trước mơ hình 72 Trường Đại học Cơng Nghiệp Hà Nội Đồ án tốt nghiệp Hình Mặt sau mơ hình 5.3 Cách thức hoạt động mơ hình điện mặt trời hòa lưới  Kết nối pin mặt trời vào Inverter  Kết nối điện lưới vào Inverter  Khởi động Inverter  Bộ Inverter hòa lưới kiểm tra điều kiện (đèn Error sáng )  Bộ Inverter tiến hành q trình hịa lưới điện (đèn Run sáng )  Các thơng số hịa lưới hiển thị qua đồng hồ đo 73 Trường Đại học Cơng Nghiệp Hà Nội Đồ án tốt nghiệp Hình Hệ thống khởi động 74 Trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội Đồ án tốt nghiệp Hình Hệ thống tiến hành hịa lưới sau đạt dủ yêu cầu 75 Trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội Đồ án tốt nghiệp Hình 10 Các thông số mà hệ thống điện mặt trời tạo 76 Trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội Đồ án tốt nghiệp KẾT LUẬN Nội dung đề tài đồ án tốt nghiệp nhóm em là: Nghiên cứu thiết kế hệ thống điện sử dụng nguồn lượng mặt trời có hịa lưới cho trường học Để thiết kế hệ thống điện lượng mặt trời cho trường học chúng em tìm hiểu đặc điểm hệ thống điện cho cơng trình Từ xác định u cầu dặt cơng trình tìm phương án để chọn thiết kế cho cơng trình, đảm bảo tối ưu lượng để giảm chi phí đảm bảo chất lượng yêu cầu kỹ thuật đặt Với đặc điểm công trình trường học trên, chúng em lựa chọn hệ thống điện mặt trời hịa lưới khơng lưu trữ Sau tháng tuổi làm việc nghiêm túc, với nỗ lực thân lưới giúp đỡ tận tình thầy Th.S Đặng Đình Chung chúng em hoàn thành nhiệm đồ án đặt Mặc dù cố gắng tìm đọc tài liệu, kết hợp với trình thực tập kiến thức thực tế cịn hạn chế nên đồ án khơng thể tránh khỏi thiếu sót Em mong thầy bảo, giúp đỡ để chúng em bổ sung thêm để khác phục thiếu sót học hỏi thêm kinh nghiệm có ích cho công việc sau Một lần chúng em xin chân thành cám ơn thầy giáo Th.S Đặng Đình Chung thầy, cô môn Cơ Sở Kỹ Thuật Điện trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội giúp đỡ tạo điều kiện cho chúng em nhiều để em hoàn thành đồ án Và cảm ơn thầy cô, giảng dạy chúng em suốt trình năm học tập nhà trường giúp chúng em có hành trang vững bước vào đời Chúng em xin chân thành cảm ơn 77 Trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội Đồ án tốt nghiệp TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] TS Hoàng Dương Hùng, Năng lượng mặt trời lý thuyết ứng dụng [2] TCVN 7114-1 : 2008, TCVN 7114-3 : 2008, Chỉ tiêu độ rọi chất lượng chiếu sáng trường trung học [3] TCVN 5687 - 2010, Hệ thống thơng gió, điều hồ khơng khí [4] Phần mềm tính tốn lượng mặt trời PVsyst [5] Ngô Hồng Quang, Sổ tay lựa chọn tra cứu thiết bị điện, NXB Khoa học Kỹ thuật [6] Catalog dây điện CADIVI [7] Võ Tấn Thái, Tóm tắt luận văn thạc sĩ Kỹ thuật điện [8] Cơng cụ tính tốn dây DC Cable Sizing Tool www.solar-wind.co.uk [9] Catalog SMA Inverter [10] Catalog Jinkosolar 78