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 CỘNGHỒXÃHỘICHỦNGHĨAVIỆTNAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc TRƯỜNGĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆPHÀNỘI 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 toàn kiến thức trau dồi trung suốt q 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 lịng biết ơn sâu sắc tới trường Đại học Cơng 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 TỔNG QUAN 1.1 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 2LỰA 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 cơng 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 toán 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 MƠ 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 mô 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 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 phịng 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 Thơng 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 Thơng 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 Công 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