PHÂN TÍCH ĐÁNH GIÁ HỆ THỐNG ĐIỆN MẶT TRỜI TRÊN MÁI NỐI LƯỚI TẠI TRƯỜNG THPT LÊ QUÝ ĐÔN ANALYSIS AND ASSESSMENT OF THE SOLAR POWER SYSTEM ON THE GRID CONNECTED ROOF AT LE QUY DON HIGH SCHOOL TÓM TẮT –.
PHÂN TÍCH ĐÁNH GIÁ HỆ THỐNG ĐIỆN MẶT TRỜI TRÊN MÁI NỐI LƯỚI TẠI TRƯỜNG THPT LÊ QUÝ ĐÔN ANALYSIS AND ASSESSMENT OF THE SOLAR POWER SYSTEM ON THE GRIDCONNECTED ROOF AT LE QUY DON HIGH SCHOOL TÓM TẮT – Bài báo phân tích tính tối ưu mặt kinh tế hiệu bảo vệ môi trường cho hệ thống điện mặt trời mái nối lưới Thông qua số liệu xạ mặt trời điểm trường tỉnh Bà Rịa – Vũng Tàu 12 tháng để đưa mơ hình tính tốn phân tích cụ thể tính khả thi hệ thống điện mặt trời mái nối lưới.Qua việc nghiên cứu hệ thống với cơng suất đầu tư 150kWp cơng suất tạo 219.9MWp/năm lượng CO2 giảm phát thải 145tấn/năm.Với số không nhỏ ta thấy hệ thống lượng mặt trời hịa lưới giải pháp thực hữu ích ngành điện, giải vấn đề lớn việc bảo vệ môi trường thông qua việc giảm phát thải CO2 Mơ hình tính tốn sản lượng điện xây dựng dựa phần mềm Pvsyst đưa kết mơ để từ thiết kế hệ thống cách hợp lý, mang lại hiệu tối ưu cho đơn vị sử dụng Từ khóa: điện mặt trời; bảo vệ môi trường; phần mềm Pvsyst; phân tích tính khả thi; tính tốn sản lượng điện ABSTRACT – This Article analyzes the economic optimization and environmental protection efficiency for solar power system on a grid-connected roof Through the solar radiation data of the school site in Ba Ria - Vung Tau province in 12 months to come up with a specific calculation model and analyze the feasibility of the solar power system on the grid connected roof Through studying the system with an investment capacity of 150kWp, the generated capacity is 219.9MWp/year and CO2 emission reduction is 145 tons/year With such a small number, we can see the system Grid-tied solar energy is a really useful solution for the electricity industry, solving a big problem in environmental protection through reducing CO2 emissions The power output calculation model is built based on Pvsyst software and gives simulation results from which to design the system reasonably, bringing optimal efficiency to the unit used Keywords: solar power; environmental protection; PVsyst software; analyze the feasibility; power output calculation KÍ HIỆU Ký hiệu Đơn vị I A Là dòng cung cấp mô-đun quang V quang điện V Là điện áp hoạt động mô-đun Rs Ω Là điện trở kháng Rsh Ω Là điện trở trượt K J/K Hằng số Bolzman điện Ncs Ý nghĩa Số lượng tế bào quang điện khác Tc Kelvin Là nhiệt độ hoạt động pin quang điện V Việt Nam đồng Tổng số vốn đầu tư Cp Việt Nam đồng Giá pin mặt trời CI Việt Nam đồng Giá Inverter Cnk Việt Nam đồng Chi phí nhân cơng lắp đặt chi phí P Wp Công suất cần lắp đặt cho HT Pt Wp Công suất pin NLMT CHỮ VIẾT TẮT THPT Trung học phổ thông NLMT Năng lượng mặt trời HT Hệ thống GIỚI THIỆU (INTRODUCTION) Trong thời đại 4.0 với phát triển đại hóa đất nước để hội nhập với giới đòi hỏi phải phát triển tồn diện bền vững Chính mà để góp phần tạo nên thành cơng cơng cơng nghiệp hóa đại hóa đất nước cần có nhiều yếu tố phát triển song hành Năng lượng yếu tố cần thiết cho phát triển vấn đề lượng vấn đề đáng để quan tâm Việt Nam nước có tiềm phát triển nguồn lượng như: Thủy điện, nhiệt điện, điện sinh khối, điện gió, điện mặt trời… nước ta có hệ thống sơng dài ngắn dốc, ngồi nước ta nước giàu tài nguyên thiên nhiên Nhưng với khai thác nguồn tài nguyên thiên nhiên làm ô nhiễm môi trường thiên tai, bão lũ sảy vấn đề đáng lo ngại Chính mà cần phải có giải pháp tìm nguồn lượng mới, cịn khơng gây ô nhiễm môi trường giảm thiên tai, bão lũ để phục vụ cho phát triển đất nước Nguồn lượng nhắc đến lượng mặt trời nguồn lượng tái tạo hiệu mà cịn khơng gây nhiễm mơi trường Năng lượng thực cần thiết với sống người Các nguồn lượng hóa thạch như: than đá,dầu mỏ, khí đốt… biết đến nguồn lượng chủ yếu dự trữ lòng đất Khi khai thác sử dụng mức dẫn đến vấn đề cạn kiệt đem lại hậu to lớn tới mơi trường : sóng thần, bão, lũ lụt, hạn hán… Do vậy, người dần hướng đến nguồn lượng lượng mặt trời(NLMT).Đây nguồn lượng tái tạo nhất, dồi nước ta có tài nguyên lượng mặt trời phong phú Bằng cách sử dụng lượng mặt trời, bạn giảm nhu cầu nhiên liệu hóa thạch, hạn chế khí thải nhà kính thu nhỏ lượng khí thải carbon bạn Với việc tạo điện lượng mặt trời thay nhiên liệu hóa thạch làm giảm đáng kể lượng khí thải nhà kính, đặc biệt carbon dioxide (CO2) Khí nhà kính, tạo nhiên liệu hóa thạch bị đốt cháy, dẫn đến nhiệt độ toàn cầu biến đổi khí hậu tăng cao Biến đổi khí hậu góp phần gây vấn đề nghiêm trọng môi trường sức khỏe cộng đồng, bao gồm ảnh hưởng xấu đến thời tiết, mực nước biển dâng cao thay đổi hệ sinh thái Từ nguồn lượng mặt trời phương án tối ưu Hình 1: Biểu đồ phụ tải trung bình Trong năm gần đây, với phát triển mạnh mẽ khoa học công nghệ, pin mặt trời thương mại có giá bán bn dao động 0,3-0,4 USD/W [1] Bên cạnh đó, Chính phủ Việt Nam có chế khuyến khích phát triển dự án điện mặt trời với giá mua điện EVN 2.086 đồng/kWh, riêng dự án mái nhà thực chế bù trừ lượng (net-metering) sử dụng hệ thống cơng tơ hai chiều Trong chu kì toán, lượng điện phát từ dự án mái nhà lớn lượng điện tiêu thụ chuyển sang chu kỳ toán Khi kết thúc năm kết thúc hợp đồng mua bán điện, lượng điện phát dư bán cho bên mua điện với giá bán theo quy định Quyết định số 11 Thủ tướng Chính phủ [2] Tỉnh Bà Rịa – Vũng Tàu có 32 trường THPT [3] nhiều khu công nghiệp, cụm công nghiệp lớn nhỏ, lượng cung cấp tính riêng cho cụm công nghiệp hoạt động 5.879.267.030 kWh/ năm Bên cạnh đó, thành phố Vũng Tàu với dân số 357.124 người( thống kê đến năm 2021) có nhu cầu sử dụng điện sinh hoạt chiếm 23% tổng sản lượng điện sinh hoạt tỉnh Với nhu cầu sử dụng điện sinh hoạt ngày tăng cần phải tìm giải pháp để giảm áp lực cung cấp điện cho ngành điện Hệ thống lượng mặt trời hòa lưới giải pháp giúp giảm áp lực cung cấp điện góp phần bảo vệ mơi trường sản xuất điện không gây phát thải CO2 Giải pháp hệ thống lượng mặt trời hòa lưới giải pháp giúp giảm áp lực cung cấp điện góp phần bảo vệ môi trường sản xuất điện không gây phát thải CO giải vấn đề Giải pháp có ưu điểm sau: (1) Nhà trường tự chủ cung cấp điện; (2) Hiệu kinh tế; (3) Không gây ô nhiễm môi trường; (4) Giảm áp lực cung cấp điện cho ngành điện CƠ SỞ LÝ THUYẾT/PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU (THEORETICAL FRAMEWORD/METHODS) 2.1 Hệ thống lượng mặt trời hòa lưới Hệ thống điện mặt trời hòa lưới hệ thống điện lấy từ lượng dòng xạ điện từ, xuất phát từ mặt trời hấp thu trực tiếp qua pin mặt trời, chuyển hóa thành điện thơng qua hiệu ứng quang điện Điện sản xuất từ giàn pin mặt trời nối trực tiếp vào hệ thống điện lưới gọi hệ thống có sẵn nên gọi hệ thống điện mặt trời hòa lưới Hệ thống điện mặt trời nối lưới trình bày Hình Hình 2: Sơ đồ nguyên lý hoạt động hệ thống điện mặt trời hòa lưới 2.2 Bức xạ mặt trời Bức xạ mặt trời thu dòng xạ điện từ mặt trời phát Cường độ xạ tác động lên pin cao sinh sản lượng điện lớn Ở địa điểm khác cường độ xạ đo khác Trên giới, cường độ xạ mặt trời cao tập trung nước gần xích đạo, Việt Nam nước có phần lãnh thổ nằm gần xích đạo Do vậy, Việt Nam có nguồn xạ mặt trời tương đối lớn Theo đánh giá Bộ Công thương, cường độ xạ mặt trời trung bình năm Việt Nam 5,0 kW/h/m2 [6], đồ xạ mặt trời Việt Nam trình bày Hình (Nguồn: Esolars.vn) Hình 3: Sơ đồ xạ mặt trời Việt Nam Theo đồ này,các tỉnh từ Quảng Trị đến Cà Mau có cường độ xạ mặt trời tương đối cao, đặc biệt cao tỉnh miền Nam Trung Bộ Đông Nam Bộ, thành phố Vũng Tàu, tỉnh Bà Rịa- Vũng Tàu nằm khu vực Bà Rịa – Vũng Tàu là tỉnh ven biển thuộc vùng Đông Nam Bộ Tỉnh nằm vùng Kinh tế trọng điểm phía Nam, thuộc vùng Đơ thị Thành Phố Hồ Chí Minh Tiếp giáp tỉnh Đồng Nai phía Bắc, với TP Hồ Chí Minh phía Tây, với tỉnh Bình Thuận phía Đơng, cịn phía Nam giáp Biển Đơng Bà Rịa - Vũng Tàu thuộc vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa; năm chia hai mùa rõ rệt Mùa mưa tháng đến tháng 10, thời gian có gió mùa Tây Nam Mùa khô tháng 11 đến tháng năm sau, thời gian có gió mùa Đơng Bắc Nhiệt độ trung bình hàng năm 27°C, tháng thấp khoảng 24,8°C, tháng cao khoảng 28,6°C Số nắng cao, trung bình hàng năm khoảng 2400 Lượng mưa trung bình 1500mm Bà Rịa-Vũng Tàu nằm vùng có bão [4] Theo Sở Tài ngun – Môi trường, Bà Rịa – Vũng Tàu địa phương khu vực Nam có số nắng cao Tổng số nắng năm giao động từ 2.344 2.613 Theo số liệu đo đạc năm gần cho thấy, Bà Rịa – Vũng Tàu, tháng hàng năm tháng có nắng cao (khoảng 308 giờ) Từ tháng 10 đến tháng 12 thường có nắng thấp năm (khoảng 124 giờ) [5], cụ thể biểu đồ đây: Hình 4: Biểu đồ số nắng năm 2.3 Phần mềm Pvsyst Trong nghiên cứu này, mô hệ thống lượng mặt trời hòa lưới thực cách sử dụng phần mềm PVsyst V7.2 [7] PVsyst chương trình phần mềm phân tích PV phát triển nhóm lượng Đại học Geneva, Thụy Sĩ Chương trình sử dụng địa điểm có liệu khí tượng xạ mặt trời Nó thiết kế để hỗ trợ nghiên cứu xác định quy mô, mô phân tích liệu hệ thống PV hoàn chỉnh, giúp cho kiến trúc sư, kỹ sư nhà nghiên cứu có liệu cần thiết để thực dự án PVsyst phù hợp cho nghiên cứu điện mặt trời kết nối lưới, điện mặt trời vận hành độc lập hệ thống giao thơng cơng cộng Chương trình PVsyst cung cấp sở liệu khí tượng sở liệu PV rộng lớn PVsyst V7.2 có chức gồm: thiết lập dự án điện mặt trời nối lưới, xây dựng mơ hình bóng che quản lý, phân tích liệu khí tượng địa điểm thực dự án Khi nhập tọa độ địa điểm cần tính tốn vào sở liệu, phần mềm xác định vị trí thu thập liệu bao gồm mức trung bình xạ mặt trời khuếch tán, trực tiếp xạ theo phương ngang Đồng thời, kết hợp với việc chọn loại pin, vị trí, cách lắp đặt pin, phần mềm tính sản lượng điện sinh năm Cơng thức tính sản lượng phần mềm PVsyst V7.2 sau: q (V + I R s) I =I ph−I exp −1 (1 )Trong đó: N cs Gama k T c [ ( ) ] I dịng cung cấp mơ-đun quang điện [A] V điện áp hoạt động mô-đun quang điện [V] I D dòng đi-ốt, kết biểu thức Io • [exp () -1] Rs điện trở kháng [ohm] Rsh điện trở trượt [ohm] Q điện tích electron, Q = 1.602 • E-19 K số Bolzmann, K = 1,381 E-23 J / K Gamma hệ số chất lượng đi-ốt, thường từ đến Ncs số lượng tế bào quang điện Tc nhiệt độ hoạt động pin quang điện [Kelvin] Iph dòng quang điện [A], tỉ lệ với xạ mặt trời G Io dòng bão hòa, phụ thuộc vào nhiệt độ [A] Trong đó: G Gref xạ mặt trời xạ mặt trời tham chiếu điều kiện chuẩn [W/m²] Tc Tcref nhiệt độ hoạt động pin mặt trời nhiệt độ tham chiếu điều kiện chuẩn [°K] MuISC hệ số nhiệt độ dòng quang điện (hoặc dòng ngắn mạch) Tc q EGap 1 I 0=I ref epx − ( )Trong đó: T cref Gama k T cref T c ( ) [( )( )] EGap lượng vật liệu (1,12 eV Cristaline Si; 1,03 eV CIS; 1,7 eV silic vô định; 1,5 eV CdTe) 2.4 Xây dựng hàm phân tích kinh tế Tổng giá trị đầu tư hệ thống điện mặt trời hịa lưới bao gồm: chi phí pin lượng mặt trời, chi phí chuyển đổi từ điện DC sang điện AC, chi phí nhân cơng lắp đặt chi phí khác Trong chi phí chi phí cho pin lượng mặt trời giảm thời gian tới phát triển cơng nghệ sản xuất pin[8] Khi đó, tổng chi phí cho dự án giảm xuống, giúp cho tổng chi phí đầu tư giảm xuống Tổng chi phí tính theo hàm sau: V =C p +C I +C nk ( ) V: Tổng vốn đầu tư [Việt Nam đồng] Cp: Giá pin mặt trời [Việt Nam đồng] (xem công thức dưới) CI: Giá chuyển đổi DC/AC (inverter) [Việt Nam đồng] Cnk: Chi phí nhân cơng lắp đặt chí phí khác [Việt Nam đồng] Giá pin mặt trời tính sau: ( PP ) G ( ) C= t Với: P: Công suất cần lắp đặt cho hệ thống [Wp] Pt: Công suất pin lượng mặt trời [Wp] G: Giá thành pin lượng mặt trời [Việt Nam đồng] Thời gian hoàn vốn tính theo cơng thức [5]: V K= (5 ) M ( ) Với: K: Thời gian hoàn vốn [năm] V: Tổng giá trị đầu tư [Việt Nam đồng] M: Tổng giá trị thu nhập năm [Việt Nam đồng] KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU/TÍNH TỐN/MƠ PHỎNG VÀ THẢO LUẬN (RESULTS AND DISCISSION) 3.1 Thông số mô Nghiên cứu tập trung vào việc sử dụng phần mềm PVSyst để hỗ trợ thiết kế, mơ phân tích dự án cho hệ thống điện mặt trời có công suất đỉnh 150 kWp gồm nhiều Pin mặt trời kết nối với làm việc song song với lưới điện để cấp điện cho phụ tải theo cấu hình On-Grid Phần mềm PVSyst sử dụng cơng cụ để tính tốn lựa chọn chủng loại, số lượng Pin mặt trời, diện tích lắp đặt, hướng lắp đặt, loại công suất inverter cho hệ thống điện mặt trời Ngoài PVSyst sử dụng để mô hệ thống điện mặt trời điều kiện thay đổi cường độ, nắng hướng lắp đặt Pin mặt trời để người dùng khai thác hệ thống hiệu Để mơ hệ thống điện hịa lưới, cần xác định vị trí lắp đặt hệ thống sau nhập thơng số đầu vào như: giá trị xạ mặt trời, công suất cần mô phỏng, độ nghiêng pin, góc phương vị pin, vị trí lắp pin, thơng số loại pin yếu tố liên quan khác Phần mềm PVsyst mô cho kết 3.2 Kết mô Khi hồn tất cơng đoạn tính tốn lựa chọn công suất giàn pin tiến hành mô cho kết với thông số cần thiết sau Dung lượng PV cần lắp (kWp) Sản lượng PV tạo (MWh/năm) Diện tích cần thiết để lắp PV(m2) 150 219,9 720 Bảng 1: Công suất yêu cầu/công suất tạo hệ thống Sau nhập đầy đủ thông số cần thiết để phần mềm PVsyst tiến hành chạy mơ ta ta thu kết mô phỏng, dựa báo cáo mô phần mềm Pvsyst Kết mô cho thấy với cường độ xạ mặt trời nhiệt độ thay đổi khấc điểm làm việc hệ thống ln bám điểm có cơng suất cực đại Hình 5: Bảng kết sản lượng điện thu hàng tháng hiệu suất hệ thống Hình 6: Biểu đồ đầu vào/đầu hệ thống biểu đồ phân bố công suất đầu hệ thống Hình 7: Tổn thất hệ thống 10 Ngồi hệ thống khơng tạo lượng lượng lớn để cung cấp cho trường học cịn giảm phát thải lượng CO2 để góp phần bảo vệ mơi trường Hình 8: Tổng sản lượng điện 25 năm Hình 9: Biểu đồ lượng CO2 giảm phát thải 3.3 Phân tích kinh tế thảo luận Dựa vào đồ thị công suất phụ tải trường tháng từ ta tính tổng mức sử dụng điện tháng trường Theo cách tính giá điện cho trường học ngành điện nay, số tiền trường học trả Từ kết mô tham khảo giá vật tư chi phí lắp đặt cho hệ thống lượng mặt trời hòa lưới đưa số tiền trả 11 Hình 10: Số tiền tính toán đầu tư hệ thống Với tổng giá trị đầu tư 1.545.000.000 đồng sản lượng điện hệ thống tạo khoảng 220MWh/năm số tiền thu nhập năm khoảng 420.000.000 đồng Vậy với tổng số tiền đầu tư thu nhập ta tính thời gian hồn vốn hệ thống vịng năm bao gồm chi phí vận hành bảo dưỡng hệ thống KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ (CONCLUSIONS) Dựa số liệu phân tích tính tốn trường THPT Lê Q Đơn Bà Rịa – Vũng Tàu có mức tiêu thụ điện trung bình hàng tháng khoảng 17 MWh, tương ứng 289.000.000, mức công suất lắp đặt 150kWp với số tiền đầu tư 1.545.000.000 đồng (khoảng 68000 USD) công suất hệ thống tạo trung bình khoảng 19 MWh đủ đáp ứng nhu cầu sử dụng điện trường học góp phần làm giảm áp lực cung cấp điện cho ngành điện Không hệ thống vận hành góp phần bảo vệ mơi trường hệ thống tạo nguồn lượng lớn mà không phát thải khí CO2 Để đầu tư tiến hành lắp đặt hệ thống chia làm cách giai đoạn cho phù hợp với nguồn ngân sách nhà trường Hệ thống cần mở rộng nhiều đơn vị trường học sử dụng điện mặt trời hòa lưới để góp phần bảo vệ mơi trường xanh LỜI CẢM ƠN Sau thời gian học tập rèn luyện Trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội, biết ơn kính trọng, em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Ban Tổ chức, Ban Thư kí đơn vị có liên quan tổ chức thi STUDENT FORUM 2022 để em có hội thử sức khẳng định thân Đặc biệt, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới người thầy trực tiếp hướng dẫn, giúp đỡ em trình thực đề tài Để thực hoàn thành đề tài nghiên cứu này, chúng em nhận hỗ trợ, giúp đỡ quan tâm, động viên từ thầy cô, bạn bè gia đình Nghiên cứu hồn thành dựa tham khảo, học tập kinh nghiệm từ kết nghiên cứu liên quan, sách, báo chuyên ngành nhiều tác giả trường Đại học, tổ chức nghiên cứu, tổ chức trị…Tuy nhiên điều kiện lực thân chúng em hạn chế, chuyên đề nghiên cứu khoa học chắn khơng tránh khỏi thiếu sót Kính mong nhận đóng góp ý kiến thầy cô giáo, bạn bè đồng nghiệp để nghiên cứu chúng em hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Giá pin mặt trời, http://pvinsights.com [2] Quyết định số 11/2017/QĐ-TTg, ngày 11 tháng 04 năm 2017, Điều 12, mục 1, [3] Danh sách trường THPT Bà Rịa – Vũng Tàu, https://vi.wikipedia.org 12 [4] [5] [6] [7] [8] [9] Điều kiện tự nhiên tỉnh Bà Rịa – Vũng Tàu, https://www.mpi.gov.vn BR-VT có số nắng cao, https://baobariavungtau.com.vn Bức xạ mặt trời, http://re.jrc.ec.europa.eu Giới thiệu Pvsyst, http://.pvsyst.com Sánchez-Lozano, J.M., et al., “Geographical Information Systems (GIS) and MultiCriteria Decision Making (MCDM) methods for the evaluation of solar farms locations: Case study in South-Eastern Spain”, Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2013, 24, pp 544-556 Phạm Văn Dược, Kế toán quản trị, NXB Lao Động, 2011, trang 399 13