Thiết kế hệ thống năng lượng mặt trời hybrid

ỦY BAN NHÂN DÂN TP HCM TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ THỦ ĐỨC oOo— NGHIÊN CỨU KHOA HỌC NĂM HỌC 2021-2022 Tên đề tài: THIẾT KẾ HỆ THỐNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI HYBRID Mã số: Chủ nhiệm đề tài: Ths.Lương Chấn Nguyên Vũ MỤC LỤC -1- Trang Danh sách hình Chương : MỞ ĐẦU Chương 2: TỔNG QUAN VỀ NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI 1.1 Giới thiệu pin mặt trời 1.2 Hệ thống pin mặt trời 10 Chương 3: CÁC BỘ BIẾN ĐỔI BÁN DẪN TRONG HỆ THỐNG PIN MẶT TRỜI 2.1 Các biến đổi bán dẫn hệ thống pin mặt trời làm việc độc lập 17 2.1.1 Bộ biến đổi DC/DC 17 2.1.2 Điều khiển biến đổi DC/DC 23 2.1.3 Bộ biến đổi DC/AC 24 2.2 Phương pháp dị tìm điểm làm việc tối ưu MPPT .25 2.2.1 Giới thiệu chung 25 2.2.2 Nguyên lý dung hợp tải 26 2.2.3 Thuật toán xác định điểm làm việc có cơng suất lớn MPPT .28 2.3 Các phương pháp dị tìm điểm MPP 28 2.3.1 Phương pháp nhiễu loạn quan sát P&O 28 2.3.2 Phương pháp điện dẫn gia tăng INC 30 2.4 Phương pháp điều khiển MPPT 31 2.4.1 Phương pháp điều khiển PI 31 2.4.2 Phương pháp điều khiển trực tiếp .32 2.4.3 Phương pháp điều khiển đo trực tiếp tín hiệu 33 2.5 Giới hạn MPPT .34 2.6 Sơ đồ khối biến đổi điện tử công suất chức khối 35 2.6.1 Khối DC-DC converter 35 2.6.2 Khối MPPT .35 2.6.3 Khối nghịch lưu DC-AC 36 2.6.4 Khối điều khiển nghịch lưu (inverter controller) 36 2.7 Nguyên lý hoạt động biến đổi điện tử công suất .37 Chương 4 : THIẾT KẾ HỆ THỐNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI HYBRID 5KW 3.1 Điện lượng mặt trời Hybrid 38 3.2 Các thành phần hệ thống Hybrid 38 3.3 Kết thực nghiệm 46 -2- 3.4 Tính tốn mơ hệ lượng mặt trời Hybrid Chương 5: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ UBND TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG CAO ĐẲNG CƠNG NGHỆ THỦ ĐỨC 48 60 CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc ĐỀ CƯƠNG NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP CƠ SỞ NĂM HỌC 2021 - 2022 Tên đề tài Tiếng Việt : THIẾT KẾ HỆ THỐNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI HYBRID Tiếng Anh: Thời gian thực hiện: 06 tháng Bắt đầu từ tháng 09 năm 2021 đến tháng 02 năm 2022 Đề tài có trùng với đề tài tiến hành khơng? có, nêu lý Chủ nhiệm đề tài ( Kèm theo Lý lịch khoa học theo biểu mẫu 02) - Họ tên:Lương Chấn Nguyên Vũ , Giới tính: Nam - Chun mơn đào tạo:Điện Công Nghiệp - Học hàm, học vị: Thạc sĩ Kỹ Thuật Điện - Chức vụ: Giảng viên - Đơn vị công tác: Khoa Điện – Điện Tử - Địa liên hệ: 193 Võ Văn Ngân P.Linh Chiểu Q.Thủ Đức - Số điện thoại:0908431701 Email: luongchannguyenvu@tdc.edu.vn Tóm tắt hoạt động nghiên cứu chủ nhiệm đề tài (Các chương trình, đề tài nghiên cứu khoa học tham gia, cơng trình cơng bố liên quan tới phương hướng đề tài) Thời gian Tên đề tài/công trình Tư cách Cấp quản lý/nơi cơng bố tham gia 11/2011 Giải pháp ứng dụng lượng mặt trời cho trường Cao Đẳng Công Nghệ Thủ Đức Chủ nhiệm đề tài Trường CĐCNTĐ 20122013 Khảo sát hệ NLMT phần mềm PSIM Chủ nhiệm đề tài Trường CĐCNTĐ -3- 20142015 Thiết kế thi cơng mơ hình dạy học hệ thống điện mặt trời Chủ nhiệm đề tài Trường CĐCNTĐ 20152016 Ứng dụng hệ thống Chủ nhiệm đề tài tưới tự động dùng lượng mặt trời Trường CĐCNTĐ 20162017 Tối ưu công suất hệ thống pin lượng mặt trời có tượng bóng che Tính tốn sử dụng hệ thống điện lượng mặt trời độc lập hòa lưới Chủ nhiệm đề tài Trường CĐCNTĐ Chủ nhiệm đề tài Trường CĐCNTĐ 20182019 Hệ thống lượng Chủ nhiệm đề tài mặt trời hòa lưới Micro Trường CĐCNTĐ 20192020 Traking hệ thống NLMT công suất nhỏ Chủ nhiệm đề tài Trường CĐCNTĐ 2021-2022 Thiết kế hệ thống điện mặt trời phần mềm PVSYST Chủ nhiệm đề tài Trường CĐCNTĐ 20172018 Cơ quan phối hợp cộng tác viên đề tài (Ghi rõ đơn vị cá nhân mời nhận lời mời tham gia đề tài, cá nhân tham gia Đề tài phải có Lý lịch khoa học theo mẫu 02 ý kiến xác nhận đồng ý tham gia đồng thực đề tài) Cộng tác viên TT Cơ quan phối hợp Họ tên Chuyên ngành Cơ quan/đơn vị ứng dụng kết nghiên cứu TT Tên quan/đơn vị ứng dụng kết nghiên cứu Khoa Điện – Điện Tử trường CĐCNTĐ Địa 53 Võ Văn Ngân P.Linh Chiểu Q.Thủ -4- Đức Thuyết minh cần thiết đề tài - Tổng quan cơng trình nghiên cứu nước liên quan tới vấn đề nghiên cứu đề tài (trích dẫn tài liệu nước) Trên giới nay, Điện mặt trời ngành cơng nghiệp có tốc độ phát triển chóng mặt Theo nghiên cứu nhất, tốc độ phát triển trung bình thị trường lên tới 25% năm Thị trường điện mặt trời tồn cầu nói chung chia xu hướng là: + Sự đời các nhà máy điện mặt trời + Công nghệ chế tạo pin lượng mặt trời + Các loại hình mái nhà, tòa nhà điện mặt trời Năng lượng mặt trời nguồn lượng lớn xem nguồn tài ngun vơ tận mà người khai thác Theo dự báo, điện lượng mặt trời tương lai thay hình thức sản xuất điện khác từ việc đốt nguyên liệu hóa thạch hạn chế thủy điện làm thay đổi hệ sinh thái… Với nhiều lợi ích mang lại, nhiều quốc gia giới ngày quan tâm đẩy mạnh phát triển nguồn lượng   Trung Quốc: Hiện xem quốc gia có khả sản xuất điện lượng mặt trời (điện mặt trời) lớn giới với khả sản xuất lên đến 1330 Gigawatts (GW) năm Đây nước sở hữu dự án Điện mặt trời lớn giới với công suất lên đến 1,547-MW ở sa mạc Tengger Cơ quan Năng lượng Quốc tế cho biết, vào năm 2018, Trung Quốc lắp đặt nửa tổng công suất lượng lượng mặt trời toàn giới Đây đất nước lắp đặt 100 Gigawatt công suất lượng mặt trời, tương đương với lượng điện sản xuất từ 75 nhà máy lượng hạt nhân Tính đến đầu năm 2019, Trung Quốc sở hữu 10 công ty sản xuất mô-đun lượng mặt trời lớn giới. Việc phát triển thành công dự ánđiện mặt trời phần nhờ Trung Quốc nhà sản xuất tấm pin lượng mặt trời lớn giới Mức sản xuất pin mặt trời quốc gia vượt qua mục tiêu phủ lắp đặt lượng mặt trời Các chuyên gia cho rằng, có phát triển vượt bậc sản xuất điện mặt trời từ năm 2006, Trung Quốc ban hành Luật Năng lượng tái tạo, đặt móng cho cách mạng phát triển lượng Tiếp đó, Kế hoạch năm lần thứ XII (20112015) lần thứ XIII (2016-2020), Trung quốc phải ưu tiên phát triển lượng xanh bảo vệ môi trường, bảo đảm thực cam kết quốc tế giảm phát thải carbon thay đổi cấu trúc thị trường than Cụ thể, Trung Quốc điều chỉnh giá điện từ nguồn tái tạo hủy bỏ kế hoạch triển khai dự án nhà máy nhiệt điện chạy than; khuyến khích nhà đầu tư nước đầu tư sản xuất nguồn lượng nước Nhật Bản: Với lợi cường quốc khoa học - công nghệ phát triển bậc giới, Nhật Bản sớm nhận thức vai trò tầm quan trọng nguồn lượng phát triển kinh tế - xã hội đất nước Ngay từ năm 2008, Chính phủ Nhật Bản thực sách hỗ trợ cho vay mua nhà sử dụng lượng tái tạo với thời gian trả nợ tối đa 10 năm Trong đó, gia đình cải tạo nhà, chuyển sang sử dụng lượng mặt trời vay số tiền tối đa lên đến triệu yen, tương đương -5- gần 5.000 USD Ngồi ra, Chính phủ Nhật Bản mua điện sản xuất từ lượng mặt trời với giá cao giá thị trường giảm giá bán pin lượng mặt trời Việt Nam: Những năm gần đây, lượng điện tái tạo nói chung, lượng điện mặt trời nói riêng có phát triển mạnh mẽ Sản lượng điện từ lượng mặt trời có gia tăng hàng năm Điều cho thấy quan tâm nhà nước, tập đoàn doanh nghiệp tới lượng tái tạo giúp ổn định lượng quốc gia giảm thiểu tác động đến môi trường sản xuất điện từ nguồn nguyên liệu hóa thạch khác Theo báo cáo Tập đoàn Điện lực Việt Nam (EVN), tháng đầu năm 2020 huy động 5,41 tỷ kWh từ nguồn điện lượng tái tạo, điện mặt trời đạt 4,71 tỷ kWh, tăng gấp 5,35 lần so với kỳ năm 2019 tháng đầu năm 2020, toàn quốc lắp đặt 13.784 dự án điện mặt trời mái nhà với tổng công suất 379,9 MWp Lũy nay, có 36.161 dự án điện mặt trời mái nhà đưa vào vận hành với tổng cơng suất 764,1MWp Có thể thấy, với quan tâm đầu tư phát triển Chính phủ tiềm phát triển dự án điện mặt trời Việt Nam có khởi sắc định Theo đó, thời điểm năm 2017, lượng mặt trời chưa có đầu tư phát triển, đến cuối năm 2019, Việt Nam vượt qua Malaysia Thái Lan để trở thành quốc gia sở hữu công suất lắp đặt pin mặt trời lớn Đông Nam Á Sản lượng dự án quang điện Việt Nam đạt đến Gigawatt (GW), vượt xa mục tiêu 1GW Chính phủ vào năm 2020 Các chun gia cho rằng, đóng vai trị lớn thành công gần Việt Nam ngành lượng mặt trời sách khuyến khích phát triển lượng tái tạo (FiT) Các sách khuyến khích đầu tư vào lượng tái tạo cách đảm bảo mức giá cao thị trường dành cho nhà sản xuất Cùng với đó, cuối năm 2019, Thủ tướng Chính phủ phê duyệt đề cương Quy hoạch Phát triển Năng lượng Quốc gia thứ 18 Quy hoạch dự kiến hoàn thành vào cuối năm 2020 cho giai đoạn 2021 – 2030, với tầm nhìn đến 2045 Việc phát triển và thu hút đầu tư vào lượng đầu tư xác định hai số ưu tiên quan trọng Quy hoạch Đặc biệt, nhằm đẩy mạnh phát triển điện mặt trời, Quyết định số 13/2020/QĐ-TTg ngày 6/4/2020 chế khuyến khích phát triển điện mặt trời thông qua Quyết định giúp cho nhiều tổ chức đầu tư hệ thống lượng mặt trời tiết kiệm chi phí điện hoạt động hàng năm, mà đem lại nguồn thu đáng kể từ việc bán lại lượng điện dư cho đơn vị điện lực Điện lượng mặt trời dần khẳng định tính ưu việt nguồn lượng vơ tận vĩnh cửu, đóng vai trị lớn đời sống, giúp tiết kiệm chi phí cho người tiêu dùng, đặc biệt nguồn lượng góp phần đảm bảo an ninh lượng quốc gia Chính vậy, không mối quan tâm kinh tế lớn mà hầu khắp quốc gia giới Các nước bước nhận thức vai trò phát triển lượng xanh, hướng tới mục tiêu xây dựng cộng đồng xanh phạm vi tồn cầu Khơng nằm ngồi quy luật phát triển chung toàn giới, thị trường lượng mặt trời Việt Nam cũng ngày có bước phát triển đáng kinh ngạc Việt Nam thị trường thích hợp để đầu tư cho ngành công nghiệp lượng mặt trời thuận lợi thời tiết, khí hậu Trung bình số nắng năm Việt Nam lớn nhiều so với số quốc gia khu vực Theo số liệu khảo sát lượng xạ mặt trời gần cho thấy: Tại khu vực tỉnh miền Bắc, trung bình năm có từ 1.700 2.100 nắng Còn với tỉnh khu vực miền Nam, số nắng bình quân từ 2.000 đến 2.600 nắng năm - Lý chọn đề tài: + Tính thời đề tài: -6- Nguồn lượng đóng vai trị định văn minh nhân loại Các nguồn lượng hóa thạch (dầu lửa, than đá) sử dụng phổ biến lại gây ô nhiễm môi trường cạn kiệt tương lai gần Trong mặt trời cung cấp nguồn lượng gần vơ tận lại bị bỏ phí Tận dụng tốt nguồn lượng này, phần lớn giải tốn lượng nhân loại + Tính cấp thiết đáp ứng nhu cầu phát triển kinh tế - xã hội, nâng cao chất lượng đào tạo Đề tài mang tính ứng dụng cao, tiếp nối nghiên cứu đề tài chủ đề lượng mặt trời năm trước Hiện số hộ gia đình sử dụng điện lượng mặt trời dần phổ biến, nhằm tăng hiệu suất hệ thống , hạn chế sai sót lắp đặt pin lượng mặt trời việc thiết kế mơ quan trọng Hiện giá thành hệ thống điện lượng mặt trời giảm đáng kể, chất lượng hiệu suất hệ thống nâng cao, sách hỗ trợ nhà nước quan hữu quan hỗ trợ quan tâm, vấn đề sử dụng tối ưu hệ thống điện lượng mặt trời đặt ra, tính tốn tối ưu để sử dụng hợp lý , tối ưu nguồn lượng xanh điều cần thiết Đơn vị, địa bàn tiến hành nghiên cứu (Phường/Xã, Quận/Huyện, Tỉnh/T.P, Vùng) - Hiểu biết thực tế tác giả đơn vị, địa bàn nghiên cứu Trường Cao Đẳng Công Nghệ Thủ Đức tọa lạc 53 Võ Văn Ngân P.Linh Chiểu Quận Thủ Đức TP.HCH thuộc vùng Đông Nam Bộ Thuộc vùng có số nắng khoảng 3.8h/ ngày, có mật độ xạ mặt trời cao 5kW/h/m2 Với hệ thống mái nhà cao so với khu vực xung quanh, diện tích mái rộng, việc ứng dụng lượng mặt trời trường CĐCNTĐ vô thuận lợi Tác giả tiến hành nghiên cứu dựa tình hình thực tế khoa Điện-điện tử trường Cao đẳng Cơng nghệ Thủ Đức với mục đích đáp ứng nhu cầu giảng dạy học tập giảng viên sinh viên Mục tiêu đề tài - Nghiên cứu lý thuyết - Nghiên cứu thực nghiệm 10 Đối tượng phạm vi nghiên cứu đề tài -Nghiên cứu lý thuyết lượng mặt trời áp mái -Nghiên cứu tính tốn thiết kế hệ thống NLMT Hybrid pha công suất nhỏ 11 Các phương pháp nghiên cứu sử dụng để nghiên cứu đề tài - Nghiên cứu lý thuyết - Nghiên cứu thực nghiệm 12 Các chuyên đề nghiên cứu dự kiến đề tài Chương : Mở đầu -7- Chương 2: Tổng quan lượng mặt trời Chương 3: Các biến đổi bán dẫn hệ thống pin mặt trời làm việc độc lập Chương 4: Thiết kế hệ thống điện lượng mặt trời hybrid 5kw Chương 5: Kết luận – Hướng phát triển 13 Cấu trúc dự kiến báo cáo kết đề tài Chương 1: Chương mở đầu Chương 1 : Tổng quan pin lượng mặt trời 1.1 Giới thiệu pin mặt trời 1.2 Hệ thống pin mặt trời Chương 2 : Các biến đổi bán dẫn hệ thống pin lượng mặt trời 2.1 Bộ biến đổi DC/DC 2.2 Bộ biến đổi DC/AC Chương 3 : Thiết kế hệ thống điện lượng mặt trời hybrid 5kw 3.1 Điện mặt trời Hybrid gi? 3.2 Các thành phần hệ thống Hybrid 3.3 Inveter Hybrid 3.4 Kết thực nghiệm 3.5 Tính tốn mơ thiết kế hệ lượng mặt trời Hybrid Chương 4 : Kết luận – hướng phát triển 14 Tính đa ngành liên ngành đề tài - Kỹ thuật điện - Năng lượng tái tạo - Bảo vệ môi trường - Điện tử 15 Khả sử dụng sở vật chất, trang thiết bị (tên phịng thí nghiệm sử dụng đề tài) Phịng thí nghiệm điện mơ hình mơ máy tinh 16 Khả hợp tác quốc tế - Hợp tác đã/đang có (tên tổ chức vấn đề hợp tác) - Hợp tác có (tên tổ chức vấn đề hợp tác) 17 Các hoạt động nghiên cứu đề tài - Nghiên cứu lý thuyết ѵ - Điều tra khảo sát  - Xây dựng mơ hình thử nghiệm ѵ -8- - Biên soạn tài liệu  - Viết báo cáo khoa học ѵ - Hội thảo khoa học  - Tập huấn  - Các hoạt động khác  18 Kết dự kiến 18.1 Kết khoa học - Dự kiến đóng góp đề tài Bảng so sánh hiệu hệ NLMT Hybrid hệ NLMT hoà lưới Bài báo khoa học hệ NLMT Hybrid 18.2 Kết ứng dụng - Các sản phẩm công nghệ Ứng dụng sản phẩm giảng dạy môn điện công nghiệp , môn học lượng tái tạo - Ứng dụng giảng dạy 18.3 Kết ứng dụng khác 19 Nội dung tiến độ thực đề tài (các công việc cần triển khai, thời hạn thực sản phẩm đạt được) TT Hoạt động nghiên cứu Thời gian thực Từ tháng Đến tháng Thu thập viết tổng quan tài liệu 09/2021 10/2021 Xây dựng đề cương nghiên cứu chi tiết 10/2021 11/2021 10/2021 11/2021 Sản phẩm khoa học Chuyên đề/Nội dung Chuyên đề/Nội dung Điều tra khảo sát, thí nghiệm, thu thập số liệu Chuyên đề/Nội dung Chuyên đề/Nội dung Xử lý kết Viết báo cáo chuyên đề Số chuyên đề (như mục 2) -9- Hội thảo kỳ Bổ sung số liệu/thử nghiệm/ứng dụng 11/2021 12/2021 12/2021 01/2021 Hoàn thiện báo cáo 01/2022 01/2022 Nộp sản phẩm 02/2022 02/2022 Nghiệm thu đề tài 02/2022 02/2022 Tổng kết số liệu Viết báo cáo tổng hợp Hội thảo lần cuối 20 Phân bổ kinh phí (Tuỳ theo đặc điểm chun mơn đề tài, mục/tiểu mục bảng có thay đổi cho phù hợp) TT Nội dung Xây dựng đề cương chi tiết Thu thập viết tổng quan tài liệu Kinh phí Thu thập tư liệu (mua, thuê) Dịch tài liệu tham khảo (số trang x đơn giá) Viết tổng quan tư liệu Điều tra, khảo sát, thí nghiệm, thu thập số liệu, nghiên cứu Chi phí tàu xe, cơng tác phí Chi phí th mướn Chi phí th khốn chun mơn (có giá trị từ 2.000.000 VNĐ/đề tài trở lên phải có hợp đồng th khốn chun mơn, giá trị nhỏ 2.000.000 VNĐ/đề tài phải có bảng ký nhận) Chi phí hoạt động chun mơn Th, mua sắm trang thiết bị, nguyên vật liệu Thuê trang thiết bị Mua trang thiết bị Mua nguyên vật liệu, cây, - 10 - Viết báo cáo khoa học, nghiệm thu Viết báo cáo Hội thảo Nghiệm thu Chi khác Mua văn phịng phẩm In ấn, photocopy Quản lý phí Tổng kinh phí Tổng kinh phí viết chữ: khơng chi phí 21 Tài liệu tham khảo để viết đề cương - Tài liệu tiếng Việt Năng lượng mặt trời– PGS.TS Nguyễn Bốn, TS Hoàng Dương Hùng -Nhà xuất khoa học kỹ thuật Điện tử công suất – Nguyễn Văn Nhờ - Nhà xuất đại học quốc gia Pin mặt trời ứng dụng – PGS.TS Đặng Đình Thống- Nhà xuất khoa học kỹ thuật - Tài liệu tiếng Anh 1.Undertanding Renewable Energy Systems_Volker Quaschning 2.Renewable and Efficient Electric P&Ower Systems_ Gilbert M Masters Stanford University TP HCM, ngày … tháng … năm … CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG XÉT DUYỆT TP HCM, ngày … tháng … năm … CHỦ NHIỆM BIÊN SOẠN - 11 - TP HCM, ngày … tháng … năm … PHỊNG KHOA HỌC CƠNG NGHỆ TP HCM, ngày … tháng … năm … TRƯỞNG KHOA TP HCM, ngày … tháng … năm … HIỆU TRƯỞNG - 12 -