(Tiểu luận) thiết kế hệ thống pmt cho trang trại chăn nuôi bò sữa

TỔNG LIÊN ĐOÀN LAO ĐỘNG VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ NGUYỄN ĐỨC TRUNG – 419H0097 THIẾT KẾ HỆ THỐNG PMT CHO TRANG TRẠI CHĂN NI BỊ SỮA NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO Người hướng dẫn TS Nguyễn Dáo THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, NĂM 2022 LỜI CẢM ƠN Em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy TS Nguyễn Dáo – giảng viên hướng dẫn đồ án môn học thiết kế lưới điện Thầy người hỗ trợ hướng dẫn tận tình cho em suốt trình thực đồ án môn học Nhờ bảo thầy định hướng cách thực đồ án cách chi tiết, em hoàn thành yêu cầu đặt báo cáo môn học này, bên cạnh cịn giới hạn mặt kiến thức thời gian thực nên khơng tránh khỏi thiếu sót Một lần nữa, em xin chân thành cảm ơn thầy chúc thầy thật nhiều sức khỏe, thành cơng cơng việc TP.Hồ Chí Minh, ngày 20 tháng 11 năm 2022 MỤC LỤC CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO VÀ NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI I Tổng quan lượng tái tạo 1.1 Khái niệm 1.2 Các loại nguồn lượng tái tạo II Năng lượng mặt trời 1.3 Module pin mặt trời 1.4 Cấu tạo pin mặt trời 1.5 Module pin mặt trời CHƯƠNG KHẢO SÁT TRANG TRẠI VÀ CHUẨN BỊ THIẾT BỊ ĐIỆN I Mô tả hệ thống II Khảo sát lượng mặt trời cho trang trại chăn nuôi Củ Chi thành phố Hồ Chí Minh 10 2.1 Vị trí địa lý 10 2.2 Đặc điểm khí hậu 11 2.3 Quy mô trang 12 CHƯƠNG KHẢO SÁT TRANG TRẠI VÀ CHUẨN BỊ THIẾT BỊ ĐIỆN 15 I Lựa chọn Module 15 CHƯƠNG TÍNH TỐN LỰA CHỌN CB DẪN CHO HỆ THỐNG TRANG TRẠI 19 I Tính tốn chọn dây dẫn cho hệ thống 19 3.1 Dây dẫn mảng Pin 20 3.2 Dây dẫn mảng Pin đến Inverter 20 3.3 Dây dẫn từ Inverter đến lưới điện 20 II Tính tốn chọn dây dẫn cho hệ thống 21 III Chọn CB dẫn 21 TÀI LIỆU THAM KHẢO 25 Báo cáo môn học TRANG CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO VÀ NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI I Tổng quan lượng tái tạo 1.1 Khái niệm Năng lượng tái tạo, hay thường gọi lượng sạch, tạo từ nguồn thiên nhiên quy trình tự nhiên hình thành liên tục Chẳng hạn ánh sáng mặt trời, gió thổi ln xuất liên tục ngày Mặc dù lượng tái tạo thường coi công nghệ thực tế người sử dụng nguồn lượng tự nhiên từ lâu, chẳng hạn phơi khơ quần áo (nắng gió), thuyền buồm (lợi dụng sức gió), thiết kế giếng trời cho ngơi nhà (ánh sáng mặt trời)… Nhưng 500 năm qua, người chuyển sang sử dụng nguồn lượng rẻ hơn, hiệu nhanh lại vô “bẩn” tái tạo than đá khí đốt Bây có cách thức để cải tiến đổi cơng cụ tận dụng lượng mặt trời gió, cơng cụ dần tốn việc sản xuất vận hành, lượng tái tạo trở thành nguồn lượng quan trọng hứa hẹn tương lai Năng lượng tái tạo dần mở rộng cách nhanh chống quy mô lớn nhỏ; từ nhà máy điện mặt trời, điện gió hệ thống điện lượng mặt trời nhỏ phục vụ cho nhà dân Thậm chí nước phát triển xuất hệ thống điện mặt trời cộng đồng xây dựng hợp tác xã nông nghiệp để phục vụ cho nhu cầu điện họ Thiết kế PMT cho trang trại SVTH: Nguyễn Đức Trung Báo cáo môn học TRANG 1.2 Các loại nguồn lượng tái tạo • Năng lượng mặt trời: - Năng lượng Mặt Trời, xạ ánh sáng nhiệt từ Mặt Trời, khai thác người từ thời cổ đại cách sử dụng loạt công nghệ phát triển hết • Năng lượng thuỷ triều: - Năng lượng thủy triều hay Điện thủy triều dạng thủy chuyển đỗi lượng thu từ thủy triều thành dạng lượng hữu ích khác, chủ yếu điện Mặc dù chưa sử dụng rộng rãi, lượng thủy triều có tiềm cho việc sản xuất điện tương lai • Năng lượng thuỷ điện: - Thủy điện nguồn điện có từ lượng nước Đa số lượng thủy điện có từ nước tích đập nước làm quay tuốc bin nước máy phát điện • Năng lượng gió: - Năng lượng gió động khơng khí di chuyển bầu khí Trái Đất Năng lượng gió hình thức gián tiếp lượng mặt trời Sử dụng Thiết kế PMT cho trang trại SVTH: Nguyễn Đức Trung Báo cáo mơn học TRANG lượng gió cách lấy lượng xa xưa từ môi trường tự nhiên biết đến từ thời kỳ Cổ đại II Năng lượng mặt trời 1.3 Module pin mặt trời Pin Mặt trời, lượng mặt trời hay quang điện bao gồm nhiều tế bào quang điện - phần tử bán dẫn có chứa bề mặt số lượng lớn cảm biến ánh sáng điốt quang, thực biến đổi lượng ánh sáng thành lượng điện 1.4 Cấu tạo pin mặt trời Thiết kế PMT cho trang trại SVTH: Nguyễn Đức Trung Document continues below Discover more from: điện-điện tử Đại học Tôn Đức… 319 documents Go to course Mathvn toán cao cấp 160 điện-điện tử 100% (4) Focus on Ielts 179 33 Foundation điện-điện tử 100% (4) Thí nghiệm Vi điều khiển điện-điện tử 100% (4) TDT- BAI TAP AN 10 TOAN DIEN 2020 điện-điện tử 100% (3) Giáo trình An tồn 89 điện Phần - PGS.… điện-điện tử 100% (2) Đo lường điện Báo cáo môn học 27 TRANG thiết bị đo - NGÂN… điện-điện tử 100% (2) Khung nhơm: có chức tạo kết cấu đủ cứng cáp để tích hợp solar cell phận khác lên Với thiết kế cứng cáp đảm bảo trọng lượng đủ nhẹ, khung nhơm bảo vệ cố định thành phần bên trước tải trọng gió lớn ngoại lực tác động bên ngồi Một số hãng ví dụ Canadian Solar, chí khung nhơm cịn anode hóa gia cố ngang để tăng độ cứng cáp cho pin Màu sắc phổ biến khung nhôm bạc Lớp màng EVA (ethylene vinyl acetate) được gọi chất kết dính, lớp màng polymer suốt đặt lớp solar cell có tác dụng kết dính solar cell với lớp kính cường lực phía phía Lớp cịn có tác dụng hấp thụ bảo vệ solar cell khỏi rung động, tránh bám bụi ẩm Vật liệu EVA có khả chịu đựng nhiệt độ khắc nghiệt có độ bền cao Thiết kế PMT cho trang trại SVTH: Nguyễn Đức Trung Báo cáo môn học TRANG Lớp Solar cell (tế bào quang điện) Pin mặt trời cấu tạo từ nhiều đơn vị nhỏ solar cell Những loại pin lượng mặt trời thông dụng mono poly làm từ silic, loại chất bán dẫn phổ biến Trong cell, tinh thể silic bị kẹp hai lớp dẫn điện (ribbon busbar) Một tế bào quang điện sử dụng hai lớp silic khác nhau, loại N loại P Tấm pin (phía sau), có chức cách điện, bảo vệ học chống ẩm Vật liệu sử dụng polymer, nhựa PP, PVF, PET Tấm có độ dày khác tùy vào hãng sản xuất Phần lớn có màu trắng Hộp đấu dây (junction box) nằm phía sau cùng, nơi tập hợp chuyển lượng điện sinh từ pin lượng mặt trời ngồi Vì điểm trung tâm nên thiết kế bảo vệ chắn Thiết kế PMT cho trang trại SVTH: Nguyễn Đức Trung Báo cáo môn học TRANG Cáp điện DC, loại cáp điện chuyên dụng cho điện lượng mặt trời, có khả cách điện chiều DC cực tốt, kèm với khả chống chịu tốt trước khắc nghiệt thời tiết (tia cực tím, bụi, nước, ẩm ) tác động học khác Jack kết nối MC4, đầu nối điện thường dùng để kết nối pin mặt trời “MC” MC4 viết tắt nhà sản xuất Multi-Contact Loại jack kết nối giúp bạn dễ dàng kết nối pin dãy pin cách gắn jack từ pin liền kề với tay 1.5 Module pin mặt trời Để giải thích nguyên lý làm việc pin lượng mặt trời phải lại giải thích nguyên lý đơn vị nhỏ solar cell (Pin mặt trời cấu tạo từ nhiều solar cell) Như đề cập phần cấu tạo pin lượng mặt trời, tế bào quang điện sử dụng hai lớp silic khác nhau, loại N có electron dư thừa loại P có khoảng trống cho electron dư thừa, gọi lỗ trống Thiết kế PMT cho trang trại SVTH: Nguyễn Đức Trung Báo cáo môn học TRANG 13 Số nắng/ ngày: = 2411 365 = 6,6 h /ng Cường độ xạ mặt trời: E= Trong đó: ES  = 5,09 = 0,77 kW /m 6,6 E: Cường độ xạ mặt trời (W/m2) ES: Tổng lượng xạ trung bình ngày theo NASA (Wh/m2-ngày) 𝜏: Số nắng ngày (h/ngày) Tổng công suất cần thiết cấp cho tải : Pcap = E cap  = 51266,8 = 7767,7 W 6,6 Hệ số ảnh hưởng cường độ xạ: E = 0,77 10 E = = 0, 77 1000 1000 Khi PV đặt mái nhà: t = ttb 1,2 = 27,6 1,2 = 33,12 Trong đó: t: nhiệt độ làm việc (0C) ttb: nhiệt độ trung bình năm (0C) Hệ số ảnh hưởng nhiệt độ: T = 1− Pc (t −t c ) = 1− 0,005t( − 25) = 1− 0,005 (33,12 −25) = 0,96 Hệ số góc đặt: - Diện tích lắp mái quay hướng đơng nam: 125 m2 - Bức xạ mặt trời tính mặt phẳng nghiêng góc 𝛽 = 11° = 𝛼 Thiết kế PMT cho trang trại SVTH: Nguyễn Đức Trung Báo cáo môn học TRANG 14 - Do mái nhà quay hướng nam nên hệ số góc đặt giảm 0% mái nhà dốc so với vĩ độ 34,50 nên hệ số góc đặt giảm thêm 10,5% - Pin MT có hướng Nam  = 1, 03 10,895 =0,92 Thiết kế PMT cho trang trại SVTH: Nguyễn Đức Trung Báo cáo môn học TRANG 15 CHƯƠNG KHẢO SÁT TRANG TRẠI VÀ CHUẨN BỊ THIẾT BỊ ĐIỆN I Lựa chọn Module Thông số module pin mặt trời Bảng thông số pin mặt trời Diện tích pin mặt trời: S module = 1,64 0,992 = 1,627 m Thiết kế PMT cho trang trại SVTH: Nguyễn Đức Trung Báo cáo môn học TRANG 16 Số lượng module lắp mái trang trại tối đa: N= 125 Smai = = 77 module Smod ule 1,627 Số lượng module lắp mái trang trại tối ưu: N= Pcap K Pp E T   = 7767, 1,21 = 56 module 250 0,92 0, 77  0,96   Công suất module phát điều kiện thực tế: Pt =P p 250 0,92 0,77 0,96 170,02 Wp =    = E T   Hiệu suất module: Pt 170, 02 = = 0,68 250 Pp = Điện áp Uv thực: VMPPt = 170,02 31,02 = 25,58 V 8,06 Pt VMPP = I MPP Dòng điện Iv thực: I MPPt = Pt VMPP = 170,02 = 6,65 A 25,58 Công suất định mức hòa lưới: Pinverter= P cap  1,3= 7767,  1,3= 10098, 01W Thiết kế PMT cho trang trại SVTH: Nguyễn Đức Trung Báo cáo môn học TRANG 17 Lựa chọn inverter GOODWE chọn inverter GW15K_DT có thông số bản: - Công suất đỉnh DC: 19,5 kWp - Dãy điện áp MPPT: 260 -850 VDC - Số MPPT: (A/B) - Số cửa nối DC: - Dịng điện cửa A/B: 22/22 A - Cơng suất định mức cửa AC: 15 kW Tính kết nối: Số module 56 module chọn 56 module chia string: - Kí hiệu MPPT: A/B - Array A có string với 14 module/string, string nối với cửa kết nối - Array B có string với 14 module/string, string nối với cửa kết nối DC DC Thiết kế PMT cho trang trại SVTH: Nguyễn Đức Trung Báo cáo mơn học TRANG 18 Tính kiểm tra: - Dòng điện array: - Điện áp max /1 array - Công suất đỉnh inverter: I = số string x I string = x 8,62 = 17,24 < 22A (đạt) V = số module x U module = 14 x 36,99 = 517,86 < 850V (đạt) 𝑃𝑖𝑛 = × 17,24 × 517,86 = 17,855 (𝑘𝑊𝑝) < 19,5 𝑘𝑊𝑝 (đạ𝑡) Kết luận: sử dụng inverter GW 15K-DT Thiết kế PMT cho trang trại SVTH: Nguyễn Đức Trung Báo cáo môn học TRANG 19 CHƯƠNG TÍNH TỐN LỰA CHỌN CB DẪN CHO HỆ THỐNG TRANG TRẠI I Tính tốn chọn dây dẫn cho hệ thống Sử dụng phương pháp mật độ dòng kinh tế: Ta có cơng thức: Skt = I bt max Jkt Trong đó: - Skt: tiết diện dây dẫn - Ibt max: dịng điện cực đại chạy qua mặt cắt vng - Jkt: mật độ kinh tế dòng điện, phụ thuộc vào vật liệu dây dẫn thời gian sử dụng công suất cực đại Tmax năm theo bảng sau: Bảng lựa chọn mật độ dòng kinh tế Mật độ dòng điện kinh tế (A/𝒎𝒎𝟐 ) Vật dẫn điện Thanh dây trần: + Đồng + Nhôm Cáp cách điện giấy, dây bọc cao su PVC + Ruột đồng + Ruột nhôm Cách điện su nhựa tổng hợp + Ruột đồng + Ruột nhôm Thiết kế PMT cho trang trại Số sử dụng phụ tải cực đại năm(h) Trên 1000 đến 3000 Trên 3000 đến 5000 Trên 5000 2,5 1,3 2,1 1,1 1,8 1,0 3,0 1,6 2,5 1,4 2,0 1,2 3,5 1,9 3,1 1,7 2,7 1,6 SVTH: Nguyễn Đức Trung Báo cáo môn học TRANG 20 Chọn dây dẫn mãng pin, từ dãy pin đến Inverter từ Inverter lên lưới ruột đồng cách điện cao su nhựa tổng hợp, Số nắng trung bình ngày 6,6h/ngày, Như vậy, số nắng trung bình năm 2409 giờ, Từ bảng 3,4 ta có Jkt = 3,5 A/mm2 3.1 Dây dẫn mảng Pin Ta có: Ibt max 8,62 = = 2,46 mm 3,5 Jkt Skt = Ta chọn tiết diện dây: mm2 Trích trang 314 sách Thiết kế nhà máy điện trạm biến áp tác giả Huỳnh Nhơn 3.2 Dây dẫn mảng Pin đến Inverter Ta có: Skt = I bt max Jkt 8,62 4 = 9,85 mm 3,5 = Ta chọn tiết diện dây: 10 mm2 Trích trang 314 sách Thiết kế nhà máy điện trạm biến áp tác giả Huỳnh Nhơn 3.3 Dây dẫn từ Inverter đến lưới điện Ta có: Cơng suất tối đa Inverter: 15KW I btmax = Skt = 15000 380 0,95 I bt max Jkt = = 23,98 A 23,98 = 6,85 mm 3,5 Ta chọn tiết diện dây: 10 mm2 Thiết kế PMT cho trang trại SVTH: Nguyễn Đức Trung Báo cáo môn học TRANG 21 Trích trang 314 sách Thiết kế nhà máy điện trạm biến áp tác giả Huỳnh Nhơn II Tính tốn chọn dây dẫn cho hệ thống Chiều dài dây: Dãy gồm 19 mắc nối tiếp: 0.992 ×14 = 13,88 (m) (đi dây) − Hệ thống có dãy nên số dây cần dùng là: 13,88 x = 55,52 (m) ➢ Dây dẫn dãy pin (dây DC) - Dây điện Cadivi CV 4.0 - 0,6/1kV: 56 (m) ➢ Dây dẫn từ mảng pin đến inverter (dây DC): Dây điện Cadivi CV 10.0 0,6/1kV: ta ước lượng chiều dài 65 (m) ➢ Dây dẫn từ inverter lên lưới (dây AC): Dây điện Cadivi CV 10.0 - 0,6/1kV: ta ước lượng chiều dài 32 (m) III Chọn CB dẫn Chọn CB từ Pin đến Inverter: Dòng điện Isc module Isc = 8,62 A, với array gắn cầu chì DC, Inverter lắp tối đa array nên ta có: Dòng điện ngắn mạch tối đa: Imax = (Is1 + Isc2 + ⋯ + Iscn) × 1, 25 = 8,62 × × 1, 25 = 21,55 A Điện áp ngắn mạch tối đa: Ucb = n × Uoc × 1, 25 = 14 × 36,99 × 1, 25 = 647,325 V Vậy ta chọn loại thiết bị MCB MITSUBISHI 2P 32A 7.5KA 220VDC Thiết kế PMT cho trang trại SVTH: Nguyễn Đức Trung Báo cáo môn học TRANG 22 Chọn CB từ Inverter đến lưới: Dựa vào Bảng ta có thơng số điện trở trở kháng theo dây dẫn: r0 = 1,84 (Ω/km) x0 = 0,11 (Ω/km) Điện trở dây dẫn: Rdd = r0 × L = 1, 84 × 0, 0032 = 5,888 × 10−3 Ω Thiết kế PMT cho trang trại SVTH: Nguyễn Đức Trung Báo cáo môn học TRANG 23 Trở kháng dây dẫn: Xdd = x0 × L = 0, 11 × 0, 0032 = 3,52 × 10−4 Ω Tổng trở dây dẫn: 2 = √(5,888 × 10−3)2 + (3,52 × 10−4 )2 = 5,89 × 10−3 Ω 𝑍 = √𝑅𝑑𝑑 + 𝑋𝑑𝑑 Dòng ngắn mạch pha: 𝐼𝑁 = 𝑈đ𝑚 √3 𝑍𝑑𝑑 = 380 √3 × 5,89 × 10−3 = 37,248 (𝑘𝐴) 𝑈đ𝑚𝐶𝐵 ≥ 𝑈đ𝑚𝐿𝑉 {𝐼𝑐𝑝𝑑𝑑 ≥ 𝐼đ𝑚𝐶𝐵 ≥ 𝐼𝑙𝑣𝑚𝑎𝑥 𝐼𝐶𝑢 ≥ 𝐼𝑁 Trong đó: - UđmCB: Điện áp định mức CB (V) - UđmLv: Điện áp làm việc định mức (V) - Icpdd: Dòng cho phép dây dẫn (A) - IđmCB: Dòng định mức CB (A) - IlvMax: Dòng làm việc cực đại (A) - IN(3): Dòng pha ngắn mạch (A) Ta chọn CB loại NF125-HW MCB MITSUBISHI Kiểm tra điều kiện CB: 37,248 kA < 50kA (thoã điều kiện) Loại MCB Số cực cực Dòng định mức 32 A Điện áp 400 V AC Thiết kế PMT cho trang trại SVTH: Nguyễn Đức Trung Báo cáo môn học TRANG 24 Thiết kế PMT cho trang trại SVTH: Nguyễn Đức Trung Báo cáo môn học TRANG 25 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] TS Nguyễn Dáo (2019), “Tài liệu Năng lượng tái tạo”, 223, tr.3 – 60 [2] Huỳnh Nhơn (2015), “Thiết kế nhà máy điện trạm biến áp” Thiết kế PMT cho trang trại SVTH: Nguyễn Đức Trung More from: điện-điện tử Đại học Tôn Đức… 319 documents Go to course Mathvn toán cao cấp 160 179 33 điện-điện tử 100% (4) Focus on Ielts Foundation điện-điện tử 100% (4) Thí nghiệm Vi điều khiển điện-điện tử 100% (4) TDT- BAI TAP AN 10 TOAN DIEN 2020 điện-điện tử 100% (3) Recommended for you Lê Dĩ Hào [ Video học điện-điện tử 15 29 29 100% (1) ĐẠI SỐ Boole hệ thống số điện-điện tử 100% (1) Báo cáo cuối kỳ Báo cáo cuối kì… định hướng… 100% (1) 722003 45 VÕ THỊ HỒNG PHẤN 70602… định hướng… 100% (1)