Sự gia tăng đang được cung cấp bởi một giảm chi phí và năng lượng mặt trời đang trên đà trở thành nguồn điện số lượng lớn có chi phí thấp nhất trong những năm tới.. ➢ Chống nông và bảo v
TỔNG QUAN
Đặt vấn đề
1.1.1 Vì sao chúng ta nên sử dụng nguồn năng lượng mặt trời cho sinh hoạt
Trong thời đại 4.0, sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ đã dẫn đến nhu cầu năng lượng ngày càng tăng để phục vụ cuộc sống con người Các nghiên cứu về nguồn năng lượng mới và bền vững đang được chú trọng nhằm đáp ứng yêu cầu này.
11 nguồn năng lượng sạch trong tự nhiên Năng lượng mặt trời là một sự lựa chọn tiêu biểu trong số năng lượng sạch từ thiên nhiên
Mặt trời là nguồn năng lượng sạch và bền vững, có khả năng cung cấp năng lượng cho toàn cầu trong nhiều năm Dù chỉ khai thác được một phần nhỏ năng lượng này, việc sử dụng năng lượng mặt trời sẽ tạo ra sự khác biệt lớn cho hành tinh của chúng ta.
Hình 1 2: Trái đất và các nguồn năng lượng tái tạo
Năng lượng mặt trời mang lại nhiều lợi ích cho môi trường và nền kinh tế, giúp giảm áp lực lên hệ thống điện và gánh nặng cho quốc gia Những cải tiến công nghệ trong những năm qua đã nâng cao hiệu quả sử dụng điện mặt trời, làm cho nó trở thành một giải pháp bền vững hơn.
Năng lượng mặt trời đã mang lại lợi ích cho con người:
Năng lượng mặt trời là một giải pháp hàng đầu giúp bảo vệ môi trường trong bối cảnh hiệu ứng nhà kính và sự cạn kiệt của các nguồn tài nguyên khoáng sản như dầu, than và khí đốt Việc sử dụng năng lượng tự nhiên không chỉ giảm thiểu tác động tiêu cực đến môi trường mà còn góp phần vào sự phát triển bền vững cho tương lai.
Nguồn năng lượng xanh, đặc biệt là năng lượng mặt trời, đóng vai trò quan trọng trong việc bảo vệ môi trường sống Năng lượng mặt trời được xem là một nguồn năng lượng sạch và bền vững, góp phần giảm thiểu ô nhiễm và bảo vệ hệ sinh thái.
Năng lượng mặt trời là một giải pháp tuyệt vời giúp giảm lượng khí thải carbon mà không gây ô nhiễm môi trường nước hay đất Nó không thải ra khí nhà kính trong quá trình hoạt động và chỉ sử dụng nguồn nước sạch cần thiết Điều này làm cho năng lượng mặt trời trở thành một nguồn năng lượng an toàn và thân thiện với môi trường Mặc dù nhiều người vẫn còn nghi ngờ về lợi ích của năng lượng mặt trời, nhưng việc lắp đặt các tấm pin mặt trời trên mái nhà là một cách dễ dàng để đóng góp cho một tương lai bền vững Hãy bắt đầu sử dụng năng lượng mặt trời cho ngôi nhà của bạn để trải nghiệm những lợi ích mà hệ thống năng lượng này mang lại.
Năng lượng mặt trời là nguồn năng lượng miễn phí, cung cấp nhiều năng lượng hơn mức chúng ta có thể sử dụng, và không ai có thể độc quyền khai thác ánh sáng mặt trời Hệ thống năng lượng mặt trời giúp tiết kiệm chi phí ngay từ khi hoạt động, nhưng để tận dụng tối đa lợi ích, bạn nên đầu tư vào dài hạn Càng có hệ thống lớn, bạn sẽ càng hưởng nhiều lợi ích từ công nghệ năng lượng mặt trời và góp phần bảo vệ môi trường.
Năng lượng tự nhiên, đặc biệt là năng lượng mặt trời, đóng vai trò quan trọng trong việc xóa bỏ nghèo đói, đặc biệt ở những vùng xa xôi chưa có điện lưới Việc phát triển năng lượng xanh không chỉ cung cấp điện cho cuộc sống hàng ngày mà còn mang lại giải pháp bền vững cho các cộng đồng khó khăn.
Sử dụng năng lượng mặt trời giúp giảm đáng kể chi phí hóa đơn điện hàng tháng Các thiết bị chạy bằng năng lượng mặt trời giúp tiết kiệm điện, và mức tiết kiệm phụ thuộc vào quy mô hệ thống năng lượng mặt trời cũng như thói quen sử dụng điện của từng hộ gia đình.
Đèn năng lượng mặt trời có độ bền cao, với tuổi thọ của tấm pin năng lượng mặt trời lên đến 25 năm Chúng hoạt động hiệu quả nhất trong 10 năm đầu, và hiệu suất giảm theo thời gian là không đáng kể.
1.1.2 Hiện trạng và xu thế phát triển công nghệ năng lượng mặt trời
1.1.2.1 Tình hình phát triển năng lượng mặt trời trong nước
Trong bốn năm qua, năng lượng mặt trời đã trở nên phổ biến và phát triển mạnh mẽ tại Việt Nam Sự phát triển này được thúc đẩy bởi việc khai thác nguồn năng lượng mặt trời dồi dào và ổn định, có sẵn quanh năm.
Hiện nay, lắp đặt hệ thống pin năng lượng mặt trời đang trở nên phổ biến trên toàn quốc và được chính phủ khuyến khích Các nhà máy, công ty, doanh nghiệp và hộ gia đình đều tham gia lắp đặt và sử dụng hệ thống này, góp phần thúc đẩy sự phát triển của năng lượng sạch tại Việt Nam.
Quá trình phát triển nhanh chóng đang tạo ra những thách thức mới liên quan đến sự đồng bộ của hệ thống lưới điện, quản lý sử dụng đất, cơ chế giá điện, nguồn nhân lực và tài chính.
1.1.2.2 Tình hình phát triển năng lượng mặt trời trong nước
Thị trường năng lượng mặt trời trên thế giới sắp đạt công suất 137,5 GW vào năm
Năm 2019, công suất năng lượng mặt trời toàn cầu đã tăng thêm 102 GW so với năm 2018 Dự kiến, đến năm 2023, các thị trường năng lượng mặt trời hàng đầu sẽ chiếm 83% nhu cầu năng lượng Các quốc gia như Ả Rập Xê Út, Ai Cập, Iran và Ý đang phát triển nhanh chóng trong lĩnh vực năng lượng mặt trời tập trung Hiện có hơn 24 quốc gia trên thế giới có công suất PV tích lũy vượt quá 1 GW, trong đó Áo, Chile và Nam Phi đã đạt mốc này vào năm 2016 Nhiều quốc gia đang chuyển sang lắp đặt công suất điện mặt trời đáng kể để thay thế các nguồn năng lượng truyền thống.
Ngành công nghiệp năng lượng mặt trời tập trung vào việc xây dựng và lắp đặt thiết bị thu năng lượng từ mặt trời để chuyển đổi thành điện năng Các công ty trong lĩnh vực này đang hợp tác nhằm thúc đẩy sự chuyển đổi toàn cầu từ nhiên liệu hóa thạch sang các nguồn năng lượng tái tạo Quá trình chuyển đổi này dự kiến sẽ tiêu tốn hàng nghìn tỷ đô la và kéo dài nhiều năm, tạo ra cơ hội đầu tư hấp dẫn cho các nhà đầu tư dài hạn.
Ưu và nhược điểm của điện mặt trời áp mái
Tận dụng không gian trống trải trên mái nhà là giải pháp lý tưởng cho các gia đình sống ở đô thị, nơi đất chật người đông Việc sử dụng khoảng không gian này không chỉ giúp mở rộng diện tích sinh hoạt mà còn mang lại nhiều lợi ích cho cuộc sống hàng ngày.
Hệ thống chống nông và bảo vệ mái nhà được lắp đặt trên mái với khung sắt chắc chắn, sử dụng các tấm pin năng lượng mặt trời, giúp làm mát ngôi nhà trong mùa hè Các yếu tố thời tiết như mưa, gió và nắng sẽ được giảm thiểu nhờ vào sự che chắn của dàn pin năng lượng mặt trời.
➢ Tiết kiệm khá nhiều tiền điện: Số tiền điện mỗi tháng của gia đình bạn sẽ giảm từ 40 - 80% tiền điện so với trước khi sử dụng
Điện mặt trời là nguồn năng lượng tái tạo vô tận, mang lại lợi ích xanh và sạch cho môi trường Hệ thống này hoạt động êm ái, không gây ô nhiễm tiếng ồn, và ngày càng được nhiều chính phủ khuyến khích người dân sử dụng để tận dụng nguồn năng lượng tự nhiên dồi dào.
➢ Chi phí đầu tư ban đầu khá cao: Chi phí ban đầu từ vài chục triệu đến vài trăm triệu tùy thuộc vào hệ thống lớn hay nhỏ
➢ Hệ thống điện không ổn định vào những thời điểm: Trời nhiều mây, không có nắng, trời mưa và ban đêm.
Mục tiêu của đề tài
Nhu cầu sử dụng điện mặt trời ngày càng tăng cao trong các gia đình Việt Nam Nhiều hộ gia đình đã lựa chọn lắp đặt hệ thống điện mặt trời để tối ưu hóa nguồn năng lượng này Việc sử dụng điện mặt trời không chỉ giúp đảm bảo các thiết bị quan trọng trong gia đình hoạt động ổn định, mà còn duy trì hoạt động bình thường ngay cả khi xảy ra cúp điện hoặc sự cố với điện lưới.
Giới hạn đề tài
Bài viết này tập trung vào việc tính toán và thiết kế hệ thống pin năng lượng mặt trời hòa lưới, đặc biệt là hệ thống 9KW dành cho hộ gia đình tại thành phố Việc lắp đặt hệ thống này không chỉ giúp tiết kiệm chi phí điện năng mà còn góp phần bảo vệ môi trường Hệ thống pin năng lượng mặt trời hòa lưới 9KW sẽ cung cấp nguồn năng lượng sạch, bền vững cho các hộ gia đình, đồng thời giảm thiểu sự phụ thuộc vào lưới điện truyền thống.
Bố cục đồ án
Chương 2 Cơ sở lý thuyết
Chương 3 Thiết kế hệ thống điện mặt trời
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Tấm pin năng lượng mặt trời
2.1.1 Cấu tạo của tấm pin năng lượng mặt trời
Pin năng lượng Mặt trời, hay còn gọi là pin quang điện, bao gồm nhiều tế bào quang điện được làm từ sillic tinh khiết, có chức năng chuyển đổi năng lượng ánh sáng thành năng lượng điện Các tế bào này được bảo vệ bởi một tấm kính trong suốt phía trước và một lớp nhựa ở phía sau, được đóng gói chân không bằng lớp polymer trong suốt Cường độ dòng điện, hiệu điện thế và điện trở của pin mặt trời thay đổi tùy thuộc vào lượng ánh sáng chiếu lên chúng, và thường có 60 hoặc 72 tế bào quang điện được ghép lại thành một tấm pin mặt trời.
Hình 2 1: Cấu tạo các lớp tấm của một tấm pin
Cho đến nay, vật liệu chính được sử dụng cho pin mặt trời và các thiết bị bán dẫn là silic tinh thể Pin mặt trời từ silic tinh thể được phân loại thành ba loại khác nhau.
Tinh thể đơn hay đơn tinh thể module sản xuất từ quá trình Czochralski có hiệu suất lên tới 16%, nhưng giá thành cao do được cắt từ các thỏi hình ống với các mặt trống ở góc nối Ngược lại, đa tinh thể được làm từ silic nung chảy, được đúc và làm nguội cẩn thận, thường có giá rẻ hơn nhưng hiệu suất kém hơn so với đơn tinh thể.
17 nhiên chúng có thể tạo thành các tấm vuông che phủ bề mặt nhiều hơn đơn tinh thể bù lại cho hiệu suất thấp của nó
Dải silic được tạo ra từ các miếng phim mỏng làm từ silic nóng chảy với cấu trúc đa tinh thể Mặc dù loại silic này thường có hiệu suất thấp nhất, nhưng nó cũng là loại rẻ nhất vì không cần cắt từ thỏi silicon.
Công nghệ trên là sản suất tấm, nói cách khác, các lọai trên có độ dày 300 μm tạo thành và xếp lại để tạo nên module
Cấu trúc các lớp bên trong pin năng lượng mặt trời (Solar Panel):
Các tế bào quang điện trong pin mặt trời là thành phần chính, có chức năng hấp thu ánh sáng mặt trời và chuyển đổi thành điện năng Chúng có thể là đơn tinh thể (Pin Mono) hoặc đa tinh thể (Pin Poly), tùy thuộc vào quy trình sản xuất Các đặc tính kỹ thuật quan trọng bao gồm kích thước, màu sắc, số lượng tế bào và hiệu suất chuyển đổi Hiện nay, tế bào đa tinh thể Poly phổ biến với hiệu suất khoảng 17,6%, tạo ra pin mặt trời 250W với 60 tế bào Các tế bào này được kết nối bằng dây đồng mỏng phủ hợp kim thiếc.
Lớp kính mặt trước của pin mặt trời là phần nặng nhất, đóng vai trò quan trọng trong việc bảo vệ và đảm bảo độ bền cho tấm pin, đồng thời duy trì độ trong suốt cao Độ dày của lớp kính này thường là 3,3mm, nhưng có thể dao động từ 2mm đến 4mm tùy thuộc vào loại kính mà nhà sản xuất lựa chọn Các yếu tố quan trọng cần chú ý bao gồm chất lượng độ cứng, độ truyền quang phổ và khả năng truyền ánh sáng Một tấm pin mặt trời chất lượng cao sẽ có lớp kính mặt trước hấp thu ánh sáng tốt hơn và phản xạ ánh sáng ít hơn.
Tấm nền mặt sau của pin mặt trời được chế tạo từ nhựa cách điện, giúp bảo vệ các tế bào PV khỏi thời tiết và độ ẩm Tấm này thường có màu trắng và được cung cấp dưới dạng cuộn hoặc tấm Các hãng sản xuất khác nhau có thể cung cấp pin với độ dày, màu sắc và các vật liệu che chắn khác nhau, nhằm nâng cao độ bền cơ học và khả năng bảo vệ.
Vật liệu kết dính EVA, hay Ethylene vinyl acetate, là một trong những thành phần quan trọng nhất trong cấu trúc pin mặt trời, đóng vai trò là chất kết dính giữa các lớp khác nhau EVA là một loại polymer đục mờ, thường được cung cấp dưới dạng cuộn, và được sử dụng phổ biến trong quá trình đóng gói pin mặt trời.
Tấm polymer đặc biệt cần được cắt và đặt trước và sau các tế bào quang điện Qua quá trình nấu chân không, nó chuyển hóa thành keo trong suốt, giúp kết dính các tế bào quang điện Chất lượng của quy trình cán màng không chỉ đảm bảo tuổi thọ cao cho tấm pin mà còn ảnh hưởng đến khả năng truyền ánh sáng, tốc độ xử lý và khả năng chống lại hiện tượng vàng do tia UV.
Khung tấm pin mặt trời, thường được chế tạo từ nhôm, đảm bảo độ bền cho tấm pin Ngoài ra, cho các ứng dụng đặc biệt, có sẵn các tấm pin không khung hoặc giải pháp nhựa đặc biệt Những giải pháp này thường sử dụng dung dịch hỗ trợ dán ở phía sau kết hợp với công nghệ kính thủy tinh.
Hộp đựng mối nối mạch điện là thiết bị quan trọng giúp đưa các mối nối điện của mô đun pin mặt trời ra bên ngoài, đồng thời chứa các dây cáp cần thiết để kết nối các tấm trong hệ thống năng lượng mặt trời.
2.1.2 Các loại công nghệ pin
2.1.2.1 Công nghệ pin đơn tinh thể (Pin Mono):
Pin mono sử dụng các tấm pin mặt trời làm từ silicon đơn tinh thể, hay còn gọi là monocrystalline silicon, với độ tinh khiết cao Các tấm pin này được sản xuất từ các phôi silicon hình trụ, trong đó bốn mặt của phôi được cắt bỏ để tối ưu hóa hiệu suất và giảm chi phí thành phần.
Hình 2 2: Mặt trên của pin công nghệ đơn tinh thể
Các tấm pin năng lượng mặt trời mono được làm từ silicon tinh khiết cao, mang lại hiệu suất sử dụng tối ưu với tỷ lệ hiệu suất khoảng 15-20% Chúng có độ bền cao và tuổi thọ lâu dài, đồng thời hoạt động hiệu quả hơn so với pin poly trong điều kiện ánh sáng yếu.
Nhược điểm: Giá thành cao do quy trình sản xuất tốn kém Hoạt động kém hiệu quả hơn poly trong cùng điều kiện nhiệt độ tăng cao
2.1.2.2 Công nghệ pin đa tinh thể (Pin Poly):
Các tấm pin mặt trời đa tinh thể đầu tiên được tạo nên từ silicon đa tinh thể như polysilicon (p_Si) và silicon đa tinh thể (mc_Si)
Pin công nghệ đa tinh thể có mặt trên với quy trình sản xuất đơn giản và chi phí thấp hơn so với pin mono Điều này giúp giảm giá thành sản phẩm, đồng thời pin đa tinh thể còn có khả năng giãn nở và chịu nhiệt tốt.
Nhược điểm: Hiệu suất thấp nằm trong khoảng 13-16% Tuổi thọ làm việc nhiệt độ cao suy giảm nhanh so với pin mono
2.1.2.3 Công nghệ pin màng mỏng (Thin Film):
Các tấm pin mặt trời tinh thể màng mỏng được tạo nên bao gồm silicon vô định hình (a-Si), cadmium telluride (CdTe), đồng indium gallium selenide (CIS/CIGS)
Pin công nghệ màn mỏng có nhiều ưu điểm nổi bật, bao gồm quy trình sản xuất đơn giản và khả năng sản xuất đại trà Giá thành của loại pin này rẻ hơn so với các loại pin năng lượng mặt trời khác, đồng thời có tính linh hoạt cao và tiềm năng phát triển mới Hơn nữa, pin màn mỏng hoạt động hiệu quả ngay cả trong điều kiện nhiệt độ và độ bóng cao, và việc thay thế cũng rất dễ dàng.
2.1.3 Nguyên lý hoạt động của tấm pin năng lượng mặt trời
Khi một photon chạm vào mảnh silic, một trong hai điều sau sẽ xảy ra:
Bộ chuyển đổi Inverter
Bộ biến tần năng lượng mặt trời (biến tần PV) là thiết bị chuyển đổi điện, chuyển đổi dòng điện một chiều (DC) từ bảng quang điện thành dòng điện xoay chiều (AC) có thể sử dụng cho lưới điện thương mại hoặc mạng điện cục bộ Đây là thành phần quan trọng trong hệ thống quang điện, giúp sử dụng thiết bị cấp nguồn AC thông thường Biến tần năng lượng mặt trời được trang bị các chức năng đặc biệt như theo dõi điểm công suất tối đa và bảo vệ chống đảo, tối ưu hóa hiệu suất hoạt động của hệ thống năng lượng mặt trời.
Hình 2 6: Bộ chuyển đổi Inverter
Biến tần năng lượng mặt trời sử dụng công nghệ theo dõi điểm công suất tối đa (MPPT) để tối ưu hóa công suất từ mảng pin mặt trời Sự tương tác giữa bức xạ mặt trời, nhiệt độ và tổng điện trở tạo ra một hiệu suất đầu ra phi tuyến tính, được mô tả qua đường cong IV Hệ thống MPPT có nhiệm vụ lấy mẫu đầu ra từ các tế bào quang điện và xác định điện trở tải, nhằm đạt được công suất tối đa trong mọi điều kiện môi trường.
Hệ số lấp đầy (FF) là một thông số quan trọng trong lĩnh vực năng lượng mặt trời, kết hợp với điện áp mạch hở (𝑉𝑂𝐶) và dòng điện ngắn mạch (𝐼𝑆𝐶) của bảng điều khiển, để xác định công suất tối đa từ pin mặt trời FF được định nghĩa là tỷ số giữa công suất cực đại và tích của 𝑉𝑂𝐶 và 𝐼𝑆𝐶, đóng vai trò quan trọng trong việc đánh giá hiệu suất của hệ thống năng lượng mặt trời.
Có ba loại thuật toán MPPT chính: nhiễu loạn và quan sát, độ dẫn tăng dần, và điện áp không đổi Hai phương pháp đầu tiên, thường được gọi là phương pháp leo đồi, dựa vào đường cong công suất được xác định bởi điện áp tăng ở bên trái và giảm ở bên phải của điểm công suất cực đại.
Hệ thống điện mặt trời
Hệ thống điện mặt trời chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành điện năng thông qua các tấm pin mặt trời Năng lượng mặt trời là nguồn năng lượng vô hạn, không phát thải khí CO2 và không tốn chi phí khi sử dụng.
23 dụng, bởi vậy đây là nguồn năng lượng tái tạo vô cùng sạch, đáng tin cậy và mang lại nhiều giá trị cho con người
Hình 2 7: Sơ đồ khối hệ thống
2.3.2 Cấu tạo của hệ thống điện mặt trời
Hệ thống điện năng lượng mặt trời bao gồm các thành phần cơ bản như tấm pin mặt trời, biến tần chuyển đổi điện (inverter), sạc năng lượng mặt trời và hệ thống ắc quy lưu trữ.
Hình 2 8: Mô hình hệ thống điện mặt trời
Mỗi bộ phận này đóng một vai trò quan trọng khác nhau giúp tạo nên một hệ thống điện mặt trời hoạt động hiệu quả nhất, cụ thể:
Hệ thống pin năng lượng mặt trời chủ yếu bao gồm silic tinh khiết, với bề mặt được trang bị nhiều cảm biến ánh sáng dạng điốt quang Những cảm biến này có chức năng thu nhận và chuyển hóa năng lượng mặt trời thành điện năng, cung cấp nguồn điện cho toàn bộ hệ thống hoạt động hiệu quả.
Bộ biến tần Inverter có chức năng chuyển đổi nguồn điện một chiều (DC) từ pin mặt trời thành điện xoay chiều (AC), phục vụ cho việc sử dụng năng lượng cho các thiết bị điện.
Sạc năng lượng mặt trời đóng vai trò quan trọng trong việc chuyển đổi năng lượng từ pin mặt trời sang hệ thống ắc quy, giúp cải thiện hiệu suất hoạt động của ắc quy và kéo dài tuổi thọ của cả hệ thống.
Hệ thống ắc quy lưu trữ đóng vai trò quan trọng trong việc sử dụng năng lượng mặt trời, vì điện mặt trời không được sản xuất liên tục do thời gian chiếu sáng cố định Các bình ắc quy này lưu trữ nguồn điện và cung cấp năng lượng cho các tải tiêu thụ khi điện lưới bị mất hoặc khi hệ thống điện mặt trời không hoạt động.
2.3.3 Phân loại hệ thống điện mặt trời
Có 3 hình thức lắp điện năng lượng mặt trời gồm: Hệ thống điện mặt trời hòa lưới (On-grid), hệ thống điện mặt trời độc lập (Off-grid), hệ thống điện mặt trời kết hợp (Hybrid)
Hệ thống điện mặt trời hòa lưới (On-grid) là giải pháp phổ biến hiện nay, cho phép sử dụng nguồn điện mặt trời ưu tiên cho các thiết bị điện Khi nhu cầu sử dụng điện vượt quá sản lượng từ hệ thống, điện lưới quốc gia sẽ được sử dụng để đáp ứng nhu cầu.
Khi hệ thống sản xuất điện cung cấp dư thừa so với nhu cầu tiêu thụ, lượng điện thừa sẽ được đưa trở lại mạng lưới điện quốc gia Số điện dư này sẽ được ghi nhận qua đồng hồ 2 chiều, và Tập đoàn Điện lực Việt Nam (EVN) sẽ thực hiện thanh toán cho lượng điện này.
Hình 2 9: Hệ thống điện mặt trời hòa lưới (On-grid)
Hệ thống điện mặt trời độc lập hoàn toàn không phụ thuộc vào nguồn điện lưới Hệ thống này sản xuất điện và lưu trữ năng lượng trong các bình ắc quy để sử dụng khi cần thiết.
Hình 2 10: Hệ thống điện mặt trời độc lập (Off-grid)
Hệ thống điện mặt trời kết hợp là giải pháp tối ưu, kết hợp giữa hệ thống On-grid và Off-grid, cho phép hòa lưới điện quốc gia đồng thời tích trữ điện trong ắc quy để phục vụ các nhu cầu thiết yếu.
Hình 2 11: Hệ thống điện mặt trời kết hợp (Hybrid).
Tính toán hệ thống pin năng lượng mặt trời
2.4.1 Thu nhập các dữ liệu ban đầu
Để xây dựng đồ thị phụ tải, cần xác định nhu cầu và đặc trưng của phụ tải, bao gồm số lượng thiết bị, thông số kỹ thuật của từng thiết bị, chế độ làm việc cũng như thời gian ngắt điện cho phép.
Vị trí lắp đặt hệ thống năng lượng mặt trời cần được xác định dựa trên bức xạ mặt trời tại từng địa điểm cụ thể và các điều kiện tự nhiên liên quan Để có thông số chính xác cho thiết kế, cần thu thập dữ liệu từ các trạm khí tượng hoạt động trên mười năm Để đảm bảo cung cấp đủ điện năng cho phụ tải trong năm, nên chọn giá trị cường độ tổng xạ của tháng thấp nhất làm cơ sở Trong các tháng khác, năng lượng sẽ dư thừa và không thể sử dụng accu để tích trữ năng lượng.
27 còn giúp ta xác định góc nghiêng của dàn pin NLMT sao cho khi đặt cố định, hệ thống có thể nhận được lượng tổng xạ lớn nhất
Góc nghiêng (β) của dàn pin năng lượng mặt trời nên được điều chỉnh để trùng với góc nghiêng của mặt đất tại vị trí lắp đặt, nhằm tối ưu hóa việc thu nhận bức xạ mặt trời Việc đặt dàn pin ở góc nghiêng không chỉ giúp bề mặt luôn vuông góc với ánh nắng mà còn tăng khả năng tự làm sạch Khi có mưa, nước sẽ rửa trôi bụi bẩn trên bề mặt pin, từ đó cải thiện khả năng hấp thụ bức xạ mặt trời của dàn pin.
2.4.2 Tính toán phụ tải điện Điện năng tiêu thụ trong một ngày (𝐴 𝑛𝑔 ) của tải được xác định:
Trong đó: các 𝑃 𝑖 và 𝑡 𝑖 là công suất và thời gian tiêu thụ của phụ tải thứ i Điện năng tiêu thụ trong tháng hoặc cả năm được suy ra:
𝐴 𝑛𝑔 , 𝐴 𝑡ℎ , 𝐴 𝑛 : điện năng tiêu thụ hàng ngày, tháng, năm
𝑁 𝑡ℎ , 𝑁 𝑛 : số ngày tiêu thụ điện hàng tháng, hàng năm
2.4.3 Tính toán số mudule pin NLMT
Số lượng module pin NLMT được xác định theo công thức
𝑁 𝑃𝑉 : số lượng module tấm pin NLMT
𝑃 𝑜𝑝𝑡.𝑃𝑉 : Công suất đỉnh của tấm pin
𝑘 𝑡.𝑃𝑉 : hệ số nhiệt độ của pin NLMT, [%] Thường lấy giá trị gần đúng 90%
Hệ số an toàn của pin năng lượng mặt trời (𝑘 𝑎𝑡.𝑃𝑉) bao gồm các tổn hao năng lượng do điện trở dây nối, diode bảo vệ và bụi bẩn Giá trị thường được ước tính khoảng 80%.
𝜂: hiệu suất của toàn hệ thống, là tích số của các thành phần sau:
𝜂 𝑏𝑎𝑡 : hiệu suất của bộ accu, [%] Thường lấy giá trị gần đúng 80%
𝜂 𝑐𝑜𝑛 : hiệu suất của bộ điều khiển phóng-nạp cho acquy [%] Thường lấy giá trị gần đúng 85%
𝜂 𝑖𝑛𝑣 : hiệu suất của bộ biến đổi điện DC – AC, [%] Thường lấy giá trị gần đúng 85%
Số giờ nắng trung bình hàng ngày trong năm tại địa điểm lắp đặt, ký hiệu là ℎ𝑛, được thể hiện bằng đơn vị giờ Dữ liệu chi tiết về số giờ nắng này tại một số tỉnh thành ở Việt Nam được minh họa trong hình 2.11.
2.4.4 Xác định cách ghép nối các module pin NLMT
Các module pin NLMT phải được ghép nối lại sao cho hệ thống đáp ứng được về công suất cũng như điện áp của phụ tải
Số module pin NLMT trong 1 dãy mắc nối tiếp:
Số dãy module pin NLMT mắc song song nhau
𝑉 𝑙𝑣.𝑠𝑦𝑠 : điện áp làm việc của hệ thống [V]
Điện áp làm việc của một module pin năng lượng mặt trời (NLMT) được ký hiệu là 𝑉 𝑙𝑣.𝑃𝑉, đơn vị đo là [V] Cần lưu ý rằng giá trị này nên được chọn thấp hơn 𝑉 𝑜𝑝𝑡, là điện áp đỉnh mà nhà sản xuất cung cấp cho module pin NLMT.
𝑁 𝑛𝑡.𝑃𝑉 : số module pin NLMT cần thiết mắc nối tiếp trong 1 dãy
𝑁 𝑠𝑠.𝑃𝑉 : số dãy pin NLMT mắc song song
Về điện áp và dòng điện của hệ thống khi ghép nối nhiều module pin NLMT lại với nhau, cần lưu ý:
Khi các module pin NLMT chỉ ghép nối tiếp thì: Điện áp hệ thống: 𝑉 𝑠𝑦𝑠 = 𝑉 𝑃𝑉 𝑁 𝑃𝑉
Khi các module pin NLMT chỉ ghép song song: Điện áp hệ thống: 𝑉 𝑠𝑦𝑠 = 𝑉 𝑃𝑉
2.4.5 Các phương pháp ghép nối các tấm pin NLMT
Có ba phương pháp chính để kết nối các tấm pin mặt trời: mắc nối tiếp, song song và kết hợp cả hai Mỗi phương pháp này được thiết kế cho mục đích cụ thể, cho phép tăng điện áp hoặc cường độ dòng điện nhằm đạt được công suất cao hơn.
Việc ghép nối các tấm pin mặt trời rất đơn giản nếu bạn nắm vững nguyên tắc cơ bản về cách kết nối chúng để tăng công suất Hiểu rõ cách hoạt động của từng phương thức kết nối sẽ giúp bạn dễ dàng quyết định cách lắp đặt các tấm pin mặt trời của mình.
Phương pháp ghép nối pin mặt trời nối tiếp:
Kết nối các tấm pin mặt trời theo mạch nối tiếp giúp tăng tổng điện áp của hệ thống Để thực hiện việc này, bạn cần kết nối thiết bị đầu cuối dương của tấm pin này với cực âm của tấm pin tiếp theo, cho đến khi chỉ còn lại một đầu dương và một đầu âm.
Hình 2 12: Ghép pin nối tiếp
Trong phương pháp này, tất cả các tấm pin mặt trời đều có cùng loại và công suất định mức Khi sử dụng 3 tấm pin 6 volt, 3.0 Amps, áp đầu ra sẽ đạt 18 volt (6 + 6 + 6) với dòng điện là 3.0 Amps, tương đương với tổng công suất 54 wp.
Vậy trong trường hợp chúng ta muốn ghép các tấm pin có điện áp hoặc dòng điện không giống nhau thì sao?
Trường hợp 1: ghép các tấm pin nối tiếp khác nhau về điện áp nhưng có dòng định mức giống nhau
Hình 2 13: Ghép pin nối tiếp khác nhau về điện áp nhưng giống nhau về dòng
Trong phương pháp này, tất cả các tấm pin mặt trời có công suất khác nhau, với điện áp đầu ra không giống nhau nhưng dòng định mức lại giống nhau Tổng điện áp được tạo ra là 21 volt với dòng 3.0 amps, tương đương với công suất 63 wp.
Trường hợp 2: ghép các tấm pin nối tiếp khác nhau cả về dòng lẫn áp
Hình 2 14: Ghép pin nối tiếp khác nhau cả dòng lẫn áp
Trong phương pháp này, các tấm pin mặt trời có nhiều loại và mức công suất khác nhau Tổng điện áp sẽ là tổng của các tấm pin, trong khi dòng điện sẽ bị giới hạn bởi giá trị của tấm pin có công suất thấp nhất trong chuỗi, cụ thể là 1 Amp.
Phương pháp ghép nối pin mặt trời song song:
Kết nối các tấm pin mặt trời theo mạch mắc song song giúp tăng tổng công suất của hệ thống Để thực hiện việc này, bạn cần kết nối cực dương của thiết bị đầu vào với cực dương của từng tấm pin và cực âm của thiết bị đầu vào với cực âm của các tấm pin kế tiếp.
Giống như việc ghép nối pin mặt trời nối tiếp, phương pháp ghép nối song song cũng gặp phải tình huống khi các tấm pin có điện áp hoặc dòng điện đầu ra khác nhau Dưới đây, chúng ta sẽ xem xét một số trường hợp cụ thể liên quan đến vấn đề này.
Trường hợp 1: ghép các tấm pin song song khác nhau về điện áp nhưng có dòng định mức giống nhau
Hình 2 16: Ghép song song khác nhau về điện áp, dòng định mức giống nhau
Trong trường hợp này, tổng điện áp đầu ra sẽ bị giới hạn bởi tấm pin có điện áp thấp nhất, trong khi dòng điện sẽ là tổng dòng điện của tất cả các tấm pin cộng lại.
Trường hợp 2: ghép các tấm pin song song khác nhau về dòng nhưng có cùng mức điện áp
Hình 2 17: Ghép các tấm pin song song khác nhau về dòng, cùng mức điện áp
Trường hợp 3: ghép nối pin song song khác nhau cả về dòng lẫn áp
Hình 2 18: Ghép nối pin song song khác nhau cả về dòng lẫn áp
THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỆN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI
Khảo sát sơ bộ để thiết kế hệ thống điện năng lượng mặt trời
Khi nhận thông tin từ khách hàng về nhu cầu lắp đặt điện năng lượng mặt trời, chúng tôi sẽ nhanh chóng liên hệ để xác định mức tiêu thụ điện hàng tháng và tư vấn các giải pháp phù hợp cho khách hàng.
3.1.1 Xác định nhu cầu khách hàng
Dựa trên thông tin từ khách hàng, chúng tôi đã xác định nhu cầu và mục tiêu của họ Cụ thể, điện năng tiêu thụ trong một tháng ước tính khoảng 1662 kWh, với 65% tiêu thụ vào ban ngày và 35% vào ban đêm, dựa trên biên lai tiền điện hàng tháng.
Nhu cầu sử dụng điện mặt trời ngày càng tăng cao nhằm giảm chi phí tiền điện Khách hàng được tư vấn về hệ thống điện mặt trời hòa lưới không lưu trữ để tiết kiệm chi phí và rút ngắn thời gian hoàn vốn Sau khi tìm hiểu các ưu và nhược điểm của hệ thống, khách hàng đã đồng ý tiến hành khảo sát và đánh giá.
Qua tính toán nhanh theo công thức dưới đây ta có: Số lượng module pin NLMT
𝐴 𝑡ℎ : điện năng tiêu thụ hàng tháng chỉ tính vào ban ngày
𝑃 𝑜𝑝𝑡.𝑃𝑉 : Công suất đỉnh của tấm pin
𝑁 𝑃𝑉 : số lượng module tấm pin NLMT
ℎ 𝑛 : số giờ nắng trung bình hàng ngày trong năm tại địa điểm lắp đặt
Sau khi được sự đồng ý của khách hàng chúng ta sẽ tiến hành khảo sát, đo đạc xác định những vị trí vật cản
Hình 3 1: Mặt bằng tầng thượng trước khi lắp pin.
Sử dụng phần mền cho việc mô phỏng
SketchUp là phần mềm thiết kế mô hình 3D đa năng, phục vụ cho nhiều lĩnh vực như kiến trúc, thiết kế nội thất, kiến trúc cảnh quan, kỹ thuật dân dụng và cơ khí Được biết đến với tính năng nhanh chóng, đơn giản và dễ sử dụng, SketchUp cho phép người dùng phác thảo ý tưởng một cách hiệu quả thông qua các thao tác trực quan.
Hình 3 2: Phần mềm sketchup Ưu điểm:
• Phác họa ý tưởng nhanh chóng với sketchup
SketchUp là công cụ lý tưởng cho giai đoạn phát triển ý tưởng thiết kế kiến trúc và xây dựng nhờ vào các tính năng trực quan Với SketchUp, người dùng có thể dễ dàng và nhanh chóng tạo ra mô hình 3D, rất phù hợp cho sinh viên và những người làm việc trong lĩnh vực thiết kế.
SketchUp, giống như nhiều phần mềm 3D khác, cho phép người dùng kết xuất hồ sơ thiết kế bao gồm mặt bằng, mặt đứng và mặt cắt thông qua tính năng Layout.
• Thiết kế chính xác với SketchUp
Với phần mềm SketchUp bạn vẫn có thể thiết kế các kích thước của các mặt chính xác 100% tương tự như các phần mềm thiết kế khác
• Kho thư viện thiết kế 3D Warehouse
3D Warehouse là một cộng đồng chia sẻ mẫu thiết kế toàn cầu do Google phát triển, nơi bạn có thể tìm kiếm và chia sẻ các mẫu thiết kế của riêng mình Điều này góp phần làm cho SketchUp trở thành phần mềm thiết kế 3D và 2D nhanh chóng và hiệu quả Khi bạn gặp khó khăn trong việc tìm ý tưởng thiết kế, 3D Warehouse là nguồn tài nguyên tuyệt vời để tham khảo những mẫu thiết kế phù hợp.
• Sự trực quan của SketchUp
Khi trình bày mẫu thiết kế, việc sử dụng walkthrough giúp bạn khám phá các chi tiết không gian bên trong mà bạn đã tạo ra Mức độ chi tiết mà người xem có thể nhận thấy phụ thuộc vào độ tinh xảo của bản thiết kế.
Một ứng dụng hữu ích của phần mềm này là thiết kế mẫu nhà Sau khi hoàn tất mô hình, người dùng có thể sử dụng Google Earth để gắn mẫu nhà vừa thiết kế vào hình ảnh khu vực lô đất, giúp đánh giá sự phù hợp với cảnh quan xung quanh.
Khả năng thao tác Render trực tiếp không có, người dùng cần sử dụng plugin Vray để thực hiện việc render Điều này dẫn đến tốc độ render chậm, tương đương với 3DS Max.
PVsyst là phần mềm chuyên dụng để nghiên cứu, định cỡ và phân tích dữ liệu cho các hệ thống năng lượng mặt trời toàn diện Phần mềm này hỗ trợ các hệ thống nối lưới, độc lập, bơm và DC-lưới PV, giúp tối ưu hóa hiệu suất và tính khả thi của các dự án năng lượng mặt trời.
Các tính năng của PVsyst
• Chỉ định công suất mong muốn hoặc khu vực có sẵn;
• Chọn mô đun PV từ cơ sở dữ liệu nội bộ;
• Chọn biến tần từ cơ sở dữ liệu nội bộ;
• Đề xuất một cấu hình mảng tấm pin và hệ thống cho một mô phỏng sơ bộ;
Hiển thị đường cong I/V (Cường độ dòng điện - Điện áp) của mảng năng lượng mặt trời (PV) là rất quan trọng, vì nó cho phép người dùng hiểu rõ hơn về hiệu suất hoạt động của hệ thống Điều này bao gồm việc xác định các giới hạn của biến tần, điện áp, dòng điện và dòng biến tần MPPT (Tối đa điểm quyền lực theo dõi), giúp tối ưu hóa việc khai thác năng lượng.
Chúng tôi cung cấp các công cụ chuyên dụng để đánh giá tổn thất dây và các tổn thất khác như chất lượng mô-đun, không khớp giữa các mô-đun, hành vi nhiệt do cài đặt cơ học, cũng như các hệ thống không có sẵn.
• Tính toán tổng năng lượng MWh/năm để đánh giá lợi nhuận của hệ thống PV;
• Tính toán năng lượng cụ thể kWh/kWp, chỉ số sản xuất dựa trên bức xạ có sẵn (vị trí và định hướng);
• Hiển thị năng lượng chính và tổn thất liên quan đến mô phỏng;
• Một công cụ mạnh mẽ để phân tích nhanh hành vi hệ thống và cải thiện tiềm năng trong thiết kế;
• Tìm kiếm trực tiếp vị trí bằng Google Maps;
• Tính toán mạch điện ở đầu vào của mỗi biến tần;
• Quản lý dự án: truy cập tham số, sao chép, mẫu;
• Công cụ tối ưu hóa tham số
PVsyst là phần mềm đặc biệt, không bị ảnh hưởng bởi virus và mã độc Nó có những ưu điểm nổi bật, bao gồm khả năng phân tích và mô phỏng hệ thống năng lượng mặt trời hiệu quả.
Dễ dàng thực hiện một đánh giá nhanh về hệ thống sản xuất Tạo ra những nghiên cứu được đưa ra đầy đủ
Phiên bản trải nghiệm yêu cầu người dùng đăng ký và có một số phiên bản giới hạn về công suất thiết kế của hệ thống lớn Hiện tại, chưa có sơ đồ đơn tuyến và phương pháp đi dây, đồng thời người dùng cũng không thể import hình ảnh từ Google Map.
AutoCAD là phần mềm CAD nổi bật do Autodesk phát triển, cho phép người dùng tạo ra các bản vẽ kỹ thuật 2D và 3D Đây là một trong những công cụ thiết kế mạnh mẽ nhất, giúp vẽ đồ họa một cách linh hoạt và chính xác Việc ứng dụng AutoCAD trong thiết kế kết cấu khung giàn cho hệ thống năng lượng mặt trời mang lại những đánh giá chính xác về khối lượng công việc và dự toán vật tư.
Hình 3 4: Phần mềm Autocad Ưu điểm:
Linh hoạt góc nhìn, trực quan hơn với các mô hình 3D, dễ dàng di chuyển, phóng to thu nhỏ chi tiết.
Dễ dàng bóc tách và hợp nhất các chi tiết, phát hiện lỗi nhanh chóng và thực hiện sửa lỗi ngay trên bản vẽ.
Lưu trữ và tái sử dụng bản vẽ trên đĩa cứng hoặc CD giúp tối ưu hóa độ chính xác so với vẽ tay Việc này cũng giảm thiểu số lượng bản vẽ cần triển khai cho các mô hình 3D.
Gửi file bản vẽ nhanh chóng giúp phân tích, mô phỏng và kiểm tra các mô hình 3D một cách tiện lợi và hiệu quả hơn so với việc sử dụng bản vẽ giấy.
Tính toán, lựa chọn thiết bị
3.3.1 Pin năng lượng mặt trời Poly Hanwha 375Wp
Hiệu suất chuyển đổi bức xạ mặt trời: 18.1%
Hình 3 5: Tấm pin năng lượng mặt trời Qcell
Thông số điều kiện chuẩn
Công suất cực đại 360W 365W 370W 375W Điện áp tại điểm công suất đỉnh 38.52V 38.79V 39.05V 39.32V
Dòng điện tại công suất đỉnh 9.35A 9.41A 9.47A 9.54A Điện áp hở mạch 46.8V 47.03V 47.26V 47.49V
Hiệu xuất quang năng mô-dun ≥18.1% ≥18.3% ≥18.8% ≥18.8%
Ngưỡng nhiệt độ vận hành -40 0 C ~ +85 0 C
Tiêu chuẩn chống cháy 1500V(IEC/UL)
Tiêu chuẩn chống cháy Loại 1 (UL 1703) hoặc hạng C (IEC 61730)
Dòng cực đại cầu chì 20A
*Trong điều kiện tiêu chuẩn, bức xạ mặt trời là 1000W/m 2 , áp xuất khí quyển 1.5AM, nhiệt dộ môi trường là 25 0 C
Bảng 3 1: Thông số của tấm pin tại điều kiện chuẩn
Loại tế bào quang điện Poly-crystalline
Kính mặt trước Kính cường lực 3.2 mm
Chất liệu khung Nhôm mạ anode
Hộp đấu dây IP 68.3 đi-ôt bypass
Cáp điện 4mm 2 (IEC), 12 AWG (UL), 1670mm (65.7in)
Quy cách đóng gói 29 tấm/1 kiệng hàng
Số tấm trong container 638 tấm/1 container
Hệ số suy giảm công suất -0.37%/ 0 K
Hệ số suy giảm điện áp -0.28%/ 0 K
Hệ số suy giảm dòng điện 0.04%/ 0 K
Nhiệt độ vận hành của cell 43+/-3 0 C
Chứng chỉ IEC61215/IEC61730;VDE/CE/MCS/CEC AU
Bảng 3 2: Thống số cơ khí, nhiệt độ và tiêu chuẩn chất lượng của pin
3.3.2 Biến tần Inverter hòa lưới 8kw 1 pha – Growatt 8000MTL-S
Hình 3 6: Thông số kĩ thuật Inverter hòa lưới 8kw 1 pha-Growatt 8000MTL-S
3.3.3 Lựa chọn tiết diện dây/cáp, cầu chì
Khi dòng điện chạy qua cáp và dây dẫn, chúng sẽ bị nóng lên Nếu nhiệt độ vượt quá mức an toàn, cách điện có thể bị hư hỏng, dẫn đến giảm tuổi thọ và độ bền cơ học của kim loại dẫn điện.
Khi lựa chọn dây/cáp, cần đảm bảo rằng điều kiện phát nóng không làm hỏng cách điện của dây dẫn, do nhiệt độ dây dẫn có thể đạt mức nguy hiểm Để đảm bảo an toàn, dòng điện phát nóng cho phép phải lớn hơn dòng điện làm việc lâu dài tối đa trong dây dẫn Vì vậy, nhà chế tạo quy định nhiệt độ cho phép cho từng loại dây/cáp.
Do việc lựa chọn dây/cáp lắp đặt không phù hợp với điều kiện định mức của nhà chế tạo, dòng phát nóng cho phép cần được điều chỉnh bằng cách nhân với hệ số hiệu chỉnh K Hệ số này được xác định dựa trên loại dây cáp, phương pháp lắp đặt và nhiệt độ môi trường thực tế Do đó, tiết diện dây dẫn và cáp phải đáp ứng các yêu cầu cụ thể để đảm bảo an toàn và hiệu suất.
I lvmax : Dòng làm việc cực đại
K : Tích các hệ số hiệu chỉnh Đối với dây/cáp trên không (hay không chôn trong đất):
K 1 : Thể hiện ảnh hưởng của cách lắp đặt
K 2 : Thể hiện ảnh hưởng tương hổ của hai mạch đặt liền kề nhau
K 3 : Thể hiện ảnh hưởng của nhiệt độ tương ứng với dạng cách điện Đối với dây/cáp chôn ngầm trong đất:
K 4 : Thể hiện ảnh hưởng của cách lắp đặt
K 5 : Thể hiện ảnh hưởng của số dây đặt liền kề nhau
K 6 : Thể hiện ảnh hưởng của đất chôn cáp
K 7 : Thể hiện ảnh hưởng của nhiệt độ đất
Hình 3 7: Dòng điện định mức và độ sụt áp của cáp ruột đồng CVV, cách điện PVC, vỏ
PVC không giáp bảo vệ lắp trên không
3.3.3.1 Cáp kết nối của một chuỗi PV
Dòng đi qua mỗi tấm panel là 9.54 A, 1 chuỗi được ghép nối tiếp với 12 tấm panel, sẽ cho dòng đi qua là 9.54 A Dây được đi trên máng cáp
Thiết kế dây không chôn ngầm dưới đất nên: K = K 1 K 2 K 3 Chọn K 1 = 0.95; K 2 =1;
0.912 = 10.46 A Chọn dây cáp cadivi 4 mm 2 H1Z2Z2-K -1,5kDC, với dòng định mức là 45A Bảng 52-2 tiêu chuẩn IEC 60364-5-52 Nhằm mục đích giảm tổn hao tối đa trên dây dẫn
Tiêu chuẩn áp dụng: IEC60332-1-2, IEC 61034-2, IEC 60364-5
3.3.3.2 Lựa chọn cầu chì DC cho tủ DC box
Việc lựa chọn cầu chì trong 1 hệ thống PV nhằm bảo vệ các thiết bị như biến tần,
PV modules khỏi các sự cố đoản mạch và những hư hỏng do dòng ngắn mạch ngược, quá dòng gây ra
Theo tiêu chuẩn IEC 60364-7-712:2017, mỗi chuỗi PV cần được bảo vệ bằng thiết bị bảo vệ quá dòng Đánh giá danh định của thiết bị bảo vệ quá dòng, như cầu chì hoặc bộ ngắt mạch, phải lớn hơn 1,5 lần dòng ngắn mạch chuỗi ISC_MOD hiện tại và không vượt quá 2,4 ISC_MOD.
Theo đó ISC_MOD của hệ thống hiện tại 9.54 A
Vậy ta sẽ lựa chọn cầu chì có dòng 𝐼 𝑑𝑚 A
OFL10x38-20A-Cầu chì ống 10x38mm 20A
3.3.3.2 Cáp AC từ Inverter đến tủ AC, chọn MCCB
Chọn MCB MP4-C363, Aptomat MCB 1P 24A
Thiết kế dây không chôn ngầm dưới đất nên: K = K 1 K 2 K 3 Tra bảng 8.10; 8.11; 8.12 sách giáo trình cung cấp điện – PGS.TS Quyền Huy Ánh Chọn K 1 = 0.95; K 2 = 0.78;
Từ ngõ ra Inverter đến điểm hòa lưới ta chọn loại dây cáp AC
0.684 = 85 A Dựa vào giá trị I cptt tra bảng, chọn cáp cáp CVV − 0,6/1 KV 3 × 16mm 2 của hãng cadivi với I cpđm có giá trị là 95 và có tiết diện là 16 mm 2
Theo đề xuất mới của CEC Guidelines, sụt áp trên đường dây từ Inverter tới điểm kết nối cung cấp điên phải ≤ 1%
Kiểm tra sụt áp: Khoảng cách đấu nối từ inverter đến tủ AC không đáng kể (1m) nên sụt áp không đáng kể.
Thiết kế phần cơ khí, dàn khung
Hình 3 8: Chi tiết bảng mã
3.4.2 Chi tiết thanh rail sắt
Hình 3 9: Chi tiết ray sắt
Loại rail: Thanh rail chữ C
Chịu được sức gió, lực tác động: 60m/s; 1,4KN/m2
Tiêu chuẩn: AS / NZS 1170.2 & JIS C 8955: 2011
Xử lý bề mặt: Anodized
Chuyên dùng: khung giá đỡ, lắp đặt áp mái tôn, mái ngói…
Bảng 3 3: Thông số chi tiết ray săt
Hình 3 10: Kẹp biên sau khi lắp vào ray
Hình 3 11: Chi tiết kẹp biên
Loại sản phẩm: Kẹp biên
Chất liệu AL6005-T5 và SUS304
Tiêu chuẩn: AS / NZS 1170.2 & JIS C 8955: 2011
Bảng 3 4: Thông số chi tiết kẹp biên
Hình 3 12: Chi tiết kẹp giữa
Chất liệu: Nhôm AL6005-T5 và SUS304
Tiêu chuẩn: AS / NZS 1170.2 & JIS C 8955: 2011
Bảng 3 5: Thông số chi tiết mẫu giữ
Hình 3 13: Chi tiết mẫu giữ
Chất liệu: Nhôm AL6005-T5 và SUS304
Tiêu chuẩn: AS / NZS 1170.2 & JIS C 8955: 2011
Bảng 3 6: Thông số chi tiết mẫu giữ
Phương án thi công
Sau khi khảo sát mặt bằng mái và xem xét các vị trí vật cản cũng như kích thước của tấm pin, chúng tôi sẽ tiến hành bố trí tấm pin như hình dưới đây.
Hình 3 14: Mặt bằng tần thượng sau khi lắp pin
Ghi chú: tấm pin 375w kích thước 2015 x 1000 x35
Hình 3 15: Kích thước tấm pin lựa chọn
Để tối ưu hóa công suất năng lượng mặt trời từ mái nhà bê tông, việc lắp đặt giàn khung là cần thiết Tuy nhiên, để xác định hướng nắng và độ nghiêng tối ưu, chúng ta không thể chỉ dựa vào phán đoán Công cụ PVsyst sẽ hỗ trợ chúng ta trong việc tìm ra giải pháp phù hợp nhất.
3.5.1 Mô phỏng bằng phần mền PVsyst
Để tối ưu hiệu suất năng lượng mặt trời tại Việt Nam, nằm ở nam bán cầu bắc, hướng chính của dàn pin nên là hướng nam Ngoài ra, việc nghiêng tấm pin một góc 8 độ không chỉ giúp tối ưu hóa hiệu suất mà còn ngăn ngừa bụi bẩn bám vào, thuận tiện cho việc bảo trì và vệ sinh sau này.
Sản lượng năm đầu: 13.16 MWh/năm
Hệ số bức xạ: 1462 kWh/kWp/năm
Sau khi phân tích hướng lắp đặt và số lượng tấm pin thông qua phần mềm PVsyst, chúng tôi xác định rằng hướng lắp đặt tối ưu cho hệ thống năng lượng mặt trời là hướng chính Nam Góc nghiêng lý tưởng từ 8-15 độ sẽ đạt được công suất tối đa cho hệ thống.
Sử dụng PVsyst là rất quan trọng cho các công trình áp mái có hướng mái không phải chính Nam, giúp chúng ta có cái nhìn tổng quan về sản lượng điện và hệ số bức xạ, từ đó đưa ra quyết định đầu tư hợp lý.
Sau khi chọn được hướng nắng và độ nghiêng của tấm pin so với mặt bằng mái tiến hành lên phương án thi công giàn khung
Hình 3 16: Mặt bằng bố trí chân đỡ V50vaf khung nâng cao mái
Hình 3 17: Mặt bằng bố trí ray đỡ pin và khung đỡ ray
Hình 3 18: Mặt bằng bố trí tấm pin và ray đỡ
Sau khi hoàn thiện phương án thi công, chúng ta sẽ tiến hành mô phỏng 3D để có cái nhìn trực quan trước khi lắp đặt và thi công thực tế Việc sử dụng công cụ mô phỏng 3D Sketchup mang lại nhiều lợi ích trong quá trình này.
Hình 3 19: Điểm tiếp xúc cố định dàn giá trên mái nhà
Hình 3 20: Mô phỏng khung ray
Hình 3 21: Mô phỏng khung ray và ray đỡ
Hình 3 22: Mô phỏng vị trí lắp đặt pin trên mái nhà.
Đối với các tấm pin
3.6.1 Tính toán số lượng strings và các module trên 1 string
Ta có các thông số của Panel
Bảng 3 7: Thông số của Panel
Tính toán số lượng string cho inverter
Trong hệ thống điện mặt trời các tấm pin mắc nối tiếp nhau tạo thành 1 chuỗi được gọi là 1 string
Mắc nối tiếp các tấm pin mặt trời giúp điện áp của dãy pin đạt trong khoảng MPPT, từ đó đảm bảo inverter hoạt động ổn định và đạt hiệu suất cao Khi các tấm pin được mắc nối tiếp, điện áp sẽ là tổng điện áp của tất cả các tấm pin trong mạch.
Việc tính toán String giúp bạn xác định số lượng tấm pin mắc nối tiếp để kết nối vào inverter
Chúng ta sẽ tính toán số lượng string theo quy trình đơn giản như sau:
B1: Tính toán số lượng tấm pin tối đa trên 1 string có thể đấu vào inverter
P𝑉 𝑚𝑎𝑥 : số lượng tấm pin tối đa
𝑉𝑚𝑝𝑝𝑡−𝑚𝑎𝑥−𝑖𝑣𝑡: điện áp tối đa dải MPPT của inverter
𝑉 𝑚𝑝𝑝𝑡−𝑝𝑣 : điện áp hoạt động của 1 tấm pin
B2: Tính toán và làm tròn số lượng string
𝑁 𝑠𝑡𝑟𝑖𝑛𝑔 = 𝑁 𝑝𝑣 /P𝑉 𝑚𝑎𝑥 Sau đó làm tròn lên con số nguyên gần nhất
Theo như công thức ta tính được:
Inverter có 3 MPPT, mỗi MPPT bao gồm 1 string, với điện áp tối ưu từ 600V Do đó, nếu chia đều số tấm pin cho 2 string, mỗi string sẽ có 12 module pin.
Hình 3 23: Sơ đồ đấu các chuỗi tấm pin
3.6.2 Kết nối tấm pin đến tủ điện và inverter
Hình 3 24: Sơ đồ guyên lý.
Hệ thống bảo vệ
Hệ thống đặt ngoài trời trên mái nhà hoặc sân thượng cần được bảo vệ khỏi tác động của sét Nếu không có hệ thống chống sét, bất kỳ vật gì trong công trình đều có thể trở thành vật dẫn sét, dẫn đến nguy cơ hư hại nghiêm trọng cho công trình khi xảy ra hiện tượng sét đánh.
Hệ thống chống sét cung cấp phương tiện để tia sét có thể đi vào hoặc rời khỏi trái đất mà không gây hại cho con người, thiết bị điện và các cấu trúc không dẫn điện như tòa nhà Hệ thống này không ngăn chặn sét đánh, mà chỉ tạo ra một đường dẫn điện trở thấp để kiểm soát và ngăn ngừa thiệt hại do sét Một trong những phương pháp phổ biến để bảo vệ hệ thống là chống sét trực tiếp, nhằm đảm bảo rằng sét không quay trở lại thiết bị Thiết bị chống sét trực tiếp thường rất đơn giản, bao gồm các thành phần cơ bản.
• 01 Kim thu sét: là một thanh kim loại nhọn đầu, được đặt ở vị trí cao nhất trên tòa nhà, mũi nhọn hướng lên trên
• 01 Dây tiếp địa: là một đoạn dây kim loại, chạy dọc theo tường nhà, nối liền kim thu sét và cọc tiếp địa
• 01 Cọc tiếp địa: là một thanh kim loại, được chôn sâu dưới đất, nơi ít người qua lại
Khi có giông bão, các đám mây tích điện âm và mặt đất tích điện dương, tạo ra hiệu điện thế lớn giữa chúng Sét hình thành khi kênh dẫn bậc di chuyển từ đám mây xuống đất, với những điểm nhô cao trên mặt đất như cột thu lôi là nơi có điện trường mạnh nhất Sét thường đánh vào những điểm cao này do chúng thu hút kênh dẫn bậc Cột thu lôi, với hình dạng cao và nhọn, tạo ra điện trường lớn, nên sét sẽ đánh vào đó Sau khi bị sét đánh, cột thu lôi dẫn dòng điện xuống đất, nơi dòng điện được trung hòa với điện tích dương của đất.
Cột kim sét thường được đặt ở giữa hoặc hai đầu, nhưng để tối ưu hóa hiệu suất của hệ thống và giảm thiểu bóng đổ lên các tấm pin, vị trí lắp đặt sẽ được điều chỉnh ra bên ngoài.
Theo thông tin từ nhà sản xuất, mỗi mét chiều cao tương ứng với 10 mét chiều rộng Diện tích lắp đặt pin khoảng 60,504 m², do đó, chiều dài cột kim sét cần thiết là khoảng 6.2 mét.