Thiết kế hệ thống pin mặt trời cho khu căn hộ

Hệ thống điện mặt trời độc lập Off-grid Hệ thống điện năng lượng mặt trời độc lập là một trong ba loại điện mặt trời được phù hợp sử dụng cho những vị trí ở xa nguồn điện mạng lưới quốc

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỀ KỸ THUẠT ĐIỆN - ĐIỆN TỬ THIẾT KẾ HỆ THỐNG PIN MẶT TRỜI CHO KHU CĂN HỘ GVHD: TS NGUYỄN NGỌC ÂU SVTH: NGUYỄN VĂN HUY SKL009900 Tp Hồ Chí Minh, tháng 12/2022 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO BỘ MÔN: ĐIỆN CÔNG NGHIỆP ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ HỆ THỐNG PIN MẶT TRỜI CHO KHU CĂN HỘ SVTH: NGUYỄN VĂN HUY MSSV: 17142097 Khóa: 2017 Ngành: CƠNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN – ĐIỆN TỬ (CLC) GVHD: TS NGUYỄN NGỌC ÂU TP Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2022 LỜI CÁM ƠN Để hồn thành chương trình đại học thực thành cơng đề tài tốt nghiệp Nhóm xin chân thành cảm ơn đến quý thầy cô khoa Điện-Điện Tử, Viện Sư Phạm Kỹ Thuật quý thầy cô trường đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP Hồ Chí Minh, truyền đạt kiến thức quý giá suốt thời gian vừa qua Để định hướng hiểu biết thân thực thành công đề tài “Thiết kế hệ thống pin mặt trời cho khu hộ” Đặc biệt, nhóm gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy TS Nguyễn Ngọc Âu – Giảng viên hướng dẫn đồ án tận tình hướng dẫn, bảo, đưa ý tưởng, góp ý nhóm gặp khó khăn việc hình thành ý tưởng Chân thành cảm ơn! I LỜI MỞ ĐẦU Việc sử dụng nguồn lượng thay nguồn lượng có nguy bị cạn kiệt xem vấn đề cấp thiết việc thiếu hụt lượng nạn ô nhiễm môi trường Năng lượng mặt trời nguồn lượng vô tận, việc ứng dụng lượng mặt trời để thiết kế cung cấp điện cho người ứng dụng có ý nghĩa, góp phần tiết kiệm lượng, chi phí góp phần vào việc tạo nên đất nước Việt Nam xanh Đây ứng dụng phát triển Việt Nam, hầu hết khu Công nghiệp ứng dụng hệ thống lượng mặt trời cho nhà xưởng mình, ngồi ứng dụng cho trường học, nhà ở,… Đồ án gồm chương với bố cục sau: - Chương I: Mở đầu - Chương II: Tổng quan lượng mặt trời - Chương III: Cấu trúc hệ thống điện mặt trời hoà lưới - Chương IV: Giới thiệu phần mềm HelioScope - Chương V: Thiết kế hệ thống điện mặt trời hoà lưới cho khu hộ - Chương VI: Kết luận hướng phát triển II MỤC LỤC LỜI CÁM ƠN i LỜI MỞ ĐẦU ii MỤC LỤC iii DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU vi DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH vii CHƯƠNG I: CHƯƠNG MỞ ĐẦU 1 Lý chọn đề tài Mục tiêu đề tài Nội dung đề tài Đối tượng nghiên cứu, ý nghĩa đề tài 4.1 Đối tượng nghiên cứu 4.2 Ý nghĩa đề tài Bố cục đồ án CHƯƠNG II: TỔNG QUAN VỀ NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI Tổng quan điện mặt trời 1.1 Điện mặt trời 1.2 Làm để tạo điện mặt trời 1.3 Ưu khuyết điểm điện mặt trời Hệ thống điện mặt trời 2.1 Hệ thống điện mặt trời độc lập (Off-grid) 2.2 Hệ thống điện mặt trời hòa lưới (On-grid) 2.3 Hệ thống điện mặt trời Hybrid 10 CHƯƠNG III: CẤU TRÚC TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN MẶT TRỜI HÒA LƯỚI 12 Solar 12 III Bộ biến tần (Inverter) 14 Biến tần chuỗi (String inverter) 15 Biến tần chuỗi kết hợp tối ưu hoá sức mạnh (Power Optimizer) 16 Biến tần vi mô (Micro-Inverter) 17 Biến tần Hybrid (inverter Hybrid) 18 Ắc quy (Battery) 19 Công tơ điện chiều 21 CHƯƠNG IV: GIỚI THIỆU PHẦN MỀM HELIOSCOPE 23 Giới thiệu phần mềm 23 Những tính phần mềm 23 Cách tạo tài khoản HelioScope 24 Các bước thiết kế hệ thống lượng mặt trời HelioScope 26 Ưu điểm nhược điểm phần mềm HelioScope 34 CHƯƠNG V: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỆN MẶT TRỜI HÒA LƯỚI CHO KHU CĂN HỘ 36 Giới thiệu cơng trình 36 1.1 Thông tin cơng trình 36 1.2 Khảo sát mặt 37 1.3 Phương án lắp đặt 38 Sơ đồ nguyên lí hệ thống 44 Ứng dụng quy trình vào tính tốn thiết kế cơng trình 45 3.1 Lựa chọn tính tốn Solar, Inverter, thiết bị bảo vệ, dây dẫn, battery 45 Solar 45 Inverter 47 Thiết bị bảo vệ 55 Dây dẫn 56 IV Giá mua điện từ ngày 01/01/2019 đến 31/12/2019 2.134 đồng/kWh (tương đương với 9,35 UScents/kWh, nhân với tỷ giá trung tâm đồng Việt Nam với đô la Mỹ Ngân hàng Nhà nước Việt Nam công bố ngày 31/12/2018 22.825 đồng/USD) Giá mua điện kể từ năm 2020 năm xác định theo năm tính tiền Việt Nam đồng, nhân với tỷ giá trung tâm đồng Việt Nam với đô la Mỹ Ngân hàng Nhà nước Việt Nam công bố áp dụng cho ngày cuối năm trước Phân cấp ký kết thực Hợp đồng mua điện từ dự án điện mặt trời mái nhà + Theo Quyết định số 67/QĐ-EVN ngày 28/02/2018 Hội đồng thành viên EVN, Tổng công ty Điện lực uỷ quyền cho Công ty Điện lực/Điện lực ký kết thực Hợp đồng mua bán điện từ dự án điện mặt trời mái nhà đấu nối vào lưới điện thuộc phạm vi quản lý đơn vị + Các Tổng công ty Điện lực/ Công ty Điện lực kiểm tra, theo dõi chặt chẽ công suất lắp đặt dự án điện mặt trời mái nhà đấu nối vào lưới điện nhằm tránh tình trạng gây tải đường dây, máy biến áp phân phối + Các Tổng công ty Điện lực/ Công ty Điện lực thực tư vấn cho chủ đầu tư lựa chọn pin lượng mặt trời phù hợp, inverter đảm bảo chất lượng, nguồn gốc xuất xứ Trình tự, thủ tục đấu nối mua điện từ dự án điện mặt trời mái nhà + Chủ đầu tư đăng kí lắp đặt điện mặt trời mái nhà qua Trung tâm CSKH hình thức: điện thoại, email, Zalo, Chat box,… + Công ty Điện lực/Điện lực tiến hành khảo sát thỏa thuận đấu nối: Nếu dự án có cơng suất lắp đặt nhỏ 03kWp, đấu nối vào lưới điện hạ áp 01 pha 03 pha tuỳ theo trạng sẵn có Nếu dự án 03kWp, đấu nối vào lưới điện hạ áp 03 pha + Chủ đầu tư gửi hồ sơ đề nghị bán điện từ dự án điện mặt trời mái nhà trước 03 ngày so với ngày dự kiến hoàn thành lắp đặt dự án, bao gồm: Giấy đề nghị bán điện, Hồ sơ kỹ thuật (nếu có) Đối với dự án lắp đặt có cơng 68 suất 01MWp, chủ đầu tư cần thực thủ tục bổ sung quy hoạch phát triển điện mặt trời, thủ tục cấp phép hoạt động điện lực theo quy định Thông tư 16/2017/TT-BCT Và Thông tư số 12/2017/TT-BCT ngày 31/7/2017 Bộ Công Thương văn sửa đổi, bổ sung, thay (nếu có) Kiểm tra thông số kỹ thuật lắp đặt công tơ đo đếm chiều cho dự án điện mặt trời mái nhà + Đối với chủ đầu tư chưa có hợp đồng mua điện địa điểm lắp đặt, Công ty Điện lực/Điện lực thực lắp đặt công tơ đo đếm 02 chiều ký hợp đồng mua điện từ dự án + Đối với chủ đầu tư có hợp đồng mua điện địa điểm lắp đặt, Công ty Điện lực/Điện lực tiến hành thay công tơ đo đếm 01 chiều công tơ đo đếm 02 chiều, sau kí hợp đồng mua điện từ dự án Thanh tốn hình thức tốn tiền điện Tiền điện toán đồng Việt Nam xác định cho năm thơng qua hình thức chuyển khoản Phí chuyển khoản chủ đầu tư chịu Ghi nhận sản lượng hạch tốn chi phí mua điện + Chi phí mua điện từ dự án điện mặt trời mái nhà ghi nhận vào chi phí mua điện Tổng Cơng ty Điện lực + Chi phí mua điện từ dự án điện mặt trời mái nhà đưa vào tính giá bán bn điện năm kế hoạch, xem xét, đối chiếu số kế hoạch với số liệu thực toán để bù trừ chênh lệch chi phí (nếu cần) tính tốn giá bán bn điện hàng năm + Điện mua từ dự án điện mặt trời mái nhà ghi nhận vào sản lượng điện mua Tổng Cơng ty Điện lực + Định kì hàng năm, EVN tính tốn chi phí mua điện từ dự án điện mặt trời mái nhà Tổng Công ty Điện lực sở sản lượng điện mua kế hoạch giao giá điện theo quy định hành để tính giá bán bn điện 69 Kết lắp đặt  Sơ đồ đơn tuyến hệ thống: Hình 14 Kết từ phần mềm Helioscope  Sản lượng tháng: Hình 15 Biểu đồ sản lượng tháng dạng cột bảng 70 Nhận xét: - Sản lượng qua tháng tăng giảm không đồng đều, chênh lệch sản lượng tháng khơng q lớn - Sản lượng trung bình khoảng 20,037.7 kWh - Tháng có sản lượng cao nhất: 22,187.6 kWh - Tháng 11 có sản lượng thấp nhất: 17,755.9 kWh - Tổng sản lượng năm đầu tiên: 240,452.3 kWh  Biểu đồ tổn hao: Hình 16 Biểu đồ tổn hao Nhận xét: - Phần mềm hỗ trợ tính tốn tổn hao xuất biểu đồ Hình 5.15, tổng tổn hao 20 %, tổn hao chiếm phần lớn: + Thứ Temperature(nhiệt độ): 7.0% + Thứ Reflechtion(sự phản xạ): 3.2% + Thứ Mismatch(Sự không phù hợp modul): 3.3% 71 + Thứ Soiling(hiện tượng váy đất): 2.0% + Thứ Inverter(biến tần): 1.5% - Những phần lại tổn hao thấp - Đặc biệt nhiệt độ gây tôn hao lớn, khoảng gần 50% so với tổng tổn hao  Tổn hao sản xuất hàng năm: Hình 17 Bảng tổn hao sản xuất năm hệ thống 72  Điều kiện thời tiết: Hình 18 Bảng điều kiện thời tiết hệ thống List giá thiết bị Vấn đề tiên cho dự án có thành cơng hay không chủ yếu dựa vào suất đầu tư ban đầu dự án Việc lập thống kê đơn giá cho thiết bị cho nhìn chung dự án Từ kết hợp với yếu tố kinh tế khác nhằm định dự án có khả thi hay khơng Việc kiểm tra giá thành sản phẩm cần phải tìm kiếm nguồn thông tin đáng tin cậy, nhằm tránh trường hợp đội giá mua hàng giả chất lượng 73 STT Bảng 10 List giá thiết bị Tên thiết bị Đơn Số Đơn giá vị lượng (VNĐ) Pin Jinko Tấm JKM465M-7RL3 Sungrow SG100CX100kW Thành tiền (VNĐ) 380 3,162,000 1,201,560,000 Cái 89,000,000 198,000,000 Cái 3,650,000 3,650,000 Cái 160,000 640,000 m Cái 50 10 110,000 66,400 5,500,000 664,000 Cái 10 120,000 1,200,000 m 50 20,900 1,045,000 m 50 10,930 546,500 40 16,000 640,000 Tủ 56,195,000 56,195,000 Tủ 3,895,500 3,895,500 Cái 2,860,000 5,720,000 Cái 11,235,000 11,235,000 Bộ 24,500,000 24,500,000 Pha 380V 10 11 12 13 14 15 Kim thu sét Stormaster ESE15 Cọc tiếp địa D16 2.4m (mạ đồng, lõi thép) Cáp đồng 50mm2 Cầu chì Mersen 10x38mm 1000VDC 20A Đế cầu chì Mersen 10x38mm 1000VDC 32A Dây Cáp Solar cable H1Z2Z2-K4 4mm2 Dây Cáp Cadivi CXV lõi nhiều sợi 4mm2 Đầu cos MC4 DC 1000V (Elmex) Tủ điện lượng mặt trời _ tôn 2mm sơn tĩnh điện (Tủ AC) + phụ kiện (thanh cái, tiếp điểm, gối,…) Tủ điện điện DC _tôn 2mm sơn tĩnh điện + Phụ kiện (dây, tiếp điểm, gối) MCCB hạ 200A 3P MCCB hạ 800A 3P Bộ giám sát inveter 74 16 (Communication box) Hệ thống khung giàn Hệ 247,380,000 247,380,000 Bảng 11 Bảng chi phí lắp đặt điện mặt trời cho doanh nghiệp Công suất Giá thi công Với hệ thống > 10kWp Khoảng 15.5 – 16 triệu VNĐ/1kWp Với hệ thống > 100 kWp Khoảng 14.5 – 15.5 triệu VNĐ/1kWp Với hệ thống > 300 kWp Khoảng 13 – 14 triệu VNĐ/1kWp Với hệ thống > MWp Khoảng 11 – 12 triệu VNĐ/1kWp Tính tốn hồn vốn Tính tốn hiệu kinh tế dự án cơng việc quan trọng để thuyết phục nhà đầu tư định đầu tư Tất ý tưởng, thiết kế, đề xuất… xem “khả thi” minh chứng hiệu kinh tế chúng * Tính tốn thực tế - Theo kết từ phần mềm Helioscope hình 5.13 sản lượng điện trung bình hàng tháng khoảng 20037.7 kWh (667.92 kWh/ngày x 30 ngày = 20037.7 kWh) - Tổng chi phí đầu tư hệ thống lượng mặt trời tính 1,762,371,000 VND - Theo dự thảo FiT3 giá điện giá mua điện mặt trời Bảng 5.12: Bảng 12 Bảng giá mua điện mặt trời Giá mua bán điện STT Công suất điện mặt trời VND/kWh Tương đương Uscent/kWh < 20 kWp 1,582.16 6.84 Từ 20 kWp ÷ < 100 kWp 1,468.82 6.35 1,362.41 5.89 Từ 100 kWp đến 1,250 kWp (không MWac) - Giá điện lẻ cho hộ kinh doanh mà EVN áp dụng Bảng 5.13: 75 Bảng 13 Giá bảng lẻ điện cho hộ kinh doanh Giá bán điện STT Nhóm đối tượng khách hàng (đồng/kWh) Cấp điện áp từ 22kV trở lên Giờ bình thường 2,442 Giờ thấp điểm 1,361 Giờ cao điểm 4,251 Cấp điện áp từ 6kV đến 22kV Giờ bình thường 2,629 Giờ thấp điểm 1,547 Giờ cao điểm 4,400 Cấp điện áp 6kV Giờ bình thường 2,666 Giờ thấp điểm 1,622 Giờ cao điểm 4,587 * Tính tổng tiền tiết kiệm: Giả sử 20037.7 kWh mà hệ thống tạo tháng: - 30% vào cao điểm (9h30 – 11h30): giá điện 4,587 đ/kWh - 50% vào bình thường: giá điện 2,666 đ/kWh - 20% bán cho lưới điện với giá 5.89 UScent tương đương 1,362 đ/kWh ⇒ Tổng tiền tiết kiệm = (30%*20037.7*4,587) + (50%*20037.7*2,666) + (20%*20037.7*1,362) = 59,742,402.55 VND ⇒ Tổng tiền tiết kiệm năm: 59,742,402.55 *12 = 716,908,830.6VND * Tính thời gian hồn vốn: T= (𝑇ổ𝑛𝑔 𝑐ℎ𝑖 𝑝ℎí)∗𝑘 𝑇ổ𝑛𝑔 𝑡𝑖ế𝑡 𝑘𝑖ệ𝑚/𝑛ă𝑚 Trong đó: Hệ số k = 1.1 hệ số tài chánh T thời gian hoàn vốn (năm) ⇒T= (1,762,371,000 )∗1.1 716,908,830.6 = 2.71 (Năm) - Từ kết sau 2.71 năm ( năm tháng 12 ngày ) dự án hoàn vốn - Solar Jinko 465W loại pin có 25 năm vịng đời độ suy giảm năm thấp nên từ ngày thứ 13 năm thứ tháng thứ hồn vốn bắt đầu sinh lợi nhuận đến tận năm thứ 25 76 - Sản lượng điện năm hệ thống sau 25 năm vòng đợi dự án qua Bảng 5.14: Bảng 14 Sản lượng điện sau 25 năm dự án Năm Độ suy giảm Hiệu suất solar năm năm Sản lượng điện % % kWh/Năm 0 100 240,452.3 97 233,238.7 0.6 96.4 231,796.01 0.6 95.8 230,353.3 0.6 95.2 228,910.5 0.6 94.6 227,467.8 0.6 94 226,025.1 0.6 93.4 224,582.4 0.6 92.8 223,139.7 0.6 92.2 221,697 10 0.6 91.6 220,254.3 11 0.6 91 218,811.5 12 0.6 90.4 217,368.8 13 0.6 89.8 215,926.1 14 0.6 89.2 214,483.4 15 0.6 88.6 213,040.7 16 0.6 88 17 0.6 87.4 210,155.3 18 0.6 86.8 208,712.5 19 0.6 86.2 207,269.8 20 0.6 85.6 205,827.1 21 0.6 85 204,384.4 22 0.6 84.4 202,941.7 23 0.6 83.8 201,499 77 211,598 24 0.6 83.2 200,056.3 Từ Bảng 5.14 thấy 25 năm vòng đời pin mặt trời Solar Jinko 465W, pin đảm bảo đạt 80% hiệu suất : 240,452.3 kWh(100%) → 200,056.3 kWh(83.2%) 78 CHƯƠNG VI: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN Các kết đạt Từ kết phân tích cho thấy nguồn lượng sạch, hướng tới công nghiệp lượng bền vững vấn đề nóng bỏng xúc giới quan tâm Một số lượng mặt trời – nguồn lượng sạch, xem vơ tận ảnh hưởng đến mơi trường Vì vậy, việc ứng dụng thúc đẩy phát triển điện mặt trời giải pháp quan trọng góp phần giải vấn đề khủng hoảng tương lai Đối với mục tiêu đồ án đạt kết quả: o Trình bày ứng dụng lượng mặt trời, nguyên lí hoạt động thiết bị hệ thống lượng mặt trời hoà lưới o Áp dụng phần mềm HelioScope để thiết kế dự án o Lựa chọn tính tốn thiết bị, bảo vệ thiết bị - vật tư q trình thi cơng o Tính tốn phân tích hiệu kinh tế dự án Các hướng phát triển đề tài Tuy hoàn thành, đáp ứng đầy đủ mục tiêu đặt trước đó, đề tài phát triển theo hướng : + Đề tài đề xuất hướng phát triển theo hướng thiết kế hệ thống nguồn acquy dự trữ cho hệ thống pin mặt trời 79 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] PGS.TS Hoàng Dương Hùng – Nhà xuất ĐH Bách Khoa Đà Nẵng (2014) “ Năng lượng mặt trời – Lý thuyết ứng dụng ”, 215 trang [2] TS Võ Viết Cường – Nhà xuất ĐHQG TP.HCM (2018) “ Năng lượng mặt trời – Thiết kế lắp đặt ”, 294 trang [3] Trần Thế San – Nguyễn Trọng Thắng – Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật (2014) “ Sổ tay Điện mặt trời ”, 159 trang [4] Nguyễn Hồng Phúc – Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật (2020) “ Giải mã điện mặt trời ”, 174 trang [5] Catalog pin mặt trời Jinko 465W [6] Catalog Inverter Sungrow SG110CX 100kV [7] Tiêu chuẩn NEC điều 690.9 (A) [8] Một số trang web tham khảo: https://lapdienmattroi.com/lap-dien-mat-troi-gia-dinh-giai-phap-nangluong/ https://anphucuong.vn/tinh-cong-suat-va-lua-chon-aptomat/b267.html https://givasolar.com/san-pham/tam-pin-mat-troi-jinko-tiger-tr-78mjkm465m-7lr3-v-465w/ https://www.ntechsolutions.vn/vi-vn/inverter-hoa-luoi-sungrow-sg100cx100kw-3-pha-380v.html https://solarmcgroup.com/quy-dinh-ve-dien-mat-troi-apmai/#Quy_dinh_ve_dien_mat_troi 80 PHỤ LỤC Các vẽ thiết kế: 81 S K L 0