Tính toán thiết kế cho hệ thống điện sử dụng năng lượng mặt trời tòa nhà khu c trường đại học sư phạm kỹ thuật tp hcm

Trongđó, năng lượng mặt trời hiện nay được xem như là một biện pháp hữu hiệu nhấtvì đây là một nguồn năng lượng xanh thân thiện với môi trường, như chúng tađã biết thì đây là nguồn năng

TỔNG QUAN ĐỀ TAI

Tổng quan chung

Hiện nay, thế giới đang đối mặt với hai vấn đề cấp bách: ô nhiễm môi trường và biến đổi khí hậu, đặc biệt liên quan đến nhiên liệu hóa thạch và thủy điện Sự thiếu hụt điện năng và cạn kiệt nguồn năng lượng hóa thạch đang ảnh hưởng nghiêm trọng đến phát triển kinh tế và đời sống con người Do đó, cần chú trọng đến các giải pháp năng lượng tái tạo Năng lượng mặt trời được xem là giải pháp hiệu quả nhất, vì đây là nguồn năng lượng xanh, thân thiện với môi trường và vô tận, có khả năng thay thế dần nhiên liệu hóa thạch trong tương lai.

Kể từ khi bắt đầu cuộc cách mạng phát triển toàn diện, sự xuất hiện của các nhà máy điện sử dụng năng lượng hóa thạch đã đánh dấu một bước ngoặt lớn Tuy nhiên, sự phát triển này đi kèm với nhiều hệ lụy, đặc biệt là tác động tiêu cực đến môi trường và sức khỏe con người, như hiệu ứng nhà kính ngày càng nghiêm trọng Vì vậy, báo cáo này sẽ đề xuất các giải pháp năng lượng thay thế tối ưu, đóng góp vào sự phát triển bền vững.

Hiện nay, nhiều quốc gia trên thế giới đang tích cực phát triển hệ thống điện tái tạo, trong đó nổi bật có Trung Quốc, Nhật Bản, Liên minh Châu Âu và Mỹ.

Trung Quốc hiện là quốc gia dẫn đầu thế giới về sản xuất điện năng lượng mặt trời, với công suất lên tới 1330 Gigawatts (GW) mỗi năm Nước này cũng sở hữu dự án điện mặt trời lớn nhất toàn cầu, có công suất 1,547 MW tại sa mạc Tengger Tính đến đầu năm 2019, Trung Quốc đã có 6 trong 10 công ty sản xuất mô-đun năng lượng mặt trời lớn nhất thế giới.

Nhật Bản, một cường quốc hàng đầu về khoa học - công nghệ, đã nhận thức rõ vai trò của năng lượng sạch trong phát triển kinh tế - xã hội Từ năm 2008, Chính phủ Nhật Bản đã triển khai chính sách hỗ trợ vay mua căn hộ sử dụng năng lượng tái tạo với thời gian trả nợ tối đa 10 năm Các gia đình cải tạo nhà để chuyển sang năng lượng mặt trời có thể vay tối đa 5 triệu yên (gần 5.000 USD) Ngoài ra, Chính phủ còn mua điện từ năng lượng mặt trời với giá cao hơn thị trường và giảm giá sản phẩm cho ngành năng lượng mặt trời.

Mỹ dẫn đầu trong phát triển năng lượng tái tạo, đặc biệt là năng lượng mặt trời, với sự đầu tư sớm từ năm 1982 khi xây dựng nhà máy quang điện 1 MW đầu tiên tại California Khu vực này có khoảng 102,7 nghìn km2 sa mạc nắng nóng, tạo điều kiện lý tưởng cho phát triển điện mặt trời Các sản phẩm như tấm pin năng lượng mặt trời từ First Solar, một công ty Mỹ có nhà máy tại Việt Nam, đang được sử dụng rộng rãi và nhận phản hồi tích cực trên toàn cầu.

Tình hình phát triển điện mặt trời trong nước

1.2.1.Tiềm năng của ngành năng lượng mặt trời.

Năm 2014, Cơ quan Năng lượng Quốc tế (IAEA) dự đoán rằng đến năm 2050, năng lượng mặt trời và năng lượng mặt trời tập trung sẽ đóng góp khoảng 16% và 11% vào tổng tiêu thụ điện toàn cầu, trở thành nguồn điện lớn nhất thế giới Đến năm 2016, điện mặt trời chỉ chiếm 1% tổng sản lượng điện toàn cầu nhưng đã tăng trưởng 33% mỗi năm Năng lượng mặt trời đang trở thành xu hướng phát triển tích cực trong cung cấp năng lượng cho nhu cầu tư nhân và công cộng nhờ vào khả năng tái tạo vô hạn, với dự đoán của NASA rằng mặt trời có thể cung cấp năng lượng cho chúng ta trong hơn 6,5 tỷ năm nữa Mỗi ngày, bề mặt trái đất nhận được 120.000 terawatts (TW) năng lượng từ ánh sáng mặt trời, gấp 20.000 lần so với nhu cầu năng lượng toàn cầu.

Trong những năm gần đây, năng lượng tái tạo, đặc biệt là năng lượng mặt trời, đang phát triển mạnh mẽ tại Việt Nam Sản lượng điện từ năng lượng mặt trời tăng hàng năm, phản ánh sự quan tâm của nhà nước và doanh nghiệp đối với nguồn năng lượng này nhằm ổn định lưới điện quốc gia và giảm thiểu tác động môi trường từ năng lượng hóa thạch Với sự đầu tư của Chính phủ và tiềm năng phát triển dự án điện mặt trời, Việt Nam đã có những bước tiến đáng kể Từ chỗ gần như không có đầu tư vào năm 2017, đến cuối năm 2019, Việt Nam đã vượt Malaysia và Thái Lan, trở thành quốc gia có công suất lắp đặt pin mặt trời lớn nhất Đông Nam Á, đạt 5 Gigawatt (GW), vượt xa mục tiêu 1GW của Chính phủ cho năm 2020.

1.2.2.Tiềm năng phát triển điện mặt trời áp mái 2021.

Theo các chuyên gia của Hiệp hội Năng lượng sạch Việt Nam (VCEA), Việt Nam sở hữu lượng ánh nắng mặt trời dồi dào, với bức xạ mặt trời trung bình hàng năm dao động từ 4,3-5,7 triệu kWh/m2 Khu vực miền Trung và miền Nam có số giờ nắng cao, đạt khoảng 2000-2600 giờ mỗi năm, với bức xạ mặt trời trung bình khoảng 150kcal/m2 Ngược lại, miền Bắc có lượng bức xạ và số giờ nắng thấp hơn do ảnh hưởng của mùa đông, nhiều mây và sương mù.

Tiềm năng điện mặt trời tại Việt Nam ước tính khoảng 43,9 tỷ TOE, với công suất khai thác dự kiến đạt 850MW vào năm 2020, tăng lên 4.000MW vào năm 2025 và 12.000MW vào năm 2030 Các chuyên gia dự báo rằng giá điện mặt trời sẽ giảm xuống còn 5,8 cent/kWh vào năm 2030 và 5,4 cent/kWh vào năm 2035, với giá điện mặt trời từ năm 2025 thấp hơn giá điện hóa thạch Sự giảm giá nhanh chóng này chủ yếu do công nghệ chế tạo pin mặt trời ngày càng hoàn thiện, hiệu suất cao hơn và các công nghệ hỗ trợ như bộ Inverters, khung dàn và công nghệ lắp đặt ngày càng tiên tiến.

Chính sách phát triển điện mặt trời đã được ban hành đúng thời điểm với quyết định số 11, tạo điều kiện thuận lợi cho sự phát triển của ngành năng lượng tái tạo này Với tiềm năng năng lượng mặt trời dồi dào và các chính sách hỗ trợ hiệu quả, quyết định số 11 đã giúp giảm giá điện xuống mức rất thấp Đặc biệt, chính sách này cũng quy định giá mua điện mặt trời hấp dẫn, lên đến 9,35 cent/kWh (khoảng 2.200 đồng/kWh), tạo động lực cho các nhà đầu tư và người dân tham gia vào lĩnh vực năng lượng mặt trời.

Việt Nam đang đứng trước nhiều cơ hội phát triển lĩnh vực năng lượng tái tạo trong tương lai gần, nếu biết khai thác và sử dụng hiệu quả Tuy nhiên, ngành này vẫn phải đối mặt với một số thách thức nhất định Qua hai năm đại dịch, tầm quan trọng của năng lượng càng được khẳng định, khi mà các ngành nghề chịu ảnh hưởng bởi giãn cách xã hội, sản xuất kinh tế bị đình trệ, nhưng nhu cầu năng lượng lại tăng cao Đây là một thử thách lớn, đòi hỏi các chuyên gia trong ngành phải đưa ra những chiến lược phù hợp để phát triển năng lượng tái tạo tại Việt Nam.

Tính cấp thiết của đề tài

Trong những năm gần đây, năng lượng tái tạo, đặc biệt là điện mặt trời, đã phát triển mạnh mẽ tại Việt Nam và trên thế giới Các dự án điện mặt trời áp mái ngày càng phổ biến ở hầu hết các tỉnh thành Tuy nhiên, chương trình học hiện tại chỉ cung cấp kiến thức lý thuyết và thực hành đơn giản, chưa đủ để thực hiện các tính toán cụ thể cho một hệ thống điện mặt trời.

Tình hình căng thẳng chính trị giữa các quốc gia có ảnh hưởng lớn đang tác động mạnh mẽ đến kinh tế toàn cầu Cuộc chiến tranh Nga - Ukraina và đại dịch Covid-19 kéo dài trong ba năm đã tạo ra những thay đổi chóng mặt Kinh tế toàn cầu đang rơi vào tình trạng đình trệ, với nguồn nhân công và nguyên vật liệu khan hiếm, linh kiện bán dẫn thiếu hụt nghiêm trọng, và năng lượng sản xuất bị hạn chế, khiến mọi thứ trở nên khó khăn và phức tạp hơn.

Nhóm nghiên cứu đã xác định bài toán cần giải quyết là thiết kế và tính toán hệ thống điện mặt trời áp mái cho tòa nhà khu C của Trường đại học, nhằm tối ưu hóa hiệu suất sử dụng năng lượng tái tạo.

Sư phạm Kỹ thuật TP HCM áp dụng kiến thức lý thuyết cùng với phần mềm Sketchup và PVsyst để tính toán và cung cấp các thông số chính xác, trực quan, nhằm đánh giá hiệu quả của hệ thống.

Mục đích của đề tài

Sử dụng phần mềm PVsyst để tính toán và thiết kế hệ thống điện mặt trời hòa lưới bám tải cho khu C của trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM Các công việc cụ thể bao gồm phân tích nhu cầu năng lượng, xác định công suất hệ thống, và tối ưu hóa hiệu suất hoạt động của hệ thống điện mặt trời.

– Mô phỏng trực quan cách lắp đặt hệ thống điện mặt trời.

– Lựa chọn các trang thiết bị phù hợp và tiết kiệm.

– Tính toán chính xác các thông số về công suất, sản lượng điện sinh ra thực tế của hệ thống.

– Đánh giá tính hiệu quả hệ thống và ưu thế của việc sử dụng phần mềm.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

1.5.1.Đối tượng nghiên cứu. Đề tài “Tính toán và thiết kế hệ thống điện mặt trời hòa lưới bám tải khu

C trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM” được thực hiện với các đối tượng nghiên cứu sau:

– Tính toán tải tiêu thụ.

– Tính toán công suất thực tế hệ tạo ra.

– Tổn hao sinh ra ở đâu và bao nhiêu.

– Thiết kế, bố trí các tấm quang điện.

– Dùng phần mềm PVsyst để tính toán sản lượng điện sinh ra.

– Đưa ra nhận xét và đề xuất hướng phát triển của đề tài.

Giới hạn đề tài

– Do thời gian thực hiện đề tài khá ngắn nên nhóm chỉ tập trung nhiều vào việc tính toán và lựa chọn các thiết bị trên phần mềm PVsyst.

– Thiết kế khá đơn giản về cách phân bố các tấm quang điện trong phần mềm AutoCad để có cái nhìn trực quan hơn.

CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Phân loại các hệ thống điện năng lượng mặt trời

Hiện nay, có ba loại hệ thống điện năng lượng mặt trời phổ biến: hệ thống điện mặt trời hòa lưới (On-Grid), hệ thống điện mặt trời độc lập (Off-Grid) và hệ thống điện mặt trời kết hợp (Hybrid).

2.1.1 Hệ thống điện mặt trời hòa lưới (On-Grid).

Hệ thống On-Grid hiện đang là giải pháp năng lượng mặt trời phổ biến nhất Nguồn điện từ hệ thống này được ưu tiên cung cấp cho các thiết bị điện trong gia đình Khi nhu cầu sử dụng điện vượt quá sản lượng điện mặt trời, hệ thống sẽ tự động lấy điện từ lưới điện quốc gia Ngược lại, nếu sản lượng điện mặt trời vượt mức tiêu thụ, lượng điện dư thừa sẽ được đẩy trở lại mạng lưới điện quốc gia.

Hình 2.1.Hệ thống điện năng lượng mặt trời hòa lưới [18]

2.1.2 Hệ thống điện mặt trời độc lập (Off-grid).

Hệ thống năng lượng mặt trời không nối lưới (Off-Grid) là hệ thống hoàn toàn độc lập, không kết nối với lưới điện Thay vì sử dụng nguồn điện từ lưới chung, hệ thống này lưu trữ năng lượng từ ánh sáng mặt trời qua các tấm pin năng lượng và tích trữ trong pin Pin đóng vai trò là nguồn dự phòng cho ngôi nhà, khác với hệ thống điện mặt trời hòa lưới, nơi điện năng được lấy từ lưới điện.

Hình 2.2.Hệ thống điện năng lượng mặt trời độc lập [18]

2.1.3 Hệ thống điện mặt trời kết hợp (Hybrid).

Hệ thống Hybrid là sự kết hợp hoàn hảo giữa điện năng lượng mặt trời hòa lưới (On-grid) và hệ thống điện độc lập (Off-grid), cho phép kết nối với lưới điện quốc gia và lưu trữ điện trong ắc quy Với thiết kế linh hoạt này, Hybrid không chỉ đáp ứng nhu cầu sử dụng điện hàng ngày mà còn tận dụng được những ưu điểm vượt trội của cả hai hệ thống, trở thành giải pháp tối ưu cho người tiêu dùng hiện nay.

Giá inverter cho hệ hybrid khá cao và yêu cầu thêm chi phí cho bộ lưu trữ, dẫn đến chi phí đầu tư ban đầu lớn Hiện nay, công nghệ pin lưu trữ Lithium với tuổi thọ trên 10 năm giúp hệ thống bền bỉ và ổn định hơn Tuy nhiên, do tính phức tạp của hệ thống, sau nhiều năm sử dụng, sẽ xuất hiện các lỗi vặt và cần bảo trì, sửa chữa, và thay thế.

Hình 2.3:Hệ thống điện năng lượng mặt trời Hybrid [17]

Lợi ích của hệ thống điện mặt trời

Năng lượng mặt trời ngày càng trở nên phổ biến trong cuộc sống hàng ngày, được ứng dụng trong các hệ thống sưởi ấm, làm mát, thông gió, lọc nước, nấu nướng, phơi sấy, khử trùng và làm nóng nước Hệ thống điện năng lượng mặt trời mang lại nhiều lợi ích nổi bật, giúp tiết kiệm chi phí và bảo vệ môi trường.

– Điện năng lượng mặt trời tiết kiệm điện lên tới 90% cho phí điện hàng tháng cho quá trình sinh hoạt và sản xuất đời sống hằng ngày.

Hệ thống điện mặt trời có tuổi thọ lên tới hơn 30 năm và yêu cầu chi phí bảo trì, bảo dưỡng rất thấp trong suốt quá trình sử dụng Ngoài ra, hệ thống này hoàn toàn an toàn và ổn định, giúp bạn yên tâm không còn lo lắng về tình trạng điện bị chập chờn hay quá tải vào giờ cao điểm.

Hệ thống điện mặt trời không chỉ giúp giảm gánh nặng cho các nhà máy nhiệt điện mà còn giảm lượng khí CO2, góp phần bảo vệ môi trường Ngoài ra, việc bán điện dư thừa từ hệ thống này cũng mang lại lợi nhuận kinh tế.

– Mang lại giá trị thẩm mỹ, không gian của bạn khi sử điện năng lượng mặt trời sẽ trở nên hiện đại và có giá trị hơn.

Ngoài việc mang lại lợi ích kinh tế và tiện ích cho cuộc sống hàng ngày, nguồn điện này còn có ý nghĩa quan trọng trong việc bảo vệ môi trường, giúp cho không gian sống của chúng ta trở nên xanh, sạch và đẹp hơn Điều đặc biệt là nguồn điện này không thải ra các chất thải gây ô nhiễm, góp phần làm giảm tác động tiêu cực đến môi trường.

Hình 2.4.Sơ đồ nguyên lý hoạt động của điện mặt trời [16]

Tấm pin năng lượng mặt trời Solar Panel

2.3.1 Thành phần chính của pin mặt trời.

Pin mặt trời, hay còn gọi là PV, là thiết bị bán dẫn có khả năng chuyển đổi năng lượng từ ánh sáng mặt trời thành điện năng thông qua hiệu ứng quang điện Hệ thống năng lượng mặt trời chủ yếu bao gồm các tế bào quang điện, đóng vai trò quan trọng trong việc khai thác nguồn năng lượng tái tạo này.

Pin mặt trời (PV) được chế tạo từ các loại chất bán dẫn khác nhau, với Silicon (Si) là vật liệu phổ biến nhất Một tế bào năng lượng mặt trời thường bao gồm một lớp mỏng Silicon được kết nối với các đầu cuối điện, được pha tạp để hình thành một mối nối P-N, và được phủ bằng một lưới kim loại để tối ưu hóa khả năng hấp thụ ánh sáng mặt trời.

Pin mặt trời chủ yếu được cấu tạo từ silic tinh khiết, trên bề mặt có nhiều cảm biến ánh sáng dạng điốt quang, giúp chuyển đổi năng lượng ánh sáng thành điện năng Các tế bào quang điện được bảo vệ bởi một tấm kính trong suốt ở phía trước và một lớp nhựa ở phía sau Toàn bộ cấu trúc này được đóng gói chân không qua lớp nhựa polymer, với độ trong suốt tối ưu.

Hình 2.5Thành phần của pin năng lượng mặt trời [15]

Khung nhôm đóng vai trò quan trọng trong việc tạo ra kết cấu vững chắc cho việc tích hợp solar cell và các bộ phận khác Với thiết kế nhẹ nhưng cứng cáp, khung nhôm bảo vệ và cố định các thành phần bên trong trước tác động của gió lớn và ngoại lực Nhiều hãng như Canadian Solar còn anode hóa và gia cố thanh ngang của khung nhôm để tăng độ bền cho tấm pin Màu sắc phổ biến của khung nhôm là bạc.

Kính cường lực là giải pháp hiệu quả để bảo vệ tế bào quang điện khỏi các yếu tố thời tiết như nhiệt độ, mưa, tuyết, bụi và mưa đá với đường kính nhỏ hơn 2,5cm, cũng như các tác động va đập từ bên ngoài Được thiết kế với độ dày từ 2-4mm, chủ yếu là khoảng 3.2-3.3mm, kính cường lực không chỉ đảm bảo khả năng bảo vệ tối ưu mà còn duy trì độ trong suốt cho tấm pin mặt trời, giúp ánh sáng ít bị phản xạ và tăng cường khả năng hấp thụ.

Lớp màng EVA (Ethylene Vinyl Acetate) đóng vai trò quan trọng trong cấu trúc của tấm pin năng lượng mặt trời, hoạt động như chất kết dính kết nối các tế bào quang điện với lớp kính cường lực và tấm nền Ngoài ra, lớp màng này còn có khả năng hấp thụ và bảo vệ tế bào quang điện khỏi các tác động từ môi trường như rung động, bụi và hơi ẩm Đặc biệt, vật liệu EVA có khả năng chịu đựng nhiệt độ khắc nghiệt và sở hữu độ bền cực kỳ cao, đảm bảo hiệu suất hoạt động ổn định của tấm pin.

Pin mặt trời, hay còn gọi là lớp tế bào quang điện, được cấu tạo từ các tế bào quang điện nhỏ Các loại pin năng lượng mặt trời phổ biến như mono và poly được chế tạo từ silic, một chất bán dẫn thông dụng Trong cấu trúc của một tế bào, tinh thể silic được kẹp giữa hai lớp dẫn điện, bao gồm ribbon và các thanh busbar Mỗi tế bào quang điện sử dụng hai loại silic khác nhau, loại N và loại P.

Tấm nền pin đóng vai trò quan trọng trong việc cách điện, bảo vệ cơ học và chống ẩm Các vật liệu thường được sử dụng cho tấm nền bao gồm polymer, nhựa PP, PVF và PET Độ dày của tấm nền có thể khác nhau tùy thuộc vào từng hãng sản xuất, nhưng phần lớn tấm nền đều có màu trắng.

Hộp đấu dây (Junction box) là thiết bị quan trọng nằm ở phía sau tấm pin năng lượng mặt trời, có chức năng tập hợp và chuyển năng lượng điện ra ngoài Với vai trò là điểm trung tâm, hộp đấu dây được thiết kế với khả năng bảo vệ chắc chắn để đảm bảo an toàn cho hệ thống điện.

Cáp điện DC là loại cáp chuyên dụng cho hệ thống điện năng lượng mặt trời, nổi bật với khả năng cách điện một chiều DC xuất sắc Bên cạnh đó, cáp này còn có khả năng chống chịu tốt trước các điều kiện thời tiết khắc nghiệt như tia cực tím, bụi, nước và độ ẩm, cùng với khả năng chịu đựng tác động cơ học khác.

Jack kết nối MC4 là đầu nối điện phổ biến cho việc kết nối các tấm pin mặt trời, được sản xuất bởi Multi - Contact Loại jack này cho phép người dùng dễ dàng kết nối các tấm pin và dãy pin bằng cách gắn chúng lại với nhau một cách thủ công.

Bộ chuyển đổi Inverter (Bộ inverter hòa lưới)

Bộ inverter hòa lưới, hay còn gọi là biến tần điện mặt trời hòa lưới, có chức năng chuyển đổi dòng điện một chiều (DC) từ hệ thống năng lượng mặt trời thành dòng điện xoay chiều Dòng điện này được cung cấp cho các tải tiêu thụ, bao gồm mạng lưới điện thương mại và điện cục bộ Ngoài ra, bộ biến tần còn hỗ trợ theo dõi công suất cực đại của tấm pin năng lượng mặt trời và ngăn chặn sự xâm nhập của dòng điện ngược chiều DC.

2.4.1 Phân loại inverter hòa lưới.

Hiện nay, Inverter hòa lưới được chia ra làm 2 dạng cơ bản đó là:

– Inverter hòa lưới có lưu trữ

Bộ inverter hòa lưới có lưu trữ kết nối với acquy, chuyển đổi điện năng mặt trời 1 chiều thành điện xoay chiều và thực hiện chức năng sạc xả cho bình lưu trữ Thiết bị này hoạt động với các chế độ tự động thông minh, tối ưu hóa hiệu suất sử dụng năng lượng.

+ Sử dụng nguồn điện trực tiếp từ các tấm pin kết hợp với điện lưới cung cấp cho phụ tải.

+ Sử dụng nguồn điện từ acquy lưu trữ hoàn toàn độc lập.

+ Chức năng phát lưới khi acquy đã được sạc đầy và công suất tải sử dụng ít hoặc khôngcó.

- Inverter hòa lưới không có lưu trữ

Inverter hòa lưới không có lưu trữ lấy điện trực tiếp từ các tấm PV, biến đổi thành dòng điện xoay chiều để cung cấp cho phụ tải và kết nối với lưới điện quốc gia Điện dư thừa sẽ được trả lại lưới mà không có lưu trữ Tuy nhiên, khi điện lưới bị cắt, hệ thống cũng sẽ ngừng cung cấp điện cho các tải tiêu thụ.

Hiện nay, inverter hòa lưới có khả năng kết hợp với meter đo đếm công suất tải để điều chỉnh công suất phát của hệ thống năng lượng mặt trời (PV), nhằm loại bỏ nguồn điện dư phát lên lưới Phương pháp này được gọi là hòa lưới bán tải hoặc inverter hoạt động ở chế độ zero export.

Sơ đồ đấu nối các thiết bị trong một Hệ thống điện năng lượng mặt trời Hoà lưới bám tải:

– Bộ chỉnh lưu: Là một thiết bị điện chuyển đổi dòng điện xoay chiều (AC) hoặc định kỳđảo chiều hướng dòng điện DC chảy theo 1 hướng.

– Tuyến dẫn điện 1 chiều : Là đường đi của dòng điện 1 chiều: dây điện.

Bộ điện kháng xoay chiều, hay còn gọi là AC Reactor, là một cuộn dây quấn quanh lõi thép, có chức năng giảm nhiễu trong dòng điện xoay chiều đầu vào Thiết bị này hoạt động như một bộ lọc, bảo vệ mạch chỉnh lưu đầu vào khỏi nhiễu và xung đột phát sinh khi các tải được bật tắt.

Bộ điện kháng 1 chiều, hay còn gọi là DC Reactor, được lắp đặt trước tụ điện của biến tần Chức năng chính của nó là ổn định bus, giữ năng lượng dự trữ lớn để chống lại sụt áp đầu vào và giảm thiểu nhiễu quay về nguồn do biến tần tạo ra.

– Bộ phận nghịch lưu: Là thiết bị biến đổi nguồn dòng 1 chiều thành dòng xoay chiều cótần số tùy biến.

– Module công suất IGBT: để đo lường độ phân giải lớn, độ chính xác cao, có thể đo điện áp các thiết bị sử dụng điện DC.

Điện trở hãm là thiết bị quan trọng giúp inverter xử lý năng lượng dư thừa từ động cơ khi hoạt động như máy phát Nó có chức năng trả lại điện áp vào Bus DC, ngăn chặn tình trạng quá tải có thể gây cháy nổ cho IGBT và tụ nạp Nếu không có điện trở hãm, năng lượng này có thể đánh thủng bus DC, dẫn đến sự cố nghiêm trọng.

Hình 2.6.Sơ đồ đấu nối Hệ thống ĐMT Hoà lưới bám tải 3 pha [14]

2.4.2 Nguyên lý hoạt động của bộ inverter hòa lưới.

Inverter hòa lưới hoạt động đơn giản bằng cách chuyển đổi điện năng một chiều từ tấm pin năng lượng mặt trời thành điện xoay chiều Dòng điện xoay chiều này sau đó tự động hòa vào lưới điện với cùng pha và tần số.

Hình 2.7.Nguyên lý inverter hòa lưới [7]

Trong quá trình sử dụng bộ inverter hòa lưới, có ba trường hợp xảy ra Trường hợp đầu tiên là khi nguồn điện mặt trời sản xuất ra bằng với lượng điện tiêu thụ của các tải, lúc này các tải sẽ sử dụng 100% điện từ năng lượng mặt trời.

Khi nguồn điện mặt trời sản xuất không đủ để đáp ứng nhu cầu tiêu thụ của các tải, hệ thống sẽ cần bổ sung điện từ lưới điện để đảm bảo cung cấp đầy đủ cho các thiết bị.

– Trường hợp 3: Khi nguồn điện mặt trời tạo ra lớn hơn dòng điện tiêu thụ của các tải Nguồn điện dư ra sẽ được trả về điện lưới.

Điện năng lượng mặt trời và bảo vệ môi trường

Để lắp đặt một hệ thống điện mặt trời hòa lưới bám tải, ngoài tấm pin mặt trời và inverter hòa lưới, cần có các thiết bị cần thiết như bộ điều khiển sạc, ắc quy, cầu chì, và hệ thống dây điện Những thiết bị này đảm bảo hệ thống hoạt động hiệu quả và an toàn.

Meter cho Hệ thống điện mặt trời 1 Pha [12]

Trong quá trình hoạt động, hiệu suất của tấm pin mặt trời sẽ giảm dần theo thời gian Các nhà sản xuất thường cung cấp bảo hành hiệu suất cho sản phẩm trong khoảng 25 đến 30 năm, với mức hiệu suất còn lại khoảng 80% Mỗi catalogue sản phẩm đều nêu rõ mức sụt giảm hiệu suất hàng năm.

Tại Việt Nam, chưa có khuyến cáo chính thức về việc chọn sản phẩm năng lượng mặt trời Tuy nhiên, Hiệp hội quang điện Úc (APVA) và Hiệp hội năng lượng mặt trời Úc (AUSES) khuyên người tiêu dùng nên lựa chọn các sản phẩm có bảo hành từ nhà sản xuất, thay vì từ các đơn vị nhập khẩu.

Trước khi quyết định đầu tư, việc tìm hiểu kỹ lưỡng về đối tác cung cấp sản phẩm là rất quan trọng Điều này không chỉ giúp bạn giảm thiểu rủi ro trong tương lai mà còn mang lại lợi ích bền vững cho bạn.

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CHO HỆ THỐNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI TÒA NHA KHU C TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUÂT TP.HCM

Các bước tính toán hệ thống điện mặt trời áp mái

−Bước 1: thu thập dữ liệu ban đầu (gồm bao nhiêu thiết bị, thông số từ thiết bị, thời gian sử dụng…)

−Bước 2: tính toán phụ tải điện. Điện năng tiêu thụ trong một ngày (Ang) của tải được xác định:

+ Ath ; An : điện năng tiêu thụ hằng tháng, hằng năm.

+ Nth ; Nn : số ngày tiêu thụ điện hằng tháng, hằng năm.

Khi lựa chọn hệ thống pin năng lượng mặt trời, cần xem xét nhu cầu phụ tải, mức đầu tư và tình hình sử dụng điện năng của khu vực để quyết định giữa hệ thống độc lập hay nối lưới.

−Bước 4: Tính toán số module pin NLMT

+ Npv : là số lượng module pin NLMT.

+ An : là nhu cầu điện năng tiêu thụ trong năm [kWh].

+ Popt.PV : là công suất đỉnh của một module pin NLMT, [kWp].

Hệ số nhiệt độ của pin năng lượng mặt trời (Kt.PV) thường được ước tính khoảng 90% Hệ số an toàn của pin (Kat.PV) bao gồm tổn hao năng lượng do điện trở dây nối, diode bảo vệ và bám bẩn, thường được lấy gần đúng là 80% Hiệu suất tổng thể của hệ thống năng lượng mặt trời được ký hiệu là η.

+ hn : số giờ nắng trung bình của ngày trong năm.

− Bước 5:Xác định cách ghép nối các module pin NLMT.

Các module phải được ghép nối lại sao cho hệ thống đáp ứng được về công suất cũng như điện áp của phụ tải.

Khảo sát thiết bị và thông số tính toán

- Diện tích đất xây dựng 1380 m 2 , cao 20 m, gồm 5 tầng, mỗi tầng cao 3.75 m

Bảng 3.1 Phân bổ diện tích tầng.

Phòng thiết bị đóng cắt trung thế 170

Phòng TN HT thông minh 100

Bảng 3.2 Danh mục thiết bị.

Tên thiết bị Công suất

Công suất ứng với thời gian Đèn 36 756 7,5 202155

Máy lạnh 1500 67 3,5 351750 Ổ cắm 1 pha 340 327 2 222360 Ổ cắm 3 pha 514,79 40 2 411832

Danh mục thiết bị và diện tích phòng

Bảng 3.3 Danh mục thiết bị chi tiết.

Tầng Phòng Diện tích m 2 Thiết bị Công suất

Phòng GE 170 Đèn led Máy lạnh Ổ cắm 1 pha Ổ cắm 3 pha MBA khô

Phòng TN máy điện 150 Đèn led Quạt trần Máy lạnh Ổ cắm 1 pha Ổ cắm 3 pha

Phòng TN hệ thống thông minh

100 Đèn led Quạt trần Ổ cắm 1 pha Ổ cắm 3 pha

Văn phòng x6 42 Đèn led Quạt trần Máy lạnh Ổ cắm 1 pha

Nhà vệ sinh x2 20 Đèn Led 36 1

Hành lang 300 Đèn Led Máy lọc nước Camera

Phòng giáo viên 30 Đèn led Quạt trần Máy lạnh Ổ cắm 1 pha

Phòng LAB x6 124 Đèn led Quạt trần Máy lạnh Ổ cắm 1 pha Ổ cắm 3 pha

Nhà vệ sinh x2 20 Đèn led 36 1

Hành lang 300 Đèn led Máy lọc nước Camera

Phòng LAB x3 124 Đèn led Quạt trần Máy lạnh Ổ cắm 1 pha Ổ cắm 3 pha

Phòng học x4 186 Đèn led Quạt trần Máy lạnh Ổ cắm 1 pha

Khi lựa chọn thiết bị cho hệ thống năng lượng mặt trời, việc chọn tấm pin và inverter phù hợp với công suất tải là rất quan trọng Các thương hiệu nổi bật như Jinko Solar, AE Solar, Canadian Solar và LONGi Solar đều có những sản phẩm chất lượng Cần lưu ý đến công suất và diện tích lắp đặt để đảm bảo sự phù hợp Đặc biệt, độ bền của tấm pin cũng là yếu tố cần xem xét; Jinko Solar được nhiều người đánh giá cao về độ bền và giá cả hợp lý Nhiều chuyên gia trong ngành năng lượng cũng cho biết rằng Jinko Solar là sự lựa chọn hàng đầu của họ.

Chúng tôi đã chọn tấm pin JKM580M-7RL4-V của hãng Jinko Solar, thuộc dòng Tiger Pro cao cấp, với công suất lên đến 580W Sản phẩm này rất phù hợp cho các hệ thống điện mặt trời vừa và lớn, đảm bảo hiệu suất tối ưu cho diện tích và công suất của hệ thống.

Inveter là thiết bị thiết yếu trong hệ thống điện mặt trời, với nhiều thương hiệu nổi bật như Fronius, Sonis, SMA, Sungrow và Growatt Trong bài viết này, chúng tôi sẽ tập trung vào dòng sản phẩm Sungrow.

Biến tần SG100CX 100kW 3 Pha 380V lý tưởng cho hệ thống gần 300KWp, đảm bảo phân chia số lượng inverter phù hợp Sản phẩm này có chất lượng tốt và giá cả hợp lý, mặc dù giá hơi cao hơn một chút, nhưng độ bền và hiệu suất vượt trội hơn hẳn.

❖Thông số kỹ thuật của tấm pin NLMT [10]

+ Công suất cực đại: 580 Wp

+ Điện áp tại điểm công suất đỉnh (V): 44.78

+ Dòng điện tại công suất đỉnh (A): 12.96

❖Thông số kỹ thuật của Inverter hòa lưới Sungrow SG100CX 100kW 3 Pha 380V [11]

+ Dòng điện đầu vào tối đa: 234 A

Tính toán và lựa chọn phương thức lắp đặt cho hệ thống điện mặt trời

−Tính toán tải tiêu thụ khu C.

Với các thông số đã được khảo sát và trình bày ởBảng 3.2 Danh mục thiết bịthì:

+ Điện năng tiêu thụ 1 ngày của tải tiêu thụ là:

+ Điện năng tiêu thụ 1 năm của khu C là:

−Tính toán số lượng tấm pin cần sử dụng.

Từ nhu cầu sử dụng điện của khu C là 1245.787 kWh 1 ngày thì

+ Số tấm pin NLMT cần dùng đủ để cung cấp cho tải là:

Với hệ số an toàn là 0.8 thì công suất hệ thống là:

→Hệ thống cần lắp đặt gần 292 (kWp).

Với hệ thống có công suất là 292 kWp.

+ Số tấm pin NLMT thực tế cần sử dụng là:

−Tính toán và lựa chọn cách đấu nối cho Inverter của hệ thống.

Với số lượng tấm pin là 504, công suất mỗi tấm là 580W

+ Công thức sử dụng để phối hợp công suất dàn pin và inverter tối ưu nhất:

Do đó lựa chọn 3 con inverter với công suất 100kW mỗi con.

Tính toán số lượng string:

Số lượng tấm pin tối đa trên 1 string có thể đấu vào inverter:

Vmppt-max-inv : điện áp tối đa dải MPPT của inverter

Vmpp-pv : điện áp hoạt động của 1 tấm pin.

Tính toán và làm tròn số lượng string:

Như vậy 504 tấm pin sẽ chia làm 14 string (Mỗi string 36 tấm pin) để kết nối vào inverter.

−Chi phí đầu tư cho hệ thống điện mặt trời áp mái 292kW.

Hệ thống điện mặt trời 292kW bao gồm 504 tấm pin Jinkosolar, mỗi tấm có công suất 580W Hệ thống sử dụng inverter Sungrow với công suất 100kW, cùng với các chi phí khác được chi tiết trong bảng chi phí.

Bảng 3.4 Giá thành của các thiết bị hệ thống điện mặt trời.

STT Tên thiết bị Số lượng Giá Thành tiền

3 Phụ kiện, cáp, máng, xà gồ, giá đỡ

Ba tỉ ba trăm sáu tám triệu Việt Nam Đồng

Phương tiện

−Tổng quan phần mềm AUTOCAD.

Phần mềm này được ưa chuộng trong ngành kỹ thuật, nổi bật với khả năng vẽ sơ đồ khối hiệu quả cho thiết kế ở nhiều lĩnh vực khác nhau Trong đồ án này, nhóm chúng em sử dụng phần mềm để tạo mặt bằng tổng thể và bố trí tấm pin lắp đặt cho tòa nhà khu C.

−Tổng quan phần mềm mô phỏng PVsyst.

PVsyst là phần mềm nghiên cứu và phân tích hệ thống điện mặt trời, được phát triển bởi các nhà khoa học tại Thụy Sĩ Ứng dụng này hỗ trợ định cỡ và phân tích dữ liệu cho các hệ thống PV hoàn chỉnh, bao gồm hệ thống nối lưới, độc lập, bơm và DC-lưới.

PV Đồng thời bao quát và các cơ sở dữ liệu thành phần các hệ thống PV Cũng như là các công cụ năng lượng mặt trời chung.

−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 pin mặt trời PV, bao gồm các giới hạn của biến tần, điện áp, dòng điện và thông số dòng biến tần MPPT (Tối đa điểm quyền lực theo dõi).

Cung cấp các công cụ chuyên dụng để đánh giá tổn thất dây và các tổn thất khác như chất lượng mô-đun, giúp phát hiện sự không khớp giữa các mô-đun, phân tích hành vi nhiệt độ cài đặt cơ học và giải quyết vấn đề khi không có sẵn hệ thống.

+ 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.

−Ưu và nhược điểm của PVsyst.

PVsyst là phần mềm đặc biệt không bị ảnh hưởng bởi virus và mã độc Nó có nhiều ưu điểm nổi bật, nhưng cũng tồn tại một số nhược điểm cần lưu ý.

+Ưu điểm: Bạn có thể dễ dàng thực hiện một đánh giá nhanh về hệ thống sản xuất.

Nghiên cứu và phân tích các hệ thống nối lưới, độc lập, bơm và dc-lưới là rất cần thiết để tối ưu hóa hiệu suất năng lượng Chi phí cho các nghiên cứu này chỉ khoảng 20 triệu đồng mỗi năm, mang lại giá trị lớn cho các dự án điện mặt trời Việc sử dụng bản quyền cho các đơn hàng điện mặt trời cũng rất tiết kiệm Tuy nhiên, nhược điểm là phiên bản trải nghiệm yêu cầu người dùng phải đăng ký.

3.5.2 Bố cục kết cấu , bản vẽ lắp đặt tấm pin cho tòa nhà khu C.

Với khu C diện tích xây dựng khoản 1372 m 2 thì bản vẽ sau đây thể hiện chi tiết cách bố trí tấm pin trên diện tích như thế.

Hình 3.1 Mặt bằng bố trí tấm pin tòa nhà khu C.

Với kích thước 50,2 m chiều dài và 33 m chiều rộng, chúng tôi có thể bố trí 504 tấm pin như hình trên Bản vẽ mặt bằng tổng thể đã tính đến lối đi cho việc vệ sinh và bảo trì hệ thống, do đó, cách trình bày bố cục này rất hợp lý cho quá trình vận hành và bảo dưỡng, đồng thời phù hợp với diện tích và công suất của tòa nhà.

Chúng tôi sẽ thiết kế một khung ray tổng thể để lắp đặt cho tòa nhà khu C, với 504 tấm pin được phân bổ hợp lý trên toàn bộ diện tích của tòa nhà.

Hình 3.2 Mặt bằng bố trí ray nhôm. Đây là bản vẽ thể hiện bố trí ray nhôm của tòa nhà.

Tiếp theo chúng ta đi vào bản vẽ của bố trí máng cáp trên sàn.

Hình 3.3Mặt bằng tổng thể bố trí máng cáp.

Cách bố trí này giúp tiết kiệm đường dây và máng đỡ cho hệ thống tòa nhà, đồng thời tối ưu hóa quá trình vận hành và sửa chữa hệ thống.

Tiếp đến hình dưới này thể hiện mặt bằng chi tiết của máng cáp.

Hình 3.4Mặt bằng chi tiết máng cáp và sàn thao tác.

Chi tiết máng để lắp đặt cho hệ thống của tòa nhà Với ba loại máng đươc sử dụng cho hệ thống là máng cáp W100 , W200 và W300.

Chúng tôi sẽ cung cấp một bản vẽ chi tiết về hệ thống thanh ray nhôm nâng đỡ giàn pin, bao gồm cả phụ kiện đi kèm, nhằm đảm bảo tính chính xác và hiệu quả cho hệ thống.

Hình 3.6 Bố trí khoảng cách của RAY - PIN

Hình 3.7Măt cắt bố trí dãy pin.

Hệ thống tòa nhà được hỗ trợ bởi các trụ sắt xà gồ và thanh nhôm, đảm bảo việc nâng đỡ tấm pin một cách hiệu quả trên toàn bộ sàn.

Hình 3.8Phụ kiện lắp đặt của hệ thống pin mặt trời của tòa nhà.

Sơ đồ đánh dấu chuỗi pin gồm 504 tấm pin được chia thành 14 chuỗi, mỗi chuỗi có 36 tấm pin Hình bên dưới thể hiện thứ tự đánh dấu từ 1 đến 14, tương ứng với chuỗi thứ nhất đến chuỗi thứ mười bốn.

Trong phần này, chúng tôi trình bày bản vẽ đấu nối chuỗi pin, trong đó tất cả các tấm pin được kết nối theo kiểu nối tiếp thành một chuỗi Sau đó, chúng tôi phân chia và kết nối vào ba inverter theo sơ đồ 5-5-4, tức là 5 chuỗi đầu tiên sẽ được kết nối vào một inverter.

1 và 5 string tiếp theo vào con inverter 2 và 4 string tiếp theo vào con inverter 3. Các tấm pin đấu dây theo kiểu nối tiêp với nhau.

Hình 3.10Sơ đồ đấu nối chuỗi pin ( string).

Với hệ thống lớn như này chúng tôi sẽ cần một tủ điện để điều khiển các con inverter thông qua các CB trong tủ điện này.

Hình 3.11Sơ đồ khung của tủ điện solar.

Hình dưới đây minh họa các thiết bị cơ bản trong tủ điện solar, đặc biệt là ba công tắc CB điều khiển cho ba inverter Chúng ta sẽ tập trung vào phần bên dưới của tủ điện, nơi thể hiện các thiết bị này.

Sau khi dàn pin được kết nối với ba inverter, chúng sẽ được đấu nối với tủ điện thông qua ba cầu dao (CB) Các cầu dao này có chức năng ngắt hoặc bật hệ thống khi cần thiết Trong trường hợp có sự cố, CB sẽ tự động nhảy và tắt, giúp bảo vệ hệ thống khỏi nguy cơ cháy nổ và hư hại.

Hình 3.12Chi tiết tủ điện solar khi đã đấu nối inverter bên trong.

Hình bên dưới thể hiện sơ đồ đấu dây ba pha của tủ điện solar với 3 inverter của hệ thống.

Hình 3.13Sơ đồ đấu dây ba pha của tủ điện Solar.

Hình 3.14Sơ đồ đầu nối đơn tuyến hệ thống NLMT của tòa nhà khu C

KẾT QUẢ VA THẢO LUÂN

Kết quả

4.1.1 Thông số chung của hệ thống

Qua quá trình khảo sát và mô phỏng, nhóm đã thiết kế hệ thống năng lượng mặt trời bằng hai phần mềm PVsyst và AUTOCAD Dự án có diện tích xây dựng 1378m², tọa lạc tại Tp Thủ Đức, TP Hồ Chí Minh, với vị trí vĩ độ 10.85° N và kinh độ 106.77° E Kết quả thu được từ nghiên cứu cho thấy

Hệ thống điện mặt trời có công suất 292 kWp, sử dụng 504 tấm pin với công suất mỗi tấm là 580W, tạo ra 440.9 MWh điện năng mỗi năm Đây là những đặc tính nổi bật của hệ thống PV này.

4.1.2 Công suất của hệ thống.

− Tổng công suất theo từng tháng được thể hiện qua biểu đồ sau

+ Công suất thực trung bình là 4.13 kWh/kWp/ngày.

+ Tổng tổn thất trung bình trên dàn pin là 0.73 kWh/kWp/ngày.

+ Tổn thất trung của hệ thống là 0.06 kWh/kWp/ngày.

−Hiệu suất theo từng tháng của hệ thống được thể hiện trong biểu đồ sau:

Hình ảnh trích từ phụ lục trang 4.

Tỉ lệ hiệu suất (Performance Ratio) thể hiện công suất hàng tháng của hệ thống trong suốt năm, với các tỷ lệ hiệu suất khác nhau Biểu đồ cho thấy tỉ lệ hiệu suất của các tháng gần như đồng đều, tuy nhiên tháng 11 đạt hiệu suất cao nhất và được xem là tối ưu nhất.

−Biểu đồ thể hiện phân bố xác suất về sản lượng được đưa vào lưới điện. Theo đó xác suất để đạt được công suất:

4.1.3 Đánh giá tổn thất của hệ thống.

−Tổn thất trên dàn pin: 0.73+0.06+4.130.73 = 14.83 %

−Tổn thất trong hệ thống: 0.06

0.73+0.06+4.13 = 16.05 %Vậy tổn thất của hệ thống chiếm 16.05 % so với tổng điện năng sinh ra.

−Tổng xạ phương ngang: 1780 Kwh/m 2

−Lượng bức xạ dàn pin nhận được (Global incident in coll Plane): 2.48 %

−Bức xạ bộ thu nhận được: 1753 kWh/m 2 x 1387m 2

−Hiệu suất chuyển đổi của tấm PV: 21.22%

Tỉ lệ hư hại của tấm pin mặt trời có thể ảnh hưởng đến hiệu suất năng lượng Các tổn thất PV chủ yếu phát sinh từ cường độ bức xạ không ổn định và nhiệt độ cao Ngoài ra, việc giảm chất lượng mô-đun cũng góp phần làm giảm hiệu suất Cuối cùng, tổn thất do đối nối giữa các tấm pin cũng cần được xem xét để tối ưu hóa hiệu quả hoạt động của hệ thống năng lượng mặt trời.

Tổn thất do dây dẫn.

Tổn thất biến tần trong quá trình vận hành.

Năng lượng hữu ích ở đầu ra biến tần.

Năng lượng đưa vào lưới điện đã được ghi nhận qua biểu đồ trong 25 năm qua Phần mềm hỗ trợ người dùng trong việc dự đoán sản lượng năng lượng, cho thấy rằng sản lượng này giảm dần theo từng năm với tỷ lệ khoảng 0,25% mỗi năm.

Hình ảnh trích từ phụ lục trang 7

Tỉ lệ hiệu suất (Performance Ratio) là chỉ số quan trọng thể hiện sự suy giảm năng lượng được đưa vào lưới điện qua từng năm Biểu đồ này minh họa rõ ràng sự giảm sút này, trong khi phần mềm hỗ trợ dự đoán và tính toán chính xác cho hệ thống, giúp tối ưu hóa hiệu suất năng lượng.

Thảo luận

4.2.1 Chi phí đầu tư và tính kinh tế của hệ thống.

Với hệ thống cho tòa nhà khu C này thì chủ đầu tư phải trả 3.368.000.000 VNĐ Cùng đó với giá trị khấu hao 6%/năm.

Hình ảnh trích từ phụ lục trang 13

−Biểu đồ dòng tiền thể hiện chi phí đầu tư và lợi nhuận hằng năm.

Các cột màu xanh trong biểu đồ minh họa lợi nhuận ròng hàng năm của hệ thống, bao gồm lợi nhuận sau thuế và khoản tiền tiết kiệm so với giai đoạn trước khi áp dụng hệ thống.

Với các năm đầu cùng với chi phí bỏ ra thì coi như không có lợi nhuận,vốn ban đầu bỏ ra khá lớn cho hệ thống này.

− Biểu đồ thể hiện dòng tiền tích lũy trong 20 năm.

− Các cột màu xanh thể hiện cho hệ thống sinh ra lợi nhuận bắt đầu từ năm 2024.

Dự án này chỉ cần gần 3 năm để hoàn vốn nhờ quy mô lớn và công suất tiêu thụ cao, dẫn đến tỷ lệ hoàn vốn nhanh và lợi nhuận sinh ra một cách hiệu quả.

Vậy sau 20 năm, trừ đi chi phí đầu tư ban đầu cho hệ thống, lợi nhuận sinh ra là 13.832.000.000 VNĐ.

Hệ thống sử dụng hoàn toàn năng lượng từ pin mặt trời mang lại nhiều lợi ích kinh tế và tạo điều kiện cho các dự án tòa nhà lớn tại Việt Nam Sự phát triển nhanh chóng và lợi nhuận hấp dẫn từ công nghệ này sẽ khuyến khích các chủ đầu tư nghiên cứu sâu hơn về tiềm năng của năng lượng mặt trời tại thị trường Việt Nam.

Hệ thống điện mặt trời có tổng công suất 292kWp và tổng chi phí 3.368.000.000 VNĐ, sản xuất được 440.9 MWh mỗi năm với suy giảm hiệu suất 0.25%/năm Với lợi suất trái phiếu chính phủ 10 năm là 6%/năm và giá điện hiện tại là 1938 VND, tăng 5% mỗi năm, thời gian hoàn vốn cho hệ thống sẽ được tính toán dựa trên các yếu tố này.

Vì hệ thống suy giảm công suất là 0.25%/năm và giá điện tăng 5%/năm nên lượng điện sinh ra và giá điện hàng năm là:

Pr1= 1938 VND năm 2: Pow2= 440.9 x 0.9975 = 438.7 MWh

Số tiền thu được = công suất điện x giá điện

Số tiền thu được quy đổi về thời điểm đầu tư = số tiền thu được x R n với n là số năm.

Bảng 4.1 Tính toán hồi vốn cho hệ thống.

Số tiền thu được [triệu VND]

Trị giá quy đổi về thời điểm đầu tư [triệu VND]

Tổng tiền thu được [triệu VND]

Tổng tiền thu được quy đổi về thời điểm đầu tư [triệu VND]

Hệ thống này cho thấy tiềm năng tiết kiệm kinh tế đáng kể trong tương lai, với lợi ích tài chính không nhỏ Với công suất lớn và thời gian hoàn vốn chỉ trong 4 năm, dự án này là một cơ hội đầu tư hấp dẫn, đồng thời góp phần bảo vệ môi trường và phát triển kinh tế thông qua công nghệ hiện đại.

KẾT LUÂN

Kết luận

Với sự phát triển không ngừng của khoa học công nghệ và kinh tế, điện trở thành nhu cầu thiết yếu trong cuộc sống Tuy nhiên, nguồn nguyên liệu hóa thạch như than và dầu mỏ đang dần cạn kiệt, cùng với những tác động tiêu cực đến môi trường từ thủy điện, khiến năng lượng tái tạo, đặc biệt là năng lượng mặt trời, ngày càng được chú trọng Năng lượng mặt trời mang lại nhiều lợi ích với nguồn năng lượng vô tận, và tại Việt Nam, hệ thống điện mặt trời cho hộ gia đình, trang trại và tòa nhà đang được sử dụng rộng rãi, từ nông thôn đến thành phố Đặc biệt, miền Trung Việt Nam có nhiều tiềm năng về năng lượng mặt trời, thu hút đầu tư nước ngoài Hệ thống điện mặt trời không chỉ hiệu quả về năng lượng mà còn giúp giảm thiểu hóa đơn tiền điện cho các hộ gia đình và tòa nhà, đặc biệt là ở những khu vực xa lưới điện quốc gia.

− Biết cách khảo sát các số liệu về thời tiết ở các địa điểm khác nhau để lựa chọn địa điểm có khả lắp đặt điện mặt trời.

− Khảo sát nhu cầu sử dụng điện, dụng cụ điện của tòa nhà.

− Lựa chọn được phương thức lắp đặt phù hợp vị trí của hộ gia đình.

− Khảo sát các thiết bị để phù hợp với tòa nhà.

− Vẽ mô hình bố trí hướng lắp đặt cho dàn pin cho phù hợp nhất.

− Tính toán được công suất thực mà hệ thống sản sinh ra trong thời gian khảo sát.

Các phần mềm chuyên dụng được ứng dụng để mô phỏng dự án, từ đó đưa ra giải pháp tối ưu và rút ngắn thời gian tính toán.

− Chỉ ra được các ưu điểm vượt trội của hệ thống điện mặt trời so với các nguồn cung cấp điện truyền thống.

− Tính toán được giá trị lợi nhuận thu được sau 20 năm và lợi nhuận ròng hằng năm mà hệ thống tạo ra.

Việc mở rộng sử dụng năng lượng tái tạo, đặc biệt là điện mặt trời, là cần thiết để thay thế các nguồn năng lượng từ nhiên liệu hóa thạch.

− Chấp hành đúng các chính sách của nhà nước để phát triển bền vững, tránh quá tải cho hệ thống điện quốc gia.

− Nhà nước cần có các chính sách hợp lý để thu hút đầu tư và bảo vệ cho người dùng điện mặt trời.

− Sử dụng phần mềm PVsyst để tính toán cho nhũng dự án vừa và nhỏ. Giúp tiết kiệm thời gian hơn khi tính toán thủ công.

Đối với các dự án lớn và quy mô nhà máy, việc tính toán cần được thực hiện một cách cẩn thận Do đó, nên kết hợp giữa phương pháp tính toán thủ công và sử dụng phần mềm để đạt được kết quả tổng quan chính xác nhất.

Với khí hậu nhiệt đới gió mùa của Việt Nam, việc vệ sinh tấm pin mặt trời định kỳ 3 tháng một lần là rất quan trọng để đảm bảo hệ thống hoạt động với công suất tối ưu nhất.

− Cần nhà nước hỗ trợ các chính sách về thuế và tăng giá mua điện từ các hộ gia đình.

− Loại bỏ các thủ tục hành chính rườm rà, khó khăn để thu hút các doanh nghiệp phát triển đầu tư hệ thống điện mặt trời.

Để bảo vệ môi trường và tiết kiệm ngân sách, cần có sự chung tay trong việc thay đổi chính sách và áp dụng các biện pháp tái tạo các tấm pin năng lượng mặt trời.

Cần xem xét kỹ lưỡng các dự án liên quan đến rừng và vùng ven để ngăn chặn tình trạng chặt cây, phá rừng nhằm phát triển trang trại điện Đặc biệt, việc bảo vệ rừng phòng hộ là vô cùng quan trọng để đảm bảo an sinh cho cộng đồng dân cư.

Nhà nước và Chính phủ cần tập trung vào các dự án điện năng lượng, vì đây là nền tảng quan trọng cho sự phát triển bền vững của đất nước trong tương lai.

Các bước tiến hành mô phỏng đưa ra kết quả trên phần mềm PVsyst.

Dựa vào các thông số khảo sát và tính toán được ở các phần trên mà căn cứ vào đó để tiến hành mô phỏng.

− Khởi động phần mềm PVsyst.

− Xuất hiện giao diện chính của phần mềm.

− Chọn vào mục Databases chọn Geographical sites để khởi tạo địa điểm.

− Chọn Geographical sites để khởi tạo địa điểm.

− Chọn New để xuất hiện bản đồ.

− Nhập tọa độ vào ô Locality.

− Dấu chấm đen thể hiện địa điểm được chọn.

− Nhấn Accept selected point để đồng ý chọn địa điểm này.

− Tại Site name đổi tên theo yêu cầu với một dự án mới.

− Trong bảng sẽ xuất hiện các thông số của địa điểm truy suất. + Latitude.

− Nhấn Import để thêm thông số của địa điểm.

− Xuất hiện bảng giá trị của địa điểm theo từng tháng trong năm. + Global horizontal.

− OK để hoàn tất việc tạo địa điểm mới.

− Nhấn Save lưu các thông số của địa điểm khảo sát.

− Nhấn vào thẻ Grid-Connected để bắt đầu khai báo, lựa chọn các thông số.

− Khai báo tên dự án mới và thêm địa điểm đã tạo mới.

− Chọn vào thẻ Orientation để chọn góc nghiêng cho dàn pin.

− Điền giá trị góc nghiêng của dàn pin.

- Chọn vào thẻ System để lựa chọn và khai báo thông số tấm pin và Inverter

− Khai báo thông số của hệ thống.

− Nhập giá trị và thông số của tấm pin cần sử dụng.

− Điều chỉnh số tấm trên mỗi string sao cho đáp ứng đủ nhu cầu sử dụng.

→Chọn Ok để lưu lại các thông số vừa khai báo.

− Chọn vào thẻ Self-consumption để khai báo thông số tải.

− Chọn vào mục Household consumers.

− Nhấn vào Household use để đến trang khai báo tải.

+ Khai báo tải của tòa nhà đã khảo sát.

− Thêm mới với những tải chưa có trong danh mục.

− Tính gộp những tải gia dụng không cần thiết.

− Chọn khung giờ sử dụng cho tải.

→Nhấn save để lưu thời gian của tải đã khai báo.

−Chọn vào thẻ Energy management.

−Chọn vào thẻ P50 – P90 estimation để lựa chọn công suất cần biết.

−Ở ô Resulting estimation lựa chọn khung công suất cần khảo sát.

−Nhấn Ok để lưu lựa chọn vừa thay đổi.

Sau khi đã hoàn thành khai báo ban đầu.

−Chọn vào Run Simulation để tiến hành mô phỏng.

Sau khi chạy thử mô phỏng xong.

−Chọn vào thẻ Advanced Simul.

−Xuất hiện bảng tính toán sản lượng của hệ thống.

+Mục Every years là lựa chọn bước nhảy cho quá trình tính toán. +Mục Years simulated là số bước nhãy cho quá trình tính toán.

−Chọn Full Graph→Xuất hiện bảng sản lượng theo biểu đồ hình cột.

−Chọn vào thẻ Economic evaluation để khai báo chi phí cho hệ thống.

−Ở mỗi mục điền chi phí cho hệ thống đã khảo sát.

−Chọn vào Tariffs để khai báo giá mua và bán điện.

−Khung Feed in tariff điền giá điện bán ra của hệ thống.

−Khung Self consumption saving điền giá trị điện mua vào.

−Chọn Run Simulation để tiến hành mô phỏng.

−Sau khi chạy mô phỏng xuất hiện bảng các giá trị và thông số liên quan đến hệ thống đã khảo sát.

−Chọn Report để xem báo cáo chi tiết

[1] https://stlouisrockets.com/top-5-xu-huong-nang-luong-mat-troi-thuc- day-su-phat-trien-trong-linh-vuc-dien-mat-troi/

[2] https://icon.com.vn/vn-s83-143983-633/Xu-the-nang-luong-the-gioi- Tiem-nang-dien-mat-troi.aspx

[3] https://viettelaio.com/he-thong-dien-nang-luong-mat-troi-la-gi

[4] https://freesolar.vn/tu-van/1kw-dien-nang-luong-mat-troi.html

[5] https://codienhaiau.com/product/inverter-hoa-luoi-sungrow-sg100cx- 100kw-3-pha-380v/

[6] https://givasolar.com/san-pham/pin-mat-troi-cong-suat-lon-jinkosolar- tiger-pro-580w/

[7] http://phucnguyensolar.com/bo-inverter-hoa-luoi-la-gi-so-do-cau-tao- va-nguyen-ly-hoat dong

[8] https://solartop.vn/blogs/nhung-yeu-to-anh-huong-den-hoat-dong-cua- tam-pin-nang-luong-mat-troi/

[9] Giáo trình môn Điện mặt trời và ứng ứng dụng - Thầy Nguyễn Văn Bổn.

[10] https://pinmattroi.org/model/jinko-solar-tiger-pro-580w-jkm580m

[11] https://codienhaiau.com/product/inverter-hoa-luoi-sungrow-sg100cx

[12] https://sunrisedana.com/product/growatt-smart-meter-1-pha/

[13] https://sunrisedana.com/hoa-luoi-bam-tai/

[14] https://www.dhcsolar.com/san-pham/zero-export-solis/

[15] https://www.solarnhatrang.com/cau-tao-cua-pin-nang-luong-mat

[16] https://freesolar.vn/tu-van/nguyen-ly-dien-mat-troi.html

[17] https://vctenergy.vn/giai-phap-dien-mat-troi-hybrid-hybrid-solar- system/

[18] https://powersun.vn/bang-bao-gia-19-he-thong-dien-nang-luong-mat- troi-doc-lap/

PVsyst TRIAL PVsyst TRIAL PVsyst TRIAL PVsyst TRIAL

No 3D scene defined, no shadingsSystem power: 292 kWp Thủ Đức - Vietnam

Latitude Longitude Altitude Time zone

No 3D scene defined, no shadings

Nb of units Pnom total Pnom ratio

Produced Energy 440.9 MWh/year Specific production 1508 kWh/kWp/year Perf Ratio PR 83.91 %

General parameters, PV Array Characteristics, System losses

General parameters Grid-Connected System No 3D scene defined, no shadings

Generic JKM580M-7RL4-V (Original PVsyst database)

Generic SG110-CX (Original PVsyst database)

Number of inverters Total power

Max power (=>45°C) Pnom ratio (DC:AC)

Total power Number of inverters Pnom ratio

Module temperature according to irradiance

Imp RMS dispersion Vmp RMS dispersion

Incidence effect (IAM): Fresnel AR coating, n(glass)=1.526, n(AR)=1.290

Produced Energy 440.9 MWh/year Specific production

Annuities Run costs Payback period

VND/yr VND/yr years

Normalized productions (per installed kWp) Performance Ratio PR

GlobHor DiffHor T_Amb GlobInc GlobEff EArray E_Grid PR kWh/m² kWh/m² °C kWh/m² kWh/m² MWh MWh ratio

Global incident in coll plane

Effective Global, corr for IAM and shadings

Effective energy at the output of the array Energy injected into grid

+1.0% Global incident in coll plane

1753 kWh/m² * 1378 m² coll. efficiency at STC = 21.22% PV conversion

Array nominal energy (at STC effic.)

-0.20% Module Degradation Loss ( for year #1) -0.65% PV loss due to irradiance level -9.83% PV loss due to temperature

-2.06% Mismatch loss, modules and strings

Array virtual energy at MPP

The inverter operates with an efficiency loss of 1.48%, while maintaining zero losses over nominal inverter power, maximum input current, nominal inverter voltage, power threshold, and voltage threshold.

Available Energy at Inverter Output

Special graphs Daily Input/Output diagram

Time span of simulation 25 years

Meteo used in the simulation

Time span of simulation 25 years

Meteo used in the simulation

Predef graphs Array Temperature vs Effective Irradiance

Year-to-year variability(Variance)

PV module modelling/parameters Inverter efficiency uncertainty Soiling and mismatch uncertainties Degradation uncertainty

Cost of the system Installation costs

Cost of produced energy (LCOE)

VNDVND/yearMWh/yearVND/kWh

Project lifetime 20 years Start year 2023

Feed-in tariff decrease after warranty

VND/kWh years VND/kWh

Financial analysis Yearly net profit (kVND)

515.15 Detailed calculation from table below: tCO₂

MWh/yr gCO₂/kWh years

Saved CO₂ Emission vs Time

Tiêu đề	Tính Toán Thiết Kế Cho Hệ Thống Điện Sử Dụng Năng Lượng Mặt Trời Tòa Nhà Khu C Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.Hcm
Tác giả	Trương Kim Việt Hòa, Võ Minh Quang
Người hướng dẫn	Nguyễn Bá Sơn
Trường học	Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
Chuyên ngành	Năng Lượng Tái Tạo
Thể loại	Đồ Án Tốt Nghiệp
Năm xuất bản	2022
Thành phố	Tp. Hồ Chí Minh

Định dạng
Số trang	91
Dung lượng	12,09 MB