Thiết kế hệ thống điện cung cấp điện 68kW bằng ứng dụng HELOSCOPE

TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM VIỆN KỸ THUẬT VÀ CÔNG NGHỆ Độc lập Tự do Hạnh phúc MỤC TIÊU VÀ NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN MÔN HỌC Họ tên sinh viên: Bùi Anh Quân Ngành: CNKT Điện – Điện tử 1. Mục tiêu đồ án: Hoàn thành được đề tài được giao theo đúng yêu cầu và thời gian quy định. Qua đó có thể hiểu biết thêm về các linh kiện cũng như ứng dụng của chúng vài thực tế. 2. Nhiệm vụ: Thiết kế hệ thống điện cung cấp điện 68kW bằng ứng dụng HELOSCOPE 3. Ngày giao đồ án: 12122023 4. Ngày hoàn thành đồ án: 1212024 5. Người hướng dẫn:Ts. Nguyễn Tiến Dũng Nghệ An, ngày 9 tháng 1 năm 2024 NGƯỜI HƯỚNG DẪN LỜI NÓI ĐẦU Trong bối cảnh ngày càng nhiều doanh nghiệp và tổ chức chuyển đổi sang sử dụng nguồn điện tái tạo để giảm tác động tiêu cực đến môi trường, việc thiết kế hệ thống điện hiệu quả và bền vững trở nên quan trọng hơn bao giờ hết. Đồng thời, việc sử dụng các công nghệ thông tin và ứng dụng để quản lý và tối ưu hóa hệ thống trở thành một xu hướng quan trọng trong lĩnh vực này. Chính vì vậy, đồ án này tập trung vào việc thiết kế một hệ thống điện cung cấp 68kW sử dụng nguồn điện tái tạo, với sự hỗ trợ của ứng dụng HELOSCOPE. HELOSCOPE không chỉ là một công cụ quản lý hiệu suất năng lượng mà còn đặt ra những thách thức và cơ hội mới trong việc tối ưu hóa sử dụng năng lượng và giảm thiểu lãng phí. Dự án này không chỉ đề xuất một giải pháp kỹ thuật hiện đại mà còn đặt vào tầm ngắm các vấn đề liên quan đến bảo vệ môi trường và tạo ra giá trị cho doanh nghiệp. Bằng cách tích hợp nguồn điện tái tạo và sử dụng ứng dụng thông minh, em hy vọng giúp doanh nghiệp tối ưu hóa chi phí năng lượng và đồng thời đóng góp tích cực vào mục tiêu chung của cộng đồng xã hội. Em xin chân thành cảm ơn sự hỗ trợ và đóng góp từ các chuyên gia, giáo viên, và đồng đội trong quá trình thực hiện dự án này. Hy vọng rằng kết quả của dự án sẽ mang lại giá trị thực tế và góp phần nhỏ vào hành trình chuyển đổi năng lượng và bảo vệ môi trường. MỤC LỤC Trang MỤC TIÊU VÀ NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN MÔN HỌC 1 LỜI NÓI ĐẦU 2 MỤC LỤC 3 DANH SÁCH HÌNH VẼ 5 CHƯƠNG 1 : GIỚI THIỆU CHUNG 6 I. GIỚI THIỆU PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI 6 1.1 TỔNG QUAN 6 1.2 KHÁI NIỆM 7 1.3. CẤU TẠO, NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG PIN MẶT TRỜI 7 II. GIỚI THIỆU PHẦN MỀN HELIOSCOPE 13 2.1 TỔNG QUAN 13 2.2. HỖ TRỢ NHIỀU LOẠI ỨNG DỤNG 14 III. GIỚI THIỆU HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN 15 CHƯƠNG 2 : DÙNG HELIOSCOP THIẾT KẾ HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN MẶT TRỜI 68kW 17 I. TỔNG QUAN 17 1.1 KHẢO SÁT KHU VỰC LẮP ĐẶT HỆ THỐNG ĐIỆN MẶT TRỜI 17 1.2. VỊ TRÍ CỦA ĐỐI TƯỢNG THIẾT KẾ 18 1.3. MỤC TIÊU HƯỚNG TỚI CỦA ĐỐI TƯỢNG THIẾT KẾ 19 1.4. ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN 19 1.5. SỐ LIỆU THIẾT KẾ DỰ ÁN 19 1.6. THIẾT BỊ CHÍNH CỦA DỰ ÁN 20 II. BÁO CÁO SẢN LƯỢNG ĐIỆN VÀ KỸ THUẬT TRONG ỨNG DỤNG HELIOSCOP 21 2.1 SỐ LIỆU HỆ THỐNG 21 2.2 SẢN XUẤT ĐIỆN HÀNG THÁNG 23 2.3 CÁC NGUYÊN NHÂN GÂY THẤT THOÁT HỆ THỐNG 25 2.4 SẢN XUẤT HÀNG NĂM 27 2.5 KHUNG NỐI DÂY VÀ PHÂN ĐOẠN 29 CHƯƠNG 3: KẾT LUẬN 31 TÀI LIỆU THAM KHẢO 32 DANH SÁCH HÌNH VẼ Hình 1. Cấu tạo, nguyên lý hoạt động pin năng lượng mặt trời 7 Hình 2. Ngôi nhà pin năng lượng mặt trời 12 Hình 3. Hệ thống cung cấp điện 15 Hình 5. Tòa nhà A3, Đại Học Vinh 18 Hình 6. Số liệu thiết kế dự án 20 Hình 7. Pin năng lượng mặt trời 21 Hình 8. INVERTER OMNIK 21 Hình 9. Số liệu hệ thống 22 Hình 10. Sản xuất điện hàng tháng 23 Hình 11. Các nguyên nhân gây thất thoát hệ thống 25 Hình 12. Sản xuất hàng năm 27 Hình 13. Khung nối dây và phân đoạn 29 CHƯƠNG 1 : GIỚI THIỆU CHUNG I. GIỚI THIỆU PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI 1.1 TỔNG QUAN Cùng với những yêu cầu phát triển bền vững thì nguồn năng lượng cũng bị cạn kiệt dần. Hằng năm, toàn thế giới tiêu thụ gần như 90% lượng hóa thạch (than đá, dầu mỏ và khí tự nhiên). Trong khi đó, chúng lại gây ô nhiễm môi trường, ảnh hưởng đến Trái Đất. Thêm vào đó, năng lượng hạt nhân cũng không sử dụng được nhiều nữa, một phần là do cạn kiệt, mặt khác là do tính không an toàn sau khi xảy ra những sự cố phóng xạ ở Nhật Bản hay Liên Xô. Năng lượng thủy điện cũng lên xuống thất thường do biến đổi khí hậu. Chính vì vậy, khả năng cung cấp nước cho các công trình thủy điện cũng rất hạn chế. Điều này gây nên nhiều bất lợi cho cuộc sống hàng ngày. Mục tiêu các nhà khoa học hướng đến trong thời điểm hiện tại và tương lai là nguồn năng lượng tự nhiên như năng lượng gió, năng lượng mặt trời,... Năng lượng mặt trời là nguồn năng lượng tái tạo được lựa chọn. Nguồn năng lượng mặt trời là nguồn năng lượng tái tạo vô tận với trữ lượng lớn, ở Việt Nam năng lượng mặt trời luôn có sẵn quanh năm, ổn định, thân thiện với môi trường, hoàn toàn miễn phí và phân bố rộng rãi trên các vùng miền khác nhau của đất nước. Gần đây, hệ thống pin quang điện đã được công nhận và sử dụng rộng rãi, đi đầu trong các ứng dụng về điện năng. Pin năng lượng mặt trời tạo ra dòng điện trực tiếp không ảnh hưởng đến môi trường và ô nhiễm khi tiếp xúc với bức xạ mặt trời. Bên cạnh đó,pin quang điện là một thiết bị bán dẫn, không có bộ phận chuyển động, điều đó giúp hệ thống ít chi phí hoạt động và bảo trì. Các đặc tính đầu ra của mô đun quang điện phụ thuộc vào bức xạ mặt trời, nhiệt độ và điện áp ra của tế bào quang điện. Các mô hình toán học pin mặt trời được sử dụng trong mô phỏng máy tính đã được xây dựng và nghiên cứu rất nhiều trong và ngoài nước. Hầu như tất cả các mô hình quang điện phát triển đều mô tả các đặc tính đầu ra chủ yếu bị ảnh hưởng bởi bức xạ mặt trời, nhiệt độ hoạt động của pin mặt trời và điện áp tải. 1.2 KHÁI NIỆM Pin năng mặt trời hay pin quang điện (Solar panel) bao gồm nhiều tế bào quang điện (solar cells) là phần tử bán dẫn có chứa trên bề mặt một số lượng lớn các cảm biến ánh sáng là điốt quang, thực hiện biến đổi năng lượng ánh sáng thành năng lượng điện. Cường độ dòng điện, hiệu điện thế hoặc điện trở của pin mặt trời thay đổi phụ thuộc bởi lượng ánh sáng chiếu lên chúng. Tế bào quang điện được ghép lại thành khối để trở thành pin mặt trời (thông thường 60 hoặc 72 tế bào quang điện trên một tấm pin mặt trời). Tế bào quang điện có khả năng hoạt động dưới ánh sáng mặt trời hoặc ánh sáng nhân tạo. Chúng có thể được dùng như cảm biến ánh sáng (ví dụ cảm biến hồng ngoại), hoặc các phát xạ điện từ gần ngưỡng ánh sáng nhìn thấy hoặc đo cường độ ánh sáng. 1.3. CẤU TẠO, NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG PIN MẶT TRỜI Hình 1. Cấu tạo, nguyên lý hoạt động pin năng lượng mặt trời a) Cấu tạo Gồm ba thành phần chính : • Mặt ghép bán dẫn p – n: sử dụng tinh thể Silic, đây là thành phần chính của pin và lớp n thường mỏng để ánh sáng có thể chiếu tới lớp tiếp xúc pn. • Điện cực: là thành phần dẫn điện ra phụ tải, vật liệu làm điện cực vừa phải có độ dẫn tốt vừa phải bám dính tốt vào chất bán dẫn. • Lớp chống phản quang: nếu sự phản xạ ánh sáng càng nhiều sẽ làm cho hiệu suất của pin giảm. Vì vậy phải phủ một lớp chống phản quang. b) Nguyên lý hoạt động Một tế bào quang điện sử dụng 2 lớp silicon khác nhau, 1 lớp silicon loại N là vật liệu bán dẫn có mật độ electron lớn hơn mật độ lỗ trống. Do đó, trong bán dẫn loại N, electron tự do được gọi là hạt dẫn đa số. Lớp silicon còn lại loại P là vật liệu bán dẫn có mật độ lỗ trống lớn hơn electron tự do. Do đó, trong bán dẫn loại P, lỗ trống sẽ là hạt dẫn đa số. Nếu 2 vật liệu bán dẫn này được tiếp xúc với nhau, một số electron từ bên N sẽ di chuyển qua vùng P và lấp đầy các lỗ trống có sẵn ở đó. Ngược lại, lỗ trống từ bên P cũng sẽ di chuyển qua vùng N để kết hợp với electron. Bằng cách này, một vùng mà không có các lỗ trống và các electron tự do sẽ được hình thành gọi là vùng chuyển tiếp PN. Kết quả của sự di chuyển electron và lỗ trống như trên, ranh giới phía N sẽ tích điện dương và phía P tích điện âm. Ở trạng thái bình thường, các electron thường được kết dính với các lỗ trống trong vùng chuyển tiếp PN nên nó không thể di chuyển đi xa được. Khi có ánh sáng chiếu vào mang theo những hạt rất nhỏ gọi là hạt photon. Khi hạt photon va chạm lên tế bào quang điện, năng lượng của nó sẽ được truyền đến các electron trong vùng chuyển tiếp PN. Nếu như nguồn năng lượng này đủ mạnh thì nó có thể đánh bật electron ra khỏi liên kết hiện tại, sau đó điện trường trong vùng chuyển tiếp PN sẽ đẩy các electron và lỗ trống ra khỏi vùng này. Khi đó nếu chúng ta kết nối chúng với tải sẽ tạo ra dòng điện liên tục. Mỗi tế bào quang điện có thể tạo ra điện áp 0,5V, vì vậy chúng cần được nối lại với nhau thành các modunđể có thể tăng thêm sức mạnh đủ để sử dụng cho các thiết bị điện. c) Phân loại Cho tới nay thì vật liệu chủ yếu cho pin mặt trời là các silic tỉnh thể và được chia thành 3 loại chính: • Một tỉnh thể hay đơn tinh thể module sản xuất dựa trên quá trình Czochralski. Đơn tinh thể loại này có hiệu suất tới 16%. Chúng thường rất mắc tiền do được cắt từ các thỏi hình ống, các tấm đơn thể này có các mặt trống ở góc nối các module. • Đa tinh thể làm từ các thỏi đúc đúc từ silic nung chảy cẩn thận được làm nguội và làm rắn. Các pin này thường rẻ hơn các đơn tinh thể, tuy nhiên hiệu suất kém hơn. Tuy 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 tạo từ các miếng phim mỏng từ silic nóng chảy và có cấu trúc đa tinh thể, Loại này thường có hiệu suất thấp nhất, tuy nhiên loại này rẻ nhất trong các loại vì không cần phải cắt từ thỏi silicon. Các công nghệ trên là sản suất tấm, nói cách khác, các loại trên có độ dày 300 µm tạo thành và xếp lại để tạo nên module. 1.3.1. Hiệu suất của pin mặt trời Hiệu suất pin mặt trời là tỉ số giữa năng lượng điện từ và năng lượng ánh sáng mặt trời. Dùng phương pháp đo lượng ánh sáng mặt trời mà hệ thống pin năng lượng mặt trời có thể chuyển đổi thành điện năng thực tế. Kết quả xác định là hiệu quả của tấm pin năng lượng mặt trời và luôn được đo bằng tỉ lệ phần trăm. Có rất nhiều yếu tố có thể ảnh hưởng đến hiệu suất pin mặt trời như vật liệu cấu tạo pin, vị trí và hướng lắp đặt, điều kiện khí hậu... Hầu hết các hệ thống năng lượng mặt trời dành cho thương mại hiện nay chỉ đang hoạt động với hiệu suất từ 15% tới 23%. Mặc dù còn nhiều hạn chế nhưng thực sự năng lượng mặt trời có thể cung cấp năng lượng cho toàn thế giới với những công nghệ ngày càng hiện đại hơn. 1.3.2. Ưu nhược điểm của hệ thống pin mặt trời . Ưu điểm: • Lắp đặt, vận hành đơn giản, dễ dàng. Gần như không cần phải bảo trì, bảo dưỡng. • Không cần nhiên liệu, không gây ô nhiễm môi trường (không khí thải, không tiếng ồn, không chuyển động ...) • Ứng dụng được mọi nơi, đặc biệt là vùng sâu, vùng xa, hải đảo... những nơi mà lưới điện quốc gia chưa vươn tới. • Hoạt động tin cậy, lâu dài (trừ ắc quy phải thay định kỳ). Nhược điểm • Chi phí đầu tư ban đầu cao. • Phải chăm sóc và thay ắc quy. • Hệ thống không thể hoạt động liên tục được, nó chỉ hoạt động khi có ánh sáng mặt trời chiếu vào những tấm pin. 1.3.3. Ứng dụng của pin mặt trời Hệ thống pin năng lượng mặt trời đã và đang được ứng dụng khá nhiều lĩnh vực khác nhau trong cuộc sống của chúng ta. Dưới đây là 4 ứng dụng cơ bản của hệ thống này: a) Tích hợp vào thiết bị Từ chiếc đồng hồ đeo tay nhỏ bé trên bàn tay bé xinh, chiếc điện thoại nhỏ nhắn được dắt trong túi quần cho đến những chiếc xe điện mặt trời chạy trên mặt đất hay những chú robot trên sao Hỏa... Sự tích hợp của pin năng lượng mặt trời mang lại một sự khác biệt cho các thiết bị: Vừa mang lại tính thâm mỹ, vừa đảm bảo tính tiện dụng và thân thiện với môi trường. Pin mặt trời thường được tích hợp vào những thiết bị như máy tính bỏ túi, laptop, đồng hồ đeo tay, các loại xe, máy bay, robot tự hành, điện thoại di động, đèn trang trí, đèn sân vườn, đèn tín hiệu, đèn đường, vệ tinh nhân tạo. b) Nguồn điện di động Nguồn điện này sẽ cung cấp điện cho các thiết bị điện tại bất kì nơi đâu. Đặc biệt những mơi không có nguồn điện lưới như vùng sâu vùng xa, hải đảo, trên biển ... Các ứng dụng nguồn điện di động phải kể tới bộ sạc năng lượng mặt trời, cặp năng lượng mặt trời, áo năng lượng mặt trời, trạm điện năng lượng mặt trời di động. c) Nguồn điện cho tòa nhà Nguồn điện cho tòa nhà là một trong những giải pháp vừa giúp giảm hóa đơn tiền điện hàng tháng, vừa giúp giảm đầu tư của xã hội cho các công trình nhà máy điện khổng lồ bằng cách kết hợp sức mạnh của toàn dân trong việc tạo ra điện phục vụ đời sống sản xuất chung. Nguồn điện cho tòa nhà được chia thành 2 loại đó là nguồn điện mặt trời cục bộ và nguồn điện mặt trời hòa lưới điện quốc gia. Riêng nguồn điện mặt trời hòa lưới điện quốc gia có nhiều ưu điểm và mang lại lợi ích kinh tế cao. Sử dụng nguồn điện mặt trời trong gia đình vừa giúp bảo vệ môi trường, vừa thể hiện phong cách sống hiện đại. Hình 2. Ngôi nhà pin năng lượng mặt trời II. GIỚI THIỆU PHẦN MỀN HELIOSCOPE 2.1 TỔNG QUAN Phần mềm HelioScope là một công cụ mô phỏng năng lượng mặt trời được phát triển bởi Folsom Labs. Phần mềm này cho phép các chuyên gia năng lượng mặt trời thiết kế và tối ưu hóa các hệ thống điện mặt trời một cách nhanh chóng và dễ dàng. HelioScope sử dụng các thuật toán mô phỏng tiên tiến để tính toán lượng năng lượng mặt trời mà một hệ thống điện mặt trời có thể tạo ra. Phần mềm này cũng cho phép người dùng xem trước hệ thống điện mặt trời trong thế giới thực bằng cách sử dụng công nghệ thực tế ảo (VR). HelioScope có thể được sử dụng để thiết kế các hệ thống điện mặt trời cho nhiều loại ứng dụng khác nhau, bao gồm: • Hệ thống điện mặt trời áp mái • Hệ thống điện mặt trời mặt đất • Hệ thống điện mặt trời công nghiệp • Hệ thống điện mặt trời thương mại Phần mềm này có thể được sử dụng bởi các chuyên gia năng lượng mặt trời ở mọi cấp độ kinh nghiệm. HelioScope cung cấp một giao diện trực quan và dễ sử dụng, ngay cả đối với những người mới bắt đầu. Dưới đây là một số tính năng chính của phần mềm HelioScope: • Mô phỏng năng lượng mặt trời chính xác • Công nghệ thực tế ảo (VR) • Hỗ trợ nhiều loại ứng dụng • Giao diện trực quan và dễ sử dụng HelioScope là một công cụ thiết kế điện mặt trời mạnh mẽ và linh hoạt. Phần mềm này có thể giúp các chuyên gia năng lượng mặt trời thiết kế và tối ưu hóa các hệ thống điện mặt trời một cách hiệu quả và chính xác. Các tính năng nổi bật của phần mềm HelioScope Mô phỏng năng lượng mặt trời chính xác: HelioScope sử dụng các thuật toán mô phỏng tiên tiến để tính toán lượng năng lượng mặt trời mà một hệ thống điện mặt trời có thể tạo ra. Phần mềm này tính đến các yếu tố như hướng, độ nghiêng, bóng râm, và điều kiện thời tiết. Công nghệ thực tế ảo (VR): HelioScope cho phép người dùng xem trước hệ thống điện mặt trời trong thế giới thực bằng cách sử dụng công nghệ thực tế ảo (VR). Tính năng này giúp các chuyên gia năng lượng mặt trời kiểm tra xem hệ thống điện mặt trời có phù hợp với địa điểm hay không và xác định các vấn đề tiềm ẩn. 2.2. HỖ TRỢ NHIỀU LOẠI ỨNG DỤNG HelioScope có thể được sử dụng để thiết kế các hệ thống điện mặt trời cho nhiều loại ứng dụng khác nhau, bao gồm: • Hệ thống điện mặt trời áp mái • Hệ thống điện mặt trời mặt đất • Hệ thống điện mặt trời công nghiệp • Hệ thống điện mặt trời thương mại Giao diện trực quan và dễ sử dụng: HelioScope cung cấp một giao diện trực quan và dễ sử dụng, ngay cả đối với những người mới bắt đầu. Phần mềm này có các hướng dẫn từng bước giúp người dùng bắt đầu nhanh chóng. Lợi ích của việc sử dụng phần mềm HelioScope Tăng tốc độ thiết kế: HelioScope có thể giúp các chuyên gia năng lượng mặt trời tăng tốc độ thiết kế dự án lên đến 10 lần. Tăng cường chính xác: HelioScope sử dụng các thuật toán mô phỏng tiên tiến để tính toán lượng năng lượng mặt trời mà một hệ thống điện mặt trời có thể tạo ra. Điều này giúp các chuyên gia năng lượng mặt trời thiết kế các hệ thống điện mặt trời hiệu quả hơn. Cải thiện khả năng hợp tác: HelioScope cho phép các chuyên gia năng lượng mặt trời từ các ngành khác nhau hợp tác để thiết kế các hệ thống điện mặt trời. Điều này giúp giảm thiểu sai sót và đảm bảo rằng các hệ thống điện mặt trời đáp ứng tất cả các yêu cầu. III. GIỚI THIỆU HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN Hệ thống năng lượng là một tổ hợp khéo léo giữa các nhà máy điện, lưới điện và lưới nhiệt, mà trong quá trình sản xuất, chúng tạo ra một mạng liên kết chặt chẽ. Trái ngược với đó, hệ thống điện là một phần của hệ thống năng lượng không kết hợp với lưới nhiệt. Nó tập trung vào các bước quan trọng như sản xuất, truyền tải, phân phối và cung cấp điện đến người tiêu dùng, tạo nên một hệ thống linh hoạt và hiệu quả. Hình 3. Hệ thống cung cấp điện Điện năng, một nguồn năng lượng phổ biến và quan trọng đối với cuộc sống, được sản xuất từ những nhà máy và chuyển đến các hộ tiêu thụ. Trong quá trình truyền tải đến người tiêu dùng, việc thiết kế hệ thống cung cấp điện đóng vai trò quan trọng. Trong bối cảnh nền kinh tế đang phát triển mạnh mẽ và xã hội ngày càng nâng cao chất lượng cuộc sống, sự tiêu thụ điện năng ngày càng gia tăng. Do đó, thiết kế cung cấp điện trở nên không thể thiếu trong thời đại hiện nay. Quá trình thiết kế cung cấp điện đặt ra những yêu cầu quan trọng sau đây: 1. Độ tin cậy cấp điện: Mức độ tin cậy của hệ thống cung cấp điện phụ thuộc vào yêu cầu về tải. Đối với các công trình quan trọng ở cấp quốc gia, việc đảm bảo cung cấp điện liên tục ở mức cao nhất là hết sức quan trọng. Đối với những đối tượng như nhà máy, xí nghiệp, và các tòa nhà cao tầng, việc sử dụng máy phát điện dự phòng khi mất điện là một giải pháp hiệu quả. 2. Chất lượng điện: Chất lượng điện được đánh giá thông qua tần số và điện áp. Điện áp trung bình và hạ chỉ được chấp nhận với mức độ độ méo khoảng 5%, theo các tiêu chuẩn thiết kế, còn tiêu chí tần số phải tuân thủ theo quy định của cơ quan điện lực quốc gia. 3. An toàn điện: Các công trình cấp điện phải đảm bảo mức độ an toàn cao cho người vận hành, người sử dụng thiết bị, và toàn bộ công trình. 4. Khía cạnh kinh tế: Trong quá trình thiết kế, việc đưa ra nhiều phương án và sau đó lựa chọn trong số chúng dựa trên hiệu quả kinh tế là cực kỳ quan trọng. Điều này đòi hỏi sự cân nhắc kỹ lưỡng và lựa chọn những phương án mang lại hiệu suất kinh tế cao nhất. CHƯƠNG 2 : DÙNG HELIOSCOP THIẾT KẾ HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN MẶT TRỜI 68kW I. TỔNG QUAN 1.1 KHẢO SÁT KHU VỰC LẮP ĐẶT HỆ THỐNG ĐIỆN MẶT TRỜI Vị trí đặt pin năng lượng mặt trời là một yếu tố quan trọng quyết định hiệu suất của hệ thống năng lượng mặt trời. Dưới đây là một số yếu tố quan trọng cần xem xét khi xác định vị trí đặt pin năng lượng mặt trời: 1. Hướng và Góc Nghiêng của Bề Mặt Pin: • Pin năng lượng mặt trời nên được đặt hướng về phía mặt trời để tối ưu hóa lượng năng lượng nhận được. Ở nơi cận xích độ bắc, hướng tốt nhất là về phía nam, trong khi ở nơi cận xích độ nam, hướng tốt nhất là về phía bắc. • Góc nghiêng của bề mặt pin cũng quan trọng để tối ưu hóa thu nhận ánh sáng mặt trời. Góc nghiêng này thường được đặt góc bằng với độ nghiêng của khu vực đó so với đường xích đạo. 2. Che Phủ Bóng Cây và Các Cấu Trúc Khác: • Tránh che phủ bởi cây cỏ, cây cối, và các cấu trúc khác có thể giảm hiệu suất của pin năng lượng mặt trời. Đặt pin ở vị trí mà không có che phủ vào thời điểm hoạt động quan trọng nhất trong ngày. 3. Khí Hậu Địa Phương: • Khí hậu của khu vực sẽ ảnh hưởng đến hiệu suất của hệ thống năng lượng mặt trời. Nếu khu vực có nhiều mặt trời, đặt pin ở các vị trí có ánh sáng mặt trời nhiều nhất. 4. Độ Động Đất: • Kiểm tra độ động đất của khu vực để đảm bảo rằng cơ sở hạ tầng là đủ chắc chắn để hỗ trợ hệ thống năng lượng mặt trời mà không gặp vấn đề về an toàn. 5. Luật Pháp và Quy Định Địa Phương: • Kiểm tra luật pháp và quy định địa phương liên quan đến cài đặt pin năng lượng mặt trời để đảm bảo tuân thủ các quy định về xây dựng và môi trường. • Trước khi quyết định vị trí cụ thể, bạn cũng nên tham khảo ý kiến của chuyên gia cài đặt hệ thống năng lượng mặt trời để đảm bảo rằng bạn đang tận dụng tối đa tiềm năng năng lượng của khu vực của mình. 1.2. VỊ TRÍ CỦA ĐỐI TƯỢNG THIẾT KẾ Đối tượng thiết kế là toà thi đấu Đại học Vinh Cơ sở 1: 182 Lê Duẩn, TP. Vinh, Nghệ An. Hình 5. Tòa nhà A3, Đại Học Vinh • Loại dự án: Thiết kế hệ thống cung điện mặt trời 68kw 1.3. MỤC TIÊU HƯỚNG TỚI CỦA ĐỐI TƯỢNG THIẾT KẾ Để đạt hiệu suất tối đa từ hệ thống năng lượng mặt trời, sự quan tâm đặc biệt và sự tinh tế trong quá trình lựa chọn và thiết kế là không thể thiếu. Việc khai thác mọi tia sáng mặt trời và chuyển đổi chúng thành năng lượng điện đòi hỏi sự chăm chỉ và hiểu biết sâu sắc. Tại trung tâm của quá trình này, việc chọn lựa tấm pin mặt trời với hiệu suất cao đóng vai trò quan trọng. Điều này còn kết hợp với việc điều chỉnh góc nghiêng của chúng để tối ưu hóa việc thu nhận ánh sáng một cách linh hoạt và chính xác. Sự sáng tạo không chỉ dừng lại ở đây, mà còn được thể hiện thông qua việc sử dụng các bộ biến tần thông minh, giúp chuyển đổi năng lượng với hiệu quả cao. Để đảm bảo độ tin cậy của hệ thống trong thời gian dài, không chỉ có sự chú ý đến chất lượng linh kiện mà còn đến quá trình lắp đặt. Sự ổn định và đáng tin cậy được xây dựng từ sự sáng tạo trong cả lựa chọn và sắp xếp chi tiết, đảm bảo mỗi phần tử hoạt động với hiệu suất cao. Đối diện với áp lực giảm chi phí, việc thiết kế hệ thống năng lượng mặt trời phải được thực hiện một cách linh hoạt và thông minh. Lựa chọn khôn ngoan về linh kiện giá cả hợp lý kết hợp với sự tối ưu hóa thiết kế không chỉ giúp giảm chi phí ban đầu mà còn đảm bảo hệ thống là một đầu tư bền vững, mang lại lợi ích kéo dài qua thời gian. 1.4. ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN Hệ thống được đặt trên mái của Tòa nhà A3 thuộc Đại học Vinh. Từ hình vệ tinh trên Google Map, có thể thấy rõ không có trở ngại đáng kể về mặt địa hình khi triển khai và thi công dự án. Vị trí này không bị che chắn bởi bóng râm từ các tòa nhà lân cận hay cây cối xung quanh, tạo điều kiện lý tưởng cho việc triển khai hiệu quả và ổn định của hệ thống. 1.5. SỐ LIỆU THIẾT KẾ DỰ ÁN Hình 6. Số liệu thiết kế dự án Công suất thiết kế: 60 KW Môđun năng lượng mặt trời: QCELL 285W Số lượng môđun: 188 chiếc Biến tần đầu vào Omnik: 5.0 KW (1 chiếc) Hệ thống giá đỡ: Khung cố định 1.6. THIẾT BỊ CHÍNH CỦA DỰ ÁN 1. Pin năng lượng mặt trời ✓ Q.PLUSG4.3 285W Hình 7. Pin năng lượng mặt trời ✓ Hiệu suất: 17,7% ✓ Bảo hành sản phẩm 10 năm, bảo hành hiệu năng 25 năm ✓ Khả năng chịu áp lực gió 244kgm2 2. INVERTER OMNIK Hình 8. INVERTER OMNIK ✓ Omniksol5kTL2 ✓ Công nghệ Đức, chuyên dùng cho hệ nối lưới 1 pha ✓ Hiệu suất: 97.5 % ✓ Bảo hành sản phẩm 5 năm II. BÁO CÁO SẢN LƯỢNG ĐIỆN VÀ KỸ THUẬT TRONG ỨNG DỤNG HELIOSCOP 2.1 SỐ LIỆU HỆ THỐNG Hình 9. Số liệu hệ thống Trong dự án này, sự chăm chỉ và sáng tạo của Bùi Anh Quân được thể hiện rõ qua Thiết kế đặc trưng. Tính toán chi tiết của Module DC Nameplate cho thấy công suất đáng kể đạt 68.5 kW, đó là nền tảng mạnh mẽ đưa ra khả năng sinh sản năng lượng ấn tượng. Khám phá chi tiết, Inverter AC Nameplate không chỉ là bảng số liệu, mà là khía cạnh quan trọng định hình hiệu quả hoạt động của hệ thống, với công suất 72.2 kW và tỷ lệ tải là 0.95. Cùng với đó, Sản xuất hàng năm đăng ký mức năng lượng 84.68 MWh, là biểu tượng của khả năng sản xuất ổn định trong thời gian dài. Đối với hiệu suất, Tỷ lệ hiệu suất với giá trị 81.1% là thước đo quan trọng đo lường khả năng chuyển đổi năng lượng, trong khi giá trị kWhkWp ở mức 1,236.5 là con số chính xác chỉ ra sản lượng năng lượng cho mỗi kW công suất cài đặt tối đa. Không chỉ dừng lại ở đó, mục Bộ dữ liệu thời tiết không chỉ cung cấp thông tin về TMY, lưới 10km, meteonorm (meteonorm), mà còn là quảng bá về sự hiểu biết sâu rộng về điều kiện môi trường mà hệ thống đang đối mặt. Những số liệu không chỉ là dữ liệu khô khan mà còn là câu chuyện về sự kết hợp đồng đội của công nghệ, hiệu suất và môi trường, tạo nên một dự án năng lượng tái tạo đầy động lực và triển vọng. 2.2 SẢN XUẤT ĐIỆN HÀNG THÁNG Hình 10. Sản xuất điện hàng tháng Hình ảnh trình bày một biểu đồ thống kê về sản lượng điện mặt trời hàng tháng tại một địa điểm cụ thể. Biểu đồ này rõ ràng thể hiện sự tăng giảm của sản lượng điện mặt trời qua các tháng trong năm, với đỉnh điểm đạt được vào mùa hè và sự giảm bớt vào mùa đông. Chi tiết về sản lượng điện mặt trời trung bình hàng tháng như sau: Tháng 1: 4.113,4 kWh Tháng 2: 4.073,4 kWh Tháng 3: 5.580,9 kWh Tháng 4: 7.069,7 kWh Tháng 5: 8.154,0 kWh Tháng 6: 7.704,5 kWh Tháng 7: 8.286,5 kWh Tháng 8: 7.791,7 kWh Tháng 9: 6.159,7 kWh Tháng 10: 6.504,9 kWh Tháng 11: 4.891,9 kWh Tháng 12: 3.957,7 kWh Sự gia tăng này có nguyên nhân từ sự tăng cường của bức xạ mặt trời, với đỉnh điểm vào mùa hè và giảm xuống vào mùa đông. Tổng quan, biểu đồ này chứng minh rằng điện mặt trời là nguồn năng lượng tái tạo có khả năng cung cấp lượng điện đáng kể suốt cả năm. Một số điểm quan trọng cần lưu ý thêm: 1. Biểu đồ dựa trên dữ liệu từ một địa điểm cụ thể, và sản lượng điện mặt trời có thể thay đổi tùy thuộc vào lượng bức xạ mặt trời tại từng địa điểm. 2. Biểu đồ không bao gồm thông tin về hiệu suất của hệ thống điện mặt trời, điều này có thể ảnh hưởng đến sản lượng thực tế. 3. Chỉ tập trung vào sản lượng điện mặt trời, biểu đồ không thể thể hiện chi phí đầu tư và vận hành hệ thống, điều này cũng quan trọng trong đánh giá toàn diện về năng lượng. 2.3 CÁC NGUYÊN NHÂN GÂY THẤT THOÁT HỆ THỐNG Hình 11. Các nguyên nhân gây thất thoát hệ thống Hình ảnh này trình bày một biểu đồ tròn minh họa các nguồn tổn thất trong hệ thống điện mặt trời thương mại. Biểu đồ này chi tiết tỷ lệ phần trăm của mỗi nguồn gây ra tổn thất năng lượng trong quá trình chuyển đổi từ năng lượng mặt trời thành điện năng. Tỷ lệ phần trăm các nguồn tổn thất hệ thống được biểu diễn như sau: AC hệ thống: 0,5% Màu: 0,7% Biến tần: 2,3% Phản xạ: 3,4% Cắt tỉa: 0,0% Dây dẫn: 0,2% Không phù hợp: 3,0% Bẩn: 2,0% Bức xạ: 0,9% Nhiệt độ: 7,6% Tổng tỷ lệ phần trăm của các nguồn tổn thất hệ thống là 21,2%, đồng nghĩa với việc chỉ có 78,8% năng lượng mặt trời thu được được chuyển đổi thành điện năng sử dụng được. Các yếu tố chính gây tổn thất hệ thống là nhiệt độ và bụi bẩn. Nhiệt độ có thể giảm hiệu suất của tấm pin mặt trời, trong khi bụi bẩn làm giảm ánh sáng mặt trời chiếu vào chúng. Ngoài ra, các yếu tố gây tổn thất khác bao gồm: Màu: Lắp đặt tấm pin mặt trời trong khu vực có bóng râm giảm lượng ánh sáng và do đó giảm hiệu suất. Biến tần: Sự lỗi hoặc hiệu suất kém của biến tần dẫn đến tổn thất năng lượng. Phản xạ: Bề mặt phản xạ, như nước hoặc kính, có thể giảm ánh sáng mặt trời chiếu vào tấm pin mặt trời. Cắt tỉa: Cây cỏ hoặc vật thể có thể che khuất tấm pin mặt trời, làm giảm ánh sáng mặt trời chiếu vào chúng. Dây dẫn: Dây dẫn có thể tạo ra tổn thất điện năng do điện trở. Không phù hợp: Lắp đặt tấm pin mặt trời không đúng cách có thể làm giảm hiệu suất. Chủ sở hữu hệ thống điện mặt trời có thể giảm tổn thất bằng cách: Bảo quản sạch sẽ tấm pin mặt trời: Lau chùi đều để loại bỏ bụi và mảnh vụn. Lắp đặt tấm pin mặt trời ở vị trí đầy ánh sáng: Tránh bóng râm khi lắp đặt. Sử dụng biến tần hiệu quả: Lựa chọn biến tần hiệu suất cao và phù hợp. Loại bỏ nguồn phản xạ: Giảm thiểu hoặc loại bỏ bề mặt phản xạ xung quanh tấm pin mặt trời. Cắt tỉa cây và vật thể che khuất: Đảm bảo không có cản trở ánh sáng mặt trời chiếu vào tấm pin. Sử dụng dây dẫn hiệu suất cao: Giảm tổn thất điện trở. Lắp đặt bởi nhà thầu uy tín: Chọn nhà thầu có kinh nghiệm để lắp đặt hệ thống một cách hiệu quả và giảm tổn thất. kiệm năng lượng mà còn giảm chi phí liên quan đến vận hành và bảo dưỡng. 2.4 SẢN XUẤT HÀNG NĂM Hình 12. Sản xuất hàng năm Bức tranh về sản xuất hàng năm của hệ thống năng lượng mặt trời được thể hiện qua một màn hình báo cáo số liệu, tạo nên một tình cảm của sự hiệu quả và chăm chỉ. Dưới đây là bản trình bày có thể được coi là một phiên bản nâng cao về cách diễn đạt thông tin: Màn hình hiển thị trên đây là kết quả chi tiết của một năm hoạt động đầy tích cực của hệ thống năng lượng mặt trời, nơi mà con số và phần trăm kể lên một câu chuyện về sự hiệu quả và sự tiến bộ. Bức xạ mặt trời theo phương ngang hàng năm là một con số ấn tượng: 1.504,2 kWhm². Tuy nhiên, điều khiến nó trở nên thú vị hơn là bức xạ mặt trời chiếu tới (POA) với 1.525,6 kWhm², tăng 1,4%, thậm chí vượt qua bức xạ mặt trời theo phương ngang. Điều này là một minh chứng rõ ràng cho sự tối ưu hóa hiệu suất. Nhưng đó không phải là tất cả, hệ thống không chỉ chịu ảnh hưởng tích cực từ các yếu tố tự nhiên mà còn biết cách ứng phó với thách thức. Bức xạ mặt trời sau khi phản xạ và sau khi bám bụi giảm tương ứng là 3,4% và 2,0%, nhưng tổng bức xạ mặt trời tới bộ thu nhiệt không đổi. Điều này chỉ ra rằng hệ thống đã được thiết kế để tự làm sạch và duy trì hiệu suất mà không cần nhiều can thiệp. Qua các giai đoạn chuyển đổi, từ công suất định mức đến công suất đầu ra của bộ biến tần, chúng ta thấy một hình ảnh rõ ràng về sự mạnh mẽ và ổn định của hệ thống. Dù có sự giảm nhẹ trong một số chỉ số, nhưng công suất đầu ra tăng nhẹ và năng lượng đến lưới điện giữ ổn định, chỉ giảm 0,5%. Tổng cảnh này không chỉ là một cuộc hòa nhập với môi trường, mà còn là một bài học quý giá về cách các yếu tố như lượng bức xạ mặt trời, nhiệt độ tế bào quang điện, và loại tấm pin được sử dụng có thể ảnh hưởng đến hiệu suất. Điều này làm nổi bật tầm quan trọng của việc xem xét và tối ưu hóa từng chi tiết khi xây dựng và vận hành hệ thống năng lượng mặt trời. 2.5 KHUNG NỐI DÂY VÀ PHÂN ĐOẠN Hình 13. Khung nối dây và phân đoạn Bảng dữ liệu về kích thước dây và chiến lược dây. Bảng được chia thành hai phần: các vùng dây và các phân đoạn trường. Các vùng dây là các khu vực trong hệ thống điện mặt trời nơi dây được lắp đặt. Bảng liệt kê hai kích thước dây được sử dụng trong hệ thống này: 520 và 735. Chiến lược dây là cách thức mà dây được lắp đặt trong vùng. Trong trường hợp này, dây được lắp đặt dọc theo giá đỡ. Các phân đoạn trường là các khu vực trong hệ thống điện mặt trời nơi các môđun quang điện được lắp đặt. Bảng liệt kê thông tin về một phân đoạn trường duy nhất, được gọi là Field Segment 1. Thông tin về phân đoạn trường bao gồm: • Rack: Loại giá đỡ được sử dụng để lắp đặt môđun. Trong trường hợp này, giá đỡ là loại cố định. • Orientation: Hướng của giá đỡ. Trong trường hợp này, giá đỡ được đặt theo chiều ngang. • Tilt: Góc nghiêng của giá đỡ. Trong trường hợp này, giá đỡ được nghiêng 10 độ. • Azimuth: Hướng của giá đỡ về phía mặt trời. Trong trường hợp này, giá đỡ được đặt hướng 180 độ. • Intrarow Spacing: Khoảng cách giữa các hàng môđun. Trong trường hợp này, khoảng cách là 2 feet. • Frame Size: Kích thước khung của môđun. Trong trường hợp này, kích thước khung là 1x1. • Frames: Số lượng khung trong phân đoạn trường. Trong trường hợp này, có 188 khung. • Modules: Số lượng môđun trong phân đoạn trường. Trong trường hợp này, có 214 môđun. • Power: Công suất của phân đoạn trường. Trong trường hợp này, công suất là 60,2 kW. Tổng cộng, hệ thống điện mặt trời này có 188 khung, mỗi khung có 1 môđun. Điều này mang lại tổng số 188 môđun trong hệ thống. Các môđun được đặt trên giá đỡ cố định, nghiêng 10 độ và hướng 180 độ về phía mặt trời. Khoảng cách giữa các hàng môđun là 2 feet. Công suất của hệ thống là 68,5 kW. CHƯƠNG 3: KẾT LUẬN Trong đồ án này, chúng tôi đã thực hiện nghiên cứu và thiết kế hệ thống năng lượng mặt trời sử dụng ứng dụng Helioscope. Đây là một công cụ mạnh mẽ giúp chúng ta đánh giá và tối ưu hóa hiệu suất của các hệ thống này thông qua việc phân tích dữ liệu và mô phỏng vị trí, góc nghiêng, và hiệu suất của các tấm pin mặt trời. Qua quá trình nghiên cứu và thiết kế, chúng tôi đã nhận thức được sự quan trọng của việc sử dụng công nghệ hiện đại để tối ưu hóa khả năng thu năng lượng từ nguồn ánh sáng mặt trời. Helioscope không chỉ giúp chúng tôi xác định vị trí lý tưởng cho các bảng pin mặt trời mà còn cung cấp dữ liệu chi tiết về sản lượng dự kiến và hiệu suất hệ thống. Hệ thống năng lượng mặt trời đã và đang chứng minh vai trò quan trọng trong việc chuyển đổi sang nguồn năng lượng sạch và bền vững. Sử dụng Helioscope không chỉ giúp chúng tôi xây dựng các hệ thống hiệu quả mà còn giảm thiểu rủi ro và chi phí trong quá trình triển khai. Tuy nhiên, chúng tôi nhận thức được rằng công nghệ không phải là giải pháp hoàn hảo và có những thách thức riêng, chẳng hạn như chi phí đầu tư ban đầu và yếu tố thời tiết. Đối mặt với những thách thức này, chúng tôi khuyến khích sự hỗ trợ từ chính phủ và các tổ chức để thúc đẩy sự phát triển của ngành công nghiệp năng lượng mặt trời. Tổng cộng, qua đồ án này, chúng tôi đã có cái nhìn sâu sắc về quy trình thiết kế và ứng dụng Helioscope trong xây dựng hệ thống năng lượng mặt trời. Hy vọng rằng nghiên cứu của chúng tôi có thể đóng góp vào sự phát triển bền vững và hiệu quả của ngành công nghiệp năng lượng mặt trời trong tương lai. TÀI LIỆU THAM KHẢO 1 Asian Development Bank (2014). Handbook for rooftop solar development in Asia. 2 PVsyst. Gridconnected V7 tutorial. 3 Huawei. Huawei Inverter SUN200033KTLAPF. 4 CanadianSolar. Hiku CS3W 440P. 5 Cục thông tin khoa học công nghệ quốc gia. Kỷ nguyên đang đến của năng lượng tái tạo. 6 Đặng Đình Thống. “Pin Mặt Trời và ứng dụng. NXB Khoa học Kỹ thuật, 2005. TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM VIỆN KỸ THUẬT VÀ CÔNG NGHỆ Độc lập Tự do Hạnh phúc MỤC TIÊU VÀ NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN MÔN HỌC Họ tên sinh viên: Bùi Anh Quân Ngành: CNKT Điện – Điện tử 1. Mục tiêu đồ án: Hoàn thành được đề tài được giao theo đúng yêu cầu và thời gian quy định. Qua đó có thể hiểu biết thêm về các linh kiện cũng như ứng dụng của chúng vài thực tế. 2. Nhiệm vụ: Thiết kế hệ thống điện cung cấp điện 68kW bằng ứng dụng HELOSCOPE 3. Ngày giao đồ án: 12122023 4. Ngày hoàn thành đồ án: 1212024 5. Người hướng dẫn:Ts. Nguyễn Tiến Dũng Nghệ An, ngày 9 tháng 1 năm 2024 NGƯỜI HƯỚNG DẪN LỜI NÓI ĐẦU Trong bối cảnh ngày càng nhiều doanh nghiệp và tổ chức chuyển đổi sang sử dụng nguồn điện tái tạo để giảm tác động tiêu cực đến môi trường, việc thiết kế hệ thống điện hiệu quả và bền vững trở nên quan trọng hơn bao giờ hết. Đồng thời, việc sử dụng các công nghệ thông tin và ứng dụng để quản lý và tối ưu hóa hệ thống trở thành một xu hướng quan trọng trong lĩnh vực này. Chính vì vậy, đồ án này tập trung vào việc thiết kế một hệ thống điện cung cấp 68kW sử dụng nguồn điện tái tạo, với sự hỗ trợ của ứng dụng HELOSCOPE. HELOSCOPE không chỉ là một công cụ quản lý hiệu suất năng lượng mà còn đặt ra những thách thức và cơ hội mới trong việc tối ưu hóa sử dụng năng lượng và giảm thiểu lãng phí. Dự án này không chỉ đề xuất một giải pháp kỹ thuật hiện đại mà còn đặt vào tầm ngắm các vấn đề liên quan đến bảo vệ môi trường và tạo ra giá trị cho doanh nghiệp. Bằng cách tích hợp nguồn điện tái tạo và sử dụng ứng dụng thông minh, em hy vọng giúp doanh nghiệp tối ưu hóa chi phí năng lượng và đồng thời đóng góp tích cực vào mục tiêu chung của cộng đồng xã hội. Em xin chân thành cảm ơn sự hỗ trợ và đóng góp từ các chuyên gia, giáo viên, và đồng đội trong quá trình thực hiện dự án này. Hy vọng rằng kết quả của dự án sẽ mang lại giá trị thực tế và góp phần nhỏ vào hành trình chuyển đổi năng lượng và bảo vệ môi trường. MỤC LỤC Trang MỤC TIÊU VÀ NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN MÔN HỌC 1 LỜI NÓI ĐẦU 2 MỤC LỤC 3 DANH SÁCH HÌNH VẼ 5 CHƯƠNG 1 : GIỚI THIỆU CHUNG 6 I. GIỚI THIỆU PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI 6 1.1 TỔNG QUAN 6 1.2 KHÁI NIỆM 7 1.3. CẤU TẠO, NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG PIN MẶT TRỜI 7 II. GIỚI THIỆU PHẦN MỀN HELIOSCOPE 13 2.1 TỔNG QUAN 13 2.2. HỖ TRỢ NHIỀU LOẠI ỨNG DỤNG 14 III. GIỚI THIỆU HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN 15 CHƯƠNG 2 : DÙNG HELIOSCOP THIẾT KẾ HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN MẶT TRỜI 68kW 17 I. TỔNG QUAN 17 1.1 KHẢO SÁT KHU VỰC LẮP ĐẶT HỆ THỐNG ĐIỆN MẶT TRỜI 17 1.2. VỊ TRÍ CỦA ĐỐI TƯỢNG THIẾT KẾ 18 1.3. MỤC TIÊU HƯỚNG TỚI CỦA ĐỐI TƯỢNG THIẾT KẾ 19 1.4. ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN 19 1.5. SỐ LIỆU THIẾT KẾ DỰ ÁN 19 1.6. THIẾT BỊ CHÍNH CỦA DỰ ÁN 20 II. BÁO CÁO SẢN LƯỢNG ĐIỆN VÀ KỸ THUẬT TRONG ỨNG DỤNG HELIOSCOP 21 2.1 SỐ LIỆU HỆ THỐNG 21 2.2 SẢN XUẤT ĐIỆN HÀNG THÁNG 23 2.3 CÁC NGUYÊN NHÂN GÂY THẤT THOÁT HỆ THỐNG 25 2.4 SẢN XUẤT HÀNG NĂM 27 2.5 KHUNG NỐI DÂY VÀ PHÂN ĐOẠN 29 CHƯƠNG 3: KẾT LUẬN 31 TÀI LIỆU THAM KHẢO 32 DANH SÁCH HÌNH VẼ Hình 1. Cấu tạo, nguyên lý hoạt động pin năng lượng mặt trời 7 Hình 2. Ngôi nhà pin năng lượng mặt trời 12 Hình 3. Hệ thống cung cấp điện 15 Hình 5. Tòa nhà A3, Đại Học Vinh 18 Hình 6. Số liệu thiết kế dự án 20 Hình 7. Pin năng lượng mặt trời 21 Hình 8. INVERTER OMNIK 21 Hình 9. Số liệu hệ thống 22 Hình 10. Sản xuất điện hàng tháng 23 Hình 11. Các nguyên nhân gây thất thoát hệ thống 25 Hình 12. Sản xuất hàng năm 27 Hình 13. Khung nối dây và phân đoạn 29 CHƯƠNG 1 : GIỚI THIỆU CHUNG I. GIỚI THIỆU PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI 1.1 TỔNG QUAN Cùng với những yêu cầu phát triển bền vững thì nguồn năng lượng cũng bị cạn kiệt dần. Hằng năm, toàn thế giới tiêu thụ gần như 90% lượng hóa thạch (than đá, dầu mỏ và khí tự nhiên). Trong khi đó, chúng lại gây ô nhiễm môi trường, ảnh hưởng đến Trái Đất. Thêm vào đó, năng lượng hạt nhân cũng không sử dụng được nhiều nữa, một phần là do cạn kiệt, mặt khác là do tính không an toàn sau khi xảy ra những sự cố phóng xạ ở Nhật Bản hay Liên Xô. Năng lượng thủy điện cũng lên xuống thất thường do biến đổi khí hậu. Chính vì vậy, khả năng cung cấp nước cho các công trình thủy điện cũng rất hạn chế. Điều này gây nên nhiều bất lợi cho cuộc sống hàng ngày. Mục tiêu các nhà khoa học hướng đến trong thời điểm hiện tại và tương lai là nguồn năng lượng tự nhiên như năng lượng gió, năng lượng mặt trời,... Năng lượng mặt trời là nguồn năng lượng tái tạo được lựa chọn. Nguồn năng lượng mặt trời là nguồn năng lượng tái tạo vô tận với trữ lượng lớn, ở Việt Nam năng lượng mặt trời luôn có sẵn quanh năm, ổn định, thân thiện với môi trường, hoàn toàn miễn phí và phân bố rộng rãi trên các vùng miền khác nhau của đất nước. Gần đây, hệ thống pin quang điện đã được công nhận và sử dụng rộng rãi, đi đầu trong các ứng dụng về điện năng. Pin năng lượng mặt trời tạo ra dòng điện trực tiếp không ảnh hưởng đến môi trường và ô nhiễm khi tiếp xúc với bức xạ mặt trời. Bên cạnh đó,pin quang điện là một thiết bị bán dẫn, không có bộ phận chuyển động, điều đó giúp hệ thống ít chi phí hoạt động và bảo trì. Các đặc tính đầu ra của mô đun quang điện phụ thuộc vào bức xạ mặt trời, nhiệt độ và điện áp ra của tế bào quang điện. Các mô hình toán học pin mặt trời được sử dụng trong mô phỏng máy tính đã được xây dựng và nghiên cứu rất nhiều trong và ngoài nước. Hầu như tất cả các mô hình quang điện phát triển đều mô tả các đặc tính đầu ra chủ yếu bị ảnh hưởng bởi bức xạ mặt trời, nhiệt độ hoạt động của pin mặt trời và điện áp tải. 1.2 KHÁI NIỆM Pin năng mặt trời hay pin quang điện (Solar panel) bao gồm nhiều tế bào quang điện (solar cells) là phần tử bán dẫn có chứa trên bề mặt một số lượng lớn các cảm biến ánh sáng là điốt quang, thực hiện biến đổi năng lượng ánh sáng thành năng lượng điện. Cường độ dòng điện, hiệu điện thế hoặc điện trở của pin mặt trời thay đổi phụ thuộc bởi lượng ánh sáng chiếu lên chúng. Tế bào quang điện được ghép lại thành khối để trở thành pin mặt trời (thông thường 60 hoặc 72 tế bào quang điện trên một tấm pin mặt trời). Tế bào quang điện có khả năng hoạt động dưới ánh sáng mặt trời hoặc ánh sáng nhân tạo. Chúng có thể được dùng như cảm biến ánh sáng (ví dụ cảm biến hồng ngoại), hoặc các phát xạ điện từ gần ngưỡng ánh sáng nhìn thấy hoặc đo cường độ ánh sáng. 1.3. CẤU TẠO, NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG PIN MẶT TRỜI Hình 1. Cấu tạo, nguyên lý hoạt động pin năng lượng mặt trời a) Cấu tạo Gồm ba thành phần chính : • Mặt ghép bán dẫn p – n: sử dụng tinh thể Silic, đây là thành phần chính của pin và lớp n thường mỏng để ánh sáng có thể chiếu tới lớp tiếp xúc pn. • Điện cực: là thành phần dẫn điện ra phụ tải, vật liệu làm điện cực vừa phải có độ dẫn tốt vừa phải bám dính tốt vào chất bán dẫn. • Lớp chống phản quang: nếu sự phản xạ ánh sáng càng nhiều sẽ làm cho hiệu suất của pin giảm. Vì vậy phải phủ một lớp chống phản quang. b) Nguyên lý hoạt động Một tế bào quang điện sử dụng 2 lớp silicon khác nhau, 1 lớp silicon loại N là vật liệu bán dẫn có mật độ electron lớn hơn mật độ lỗ trống. Do đó, trong bán dẫn loại N, electron tự do được gọi là hạt dẫn đa số. Lớp silicon còn lại loại P là vật liệu bán dẫn có mật độ lỗ trống lớn hơn electron tự do. Do đó, trong bán dẫn loại P, lỗ trống sẽ là hạt dẫn đa số. Nếu 2 vật liệu bán dẫn này được tiếp xúc với nhau, một số electron từ bên N sẽ di chuyển qua vùng P và lấp đầy các lỗ trống có sẵn ở đó. Ngược lại, lỗ trống từ bên P cũng sẽ di chuyển qua vùng N để kết hợp với electron. Bằng cách này, một vùng mà không có các lỗ trống và các electron tự do sẽ được hình thành gọi là vùng chuyển tiếp PN. Kết quả của sự di chuyển electron và lỗ trống như trên, ranh giới phía N sẽ tích điện dương và phía P tích điện âm. Ở trạng thái bình thường, các electron thường được kết dính với các lỗ trống trong vùng chuyển tiếp PN nên nó không thể di chuyển đi xa được. Khi có ánh sáng chiếu vào mang theo những hạt rất nhỏ gọi là hạt photon. Khi hạt photon va chạm lên tế bào quang điện, năng lượng của nó sẽ được truyền đến các electron trong vùng chuyển tiếp PN. Nếu như nguồn năng lượng này đủ mạnh thì nó có thể đánh bật electron ra khỏi liên kết hiện tại, sau đó điện trường trong vùng chuyển tiếp PN sẽ đẩy các electron và lỗ trống ra khỏi vùng này. Khi đó nếu chúng ta kết nối chúng với tải sẽ tạo ra dòng điện liên tục. Mỗi tế bào quang điện có thể tạo ra điện áp 0,5V, vì vậy chúng cần được nối lại với nhau thành các modunđể có thể tăng thêm sức mạnh đủ để sử dụng cho các thiết bị điện. c) Phân loại Cho tới nay thì vật liệu chủ yếu cho pin mặt trời là các silic tỉnh thể và được chia thành 3 loại chính: • Một tỉnh thể hay đơn tinh thể module sản xuất dựa trên quá trình Czochralski. Đơn tinh thể loại này có hiệu suất tới 16%. Chúng thường rất mắc tiền do được cắt từ các thỏi hình ống, các tấm đơn thể này có các mặt trống ở góc nối các module. • Đa tinh thể làm từ các thỏi đúc đúc từ silic nung chảy cẩn thận được làm nguội và làm rắn. Các pin này thường rẻ hơn các đơn tinh thể, tuy nhiên hiệu suất kém hơn. Tuy 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 tạo từ các miếng phim mỏng từ silic nóng chảy và có cấu trúc đa tinh thể, Loại này thường có hiệu suất thấp nhất, tuy nhiên loại này rẻ nhất trong các loại vì không cần phải cắt từ thỏi silicon. Các công nghệ trên là sản suất tấm, nói cách khác, các loại trên có độ dày 300 µm tạo thành và xếp lại để tạo nên module. 1.3.1. Hiệu suất của pin mặt trời Hiệu suất pin mặt trời là tỉ số giữa năng lượng điện từ và năng lượng ánh sáng mặt trời. Dùng phương pháp đo lượng ánh sáng mặt trời mà hệ thống pin năng lượng mặt trời có thể chuyển đổi thành điện năng thực tế. Kết quả xác định là hiệu quả của tấm pin năng lượng mặt trời và luôn được đo bằng tỉ lệ phần trăm. Có rất nhiều yếu tố có thể ảnh hưởng đến hiệu suất pin mặt trời như vật liệu cấu tạo pin, vị trí và hướng lắp đặt, điều kiện khí hậu... Hầu hết các hệ thống năng lượng mặt trời dành cho thương mại hiện nay chỉ đang hoạt động với hiệu suất từ 15% tới 23%. Mặc dù còn nhiều hạn chế nhưng thực sự năng lượng mặt trời có thể cung cấp năng lượng cho toàn thế giới với những công nghệ ngày càng hiện đại hơn. 1.3.2. Ưu nhược điểm của hệ thống pin mặt trời . Ưu điểm: • Lắp đặt, vận hành đơn giản, dễ dàng. Gần như không cần phải bảo trì, bảo dưỡng. • Không cần nhiên liệu, không gây ô nhiễm môi trường (không khí thải, không tiếng ồn, không chuyển động ...) • Ứng dụng được mọi nơi, đặc biệt là vùng sâu, vùng xa, hải đảo... những nơi mà lưới điện quốc gia chưa vươn tới. • Hoạt động tin cậy, lâu dài (trừ ắc quy phải thay định kỳ). Nhược điểm • Chi phí đầu tư ban đầu cao. • Phải chăm sóc và thay ắc quy. • Hệ thống không thể hoạt động liên tục được, nó chỉ hoạt động khi có ánh sáng mặt trời chiếu vào những tấm pin. 1.3.3. Ứng dụng của pin mặt trời Hệ thống pin năng lượng mặt trời đã và đang được ứng dụng khá nhiều lĩnh vực khác nhau trong cuộc sống của chúng ta. Dưới đây là 4 ứng dụng cơ bản của hệ thống này: a) Tích hợp vào thiết bị Từ chiếc đồng hồ đeo tay nhỏ bé trên bàn tay bé xinh, chiếc điện thoại nhỏ nhắn được dắt trong túi quần cho đến những chiếc xe điện mặt trời chạy trên mặt đất hay những chú robot trên sao Hỏa... Sự tích hợp của pin năng lượng mặt trời mang lại một sự khác biệt cho các thiết bị: Vừa mang lại tính thâm mỹ, vừa đảm bảo tính tiện dụng và thân thiện với môi trường. Pin mặt trời thường được tích hợp vào những thiết bị như máy tính bỏ túi, laptop, đồng hồ đeo tay, các loại xe, máy bay, robot tự hành, điện thoại di động, đèn trang trí, đèn sân vườn, đèn tín hiệu, đèn đường, vệ tinh nhân tạo. b) Nguồn điện di động Nguồn điện này sẽ cung cấp điện cho các thiết bị điện tại bất kì nơi đâu. Đặc biệt những mơi không có nguồn điện lưới như vùng sâu vùng xa, hải đảo, trên biển ... Các ứng dụng nguồn điện di động phải kể tới bộ sạc năng lượng mặt trời, cặp năng lượng mặt trời, áo năng lượng mặt trời, trạm điện năng lượng mặt trời di động. c) Nguồn điện cho tòa nhà Nguồn điện cho tòa nhà là một trong những giải pháp vừa giúp giảm hóa đơn tiền điện hàng tháng, vừa giúp giảm đầu tư của xã hội cho các công trình nhà máy điện khổng lồ bằng cách kết hợp sức mạnh của toàn dân trong việc tạo ra điện phục vụ đời sống sản xuất chung. Nguồn điện cho tòa nhà được chia thành 2 loại đó là nguồn điện mặt trời cục bộ và nguồn điện mặt trời hòa lưới điện quốc gia. Riêng nguồn điện mặt trời hòa lưới điện quốc gia có nhiều ưu điểm và mang lại lợi ích kinh tế cao. Sử dụng nguồn điện mặt trời trong gia đình vừa giúp bảo vệ môi trường, vừa thể hiện phong cách sống hiện đại. Hình 2. Ngôi nhà pin năng lượng mặt trời II. GIỚI THIỆU PHẦN MỀN HELIOSCOPE 2.1 TỔNG QUAN Phần mềm HelioScope là một công cụ mô phỏng năng lượng mặt trời được phát triển bởi Folsom Labs. Phần mềm này cho phép các chuyên gia năng lượng mặt trời thiết kế và tối ưu hóa các hệ thống điện mặt trời một cách nhanh chóng và dễ dàng. HelioScope sử dụng các thuật toán mô phỏng tiên tiến để tính toán lượng năng lượng mặt trời mà một hệ thống điện mặt trời có thể tạo ra. Phần mềm này cũng cho phép người dùng xem trước hệ thống điện mặt trời trong thế giới thực bằng cách sử dụng công nghệ thực tế ảo (VR). HelioScope có thể được sử dụng để thiết kế các hệ thống điện mặt trời cho nhiều loại ứng dụng khác nhau, bao gồm: • Hệ thống điện mặt trời áp mái • Hệ thống điện mặt trời mặt đất • Hệ thống điện mặt trời công nghiệp • Hệ thống điện mặt trời thương mại Phần mềm này có thể được sử dụng bởi các chuyên gia năng lượng mặt trời ở mọi cấp độ kinh nghiệm. HelioScope cung cấp một giao diện trực quan và dễ sử dụng, ngay cả đối với những người mới bắt đầu. Dưới đây là một số tính năng chính của phần mềm HelioScope: • Mô phỏng năng lượng mặt trời chính xác • Công nghệ thực tế ảo (VR) • Hỗ trợ nhiều loại ứng dụng • Giao diện trực quan và dễ sử dụng HelioScope là một công cụ thiết kế điện mặt trời mạnh mẽ và linh hoạt. Phần mềm này có thể giúp các chuyên gia năng lượng mặt trời thiết kế và tối ưu hóa các hệ thống điện mặt trời một cách hiệu quả và chính xác. Các tính năng nổi bật của phần mềm HelioScope Mô phỏng năng lượng mặt trời chính xác: HelioScope sử dụng các thuật toán mô phỏng tiên tiến để tính toán lượng năng lượng mặt trời mà một hệ thống điện mặt trời có thể tạo ra. Phần mềm này tính đến các yếu tố như hướng, độ nghiêng, bóng râm, và điều kiện thời tiết. Công nghệ thực tế ảo (VR): HelioScope cho phép người dùng xem trước hệ thống điện mặt trời trong thế giới thực bằng cách sử dụng công nghệ thực tế ảo (VR). Tính năng này giúp các chuyên gia năng lượng mặt trời kiểm tra xem hệ thống điện mặt trời có phù hợp với địa điểm hay không và xác định các vấn đề tiềm ẩn. 2.2. HỖ TRỢ NHIỀU LOẠI ỨNG DỤNG HelioScope có thể được sử dụng để thiết kế các hệ thống điện mặt trời cho nhiều loại ứng dụng khác nhau, bao gồm: • Hệ thống điện mặt trời áp mái • Hệ thống điện mặt trời mặt đất • Hệ thống điện mặt trời công nghiệp • Hệ thống điện mặt trời thương mại Giao diện trực quan và dễ sử dụng: HelioScope cung cấp một giao diện trực quan và dễ sử dụng, ngay cả đối với những người mới bắt đầu. Phần mềm này có các hướng dẫn từng bước giúp người dùng bắt đầu nhanh chóng. Lợi ích của việc sử dụng phần mềm HelioScope Tăng tốc độ thiết kế: HelioScope có thể giúp các chuyên gia năng lượng mặt trời tăng tốc độ thiết kế dự án lên đến 10 lần. Tăng cường chính xác: HelioScope sử dụng các thuật toán mô phỏng tiên tiến để tính toán lượng năng lượng mặt trời mà một hệ thống điện mặt trời có thể tạo ra. Điều này giúp các chuyên gia năng lượng mặt trời thiết kế các hệ thống điện mặt trời hiệu quả hơn. Cải thiện khả năng hợp tác: HelioScope cho phép các chuyên gia năng lượng mặt trời từ các ngành khác nhau hợp tác để thiết kế các hệ thống điện mặt trời. Điều này giúp giảm thiểu sai sót và đảm bảo rằng các hệ thống điện mặt trời đáp ứng tất cả các yêu cầu. III. GIỚI THIỆU HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN Hệ thống năng lượng là một tổ hợp khéo léo giữa các nhà máy điện, lưới điện và lưới nhiệt, mà trong quá trình sản xuất, chúng tạo ra một mạng liên kết chặt chẽ. Trái ngược với đó, hệ thống điện là một phần của hệ thống năng lượng không kết hợp với lưới nhiệt. Nó t

Định dạng
Số trang	39
Dung lượng	1,77 MB