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: Nguyễn Trọng Tùng 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 102kW 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 thời đại công nghiệp 4.0 ngày nay, nhu cầu về nguồn điện sạch, hiệu quả và bền vững ngày càng trở nên quan trọng hơn. Việc thiết kế hệ thống điện cung cấp điện 102kW đòi hỏi sự chú ý đặc biệt đến các yếu tố như hiệu suất, độ tin cậy và tính tiện ích. Trong kịch bản này, chúng tôi trình bày một phương pháp hiện đại và tiên tiến sử dụng ứng dụng HELIOSCOPE để tối ưu hóa quy trình thiết kế và quản lý hệ thống điện. HELIOSCOPE không chỉ là một công cụ mạnh mẽ giúp kỹ sư và nhà quản lý năng lượng tối ưu hóa việc triển khai các nguồn năng lượng tái tạo mà còn giúp giảm chi phí và thời gian triển khai. Trong bối cảnh nguồn điện ngày càng khan hiếm và áp lực về giảm phát thải carbon ngày càng tăng, ứng dụng HELIOSCOPE không chỉ là một công cụ, mà là một người đồng đội đắc lực trong việc xây dựng hệ thống điện hiệu quả và thân thiện với môi trường. Chương này sẽ trình bày chi tiết về quy trình thiết kế hệ thống điện 102kW sử dụng HELIOSCOPE, từ việc phân tích yêu cầu đến tối ưu hóa cấu trúc hệ thống. Chúng tôi sẽ đi sâu vào các tính năng và lợi ích của HELIOSCOPE, đồng thời thảo luận về những thách thức và giải pháp có thể đối mặt trong quá trình triển khai. Hãy cùng bắt đầu hành trình khám phá sự đổi mới và hiệu quả với HELIOSCOPE trong thiết kế hệ thống điện cung cấp điện 102kW. MỤC LỤC Trang MỤC TIÊU VÀ NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN MÔN HỌC 1 LỜI NÓI ĐẦU 2 MỤC LỤC 3 CHƯƠNG 1 : GIỚI THIỆU CHUNG 4 I. GIỚI THIỆU PHẦN MỀN HELIOSCOPE 4 1.1 KHÁI NIỆM 4 1.2 TÍNH NĂNG CỦA PHẦN MỀN HELIOSCOPE 4 1.3. NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI VÀ TIỀM NĂNG PHÁT TRIỂN 5 CHƯƠNG 2 : DÙNG HELIOSCOP THIẾT KẾ HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN MẶT TRỜI 102kW 9 I. TỔNG QUAN 9 1.1 KHẢO SÁT KHU VỰC LẮP ĐẶT HỆ THỐNG ĐIỆN MẶT TRỜI 9 1.2. VỊ TRÍ CỦA ĐỐI TƯỢNG THIẾT KẾ 9 1.3. ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN 10 1.4. SỐ LIỆU THIẾT KẾ DỰ ÁN 11 1.6. THIẾT BỊ CHÍNH CỦA DỰ ÁN 11 II. BÁO CÁO SẢN LƯỢNG ĐIỆN VÀ KỸ THUẬT TRONG ỨNG DỤNG HELIOSCOP 13 2.1 SỐ LIỆU HỆ THỐNG 13 2.2 SẢN XUẤT ĐIỆN HÀNG THÁNG 14 2.3 CÁC NGUYÊN NHÂN GÂY THẤT THOÁT HỆ THỐNG 15 2.4 SẢN XUẤT HÀNG NĂM 16 2.5 KHUNG NỐI DÂY VÀ PHÂN ĐOẠN 17 CHƯƠNG 3: KẾT LUẬN 18 TÀI LIỆU THAM KHẢO 19 CHƯƠNG 1 : GIỚI THIỆU CHUNG I. GIỚI THIỆU PHẦN MỀN HELIOSCOPE 1.1 KHÁI NIỆM Phần mềm Helioscope là một công cụ thiết kế hệ thống điện mặt trời. Nó được phát triển bởi Folsom Labs và nhằm mục đích đơn giản hóa quá trình thiết kế và kỹ thuật của các hệ thống năng lượng mặt trời. Hình 1. Phần mền helioscope 1.2 TÍNH NĂNG CỦA PHẦN MỀN HELIOSCOPE Helioscope cung cấp giao diện người dùng dựa trên web với các công cụ bố trí năng lượng mặt trời và mô phỏng năng lượng. Nó có rất nhiều chức năng rất cần thiết cho bất kỳ ai tham gia vào năng lượng mặt trời. Các tính năng chính của Helioscope bao gồm: Bố trí tấm pin mặt trời Phân tích màu Xuất sơ đồ một sợi Thư viện thành phần 45.000 đối tượng Sửa đổi thiết kế nhanh Tích hợp Google Maps Thiết kế không giới hạn Công cụ vẽ bằng máy tính (CAD) Ước tính sản lượng năng lượng mặt trời Biểu đồ tổn thất năng lượng hệ thống Thiết kế 3D Tính toán sụt áp Chia sẻ bằng một lần nhấp Tích hợp tô bóng SketchUp Lựa chọn dây Tích hợp Meteo NSRDB NREL Hệ thống lên tới 5MW 1.3. NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI VÀ TIỀM NĂNG PHÁT TRIỂN 1.2.1. Khái niệm về năng lượng mặt trời Năng lượng mặt trời thu được trên trái đất là NL của dòng bức xạ điện từ xuất phát từ mặt trời đến trái đất. Chúng ta sẽ tiếp tục nhận được dòng NL này cho đến khi phản ứng hạt nhân trên mặt trời hết nhiên liệu, vào khoảng 5 tỷ năm nữa. Có thể trực tiếp thu lấy NL này thông qua hiệu ứng quang điện, chuyển NL các photon của mặt trời thành điện năng, như trong PMT. NL của các photon cũng có thể được hấp thụ để làm nóng các vật thể, tức là chuyển thành nhiệt năng, sử dụng cho bình đun nước nóng bằng NLMT, hoặc làm sôi nước trong các nhà máy nhiệt điện của tháp mặt trời, hoặc vận động các hệ thống nhiệt của hệ thống lạnh, máy điều hòa... 1.2.2. Sự cần thiết phát triển năng lượng mặt trời Trong quá trình phát triển, các quốc gia luôn đặt vấn đề an toàn NL lên hàng đầu. Cùng với sự phát triển kinh tế, đời sống của người dân ngày càng tăng cao nên nhu cầu sử dụng NL ngày càng tăng. Nguồn NL truyền thống đang sử dụng chủ yếu là dầu mỏ, than đá, khí ga. Nguồn NL hóa thạch này đang được khai thác và sử dụng mạnh mẽ nên đang cạn kiệt dần, dẫn đến mất an ninh NL ở nhiều quốc gia, khu vực và quốc tế, Việc khai thác và sử dụng nhiên liệu hóa thạch quá mức đã phát thải khí nhà kính làm trái đất nóng lên gây ra biến đổi khí hậu đã tác động không nhỏ đến đời sống, môi trường của con người, Sự biến động giá cả của dầu mỏ trên thế giới đã tác động đến giá của nguồn cung NL.NL nguyên tử đem lại công suất lớn, nhưng giá thành đầu tư cao và tiềm tàng nhiều sự cố rò rỉ phóng xạ, nên một số quốc gia không đưa vào ưu tiên lựa chọn phát triển. Vì vậy, việc phát triển khai thác NLTT, đặc biệt là NLMT đang được nhiều nước trên thế giới quan tâm phát triển. 1.2.3. Các ứng dụng của năng lượng mặt trời Ngày nay, con người đã ứng dụng NLMT trong nhiều lĩnh vực như: Chiếu sáng và sinh hoạt: nấu ăn, sưởi ấm, đun bình nóng lạnh, sạc pin, ắc quy cho xe điện, chưng cất nước uống từ nước biển và khử trùng, sấy nông sản – thực phẩm, tín hiệu đèn giao thông, bảng quảng cáo, cung cấp NL cho thuyền, máy bay, sân vận động. Hiện nay, người ta đã sử dụng 2 công nghệ để phát điện đó là: Công nghệ quang điện và Công nghệ hội tụ NLMT. Công nghệ NLMT có 2 hình thức hoạt động: thụ động và chủ động, tùy thuộc vào cách chúng nắm bắt, chuyển đổi và phân phối NLMT. Kỹ thuật NLMT chủ động bao gồm việc sử dụng các tấm pin quang điện và các tấm thu nhiệt để khai thác NL. Còn kỹ thuật NLMT thụ động có thể minh họa bằng việc hướng một tòa nhà về phía 1.2.4. Khái quát về pin NLMT Pin NLMT thường gọi làPMT hay pin quang điện, bao gồm nhiều tế bào quang điện là phần tử bản dẫn có chứa trên bề mặt một số lượng lớn các cảm biển ánh sáng là điốt quang, thực hiện biến đổi NL ánh sáng thành NL điện. Sự chuyển đổi này thực hiện theo hiệu ứng quang điện. Đơn tinh thể mô đun sản xuất dựa trên quá trình Crochralski. Đơn tinh thể loại này có hiệu suất lên tới 16%. Chúng thường rất đắt tiền do được cắt từ các thôi hình ống, các tấm đơn thể này có mặt trống ở góc nối các mô đun . Đa tinh thể làm từ các thỏi đúc – đúc từ silic nung chảy cần thận được làm nguội và làm rắn. Các pin này thường rẻ hơn các pin đơn tỉnh thể, tuy nhiên hiệu suất kém hơn. Nhưng chúng có thể tạo thành các tấm vuông che phủ bề mặt nhiều hơn loại đơn tinh thể bù lại cho hiệu suất thấp của nó. Dây silic tạo từ các tấm phin mỏng từ silic nóng chảy và có cấu trúc đa tinh thể. Loại này thường có hiệu suất thấp nhất, tuy nhiên nó rẻ nhất trong các loại vì không cần phải cắt từ thỏi silicon. Một lớp tiếp xúc bán dẫn pn có khả năng biến đổi trực tiếp NL bức xạ NLMT nhờ hiệu ứng quang điện bên trong gọi là PMT. PMT được sản xuất và ứng dụng phổ biến hiện nay là các PMT được chế tạo từ vật liệu tinh thể bán dẫn Si có hóa trị 4. Tình thể Si tỉnh khiết, để có vật liệu tỉnh thể bản dẫn Si loại n, người ta pha tạp chất donor là photpho có hóa trị 5. Còn vật liệu tinh thể bán dẫn loại p thì tạp chất acceptor được dùng để pha vào Si là Bo có hóa trị 3. Đối với PMT từ tỉnh thể Si, khi bức xạ mặt trời chiếu đến thì hiệu điện thế hở mạch giữa 2 cực khoảng 0,55V và dòng ngắn mạch của nó khi bức xạ mặt trời có cường độ 1000Wm² vào khoảng 25 + 30mAcm². Hiện nay, người ta đã chế tạo PMT bằng Si vô định hình (aSi). So với PMT tinh thể Si thì PMT aSi giá thành rẻ hơn nhưng hiệu suất thấp hơn và kém ổn định. Công nghệ chế tạo PMT gồm nhiều công đoạn khác nhau để cuối cùng ta được mô đun. Hình 2. Qúa trình tạo mô đun pin mặt trời CHƯƠNG 2 : DÙNG HELIOSCOP THIẾT KẾ HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN MẶT TRỜI 102kW I. TỔNG QUAN 1.1 KHẢO SÁT KHU VỰC LẮP ĐẶT HỆ THỐNG ĐIỆN MẶT TRỜI Việc định vị lắp đặt pin năng lượng mặt trời đòi hỏi sự quan tâm đến một số yếu tố quan trọng. Trước hết, trong quá trình chọn vị trí, hướng lắp đặt được ưu tiên chọn là hướng Nam. Điều này là do mặt trời mọc từ phía Đông và lặn về phía Tây, nên hướng Nam sẽ thu nhận ánh sáng mặt trời nhiều nhất trong suốt cả ngày. Đối với góc nghiêng, việc điều chỉnh góc dựa trên vĩ độ địa lý của khu vực lắp đặt là quan trọng. Ví dụ, với vĩ độ từ 8° đến 23° ở Việt Nam, việc đặt góc nghiêng trong khoảng từ 8° đến 23° sẽ tối ưu hóa hiệu suất của pin. Môi trường xung quanh cũng cần được xem xét. Mái nhà nơi pin được lắp đặt phải đủ chắc chắn để chịu trọng lượng của các tấm pin và hệ thống khung đỡ. Đồng thời, cần đảm bảo không có cây cỏ hoặc tòa nhà cao tầng nào che chắn tia sáng mặt trời, giúp pin năng lượng mặt trời tiếp xúc với ánh sáng mặt trời một cách hiệu quả nhất. 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 3. Dãy nhà thi đấu đại học vinh • Loại dự án: Thiết kế hệ thống cung điện mặt trời 102kW 1.3. ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN Vị trí lắp đặt hệ thống là trên mái nhà là Tòa nhà A2 của Đại học Vinh , từ hình ảnh vệ tinh của Google Map không có trở ngại về mặt bằng triển khai và thi công công trình. Không bị che bởi bóng râm từ các tòa nhà và cây cối xung quanh. 1.4. SỐ LIỆU THIẾT KẾ DỰ ÁN Hình 4. Số liệu thiết kế dự án Công suất thiết kế : 102 KW PV Module：QCELL 285W Số lượng module 320 chiếc Biến tần Omnik đầu vào: 5.0 kw ( 1 chiếc) Giá đỡ: Khung cố định 1.6. THIẾT BỊ CHÍNH CỦA DỰ ÁN 1. Pin năng lượng mặt trời ✓ Q.PLUSG4.3 285W Hình 5. 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 6. 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 này hiển thị các thông số hệ thống của một hệ thống điện mặt trời trên mái nhà. Thông tin được hiển thị bao gồm: Tên thiết kế: Nguyễn Trọng Tùng Công suất tấm DC: 102,4 kW Công suất biến tần AC: 96,2 kW Tỷ lệ tải: 1,06 Sản lượng hàng năm: 127,2 MWh Tỷ lệ hiệu suất: 81,4% kWhkWp: 1.242,1 Thông tin này cho thấy hệ thống điện mặt trời này có công suất 102,4 kW và dự kiến sẽ sản xuất 127,2 MWh điện mỗi năm. Tỷ lệ hiệu suất của hệ thống là 81,4%, có nghĩa là hệ thống tạo ra 81,4% năng lượng mặt trời có thể được hấp thụ bởi các tấm pin mặt trời. 2.2 SẢN XUẤT ĐIỆN HÀNG THÁNG Biểu đồ thể hiện sản lượng hàng tháng của một nhà máy sản xuất điện mặt trời. Biểu đồ có trục hoành thể hiện tháng, trục tung thể hiện sản lượng điện (kWh). Nhìn chung, sản lượng điện của nhà máy tăng dần theo tháng, từ mức 7,758 kWh trong tháng 1 lên mức 16,820 kWh trong tháng 7. Tuy nhiên, sản lượng điện giảm dần trong các tháng cuối năm, từ mức 16,820 kWh trong tháng 7 xuống mức 7,533 kWh trong tháng 12. Sản lượng điện tăng dần trong các tháng đầu năm là do thời tiết thuận lợi cho sản xuất điện mặt trời. Trong các tháng này, cường độ bức xạ mặt trời cao, thời gian chiếu sáng dài, giúp các tấm pin mặt trời hấp thụ được nhiều năng lượng. Sản lượng điện giảm dần trong các tháng cuối năm là do thời tiết trở nên lạnh hơn. Trong các tháng này, cường độ bức xạ mặt trời giảm, thời gian chiếu sáng ngắn hơn, khiến các tấm pin mặt trời hấp thụ được ít năng lượng hơn. Ngoài ra, sản lượng điện của nhà máy cũng có thể chịu ảnh hưởng của các yếu tố khác như: Số lượng tấm pin mặt trời lắp đặt trên nhà máy Công suất của các tấm pin mặt trời Hiệu suất của hệ thống điện mặt trời Từ phân tích trên, có thể thấy rằng sản lượng điện của nhà máy sản xuất điện mặt trời phụ thuộc nhiều vào thời tiết. Để đảm bảo sản lượng điện ổn định, nhà máy cần có kế hoạch sản xuất hợp lý, phù hợp với điều kiện thời tiết từng tháng. 2.3 CÁC NGUYÊN NHÂN GÂY THẤT THOÁT HỆ THỐNG 2.4 SẢN XUẤT HÀNG NĂM Dưới đây là một số thông tin chi tiết từ bảng: “Total Collector Irradiance” (Tổng bức xạ thu thập) được đánh dấu với kết quả đầu ra là 1,433.7 kWhm² và % Delta là 0.0%. Trong phần Năng lượng, “Energy to Grid” (Năng lượng đưa vào lưới) được ghi chú với kết quả đầu ra là 127,190.9 kWh và % Delta là 0.5%. Chỉ số Nhiệt độ bao gồm Avg. Operating Ambient Temp (Nhiệt độ môi trường hoạt động trung bình) ở 25.6°C và Avg. Operating Cell Temp (Nhiệt độ tế bào hoạt động trung bình) ở 34.4°C. Chỉ số Mô phỏng cho thấy Operating Hours (Giờ hoạt động) và Solved Hours (Giờ giải quyết) đều là 4653 giờ. 2.5 KHUNG NỐI DÂY VÀ PHÂN ĐOẠN Phần đầu tiên có tiêu đề “Wiring Zones” và chứa các cột cho Description, Combiner Poles, String Size, và Stringing Strategy. Dưới Description: “Wiring Zone”. Dưới Combiner Poles: trống. Dưới String Size: “520”. Dưới Stringing Strategy: “Along Racking”. Phần thứ hai có tiêu đề “Field Segments” và chứa các cột cho Description, Racking, Orientation, Tilt, Azimuth, Interrow Spacing, Frame Size, Frames, Modules và Power. Dưới Description: “Field Segment 1”. Dưới Racking: “Fixed Tilt”. Dưới Orientation: “Landscape (Horizontal)”. Dưới Tilt: “10°”. Dưới Azimuth: “180°”. Interrow Spacing được đưa ra là “2.0 ft”. Frame Size là “1x1”. Frames là “320”. Modules cũng là “320”. Power được liệt kê là “102.4 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 - Hạnh phúc MỤC TIÊU VÀ NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN MÔN HỌC Họ tên sinh viên: Nguyễn Trọng Tùng Ngành: CNKT Điện – Điện tử Mục tiêu đồ án: Hoàn thành đề tài giao theo yêu cầu thời gian quy định Qua hiểu biết thêm linh kiện ứng dụng chúng vài thực tế Nhiệm vụ: Thiết kế hệ thống điện cung cấp điện 102kW ứng dụng HELOSCOPE Ngày giao đồ án: 12/12/2023 Ngày hoàn thành đồ án: 12/1/2024 Người hướng dẫn:Ts Nguyễn Tiến Dũng Nghệ An, ngày tháng năm 2024 NGƯỜI HƯỚNG DẪN LỜI NÓI ĐẦU Trong thời đại công nghiệp 4.0 ngày nay, nhu cầu nguồn điện sạch, hiệu bền vững ngày trở nên quan trọng Việc thiết kế hệ thống điện cung cấp điện 102kW đòi hỏi ý đặc biệt đến yếu tố hiệu suất, độ tin cậy tính tiện ích Trong kịch này, chúng tơi trình bày phương pháp đại tiên tiến sử dụng ứng dụng HELIOSCOPE để tối ưu hóa quy trình thiết kế quản lý hệ thống điện HELIOSCOPE không công cụ mạnh mẽ giúp kỹ sư nhà quản lý lượng tối ưu hóa việc triển khai nguồn lượng tái tạo mà cịn giúp giảm chi phí thời gian triển khai Trong bối cảnh nguồn điện ngày khan áp lực giảm phát thải carbon ngày tăng, ứng dụng HELIOSCOPE không công cụ, mà người đồng đội đắc lực việc xây dựng hệ thống điện hiệu thân thiện với mơi trường Chương trình bày chi tiết quy trình thiết kế hệ thống điện 102kW sử dụng HELIOSCOPE, từ việc phân tích yêu cầu đến tối ưu hóa cấu trúc hệ thống Chúng tơi sâu vào tính lợi ích HELIOSCOPE, đồng thời thảo luận thách thức giải pháp đối mặt q trình triển khai Hãy bắt đầu hành trình khám phá đổi hiệu với HELIOSCOPE thiết kế hệ thống điện cung cấp điện 102kW MỤC LỤC Trang MỤC TIÊU VÀ NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN MÔN HỌC .1 LỜI NÓI ĐẦU MỤC LỤC CHƯƠNG : GIỚI THIỆU CHUNG .4 I GIỚI THIỆU PHẦN MỀN HELIOSCOPE 1.1 KHÁI NIỆM 1.2 TÍNH NĂNG CỦA PHẦN MỀN HELIOSCOPE .4 1.3 NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI VÀ TIỀM NĂNG PHÁT TRIỂN CHƯƠNG : DÙNG HELIOSCOP THIẾT KẾ HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN MẶT TRỜI 102kW I TỔNG QUAN .9 1.1 KHẢO SÁT KHU VỰC LẮP ĐẶT HỆ THỐNG ĐIỆN MẶT TRỜI 1.2 VỊ TRÍ CỦA ĐỐI TƯỢNG THIẾT KẾ 1.3 ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN 10 1.4 SỐ LIỆU THIẾT KẾ DỰ ÁN 11 1.6 THIẾT BỊ CHÍNH CỦA DỰ ÁN .11 II BÁO CÁO SẢN LƯỢNG ĐIỆN VÀ KỸ THUẬT TRONG ỨNG DỤNG HELIOSCOP .13 2.1 SỐ LIỆU HỆ THỐNG .13 2.2 SẢN XUẤT ĐIỆN HÀNG THÁNG 14 2.3 CÁC NGUYÊN NHÂN GÂY THẤT THOÁT HỆ THỐNG 15 2.4 SẢN XUẤT HÀNG NĂM 16 2.5 KHUNG NỐI DÂY VÀ PHÂN ĐOẠN 17 CHƯƠNG 3: KẾT LUẬN 18 TÀI LIỆU THAM KHẢO .19 CHƯƠNG : GIỚI THIỆU CHUNG I GIỚI THIỆU PHẦN MỀN HELIOSCOPE 1.1 KHÁI NIỆM Phần mềm Helioscope công cụ thiết kế hệ thống điện mặt trời Nó phát triển Folsom Labs nhằm mục đích đơn giản hóa q trình thiết kế kỹ thuật hệ thống lượng mặt trời Hình Phần mền helioscope 1.2 TÍNH NĂNG CỦA PHẦN MỀN HELIOSCOPE Helioscope cung cấp giao diện người dùng dựa web với cơng cụ bố trí lượng mặt trời mơ lượng Nó có nhiều chức cần thiết cho tham gia vào lượng mặt trời Các tính Helioscope bao gồm: - Bố trí pin mặt trời - Phân tích màu - Xuất sơ đồ sợi - Thư viện thành phần 45.000 đối tượng - Sửa đổi thiết kế nhanh - Tích hợp Google Maps - Thiết kế khơng giới hạn - Cơng cụ vẽ máy tính (CAD) - Ước tính sản lượng lượng mặt trời - Biểu đồ tổn thất lượng hệ thống - Thiết kế 3D - Tính tốn sụt áp - Chia sẻ lần nhấp - Tích hợp tơ bóng SketchUp - Lựa chọn dây - Tích hợp Meteo NSRDB / NREL - Hệ thống lên tới 5MW 1.3 NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI VÀ TIỀM NĂNG PHÁT TRIỂN 1.2.1 Khái niệm lượng mặt trời Năng lượng mặt trời thu trái đất NL dòng xạ điện từ xuất phát từ mặt trời đến trái đất Chúng ta tiếp tục nhận dòng NL phản ứng hạt nhân mặt trời hết nhiên liệu, vào khoảng tỷ năm Có thể trực tiếp thu lấy NL thơng qua hiệu ứng quang điện, chuyển NL photon mặt trời thành điện năng, PMT NL photon hấp thụ để làm nóng vật thể, tức chuyển thành nhiệt năng, sử dụng cho bình đun nước nóng NLMT, làm sôi nước nhà máy nhiệt điện tháp mặt trời, vận động hệ thống nhiệt hệ thống lạnh, máy điều hòa 1.2.2 Sự cần thiết phát triển lượng mặt trời Trong trình phát triển, quốc gia đặt vấn đề an toàn NL lên hàng đầu Cùng với phát triển kinh tế, đời sống người dân ngày tăng cao nên nhu cầu sử dụng NL ngày tăng Nguồn NL truyền thống sử dụng chủ yếu dầu mỏ, than đá, khí ga Nguồn NL hóa thạch khai thác sử dụng mạnh mẽ nên cạn kiệt dần, dẫn đến an ninh NL nhiều quốc gia, khu vực quốc tế, Việc khai thác sử dụng nhiên liệu hóa thạch mức phát thải khí nhà kính làm trái đất nóng lên gây biến đổi khí hậu tác động không nhỏ đến đời sống, môi trường người, Sự biến động giá dầu mỏ giới tác động đến giá nguồn cung NL.NL nguyên tử đem lại công suất lớn, giá thành đầu tư cao tiềm tàng nhiều cố rị rỉ phóng xạ, nên số quốc gia khơng đưa vào ưu tiên lựa chọn phát triển Vì vậy, việc phát triển khai thác NLTT, đặc biệt NLMT nhiều nước giới quan tâm phát triển 1.2.3 Các ứng dụng lượng mặt trời Ngày nay, người ứng dụng NLMT nhiều lĩnh vực như: Chiếu sáng sinh hoạt: nấu ăn, sưởi ấm, đun bình nóng lạnh, sạc pin, ắc quy cho xe điện, chưng cất nước uống từ nước biển khử trùng, sấy nông sản – thực phẩm, tín hiệu đèn giao thơng, bảng quảng cáo, cung cấp NL cho thuyền, máy bay, sân vận động Hiện nay, người ta sử dụng công nghệ để phát điện là: Cơng nghệ quang điện Cơng nghệ hội tụ NLMT Cơng nghệ NLMT có hình thức hoạt động: thụ động chủ động, tùy thuộc vào cách chúng nắm bắt, chuyển đổi phân phối NLMT Kỹ thuật NLMT chủ động bao gồm việc sử dụng pin quang điện thu nhiệt để khai thác NL Còn kỹ thuật NLMT thụ động minh họa việc hướng tịa nhà phía 1.2.4 Khái quát pin NLMT Pin NLMT thường gọi làPMT hay pin quang điện, bao gồm nhiều tế bào quang điện phần tử dẫn có chứa bề mặt số lượng lớn cảm biển ánh sáng điốt quang, thực biến đổi NL ánh sáng thành NL điện Sự chuyển đổi thực theo hiệu ứng quang điện Đơn tinh thể mơ đun sản xuất dựa q trình Crochralski Đơn tinh thể loại có hiệu suất lên tới 16% Chúng thường đắt tiền cắt từ thơi hình ống, đơn thể có mặt trống góc nối mơ đun Đa tinh thể làm từ thỏi đúc – đúc từ silic nung chảy cần thận làm nguội làm rắn Các pin thường rẻ pin đơn tỉnh thể, nhiên hiệu suất Nhưng chúng tạo thành vuông che phủ bề mặt nhiều loại đơn tinh thể bù lại cho hiệu suất thấp Dây silic tạo từ phin mỏng từ silic nóng chảy có cấu trúc đa tinh thể Loại thường có hiệu suất thấp nhất, nhiên rẻ loại không cần phải cắt từ thỏi silicon Một lớp tiếp xúc bán dẫn p-n có khả biến đổi trực tiếp NL xạ NLMT nhờ hiệu ứng quang điện bên gọi PMT PMT sản xuất ứng dụng phổ biến PMT chế tạo từ vật liệu tinh thể bán dẫn Si có hóa trị Tình thể Si tỉnh khiết, để có vật liệu tỉnh thể dẫn Si loại n, người ta pha tạp chất donor photpho có hóa trị Còn vật liệu tinh thể bán dẫn loại p tạp chất acceptor dùng để pha vào Si Bo có hóa trị Đối với PMT từ tỉnh thể Si, xạ mặt trời chiếu đến hiệu điện hở mạch cực khoảng 0,55V dịng ngắn mạch xạ mặt trời có cường độ 1000W/m² vào khoảng 25 + 30mA/cm² Hiện nay, người ta chế tạo PMT Si vơ định hình (a-Si) So với PMT tinh thể Si PMT a-Si giá thành rẻ hiệu suất thấp ổn định Công nghệ chế tạo PMT gồm nhiều công đoạn khác để cuối ta mô đun Hình Qúa trình tạo mô đun pin mặt trời CHƯƠNG : DÙNG HELIOSCOP THIẾT KẾ HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN MẶT TRỜI 102kW I TỔNG QUAN 1.1 KHẢO SÁT KHU VỰC LẮP ĐẶT HỆ THỐNG ĐIỆN MẶT TRỜI Việc định vị lắp đặt pin lượng mặt trời đòi hỏi quan tâm đến số yếu tố quan trọng Trước hết, q trình chọn vị trí, hướng lắp đặt ưu tiên chọn hướng Nam Điều mặt trời mọc từ phía Đơng lặn phía Tây, nên hướng Nam thu nhận ánh sáng mặt trời nhiều suốt ngày Đối với góc nghiêng, việc điều chỉnh góc dựa vĩ độ địa lý khu vực lắp đặt quan trọng Ví dụ, với vĩ độ từ 8° đến 23° Việt Nam, việc đặt góc nghiêng khoảng từ 8° đến 23° tối ưu hóa hiệu suất pin Mơi trường xung quanh cần xem xét Mái nhà nơi pin lắp đặt phải đủ chắn để chịu trọng lượng pin hệ thống khung đỡ Đồng thời, cần đảm bảo khơng có cỏ tòa nhà cao tầng che chắn tia sáng mặt trời, giúp pin lượng mặt trời tiếp xúc với ánh sáng mặt trời cách hiệu 1.2 VỊ TRÍ CỦA ĐỐI TƯỢNG THIẾT KẾ Đối tượng thiết kế thi đấu Đại học Vinh Cơ sở 1: 182 Lê Duẩn, TP Vinh, Nghệ An Hình Dãy nhà thi đấu đại học vinh Loại dự án: Thiết kế hệ thống cung điện mặt trời 102kW 1.3 ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN Vị trí lắp đặt hệ thống mái nhà Tòa nhà A2 Đại học Vinh , từ hình ảnh vệ tinh Google Map khơng có trở ngại mặt triển khai thi cơng cơng trình Khơng bị che bóng râm từ tịa nhà cối xung quanh 1.4 SỐ LIỆU THIẾT KẾ DỰ ÁN Hình Số liệu thiết kế dự án Công suất thiết kế : 102 KW PV Module：QCELL 285W Số lượng module 320 Biến tần Omnik đầu vào: 5.0 kw ( chiếc) Giá đỡ: Khung cố định 1.6 THIẾT BỊ CHÍNH CỦA DỰ ÁN Pin lượng mặt trời ✓ Q.PLUS-G4.3 285W Hình pin lượng mặt trời ✓ Hiệu suất: 17,7% ✓ Bảo hành sản phẩm 10 năm, bảo hành hiệu 25 năm ✓ Khả chịu áp lực gió 244kg/m2 INVERTER OMNIK Hình INVERTER OMNIK ✓ Omniksol-5k-TL2 ✓ Công nghệ Đức, chuyên dùng cho hệ nối lưới pha ✓ Hiệu suất: 97.5 % ✓ Bảo hành sản phẩm năm II BÁO CÁO SẢN LƯỢNG ĐIỆN VÀ KỸ THUẬT TRONG ỨNG DỤNG HELIOSCOP 2.1 SỐ LIỆU HỆ THỐNG Hình hiển thị thông số hệ thống hệ thống điện mặt trời mái nhà Thông tin hiển thị bao gồm: Tên thiết kế: Nguyễn Trọng Tùng Công suất DC: 102,4 kW Công suất biến tần AC: 96,2 kW Tỷ lệ tải: 1,06 Sản lượng hàng năm: 127,2 MWh Tỷ lệ hiệu suất: 81,4% kWh/kWp: 1.242,1 Thông tin cho thấy hệ thống điện mặt trời có cơng suất 102,4 kW dự kiến sản xuất 127,2 MWh điện năm Tỷ lệ hiệu suất hệ thống 81,4%, có nghĩa hệ thống tạo 81,4% lượng mặt trời hấp thụ pin mặt trời 2.2 SẢN XUẤT ĐIỆN HÀNG THÁNG Biểu đồ thể sản lượng hàng tháng nhà máy sản xuất điện mặt trời Biểu đồ có trục hồnh thể tháng, trục tung thể sản lượng điện (kWh) Nhìn chung, sản lượng điện nhà máy tăng dần theo tháng, từ mức 7,758 kWh tháng lên mức 16,820 kWh tháng Tuy nhiên, sản lượng điện giảm dần tháng cuối năm, từ mức 16,820 kWh tháng xuống mức 7,533 kWh tháng 12 Sản lượng điện tăng dần tháng đầu năm thời tiết thuận lợi cho sản xuất điện mặt trời Trong tháng này, cường độ xạ mặt trời cao, thời gian chiếu sáng dài, giúp pin mặt trời hấp thụ nhiều lượng Sản lượng điện giảm dần tháng cuối năm thời tiết trở nên lạnh Trong tháng này, cường độ xạ mặt trời giảm, thời gian chiếu sáng ngắn hơn, khiến pin mặt trời hấp thụ lượng Ngồi ra, sản lượng điện nhà máy chịu ảnh hưởng yếu tố khác như: Số lượng pin mặt trời lắp đặt nhà máy Công suất pin mặt trời Hiệu suất hệ thống điện mặt trời Từ phân tích trên, thấy sản lượng điện nhà máy sản xuất điện mặt trời phụ thuộc nhiều vào thời tiết Để đảm bảo sản lượng điện ổn định, nhà máy cần có kế hoạch sản xuất hợp lý, phù hợp với điều kiện thời tiết tháng 2.3 CÁC NGUYÊN NHÂN GÂY THẤT THOÁT HỆ THỐNG 2.4 SẢN XUẤT HÀNG NĂM Dưới số thông tin chi tiết từ bảng: “Total Collector Irradiance” (Tổng xạ thu thập) đánh dấu với kết đầu 1,433.7 kWh/m² % Delta 0.0% Trong phần Năng lượng, “Energy to Grid” (Năng lượng đưa vào lưới) ghi với kết đầu 127,190.9 kWh % Delta -0.5% Chỉ số Nhiệt độ bao gồm Avg Operating Ambient Temp (Nhiệt độ môi trường hoạt động trung bình) 25.6°C Avg Operating Cell Temp (Nhiệt độ tế bào hoạt động trung bình) 34.4°C Chỉ số Mô cho thấy Operating Hours (Giờ hoạt động) Solved Hours (Giờ giải quyết) 4653 2.5 KHUNG NỐI DÂY VÀ PHÂN ĐOẠN Phần có tiêu đề “Wiring Zones” chứa cột cho Description, Combiner Poles, String Size, Stringing Strategy Dưới Description: “Wiring Zone” Dưới Combiner Poles: trống Dưới String Size: “5-20” Dưới Stringing Strategy: “Along Racking” Phần thứ hai có tiêu đề “Field Segments” chứa cột cho Description, Racking, Orientation, Tilt, Azimuth, Interrow Spacing, Frame Size, Frames, Modules Power Dưới Description: “Field Segment 1” Dưới Racking: “Fixed Tilt” Dưới Orientation: “Landscape (Horizontal)” Dưới Tilt: “10°” Dưới Azimuth: “180°” Interrow Spacing đưa “2.0 ft” Frame Size “1x1” Frames “320” Modules “320” Power liệt kê “102.4 kW” CHƯƠNG 3: KẾT LUẬN Trong đồ án này, thực nghiên cứu thiết kế hệ thống lượng mặt trời sử dụng ứng dụng Helioscope Đây công cụ mạnh mẽ giúp đánh giá tối ưu hóa hiệu suất hệ thống thông qua việc phân tích liệu mơ vị trí, góc nghiêng, hiệu suất pin mặt trời Qua q trình nghiên cứu thiết kế, chúng tơi nhận thức quan trọng việc sử dụng cơng nghệ tối ưu hóa khả thu lượng từ nguồn ánh sáng mặt trời Helioscope khơng giúp chúng tơi xác định vị trí lý tưởng cho bảng pin mặt trời mà cung cấp liệu chi tiết sản lượng dự kiến hiệu suất hệ thống Hệ thống lượng mặt trời chứng minh vai trò quan trọng việc chuyển đổi sang nguồn lượng bền vững Sử dụng Helioscope không giúp chúng tơi xây dựng hệ thống hiệu mà cịn giảm thiểu rủi ro chi phí q trình triển khai Tuy nhiên, nhận thức cơng nghệ khơng phải giải pháp hồn hảo có thách thức riêng, chẳng hạn chi phí đầu tư ban đầu yếu tố thời tiết Đối mặt với thách thức này, chúng tơi khuyến khích hỗ trợ từ phủ tổ chức để thúc đẩy phát triển ngành công nghiệp lượng mặt trời Tổng cộng, qua đồ án này, chúng tơi có nhìn sâu sắc quy trình thiết kế ứng dụng Helioscope xây