Thiết kế hệ thống điện cung cấp điện 64kW bằng ứng dụng HELOSCOP

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 Hữu Phúc 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 64kW bằng ứng dụng HELOSCOP 3. Ngày giao đồ án: 12122023 4. Ngày hoàn thành đồ án: 912024 5. Người hướng dẫn:Ts. Nguyễn Tiến Dũng Nghệ An, ngày 9 tháng 1 năm 2024 NGƯỜI HƯỚNG DẪN LỜI NÓI ĐẦU Điện năng đang ngày càng đóng vai trò hết sức quan trọng trong đời sống con người chúng ta. Chính vì những ưu điểm vượt trội của nó so với các nguồn năng lượng khác (như: dễ chuyển thành các dạng năng lượng khác, dễ truyền tải đi xa, hiệu suất cao) mà ngày nay điện năng được sử dụng hết sức rộng rãi trong mọi lĩnh vực tử công nghiệp, dịch vụ,...cho đến phục vụ đời sống sinh hoạt hằng ngày của mỗi gia đình. Có thể nói rằng ngày nay không một quốc gia nào trên thế giới không sản xuất và tiêu thụ điện năng, và trong tương lai thì nhu cầu của con người về nguồn năng lượng đặc biệt này sẽ tiếp tục được năng cao. Hiện nay, đất nước ta đang trên con đường công nghiệp hóa hiện đại hóa nên nhu cầu sử dụng điện năng trong tất cả các lĩnh vực ngày càng tăng. Vì vậy năng lượng điện có vai trò hết sức quan trọng đối với sự phát triển kinh tế và ổn định chính trị xã hội. Với tính ưu việt đó điện năng được sử dụng rộng rãi, không thể thiếu trong sinh hoạt và sản xuất, vì vậy khi xây dựng một nhà máy, một khu công nghiệp hay một tòa nhà cao tầng thì vấn đề xây dựng một hệ thống điện để cung cấp điện năng cho các tải tiêu thụ là không thể thiếu được. Hệ thống điện ngày càng phức tạp, đòi hỏi việc thiết kế cung cấp có nhiệm vụ đề ra những phương án cung cấp điện hợp lí và tối ưu. Một phương án cung cấp điện tối ưu sẽ giảm chi phí đầu tư xây dựng hệ thống điện giảm tổn thất điện năng vận hành đơn giản và thuận tiện trong việc bảo trì sửa chữa. Ngày nay các nguồn năng lượng sơ cấp đang có nguy cơ bị suy kiệt, do con người càng ngày có nhu cầu sử dụng điện càng cao nên việc khai thác các tài nguyên sơ cấp cũng nhiều để cung cấp đủ lượng điện cho con người sử dụng. Mà hầu như các quy trình chuyển nguồn năng lượng sơ cấp này sang điện năng thương gây ô nhiễm môi trường. Nên yêu cầu cấp thiết hiện nay là tìm kiếm ra nguồn năng lượng sạch và có thể sử dụng trong tương lai, ứng dụng nguồn năng lượng đó trong thiết kế cung cấp điện cho con người. Từ lâu, loài người đã mơ ước sử dụng năng lượng mặt trời. Nguồn năng lượng hầu như vô tận, đáp ứng hầu hết các tiêu chí nêu trên. Nhiều công trình nghiên cứu đã được thực hiện, năng lượng mặt trời không chỉ là năng lượng của tương lai mà còn là năng lượng của hiện tại. Nhận thấy nhu cầu sử dụng năng lượng điện mặt trời sẽ ngày một tăng, lợi ích mà nó mạng lại trong tương lai là rất lớn. Dự án sẽ thiết kế hệ thống điện cung cấp điện 64kW bằng ứng dụng HELIOSCOP . MỤC LỤC Trang MỤC TIÊU VÀ NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN MÔN HỌC 1 LỜI NÓI ĐẦU 2 MỤC LỤC 4 DANH SÁCH HÌNH VẼ 6 CHƯƠNG 1 : GIỚI THIỆU CHUNG 7 I. GIỚI THIỆU PHẦN MỀN HELIOSCOP 7 1.1 KHÁI NIỆM 7 1.2 TÍNH NĂNG CỦA PHẦN MỀN HELIOSCOPE 7 II. GIỚI THIỆU HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN 9 2.1 TỔNG QUAN VỀ TẤM PIN MẶT TRỜI 10 2.2 ACDC INVERTER: 15 CHƯƠNG 2 : DÙNG HELIOSCOP THIẾT KẾ HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN MẶT TRỜI 62kW 18 I. TỔNG QUAN 18 1.1 KHẢO SÁT KHU VỰC LẮP ĐẶT HỆ THỐNG ĐIỆN MẶT TRỜI 18 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 20 1.5. SỐ LIỆU THIẾT KẾ DỰ ÁN 20 1.6. THIẾT BỊ CHÍNH CỦA DỰ ÁN 20 II. BÁO CÁO SẢN LƯỢNG ĐIỆN VÀ KỸ THUẬT TRONG ỨNG DỤNG HELIOSCOP 22 2.1 SỐ LIỆU HỆ THỐNG 22 2.2 SẢN XUẤT ĐIỆN HÀNG THÁNG 23 2.3 CÁC NGUYÊN NHÂN GÂY THẤT THOÁT HỆ THỐNG 24 2.4 SẢN XUẤT HÀNG NĂM 26 CHƯƠNG 3: KẾT LUẬN 29 TÀI LIỆU THAM KHẢO 30 DANH SÁCH HÌNH VẼ Hình 1. Phần mền helioscope 7 Hình 2. Hệ thống cung cấp điện 9 Hình 3. Tấm pin năng lượng mặt trời 11 Hình 4. Nguyên lý hoạt động pin năng lượng mặt trời 14 Hình 5. INVERTER 16 Hình 6. Đối tượng thiết kế 19 Hình 7. số liệu dự án 20 Hình 8. Pin năng lượng mặt trời 21 Hình 9. Pin năng lượng mặt trời 21 Hình 10. Bảng số liệu hệ thống 22 Hình 11. Bảng năng suất hàng tháng 23 Hình 12. Bảng nguyên nhân tổn thất 24 Hình 13. Bảng sản xuất hàng năm 26 Hình 14. Bảng khung nối dây và phân đoạn 28 CHƯƠNG 1 : GIỚI THIỆU CHUNG I. GIỚI THIỆU PHẦN MỀN HELIOSCOPE 1.1 KHÁI NIỆM Phần mềm HelioScope là một phần mềm thiết kế hệ thống điện mặt trời chuyên nghiệp, được sử dụng bởi các nhà thiết kế, nhà thầu và chủ sở hữu hệ thống điện mặt trời trên toàn thế giới. Hình 1. Phần mền helioscope 1.2 TÍNH NĂNG CỦA PHẦN MỀN HELIOSCOPE Phần mềm này cung cấp một loạt các tính năng và công cụ giúp đơn giản hóa và tự động hóa quá trình thiết kế hệ thống điện mặt trời, bao gồm: • Công cụ định vị mặt trời chính xác: HelioScope sử dụng dữ liệu thời tiết địa phương và dữ liệu vệ tinh để xác định chính xác hướng và góc nghiêng của mặt trời tại bất kỳ vị trí nào trên thế giới. • Công cụ mô phỏng năng lượng: HelioScope sử dụng mô hình năng lượng chính xác để ước tính sản lượng điện của hệ thống điện mặt trời trong suốt vòng đời của nó. • Công cụ tối ưu hóa thiết kế: HelioScope sử dụng thuật toán tối ưu hóa để tìm ra thiết kế hệ thống điện mặt trời tối ưu nhất về mặt hiệu suất và chi phí. • Công cụ tạo báo cáo: HelioScope có thể tạo các báo cáo chuyên nghiệp về thiết kế hệ thống điện mặt trời để trình bày cho khách hàng hoặc cơ quan chức năng. Phần mềm HelioScope có thể được sử dụng để thiết kế hệ thống điện mặt trời cho cả các tòa nhà thương mại và dân dụng. Đối với các tòa nhà thương mại, HelioScope có thể được sử dụng để thiết kế hệ thống điện mặt trời mái nhà, hệ thống điện mặt trời mặt đất hoặc hệ thống điện mặt trời tích hợp với kiến trúc (BIPV). Đối với các tòa nhà dân dụng, HelioScope có thể được sử dụng để thiết kế hệ thống điện mặt trời mái nhà hoặc hệ thống điện mặt trời lắp đặt trên mặt đất. Tại Việt Nam, phần mềm HelioScope đã được sử dụng bởi nhiều nhà thiết kế, nhà thầu và chủ sở hữu hệ thống điện mặt trời. Phần mềm này đã giúp đơn giản hóa và tự động hóa quá trình thiết kế hệ thống điện mặt trời, góp phần thúc đẩy sự phát triển của ngành điện mặt trời tại Việt Nam. Dưới đây là một số tính năng nổi bật của phần mềm HelioScope: • Công cụ định vị mặt trời chính xác: HelioScope sử dụng dữ liệu thời tiết địa phương và dữ liệu vệ tinh để xác định chính xác hướng và góc nghiêng của mặt trời tại bất kỳ vị trí nào trên thế giới. Điều này giúp đảm bảo rằng hệ thống điện mặt trời được thiết kế để tối đa hóa sản lượng điện. • Công cụ mô phỏng năng lượng: HelioScope sử dụng mô hình năng lượng chính xác để ước tính sản lượng điện của hệ thống điện mặt trời trong suốt vòng đời của nó. Điều này giúp khách hàng và nhà đầu tư có thể đánh giá hiệu quả của hệ thống điện mặt trời trước khi lắp đặt. • Công cụ tối ưu hóa thiết kế: HelioScope sử dụng thuật toán tối ưu hóa để tìm ra thiết kế hệ thống điện mặt trời tối ưu nhất về mặt hiệu suất và chi phí. Điều này giúp nhà thiết kế hệ thống điện mặt trời có thể tạo ra hệ thống điện mặt trời hiệu quả nhất với mức chi phí hợp lý. • Công cụ tạo báo cáo: HelioScope có thể tạo các báo cáo chuyên nghiệp về thiết kế hệ thống điện mặt trời để trình bày cho khách hàng hoặc cơ quan chức năng. Điều này giúp nhà thiết kế hệ thống điện mặt trời có thể dễ dàng truyền đạt thông tin về thiết kế hệ thống điện mặt trời cho các bên liên quan. Phần mềm HelioScope có thể được sử dụng miễn phí trong 14 ngày. Sau khi hết thời gian dùng thử, người dùng có thể lựa chọn mua các gói bản quyền khác nhau tùy theo nhu cầu sử dụng. II. GIỚI THIỆU HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN Hệ thống năng lượng là tập hợp các nhà máy điện, lưới điện và lưới nhiệt được nối với nhau liên tục trong quá trình sản xuất, chúng có liên hệ mật thiết với nhau. Hệ thống điện là hệ thống năng lượng không có lưới nhiệt. Hay nói cách khác, hệ thống điện là hệ thống bao gồm các khâu sản xuất, truyền tải, phân phối và cung cấp điện đến các hộ tiêu thụ. Hình 2. Hệ thống cung cấp điện Điện năng là một dạng năng lượng rất phổ biển và quan trọng đối với cuộc sống, điện năng được sản xuất từ các nhà máy được truyền tải và cung cấp cho các hộ tiêu thụ. Trong việc truyền tải tới các hộ tiêu thụ việc thiết kế cung cấp điện là một khâu rất quan trọng. Với thời đại hiện nay, nền kinh tế nước ta đang phát triển mạnh mẽ theo sự hội nhập của thế giới, đời sống xã hội của người dân được nâng cao nên những tiện nghi trong cuộc sống đòi hỏi mức tiêu thụ về điện năng tăng cao, do đó việc thiết kế cung cấp điện không thể thiếu trong xu thế hiện nay. Việc thiết kế cung cấp điện cần phải đáp ứng được các yêu cầu sau: Độ tin cậy cấp điện: mức độ tin cậy cung cấp điện phụ thuộc vào yêu cầu phụ tải. với công trình quan trọng cấp quốc gia phải đảm bảo liên tục cập điện ở mức cao nhất, những đối tượng như nhà máy, xí nghiệp, tòa nhà cao tầng...tốt nhất là dùng máy phát điện dự phòng khi mất điện sẽ dùng máy phát. Chất lượng điện: được đánh giả qua hai tiêu chỉ tần số và điện áp, điện áp trung và hạ chỉ cho phép khoảng 5% do thiết kế dâm nhiệm, còn chỉ tiêu tần số do cơ quan điện lực quốc gia điều hành. An toàn điện: công trình cấp điện phải có tính an toàn cao cho người vận hành, người sử dụng thiết bị và cho toàn bộ công trình. Kinh tế: trong quá trình thiết kế ta phải đưa ra nhiều phương án rồi chọn lọc trong các phương án đó có hiệu quả kinh tế cao. 2.1 TỔNG QUAN VỀ TẤM PIN MẶT TRỜI 2.1.1 Khái niệm Pin năng lượng mặt trời, một tiến bộ độc đáo và quan trọng trong lĩnh vực năng lượng, không chỉ là một sản phẩm kỹ thuật xuất sắc mà còn là một biểu tượng của sự chuyển đổi đối với nguồn năng lượng và một cam kết mạnh mẽ về bền vững. Chúng ta có thể nhìn nhận pin năng lượng mặt trời không chỉ là một thiết bị công nghệ thông thường, mà là một cột mốc quan trọng trong việc xây dựng một tương lai năng lượng sáng tạo và bền vững. Hình 3. Tấm pin năng lượng mặt trời Với khả năng chuyển đổi tia sáng mặt trời thành điện năng, pin năng lượng mặt trời mở ra không gian cho sự đa dạng hóa và tối ưu hóa nguồn cung năng lượng. Các ứng dụng của nó không chỉ giới hạn trong lĩnh vực điện gia dụng mà còn mở rộng ra các lĩnh vực khác như giao thông vận tải, công nghiệp, và ngay cả trong không gian. Điều này không chỉ giúp giảm chi phí liên quan đến năng lượng mà còn làm thay đổi cách chúng ta suy nghĩ về nguồn cung và tiêu thụ năng lượng. 2.1.2 Phân loại Pin năng lượng mặt trời, là một trong những nguồn năng lượng tái tạo quan trọng, đã trải qua một quá trình phát triển và đa dạng hóa đáng kể, được phân loại rộng rãi dựa trên nhiều yếu tố quan trọng như cấu trúc và thành phần chính. Dưới đây là một phân loại chi tiết của các loại pin năng lượng mặt trời phổ biến: Pin năng lượng mặt trời được phân loại chủ yếu dựa trên cấu trúc và thành phần của chúng. Dưới đây là một số phân loại phổ biến: 1. Pin silicon (Crystalline Silicon Solar Cells) 2. Pin mảng mảng (ThinFilm Solar Cells) 3. Pin mạng lưới (GridTied Solar Cells) 4. Pin không kết nối với lưới (OffGrid Solar Cells) 5. Pin một chiều (SingleJunction Solar Cells) và Pin nhiều chiều (MultiJunction Solar Cells) 2.1.3. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động 2.1.3.1 Vật liệu làm pin năng lượng mặt trời hiện nay Vật liệu pin năng lượng mặt trời (Solar panel) bao gồm nhiều tế bào quang điện (solar cells) – là phần tử bán dẫn có thành phần chính là silic tinh khiết – có chứa trên bề mặt một số lượng lớn các cảm biến ánh sáng là điốt quang. Các tế bào quang điện này được bảo vệ bởi một tấm kính trong suốt ở mặt trước và một vật liệu nhựa ở phía sau. 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 tạo tấm pin mặt trời. Hiện nay, vật liệu làm pin năng lượng mặt trời chủ yếu là các silic tinh thể, với 3 loại: • Đơn tinh thể module sản xuất dựa trên quá trình Czochralski. Đơn tinh thể loại này có hiệu suất tới 16%. • 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 và giá rẻ nhất. 2.1.3.2 Cấu tạo pin nặng lượng mặt trời Lớp tế bào quang điện (solar cells) bên trong một tấm pin năng lượng mặt trời đóng vai trò quan trọng trong quá trình chuyển đổi năng lượng ánh sáng thành điện năng. Thành phần chính của tế bào là silic tinh khiết, có thể tồn tại dưới dạng đơn tinh thể hoặc đa tinh thể tùy thuộc vào phương pháp sản xuất của từng nhà sản xuất pin. Các tế bào đơn tinh thể Mono hiện nay đang rất phổ biến với hiệu suất chuyển đổi khoảng 21%, tạo ra các pin mặt trời có công suất lớn, thậm chí lên đến 600Wp trong tương lai. Các đặc tính kỹ thuật quan trọng của tế bào bao gồm kích thước, màu sắc và số lượng tế bào, cùng với hiệu suất chuyển đổi. Quá trình liên kết các tế bào được thực hiện thông qua việc sử dụng một dây đồng mỏng được phủ bằng hợp kim thiếc, giúp tạo nên một hệ thống chắc chắn và hiệu quả. • Lớp kính cường lực phía trước của tấm pin chịu trách nhiệm bảo vệ và gia tăng độ bền cho tấm pin. Độ dày của lớp kính này thường dao động từ 2mm đến 4mm, tùy thuộc vào loại kính cường lực được sử dụng. Chất lượng của lớp kính này ảnh hưởng đến khả năng hấp thụ ánh sáng của pin mặt trời và giảm thiểu hiện tượng phản xạ ánh sáng. • Tấm nền mặt sau của pin, thường được làm từ vật liệu nhựa cách điện, chịu trách nhiệm bảo vệ và che chắn tế bào quang điện khỏi điều kiện thời tiết và độ ẩm. Các loại pin có thể có độ dày, màu sắc và độ bền cơ học khác nhau, tùy thuộc vào yêu cầu cụ thể của từng ứng dụng. • Lớp màng EVA, một polymer đục mờ được cuộn, đóng vai trò quan trọng trong quá trình kết dính tế bào quang điện với lớp kính cường lực phía trên và tấm nền phía dưới. Nó không chỉ giữ cho các thành phần lại với nhau mà còn bảo vệ chúng khỏi các điều kiện môi trường khắc nghiệt. Vật liệu EVA này có độ bền cao và có thể chịu đựng nhiệt độ độc đáo trong quá trình vận hành của pin. • Khung nhôm, thường được làm từ nhôm, chịu trách nhiệm đảm bảo độ bền và kết cấu của tấm pin. Nó giúp tạo ra một kết cấu đủ cứng để tích hợp các tế bào và các thành phần khác, đồng thời bảo vệ chúng khỏi tác động của gió lớn và các lực ngoại lực. • Hộp đựng mối nối mạch điện của pin mặt trời là thành phần cuối cùng trong quá trình lắp ráp, có chức năng đưa các mối nối điện ra khỏi mô đun pin để kết nối vào hệ thống. Chất lượng của hộp nối quyết định đến độ an toàn và ổn định của hệ thống, vì vậy việc lựa chọn chất liệu và khớp nối là rất quan trọng trong quá trình sản xuất pin mặt trời. 7. Cáp điện DC, loại cáp điện chuyên dụng cho điện năng lượng mặt trời, có khả năng cách điện một chiều DC cực tốt, kèm với đó là khả năng chống chịu tốt trước sự khắc nghiệt của thời tiết (tia cực tím, bụi, nước, ẩm..) và tác động cơ học khác. 8. Jack kết nối MC4, là đầu nối điện thường được dùng để kết nối các tấm pin mặt trời. “MC” trong MC4 là viết tắt của nhà sản xuất MultiContact. Loại jack kết nối này giúp bạn dễ dàng kết nối các tấm pin và dãy pin bằng cách gắn jack từ các tấm pin liền kề với nhau bằng tay. 2.1.3.3 Nguyên lý hoạt động pin mặt trời Nguyên lý hoạt động của pin mặt trời dựa trên hiệu ứng quang điện. Hiệu ứng quang điện là hiện tượng các electron bị giải phóng khỏi nguyên tử khi được chiếu sáng. Hình 4. Nguyên lý hoạt động pin năng lượng mặt trời Tấm pin mặt trời được cấu tạo từ các tế bào quang điện, mỗi tế bào quang điện bao gồm hai vùng bán dẫn khác nhau về điện thế, được gọi là vùng p và vùng n. Vùng p có nhiều lỗ trống, vùng n có nhiều electron tự do. Khi ánh sáng chiếu vào tấm pin mặt trời, các photon trong ánh sáng có thể tương tác với các electron trong vùng p và n. Nếu năng lượng của photon cao hơn năng lượng liên kết của electron, thì electron sẽ bị giải phóng khỏi nguyên tử và trở thành electron tự do. Các electron tự do này sẽ di chuyển từ vùng p sang vùng n, tạo ra dòng điện. Dòng điện tạo ra bởi tấm pin mặt trời là dòng điện một chiều. Để sử dụng cho các thiết bị điện gia dụng thông thường, dòng điện một chiều này cần được chuyển đổi thành dòng điện xoay chiều bằng bộ biến tần. Hiệu suất của pin mặt trời là tỷ lệ giữa công suất điện thu được từ pin mặt trời trên tổng công suất của ánh sáng mặt trời chiếu vào pin mặt trời. Hiệu suất pin mặt trời hiện nay dao động từ 15% đến 25%. Tuổi thọ của pin mặt trời có thể lên tới 25 năm. Pin mặt trời là một nguồn năng lượng sạch, tái tạo và có thể sử dụng để cung cấp điện cho các hộ gia đình, doanh nghiệp và các tòa nhà. 2.2 ACDC INVERTER: Là bộ biến điện nghịch lưu. Inverter chuyển đổi dòng điện 12V DC từ ăcquy thành dòng điện AC (110VAC, 220VAC). Được thiết kế với nhiều cấp công suất từ 0.3kVA10kVA. Hình 5. INVERTER Inverter có nhiều loại và cách phân biệt chúng bằng dạng sóng của điện áp đầu ra : dạng sóng hình sin, giả sin, sóng vuông, sóng bậc thang... • Nguyên lý hoạt động ACDC INVERTER Một bộ chuyển đổi ACDC Inverter là một thiết bị chuyển đổi điện áp từ nguồn điện AC (điện xoay chiều) thành điện áp DC (điện thế cố định) hoặc ngược lại. Nguyên lý hoạt động của ACDC Inverter thường được mô tả như sau: 1. Chuyển đổi từ AC thành DC (Rectification): Bước đầu tiên là chuyển đổi điện áp AC thành DC. Điều này thường được thực hiện thông qua một bộ chỉnh lưu (rectifier). Một bộ chỉnh lưu biến đổi dòng điện xoay chiều thành dòng điện một chiều bằng cách sử dụng các bộ chỉnh lưu như bộ chỉnh lưu cầu, bộ chỉnh lưu cầu đơn (halfwave rectifier) hoặc bộ chỉnh lưu cầu đầy đủ (fullwave rectifier). 2. Chuyển đổi từ DC thành AC (Inversion): Sau khi có điện áp DC, bước tiếp theo là chuyển đổi nó thành điện áp AC. Điều này được thực hiện thông qua một bộ chuyển đổi DCAC, còn được gọi là bộ inverter. Bộ inverter thường sử dụng các công nghệ chuyển đổi như PWM (Pulse Width Modulation) để tạo ra một tín hiệu điện áp AC với hình dạng sóng xung (square wave, modified sine wave, hoặc pure sine wave, tùy thuộc vào ứng dụng). 3. Kiểm soát và Bảo vệ (Control and Protection): Hệ thống ACDC Inverter thường đi kèm với các bộ điều khiển và bảo vệ để đảm bảo ổn định hoạt động của inverter và bảo vệ chúng khỏi các tình huống rủi ro như quá tải, ngắn mạch, và biến động áp điện. 4. Lọc và Hiệu chỉnh (Filtering and Conditioning): Đối với các ứng dụng yêu cầu chất lượng điện áp cao, có thể có các bộ lọc để làm mịn hình dạng sóng và giảm nhiễu trong tín hiệu điện áp đầu ra. Nguyên lý hoạt động của ACDC Inverter đòi hỏi sự kết hợp chặt chẽ của các thành phần điện tử và các công nghệ chuyển đổi, giúp cung cấp một nguồn điện ổn định và chất lượng cho các thiết bị hoạt động dựa trên điện áp DC trong các ứng dụng như nguồn điện dự phòng, năng lượng mặt trời, và ứng dụng công nghiệp khác. CHƯƠNG 2 : DÙNG HELIOSCOP THIẾT KẾ HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN MẶT TRỜI 62kW I. TỔNG QUAN 1.1 KHẢO SÁT KHU VỰC LẮP ĐẶT HỆ THỐNG ĐIỆN MẶT TRỜI Vị trí đặt pin năng lượng mặt trời cần được xác định dựa trên các yếu tố sau: Hướng: Hướng đặt pin năng lượng mặt trời tốt nhất là hướng Nam, vì mặt trời mọc ở hướng Đông và lặn ở hướng Tây, nên hướng Nam sẽ nhận được nhiều ánh sáng mặt trời nhất trong ngày. Vị trí đặt pin năng lượng mặt trời hướng Nam Góc nghiêng: Góc nghiêng của pin năng lượng mặt trời nên được đặt bằng vĩ độ địa lý của khu vực lắp đặt. Ví dụ, ở Việt Nam có vĩ độ từ 8° đến 23°, nên góc nghiêng của pin năng lượng mặt trời nên được đặt từ 8° đến 23°. Vị trí đặt pin năng lượng mặt trời góc nghiêng Môi trường xung quanh: Mái nhà lắp đặt pin năng lượng mặt trời cần phải đủ chắc chắn để chịu được trọng lượng của các tấm pin và hệ thống khung đỡ. Ngoài ra, mái nhà cũng cần được đảm bảo không bị che chắn bởi các cây cối hoặc các tòa nhà cao tầng khác, để pin năng lượng mặt trời có thể tiếp xúc với ánh sáng mặt trời một cách tối đa. 1.2. VỊ TRÍ CỦA ĐỐI TƯỢNG THIẾT KẾ Đối tượng thiết kế là toà nhà A2, toàn nhà 5 tầng của Đại học Vinh Cơ sở 1: 182 Lê Duẩn, TP. Vinh, Nghệ An. Hình 6. Đối tượng thiết kế • Loại dự án: Thiết kế hệ thống cung điện mặt trời 64kw 1.3. MỤC TIÊU HƯỚNG TỚI CỦA ĐỐI TƯỢNG THIẾT KẾ Tối ưu hóa hiệu suất Hệ thống năng lượng mặt trời cần được thiết kế để thu được nhiều ánh sáng mặt trời nhất có thể và chuyển đổi thành năng lượng điện một cách hiệu quả. Điều này có thể được thực hiện bằng cách chọn các tấm pin mặt trời có hiệu suất cao, điều chỉnh góc nghiêng của tấm pin mặt trời để tối ưu hóa lượng ánh sáng mặt trời thu được và sử dụng các bộ biến tần phù hợp. Tăng cường độ tin cậy Hệ thống năng lượng mặt trời cần được thiết kế để hoạt động ổn định và đáng tin cậy trong nhiều năm. Điều này có thể được thực hiện bằng cách sử dụng các linh kiện chất lượng cao và lắp đặt hệ thống đúng cách. Giảm chi phí: Hệ thống năng lượng mặt trời cần được thiết kế để có chi phí hợp lý. Điều này có thể được thực hiện bằng cách lựa chọn các linh kiện có giá cả phải chăng và tối ưu hóa thiết kế hệ thống. 1.4. 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. 1.5. SỐ LIỆU THIẾT KẾ DỰ ÁN Hình 7. số liệu dự án Công suất thiết kế : 64 KW PV Module：QCELL 285W Số lượng module 201 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 8. 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 9. Pin năng lượng mặt trời ✓ 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 10. Bảng số liệu hệ thống Bảng dữ liệu hệ thống năng lượng mặt trời này cung cấp thông tin về một hệ thống điện mặt trời cụ thể, bao gồm: • Thiết kế: Tên của nhà thiết kế hệ thống, là Nguyễn Hữu Phúc. • Bảng tên môđun: Công suất định mức của các môđun năng lượng mặt trời, là 64,3 kW DC. • Bảng tên AC biến: Công suất định mức của bộ biến tần, là 72,2 kW AC. • Tỷ lệ tải: Tỷ lệ giữa lượng điện năng tiêu thụ thực tế và lượng điện năng sản xuất được, là 0,89. • Sản xuất hàng năm: Lượng điện năng sản xuất được trong một năm, là 79,42 MWh. • Tỷ suất năng suất: Hiệu suất của hệ thống, là 80,9%. • kWhkWp: Sản lượng điện năng trung bình trên mỗi kWp, là 1.234,7 kWhkWp. • Bộ dữ liệu thời tiết: Bộ dữ liệu thời tiết được sử dụng để mô phỏng hệ thống, là TMY, Lưới 10km, meteonorm. 2.2 SẢN XUẤT ĐIỆN HÀNG THÁNG Hình 11. Bảng năng suất hàng tháng Nhận xét bảng : Tháng có năng suất cao nhất: Tháng 8 và tháng 7 có năng suất cao nhất với giá trị lần lượt là 8,858.1 kWh và 8,715.9 kWh. Đây có thể là thời kỳ mặt trời mạnh mẽ và lượng ánh sáng nhiều nhất trong năm. Tháng có năng suất thấp nhất: Tháng 4 và tháng 3 có năng suất thấp nhất lần lượt là 4,231.9 kWh và 4,397.7 kWh. Điều này có thể do thời tiết không lợi, ít ánh sáng mặt trời hơn, hoặc các yếu tố khác như mây che phủ. Sự biến động hàng tháng: Có sự biến động đáng kể giữa các tháng, cho thấy ảnh hưởng của điều kiện thời tiết và môi trường đối với hiệu suất hệ thống pin năng lượng mặt trời. Mùa vụ: Có vẻ rõ ràng rằng mùa hè (tháng 6, 7, 8) mang lại năng suất cao nhất, trong khi mùa đông (tháng 12, 1, 2) mang lại năng suất thấp hơn. Ước lượng tổng cộng năng suất hàng năm: Tổng cộng năng suất trong năm có thể được ước lượng bằng cách cộng tất cả các giá trị kWh từ tháng 1 đến tháng 12. Trong trường hợp này, tổng cộng là khoảng 76,130.2 kWh. 2.3 CÁC NGUYÊN NHÂN GÂY THẤT THOÁT HỆ THỐNG Hình 12. Bảng nguyên nhân tổn thất Biểu đồ dưới đây minh họa chi tiết các yếu tố góp phần vào tổn thất của hệ thống và phần trăm đóng góp của chúng vào tổng số tổn thất hệ thống. Đây là một cái nhìn tổng quan về nguyên nhân gây mất công suất trong hệ thống năng lượng: 1. Hệ Thống AC: 0.5% Các mất mát do chuyển đổi và vận hành hệ thống AC. 2. Inverters: 2.7% Tổn thất tại bộ biến đổi inverter. 3. Clipping: 0.0% Không có mất mát do điều chỉnh công suất vượt quá giới hạn. 4. Dây Dẫn: 0.3% Mất mát trong quá trình truyền tải qua dây dẫn. 5. Mismatch: 2.8% Sai khác giữa các thành phần của hệ thống, gây mất công suất. 6. Nhiệt Độ: 7.6% Tổn thất năng lượng do nhiệt độ môi trường và các thành phần quá nhiệt. 7. Che Phủ: 0.7% Mất mát do các yếu tố che phủ tạo bóng đối với các bảng pin. 8. Phản Xạ: 3.4% Tổn thất do sự phản xạ của ánh sáng mặt trời khỏi bề mặt pin. 9. Bẩn: 2.0% Mất mát do bụi bẩn phủ lên bề mặt pin. 10. Bức Xạ: 0.8% Mất mát năng lượng do tác động của tia X và tia tử ngoại. Biểu đồ này cung cấp cái nhìn rõ ràng về nguyên nhân của tổn thất hệ thống và giúp tập trung nỗ lực cải thiện hiệu suất hệ thống năng lượng. 2.4 SẢN XUẤT HÀNG NĂM Hình 13. Bảng sản xuất hàng năm Bảng dữ liệu này chi tiết hóa các thông số quan trọng về sản lượng hàng năm, năng lượng, và nhiệt độ, đồng thời cung cấp các chỉ số chất lượng. Dưới đây là thông tin chi tiết: 1. Bức xạ (kWhm²): Bức xạ toàn cầu hàng năm: 1,504.2 Bức xạ POA: 1,525.6 Bức xạ bị che khuất: 1,515.7 Bức xạ sau khi phản xạ: 1,463.9 Bức xạ sau khi bị bẩn: 1,434.6 Tổng bức xạ thu thập được: 1,434.6 kWhm². 2. Năng lượng (kWh): Công suất danh nghĩa: 92,318.7 Sản lượng ở mức bức xạ: 91,534.8 Sản lượng ở mức giảm nhiệt độ cell: 84,579.0 Sản lượng sau khi không khớp: 82,228.8 Sản lượng DC tối ưu: 82,006.3 Sản lượng DC bị hạn chế: 82,005.9 Sản lượng inverter: 79,816.3 Năng lượng đưa vào lưới: 79,417.3 kWh. 3. Chỉ số nhiệt độ: Nhiệt độ môi trường hoạt động trung bình: 25.6°C Nhiệt độ cell hoạt động trung bình: 34.4°C. 4. Chỉ số mô phỏng: Số giờ hoạt động: 4653 Số giờ giải quyết đều: 4653. Bảng dữ liệu này cung cấp cái nhìn tổng quan về hiệu suất và điều kiện hoạt động của hệ thống, giúp hiểu rõ về mức độ tận dụng năng lượng và ảnh hưởng của các yếu tố như bức xạ và nhiệt độ đến sản xuất năng lượng. 2.5 KHUNG NỐI DÂY VÀ PHÂN ĐOẠN Hình 14. Bảng khung nối dây và phân đoạn Một bảng hoặc biểu mẫu chứa thông tin chi tiết về khu vực dây điện và phân đoạn trường, có thể liên quan đến việc lắp đặt tấm pin mặt trời hoặc một hệ thống điện tương tự, được thiết kế để cung cấp dữ liệu cụ thể và rõ ràng. Phần Khu vực Dây Điện: • Kích thước dây: từ 5 đến 20. • Chiến lược dây: Dọc theo giá đỡ. Phần Phân Đoạn Trường: • Hướng: Ngang (ngang). • Độ Nghiêng: 10°. • Azimuth: 180°. • Khoảng cách giữa các hàng: 2.0 ft. • Kích thước khung: 1x1. • Khung: 201. • Môđun: 201. • Công Suất: 64.3 kW. CHƯƠNG 3: KẾT LUẬN Với nhiệm vụ đặt ra, sản phẩm thu được của đề tài là đã tính toán thiết kế thành công mô hình thiết kế hệ thống điện năng lượng mặt trời cung cấp cho dãy nhà A2 Đại Học Vinh. Hệ thống mô hình điện năng lượng mặt trời cung cấp cho A2 Đại Học Vinh được xây dụng hiệu quả, phù hợp với tiêu chuẩn trong tương lai sử dụng nguồn năng lượng sạch. Trên đây là kết quả của đề tài “thiết kế hệ thống điện cung cấp điện 64KW bằng ứng dụng HELIOSCOP”. Mặc dù đã có nhiều cố gắng, song thời gian hạn chế, nên bản đồ án có thể có nhiều khuyết điểm và hạn chế. Em rất mong được sự đóng góp của thầy cô, bạn bè để đồ án được hoàn thiện và đầy đủ hơn. 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. 7 Nguyễn Duy Thiện. “Kỹ thuật sử dụng năng lượng Mặt Trời”. NXB Xây dựng, 2001 8 TCVN 1185512017. IEC62446. Hệ thống quang điện PV 9 “Kỷ yếu EVN năm 2021. 10 Thông tư 392015TTBCT của Bộ Công Thương. 11 Đặng Phi Long, PSG.TS. Võ Viết Cường. “Quy trình thiết kế lắp đặt hệ thống PV không nối lưới”. 12 https:www.studocu.comvndocumenttruongdaihocsuphamkythuatthanhphohochiminhphuongphapnghiencuuthietkehethongdienmattroiapmai46948683