Tính toán thiết kế hệ thống điện mặt trời hộ gia đình theo mô hình zero energy building

Vì vậy, có thể nói than đá là nhiên liệu quan trọng và khó thay thế trong nền kinh tế nói chung và công nghiệp nói riêng của nhiều quốc gia trến thế giới, than đá được sử dụng phần lớn t

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

Tp Hồ Chí Minh, tháng 7/2023

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO

GVHD: TS NGUYỄN XUÂN VIÊN SVTH : NGUYỄN CHÍ TRUNG NGUYỄN LÊ TRUNG THỊNH

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỆN MẶT TRỜI

HỘ GIA ĐÌNH THEO MÔ HÌNH ZERO ENERGY BUILDING

S K L 0 1 1 8 2 2

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH

TP Hồ Chí Minh, ngày 27 tháng 07 năm 2023

Do hạn chế về khả năng lý luận và kinh nghiệm nên trong quá trình hoàn thiện đề tài không thể tránh khỏi những thiếu sót, tuy vậy nhóm chúng em đã cố gắng hết mình để tìm hiểu, tham khảo cũng như học tập kiến thức từ nhiều nguồn và

từ những nhận xét của Thầy/Cô để có thể hoàn thành tốt nhất đề tài Vì vây, nhóm rất mong quý Thầy/Cô giúp nhóm chúng em đưa ra những nhận xét và đánh giá để nhóm một lần nữa hoàn thiện đề tài này

Nhóm thực hiện xin chân thành cảm ơn!

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN ĐỀ TÀI 1

1.1 Lý do chọn đề tài 1

1.2 Zero Energy Building 4

1.2.1 Hiệu quả năng lượng (Energy efficiency) 5

1.2.1.1 Lựa chọn hướng và cấu trúc ngôi nhà 6

1.2.1.2 Bố trí mặt bằng 7

1.2.1.3 Thiết kế lớp vỏ ngôi nhà 9

1.2.1.4 Sử dụng thiết bị điện có hiệu suất cao 13

1.2.2 Năng lượng tái tạo (Renewable energy) 13

1.2.2.1 Năng lượng mặt trời 14

1.2.2.2 Năng lượng gió 15

1.3 Một vài công trình Zero energy building trên thế giới 16

1.3.1 Tháp văn phòng Elithis Dijon France 16

1.3.2 Nhà Lịch sử Đương Đại Massachusetts 17

1.3.3 Tòa nhà Văn phòng Quỹ Năng lượng Bền vững 17

1.4 Tình hình phát triển Zero Energy Building 18

1.4.1 Lịch sử hình thành 18

1.4.2 Nỗ lực phát triển 19

1.5 Mục tiêu và mục đích nghiên cứu 20

1.5.1 Mục tiêu nghiên cứu 20

1.5.2 Mục đích nghiên cứu 20

1.6 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 20

1.6.1 Đối tượng nghiên cứu 20

1.6.2 Phạm vi nghiên cứu 20

1.7 Giới hạn đề tài 21

CHƯƠNG 2 GIẢI PHÁP ĐIỆN MẶT TRỜI CHO ZERO ENERGY BUILDING (EZB) 22

2.1 Các thành phần trong hệ thống điện mặt trời 22

2.1.1 Pin mặt trời 22

2.1.2 Inverter 23

2.1.3 Công tơ điện 2 chiều 24

2.1.4 Ắc quy 24

2.1.5 Tủ điện mặt trời 25

2.1.6 Hệ thống giám sát năng lượng 25

2.1.7 Phụ kiện, vật liệu khác 26

2.2 Giải pháp điện mặt trời độc lập (Off-Grid) cho ZEB 26

2.3 Giải pháp điện mặt trời hòa lưới (On-Grid) cho ZEB 27

2.4 Hệ thống điện mặt trời hòa lưới có lưu trữ (Hybrid) cho ZEB 28

CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ HỆ THỐNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI CHO ZEB 30 3.1 Thiết kế hệ thống điện mặt trời (tính toán tay) 30

3.2 Thiết kế hệ thống điện mặt trời thông qua phần mềm PVsyst 31

3.3 Phụ tải tiêu thụ cho ngôi nhà 32

3.4 Thiết kế hệ điện mặt trời độc lập cho ngôi nhà 33

3.4.1 Thiết kế hệ thống điện mặt trời độc lập (tính toán tay) 33

3.4.2 Thiết kế hệ thống điện mặt trời độc lập trên phần mềm PVsyst 37

3.4.3 Nhận xét 48

3.5 Thiết kế hệ điện mặt trời hòa lưới cho ngôi nhà 49

3.5.1 Thiết kế hệ thống điện mặt trời hòa lưới (tính toán tay) 49

3.5.2 Thiết kế hệ thống điện mặt trời hòa lưới trên phần mềm PVsyst 51

3.5.3 Nhận xét 61

3.6 Thiết kế hệ thống điện mặt trời hybrid 61

3.6.1 Thiết kế hệ thống điện mặt trời hybrid (tính toán tay) 61

3.6.2 Thiết kế hệ thống điện mặt trời hybrid trên phần mềm PVsyst 64

3.6.3 Nhận xét 73

3.7 Đánh giá từng hệ thống 74

CHƯƠNG 4 KẾT LUẬN 75

4.1 Kết luận 75

4.2 Giới hạn 75

4.3 Đề xuất 76

TÀI LIỆU THAM KHẢO 77

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU

ZEB Zero energy building

NLMT Năng lượng mặt trời

MPPT Maximum Power Point Tracker

AC Dòng điện xoay chiều

DC Dòng điện một chiều

SIP Tấm cách nhiệt kết cấu

PV Photovoltaics

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1 Công suất nguồn điện toàn hệ thống năm 2022 3

Hình 2 Hội nghị thượng đỉnh về biến đổi khí hậu - COP26 4

Hình 3 Chọn hướng nhà 6

Hình 4 Sự đối lưu không khí 7

Hình 5 Thông gió giếng trời 8

Hình 6 Thông gió từ áp lực gió 9

Hình 7 Cách nhiệt cho tường nhà 10

Hình 8 Cách nhiệt cho mái nghiêng bằng xốp XPS 11

Hình 9 Cách nhiệt cho mái bằng 11

Hình 10 Lam nhôm chắn nắng cho nhà 13

Hình 11 Các loại năng lượng tái tạo 14

Hình 12 Ngôi nhà sử dụng điện mặt trời 15

Hình 13 Ngôi nhà sử dụng điện gió 15

Hình 14 Tháp văn phòng Elithis Dijon France 16

Hình 15 Nhà Lịch sử Đương Đại Massachusetts 17

Hình 16 Tòa nhà Văn phòng Quỹ Năng lượng Bền vững 18

Hình 17 Ngôi nhà ZEB đầu tiên 18

Hình 18 Pin năng lượng mặt trời 22

Hình 19 Inverter Huawei 23

Hình 20 Công tơ điện 2 chiều 24

Hình 21 Ắc quy lưu trữ Lithium Gigabox 24

Hình 22 Tủ điện năng lượng mặt trời DC/AC 25

Hình 23 Giao diện của hệ thống giám sát 26

Hình 24 Rail nhôm 26

Hình 25 Giải pháp điện mặt trời Off-Grid 27

Hình 26 Hệ thống điện mặt trời On-Grid 28

Hình 27 Hệ thống điện mặt trời Hybrid 29

Hình 28 Giao diện phần mềm PVsyst 30

Hình 29 Địa điểm lắp đặt 37

Hình 30 Dữ liệu thời tiết tại địa điểm lắp đặt 38

Hình 31 Góc nghiêng và hướng tối ưu cho giàn pin 39

Hình 32 Nhu cầu tải 39

Hình 33 14 ắc quy Pylontech 40

Hình 34 16 tấm pin AE Solar 400 Wp 40

Hình 35 Thiết lập tổn hao do nhiệt độ 41

Hình 36 Thiết lập tổn hao do dây dẫn 41

Hình 37 Thiết lập tổn hao do chất lượng tấm pin, các mối đấu nối 42

Hình 38 Thiết lập tổn hao do bụi bẩn 42

Hình 39 Chi phí đầu tư ban đầu 43

Hình 40 Chi phí vận hành và thay thế hằng năm 43

Hình 41 Tuổi thọ của hệ thống 43

Hình 42 Chi phí cho 1 kWh của hệ Off-Grid 44

Hình 43 Thời gian hoàn vốn và LCOE 44

Hình 44 Biểu đồ thể hiện sự phân phối điện năng hằng giờ của tải 45

Hình 45 Sản lượng điện năng tạo ra trên mỗi kWp/ngày 46

Hình 46 Bảng điện năng của hệ thống cung cấp cho tải 46

Hình 47 Lưu đồ tổn thất của hệ thống 47

Hình 48 Biểu đồ phân phối lượng bức xạ trong 1 ngày 48

Hình 49 Bảng chi phí của hệ thống 48

Hình 50 Chọn pin AE Solar và Inverter Senergy 52

Hình 51 Thiết lập tổn hao do nhiệt độ 52

Hình 52 Tổn hao do dây dẫn 53

Hình 53 Tổn hao do chất lượng tấm pin, các mối đấu nối 53

Hình 54 Tổn hao do bụi bẩn 54

Hình 55 Chi phí đầu tư ban đầu 54

Hình 56 Chi phí vận hành và thay thế 54

Hình 57 Giá mua và bán điện của hệ thống 55

Hình 58 Thời gian hoàn vốn và LCOE do PVsyst đưa ra 55

Hình 59 Kết quả chính của hệ thống 56

Hình 60 Bảng sản lượng điện năng của hệ thống theo từng tháng 56

Hình 61 Lưu đồ tổn thất của hệ thống 57

Hình 62 Biểu đồ trên thể hiện phân bố xác suất về sản lượng được đưa vào lưới điện 58

Hình 63 Bảng chi phí của hệ thống 59

Hình 64 Biểu đồ trên thể hiện chi phí đầu tư và lợi nhuận hằng năm 59

Hình 65 Biểu đồ trên thể hiện dòng tiền tích lũy trong 20 năm 60

Hình 66 Chọn ắc quy lưu trữ Pylontech 64

Hình 67 Chọn pin AE Solar và Inverter Sungrow 65

Hình 68 Thiết lập tổn hao do nhiệt độ 65

Hình 69 Tổn hao do dây dẫn 66

Hình 70 Tổn hao do bụi bẩn 66

Hình 71 Tổn hao do chất lượng tấm pin, các mối đấu nối 67

Hình 72 Chi phí đầu tư ban đầu 67

Hình 73 Chi phí vận hành và thay thế 68

Hình 74 Giá mua và bán điện của hệ thống 68

Hình 75 Thời gian hoàn vốn và LCOE do PVsyst đưa ra 69

Hình 76 Kết quả chính của hệ thống 69

Hình 77 Bảng sản lượng điện năng của hệ thống theo từng tháng 70

Hình 78 Lưu đồ tổn thất của hệ thống 71

Hình 79 Chi phí của hệ thống 72

Hình 80 Biểu đồ trên thể hiện chi phí đầu tư và lợi nhuận hằng năm 72

Hình 81 Biểu đồ trên thể hiện dòng tiền tích lũy trong 20 năm 73

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1 Thống số kỹ thuật kính Low-E và kính Solar Control 12

Bảng 2 So sánh 3 loại pin mặt trời 23

Bảng 3 Các thương hiệu sản xuất pin mặt trời phổ biến 23

Bảng 4 So sánh 2 loại ắc quy 25

Bảng 5 Tải tiêu thụ 33

Bảng 6 Chi phí đầu tư ban đầu cho hệ thống Off-Grid 35

Bảng 7 So sánh kết quả tính toán tay và tính toán trên PVsyst của hệ Off-Grid 49

Bảng 8 Chi phí đầu tư ban đầu cho hệ thống On-Grid 51

Bảng 9 So sánh kết quả tính toán tay và tính toán trên PVsyst của hệ On-Grid 61

Bảng 10 Chi phí đầu tư ban đầu cho hệ thống Hybrid Grid 63

Bảng 11 So sánh kết quả tính toán tay và tính toán trên PVsyst của hệ Hybrid 73

Bảng 12 Đánh giá 3 hệ thống điện mặt trời 74

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN ĐỀ TÀI 1.1 Lý do chọn đề tài

Trong những năm trở lại đây, nhu cầu về năng lượng ngày càng tăng kéo theo

đó là tốc độ khai thác các nguồn năng lượng hóa thạch như khí đốt, dầu mỏ, than đá diễn ra nhanh chóng khiến nguồn tài nguyên này đang dần trở nên khan hiếm đứng trước nguy cơ cạn kiệt So với các nguồn năng lượng hóa thạch khác thì than đá là nguồn có trữ lượng lớn và chi phí tương đối thấp Than đá còn có nhiều ưu điểm so với các dạng năng lượng hóa thạch còn lại như dễ khai thác và mua bán, phương pháp chế biến đơn giản, có thể vận chuyển số lượng lớn, công nghệ đốt than đơn giản và phổ biến, có khả năng phát triển thương mại và công nghiệp ở quy mô lớn Vì vậy, có thể nói than đá là nhiên liệu quan trọng và khó thay thế trong nền kinh tế nói chung và công nghiệp nói riêng của nhiều quốc gia trến thế giới, than đá được sử dụng phần lớn trong các nhà máy nhiệt điện để cung cấp lượng điện năng lớn phục vụ cho đời sống, sản xuất và sinh hoạt hàng ngày của con người [1]

Bên cạnh sự cạn kiệt về trữ lượng thì việc khai thác và sử dụng nhiên liệu hóa thạch quá mức cũng một trong những nguyên nhân hang đầu trong việc gây ra ô nhiễm môi trường, sự biến đổi của khí hậu cũng như hiện tượng nóng lên toàn cầu do lớn khí nhà kính như CO2, SO2, NO2, bụi mịn thải ra ngoài môi trường trong quá trình đốt nhiên liệu hóa thạch Ngày 2/3/2022 IEA (Cơ quan Năng lượng Quốc tế ) cho biết, năm vừa qua lượng phát thải khí CO2 trong lĩnh vực năng lượng của thế giới đã lập một kỷ lục, dù đã áp dụng nhiều công nghệ năng lượng sạch như năng lượng gió, điện

từ năng lượng mặt trời và các phương tiện sử dụng động cơ điện đã hạn chế đi phần nào đó những tác động xấu từ sự gia tang sử dụng nhiên liệu hóa thạch

Theo các nghiên cứu và phát ngôn của những nhà khoa học, việc cắt giảm lượng phát thải, đặc biệt từ sử dụng các nguồn nhiên liệu hóa thạch, là mục tiêu kiềm chế sự nóng lên toàn cầu và ngăn chặn tình trạng biến đổi khí hậu trở nên nghiêm trọng và khó kiếm xoát hơn trong tương lai Fatih Birol-CAO của IEA đã nhấn mạnh, khí thải và bụi mịn sinh ra từ việc đốt nhiên liệu hóa thạch đã và đang càng tăng lên đang trở thành rào cản của việc thiện thực hóa các mục tiêu về giảm sự biến đổi khí hậu của thế giới Trong năm 2022, khí thải nhà kính từ ngành năng lượng toàn cầu đã lên đến 36,8

tỷ tấn, đây là mức cao nhất cho đến nay Các cuộc xung đột gần đây giữa Nga – Ukaraine làm cho nguồn cung khí đốt từ Nga sụt giảm nghiệm trọng, làm cho giá khí

đốt toàn cầu tăng lên con số cao kỷ lục khiến nhiều quốc gia lâm vào cảnh bắt buộc phải chuyển sang dùng các loại nhiên liệu hóa thạch khác gây ô nhiễm nhiều hơn, cụ thể là than đá (điều này làm cho lượng khí thải từ than đá tăng thêm 1,6%) Trong đó, lượng CO2 thải ra từ việc đốt khí tự nhiên đạt 7,5 tỷ tấn, đối với than đá là 15,3 tỷ tấn [2] Từ đó có thể thấy than đá là nguồn nhiên liệu được sử dụng nhiều nhất và cũng là loại thải ra nhiều khí nhà kính nhất Theo ước tính, cứ mỗi 1 tỷ kWh điện được sản xuất từ than đá thì có 24,5 ca tử vong, 225 ca mắc các bệnh nghiệm trọng và hơn 13.000 ca mắc các vấn đề về sức khỏe [1] [2] [3]

Hiện nay, sự biến đổi khí hậu đang là một trong những thách thức lớn mà toàn nhân loại đang phải đối mặt Biến đổi khí hậu gây ảnh hưởng nghiêm trọng tới đời sống, kinh tế, hủy hoại môi trường và sức khỏe của con người:

• Sự nóng lên toàn cầu

• Sự bất thường của thời tiết, bão và lũ xuất hiện với tần suất cao

• Hạn hán kéo dài ở nhiều nơi

• Dịch bệnh diễn biến phức tạp

• Đa dạng sinh học trên Trái Đất biến mất

• Băng tan ở hai cực, mực nước biển tang nhanh

Việt Nam của chúng ta là một trong những quốc gia có sự bức phá về tốc độ phát triển kinh tế, từ năm 2009-2019 GPD bình quân đạt 7%/năm Kéo theo đó là nhu cầu về năng lượng đã tăng theo nhanh chóng Theo ước tính, lượng điện năng tiêu thụ

là 8,6 TWh vào năm 1990, đến năm 2019 thì đã tăng lên 240,1 TWh – tăng gấp gần 28 lần so với năm 1990 Trong đó, lượng điện năng tạo ra từ nhiệt điện là 41,6%, từ thủy điện và khí đốt lần lượt là 37,7% và 18,8% năng lượng tái tạo chỉ chiếm một phần nhỏ [3] Từ đó, có thể thấy điện từ than đá vẫn là nguồn điện chính ở nước ta mà chưa tìm

ra được phương pháp nào thay thế và mang lại hiệu quả về mặt chi phí

Việc sử dụng than đá làm nhiên liệu đốt cho các nhà máy nhiệt điện đã làm cho môi trường bị ô nhiễm nghiêm trọng Do các đặc điểm về địa lí và nền kinh tế nên Việt Nam là quốc gia gánh chịu rất nhiều tác động của sự biến đổi khí hậu như: lũ lụt, sạt lỡ đất, mưa bão Trong năm 2020, thiên tai gây ra hơn 365 vụ thiệt mạng và mất tích, làm tổn thất gần 35 nghìn tỷ [4] Vì vậy, Việt Nam đang dần có những hướng đi khác trong nhưng năm gần đây, có thể thấy rõ nhất là dần thoát khỏi sự phụ thuộc vào các nguồn nhiên liệu hóa thạch Với đường bờ biển dài và bức xạ nhiệt trong năm luôn ở

mức tương đối cao thì Việt Nam là nước có tiềm năng cực lớn trong việc phát triển năng lượng tái tạo, nước ta đã và đang có những chính sách ưu đãi để thu hút các nhà đầu tư trong và ngoài nước vào lĩnh vực này Nhờ vậy, vào năm 2021 thì tổng công suất nguồn điện là 78800 MW, trong đó điện từ các nguồn năng lượng tái tạo chiếm 26,4% - đạt mức 20.800 MW [5] Mặc dù hiện nay điện gió, điện mặt trời đã và đang

có những bước phát triển mạnh mẽ nhưng hiện tại vẫn chưa thể thay thế được điện điện từ nhiên liệu hóa thạch Vì vậy, ngoài việc phát triển điện từ các nguồn năng lượng tái tạo còn phải tìm cách cắt giảm sử dụng năng lượng hóa thạch

Hình 1 Công suất nguồn điện toàn hệ thống năm 2022

Theo thống kê, xây dựng chiếm khoảng 40% nguồn năng lương là ngành tiêu tốn nhiều năng lượng nhất, trong đó chủ yếu là từ tiêu thụ điện năng [6] và đồng thời đây cũng là ngành có tiềm năng để phát triển các phương pháp sử dụng năng lượng hiệu quả Việc sử dụng năng lượng một cách hiệu quả có thể giúp các ngôi nhà hoặc công trình tiết kiệm từ 25% đến 67% trong việc tiêu thụ điện năng, cắt giảm chi phí vận hành và đặc biệt lượng khí thải CO2

Phát thải khí CO2 trong ngành xây dựng được chia thành 2 nhóm:

• Phát thải CO2 trong quá trình chế tạo vật liệu xây dựng

• Phát thải CO2 trong quá trình tiêu thụ điện năng

Ở Việt Nam, hệ thống tiêu thụ điện năng nhiều nhất trong ngôi nhà là hệ thống chiếu sáng và hệ thống điều hòa không khí Theo tính toán, có khoảng 40% lượng điện năng được sử dụng cho hệ thống điều hòa không khí, 15% cho hệ thống chiếu sáng [7]

và nguồn điện cung cấp cho hai hệ thống này chủ yếu đến từ điện hóa thạch Việc cắt giảm lượng điện mà các ngôi nhà tiêu thụ sẽ trực tiếp làm giảm nhu cầu tiêu thụ điện

năng từ các nguồn hóa thạch chủ yếu là than đá Từ đó, góp phần vào việc thực hiện cam kết của Việt Nam tại hội nghị thượng đỉnh về biến đổi khí hậu - COP26, đó là đưa Việt Nam trở thành quốc gia có lượng phát thải ròng là 0 vào năm 2050

Hình 2 Hội nghị thượng đỉnh về biến đổi khí hậu - COP26

Để hiện thực hóa việc cắt giảm lượng điện năng tiêu thụ từ các ngôi nhà, đã có rất nhiều thiết kế liên quan đến công trình tiết kiệm năng lượng như: Nhà thụ động (Passive House), Ngôi nhà năng lượng mặt trời (Solar House), Ngôi nhà cân bằng năng lượng (Net-Zero Energy House) Trong những năm gần đây, năng lượng tái tạo

đã có những bước phát triển mạnh mẽ và được xem làcó tiềm năng trở thành cung cấp điện chính trong tương lai, ngôi nhà cân bằng năng lượng (ZEB) đang là công trình nhận được sự quan tâm của nhiều nước trên thế giới

1.2 Zero Energy Building

Tòa nhà Zero-Energy (ZEB), còn được gọi là tòa nhà Net Zero-Energy (NZE),

là tòa nhà hoặc công trình có mực tiêu thụ năng lượng bằng 0, có nghĩa là tổng lượng năng lượng mà tòa nhà sử dụng bằng với lượng năng lượng (năng lượng tái tạo) được tạo ra tại địa điểm nó được xây dựng, sử dụng công nghệ như: cửa sổ cách nhiệt và vật liệu cách nhiệt và các tấm pin năng lượng mặt trời

Mục tiêu của ZEB là cắt giảm tối đa lượng khí nhà kính phát thải trong quá trình vận hành so với các ngôi nhà truyền thống Đôi khi ZEB cũng sử dụng các nguồn năng lượng không thể tái tạo và tạo ra khí nhà kính, nhưng trong những thời điểm khác

nó hầu như không sử dụng các nguồn năng lượng hóa thạch mà hoàn toàn sử dụng năng lượng tái tạo Sự phát triển của các tòa nhà ZEB được khuyến khích với mục đích giảm các tác động của khí thải nhà kính tới môi trường, việc mở rộng của ZEB nên

được khuyến khích bằng các chính sách giảm thuế và thu hút đầu tư để các tòa nhà theo mô hình ZEB ngày càng được nhân rộng

ZEB sử dụng các giải pháp về hiệu quả năng lượng (Energy efficiency) giúp tạo

ra sự thoải mái bên trong ngôi nhà mà vẫn tiết kiệm được năng lượng và phần năng lượng còn lại của ngôi nhà sẽ được cung cấp bởi năng lượng tái tạo Năng lượng tạo ra

từ năng lượng tái tạo phải bằng hoặc lớn hơn lượng năng lượng mà ngôi nhà cần sử dụng trong một năm khi tính toán tại vị trí lắp đặt

Hiện nay, ZEB là chủ đề nóng ở nhiều quốc gia trên thế giới nhưng vẫn chưa có một định nghĩa nào thống nhất nào cho ZEB được chấp nhận Thuật ngữ có xu hướng khác nhau ở các nước, cơ quan, và trong các bài báo cáo, vì vậy kiến thức chung về khái niệm này và các ứng dụng khác nhau của nó là điều cần thiết để hiểu biết linh hoạt về năng lượng tái tạo Cơ quan Năng lượng Quốc tế (IEA) và Liên minh Châu Âu (EU) thường sử dụng "Net Zero Energy", còn thuật ngữ "zero net" được sử dụng chủ yếu ở Hoa Kỳ Một khái niệm tương tự được Liên minh châu Âu và các quốc gia đồng

ý khác phê duyệt và triển khai là "nearly Zero Energy Building" ( nZEB )

1.2.1 Hiệu quả năng lượng (Energy efficiency)

Hiệu quả năng lượng là một khái niệm mà trong đó chúng ta sử dụng ít năng lượng hơn để thực hiện cùng một nhiệm vụ hoặc tạo ra cùng một kết quả Các tòa nhà

và công trình tiết kiệm năng lượng sẽ sử dụng ít năng lượng hơn để làm mát (sưởi ấm)

và chạy các thiết bị và thiết bị điện tử, đồng thời các cơ sở sản xuất tiết kiệm năng lượng sử dụng ít năng lượng hơn để sản xuất hàng hóa

Để có thể sử dụng hiệu quả năng lượng một cách tốt nhất trong ngôi nhà thì cần phải quan tâm đến kết cấu của nó, tiêu thụ năng lượng hiệu quả và tiết kiệm chịu ảnh hưởng trực tiếp bởi: kết cấu, kiểu dáng, hướng, tận dụng được sự thông thoáng với ánh sáng tự nhiên để làm mát và chiếu sáng cho ngôi nhà Bên cạnh đó, lựa chọn vật liệu cách nhiệt và thiết bị điện giúp tiết kiệm năng lượng là điều không thể thiếu Việc giảm sử dụng năng lượng là khâu rất quan trọng để ngôi nhà đó là một ZEB, nó giúp đáp ứng nhu cầu năng lượng cho ngôi nhà trở nên dễ giàng hơn với nguồn năng lượng tái tạo và chi phí đầu tư vào năng lượng tái tạo sẽ giảm đi nhiều

1.2.1.1 Lựa chọn hướng và cấu trúc ngôi nhà

Xác định hướng của ngôi nhà là việc quan trọng bởi nó quyết định đến việc có thể sử dụng ánh sáng mặt trời để chiếu sáng tự nhiên và đồng thời làm nguồn NLTT tạo ra điện năng cho ngôi nhà Ngoài ra còn tận dụng được sự thông gió tự nhiên làm mát ngôi nhà, giúp tiết kiệm lượng điện năng đáng kể dùng cho chiếu sáng và điều hòa không khí

Hướng của một ngôi nhà nếu được đặt hợp lí thì ngôi nhà đó có thể nhận được lượng bức xạ nhiệt đáng kể từ mặt trời để làm ấm không gian bên trong vào những ngày mùa đông và làm giảm lượng bức xạ nhiệt vào những ngày mùa hè

Tại những khu vực có khí hậu khác nhau thì đường mặt trời trong một ngày cũng có sự khác nhau Các khu vực có kiểu khí hậu ôn đới thì đường mặt trời vào mùa đông sẽ thấp hơn mùa hè Vào mùa đông, đường mặt trời sẽ nghiêng một góc 17 độ so với phương nằm ngang về phía nam, nên nếu lắp đặt cửa kính hướng về phía nam cho ngôi nhà thì sẽ nhận được một lượng nhiệt tương đối lớn phục vụ cho việc sưởi ấm Còn đối với mùa hè, do đường mặt trời sẽ cao hơn nên nếu được che nắng tốt cho cửa kính thì lượng nhiệt truyền vào ngôi nhà sẽ giảm đi – tạo không khí dễ chịu bên trong ngôi nhà Do đó, cấu trúc ngôi nhà nên được thiết kế sao cho diện tích mặt đứng của ngôi nhà ở phía nam là lớn nhất để tận dụng hiệu quả được ánh sáng và nguồn nhiệt từ mặt trời

Hình 3 Chọn hướng nhà

Việt Nam nằm ở khu vực nhiệt đới có nhiệt độ nóng quanh năm và đường mặt trời nằm tương đối cao nên việc bố trí nhà cần tránh đặt cửa sổ ở hướng tây vì sẽ nhận một lượng bức xạ rất lớn Thay vào đó, nên bố trí cửa sổ ở hướng nam để tận dụng chiếu sáng tự nhiên và tránh lượng bức xạ lớn ở hướng tây và đông Vì vậy, cấu trúc ngôi nhà nên được thiết kế sao cho diện tích mặt đứng của ngôi nhà ở phía tây là nhỏ nhất có thể với mục đích tránh việc ngôi nhà nhận một lượng nhiệt lớn vào buổi chiều Ngoài ra, nên thiết kế ngôi nhà có trần nhà cao để tăng cường sự đối lưu không khí, phần không khí nóng sẽ nổi lên trên còn phần không khí lạnh sẽ nằm ở dưới như hình

4, nên để tối ưu việc trao đổi không khí và làm mát ngôi nhà cần bố trí them các cửa thông gió nhỏ ở trên cao gần trần nhà

Hình 4 Sự đối lưu không khí

Giống như đường đi của mặt trời, hướng gió cũng có sự khác nhau tại những khu vực có khí hậu khác nhau Do đó, hướng của ngôi nhà cũng nên bố trí hợp lý để thực hiện thông gió tự nhiên một cách tốt nhất Ở nước ta, miền Bắc rất lạnh vào mùa Đông do gió lạnh từ hướng đông bắc thổi xuống còn mùa hè thời tiết sẽ tương đối mát

do có gió từ biển thổi vào theo hướng đông nam, vì thế nên thiết kế ngôi nhà quay về hướng nam để ngôi nhà đón được hướng gió mát mùa hè và hạn chế được gió lạnh vào mùa đông

1.2.1.2 Bố trí mặt bằng

Việc phân bố vị trí, diện tích phòng và các cửa trong nhà là điều quan trọng trọng đầu tiên để tiết kiệm được năng lượng Nguồn nhiệt và ánh sáng mặt trời tự nhiên sẽ được tận dụng tối đa nếu các phòng trong ngôi nhà được sắp xếp và bố trí một cách hợp lý, ngoài ra còn có thể làm cho ngôi nhà được thông gió tự nhiên

* Tận dụng tối ưu ánh sáng và nguồn nhiệt từ mặt trời

Những nơi cần nhiều ánh sáng như: phòng khách, nhà bếp, phòng làm việc thì nên bố trí hướng về phía nam hoặc tây nam để tận dụng được ánh sáng và nguồn nhiệt sưởi ấm từ mặt trời vào ban ngày Về phòng ngủ tối ưu nhất nên được bố trí theo hướng đông hoặc đông nam để nhận được ánh sáng vào buổi sớm và lượng nhiệt vừa phải để sưởi ấm căn phòng Ngoài ra, tránh bố trí phòng ngủ theo hướng tây vì nó sẽ hấp thụ một lượng nhiệt lớn vào buổi chiều và làm nóng không gian bên trong vào lúc chiều tối

Bên cạnh đó, nên đặt thêm giếng trời để thu thêm sáng cho ngôi nhà Giếng trời nên được đặt ở trên khu vực cầu thang vì cầu thang thường được đặt ở trung tâm của nhà, ánh sáng từ giếng trời có thể lan tỏa ra xung quanh ngôi nhà

* Thông gió tự nhiên

Là cách làm cho dòng khí lưu chuyển một cách tự nhiên nhất từ bên ngoài vào bên trong một không gian kiến trúc nào đó mà không cần đến thiết bị cơ khí nào khác

hỗ trợ

Có 2 phương pháp phổ biến thường được dùng:

- Thông gió từ áp lực nhiệt (Thermal force): Áp dụng sự chênh lệch áp suất không khí bên trong và ngoài của kiến trúc tạo ra dòng đối lưu không khí, đây được xem là dạng cơ bản nhất vẫn được dùng cho nhà ống đến nay Trong một công trình kiến trúc hay không gian nhất định, khi con người hoạt động sẽ sinh ra nhiệt lượng Lượng nhiệt này sẽ làm nhiệt độ không khí trong không gian nóng lên, không khí có nhiệt độ cao sẽ bay lên trên (do chúng nhẹ hơn) hình thành vùng khí áp thấp Như thế không khí lạnh bên ngoài có khí áp cao sẽ tràn vào trong thay cho khí áp thấp tạo ra gió Do đó giếng trời hay được dùng trong nhà ống để áp dụng các này

Hình 5 Thông gió giếng trời

- Thông gió từ áp lực gió (Wind force): Đây cũng là giải pháp đơn giản mà hiệu quả, thông thường tốc độ gió tạo ta từ áp lực gió (khoảng 0.3m/s), với tốc độ này thì chưa tạo được cảm giác nhiệt độ thay đổi Tuy nhiên với cách tạo ra gió từ áp lực gió

sẽ cho cảm giác thay đổi nhiệt độ nhiều hơn vì tốc độ gió cao hơn (khoảng 0.5m/s- 2m/s)

Nếu đặt cửa thoát và cửa hút có vị trí ngang nhau, đồng thời có cùng kích thước với nhau sẽ tạo ra gió có tốc độ và lưu lượng trung bình Còn nếu cửa thoát lớn hơn cửa hút và vị trí cửa hút gió thấp hơn cửa thoát gió sẽ cho ra gió có tốc độ và lưu lượng tăng lên đáng kể do khí nóng thoát ra dễ hơn

Hình 6 Thông gió từ áp lực gió 1.2.1.3 Thiết kế lớp vỏ ngôi nhà

Lớp vỏ ngôi nhà có vai trò vô cùng quan trọng trong việc trao đổi nhiệt độ giữa không gian bên trong và môi trường ở bên ngoài ngôi nhà, điều này ảnh hưởng trực tiếp đến việc tiêu thụ năng lượng của ngôi nhà Theo nghiêng cứu, lượng nhiệt từ trong nhà thoát ra ngoài môi trường qua tường nhà là 15%, sàn nhà là 10% và mái là 25%

Vậy nên, việc cách nhiệt trong xây dựng tường, sàn, mái sẽ giúp cho ngôi nhà hạn chế được sự mất mát nhiệt từ trong nhà ra môi trường vào mùa đông, đồng thời cũng hạn chế được nhiệt độ từ môi trường truyền vào ngôi nhà vào mùa hè, tạo ra sự tiện nghi

và dễ chịu cho người trong nhà, góp phần làm giảm nhu cầu sử dụng hệ thống sưởi ấm

và làm mát, tránh gây ra lãng phí điện năng

❖ Cách nhiệt cho tường nhà:

Có 2 cách phổ biến để cách nhiệt cho tường nhà:

- Sử dụng gạch xây tường có khả năng cách nhiệt như gạch block chống nóng, gạch AAC, gạch ống chống nóng

- Phủ thêm lớp cách nhiệt cho bề mặt phía ngoài tường nhà và sử dụng sơn cách nhiệt

Hình 7 Cách nhiệt cho tường nhà

❖ Cách nhiệt cho mái nhà:

Trong một ngôi nhà thì năng lượng thất thoát nhiều nhất chính là thông qua trao đổi nhiệt với mái nhà Vì vậy việc cách nhiệt cho mái nhà rất quan trọng việc hạn chế lãng phí năng lượng, có hai phương pháp cơ bản để cách nhiệt cho mái nhà là cách nhiệt từ bên trong và cách nhiệt từ bên ngoài

Các vật liệu có khả năng cách nhiệt thường được dùng là các loại xốp, phổ biến nhất là XPS và EPS hoặc vật liệu túi khí… các vật liệu này hoàn toàn có thể lắp cách nhiệt trực tiếp trên các thanh rui mè giúp cách nhiệt và gia tăng tuổi thọ cho kết cấu của mái nhà Hoặc có thể sử dụng các vật liệu sợi bông như: bông khoáng, bông thủy tinh… phủ trực tiếp lên các thanh rui mè hoặc giá đỡ để tăng khả năng cách nhiệt và tránh hiện tượng cầu nhiệt

Hình 8 Cách nhiệt cho mái nghiêng bằng xốp XPS

Hình 9 Cách nhiệt cho mái bằng

❖ Cách nhiệt cho ngôi nhà (cửa kính):

Qua nghiên cứu, lượng nhiệt từ trong nhà bị thất thoát từ cửa kính là 25% Cửa kính có vai trò rất quan trọng trong việc thu nhận ánh sáng và cách nhiệt cho ngôi nhà Khi thiết kế cửa kính cho ngôi nhà cần chú ý đến các điều quan trọng là truyền nhiệt, hấp thụ nhiệt, truyền sáng và che nắng

Có 2 loại kính giúp tiết hạn chế thất thoát năng lượng được nhiều người ưu tiên chọn là kính Low-E và kính Solar Control

• Kính Low E nhiệt đới được tạo ra dự trên phương pháp phủ offline trong điều kiện chân không Hệ thống các lớp phủ của kính rất đặc biệt Mức độ cách nhiệt và cản nhiệt của kính sẽ được tối ưu hoá Tại những khu vực khí hậu Nhiệt đới, ban ngày nhiệt độ cao và nhiều nắng Mùa hè, kính Low E sẽ cản tia tử ngoại truyền qua vách kính cũng

như sức nóng từ bên ngoài Từ đó khiến không khí bên trong nhà luôn được mát mẻ Mùa đông, hơi ấm bên trong sẽ được vách kính ngăn lại không cho truyền ra bên ngoài Như thế thì phòng sẽ luôn được giữ ấm vào mùa đông Ngoài ra khi dùng kính Low E nhiệt đới còn hạn chế được chi phí cho hệ thống sưởi ấm không khí trong phòng giảm đến 48% Mức độ sử dụng điều hoà cũng giảm đến 69% Các phương pháp trên góp bảo vệ sức khỏe và nâng cao chất lượng cuộc sống của khách hàng khi dùng kính Low E Kính solar control là cũng là loại kính giúp tiết kiệm năng lượng và cản nhiệt Kính solar control được chế tạo bằng cách phủ nhiều lớp metalic siêu mỏng chồng lên bề mặt của phôi kính trắng Nó có ưu điểm là kiểm soát tốt được năng lượng từ bức xạ mặt trời Thiết kế của nó cho phép kính có thể ngăn đến 65% năng lượng từ bức xạ mặt trời Không những vậy, nó có thể ngăn đến 99% tia UV truyền vào trong nhà Với các đặc điểm trên kính này sẽ giữ cho không gian bên trong luôn mát Kính Solar Control có thể giúp tiết kiệm chi phí cho hệ thống điều hòa lên đến 57% Qua đó đảm bảo được sự tiết kiệm năng lượng cho ngôi nhà cũng như giảm thiểu các tác nhân gây hại từ ánh sáng mặt trời

Hệ số truyền nhiệt Nhỏ hơn 1,4 W/𝑚2 𝐾 Nhỏ hơn 2,6 W/𝑚2 𝐾

Bảng 1 Thống số kỹ thuật kính Low-E và kính Solar Control

Kính Low-E có hệ số truyền nhiệt thấp hơn kính Solar Control nên có thể cắt giảm được chi phí sưởi ấm Kính Solar Control có hệ số hấp thụ nhiệt nhỏ hơn kính Low-E nên có thể giảm thiểu chi phí làm mát

Kính tạo điều kiện cho ngôi nhà lấy ánh sáng và lấy nhiệt để sưởi ấm vào mùa đông từ mặt trời Tuy nhiên, vào mùa hè có thể gây ra sự quá nhiệt nên thiết kế che nắng cho cửa kính là việc không thể thiếu

Có 2 cách che nắng đơn giản cho cửa kính:

• Lắp hệ thống rèm cửa che nắng cố định hoặc di động để che chắn theo ý muốn

• Dùng cây xanh để che nắng, phương pháp này tương đối hạn chế tính linh hoạt

Ở khu vực có khí hậu là nhiệt đới và đường mặt trời luôn cao đi từ hướng đông sang tây, nếu cửa kính hướng về phía nam hoặc phía bắc thì nên chọn phương pháp che nắng cố định như sử dụng mái che Nếu cửa kính hướng về phía đông hoặc tây thì nên chọn phương pháp che nắng di động, sử dụng lam nhôm để có thể điều chỉnh hướng che như hình 10

Hình 10 Lam nhôm chắn nắng cho nhà 1.2.1.4 Sử dụng thiết bị điện có hiệu suất cao

Đây là phương pháp trực quan nhất để giảm năng lượng tiêu thụ trong tòa nhà, các thiết bị điện hiện đại có hiệu suất chuyển đổi điện năng ấn tượng và thông minh giúp hạn chế được lượng lớn năng lượng tiêu hao trong ngôi nhà Các thay thế có thể

kể đến như:

• Dùng bóng đèn LED thay cho bóng đèn sợi đốt truyền thống

• Dùng điều hòa, tủ lạnh, máy giặt… có inverter

• Dùng các thiệt bị có cảm biến tự điều chỉnh như quạt hoặc điều hòa

1.2.2 Năng lượng tái tạo (Renewable energy)

Năng lượng này là phần không thể thiếu cho một ngôi nhà theo mô hình ZEB,

nó chính là nguồn cung cấp năng lượng chính cho ngôi nhà dưới hình thức chuyển đổi thành nhiệt năng hoặc điện năng

Năng lượng tái tạo là dạng năng lượng sạch có sẵn trong tự nhiên và được bổ sung liên tục, năng lượng này tồn tại ở nhiều dạng khác nhau như: nhiệt, cơ năng, bức xạ… hơn hết đây là nguồn năng lượng miễn phí và gần như vô hạn

Năng lượng tái tạo bao gồm nhiều loại khác nhau: năng lượng gió, năng lượng mặt trời, năng lương thủy triều và một vài dạng khác (địa nhiệt, sinh khối ) như hình

Công nghệ NLMT có thể tạo ra điện, cung cấp nhiệt, chiếu sáng tự nhiên và cho nhiều ứng dụng khác NLMT có thể tạo ra điện năng thông qua các công nghệ chuyển đổi năng mặt trời thành năng lượng điện có thể kể đến như các tấm pin quang điện hoặc gương tập hợp bức xạ mặt trời, đối với mô hình nhà ở thì phương pháp chính là

sử dụng pin quang điện để tạo ra điện năng từ NLMT

Hình 12 Ngôi nhà sử dụng điện mặt trời 1.2.2.2 Năng lượng gió

Điện từ năng lượng gió được tạo ra thông qua việc sử dụng các tua-bin gió đặt ở những nơi có tiềm năng gió lớn như các đường bờ biển hoặc các vùng đồi núi Năng lượng từ gió đã được con người khai thác và sử dụng từ rất lâu trước đây, tuy nhiên với những công nghệ phát triển ngày nay thì điện gió ngoài khơi và điện gió gần bờ mới được phát triển hết tiềm năng với những tua-bin gió có công suất lớn

Tốc độ gió có thể thay đổi đáng kể theo vị trí và thời gian nhưng không thể phủ nhận tiềm năng của năng lượng gió là rất lớn Theo ước tính nếu khai thác được hết tiềm năng của năng lượng gió thì lượng điện được tạo ra từ dạng năng lượng này có thể đáp ứng được nhu cầu năng lượng toàn cầu

Hình 13 Ngôi nhà sử dụng điện gió

1.3 Một vài công trình Zero energy building trên thế giới

1.3.1 Tháp văn phòng Elithis Dijon France

Được khánh thành vào 2/9/2009 đây là tòa nhà đi tiên phong trong lĩnh vực cân bằng năng lượng thế giới với mức chi phí xây dựng là 1400 euro/m2, đúng bằng với mức chi phí xây dựng văn phòng thông thường tại Pháp

Đối với nhiều kiến trúc sư, việc xây dựng một công trình đạt được tiêu chuẩn cân bằng năng lương (ZEB) là một việc không hề dễ dàng Nhưng nhóm dự án của Arte Charpentier đã không những đạt được điều đó mà còn làm được nhiều hơn thế Tòa tháp được xem là văn phòng đầu tiên trên thế giới đạt mức “năng lượng dương” (plus-energy), tiêu chuẩn cao hơn cả zero-energy có nghĩa là là năng lượng công trình tạo ra từ các nguồn năng lượng tái tạo nhiều hơn so với nhu cầu tiêu thụ năng lượng của chính nó Mức phát thải CO2 của Elithis Dijon cũng rất ít chỉ bằng 1/6 so với các công trình văn phòng cùng quy mô

Hình 14 Tháp văn phòng Elithis Dijon France

1.3.2 Nhà Lịch sử Đương Đại Massachusetts

Vừa hiện đại vừa bền vững đã làm nên Ngôi nhà cân bằng năng lượng bắt mắt này ở vùng Lexington lịch sử, Massachusetts Trên mái ga-ra để ba chiếc xe của gia đình có lắp đặt 40 tấm pin mặt trời — hoàn toàn đáp ứng đủ cho việc sử dụng năng lượng quanh năm của ngôi nhà Được thiết kế bởi A3 Architects, ngôi nhà rộng hơn 1.280 mét vuông cũng hoàn toàn sử dụng điện – từ các thiết bị đến hệ thống sưởi – với kết cấu tường đôi và cửa sổ kính ba lớp để cách nhiệt khít khao, tất cả giúp cắt giảm hơn 58% lượng điện năng tiêu thụ với một ngôi nhà tiêu chuẩn

Hình 15 Nhà Lịch sử Đương Đại Massachusetts

1.3.3 Tòa nhà Văn phòng Quỹ Năng lượng Bền vững

Tòa nhà văn phòng Quỹ Năng lượng Bền vững (SEF) do Ashley McGraw Architects và Công ty TN Ward thiết kế nằm trong một vườn táo cũ ở Schnecksville, Pennsylvania Lấy ý tưởng từ các dự án Nhà thụ động, tòa nhà được thiết kế và đặt ở nơi có thể hấp thu được tối đa ánh sáng tự nhiên từ mặt trời và bóng râm, bao gồm cả kích thước và khoảng cách cửa sổ để tối ưu ánh sáng ban ngày và giảm thiểu tổn thất năng lượng Văn phòng, là tòa nhà năng lượng sạch đầu tiên ở thung lũng Lehigh, cũng bao gồm một hệ thống pin quang điện trên mái nhà tạo ra điện năng đủ cho hoạt động của toàn bộ tòa nhà để giúp nó đạt được thiết kế văn phòng cân bằng năng lượng

Hình 16 Tòa nhà Văn phòng Quỹ Năng lượng Bền vững

1.4 Tình hình phát triển Zero Energy Building

1.4.1 Lịch sử hình thành

Từ sau năm 70 của thế kỉ XX khi cuộc khủng hoảng dầu mỏ kết thúc, con người không ngừng dò tìm một nguồn năng lượng mới có thể thay thế năng lượng hóa thạch, điều đó dẫn đến một phong trào tiết kiệm điện năng trong các tòa nhà nói riêng và các công trình kiến trúc nói chung Nhiều mô hình thiết kế ngôi nhà hướng tiết kiệm được

đề xuất và phát triển nhanh chống Ngôi nhà ZEB đầu tiên do NATO tài trợ gần Copenhagen là nỗ lực đầu tiên trên cả thế giới nhằm tạo ra một 'ngôi nhà không năng lượng' Nghiên cứu Thí điểm Năng lượng Mặt trời (1973-1978) nhóm nhà không sử dụng năng lượng do Giáo sư Vagn Korsgaard từ trường Đại học Kỹ thuật Đan Mạch đứng đầu

Hình 17 Ngôi nhà ZEB đầu tiên

1.4.2 Nỗ lực phát triển

Tính đến thời điểm hiện tại, rất nhiều quốc gia trên toàn bộ thế giới đã áp dụng

mô hình ZEB cho các tòa nhà nhằm cắt giảm tối đa lượng phát thải carbon Để ứng phó với sự nóng lên toàn cầu và hiệu ứng nhà kính, các nước trên thế giới đã và đang từng bước thực hiện các chính sách khác nhau để áp dụng ZEB Từ năm 2008 đến

2013, các nhà nghiên cứu từ các nước phát triển đã cùng làm việc cùng nhau trong chương trình nghiên cứu chung có tên "Hướng tới các tòa nhà năng lượng mặt trời không dùng năng lượng"

Ở Úc, các nhà nghiên cứu đã cùng nhau tạo ra phương pháp mới để xây dựng các cửa sổ có thể hấp thụ năng lượng mặt trời phù hợp cho công nghiệp hóa và ứng dụng trong các tòa nhà sử dụng năng lượng bằng không [9]Việc chế tạo mẫu cửa sổ hấp thu năng lượng mặt trời đã bắt đầu vào năm 2016 Bắt đầu từ 2010, Trung Quốc ban hành các chính sách quốc gia mới nhằm tăng tiêu chuẩn thiết kế ZEB và cũng đã đưa ra một loạt các biện pháp khuyến khích thúc đẩy việc tăng các dự án ZEB ở Trung Quốc Vào tháng 11 năm 2015, MOHURD của Trung Quốc đã phát hành một hướng dẫn kỹ thuật về các tòa nhà dân cư xanh thụ động và năng lượng thấp Ngoài ra, với đà phát triển nhanh chóng của ZEB trong ba năm qua, ước tính có một lượng lớn ZEB sẽ được triển khai ở Trung Quốc vào năm 2020 cùng với các dự án ZEB hiện có đã được xây dựng

Tại Hoa Kỳ, nghiên cứu ZEB hiện đang được giúp đỡ bởi Chương trình Xây dựng Hoa Kỳ của Bộ Năng lượng Hoa Kỳ (DOE), bao gồm các tổ chức nghiên cứu và tập đoàn dựa trên ngành tại Phòng thí nghiệm Năng lượng Tái tạo Quốc gia, Trung tâm NLMT tại Florida (FSEC), Phòng thí nghiệm Quốc gia Lawrence Berkeley (LBNL) và Phòng thí nghiệm Quốc gia Oak Ridge (ORNL) Theo Sắc lệnh Hành pháp

13514 , Tổng thống Hoa Kỳ lúc bấy giờ Barack Obama đã yêu cầu rằng vào năm

2015, 15% các tòa nhà Liên bang hiện tại đạt được tiêu chuẩn hiệu quả về năng lượng mới và 100% tất cả các tòa nhà Liên bang mới là Zero-Net-Energy vào năm 2030 [9] [10] [11]

Việt Nam đã có trạng thái hành động về thúc đẩy phong trào xây dựng ZEB Từ ngày 03/11/2021 đến 05/11/2021 – sự kiện Tuần lễ Công trình Hiệu quả Năng lượng Việt Nam đã được tổ chức dưới hình thức trực tuyến Trong sự kiện này, các bên cho rằng ngôi nhà cân bằng về năng lượng (ZEB) là một công trình của tương lai, đồng

thời cũng là phương án hiệu quả nhất trong việc cắt giảm lượng khí thải CO2 ra ngoài môi trường trong lĩnh vực xây dựng, qua đó làm cho môi trường sống ở Việt Nam ngày càng được nâng cao ZEB là lĩnh vực còn khá mới tại Việt nam và sẽ là cơ hội có tiềm năng rất lớn cho các doanh nghiệp tiên phong trong lĩnh vực này

Qua những báo cáo và nghiên cứu thì về mặt lý thuyết các công trình văn phòng theo mô hình ZEB được áp dụng ở Việt Nam là điều khả thi.Các chiến lược thiết kế và vận hành mô hình này mang lại hiểu qua tương đối tốt với việc cắt giảm được lượng điện năng tiêu thụ của tòa nhà, ngoài ra còn tối ưu về các phương viện như vật liệu, phương pháp thông gió, chiếu sang, dùng các thiết bị tiết kiệm điện và còn góp phần năng cao ý thức trách nhiệm của con người.Tuy nhiên, với chiến lược sử dụng PV lại

sử dụng khá nhiều diện tích mái nhà đây cũng là vấn đề được đặt ra khi thiết kế ZEB

và cần có kế hoạch suy nghĩ cụ thể để có thể khai thác tốt nguồn năng lượng tái tạo này [10]

1.5 Mục tiêu và mục đích nghiên cứu

1.5.1 Mục tiêu nghiên cứu

Đưa ra các mô hình thiết kế hệ thống cung cấp điện từ nguồn năng lượng mặt trời để cung cấp năng lượng điện cho ngôi nhà sử dụng

1.5.2 Mục đích nghiên cứu

Mong muốn mọi ngôi nhà giảm hoặc không còn lệ thuộc vào nguồn năng lượng hóa thạch mà thay vào đó là sử dụng nguồn năng lượng tái tạo, muốn mọi ngôi nhà hướng đến ZEB Cụ thể là sử dụng hệ thống điện tạo ra từ bức xạ mặt trời để đáp ứng nhu cầu sử dụng năng lượng cho ngôi nhà

Phân tích đánh giá về ưu điểm, nhược điểm và so sánh giữa các hệ thống cung cấp điện từ năng lượng mặt trời khác nhau, để từ đó chọn ra một hệ thống thích hợp nhất cho ngôi nhà

1.6 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

1.6.1 Đối tượng nghiên cứu

Các hệ thống cung cấp điện từ NLMT cho các ngôi nhà muốn hướng đến EZB Các hệ thống bao gồm: On-Grid, Off-Grid và Hybrid

1.6.2 Phạm vi nghiên cứu

Tính toán tải sử dụng cho ngôi nhà

Thiết kế và chọn ra những thiết bị chính cho hệ thống cung cấp điện từ NLMT

để đáp ứng nhu cầu của tải

Trình bày 3 hệ thống On-Grid, Off-Grid và Hybrid

1.7 Giới hạn đề tài

Thiết kế hệ thống điện cung cấp điện từ NLMT cho hộ gia đình

CHƯƠNG 2 GIẢI PHÁP ĐIỆN MẶT TRỜI CHO ZERO ENERGY BUILDING

On-Grid là giải pháp điện mặt trời nối lưới ( hòa lưới) Giải pháp này được áp dụng phổ biến bởi các gia đình và doanh nghiệp do hệ thống không cần dùng ắc quy lưu trữ Điện năng tạo ra sẽ bán lên lưới điện nếu không sử dụng hết và được trả tiền từ công ty Điện lực Nhờ đó, giải pháp này rất phù hợp ở khu vực có điện lưới ổn định

Hybrid là giải pháp điện mặt trời vừa hòa lưới vừa có ắc quy lưu trữ Giải pháp này vừa kết nối với lưới điện vừa sử dụng ắc quy lưu trữ để tiện cho nhu cầu sử dụng điện khi lưới điện bị ngắt Vì vậy, có thể thấy đây là giải pháp phù hợp ở khu vực có điện lưới không ổn định

2.1 Các thành phần trong hệ thống điện mặt trời

Ưu nhược điểm của các loại pin mặt trời cơ bản:

Ưu điểm Hiệu suất cao

Tuổi thọ cao

Giá thành thấp, phổ biến

dễ tiếp cận

Mỏng nhẹ, có hiệu suất và thẫm mỹ cao Nhược điểm Giá thành hơi

cao

Hiệu suất và tuổi thọ thấp hơn pin mono

Hệ số nhiệt lớn, giá thành cao, chưa phổ

biến

Bảng 2 So sánh 3 loại pin mặt trời

Bảng 3 Các thương hiệu sản xuất pin mặt trời phổ biến 2.1.2 Inverter

Inverter (biến tần) là thiết bị không thể thiếu của hệ thống điện mặt trời Đây là chính là thiết bị dùng để chuyển đổi từ dòng điện một chiều (DC) được tạo ra từ các tấm pin thành dòng điện xoay chiều (AC) để cấp cho tải sử dụng

Hình 19 Inverter Huawei