Tính toán thiết kế hệ thống điện mặt trời 55kwp cho hộ nuôi tôm tại bến tre

Các hệ thống nhiệt mặt trời sử dụng tấm thu nhiệt để hấp thụ nhiệt năng từ ánh sáng mặt trời và chuyển nó thành năng lượng nhiệt dùng để sưởi ấm nước hoặc không gian, đun nước nóng cho g

TỔNG QUAN

Đặt vấn đề

Năng lượng mặt trời là một nguồn năng lượng tái tạo, sạch và bền vững, có tiềm năng lớn trong việc giải quyết các vấn đề liên quan đến năng lượng và môi trường Trong bối cảnh nhu cầu năng lượng ngày càng tăng cao, nguồn năng lượng truyền thống như điện lưới hay dầu diesel ngày càng gặp khó khăn về chi phí, hiệu quả và ảnh hưởng đến môi trường Năng lượng mặt trời có thể là một giải pháp thay thế tiềm năng cho các ngành sản xuất và dịch vụ, trong đó có ngành nuôi trồng thủy sản

Trong số các loại thủy sản, tôm là một sản phẩm có giá trị cao và được nhiều thị trường quốc tế ưa chuộng Tuy nhiên, trong quá trình nuôi tôm cũng gặp nhiều khó khăn và thách thức, trong đó có vấn đề về năng lượng Nuôi tôm cần sử dụng nhiều thiết bị điện như máy bơm nước, máy sục khí, máy lọc nước, máy ủ ấm để duy trì môi trường nuôi và tăng năng suất Tuy nhiên, điện lưới không phải lúc nào cũng ổn định và đáp ứng được nhu cầu của các hộ nuôi, nhất là những nơi mà hệ thống điện quốc gia chưa kéo đến như các vùng sát cửa biển Ngoài ra, việc sử dụng dầu diesel để phát điện cũng gây ra chi phí cao và ô nhiễm môi trường

Dưới đây là một số số liệu thống kê về mức tiêu thụ điện trong việc nuôi tôm ở Việt Nam:

Theo một báo cáo của Tổng Công ty Điện lực, trong năm 2020, tổng lượng điện tiêu thụ cho hoạt động nuôi tôm tại các địa phương miền Trung và miền Nam đạt khoảng 12 tỷ kWh Theo báo cáo của Tổng cục Thủy sản, năm 2022, tổng diện tích nuôi tôm nước lợ tại miền Nam đạt 428.000 ha Mức tiêu thụ điện của miền Nam trong quá trình nuôi tôm lên tới con số 28,03 kW/ha Tuy nhiên, mức tiêu thụ này có thể thay đổi tùy thuộc vào điều kiện tự nhiên, quy mô sản xuất, cách thức nuôi tôm và công nghệ sử dụng

Hiện nay, Liên minh châu Âu (EU) là thị trường xuất khẩu thuỷ sản lớn thứ 2 của Việt Nam và chiếm khoảng 1/5 tổng sản lượng xuất khẩu của ngành hàng này Hiệp định Thương mại tự do EU - Việt Nam (EVFTA) có hiệu lực từ ngày 1/8/2020 được dự báo sẽ là đòn bẩy đối với xuất khẩu thuỷ sản Tuy nhiên, EU là một thị trường vô cùng khó tính

13 khi luôn yêu cầu các loại giấy chứng nhận theo tiêu chuẩn quốc tế Các bộ tiêu chuẩn phổ biến như ASC, GlobalGAP, FOS, đều yêu cầu tiêu chí về “trách nhiệm môi trường” Vì vậy, đối với các trang trại thuỷ hải sản muốn xuất khẩu vào thị trường Châu Âu thì phải đảm bảo các yếu tố về môi trường và một trong những tiêu chí đó là ưu tiên sử dụng năng lượng sạch vào trong mô hình nuôi trồng thủy sản Do đó việc sử dụng các nguồn năng lượng sạch cho việc nuôi trồng là cần thiết nếu muốn xuất khẩu qua một thị trường có nhiều yêu cầu cao như EU

Bên cạnh đó, với điều kiện khí hậu đặc trưng, đồng bằng sông Cửu Long vừa là vùng sản xuất thuỷ sản lớn của cả nước lại vừa là nơi có nhiều tiềm năng phát triển năng lượng tái tạo Bên cạnh những nhà máy điện mặt trời với công suất lớn, nhiều hộ nông dân đã tự đầu tư và phát triển điện mặt trời ở chính những trang trại tôm của họ, vừa đảm bảo nguồn cung điện ổn định, vừa phát triển kinh tế

Như đã trình bày ở trên thì việc áp dụng năng lượng mặt trời vào việc nuôi tôm là một giải pháp hiệu quả và bền vững, mang lại nhiều lợi ích kinh tế, kỹ thuật và môi trường cho các hộ nuôi tôm Tuy nhiên, để phổ biến và mở rộng việc áp dụng năng lượng mặt trời vào việc nuôi tôm, cần có sự hỗ trợ và thúc đẩy từ các cơ quan nhà nước, các tổ chức phi chính phủ và các doanh nghiệp liên quan Vì vậy, nhóm đã quyết định thực hiện đề tài

"Tính toán thiết kế hệ thống điện mặt trời 55 kWp cho hộ nuôi tôm tại Bến Tre" nhằm nghiên cứu, đánh giá và đưa ra các giải pháp cụ thể để tận dụng tiềm năng của hệ thống điện mặt trời trong việc nuôi tôm Nhóm hy vọng rằng nghiên cứu này sẽ giúp đóng góp vào sự phát triển bền vững của ngành nuôi trồng thủy sản, đồng thời đáp ứng mục tiêu của ngành về sử dụng nguồn năng lượng sạch và bảo vệ môi trường.

Ưu, nhược điểm

– Giải quyết vấn đề về thiếu hụt điện

Giảm chi phí đáng kể Nếu sử dụng hệ thống điện lưới về mặt chi phí tiền sẽ rất tốn kém Đối với những chủ đầu tư sử dụng máy phát điện thì chi phí cho máy phát điện và

14 nhiên liệu vận hành là con số không hề nhỏ Từ đó có thể thấy lắp đặt hệ thống điện mặt trời là giải pháp hoàn hảo cho vuông tôm Điện mặt trời là giải pháp môi trường hoàn hảo Sử dụng nguồn năng lượng tái tạo giúp bảo vệ môi trường, bảo vệ nguồn nhiên liệu hóa thạch đang dần cạn kiệt, giảm chi phí, tiết kiệm điện năng quốc gia, tránh hiện tượng quá tải, thiếu điện sinh hoạt cho người dân – Cung cấp nguồn điện liên tục và lâu dài

Hệ thống mặt trời, với tấm pin mặt trời và bộ điều khiển năng lượng mặt trời, cho phép thu thập và chuyển đổi năng lượng mặt trời thành điện để cung cấp nguồn điện cho hoạt động nuôi tôm Ưu điểm lớn nhất của hệ thống này là khả năng cung cấp nguồn điện liên tục và lâu dài, không phụ thuộc vào nguồn năng lượng từ lưới điện chính

Hệ thống mặt trời cho hộ nuôi tôm không chỉ mang lại lợi ích kinh tế mà còn đóng góp tích cực vào bảo vệ môi trường Sử dụng năng lượng mặt trời giúp giảm thiểu việc sử dụng các nguồn năng lượng truyền thống gây ô nhiễm, như than, dầu mỏ, hay khí đốt, giảm lượng khí thải Carbon Dioxide (CO2) và các chất gây ô nhiễm khác vào môi trường Đồng thời, không có tiếng ồn và chất thải gây ô nhiễm trong quá trình hoạt động, giúp duy trì sự trong lành và cân bằng môi trường trong hồ nuôi tôm Việc áp dụng hệ thống mặt trời cho hộ nuôi tôm không chỉ đảm bảo sản xuất hiệu quả mà còn góp phần vào việc xây dựng một ngành nuôi trồng thủy sản bền vững và hài hòa với môi trường tự nhiên

– Cải thiện môi trường sống của tôm Ảnh hưởng của biến đổi khí hậu khiến thời tiết diễn biến xấu, mưa nắng thất thường, kéo dài, nhiệt độ tăng cao, độ mặn tăng làm cho môi trường ao hồ cũng bị biến động xấu Điện mặt trời giúp giảm nhiệt độ của ao trồng khi trời nắng gắt Hạn chế làm đục nước mỗi khi mưa lớn Mang lại môi trường tốt cho tôm sinh sống và phát triển

– Đáp ứng được thị trường EU, một thị trường lớn, tiêu chuẩn cao

Bằng cách tuân thủ các tiêu chuẩn quốc tế, đảm bảo hiệu suất cao và bảo vệ môi trường, hệ thống năng lượng mặt trời cho vuông tôm có thể đáp ứng được yêu cầu và đạt được sự tin tưởng từ thị trường EU và các thị trường quốc tế khác Điều này có thể mang

15 lại lợi ích lớn cho dự án và góp phần vào sự phát triển bền vững của ngành nuôi tôm sử dụng nguồn năng lượng mặt trời

Phụ thuộc vào ánh sáng mặt trời: Hệ thống điện mặt trời chỉ có thể hoạt động tốt khi có đủ ánh sáng mặt trời Trong các điều kiện thời tiết khắc nghiệt, như mưa, bão, sản lượng điện mặt trời sẽ bị giảm đáng kể hoặc ngừng hoạt động hoàn toàn

Chi phí ban đầu cao: Hệ thống điện mặt trời đòi hỏi chi phí đầu tư ban đầu lớn, bao gồm chi phí thiết kế, mua sắm, lắp đặt và kết nối hệ thống Tuy nhiên, chi phí này có thể được giảm xuống trong tương lai khi công nghệ sản xuất điện mặt trời tiếp tục được cải tiến

Không gian yêu cầu lớn: Hệ thống điện mặt trời cần không gian đủ rộng để lắp đặt các tấm pin mặt trời và các thiết bị điện tử khác Điều này có thể làm giảm diện tích sử dụng cho vuông tôm hoặc đòi hỏi tìm kiếm diện tích mới để lắp đặt hệ thống

Cần bảo trì thường xuyên: Hệ thống điện mặt trời cần được bảo trì và kiểm tra thường xuyên để đảm bảo hoạt động hiệu quả Điều này có thể tốn kém và đòi hỏi sự chuyên nghiệp của các nhà thầu bảo trì.

Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu

– Nghiên cứu tổng quan về năng lượng mặt trời và hệ thống điện năng lượng mặt trời – Tính toán, thiết kế hệ thống năng lượng mặt trời cho vuông tôm có sử dụng các phần mềm Pvsyst, AutoCAD, SketchUp để hỗ trợ tính toán, mô phỏng và phân tích chi tiết về hiệu suất, tạo mô hình trực quan và tối ưu hóa thiết kế của hệ thống

– Đề ra các phương án thiết kế hệ thống điện năng lượng mặt trời khác nhau cho vuông tôm từ đó chủ đầu tư có thêm nhiều lựa chọn, phù hợp với nhu cầu sử dụng

Trình bày tổng quan về năng lượng mặt trời: bao gồm khái niệm, phương pháp khai thác và ứng dụng của năng lượng mặt trời

Tìm hiểu về tiềm năng và thực trạng phát triển của điện mặt trời trên thế giới và ở Việt Nam Cùng với đó là tìm hiểu cấu tạo, nguyên lý, vị trí nên lắp đặt và ưu, nhược điểm của các mô hình hệ thống điện năng lượng mặt trời, đặc biệt là về hệ thống điện mặt trời nối lưới

Thực hiện khảo sát lấy thông tin dự án để tìm ra phương án thiết kế Áp dụng các tiêu chuẩn hiện hành vào việc bố trí các tấm quang điện; tính toán các thông số để lựa chọn thiết bị như Inverter, Pin Kết quả thiết kế hoàn chỉnh được thể hiện qua các phần mềm chuyên dụng như AutoCAD, SketchUp và PVsyst

Sản phẩm của đề tài là bộ hồ sơ dự án tính toán hệ thống điện mặt trời 55 kWp cho hộ nuôi tôm tại Bến Tre

Thực hiện tính toán kinh tế cho hệ thống điện năng lượng mặt trời nối lưới qua việc liệt kê chi tiết chi phí trang thiết bị, vật tư, chi phí lắp đặt để xác định thời gian hoàn vốn cho chủ đầu tư Đưa ra các kiến nghị và lưu ý về việc thiết kế để tối ưu diện tích và lựa chọn thiết bị, vật tư đáp ứng tốt nhu cầu của khách hàng.

Phạm vi nghiên cứu

– Phạm vi không gian: khu nuôi tôm Ba Lai Vỉnh Phúc, Ba Tri, Bến Tre

– Phạm vi thời gian: Thực hiện trong khoảng hai tháng, từ ngày 22/04/2023 đến ngày 15/07/2023.

Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: Nghiên cứu những tài liệu cơ sở lý thuyết chuyên ngành Năng lượng tái tạo để hiểu về năng lượng mặt trời và hệ thống điện năng lượng mặt trời

Phương pháp quan sát: Tiến hành quan sát, khảo sát khu vực để lấy thông tin cho dự án

Phương pháp nghiên cứu định lượng: Đo đạc và thiết lập bảng thông tin vị trí, mặt bằng mái, nguồn điện hiện hữu để đưa ra phương án thiết kế hệ thống điện năng lượng mặt trời hiệu quả

Phương pháp chuyên gia: Tìm đến chuyên gia trong lĩnh vực để đưa ra những nhận xét, đánh giá nội dung, góp ý và bổ sung những thông tin, kiến thức còn thiếu trong đồ án.

Nội dung của đề tài

Nội dung bài báo cáo đồ án tốt nghiệp được chia thành 5 chương:

Chương 2: Cơ sở lý thuyết về năng lượng mặt trời và hệ thống điện năng lượng mặt trời Chương 3: Tính toán, thiết kế và mô phỏng hệ thống điện NLMT nối lưới cho vuông tôm Chương 4: Thảo luận về các phương án thiết kế hệ thống điện mặt trời cho hộ nuôi tôm Chương 5: Kết luận và kiến nghị

CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI VÀ HỆ THỐNG ĐIỆN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI

Cơ sở lý thuyết về năng lượng mặt trời

2.1.1 Khái niệm về năng lượng mặt trời

Năng lượng mặt trời là năng lượng được phát ra từ mặt trời và truyền đến Trái Đất dưới dạng ánh sáng và nhiệt Năng lượng mặt trời có thể được sử dụng để tạo ra điện, nước nóng và đáp ứng các nhu cầu sử dụng năng lượng khác Năng lượng mặt trời là một nguồn năng lượng tái tạo, vô tận và không gây ra khí thải ô nhiễm môi trường, do đó nó được coi là một giải pháp cho các vấn đề về năng lượng và môi trường Các công nghệ sử dụng năng lượng mặt trời bao gồm tấm pin mặt trời, hệ thống thu nhiệt và các hệ thống tập trung nhiệt

Hình 2.1 Năng lượng mặt trời

2.1.2 Phương pháp khai thác năng lượng mặt trời

Có hai phương pháp khai thác năng lượng mặt trời dạng điện năng chủ yếu là phương pháp chủ động và bị động

– Phương pháp chủ động có khả năng thu nạp nguồn năng lượng từ bức xạ mặt trời nhờ các thiết bị chuyên dụng Nguồn điện năng lượng mặt trời sau đó sẽ được phân phối bằng máy bơm hoặc hệ thống quạt Phương pháp này mới được đưa vào sử dụng từ thế kỷ 20

– Phương pháp bị động áp dụng cơ chế thu giữ nhiệt trong cấu trúc nguyên vật liệu từ các công trình xây dựng Đây là phương pháp đã được phát triển từ lâu đời

2.1.3 Ứng dụng của năng lượng mặt trời

Các sinh vật trên Trái Đất tồn tại và phát triển chịu ảnh hưởng rất lớn từ nguồn năng lượng mặt trời Ánh sáng mặt trời là nguồn năng lượng quan trọng cung cấp cho sinh vật và hệ sinh thái, đồng thời mặt trời cũng là nguồn cung cấp năng lượng cho nhiều mục đích trong sinh hoạt và sản xuất Năng lượng mặt trời có hai ứng dụng chính là nhiệt mặt trời và điện mặt trời

Nhiệt mặt trời: là quá trình chuyển đổi bức xạ mặt trời thành nhiệt năng Các hệ thống nhiệt mặt trời sử dụng tấm thu nhiệt để hấp thụ nhiệt năng từ ánh sáng mặt trời và chuyển nó thành năng lượng nhiệt dùng để sưởi ấm nước hoặc không gian, đun nước nóng cho gia đình, cũng như sử dụng trong các quy trình công nghiệp sấy khô, sưởi ấm, làm nóng chất lỏng Điện mặt trời: là quá trình chuyển đổi trực tiếp bức xạ mặt trời thành điện năng bằng cách sử dụng tấm quang điện Các tấm quang điện hoạt động dựa trên hiệu ứng quang điện, trong đó ánh sáng mặt trời tạo ra dòng điện khi va vào bề mặt của chúng Điện năng được tạo ra từ các tấm quang điện có thể được sử dụng để cung cấp điện cho hộ gia đình, doanh nghiệp và cơ quan.

Cơ sở lý thuyết về hệ thống điện mặt trời

2.2.1 Tiềm năng và thực trạng phát triển của điện mặt trời

Năng lượng mặt trời là một nguồn cung ứng bền vững và vô tận cho Trái Đất Bức xạ mặt trời là một lượng năng lượng đáng kể, và mặt trời có khả năng cung cấp năng lượng

20 suốt quãng thời gian dài mà không gây cạn kiệt Điều này làm cho năng lượng mặt trời trở thành một lựa chọn hấp dẫn để thay thế các nguồn năng lượng hóa thạch không tái tạo, giúp giảm thiểu tác động xấu đến môi trường và biến đổi khí hậu Khai thác và sử dụng năng lượng mặt trời có thể được thực hiện ở mọi nơi trên thế giới, không chỉ ở vùng xích đạo mà còn ở các vùng vĩ độ cao hơn

Trong những năm gần đây, năng lượng mặt trời đã trở thành nguồn điện tái tạo phát triển nhanh nhất trên toàn cầu Các dự án điện mặt trời lớn đã được triển khai trên khắp các lục địa, từ châu Á, châu Âu, Bắc Mỹ đến châu Phi và châu Đại Dương Đặc biệt, các quốc gia như Trung Quốc, Mỹ, Ấn Độ, và các quốc gia châu Âu đã dẫn đầu trong việc triển khai công nghệ năng lượng mặt trời và xây dựng các dự án điện mặt trời với quy mô lớn Theo ước tính, năng lượng mặt trời mà Trái Đất nhận được trong một giờ có thể đáp ứng nhu cầu năng lượng của toàn thế giới trong một năm Điều này chứng tỏ rằng tiềm năng của năng lượng mặt trời là vô hạn và có thể đáp ứng nhu cầu năng lượng của con người trong thời gian dài

Lợi thế về tiềm năng năng lượng mặt trời tại Việt Nam đã khơi nguồn cho việc triển khai các dự án điện mặt trời trên khắp đất nước Việc khai thác và sử dụng năng lượng mặt trời có thể được triển khai ở nhiều quy mô khác nhau, từ các dự án lớn như điện mặt trời trên mặt đất đến các hệ thống nhỏ hơn như hệ thống năng lượng mặt trời áp mái Để triển khai năng lượng mặt trời hiệu quả, các tỉnh có tiềm năng năng lượng mặt trời cao như Khánh Hòa, Ninh Thuận, Bình Thuận, Đắk Lắk, Gia Lai và Tây Ninh đã đẩy mạnh phát triển các dự án điện mặt trời trên diện rộng Những khu vực này không chỉ có ánh sáng mặt trời dồi dào mà còn có diện tích đất rộng phù hợp cho việc lắp đặt các tấm pin mặt trời Các dự án điện mặt trời lớn đã được triển khai, góp phần đáng kể vào sản xuất điện quốc gia và giảm thiểu lượng khí thải từ nguồn năng lượng hóa thạch Ngoài ra, việc triển khai hệ thống năng lượng mặt trời áp mái trên các công trình và tòa nhà cũng đã nhận được sự quan tâm và hỗ trợ từ các chính phủ địa phương

Việt Nam đã đưa ra nhiều chính sách hỗ trợ và khuyến khích sử dụng năng lượng mặt trời, bao gồm chính sách hỗ trợ tài chính, giảm thuế và quỹ hỗ trợ phát triển năng lượng tái tạo Điều này tạo ra một môi trường thuận lợi cho các nhà đầu tư và doanh nghiệp tham gia vào việc triển khai dự án năng lượng mặt trời tại Việt Nam Triển khai năng lượng mặt trời ở Việt Nam còn có tiềm năng để phát triển các công nghệ và ngành công nghiệp liên quan Việc sản xuất tấm pin mặt trời, thiết bị và hệ thống năng lượng mặt trời tại địa phương có thể tạo ra việc làm và đóng góp vào phát triển kinh tế địa phương Đồng thời, việc nghiên cứu và phát triển công nghệ năng lượng mặt trời cũng góp phần nâng cao năng lực khoa học và công nghệ của đất nước

Sản lượng điện năng lượng mặt trời trên toàn cầu đã tăng đáng kể vào năm 2021, đạt khoảng 179 TWh, tương đương mức tăng trưởng 22% so với năm 2020 Điện mặt trời đang trở thành xu hướng đầu tư và lựa chọn hàng đầu cho việc phát điện của nhiều quốc gia trên thế giới trong tương lai Hiện nay, điện mặt trời chiếm 3,6% tổng sản lượng điện năng toàn cầu

Trung Quốc đóng góp 38% mức tăng trưởng sản lượng điện mặt trời vào năm 2021 Mức tăng trưởng đứng thứ hai (17% tổng số) được ghi nhận tại Hoa Kỳ Đây là dấu hiệu cho thấy sự phục hồi sau giai đoạn trì trệ do đại dịch Covid-19 Tuy nhiên, để đạt được mục tiêu sản lượng 7400 TWh điện mặt trời vào năm 2030, cần có mức tăng trưởng điện năng trung bình hàng năm khoảng 25% trong giai đoạn 2022 - 2030

Các chính sách hỗ trợ mạnh mẽ cho điện mặt trời đang thúc đẩy tốc độ tăng trưởng công suất trên toàn cầu Trung Quốc đã đưa ra kế hoạch 5 năm lần thứ 14 vào tháng 6 năm

2022, với mục tiêu đạt 33% sản lượng điện từ nguồn năng lượng tái tạo vào năm 2025, trong đó điện mặt trời chiếm 18% Ủy ban Châu Âu đề xuất tăng mục tiêu sử dụng năng lượng tái tạo lên 40% vào năm 2030, trong đó điện mặt trời chiếm 45% Trong COP26 tại Glasgow vào tháng 11 năm 2021, Ấn Độ công bố mục tiêu đạt 50% thị phần điện mặt trời trong tổng công suất vào năm 2030

Năm 2019, tổng công suất điện mặt trời của Việt Nam đạt 5 GWp, trong đó các nhà máy điện mặt trời nối lưới chiếm 4,5 GWp và hệ thống điện mặt trời áp mái chiếm 0,5 GWp Điều này là kết quả từ việc triển khai dự án nhanh chóng nhằm tận dụng các chính sách khuyến khích phát triển dự án điện mặt trời tại Việt Nam, như Quyết định số 11/2017/QĐ-TTg của Thủ tướng Chính phủ

Cuối năm 2020, công suất điện mặt trời nối lưới đã đạt 9 GW, trong đó hai tỉnh Ninh Thuận và Bình Thuận chiếm gần 3,5 GW Hiện tại, công suất lắp đặt điện mặt trời là trên

13 GW Theo Dự thảo quy hoạch điện VIII, công suất lắp đặt điện mặt trời dự kiến sẽ tăng từ 17 GW giai đoạn 2020 - 2025 đến khoảng 20 GW vào năm 2030 Dự kiến tỷ trọng điện mặt trời sẽ chiếm 17% vào năm 2025 và 14% vào năm 2030 trong cơ cấu các nguồn điện

Tuy nhiên, vào năm 2021, việc hết hạn của Quyết định số 13/2020/QĐ-TTg từ ngày 31/12/2020 đã ảnh hưởng đến các nhà đầu tư, dẫn đến tạm dừng một số dự án và một số dự án khác đang chờ giá điện mới để bán cho EVN Điều này đã gây tác động lớn đến nguồn điện sản xuất, làm lãng phí điện năng và ảnh hưởng đến việc hoàn vốn cho các nhà đầu tư

2.2.2 Phân loại các hệ thống điện mặt trời

Có 3 hình thức lắp điện năng lượng mặt trời gồm: Hệ thống điện mặt trời hòa lưới (On Grid), hệ thống điện mặt trời độc lập (Off Grid) và hệ thống điện mặt trời kết hợp (Hybrid)

2.2.2.1 Hệ thống điện mặt trời hòa lưới (On-grid):

Hệ thống điện mặt trời hòa lưới, hay còn gọi là hệ thống điện mặt trời liên kết lưới, là một loại hệ thống điện mặt trời được kết nối với lưới điện chính của địa phương để cung cấp điện cho các thiết bị trong gia đình

TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ VÀ MÔ PHỎNG HỆ THỐNG ĐIỆN NLMT NỐI LƯỚI CHO VUÔNG TÔM

Các bước tính toán hệ thống điện NLMT

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

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

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

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

− Bước 3: Căn cứ vào nhu cầu phụ tải, mức đầu tư, tình hình sử dụng điện năng của khu vực mà quyết định chọn hệ thống pin NLMT độc lập hay nối lưới

− Bước 4: Tính toán số module pin NLMT

+ Npv : là số lượng module pin NLMT

+ A : là nhu cầu điện năng tiêu thụ trong số giờ nắng [kWh]

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

− Bước 5: Xác định cách ghép nối các module pin NLMT: Các module phải được ghép nối lại sao cho hệ thống đáp ứng được về công suất cũng như điện áp của phụ tải.

Thông tin khảo sát cho hệ thống điện MT tại vuông tôm

Khảo sát nhu cầu sử dụng điện của một hộ nuôi tôm tại Ba Tri, Bến Tri với diện tích hồ cần lắp đặt là 9831 m 2

Bảng 3.1 Thông tin khảo sát cho hệ thống điện mặt trời tại Bến Tre

STT Thông tin khảo sát

1 Vị trí dự án Khu nuôi tôm Vỉnh Phúc, Đường Bắc

Nam, Ba Tri, Bến Tre (10.1494912,106.6395414)

3 Vị trí lắp đặt hệ thống điện mặt trời

Phương án 1: Mặt hồ lắng Phương án 2: Hồ nuôi

4 Diện tích mặt bằng mái đự kiến sử dụng để lắp đặt

5 Hướng mái / Độ nghiêng Mái hồ nuôi tôm: Hướng Tây Nam 5 o ,

Hồ lắng: Hướng Tây Nam 6 o

6 Vật cản che bóng Có bóng cây gần hồ nuôi

7 Vị trí lắp đặt tủ điện, Inverter Nhà kho của hộ gia đình

Hình 3.1 Tổng thể mặt bằng trại nuôi tôm trước khi lắp đặt hệ thống điện mặt trời.

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

3.3.1 Tính toán tải tiêu thụ hộ gia đình nuôi tôm

Bảng 3.2 Tên và công suất của vuông tôm

Thời gian Công suất 1 ngày

Bảng 3.3 Tên và công suất của hộ gia đình nuôi tôm

STT Tên Số lượng Công suất

Thời gian Công suất 1 ngày

Tính toán tải tiêu thụ hộ gia đình nuôi tôm:

Với các thông số đã được khảo sát và trình bày ở Bảng 3.2 và Bảng 3.3 thì:

Công suất sử dụng tối đa trong 1 giờ nắng:

Với số giờ nắng trung bình của tỉnh Bến Tre là 5.1 giờ: Điện năng thụ trong dựa trên số giờ nắng:

A5.1giờ = 43.38 x 5.1 = 221.238 (kWh) Điện năng thụ trong dựa trên số giờ nắng trong 1 năm:

3.3.2 Tính toán số lượng tấm pin cần sử dụng

Tính toán số lượng tấm pin cần sử dụng:

Bảng 3.4 Datasheet của tấm quang điện JAM72S20 440-465/MR

Hình 3.2 Tấm quang điện JAM72S20-450/MR

Từ nhu cầu sử dụng điện của hộ gia đình nuôi tôm và số giờ nắng trung bình của tỉnh Bến Tre là khoảng 5.1h thì:

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

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

➔ Hệ thống cần lắp đặt là 55 (kWp)

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

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

Tính toán Inverter của hệ thống:

Với số lượng tấm pin là 122, công suất mỗi tấm là 450W

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

➔ Do đó, lựa chọn Inverter gần nhất là 50 (kW)

Bảng 3.5 Datasheet của Inverter Growatt MAX 50-80 KTL3 LV

Hình 3.3 Inverter Growatt MAX 50KTL3 LV

Tính toán số lượng string:

Dựa vào datasheet của Inverter Growatt 50KW TL3LV và pin mặt trời JA Solar 450W, ta xác định được các thông số sau:

Dải điện áp hoạt động của Inverter (VDCmin VDCmax): 250-1100V

Giá trị điện áp DC của một string tối ưu cho Inverter (VDCR): 600V

Phạm vi điện áp DC đầu vào MPPT (VMPPTmin VMPPTmax): 200-1000V

45 Điện áp hở mạch Voc: 49,7V Điện áp hoạt động Vmp: 41,52V

Kích thước chuỗi tối thiểu cho hệ thống: 250/41,52 = 6 (tấm)

Kích thước chuỗi tối đa để không bị vượt quá điện áp: 1100/49,7 = 22 (tấm)

Kích thước chuỗi tối thiểu trong phạm vi điện áp tối ưu (MPP): 6x41,52 = 249,12V Kích thước chuỗi tối đa trong phạm vi điện áp tối ưu (MPP): 22x41,52 = 913,44V Thuộc phạm vi điện áp DC đầu vào MPPT (200-1000V)

➔ Như vậy 1 string sẽ có khoảng từ 6-22 tấm pin

Số lượng string gắn trên các MPPT của Inverter Growatt lần lượt là 4/3-3-3 string (MPPT Growatt 50KTL3 LV)

Ta có giá trị điện áp tối ưu cho 1 string là 600V

Số tấm pin tối ưu cho 1 string là: 600/41,52 = 15 tấm

Với điều kiện thực tế thì việc duy trì mức điện áp tối ưu cho Inverter là không ổn định Để luôn đạt được mức điện áp tối ưu cho một Inverter thì tăng số lượng tấm pin lên khoảng 16-18 tấm

➔ Số tấm pin tối ưu cho 1 string là: 16-18 tấm

➔ Nhóm bố trí 1 string là 18 tấm, và tăng số lượng tấm pin thành 126 tấm để bố trí đều các string và tránh làm giảm hiệu suất hệ thống

Bảng 3.6 Tóm tắt hệ thống điện mặt trời

Phương án thiết kế hệ thống

Theo như chúng ta đã được biết, các hồ nuôi tôm thường không có mái che, mà diện tích mái ở khu vực nhà ở không đủ đáp ứng diện tích lắp đặt của hệ thống Với diện tích hồ

46 lớn, ít bị ảnh hưởng bởi bóng che, nhóm đã đề ra ba phương án thiết kế lắp đặt hệ thống điện mặt trời ngay trên mặt hồ nuôi tôm:

Phương án I: Thiết kế giàn khung lắp đặt hệ thống pin năng lượng mặt trời

Phương án II: Thiết kế hệ thống giá đỡ lắp đặt pin năng lượng mặt trời theo dạng module

Phương án III: Thiết kế hệ thống phao lắp đặt pin năng lượng mặt trời theo dạng module

Các phương án thiết kế này có thể được lắp đặt trên hai loại hồ thường thấy ở các hộ nuôi tôm là:

+ Hồ nuôi: Cung cấp một môi trường sống ổn định và thuận lợi cho tôm Nó cung cấp không gian để tôm sinh sống, di chuyển, và tìm kiếm thức ăn Hồ nuôi cũng cung cấp điều kiện nhiệt độ, độ mặn và các yếu tố môi trường khác phù hợp để tôm phát triển và sinh sản

+ Hồ lắng: Hệ thống xử lý nước, được sử dụng để loại bỏ các tạp chất và hợp chất rắn lơ lửng từ nước Nó được thiết kế để cho phép các hạt rắn nặng lắng xuống dưới đáy hồ và được thu gom, trong khi nước được chuyển đến giai đoạn tiếp theo của quá trình xử lý

Cả ba phương án đều có những ưu điểm và nhược điểm riêng, và việc lựa chọn phụ thuộc vào nhiều yếu tố như diện tích sẵn có, yêu cầu công suất và điều kiện kỹ thuật của dự án Bằng việc nghiên cứu và so sánh sự phù hợp của từng phương án, chúng ta có thể chọn ra giải pháp tối ưu nhằm đảm bảo hiệu quả và bền vững của hệ thống

Nhằm mô tả một cách chính xác các thành phần có trong hệ thống điện năng lượng mặt trời cho hộ nuôi tôm, nhóm đã tạo ra các bản vẽ AutoCAD thiết kế, đây là bước tiền đề quan trọng cho quá trình thi công và lắp đặt thực tế trong tương lai

3.4.1 Phương án I: Thiết kế giàn khung lắp đặt hệ thống pin năng lượng mặt trời

Phương án dựng giàn khung trên mặt hồ là một giải pháp cho việc tận dụng năng lượng mặt trời trong hoạt động nuôi tôm Bằng cách lắp đặt các tấm pin mặt trời trên giàn khung, người nuôi tôm có thể tận dụng không gian trên mặt nước mà không cần sử dụng

47 diện tích đất Điều này tạo không gian di chuyển trên mặt hồ, thuận tiện cho quản lý và chăm sóc hồ nuôi tôm, tăng tính linh hoạt

Hệ thống pin được bố trí trên giàn khung có chiều cao lần lượt từ thấp đến cao là 2m, 2m6, 3m7; chiều dài của khung là 19,9m; chiều rộng 21,2m Nó được làm từ các vật liệu chịu lực như thép không rỉ, hợp kim nhôm hoặc thép carbon Khung chính giữ chặt tấm pin và đảm bảo chúng không bị biến dạng hay tổn hại do các yếu tố thời tiết như gió, mưa và nhiệt độ cao Các kẹp và bộ giữ được sử dụng để kết nối các tấm pin với khung chính Chúng đảm bảo rằng các tấm pin được gắn chặt vào vị trí cố định và an toàn trên giàn khung Để giảm ảnh hưởng của nước, tránh việc gây rỉ sét, nhóm đề xuất việc lấp đất ngăn giữa hồ và nền đất xung quanh trụ có thể được xử lý bằng cách sử dụng các loại vật liệu chống ăn mòn hoặc lớp chống thấm để tránh sự ăn mòn do tương tác với đất ẩm

Hình 3.4 Hình chiếu đứng của giàn khung

Hình 3.5 Hình chiếu cạnh của giàn khung

Hình 3.6 Hình chiếu bằng của giàn khung

Hình 3.7 Tổng quan giàn khung của hệ thống

Hình 3.8 Chi tiết cố định chân giàn khung

Hình 3.10 Chi tiết kẹp biên của hệ thống

Hình 3.11 Kẹp cliplock cố định rail

Hình 3.12 Kẹp cliplock tăng giảm cố định rail

Hình 3.13 Chi tiết lắp đặt thanh rail

Hình 3.14 Chi tiết thang lồng gắn vào giàn khung

Hình 3.15 Bản vẽ AutoCad giàn khung pin Ưu nhược điểm hệ thống Ưu điểm:

Với hệ thống giàn khung pin mặt trời, người nuôi tôm sẽ không bị cản trở trong quá trình làm việc, bảo trì, bảo dưỡng

Khó khăn trong quá trình thi công lắp đặt

Cần hệ thống giàn khung phức tạp: Thiết kế và xây dựng giàn khung phải đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật và an toàn, đảm bảo rằng giàn khung có độ cứng và độ ổn định để chịu được các yếu tố môi trường như gió, sóng nước, và sự biến đổi nước

Giàn khung bị cố định không thể di chuyển và không đáp ứng đủ diện tích khi chủ đầu tư muốn mở rộng hệ thống điện mặt trời với diện tích hệ thống mới lớn hơn diện tích giàn khung hiện tại

3.4.2 Phương án II: Thiết kế hệ thống giá đỡ lắp đặt pin năng lượng mặt trời theo dạng module

Phương án thiết kế hệ thống giá đỡ lắp đặt pin năng lượng mặt trời tận dụng diện tích hồ nước có sẵn, thiết kế này tận dụng không gian trên mặt nước, tạo ra một nền móng vững chắc cho việc lắp đặt các tấm pin mặt trời

Phương án thiết kế bao gồm sử dụng các khung giá đỡ chắc chắn và chất liệu chống ăn mòn để tạo ra một cơ sở vững chắc trên mặt nước Các khung giá đỡ này được cố định chặt chẽ trên một ống trụ được gắn cố định vào đáy hồ Điều này đảm bảo hệ thống giá đỡ ổn định và an toàn trong mọi điều kiện thời tiết

Việc lắp đặt hệ thống tấm pin năng lượng mặt trời giữa hồ bắt đầu bằng việc xây dựng một trụ bê tông chất lượng cao, được chôn sâu xuống đáy hồ Trụ bê tông có chức năng giữ cho hệ thống ổn định và bền vững trước các yếu tố môi trường khắc nghiệt như nước và đáy hồ

Sau khi hoàn thành việc bố trí trụ bê tông, các thanh kim loại không rỉ, có chiều cao khoảng 3m, được nối vào trụ bê tông Những thanh kim loại này sẽ tạo thành các cột hỗ trợ để cố định tấm pin năng lượng mặt trời và phần giá đỡ sẽ được lắp đặt ngay trên chúng Với tính chất của kim loại không rỉ, hệ thống sẽ tránh được hiện tượng rỉ sét và ăn mòn trong môi trường ẩm ướt của hồ

Mỗi trụ sẽ được bố trí với sáu tấm pin năng lượng mặt trời kết hợp lại thành một module Các tấm pin năng lượng mặt trời sẽ thu thập ánh sáng mặt trời và chuyển đổi năng lượng này thành điện năng sử dụng

Thiết kế tủ điện, hệ thống tiếp địa, Inverter và tính toán chọn dây

➢ Tính toán chọn dây dẫn

Hình 3.39 Sơ đồ đấu nối dây trong một string

Dựa trên thông số kỹ thuật của Inverter có công suất 50 kW và dòng đầu ra 80,5 A, nhóm đã thực hiện lựa chọn loại cáp phù hợp để đảm bảo khả năng chịu dòng điện của Inverter Theo khuyến nghị của nhà sản xuất, loại cáp có tiết diện 35 mm2 được ưu tiên

Nhóm đã chọn loại cáp Cadivi CXV-35-0,6/1 kV với khả năng chịu dòng lên tới hơn 140A, vượt quá giá trị dòng cần thiết từ Inverter Điều này đảm bảo cáp có khả năng chịu tải cao và an toàn trong quá trình truyền tải điện

Cáp Cadivi CXV-35-0,6/1 kV sẽ được sử dụng để kết nối từ đầu ra của Inverter đến tủ điện MDB-PV, đảm bảo việc truyền tải điện năng một cách hiệu quả và ổn định trong hệ thống điện mặt trời Sự lựa chọn này sẽ đảm bảo hệ thống hoạt động ổn định và đáng tin cậy, đồng thời giúp tối ưu hóa hiệu suất của hệ thống điện năng lượng mặt trời cho hộ nuôi tôm

Ta sẽ tính hệ số K là hệ số thể hiện điều kiện lắp đặt theo, có công thức là:

• K1: Hệ số hiệu chỉnh thể hiện ảnh hưởng của cách thức lắp đặt

• K2: Hệ số hiệu chỉnh thể hiện ảnh hưởng tương hỗ của hai mạch đặt kề nhau

• K3: Hệ số hiệu chỉnh thể hiện ảnh hưởng của nhiệt độ tương ứng với dạng cách điện Phần dây dẫn (cáp) kéo từ tủ điện đến lưới là loại đơn lõi (1 pha tương ứng 2 dây)

67 và sẽ được đặt trong khay cáp không đục lỗ, do đó ta có hệ số K1 = 1 và K2 = 0,85 Loại cáp được lựa chọn sẽ có lớp cách điện XLPE để đảm bảo độ bền và độ chịu nhiệt cao Nhiệt độ môi trường tại tỉnh Bến Tre, khoảng 40 o C, cho ta hệ số K3 = 0,91

Từ ba hệ số trên, ta tính được hệ số K = 1 x 0,85 x 0,91 = 0,7735

Ta có dòng làm việc của Inverter là 80,5 A nên ta sẽ lựa chọn MCCB có dòng định mức là In 0 A Từ đó suy ra dòng làm việc để xác định tiết diện dây được tính sao cho MCCB có thể bảo vệ được nó, tức là IZ = In = 100 A Và cùng với hệ số K đã tính, thì dòng làm việc:

0,7735= 129,28 Vậy cáp sẽ được chọn với dòng định mức từ 129,28 A Căn cứ vào thông số kỹ thuật của cáp điện Cadivi, ta chọn cáp CXV-35 0,6/1kW có dòng định mức I = 140A

➢ Thiết kế hệ thống tiếp địa cho hệ thống điện NLMT

Hệ thống điện mặt trời cho hộ nuôi tôm cần được bảo vệ khỏi nguy cơ sét đánh, đặc biệt khi nằm ở vị trí đồng trống có khả năng tiếp xúc trực tiếp với các yếu tố thời tiết và sét Việc chống sét là một yếu tố quan trọng để đảm bảo an toàn cho hệ thống điện mặt trời, thiết bị và pin

Cọc tiếp địa: Các cọc tiếp địa được đặt gần hệ thống điện mặt trời và được nối với cácthiết bị chống sét để đảm bảo việc xả sét an toàn xuống đất Cọc tiếp địa sẽ giúp dẫn lượng lớn năng lượng từ sét xuống đất một cách an toàn

Hình 3.40 Nối dây tiếp địa của các string

Hình 3.41 Nối dây tiếp địa cho Inverter

Hình 3.42 Chi tiết thanh nối đất

➢ Thiết kế nhà Inverter và tủ điện cho hệ thống điện NLMT

Với những trang thiết bị dễ kiếm, với chi phí rẻ như mái tôn cũ, sắt phế liệu thì những chủ đầu tư có thể dễ dàng chế tạo ra nhà Inverter, giúp cho Inverter tránh bị hư hỏng bởi những ảnh hưởng của thời tiết

Hình 3.43 Hình chiếu đứng nhà Inverter

Hình 3.44 Hình chiếu cạnh nhà Inverter

Hình 3.45 Hình chiếu bằng nhà Inverter

Hình 3.46 Sơ đồ đấu nối tủ điện

Bảng 3.7 Chú thích kí hiệu tủ điện

CXV/DSTA CÁP CXV/DSTA

CXV/DATA CÁP CXV/DATA

CXV/SE/DSTA CÁP CXV/SE/DSTA

Tính toán thời gian hoàn vốn của hệ thống NLMT 55KW

Bảng 3.8 Giá thành của các thiết bị hệ thống điện mặt trời có giàn khung

STT Tên thiết bị Số lượng Giá Thành tiền

3 Tủ điện DC, AC và phụ kiện khác

Bốn trăm sáu mươi sáu triệu chín trăm bốn mươi ngàn đồng

Bảng 3.9 Giá thành của các thiết bị hệ thống điện mặt trời phao nổi

STT Tên thiết bị Số lượng Giá Thành tiền

3 Tủ điện DC, AC và phụ kiện khác

Bốn trăm sáu mươi mốt triệu tám trăm bốn mươi ngàn đồng

Bảng 3.10 Giá thành của các thiết bị hệ thống điện mặt trời dùng thùng phi

STT Tên thiết bị Số lượng Giá Thành tiền

3 Tủ điện DC, AC và phụ kiện khác

Bốn trăm bốn mươi bảy triệu một trăm bốn mươi ngàn đồng

Bảng 3.11 Giá thành của các thiết bị hệ thống điện mặt trời có trụ

STT Tên thiết bị Số lượng Giá Thành tiền

1 Trang thiết bị cần thiết được

3 Tủ điện DC, AC và phụ kiện khác

Bốn trăm sáu mươi ba triệu chín trăm bốn mươi ngàn đồng

Dựa vào các thông số khảo sát và tính toán được ở các phần trên mà căn cứ vào đó để tiến hành tính toán thời gian hoàn vốn của hệ thống.Việc triển khai hệ thống điện mặt trời này được thực hiện dựa trên tổng công suất yêu cầu của hệ thống nuôi tôm, nhằm cung cấp điện năng sạch và bền vững cho các hoạt động chăm sóc và vận hành hồ nuôi tôm. Đặt vấn đề:

Một gia đình lắp đặt hệ thống điện mặt trời công suất 55kWp Hệ thống sản xuất được 80751.87(kWh) trong 1 năm và sự suy giảm hiệu suất của hệ thống là 0.35%/năm Giả sử lợi suất trái phiếu chính phủ thời hạn 10 năm là R=6%/năm; giá điện là 2666 VND, với mức tăng giá điện hàng năm là 5% Tính thời gian hoàn vốn cho hệ thống?

Vì hệ thống suy giảm công suất là 0.35%/năm và giá điện tăng 5%/năm nên lượng điện sinh ra và giá điện hàng năm là:

Năm 1: Pow 1 = 80751.87 kWh Pr1 = 2666 VND

Năm 2: Pow 2 = 80751.87 x 0.9965 = 80187.60 kWh Pr2 = 2666 x 1.05 VND Năm 3: Pow 3 = 80751.87 x (0.9965)^2 = 79906.94 kWh Pr3 = 2666 x (1.05)^2 VND

Số tiền thu được = công suất điện x giá điện

Số tiền thu được quy đổi về thời điểm đầu tư = số tiền thu được/(1+R)^n (với n là số năm)

Bảng 3.12 Bảng hoàn vốn của hệ thống điện mặt trời

Với chi phí đầu tư ban đầu tương đối cao và hầu như không sử dụng điện lưới hoặc sử dụng không đáng kể, tùy vào nhu cầu sử dụng của khách hàng mà có thể lựa chọn giữa hệ thống điện mặt trời nổi hoặc hệ thống điện mặt trời áp mái, với những ưu điểm khác nhau mà có thể đem lại hiệu quả trong kinh doanh Suy cho cùng cả ba hệ thống vẫn mất khoảng 2-3 năm sẽ thu hồi được số vốn đầu tư ban đầu.

Mô phỏng hệ thống trên phần mềm PVSyst

➢ Tổng quan phần mềm PVSyst

PVsyst là một phần mềm được sản xuất bởi các nhà nghiên cứu khoa học có trụ sở tại Thụy Sĩ, và nó phục vụ cho công tác nghiên cứu, định cỡ, mô phỏng và phân tích dữ liệu hệ thống điện mặt trời Ứng dụng này được thiết kế đặc biệt để làm việc với các hệ thống điện mặt trời hoàn chỉnh và cho phép nghiên cứu, định cỡ và phân tích dữ liệu của chúng PVsyst hỗ trợ làm việc với nhiều loại hệ thống điện mặt trời, bao gồm hệ thống nối lưới, hệ thống độc lập, hệ thống bơm và hệ thống DC-lưới PV Phần mềm này cũng bao quát cơ sở dữ liệu về các thành phần của các hệ thống điện mặt trời Ngoài ra, PVsyst cung cấp các công cụ năng lượng mặt trời chung để hỗ trợ công tác nghiên cứu và phân tích về năng lượng mặt trời

Với PVsyst, người dùng có thể thực hiện các tính toán và mô phỏng chi tiết về hiệu suất và hoạt động của hệ thống điện mặt trời, giúp họ hiểu rõ hơn về khả năng hoạt động và hiệu quả của các giải pháp năng lượng mặt trời

Hình 3.47 Logo phần mềm PVSyst

Hình 3.48 Giao diện phần mềm PVSyst

PVsyst có một số tính năng quan trọng giúp người dùng nghiên cứu, định cỡ và phân tích hệ thống điện mặt trời Dưới đây là một số tính năng chính của PVsyst:

– Chỉ định công suất mong muốn hoặc khu vực có sẵn: Cho phép người dùng chỉ định công suất mục tiêu hoặc các thông số liên quan đến khu vực mà hệ thống điện mặt trời sẽ được triển khai

– Chọn mô đun PV và biến tần từ cơ sở dữ liệu nội bộ: Hỗ trợ người dùng chọn các mô đun PV và biến tần phù hợp từ cơ sở dữ liệu được tích hợp trong phần mềm

– Đề xuất cấu hình mảng tấm pin và hệ thống cho mô phỏng sơ bộ: Tạo ra một cấu hình mảng tấm pin và hệ thống dựa trên thông số đầu vào để thực hiện mô phỏng sơ bộ

– Hiển thị đường cong I/V của mảng PV: Cho phép xem đường cong I/V (cường độ dòng điện/điện áp) của mảng PV cùng với các giới hạn biến tần, điện áp, dòng điện và dòng biến tần MPPT

– Cung cấp công cụ đánh giá tổn thất và tính toán năng lượng: Cung cấp các công cụ chuyên dụng để đánh giá tổn thất dây và các tổn thất khác liên quan đến hệ thống điện mặt trời, giúp tính toán tổng năng lượng MWh/năm để đánh giá lợi nhuận của hệ thống PV

– Tính toán năng lượng cụ thể kWh/kWp: Tính toán chỉ số sản xuất dựa trên bức xạ có sẵn (vị trí và định hướng) để đánh giá hiệu suất của hệ thống

– Hiển thị năng lượng chính và tổn thất liên quan đến mô phỏng: Hiển thị các thông số chính liên quan đến năng lượng sản xuất và các tổn thất liên quan trong quá trình mô phỏng

– Công cụ phân tích hệ thống và cải thiện tiềm năng: Cung cấp các công cụ mạnh mẽ để phân tích nhanh hành vi hệ thống và cải thiện hiệu suất và thiết kế

– Tìm kiếm trực tiếp vị trí bằng Google Maps: Cho phép người dùng tìm kiếm vị trí cụ thể thông qua tích hợp Google Maps

– Tính toán mạch điện ở đầu vào của mỗi biến tần: Tính toán các thông số liên quan đến mạch điện đầu vào của từng biến tần

➢ Ưu và nhược điểm của PVsyst Ưu điểm của PVsyst bao gồm khả năng thực hiện đánh giá nhanh về hệ thống sản xuất, tính chính xác cao trong dự đoán hiệu suất và sản lượng năng lượng của hệ thống, tích hợp dữ liệu và hệ thống giúp tạo ra các mô hình chính xác và thiết kế tối ưu hóa hệ thống

Tuy nhiên, PVsyst cũng có một số nhược điểm, bao gồm đòi hỏi kiến thức chuyên môn về năng lượng mặt trời và các yếu tố liên quan để sử dụng hiệu quả phần mềm này Điều này có thể tạo ra một thách thức cho người dùng mới bắt đầu hoặc không có kinh

78 nghiệm trong lĩnh vực này Ngoài ra, phiên bản trải nghiệm của PVsyst yêu cầu đăng ký với giá thành khá cao, khoảng 20 triệu VNĐ/năm

3.7.1 Thông tin chung của hệ thống

Từ quá trình mô phỏng, thiết kế thông qua hai phần mềm PVsyst và Sketchup trên địa bàn tỉnh Bến Tre với vị trí vĩ độ 10.14°N và kinh độ 106.63°E nhóm đồ án thu được kết quả như sau:

– Công suất của hệ thống là 56.7 kWp với số tấm pin là 126 tấm (công suất mỗi tấm là 450W)

– Điện năng mà hệ thống tạo ra là 68.04 MWh/năm

– Tổng công suất của Inverter là 50 kWac

– Điện áp hoạt động là 580-1000V

Hình 3 49 Thông tin chung của hệ thống

3.7.2 Công suất của hệ thống

– Công suất thực trung bình là 3.97 kWh/kWp/ngày

– Tổng tổn thất trung bình trên dàn pin là 0.88 kWh/kWp/ngày

– Tổn thất trung của hệ thống là 0.05 kWh/kWp/ngày

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

Hình 3.50 Công suất của hệ thống

– Công suất thực trung bình của hệ thống là 3.97 kWh/kWp/ngày

– Tổng công suất trung bình là 4.9 kWh/kWp/ngày

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

Hình 3.51 Hiệu suất của hệ thống

Hình 3.52 Sơ đồ phân phối xác suất hệ thống

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

3.7.3 Đánh giá tổn thất của hệ thống

Hình 3.53 Tổn thất của hệ thống

+ Tổn thất trên dàn pin: 0.88

+ Tổn thất trong hệ thống: 0.05

Vậy tổn thất của hệ thống chiếm 18.98% so với tổng điện năng sinh ra

Hình 3.54 Các tổn thất của hệ thống

+ Tổng xạ phương ngang: 1776 Kwh/m2

+ Lượng bức xạ dàn pin nhận được (Global incident in coll Plane): 0.7%

+ Tổn thất do bóng che: 0.16%

+ Phản xạ trên bề mặt của tấm pin: 3.17%

+ Tổn thất do bụi bẩn: 3%

+ Bức xạ bộ thu nhận được: 1677 kWh/m2 x 274m2

+ Hiệu suất chuyển đổi của tấm PV: 20.77%

Hình 3.55 Các tổn thất sau khi tiến hành đổ bóng

Hình 3.56 Biểu dồ năng lượng được đưa vào lưới điện

Biểu đồ thể hiện năng lượng được đưa vào lưới điện trong thời gian 25 năm Phần mềm giúp người dùng đưa ra dự đoán về sản lượng Theo đó sản lượng giảm dần qua từng năm với tỷ lệ giảm mỗi năm khoảng 0.48%

Hình 3.57 Biểu đồ hiệu suất về sản lượng điện của hệ thống.

Mô phỏng hệ thống trên phần mềm SketchUp

➢ Tổng quan phần mềm Sketchup

SketchUp được phát triển bởi công ty @Last Software và có trụ sở tại Boulder, Colorado, Hoa Kỳ Tính năng nổi bật của phần mềm này là giao diện đồ họa thân thiện và dễ sử dụng, giúp người dùng dễ dàng biểu diễn ý tưởng của họ thành mô hình 3D một cách nhanh chóng và đơn giản Các kiến trúc sư và kỹ sư thường sử dụng SketchUp để thiết kế kiến trúc, quy hoạch công trình, hiển thị không gian nội thất và tạo ra các bản vẽ kỹ thuật Trong khi đó, nhà phát triển trò chơi điện tử có thể sử dụng SketchUp để tạo các môi trường 3D và các đối tượng trong trò chơi Đạo diễn điện ảnh cũng sử dụng SketchUp để lập kế hoạch cho cảnh quay, xây dựng các bối cảnh và tạo ra mô hình trước khi thực hiện quay phim thực tế Dựa trên các tính năng tiện ích và giao diện thân thiện, SketchUp là một công cụ quan trọng và hữu ích cho việc biểu diễn ý tưởng và tạo ra mô hình 3D trong nhiều lĩnh vực sáng tạo.

Hình 3.58 Logo phần mềm SketchUp

Dưới đây là những điểm nổi bật chính của phần mềm này:

Không yêu cầu phần cứng mạnh: SketchUp có yêu cầu phần cứng thấp hơn so với một số phần mềm mô hình hóa 3D khác như 3D Max, FormZ, hay Maya Điều này làm cho SketchUp trở nên dễ dàng và thuận tiện để chạy trên nhiều máy tính có cấu hình khác nhau

Giao diện đồ họa thông minh: Hệ thống giao diện của SketchUp cho phép người sử dụng dễ dàng dựng hình vẽ ba chiều trong không gian hai chiều của màn hình Điều này giúp tạo ra các mô hình 3D một cách nhanh chóng và dễ dàng

Công cụ kéo-đẩy và chỉnh sửa khối: Công cụ "kéo-đẩy" (push-pull tool) cho phép tạo các khối đơn giản một cách nhanh gọn Ngoài ra, các công cụ khác như extrude - widen và follow me tool giúp chỉnh sửa và tạo khối theo đường sinh cho trước một cách hiệu quả

Mô phỏng góc chiếu mặt trời và hiệu ứng ánh sáng: SketchUp cho phép mô phỏng và hiệu chỉnh góc chiếu của mặt trời vào tất cả các thời điểm trong năm, giúp hiểu rõ hơn hiệu ứng ánh sáng và bóng đổ trong mô hình

Kết xuất nhanh với phong cách trình bày độc đáo: Bản vẽ được kết xuất ở tốc độ cao dựa trên hệ mô hình đa giác thấp (low-poly), tạo ra các hình ảnh với phong cách trình bày độc đáo

Tích hợp và giao tiếp với các phần mềm mô hình khác: SketchUp có khả năng giao tiếp rộng rãi với các phần mềm mô hình hóa khác, cho phép tương tác và trao đổi dữ liệu dễ dàng

Hỗ trợ trình kết xuất ngoài: SketchUp có thể kết hợp với các trình kết xuất ngoài (Renderer) như IRender, Podium, Indigo, Kerkythea để tạo ra những hình ảnh và đồ họa chất lượng cao hơn

➔ Sau khi lên được phương án thi công chúng ta sẽ tiến hành mô phỏng 3D, việc mô phỏng 3D thực sự rất hữu ích nó giúp chúng ta có cái nhìn trực quan nhất trước khi lắp đặt, thi công thực tế Ở đây nhóm sử dụng công cụ mô phỏng 3D Sketchup

3.8.1 Thiết kế giàn khung lắp đặt hệ thống pin năng lượng mặt trời

Hình 3.59 Mô hình giàn khung của hệ thống pin

Hình 3.60 Bố trí các tấm pin

Hình 3.61 Bắt kẹp biên cho giàn pin

Hình 3.62 Lối đi lên của giàn pin

Hình 3.63 Hoàn thành giàn pin cho hệ thống

3.8.2 Thiết kế hệ thống giá đỡ lắp đặt pin năng lượng mặt trời

Hình 3.64 Mặt trước của trụ pin

Hình 3.65 Mặt bên của trụ pin

Hình 3.66 Mặt sau của trụ pin

Hình 3.67 Kẹp giữa của các tấm pin trong trụ

Hình 3.68 Tổng quan khi lắp trụ xuống hồ

3.8.3 Thiết kế hệ thống phao lắp đặt pin năng lượng mặt trời trên thị trường

Hình 3.69 Một module năng lượng mặt trời sử dụng phao nổi

Hình 3.70 Module phao nổi nhìn từ mặt bên

Hình 3.71 Chi tiết kết nối các phao

Hình 3.72 Tổng quan của hệ thống khi lắp đặt phao nổi

3.8.4 Thiết kế hệ thống phao lắp đặt pin năng lượng mặt trời bằng cách tái tạo các thùng phi có thể sử dụng

Hình 3.73 Một module năng lượng mặt trời sử dụng thùng phi tái chế

Hình 3.74 Một string của hệ thống năng lượng mặt trời sử dụng thùng phi tái chế

Hình 3.75 Chi tiết nối các module phao nổi nhìn từ mặt bên

Hình 3.76 Tổng quan của hệ thống khi lắp đặt phao nổi

THẢO LUẬN VỀ CÁC PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỆN MẶT TRỜI CHO HỘ NUÔI TÔM

ĐIỆN MẶT TRỜI CHO HỘ NUÔI TÔM

Trên cơ sở nghiên cứu và thiết kế hệ thống điện mặt trời cho hộ nuôi tôm, nhóm đã đề xuất ba phương án thi công phù hợp Cả ba phương án này đều có những ưu điểm và hạn chế riêng, mang lại những kết quả khả quan cho việc ứng dụng năng lượng mặt trời trong nuôi tôm

Phương án thứ nhất là sử dụng giàn khung lắp đặt hệ thống điện mặt trời, tức là lắp đặt các tấm quang điện trên giàn khung Thiết kế này tận dụng độ cao của dàn khung tránh ảnh hưởng đến quá trình nuôi tôm dưới hồ

Phương án thứ hai là sử dụng hệ thống giá đỡ lắp đặt pin năng lượng mặt trời trên mặt nước tận dụng diện tích hồ có sẵn có ưu điểm là tận dụng không gian trên mặt nước, tạo nền móng vững chắc và sử dụng vật liệu chống ăn mòn, đảm bảo hệ thống ổn định và an toàn.Phương án thiết kế này cũng có ưu điểm là dễ dàng lắp đặt Với cấu trúc khung giá đỡ chắc chắn và ống trụ cố định vào đáy hồ, quy trình lắp đặt trở nên đơn giản và hiệu quả Điều này giúp tiết kiệm thời gian và công sức trong việc triển khai hệ thống giá đỡ trên mặt nước

Phương án thứ ba là sử dụng hệ thống điện mặt trời trôi nổi, tức là lắp đặt các tấm quang điện trên phao nổi trên mặt hồ nuôi tôm Phương án này cung cấp lợi ích là tận dụng không gian trên mặt hồ mà không cần sử dụng diện tích đất, đồng thời giúp giảm nhiệt độ nước và tạo môi trường thuận lợi hơn cho tôm Với phương án này, hộ nuôi tôm có thể chế tạo ra những chiếc phao nâng đỡ pin từ những vật liệu dễ tìm như thùng phi, thùng nhựa, sắt phế liệu làm giảm chí phí hệ thống

Ngoại trừ phương án đầu tiên thì các phương án còn lại sử dụng mô hình module Với mô hình module các hộ nuôi tôm có thể dễ dàng hơn trong việc đầu tư hệ thống năng lượng tái tạo cho vuông tôm của mình chỉ bằng việc lắp đặt một số lượng module phù hợp với công suất của hệ thống vuông tôm

Cả ba phương án đều đáng được xem xét và áp dụng tùy thuộc vào điều kiện cụ thể của từng hộ nuôi tôm Để đạt được hiệu quả tối đa, cần thực hiện việc tính toán kỹ lưỡng về công suất, diện tích lắp đặt, vị trí địa lý và yêu cầu năng lượng của hộ nuôi tôm Ngoài ra, việc áp dụng các chính sách hỗ trợ tài chính và quản lý chặt chẽ cũng đóng vai trò quan trọng trong việc triển khai thành công hệ thống điện mặt trời cho hộ nuôi tôm

Tổng kết lại, việc thiết kế hệ thống điện mặt trời cho hộ nuôi tôm thông qua ba phương án đã được trình bày trong đề tài này mang lại những ưu điểm và tiềm năng lớn Việc sử dụng năng lượng mặt trời giúp tiết kiệm chi phí, bảo vệ môi trường và tạo ra sự độc lập năng lượng cho hộ nuôi tôm Tuy nhiên, cần có sự nghiên cứu và phân tích kỹ lưỡng để đưa ra phương án phù hợp nhất với điều kiện và yêu cầu của từng hộ nuôi tôm

Dự án lắp đặt hệ thống điện mặt trời cho hộ nuôi tôm ở Ba Tri, Bến Tre có những điểm mạnh đáng chú ý Dựa trên cường độ bức xạ mặt trời trong khu vực này, việc lắp đặt hệ thống điện mặt trời sẽ có khả năng sản xuất năng lượng đáng kể

Mặc dù cường độ bức xạ mặt trời tại khu vực này chỉ cao hơn so với mặt bằng chung của khu vực Nam bộ trong một khoảng nhỏ, nhưng sự tăng này vẫn có thể góp phần cải thiện sản lượng hệ thống điện mặt trời Sử dụng nguồn năng lượng mặt trời sẽ giúp giảm chi phí năng lượng và đóng góp vào sự bền vững của hoạt động nuôi tôm

Mặc dù chi phí đầu tư ban đầu có thể tương đối cao, tính toán thời gian hoàn vốn trong khoảng 2 đến 3 năm là một lợi thế Điều này chỉ ra rằng dự án có khả năng phục hồi vốn đáng kể trong thời gian ngắn và đáng để đầu tư Ngoài ra, thời gian hoàn vốn cũng phù hợp với thời gian bảo hành của Inverter, giúp bảo đảm hiệu suất và lợi ích từ dự án trong thời gian dài

Với lợi thế của cường độ bức xạ mặt trời tương đối cao, thời gian hoàn vốn ngắn và tiềm năng đáng kể, dự án lắp đặt hệ thống điện mặt trời cho hộ nuôi tôm ở Ba Tri, Bến Tre có tiềm năng lớn và hứa hẹn mang lại lợi ích lâu dài Việc sử dụng năng lượng tái tạo và bảo vệ môi trường cũng sẽ củng cố hình ảnh tích cực của hộ nuôi tôm và đóng góp vào phát triển bền vững của ngành này trong tương lai

Trong phương án thứ ba, chúng ta đã xem xét hai mẫu thiết kế cho module phao, bao gồm mẫu có sẵn trên thị trường và mẫu thiết kế từ thùng phi Qua việc so sánh về chi phí đầu tư ban đầu, ta thấy việc sử dụng thùng phi sẽ tiết kiệm hơn so với việc sử dụng phao có sẵn trên thị trường Tuy nhiên, khi tới phần thi công và lắp đặt, sử dụng phao có sẵn trên thị trường sẽ mang lại nhiều thuận tiện hơn và mang tính thẩm mỹ cao hơn

Một trong những lý do việc sử dụng thùng phi tiết kiệm chi phí hơn là có thể tái sử dụng những thùng phi cũ đã có sẵn Tuy nhiên, nhóm đề xuất không nên sử dụng những thùng phi cũ trong phương án lâu dài Mặc dù chi phí ban đầu có thể giảm, nhưng thùng phi cũ có thể không đảm bảo chất lượng và độ bền cần thiết cho hệ thống điện mặt trời trong thời gian dài Điều này có thể gây ra các sự cố và tăng chi phí bảo trì, sửa chữa trong tương lai

Giả sử nhà nước cho phép bán điện lên lưới thì hệ thống hiện tại là không còn phù hợp nên nhóm tính toán hệ thống mới phù hợp hơn với chính sách bán điện:

Dựa vào các thông số đã được khảo sát và trình bày ở Bảng 3.2 và Bảng 3.3 thì Điện năng tiêu thụ 1 ngày của tải tiêu thụ là:

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

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

➔Hệ thống cần lắp đặt là 836 (kWp)

Như vậy với hệ thống mới có công suất là 836 kWp thì chi phí tiền điện sẽ được tối ưu nhất Nếu như đã lắp đặt hệ thống điện mặt trời bám tải thì các chủ đầu tư vẫn có thể mở rộng công suất hệ thống một cách dễ dàng nhờ vào việc sử dụng các module