Thiết kế hệ thống điện mặt trời hoà lưới áp mái cho công ty tnhh an phước thạch

THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỆN MẶT TRỜI HOÀ LƯỚI ÁP MÁI CHO CÔNG TY TNHH AN PHƯỚC THẠCH Sinh viên thực hiện: Trần Đăng Dương Mã SV: 1811505120317 Lớp: 18D2, Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật – Đại

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

Đà Nẵng, tháng 06 năm 2022

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ĐẠI HỌC NGÀNH: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN – ĐIỆN TỬ CHUYÊN NGÀNH: HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

Đà Nẵng, tháng 06 năm 2022

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ĐẠI HỌC NGÀNH: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN – ĐIỆN TỬ CHUYÊN NGÀNH: HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN

1 Thông tin chung:

NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

(Dành cho người hướng dẫn)

1 Họ và tên sinh viên: Trần Đăng Dương Mã SV: 1811505120317 Lớp: 18D2

2 Họ và tên sinh viên: Thái Bình Dương Mã SV: 1811505120316 Lớp: 18D2

3 Tên đề tài: Thiết kế hệ thống điện mặt trời hoà lưới áp mái cho Công Ty TNHH An

Phước Thạch

4 Người hướng dẫn: Trịnh Trung Hiếu Học hàm/ học vị: TS

II Nhận xét, đánh giá đồ án tốt nghiệp:

1 Về tính cấp thiết, tính mới, mục tiêu của đề tài: (điểm tối đa là 1đ)

2 Về kết quả giải quyết các nội dung nhiệm vụ yêu cầu của đồ án: (điểm tối đa là 4đ)

3 Về hình thức, cấu trúc, bố cục của đồ án tốt nghiệp: (điểm tối đa là 2đ)

4 Kết quả đạt được, giá trị khoa học, khả năng ứng dụng của đề tài: (điểm tối đa là 1đ)

5 Các tồn tại, thiếu sót cần bổ sung, chỉnh sửa:

III Tinh thần, thái độ làm việc của sinh viên: (điểm tối đa 2đ)

IV Đánh giá:

1 Điểm đánh giá: /10 (lấy đến 1 số lẻ thập phân)

2 Đề nghị: ☐ Được bảo vệ đồ án ☐ Bổ sung để bảo vệ ☐ Không được bảo vệ

Đà Nẵng, ngày tháng năm 2022.

Người hướng dẫn

THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỆN MẶT TRỜI HOÀ LƯỚI ÁP MÁI CHO

CÔNG TY TNHH AN PHƯỚC THẠCH

Sinh viên thực hiện: Trần Đăng Dương Mã SV: 1811505120317

Lớp: 18D2, Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật – Đại học Đà Nẵng

Tóm tắt: Mặt trời là một nguồn năng lượng tái tạo dồi dào, vô tận và thân thiện vớimôi trường Hiện nay, các nguồn năng lượng truyền thống đang dần cạn kiệt và ảnhhưởng nghiêm trọng đến môi trường Vì thế việc khai thác và sử dụng năng lượng táitạo mà đặc biệt là năng lượng mặt trời đang là xu thế trên toàn thế giới Nghiên cứu,thiết kế hệ thống điện mặt trời áp mái cho Công ty TNHH An Phước Thạch nhằm tậndụng nguồn năng lượng sẵn có trong tự nhiên, tiết kiệm chi phí và, nâng cao hiệu quảhoạt động của doanh nghiệp, giảm ô nhiễm môi trường và góp phần thúc đẩy sự pháttriển kinh tế - xã hội, đồng thời tiết kiệm được năng lượng cho toàn hệ thống điện quốcgia Đồ án này đã lựa chọn mô hình hệ thống điện mặt trời bám tải không dự trữ để,tính toán, thiết kế cấp điện cho Công ty TNHH An Phước Thạch và được mô phỏngbằng phần mềm PVSOL Từ số liệu phụ tải thực tế và tính toán lắp đặt thiết bị, phầnmềm đã mô phỏng tình hình sử dụng điện của công ty và phân tích hiệu quả kinh tếcủa dự án Nhóm đã tóm tắt kết quả và đưa ra các kiến nghị, hướng phát triển của đồán

này bằng Nhiệm vụ đồ án tốt nghiệp}

Chúng em xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn và chỉ bảo tận tình của Thầy

TS Trịnh Trung Hiếu, Giảng viên khoa Điện, trường Đại học Bách Khoa Tp ĐàNẵng Thầy đã hướng dẫn trực tiếp, luôn luôn theo sát và tận tình chỉ dẫn chúng emtừng bước trong suốt quá trình thực hiện Đồ án tốt nghiệp này, giúp chúng em có thểhoàn thành Đồ án một cách hoàn thiện nhất và đúng thời hạn

Em xin được gửi đến tất cả các quý thầy, cô trong trường Đại Học Sư Phạm KỹThuật Đà Nẵng, đặc biệt là bộ môn Hệ Thống Điện - khoa Điện - Điện tử, lời biết ơnchân thành nhất, những người đã tận tình giảng dạy và truyền đạt những kiến thức,kinh nghiệm quý báu của mình cho sinh viên chúng em để hoàn thành tốt chương trìnhhọc cũng như trong công việc sau này

Cuối cùng, chúng em xin cảm ơn tất cả gia đình, bạn bè, những người đã quantâm, giúp đỡ chúng em hoàn thành đồ án này

Tôi xin cam đoan rằng đồ án tốt nghiệp ‘‘thiết kế hệ thống điện mặt trời hoà lưới

áp mái cho Công ty Tnhh An Phước Thạch’’ là công trình nghiên cứu của các thành

viên trong nhóm Các số liệu, kết quả nêu trong đồ án là trung thực và chưa từng được

công bố trong bất kỳ công trình nào khác Những phần có sử dụng tài liệu tham khảo

có trong đồ án đã được liệt kê và nêu rõ ra tại phần tài liệu tham khảo

Nếu như sai tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm và tất cả các kỷ luật của bộ môncũng như nhà trường đề ra

Sinh viên thực hiện

Nhận xét của người hướng dẫn

Nhận xét của người phản biện

Tóm tắt

Nhiệm vụ đồ án

LỜI NÓI ĐẦU i

LỜI CAM ĐOAN ii

MỤC LỤC iii

DANH SÁCH CÁC BẢNG, HÌNH VẼ v

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: HỆ THỐNG PIN MẶT TRỜI VÀ CÁC MÔ HÌNH ĐIỆN MẶT TRỜI TẠI VIỆT NAM 4

1.1 Pin mặt trời - cấu tạo và hoạt động 4

1.1.1 Hiệu ứng quang điện 4

1.1.2 Nguyên lý cấu tạo và hoạt động của pin mặt trời 5

1.1.3 Đặc tính làm việc của pin mặt trời 7

1.1.4 Cách ghép nối các tấm năng lượng mặt trời 10

1.1.5 Ứng dụng của Pin mặt trời 13

1.2 Mô hình điện năng lượng mặt trời tại Việt Nam 13

1.2.1 Mô hình hệ thống NLMT cấp điện độc lập 14

1.2.2 Mô hình hệ thống NLMT độc lập kết hợp các nguồn năng lượng khác 15

1.2.3 Mô hình hệ thống NLMT kết nối lưới 16

1.3 Kết luận 18

CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỆN MẶT TRỜI CHO CÔNG TY TNHH AN PHƯỚC THẠCH TẠI ĐÀ NẴNG 19

2.1 Khảo sát, thống kê tiềm năng bức xạ tại khu vực Công ty tnhh An Phước Thạch 19

2.2.1 Sơ lược Công ty tnhh An Phước Thạch 19

2.1.2 Tiềm năng bức xạ mặt trời tại khu vực Công ty tnhh An Phước Thạch (TP Đà Nẵng) 19

2.2 Lựa chọn mô hình hệ thống điện năng lượng mặt trời cho Công ty An Phước Thạch 21

2.3 Vị trí xây dựng 22 2.4 Phương án 1: Tính toán, thiết kế hệ thống pin năng lượng mặt trời hoà lưới

bám tải cho Công ty An Phước Thạch Hoà Lưới: 23

2.4.1 Xác định phụ tải 23

2.4.2 Tính toán năng lượng điện mặt trời cần thiết Ecấp 23

2.4.3 Lựa chọn bộ biến đổi điện DC-AC (Inverter) 27

2.5 Mô phỏng hệ thống điện năng lượng mặt trời hoà lưới bám tải không dự trữ cấp điện cho Công ty An Phước Thạch bằng phần mềm PV*SOL 33

2.5.1 Giới thiệu phần mềm PV*SOL 33

2.5.2 Kết quả mô phỏng hệ thống Pin mặt trời cấp điện Công ty An Phước Thạch bằng phần mềm PV*SOL 34

2.6 Phương án 2: Tính toán, thiết kế hệ thống pin năng lượng mặt trời cho Công ty An Phước Thạch trong trường hợp không hoà lưới 43

2.6.1 Xác định phụ tải 43

2.6.2 Tính toán năng lượng điện mặt trời cần thiết Ecấp 43

2.6.3 Lựa chọn bộ biến đổi điện DC-AC (Inverter) 44

2.7 Mô phỏng hệ thống điện năng lượng mặt trời cấp điện cho Công ty An Phước Thạch trong trường hợp không hoà lưới bằng phần mềm PV*SOL 46

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN HIỆU QUẢ KHI XÂY DỰNG HỆ THỐNG ĐIỆN MẶT TRỜI CHO CÔNG TY AN PHƯỚC THẠCH ĐÀ NẴNG 52

3.1 Tổng mức đầu tư 52

3.1.1 Chi phí đầu tư cho hệ thống năng lượng mặt trời cho công ty An Phước Thạch phương án 1 53

3.1.2 Chi phí vận hành và bảo dưỡng hệ thống phương án 1 (CPVHBD) 53

3.1.3 Chi phí đầu tư cho hệ thống năng lượng mặt trời cho công ty An Phước Thạch phương án 2 53

3.1.4 Chi phí vận hành và bảo dưỡng hệ thống phương án 2 (CPVHBD) 53

3.2 Phân tích hiệu quả kinh tế cho 2 phương án 54

3.2.1 Phân tích hiệu quả kinh tế phương án 1 54

3.2.2 Phân tích hiệu quả kinh tế phương án 2 54

3.3 Kết luận 55

KẾT LUẬN 56

TÀI LIỆU THAM KHẢO 56

Bảng 2.1 Lượng bức xạ tổng cộng tháng và năm tại Đà Nẵng (kWh/m2) 20

Bảng 2.2 Bảng thông số kỹ thuật Pin mặt trời Canadian CS3U-365P 24

Bảng 2.3 Thông số kỹ thuật của INVERTER Sunny Tripower CORE1 STP 50-41 28

Bảng 2.4 Thông số kỹ thuật của INVERTER Sunny Tripower CORE2 STP 110-60 30 Bảng 2.5 Kết quả tính toán khi mô phỏng trên phần mềm PV*SOL 39

Bảng 2.6 Kết quả tính toán khi mô phỏng trên phần mềm PV*SOL (phương án 2) 48

Bảng 3.1 Chi phí vận hành và bảo dưỡng hệ thống hệ thống pin mặt trời, thiết bị phương án 1 53

Bảng 3.2 Chi phí vận hành và bảo dưỡng hệ thống hệ thống pin mặt trời, thiết bị phương án 2 54

Hình 1.1 Hệ thống 2 mức năng lượng .4

Hình 1.2 Các vùng năng lượng 5

Hình 1.3 Nguyên lý cấu tạo và hoạt động của Pin mặt trời 6

Hình 1.4 Cấu trúc PMT đơn tinh thể (Mono) và đa tinh thể (Poly) 7

Hình 1.5 Mạch điện tương đương của Pin mặt trời 7

Hình 1.6 Đường đặc tính P - V và I - V của Pin mặt trời 8

Hình 1.7 Sự phụ thuộc của đường cong I-V vào cường độ bức xạ Mặt trời 9

Hình 1.8 Sự phụ thuộc của đường cong I-V vào nhiệt độ của pin 9

Hình 1.9 Đường đặc tính tải và đặc tính của pin mặt trời 9

Hình 1.10 Ghép nối tiếp hai tấm pin mặt trời (a); đường đặc trưng V-A của các tấm pin và của cả hệ (b) 11

Hình 1.11 Ghép song song hai tấm pin mặt trời (a); đường đặc trưng V-A của các tấm pin và của cả hệ (b) 11

Hình 1.12 Điốt nối song song với tấm pin để bảo vệ tấm pin & dàn pin mặt trời 12

Hình 1.13 Điện mặt trời áp mái 13

Hình 1.14 Sơ đồ nguyên lý hoạt động của hệ thống NLMT độc lập 14

Hình 1.15 Mô hình hệ thống NLMT độc lập kết hợp với điện gió và Diesel 15

Hình 1.16 Mô hình hệ thống NLMT kết nối lưới không dự trữ 16

Hình 1.17 Sơ đồ minh họa hệ thống NLMT kết nối lưới có dự trữ 17

Hình 2.1 Công ty tnhh An Phước Thạch (Nguồn: Google Earth) 19

Hình 2.4 Pin mặt trời 24

Hình 2.5 Inverter Sunny Tripower CORE1 STP 41-50 28

Hình 2.6 Inverter Sunny Tripower CORE2 STP 110-60 28

Hình 2.7 Mặt bằng bố trí và đấu nối tấm pin 32

Hình 2.8 Mô phỏng 3D lắp đặt dàn pin mặt trời áp mái (Mặt trước) 34

Hình 2.9 Mô phỏng 3D lắp đặt dàn pin mặt trời áp mái (Mặt bằng) 34

Hình 2.10 Các số liệu về mô hình thiết kế, khí hậu và cấu trúc lưới AC 35

Hình 2.11 Đồ thị sản lượng điện tiêu thụ của công ty năm 2021 36

Hình 2.12 Sơ đồ nguyên lý đấu nối của hệ thống 37

Hình 2.13 Ký hiệu sơ đồ nguyên lý 38

Hình 2.14 Trào lưu năng lượng toàn hệ thống trong năm 40

Hình 2.15 Biểu đồ cân bằng năng lượng toàn hệ thống theo từng tháng trong năm 41

Hình 2.16 Biểu đồ phát của hệ thống PMT theo từng tháng trong năm 41

Hình 2.17 Biểu đồ tiêu thụ năng lượng của phụ tải theo từng tháng trong năm 42

Hình 2.18 Mặt bằng bố trí và đấu nối tấm pin 45

Hình 2.19 Mô phỏng 3D lắp đặt dàn pin mặt trời áp mái phương án 2(Mặt trước) 46

Hình 2.20 Mô phỏng 3D lắp đặt dàn pin mặt trời áp mái phương án 2 (Mặt bằng) 46

Hình 2.21 Sơ đồ nguyên lý đấu nối của hệ thống (phương án 2) 47

Hình 2.22 Trào lưu năng lượng toàn hệ thống trong năm (phương án 2) 49

Hình 2.23 Biểu đồ cân bằng năng lượng toàn hệ thống theo từng tháng trong năm (phương án 2) 50

Hình 2.24 Biểu đồ phát của hệ thống PMT theo từng tháng trong năm (phương án 2) 50

Hình 2.25 Biểu đồ tiêu thụ năng lượng của phụ tải theo từng tháng trong năm (phương án 2) 51

Ký hiệu Diễn giải

TNHH Trách nhiệm hữu hạn

NLTT Năng lượng tái tạo

NLMT Năng lượng mặt trời

HTĐMT PMT Hệ thống điện mặt trời

DC Direct current: Dòng điện một chiều

AC Alternating current: Dòng điện xoay chiều

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài:

Ngày nay, việc khai thác, sử dụng các nguồn năng lượng đang trở thành một vấn

đề cấp bách mang tính toàn cầu Nguyên nhân của nó chính là vấn đề khai thác, sửdụng năng lượng: những nguồn năng lượng truyền thống (năng lượng hóa thạch) đangngày một cạn kiệt, ô nhiễm môi trường và sự nóng lên toàn cầu do tiêu thụ năng lượngkhông kiểm soát Các hiện tượng trên đã và đang tác động trực tiếp đến sự sống và antoàn của trái đất Từ thực trạng trên, năng lượng tái tạo được nghiên cứu và ứng dụngnhư là một giải pháp thay thế cho năng lượng hóa thạch vốn đã gần cạn kiệt và gây quánhiều ô nhiễm

Năng lượng tái tạo cũng được xem là năng lượng sạch, là các dạng năng lượng màtrong quá trình sinh công bản thân nó không tạo ra những chất thải độc hại gây ảnhhưởng cho môi trường xung quanh Thông thường, các nguồn năng lượng sạch đều cósẵn từ thiên nhiên hoặc là chế phẩm của các sản phẩm tự nhiên nên không gây ônhiễm, ít bị cạn kiệt Điển hình như năng lượng nước, năng lượng gió, năng lượng mặttrời, … Các nguồn năng lượng này được sản xuất dựa trên các quy trình chuyển hóanăng lượng Đảm bảo thân thiệt đối với môi trường trong suốt quá trình sản xuất.Mặt trời là nguồn năng lượng lớn nhất mà con người có thể tận dụng được; vớinhiều ưu điểm như: sạch, đáng tin cậy, gần như vô tận, và có ở khắp nơi dù ít haynhiều Việc thu giữ và sử dụng năng lượng mặt trời (NLMT) gần như không có ảnhhưởng tiêu cực gì đến môi trường trong quá trình sử dụng Việc sử dụng NLMT khôngthải ra khí và nước độc hại, do đó không góp phần vào vấn đề ô nhiễm môi trường vàhiệu ứng nhà kính Tuy vậy, chất thải sau sử dụng từ các ứng dụng NLMT hiện cònnhiều tranh cãi

Các ứng dụng NLMT ngày càng phổ biến với nhiều công nghệ hiện tại, trong đóphổ biến và phát triển mạnh mẽ nhất trong hai thập kỷ vừa qua là ứng dụng công nghệpin quang điện mặt trời Công nghệ sử dụng những tấm pin bán dẫn để thu lại bức xạánh sáng và nhiệt từ mặt trời chuyển hóa thành điện để cung cấp cho thiết bị khác nhưbóng đèn, bình nước nóng, các thiết bị điện, … Các nước Nhật Bản, Mỹ và một sốquốc gia Tây Âu là những nơi đi đầu trong việc sử dụng nguồn năng lượng mặt trời (từnhững năm 50 ở thế kỷ trước)

Công nghệ trong ngành năng lượng mặt trời không ngừng phát triển và những cảitiến sẽ tăng cường trong tương lai Những đổi mới trong vật lý lượng tử và công nghệnano có thể có khả năng làm tăng hiệu quả của các tấm pin mặt trời và tăng gấp đôi,hoặc thậm chí gấp ba đầu vào điện của các hệ thống năng lượng mặt trời

Nhờ sự phát triển của khoa học, kỹ thuật và công nghệ mà sản phẩm điển hình làcác phần mềm thiết kế hệ thống năng lượng mặt trời hiện đang được áp dụng phổ biến

để mô phỏng các giải pháp NLMT hiện đại, chứng minh hiệu quả thiết kế một cáchtrực quan và rút ngắn thời gian thiết kế một cách đáng kể

Việt Nam, là một trong những nước có nguồn năng lượng mặt trời rất dồi dào, với

số giờ nắng trung bình 2.200 giờ/năm và cường độ bức xạ cao nhất có thể đến5,7kWh/m2/ngày là một tiềm năng lớn về năng lượng tái tạo

Đà Nẵng là một thành phố trực thuộc trung ương, nằm trong vùng Duyên hải NamTrung Bộ Việt Nam, là thành phố trung tâm và lớn nhất khu vực miền Trung - TâyNguyên Nơi có số ngày nắng và lượng bức xạ mặt trời khá cao, rất thích hợp để xâydựng các hệ thống điện mặt trời, đặc biệt là các hệ thống có quy mô nhỏ, cấp điện chocác hộ gia đình, cơ quan doanh nghiệp Công ty An Phước Thạch được đặt tại phía bắcthành phố Đà Nẵng Hàng năm, chi phí tiền điện hằng tháng của công ty trung bìnhhơn 37 triệu đồng

Với chính sách của Nhà nước khuyến khích phát triển nguồn điện từ năng lượngtái tạo, rất nhiều dự án nguồn điện mặt trời đã được triển khai đầu tư xây dựng Trong

đó, điện mặt trời áp mái là một hình thức mới, ưu việt, có thể phát triển vượt bậc trongtương lai

Ưu điểm của điện mặt trời áp mái:

 Không tốn diện tích đất

 Giúp tăng cường chống nóng hiệu quả cho các công trình

 Có quy mô nhỏ, lắp đặt phân tán nên được đấu nối vào lưới điện hạ áp và trung

áp hiện hữu, không cần đầu tư thêm hệ thống lưới điện truyền tải

 Được lắp đặt nhiều ở các mái nhà trong thành phố, khu công nghiệp nên có tácdụng làm giảm quá tải lưới điện truyền tải từ các nguồn điện truyền thống,thường đặt ở xa các trung tâm đông dân

 Điện mặt trời áp mái với quy mô nhỏ, thích hợp để khuyến khích nhiều cá nhân,

tổ chức tham gia đầu tư kinh doanh với vốn không lớn, đạt mục tiêu xã hội hóa– huy động các nguồn vốn

- Nâng cao hiệu quả hoạt động của doanh nghiệp;

- Tăng hiệu suất thiết bị tiêu thụ điện;

- Giảm chi phí, tăng lợi nhuận kinh doanh;

- Tận dụng được nguồn năng lượng sạch, giảm ô nhiễm môi trường (do không sửdụng ăc qui dự phòng);

- Góp phần phát triển kinh tế - xã hội tỉnh nhà

3 Phương pháp tiến hành

 Xem xét lại toàn bộ cơ sở lý thuyết về hệ thống pin NLMT để đưa vào ứng dụng

 Xây dựng hệ thống pin NLMT cho Công ty TNHH An Phước Thạch tại Đà Nẵng

 Tính toán, thiết kế trên cơ sở lý thuyết chung Mô phỏng hoạt động hệ thống pinNLMT bằng phần mềm PV*SOL

4 Đối tượng:

 Công ty TNHH An Phước Thạch tại Đà Nẵng

 Công suất của inverter 160kW

5 Cấu trúc của đồ án tốt nghiệp:

Đồ án gồm:

 Mở đầu

 Chương 1: Hệ thống pin mặt trời và các mô hình điện mặt trời tại Việt Nam

 Chương 2: Tính toán thiết kế hệ thống điện mặt trời cho Công Ty Tnhh An Phước Thạch tại Đà Nẵng

 Chương 3: Tính toán hiệu quả kinh tế của hệ thống pin năng lượng mặt trời cung cấp điện cho Công Ty Tnhh An Phước Thạch tại Đà Nẵng

 Kết luận, kiến nghị

CHƯƠNG 1: HỆ THỐNG PIN MẶT TRỜI VÀ CÁC MÔ HÌNH ĐIỆN MẶT

TRỜI TẠI VIỆT NAM 1.1 Pin mặt trời - cấu tạo và hoạt động

Một trong các công nghệ hiệu quả nhất để khai thác NLMT hiện nay là công nghệquang - điện Công nghệ này cho phép biến đổi trực tiếp năng lượng bức xạ mặt trờithành điện năng nhờ một thiết bị chuyển đổi năng lượng gọi là Pin mặt trời (solarphotovoltaic cells), hoạt động dựa trên hiệu ứng quang - điện

1.1.1 Hiệu ứng quang điện

Hiệu ứng quang điện được nhà vật lý người Pháp Alexandre Edmond Becquerelphát hiện đầu tiên năm 1839 Tuy nhiên đến năm 1883, pin năng lượng mới được tạothành bởi Charles Fritts, ông đã phủ lên mạch bán dẫn selen một lớp cực mỏng vàng

để tạo nên mạch nối, hiệu suất của thiết bị chỉ có 1% Đến năm 1946, Russell Ohlđược xem là người tạo ra pin năng lượng mặt trời đầu tiên Và đến năm 1954, các nhàkhoa học chế tạo thành công PMT silicon đạt hiệu suất 6%, từ đó công nghệ PV(Photo Voltaic) phát triển nhanh chóng và được ứng dụng nhiều trong hệ thống điện.Xét một hệ hai mức năng lượng điện tử E1 < E2 (hình 1.10) Bình thường, điện tử

có mức năng lượng thấp E1 Khi nhận bức xạ mặt trời, lượng tử ánh sáng photon cónăng lượng h (h là hằng số plank,  là tần số ánh sáng) bị điện tử hấp thụ và chuyểnlên mức năng lượng cao hơn E2, ta có phương trình cân bằng năng lượng: h = E2 - E1

Hình 1.1 Hệ thống 2 mức năng lượng

Trong các vật rắn, do tương tác rất mạnh của mạng tinh thể lên điện tử vòng ngoài,nên các mức năng lượng của nó bị tách ra nhiều mức năng lượng sát nhau và tạo thànhvùng năng lượng (hình 1.2) Vùng năng lượng thấp bị các điện tử chiếm đầy khi ởtrạng thái cân bằng gọi là vùng hoá trị, mà mặt trên của nó có năng lượng Ev Vùngnăng lượng phía trên tiếp đó hoàn toàn trống hoặc chỉ bị chiếm một phần gọi là vùngdẫn, mặt dưới của vùng dẫn có năng lượng là Ec Vùng cách ly giữa vùng hóa trị vàvùng dẫn có độ rộng với năng lượng là Eg, không có mức năng lượng cho phép nàocủa điện tử

Khi nhận bức xạ mặt trời lên bề mặt, photon có năng lượng h bị điện tử của vùnghoá trị thấp hấp thụ và nó có thể chuyển lên vùng dẫn để trở thành điện tử tự do e- lúc

này vùng hoá trị sẽ có một lỗ trống coi như hạt mang điện tích dương (kí hiệu là h+).Lỗ

trống này có thể di chuyển và tham gia vào quá trình dẫn điện (hình 1.2).

c = hc/(Ec - Ev) = hc/Eg = 1,24/Eg [μm] (1.2)Vậy, khi bức xạ mặt trời chiếu vào vật rắn, điện tử ở vùng hoá trị hấp thụ năng lượngphoton h và chuyển lên vùng dẫn tạo ra cặp hạt dẫn điện tử - lỗ trống e- - h+, tức là tạo

ra một điện thế, gọi là hiệu ứng quang điện bên trong

1.1.2 Nguyên lý cấu tạo và hoạt động của pin mặt trời

Pin năng lượng mặt trời là thiết bị bán dẫn chứa lượng lớn các diod p-n, nguyên lýhoạt động của pin mặt trời chính là hiện tượng quang điện xảy ra trên lớp tiếp xúc p-n.Vật liệu chủ yếu để chế tạo PMT hiện nay là silic tinh thể

Thành phần chính của PMT Si là một lớp tiếp xúc bán dẫn PN được tạo ra giữa haiphiến chất bán dẫn Si loại N (N-Si), và Si loại P (P-Si) Tại lớp tiếp xúc PN hình thànhmột điện trường tiếp xúc Etx Mặt trên của phiến N-Si được phủ một lưới điện cựcbằng kim loại dẫn điện tốt và một màng chống phản xạ để làm tăng sự hấp thụ NLMTcủa pin Màng kim loại điện cực thứ hai được phủ ở mặt dưới phiến P-Si Độ dày củaphiến N-Si vào khoảng 0,02 mm, phiến P-Si khoảng 0,3 - 0,5 mm

Một tổ hợp gồm các phiến N-Si, P-Si, các màng điện cực, màng chống phản xạánh sáng nói trên được gọi là Pin mặt trời (hình 1.3)

Hình 1.3 Nguyên lý cấu tạo và hoạt động của Pin mặt trời

Khi photon chạm vào mảnh silic thì sẽ truyền xuyên qua mảnh silic có thể đến lớptiếp xúc PN do phiến N-Si rất mỏng Khi photon được hấp thụ, năng lượng của nóđược truyền đến các hạt electron trong màng tinh thể Thông thường các electron này ởlớp ngoài cùng và thường được kết dính với các nguyên tử lân cận, vì thế không thể dichuyển xa Khi electron được kích thích trở thành dẫn điện (mang điện tích âm) và cóthể tự do di chuyển trong bán dẫn Khi đó nguyên tử sẽ thiếu 1 electron và đó gọi là lỗtrống (mang điện tích dương) Lỗ trống này tạo điều kiện cho các electron của nguyên

tử bên cạnh di chuyển đến và tạo ra lỗ trống cho nguyên tử lân cận Cứ tiếp tục nhưvậy, lỗ trống di chuyển xuyên suốt mạch bán dẫn Do có điện trường tiếp xúc Etx tạilớp PN nên các điện tử và lỗ trống bị đẩy về 2 phía khác nhau, giữa 2 điện cực trên vàdưới có một hiệu điện thế, khi nối 2 điện cực với tải thì ta có dòng quang điện

Với một tế bào pin mặt trời (cell) silic thì hiệu điện thế chỉ khoảng 0,5 - 0,6V, vìthế để đáp ứng được nhu cầu sử dụng điện năng lớn hơn người ta thường nối nối tiếp

và song song nhiều cell lại với nhau thành từng nhóm gọi là mudule mặt trời Mộtmodule mặt trời có một giàn khung để giữ các cell, nếu cần công suất lớn hơn nữa thì

có thể ghép các module (nối tiếp/song song) lại thành mảng pin mặt trời (array)

Hiện nay, PMT chế tạo từ tinh thể silic chia làm 3 loại (hình 1.4):

- Một tinh thể hay đơn tinh thể (mono): Pin mono với các solar cell được làm bằngmonocrystalline silicon (mono-Si) với độ tinh khiết cao, nhìn bằng mắt thường sẽ thấytấm pin đều màu và đồng nhất Nguồn nguyên liệu chủ yếu được sử dụng là các chấtbán dẫn silicon dạng ống, tinh khiết và được cắt ra thành các miếng mỏng Bởi vì tếbào bao gồm một tinh thể đồng nhất nên các phân tử electron tạo ra dòng điện có nhiềukhoảng trống để chúng di chuyển Tấm pin mono có hiệu suất khoảng từ 15-20% và cógiá thành cao do được cắt từ các thỏi hình ống và các tấm đơn thể có các mặt trống ởgóc nối các module

- Đa tinh thể (poly): Được làm từ các thỏi đúc từ silic nung chảy và đổ vào khuônhình vuông, sau đó được làm nguội và cắt thành từng tấm Vì có nhiều tinh thể trong tếbào nên các khoảng trống ít hơn làm cho các electron di chuyển khó khăn hơn, và do

đó hiện suất cũng thấp hơn tấm pin mono, tuy nhiên với nhiều đột phá trong công nghệnên hiện nay hiệu suất 2 loại này cũng gần tương đương nhau Các pin này thường rẻhơn các đơn tinh thể, nhưng chúng có thể tạo thành các tấm vuông che phủ bề mặtnhiều hơn và khả năng chịu nhiệt tốt hơn

- Dải silic tạo từ các miếng phim mỏng từ silic nóng chảy và cũng có cấu trúc đatinh thể Loại này có hiệu suất thấp nhất, từ 3% - 6%, tuy nhiên loại này rẻ nhất trongcác loại vì không cần phải cắt từ thỏi silicon

Hình 1.4 Cấu trúc PMT đơn tinh thể (Mono) và đa tinh thể (Poly)

1.1.3 Đặc tính làm việc của pin mặt trời

a Mạch điện tương đương (hình 1.5):

Dòng điện tại đầu ra I bằng với dòng do bức xạ mặt trời sinh ra IL, nhỏ hơn dòngdiode ID và dòng rò shunt Ish Điện trở nối tiếp Rs biểu diễn cho điện trở nội của dòng điện chạy qua và phụ thuộc vào chiều dày lớp tiếp xúc PN, tạp chất và điện trở tiếp xúc

+-

Ish

Hình 1.5 Mạch điện tương đương của Pin mặt trời

Điện áp hở mạch: VOC = V + I.Rsh

Từ sơ đồ tương đương, ta có phương trình đặc trưng von-ampe của pin như sau:

Q.Voc

I = IL - ID (e AkT -1) - V oc Rsh

(1.3)

uMPP, iMPP

UPV

Trong đó:

ID: dòng diode bão hòa (A/m2)

Q: điện tích của điện tử (C) = 1,6.10-19

K: hệ số Boltzman = 1,38.10-23(J/0K)

T: nhiệt độ tuyệt đối (0K)

b Tham số của Pin mặt trời:

IPV, PPV

ISC

MPPT

UOC

Hình 1.6 Đường đặc tính P - V và I - V của Pin mặt trời

Hai tham số quan trọng thường sử dụng để mô tả pin mặt trời là điện áp hở mạchVOC lúc dòng ra bằng 0 (hở mạch đầu ra) và dòng điện ngắn mạch ISC (ngắn mạch đầura) khi điện áp ra bằng 0, bỏ qua dòng ID và dòng rò thì ISC trong trường hợp này chính

là dòng quang điện IL Công suất của pin được tính theo công thức: P = I.U

Điện áp lớn nhất chính là điện áp hở mạch VOC và được tính từ công thức (1.3) khi

bỏ qua dòng rò nối đất:

VOC = AkT log

Q (IL +1)

IDDòng ngắn mạch ISC tỉ lệ thuận với cường độ bức xạ chiếu sáng Nên đường đặctính I - V của pin mặt trời cũng phụ thuộc vào cường độ bức xạ chiếu sáng Ở mỗi tầngbức xạ chỉ thu được duy nhất một điểm làm việc V = VMPP có công suất lớn nhất (điểmchấm đen trên hình 1.7, là đỉnh của đường cong đặc tính) Do vậy hệ thống PMTthường được thiết kế để hoạt động tại điểm đỉnh và pin giống như là một nguồn dòngkhông đổi

n

Hình 1.7 Sự phụ thuộc của đường cong I-V vào cường độ bức xạ Mặt trời.

Điện áp hở mạch VOC phụ thuộc trực tiếp vào nhiệt độ nên đường đặc tính I-V của pin mặt trời cũng phụ thuộc vào nhiệt độ của pin

Hình 1.8 Sự phụ thuộc của đường cong I-V vào nhiệt độ của pin

Để toàn bộ hệ PV có thể hoạt động được một cách hiệu quả nhất thì đường đặc tínhcủa tải cũng phải phù hợp với điểm MPPT (Maximum Power Point Tracking)

Hình 1.9 Đường đặc tính tải và đặc tính của pin mặt trời

Trên hình vẽ 1.9, đường OA và OB là những đường đặc tính tải Nếu tải được mắctrực tiếp với dãy pin mặt trời thì tải có đường đặc tính là OA Khi đó, pin làm việc ởđiểm A1 và phát công suất P1 Công suất lớn nhất do phơi nắng thu được là P2 Để cóthể thu được công suất P2, cần có một bộ điều chỉnh công suất để liên kết giữa dãy pinmặt trời và tải.

1.1.4 Cách ghép nối các tấm năng lượng mặt trời

Khi chế tạo PMT, nhà sản xuất đã thiết kế các tấm pin có công suất và hiệu điệnthế xác định Để tạo ra công suất và điện thế theo nhu cầu thì phải ghép nối nhiều tấmpin đó lại với nhau Có hai cách ghép cơ bản:

- Ghép nối tiếp các tấm pin lại sẽ cho điện áp ra lớn hơn

- Ghép song song các tấm pin lại sẽ cho dòng điện ra lớn

Trong thực tế phương pháp ghép hỗn hợp được sử dụng nhiều hơn để đáp ứng cảyêu cầu về điện áp và dòng điện

a Phương pháp ghép nối tiếp các tấm Pin mặt trời (hình 1.10):

Giả sử các tấm pin đều giống hệt nhau, có đường đặc tính V-A giống hệt nhau, cácthông số dòng ngắn mạch ISC, điện thế hở mạch VOC bằng nhau Giả sử cường độ chiếusáng trên các tấm là đồng đều nhau Khi ghép nối tiếp các tấm tấm pin này ta sẽ có:

nV=  Vii=1

I, P, V: là dòng điện, công suất và hiệu điện thế của cả hệ

Ii, Vi, Pi: là dòng điện, công suất, hiệu điện thế của tấm pin thứ i trong hệ Iopi, Vopi, Popi: là dòng điện làm việc tối ưu, điện thế làm việc tối ưu, côngsuất làm việc tối ưu của các môđun thứ i trong hệ

Iop, Vop, Pop: là dòng điện làm việc tối ưu, điện thế làm việc tối ưu, côngsuất làm việc tối ưu của hệ

Khi tải có giá trị 0 < R < , Các tấm pin làm việc như các máy pháttương đương Đường đặc tính vôn - ampe của hệ bằng tổng hình học của haiđường đặc trưng của mỗi tấm pin

(a) (b)

Hình 1.10 Ghép nối tiếp hai tấm pin mặt trời (a); đường đặc trưng V-A của các tấm

pin và của cả hệ (b)

b Ghép song song các tấm Pin mặt trời:

Ở cách ghép này, ta cũng giả sử các tấm pin đều giống hệt nhau, có đường đặc tínhV-A giống hệt nhau, các thông số dòng ngắn mạch Isc, điện thế hở mạch Voc bằngnhau Giả sử cường độ chiếu sáng trên các tấm là đồng đều nhau

n nP=V.I=  VIi =  Pi

Đường đặc tính V-A của hệ cũng được suy ra bằng cách cộng các giá trị dòng điện

I ứng với các giá trị điện thế V không đổi Trong trường hợp này, các pin cũng làmviệc như các máy phát điện khi tải có giá trị 0 < R < 

c Hiện tượng điểm nóng:

Hiện tượng này xảy ra khi ta ghép nối các tấm pin không giống nhau, tức là khicác thông số ISC, VOC, POPT của các tấm pin khác nhau Đây là hiện tượng tấm pin yếuhơn (tức là pin kém chất lượng hơn so với các pin khác trong dàn hoặc khi nó bị chenắng trong khi các pin khác trong dàn vẫn được chiếu sáng) sẽ hấp thụ hoàn toàn côngsuất điện do các tấm pin khoẻ hơn phát ra và làm cho công suất điện mạch ngoài bằng

0 Phần năng lượng điện tấm pin yếu nhận được từ tấm pin khoẻ hơn sẽ biến thànhnhiệt, làm nóng tấm pin này lên và có thể dẫn tới hư hỏng Hiện tượng điểm nóng nàychỉ xảy ra trên các pin yếu hơn các pin khác, dẫn tới sự hư hỏng hay làm giảm đáng kểhiệu suất biến đổi quang điện của toàn hệ thống

Để tránh hiệu ứng điểm nóng, khi thiết kế phải ghép các tấm pin mặt trời cùngloại, có cùng các thông số đặc trưng trong một dàn pin mặt trời Vị trí đặt dàn phảitránh các bóng che do cây cối, nhà cửa hay các vật cản khác trong những ngày có nắngcũng như bảo vệ tránh bụi bẩn phủ bám lên tấm pin và có thể sử dụng các điốt bảo vệ

Hình 1.12 Điốt nối song song với tấm pin để bảo vệ tấm pin & dàn pin mặt trời.

Nhìn trên hình vẽ 1.20 ta thấy giả sử pin Ci là pin yếu nhất được bảo vệ bằng điốtphân cực thuận chiều với dòng điện trong mạch mắc song song Trong trường hợpbình thường, các pin mặt trời hoạt động ở điều kiện như nhau thì dòng trong mạchkhông qua điốt nên không có tổn hao năng lượng Khi vì một nguyên nhân nào đó màpin Ci bị che và bị tăng nhiệt độ, điện trở của Ci tăng lên, lúc này một phần hay toàn bộdòng điện sẽ rẽ qua điốt để tránh gây hư hỏng cho Ci Thậm chí khi Ci bị hỏng hoàntoàn thì hệ vẫn có thể tiếp tục làm việc

1.1.5 Ứng dụng của Pin mặt trời

Hệ thống pin năng lượng mặt trời đã và đang được ứng dụng khá nhiều lĩnh vựckhác nhau trong cuộc sống Pin mặt trời thường được tích hợp vào những thiết bị nhưmáy tính bỏ túi, laptop, đồng hồ đeo tay, các loại xe, máy bay, robot tự hành, điệnthoại di động, đèn trang trí, đèn sân vườn, đèn tín hiệu, đèn đường, vệ tinh nhân tạo….Pin mặt trời có thiết kế đẹp, có tính thẩm mỹ cao, tiện dụng và thân thiện với môitrường Ngoài ra, pin mặt trời còn là những nguồn cấp điện rất hiệu quả như bộ sạcnăng lượng mặt trời, cặp năng lượng mặt trời, trạm điện mặt trời di động…; nhà máyđiện mặt trời; nguồn điện mặt trời cho nhà

Hình 1.13 Điện mặt trời áp mái

1.2 Mô hình điện năng lượng mặt trời tại Việt Nam

Hiện nay, tại Việt Nam có 3 dạng mô hình hệ thống NLMT đang được áp dụng, đó là:

mô hình hệ thống NLMT cấp điện độc lập, mô hình hệ thống độc lập kết hợp giữaNLMT và các nguồn năng lượng khác và mô hình NLMT kết nối với lưới điện quốcgia

1.2.1 Mô hình hệ thống NLMT cấp điện độc lập

Mô hình hệ thống NLMT cấp điện độc lập là hệ không nối lưới, tự phát điện vàcung cấp trực tiếp cho hộ tiêu thụ Công suất của các tấm pin NLMT và ắcquy phụthuộc nhu cầu điện hàng ngày của phụ tải, tình hình bức xạ mặt trời tại nơi lắp đặt hệ

- Ưu điểm:

Tạo ra một nguồn điện độc lập, không phụ thuộc vào nguồn điện lưới Vì thế, cóthể lặp đặt để cung cấp điện cho những vùng xa, nơi chưa có điện lưới quốc gia

Tận dụng được nguồn NLMT có sẵn, vô tận Không gây tác hại tới môi trường, không

xả chất thải nguy hiểm, không gây ô nhiễm nguồn nước, không khí và hoàn toàn miễnphí, thiết thực

- Nhược điểm:

Không chủ động được công suất cấp điện cho phụ tải vì phụ thuộc vào cường độmặt trời nơi lắp đặt hệ thống Vào mùa hè, lượng điện năng hệ thống PMT sinh ra lớn,ngược lại vào mùa đông lượng điện năng hệ thống PMT sinh ra nhỏ có khả năngkhông đáp ứng đủ nhu cầu phụ tải tiêu thụ Ngoài ra, mô hình này có chi phí cao,

hệ thống

ắcquy phải thay thế sau 2-3 năm vận hành, phải có biện pháp xử lý ắc quy hỏng đểđảm bảo không ô nhiễm môi trường.

1.2.2 Mô hình hệ thống NLMT độc lập kết hợp các nguồn năng lượng khác

Hình 1.15 Mô hình hệ thống NLMT độc lập kết hợp với điện gió và Diesel

- Nguyên lý hoạt động:

Mô hình này chính là sự kết hợi giữa NLMT và các nguồn năng lượng khác nhưgió, thủy điện nhỏ, Diesel… Sự kết hợp các nguồn nói trên tùy thuộc nhu cầu, đặcđiểm phụ tải, tiềm năng các nguồn NLTT tại chổ

Mô hình này ưu tiên phát hết điện năng do nguồn NLTT sinh ra Máy phát Dieselchỉ hoạt động khi điện năng do nguồn NLTT sinh ra không đáp ứng đủ nhu cầu phụtải

- Ưu điểm: Hệ thống vận hành linh hoạt, với độ tin cậy cao

- Nhược điểm: Giá thành đầu tư cao

1.2.3 Mô hình hệ thống NLMT kết nối lưới

a Mô hình hệ thống NLMT kết nối lưới không dự trữ

Hình 1.16 Mô hình hệ thống NLMT kết nối lưới không dự trữ

Khi mất điện lưới, hệ thống ngưng hoạt động đảm bảo sự an toàn cho lưới điện.Khi công suất tải nhỏ hơn công suất của hệ thống PMT thì tải sẽ nhận điện hoàntoàn từ hệ thống PMT, phần điện năng dư thừa sẽ phát lên lưới điện quốc gia

Khi công suất tải lớn hơn công suất hệ thống PMT thì phụ tải sẽ nhận thêm côngsuất từ lưới điện quốc gia

- Ưu điểm:

Không sử dụng bình acquy: giảm được đáng kể chi phí đầu tư và bảo dưỡng cho

hệ thống acquy, không gây ô nhiễm môi trường trong quá trình vận hành, bảo dưỡng

và thải loại acqui

Khai thác điện năng hiệu quả nhất từ nguồn NLMT do có cơ cấu nổi bật là thunhận, biến đổi và bổ sung trực tiếp ngay vào lưới điện và không bị tổn hao trên ắc quy

dự trữ

Do hệ thống PMT luôn được vận hành song song với lưới điện nên mọi đột biếncủa tải hay điện áp trên đường dây và nguồn điện đều không thể tác động trực tiếp vào

hệ thống PMT Vì thế, tuổi thọ của hệ thống sẽ nâng cao, có thể lên tới 30 năm

Ứng dụng rộng rãi cho mọi nơi như: các hộ dân, cơ quan, đơn vị đang có điện lướiquốc gia

Việc lắp đặt và sử dụng đơn giản, chi phí bảo trì bảo dưỡng thấp, nên thời gian thuhồi vốn được rút ngắn tối đa

Hệ thống này đặc biệt thích hợp để đầu tư cho các đơn vị là văn phòng, công ty,siêu thị hoặc nhà máy… có nhu cầu sử dụng điện cao vào các giờ cao điểm từ 7 giờsáng đến 5 giờ chiều

Giảm nhiệt độ cho nhà, bảo vệ được mái, sàn và dẫn đến giảm được điện năng tiêuthụ

Giảm chi phí tiền điện do giảm sử dụng điện năng từ lưới quốc gia và có thể bánngược trở lại cho ngành điện

- Nhược điểm: Khi mất điện lưới thì hệ thống PMT không cung cấp điện cho phụ tải.Tuy nhiên, với yêu cầu nâng cao độ tin cậy cung cấp điện thì hiện nay, thời gian ngừngcung cấp điện ngày càng ít nên không ảnh hưởng nhiều đến phụ tải, đặc biệt là các khuvực trung tâm tỉnh, thành phố

b Mô hình hệ thống NLMT kết nối lưới có dự trữ

Hình 1.17 Sơ đồ minh họa hệ thống NLMT kết nối lưới có dự trữ

- Nguyên lý hoạt động:

Đây là sự tích hợp của hai hệ thống thành một hệ thống liên hoàn bao gồm:

Hệ thống on - grid (hệ thống nối lưới): Sản xuất điện năng từ các tấm pin mặt trờithành điện 220VAC/50Hz để hòa vào điện lưới

Hệ thống off - grid (hệ thống độc lập): Lưu trữ điện năng từ các tấm pin mặt trờivào Acquy để sẵn sàng biến đổi thành điện 220VAC/50Hz để cung cấp cho tải khikhông có điện lưới

Khi khởi động hệ thống, Acquy luôn được ưu tiên nạp điện từ Mặt trời cho đến khiđầy Lúc này hệ thống on - grid chưa làm việc

Khi acquy đầy, hệ thống sẽ tự động biến đổi điện DC từ PMT thành điện AC 220V

để hòa với điện lưới (Điện áp ra của hệ thống có tần số, pha trùng với điện lưới có thể

là 1 pha hoặc 3 pha)

Khi mất điện lưới, hệ thống sẽ tự động lấy điện DC từ Acquy và PMT để biến đổithành điện AC- 220V cung cấp cho tải ưu tiên

- Ưu điểm: Độ tin cậy cao vì được cấp điện từ 2 nguồn Việc sử dụng NLMT trongnhững giờ mặt trời chiếu sáng cho phép giảm sự phụ thuộc vào lưới điện trong ngày

- Nhược điểm: Giá thành đầu tư và bảo dưỡng hệ thống ắc quy cao

1.3 Kết luận

Chương này giới thiệu các mô hình biến đổi năng lượng mặt trời thành điện năng,cấu tạo và nguyên lý hoạt động của pin quang điện Mỗi mô hình đều có những ưu,nhược điểm riêng Tùy vào các điều kiện, đặc điểm về khí hậu, kinh tế xã hội, phụ tải

để lựa chọn phương án phù hợp, đảm bảo tối ưu về hệ thống cũng như chi phí đầu tư

CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỆN MẶT TRỜI CHO

CÔNG TY TNHH AN PHƯỚC THẠCH TẠI ĐÀ NẴNG.

2.1 Khảo sát, thống kê tiềm năng bức xạ tại khu vực Công ty tnhh An Phước Thạch

2.2.1 Sơ lược Công ty tnhh An Phước Thạch

Hình 2.1 Công ty tnhh An Phước Thạch (Nguồn: Google Earth)

Tên Công ty: Công ty tnhh An Phước Thạch

Địa chỉ Đường số 4A, KCN Liên Chiểu, Phường Hoà Hiệp Bắc, Quận Liên Chiểu,Thành phố Đà Nẵng, Việt Nam

Ngành nghề chính: Sản xuất các sản phẩm từ plastic

Công ty tnhh An Phước Thạch được hoạt động từ năm 2016, là một công ty tnhhvừa và nhỏ hoạt động tại Đà Nẵng, với ngành nghề là sản xuất các sản phẩm từ nhựaplastic

2.1.2 Tiềm năng bức xạ mặt trời tại khu vực Công ty tnhh An Phước Thạch (TP Đà Nẵng)

a Giới thiệu về toạ độ dự án và mặt trời mọc ở thành phố Đà Nẵng

Toạ độ vị trí của Công ty An Phước Thạch tại Đà Nẵng: vĩ tuyến 16,1253oN, kinh tuyến 108,1175oE

Hình 2.2 Sơ đồ đường đi của mặt trời (mô phỏng trong phần mềm Pvsyst)

Theo sơ đồ hình 2.2, mặt trời mọc từ hướng đông sang hướng tây, giờ mặt trờimọc từ 6h đến 17h, ngày 22/6 hạ chí và 22/12 đông chí Những ngày cuối năm tháng

11, 12 và 1 ban ngày nắng ít hơn các tháng còn lại

b Đặc điểm bức xạ và số giờ nắng của thành phố Đà Nẵng:

- Số giờ nắng:

Nắng là một trong những yếu tố khí hậu được quan trắc bằng độ dài thời gian, cóquan hệ chặt chẽ với bức xạ mặt trời và bị chi phối trực tiếp bởi lượng mây Đà Nẵng

có số giờ nắng ở vùng đồng bằng ven biển trung bình là 4h/ngày khoảng 1500h/năm

c Đặc điểm sử dụng điện tại Công ty tnhh An Phước Thạch:

- Điện năng tiêu thụ trung bình ngày: Eng = 715,8 kWh

Để nâng cao hiệu quả kinh doanh thì cần thiết phải thực hiện đồng bộ nhiều giảipháp từ quản lý đến cắt giảm các chi phí khác, trong đó tiền điện phải trả cho 715,8kWh/ngày Mặt khác, vị trí Kho đặt tại Đà Nẵng nơi có số giờ nắng và cường độ bức

xạ mặt trời trung bình khá cao Như vậy, giải pháp tận dụng lượng năng lượng mặt trời

để cung cấp điện là phù hợp cho hoạt động của doanh nghiệp, giúp giảm chi phí vàtăng lợi nhuận cho doanh nghiệp

2.2 Lựa chọn mô hình hệ thống điện năng lượng mặt trời cho Công ty An Phước Thạch.

Theo lý thuyết chung ở chương 1 và phân tích các đặc điểm về sử dụng nănglượng cũng như điều kiện khí hậu tại thành phố Đà Nẵng, nhóm thực hiện loại bỏ môhình hệ thống năng lượng mặt trời độc lập vì chi phí rất cao Về hệ thống năng lượngmặt trời nối lưới thì có 2 dạng mô hình chính là hệ thống có dự trữ và hệ thống không

dự trữ, mỗi mô hình đều có những ưu điểm và nhược điểm riêng

Đối với mô hình hệ thống pin mặt trời nối lưới có dự trữ thì giá thành chi phí đầu

tư cao hơn nhiều so với hệ thống pin mặt trời nối lưới không dự trữ do phải đầu tưthêm hệ thống dự trữ bằng Ăcqui, bộ điều khiển và các thiết bị phụ trợ khác Ngoài ra,còn phải tốn thêm chi phí thay thế do tuổi thọ acqui chỉ khoảng 3-4 năm và gây ônhiểm môi trường khi loại bỏ Tuy nhiên, vào mùa mưa lượng ánh nắng mặt trời rất íthoặc khi mất điện lưới thì hệ thống pin mặt trời đáp ứng được công suất phụ tải bịthiếu nhờ vào nguồn dự trữ, do đó độ tin cậy cung cấp điện cao hơn

Đối với mô hình hệ thống pin mặt trời nối lưới không dự trữ thì chi phí đầu tư thấphơn nhiều do không có acqui quy dự trữ, không có chi phí bảo dưỡng, thay thế cho hệthống acqui Mô hình này thì hệ thống pin mặt trời sẽ ít hoặc không có tác dụng vàomùa mưa hoặc khi mất điện lưới Tuy nhiên, thời gian gần đây xuất hiện phương ánhòa lưới bám tải và bảo trì bảo dưỡng lưới điện trong năm cũng không nhiều, công tycòn có máy phát điện dự phòng có thể cung cấp điện trong thời gian ngắn khi mấtnguồn điện lưới nên vẫn đảm bảo cho việc kinh doanh hoạt động bình thường

Với phân tích như trên và mục tiêu quan trọng là giảm chi phí đầu tư, nâng caohiệu quả kinh tế, lợi nhuận cho doanh nghiệp, Nhóm em đề xuất lựa chọn Mô hình

“Hệ thống điện NLMT hoà lưới không dự trữ” để cấp điện cho nhà kho an phướcThạch (hình 1.15)