Thiết kế bộ inverter cho điện năng lượng mặt trời

Theo điều 8, chương III của Quyết định 13/2020/QĐ-TTg thì các hệ thống điện mặt trời mái nhà được phép bán một phần hoặc toàn phần điện năng sản xuất ra cho bên mua là Tập đoàn điện lực

ĐẠI HỌC DUY TÂN

NGUYỄN VĂN QUANG VŨ

THIẾT KẾ BỘ INVERTER CHO ĐIỆN

NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH ĐIỆN ĐIỆN TỰ ĐỘNG

ĐÀ NẴNG, 6/2023

ĐẠI HỌC DUY TÂN

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ BỘ INVERTER CHO ĐIỆN

NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI

CHUYÊN NGÀNH: ĐIỆN ĐIỆN TỬ

GVHD : PGS.TS HÀ ĐẮC BÌNH SVTH : NGUYỄN VĂN QUANG VŨ LỚP : K24-EDT2

MSSV : 24211715471

ĐÀ NẴNG, 6/2023

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đồ án này là tổng hợp lại tất cả kết quả của quá trình nghiên cứu của tôi dưới sự hướng dẫn của giáo viên hướng dẫn: PGS.TS Hà Đắc Bình Các số liệu, hình ảnh, thông tin trong đồ án đều trung thực, do tôi tìm hiểu, tham khảo từ nhiều nguồn tư liệu Đồ án này không sao chép các đồ án đã có từ trước Tất cả những sự giúp đỡ cho việc xây dựng cơ sở lý thuyết và hệ thống đều được trích dẫn đầy đủ từ những nguồn gốc rõ ràng và được phép công bố

Nếu phát hiện có bất kỳ sự gian lận nào tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về nội dung đề tài của mình Trường đại học Duy Tân không liên quan đến những vi phạm tác quyền, bản quyền do tôi gây ra trong quá trình thực hiện (nếu có)

Đà Nẵng, ngày……tháng… năm 2023

Người Cam Đoan

Nguyễn Văn Quang Vũ

LỜI CẢM ƠN

Trước hết, em xin bày tỏ tình cảm và lời cảm ơn của em tới Thầy Hà Đắc Bình Người đã từng bước hướng dẫn, giúp đỡ em trong quá trình thực hiện đồ án tốt nghiệp của mình

Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo khoa Điện-Điện Tử của trường Đại Học Duy Tân đã hướng dẫn em về kiến thức chuyên môn để em có được những kiến thức thực hiện đồ án tốt nghiệp của mình

Em xin cảm ơn đến ba mẹ, những người đã hỗ trợ cho em lẫn tinh thần và vật chất để em có sự phấn đấu và nỗ lực trong suốt quãng đường đại học của mình Tuy có nhiều cố gắng trong quá trình học tập, cũng như trong quá trình làm đồ

án tốt nghiệp không thể tránh khỏi những thiếu sót, em rất mong được sự góp ý quý báu của tất cả các thầy cô giáo cũng như tất cả các bạn để kết quả của em được hoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn!

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

Đà Nẵng, ngày…….tháng……năm 2023

Giảng Viên Hướng Dẫn

PGS.TS Hà Đắc Bình

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 5

PHẦN MỞ ĐẦU 2

1 Tính cấp thiết của đề tài 2

2 Mục tiêu 4

3 Đối tượng, phạm vi, phương pháp nghiên cứu 4

4 Nội dung thực hiện 5

5 Kế hoạch thực hiện 5

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 6

1.1 Giới thiệu về hệ thống năng lượng mặt trời độc lập 6

1.2 Giới thiệu một số hệ thống năng lượng mặt trời hiện nay 7

1.2.1 Giới thiệu một số nhà máy điện mặt trời tại Việt Nam 8

1.3 Các vấn đề liên quan đến hệ thống năng lượng mặt trời hiện nay 9

CHƯƠNG II: THIẾT KẾ HỆ THỐNG 11

2.1 Thiết kế hệ thống 11

2.1.1 Sơ đồ khối hệ thống 11

2.1.1.1 Tấm pin quang điện 11

2.1.1.2 Bộ điều khiển sạc và acquy 13

2.1.1.3 Bộ biến đổi điện (inverter) 15

2.1.2 Các công thức tính toán thiết kế một hệ thống năng lượng mặt trời 16

2.1.2.1 Tính toán công suất phụ tải 16

2.1.2.2 Tính tổng số Wh sử dụng mỗi ngày 16

2.1.2.3 Tính công suất của dàn pin mặt trời có trong hệ thống 17

2.1.2.4 Tính số tấm pin mặt trời cần chọn hệ thống 17

2.1.2.5 Tính dung lượng lưu trữ để chọn acquy 17

2.1.2.6 Tính chọn bộ điều khiển sạc 17

2.1.2.7 Tính chọn bộ chuyển đổi DC-AC (inverter) 18

2.2 Thiết kế phần cứng 19

2.2.1 Mạch inverter: 19

2.2.2 Mạch khuyếch đại 20

2.2.3 Mạch cầu H 21

2.2.4.Mạch SG3525 & LM358 22

2.2.4.1IC SG3525 23

2.2.4.2.IC LM358 24

2.3.Các linh kiện có trong mạch 24

CHƯƠNG III: THỬ NGHIỆM VÀ THẢO LUẬN 31

3.1 Mô tả môi trường thử nghiệm 31

3.2 Các kịch bản thử nghiệm 31

3.2.1 Mô phỏng mạch khuyếch đại bằng proteus 31

3.2.2 Mô phỏng mạch cầu H bằng proteus 32

3.3 Kiểm tra thực tế 33

3.3.1 Kiểm tra độ rung xung và tần số 34

3.3.2 Điện áp khi qua mạch Inverter 35

3.3.3.Điện áp qua các phụ tải 35

3.3.3.1.Đèn 20W là tải của mạch 35

3.3.3.2 Quạt 40W là tải của mạch 35

3.3.3.3 Quạt 45W là tải của mạch 36

3.3.4.Nhận xét kết quả thực nghiệm 36

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 38

TÀI LIỆU THAM KHẢO 39

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 3.1: Kết quả đo mạch khuyếch đại mô phỏng 32

Bảng 3.2: Kết quả đo mạch thực tế 35

Bảng 3.3: Kết quả đo mạch thực tế đèn 20W 35

Bảng 3.4: Kết quả đo mạch thực tế quạt 40W 35

Bảng 3.4: Kết quả đo mạch thực tế quạt 45W 36

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1-1: Hình ảnh mô tả hệ thống năng lượng mặt độc lập có lưu trữ 6

Hình 2-1: Sơ đồ khối hệ thống năng lượng mặt trời 11

Hình 2-2: Tấm pin quang điện trong thực tế 11

Hình 2-3: Hình ảnh mô tả quá trình hoạt động của tấm pin 12

Hình 2-4: Hình ảnh mô tả quá trình hoạt động của tấm pin 12

Hình 2-5: Hình ảnh mô tả quá trình hoạt động của tấm pin 13

Hình 2-6: Hình ảnh mô tả quá trình hoạt động của tấm pin 13

Hình 2-7: Acquy (bên trái) và bộ điều khiển sạc (bên phải) 14

Hình 2-8: Bộ inverter 15

Hình 2-9: So sánh dạng sóng sine, sóng vuông, sóng mô phỏng sine 16

Hình 2-10: Sơ đồ nguyên lý của mạch inverter 19

Hình 2-11: Sơ đồ mạch khuyếch đại 20

Hình 2-12: Sơ đồ nguyên lý mạch cầu H 21

Hình 2-13: Sơ đồ mạch mạch SG3525 & LM358 22

Hình 2-14: Sơ đồ chân IC SG3525 23

Hình 2-1̀5: Sơ đồ chân IC LM358 24

Hình 2-16:Hình ảnh modul EGS002 24

Hình 2-17: Hình ảnh biến áp xung EER28 25

Hình 2-18: Hình ảnh cuộn cảm 26

Hình 2-19: Mosfet IRF3205 27

Hình 2-20: Tụ hoá 470uF 50V 28

Hình 2-21: Biến trở xanh 10K Ohm 3296 28

Hình 2-22: Hình ảnh tụ kẹo nâu 29

Hình 2-23: Hình ảnh diode 30

Hình 3-1: Sơ đồ mạch khuyếch đại 31

Hình 3-2: Sơ đồ mạch cầu H 32

Hình 3-3: Sơ đồ sóng mạch cầu H 33

Hình 3-4:Hệ thống điện mặt trời độc lập 33

Hình 3-5:Mạch inverter thực tế 34

Hình 3-6: Dạng sóng đầu ra mạch inverter 34

LỜI NÓI ĐẦU

Trong cuộc sống của con người, năng lượng là một thứ rất quan trọng Ngày nay,

do nhu cầu sinh hoạt, học tập và sự phát triển vượt bậc của công nghệ việc sử dụng năng lượng gia tăng một cách đáng kể Dẫn đến các nguồn năng lượng tàn dư sinh học, các nguồn năng lượng không tái tạo được trở nên cạn kiệt Việc chúng ta chung tay để tìm ra những nguồn năng lượng mới để thay thế là nhiệm vụ hết sức cấp bách Nguồn năng lượng chúng ta tìm đến phải hợp với những chuẩn mực xã hội hiện nay

đó là nguồn năng lượng xanh, sạch, không gây hại đến môi trường Có khả năng tái tạo được Chi phí xây dựng, vận hành và thời gian sử dụng phải phù hợp với tình hình kinh tế Đặc biệt dễ sử dụng, có thể áp dụng ở nhiều điều kiện khác nhau, đảm bảo cung cấp đủ cho người sử dụng và an toàn

Năng lượng mặt trời là một trong các nguồn năng lượng tái tạo mà hiện nay rất phổ biến mà mọi người có thể ai cũng đã nghe đến một lần Nguồn năng lượng này dường như vô tận Để khai thác, sử dụng nguồn năng lượng này chúng ta cần phải biết các kiến thức liên quan đến nó Hiện nay, Việt Nam đã có những công trình, nhà máy điện mặt trời đưa vào hoạt động và sẽ có những bước phát triển mới trong tương lai Nói về nguồn năng lượng tái tạo ngoài năng lượng mặt trời, chúng ta còn có năng lượng gió, năng lượng sinh khối…., nhưng năng lượng mặt trời vẫn là sự lựa chọn tối

ưu đối với người dân Việt Nam chúng ta bởi vì địa hình của chúng ta thuộc vùng nhận nhiều năng lượng từ mặt trời nhất thuộc hàng đầu trên thế giới Vì thế để tận dụng tối

đa nguồn năng lượng này, các nhà khoa học, kinh tế, các nhà chính trị và đặc biệt hơn

là các kỹ sư về ngành điện như chúng ta, phải cố gắng, sáng tạo và các phát minh để tạo ra những hệ thống xử lý để hệ thống năng lượng mặt trời đạt được mức tối ưu nhất

PHẦN MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Hiện nay, sản lượng điện công ty điện lực EVN hiện nay chỉ đạt 47.000MW

Dự kiến trong vòng 10 năm tới nhu cầu về sử dụng điện lên đến 130.000MW và lượng điện sản xuất của cả nước chỉ ở mức 100.000MW Do đó, nhà nước đang rất cần và

đã đề ra các quyết định, thông tư về việc khuyến khích phát triển điện năng lượng Mặt Trời gần đây là Quyết định 13/2020/QĐ-TTg ngày 06/04/2020 của Thủ tướng chính phủ về Cơ chế khuyến khích phát triển điện mặt trời tại Việt Nam (nguồn: ves-vn.com)

Đối với các hệ thống điện mặt trời trên mái nhà Theo điều 8, chương III của Quyết định 13/2020/QĐ-TTg thì các hệ thống điện mặt trời mái nhà được phép bán một phần hoặc toàn phần điện năng sản xuất ra cho bên mua là Tập đoàn điện lực Việt Nam hoặc bên mua là tổ chức, cá nhân khác trong trường hợp không sử dụng lưới điện của Tập đoàn điện lực Việt Nam Từ đó, ta có thể thấy khi ta đầu tư vào hệ thống điện năng lượng mặt trời, ta có thể sử dụng hàng ngày như dùng lưới điện quốc gia và nó vừa đem lại kinh tế cho người đầu tư, từ đó giúp những cá nhân, hay tổ chức đầu tư

có thể thu vào một khoản lợi kinh tế

 Trong đó trên trang chủ EVN (Tập Đoàn điện lực Quốc gia Việt Nam) còn đưa

ra một số lợi ích của việc lắp đặt hệ thống điện mặt trời trên mái nhà như: Tăng thu nhập nhờ bán lại sản lượng điện không sử dụng cho EVN, không tốn diện tích đất khi lắp đặt, được đấu nối với lưới điện hạ áp và trung áp hiện hữu nên giảm áp lực đầu tư lưới điện truyền tải, chống nóng hiệu quả cho công trình, góp phần bảo vệ môi trường

Những giá trị lợi ích mà một hệ thống điện mặt trời mang đến cho môi trường

đó là, tạo ra nguồn năng lượng sạch, tái tạo năng lượng từ mặt trời và mang lợi ích cho môi trường Năng lượng mặt trời là lựa chọn hàng đầu để thay thế cho nhiên liệu hoá thạch làm giảm lượng khí cacbon, giảm đi hiệu ứng nhà kính trên toàn cầu Hầu hết, bây giờ điện được tạo ra từ nhiên liệu hoá thạch như than đá và các khí đốt tự nhiên Việc sử dụng các nhiên liệu hoá thạch cũng rất tốn kém và gây ra những nguy hại đối với môi trường và xã hội Ngược lại với các điều đó, năng lượng mặt trời là của thiên nhiên và đương nhiên chúng ta được sử dụng miễn phí, năng lượng mặt trời

có sẵn và rất dồi dào đặc biệt là Việt Nam chúng ta

Đối với các gia đình sử dụng năng lượng điện mặt trời, chúng ta có thể dễ dàng kiểm soát lượng điện tiêu thụ của gia đình mỗi tháng, có thể tránh những rắc rối như khi chúng ta làm gì đó lại bị cắt điện theo lịch định kỳ của nhà máy cung cấp điện

Đặc biệt đối với các nhà máy, xí nghiệp lớn việc sử dụng năng lượng mặt trời trở nên rất quan trọng Bởi vì, nó giúp nhà máy, xí nghiệp tránh được tình trạng trì trệ công việc, hư hỏng các hệ thống vận hành do mất điện đột ngột

Đối với hệ thống điện năng lượng mặt trời nó có thể hoạt động độc lập mà không cần một nguồn năng lượng nào khác cung cấp cho nó, vì thế, chi phí sản xuất năng lượng và bảo trì một hệ thống của nó rất thấp Chi phí mà chúng ta lo đến đó chính là nguồn chi phí đầu tư lúc ban đầu tư lắp đặt và các thành phần Ngoài ra, các tấm pin cũng có tuổi thọ rất cao, chịu được những loại thời tiết xấu, do đó chi phí bảo trì sẽ rất thấp

Ngoài những vấn đề nêu trên, việc đầu tư vào hệ thống mặt trời đối với người dân hay các công ty, xí nghiệp lớn ở Việt Nam chúng ta là sự hợp lý rất cao bởi vì, Việt Nam chúng ta là quốc gia thuộc vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa, vị trí được đánh giá thuộc top các quốc gia trên thế giới có độ chiếu sáng từ ánh nắng mặt trời cao Vì thế các hệ thống năng lượng mặt trời tại Việt Nam sẽ đạt được sự ổn định, có khả năng khai thác và sử dụng quanh năm Từ đó đem lại rất nhiều các lợi ích cho cá nhân hay các doanh nghiệp Đặc biệt là các doanh nghiệp nơi luôn đặt vấn đề kinh tế lên hàng đầu

Năng lượng mặt trời là nguồn năng lượng xanh và sạch, hệ thống pin năng lượng mặt trời không có tác động xấu đến môi trường cũng như sức khoẻ của con người

Hiện nay, vấn đề được cả thế giới luôn quan tâm đến là việc bảo vệ tài nguyên

và môi trường Các nguồn tài nguyên thì dần được khai thác và có nguy cơ khan hiếm

về sau và có một số nguồn tài nguyên khi chúng ta khai thác sẽ gây ô nhiễm đến môi trường

Với tình hình phát triển vượt bậc và không ngừng của công nghệ, thì năng lượng là nguồn cung cấp thiết yếu cho con người trên con đường phát triển đó Tuy nhiên vì sự gia tăng đáng kể của con người về nhu cầu sử dụng năng lượng, thì các

năng lượng truyền thống có thể cạn kiện và không đủ để cung cấp cho chúng ta Ngoài

ra việc khai thác quá mức các nguồn năng lượng truyền thống sẽ gây nhiều tác động đến môi trường như hiệu ứng nhà kính, thủng tầng ozon Các khí thải từ việc tạo ra năng lượng cũng gây ra nguy hại cho con người như ô nhiễm nguồn nước, không khí…Ngoài vấn đề chúng ta quan tâm đến bản thân thì chúng ta còn có tính bảo vệ các tài nguyên môi trường tránh các trường hợp khai thác quá mức gây cạn kiện Vì vậy, em quyết định nghiên cứu về năng lượng mặt trời, nguồn năng lượng được cho

là vô tận, xanh sạch không gây tác hại đến môi trường, chi phí lắp đặt hợp lý, độ bền cao, chi phí vận hành và bảo trì thấp Đem lại nguồn lợi ích kinh tế cho con người chúng ta

2 Mục tiêu

Hiểu được nguyên lý làm việc của một hệ thống điện năng lượng mặt trời độc lập Hiểu được cách thức hoạt động của từng bộ phận có trong hệ thống Thiết kế các mạch có trong hệ thống, dựa trên kiến thức và sự tìm hiểu của bản thân

Đưa ra kết luận và phương hướng phát triển để hoàn thiện một hệ thống điện năng lượng mặt trời

3 Đối tượng, phạm vi, phương pháp nghiên cứu

3.1 Đối tượng nghiên cứu

Thiết kế bộ inverter chuyển đổi từ 12V DC lên 220V AC

3.3 Phương pháp nghiên cứu

Dựa trên các vấn đề đưa ra để đáp ứng cho hệ thống, ta có các phương pháp để hoàn thiện đề tài

 Tìm kiếm các tài liệu liên quan, bao gồm các tài liệu về cơ sở lý thuyết và thực nghiệm trên thực tế

Tìm hiểu nguyên lý hoạt động của các linh kiện dùng trong hệ thống

Xây dựng hệ thống năng lượng mặt trời dựa trên những lý thuyết tìm được và

kiến thức của bản thân để hoàn thiện hệ thống

Mô phỏng và thiết kế các mạch có trong hệ thống

Xây dựng và demo sản phẩm

4 Nội dung thực hiện

Tìm hiểu nguyên lý hoạt động của hệ thống năng lượng mặt trời độc lâp

Thiết kế bộ inverter chuyển đổi từ 12V DC lên 220V AC

5 Kế hoạch thực hiện

Từ 23/2 đến 29/2: Tìm hiểu nguyên lý hoạt động của hệ thống điện mặt trời

Từ 30/2 đến 5/3: Căn cứ vào công suất phát điện, tính toán và thiết kế và lựa chọn các mạch điện cũng như linh kiện, vật tư liên quan

Từ 6/3 đến 12/3: Tìm hiểu thiết kế mạch inverter phù hợp với đề tài

Từ 13/3 đến 19/3: Chuẩn bị vật tư, linh kiện, phụ kiện

Từ 20/3 đến 26/3: Chuẩn bị vật tư, linh kiện, phụ kiện (tiếp tục)

Từ 27/3 đến 3/4: Dùng Proteus mô phỏng kiểm chứng kết quả và khảo sát hệ thống

Từ 4/4 đến 10/4: Mô phỏng hệ thống (tiếp tục)

Từ 11/4 đến 17/4: Triển khai lắp ráp và lắp đặt thử nghiệm

Từ 18/4 đến 24/4: Triển khai lắp ráp và lắp đặt thử nghiệm (tiếp tục)

 Từ 25/4 đến 31/4: Đo đạc các thông số đầu ra và kiểm chứng kết quả mô phỏng thông qua khảo sát hệ thống thực tế

Từ 1/5 đến 7/5: Đo đạc các thông số đầu ra và kiểm chứng kết quả mô phỏng thông qua khảo sát hệ thống thực tế (tiếp tục)

Từ 8/5 đến 14/5: Viết báo cáo kết quả thực hiện đồ án

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI

1.1 Giới thiệu về hệ thống năng lượng mặt trời độc lập

Cấu trúc hệ thống điện năng lượng mặt trời độc lập có lưu trữ bao gồm:

- Các tấm pin năng lượng mặt trời (PV Panel)

- Hệ thống ắc quy lưu trữ điện ( Battery bank)

- Bộ điều khiển sạc ( Charge controller)

- Bộ chuyển đổi điện áp DC- AC ( Inverter)

 Hệ thống năng lượng mặt trời độc lập có cấu tạo như hình 1-1.

Hình 1-1: Hình ảnh mô tả hệ thống năng lượng mặt độc lập có lưu trữ

 Nguyên lý hoạt động của hệ thống điện năng lượng mặt trời

• Tấm pin mặt trời sẽ được lắp đặt trên mái nhà hoặc các nơi thông thoáng để thu được tối đa lượng điện năng phát ra từ năng lượng ánh sáng mặt trời chiếu vào, từ

đó tấm pin sẽ sản sinh ra dòng điện và dòng điện đó là dòng điện một chiều DC

• Dòng điện một chiều DC từ pin mặt trời sẽ qua bộ điều khiển sạc Bộ điều khiển này nhận biết thông số điện áp đầu vào của tấm pin và điều khiển sạc cho bộ lưu trữ (Acquy, pin….)

• Dòng điện từ bộ lưu trữ (acquy, pin…) sẽ sang bộ biến đổi DC-AC, nhưng trước khi qua bộ biến đổi DC-AC, dòng điện sẽ chạy qua mạch tăng áp (boost converter) để tăng điện áp DC thấp (12VDC-24VDC) sang điện áp DC cao hơn

(300VDC-400VDC)

• Sau khi tăng áp đến giá trị phù hợp của hệ thống, dòng điện một chiều DC sẽ được biến đổi sang dòng xoay chiều AC nhờ bộ chuyển đổi DC-AC, đó là bộ nghịch lưu hoặc biến tần , nhiệm vụ của bộ biến đổi DC-AC là đưa ra được điện áp cũng như tần số phù hợp với các phụ tải trong gia đình

1.2 Giới thiệu một số hệ thống năng lượng mặt trời hiện nay

 Hiện nay, theo tìm hiểu của bản thân, em có thể thấy xuất hiện 3 hệ thống phổ biến hiện nay đó là:

 (1) Hệ thống điện mặt trời độc lập: các tấm pin được lắp đặt ở vị trí thuận tiện nhất để hấp thu tối đa được lược ánh sáng mặt trời và tạo ra nguồn điện, lưu trữ trực tiếp vào hệ thống lưu trữ (acquy, pin…) hoạt động độc lập mà không cần thông qua lưới điện quốc gia.

Ưu điểm:

– Điện vẫn hoạt động trong trường hợp điện lưới mất

– Không phụ thuộc vào hệ thống điện lưới nên thường sử dụng cho các thiết bị điện lưu động

– Hiệu suất thấp do hao hụt điện năng lớn vì qua nhiều thiết bị chuyển đổi

– Hệ thống phức tạp dẫn đến có thể phát sinh về hư hỏng trong quá trình vận hành

 (2) Hệ thống năng lượng mặt trời hoà lưới: Tương tự như hệ thống năng lượng mặt trời độc lập nhưng bây giờ, hệ thống sẽ bỏ đi bộ lưu trữ, thay vào đó sẽ hoà lưới cung cấp trực tiếp cho các phụ tải.

– Giảm tải cho điện lưới quốc gia

Nhược điểm:

– Khi điện lưới mất thì hệ thống điện mặt trời cũng tự ngắt để đảm bảo an toàn – Khó lắp đặt đối với những nơi đang không mua điện trực tiếp từ điện lực nhà nước (EVN)

 (3) Hệ thống điện mặt trời hoà lưới có dự trữ: đây là hệ thống kết hợp giữa 2

hệ thống đã nêu trên

Ưu điểm:

– Luôn đảm bảo nguồn điện để tiêu thụ

– Có thể sử dụng ở mọi địa điểm lắp đặt

Nhược điểm:

– Chi phí đầu tư khá cao do có nhiều thiết bị tổ hợp cùng nhau

– Nguyên lý hoạt động khá phức tạp khiến công tác lắp đặt, cài đặt khó khăn

– Phải thay acquy liên tục vì tuổi thọ của ắc-quy ngắn, chỉ khoảng 2-3 năm

– Hiệu suất thấp do hao hụt điện năng lớn do qua nhiều thiết bị chuyển đổi

– Hệ thống phức tạp, dẫn đến có thể phát sinh hư hỏng trong quá trình vận hành

1.2.1 Giới thiệu một số nhà máy điện mặt trời tại Việt Nam

 Nhà máy điện mặt trời đầu tiên tại Việt Nam: Nhà máy quang điện mặt trời Thiên Tân

• Công suất 19,2 MW, tổng chi phí đầu tư 800 tỉ đồng

• Dự án được thực hiện tại Thôn Đạm Thuỷ, Xã Đức Minh, Mộ Đức, Quảng Ngãi

• Mỗi năm nhà máy cung cấp cho điện lưới quốc gia lên đến 28 triệu kWh

 Nhà máy điện mặt trời Trung Nam Thuận Bắc lớn nhất việt Nam

• Công suất 450MW, số tấm pin sử dụng 1,4 triệu tấm, tổng số vốn đầu tư 12.000 tỉ đồng

• Đây là dự án có trạm biến áp và đường dây truyền tải đầu tiên do tư nhân đầu

tư và xây dựng Hệ thống kéo dài hơn 17 km

• Nhà máy được đặt ở xã Phước Minh, huyện Thuận Nam, tỉnh Ninh Thuận

• Nhà máy bắt đầu hoạt động vào ngày 12/10/2020

• Mỗi năm, nhà máy có thể khai thác hơn 1 tỉ kWh từ nguồn năng lượng mặt

trời, góp phần giải toả gánh nặng công suất điện cho khu vực Ninh Thuận và duyên hải Nam Trung Bộ

 Cụm nhà máy điện mặt trời Dầu Tiếng DT1 và DT2

• Công suất: 420 MW, tổng số vốn đầu tư 9100 tỉ đồng

• Đây là dự án có công suất lớn thứ hai trên cả nước Dự án do công ty TNHH Xuân Cầu (Việt Nam) kết hợp với công ty TNHH B Grimm Power Public (Thái Lan) xây dựng

• Nhà máy khánh thành vào ngày 7/9/2019

• Ước tính, mỗi năm hoạt động cụm nhà máy này đã cung cấp cho lưới điện quốc gia 688 triệu kWh Nhờ đó, nhu cầu sử dụng điện của Tỉnh Tây Ninh được đáp ứng hoàn toàn

 Nhà máy điện mặt trời Phù Mỹ

• Công suất 330 MW, tổng số vốn đầu tư 6200 tỉ đồng

• Được xây dựng bởi công ty Cổ phần và phát triển tầm nhìn năng lượng sạch (NLS)

• Địa điểm nhà máy nằm ở xã Mỹ An và Mỹ Thắng, huyện Phù Mỹ, tỉnh Bình Định

• Nhà máy được đưa vào hoạt động ngày 31/12/2020

• Mỗi năm nhà máy sẽ sản sinh ra lượng điện khoảng 520 triệu kWh, đủ để cung cấp cho 200.000 hộ dân và giảm đi được 146.000 lượng khí CO2 thải ra môi trường

 Điện năng lượng hộ gia đình

• Theo tính toán sơ bộ, khi lắp 1kWp tấm điện mặt trời thì trung bình mỗi ngày

Hệ điện mặt trời này cho ra lượng điện là 5,20 kWh Nếu gia đình bạn sử dụng điện 350 kWh/tháng thì chỉ cần lắp hệ thống điện mặt trời 3kWp là đủ

• Nếu nâng công suất thiết kế của hệ điện mặt trời lên gấp ba lần hiện có thì nhà chúng ta sẽ hoàn toàn “thoát ly” sử dụng nguồn điện của EVN Cái được của hệ điện mặt trời ở ngôi nhà là chủ động được nguồn điện, sử dụng năng lượng sạch, tái tạo Còn chất lượng điện từ nguồn điện mặt trời ngang bằng với chất lượng điện lưới quốc gia

1.3 Các vấn đề liên quan đến hệ thống năng lượng mặt trời hiện nay

Hiện nay, tại Việt Nam hệ thống năng lượng mặt trời đang phát triển mạnh mẽ, thể hiện rõ cho việc đó là sự hình thành của các nhà máy điện năng lượng mặt trời đã

và đang xây dựng đều có quy mô lớn đến rất lớn.

Việc thi hành và lắp đặt hệ thống năng lượng mặt trời cũng trở nên dễ dàng khi các linh kiện, máy móc hiện nay rất phổ biến và có nhiều sự lựa chọn để phù hợp với

họ băn khoăn rất nhiều.



Tổng kết chương I

– Giới thiệu về hệ thống năng lượng mặt trời

– Nguyên lý hoạt động của hệ thống năng lượng mặt trời

– Một số ưu, nhược điểm hệ thống năng lượng mặt trời

– Một số nhà máy năng lượng mặt trời ở Việt Nam

CHƯƠNG II: THIẾT KẾ HỆ THỐNG

2.1 Thiết kế hệ thống

2.1.1 Sơ đồ khối hệ thống

 Sơ đồ khối hệ thống năng lượng mặt trời được mô tả như hình 2-1

Hình 2-1: Sơ đồ khối hệ thống năng lượng mặt trời

 Trong sơ đồ khối mô tả các thành phần cần có trong hệ thống năng lượng mặt trời gồm: Tấm pin quang điện, bộ điều khiển sạc, bộ biến đổi điện, acquy và thiết bị điện trong gia đình

 Chức năng của từng phần được mô tả như sau:

2.1.1.1 Tấm pin quang điện

 Tấm pin quang điện trong thực tế như hình 2-2

Hình 2-2: Tấm pin quang điện trong thực tế

Bộ điều khiển sạc (DC -> DC)

 Pin mặt trời là thiết bị được ứng dụng theo nguyên tắc hiệu ứng quang điện trong bán dẫn Để tạo ra dòng điện một chiều DC từ năng lượng ánh sáng mặt trời cung cấp cho tấm pin Các loại pin mặt trời phổ biến hiện nay là các loại làm từ Silic tinh thể

 Silic được xem là chất bán dẫn (bao gồm chất bán dẫn loại N và chất bán dẫn loại P)

 Bán dẫn loại N là chất bán dẫn được pha thêm một số tạp chất, sau khi pha sẽ xuất hiện một số electron không bền vững có thể tách ra khỏi liên kết và di chuyển tự

do gọi là electron tự do và nó mang điện tích âm (-)

 Bán dẫn loại P cũng được pha một số tạp chất nhưng tạo ra các lỗ trống lúc này chất bán dẫn loại P có hiện tượng gọi là thiếu electron và mang điện tích dương (+)

 Khi tạo ra một tấm pin mặt trời các nhà sản xuất sẽ để các lớp chất bán dẫn loại N và chất bán dẫn loại P này cạnh nhau Lúc này các electron tự do ở chất bán dẫn loại N sẽ di chuyển sang các lỗ trống có ở chất bán dẫn loại P

 Quá trình trên được mô tả như hình 2-3

Hình 2-3: Hình ảnh mô tả quá trình hoạt động của tấm pin

 Vùng tiếp xúc giữa chất bán dẫn loại N và chất bán dẫn loại P bây giờ không còn chất dẫn điện gọi là vùng nghèo và vùng nghèo này sẽ ngăn cách không cho các electron phía sau di chuyển qua lỗ trống

 Quá trình trên được mô tả như hình 2-4

Hình 2-4: Hình ảnh mô tả quá trình hoạt động của tấm pin

Ở phía chất bán dẫn loại N vùng nghèo do mất đi các electron mang điện tích

âm (-) nên bây giờ sẽ mang điện tích dương (+), ở phía chất bán dẫn loại P vùng nghèo do nhận thêm electron nên sẽ có điện tích âm (-), Bây giờ vùng nghèo đã có điện tích (+) và điện tích (-) vì thế ở đây sinh ra được một dòng điện

Quá trình trên được mô tả như hình 2-5

Hình 2-5: Hình ảnh mô tả quá trình hoạt động của tấm pin

Khi ánh sáng mặt trời chiếu vào, nó sẽ cung cấp các hạt photon siêu nhỏ, nếu cường độ đủ mạnh nó sẽ đánh bật các electron ra khỏi lỗ trống, electron bật ra sẽ bị hút

về hướng chất bán dẫn loại N do phía N có điện tích dương và ngược lại các lỗ trống

sẽ bị hút về phía chất bán dẫn loại P Bây giờ phía N có nhiều electron tự do còn phía

P có nhiều lỗ trống, như vậy khi ta lắp dây dẫn vào hai lớp này thì electron phía N sẽ theo dây dân qua phía P, khi electron di chuyển sẽ tạo ra dòng điện Khi ánh sáng càng mạnh thì càng nhiều photon bắn vào và electron tự do sẽ bật ra nhiều hơn chúng

ta sẽ có được dòng điện lớn hơn Và dòng điện sinh ra đó là dòng điện một chiều DC

Quá trình trên được mô tả như hình 2-6

Hình 2-6: Hình ảnh mô tả quá trình hoạt động của tấm pin

2.1.1.2 Bộ điều khiển sạc và acquy

Hình ảnh acquy lưu trữ và bộ điều khiển sạc như hình 2-7

Hình 2-7: Acquy (bên trái) và bộ điều khiển sạc (bên phải)

Bộ điều khiển sạc thiết bị trung gian giữa hệ thống các tấm pin năng lượng mặt trời và bộ lưu trữ (acquy hay pin…)

Bộ điều khiển sạc nhận năng lượng từ tấm pin mặt trời và sạc đầy cho các thiết

bị lưu trữ Nó bảo vệ acquy khi acquy đầy nó sẽ tự động ngắt không cho dòng điện tiếp tục nạp vào acquy có thể gây sôi bình và làm ảnh hưởng đến tuổi thọ của acquy Khi acquy cạn đến ngưỡng cần sạc lại, bộ điều khiển sạc sẽ kích hoạt trở lại không

để acquy gặp tình trạng cạn bình dẫn đến việc hỏng bình

Ngoài ra bộ điều khiển sạc có khả năng bảo vệ tấm pin mặt trời Bởi vì nguyên

lý hoạt động của dòng điện là di chuyển từ nơi có điện áp cao sang nơi có điện áp thấp hơn Ban ngày nắng nhiều thì thế tấm pin cao hơn điện thế acquy nên dòng chạy từ tấm pin sang acquy Nhưng ban đêm khi không có ánh nắng, điện áp của acquy sẽ cao hơn điện áp của tấm pin và dòng điện sẽ chạy ngược từ acquy vào các tấm pin, có thể dẫn đến sự cố làm hỏng các tấm pin Vì vậy bộ điều khiển sạc sẽ giúp ngăn chặn dòng điện ngược dòng lên tấm pin và bảo vệ được tấm pin một cách hiệu quả

2.1.1.3 Bộ biến đổi điện (inverter)

Hình ảnh bộ biến đổi điện DC-AC inverter như hình 2-8

Hình 2-8: Bộ inverter

 Bộ biến đổi điện (Inverter) có nhiệm vụ chuyển đổi dòng điện một chiều DC sang dòng điện xoay chiều AC

Điện năng do hệ thống điện mặt trời tạo ra là điện một chiều DC Điện năng

từ lưới điện phân phối là điện xoay chiều AC điện áp cao Muốn sử dụng điện mặt trời để vận hành trang thiết bị với nguồn là AC 220v, cần có bộ inverter để chuyển đổi dòng điện từ DC sang AC và tăng điện áp đến giá trị 220v

 Giai đoạn đầu tiên bộ biến đổi thực hiện việc chuyển đổi dòng DC-DC (chuyển đổi điện áp DC thấp ở đầu vào và đưa ra điện áp DC cao hơn) thông qua mạch tăng áp (Boost Converter)

 Giai đoạn thứ hai thực hiện chế độ biến đổi dòng điện một chiều DC sang dòng điện xoay chiều AC thông qua bộ nghịch lưu, biến tần…, ở Việt Nam dòng điện đạt chuẩn thường là (220VAC-50Hz)

 Ngoài ra các bộ Inverter còn chia theo dạng sóng đầu ra:

Các bộ kích điện ngày nay có 3 loại dạng sóng ngõ ra phổ biến: sóng vuông, sóng mô phỏng sine và sóng chuẩn sine

- Sóng vuông (Square wave) là dạng kích điện đơn giản rẻ tiền nhất Có thể sử dụng được cho các loại thiết bị điện, nhưng có nhược điểm gây ra tiếng ồn, dễ làm hỏng các thiết bị điện