Nguyên lý hoạt động của hệ thống điện năng lượng mặt trời hòa lưới...2CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỆN MẶT TRỜI HÒA LƯỚI...32.1 Vị trí lắp đặt hệ điện mặt trời hòa lưới...32
Trang 1TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP HỒ CHÍ MINHKHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
-BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN SỐ 1
MÔN HỌC : HỆ THỐNG NĂNG LƯỢNG XANH HOÀNG TIẾN PHONG – 2247571 ĐÀO NGUYỄN HƯNG – 2247534
Tp Hồ Chí Minh, ngày 26 tháng 04 năm 2023
Trang 2MỤC LỤC
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1
1.1 Điện năng lượng mặt trời hòa lưới là gì 1
1.2 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hệ thống điện năng lượng mặt trời 1
1.4 Nguyên lý hoạt động của hệ thống điện năng lượng mặt trời hòa lưới 2
CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỆN MẶT TRỜI HÒA LƯỚI 3
2.1 Vị trí lắp đặt hệ điện mặt trời hòa lưới 3
2.2 Tính toán lại thông số tấm pin ở nhiệt độ môi trường và số lượng tấm pin 6
2.2.1 Thông số của tấm pin ở nhiệt độ môi trường 6
2.2.2 Tính toán số lượng tấm pin và diện tích lắp đặt cho hệ điện mặt trời hòa lưới 7
2.3 Tính toán và lựa chọn inverters cho hệ thống 7
2.4 Tính toán và lựa chọn cách ghép nối các tấm pin 8
2.5 Công suất và sản lượng điện của hệ điện mặt trời khi phát lên lưới 9
2.6 Tính toán góc lắp đặt và khoảng cách giữa các dàn pin 10
2.6.1 Góc Lắp đặt 10
2.5.2 Khoảng cách giữa các dàn pin 11
CHƯƠNG 3: KẾT LUẬN 13
Trang 3CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ HỆ ĐIỆN MẶT TRỜI HÒA LƯỚI1.1 Hệ điện mặt trời hòa lưới là gì
- “Hệ điện mặt trời hòa lưới là hê l thống điê ln mă lt trời nối trực tiếp vào hệ thống
điện lưới có sẵn Trong hê l thống điê ln mă lt trời hòa lưới, điê ln tạo ra nếu không cung cấp cho các thiết bị điê ln thì sp tự đô lng hòa lên lưới điê ln, không lưu trữ ở các thiết bị như ắc-quy, các tấm pin lưu trữ… s gia đình hay các doanh nghiê lp lắp đă lt
của hệ thống này, điê ln năng lượng mă lt trời sp được ưu tiên st dung trước, nếu
thiếu sp tự đô lng lấy điê ln tv lưới điê ln.”1
1.2 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hệ thống điện năng lượng mặt trời.
“Điện mặt trời hoạt động theo nguyên lý biến đổi tv quang năng thành điện năng thông qua các tấm pin năng lượng mặt trời Các hệ thống điện mặt trời hiện nay đều hoạt động theo nguyên lý này tuy nhiên mỗi hệ thống lại có 1 số điểm khác biệt nhỏ trong cách hoạt động, cấu tạo và lắp đặt.
1.3 Sơ đồ và nguyên lý điện mặt trời hòa lưới.
Điện mặt trời hòa lưới là hệ thống hoạt động kết hợp giữa điện năng lượng mặt trời và điện lưới quốc gia Trong đó điện lưới quốc gia đóng vai trò là nơi lưu trữ “ảo”.
Sơ đồ hệ thống điện mặt trời hòa lưới như sau:
Hình 1.1 : Sơ đồ và nguyên lý hoạt động của điện mặt trời hòa lưới.
- Cấu tạo hệ thống điện năng lượng mặt trời nói chung bao gồm các bộ phận:
Trang 4 Tám pin năng lượng mặt trời Inverter hòa lười
Hệ thống giám sát tv xa qua inverter, smartphone
Hệ thống khung đỡ, hệ thống cắt sét lan truyền và tiếp địa, cáp điện và các vật tư , phu kiện trong hệ thống
Đồng hồ do số điện 2 chiều
1.4 Nguyên lý hoạt động của hệ thống điện năng lượng mặt trời hòa lưới.
- Các tấm pin năng lượng mặt trời chuyển đổi bức xạ mặt trời thành dòng
điện một chiều (DC) Dòng điện DC đó sp được chuyển hóa thành dòng điện xoay chiều (AC) bởi inverter được trang bị thuật toán MPPT (Maximum Power Point Tracking) nhằm tối ưu hóa năng lượng tạo ra tv hệ thống pin mặt trời.
- Nguồn điện AC tv hệ thống pin năng lượng mặt trời sp được kết nối với tủ
điê ln chính của khu vực, hòa đồng bộ vào lưới điện hiện hữu, cung cấp điện năng song song với nguồn điện lưới, giúp giảm điê ln năng tiêu thu tv lưới của khu vực st dung.
- Khi điện lưới bị mất, inverter sp nhanh chóng ngắt kết nối với lưới điện.
Điều này đảm bảo chắc chắn trong trường hợp lưới mất điện, hệ thống pin năng lượng mặt trời không phát vào lưới điện gây nguy hiểm cho nhân viên sta chữa “2
Trang 5CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỆN MẶT TRỜI HÒALƯỚI
2.1 Vị trí lắp đặt hệ điện mặt trời hòa lưới
- Hệ điện mặt trời hòa lưới được lắp đặt ở TP Phan Rang- Tháp Chàm, Tỉnh Ninh Thuận có các thông số sau:
Hình 2.1: Thông số quang năng đo được tại tại TP Phan Rang- Tháp Chàm, Tỉnh Ninh Thuận
Nguồn: https://globalsolaratlas.info/map
- Theo các thông số đo được trong hình 1 ta rút ra các thông số cần thiết để phuc vu cho việc tính toán và lắp ráp dàn pin như sau :
+ Múi giờ:UTC+07, Asia/Ho_Chi_Minh [IDT] + Vĩ độ 11.573541° , Kinh độ 108.997332°.
+ Dàn pin sp được lắp nghiêng khoảng một góc 11º về phía Nam
+ Sản lượng trung bình năm là 2090.9 kWh/m2 tương đương với 5.73 giờ nắng đỉnh trong một ngày.
+ Nhiệt độ môi trường : 26.6 ºC
Trang 62.1.1 Lựa chọn pin năng lượng mặt trời cho hệ điện mặt trời hòa lưới.
- Nhóm em lựa chọn pin năng lượng mặt trời Tiger Pro 7RL4-TV của Jinko solar - Chọn module loại JKM570M-7RL4-TV của Jinko solar có các thông số sau:
Hình 2.2: Pin năng lượng mặt trời của hảng Jinko solar
Hình 2.3:Hình dáng và kích thước của tấm Pin năng lượng mặt trời
Trang 7Hình 2.4: Đặc tính cơ học của tấm Pin năng lượng mặt trời
Hình 2.5: Thông số kỹ thuật của tấm Pin năng lượng mặt trời
Trang 8Hình 2.6: Hiệu suất và sự phụ thuộc vào nhiệt độ của tấm Pin năng lượng mặt trời
2.2 Tính toán lại thông số tấm pin ở nhiệt độ môi trường và số lượng tấm pin.2.2.1 Thông số của tấm pin ở nhiệt độ môi trường.
- Thông số của tấm pin ở nhiệt độ tiêu chuẩn (25 ºC): Pmax = 570Wp
Isc = 12.9A Voc = 44.19V
- Thông số của tấm pin ở nhiệt độ môi trường (26.6 ºC):
2.2.2 Tính toán số lượng tấm pin và diện tích lắp đặt cho hệ điện mặt trời hòa lưới.
-Công suất cho hệ điện mặ trời hòa lưới theo đề:
trong nhóm” = 1 + 4 = 5MWp
Trang 9- Số lượng tấm pin cần cho hệ điện mặt trời hòa lưới có công suất 5MWp:
- Diện tích lắp đặt:
2.3 Tính toán và lựa chọn inverters cho hệ thống.
- Công suất cực đại của toàn hệ thống ở nhiệt độ môi trường(26.6 ºC):
- Số lượng inverter:
+ Chọn Inverter Huawei có công suất 100KW:
- Số lượng tấm pin cho mỗi inverter:
Trang 10Hình 2.6: Thông số kỹ thuật Inverter của Huawei.
2.4 Tính toán và lựa chọn cách ghép nối các tấm pin.
- Ta lựa chọn cách ghép hỗn hợp ( kết hợp song song và nối tiếp) Một dãy pin được mắc nối tiếp với nhau còn được gọi là string.
- Do điện áp đầu vào tối đa của inverter chỉ có 1100V nên ta thực hiện ghép nối các tấm pin như sau:
+ Ta có 203 tấm pin/ 1 inverter + Mỗi tấm pin có
→ Mỗi sring có 19 tấm pin ghép nối tiếp với nhau → Mỗi string có
→ <1100V thỏa mãn điện áp đầu vào tối đa của inverter - Số lượng string cho mỗi inverter:
- Bố trí lại số lượng tấm pin trong mỗi string gồm: 7 string có 22 tấm pin mắc nổi tiếp nhau và 2 string có 20 tấm pin mắc nổi tiếp nhau.
- Tính toán lại điện áp đầu vào cho mỗi string: + String có 22 tấm pin mắc nối tiếp: + String có 20 tấm pin mắc nối tiếp:
- Do điện áp của string có 22 và 20 tấm pin mắc nối tiếp là khác nhau nên ta phải chia tách 2 string có 20 tấm pin mắc nổi tiếp nhau vào 1 ngõ vào khác.
- Inverter có tối đa 20 ngõ vào nên ta có thể chia nhóm các string như sau: + 4 ngõ vào: 2 string có 22 tấm pin mắc nổi tiếp nhau tạo thành + 1 ngõ vào: 1 string có 22 tấm pin mắc nổi tiếp nhau tạo thành + 1 ngõ vào: 2 string có 20 tấm pin mắc nổi tiếp nhau tạo thành → Tổng cộng st dung 6 ngõ vào của inverter
- Tính toán lại điện áp ngắn mạch đầu vào tối đa cho tvng ngõ vào của inverter: + Nhóm 2 string có 22 tấm pin mắc nổi tiếp nhau tạo thành :
(Thỏa mãn)
Trang 11+ Nhóm 2 string có 20 tấm pin mắc nổi tiếp nhau tạo thành : (Thỏa mãn)
+ Nhóm 1 string có 22 tấm pin mắc nổi tiếp nhau tạo thành : (Thỏa mãn)
2.5 Công suất và sản lượng điện của hệ điện mặt trời khi phát lên lưới.
- Hệ số đồng đều của tấm pin là 100% nhưng sau 1 năm có thể suy giảm còn 97%: - Hiệu suất của inverter là 98.8%
-Tv hai thông số trên ta có thể tính toán được công suất cực đại thực phát lên lưới sau khi bị tiêu hao:
- Sản lượng phát lên lưới trong 1 ngày:
- Hệ số st dung CF cho hệ PV hòa lưới:
- Sản lượng phát lên lưới trong 1 năm:
2.6 Tính toán góc lắp đặt và khoảng cách giữa các dàn pin2.6.1 Góc Lắp đặt
- Chọn thời điểm tính toán góc lắp đặt vào lúc 12:00 AM (giờ đồng hồ) vào ngày 21 tháng 3 Nhóm chọn ngày này bởi vì đây là ngày xuân phân, xuân phân là ngày đặc biệt trong năm bởi trong ngày này, ngày và đêm trên Trái Đất sp dài bằng nhau Sở dĩ có hiện tượng này là do quỹ đạo của Trái Đất không thẳng đứng mà nó nghiêng 23°4 so với mặt phẳng Hoàng đạo Vì độ nghiêng này, chúng ta nhận ánh sáng nhiều nhất tv Mặt Trời trong mùa hè (ngày dài đêm ngắn) và ít nhất trong mùa đông (ngày ngắn đêm dài) - Tại ngày 21/3 có n = 80
- Giờ mặt trời(ST):
Trang 12-Với góc lắp đặt kiến nghị khi tham khảo trên trang web globalsolaratlas là 11 so với góc ta tính toán được là 12.04 là chênh lệch không nhiều Để đảm bảo được việc đọng nước tối thiểu ở cạnh dưới mỗi tấm pin thì ta nên chọn góc 12.04 làm góc lắp đặt chính của dàn pin.
- Do thời gian chọn để tính toán vào lúc 12h trưa nên góc phương vị sấp sĩ bằng 0.
Trang 132.5.2 Khoảng cách giữa các dàn pin.
Hình 2.7: Mô phỏng tính toán khoảng cách giữa các tấm pin
Nguồn: https://solarmountingdesign.wordpress.com/2017/09/10/xac-dinh-khoang-cach-giua-cac-hang-pin-nang-luong-mat-troi/
-Ta có: +
+ Chiều dài tấm pin: 2411mm
Hình 2.8: Biểu đồ đường đi của mặt trời Nguồn: http://solardat.uoregon.edu/AboutSunCharts.html
- Tv biểu đồ ở hình 2.8 ta lựa chọn khoản thời gian nắng tv 9:00 AM đến 3:00 PM, sau đó tiến hành vp 1 đường thẳng đi qua 2 điểm ở 2 mốc thời gian tv 9:00 AM đến 3:00 PM
34
Trang 14và ta ước tính được khoảng 34 º, tv giá trị này ta tiến hành tính được khoảng cách giữa 2 tấm pin (module row spacing).
Trang 15CHƯƠNG 3: MÔ PHỎNG BẰNG PHẦN MỀM PVSYST
Trang 16CHNG 4: KẾẾT LU NƯƠẬ
- Qua bài tập lớn số 1 này nhóm em đã thực hiện tính toán được hệ điện mặt trời hòa lưới cho một mái của nhà máy hình chữ nhật, cạnh dài theo hướng ĐÔNG-TÂY, mái bằng, liền kề là khu đất trống ở tại Tp Phan Rang- Tháp Chàm, Tỉnh Ninh Thuận Kết quả sau khi tính toán các thông số lắp đặt như sau:
+ Diện tích lắp đặt : + Góc lắp đặt : 12.05º
+ Khoảng cách giữa hai dàn pin: 746 mm + Công suất thực phát lên lưới : 4.25MWp + Sản lượng trong vòng 1 năm: 8935.3 MWh/năm