Luận văn thạc sĩ kỹ thuật: Nghiên cứu chế độ vân hành tối ưu cho hệ thống điện mặt trời quy mô nhỏ

Với ưuđiểm là sẵn có, dị dào, là nguồn năng lượng sạch, thân thiện với môi trưởng, năng, lượng mặt trời đang là giải pháp thay thé cho các nguồn năng lượng khác dang ngàycạn kiệt trên Tr

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

HUỲNH TÁN PHÁT

NGHIÊN CUU CHE ĐỘ VAN HANH TOI UU CHO

HE THONG DIEN MAT TROI QUY MO NHO

LUAN VAN THAC SI

HÀ NỘI, NĂM 2017

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

HUỲNH TÁN PHÁT

NGHIÊN CỨU CHE ĐỘ VAN HANH TOI UU CHO

HE THONG ĐIỆN MAT TROT QUY MÔ NHỎ

Chuyên ngành: Kỹ thuật điện

Mã số: 60.52.02.02

NGƯỜI HƯỚNG DAN KHOA HỌC TS Phạm Đức Đại

HÀ NỘI, NĂM 2017

LỜI CAM ĐOAN

Tác giả xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân tác giả Các kết quả nghiên cứu và các kết luận trong luận văn là trung thực, không sao chép từ bất kỳ một nguồn nao và dưới bat kỳ hình thức nào Việc tham khảo các nguồn tài liệu đã được thực hiện trích dẫn và ghi nguồn tài liệu tham khảo đúng quy định.

Tác giả luận văn

Huỳnh Tan Phát

LỜI CÁM ƠN

Tác giả xin trân trọng cám ơn Thầy hướng dẫn khoa học cùng các thầy cô khoa Năng lượng đã tận tình hướng dẫn trong suốt quá trình nghiên cứu và các đồng nghiệp tại trường Cao đăng nghề Ninh Thuận đã giúp đỡ và đóng góp ý kiến hoàn thành luận văn.

il

THAC SỬ DỤNG 11.1 Nguồn năng lượng mặt trời vs vs ° 1LLL Bite xạ mặttời "5 1.1.2 Nguồn gốc năng lượng mit 21.2 Năng lượng mat tri trên thé giới v tim năng NLMT tai Việt Nam 1.2.4 Quá tình phat rin và triển khai ứng dụng năng lượng mặt tri 41.2.2 Tinh hình ứng dụng năng lượng mặt trời trên thé giới §1.2.3 Tiểm năng năng lượng mặt trời của Việt Nam 8L3 Bie điểm sản xuất nông nghiệp Ninh Thuận và ảnh hưởng của NLMT I

14 Các phương phip khai thie sử đụng nang lượng mặt hồi b 1.4.1 Củng cắp nước nóng bằng năng lượng mặt rời “

142 Cùng cắp điện bing năng lượng mặt trời Is

1.4.3 Các phương pháp khai thác khác ee «ae dS

1.5 Cie côngnghệ chế ạo pin năng lượng mặt trời l615.1 Cấu go pin mat ti l6 1.5.2 Pin Silic tinh thể (Crytalline silicon solar cell) " 14.3 Pin măng móng 18

1.54 Nguyễn lý hoạt động pin mặt rời ¬"

1.5.5 Mạch điện tương đương của tế bảo quang điện 191.5.6 Điện áp hở mạch và dng ngắn mạch 201.6 Hệ thống điện mat tri độc lập 21

17 Hệ thông điện mat ti hoà lưới 23 CHUONG 2 MÔ HINH TOÁN HỌC MÔ TẢ NGUON NANG LƯỢNG MAT

TROT M ; 252.1 Môhinhnguồn ning lượng mặt ri (PV generation mode!) 25

2.1.1 Mô bình dòng điện ngắn mạch.

2.1.2 Mô hình điện áp hở mạch.

2.1.3 Môhinh tính toán công suất đầu ra tắm pin mặt tồi

2.1.4 Khảo sắt sự phụ thuộc công suất đầu ra vào nhiệt độ và độ bức xạ.

2.2 Mô hình nguồn dự trữ (Storage Battery),

2.2.1 Trạng thấisạc của Acqui

2.2.2 Quả trình xa điện của Aequi

2.2.3 Dung lượng của Acqui

2.3 Môhinh nguồn lưới điện (Grid model)

2⁄4 MG hinh tii (Loads) :

2.5 Hệ thống kết nổi NLMT, Acqui, lưới điện

25.1 Hoat động của hệ th

2.5.2 Các điều kiện đảm bảo hoạt động của hệ thống

2.5.3 Giám sắt ding năng lượng.

CHƯƠNG 3 XÂY DỰNG BÀI TOÁN VẬN HANH TÔI UU NGUON ĐIỆNMAT TRỜI - NGUÔN LƯU TRU HOA VỚI LƯỚI ĐIỆN

3.1 Xây dung các rằng buộc vận hành

3.1.1 Các rằng buộc cơ bản trong mang lưới điện

3.1.2 Các rằng buộc về chế độ vận hành cho mạng điện.

3.2 Xây dựng hàm mục tiêu chỉ phí mua bán điện

26 + 28 38 41 41 43 44 44 45 45 45 46 48

sứ mĩ SI 31

s4

3.3 Ap dung tối ưu hoạt động cho hệ thống NLMT nỗi lưới cho mang phụ tải nhỏ.

3.3.1 Các thông số của hệ thông NLMT nổi lưới

3.4.2 Xây dựng mô hình và tính toán mô phòng trên phần mềm GAMS

3⁄43 Két qua tinh todn bi

KET LUẬN VA KIÊN NGHỊ VE NHỮNG NGHIÊN CU TIẾP THEO

‘TAI LIEU THAM KHẢO

PHU LUC

sĩ 37

“ 6

6

10 1

ĐANH MỤC CÁC HÌNH ANH

âu [4]

toàn cầu giai đoạn 2004-2013 [4],

Hình 1.5 Hi u ứng quang điện

Hình 1.6 Mạch điện tương đương của tế bào quang điện.

1.8 HỆ thông điện mặt rồi độc lập

1-9 Hệ thống điện mặt trời hòa lưới

2.1 Sơ đồ tương đương pin mặt trời

lình 2.2 Mô hình dòng điện ngắn mach

inh 23 Mô hình điện áp hở mạch

Hình 2.4 Công suất của pin mặt rời theo từng thời điểm trong ngày

1h 3.1 Hệ thông với các thiết bị do công suất

Hình 3.3 Biểu đồ giá điện

3.4 Biểu đỗ công suất mua điện lưới

h 3.6 Biểu đồ công suất lưới.

3.7 Biểu đồ ông suất nap của Acqui

Hình 3.8 Biểu đồ công suất xa của Acai

Hình 3.9 Biểu đỗ công suất Acqui

ình 3.10 Biểu đỗ SOC cia Acqui

h 3.11 Biểu đồ công suất hệ thông

1.3 Hệ thống cung cắp nước nóng bằng NLMT theo kiễu đối lưu tự nhiền

Hình 1.4 Hình dạng thực té và cấu tạo pin mặt trời

inh 1.7 Đặc điểm dong và áp của té bào quang điện lúc trời có nắng và không

ình 2.5 Sơ đỏ hệ thống PV nổi lưới kết hợp Acqui

inh 1.1 Công suất phát điện mặt trời hing năm trong giai đoạn 2004-2013 trên toàn

71.2 Đầu tư (tỷ USD) và công suất điện PV (GW) xây dụng thêm hàng năm trên

8 4 16 19 19 21 2 24 25 26 27 40 45 50

“

3

“

65 6

%6

%6

ø

DANH MỤC BANG BIEU

Bảng 1.1 Tốc độ tăng trưởng trung bình (%6) công suất phát điện NLT giai đoạn 2008-2013 vả năm 2013 [4] 6 Bảng 1.2 Năng lượng mặt tồi trên các vùng lãnh thé Việt Nam 9Bang 2.1 Công suất, đặc tinh của PV cho bởi nha sản xuất theo các điều kiện 29Bảng 2.2 Các công thức tỉnh công suất của pin mặt trời 9] 30Bang 2.3 Thông số của các hệ số tính hiệu suất theo công thức: 34Bảng 2.4 Bảng tinh hiệu suit của pin mặt tri theo nhiệt độ |9] 3s

Bảng 2.5 Công suất của pin MT theo nhiệt độ và độ bức xa trong ngày 39

Bảng 3.1 Thông số mỗi tim PV do trong điều kiện chuẩn, sử dung trong hệ thang PV

37Bảng 3.2 Thông số mỗi Acqui sử dung trong hệ thống lưu trữ vs —.,

Bảng 3.3 Câu hình hệ thống PV (Hệ 48 VDC) sBang 3.4 Các điều kiện ràng buộc cho hệ thống 58Bang 3.5 Công sất ải và PV thay đổi trong ngày 39 Bang 3.6 Giá mua và bản điện trong ngày 61

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TÁTBXMT Bức xạ mặt trời

‘MPP (Maximum Power Point) Điểm công

IT Mặt tờ

NL Năng lượng.

NLMT Nang lượng mặt trời

"T Năng lượng ti tạo

NOCT (Nominal Operating Cell Temperature) Nhiệt độ hoạt động danh định ca tế

bào quang điện

NTE (Nominal Terestrial Environment) Môi trường ngoài

PY (Photovoltaic) Pin quang điện; pin mặt trời

SOC (State of charge) Trạng thai sae

STC (Standard test condition) Điều kiện kiểm tra chuẩn.

MỞ DAU

Năng lượng tái tạo, trong đó có năng lượng mặt trời đã và đang được cả thé giới quan

tâm nghiên cứu và sử dung Trên th giới, các nước phát triển đã có rắt nhiễu ứng dụngtrong dai sống và trong công nghiệp đề thu được các nguồn năng lượng này Với ưuđiểm là sẵn có, dị dào, là nguồn năng lượng sạch, thân thiện với môi trưởng, năng,

lượng mặt trời đang là giải pháp thay thé cho các nguồn năng lượng khác dang ngàycạn kiệt trên Trái Dat, Tại các nước đang phát triển, trong đó có Việt Nam việc sửcdụng năng lượng mặt trời đã được quan tâm và khích lệ

Hệ thống điện mặt trời mang tinh khả thi cao, dễ thực hiện, đặc biệt là các hệ thốngnhỏ Tuy nhiên các hệ thống hiện tại chưa phát huy thể mạnh hi phi vận hành, các

hệ thống nhỏ chỉ tập trung cấp điện tai chỗ, chưa xan xuất điện để bán lúc dư thừa

Ngày 11/4/2017, Thủ tướng chỉnh phủ đã ký quyết định mua đi

2086 đồng'KWVh, như vậy, hệ thống điện mặt trời có thể hoà lưới bằng hai chế độ để

mặt trời với giá

bán khi thửa và mua khi thiếu.

XViệc phát triển các lưới điện thông minh nhỏ (microgrid) bao gồm nguồn năng lượngmặt tồi, Ac qui (battery systems), và nguồn điện lưới là cằn thiết nhằm

~ Giảm áp lực lên đường dây truyền tải điện trong những giờ cao điểm

= Giảm tổn thất trên đường diy truyỄn ti và tang độ tin cậy cho mạng lưới cắp điện

= Dễ quản lý và vận hành, xử ý sự cổ

~ Mang lạ lợi fch kn tẾ cho các hộ sử dung năng lượng mặt tröi

Để góp phin tích cực trong việc tận dụng nguồn năng lượng mặt trời phục vụ cho sảnxuất nông nghiệp và sinh hoạt, đồng thời góp phin giảm thiéu ô nhiễm môi trường.Mục đích tối ưu việc sử dụng nguồn năng lượng mặt trời, nguồn lưu trữ, kết hợp vớinguồn từ lưới điện dim bão cung cắp cho các phụ tai cục bộ với chỉ phí thấp nhất ĐểNghiên cửu chế độ vận hành ti mu cho hệ thắng điện mặt trời quy mổ nhỏ” đặt ra

và giải quyết phù hợp với nhu cầu kinh tế, phát triển nông nghiệp, bảo vệ môi trường,

và thiếu hụt năng lượng Đồng thời đáp ứng được các yêu cầu về giá điện thay đổi trong ngày sẽ được thực hiện bời nhà cung cắp điện lưới trong tương lai.

Luận văn nghiên cứu việc ứng dung pin mặt rời để phát điện; xây dựng mô hình toán.

học mô tả nguồn năng lượng mặt rời (PV); Ac qui (battery); mô hình toán học mô tả

mạng điện (microgrid) hòa lưới và sử dung các thuật giải tối wu giải bài toán chỉ phívin hành.

“Cấu trú của luận văn gồm 3 chương

- Chương Ì: Năng lượng mặt tr và các phương pháp khai thie sử dụng

~ Chương 2: Mô hình toán học mô tả nguồn năng lượng một trời

~ Chương 3: Xây dựng bài toán vận hành tối wu nguồn điện mặt trời — nguồn lưu trữ

ho với lưới điện

Kt luận, đánh giá và đưa ra kết quả tính toán tôi ưu chỉ phí vận hành

'CHƯƠNG 1 NĂNG LƯỢNG MAT TROL VÀ CÁC PHƯƠNG PHAP

KHAI THÁC SỬ DỤNG

“Chương này luận vin sẽ trình bảy những nội dung tổng quan

~ Nguồn năng lượng mặt trời

= Năng lượng mặt trời trên thể giới, tiểm năng NLMT tại Việt Nam và Ninh Thuận

~ Các phương pháp khai thác sử dung năng lượng mat trời

~ Các công nghệ chế tạo Pin MT

CO 2 loại bức xạ mặt trời (BXMT): BXMT đến bên ngoài bầu khí quyển và BKMTđến trên mặt đất

1.1.11 Bắc xe mặt trời đến bên ngoài bầu kh quyỗn

BXMT đến bên ngoài bầu khi quyền có giá trị khá ốn định ứng với một vị trí khảo sát

sự thể và có phương rit rỡ rằng, dé là đường ni từ mặt ti đến vị tí khảo sắt Các

khảo sắt thực tế cho thấy - về mặt giá trị - BXMT đến bên ngoài bầu khí quyển cũng,

6 những biển đổi nhọ, Có 2 lý do gây ra sự biển đổi này: sự biến đổi lượng bức xạcut phát từ mặt trời do các hiện tượng điễn ra trong nội bộ mặt trời và sự biển đổi củakhoảng cách từ mặt rời đến Trái đt, Đôi với các bài toán kỹ thuật, có thé xem cường

độ bức xạ phát ra từ mặt rồi là ôn định và BXMT đến bên ngoài blu khí quyển làBXMT đến trên mặt đất nhưng không tính đến ảnh hưởng của bau khí quyển

1.1.1.2 Bức xạ mặt trời đồn trên mặt đắt

Khi các tia BXMT di vào bầu khí quyển, do ảnh hưởng của bầu khí quyển và các vật

thể li ti có trong bầu khí quyển cho nên các tia BXMT sẽ phải chịu hiện tượng hấp thy

và phân xạ VỀ cơ bản, hiện tượng hip thụ các tia BXMT là do 6z6n và hoi nước, mức:

độ hap thụ kháe nhau tủy theo bước sóng Ứng với các tỉa cực tím có bước sóng nhỏhơn 0,29m thì khả năng hp thụ các tia bức xạ của 6z6n rit mạnh, ứng với các ta cổbude sóng lớn hon 0,294m thi khả năng hấp thụ của ôzôn giảm xuống đáng kể, khi

bước sóng vượt qué 0,35m thi ôzôn không còn khả năng hap thy các tia bức xạ được

nữa Trong khi đó, hơi nước có khả năng hap thụ mạnh các tia hing ngoại Đặc biệt, ở

trong vùng lân cận các bước sóng lạm, Ì.lum và I,äum thi khả năng hip thụ các tiahồng ngoại của hơi nước rit mạnh Chính hiện tượng bắp thụ làm giảm cường độ củasắc tia bức xạ và làm cho quang phổ của cúc tia bức xạ đến mặt đất thu hẹp lạ, cổ thénói các tia bức xạ có bước sóng lớn hơn 2,3m rat khó đến được bẻ mặt Trái dat Cùngvới hiện tượng hấp thụ, hiện tượng phản xạ làm một bộ phận của tia bức xạ bị đổi

bị phản xạ không rõ rằng Kết quả của các hiệntượng vừa nêu là, càng tién dé è cường độ của các tỉa bức xạ tông cảng.giảm Một cách tổng quit, người ta xem lượng bic xa tổng di vào bầu khí quyển đểcđến một bé mặt khảo sắt nào đó trên mặt dit bao gồm hai thành phần là trực xạ vàkhuếch tán Thanh phần trực xạ có phương rõ ring, đó là đường thẳng nổi từ mặt trờiđến dia điểm khảo sit Trong khi đó, đối với thành phần khuốch tin, việc xác định

phương hướng và cường độ của thành phan khuếch tan la khả phức tạp.

11.2 Nguẫn gắc ning lượng mặt tồi

Năng lượng mặt tời (NLM) có vai td quan trong đối với sự tổn tại và phát tiễn củacác yêu tố sự sống trên Trái đất

“rước hết, NLMT là nguồn năng lượng khổng lỗ có tỉnh ti sinh NLMT được sinh ra

do các phản ứng nhiệt hạt nhân tổng hợp các hạt nhân đồng vị Hydro (H) để tạo ra các

hạt nhân Heli (He) liên tục xảy ra trên Mặt trời Công suất bức xạ của Mặt trời là3.863,10”°W, nhưng phần NLMT đến bề mặt trái đắt chil 7,57.10!9W

'Ngoài khí quyển Trái đất mật độ NLMT là 1.353W/mẺ Nhưng khi

mật rời phải đĩ qua lớp khí quyên Trái đắt nên bị mắt khoảng 30% do các hiện tượnghap thy, tán xạ bởi các phân tử khí, hơi nước của lớp khí quyền Vì vậy, trên bể mặt

“Trái đắt, mật độ BXMT chỉ còn khoảng 1.000W/mẺ Mặc dù ở các vĩ độ khác nhau thi

mặt đất các tia

NLMT khác nhau, nhưng nhìn chung NLMT phân bố khắp trên bẻ mặt trái đất Ở đâu.

cũng có thể khai thác và ứng dung nguồn năng lượng này

Bản chất của BXMT là sóng điện từ có phổ bước sóng trải từ 10 jum đến 10! um,

trong đồ mắt người có thé nhận biết được dai sóng có bước sóng từ 0.4 đến 0,7m vàđược gọi là ang sing nhìn thấy Ving bức xạ điện từ có bước sóng nhỏ hơn 0,4m được gọi là ving sóng tử ngoại Còn vũng có bước sống lớn hơn 0.7um được gọi làvũng hồng ngoại Do bản chất của sing điện từ nên NLMT là nguồn năng lượng

không có phát thải, không gây 6 nhiễm môi trường hay được gọi là nguồn năng lượng sạch

Ngoài lớp khí quyén tái đất BXMT chỉ có một thành phần Dó là ác ta mặt tời đi

thẳng phát ra từ mặt trời Nhưng khi tới mặt đi

quyển Trái đất, bức xạ mat tời bị biển đổi và gồm 3 thành phần

do các hiện tượng tin xạ trong lớp khí

(1)- Thành phần trực xạ gồm các tia mặt rời đi thẳng từ mặt tời đến mặt đắt Nhờ cáctia trực xạ này mã ta có thể nhìn thấy mặt trời;

(2) Thành phần nhiễu hay tán xạ gồm các tia mặt trời tới mặt đất từ mọi phương trên

bầu tời do hiện tượng tin xạ của tia mặt trời trên các phân từ khí, hoi nước, các hat

bui, Nhờ các tia tân xạ này mà chúng ta vẫn có ánh sing ngay cả những ngiy mây

mù, không thé nhin thấy mặt trời, ở trong nhà, dưới bóng cây :

“Tổng hai thành phần trên được gọi là ng xạ của bức xạ mặt rời ở mặt đất Các trạm

Khí tượng thường do các thành phần này nhiều lần tong một ngày và liên tye tong

nhiều năm để có số liệu đánh giá tiềm năng NLMT

(G)- Thành phần phan xa từ mặt nền ở nơi quan sát bay nơi đặt bộ thu NL.MT, nó phụ

thuộc vào hệ số phản xạ của mặt nền và tổng xạ tới Thành phần này chỉ được phân

toán các bộ thu NLMT, Trong trường hợp chung nó là một phần

rắt nhỏ trong thành phần bức xạ tần xe

1.2 Năng lượng mặt trải trên thé giới và iềm năng NLMT tại

1.3.1 Quá trình phát tin và trién khai ứng dung năng lượng mặt trời

EMT trung bình trên bé mặt Trái đất nằm trong khoảng 150 đến 300W/

"hệ thống “dõi theo mặt rời” (solar tracking systems) để hội tụ một diện tích lớn các tia

ồn nhiệt hội tụmặt trời vio một diện tích nhỏ hơn (gọi là điểm hay đường hội tụ) Nex

này sau đó được sử dụng để phát điện Các bệ thống này gọi là hệ nhiệt điện mặt ti được gọi là hệ thống điện PV.

{Ging dung quan trọng đầu tiên của pin mặt trời l nguồn dự phòng (backenp) cho về

tinh nhân tạo Vanguard I vào năm 1958, nó đã cho phép truyền tin hiệu về Trải đất

hơn một năm sau khi nguồn Acqui điện hóa đã bị kiệt Sự hoạt động thành công này

của pin mặt ti trên vệ tỉnh đã được lap lại trong nhiều vệ tỉnh khác của Liên Xô và

Mỹ Vào cuối những năm 1960, PV đã trở thành nguồn năng lượng được được sử dụng.ring cho vệ tinh PV đã có một vai tr rất quan trọng công nghệ vệ tỉnh thương mại và

nó vẫn giữ vị tr đó đối với hạ ting viễn thông ngày nay.

"Nhờ sự phát triển của khoa học công nghệ nên hiện nay con người đã biết khai thác NLMT một cách hiệu qua và chủ động hơn nhờ các công nghệ hiện đại Nhà máy nhiệt điện mặt trời thương mại đầu tiên được xây dựng trong những năm 1980, Nhà máy có công suất lớn nhất là 354MW xây dựng tại Sa mạc Mojave ở California (Mỹ) Các nhà

máy lớn khác như nhà máy Solnova (150MW) và Andasol (100MW), cả hai đều ở Tây

Ban Nha [1]

Sự cắm vận dầu năm 1973 và sự khủng hoảng năng lượng năm 1979 đã làm thay đổichính sich năng lượng trên thể giới và công nghệ NLMT được quan tâm thúc diy phát

triển, Chiến lược tiễn khai tập trung vào các chương trình ting tốc như: “Chương:

trình sử dung PV Liên Bang" ở Mỹ; "Chương trình NLMT” ở Nhật, Các cổ gắng khác gồm có sự xây dựng các cơ sở nghiên cứu ở Mỹ (SERI, nay là NREL), Nhật (NEDO),

và Đức (Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems ISE).

Gitta các năm 1970 và 1953 các dự án PV tang rất nhanh, nhưng đầu những năm 1980

do giá dầu giảm nên làm giảm nhịp độ phát triển của PV, Từ 1991, sự phát triển của

PV lại được gia tốc do các vin đề khổ khăn về cung cắp dẫu và khí, do sự nồng lên của

"ri đắt, và sự cải thiện của công nghệ sản xuất PV, dẫn đến tính kính tẾ của PV trởnên tốt hơn Sàn xuất PV tăng trung binh 40%inim từ năm 2000 và công suất lắp đặt

đã đạt đến 10,6GW vào cuối năm 2007 và 14,73GW vào năm 2008 Đến đầu năm

2014 thứ bậc của 5 cường quốc điện mặt trời được sắp xếp theo thứ tự về tổng công

suất tinh ng Gigawatt(s6 đầu) và tỷ lệ điện năng mặt tri trong tổng điện năng quốcgia (66 thứ ha) như sau: Đức (35,65GW; 5.3%), Ý (ISOW; 9%), Trung Quốc (177GW; 0,15), Nhật (11,86GW; 0,8%) và Hoa Kỷ (11,42GW; 0,3 %) [3]

1.2.2 Tình hình ứng dụng năng lượng mặt trời trên thé giới

Năng lượng tái tạo (NLT) đã chiếm tỷ lệ 22,1% trong tổng sản xuất điện năng trên

toàn cầu tinh đến nin 2013, Nếu kể thêm cả sản xuất nhệt thi tỷ lệ NLT trong tổng

sản xuất điện năng trên toàn cầu còn có tỷ lệ cao hơn nhiễu, Đặc biệt, giai đoạn

2008-2013,

(Bảng 1.1) Trừ 2 nguồn thủy điện va địa nhiệt có tí

c độ tăng trưởng NLTT nói chung và NLMT nói riêng đạt giá trị khá cao

độ dưới 4%/nm thì các nguồnNLTT khác có tốc độ tăng trường trên 10%6/năm An tượng nhất là tốc độ tăng trưởng,

công nghệ NLMT: điện PV tang 55%; nhiệt điện mat trời (CSP) tang 48% và nhiệt mặt trời tăng 14%/năm [4]

Xu thé chung ngày cảng rõ nét của tắt cả các nước trên thé giới hiện nay là tăng tỷ phin NLTT và giảm năng lượng (NL) hóa thạch Ví dụ, năm 2013, ở Đan Mạch và

‘Tay Ban Nha, điện NL gió đáp ứng Lin lượt là 33,2% và 21% tổng nhu cầu điện; nhiềusông đồng và vùng lãnh thổ đặt mục iêu sử dụng 100% điện NLTT vào năm 2020 nhưDijibouti, Scotland va các quốc gia đảo vùng Tuvalu; Đức đặt ra mục tiêu đến năm

2020, khoảng 20 triệu din (rên tổng số 65 triệu) sống ở các vũng sử dụng 100%NUTT (4)

Bang 1.1 Tốc độ tăng trưởng trung bình (%) công suất phát điện NLTT giai đoạn 2008-2013

và năm 2013, [4]

|Giao thông vận tải

Tốc độ tăng trưởng về công suit điện NLTT (%4) Nhiệt (%)| (Nhiên liệu sinh

Thời học, %)

gian

sa | Điện MT | Nhiệt Nhiệt | sx | sx

Địa nh | Thủy điện | ayy | gen MT | Nt 8] Mạt tỏi | ethano! | biodiesel

2008- | 5 5

3m | 32 37 ss | 4 | a | um |sz | ou

203] 4 42 30 | 3s |4 | asa | $6 | nã

rong các năm gin diy, các công nghệ NLMT có tốc độ tăng trưởng cao và liên tục

Lý do của xu hướng trên la: (1) Công nghệ ngày cảng hoàn thiện, dẫn đến giá NLMTcảng ngày cảng giảm sâu; (2) Vấn để an ninh năng lượng, NLMT là nguồn NL địaphương nên không phụ thuộc vào nguồn nhập khẩu, và do đó không phụ thuộc vào các biển & chính tri và các tác động khác; (3) Các nguồn NL hóa thạch đã

trong lúc nhu cầu NL không ngừng tăng: (4) Ô nhiễm môi trường do khai thác sử dụng

NL hóa thạch đã đến mức báo động, dẫn đến các hiện tượng biến đối khi hậu trên toàn.sầu Việ cắt giảm phát thải, sử dụng các nguồn NL sạch trở nên cấp bách và có tínhnghĩa vụ đổi với các quốc gia

'Tổng công suất PV đã lắp đặt giai đoạn 2004-2013 trên thể giới (hình 1.1) Đến nim

2013, tổng công suất PV toàn cầu đạt đến 139 GW Nồi riêng, công suất PV lắp đặt của một số nước và vùng lãnh thổ dẫn đầu như: Năm 2013, Đức lấp thêm 3,3 GW, đưa

ig suất đến 2013 lên 36 GW; Trung Quốc lắp thêm 12,

tổng côi GW, chiém khoảng72% tổng công suất PV lắp thêm năm 2013 trên toàn thé giới, vở thành nước có vị trí

thứ 2, với tổng công sất khoảng 19 GW; Vị tri thứ 3 à Ý, với tổng công su đến

2013 khoảng 17,5 GW; Mỹ đứng vị tí thứ 5 sau Nhật Bản, có tổng công suất 12,5

GW, năm 2013 lắp thêm 4,8 MW: Nhật Bản lắp thêm 6.9 GW, tăng $0% so với côngsuất đã xây dung trước đó, đưa tổng công suất lên khoảng 14 GW 4]

Hình 1.1 Công suất phát điện mặtời hùng năm trong giả đoạn 2004:2013 trén ton cu [4]

Một trong các nguyễn nhân về sự phít tiễn mạnh mẽ của công nghệ PV là do giá PV liên tye giảm su Trên hình 1.2, đầu tư vào các hệ nguồn điện PV trên toin cu tăngliên tục, trong đó giai đoạn 2009-2011 tăng rất nhanh Cùng với sự tăng đầu tư, thìcông suất phát điện PV cũng tang gần như cing tốc độ, Đặc biệt, rong năm 2013, dia

tur giảm 22% nhưng công suắt PV được xây dựng mới lai tăng lên 32% với công suất

khoảng 39GW Sự tăng mạnh đầu tư vào phát triển nguồn điện PV trong những nămgần đây chủ yến do giá mô đun PV và giá hệ thống PV giảm liền tục và khá nhanh Đã

can tranh được với NI hỗa thach truyền thông

ố yi, ¬

inh 12 Đầu tự (9 USD) và công uất điện PV (GW) xây dựng thêm hàng năm trên toàn

cầu giai đoạn 2004-2013 (4)1.2.3 Tiềm năng năng lượng mặt trời của Việt Nam

Việt Nam được đánh giá là có nguồn ải nguyên NLMT vio loại cao trên thé giới

Nguồn NL sạch và tiềm năng lớn này hoàn toàn có thể tham gia đồng góp vào cân

bằng NL quốc gia Cho dé nt Khai thác, ứng dụng NLMTcôn rit hạn chế, trình độ thấp, qui mô nhỏ lẻ, manh mún và tự phát Lý do cơ bản cho

nay, các hoạt động nghiên

sự trì trệ đó là do trước đây chúng ta chưa có chỉnh sách về NLTT nói chung va

NLM nó riêng Tuy nhiên, đến 42017, Thủ tưởng chính phủ đã ký quyết dịnh muađiện mặt trời với giá 2086 đồng/KWh, như vậy, hệ thống điện mặt trời có thể hoà lướibằng hai chế độ để bản khi thừa và mua khi thiếu Đây căng là một lợi thể tốt để pháttriển nguồn điện mặt trời tại Việt Nam.

"Để đánh giá tiềm năng NLMT thường người ta dùng 2 đại lượng, đó là Mật độ NI trang bình ngày và số giờ nắng trung bình năm.

"Nhiều địa phương trên lãnh thổ Việt Nam có giá tri các đại lượng trên khá cao Tínhtrung bình cho cả nước thì bằng 4,5kWh/n'/ngay và khoảng 2000 giờ/năm Tuy nhiên

do điều kiện tự nhiên mà NLMT trên các vùng lãnh thổ khác nhau cũng khác nhau như được chỉ ra trong bảng 1.2.

Bang 1.2 Năng lượng mặt trời trên các vùng lãnh thổ Việt Nam

kaa vee XIN | gion

"Nguồn: Trung tâm Khi tượng Thủy văn quốc gia

Khu vực Đông Bắc (trong đó có Hà Nội) do chịu ảnh hưởng trực tiếp của gió mùa nên

cả nước (3,3 - 4,IkWh/mÏ ngày; 1500 - 1800giờinăm) Nhưng từ Đà Nẵng tử vào cho đến cục Nam dit nước, NLMT rit cao vàtiềm năng NLMT là thấp nhất so ví

phân bỗ khá đồng đều trong cả năm Vì vậy việc khai thác, ứng dụng NLMT nói

chúng ở khu vực miễn Nam nước ta sẽ cho hiệu quả cao hơn.

‘Theo Tổ chức NLMT của các nước ASEAN, tiềm năng NLMT phan loại thành 4 mức:Mii I (mite cao): Bức xạ trung bình ngày cả năm >4,8 kWhím ngày

Mức 2 (mức khá): Bức xạ trung bình ngày cả năm từ 3,8 đến 4,8 kWh/mỸ ngày,

Mức 3 (mức trung bình): Bức xạ trung bình ngày cả năm từ 3,2 đến 3,7 kWh/m”.ngày.Mức 4 (mức kém): Bức xạ trung bình ngày cả năm < 3.2 kWh/mẺ ngày

Theo chuẩn phân loại NLMT của ASEAN thi chỉ có vùng Đông Bắc nước ta cóNLMT ở mức 3 là mức trung bình, còn các vùng khác thuộc mức khá và mức cao, tức

là những vùng có tiém năng NLMT cao, khai thác ứng dung có hiệu quả tt, đặc biệt làXhu vực miễn Nam (tr Dà Nẵng trở vào), Như vậy, Việt Nam có nguồn ti nguyễn

NMT khá lớn, đây là nguồn tải nguyên rất quí giá của đất nước và cần được nghiên

khai thắc, sử dụng có hiệu quả, phục vụ cho công cuộc xây dựng và phát triển

kinh tế, xã hội, bảo vệ môi trường và ứng phố với biến đổi khí hậu

Mặc đủ được đánh gi là có iểm năng rit đảng kể về NLMT, nhưng do nhiễu nguyễnnhân khác nhau, tỉ trọng của NLM trong cán cân năng lượng chung của toàn đất nước:vẫn còn rit hạn ché

Dự án diện mặt rồi được nổi lưới đầu tiên là Nhà máy quang năng An Hội (Côn Đảo,

Bà Rịa - Vũng Tau), Dự án được triển khai tr giữa tháng 3/2014 va hoàn thành việcxây dưng lip đặt và đấu nối vào lưới điện của Điện lực Côn Dao vào đầu thing12/2014 với công suất 36 kWp, điện lượng hơn 50 MWh,

“Trong Quy hoạch diện VII (điều chỉnh) cũng nêu rõ yêu cầu diy nhanh tiến độ các dự{in nguồn diện sản xuất từ năng lượng tá tạo, trong đồ có NLMT bao gồm cả nguồn

NL tập trung lắp đặt trên mặt đắt và các nguồn riêng lè lắp đặt trên nóc nhà Mục tiêunhằm góp phần nông công suất nguồn diện mặt rời từ mức không dng ké như nay lên khoảng 850 MW vào năm 2020, khoảng 4.000 MW vào năm 2025 và khoảng

12.000 MW đến năm 2030 Theo lộ trình này, từ nay đến năm 2020, mỗi năm chúng ta

phải xây dựng các dự án điện mặt trời với công suất hơn 200 MW; từ nấm 2020

-2025, mỗi năm phải lắp đặt hơn 600 MW và 5 năm tiếp theo, mỗi năm phải ip đặt1.600 MW mới đạt kế hoạch để rà

Hiện nay, cả nước có khoảng 30 nhà đầu tư bắt đầu xúc tiến lập các dự án điện mặttrời có công suit từ 20 đến trên 300 MW tại một sé dia phương tập trung chủ yến ở

khu vực miền Trung Trong đó đáng chú ý là 2 dự án của Công ty Đầu tư và Xây dựng

Thiên Tân (tại tinh Quảng Ngãi vi Ninh Thuận) và dự án Tuy Phong do Công ty

TNHH DooSung Vina (làn Quốc) đầu tư với quy mô 66 triệu USD, công suất 30 MW

tại tỉnh Bình Thuận.

én lực Việt Nam (EVN) cit

triển 2 dự án trên đất iễn tại thủy điện Trị An (tinh Đồng Nai) và dự án nổi trên mặt

Tập doin đang dự định triển khai nghiên cứu phát

nước ại hồ thủy điện Đa Mĩ (tinh Bình Thuận)

Ngoài ra EVN cũng để xuất với tỉnh Ninh Thuận vé việc đầu tư dự án điện mặt trời

với tổng vốn đầu tw khoảng 8.000 tỷ đồng, công suất 200 MW trên diện tích 400 ha tại

xã Phước Thái, huyện Ninh Phước, tinh Ninh Thuận Dự kiến dự án này sẽ được tiễn

"hành khởi công trong năm 2018, [5]

“Tại hội thảo "Phát triển điện mặt trời tại Việt Nam - Cơ hội và thách thức do Hiệp hội

[Nang lượng sạch Việt Nam tổ chắc tại Hà Nội, nhiều ý iển chuyên gia cho ring thách:thức lớn nhất đối với việc phát triển điện mặt trời tại Việt Nam lả biểu giá điện hiệnhành chưa hip dẫn các nhà đầu tr; suất đầu tư hiện nay cồn rit cao Cũng với đồ nhàđầu tr chưa tiếp cận được nguồn vốn từ quỹ hỗ trợ NLTT mà phải ding nguồn vốntrong nước, đa phần các thiết bị đều phải nhập khẩu vì vậy giá thành của một đơn vịsản phẩm cao.

13 Đặc đi 'm sản xuất nông nghiệp Ninh Thuận và ảnh hướng của NLMT

[Ninh Thuận là một ving khô hạn có đặc điểm địa hoá cảnh quan độc đáo ở Việt Nam.

Ở đây, lớp i

thành phần vụn thô chiếm ưu thé, Các nguyên tổ kiểm, kiểm — thé

canh tác móng, nghéo vật chất hữu cơ, thành phần sét trong đất thip.

lý như cácnguyên tổ vỉ lượng được gi li khá cao và có xu hướng tập trang tong đất, Tu đất

Vũng Ninh Thuận luôn tiém ấn nguy cơ bị thoái hoá trong vùng khí hậu khắc nghiệt,

nhưng đất ở vũng khô néng này cũng có th cải tạo, quy hoạch hợp lý để phát huynhững tiềm năng riêng mà các vùng khác ở Việt Nam không có

vi hi hậu, Ninh Thuận là vùng nắng nóng gay gắt nhất Việt Nam Theo bản đỗ bức

xa mặt trời của Meteonorm, Ninh Thuận là khu vực có nguồn bức xạ đồi do, khoảng1.800 kWh/m2/năm Mặt khác, sự chênh lệch về BXMT giữa các mùa trong năm.Không cao, diy là điều kiện rit thuận lợi cho việc khai thác hiệu quả nguồn NLMT,

“Trung bình các tháng có thời gian chiếu sáng hơn 12 giờ mỗi ngày; dai nhất vio 2thing 6 vi 7 với hơn 13 gið'ngiy: ngẫn nhất vào 2 tháng 12 và 1 cũng hơn 11 giờ 30phiivngiy Do đó, Ninh Thuận có diều kin tiếp nhận hàng năm một lượng lớn BXMT.Tang số giờ nắng trung bình ở Ninh Thuận là 2837 giờ/năm cao nhất trong cả nước(so với Cam Ranh 2663,6 giờ/năm; Phan Thiết 2782.8 giờjnăm).

Ninh Thuận có tổng di tích khu vực có m năng diện mặt tri là 1.640 ha, chiếm 23.7% tổng diện tích toàn tỉnh Diện tích này phân b chủ yếu tại huyện Ninh Phước,

‘Tp Phan Rang — Tháp Cham và một số khu vực thuộc các huyện Thuận Nam, ThuậnBắc, Ninh Sơn, Ninh Hải và Bác Ái Với giá huyết mật độ bổ tri công suất tắm pin

mặt tời là 0,5MW/ha thi tổng lượng công suất này được 39.820 MW, Cũng theo quy

hoạch, vùng phát triển điện mặt trời có quy mô công nghiệp của tỉnh ước đạt khoảng

5.960 MW, tương ứng với điền tích chiếm đất là 11.930 ha, bằng 3,6% tổng điện tích

toàn tình.

Theo Quy hoạch tổng thể phát triển kinh tế xã hội tỉnh Ninh Thuận, đến năm 2020 thi

‘Ninh Thuận phần đầu trở thành Trung tâm NLT Việc ứng dụng điện mặt trời và điệngió được tỉnh quan tâm phát triển, nhằm tạo tăng trường kinh tế nhanh và bền vữngtheo hướng xanh, sạch Hơn nữa, theo dự báo về những tiến bộ mới trong công nghệsản xuất các tắm pin mặt tồi với hiệu suit hiện nay là 12 - 16%, sẽ tăng lên tới 25%

vào năm 2030 và có thể tăng tới 40% vào năm 2050 và tuổi thọ tắm pin dự báo cũng

tăng tử 25 năm lên đến 40 năm, dẫn tới suit đầu tư nhà may và giá hành điện mặt

trời sẽ thập Đồng thời, giá mua điện của Tập đoàn EVN cũng sẽ tăng din theo lộ

trình Do xậy, thời gian thụ hồi vỗn đầu tư sẽ ngắn hơn và sin xuất, kinh doanh điệnmặt trời sẽ có lợi nhuận.

[Ninh Thuận từ trước năm 2000, ngành Bưu điện đã có ứng dụng điện mặt trời (hệ độc

lập) để cấp điện cho các Bưu cục ở các xã vũng sâu, vùng xa của tỉnh chưa có lưới

Năm 2006 ~ 2007, thực điện quốc Dy án nghiên cứu ứng dụng công nghệ điện mặt trời cung cấp điện cho cá vũng đặc thù và trang trại c in nuôi chưa có luới điện đi qua, với công suất 2 kWp cho 2 trang trại nông nghiệp, đèn tín hiệu khu vực

bi ria để và 10 hộ dân ở huyện Ninh Sơn, với kinh phí mua sắm máy móc thiết bị là

23744 triệu đồng (suất đầu tư 168,7 triệu déng/kWp) Năm 2010, Công ty TNHH Tập

đoàn Quốc tế Kim Đỉnh (Hà Nội) tài tr thiết bị và lắp đặ tại Quảng trường 16 thing 4

2 trụ đến chiếu sing, công suất 35Witru ứng dụng điện mặt tời và điện giá Ngày

17-12-2012, 18 khánh thành công trinh hệ thông phát điện sử dụng NLMT (nổi lưới), công

suất 10 kWp do Công ty Hanvit, Hàn Quốc tải trợ cho thôn Bi Hang, xã Vĩnh Hải

huyện Ninh Hải Ngày 30-12-2012 ban giao sử dựng tram diện mặt trời (hỗn hợp) tại

Xhu vực Văn phỏng UBND tinh Ninh Thuận, với công suất 14,82 KWp Năm 2013, từ

nguồn kính phi hỗ trợ 100 triệu đồng của Công ty Holeim, Trường Đại học Bách khoa.

“TP.Hồ Chi Minh phối hợp với Hội Nông dân tỉnh thục hiện Mô hình tưới phun mưa sửdung NLMT cho hộ nông dân thuộc xã An Hải, huyện Ninh Phước, với công suất 0,8

Wp.

"Đồng thi, đ niền khai nhân rộng ứng đụng điện mặt rồi sắp i, Sở KH&CN tinh đã

khảo sát, đánh giá nhu cầu phụ tải điện, mặt bằng mái nha và xây dựng phương án ứng.

cdụng điện mặt trời (hỗn hợp) cho các cơ quan hành chính cấp ti ih đồng trên đa bản

Tp Phan Rang — Tháp Chàm, gồm: Sở Công Thương (6,08 kWp}; Sở Khoa học và

Công nghệ (6,08 kWp); Sở Kế hoạch và Dau tư (3,8 kWp); Sở Xây Dựng (6,84 kWp);

Sở Tải Chính (7,6 kWpy; Sở Tai nguyên và Môi trường (13,68 kÂMp); Sở Văn hóa, Thể

thao và Du lịch (5,32 kWp) và Trường THPT Chuyên Lê Quỷ Đôn (15,2 kWp) [6]

Đến nay, Ninh Thuận đã ký kết biên bản ghỉ nhớ với Công ty TNHH SinenergyHoldings (huge Tập đoàn SHS Holdings Singapore) về việc nghiên cứu, triển khai dự

ấn điện mặt trời quy mô lớn (300MAW), kết hợp sản xuất nông nghiệp công nghệ cao,gắn với xuất khẩu tại Ninh Thuận Theo đề nghị của Sinenergy Holdings, doanhnghiệp này sẽ đầu te nhà mấy sản xuất điện mặt tờ kết hợp nông nghiệp công nghệcao tại xã Phước Hữu (Ninh Phước) trên diện tích 832ha, với tổng vốn dầu tư 7.920 tyđẳng Quy mô đầu tư của dự án là 300MW điện mặt ti, kết hợp nông nghiệp côngnghệ cao (

Singapore và thé giới

1g rau, cả chua, táo, tỏi ) và rau sạch xuất khẩu sang thị trường

Tôm lạ, Ninh Thuận là tinh cổ tim năng NLMT lớn, các đự án điện mặt rời đặt ởđây sẽ có tinh khả thì cao Nhưng ngun ngân sách của tính côn han chế nên các dự ánđiện mặt trời hiện tại chỉ dựa vào các nguồn tài trợ, các dự án nhỏ lẻ mang tính tự pháttheo khả năng của từng hộ gia đình.

1.4 Các phương pháp khai thác sử dụng năng lượng mặt trời

Mặc dù được đánh giá là có tiềm năng rit ding kể về NLMT, nhưng do nhiều nguyễn

nhân khác nhau, tỉ trọng của NLMT trong cán cân NL sử dụng chung vẫn còn rất nhỏ.

Tuy vậy, có thé thấy rỡ NLMT đã được nghiên cứu và đưa vào sử dung từ rất lâu Bên

sanh các phương thức khai thác truyền thống đơn gin, mang tinh dân gian như photnông sản và siy khô các loại thủy hai sin, các hoạt động ny

NLMT cho đến hi

liên cứu và sử dụng nay thường tập trung vào các Tink vực như cung cấp nước nóng ding trong sinh hoạt và phát điện,

1.41 Cang cắp mước năng bằng năng lượng mặt rồi

Sử dung năng lượng mặt trời qua quả trình trao đổi nhiệt theo kiểu.

‘Nase ning đến moi sử đụng

1 Cấp nước lạnh

1- Colleetor mặt trời 2 Ông nước ning tin hoàn:

3 Bình chứa nước ning 4- Ông nước lạnh tuẫn hoàn Hình 1.3 Hệ thông cung cắp nước nóng bằng NLMT theo kiểu đối lưu tự nhiên

Tới tác động của các ta BXMT, nước tong collector mặt tồi (1) sẽ gia tổng nhiệt độ

xà din dẫn đi lên theo đường ông din nước nóng (2) Tương ứng, nước có nhiệt độthấp hơn sẽ chảy từ bình chúa (3) đặt ở phía trên để di vào collector (1) theo đườngống dẫn nước lạnh tuần hoàn (4) và tạo nên ving tuần hoàn khép kín Trong trưởnghop này chuyển động của nước là hoàn toàn te nhiễn, có nghĩa là không do tic động của bơm, chuyển động này được tạo nên là do sự sụt giảm khối lượng rếng cửa nước khi nhí độ nước gia tăng Cứ tiếp tục như thể nhiệt độ của nước trong chứa sẽ tang dẫn Khi BXMT ở mức còn đủ để làm n 1g nước thi nước trong bình chứa bị

theo nhiệt độ, theo đó nhiệt độ của nước ở vị trí phân lớp khá đáng cao hon

lá trị lớn hơn Nguyên tắc làm việc cơ bản của các hệ thống loại này là sự tích lay dinnhiệt lượng nhận được từ các tia BXMT từ sing cho đến chiễu, do vậy thường chỉ nên

sử dụng nước nóng mặt rồi ừ cuối buổi chi trở đi

“ủy vio đặc điểm của từng hệ thống cụ th, và tủy vào tỉnh hình thời tiết cụ thể, ma

nhiệt độ trung bình của nước vio cuối mỗi buổi chiễu có thể biến đổi trong khoảng từ

45°C cho đến khoảng gần 70°C

1.4.2 Cung cấp điện bằng năng lượng mặt trời

`VỀ mặt nguyên lý, pin mặt tri được tạo nên từ những chất bán dẫn Dưới ức động củasắc tia BXMT, các điện từ sẽ được tách ra khôi các nguyên tứ sự chuyển động của các

điện từ khi được đầu nối qua vật dẫn điện sẽ tạo nên dòng điện Qué trình biển đổi từ

các tia sáng mặt trời (Photons) thành điện (Voltage) được gọi là hiệu ứng quang điện.

(Photovoltaic Effect) Cho đến nay, v8 mặt thị trường, vật liệu thường được sử dựng trong công nghiệp chế tạo pin mặt trời là Sile tinh thé và Sie vô định hình Trongnhững năm gin đầy, một số nhà nghiền cứu có xu hưởng chuyén sang ché tạo pin mặttrời trên cơ sở nano-TiO; tim chất nhạy quang (Dye-Sensitized Nanocrystalline TiO;Solar Cell) Tùy theo cau tạo và loại vật liệu được sử dung mà hiệu suất pin mặt trời có.thể đồi trong khoảng từ 11,1% cho đến 27.3% Thông thường mỗi tắm pin mặttrời được tạo nên từ nhiều module giống nhau, bằng cách ghép các module theo mộtcách nào đô người ta cổ thể chế tạo ra các tắm pin mặt tr có mức điện áp và côngsuất khác nhau Do khả năng cung cấp điện của pin mật trời có quan hộ chặt chế vớicường độ BXMT, mà cường độ BXMT lại thường xuyên biến đổi, cho nên không thể

biểu điển công suất của pin mặt ti ở dạng W (Watt) mà phải là Wp (Wattpeak)

‘Theo định nghĩa, Wp là công suất điện một chiều của pin mặt trời được đo đạc trongcác điều kiện tu chuẩn như sau:

~ Cường độ sing: 1000W/án”

- Nhiệt độ môi trường: 25°C

~ Quang phổ của nguồn sáng thử nghiệm phải tương tự như quang phổ của BXMTtương ứng với hệ số khối lượng không kh là 1,5

1.63 Cle phương pháp khai thác khác

Như đã tỉnh bay ở trên, ngoại trừ nước nóng mặt trời và in mặt ri, việc ứng dụng

LMT vào các Tinh vực khác được xem là không đáng ké, Tuy nhiên, trong số các ứng

dụng tôi còn hi, sấy và nu ăn bằng năng lượng mặt ôi có về vẫn được ch ý nhiều

15

hơn do giá thành rẻ và công nghệ chế tạo đơn giản Hiện nay, ở một số nơi người ta

ứng dung NLMT để sấy nông hai sản, chủ yếu là nông sản Phương pháp sấy thưởng

được ứng dụng là làm nóng không khí trực tiếp bằng NLMT, có nghĩa là không thông

{qua trung gian của những chất tải nhiệt khác Tuy nhiên, do cầu tạo của hệ thống sấythô sơ cho nên hiệu quả vẫn còn khá thấp Để làm nóng không khí người ta thưởngding collector mặt trời dạng phẳng, trong trường hợp này không khí có thể được cho

trường hợp khác, việc lim

sóng không khí có thể được thực hiện bởi các ống 2 lớp bọc bằng plastic có tiế

đi phía trên hay phía dưới của bé mặt hắp thy, Trong một.

tròn Cùng với sấy, hiện đang có một vài dự án triển khai các bếp mặt trời cho các

Ving sâu, ving xa Phương án thường được sử dụng là chảo parabol Trong trường

hp này người ta đặt vật cần nhận nhiệt ở tiêu điểm của parsbol Noi chung công nghệsản xuất chảo parabol khá đơn giản Thinh thoảng cũng xuất hiện các bếp mặt trờidang hình hộp Nhin chung bếp mặt trời vẫn chưa hấp dẫn được nhiều người do vận

"hành không én định và do những bắt tiện khác.

15 Các công nghệ chế tạo pin năng lượng mặt tri

Pin mặt tri là phương pháp sản xuất điện trực tiếp từ NLMT qua thiết bị biến dỗi

quang điện Pin mặt trời có ưu điểm gon nhẹ có thể lắp bắt kỳ ở đâu có ảnh sng mặt

trời Ứng dụng NLMT dưới dạng này được phát triển vớ tốc độ rất nhanh, nhất là cácnước phát rin và dẫn dần thay thế nguồn năng lượng truy thống

L&1 Cấu tgo pin mặt trời

(ei ——=9) |

"Hình 1.4 Hình dang thực tễ và cẫu tạo pin mặt trời

‘Vat liệu chủ y cho pin mặt trời là các silie tinh thé, Pin mặt trời từ tỉnh thể silie được chia lâm 3 loại

~ Một tinh thể hay đơn tỉnh thể module sản xuất dựa trên quả trình czochralski Đơntinh thể loi này có hiệu suất tới 16% Chúng thường rit đất tiền do được cất từ cácthỏi hình dng, các tắm đơn thé này có các mặt trồng ở góc nỗi module

~ Đa tỉnh thé làm từ cc thỏi đúc = đúc từ siie nung chảy edn thận được làm nguội và

lâm rắn Các pin nảy thường rẻ hơn các đơn tỉnh thể, tuy nhiên hiệu suất km hơn

nhưng chúng có th tạo thành các tắm vuông che phủ bề mặt nhiều hơn đơn tỉnh thé bàlại cho hiệu suất chip.

~ ii slic ạo ra từ các miếng phim mỏng từ ilie nóng chảy và cổ cu trú đa tinh thể.Loại này thường có hiệu suất thấp nhất, ty nhiên loi này rẻ nhất trong các loại vikhong edn phải cắt từ silicon

Một lớp tiếp xúc bán dẫn P-N có khả năng biến đổi trự tiếp năng lượng BXMT thành

điện năng nhờ hiệu ứng quan điện bên trong gọi là pin mặt trời Pin mặt trời được sản.

xuất và ứng dung phổ biến hiện nay là các pin mặt trời được chế tạ tử vậ liệu tỉnh thể

bán dẫn silicon (Si) có hóa trị 4 Từ tỉnh thé silie tinh khiết, để có vật liệu tinh thể bán

Si loại N, người ta pha tạp chất donor là photpho có hóa trị 5 Còn vật liệu bán

tinh thể loại P th tạp chất acceptor được ding để pha vào sic là Bo có hóa tỷ 3, DSvới pin mặt trời từ vật liệu tinh thé sili khi BXMT chiếu đến thì hiệu điện thé hở.mạch giữa 2 cực khoảng 0,55V và đồng điện đoàn mach của nó khỉ BXMT có cường

độ 1000W/m2 vào khoảng 25-30mA/em*

Hiện nay, người ta đã chế tao pin mặt trời bằng vật liệu sili vô định hình (a-Si), Sovới pin mặt tời nh thể Sỉ thì pin mặt tri a-Si giá thành rẻ hơn nhưng hiệu suất thấp

hon và kém én định hơn.

1.5.2 Pin Silic tình thé (Crytalline silicon solar cell)

Tinh thé icon (e-Si là chất bán dẫn đã được sử dung nhiều nhất tong tế bio NLMT,mặt đù nó là một chất hap thy ánh sáng tương đối nghẻo va đòi hỏi một độ day đáng

kể (vai tram micron) của vật liệu Tuy nhiên nó đã chứng tỏ vị trí thuận tiện vì nó

mang lại sự ổn định cho các tế bảo NLMT với hiệu quả tt Có hai loại silicon tinh théđược sử dung trong ngành công nghiệp chế tạo:

~ Đầu liên là monocrystalline, sản xuất bằng cách cắt mảnh bán dẫn (đường kinh dâytir 150 mm và lên đến 350 microns) từ một phối tinh thể lớn, việc làm này tốt kém rấtnhiễu chỉ phí C rất cao và có một cầu trúc tinh thé gầnsilicon phải có độ tinh ki

"hoàn hào.

= Loại thứ hai là mulierytalline silicon, sử dụng các công nghệ sản xuất mới, mộtphương pháp phát triển một ribbon của silicon bằng cách kéo ra tir một sil on nóng

chảy Các tế bảo NLMT được làm từ các tắm bán dẫn đơn tỉnh thể nói chung là quá

đất đối với sản xuất hing loạt quy mô lớn Đây chính là lý do tại sao xu hướng sẵnxuất các t bao tinh thể silicon chủ yếu là chuyển hưởng sản xuất da inh thé, mặc đàcác tế bào đa tỉnh thể có kết quả không hiệu quả như silicon tỉnh thể đơn lẻ

1.53 Pin ming mong

Pin ming mong (Thin-Film CIGS and CaTe Photovoltaic Technologies) vô định hìnhthường được gọi tắt la pin mảng mỏng hoặc pin vô định hình Vật liệu cốt Ioi dé chếtạo pin mảng mỏng la slic vô định hình Công nghệ này thay vì sử dụng các tắm tỉnhthể rắn silicon mong sử dụng khí silane (SiH4) mà là một hợp chất hóa học có chi phisản xuất thấp hon so với silicon tinh thể,

Pin NLMT được sản xuất từ vật liệu màng mỏng có hiệu suất khoảng 4%, Nếu so

sánh với hiệu suất 1 của in mặt ồi sĩ đụng vt iu sii inh thể tì rỡ răng hiệu suất của vật liệu ming mỏng thấp hơn nhiều Những với vit liệu pin ming mỏngkhông cần ánh sáng mặt trời chiều trực tiếp vẫn có thể chuyển đổi BXMT thành điệnnăng điều này có nghĩa là thời gian chuyển đổi BXMT think điện năng bằng vật liệunày sẽ kéo di hơn so với vật liệu đơn nh th

1.5.4 Nguyên I hoạt động pin mặt trời

Cấu tạo vật ý của tế bio quang điện (pin mặt rồi) tương tự như các Diode cổ điền với

một lớp tiếp xúc PAN Khi lớp tiếp xúc hip thụ BXMT thi năng lượng của các photon

bite xạ được truyền đến các hạt electron các cẻ ron này thông thường nằm ở lớp,

ng ai cùng nên chúng kết dính với nguyên tử lân cận và không thể di chuyên di xa

18

Khi các electron được kích thích trở thành dẫn điện, các electron này di chuyển tự do

trong bán dẫn điều này dẫn đến nguyên tử sẽ thiểu di một electron và sinh ra lỗ trồng.

Lễ tring này sẽ tạo điều kiện cho các electron nguyên tử bên cạnh di chuyển đến điềnvào lỗ trống, điều này sẽ tạo ra một lỗ trống mới cho nguyên ti lân cận Cứ tiếp tụcnhư vậy lỗ trồng sẽ di chuyển xuyên suốt mạch bán dẫn và sinh ra điện Hiện tượngnày gọi là hiệu ứng quang điện bên trong (hình 1.5)

electron

Tải

Hình 1.5 Hiệu ứng quang di

1.5.5 Mạch điện tương đương của tế bào quang điện

trúc vật lý phúc tap của tế bảo quang điện được đại diện bởi một mạch điện tương

đương như hình 1.6,

Hình 1.6 Mạch điện tương đương của té bio quang điện

“Các thông số mạch như sau:

Đông điện Iai ngõ ra sẽ bằng với đồng điện hy do BXMT sinh ra và nó nhỏ hơn dòngdiện di qua Diode lạ và đồng lạu của diện trở shunt Rey Điện trở mắc nối iếp Re đại

điện cho trở kháng tại dòng chảy của dòng điện hiện tại và nó phụ thuộc vào độ sâu.

của tiếp xúc PN, tạp chất và ding điện của điện trở Tại điều kiện lý tưởng của tế bào

cquang điện Rạ= 0, Rạ= ø, Với những ìo quang điện chất lượng cao, trong 1 Inch vuông thi Rs có giá trị từ 0,05 đến 0,10 @ và Rou có giá trị từ 200 đến 300 @ Sựchuyển đổi của hiệu ứng quang điện thay đối với sự thay đỗi rất nhỏ từ Rs nhưng nókhông chịu ảnh hưởng của Rey Khi Rs tăng một lượng nhỏ sẽ làm giảm đáng kể công

suất của tế bảo quang điện.

“Trong mạch tương đương thi đồng tải bên ngoài bằng với ding ti I nhỏ hơn lạ và

Igy Điện áp hở mạch Vọc của t bảo quang điện được tin khi ding điện của tải bằng

0 Nghĩa li hi T= 0 thì Vọc sẽ được tính the bigu thức

Ve = V+ May ay

‘Va dong điện qua Diode sẽ được tinh bằng biểu thức;

te1,[etan (12)Trong đó,

lọ: Đông bảo hoa của Diode

Q:1,6x102%C

A: Hằng số đường cong cổ định

K: Hing số Boltzmann = 1.3§x109/K

'T: Nhiệt độ quy đổi tuyệt d6i°K

Dòng tải sẽ được tính bằng biểu thức:

1 tyhy= 1| #9] () a3)

1.%6 Điện áp hở m ch vi đồng ngẫn mạch

Hai thông số quan trọng nhất được sử dụng rộng rã dé mô tả hiệu suất của tế bảo

quang điện là điện áp hở mạch Voc và dòng ngắn mạch lạc Các đồng ngắn mạch được:

do bằng cách làm ngin mạch các thiết bị đầu cuối và được đo bằng các thiết bị đolường.

“Công suất lớn nhất cũ tế bào quang điện được sản xuấtheo điện áp hở mạch Voc Bỏcqua sự rồ rỉ của đồng điện và

r= (a “

Phân số KT/Q được thể hiện trong điện áp 0,026 V tại nhiệt độ 300°K Trong thực tế

0 thì điên áp hở mạch được tính theo biểu thức:

sắc tế bio quang điện có đồng đặt lớn hơn dòng bio hỏa ngược do 46 điệp áp hở mạch

sẽ gấp nhiều lin phân số KT/Q

Ving sing

THình 1.7 Đặc điểm ding và áp của tế bảo quang điện lie rồi có nắng và không

6 nắng (7)

1.6 Hệ thống điện mặt trời độc lập

Hệ thống điện mặt trời độc lập là hệ thống sử dụng NLMT d tạo ra điện, tự hoạt động,

mà không cằn nối vào lưới công cộng; gồm 2 thành phần chính: Thành phần lưu trừ

năng lượng và các bộ biển đổi bán dẫn

> Thanh phần lưu giữ năng lượng (Hệ thống Acqui)

Hệ thống độc lập cin phải có khâu lưu giữ điện năng để có thể phục vụ cho tải trong.những hồi gian thiểu nắng, ánh sing yếu hay vio ban đềm Có nhiễu phương pháp lu

trữ năng lượng trong hệ thống Phổ biến nhất vẫn là sử dụng Aequi để lưu trữ năng

do vệ và đảm bảo cho tuổi thọlượng Acqui cin phải có một bộ điều khiển nạp

của Acqui

21

He Đồng Bộ duyên Pv ộ đôi DC/AC

“Các bộ bán dẫn trong hệ thống gồm có bộ biển đổi một chiều DC/DC; bộ sạc Acqui và

bộ biển đổi DC/AC (Inverter, Bộ DC/DC ding để xác định điểm làm việc có công

suất lớn nhất của pin và làm ổn định nguồn đi một cl lay từ pin mặt trời đi

cấp cho tải và Aequi Bộ biển đổi DC/DC còn cổ tác dụng điều khiển chế độ nạp và

phông để bảo vệ và nâng cao tuổi thọ cho Acui.

cùng

Bộ DC/AC có nhiệm vụ chuyển đổi nguồn 1 chiều sang xoay chiều (110 hoặc 220VAC, tin số 50Hz hoặc 60Hz) a phục vụ cho các thiết bị xoay chiều Có nhiều kiểu

bộ biến đội DC/AC, chúng có

chiều sang một chiễu, Nhìn chung, bộ biển đổi DC/AC trong hệ thống độc lập có thể

.ở mức điện áp một chiều là 24, 48, 96, 120, 240 VDC tùy từng hệ Bộ

làm việc cả hai chế độ là từ một chiề sang xoay,

làm vi

đổi ding trong hệ thống độc lập có những đặc điểm như sau

~ Điện áp ra hình Sin,

~ Điện áp và tin số nằm trong giới han cho phép

~ Bam sát được sự thay đổi của điện áp vào

- Điều chỉnh điện áp ra

2

igu quả cao đối với tải nh

~ it tạo sóng hài để tránh làm hư hại đến các thiết bị điện khác như tivi, tránh gây tốn

bao công suất, làm nồng thiết bị

= Có thé chịu qué ti trong một thời gian ngẮn trong trường hợp dòng khi động lớn như của máy bom

- Có bảo vệ quá áp, bảo vệ tần số, bảo vệ ngắn mạch

~ Tên hao không tải thấp,

Hệ thống này thích hợp cho ving không có điện lưới như: nông thôn, hải đảo vùng sâu vùng xa, miễn núi, Hoặc những nơi có điện nhưng điện lưới không én định, hoặc nhà phổ ở khu đô thị muốn có hệ thống điện NLMT ding dự phòng khi cúp điện

1.7 Hệ thống điện mặt trời hoà lưới

Hệ thống điện mặt trời hòa lưới là hệ thống bao gm: các tắm pin NLMT, Inverter nỗi

lưới, lưới điện và các phụ tải đang sử dụng

Điện thu được từ các tắm pin NLMT (Hệ thống PV) là điện 1 chiều (DC), điều chỉnh

(DC/DC) và đến bộ hòa lưới điện (Inverter) có nhiệm vụ đổi ngui DC sangđiện AC cũng pha (1 pha hoc 3 pha) cing tin sổ với điện lưới và hỏa chung với điệnlưới

Hệ thống này cũng có thể cho phép tự duy tri hoạt động của tii bằng nguồn nănglượng dự trữ Acqui và đồng thời có thé bơm phần năng lượng dư thừa vào lưới điện để

năng lượng điện thì nguồn năng lượng dư thửa

ing

hay mua, pin mặt trời không sinh ra đủ năng lượng dé đáp ứng cho phụ tải thi hệ sẽ lắ

ban, Khi nguồn mặt trời sinh ra nỉ

sẽ được chuyển lên lưới điện, còn trong những điều kiện thời , không có

điện từ lưới Hệ thông này có thé trở thành một phần của lưới điện lớn Cầu trúc của hệcòn phụ thuộc vào quy mô của hệ va đặc tinh phụ tải sử dụng Khi hệ thống được nổivới lưới, nguồn công su cỏ hai chiều hưởng Lưới sẽ hip thụ nguồn điện mặt rời khithừa và sẽ cũng cấp cho cúc thếtbị tiêu thụ khí hệ théng không thé sinh ra điện vàothời gian yếu ánh sing hoặc vio ban đêm,

Hệ ting

(©) wa

Hình 1.9 Hệ thống điện mặt trời hòa lưới

đầu ra của bộ

Hệ thống được nỗi với lưới điện ở đầu ra của bộ ngất đồng bộ phia cud

46i điện Dong chảy công suit phụ thuộc vào cả hai hướng của điểm tiếp nỗi với bộ

ngất Các yêu cầu cơ bản đối với điện áp tại điểm nổi như sau

~ Biên độ và pha của điện áp phải cân bằng với biên độ và pha của đồng công suất,

Điện áp được điều khiển bằng hệ

trong hệ

đổi máy biển áp hoặc góc mở bộ DC/AC khiển mạch vòng kín.

~ Phải đảm bảo đồng bộ với tin số của lưới bằng cách sử đụng tin số

cho tin số đồng mỡ của bộ DC/AC

~ Hệ thống phải được bảo vệ ngắn mach, quá dòng, quá áp, nói đất, chống sét và bảo.

vệ tách biệt

Kếthuận chương 1

Trình bày sự cần thiết và cấp bách của việc ứng dụng NLMT dé sản xuất điện; những.Xiến thức cơ bản về pin NLMT và các hệ thống điện mặt trời cơ bản Hình thành nênnhững kiến thức tổng quan về NLMT, Tuy nhiên, để hiểu rõ và sâu hơn về hệ thống'NLMT đặc biệt là những hệ thông quy mô nhỏ, chúng ta cần tiếp tục nghiên cứu xâydựng, tính toán và mô phòng mô hình hệ thống cụ th trong chương 2

z

'CHƯƠNG 2 MO HÌNH TOÁN HỌC MÔ TẢ NGUON NĂNG

LƯỢNG MAT TROL

“Trong chương này, tác giả sẽ trình bay mô hình toán học cũng như các ring buộc hoạt động của hệ thống NLMT.

~ Tổng quan về mô hình tinh công suất NLMT.

~ Mô hình nguồn lưu trữ (Aequi) cho quá trình phóng và nap.

~ M6 hình hệ thông điện lưới

~ Mô hình tải

~ Hoạt đông của hệ thống kết nối nguồn PV, Acqui, lưới, tải

2.1 Mô hình nguồn năng lượng mặt trời (PV generation model)

Khi được chiếu sing, néu ta nỗi các bán dẫn P và N của một tiếp xúc PAN bằng một

đây dẫn, thi in mật trời phát ra một dòng quang điện lạ (hinh 2.1), Vi vây trước hết

pin mặt trời có thé xem như một nguồn dong.

Lớp tiếp xúc bán dẫn P-N có tính chỉnh lưu tương đương như một Diode Tuy nhiên,

khi phân cực ngược, do điện trở lớp tiếp xúc có giới hạn, nên vẫn có một dòng điệnđược gọi là đông rò qua nó Đặt trưng cho dong rô qua lớp tiếp xúc P-N người ta đưa

vào đại lượng điện trở Shunt Ry Dòng quang điện chạy trong mạch phải di qua các

lớp bón dẫn P và N, các điện cực, các tiếp xúc, Đặt trưng cho tổng các điện trở củasắc lớp đó là một điện trở Ry nối tiếp trong mạch (có thể coi là nội trở của pin mặt

tòi)

25

Từ sơ đồ tương đương cia pin mặt trời, ta có phường trình đặc tuyển Volt-Ampere củapin mặt trời là

an

“Trong đó,

Iya: Dong điện do pin mặt trời sinh ra (A)

Ip: Dòng điện qua Diode (A)

J: Dong qua nội tờ Shunt Ra (A)

1: Ding điện chạy qua tải và nội ở nỗi ti

1: Dang điện bão hòa của Diode (thường lấy ly = 810A)

Ry, Ry: Là nội trở song song và nội trở nỗi tiếp của pin mặt trời

V: Điện áp trên tải (V).

Dang điện ngắn mạch (1,) là đồng điện trong mạch của pin mặt trời khi làm ngắn

mạch ngoài tức là lúc này điện áp V = 0

Dòng điện của pin mặt trời lúc này được tính theo công thức (2.2)

‘Trong điều kiện chiều sing bình thường (không có hội ty) thi hiệu ứng điện trở nỗi tiếp

R, có thể bỏ qua, và Ip = 0, đo đó có thé suy ra công thức dong ngắn mạch (2.3)

21.2 Mô hình điện áp hở mach

inh 2.3 Mô hình điện áp hở mạch

1 điện thé đo được khi mạch ngoài của pin mặt rồi hởĐiện áp hở mạch (Vag) là

mạch Khi dé ding diện mạch ngoài I = 0 Dat giá tri này vào đặc tuyển U-J và giảthuyết rằng Rạ rit lớn ta được điện áp hi mạch tỉnh theo công thúc (24)

NKT (Tạ \

v„=® Tn “tài 04)

qh}

2.3 Mô hình tink toán công suất đầu ra tắm pin mặt tr

“Công thức cơ bản để tinh công suất đầu ra của pin mặt rời bằng tích điện áp và dong điện lớn lớn nhất đo tải ngõ ra

Ð,=V„1, =(EE),I, 25)

Trong đó,

VY: Điện áp tương ứng tại điểm cực đại trên đặc tinh AY

Iq: Dang di tương ứng tại điểm cực đại trên đặc tinh /-V“

ấp hở mach (V)

nc: Dong điện ngắn mạch (A)

“11

2.1.3.1 Công suất đầu ra của PV

'Công suất đầu ra của PV phụ thuộc vào các yếu tổ sau:

~ Điều kiện làm việc như độ BXMT thực tế (GI)

~ Nhiệt độ làm việc (Ty)

- Cich dit sim PV (mouting)

Salty, -25)))« Nin Np G9) Tat «Zex(nocr-20 en

Trong dé,

Ppy: Công suất ra của pin mặt trời tai MPP (W)

Phy.sre: Công suất MPP tại điều kiện kiểm tra chuẩn (STC); được cho bởi nhà sin xuấtGx: Mức độ chiếu xạ tại STC (W/m*) (theo điều kiện làm việc)

+ = 0.0035: Hệ số nhiệt độ tai MPP

Te Nhiệt độ pin mat trời (°C)

Nov: Số lượng mô đun nồi tiếp trong hệ thống.

"nụ; Số lượng mô dun song song trong hệ thẳng

Tana: NỈ độ môi trường.

NOCT (Nominal Operating Cell Temperature): Nhiệt độ hoạt động danh định của pin

mặt ti; được đo khi hở mach PV NTE (Nominal Terrestrial Environment): Môi

trường danh định ngoài trời.

Bảng 2.1 Công suất, đặc tinh của PV cho bởi nhà sản xuất theo các diễu kiện

OCT (Nominal Operating | STC (standard test condition) Cell Temperature)

Gr (iradiance) 800 Wim? 1000 Wim?

Nhiệt độ PV (cell 2ựC 2stC

‘temperature- T)

“ắc độ gió (wind speed) IS mvs

Trong [9], công suất đầu ra của pin mặt trời cũng được tinh theo công thức:

= G1, A[I~0,0045(7; ~25)] 638)

29