Mặc dù phát minh của ông là một động cơ hơi nướcmặt trời chứ không phải là một tấm pin mặt trời, nhưng đó là một điều quan trọng trong lịch sửcủa các thiết bị năng lượng mặt trời.Hai thậ
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Tổng quan về hệ thống điện mặt trời
2.1.1 Khái niệm điện mặt trời Điện mặt trời là hình thức thu năng lượng từ ánh sáng mặt trời và chuyển thành năng lượng điện qua các tấm pin quang điện (PV) Quá trình chuyển đổi này thực hiện nhờ vào hiệu ứng quang điện mà không thông qua bất kỳ quá trình cơ học nào.
Hệ thống năng lượng điện mặt trời bao gồm các thành phần như: các tấm pin quang điện, bộ biến tần (inverter), hệ thống lưu trữ điện (ắc quy), bộ điều khiển sạc,…
Hình 1: Sơ đồ khối hệ thống điện mặt trời
2.1.2 Phân loại hệ thống điện mặt trời
Hiện nay, hệ thống điện mặt trời được chia thành 3 loại: hệ thống điện mặt trời hòa lưới (On-grid), hệ thống điện mặt trời độc lập (Off-grid) và hệ thống điện mặt trời kết hợp (Hybrid).
Hệ thống điện mặt trời hòa lưới (On-grid)
Hệ thống điện mặt trời hòa lưới là hệ thống điện mặt trời được kết nối trực tiếp với lưới điện quốc gia Điều này cho phép việc đồng thời lấy điện lưới để sử dụng khi hệ thống sản xuất không đủ công suất và cũng có thể bán lại lên lưới nếu hệ thống sản xuất thừa Tuy nhiên, theo nghị định số 13/2020 của Thủ tướng, kể từ ngày 1/1/2021, Tập đoàn Điện lực Việt Nam (EVN) không ký hợp đồng mua bán điện từ nguồn điện mặt trời.
Hình 2: Hệ thống điện mặt trời hòa lưới
Hệ thống điện mặt trời độc lập (Off-grid)
Hệ thống điện mặt trời độc lập là một hệ thống điện tách biệt hoàn toàn khỏi lưới điện quốc gia Hệ thống này phù hợp với các khu vực xa xôi, hẻo lánh hoặc những nơi có chi phí kết nối lưới điện quá cao Đặc điểm nổi bật của hệ thống này là khả năng tự cung cấp toàn bộ năng lượng cần thiết cho một ngôi nhà, cơ sở hay thiết bị mà không cần đến điện lưới.
Hình 3: Hệ thống điện mặt trời độc lập
Hệ thống điện mặt trời kết hợp
Hệ thống điện mặt trời hybrid kết hợp các đặc điểm của hệ thống hòa lưới (on-grid) và hệ thống độc lập (off-grid), cung cấp một giải pháp linh hoạt và hiệu quả cho nhu cầu năng lượng.
Hệ thống này có khả năng kết nối với lưới điện công cộng và cũng bao gồm một hệ thống lưu trữ năng lượng (thường là ắc quy) để đảm bảo cung cấp điện liên tục khi có sự cố với lưới điện hoặc trong các điều kiện ánh sáng mặt trời không đủ.
Hình 4: Hệ thống điện mặt trời kết hợp
Một tấm tấm pin năng lượng mặt trời bao gồm các tế bào quang điện mặt trời nhỏ hơn được kết nối bằng dây dẫn với nhau, có thể đấu nối tiếp hoặc song song, hoặc kết hợp giữa nối tiếp và song song Một mảng năng lượng mặt trời bao gồm nhiều tấm pin năng lượng mặt trời được kết nối với nhau thông qua dây dẫn, để tạo ra điện áp hoặc dòng điện cao hơn Chuỗi các tấm pin, được gọi là các mảng nhỏ, được kết nối song song để tạo thành một mảng năng lượng mặt trời Thuật ngữ tổng quát hơn "tấm pin mặt trời" thường được sử dụng khi đề cập đến tế bào năng lượng mặt trời, tấm pin năng lượng mặt trời hoặc mảng năng lượng mặt trời.
Hình 5: Tấm pin quang điện
Tế bào năng lượng mặt trời cơ bản chủ yếu bao gồm một tấm phẳng bằng bán dẫn silic với hai điện cực ở phía trên và dưới, chuyển đổi động năng từ ánh sáng mặt trời thành năng lượng điện Ánh sáng mặt trời được hấp thụ bởi tấm pin và được chuyển đổi thành điện năng bởi hiệu ứng quang điện của mối nối PN của bán dẫn (quá trình đó sẽ có các photon kích thích các electron và gây ra dòng điện chảy).
Hiện nay, vật liêu chủ yếu cho pin mặt trời là các silic tinh thể - có chứa trên bề mặt một số lượng lớn các cảm biến ánh sáng là điốt quang, thực hiện biến đổi năng lượng ánh sáng thành năng lượng điện Các tế bào quang điện này được bảo vệ bởi một tấm kính trong suốt ở mặt trước và một vật liệu nhựa ở phía sau Toàn bộ nó được đóng gói chân không thông qua lớp nhựa polymer càng trong suốt càng tốt.
Hình 6: Nguyên lý tấm pin quang điện
Tấm pin quang điện thường được cấu tạo từ nhiều tế bào quang điện làm từ chất bán dẫn, thường là silicon Cấu trúc của một tấm pin gồm có:
Lớp phủ chống phản xạ
Hình 7: Cấu tạo tấm pin quang điện
Khái niệm bộ chuyển đổi
Bộ chuyển đổi là thiết bị điện tử công suất làm việc với nhiệm vụ chính là chuyển đổi dòng điện một chiều DC ra dòng điện xoay chiều AC.
Hiện nay Inverter có nhiều chức năng như là: kết nối lưới trực tiếp, giám sát hoạt động của dãy pin mặt trời nhằm thu được lượng công suất tối đa qua thuật toán dò tìm điểm công suất cực đại MPPT,…
Biến tần năng lượng mặt trời Inverter có 3 loại phổ biến: String Inverter Micro Inverter,
Nguyên lý hoạt động của Inverter
Inverter hoạt động dựa trên việc kiểm soát từng tần số dao động Tùy theo thiết kế của các bo mạch bên trong vì vậy nguyên lý hoạt động của nó cũng diễn ra khá đơn giản Dòng điện xoay chiều được biến đổi thành nguồn điện một chiều Quá trình chuyển đổi này được thực hiện bởi bộ chỉnh lưu cầu và tụ điện Lúc này, hệ số công suất Cosφ không phụ thuộc vào tải và có giá trị ≥ 0.96.
Dòng điện một chiều được biến đổi thành dòng xoay chiều đối xứng nhờ hệ IGBT bằng phương pháp điều chế độ rộng xung.
Khi kết hợp với công nghệ bán dẫn lực, tần số chuyển mạch xung có thể tăng tới tần số siêu âm Nhờ vậy mà máy vận hành êm ái và tiết kiệm hơn.
Cơ sở thiết kế
Trong mỗi công trình xây dựng, hay lắp đặt nào cũng vậy, nhà thầu hay đơn vị lắp đặt cần phải đáp ứng đủ các tiêu chuẩn hiện hành cũng như các yêu cầu liên quan.
Tiêu chuẩn về tấm pin năng lượng mặt trời
- TCVN 12232-2018 (IEC 61730): An toàn của module quang điện (PV).
- TCVN 6781-2017 (IEC 61215): Mô đun quang điện (PV) mặt đất - Chất lượng thiết kế và phê duyệt.
- TCVN 11855-2017 (IEC 62446): Hệ thống quang điện (PV) - Yêu cầu thử nghiệm, tài liệu và bảo trì.
- TCVN 10896-2015 (IEC 61646): Mô đun quang điện màng mỏng mặt đất (PV) - Chất lượng thiết kế và phê duyệt kiểu Hệ thống năng lượng mặt trời.
Các thông tư, yêu cầu về truyền tải
- Thông tư quy định hệ thống điện phân phối số 39/2015/TT-BCT ngày 18/11/2015 do Bộ Công Thương ban hành.
- Thông tư số 30/2019/TT-BCT ngày 18/11/2019 của Bộ Công Thương về sửa đổi một số điều của Thông tư số 25/2016/TT-BCT ngày 30/11/2016 và Thông tư số 39/2015/TT-BCT ngày18/11/2015.
Tiêu chuẩn về bộ chuyển đổi Inverter
- TCVN 12231:2018 (IEC 62109): An toàn của bộ chuyển đổi điện dùng trong hệ thống quang điện (PV)
- IEC 61727: Các hệ thống pin mặt trời - Các đặc tính của giao diện sử dụng.
- IEC 62116: Quy trình thử nghiệm các biện pháp ngăn chặn cô lập cho các bộ phận nghịch lưu của pin mặt trời đã liên kết với nhà.
- IEC 60068: Điều kiện hoạt động của môi trường.
- IEC 61683: Kiểm tra về hiệu suất.
- IEC 61000-6-3: Khả năng tương thích điện tử (EMC).
Tiêu chuẩn về thiết kế hệ thống điện mặt trời
TCVN 7447-7-712-2015 (IEC 60364-7-712) quy định các yêu cầu lắp đặt an toàn cho hệ thống điện hạ áp sử dụng năng lượng mặt trời tại khu vực đặc biệt hoặc hệ thống lắp đặt đặc biệt.
- IEC 62548: Tiêu chuẩn thiết kế hệ thống NLMT.
Tiêu chuẩn về tủ điện đóng cắt trong hạ áp
- TCVN 7994-2009 (IEC 60439-1): Tủ điện đóng cắt và điều khiển hạ áp - Phần 1:
Tủ điện được thử nghiệm điển hình và tủ điện được thử nghiệm điển hình từng phần.
- TCVN 6592-2-2009 (IEC 60947-2): Tủ điện đóng cắt và điều khiển hạ áp - Phần 2: Áptômát.
- TCVN 4255-2008 (IEC 60529): Cấp bảo vệ bằng vỏ ngoài.
Tiêu chuẩn về hệ thống cáp dẫn điện
- TCVN 9207-2012: Đặt đường dẫn điện trong nhà ở và công trình công cộng.
- TCVN 9208-2012: Lắp đặt cáp và dây dẫn điện trong các công trình công nghiệp.
- TCVN 7997-2009: Cáp điện lực đi ngầm trong đất - Phương pháp lắp đặt.
- TCVN 8700-2011: Cống, bể, hầm, hố, rãnh kỹ thuật và tủ đấu cáp viễn thông - Yêu cầu kỹ thuật.
Tiêu chuẩn về hệ thống chống sét và hố tiếp địa
- TCVN 9385-2012 (BS 6651:1999): Chống sét cho công trình xây dựng - Hướng dẫn thiết kế, kiểm tra và bảo trì hệ thống.
- TCVN 9358-2012: Lắp đặt hệ thống nối đất thiết bị cho các công trình công nghiệp.
- TCVN 4756-1989: Quy phạm nối đất vỡ nối không các thiết bị điện.
Tiêu chuẩn về phòng cháy chữa cháy trong hệ thống điện mặt trời
- TCVN 3890:2009: Phương tiện phòng cháy và chữa cháy cho nhà và công trình - Trang bị, bố trí, kiểm tra, bảo dưỡng.
- VB 3288/C07-P4: Hướng dẫn công tác thẩm duyệt thiết kế về PCCC đối với nhà máy điện mặt trời và hệ thống điện mặt trời mái nhà.
- NĐ 79/2014/NĐ-CP: Quy định chi tiết thi hành một số điều của Luật Phòng cháy và chữa cháy và Luật sửa đổi, bổ sung một số điều của Luật Phòng cháy và chữa cháy.
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ VÀ MÔ PHỎNG HỆ THỐNG
Các bước tính toán thiết kế hệ thống điện mặt trời áp mái
Việc tính toán thiết kế hệ thống điện mặt trời áp mái được thực hiện theo trình tự như sơ đồ khối dưới đây:
Hình 9: Các bước tính toán thiết kế
Bước 1: Thu thập các dữ liệu ban đầu
Các thông tin cần có:
- Nhu cầu và đặc trưng của phụ tải: gồm bao nhiêu thiết bị, thông số của từng thiết bị, chế độ làm việc, thời gian ngắt điện cho phép… từ đây sẽ xây dựng được đồ thị phụ tải.
- Vị trí lắp đặt hệ thống:
Bức xạ mặt trời phụ thuộc vào từng địa điểm trên mặt đất và các điều kiện tự nhiên của địa điểm đó Để có các thông số này chính xác phục vụ cho bài toán thiết kế thì cần phải lấy số liệu ở các trạm khí tượng đã hoạt động trên mười năm. Để đủ lượng điện năng cung cấp điện cho phụ tải năm, tốt nhất là chọn giá trị cường độ tổng xạ của tháng thấp nhất trong năm làm cơ sở Và tất nhiên các tháng khác năng lượng sẽ dư thừa, lúc đó không thể dùng accu để tích trữ năng lượng Vị trí lắp đặt hệ thống còn giúp ta xác định góc nghiên của dàn pin NLMT sao cho khi đặt cố định, hệ thống có thể nhận được lượng tổng xạ lớn nhất.
Góc nghiêng (β) của dàn pin so với mặt phẳng nằm ngang nên chọn trùng với góc nghiêng của MT tại vị trí lắp đặt, để bề mặt dàn pin luôn thẳng góc với các tia nắng, đây là vị trí nhận được BXMT tốt nhất Góc nghiêng cho các khu vực tại Việt Nam được trình bày như hình bên dưới Ngoài ra, việc đặt nghiêng dàn pin NLMT còn có ý nghĩa tăng khả năng tự làm sạch của dàn pin Khi trời mưa, do đặt nghiêng nên nước mưa sẽ tẩy rửa bụi bẩn bám trên mặt pin, làm tăng khả năng hấp thụ BXMT của dàn pin.
Hình 10: Bản đồ phân bố góc nghiêng
Bước 2: Tính toán phụ tải điện Điện năng tiêu thụ trong một ngày (Ang) của tải được xác định:
Trong đó: các Pi và ti là công suất và thời gian tiêu thụ của tải thứ i. Điện năng tiêu thụ trong tháng hoặc cả năm được suy ra:
An= Ang×Nn= Ath×12 [kWh]
Ang; Ath; An: điện năng tiêu thụ hàng ngày, tháng, năm;
Nth; Nn: số ngày tiêu thụ điện hàng tháng, hàng năm;
Bước 3: Lựa chọn sơ đồ khối
Căn cứ vào nhu cầu tải, mức vốn đầu tư, tình hình sử dụng điện năng của khu vực mà quyết định chọn hệ thống điện NLMT độc lập hay hệ thống nối lưới như sơ đồ khối ở hình.
Bước 4: Tính toán số module pin NLMT
Số lượng module pin NLMT được xác định theo công thức:
N PV : là số lượng module pin NLMT
A n : là nhu cầu điện năng tiêu thụ trong năm, [kWh].
P opt.PV : là công suất đỉnh của một module pin NLMT, [kWp]. k t.PV : là hệ số nhiệt độ của pin NLMT, [%] Thường lấy giá trị gần đúng 90% k at.PV : hệ số an toàn của pin NLMT bao gồm tổn hao năng lượng do điện trở dây nối, do các diode bảo vệ, do bám bẩn…, [%] Thường lấy giá trị gần đứng 80%
�: hiệu suất của toàn hệ thống, là tích số của các thành phần sau:
����: hiệu suất của bộ accu, [%] Thường lấy giá trị gần đúng 80%.
����: hiệu suất của bộ điều khiển phóng-nạp cho accu, [%] Thường lấy giá trị gần đúng 85%.
����: hiệu suất của bộ biến đổi điện DC – AC, [%] Thường lấy giá trị gần đúng 85% h n : số giờ nắng trung bình hàng ngày trong năm tại địa điểm lắp đặt, [giờ] Số liệu chi tiết ở một số tỉnh thành tại Việt Nam trình bày trong hình.
Bước 5: Xác định cách ghép nối các module pin NLMT
Các module pin NLMT phải được ghép nối lại sao cho hệ thống đáp ứng được về công suất cũng như điện áp của phụ tải.
Số module pin NLMT trong 1 dãy mắc nối tiếp:
Số dãy module pin NLMT mắc song song nhau:
���.���: điện áp làm việc của hệ thống [V].
���.��: điện áp làm việc của 1 module pin NLMT, [V] Lưu ý rằng: giá trị nên chọn thấp hơn� ��� mà nhà sản xuất cung cấp (� ��� là điện áp đỉnh mà module pin NLMT có thể phát ra).
���.��: số module pin NLMT cần thiết mắc nối tiếp trong 1 dãy.
���.��: số dãy pin NLMT mắc song song.
Về điện áp và dòng điện của hệ thống khi ghép nối nhiều module pin NLMT lại với nhau, cần lưu ý:
Khi các module pin NLMT chỉ ghép nối tiếp thì: Điện áp hệ thống:����=���× ���
Khi các module pin NLMT chỉ ghép song song: Điện áp hệ thống:����=���
Bước 6: Tính toán bộ accu lưu trữ năng lượng
Bộ accu là thiết bị rất quan trọng trong hệ thống và chất lượng accu sẽ ảnh hưởng đến toàn bộ quá trình làm việc của hệ thống Đối với hệ thống pin NLMT độc lập trong hầu hết các dạng thời tiết khác nhau, dung lượng bộ ắc-qui phải đủ lớn để hỗ trợ phụ tải ít nhất là 3 ngày mà không cần nạp bổ sung, hay còn gọi là 3 ngày tự quản
Dung lượng của bộ accu (theo đơn vị kWh) được tính như sau:
Khi đổi ra đơn vị Ah, biểu thức trở thành:
� ��� [��ℎ],� ��� [�ℎ]: lần lượt là dung lượng của bộ Ắc-qui, [kWh; Ah].
� �� : nhu cầu sử dụng điện năng của các tải tiêu thụ trong 1 ngày, [kWh].
� � : số ngày tự quản của bộ accu, [ngày] Thường chọn� � ≥ 3 ngày.
�: độ sâu phóng điện lớn nhất của bộ Ắc-qui, [%] � = 80% là giá trị độ sâu phóng điện lớn nhất cho bình accu acid-chì, nhưng thường thì nên chọn�= 50% để accu làm việc lâu dài.
� ��� ≈ 85%: hiệu suất của bộ biến đổi điện DC – AC, [%].
Để tính toán bộ điều khiển phòng nạp cho ắc quy, cần phải xác định điện áp làm việc và công suất của bộ điều khiển Điện áp bộ điều khiển phải tương thích với điện áp của ắc quy.
Công suất bộ điều khiển:
� ��� : công suất của bộ điều khiển phóng-nạp cho accu, [kW].
� ���� : là tổng công suất của toàn bộ phụ tải trong hệ thống, [kW].
Bước 8: Tính toán bộ biến đổi điện DC-AC (Inverter) Đây là công thức sử dụng để phối hợp công suất giàn pin và inverter tối ưu nhất:
���: Tổng công suất của giàn pin (công suất tấm pin nhân số lượng tấm pin).
Những phép tính toán trên mang lại cho ta những lợi ích:
Giúp tối ưu công suất ngõ ra của inverter. Đạt được năng lượng đầu ra cần thiết khi lắp đặt inverter trong không gian hạn chế. Tối đa hiệu quả điện năng vào ban ngày cho chủ sở hữu hệ thống
Giúp bạn dễ dàng lựa chọn cấu hình Inverter cho giàn pin trong trường hợp cần thay thế inverter mới.
Kiểm tra dải MPPT của hệ thống:
Công thức kiểm tra dãy MPPT của hệ thống như sau:
�����(���-���): Điện áp tối thiểu để mạch MPPT hoạt động.
�����(���-max): Điện áp tối đa cho phép của mạch MPPT.
� ����(��) : Điện áp hoạt động của giàn pin (hay của 1 string)
Nghĩa là "điện áp hoạt động của giàn pin sẽ cần nằm trong dãy điện áp MPPT để giúp inverter chuyển đổi DC sang AC đạt hiệu suất cao nhất" Nếu nằm ngoài dãy MPPT inverter sẽ giảm công suất phát, hoặc không thể hoạt động.
Kiểm tra điện áp tối đa của hệ thống: Điều kiện điểm tra điện áp tối đa như sau:
� ��(��) : Điện áp hở mạch tối đa của giàn pin
���(���-���): Điện áp DC cho phép tối đa ở ngõ vào của inverter. Điều kiện này đảm bảo các linh kiện sẽ không bị hỏng hóc do quá áp ngõ vào từ giàn pin năng lượng mặt trời.
Kiểm tra dòng điện tối đa cho phép ngõ vào:
� �� : Dòng điện ngắn mạch tối đa của giàn pin mặt trời.
� ��� ( ����� - ��� ) : Dòng điện cho phép tối đa ngõ vào của inverter.
Thiết kế hệ thống
3.2.1 Khảo sát mặt bằng, thiết bị và tính toán phụ tải điện
Qua thông tin khách hàng tại Bình Thuận có nhu cầu lắp đặt điện năng lượng mặt trời với diện tích mái là 120 m 2 , chúng ta sẽ liên lạc với khách hàng để lấy thông số các phụ tải và mức tiêu thụ điện của khách hàng.
Bảng 1: Tên và công suất các tải
STT Tên thiết bị Số lượng
Thời gian sử dụng (giờ)
Thông số thiết bị cho hệ thống
Thông số tấm pin NLMT
+ Công suất cực đại: 285Wp
+ Điện áp tại điểm công suất đỉnh (V): 32.07
+ Dòng điện tại công suất đỉnh (A): 8.89
Thông số biến tần Inverter Sofar Solar 1 pha 4kW (Solar 4KTML-G2)
+ Dòng điện đầu vào tối đa mỗi MPPT: 11A
+ Điện áp đầu vào tối đa: 600V
Với các thông số đã được khảo sát và trình bày ởBảng 1thì:
+ Điện năng tiêu thụ 1 ngày của tải tiêu thụ là:
+ Điện năng tiêu thụ 1 năm của hộ gia đình là:
Tính toán số lượng tấm pin cần sử dụng
Từ nhu cầu sử dụng điện của hộ gia đình là 18.401 kWh 1 ngày thì + Số tấm pin NLMT cần dùng đủ để cung cấp cho tải là:
0.285×0,9×0,8×0,98×365×8 = 12 (tấm) + Với hệ số an toàn là 0.8 thì công suất hệ thống là:
Hệ thống cần lắp đặt là 4.5 kWp
Với hệ thống có công suất là 4.5kWp
+ Số tấm pin NLMT thực tế cần sử dụng là: NPVthực tế = 4.5
Tính toán và lựa chọn cách đấu nối cho Inverter của hệ thống
+ Với số lượng tấm pin là 16, công suất mỗi tấm là 285W
+ Công thức sử dụng để phối hợp công suất dàn pin và inverter tối ưu nhất:
Do đó, lựa chọn inverter gần nhất là 4kW
Số lượng tấm pin tối đa trên 1 string có thể đấu vào inverter:
Vmppt-min-inv: Điện áp tối thiểu MPP
Vmpp-PV: Điện áp tại điểm tối đa PV
Vmppt-max-inv: Điện áp tối đa MPP
NPV/string: Số module NLMT trên 1 string
Thay các giá trị thông số vào biểu thức (1), ta có:
Sau khi làm tròn kết quả, ta có số module pin NLMT tối thiếu trên 1 string là 7 tấm và số module pin tối đa là 16 tấm Như vậy, ta chọn thiết kế hệ thống gồm 2 string với mỗi string gồm
8 tấm Mỗi MPPT của inverter được kết nối với 1 string.
- Kiểm tra dòng điện tối đa cho phép ngõ vào
ISC: Dòng điện ngắn mạch tối đa của tấm pin
Imax (input-inv): Dòng điện tối đa cho phép ngõ vào inverter
Chúng ta đã tính toán chia 16 tấm pin thành 2 string Nếu kết nối 2 string chung ở một ngõ vào MPPT thì 9.44×2 = 18.88 < 22A
Điều kiện trên thỏa mãn
+Kiểm tra điện áp tối đa của hệ thống:
Voc-pv< Vdc max-inv
Voc : Điện áp hở mạch tối đa của tấm pin
Vdcmax-inv: Điện áp DC ngõ vào tối đa của inverter
Thay thông số vào, ta được: 38.93×8 = 311.44 < 600 (V)
=> Điều kiện trên thỏa mãn
+Diện tích mái cần dùng để lắp 16 tấm pin:
Tính toán bộ accu lưu trữ năng lượng
Theo nhu cầu của khách hàng lựa chọn hệ thống điện mặt trời độc lập nên chúng ta cần tính thêm bộ accu lưu trữ trong 3 ngày để đảm bảo đáp ứng đủ nhu cầu sử dụng điện năng của khách hàng.
Dung lượng của bộ accu lưu trữ năng lượng (theo đơn vị kWh) được tính như sau:
��� = 18.401 × 3 0.5 ×0.85 = 130 Đổi ra đơn vị Ah:
-Tính toán bộ điều khiển phóng-nạp cho accu Điện áp của bộ điều khiển:� ��� = 1.2 × � ��� = 1.2 × 12.8 = 15.36 (V)
Công suất bộ điều khiển:1.3� ���� ≤ � ��� ≤ 2� ����
1.3 × 8.751 = 11.38 ≤ � ��� ≤ 2 × 8.751 = 17.502 Chọn bộ điều khiển phóng-nạp cho accu có điện áp 24V.
Tính toán lựa chọn tiết diện dây/ cáp, cầu chì DC và AC
Khi có dòng điện chạy qua, cáp và dây dẫn sẽ bị phát nóng Nếu nhiệt độ tăng quá cao thì chúng có thể bị hư hỏng cách điện hoặc giảm tuổi thọ và độ bền cơ học của kim loại dẫn điện.
Khi dây / cáp được chọn theo điều kiện phát nóng sẽ đảm bảo cách điện của dây dẫn không bị phá hủy do nhiệt độ của dây dẫn đạt đến trị số nguy hiểm cho cách điện của dây. Để đạt yêu cầu này thì dòng điện phát nóng cho phép của dây/cáp phải lớn hơn dòng điệnlàm việc lâu dài cực đại chạy trong dây dẫn Do vậy mà nhà chế tạo quy định nhiệt độ cho phép với mỗi loại dây/cáp.
Do thực tế dây/cáp được lựa chọn lắp đặt khác với điều kiện định mức do các nhà chế tạo dây/cáp quy định nên dòng phát nóng cho phép cần phải quy dổi về dòng phát nóng cho phép thực tế bằng cách nhân với hệ số hiệu chỉnh K Hệ số hiệu chỉnh K được xác định trên cơ sở loại dây cáp, phương pháp lắp đặt, nhiệt độ môi trường thực tế tại nơi lắp đặt.
Do đó tiết diện dây dẫn và cáp được chọn phải thõa mản các điều kiện sau:
� ����� : Dòng làm việc cực đại.
�: Tích các hệ số hiệu chỉnh.
+ Đối với dây / cáp trên không (hay không chôn trong đất):
K1: Thể hiện ảnh hưởng của cách lắp đặt.
K2: Thể hiện ảnh hưởng tương hổ của hai mạch đặt liền kề nhau.
K3: Thể hiện ảnh hưởng của nhiệt độ tương ứng với dạng cách điện.
+ Đối với dây / cáp chôn ngầm trong đất:
K4: Thể hiện ảnh hưởng của cách lắp đặt.
K5 : Thể hiện ảnh hưởng của số dây đặt liền kề nhau.
K6: Thể hiện ảnh hưởng của đất chôn cáp.
K7: Thể hiện ảnh hưởng của nhiệt độ đất.
Bảng 2: Bảng chọn thông số chọn dây Cadivi
Cáp kết nối của 1 chuỗi PV
Dòng đi qua mỗi tấm panel là 8.89 A, 1 chuỗi được ghép nối tiếp với 16 tấm panel, sẽ cho dòng đi qua là 8.89 A Dây được đi trên máng cáp.
Thiết kế dây không chôn ngầm dưới đất nên: K = K1 × K2× K3 Tra bảng 8.10; 8.11; 8.12 sách giáo trình cung cấp điện – PGS.TS Quyền Huy Ánh [5] Chọn K1= 0.95;
Tiết diện dây cáp:S = I cptt �
Jkt : mật độ dòng điện cho phép (A/mm 2 ), chọn dây cáp CVV nên dựa vào bảng dưới đây ta có Jkt= 3.
Chọn dây cáp Cadivi CVV – 4mm 2 – 0.6/1kV với dòng điện định mức là 37A.
Chọn cầu chì DC cho tủ DC Box
Việc lựa chọn cầu chì trong 1 hệ thống PV nhằm bảo vệ các thiết bị như biến tần,
PV modules khỏi các sự cố đoản mạch và những hư hỏng do dòng ngắn mạch ngược, quá dòng gây ra.
Bảo vệ quá dòng DC:
Theo tiêu chuẩn IEC 60364-7-712 2017 712.433.1.101.2: Khi yêu cầu bảo vệ quá dòng chuỗi, mỗi chuỗi PV phải được bảo vệ bằng thiết bị bảo vệ quá dòng. Đánh giá danh định của bảo vệ quá dòng (cầu chì hoặc bộ ngắt mạch) của thiết bị bảo vệ quá dòng trong chuỗi: 1,5 ISC_MOD ≤ In ≤ 2,4 ISC_MOD, trong đó In là dòng danh định hoặc dòng thiết lập của cơ cấu bảo vệ tải chuỗi.
Theo đó ISC_MODcủa hệ thống hiện tại 9.44 A từ đó ta tính toán được dòng làm việc của cầu chì 14.16 A ≤ In≤ 22.656 A
Vậy ta sẽ lựa chọn cầu chì có dòng In= 20 A.
Cáp AC từ Inverter lên tủ AC kết hợp chọn MCCB
Ta có: IAC_max_inv= 18.2A
Chọn aptomat MCB 3P 25A 6kA Schneider với In= 25A
Thiết kế dây không chôn ngầm dưới đất nên: K = K1 × K2 × K3 Tra bảng 8.10; 8.11; 8.12 sách giáo trình cung cấp điện – PGS.TS Quyền Huy Ánh
Từ ngõ ra Inverter đến điểm hòa lưới ta chọn loại dây cáp AC
Tiết diện dây cáp:S = I cptt−AC �
Chọn dây cáp AC CVV − 0,6/1 KV 3 × 10mm 2 của hãng Cadivi với Icpđmcó giá trị là 70A và có tiết diện là 10 mm 2
3.2.2 Lựa chọn thiết bị và tính toán chi phí đầu tư Tấm pin NLMT
+ Tên model: AE Solar 60 Cell (AE285P6-60) + Giá: 1.400.000đ/module
Bộ biến tần DC-AC (Inverter)
+ Tên model: Inverter Sofar Solar 1 pha 4kW (Sofar 4KTML-G2)
Bộ accu lưu trữ năng lượng
+ Tên model: Pin Lithium Ion 12V 6Ah LiFePO4 + Giá: 800.000đ
Bộ điều khiển phóng-nạp cho accu
+ Tên model: Thiết bị sạc pin năng lượng mặt trời PWM GV-C1240 40A
Dây cáp DC tới tủ DC Box
+ Tên model: Dây cáp điện 1 lõi Cadivi CVV-4 mm 2 – 0.6/1KV + Giá: 15.000đ/m
Aptomat bảo vệ quá dòng DC ở mỗi string
+ Tên model: MCB DC XL7-63 20A 800VDC 2P
Dây cáp AC từ Inverter đến tủ điện AC
+Tên model: Dây cáp điện 1 lõi Cadivi CV-10 mm2 (Xanh) – 0.6/1KV + Giá: 2.751.000đ/100m
MCCB cho tủ điện AC
+ Tên model: APTOMAT MCB 3P 25A 6KA SCHNEIDER
Dòng cắt ngắn mạch: 6kA
Tiêu chuẩn sản xuất: IEC 60947-4-1
+ Hãng sản xuất: Schneider-Electric
Bảng báo giá chi phí đầu tư
STT Tên thiết bị Số lượng Đơn giá Thành tiền
4 Thiết bị sạc pin NLMT 1 610.000 610.000
5 Tủ điện DC, AC và phụ kiện khác 6.000.000 6.000.000
Bảng 3: Bảng báo giá chi phí đầu tư hệ thống
Mô phỏng hệ thống
3.3.1 Tính toán hệ thống điện mặt trời bằng phần mềm Pvsyst
Sau khi khởi động phần mềm, chúng ta sẽ lựa chọn địa điểm của hệ thống
Và xác nhận địa điểm dự án, phần mềm Pvsyst sẽ cung cấp thông số BXMT tại địa điểm đó theo hàng tháng.
Tiếp theo ta điều chỉnh góc nghiêng � của các tấm pin NLMT Trong hệ thống này, góc nghiêng�của dàn pin NLMT là 12 độ hướng Nam.
Chọn “System” để thiết kế dự án, lựa chọn thiết bị phù hợp.
Ta chọn tấm pin và inverter có thông số giống ở phần tính toán trước, cho ra kết quả gần giống với kết quả chúng ta đã tính toán ở trên.
Chọn “Detailed Losses” để thêm các thông số tổn thất
Tổn thất do gió, nhiệt độ
Tổn thất dây dẫn AC, DC
3.3.2 Mô phỏng 3D trên phần mềm Sketchup
Vào các thao tác cơ bản, nhóm cũng mô phỏng được căn nhà của khách hàng và hệ thống điện mặt trời áp mái.
Góc nhìn tổng quát mô phỏng ngôi nhà và hệ thống điện mặt trời
Thiết kế với 16 tấm pin (mỗi dãy 8 tấm), dây cáp DC được đi trong máng cáp tới inverter.
Thiết kế giá đỡ cao từ 1m giúp cho phía dưới của tấm pin NLMT thoáng hơn, tấm pin mát hơn, giúp nâng cao hiệu suất của hệ thống.
Bộ biến tần inverter vách tường phía sau ngôi nhà, vị trí gần với tủ điện AC Giúp tiết kiệm chi phí dây cáp AC, giảm việc sụt áp.
KẾT QUẢ
Thông số chung của hệ thống
Từ quá trình mô phỏng, thiết kế thông qua hai phần mềm PVsyst và Sketchup trên địa bàn tỉnh Bình Thuận với vị trí vĩ độ 11.24°N và kinh độ 108.73°E nhóm đồ án thu được kết quả như sau.
Công suất của hệ thống là 4.5 kWp với số tấm pin là 16 tấm (công suất mỗi tấm là 285W). Điện năng mà hệ thống tạo ra là 6.98 MWh/năm.
- Tổng công suất của Inverter là 5 kWac
- Điện áp hoạt động là 90-580V
- Số biến tần là 1 với 2 MPPT
Thông số tải
Nhu cầu tiêu thụ điện năng bình quân của một hộ gia đình tại Việt Nam là 18,4 kWh/ngày Trong đó, lượng điện năng tiêu thụ của các thiết bị điện phổ biến trong gia đình được thể hiện chi tiết trong bảng dưới đây:
Công suất của hệ thống
- Công suất thực trung bình: 4.19 kWh/kWp/ngày
- Tổng tổn thất trung bình trên dàn pin là 1.01 kWh/kWp/ngày
- Tổn thất trung của hệ thống là 0.1 kWh/kWp/ngày
- Tổng công suất trung bình: 5.3 kWh/kWp/ngày
- Tổng công suất theo từng tháng được thể hiện qua biểu đồ sau:
Hiệu suất theo từng tháng của hệ thống được thể hiện trong biểu đồ sau:
Đánh giá tổn thất hệ thống
+ Tổn thất trên dàn pin: 1.01
+ Tổn thất trong hệ thống: 0.1
+ Tổng xạ phương ngang: 1908 kWh/m 2
+ Lượng bức xạ mà pin nhận được: 1.3%
+ Phản xạ trên bề mặt của tấm pin: 2.73% + Tổn thất do bụi bẩn: 3%
+ Bức xạ bộ thu nhận được: 1823kWh/m 2 *26m 2 + Hiệu suất chuyển đổi của tấm pin: 17.42%
+ Tổn thất PV do cường độ bức xạ: 0.55%
+ Tổn thất PV do nhiệt độ: 11.3%
+ Tổn thất do đối nối: 2.1%
+ Tổn thất do dây dẫn: 1.05%
+ Tổn thất biến tần trong quá trình vận hành: 2.27%
