báo cáo cuối kì môn học năng lượng tái tạo thiết kế hệ thống năng lượng tái tạo vận hành độc lập hệ thống

Ánh sáng mặt trời bao gồm các hạt rất nhỏ gọi là photon được tỏa ra từ mặt trời.Khi va chạm với các nguyên tử silicon của pin năng lượng mặt trời, những hạt photontruyền năng lượng của c

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH

KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO

BÁO CÁO CUỐI KÌ

MÔN HỌC: NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO GVHD: TS Nguyễn Nhân Bổn

Tp Hồ Chí Minh, tháng 5/2023

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1: TÍNH TOÁN CUNG CẤP ĐIỆN CHO PHÂN XƯỞNG 3

I GIỚI THIỆU ĐỀ BÀI, BẢN VẼ MẶT BẰNG 3

1 Đặc điểm công trình 3

2 Tiêu chuẩn của phân xưởng 3

3 Yêu cầu thiết kế: 3

4 Bản vẽ: 4

5 Tính toán phân chia phụ tải : 5

1 Chọn dây: .13

2 Chọn các thiết bị bảo vệ: 16

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ HỆ THỐNG NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO VẬN HÀNH ĐỘC LẬP HỆ THỐNG 22

I LÝ THUYẾT VỀ HỆ THỐNG PIN QUANG ĐIỆN MẶT TRỜI 22

II THIẾT KẾ HỆ THỐNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI 44

1 Lưu đồ thiết kế 44

2 Khảo sát năng lượng mặt trời : 47

3 Tính toán lượng bức xạ của dự án :

48 4 Thiết kế hệ thống năng lượng mặttrời III DỰ TRÙ VẬT TƯ CHO HỆTHỐNG : 65

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ NĂNG LƯỢNG GIÓ 68

77 2 Hiện trạng đóng góp của năng lượng sinh khối

78 3 Các nguồn từ năng lượng sinh khối

82 4 Thiết kế hệ thống : 4.1 Yêu cầu thiết kế :

90 II TÍNH TOÁN THIẾT KẾ NĂNG LƯỢNG SINH KHỐI :

90 CHƯƠNG 5: TÍNH TOÁN KINH TẾ 103

1 Chi phí khấu hao .102

2 Chi phí vận hành trong năm: .102

3 Giá trị thu hồi: .103

Phần I: TÍNH TOÁN CUNG CẤP ĐIỆN CHO PHÂN XƯỞNG I GIỚI THIỆU ĐỀ BÀI, BẢN VẼ MẶT BẰNG 1.

1 Đặc điểm công trình

Tên công trình: Công Ty CP TMTH Bến Nghé

Địa chỉ: Lô III Đường CN12, Khu Công Nghiệp Tân Bình, P, Tân Phú, ViệtNam

 Dài 60m Rông 30 m Trần cao 7 m Diện tích 180 m2

Tường gạch,mái tôn, sàn bê tông Phân xưởng làm việc 2 ca 1 ngày

Hình ảnh:

2.Tiêu chuẩn của phân xưởng

Tiêu chuẩn quốc tế về điện áp cho lưới hạ thế 3 pha 4 dây theo IEC 60038 : 2002là 230V/400V

 Tiêu chuẩn thiết kế chiếu sáng theo tiêu chuẩn iec 60598-2-22:2008 

3.Yêu cầu thiết kế:

3.1.Hệ thống điện: mạng phân phối hạ áp được dùng để truyền tải điện năng từ

các thanh góp hạ áp của các trạm biến áp xí nghiệp, trạm biến áp phân xưởng đến các thiết bị tiêu thụ điện, khoảng cách truyền tải của các mạng phân phối không lớn

3.2.Hệ thống chiếu sáng:

• Không gây chói do các tia sáng chiếu trực tiếp từ đèn đến mắt • Không gây chói do các tia phản xạ từ các vật xung quanh đến mắt • Độ rọi phải đồng đều để khi ta quan sát từ vị trí này đến vị trí khácmắt người không phải điểu tiết quá nhiều gây mỏi mắt

• Màu sắc chiếu sáng nên phù hợp với tính chất công việc

3.3.Hệ thống chống sét và nối đất an toàn:

• Giá trị điện trở nối đất Rđ ≤ 4Ω

• Tuổi thọ của hệ thống nối đất lớn hơn hoặc bằng tuổi thọ của côngtrình

• Toàn bộ phân xưởng phải đảm bảo được bảo vệ bằng một hệ thốngchống sét kết nối hoàn chỉnh với nhau, không có bộ phận nào của công trìnhđược tách ra để bảo vệ riêng

• Độ tin cậy làm việc cao

• Vỏ của các thiết bị được nối với bản đồng tiếp đất gần nhất

• Dây nối từ bản đồng nối đất đến vỏ thiết bị phải đảm bảo độ bềncơ (F≥ 16mm2)

4.Bản vẽ:

Mặt bằng phối cảnh phân xưởng

5.Tính toán phân chia phụ tải :

Số liệu:

Kí hiệutrên MB

Tài nguyên năng lương hóa thạch gồm than đá, khí than, dầu mỏ, khí thiên nhiên,quăng urani và các tài nguyên khác không thể tái tạo khác

Tài nguyên NLTT gồm sức nước, sức gió, ánh sáng mặt trời, địa nhiệt, nhiên liệusinh học và các tài nguyên có thể tái tạo khác

Năng lượng mặt trời là một loại năng lượng tái tạo NLMT là năng lượng của dòngbức xạ điện từ xuất phát từ mặt trời, cộng với một phần nhỏ năng lượng của các hạtnguyên tử khác phóng ra nó

Các ví dụ được biết đến sớm nhất của NLMT:

- 1839: Hiệu ứng quang điện Edmond Becquerel - nhà vật lý người Pháp, pháthiện ra rằng một số vật chất nhất định khi tiếp xúc với ánh sáng mặt trời sẽ tạo ra điệnáp Điều này đánh dấu một mốc quan trọng trong lịch sử của công nghiệp năng lượngmặt trời

- 1873 – 1876: Hiện tượng quang dẫn của Selenium và sự tạo ra điện Hơn 40năm sau khi thí nghiệm của Becquerel, thì Willoughby Smith - một kỹ sư điện ngườiAnh quan sát hiện tượng quang dẫn của nguyên tố hóa học selen Ba năm sau khámphá đó, William Grylls Adams - giáo sư Khoa Triết học tự nhiên (Đại học King), làm

việc cùng với sinh viên Richard Evans Day, phát hiện ra rằng selen sản xuất điện khitiếp xúc với ánh sáng

- 1954 – Sáng chế pin mặt trời đầu tiên Trong khi nguyên mẫu của mô-đunquang điện được tạo ra trong những năm cuối thế kỷ 19 bởi Charles Fritts, hơn 50năm sau, cộng đồng khoa học mới thiết kế được một tế bào năng lượng mặt trời thựctế Hiện nay, việc khai thác và sử dụng năng lượng mặt trời không còn là vấn đề quáxa lạ đối với mỗi người chúng ta

Đây là một nguồn năng lượng dường như vô tận, dễ dàng khai thác sử dụng vàgiúp bảo vệ được môi trường sống của con người Và dĩ nhiên, pin năng lượng mặttrời chính là một bộ phận quan trọng trong việc sử dụng nguồn năng lượng của tươnglai

Trong giai đoạn 2007-2017, tốc độ phát triển của nguồn phát điện dùng nănglượng mặt trời tăng rất nhanh Hiện nay, trung bình có 500.000 tấm pin mặt trời đượclắp đặt mỗi ngày trên toàn thế giới

Hình 2.1 Nguồn phát điện dùng năng lượng mặt trời giai đoạn năm 2007 – 2017toàn thế giới

Bức xạ mặt trời có thể chuyển thẳng thành năng lượng có ích bằng nhiều côngnghệ khác nhau Dựa theo nguyên lý hoạt động, hệ thống NLMT gồm cơ chế động vàcơ chế tĩnh

1.1 Cơ chế động năng lượng mặt trời

Cơ chế động: là sử dụng trực tiếp nhiệt năng từ năng lượng mặt trời, ví dụ như: làm nóng nguồn nước, sưởi ấm

Ứng dụng cơ chế động: - Nước nóng

Hệ thống nước nóng năng lượng mặt trời sử dụng ánh sáng mặt trời để làm nóngnước Trong vĩ độ địa lý thấp (dưới 40 độ) 60-70% sử dụng nước nóng với nhiệt độlên đến 60 °C có thể được cung cấp bởi hệ thống sưởi ấm mặt trời Các loại phổ biếnnhất của máy nước nóng năng lượng mặt trời được sơ tán thu ống (44%) và thu gomtấm kính phẳng (34%) thường được sử dụng nước nóng trong nước và các tấm thukhông tráng nhựa (21%) sử dụng chủ yếu để làm nóng bể bơi

Hình 2.2 Ứng dụng nhiệt mặt trời làm nóng nguồn nước

Hoạt động của máy nước nóng năng lượng mặt trời dựa trên nguyên lý đối lưunhiệt tự nhiên và hiệu ứng lồng kính giúp biến đổi quang năng thành nhiệt năng

Đầu tiên nước sẽ đi vào các ống chân không Sau đó, khi có ánh nắng mặt trời lên,các chất liệu hấp thụ nhiệt bên mặt ngoài ống thủy tinh sẽ làm ống thủy tinh nóng lêntruyền nhiệt độ cho nước bên trong ống

Theo nguyên lý đối lưu nhiệt, nước nóng hơn có xu hướng di chuyển lên trên bồn chứa và nước lạnh di chuyển xuống dưới ống chân không để được làm nóng Cứ luân phiên như vậy cho đến khi nhiệt độ nước trong cả bình chứa và ống chân không bằng nhau thì quá trình này kết thúc

- Hệ thống sưởi ấm, làm mát

Nhiệt khối là vật liệu bất kỳ có thể được sử dụng để lưu trữ nhiệt nóng từ Mặt trờitrong trường hợp của năng lượng mặt trời Các vật liệu nhiệt khối phổ biến bao gồmđá, xi măng và nước Chúng đã được sử dụng trong lịch sử ở vùng khí hậu khô hạn vàkhu vực ôn đới ấm để giữ mát các tòa nhà bằng cách hấp thụ năng lượng mặt trời vàoban ngày và bức xạ nhiệt đã lưu trữ để không khí mát vào ban đêm Tuy nhiên, chúngcũng có thể được sử dụng trong khu vực ôn đới lạnh để duy trì sự ấm áp Kích thướcvà vị trí của nhiệt khối phụ thuộc vào nhiều yếu tố như điều kiện khí hậu, chiếu sángbằng ánh sáng ngày và bóng râm Khi kết hợp đúng cách, nhiệt khối duy trì nhiệt độkhông gian trong một phạm vi thoải mái và làm giảm sự cần thiết để sưởi ấm phụ trợvà thiết bị làm mát

Hình 2.3 Ngôi nhà mặt trời # 1 của Viện Công nghệ Massachusetts tại Hoa Kỳ, xâydựng năm 1939, sử dụng lưu trữ nhiệt theo mùa để sưởi ấm quanh năm - Nấu ăn

Bếp năng lượng mặt trời sử dụng ánh sáng mặt trời để nấu nướng, làm khô và khửtrùng Chúng có thể được nhóm lại thành ba loại lớn: bếp hộp, bếp tấm và bếp phảnxạ Bếp năng lượng mặt trời đơn giản nhất là bếp hộp Bếp hộp cơ bản bao gồm mộtthùng cách nhiệt có nắp đậy trong suốt Nó có thể được sử dụng hiệu quả với bầu trờiu ám một phần và thường sẽ đạt đến nhiệt độ 90-150 °C Bếp tấm sử dụng một tấmphản chiếu ánh sáng mặt trời trực tiếp vào một thùng chứa cách nhiệt và đạt đến nhiệtđộ so sánh với bếp hộp Bếp phản xạ sử dụng các hình học khác nhau tập trung (đĩa,máng, gương Fresnel) để tập trung ánh sáng vào một bộ chứa nấu ăn Các bếp này đạtđến nhiệt độ 315 °C và cao hơn nhưng yêu cầu ánh sáng trực tiếp để hoạt động đúngvà phải được thay đổi vị trí để theo dõi mặt trời

Hình 2.4 Bếp nhiệt năng lượng mặt trời

1.2 Cơ chế tĩnh năng lượng mặt trời

Cơ chế tĩnh NLMT là khái niệm đề cập đến các ứng dụng công nghệ khai thácquang năng mặt trời và chuyển hóa thành điện năng bằng các thiết bị bán dẫn quangđiện (tế bào quang điện – solar cell)

Nguyên tắc hoạt động:

Pin năng lượng mặt trời (solar panel/pin mặt trời/pin quang điện) là thiết bị giúpchuyển hóa trực tiếp năng lượng ánh sáng mặt trời (quang năng) thành năng lượngđiện

(điện năng) dựa trên hiệu ứng quang điện (là khả năng phát ra điện tử (electron)khi được ánh sáng chiếu vào của vật chất) Pin NLMT có thành phần chính là Silicon

Ánh sáng mặt trời bao gồm các hạt rất nhỏ gọi là photon được tỏa ra từ mặt trời.Khi va chạm với các nguyên tử silicon của pin năng lượng mặt trời, những hạt photontruyền năng lượng của chúng tới các electron rời rạc, kích thích làm cho electron đangliên kết với nguyên tử bị bật ra khỏi nguyên tử, đồng thời ở nguyên tử xuất hiện chỗtrống vì thiếu electron

Tuy nhiên giải phóng các electron chỉ mới là một nửa công việc của pin nănglượng mặt trời, sau đó nó cần phải dồn các electron rải rác này vào một dòng điện.Điều này liên quan đến việc tạo ra một sự mất cân bằng điện trong pin năng lượng mặttrời, có tác dụng giống như xây một con dốc để các electron chảy theo cùng mộthướng Sự mất cân bằng này có thể được tạo ra bởi tổ chức bên trong của silicon.Nguyên tử silicon được sắp xếp cùng nhau trong một cấu trúc ràng buộc chặt chẽ.Bằng cách ép một số lượng nhỏ các nguyên tố khác vào cấu trúc này, sẽ có hai loạisilicon khác nhau được tạo ra: loại n và loại p Chất bán dẫn loại n (bán dẫn âm –Negative) có tạp chất là các nguyên tố thuộc nhóm V, các nguyên tử này dùng 4electron tạo liên kết và một electron lớp ngoài liên kết lỏng lẻo với nhân, đấy chính làcác electron dẫn chính Chất bán dẫn loại p (bán dẫn dương – Positive) có tạp chất làcác nguyên tố thuộc nhóm III, dẫn điện chủ yếu bằng các lỗ trống

Khi hai loại bán dẫn này được đặt cạnh nhau trong một pin năng lượng mặt trời,electron dẫn chính của loại n sẽ nhảy qua để lấp đầy những khoảng trống của loại p.Điều này có nghĩa là silicon loại n tích điện dương và silicon loại p được tích điện âm,tạo ra một điện trường trên pin năng lượng mặt trời Vì silicon là một chất bán dẫn nêncó thể hoạt động như một chất cách điện và duy trì sự mất cân bằng này

Khi làm cho electron đang liên kết với nguyên tử bị bật ra khỏi nguyên tử silicon,photon trong ánh sáng mặt trời đưa các electron này vào một trật tự nhất định Dòngđiện DC sinh ra sẽ được tập trung lưu trữ trong acquy, hoặc được nghịch lưu thànhdòng AC bởi biến tần (inverter) để cấp cho tải điện, hoặc được chuyển trực tiếp lênlưới điện

Hình 2.5 Cơ chế tĩnh năng lượng mặt trời Ứng dụng cơ chế tĩnh tạo điện mặt trời

- Điện mặt trời tập trung: Các hệ thống điện mặt trời tập trung (CSP) sử dụngống kính, gương và các hệ thống theo dõi để tập trung một khu vực rộng lớn của ánhsáng mặt trời vào một chùm nhỏ Nhiệt tập trung sau đó được sử dụng như một nguồnnăng lượng cho một nhà máy điện thông thường Một loạt các công nghệ tập trung tồntại, phát triển nhất là máng parabol tập trung phản xạ tuyến tính Fresnel, đĩa Stirlingvà các tháp điện mặt trời Kỹ thuật khác nhau được sử dụng để theo dõi Mặt trời vàtập trung ánh sáng Trong tất cả các hệ thống này một chất lỏng làm việc được làmnóng bởi ánh sáng mặt trời tập trung, và sau đó được sử dụng để phát điện hoặc lưutrữ năng lượng

Hình 2.6 Nhà máy điện nhiệt mặt trời tâp trung

- Pin quang điện: Pin mặt trời, hay tế bào quang điện (PV), tế bào năng lượngmặt trời là một thiết bị chuyển đổi ánh sáng thành dòng điện bằng cách sử dụng hiệuứng quang điện

Hình 2.7 Nhà máy điện 330 MWp lớn nhất Đông Nam Á

- Xe năng lượng mặt trời: Phát triển của một chiếc xe sử dụng năng lượng mặttrời đã được một mục tiêu kỹ thuật từ những năm 1980 Cuộc đua xe hơi năng lượngmặt trời ra đời từ năm 1987 và được tổ chức mỗi 2 năm một lần Sau 30 năm,Bridgestone World Solar Challenge trở thành cuộc thi công nghệ sáng tạo uy tín, thuhút các đội kỹ sư hàng đầu thế giới với tham vọng chế tạo ra những chiếc xe điện mặttrời xanh, sạch bền vững, hoàn toàn không dùng năng lượng hóa thạch

Hình 2.8 Xe buýt chạy bằng NLMT 2 Tình

hình khai thác và sử dụng năng lượng mặt trời trên thế giới

Quang điện mặt trời là công nghệ ứng dụng có tốc độ phát triển nhanh nhất vềnăng lượng tái tạo hiện nay

Thị trường năng lượng mặt trời toàn cầu đang phát triển, và dự đoán rằng thế giớisẽ có 1 nghìn tỷ Watt công suất pin mặt trời được lắp đặt vào năm 2023 Có nhiềutiềm năng và cơ hội lớn cho các nhà đầu tư năng lượng

Theo dự báo thị trường năng lượng tái tạo mới nhất của Cơ quan Năng lượngQuốc tế, báo cáo dự báo rằng tổng công suất điện năng lượng tái tạo của thế giới sẽtăng 50% trong khoảng thời gian từ 2019 đến 2024 Mức tăng 1.200 GW này - tươngđương với tổng công suất điện hiện tại của Hoa Kỳ - được khuyến bởi việc giảm chiphí và nỗ lực chính sách của chính phủ Năng lượng mặt trời PV chiếm 60% mứctăng Tỷ lệ năng lượng tái tạo trong sản lượng điện toàn cầu được thiết lập để tăng từ26% hiện nay lên 30% vào năm 2024 Tuy nhiên, mục tiêu trên khó có thể thực hiệnđể đáp ứng các mục tiêu năng lượng bền vững toàn cầu do nhiều nguyên nhân: (1) sựkhông chắc chắn về chính sách và quy định, rủi ro đầu tư cao vào hệ thống của PVmặt trời Điều này là do quy mô kinh tế kết hợp với việc cung cấp PV và nhu cầu điệntốt hơn cho phép tự tiêu dùng nhiều hơn và tiết kiệm nhiều hơn cho hóa đơn tiền điệntrong lĩnh vực thương mại và công nghiệp (2) một số ô nhiễm tiền năng vẫn tồn tại,năng lượng mặt trời cung cấp năng lượng không có tác động trực tiếp lên sự nóng lêntoàn cầu nhưng ô nhiễm là điều không thể tránh khỏi, để sản pin mặt trời sử dụng mộtsố kim loại độc hại như chì, gallium arsenide và cadmium, các độc tố này được sửdụng trong các nhà máy sản xuất

Chi phí sản xuất điện từ các hệ thống PV năng lượng mặt trời phân tán đã thấphơn giá điện bán lẻ ở hầu hết các quốc gia IEA dự báo rằng các chi phí này sẽ giảmthêm 15% đến 35% vào năm 2024, khiến công nghệ này trở nên hấp dẫn hơn và thúcđẩy việc áp dụng trên toàn thế giới Báo cáo cảnh báo rằng cần phải cải cách chínhsách và thuế quan quan trọng để đảm bảo tăng trưởng phân phối của PV vì bền vững.Tăng trưởng không được quản lý có thể phá vỡ thị trường điện bằng cách tăng chi phíhệ thống, thách thức sự tích hợp lưới của năng lượng tái tạo và giảm doanh thu củacác nhà đầu tư IEA sẵn sàng tư vấn cho các chính phủ về những gì cần thiết để tận

ninh điện Theo báo cáo của Trường hợp tăng tốc, cải thiện kinh tế, hỗ trợ chính sáchvà quy định hiệu quả hơn có thể đẩy công suất lắp đặt toàn cầu của PV trên 600 GWvào năm 2024, gần gấp đôi tổng công suất của Nhật Bản hiện nay

Hình 2.9 Top 10 quốc gia lắp đặt hệ thống quang điện mặt trời

Năm 2019, các nhà phát triển PV trên toàn thế giới đã lắp đặt 114,9 GW nănglượng mặt trời mới, theo số liệu thống kê mới từ Cơ quan Năng lượng Quốc tế (IEA) Trong báo cáo ảnh chụp thị trường quang điện toàn cầu năm 2020, IEA cho biếtnăm ngoái, tổng cộng đã tăng 12% so với năm 2018, với mức tăng trưởng đáng kểtrên tất cả các châu lục Nhìn chung, tổng cộng 629 GW năng lượng mặt trời đã đượclắp đặt trên toàn thế giới vào cuối năm 2019 Về công suất mới, Trung Quốc là thịtrường PV lớn nhất trong năm thứ ba liên tiếp vào năm 2019 với 30,1 GW, tiếp theo làHoa Kỳ với 13,3 GW và Nhật Bản với 7,7 GW Liên minh châu Âu - được đưa vàotop 10 với tư cách là một thực thể duy nhất, khiến nó trở thành thị trường lớn thứ haitrên thế giới về mặt lý thuyết - đã đăng ký mức tăng chung khoảng 16 GW Tây BanNha và Đức đã bổ sung lượng công suất lớn nhất trên lục địa vào năm ngoái, với lầnlượt 4,4 GW và 3,9 GW Châu Á chiếm khoảng 57% tổng công suất bổ sung mớitrong năm ngoái Các quốc gia như Hàn Quốc, Đài Loan và Malaysia đã bù đắp chonhu cầu giảm ở Trung Quốc và Ấn Độ vào năm 2019 IEA cho biết tất cả các hệ thốngPV được lắp đặt trên toàn thế giới hiện có thể đáp ứng khoảng 3% nhu cầu điện toàncầu Trong những năm tới, quang điện sẽ có tiềm năng phát triển thành một nguồnđiện quan trọng với tốc độ cực nhanh ở một số quốc gia trên thế giới, theo IEA IEA

cũng xác định một loạt các yếu tố có thể hỗ trợ sự tăng trưởng nhanh chóng của PVtrong những năm tới, Trong bộ số liệu thống kê cả năm mới nhất của mình, Cơ quanNăng lượng tái tạo Quốc tế (IRENA) cho biết thế giới đã bổ sung 97,1 GW công suấtPV mới vào năm 2019

Hình 2.10 Công suất điện mặt trời theo quốc gia và lãnh thổ (MW) 2019

2.2 Tình hình khai thác và sử dụng năng lượng mặt trời tại Việt Nam

Việt Nam nằm trong vùng nhiệt đới, số giờ nắng trung bình khoảng 2,000 – 2,500giờ/năm với tổng năng lượng bức xạ mặt trời trung bình khoảng 150 kCal/cm2/năm,tiềm năng được đánh giá khoảng 43.9 TOE/năm

Theo theo quyết định số 2068/QĐ-TTg Chiến lược phát triển năng lượng tái tạocủa Việt Nam đến năm 2030, tầm nhìn đến năm 2050:

Điện năng sản xuất từ năng lượng mặt trời tăng từ khoảng 10 triệu kWh năm 2015lên khoảng 1.4 tỷ kWh vào năm 2020; khoảng 35.4 tỷ kWh vào năm 2030 và khoảng210 tỷ kWh vào năm 2050 Đưa tỷ lệ điện năng sản xuất từ nguồn năng lượng mặt trờitrong tổng sản lượng điện sản xuất từ mức không đáng kể hiện nay lên đạt khoảng0.5% vào năm 2020, khoảng 6% vào năm 2030 và khoảng 20% vào năm 2050

Theo một nghiên cứu do công ty tư vấn năng lượng toàn cầu Wood MacKenziecông bố đầu tháng 11/2019, công suất pin mặt trời tích lũy của Việt Nam chỉ đạt 134

Công suất điện mặt trời theo quốc gia và lãnh thổ (MW) 2019

Trung Quốc Liên Minh Châu Âu Hoa Kỳ

Nhật Bản Đức Ấn Độ

Khu vực còn lại của thế giới

MW vào năm 2018 sẽ tăng vọt lên 5,5 GW trong 2019, tương đương 44% tổngcông suất điện mặt trời của khu vực Đông Nam Á

The Asean Post dẫn thông tin từ truyền thông Việt Nam công bố hồi tháng 9 chobiết 4,45 GW công suất tăng thêm này có thể dễ dàng vượt qua mục tiêu đặt ra chođiện mặt trời vào năm 2020 là 1 GW

Hình 2.11 Tiến trình lắp đặt điện mặt trời tại các khu vực Đông Nam Á GW (giai đoạn 2010 – 2019)

Tập đoàn Điện lực Việt Nam (EVN) cho biết có đến 82 nhà máy điện mặt trờitrong nước, với tổng cộng suất 4,45 GW đã được hòa vào lưới điện quốc gia tính đếnngày 30/6, cho phép EVN đủ điều kiện để hưởng biểu giá qui định trong chương trình"feedin-tariff" (FIT)

Biểu giá FIT là chương trình thanh toán hỗ trợ đối với các nhà sản xuất nănglượng tái tạo, có thể là doanh nghiệp hoặc hộ gia đình, cho mỗi đơn vị năng lượng hòavào lưới điện chung

Tình trạng quá tải lưới điện là mối quan tâm chính của Việt Nam trong tương lai Trong khi chỉ có 4 nhà máy điện mặt trời (có tổng công suất 150 MW) được hòa vào lưới điện vào giữa tháng 4, đến cuối tháng 5 đã có thêm 34 cơ sở khác (có tổng công suất

2,2 GW) tham gia vào lưới điện và EVN dự kiến số nhà máy sẽ tăng lên 95 vàocuối năm 2019

Vì vậy trong tương lai EVN sẽ cần phải mở rộng lưới điện, hoặc không, các nhàmáy sẽ không thể sản xuất với công suất thiết kế ban đầu

Tại các tỉnh trọng điểm của Việt Nam, công suất lắp đặt đã vượt quá công suấtlưới điện 18% và công suất được phê duyệt cho hai tỉnh Ninh Thuận và Bình Thuậnchỉ dừng lại ở mức 5 GW, nhiều hơn hai lần công suất có thể sử dụng của lưới điện

Theo báo cáo của Tổng công ty Điện lực miền Nam (EVNSPC), đến hết tháng11/2019, tổng công suất điện mặt trời áp mái (ĐMTAM) của khách hàng trên địa bàn21 tỉnh, thành phía Nam là 161.908 kWp, đạt 169% kế hoạch Tập đoàn Điện lực ViệtNam giao toàn EVNSPC đang có 9.262 khách hàng lắp đặt công tơ 2 chiều bán điệncho các công ty điện lực, trong đó 3.896 khách hàng đã được thanh toán tiền bán lạiphần điện dư từ hệ thống ĐMTAM, với sản lượng điện thanh toán là 27,97 triệu kWh.

Hình 2.12 Công suất lắp đặt điện mặt trời áp mái theo đối tượng tới tháng 12/2019

Hình 2.13 Công suất điện mặt trời áp mái tính đến tháng 12/2019 theo vùng (kWp)

2.3 Chiến lược phát triển năng lượng tái tạo Việt Nam đến năm 2030, tầm nhìn 2050

Chính sách và cơ chế của Việt Nam về khuyến khích phát triển năng lượng mặt trời:

- Quyết định số 18/2008/QĐ-BCT ngày 18/7/2008 ban hành quy định về biểu giáchi phí tránh được và hợp đồng mua bán điện mẫu áp dụng cho các nhà máy điện nhỏsử dụng năng lượng tái tạo

- Quyết định số 2068/QĐ-TTg ngày 25/11/2015 phê duyệt chiến lược phát triểnnăng lượng tái tạo đến năm 2030, tầm nhìn đến năm 2050

- Quyết định số 11/2017/QĐ-TTg ngày 11/4/2017 quyết định về cơ chế khuyếnkhích phát triển các dự án điện mặt trời tại Việt Nam

- Thông tư 16/2017/TT-BCT ngày 12/09/2017 quy định về phát triển dự án vàhợp đồng mua bán điện mẫu áp dụng cho các dự án điện mặt trời

- Nghị quyết 115/NQ-CP ngày 31/8/2018 về việc thực hiện một số cơ chế, chínhsách đặc thù hỗ trợ tỉnh Ninh Thuận phát triển kinh tế - xã hội, ổn định sản xuất, đờisống nhân dân giai đoạn 2018-2023

- Quyết định số 02/2019/QĐ-TTg ngày 08/01/2019 quyết định sửa đổi, bổ sungmột số điều của Quyết định số 11/2017/QĐ-TTg ngày 11/04/2017 của Thủ tướngChính phủ về cơ chế khuyến khích phát triển các dự án điện mặt trời tại Việt Nam -Công văn số 1534/BCT-CST ngày 31/01/2019 chính sách ưu đãi đối với dự án điệnmặt trời trên mái nhà có công suất lắp đặt không quá 50kw

- Quyết định 2023/QĐ-BCT ngày 05/07/2019 phê duyệt chương trình thúc đẩyphát triển điện mặt trời mái nhà tại Việt Nam 2019-2025

- Công văn số 89/BCT-ĐL ngày 06/01/2020 về việc thực hiện các thỏa thuận vớiđiện mặt trời áp mái

- Nghị quyết số 55-NQ/TW ngày 11/02/2020 của Bộ Chính trị về “Định hướngChiến lược phát triển năng lượng quốc gia của Việt Nam đến năm 2030, tầm nhìn đếnnăm 2045”

- Quyết định 13/2020/QĐ-TTg ngày 06/04/2020 về cơ chế khuyến khích pháttriển điện mặt trời tại Việt Nam, thay thế Quyết định số 11/2017/QĐ-TTg hết hiệu lựctừ ngày 30/6/2019

2.4 Ưu điểm của năng lượng mặt trời

Điện mặt trời là một nguồn năng lượng tái tạo, không giống như các nhiên liệuhóa thạch như than, dầu mỏ, khí đốt… là những nguồn nhiên liệu không thể phục hồi.Theo tính toán của NASA, mặt trời còn có thể cung cấp năng lượng cho chúng tatrong khoảng 6,5 tỉ năm nữa

Tiềm năng của năng lượng mặt trời là rất lớn - mỗi ngày, bề mặt trái đất đượchưởng 120.000 terawatts (TW) của ánh sáng mặt trời, cao gấp 20.000 lần so với nhucầu của con người trên toàn thế giới (1TW = 1.000 tỉ W)

Năng lượng mặt trời là vô tận, dư thừa để đáp ứng nhu cầu về năng lượng củanhân loại

Năng lượng mặt trời có thể được tiếp nhận và sử dụng ở mọi nơi trên thế giới không chỉ ở vùng gần xích đạo trái đất mà còn ở các vĩ độ cao thuộc phía bắc và phíanam Ví dụ, Đức hiện đang chiếm vị trí hàng đầu thế giới trong việc sử dụng nănglượng mặt trời và có kế hoạch tận dụng tối đa tiềm năng này

-Theo xu hướng phát triển gần đây trong cuộc đấu tranh cho việc làm sạch môitrường trái đất, năng lượng mặt trời là lĩnh vực hứa hẹn nhất, có thể thay thế một phầnnăng lượng từ các nguồn nhiên liệu không tái tạo được và do đó, nó đóng vai trò quantrọng trong công cuộc bảo vệ môi trường từ sự tăng nhiệt toàn cầu Việc sản xuất, vậnchuyển, lắp đặt và vận hành các nhà máy điện mặt trời về cơ bản không phát thải cácloại khí độc hại vào khí quyển Ngay cả khi có phát thải một lượng nhỏ thì nếu sosánh với các nguồn năng lượng truyền thống, lượng khí này là không đáng kể

Chuyển sang sử dụng pin mặt trời, các hộ gia đình sẽ có được một khoản tiết kiệmđáng kể trong ngân sách chi tiêu Việc bảo trì, duy tu hệ thống cung cấp năng lượngmặt trời cho hộ gia đình đòi hỏi chi phí rất thấp - trong 1 năm, bạn chỉ cần một vài lầnlau chùi sạch các tấm pin năng lượng mặt trời và chúng luôn được các nhà sản xuấtbảo hành trong khoảng thời gian lên tới 20-25 năm

Phổ ứng dụng của năng lượng mặt trời rất rộng - cung cấp điện tại các khu vựckhông có kết nối với lưới điện quốc gia (ngay cả ở những quốc gia phát triển cao như Mỹ, Nga, Pháp… hiện cũng vẫn có những vùng sâu vùng xa được gọi là “điểm mùvề điện” như thế); dùng để khử muối trong nước biển ở nhiều quốc gia châu Phi khanhiếm nước ngọt và thậm chí cả việc cung cấp năng lượng cho các vệ tinh trên quỹ đạotrái đất Điện mặt trời gần đây được gọi là "năng lượng toàn dân", phản ánh sự đơngiản của việc tích hợp điện mặt trời vào hệ thống cung cấp điện nhà, song song vớiđiện lưới hoặc điện từ các nguồn cung khác

2.5 Khuyết điểm năng lượng mặt trời

Có ý kiến cho rằng, điện mặt trời thuộc về loại năng lượng đắt tiền - đây có lẽ làvấn đề gây tranh cãi nhất trong việc sử dụng nguồn năng lượng này Do việc lưu trữnăng lượng mặt trời tại các hộ gia đình đòi hỏi khoản chi phí đáng kể ở giai đoạn banđầu, nhiều quốc gia khuyến khích việc sử dụng các nguồn năng lượng sạch bằng cáchcho vay tín dụng để thực hiện hoặc cho thuê pin mặt trời theo những hợp đồng có lợicho người thuê

Có một thực tế bất khả kháng: Vào ban đêm, trong những ngày nhiều mây và mưathì không có ánh sáng mặt trời, vì thế năng lượng mặt trời không thể là nguồn điệnchính yếu Tuy nhiên, so với điện gió, điện mặt trời vẫn là một lựa chọn có nhiều ưuthế hơn

Giá của ắc quy tích trữ điện mặt trời để lấy điện sử dụng vào ban đêm hay khi trờikhông có nắng hiện nay vẫn còn khá cao so với túi tiền của đại đa số người dân Vìthế, ở thời điểm hiện tại, điện mặt trời chưa có khả năng trở thành nguồn điện duynhất ở các hộ gia đình mà chỉ có thể là nguồn bổ sung cho điện lưới và các nguồnkhác

Mặc dù so với việc sản xuất các loại năng lượng khác, điện mặt trời thân thiện vớimôi trường hơn, nhưng một số quy trình công nghệ để chế tạo các tấm pin mặt trờicũng đi kèm với việc phát thải các loại khí nhà kính, nitơ trifluoride và hexaflorua lưuhuỳnh Ở quy mô lớn, việc lắp đặt những cánh đồng pin mặt trời cũng chiếm rất nhiềudiện tích đất nhẽ ra được dành cho cây cối và thảm thực vật nói chung

Việc sản xuất các tấm pin mặt trời màng mỏng đòi hỏi phải sử dụng cadmiumtelluride (CdTe) hoặc gallium selenide indi (CIGS) - những chất rất quý hiếm và đắttiền, điều này dẫn đến sự gia tăng chi phí

Một trong những thông số quan trọng của nguồn điện mặt trời là mật độ công suấttrung bình, được đo bằng W/m2 và được mô tả bằng lượng điện năng có thể thu đượctừ một đơn vị diện tích nguồn năng lượng Chỉ số này đối với điện mặt trời là 170 W/m2 - nhiều hơn các nguồn năng lượng tái tạo khác, nhưng thấp hơn dầu, khí, than vàđiện hạt nhân Vì lý do này, để tạo ra 1kW điện từ nhiệt năng mặt trời đòi hỏi mộtdiện tích khá lớn của các tấm pin mặt trời

3 HỆ THỐNG PIN QUANG ĐIỆN MẶT TRỜI NỐI LƯỚI

Hình 2.14 Cấu trúc hệ thống pin quang điện mặt trời nối lưới

Hệ thống PV nối lưới kết nối trực tiếp lên mạng điện phân phối và không đòi hỏicó nguồn pin dự trữ Đối với hệ thống này, điện sản xuất ra được sử dụng trực tiếphoặc bán trực tiếp lên lưới điện theo nguyên tắc:

- Khi công suất tiêu thụ bằng công suất hòa lưới thì tải tiêu thụ điệnhoàn toàn từ hệ thống pin mặt trời

- Khi công suất tải tiêu thụ lớn hơn công suất hòa lưới thì tải tiêu thụsử dụng một phần điện lưới

- Khi công suất tải tiêu thụ nhỏ hơn công suất hòa lưới thì sản lượngđiện mặt trời sản xuất ra sẽ nối lưới và bán trực tiếp lên lưới phân phối củađiện lực địa phương

Đặc điểm quan trọng của hệ thống PV nối lưới là hệ thống sẽ không hoạt động khimất điện lưới để đảm bảo điện sản xuất ra không đưa lên lưới , đảm bảo an toàn choviệc bảo trì sửa chữa đường dây và hệ thống Bên cạnh đó , ưu điểm của hệ thống PVnối lưới bao gồm:

- Hệ thống tinh giản hơn so với hệ thống PV độc lập

- Giảm bớt chi phí lưu trữ năng lượng (pin dự trữ), chi phí bảo trì vàsữa chữa nguồn dự trữ

- Hiệu quả về việc sử dụng năng lượng cao

- Tận dụng được hạ tầng lưới điện hiện hữu

3.1 Pin quang điện mặt trời

Là thiết bị nhận trực tiếp bức xạ mặt trời, chuyển hóa quang năng mặt trời thànhdòng điện một chiều theo hiệu ứng quang điện Lượng điện chuyển hóa nhiều hay ít(công suất ngõ ra của tấm pin) phụ thuộc vào hiệu suất của tấm panel và công nghệbán dẫn sử dụng Các tấm panel thường được lắp đặt trên mái nhà (đối với quy mô hộgia đình) và lắp đặt trên mái bãi đỗ xe, nhà xưởng (đối với quy mô thương mại hoặccông nghiệp) Thông thường, các tấm panel pin quang điện được thiết kế ở điện ápmột chiều chuẩn như 12, 24 và 48 V Các tấm panel cũng có thể được kết nối với nhautạo thành chuỗi module có công suất lớn Các thông số quan trọng của tấm panel pinquang điện bao gồm: điện áp ngắn mạch định mức, điện áp vận hành định mức, dòngđiện vận hành định mức, dòng điện ngắn mạch định mức, công suất đỉnh

Hình 2.15 Tấm pin quang điện mặt trời

3.2 Bộ đổi nguồn DC/AC

Nhiệm vụ chính của bộ nguồn là chuyển đổi điện một chiều từ tấm các tấm PVthành điện xoay chiều chuẩn cung cấp trực tiếp cho tải hoặc phát điện vào lưới điện.Bộ đổi nguồn sử dụng cho hệ thống điện mặt trời nối lưới thường đáp ứng các tiêuchuẩn kỹ thuật rất cao để hạn chế các tác động ngược từ lưới phân phối, và để tạo radòng điện và điện áp chuẩn phù hợp với lưới điện Thông thường thì các bộ chuyểnđổi nguồn của hệ thống nối lưới được lập trình phần mềm giám sát và điều khiển vận

hành để đảm bảo an toàn và độ tin cậy vận hành

Hình 2.16 Inverter

3.3 Các ứng dụng đặc biệt từ hệ thống quang điện mặt trời

3.3.1 Trạm sạc năng lượng mặt trời

Cùng với hệ thống phương tiện giao thông, thiết bị sạc năng lượng mặt trời diđộng thì trạm sạc năng lượng mặt trời đã được thiết kế nhằm đáp ứng nhu cầu sạc pincho các thiết bị di động và các phương tiện giao thông hoạt động bằng năng lượngđiện

Hình 2.17 Trạm sạc xe điện bằng hệ thống Pin quang điện mặt trời

3.3.2 Chưng cất nước tinh khiết bằng năng lượng mặt trời

Hệ thống tiếp nhận nước đầu vào bằng nguyên lý trọng lực thông thường hoặcdùng bơm đẩy nước vào một đường ống phía trên của thiết bị Nước chảy xuống vàđược phân tán đồng đều trên thiết bị thu năng lượng mặt trời, làm bốc hơi nước Nănglượng mặt trời làm nóng nước sẽ bốc hơi và sau đó sẽ ngưng tụ lại phía bên trong tấmpanel bằng nhựa composite bao quanh Các giọt nước cất thu được sẽ chảy xuống phíadưới của thiết bị và theo vòi chảy ra ngoài Lượng nước tinh khiết thu được đạt hiệusuất cao là do cấu tạo hệ thống chưng cất độc đáo Thiết kế bao gồm nhiều lớpcomposite của tấm panel không thấm nước bao quanh và phần xử lý bề mặt của bộ thunăng lượng mặt trời

Đồng thời, không khí ẩm lưu chuyển tạo ra ngưng tụ trên bề mặt trước và sau củatấm panel

Hình 2.18 Hệ thống lọc nước biển bằng hệ thống panel năng lượng mặt trời

Ngoài ra hệ thống pin quang điện mặt trời còn được ứng dụng thiết kế kết hợp vớicác phương tiện di chuyển: ô tô, tàu thủy, thuyền, máy bơm NLMT

Hình 2.19 Phương tiện sử dụng hệ thống pin quang điện mặt trời Ứng

dụng và xu hướng phát triển của hệ thống pin quang điện đang tiếp cận gần hơn vớinhu cầu đời sống, sản xuất Cho thấy việc NLTT đang thay thế dần NL hóa thạch làvấn đề thời gian Đề tài lựa chọn nghiên cứu thiết kế hệ thống pin quang điện mặt trờiáp mái cho nhà xưởng đặc đi đúng theo chiến lược phát triển NLTT trong nước và thế

Lưu đồ mô tả được một số mặt nhất định của công việc và thường được bổ sungbởi các loại sơ đồ khác ví dụ như biểu đồ, bảng kiểm kê, sơ đồ hoạt động, sơ đồ điềukhiển

Thực hiện công việc theo quy trình càng dễ dàng quản lý, vừa đảm bảo chất lượng

Mỗi bước công việc được điểm kiểm soát, thiết lập đưa các điểm kiểm tra trọngyếu Các bước thực hiện công việc theo quy trình được liên kết chặt chẽ với nhau nênviệc kiểm tra sai sót cũng trở nên dễ dàng Quy trình có quá nhiều bước sẽ dẫn đến rắcrối trong việc kiểm soát, ngược lại thì sẽ dẫn đến không đủ để kiểm soát

Các quy trình còn là cơ sở cho việc cải tiến liên tục Vì vậy, các quy trình ngàycàng được đổi mới và nâng cấp, bổ sung hoặc sửa đổi các vấn đề xảy ra ở quy trìnhcũ Từ đó quy trình dần dần được hoàn thiện và tối ưu nhất, giúp đảm bảo quá trìnhlàm việc ngày càng tiến bộ và tiết kiệm thời gian

Đồng thời cập nhật và áp dụng được các tiêu chuẩn mới, tái cấu trúc hệ thống saocho phù hợp với quy trình

Xây dựng một lưu đồ thiết kế dựa trên các yếu tố: xác định nhu cầu, xác định mụcđích, xác định phạm vi, từ đó mới đưa ra các bước công việc phù hợp với mỗi dự án,từ đó đưa ra các lưu đồ thiết kế khác nhau

Thiết kế hệ thống pin quang điện mặt trời cần một quy trình sắp xếp quản lý chặtchẽ các thông số đầu vào từ đó đưa ra giải pháp thiết kế phù hợp, hiệu quả tối ưu sovới các yêu cầu được đặt ra Hiện nay tại Việt Nam có nhiều đơn vị tư vấn thiết kế vềNLMT nhưng chủ yếu dựa vào quy trình có sẵn trong phần mềm thiết kế Các phầnmềm thiết kế thường có giao diện tương đối giống nhau và quy trình cũng gần giốngnhau Tuy nhiên người thiết kế thường không phân biệt được rõ các bước quy trình,dẫn đến nếu xảy sai sót thì thường khó kiếm soát được sai sót đó nằm ở bước nào vàcách xử lý; đối với những công trình có yếu tố đặc thù như kiến trúc mái đặc biệt, hìnhkhối công trình đặc biệt… Vì vậy việc xây dựng một lưu đồ thiết kế mới là cần thiết

Hình 1.1 Lưu đồ thiết kế hệ thống Pin quang điện mặt trời cho nhà xưởng

2 Thiết kế hệ thống năng lượng mặt trời

Điện năng tiêu thụ trong một ngày (𝐴𝑛𝑔) của tải được xác định:

Kiểm tra xem có bóng gây ra bởi pin khác hay không

Kiểm tra xem có bóng gây ra bởi vật thể khác không

Mô phỏng hệ thống

Kết thúc

Số lượng pin tối thiểu cho một dãy

(400 x số lượng tấm pin) ≤ 1.2 x 3 x100000Suy ra số lượng tấm pin ≤ 900 tấm

Chúng ta xét thấy 878 tấm pin cho hệ thống này là phù hợp

Cấu hình string

Vmpp Min<(Vmpp x số lượng tấm pin) < Vmpp Max 200 <(40 x số lượng tấm pin của 1 string) < 1000

Suy ra số lượng tấm pin của 1 string (x) nằm trong khoảng 5-25 tấm

Thông thường số lượng tấm pin của các string nên bằng nhau, do đó chúng ta sẽ chọn x =8

Như vậy giàn pin bao gồm 16 tấm pin sẽ chia làm hai string ( hai dãy pin ) mỗi string bao gồm 8 tấm pin mắc nối tiếp với nhau.

Inverter được trang bị 9 MPPT, 2 input/MPPT, do đó chúng ta có thể mắc 18 dãy pin vớimỗi Inverter

 Số dãy ta có thể sử dung = 3 inverter x 18 = 54 dãy pin Mỗi 2 string sẽ kết nối vào 1 MPPT của inverter

Số lượng pin trong một dãy = số lượng tấm pin / số dãy = 878 / 54 = 16,25 => chọn 16  Số lượng tấm pin mới là : 54 dãy pin x 16 tấm pin/dãy = 864 tấm

DC với kích thước của mỗi tấm pin là 2015 x 996 x 40 mm sẽ được ghép nối với nhau 1486 tấm pin này sẽ được nối song song kết hợp nối tiếp với nhau để đảm bảo điện áp lấy ra là 40VDC và dòng cao

Diện tích lắp đặt của mỗi tấm pin = 1.979 × 1.002 = 1.98 m2 cho nên 878 tấm pin nănglượng mặt trời sẽ có diện tích là 1.98 × 864 = 1710.44m2 < 2 × 1800 m2

nên việc lắp đặt các tấm pin NLMT là hoàn toàn khả thi về mặt diện tích lắp đặt Mộtlưu ý nữa là các tấm pin NLMT phải được lắp đặt theo hướng Nam hoặc là Đông namđể đảm bảo nhận bức xạ tối đa từ mặt trời và nơi lắp đặt ở đây là ở TP Hồ Chí Minh, tasẽ lắp các tấm pin năng lượng mặt trời với một góc nghiêng 10° < a < 15°

Góc nghiêng không được quá nhỏ vì sẽ dễ bị bụi bẩn làm ảnh hưởng đến hiệu suất củacác tấm panel

3.2.3 Lựa chọn hãng sản xuất, công suất và công nghệ tấm pin

- Công nghệ tấm pin lựa chọn: Đơn tinh thể (Mono-crystalline) - Hãng sản xuất: JinKo solar

- Đặc điểm tấm pin: 72 cell, công suất đỉnh: 400 W - Đặc tính kĩ thuật tấm pin:

-3.2.4 Lựa chọn inverter

Chọn Inverter hòa lưới Sungrow SG100-CX công suất 100kW 3 pha

3.2.5 Xác định cách ghép nối các tấm pin

Với góc 15 độ này thì ta thu được hệ số FT = 1.01 , có thể chấp nhận được