thiết kế hệ thống điện năng lượng mặt trời ở công ty tnhh funing 2 bắc ninh

Nếu các điểm nối này được kết nối với một thiết bị điện một chiều, dòng điện sẽ được tạo ra để vận hành thiết bị điện 2.1.1 Cấu tạo pin năng lượng mặt trời Các tấm pin PV bao gồm tám thà

Trang 1

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

Tp Hồ Chí Minh, tháng 01/2024KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆPNGÀNH NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO

GVHD: THS NGUYỄN THÀNH CÔNG

SVTH: TRƯƠNG QUỐC BẢO TRƯƠNG MINH QUANG VÕ THÀNH TÍN

THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỆN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI Ở CÔNG TY TNHH FUNING 2 BẮC NINH

S K L 0 1 2 3 9 4

Trang 2

f

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

GVHD: THS NGUYỄN THÀNH CÔNG

Trang 15

LỜI CẢM ƠN

Kính thưa Ban quản lý trường Đại học Sư phạm kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh

Kính thưa các thầy cô giáo trong khoa Cơ khí động lực

Trước hết, cho phép chúng em được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến sự quan tâm, giúp đỡ của quý thầy cô trong suốt 4 năm học tập và rèn luyện tại trường Đại học Sư phạm kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh

Trong quá trình học tập, chúng em đã gặp phải rất nhiều khó khăn, đặc biệt là trong quá trình thực hiện đồ án tốt nghiệp Nhờ sự tận tình hướng dẫn, giúp đỡ của quý thầy cô, chúng em đã có thể vượt qua những khó khăn đó và hoàn thành đồ án một cách tốt nhất

Chúng em xin bày tỏ sự biết ơn đặc biệt đến thầy Nguyễn Thành Công, người đã trực tiếp hướng dẫn, giúp đỡ chúng em trong suốt quá trình thực hiện đồ án Thầy đã luôn tận tình giải đáp những thắc mắc của chúng em, giúp chúng em hiểu rõ hơn về đề tài và hoàn thiện đồ án một cách tốt nhất

Chúng em xin chân thành cảm ơn quý thầy cô đã dành cho chúng em những kiến thức quý báu, những lời động viên, khích lệ giúp chúng em trưởng thành và hoàn thiện bản thân

Chúng em xin được gửi lời chúc sức khỏe, hạnh phúc và thành công đến quý thầy cô

Trang 16

MỤC LỤC

Trang

Phụ lục bìa i

Nhiệm vụ đồ án tốt nghiệp ii

Nhận xét của giảng viên hướng dẩn iv

Nhận xét của giảng viên phản biện viii

Xác nhận chỉnh sửa đồ án tốt nghiệp xi

Xác nhận cam kết trùng lặp xii

Xác nhận hoàn thành đồ án tốt nghiệp xiii

LỜI CẢM ƠN xivv

1.1 Tình hình phát triển điện mặt trời trên thế giới 1

1.1.1 Lịch sử của tấm pin năng lượng mặt trời 1

1.1.2 Những giai đoạn phát triển của tấm pin năng lượng mặt trời 1

1.1.3 Thực trạng năng lượng mặt trời các quốc gia trên thế giới 2

1.2 Tình hình phát triển điện mặt trời trong nước 3

1.3 Mục đích và mục tiêu của đề tài 3

1.3.1 Mục đích 3

1.3.2 Mục tiêu 3

1.4 Nội dung nghiên cứu và phạm vi nghiên cứu 4

1.4.1 Nội dung nghiên cứu 4

1.4.2 Phạm vi nghiên cứu 4

1.5 Giới hạn đề tài 4

CHƯƠNG 2 5

CƠ SỞ LÝ THUYẾT 5

2.1 Tấm pin năng lượng mặt trời 5

2.1.1 Cấu tạo pin năng lượng mặt trời 5

2.1.2 Nguyên lý hoạt động của tấm pin năng lượng mặt trời 6

2.1.3 Phân loại pin năng lượng mặt trời 7

Trang 17

2.2 Bộ chuyển đổi Inverter 9

2.2.1 Khái niệm Inverter 9

2.2.2 Nguyên lý hoạt động của Inverter 9

2.3 Hệ thống điện mặt trời hòa lưới 10

2.3.1 Khái niệm(thay đổi nội dung) 10

2.3.1 Sơ đồ hệ thống hòa lưới 10

2.3.2 Nguyên lý hoạt động của hệ thống pin mặt trời hòa lưới 11

2.4 Hệ thống điện mặt trời hoà lưới bám tải (Zero-Export) 11

2.4.1 Khái niệm 11

2.4.2 Cấu tạo hệ thống điện mặt trời hoà lưới bám tải (Zero-Export) 12

2.4.3 Nguyên lý hoạt động hệ thống điện mặt trời hoà lưới bám tải Export) 12

(Zero-2.5 Các bước tính toán tấm pin hệ thống năng lượng mặt trời 13

2.6 Các phương pháp đấu nối pin năng lượng mặt trời 15

3.2.2.Tiêu chuẩn & Quy định: 31

3.3 Thông tin thiết kế và lựa chọn 33

3.3.1 Thông tin chung 33

3.3.2 Thông tin khảo sát 34

3.3.2 Phân tích lựa chọn công suất 35

3.3.3 Sơ đồ bố trí tổng thể 37

3.3.4 Kế hoạch phòng cháy chữa cháy 38

Trang 18

3.3.19 Lựa chọn thiết bị đóng cắt cho hệ thống 86

3.3.20 Máy biến áp của hệ thống 94

4.1.8 Tổn hao công suất 115

4.1.9 Suy giảm tấm Pin 115

4.2 Mô Phỏng Bóng 116

Trang 19

5.2 Hướng phát triển của năng lượng mặt trời trong tương lai 124

TÀI LIỆU THAM KHẢO 126

Trang 20

DANH SÁCH BẢNG

Bảng 3.1: Lựa chọn thiết bị 29

Bảng 3.2: Thông tin diện tích dự án 34

Bảng 3.3: Đặt tính cơ khí của tấm pin JKM575N-72HL4-V 44

Bảng 3.4: Đặt tính kỹ thuật Inverter Huawei 100kW SUN2000 – 100KTL – M1 48

Bảng 3.5:Chia công suất của từng Inverter 51

Bảng 3.6: Đặt tính kĩ thuật của inverter Huawei 50KW SUN2000-50KLT-M3 54

Bảng 3.7: Đặt tính kỹ thuật inverter Huawei 20KW SUN2000-20KTL-M2 56

Bảng 3.8: Thống kê vật tư CCTV 69

Bảng 3.9: Thông số kỹ thuật của cảm biến bức xạ RT13.10.1 70

Bảng 3.10: Chọn tiết diện dây PE 72

Bảng 3.11: Thông số làm việc của cáp 74

Bảng 3.12: Các trị số làm việc của cáp 75

Bảng 3.13: Các thông số của string tại inverter 01 75

Bảng 3.22: Các số cáp AC của hệ thống 86

Bảng 3.23:Tống số MCCB NF800-SEW 3P 87

Bảng 3.24:Thông số ACB Mitsubishi AE1600-SW 3P 1600A 89

Bảng 3 25:Thông số MCCB Mitsubishi NF125-SV 3P 100A 30kA 92

Bảng 3 26:Thông số MCCB Mitsubishi NF125- SGV 3P 30-50A 36kA 93

Bảng 3 27: Bảng thông số MBA 1250kVA THIBIDI 94

Bảng 328: Thống kê vật tư trong tủ truyền thông 95

Bảng 3.29:Thống kê các thiết bị trong tủ MSB-CN1 97

Bảng 3.30:Thống kê các thiết bị trong tủ MSB-CN1 100

Bảng 3.31: Bảng liệt kê các đấu nối Inverter MPPT 1 - MPPT 5 101

Bảng 4.1 Mô phỏng điện năng của hệ thống qua các tháng bằng PV syst 118

Trang 21

DANH SÁCH HÌNH

Hình: 2.2: Nguyên lý hoạt động 7

Hình 2.3: Tấm pin năng lượng mặt trời mono 7

Hình 2.4: Tấm pin mặt trời poly 8

Hình 2.5: Tấm pin năng lượng mặt trời dạng phim mỏng (Thin – Film) 8

Hình 2.6: Hệ thống điện mặt trời hòa lưới 10

Hình 2.7: Hệ thống điện mặt trời hòa lưới bám tải 12

Hình 2.8: Các tấm pin đấu nối tiếp 15

Hình 2.9: Các tấm pin đấu song song 16

Hình 2.10 Các tấm pin đấu nối tiếp và song song 16

Hình 2.11: Phần mềm soạn thảo đồ họa autcad 17

Hình 2.17: Thiết kế đổ bóng trên PV syst 21

Hình 2.18: Mô phỏng báo cáo kết quả trên PV Syst 22

Hình 2.19: Lựa chọn Mô đun PV và biến tần 23

Hình 2.20: Kết quả mô phỏng đánh giá kinh tế 24

Hình 3.1: Vị trí - công ty tnhh thành phần chính xác funing 2-Bắc Ninh 26

Hình 3.2: Dữ liệu tại vị trí từ phần mềm PVsyst 33

Hình 3.3: Ảnh đo sóng tôn 34

Hình 3.4: Mặt bằng nhà máy trên bản vẽ cad 35

Hình 3.5: Biểu đồ tiêu thụ điện năng của nhà máy và công suất phát của một hệ thống điện mặt trời điển hình trong ngày 36

Hình 3.6: Mặt bằng bố trí tấm pin dự kiến trên mái nhà mái 37

Hình 3.7: Lối đi máng cáp và vị trí inverter 38

Hình 3.8: Sơ đồ đấu nối hệ thống điện mặt trời điển hình vào lưới điện của nhà máy 40

Hình 3.9: Sơ đồ nguyên lý của hệ thống Zero-export 40

Hình 3.10: Top 10 nhà cung cấp tấm nền trên thế giới (Nguồn: Bloomberg) 42

Hình 3.11: Ảnh tấm pin PV JINKO 575 kWp 43

Hình 3.12: Bố trí pin trên mái 45

Hình 3.13: Chi tiết lắp đặt tấm PV trên mái tole sóng vuông 46

Hình 3.14: Biến tần Huawei 100kW SUN2000 - 100KTL - M1 47

Hình 3.15: Layout String 49

Trang 22

Hình 3.16: Sơ đồ đấu nối hệ thông PV 50 Hình 3.17: Biến tần Huawei 100kW SUN2000 - 50KTL – M3 53 Hình 3.18: Biến tần Huawei 100kW SUN2000 - 20KTL – M2 55 Hình 3.19: Chi tiết đấu nối String 14 tấm pin 57 Hình 3.20: Chi tiết đấu nối String 16 tấm pin 58 Hình 3.21: Chi tiết đấu nối String 17 tấm pin 58 Hình 3.22: Chi tiết đấu nối String 18 tấm pin 58 Hình 3.23: Xà gồ Z 59 Hình 3 24: Bu lông loại 8.8 60 Hình 3.25: Cấu tạo của kẹp cuối 60 Hình 3.26: Vị trí lắp đặt kẹp cuối 61 Hình 3.27: Cấu tạo kẹp giữa 61 Hình 3.28: Vị trí lắp đặt kẹp giữa 62 Hình 3.29: Vị trí lắp đặt kẹp giữa 62 Hình 3 30: Chi tiết lắp đặt các phụ kiện liên kết với nhau 63 Hình 3.31: Sắp xếp cáp trong máng cáp 64 Hình 3.32: Chi tiết tấm kim loại lắp đặt máng cáp 65 Hình 3.33: Chi tiết hệ thống lối đi 66 Hình 3 34: Sơ đồ nguyên lý cấp nước 66 Hình 3.35: Ảnh phối cảnh hệ thống bơm nước 67 Hình 3.36: Mạch động lực hệ thống rửa pin 67 Hình 3.37: Sơ đồ nguyên lý hệ thống CCTV 68 Hình 3.38: Mặt bằng bố trí CCTV 68 Hình 3.39: Cảm biến bức xạ RT13.10.1 70 Hình 3.40: Dây cadivi CV4 73 Hình 3.41: Cáp CXV/FR 0.6/1KV 1x1C1300mm2 81 Hình 3.42: Dây cáp điện Cadivi CXV-3×240+1×185 mm2 – 0.6/1kV 82 Hình 3.43: MCCB Mitsubishi NF800- 3P 800A 50kA 87 Hình 3.44: ACB Mitsubishi AE1600-SW 3P 1600A 89 Hình 3 45: MCCB Mitsubishi NF125-SV 3P 100A 36kA 92 Hình 3 46: MCCB Mitsubishi NF125-SGV 3P 30-50A 36kA 93 Hình 3.47: Mặt trước của tủ truyền thông 95 Hình 3 48:Sơ đồ nguyên lý tủ truyền thông 96 Hình 3 49: Thiết kế vỏ ngoài của tủ MSB-CN1 97 Hình 3.50: Bố trí thiết bị trong tủ MSB-CN1 97 Hình 3.51: Thiết kế vỏ ngoài của tủ MSB-CN2 99 Hình 3.52: Thiết kế vỏ ngoài của tủ MSB-CN2 99

Trang 23

Hình 3.53: Sơ đồ đấu nối string về inverter 103 Hình 3.54: Sơ đồ kết nối của hệ thống 103 Hình 3.55: Sơ đồ đơn tuyến của hệ thống 104 Hình 3.56: Sơ đồ tiếp địa của hệ thống 104 Hình 3.57: Mặt bằng bố trí máng cáp trên mái 105 Hình 3.58: Mặt bằng bố trí hệ thống rủa tấm pin trên mái 105 Hình 3.59: Mặt cắt máng AC từ nhà trạm vào tủ điện 106 Hình 3.60: Giao diện Sketchup 106 Hình 3.61: Hệ thống pin mặt trời vẽ 3d 107 Hình 3.62: Lối đi máng cáp và dãy pin mặt trời 3d 107 Hình 3.63: Hình ống khói 3d 108 Hình 3.64: Hình ảnh máng cáp đi vào phòng điện 108Hình 4.1: Tọa độ dự án 109 Hình 4.2: Các góc nghiêng của dàn pin. 110

Hình 4.3: Màn hình khai báo các thống số của hệ thống. 111

Hình 4.9: Thông số tổn hao công suất 115

Hình 4.10: Suy giảm công suất trong năm. 116

Hình 4.11 Mô phỏng bóng ngày 21/3. 117

Hình 4.12: Mô phỏng tổn thất của hệ thống. 119

Hình 4.13: Kết quả báo cáo chính. 120

Hình 4.14: Biểu đồ sản lượng đầu vào/đầu ra hằng ngày 121

Hình 4.15: Biểu đồ phân phối điện đầu ra hệ thống 122

Trang 24

Năm 1860, nhà phát minh người Pháp Augustin Mouchot đã phát minh ra động cơ hơi nước mặt trời, một trong những dấu mốc quan trọng trong lịch sử của các thiết bị năng lượng mặt trời

Năm 1883, Charles Fritts đã sáng chế ra tế bào quang điện đầu tiên, được chế tạo từ selenium có hiệu suất chỉ 1% Năm 1888, Alexander Stoletov đã chế tạo ra tế bào quang điện có hiệu suất cao hơn, khoảng 2%

Năm 1905, Albert Einstein đã xuất bản bài báo về hiệu ứng quang điện, giải thích chính xác cơ chế của hiệu ứng này Bài báo của ông đã giúp ông giành giải Nobel Vật lý năm 1921

Năm 1941, Russell Ohl đã phát minh ra tế bào quang điện hiện đại đầu tiên, hoạt động dựa trên đường giao nhau P-N Năm 1954, Daryl Chapin, Gerald Pearson và Calvin Fuller đã phát triển tế bào quang điện silicon hiệu suất cao, có thể sản xuất điện với giá thành hợp lý

Từ đó, năng lượng mặt trời đã trở thành một nguồn năng lượng sạch, bền vững và ngày càng được sử dụng rộng rãi trên thế giới

1.1.2 Những giai đoạn phát triển của tấm pin năng lượng mặt trời

Vào thế kỷ 19, các nhà khoa học đã bắt đầu nghiên cứu khả năng sử dụng ánh sáng mặt trời để tạo ra điện năng Mặc dù các thiết bị ban đầu có hiệu suất thấp, nhưng chúng đã đánh dấu bước khởi đầu quan trọng cho sự phát triển của năng lượng mặt trời

Một số phát minh quan trọng trong thế kỷ 19 bao gồm: • Động cơ hơi nước mặt trời của Augustin Mouchot (1860) • Hệ thống điện mặt trời đầu tiên của Charles Fritts (1883) • Nhiệt điện của Weston và Severy (1888 và 1894)

Trang 25

• Vào thế kỷ 20 chứng kiến sự phát triển vượt bậc của năng lượng mặt trời Các nhà khoa học đã đạt được những tiến bộ quan trọng trong việc cải thiện hiệu suất của các tấm pin mặt trời

• Một số phát minh quan trọng trong thế kỷ 20 bao gồm: • Bài báo về hiệu ứng quang điện của Albert Einstein (1905) • Phát minh của Russell Ohl về tế bào quang điện hiện đại (1941)

• Phát triển của tế bào quang điện silicon hiệu suất cao của Daryl Chapin, Gerald Pearson và Calvin Fuller (1954)

• Vào thế kỷ 21 chứng kiến sự tăng trưởng nhanh chóng của năng lượng mặt trời Các tấm pin mặt trời ngày càng trở nên hiệu quả và giá cả phải chăng hơn.Một số xu hướng chính trong thế kỷ 21 bao gồm:

• Sự phát triển của các tấm pin mặt trời nhiều lớp

• Sự phát triển của các mô-đun năng lượng mặt trời tích hợp • Sự phát triển của các dự án năng lượng mặt trời quy mô lớn

1.1.3 Thực trạng năng lượng mặt trời các quốc gia trên thế giới

Trung Quốc hiện là quốc gia sản xuất điện năng lượng mặt trời (điện mặt trời) lớn nhất trên thế giới, với công suất lắp đặt lên đến 1330 GW vào năm 2023 Đây cũng là nước sở hữu dự án điện mặt trời lớn nhất thế giới với công suất 1,547 MW ở sa mạc Tengger Trung Quốc cũng là nhà sản xuất mô-đun năng lượng mặt trời lớn nhất thế giới, chiếm khoảng 60% thị phần toàn cầu

Nhật Bản là một trong những quốc gia đi đầu thế giới trong việc phát triển năng lượng mặt trời Chính phủ Nhật Bản đã ban hành nhiều chính sách hỗ trợ phát triển năng lượng tái tạo, trong đó có năng lượng mặt trời Một số chính sách nổi bật bao gồm:

• Cho vay mua nhà sử dụng năng lượng tái tạo với thời gian trả nợ tối đa là 10 năm

• Mua điện sản xuất từ năng lượng mặt trời với giá cao hơn giá thị trường • Giảm giá bán các tấm pin năng lượng mặt trời

Hoa Kỳ là quốc gia dẫn đầu thế giới về phát triển năng lượng tái tạo Năng lượng mặt trời cũng là một trong những lĩnh vực được Hoa Kỳ chú trọng đầu tư phát triển

Một số thành tựu nổi bật của Hoa Kỳ trong phát triển năng lượng mặt trời bao gồm: • Năm 1982, tại bang California đã xây dựng nhà máy quang điện công suất 1MW đầu tiên trên thế giới

Trang 26

• Tháng 5/2020, Bộ Nội vụ Mỹ đã thông qua dự án năng lượng mặt trời lớn nhất ở Mỹ, trị giá lên tới 1 tỷ USD ở tại tiểu bang Nevada Dự án này có thể cung cấp điện cho khoảng 260 nghìn hộ gia đình

1.2 Tình hình phát triển điện mặt trời trong nước

Trong những năm gần đây, Việt Nam đã đạt được những thành tựu đáng kể trong lĩnh vực năng lượng mặt trời Giai đoạn 2019-2020 chứng kiến sự tăng trưởng mạnh mẽ của điện mặt trời cả về số lượng dự án và công suất lắp đặt Tính đến cuối năm 2022, tổng công suất lắp đặt điện mặt trời tại Việt Nam đạt 20165 MW, chiếm gần 26% tổng công suất lắp đặt điện của cả nước

Tuy nhiên, việc phát triển điện mặt trời tại Việt Nam cũng gặp phải một số thách thức, trong đó đáng chú ý là tình trạng giảm phát điện mặt trời do một số bất cập về lưới điện, phụ tải và bất cân đối về cung cầu Theo báo cáo ngành Điện 2022 & Triển vọng 2023 của Vietdata, sản lượng huy động điện mặt trời chỉ mới chiếm 12% tổng sản lượng huy động toàn hệ thống năm 2022 Điều này không chỉ gây lãng phí đầu tư xã hội, mà còn ảnh hưởng nghiêm trọng đến hiệu quả đầu tư của các dự án và nhiều chủ đầu tư gặp khó khăn về dòng tiền

Để giải quyết vấn đề này, Chính phủ Việt Nam đã ban hành một số chính sách nhằm thúc đẩy phát triển điện mặt trời một cách bền vững Trong đó, đáng chú ý là việc triển khai cơ chế giá điện mặt trời áp mái và cơ chế giá điện mặt trời mái nhà Theo đó, các dự án điện mặt trời áp mái và mái nhà sẽ được hưởng giá điện cao hơn giá điện mặt trời mặt đất Điều này sẽ giúp khuyến khích phát triển các dự án điện mặt trời quy mô nhỏ, phân tán, góp phần giảm thiểu tình trạng giảm phát điện mặt trời

1.3 Mục đích và mục tiêu của đề tài 1.3.1 Mục đích

Tính toán thiết kế hệ thống điện mặt trời hòa lưới bám tải 0.927MW tại công ty Funing 2 – Bắc Ninh có sử dụng phần mềm chuyên dụng Google Earth, AutoCAD,

SketchUp, PVsyst 1.3.2 Mục tiêu

Mục tiêu của đồ án là nghiên cứu và giải quyết các vấn đề sau:

• Tìm hiểu về hệ thống điện năng lượng mặt trời hòa lưới bám tải và ứng dụng của nó trong đời sống hiện nay

• Khảo sát mặt bằng lắp đặt hệ thống, bao gồm vị trí, diện tích, hướng, độ nghiêng của mái nhà

Trang 27

• Tính toán công suất hệ thống quá tải tiêu thụ và mặt bằng mái sử dụng phần mềm Google Earth

• Tính toán, chọn lựa từng thiết bị trong hệ thống, bao gồm tấm pin, biến tần, dây dẫn, máng cáp, khung

• Thiết kế hệ thống tiếp địa, thiết bị bảo vệ của hệ thống hòa lưới bám tải

• Thực hiện mô phỏng hệ thống và đánh giá, nhận xét ảnh hưởng của bóng che lên hệ thống thông qua các phần mềm: AutoCAD, SketchUp, Pvsyst

1.4 Nội dung nghiên cứu và phạm vi nghiên cứu 1.4.1 Nội dung nghiên cứu

Đề tài nghiên cứu thiết kế hệ thống điện năng lượng mặt trời, sử dụng các công cụ như Google Earth, AutoCAD, Pvsyst, SketchUp để tính toán chọn các thiết bị cho hệ thống và đánh giá về tính khả thi Hệ thống được thiết kế để tối ưu hiệu suất và công suất, sử dụng thiết bị ngăn hệ thống phát ngược trở lại lưới điện và tính toán trong thiết kế để tấm pin luôn ở trạng thái tối ưu nhất khi tải thay đổi

Trang 28

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1 Tấm pin năng lượng mặt trời

Tấm pin năng lượng mặt trời là một thiết bị chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành điện năng Nó được tạo thành từ các vật liệu bán dẫn, chẳng hạn như silicon, gallium arsenide và cadmium telluride Khi ánh sáng mặt trời chiếu vào pin mặt trời, các electron và lỗ trống tự do được tạo ra tại các điểm nối dương/âm Nếu các điểm nối này được kết

nối với một thiết bị điện một chiều, dòng điện sẽ được tạo ra để vận hành thiết bị điện 2.1.1 Cấu tạo pin năng lượng mặt trời

Các tấm pin PV bao gồm tám thành phần chính như sau:

Hình 2.1 Cấu tạo của tấm pin năng lượng mặt trời

Khung nhôm

Khung nhôm đóng một vai trò quan trọng trong cấu tạo pin năng lượng mặt trời Nó bảo vệ cạnh của phần chứa các tế bào và cung cấp một cấu trúc vững chắc để gắn bảng điều khiển năng lượng mặt trời vào vị trí Khung nhôm ép đùn được thiết kế cực kỳ nhẹ, cứng và có thể chịu được áp lực lớn, tải trọng từ gió lớn và các lực bên ngoài

Trang 29

• Kính cường lực

Tấm kính phía trước là một phần quan trọng trong cấu trúc pin mặt trời vì nó bảo vệ các tế bào quang điện khỏi thời tiết xấu và tác động từ mưa đá hoặc mảnh vụn bay Loại kính được sử dụng thường là loại kính cường lực có độ dày từ 3-4 mm, độ bền cao

và khả năng chịu được áp lực cơ học cũng như biến động nhiệt độ khắc nghiệt • Lớp màng EVA

EVA là viết tắt của Ethylene Vinyl Acetate, một lớp polymer trong suốt được thiết kế đặc biệt để bọc các tế bào quang điện và giữ chúng ở đúng vị trí trong quá trình sản xuất Vật liệu EVA phải cực kỳ bền và chịu được nhiệt độ và độ ẩm khắc nghiệt Nó đóng một vai trò quan trọng trong hiệu suất dài hạn của pin mặt trời, ngăn chặn hơi ẩm và bụi bẩn xâm nhập vào bên trong

• Tấm nền

Tấm nền là lớp cuối cùng của cấu trúc pin mặt trời và có tác dụng bảo vệ cơ học, cách điện và ngăn chặn sự xâm nhập của hơi ẩm Vật liệu tấm thường được làm từ các loại polyme hoặc nhựa khác nhau như PP, PET và PVF với các mức độ bảo vệ, ổn định nhiệt và chống tia cực tím lâu dài khác nhau Màu tấm nền thường là màu trắng, nhưng tùy thuộc vào nhà sản xuất và mô-đun, nó cũng có thể là màu trong suốt hoặc màu đen

• Hộp nối dây

Hộp nối là một thiết bị nhỏ, kín nước nằm ở phía sau của tấm pin năng lượng mặt trời Nó được sử dụng để kết nối các dây cáp từ các tế bào quang điện với nhau và với bộ chuyển đổi năng lượng mặt trời Hộp nối đóng một vai trò quan trọng trong cấu tạo của pin mặt trời vì nó bảo vệ các điểm nối điện khỏi bị hư hại do thời tiết và bụi bẩn

2.1.2 Nguyên lý hoạt động của tấm pin năng lượng mặt trời

Pin năng lượng mặt trời hoạt động dựa trên hiệu ứng quang điện Hiệu ứng quang điện là hiện tượng các electron bị bật ra khỏi một vật liệu khi nó được chiếu sáng bởi

ánh sáng

Trang 30

Cấu tạo của pin năng lượng mặt trời bao gồm hai lớp bán dẫn khác nhau, được gọi là lớp p và lớp n Lớp p có nhiều lỗ trống, còn lớp n có nhiều electron tự do Khi hai lớp này được nối với nhau, sẽ tạo ra một điện trường

Khi ánh sáng chiếu vào pin năng lượng mặt trời, các photon trong ánh sáng có thể đánh bật các electron ra khỏi lớp p Các electron này sẽ di chuyển qua điện trường và đến lớp n Khi các electron đến lớp n, chúng sẽ kết hợp với các lỗ trống và tạo ra một dòng điện

Hình 2.2: Tấm pin năng lượng mặt trời mono

• Tấm pin năng lượng mặt trời Poly

Tấm pin năng lượng mặt trời đa tinh thể, còn được gọi là pin mặt trời poly, là một

loại pin mặt trời được làm từ silicon đa tinh thể Silicon đa tinh thể được tạo ra bằng cách nấu chảy nhiều tinh thể silicon nhỏ lại với nhau Điều này tạo ra các tế bào quang điện có màu xanh lam và các mặt thẳng Pin mặt trời đa tinh thể có hiệu suất thấp hơn so với pin

Trang 31

mặt trời đơn tinh thể, nhưng chúng rẻ hơn để sản xuất Điều này khiến chúng trở thành một

lựa chọn hấp dẫn cho các ứng dụng năng lượng mặt trời giá rẻ

Hình 2.3: Tấm pin mặt trời poly

• Tấm pin năng lượng mặt trời dạng phim mỏng (Thin – Film)

Tấm pin năng lượng mặt trời dạng phim mỏng, còn được gọi là pin mặt trời màng mỏng, là một loại pin mặt trời được tạo ra từ các vật liệu bán dẫn mỏng, chẳng hạn như CdTe, CIGS, hoặc a-Si Các tế bào quang điện dạng phim mỏng có độ dày chỉ vài micromet, so với các tế bào quang điện silicon truyền thống có độ dày vài milimét Hiệu suất của pin mặt trời màng phụ thuộc vào loại vật liệu polymer được sử dụng trong các tế bào Hiệu suất của pin mặt trời màng thường dao động từ 7% đến 18%, với tuổi thọ ngắn nhất là từ 10 đến 20 năm

Hình 2.4: Tấm pin năng lượng mặt trời dạng phim mỏng (Thin – Film)

Trang 32

2.2 Bộ chuyển đổi Inverter 2.2.1 Khái niệm Inverter

Công nghệ Inverter, hay còn gọi là công nghệ biến tần, là một công nghệ tiên tiến được áp dụng trên các thiết bị điện lạnh Công nghệ này giúp biến đổi dòng điện một chiều (DC) thành dòng điện xoay chiều (AC) với tần số và điện áp thay đổi được Nhờ đó, thiết bị có thể điều chỉnh công suất hoạt động theo nhu cầu, giúp tiết kiệm năng lượng và giảm tiếng ồn

Biến tần năng lượng mặt trời là thiết bị biến đổi dòng điện một chiều (DC) từ các tấm pin mặt trời thành dòng điện xoay chiều (AC) phù hợp với lưới điện Biến tần có nhiều chức năng quan trọng, bao gồm:

• Giám sát mảng năng lượng mặt trời: Biến tần sử dụng thuật toán phát hiện điểm công suất cực đại MPPT (Maximum Power Point Tracking) để tối ưu hóa công suất của mảng năng lượng mặt trời

• Kết nối lưới trực tiếp: Biến tần kết nối mảng năng lượng mặt trời với lưới điện, giúp hòa lưới điện và cung cấp điện cho các thiết bị điện trong gia đình hoặc doanh nghiệp

• Điều khiển hệ thống: Biến tần có thể điều khiển các thiết bị khác trong hệ thống điện mặt trời, chẳng hạn như bộ sạc ắc quy

Có ba loại biến tần năng lượng mặt trời phổ biến, bao gồm:

• Bộ nguồn tối ưu hóa DC: Bộ nguồn tối ưu hóa DC được lắp đặt cho từng tấm pin mặt trời, giúp tối ưu hóa công suất của từng tấm pin

• Bộ biến tần chuỗi: Bộ biến tần chuỗi kết nối nhiều tấm pin mặt trời thành một chuỗi, sau đó kết nối với lưới điện

• Bộ biến tần vi mô: Bộ biến tần vi mô được lắp đặt cho từng tấm pin mặt trời, sau đó kết nối trực tiếp với lưới điện

2.2.2 Nguyên lý hoạt động của Inverter

Nguyên lý hoạt động của Inverter được chia thành hai giai đoạn chính:

Giai đoạn chỉnh lưu: Nguồn điện xoay chiều đầu vào được bộ chỉnh lưu chuyển đổi thành nguồn điện một chiều Bộ chỉnh lưu trong Inverter thường sử dụng cầu diode để chuyển đổi nguồn điện xoay chiều thành nguồn điện một chiều Cầu diode có 4 diode được mắc nối tiếp với nhau thành hình chữ H Khi nguồn điện xoay chiều đi qua cầu diode, các diode sẽ chỉ cho phép dòng điện đi qua theo một chiều

Giai đoạn nghịch lưu: Nguồn điện một chiều đầu ra của bộ chỉnh lưu được bộ nghịch lưu chuyển đổi thành nguồn điện xoay chiều Bộ nghịch lưu trong Inverter thường

Trang 33

sử dụng các linh kiện bán dẫn như IGBT hoặc MOSFET để chuyển đổi nguồn điện một chiều thành nguồn điện xoay chiều Các linh kiện bán dẫn này có thể đóng ngắt rất nhanh, tạo ra các xung điện có tần số cao

Có nhiều phương pháp điều khiển hoạt động của bộ nghịch lưu Phương pháp phổ biến nhất là phương pháp điều chế độ rộng xung (PWM) Phương pháp này sử dụng các xung điện có tần số cao, nhưng độ rộng xung được thay đổi theo thời gian Điều này giúp điều khiển điện áp và tần số của nguồn điện xoay chiều đầu ra

2.3 Hệ thống điện mặt trời hòa lưới 2.3.1 Khái niệm(thay đổi nội dung)

Hệ thống điện mặt trời hòa lưới dựa trên nguyên tắc chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành điện năng qua tấm pin và biến tần sau đó kết nối trực tiếp với hệ thống lưới điện hiện có Tấm pin năng lượng mặt trời tạo ra dòng điện DC khi tiếp xúc với ánh sáng mặt trời Biến tần sau đó chuyển đổi điện năng DC này thành AC phù hợp để sử dụng hoặc

cung cấp vào lưới điện

Hình 2.5: Hệ thống điện mặt trời hòa lưới

2.3.1 Sơ đồ hệ thống hòa lưới

Hệ thống này bao gồm các thành phần chính sau:

• Tấm pin năng lượng mặt trời: Tấm pin năng lượng mặt trời là thiết bị chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành điện năng

• Bộ biến tần: Bộ biến tần là thiết bị chuyển đổi dòng điện một chiều (DC) từ tấm

pin năng lượng mặt trời thành dòng điện xoay chiều (AC) phù hợp với lưới điện quốc gia

• Kết nối lưới: Kết nối lưới là thiết bị kết nối hệ thống điện mặt trời với lưới điện

quốc gia

Trang 34

2.3.2 Nguyên lý hoạt động của hệ thống pin mặt trời hòa lưới

• Ánh sáng mặt trời chiếu vào tấm pin năng lượng mặt trời, tạo ra dòng điện một chiều (DC)

• Dòng điện một chiều (DC) từ tấm pin năng lượng mặt trời được đưa qua bộ biến tần để chuyển đổi thành dòng điện xoay chiều (AC)

• Dòng điện xoay chiều (AC) từ bộ biến tần được kết nối với lưới điện quốc gia và cung cấp điện cho các thiết bị điện trong gia đình hoặc doanh nghiệp

Trong quá trình sử dụng hệ thống pin mặt trời hòa lưới, có 3 trường hợp hoạt động chính sau:

• Trường hợp 1: Điện mặt trời tạo ra bằng điện tiêu thụ

Trong trường hợp này, điện mặt trời tạo ra đủ để cung cấp cho tất cả các tải điện Khi đó, các tải điện sẽ tiêu thụ 100% điện mặt trời, không cần lấy thêm điện từ lưới điện

• Trường hợp 2: Điện mặt trời tạo ra nhỏ hơn điện tiêu thụ

Trong trường hợp này, điện mặt trời tạo ra không đủ để cung cấp cho tất cả các tải điện Khi đó, hệ thống sẽ lấy thêm điện từ lưới điện để cung cấp cho các tải điện còn thiếu

• Trường hợp 3: Điện mặt trời tạo ra lớn hơn điện tiêu thụ

Trong trường hợp này, điện mặt trời tạo ra nhiều hơn điện tiêu thụ của các tải điện Khi đó, phần điện dư ra sẽ được trả về lưới điện

2.4 Hệ thống điện mặt trời hoà lưới bám tải (Zero-Export)

Để giải quyết tình trạng này, một số chủ đầu tư đã lựa chọn giải pháp lắp đặt hệ thống điện mặt trời hòa lưới bám tải

Hệ thống điện mặt trời hòa lưới bám tải (Zero-Export) là hệ thống điện mặt trời đấu nối chung với lưới điện của điện lực, có chức năng đo đạc công suất tiêu thụ điện

Trang 35

của tải tiêu thụ để tạo ra công suất điện bằng với lượng điện tải tiêu thụ, không tạo ra điện dư thừa và không đẩy ra lưới điện

Zero-Export là phương án tốt nhất với tình trạng mua điện của EVN hiện nay , việc lắp đặt Zero – Export sẻ giúp lượng điện năng tại các giờ có lượng nắng cao không tạo ra lượng điện dư thừa đẩy ra lưới gây ra lang phí năng lượng cũng như vi phạm chính sách của EVN

Hình 2.6: Hệ thống điện mặt trời hòa lưới bám tải

2.4.2 Cấu tạo hệ thống điện mặt trời hoà lưới bám tải (Zero-Export)

Một hệ thống điện năng lượng mặt trời hòa lưới bám tải hoàn chỉnh bao gồm: • Hệ thống PV

• Inverter(Biến tần) • Đồng hồ thông minh • Công tơ

• Dây AC, DC, giá đỡ,… • Tủ điện AC

• Metter

2.4.3 Nguyên lý hoạt động hệ thống điện mặt trời hoà lưới bám tải (Zero-Export)

Hệ thống điện mặt trời hòa lưới bám tải hoạt động như sau: • Tấm pin năng lượng mặt trời tạo ra điện năng

• Biến tần hòa lưới bám tải đo đạc công suất tiêu thụ điện của tải tiêu thụ

• Biến tần hòa lưới bám tải điều chỉnh công suất điện từ tấm pin năng lượng mặt trời để bằng với công suất tiêu thụ điện của tải tiêu thụ

• Nếu công suất tải tiêu thụ lớn hơn công suất tối đa của biến tần hòa lưới bám tải thì điện lưới sẽ tự bù vào lượng còn thiếu

Như vậy, hệ thống điện mặt trời hòa lưới bám tải chỉ cho phép điện từ lưới điện đi vào cung cấp cho tải, không cho phép điện từ hệ thống điện mặt trời phát ra lưới điện

Trang 36

2.5 Các bước tính toán tấm pin hệ thống năng lượng mặt trời

• Bước 1: thu thập dữ liệu ban đầu (gồm bao nhiêu thiết bị, thông số từ thiết bị, thời gian sử dụng…)

• Bước 2: tính toán phụ tải điện

Tính điện tiêu thụ (Ang) của tải được xác định: 𝐴𝑛𝑔 = ∑ 𝑃𝑖𝑡𝑖

Số lượng module pin NLMT được xác định bởi công thức:

𝑃𝑜𝑝𝑡.𝑃𝑉× 𝐾𝑡.𝑃𝑉× 𝐾𝑎𝑡.𝑃𝑉× ƞ × 365 × ℎ𝑛Trong đó:

NPV: Số lượng module tấm pin NLMT Poet.PV: Công suất đỉnh của tấm pin

kt.PV: Hệ số nhiệt độ của pin NLMT Thường lấy giá trị gần đúng 90%

kat.PV: Hệ số an toàn của pin NLMT bao gồm tổn hao năng lượng do dân dẫn, do bụi bẩn Thường lấy giá trị gần đúng 80%

ƞ: Hiệu suất của toàn hệ thống PV, thường lấy giá trị gần đúng 80%

ℎn: Giờ nắng trung bình hàng ngày • Bước 4: Tính toán công suất hệ thống

Để tính cho ra nhu cầu sử dụng của hệ thống PV, ta sẽ có công thức

Trang 37

Số lượng tấm pin x số Wp của 1 tấm pin = Tổng công suất của hệ thống • Bước 5: Tính toán và lựa chọn Inverter

❖ Tối ưu công pin và inverter:

PPV ≤ 1.2 x PinvTrong đó:

PPV: Tổng công suất của hệ thống Pinv: Công suất của Inverter

Hệ số 1.2: Hệ số chuyển đổi DC/AC ❖ Công thức kiểm tra dãy MPPT

Umpptinv-min < Umpp-pv < Umpptinv-max Trong đó:

Umpptinv-min: Điện áp thấp nhất mà MPPT hoạt động Umpp-pv: Điện áp hoạt động của string

Umpptinv-max: Điện áp cao nhất mà MPPT hoạt động ❖ Kiểm tra điện áp tối đa của hệ thống

Uoc-pv < Udcmax-inv Trong đó:

Uoc-pv: Điện áp hở mạch tối đa của dàn pin

Udcmax-inv: Điện áp DC ngõ vào tối đa cho phép của inverter

Việc quá áp từ dàn pin vào inverter sẽ gây ra hỏng các linh kiện nên cần thoả mãn điều kiện trên để đảm bảo tuổi thọ cho pin cũng như inverter và dây dẫn

Kiểm tra dòng điện tối đa cho phép ngõ vào

Impp < Imax-input-inv Trong đó:

Impp: Dòng điện làm việc ở điểm công suất cực đại của dàn pin Imax-input-inv: Dòng điện đầu vào tối đa từ dàn pin

Việc tính toán theo những công thức trên sẽ giúp đạt được các mục tiêu sau: • Tối ưu hóa công suất đầu ra của biến tần: Công thức trên sẽ giúp xác định công suất đầu ra tối đa của biến tần, đảm bảo biến tần không bị quá tải và hoạt động hiệu quả

Trang 38

• Đạt được công suất đầu ra mong muốn khi lắp biến tần: Công thức trên sẽ giúp chủ đầu tư lựa chọn biến tần có công suất phù hợp với nhu cầu sử dụng của mình

• Tối đa hóa hiệu suất năng lượng trong ngày: Khi biến tần hoạt động ở công suất tối ưu, hiệu suất năng lượng của hệ thống điện mặt trời sẽ được tối đa hóa

• Đơn giản hơn trong việc chọn cấu hình biến tần cho pin: Công thức trên sẽ giúp chủ đầu tư xác định công suất biến tần phù hợp với số lượng và công suất của các tấm pin năng lượng mặt trời

2.6 Các phương pháp đấu nối pin năng lượng mặt trời

Có ba cách cơ bản để kết nối các tấm pin năng lượng mặt trời: nối tiếp, song song và hỗn hợp Mỗi cách kết nối đều có những ưu điểm và nhược điểm riêng, phù hợp với các ứng dụng khác nhau

• Nối tiếp

Trong kết nối nối tiếp, các tấm pin được nối với nhau theo chuỗi, với cực dương của tấm pin này nối với cực âm của tấm pin tiếp theo Kết nối nối tiếp sẽ làm tăng điện áp của hệ thống

Hình 2.7: Các tấm pin đấu nối tiếp

• Song song

Trong kết nối song song, các tấm pin được nối với nhau theo dạng lưới, với cực dương của tất cả các tấm pin được nối với nhau và cực âm của tất cả các tấm pin được nối với nhau Kết nối song song sẽ làm tăng cường độ dòng điện của hệ thống

Trang 39

Hình 2.8: Các tấm pin đấu song song

• Hỗn hợp

Kết nối hỗn hợp là sự kết hợp của kết nối nối tiếp và kết nối song song Kết nối hỗn hợp thường được sử dụng để tạo ra hệ thống có điện áp và cường độ dòng điện phù hợp với nhu cầu của ứng dụng

Hình 2.9 Các tấm pin đấu nối tiếp và song song

2.7 Các phần mền sử dụng trong dự án 2.7.1 Phần mền AutoCAD

AutoCAD là phần mềm soạn thảo đồ họa vector 2D và 3D được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực thiết kế kỹ thuật, bao gồm xây dựng, nội thất, cơ khí, điện tử, Phần mềm này được phát triển bởi hãng Autodesk và ra mắt lần đầu tiên vào năm 1982

Trang 40

Hình 2.10: Phần mềm soạn thảo đồ họa autcad

2.7.2 Phần mền SketchUp

SketchUp là phần mềm mô phỏng 3D được phát triển bởi công ty Trimble, một công ty chuyên phát triển phần mềm ứng dụng cho ngành xây dựng SketchUp được sử dụng phổ biến trong các lĩnh vực kiến trúc, nội thất và đồ họa 3D

Hình 2.11: Phần mềm thiết kế 3D sketchup