tính toán và thiết kế hệ thống điện năng lượng mặt trời cho trung tâm thương mại lotte mart quận 7 tp hcm

Với các thống kê EVN cơ cấu công suất nguồn điện toàn hệ thống, tính đến cuối năm 2022 thủy điện chiếm 29%, nhiệt điện than chiếm đến 32,5% và năng lượng tái tạo chiếm 26,5% qua đó cho t

TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI

Lý do chọn đề tài

Hiện nay, dân số ngày càng một tăng kéo theo các công trình nhà ở, các nhà máy xí nghiệp,…mọc lên ngày càng nhiều mà những việc này đòi hỏi sử dụng một nguồn năng lượng vô cùng lớn, thế nhưng nguồn năng lượng chúng ta đang sử dụng là nguồn năng lượng hóa thạch như dầu mỏ, than đá … đã dần cạn kiệt đến mức đáng cảnh báo Và giải pháp thay thế cho nguồn năng lượng đang dần cạn kiệt đó là nguồn năng lượng tái tạo được mà không cạn kiệt dần theo thời gian và đó là một xu thế trong tương lai sau này

Những vừa qua năng lượng là một bài toán khó cũng như vô cùng phức tạp cho nhiều nước trên thế giới nhất là các nước đang phát triển trong đó có ta Với các thống kê EVN cơ cấu công suất nguồn điện toàn hệ thống, tính đến cuối năm 2022 thủy điện chiếm 29%, nhiệt điện than chiếm đến 32,5% và năng lượng tái tạo chiếm 26,5% qua đó cho thấy được thủy điện và nhiệt điện vẫn chiếm một phần vô cùng lớn, vào những mùa khô thiếu điện trầm trọng đặc biệt hơn những năm ít nước, nhà máy nhiệt điện phải hoạt động hết công suất dẫn đến nguồn than ngày càng cạn kiệt ngoài ra các thiết bị của nhà máy giảm tuổi thọ đáng kể

Như đã được đề cập trước đó, Việt Nam là một đất nước đang trong đà phát triển, điều này gây ra sự mất cân bằng năng lượng giữa nhu cầu và nguồn cung năng lượng Mặt khác, việc tiết kiệm năng lượng trong các cơ sở giáo dục, nhà máy, trung tâm mua sắm, chưa được chú trọng đúng mức Tình trạng này đặt nước ta trước nguy cơ thiếu hụt năng lượng

Trung tâm thương mại Lotte Mart Q7 TP.HCM là một trung tâm lớn của thành phố cần lượng điện năng rất lớn để đáp ứng các nhu cầu thiết yếu của trung tâm Ngoài ra, mặt bằng mái vô cùng rộng rãi mà không sử dụng đến Thêm vào đó trung tâm nằm ở miền nam là một nơi có nắng dồi dào quanh năm Trong các tháng 1, 3, 4 thường có nắng từ 7 giờ đến

17 giờ Cường độ bức xạ trung bình thường lớn hơn 3.489 kWh/𝑚 2 /ngày, trung bình xấp xỉ 5.5 kWh/𝑚 2 /ngày Được đánh giá là khu vực có tiềm năng về năng lượng mặt trời Với các lý do trên đề tài “Thiết kế hệ thống điện năng lượng mặt trời áp mái hòa lưới bám tải 1,2MW’’ tại Trung tâm thương mại Lotte Mart Q7 TP.HCM là giải pháp tiết kiệm,

2 sử dụng năng lượng hiệu quả và góp phần thực hiện vào việc bảo vệ môi trường, giảm thiểu quá trinh hiệu ứng nhà kính ảnh hưởng đến biến đổi khí hậu trên toàn cầu.

Phương pháp nghiên cứu

Tìm hiểu thiết kế mô hình, tổng hợp và thu thập số liệu, thiết kế hệ thống pin, sơ đồ điện

Khảo sát thực địa mặt bằng mái, khả năng đổ bóng của mặt bằng mái từ đó đưa ra phương án lắp đặt phù hợp nhất để tấm pin đạt hiệu suất cao

Phân tích các số liệu, tính toán vật tư lắp đặt để đưa ra dự đoán chi phí đầu tư

Tính toán xây dựng mô phỏng, đánh giá và kiểm tra hệ thống

Tìm hiểu các tài liệu liên quan để xây dựng một hệ thống phù hợp với địa hình mặt bằng mái cũng như vị trị của mái để tối ưu nhất cho hệ thống

Xem xét lại toàn bộ cơ sở lý thuyết về hệ thống pin năng lượng mặt trời để đưa vào ứng dụng.

Đối tượng nghiên cứu

Mái trung tâm thương mại Lotte Mart Q7, TP.HCM.

Bố cục

Chương 1: Tổng quan về đề tài Chương 2: Cơ sở lí thuyết Chương 3: Thiết kế hệ thống và tính toán chi phí Chương 4: Sơ đồ thi công lắp đặt

Chương 5: Kết quả mô phỏng và thời gian thu hồi vốn Chương 6: Kết luận và hướng phát triển

Giới hạn

Do kiến thức còn hạn chế nên bọn em chưa đi sâu vào việc phân tích sâu vào chi tiết kỹ thuật đấu nối inverter và tủ điện, kết cấu chiệu lực của mái đã phù hợn chưa chỉ dừng lại ở mức đánh giá khả thi của dự án và lên bản thiết kế lắp đặt chi tiết và chi phí của dự án và thời gian thu hồi vốn

CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Các bước tính toán thiết kế cho hệ thống pin năng lượng mặt trời

Hệ thống pin năng lượng mặt trời được tính toán theo các bước sau đây:

- Tổng hợp và đánh giá mức tiêu thụ điện hàng ngày, chế độ làm việc, thời gian làm việc hàng ngày

- Khảo sát vị trí mặt bằng, lựa chọn góc và hướng nghiêng cho phù hợp để hệ thống có thể hấp thụ lượng bức xạ và tạo ra công suất tốt nhất

Bước 2: Tính toán mức tiêu thụ điện năng của phụ tải điện

- Để tính được lượng điện năng tiêu thụ hàng ngày ta sử dụng công thức:

𝑡 𝑖 𝑙à 𝑡ℎờ𝑖 𝑔𝑖𝑎𝑛 𝑡𝑖ê𝑢 𝑡ℎụ 𝑐ủ𝑎 𝑡ả𝑖 𝑡ℎứ 𝑛ℎấ𝑡 (ℎ) Bước 3: Tính toán số lượng tấm pin cho hệ thống

Dựa vào diện tích mặt bằng có thể lắp đặt cùng với nhu cầu sử dụng mà lựa chọn công suất và tính toán số lượng tấm pin cho phù hợp với khả năng lắp đặt

Bước 4: Tính toán để lựa chọn Inverter

- Công suất: Để lựa chọn inverter cho phù hợp ta cần xét theo điều kiện sau:

𝑃 𝑝𝑖𝑛 là tổng công suất của dàn pin (công suất mỗi tấm pin x số lượng tấm pin)

𝑃 𝑖𝑛𝑣 là công suất của Inverter Để đạt được hiệu suất tối ưu công suất của dàn pin nên tiến sát giá trị 1.2 lần công suất của inverter (Pinv)

- Điện áp và dòng điện: Thiết kế tổng số pin trong một chuỗi string phải nằm trong khoảng an toàn cho phép của inverter

𝑉𝑚𝑝𝑝_𝑖𝑛𝑣_𝑚𝑖𝑛 là điện áp nhỏ nhất để mạch MPPT hoạt động

𝑉 𝑚𝑝𝑝−𝑠𝑡𝑟𝑖𝑛𝑔 là điện áp hoạt động của 1 string ( 𝑉 𝑚𝑝𝑝−𝑠𝑡𝑟𝑖𝑛𝑔 = 𝑉 𝑚𝑝𝑝 × 𝑆ố 𝑡ấ𝑚 𝑝𝑖𝑛)

𝑉𝑚𝑝𝑝_𝑖𝑛𝑣_𝑚𝑎𝑥 là điện áp lớn nhất mà MPPT cho phép

𝐼 𝑚𝑝𝑝_𝑖𝑛𝑣 là dòng điện hoạt động của MPPT

𝐼 𝑚𝑝𝑝_𝑠𝑡𝑟𝑖𝑛𝑔 là dòng điện của một chuỗi string Bước 5: Tính toán lựa chọn tiết dây dẫn

Khi lựa chọn dây dẫn thì cần áp dụng các chỉ tiêu đánh giá sau: Điện áp định mức tối thiểu: 𝑉 đ𝑚 = 𝑉 𝑜𝑐 Dòng điện định mức tối thiểu: 𝐼 đ𝑚 = 1,25 × 𝐼 𝑠𝑐 Điện áp định mức cáp: Phải lớn hơn điện áp tối thiểu (𝑉 𝑜𝑐 ) Khả năng chịu tải của cáp: Phải lớn hơn dòng điện tối thiểu (1,25 × 𝐼 𝑠𝑐 ) Tổn thất điện áp: Tổn thất điện áp nên nhỏ hơn 3%

Bước 6: Bảo vệ nối đất, chống sét

Trong hệ thống điện năng lượng mặt trời, bảo vệ nối đất và chống sét đóng vai trò quan trọng để đảm bảo an toàn và bảo vệ hệ thống khỏi các nguy cơ liên quan đến sét và sự cố điện Dưới đây, chúng ta sẽ xem xét một số yếu tố quan trọng liên quan đến bảo vệ nối đất và chống sét trong hệ thống điện năng lượng mặt trời:

Nối đất hệ thống: Đây là quá trình kết nối các thành phần của hệ thống (các tấm pin, inverter, thiết bị điện) với điểm nối đất Điểm nối đất thường được kết nối với hệ thống nối đất chung của toà nhà hoặc tạo ra riêng biệt Mục đích của việc nối đất hệ thống là tạo ra một đường dẫn an toàn cho dòng điện trong trường hợp sự cố như rò điện, giảm nguy cơ điện giật và đảm bảo an toàn cho người sử dụng

Tiếp địa tường nhà: Đối với hệ thống điện mặt trời được cài đặt trên mái nhà, việc tiếp địa tường nhà là rất quan trọng Điều này bao gồm kết nối dây tiếp địa từ hệ thống đến cấu trúc bê tông hoặc kim loại của tường nhà để tạo ra một đường dẫn dễ dàng cho dòng

5 điện trong trường hợp sự cố Việc tiếp địa tường nhà giúp giảm thiểu nguy cơ sét và tạo ra một con đường an toàn cho dòng điện trong trường hợp sự cố

Thanh chống sét: Thanh chống sét được cài đặt ở các điểm cao nhất của hệ thống để thu hút và định tuyến sét vào một đường dẫn an toàn Thanh chống sét thường được làm từ vật liệu dẫn điện tốt như đồng hoặc nhôm Nhiệm vụ của thanh chống sét là thu hút sét và định tuyến nó vào hệ thống đất thông qua hệ thống tiếp địa

Hệ thống tiếp địa: Hệ thống tiếp địa bao gồm các dây tiếp địa và thanh tiếp địa được kết nối với các thành phần của hệ thống điện mặt trời và đường dẫn sét Nhiệm vụ của hệ thống tiếp địa là dẫn sét vào đất một cách an toàn và giảm thiểu nguy cơ gây hư hỏng cho hệ thống

Thiết bị bảo vệ chống sét: Thiết bị bảo vệ chống sét, như bộ phận bảo vệ chống sét (SPD), được sử dụng để giảm thiểu tác động của sét lên hệ thống SPD có khả năng chấp nhận và xử lý lượng năng lượng sét một cách an toàn, giúp bảo vệ các thiết bị điện và hệ thống điện mặt trời khỏi các sự cố gây hư hỏng.

Các yếu tố bên ngoài ảnh hưởng đến sản lượng của hệ thống năng lượng mặt trời

Hiệu suất tấm pin mặt trời: Tấm pin mặt trời thường có hiệu suất cao nhất ở một nhiệt độ cụ thể, thường là xung quanh 25-30℃ Tùy thuộc vào vị trí lắp đặt tấm pin, nhiệt độ có thể làm giảm hiệu suất đầu ra của PV Khi nhiệt độ tấm pin tăng cao thì dòng điện đầu ra cũng tăng, điện áp đầu ra lại giảm, dẫn đến công suất của tấm pin giảm Độ bền và tuổi thọ: Nhiệt độ cao có thể gây ra tác động tiêu cực đến độ bền và tuổi thọ của tấm pin mặt trời Khi nhiệt độ tăng cao sẽ ảnh hưởng đến các thành phần cũng như các hợp chất bên trong tấm pin gây hư hỏng và giảm tuổi thọ của tấm pin

Hệ thống điều khiển: Ngoài tác động lên tấm pin mặt trời, nhiệt độ cũng có ảnh hưởng đến hoạt động của hệ thống điều khiển và inverter Nếu nhiệt độ quá cao, sự mất mát điện năng có thể tăng lên và ảnh hưởng đến hiệu suất của hệ thống điều khiển Điều này có thể gây ảnh hưởng tiêu cực đến khả năng điều khiển và tạo ra điện năng chính xác, ảnh hưởng đến hoạt động tổng thể của hệ thống

Tăng tổn thất điện năng: Nhiệt độ cao có khả năng tăng tổn thất điện năng trong dây dẫn và các thành phần khác của hệ thống điện mặt trời Tổn thất này đồng nghĩa với việc

6 mất điện năng, gây giảm hiệu suất tổng thể của hệ thống Quản lý nhiệt độ là một yếu tố cần thiết để giảm tổn thất điện năng và đảm bảo hoạt động hiệu quả của hệ thống điện mặt trời

Hình 2 1 Đường cong đặc trưng I-V của pin mặt trời dưới các nhiệt độ khác nhau

2.2.2 Lượng bức xạ mặt trời

Sản lượng điện: Lượng bức xạ mặt trời là yếu tố quan trọng, là nguồn năng lượng chính đối với hệ thống điện năng lượng mặt trời Hệ thống điện năng lượng mặt trời cần có đủ lượng bức xạ mặt trời để hoạt động hiệu quả

Hiệu suất chuyển đổi: Quá ít bức xạ mặt trời có thể làm giảm hiệu suất của hệ thống và làm giảm lượng điện được tạo ra Quá nhiều bức xạ mặt trời cũng có thể gây ra tình trạng quá tải và làm tăng nhiệt độ trong hệ thống

Hình 2 2 Đường cong đặc trưng I-V của pin mặt trời dưới các cường độ ánh sáng mặt trời khác nhau

Vị trí và góc nghiêng của tấm pin mặt trời trong hệ thống điện năng lượng mặt trời đóng vai trò quan trọng trong việc tận dụng lượng bức xạ mặt trời và tối ưu hoá hiệu suất của hệ thống

Hướng đặt tấm pin mặt trời thường được xác định dựa trên hướng ánh sáng mặt trời tại vị trí cụ thể Trên bán cầu bắc, hướng tốt nhất để đặt tấm pin mặt trời là hướng về phía Nam, trong khi trên bán cầu nam, hướng tốt nhất là hướng về phía Bắc Điều này giúp tấm pin mặt trời tiếp nhận ánh sáng mặt trời trong thời gian dài nhất trong ngày

Góc nghiêng của tấm pin mặt trời cũng quan trọng, vì nó ảnh hưởng đến lượng bức xạ mặt trời nhận được Góc nghiêng được tính từ mặt phẳng ngang và có thể điều chỉnh để tối ưu hoá hiệu suất Góc nghiêng thích hợp sẽ tối đa hóa lượng ánh sáng mặt trời tiếp xúc với tấm pin mặt trời, từ đó tăng hiệu suất chuyển đổi năng lượng thành điện Khi góc

8 nghiêng không phù hợp, lượng bức xạ mặt trời tiếp xúc với tấm pin mặt trời sẽ giảm, dẫn đến giảm sản lượng điện tạo ra được

Hiệu suất module: Một tấm pin mặt trời hoạt động như một mạch điện, trong đó dòng điện được tạo ra khi ánh sáng mặt trời chiếu vào tấm pin và kích thích các nguyên tử trong pin Khi một phần của tấm pin bị đổ bóng, dòng điện sẽ bị giảm hoặc ngừng hoàn toàn, tùy thuộc vào mức độ đổ bóng Điều này dẫn đến mất điện năng sản xuất và làm giảm hiệu suất toàn bộ hệ thống

Mất cân bằng điện áp: Khi tấm pin mặt trời bị đổ bóng, điện áp của các tế bào ở những chỗ bị đổ bóng sẽ giảm điện áp còn các tế bào không bị đổ bóng điện áp sẽ không thay đổi Hiện tượng có thể gây ra mất cân bằng điện áp trong hệ thống và làm giảm hiểu suất của chuỗi tấm pin đó dẫn đến giảm hiểu suất chuyển đổi Để giảm tác động của hiện tượng đổ bóng, có một số giải pháp có thể áp dụng trong hệ thống năng lượng mặt trời Một giải pháp phổ biến là lựa chọn vị trí lắp đặt hợp lý cho hệ thống, tránh các khu vực có nguy cơ đổ bóng cao như gần cây cối hay tòa nhà cao

Hình 2 3 Các vị trí che bóng làm giảm hiệu suất tấm pin

Tấm Pin Năng lượng mặt trời

Pin mặt trời hay pin quang điện có tên tiếng Anh là Solar Panel, nó bao gồm nhiều tế bào quang điện (được gọi là solar cells) Một tấm pin năng lượng mặt trời thông thường sẽ từ 60 hoặc 72 tế bào quang điện tạo thành

Tấm pin mặt trời đóng có trò quan trọng trong việc chuyển đổi sang năng lượng tái tạo và giảm thiểu sự phụ thuộc vào nguồn năng lượng truyền thống gây ô nhiễm Với tiềm

9 năng lớn và khả năng phát triển không ngừng, pin mặt trời đang trở thành một phần quan trọng trong việc xây dựng một tương lai bền vững và xanh hơn cho hành tinh chúng ta Quá trình hoạt động của pin Mặt Trời có thể được chia thành ba giai đoạn cơ bản:

- Giai đoạn đầu tiên là khi năng lượng từ các photon của ánh sáng Mặt Trời được hấp thụ bởi vật liệu pin, thường là chất bán dẫn như silicon, tạo thành các cặp electron-hole Đây là quá trình kích thích các điện tử trong vật liệu pin và tạo ra sự chuyển động của chúng

- Tiếp theo, các cặp electron-hole bị phân tách bởi một ngăn cách tạo bởi các lớp chất bán dẫn khác nhau, thường là p-n junction Hiệu ứng này tạo ra hiệu điện thế trong pin Mặt Trời, tạo điều kiện cho dòng điện chảy qua pin

- Cuối cùng, pin Mặt Trời được kết nối trực tiếp vào mạch ngoài, tạo ra dòng điện liên tục Điện năng này có thể được sử dụng trực tiếp hoặc lưu trữ trong hệ thống pin hoặc công nghệ lưu trữ năng lượng như ắc quy để sử dụng sau này

Pin Mặt Trời có nhiều ứng dụng trong thực tế Mặc dù giá thành vẫn còn đắt, nhưng chúng đặc biệt phù hợp cho các vùng mà điện lưới khó tiếp cận như khu vực núi cao, đảo xa hay trong các hoạt động trên không gian Ví dụ cụ thể bao gồm việc sử dụng pin Mặt Trời cho các vệ tinh quay xung quanh quỹ đạo Trái Đất, máy tính cầm tay, điện thoại di động từ xa và các thiết bị bơm nước

Pin mặt trời được chia thành 8 phần bao gồm: khung nhôm, kính cường lực, lớp màng EVA, Solar cell, tấm nền pin, hộp đấu dây, cáp điện, jack kết nối MC4

Hình 2 4 Cấu tạo tấm pin

- Khung nhôm: Có chức năng tạo ra một bộ khung, một kết cấu vững chắc và cứng cáp để có thể tích hợp solar cell cùng với các bộ phận khác Với thiết kế rất cứng cáp nhưng phần khung này vẫn phải đảm bảo về trọng lượng đủ nhẹ, bộ khung có thể bảo vệ và cố định các thành bên trong trước các ngoại lực bên ngoài tác động như gió lớn,…Màu sắc phổ biến của khung nhôm là màu bạc

- Kính cường lực: Để có thể bảo vệ các cell pin khỏi các yếu tố của thời tiết như mưa, tuyết, bụi, mưa đá, gió, nhiệt độ,…hay các tác động va đập khác từ bên ngoài, do đó kính cường lực được thiết kế vô cùng tỉ mỉ, kĩ càng

- Lớp màng EVA (Ethylene vinyl acetate): Hay còn được gọi là chất kết dính Đây là lớp màng polymer trong suốt được đặt trên và dưới solar cell, chúng có tác dụng kết dính solar cell với lớp kính cường lực ở phía trên và tấm nền nằm phía dưới Thông thường, vật liệu EVA có khả năng chịu được nhiệt độ khắc nghiệt và có độ bền cực kỳ cao

- Lớp Solar Cell (Tế bào quang điện): Tấm pin mặt trời được cấu tạo từ nhiều đơn vị nhỏ hơn là solar cell Những loại pin năng lượng mặt trời hiện nay trên thị trường như mono và poly được làm từ silic (đơn tinh) hoặc gallium arsenide (đa tinh), là một loại chất bán dẫn phổ biến Trong một cell, tinh thể silic nằm giữa hai lớp dẫn điện kim loại (ribbon, busbar) Một tế bào quang điện gồm có hai lớp silic khác nhau, loại N và loại P

Hình 2 5 Cấu tạo tế bào quang điện

- Tấm nền pin: Bảo đảm an toàn, có chức năng cách điện, bảo vệ cơ học và chống ẩm Vật liệu sử dụng để làm tấm nền pin có thể là polymer, nhựa PP, PVF, PET,…Tấm nền pin có độ dày khác nhau phụ thuộc vào nhà sản xuất Phần lớn tấm nền pin thường có màu trắng Một số tấm nền pin cũng có thể có các tính năng bổ sung như lớp chống phản xạ để tăng hiệu suất hấp thụ ánh sáng, hoặc lớp chống tia cực tím (UV) bảo vệ solar cell khỏi tác động của tia UV

- Hộp đấu dây: Là một phần quan trọng trong hệ thống pin mặt trời Là nơi tập trung và chuyển năng lượng điện sau khi được chuyển hóa từ tấm pin năng lượng mặt trời ra ngoài

Vì đây là điểm trung tâm nên được thiết kế bảo vệ vô cùng chắc chắn

- Cáp điện DC: Là loại cáp điện chuyên dụng dành cho điện năng lượng mặt trời Loại cáp này có khả năng cách điện 1 chiều DC cực kỳ tốt, bên cạnh đó là khả năng chống chịu tốt trước những sự thay đổi khắc nghiệt của thời tiết và 1 số tác động khác

Inverter (biến tần)

Hiện tại, inverter năng lượng mặt trời được phân làm 3 loại đó là Inverter hòa lưới (On – grid), Inverter độc lập (Off – grid), Inverter Hybrid

Inverter hòa lưới (On – grid):

- Inverter hòa lưới là một thành phần quan trọng trong hệ thống năng lượng mặt trời Nhiệm vụ chính của nó là chuyển đổi năng lượng từ tấm pin mặt trời thành điện xoay chiều (AC) để cung cấp cho các thiết bị sử dụng điện

- Bằng cách kết nối và xử lý năng lượng từ nhiều chuỗi tấm pin mặt trời, đảm bảo hiệu suất hoạt động tối ưu của hệ thống Với vai trò trung tâm trong hệ thống điện mặt trời, inverter hòa lưới đóng góp quan trọng vào việc tận dụng và sử dụng hiệu quả nguồn năng lượng mặt trời

Hình 2 6 Inverter hòa lưới ABB và Growatt

Chi phí lắp đặt và bảo trì thấp

Hệ thống sẽ tự động ngừng hoạt động đối với trường hợp điện lưới mất nhằm đảm bảo an toàn cho lưới điện lẫn người sử dụng

Khi hết nắng, hệ thống sẽ dừng cung cấp điện, buổi tối sẽ sử dụng điện lưới

Không đem lại hiệu quả nếu thời gian sử dụng điện tập trung vào buổi tối

Inverter độc lập (Off – grid):

- Là loại inverter được sử dụng trong hệ thống không phụ thuộc vào lưới điện nhà nước Năng lượng được thu và lưu trữ trong ắc quy để cung cấp cho các thiết bị điện

- Điều này cho phép hệ thống được lắp đặt ở những nơi không có điện lưới, những vùng không được kết nối với lưới điện

- Hệ thống điện mặt trời độc lập này mang lại sự độc lập và tự chủ về năng lượng, đồng thời giúp mở rộng phạm vi sử dụng năng lượng mặt trời đến những vùng địa lý khó khăn

Luôn làm chủ nguồn điện, không lo tình trạng mất điện lưới

Sử dụng năng lượng sạch góp phần bảo vệ môi trường

Tiết kiệm chi phí lâu dài

Chi phí đầu tư cao

Lưu trữ năng lượng mặt trời hạn chế

- Inverter Hybrid là loại biến tần được sử dụng trong hệ thống điện mặt trời có tính năng lưu trữ, kết hợp cả inverter On-grid (hòa lưới) và inverter Off-Grid (độc lập)

- Khi không có điện, sẽ sử dụng nguồn điện được lưu trữ

- Điều này mang lại tính linh hoạt và đáng tin cậy, đồng thời tối ưu hóa và đảm bảo nguồn điện liên tục trong trường hợp mất điện lưới

Sử dụng tối đa nguồn năng lượng mặt trời

Không phụ thuộc vào điện lưới

Chi phí đầu tư cao Đơn vị lắp đặt cần có chuyên môn cao

Cần phải cài đặt thông số chính xác

Khi lựa chọn inverter, có một số yếu tố quan trọng cần xem xét Dưới đây là một số yếu tố cơ bản để bạn có thể xem xét trong việc chọn inverter phù hợp:

- Đầu tiên, bạn cần xác định công suất đầu vào (DC) của hệ thống điện mặt trời và đảm bảo rằng inverter có khả năng xử lý công suất đầu vào tương ứng Nếu công suất đầu vào vượt quá công suất của inverter, hiệu suất của hệ thống sẽ giảm đi

- Tiếp theo, hãy xác định công suất đầu ra (AC) mà bạn cần để cung cấp cho các thiết bị trong nhà Inverter phải có công suất đầu ra đủ để đáp ứng nhu cầu sử dụng điện của bạn

- Loại inverter cũng là một yếu tố quan trọng Có hai loại inverter phổ biến là inverter on- grid (kết nối lưới) và inverter off-grid (không kết nối lưới) Nếu bạn muốn kết nối hệ thống điện mặt trời của mình với lưới điện quốc gia, bạn cần một inverter on-grid Ngược lại, nếu bạn muốn hoạt động độc lập hoặc có hệ thống lưu trữ năng lượng, bạn cần một inverter off-grid

- Hiệu suất của inverter cũng là một yếu tố quan trọng Hiệu suất cao giúp chuyển đổi năng lượng từ tấm pin mặt trời sang điện AC hiệu quả hơn và tiết kiệm năng lượng

- Độ tin cậy của inverter cũng cần được xem xét Chọn inverter từ các nhà sản xuất có uy tín và đáng tin cậy để đảm bảo rằng inverter hoạt động ổn định trong thời gian dài và có tuổi thọ cao

- Tính năng bảo vệ của inverter cũng quan trọng Đảm bảo inverter có các tính năng bảo vệ như bảo vệ quá áp, quá dòng, chống sét, và bảo vệ ngược dòng để đảm bảo an toàn cho hệ thống và thiết bị

- Cuối cùng, hãy xem xét ngân sách của bạn và so sánh giá cả của các inverter khác nhau Tuy nhiên, hãy nhớ rằng việc chọn một inverter giá rẻ nhưng không đáng tin cậy có thể gây ra sự cố và chi phí bảo trì cao hơn trong tương lai

- Quan trọng nhất, trước khi lựa chọn inverter, hãy tham khảo ý kiến chuyên gia hoặc nhà cung cấp hệ thống điện mặt trời để đảm bảo rằng inverter phù hợp với yêu cầu cụ thể của bạn và hệ thống điện mặt trời của bạn

- Đối với số lượng inverter, cách lắp đặt điện mặt trời nhỏ có công suất 1 kilowatt trở xuống sẽ chỉ yêu cầu một inverter duy nhất, trong khi các lắp đặt lớn hơn sẽ yêu cầu một số inverter do các hạn chế sau:

 Hiệu quả: Inverter có công suất lớn hiệu quả hơn inverter nhỏ hơn Kích thước của inverter phải phù hợp với mảng mà nó sẽ xử lý

 Không gian hạn chế: Sử dụng ít inverter lớn hơn sẽ chiếm ít không gian hơn so với sử dụng nhiều inverter nhỏ

Cấu trúc của 1 hệ thống điện mặt trời hòa lưới bám tải

Hệ thống điện mặt trời hòa lưới bám tải là một giải pháp sử dụng năng lượng mặt trời để tạo điện nhưng không có điện phát lên lưới Hệ thống sẽ tự động thực hiện đo đạc công suất tiêu thụ của tải sau đó tạo ra công suất điện bằng với lượng điện của tải tiêu thụ, không tạo ra lượng điện dư thừa và không đẩy lên lưới điện của quốc gia Cấu trúc hệ thống này bao gồm các thành phần cơ bản sau:

- Pin mặt trời: Đây là phần quan trọng nhất của hệ thống, nơi năng lượng mặt trời được chuyển đổi thành điện năng Tùy vào điện áp và dòng điện, cũng như yêu cầu từ phụ tải mà chúng ta muốn lấy để nạp vào ắc quy hoặc sử dụng mà các tấm pin phải sẽ được kết nối với nhau một cách hợp lý

- Bộ biến tần: Vì năng lượng điện mặt trời được tạo ra ở dạng DC (điện một chiều), cần sử dụng bộ biến tần để chuyển đổi thành AC (điện xoay chiều) phù hợp với hệ thống lưới điện công cộng Bộ biến tần thực hiện chuyển đổi từ DC sang AC và điều chỉnh dòng điện và tần số để phù hợp với yêu cầu của lưới điện

- Đồng hồ đo lưu lượng điện: Đây là thiết bị dùng để đo lường và ghi lại lượng điện được tạo ra từ năng lượng mặt trời và lượng điện được đưa vào lưới điện công cộng

Các tấm pin năng lượng mặt trời, chức năng của chúng là hấp thụ bức xạ năng lượng mặt trời và chuyển đổi thành dòng điện một chiều (DC) Dòng điện này sau đó được chuyển đổi thành dòng điện xoay chiều (AC) thông qua bộ biến tần, được trang bị thuật toán MPPT (Maximum Power Point Tracking) để tối ưu hóa hiệu suất chuyển đổi

Dòng điện xoay chiều từ hệ thống pin năng lượng mặt trời được hòa vào hệ thống điện của tòa nhà và lưới điện Hệ thống sử dụng inverter để ưu tiên sử dụng điện năng từ nguồn năng lượng mặt trời trước

Ban ngày khi lượng bức xạ mặt trời đủ mạnh, tòa nhà sẽ sử dụng 100% lượng điện năng từ điện mặt trời

Vào buổi chiều và ban đêm, nếu điện năng từ điện mặt trời không đủ đáp ứng nhu cầu điện của tòa nhà, hệ thống sẽ lấy điện từ lưới để bù vào lượng còn thiếu

2.5.2 Điều kiện để hòa lưới điện năng lượng mặt trời Điều kiện bao gồm các thủ tục và hồ sơ kỹ thuật, tài liệu kỹ thuật liên quan đến tấm pin quang điện, bộ inverter, giấy chứng nhận, các biên bản kiểm định và thí nghiệm, cùng các

17 thông số kỹ thuật được quy định trong hiện tại, cũng như kết quả kiểm nghiệm dựa trên Thông tư 39/2015/TT-BCT của Bộ Công Thương, đề ra quy định về hệ thống điện phân phối

2.5.3 Quy trình đấu nối điện

- Xác định các thông số dự án

- Công suất của hệ thống điện mặt trời

- Thông số kỹ thuật của các tấm pin quang điện

- Bộ biến biến tần (Inverter)

- Các thiết bị đóng cắt và bảo vệ

Tuân theo các tiêu chuẩn của Việt Nam về điện mặt trời Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 7447-7-712:2015 (IEC 60364-7-712:2002) - Phần 7-712: Yêu cầu đối với hệ thống lắp đặt đặc biệt hoặc khu vực đặc biệt - Hệ thống nguồn quang điện sử dụng năng lượng mặt trời (PV) Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 10896:2015 (IEC 61646:2008) về Module quang điện màng mỏng mặt đất (PV) - Chất lượng thiết kế và phê duyệt kiểu Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 11855-1:2017 (IEC 62446-1:2016) về Hệ thống quang điện (PV) - Yêu cầu thử nghiệm, tài liệu và bảo trì.

Giới thiệu các phần mềm sử dụng

- PVsyst là một phần mềm mô phỏng và phân tích hiệu suất hệ thống năng lượng mặt trời

Nó là một công cụ mạnh mẽ được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp năng lượng mặt trời để thiết kế, mô phỏng và đánh giá hiệu suất của các hệ thống điện mặt trời

- Phần mềm PVsyst cung cấp nhiều công cụ và tính năng phục vụ cho việc phân tích hệ thống năng lượng mặt trời Dưới đây là một số tính năng quan trọng của PVsyst:

Thiết kế hệ thống: PVsyst cho phép người dùng thiết kế hệ thống năng lượng mặt trời bằng cách nhập các thông số kỹ thuật như loại module, hướng và góc nghiêng, kích thước hệ thống, và điều kiện môi trường Phần mềm sẽ tính toán các thông số quan trọng như công suất sản xuất, sản lượng điện năng và hiệu suất dự kiến của hệ thống

Mô phỏng hiệu suất: PVsyst sử dụng mô hình toán học phức tạp để mô phỏng hiệu suất của hệ thống năng lượng mặt trời Nó tính toán các yếu tố như hiệu suất mô-đun, mất mát do sương mù, mất mát do cát bụi, mất mát do nhiệt độ và mất mát do ảnh hưởng bóng cây Các yếu tố này được tính toán dựa trên dữ liệu thời tiết và hình ảnh hình học của hệ thống Tối ưu hóa hiệu suất: PVsyst cung cấp các công cụ tối ưu hóa để giúp người dùng tìm ra các cấu hình tối ưu cho hệ thống năng lượng mặt trời Người dùng có thể thử nghiệm và so sánh các cấu hình khác nhau để xem xét các yếu tố như hiệu suất, sản lượng và lợi tức kinh tế Đánh giá tài chính: PVsyst hỗ trợ tính toán và đánh giá các chỉ số tài chính quan trọng như giá trị hiện tại ròng (NPV), tỷ suất sinh lời nội bộ (IRR), thời gian hoàn vốn (Payback period) và lợi nhuận ròng (Net Profit) Điều này giúp các nhà đầu tư và nhà phát triển dự án đánh giá khả năng tài chính của hệ thống năng lượng mặt trời

- PVsyst đã được phát triển và cải tiến liên tục trong nhiều năm và được sử dụng rộng rãi trên toàn thế giới Nó là một công cụ hỗ trợ quan trọng trong việc phân tích và đánh giá hiệu suất hệ thống năng lượng mặt trời và hỗ trợ quyết định thiết kế và đầu tư trong ngành công nghiệp năng lượng mặt trời

Mô phỏng chính xác hiệu suất hệ thống năng lượng mặt trời Đa dạng tính năng và công cụ hữu ích

Tối ưu hóa hiệu suất hệ thống Đánh giá sơ bộ tài chính

Phiên bản trải nghiệm cần phải trả phí

Chưa hỗ trợ sơ đồ đơn tuyến và đi dây

Khó tích hợp với các phần mềm khác

- AutoCAD là một phần mềm thiết kế và vẽ kỹ thuật 2D và 3D phổ biến được phát triển bởi Autodesk AutoCAD được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, bao gồm kiến trúc, xây dựng, cơ khí, điện, và nhiều ngành công nghiệp khác

- AutoCAD cung cấp một loạt các công cụ và tính năng cho việc tạo, chỉnh sửa và trình bày các bản vẽ kỹ thuật Dưới giao diện đồ họa trực quan, người dùng có thể thiết kế các bản vẽ chi tiết, mô hình, sơ đồ kỹ thuật, bản vẽ các bộ phận và hệ thống, và nhiều nội dung khác

- AutoCAD là một phần mềm hữu ích và phổ biến trong thiết kế và vẽ kỹ thuật Với tính năng đa dạng, mô phỏng 3D, tích hợp và tùy chỉnh, nó hỗ trợ người dùng trong việc tạo ra các bản vẽ và mô hình chất lượng cao, đáp ứng yêu cầu của nhiều ngành công nghiệp khác nhau Đặc biệt trong thiết kế hệ thống năng lượng mặt trời AutoCAD giúp chúng ta đưa ra các đánh giá chính xác về khối lượng công việc và dự đoán vật tư cần thiết

- Ưu điểm: Đa dạng tính năng

Mô phỏng 3D trực quan, linh hoạt góc nhìn

Tính linh hoạt và tùy chỉnh

Hỗ trợ đa nền tảng

Có thể lưu trữ và tái sử dụng các bản vẽ

- Nhược điểm: Đòi hỏi thời gian và kỹ năng để học

Yêu cầu cấu hình cao

- SketchUp là một phần mềm mô hình hóa 3D được phát triển bởi Trimble Inc Nó được thiết kế để giúp người dùng tạo ra mô hình 3D nhanh chóng và dễ dàng trong các lĩnh vực như kiến trúc, xây dựng, nội thất, cảnh quan và thiết kế sản phẩm

Dễ học và sử dụng Tạo mô hình nhanh chóng Tính linh hoạt và tương thích

Giới hạn tính năng trong phiên bản miễn phí Không phù hợp cho các dự án phức tạp Hạn chế trong phân tích và mô phỏng

THIẾT KẾ HỆ THỐNG VÀ TÍNH TOÁN CHI PHÍ

Tổng quan về mặt bằng lắp đặt

Địa chỉ: Lotte Mart, Số 469 Đ Nguyễn Hữu Thọ, P Phú Thuận, Quận 7, Thành phố

Hồ Chí Minh 700000, Việt Nam

Diện tích: Khoảng 15000 𝑚 2 chưa trừ các phần bị đổ bóng cũng như phần diện tích lắp đặt cục nóng điều hòa cũng như các bồ chứa nước của trung tâm

Diện tích thi công: Ước tính diện tích lắp đặt rơi vào khoảng 11000 𝑚 2 với diện tích này thì sẽ lắp đặt tấm pin dọc theo chiều rộng của mái

Hình 3 1 Trung tâm thương mại Lotte Mart Quận 7

Chọn phương án lắp đặt

Trung tâm Lotte Mart tại Quận 7, TP.HCM có mái bằng bê tông phẳng Do đó, chúng em đã lựa chọn phương án lắp đặt giàn khung đỡ trên mái bê tông

Góc lắp phù hợp nhất cho giàn khung đỡ là từ 10-15 độ và chúng tôi đã chọn inox làm chất liệu cho giàn khung đỡ để đảm bảo độ bền theo thời gian và tính cứng cáp cao hơn so với các chất liệu khác

Hình 3 2 Thiết kế của giàn khung đỡ tấm pin được thiết kế bằng Autocad

Khả năng đổ bóng

Sau khi khảo sát mái của Trung tâm thương mại, nhóm nhận thấy nhà thiết kế xây dựng thiết kế cho trung tâm có các mặt bằng mái không bằng nhau có mặt bằng mái cao và mặt bằng mái thấp hơn, hai mặt bằng mái có độ chênh lệch chiều cao khoảng… Dẫn đến mái cao sẽ bị đổ bóng một phần diện tích nhỏ ở dưới phần mái dưới Nếu bị đổ bóng một phần nhỏ vào hệ thống tấm pin cũng ảnh hưởng lớn đến công suất tạo ra của hệ thống

Tuy nhiên phần mái ở trên lại hoàn toàn không bị đổ bóng bởi các vật thể nào cũng như phần lớn diện tích còn lại ở mái dưới không bị đổ bóng các vật thể khác Do đó nhóm quyết định chọn phương án lắp đặt hoàn toàn mái trên và các phần không bị đổ bóng ở mái dưới để có một công suất điện lớn nhất phục vụ cho Trung tâm.

Công suất

Hiện nay, trên thị trường có đa dạng các loại tấm pin có công suất cũng như hãng khác nhau Các tấm pin phổ biến hiện nay có công suất từ 450-600Wp đến từ các hãng như Qcell, Trina, AE Solar, Jinko, Astronergy,…Sau thời gian tính toán tổng thể thì nhóm quyết định chọn tấm pin có công suất 460Wp của Qcell để thực hiện cho dự án này

Vậy với diện tích tấm pin là 2163mm x 1030mm, khoảng cách giữa các tấm pin là 20mm và các dãy (string) là 350mm thì lắp được 2618 tấm pin ở các phần diện tích mái không bị đổ bóng Tổng công suất cho dự án là: 2618 x 460 = 1204,2 (kW).

Thiết kế hệ thống

Hiện nay, có ba loại công nghệ pin năng lượng mặt trời phổ biến nhất trên thị trường: Polycrystalline Silicon, Thin-Film, Monocrystalline Silicon Mỗi loại có ưu điểm và nhược điểm riêng, và lựa chọn theo yêu cầu cụ thể của dự án Để lựa chọn loại công nghệ pin năng lượng mặt trời phù hợp nhất với dự án thì chúng ta cần xem xét đến các yếu tố khác nhau cụ thể như là hiệu suất, giá thành, chính sách bảo hành, hình dạng và khả năng chống chịu với thời tiết,…

Trong hệ thống áp mái, diện tích mái được xác định cố định, do đó, việc lựa chọn tấm pin với hiệu suất cao nhất là cần thiết để tối đa hóa lượng năng lượng được sản xuất trên một diện tích nhất định

Từ những yêu cầu và yếu tố trên, nhóm tụi em đã quyết định chọn module QCells 460Wp Q Peak Duo-XL-G9.3-460 với các thông số cơ bản ở điều kiện STC sau:

Bảng 3 1 Các thông số cơ bản ở điều kiện STC Điện áp hoạt động (𝑉 𝑚𝑝𝑝 ) 44,89V Điện áp hở mạch (𝑉 𝑜𝑐 ) 53,25V

Kích thước 2163mm x 1030mm x 35mm

Hình 3 3 Module QCells 460Wp Q Peak Duo-XL-G9.3-460

Hình 3 4 Cấu hình của Module QCells 460W Q Peak Duo-XL-G9.3-460 trên Pvsyst Lựa chọn inverter:

Sau khi khảo sát nhu cầu phụ tải, diên tích mái có thể lắp đặt, công suất lắp đặt, nhóm em quyết định lựa chọn Inverter ABB PVS-100-TL với các cấu hình cơ bản sau:

Bảng 3 2 Các thông số cơ bản của Inverter ABB PVS-100-TL Đầu vào (DC)

Dòng điện đầu vào tối đa 36A

Dòng ngắn mạch DC tối đa 50A Điện áp đầu vào DC 360 - 1000V Điện áp khởi động 420V Điện áp hoạt động định mức 620V

Dòng AC cực đại 145A Điện áp AC 320V

Cân nặng 125 kg Đầu ra (AC)

Công suất đầu ra AC 100 000W

Dòng điện đầu ra AC tối đa 145A Điện áp AC định mức 400 V

Tần số lưới định mức/ dải hoạt động 50 Hz / 60 Hz

Số pha đầu vào/ số pha kết nối 3/ 3+PE or 4+PE

Hiệu suất chuẩn Châu Âu 98,2%

Hình 3 5 Cấu hình Inverter ABB PVS-100-TL trên Pvsyst

Hình 3 6 Kích thước của Inverter ABB PVS-100-TL trên Pvsyst

Hình 3 7 Inverter ABB PVS-100-TL

3.5.2 Lựa chọn thiết bị bảo vệ AC

MCCB (Molded Case Circuit Breaker) là một loại cầu dao bảo vệ được sử dụng trong hệ thống điện để ngắt mạch khi xảy ra các sự cố như ngắn mạch, quá tải, và các tình huống nguy hiểm khác MCCB có ứng dụng rộng trong cả lĩnh vực công nghiệp và dân dụng, nơi nhu cầu bảo vệ mạch điện và thiết bị khỏi hỏng hóc và tai nạn là rất quan trọng

MCCB (Molded Case Circuit Breaker) có những đặc tính và chức năng quan trọng sau:

- Dòng định mức: MCCB có khả năng chịu được dòng điện định mức trong mạch điện mà không bị kích hoạt ngắt mạch Điều này đảm bảo MCCB hoạt động ổn định trong thời gian dài

- Dòng ngắn mạch: MCCB có khả năng ngắt mạch nhanh chóng khi có ngắn mạch xảy ra Chức năng này bảo vệ mạch điện và các thiết bị khỏi tổn thương do dòng ngắn mạch

- Điện áp định mức: MCCB được thiết kế để chịu được điện áp định mức trong mạch điện mà không bị hỏng Điều này đảm bảo MCCB hoạt động ổn định và an toàn trong các điều kiện điện áp thông thường

- Cơ chế ngắt mạch: MCCB sử dụng các cơ chế như cơ cấu cắt lò xo hoặc cơ cấu cắt từ tích hợp để ngắt mạch nhanh chóng khi cần thiết Cơ chế này đảm bảo MCCB có thời gian phản ứng nhanh để ngăn chặn sự cố và bảo vệ mạch điện

- Đặc tính bảo vệ: MCCB có thể có các chức năng bảo vệ bổ sung như bảo vệ quá tải, bảo vệ ngắn mạch, bảo vệ quá áp, và bảo vệ đất Nhờ đó, MCCB giúp ngăn chặn các tác động đáng ngại và đảm bảo an toàn cho hệ thống điện

- Điều khiển và giám sát: MCCB có thể được điều khiển bằng tay hoặc tự động thông qua các thiết bị điều khiển ngoại vi Ngoài ra, MCCB có thể có tính năng giám sát và báo động để cảnh báo về các sự cố trong mạch điện, giúp người sử dụng phát hiện và khắc phục vấn đề kịp thời

Dựa vào dòng điện ngõ ra tối đa của Inverter ta có thể tính được dòng điện của MCCB bằng công thức:

𝐼 𝑀𝐶𝐶𝐵 ≥ 1,25 × 𝐼 𝐴𝐶_𝑚𝑎𝑥 = 1,25 × 145 = 181,25 (𝐴) Sau khi tính toán, nhóm em quyết định lựa chọn MCCB 200A-3P 42KA với các thông số:

Bảng 3 3 Thông số của MCCB

Dòng sản phẩm Aptomat - MCCB

Dòng cắt ngắn mạch 85 kA

Cấu hình hệ thống

Hệ thống gồm 2618 tấm pin được chia thành 187 string với mỗi string là 14 tấm pin Điện áp mỗi string: Với dãy điện áp từ 510V đến 630V phù hợp với khoảng an toàn của inverter

Hình 3 9 Cấu hình tấm pin và inverter trên Pvsysts

3.6.2 Các tổn thất của hệ thống

3.6.2.1 Hệ số tổn thất nhiệt của mảng PV

Hệ số tổn thất nhiệt của tấm pin năng lượng mặt trời (Thermal Loss Factor):

𝑈 = 𝑈 𝑐 + 𝑈 𝑣 ∗ 𝑊𝑖𝑛𝑑 𝑣𝑒𝑙 Trong đó: U là hệ số tổn thất nhiệt của mảng pin

𝑈 𝑐 là hệ số tổn thất cố định

𝑈 𝑣 là hệ số tổn thất gió Wind vel là vận tốc gió tại khu vực thiết kế Theo PVsyst với cấu hình của hệ thống hiện tại thì giá trị của 𝑈 𝑐 = 29 (W/𝑚 2 K) và 𝑈 𝑣 = 0 (W/𝑚 2 K)

Hình 3 10 Hệ số tổn thất nhiệt trên Pvsyst 3.6.2.2 Tổn thất trên dây dẫn

Tổn thất điện trở trên dây dẫn điện của hệ thống điện mặt trời (Ohmic Losses) Thông thường phần trăm mất mát ở điều kiện STC là 1,5%

3.6.2.3 Tổn thất chất lượng, tổn thất hiệu ứng suy giảm cảm ứng ánh sáng của tấm pin năng lượng mặt trời và tổn thất khi đấu nối

Tổn thất chất lượng tấm pin năng lượng mặt trời (Module Quality) Giá trị này quyết định bởi độ tin cậy của nhà sản xuất Với tấm pin hiện tại đang sử dụng cho hệ thống thì thông số này có giá trị là 0,5%

Hình 3 11 Hệ số tổn thất chất lượng tấm pin trên Pvsyst

Tổn thất hiệu ứng suy giảm cảm ứng ánh sáng (LID - Light Induced Degradution) Giá trị này thường không cung cấp bởi nhà sản xuất nhưng theo PVsyst thì giá trị tổn thất đó nằm trong khoảng từ 1% đến 3%, trên thị trường con số này rơi vào khoảng từ 2% đến 2,5%

Hình 3 12 Hệ số tổn thất hiệu ứng suy giảm cảm ứng ánh sáng

Tổn thất khi đấu nối sẽ bao gồm 2 phần đó là tổn thất không phù hợp giữa các Module (Module Mismatch Losses) và tổn thất không phù hợp điện áp (Strings Voltage Mismatch)

Hình 3 13 Hệ số tổn thất khi đấu nối trên Pvsyst

3.6.2.4 Tổn thất vết bẩn của hệ thống PV

Tổn thất vết bẩn của hệ thống pin (Soiling Loss) là hiện tượng xảy ra khi các bề mặt của các tấm pin mặt trời bị che phủ bởi bụi, cát, lá cây, mảnh vỡ hoặc các tạp chất khác, giá trị này phụ thuộc vào môi trường xung quanh Ở vị trí dự án chúng em đã khảo sát thì thấy mức độ khói bụi, lá cây, ở đây không nhiều nên chúng em đã lấy giá trị này là 1,5%

Hình 3 14 Hệ số tổn thất vết bẩn của hệ thống trên Pvsyst 3.6.2.5 Tổn thất suy giảm chất lượng module

Tổn thất suy giảm chất lượng module đây là giá trị được nhà sản xuất cam kết bảo hành Theo SolarWorld, loại module mà nhóm em chọn có tổn thất hàng năm không quá 0,54% và bảo hành chất lượng trong 25 năm

Hình 3 15 Hệ số tổn thất suy giảm chất lượng module trên Pvsyst

3.6.2.6 Tổn thất điện năng phụ

Tổn thất điện năng phụ (Auxiliaries Energy Losses) đây là phần điện năng tự dùng để vận hành nhà máy, bao gồm hoạt động giám sát, đo lường và điều khiển hệ thống, hệ thống làm mát, chiếu sáng tự dùng.

Mô phỏng đổ bóng

Hình 3 16 Biểu đồ đổ bóng của hệ thống

Hiện tượng đổ bóng xảy ra ít chủ yếu nhiều vào trước 8h và sau 17h ở những khoảng thời gian nay cường độ ánh sáng đã giảm không ảnh hưởng nhiều, gây sụt áp hay ảnh hưởng đến hiệu suất cũng như sản lượng đầu ra của hệ thống

Có tỉ lệ 1% bị che bóng vào sau 8h và trước 15h do cấu tạo của mái phức tạp nhiều khối cao thấp khác nhau nên tỉ lệ này là chấp nhận được.

Tính toán chi phí hệ thống

- Đơn giá đã bao gồm thuế VAT

Bảng 3 4Chi phí vật tư

Dự án: Hệ thống điện mặt trời áp mái hòa lưới bám tải cho Lotte mart Quận 7 Khối lượng chi tiết

STT Hạng mục Đơn vị

Số lượng Đơn giá Tổng cộng

1 Tấm pin năng lượng mặt trời Qcells Tấm 2618 3519000 9212742000

2 Biến tần hòa lưới ABB 3P 100 KW Bộ 10 188616480 1886164800

6 Lông đền đệm M12 - inox 304 cái 11480 1282 14717360

10 Tán M8x60 + lông đền - inox 304 bộ 11040 3762 41532480

12 Mini rail phủ anod chống ăn mòn thanh 5400 30000 162000000

17 Cáp điện DC XLPO 1500V - 6.0mm2 m 13600 17000 231200000

18 Cáp điện DC XLPO 1500V - 4.0mm2 m 10000 12500 125000000

19 Cáp điện AC CXV 1x240mm2 m 600 792000 475200000

26 Cosse đồng 70 + chụp cosse cái 70 57322 4012540

32 Đồng hồ hiển thị KWh, A, U,I… bộ 1 3500000 3500000

37 Máy cắt ACB 2000A LS bộ 1 45000000 45000000

38 Đèn báo pha trip bộ 3 1800000 5400000

39 Công tơ điện 2 chiều có kiểm định bộ 1 5000000 5000000

41 Cáp CV 6.0 (Đỏ - Vàng -Xanh) m 450 22110 9949500

44 Cầu chì 30A 10x38mm + Đế bộ 1 25500 25500

48 Công tắc áp suất 10 bar cái 1 345600 345600

Tray cáp 100x100 dày 1,2mm bao gồm nắp m 40 107000 4280000

Thang cáp 400x100 dày 1,2mm bao gồm nắp m 40 255000 10200000

57 Chữ thập đều 2 đầu 200x100 Cái 1 189000 189000

58 Giảm tray cáp 300 xuống 100 có nắp Cái 2 215000 430000

59 Co xuống 100x100 có nắp Cái 4 118000 472000

60 Co lên 100x100 có nắp Cái 4 118000 472000

61 Giảm 200 sang 150 có nắp Cái 2 210000 420000

63 Co vuông 150*100 có nắp Cái 2 140000 280000

64 Giảm 200 sang 100 có nắp Cái 2 180000 360000

65 Co vuông 200x100 có nắp Cái 5 165000 825000

66 Co lên 200x100 có nắp Cái 2 172000 344000

67 Co xuống 200x100 có nắp Cái 2 172000 344000

68 Co vuông thang cáp 400x100 có nắp Cái 5 268000 1340000

Với hệ thống trên 1000kWp thì chi phí thi công lắp đặt mất vào khoảng 600.000/kWp Suy ra chi phí lắp đặt của hệ thống sẽ như sau:

1204 × 600.000 = 722.400.000 𝑣𝑛𝑑 Chi phí bảo trì bảo dưỡng định kì trong 1 năm:

Với hệ thống mới lắp đặt chu kì bảo dưỡng định là 2 lần trong 1 năm trong 5 năm đầu, các năm sau đó là 3 lần/năm và sau 10 năm là 4 lần /năm

Với chi phí bảo trì bảo dưỡng hiện nay cho hệ thống trên 1M là 45.000 vnd/kWp thì 1 lần sẽ như sau:

Chi phí bảo trì bảo dưỡng 1 năm là: 108.360.000 vnd Chi phí bảo trì bảo dưỡng 1 năm sau 5 năm hoạt động khoảng: 162.540.000 vnd Chi phí bảo trì bảo dưỡng 1 năm sau 10 năm hoạt động khoảng: 216.720.00 vnd Chi phí phát sinh khác trong 1 năm: Đối với 1 hệ thống điện năng lượng mặt trời lớn thường xảy ra các sự cố ngoài ý muốn dẫn như đứt cáp, cháy inverter do một số nguyên nhân khách quan nên cần một số kinh phí dự trù phát sinh nhưng nó chỉ hay xảy ra khi hoạt động lâu sau 5 năm

SƠ ĐỒ THI CÔNG LẮP ĐẶT

Mặt bằng hiện trạng

Mặt bằng hiện trạng của Trung tâm thương mại Lotte Quận 7 được đo đạc kích thước từ thực tế và mô phỏng lại bằng phần mềm AutoCad

Hình 4 1 Mặt bằng hiện trạng của dự án khi dựng 2D

Hình 4 2 Mặt bằng hiện trạng của dự án khi dựng 3D

Sau khi khảo sát thực tế, nhóm em quyết định đưa ra phương án thiết kế giàn khung lắp đặt có độ nghiêng là 10°, dưới đây là bản thiết kế trên phần mềm AutoCad

Hình 4 3 Thiết kế của giàn khung

Sơ đồ bố trí giàn khung đỡ tấm pin

Hình 4 4 Mặt bằng bố trí giàn khung tổng thể

Hình 4 5 Mặt bằng bố trí dàn khung 800mm nhịp trụ 2000mm

Hình 4 6 Giàn khung lắp đặt tấm pin

Sơ đồ lắp đặt PV

Hình 4 11 Mặt bằng bố trí tấm PV qua phần mềm 2D

Hình 4 12 Mặt bằng bố trí tấm PV qua phần mềm 3D

Hình 4 13 Chi tiết lắp đặt tấm pin mặt trời

Sơ đồ bố trí string

Với tổng dự án là 1,204MWp bao gồm 2618 tấm pin, để phù hợp với khả năng của Inverter cũng như sau khi mô phỏng trên phần mềm Pvsyst, chúng em quyết định chia thành 187 string với mỗi string gồm 14 tấm PV và sẽ có 7 inverter kết nối 19 string và 3 inverter kết nối 18 string

Hình 4 14 Mô phỏng trên Pvsyst

Hình 4 15 Sơ đồ bố trí string

Sơ đồ máng cáp

Hệ thống máng cáp là một giải pháp thiết yếu để bảo vệ các dây điện khỏi tác động của môi trường Chức năng chính của hệ thống này là tạo ra một môi trường an toàn cho dây dẫn, giúp chúng trở nên bền bỉ hơn và ngăn ngừa các sự cố chập điện gây hỏng hệ thống năng lượng mặt trời

Hệ thống máng cáp đóng vai trò quan trọng trong một hệ thống điện năng lượng mặt trời Với tuổi thọ của hệ thống lên đến gần 20 năm, nên việc bảo vệ dây dẫn từ các tấm pin đến inverter là vô cùng cần thiết để đảm bảo hiệu suất và sự ổn định của hệ thống

Hình 4 16 Sơ đồ bố trí máng cáp

Hình 4 17 Chi tiết đi máng cáp

Máng cáp được sử dụng trong đề tài này có kích thước là 100x100, 200x100, 150x100 Cụ thể chiều dài máng 150x100 là 59m, chiều dài máng 100x100 là 181m, chiều dài máng 200x100 là 83,6m.

Sơ đồ nguyên lý của hệ thống

Trong cấu trúc này, nhóm đã lựa chọn inverter với 6 MPPT và mỗi MPPT được kết nối với 4 string Mỗi string bao gồm 14 tấm pin được kết nối nối tiếp với nhau Các string sau đó được đưa vào inverter theo sơ đồ nguyên lý của hệ thống Chức năng chính của inverter là biến đổi nguồn điện đầu vào DC từ các tấm pin thành nguồn điện xoay chiều 3 pha với tần số phù hợp Trong sơ đồ này, trước khi điện DC từ các String được đưa vào, chúng sẽ được bảo vệ bởi các MCCB, nhằm ngăn ngừa các sự cố chập điện có thể gây cháy các tấm pin Tương tự, sau khi điện đã được biến đổi thành điện AC thông qua inverter, nó cũng sẽ được bảo vệ bằng MCCB 3 pha trước khi đến các tải tiêu thụ Điều này đảm bảo rằng các thiết bị như tấm pin, inverter và các tải đều được bảo vệ bởi các thiết bị đóng cắt, giúp ngăn chặn các sự cố gây thiệt hại tài sản không đáng có

Hình 4 18 Sơ đồ nguyên lý của hệ thống

Sơ đồ đơn tuyến của hệ thống

Hình 4 19 Sơ đồ đơn tuyến của hệ thống

Sơ đồ nguyên lý hệ thống tiếp địa

Hình 4 20 Sơ đồ nguyên lý hệ thống tiếp địa

Sơ đồ bố trí nhà trạm Inverter

Hình 4 21 Chi tiết lắp đặt Inverter – Mặt trước

Hình 4 22 Chi tiết lắp đặt Inverter – Mặt hông

Khoảng cách giữa các Inverter là 500mm

Khoảng cách từ Inverter đến tủ là 500mm.

KẾT QUẢ MÔ PHỎNG VÀ THỜI GIAN THU HỒI VỐN

Kết quả mô phỏng

Thông số chính của hệ thống:

- Vị trí: Trung tâm thương mại Lotte Mart Q7

- Loại hệ thống: Hệ thống hòa lưới bám tải

- Hướng dàn module quang điện: 1 hướng với góc nghiêng 10 độ

- Tấm quang điện: HANWHA QCELL: 460 Wp

- Số lượng tấm pin: 2618 tấm

- Công suất danh nghĩa của hệ thống: 1204.2 kWp;

- Kết quả mô phỏng chính:

- Tỉ số hiệu suất: PR = Eac/GlobInc.Pnom = 79,9%;

- Tổng số vốn đầu tư:14.751.288.420 VNĐ ( chưa tính công lắp đặt )

- Sản lượng điện hàng ngày: 4696 kWh/day

- Sản lượng điện hàng năm: 1690,4 MWh/year

5.1.1 Các sản lượng cơ bản của mỗi kWp

Hình 5 1 Đồ thị sản lượng trên mỗi kWp lắp đặt

Từ đồ thị phía trên cho thấy được:

- Sản lượng điện tạo ra của hệ thống là: 3.9 kWh/kWp/ngày cho thấy được hệ thống cho sản lượng điện khá cao qua đó

- Tổn hao là :0.08 kWh/kWp/ngày tổn thất này rất nhỏ cho thấy hệ thống đã đảm bảo yêu cầu

- Giá trị tổn thất ngày của tấm pin là: 0.9kWh/kWp với giá trị tổn thất này ở mức thấp có thể chấp nhận được

Hình 5 2 Đồ thị biểu thị hiệu suất chuyển đổi

Theo biểu đồ với hiệu suất chuyển đổi là 79,9% đây là một hiệu suất tương đối tốt qua đó cũng cho thấy được sự thay đổi giá trị nhiệt độ ảnh hưởng rất nhiều đến hiệu suất chuyển đổi này

5.1.3 Các tổn thất của hệ thống

Hình 5 3 Biểu đồ những tổn thất của hệ thống

Tổn thất đổ bóng của vật thể xung quanh do đổ bóng là 4,2% có thể chấp nhận được do mặt bằng mái phức tạp có nhiều khối cao thấp khác nhau

Tổn thất do bụi bẩn là 1,5% do đặc thù thiết kế tấm pin nghiêng để hứng ánh sáng tốt nhất nên tổn thất do bụi bẩn cũng khá ít chủ yếu vào các mùa khô không có mưa nhiều giúp giảm bẩn tấm pin quang điện Vì vậy cần vệ sinh thường xuyên hơn vào mùa khô để tấm pin có hiệu suất tốt nhất

Hiệu suất chuyển đổi của tấm pin quang điện là 20,66%

Tổn thất do nhiệt độ là 6,5% đây là một con số khá thấp do mô hình lắp đặt cách mặt bằng mái cao thoáng khí, không áp sát vào mặt mái Nhiệt độ cũng ảnh hưởng nhất định đến sản lượng điện đầu ra của hệ thống qua đó khi lắp đặt chúng ta cần tận dụng các khoảng trống của mái và tấm pin để làm mát tấm pin những lúc nhiệt độ cao quá mức

Tổn thất inverter trong quá trình vận hành là 2%, tổn thất khác của inverter là không có Như vậy cho thấy được đã chọn inverter phù hợp với hệ thống.

Hệ thống hoạt động trên thực tế

Hệ thống hoạt động vào cuối tháng 7 năm 2021 Sản lượng điện mà hệ thống đã sản sinh ra cho đến hiện tại: 3,689,644 kWh

Hình 5 4 Biểu đồ sản lượng điện thực tế qua các năm vận hành

Từ sản lượng điện thực tế cho thấy được hệ thống sản sinh ra một lượng điện rất lớn để đáp ứng cho nhu cầu của trung tâm

Sản lượng điện hàng tháng của từng năm

BIỂU ĐỒ TỔNG SẢN LƯỢNG ĐIỆN NĂM 2021,2022 VÀ 2023

Hình 5 5 Biểu đồ sản lượng điện các tháng năm 2021

Hình 5 6 Biểu đồ sản lượng điện các tháng của năm 2022

Jul-21 Aug-21 Sep-21 Oct-21 Nov-21 Dec-21

BIỂU ĐỒ SẢN LƯỢNG ĐIỆN TỪ THÁNG 7 ĐẾN THÁNG

Jan-22 Feb-22 Mar-22 Apr-22 May-22 Jun-22 Jul-22 Aug-22 Sep-22 Oct-22 Nov-22 Dec-22

BIỂU ĐỒ SẢN LƯỢNG ĐIỆN NĂM 2022

Hình 5 7 Biểu đồ sản lượng điện các tháng của năm 2023

Qua 3 biểu đồ sản lượng điện hàng tháng trong quá trình dự án hoạt động dễ thấy được sản lượng điện giữa các tháng gần như là ngang nhau chỉ chênh nhau một số ít trừ tháng 9 sản lượng điện thấp do ảnh hưởng của thời tiết

Vào tháng 3,4 thì có sản lượng điện tương đối lớn vượt qua mức mà pvsyst đã mô phỏng là 140000kWh/tháng qua đó cho thấy được ở những tháng này ở khu vực miền nam có thời gian nắng kéo dài khoảng 7 tiếng/1 ngày, còn những tháng còn lại trung bình khoảng

Những tháng còn lại sản lượng điện dao động từ 108000-135000 kWh/tháng.

Thời gian thu hồi vốn

Đối với nhà đầu tư là trung tâm thương mại Lotte Mart Hiện nay khung giá điện cho các trung tâm thương mại do EVN cung cấp là

Bảng 5 1 Giá điện do EVN cung cấp

Sản lượng điện trung bình hàng tháng mà do điện năng lượng mặt trời tạo ra:

Jan-23 Feb-23 Mar-23 Apr-23 May-23 Jun-23 Jul-23 Aug-23 Sep-23 Oct-23 Nov-23 Dec-23

SẢN LƯỢNG ĐIỆN NĂNG NĂM 2023

Hình 5 8 Biểu đồ sản lượng điện các tháng của trung tâm thương mại Lotte Mart

Qua biểu đồ trên có thể cho thấy được trung bình 1 tháng hệ thống điện năng lượng mặt trời tạo ra và cung cấp cho trung tâm khoảng 120000kWh/tháng với khoảng 3.89 kWh/kWp/ngày với trung bình 5h nắng/1 ngày

- Tổng số kWh cao điểm là khoảng: 25.000KWh

- Tổng số kWh bình thường là khoảng: 95.000 kWh

Số tiền 1 tháng phải trả cho giờ cao điểm nếu sử dụng của EVN là:

Số tiền 1 tháng phải trả cho số giờ bình thường là:

- Tổng số tiền phải trả thêm khi không có điện năng lượng mặt trời là: 375.325.000 vnd/tháng

Với tổng kinh phí và bảo trì bảo dưỡng cho hệ thống ở phần (8.1) là: 15 tỷ 682

- Thời gian thu hồi vốn nếu Trung tâm Lotte Mart đầu tư 100% là: gần 42 tháng (3,5 năm) chưa bao gồm tiền bảo trì và phát sinh khác Đối với dự án được triển khai theo theo hình thức BOT chuyển giao công nghệ khi hết hợp đồng

Trường hợp chủ đầu tư bỏ vốn 100%:

Như biểu đồ tính ở trên thì sản lượng điện là khoảng 120000 kWh/ tháng

Biểu đồ sản lượng điện qua các tháng của trung tâm thương mại Lotte Mart

Chỉ số Chỉ số thực

Với chính sách bên Lotte Mart mua lại điện với chiết khấu so với EVN là 40% theo gia điện giờ bình thường thì chủ đầu tư sẽ thu về số tiền mỗi tháng là:

- Thời gian thu hồi vốn của chủ đầu tư là: 80 tháng (6 năm 8 tháng) chưa bao gồm tiền bảo trì và phát sinh khác của dự án

Trường hợp chủ đầu tư vay vốn ngân hàng 50%:

Theo nguồn tham khảo ngân hàng BIDV hiện nay hạng mức vay vốn đầu tư dự án trung hạn 5 năm trở lên sẽ có lãi suất là 9.3%/năm

Giả sử số tiền đầu tư vay vốn là 7 tỷ841 tr vnđ với hạn mức 5 năm thì lãi suất 1 năm sẽ là

Số tiền lãi phải trả 1 năm là: 729tr200 vnđ Lãi suất 5 năm là: 3 tỷ 646 tr vnđ

Thời gian thu hồi vốn của nhà đầu tư là: 98 tháng (8 năm 2 tháng)

Chú ý : Điều kiện doanh nghiệp trả lãi và gốc đúng hạn là 5 năm cho ngân hàng và bỏ qua chi phí vận hành bảo trì bảo dưỡng

Trường hợp chủ đầu tư vay vốn ngân hàng 100%:

Giả sử số tiền đầu tư vay vốn là 15 tỷ 682 tr với hạn mức 10 năm hoặc 5 năm thì lãi suất là:

Số tiền lãi phải trả 1 năm là: 1 tỷ 458 tr vnđ

Số tiền lãi 5 năm là: 7 tỷ 292 tr vnd

Số tiền lãi 10 năm là: 14 tỷ 584 tr vnđ

Thời gian thu hồi vốn của nhà đầu tư khi vay 5 năm là: 117 tháng (9 năm 10 tháng) Thời gian thu hồi vốn của nhà đầu tư khi vay 10 năm là: 154 tháng (12 năm 10 tháng

Chú ý : Điều kiện doanh nghiệp trả lãi và gốc đúng hạn là 5 năm hoặc 10 năm cho ngân hàng và bỏ qua chi phí vận hành bảo trì bảo dưỡng

Số tiền Lotte Mart tiết kiệm nêu cho thê mái BOT 1 tháng là:

375.325.000 - 195.840.000 = 179.485.000 vnd/tháng Sau 20 năm sẽ tiết kiệm được 43 tỷ 076tr vnđ (chưa đề cập đến vấn đề hiệu suất pin giảm) và sau đó sẽ tiết kiệm khoảng 375tr325 vnđ/tháng

Bảng 5 2 Chi phí đầu tư và thu hồi vốn

Các trường hợp đầu tư

Chi phí đầu tư Thời gian thu hồi vốn (năm)

Lợi nhuận sau 20 năm (VNĐ)

Tiền thu về trung bình 1 tháng trong 20 năm (VNĐ) Nhà đầu tư là

Lotte Mart 3.5 năm 74 tỷ 314tr 310tr

Nhà đầu tư BOT 6 năm 8 tháng 31 tỷ 334tr 130tr

Nhà đầu tư BOT vay vốn 50% dự án (vay 5 năm)

8 năm 2 tháng 27 tỷ 809tr 116tr

Chú ý: Các số liệu trên chưa bao gồm chi phí vận hành bảo trì, các chi phí phát sinh khác cũng như sự suy giảm hiệu suất của tấm pin theo thời gian

Tiêu đề	Tính Toán Và Thiết Kế Hệ Thống Điện Năng Lượng Mặt Trời Cho Trung Tâm Thương Mại Lotte Mart Quận 7, Tp.HCM
Tác giả	Từ Văn Phương, Bùi Lê Tân
Người hướng dẫn	TS. Nguyễn Xuân Viên
Trường học	Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
Chuyên ngành	Năng Lượng Tái Tạo
Thể loại	Đồ Án Tốt Nghiệp
Năm xuất bản	2024
Thành phố	Tp. Hồ Chí Minh

Định dạng
Số trang	78
Dung lượng	12,16 MB