bài tập dài đề tài thiết kế hệ thống điện mặt trời bằng phần mềm pvsyst

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BÀI T P DÀI ẬMÔN HỌC: NHÀ MÁY ĐIỆN GIÓ VÀ M T TR I ẶỜĐỀ TÀI: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỆN MẶT TRỜI BẰNG PHẦN MỀM PVSYST GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN:TS..

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

BÀI T P DÀI Ậ

MÔN H ỌC: NHÀ MÁY ĐIỆ N GIÓ VÀ M T TR I Ặ Ờ

ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỆN MẶT TRỜI BẰNG PHẦN

MỀM PVSYST

GIẢNG VIÊN HƯỚNG D ẪN: TS Nguy n Th Anh ễ ị

SINH VIÊN TH C HI Ự ỆN: Hoàng Thùy Linh

Hà N i, 7/2023 ộ

M c L c ụ ụ

1 Chương 1: Giới thi u chung 1 ệ

1.1 Đặ ấn đềt v 1

1.2 Những ưu điểm n i tr i c a h ổ ộ ủ ệ thống điện m t tr i áp mái: 3 ặ ờ 1.3 N i dung bài t p l n 3 ộ ậ ớ 2 Chương 2: Đánh giá tiềm năng khu vự ắp đặc l t 4

2.1 V trí lị ắp đặt 4

2.2 Bóng dâm 4

2.3 Hướng lắp đặt 5

2.4 Độ nghiêng 5

2.5 Các thông s c n thi t 5 ố ầ ế 2.5.1 Yêu cầu và đặc trưng củ ảa t i tiêu th 5 ụ 2.5.2 Đặc điểm v trí lị ắp đặt 6

3 Chương 3: Giới thi u v d án và tính toán thi t k 8 ệ ề ự ế ế 3.1 L a chự ọn sơ đồ đấ u n i 8 ố 3.2 Tính toán và l a ch n các thành ph n h ự ọ ầ ệ thống 9

3.2.1 L a ch n t m pin m t tr i 9 ự ọ ấ ặ ờ 3.2.2 Tính công su t lấ ắp đặt 10

3.2.3 Tính toán ch n bi n t n 12 ọ ế ầ 3.2.4 Tính ch n dây d n DC 14 ọ ẫ 3.2.5 Tính toán ch n dây AC 15 ọ 3.2.6 Tính toán ch n b o v quá dòng cho chu i pin 15 ọ ả ệ ỗ 3.2.7 Tính ch n Aptomat AC sau inverter 16 ọ 3.2.8 Chống sét lan truy n 16 ề 3.2.9 Chọn ch ng sét DC 16 ố 3.2.10 Chọn ch ng sét AC 17 ố 3.3 Tính toán s dử ụng điện 17

4 Chương 4: Đánh giá hiệu qu kinh t 22 ả ế 4.1 Phân tích tài chính 22 4.2 Tính toán hi u qu kinh t 24 ệ ả ế

K t Lu n 26 ế ậ

B ng 2.1 ả Thống kê thi t b s dế ị ử ụng điện trong nhà 5

B ng 3.1 ả So sánh ưu nhược điểm gi a các hữ ệ thống điện m t tr i 8ặ ờ

B ng 3.2 So sánh các t m pin có cùng công su t 9ả ấ ấ

B ng 3.3 Thông s Inverter SOFAR 2700TL-ả ố G3 13

B ng 3.4 Thông s k thu t dây d n DC 4mm2 14ả ố ỹ ậ ẫ

B ng 4.1 Chi phí xây d ng dả ự ự án 22

1

1 Chương 1: Giới thiệu chung

1.1 Đặ ấn đềt v

Điện m t trờ ởặ i Việt Nam thu c nhóm công nghiộ ệp năng lượng m nới ổi, được nh p cu c theo ậ ộ

sự phát tri n nguể ồn năng lượng tái t o chung c a thạ ủ ế giới, s nh p kh u khoa h c k thu t, ự ậ ẩ ọ ỹ ậ

đồng thời đáp ứng nhu cầu phát tri n nguể ồn năng lượng khi các nguồn thủy điệ ớn đã khai n lthác h t, các thế ủy điện nhỏ không đảm bảo lợi ích mang l i so v i thi t hạ ớ ệ ại môi trường mà nó gây ra M t khác Vi t Nam có tiặ ệ ềm năng lớn v ề năng lượng m t tr i và gió, do gặ ờ ở ần xích đạo

và t n t i nh ng vùng khô n ng nhiồ ạ ữ ắ ều như các tỉnh nam Trung B Vì thộ ế điện m t tr i cùng ặ ờ

với điện gió đang được Nhà nướ Việc t Nam khuy n khích phát tri n, th hi n Quyế ể ể ệ ở ết định 2068/QĐ-TTg ngày 25/11/2015 c a Th tướng Chính ph phê duy t Chiủ ủ ủ ệ ến lược phát triển năng lượng tái tạo của Việt Nam đến năm 2030, tầm nhn đến năm 2050, đảm bảo phát triển nguồn điện khi d ng các d ừ ự án điện h t nhân và gi m b t các nhiạ ả ớ ệt điện đốt hóa th ch ạ Những ưu đãi về đầu tư xây dựng nhà máy và giá bán điện cho Điện lực Việt Nam đã thu hút

sự quan tâm của nhà đầu tư cả trong và ngoài nước Vì thế, tuy ch bỉ ắt đầu xây d ng nhà máy ựđiện m t trời t năm 2015, đếặ ừ n giữa năm 2019 đã có vài trăm dự án có công su t l p máy t ấ ắ ừ

20 đến 250 MW đã hoặc s p hoàn thành Theo EVN tính tắ ới trước ngày 30/6/2019, có 121 d ự

án điện mặt trời nối lưới điện quốc gia bổ sung hơn 8.100 MW cho hệ thống góp phần đảm

b o an ninh cung cả ấp điện Ngoài ra còn hơn 220 dự án khác đang chờ được phê duy ệt

L i th c nh tranh cợ ế ạ ủa điện m t tr ặ ời:

- Sản xuất điện m t trặ ời đạt m c thân thiứ ện môi trường t t nh t, không làm biố ấ ến đổi các

hoạt động của thiên nhiên như làm thay đổi dòng nước, dòng gió

- Rất m m d o v thi t kề ẻ ề ế ể vùng thu năng lượng và công su t, có th lấ ể ắp đặt trên mái nhà

v i công su t vài KW ho c thành trang trớ ấ ặ ại đến vài trăm MW, theo mặt bằng có d ng bạ ất

Tiềm năng phát triển điện mặt trờ ởi Việt Nam:

Việt Nam được x p vào nhóm các qu c gia có tiế ố ềm năng khai thác hệ thống điện mặt trời

V i s ớ ố giờ ắ n ng trung bình 2000 5000h/– năm Tổng b c x m t tr i trung bình ứ ạ ặ ờ

150Kcal/cm2

2

H nh 1-1 Bản đồ ứ b c x m t tr i Vi t Nam ạ ặ ờ ệ

3

Tuy nhiên, vi c xây dệ ựng các nhà máy điện m t tr i công su t l n ch t p trung t i m t s t nh ặ ờ ấ ớ ỉ ậ ạ ộ ố ỉthành, nơi có lượng bức xạ nhiệt lớn như Ninh Thuận, Bình Thuận… đã gây ra tnh trạng quá tải c c b ụ ộ lưới điện truyền tải Các ch ủ đầu tư chưa được tư vấn đầy đủ ề v v ị trí đấu nối cũng như các rủi ro liên quan ho c c gặ ố ắng ch y theo m c thạ ố ời gian 30/6/2019 để được hưởng mức giá ưu đãi Trong khi đó, Tập đoàn điện lực Việt Nam (EVN) không thể xây dựng lưới điện truy n t i n u không có quy hoề ả ế ạch được duyệt, tuy nhiên EVN cũng đã đẩy nhanh tiến độ các

dự án đã được quy ho ch, ng d ng thành t u khoa h c công ngh trong v n hành hạ ứ ụ ự ọ ệ ậ ệ thống điện như áp dụng hệ thống tự động điều chỉnh công suất trong điều độ các dự án năng lượng tái t o (AGC), liên t c tính toán kh ạ ụ ả năng giải to công suả ất cho các điểm nóng truy n tề ải điện 1.2 Những ưu điểm n i tr i c a h ổ ộ ủ ệ thống điện m t tr i áp mái: ặ ờ

Đơn giản, hi u suệ ất cao 98%, độ b n cao nh t, có th lên tề ấ ể ới 30 năm không cần thay th thiế ết

b ị

Giảm tiền điện tối đa, giảm lượng điện mua từ lưới vào ban ngày có giá điện cao hơn đêm, vào th i gian gi ờ ờ cao điểm

B o v ả ệ môi trường, không phát th i khí CO2 và không gây ti ng n ả ế ồ

Giảm tải lưới điện mùa khô, giờ cao điểm

T o mạ ỹ quan, hiện đại, b t k p xu th c a thắ ị ế ủ ế giới, và chủ trương khuyến khích c a Chính ủ

ph ủ Việt Nam hi n nay ệ

Nâng cao hình ảnh doanh nghi p, giá tr ệ ị thương hiệu, nhà máy trong mắt đối tác, khách hàng

Đặc bi t, nhà máy xu t kh u vào các thị ệ ấ ẩ trường khó tính như Nhật Bản, EU, USA, …

Thể ệ hi n tính cam k t, trách nghi m vế ệ ới môi trường, xã hộ ủi c a doanh nghi p dệ ẫn đầu thị trường Thúc đẩy một nền công nghiệp xanh – sạch – hiện đại

Tạo ra điện xanh – s ch, gi m nhu cạ ả ầu điện từ lưới EVN, t ừ đó giảm chi phí điện năng hàng tháng, giúp tối ưu chi phí sản xuất, tăng lợi th cế ạnh tranh trên trường quốc tế

1.3 N i dung bài tộ ập lớn

V i mong mu n tìm hiớ ố ểu sâu hơn về ệ thống điệ h n m t trặ ời cũng như làm chủ được vi c thi t k , ệ ế ếtính toán hệ thống điện m t tr i, em chặ ờ ọn đề tài cho bài t p dài cậ ủa mnh “Tính toán thiế ế ệt k h thống điện mặt trời áp mái bằng phần mềm PVSYST ” bao gồm các nội dung như sau:

Chương 1: Giới thiệu chung

Chương 2: Đánh giá tiềm năng khu vự ắp đặc l t

Chương 3: Giới thiệu về dự án và tính toán thiết kế

Chương 4: Phân tích tài chính và đánh giá hiệu quả kinh tế

4

2 Chương 2: Đánh giá tiềm năng khu vự ắp đặ c l t

Công trình h ệ thống điện mặt trời áp mái s ẽ đượ ắp đặc l t trên mái tòa nhà hi n t i c a em nở ệ ạ ủ ằm ở huy n Phúc Th , thành ph Hà N i ệ ọ ố ộ

Thi t k k thu t hế ế ỹ ậ ệ thống điện m t tr i c n phân tích tiặ ờ ầ ềm năng năng lượng m t tr i t i khu vặ ờ ạ ực huy n Phúc Th ệ ọ để đưa vào tính toán thi t kế ế Bước đầu tiên trong thi t k h ế ế ệ thống điện m t trặ ời

là xác định xem địa điểm đang xem xét có tiềm năng mặt trời tốt không

2.1 V trí lị ắp đặt

H nh 2-1 Kích thước mái nhà 2.2 Bóng dâm

Pin m t tr i b ặ ờ ị ảnh hưởng x u b i bóng râm M t h ấ ở ộ ệ thống PV được thi t k t t c n thông thoáng ế ế ố ầ

và không b c n tr nh m nh n ánh sáng m t trị ả ở ằ ậ ặ ời đầy đủ ừ t 9 gi ờ sáng đến 3 gi chi u, trong suờ ề ốt

c ả năm Các bóng nhỏ, chẳng hạn như bóng của m t nhánh c a m t cộ ủ ộ ây không lá cũng có thể làm giảm đáng kể ản lượng điệ s n của module năng lượng mặt trời Theo khảo sát, trong khu vực mái

Góc nghiêng tối ưu của t m pin so v i m t b ng n m trong kho ng t 10 ấ ớ ặ ằ ằ ả ừ ° đến 20 (tùy t nh thành) ° ỉ

Dù vậy độ nghiêng hoặc hướng của mái nhà không cần phải hoàn hảo bởi v các module năng lượng m t trặ ời t o ra 95% toàn bạ ộ năng lượng khi n m trong 20ằ ° theo hướng m t trặ ời Có th lể ắp

đặt thêm h ệthống khung đỡđể cho góc nghiêng c a t m pin là tủ ấ ối ưu nhất

Hiện tr ng s n có v phần ki n trúc và phần điện của công trình ạ ẵ ề ế

2.5.1 Yêu cầu và đặc trưng của t i tiêu th ả ụ

Đối với t i tiêu th ả ụ điện, ta c n bi t nh ng thông s sau: ầ ế ữ ố

G m bao nhiêu thi t bồ ế ị, các đặc trưng điện m i thi t bỗ ế ị như công suất tiêu thụ, điện áp và tần s làm vi c, hi u su t các thi t bố ệ ệ ấ ế ị điện;

Thời gian làm vi c c a m i thi t b bao gệ ủ ỗ ế ị ồm thời gian bi u và quãng th i gian trong ngày, ể ờtrong tu n, trong tháng; ầ

Thứ ự t ưu tiên của các thi t b Thi t b nào cế ị ế ị ần hoạt động liên t c và yêu c u ụ ầ ổn định cao, thi t b nào có th ế ị ể ngừng t m thời ạ

Bảng 2.1 Thống kê thi t b s dế ị ử ụng điện trong nhà Thi t b ế ị Công

suất

Số lượng Thời gian

sử d ng ụ

Số ngày làm việc trong tháng

Điện năng tiêu th /thángụ

6

Theo B ng 2.1 ả Thống kê thi t b s dế ị ử ụng điện trong nhà ta có th, ể thấy lượng điện năng tiêu thụtrung bình c a 1 tháng là 348 ủ kWh, tương ứng v i 1 ngày tiêu th ớ ụ điện là 11,6 kWh/ngày 2.5.2 Đặc điểm v trí lị ắp đặt

Thi t k k thu t hế ế ỹ ậ ệ thống điện m t tr i c n phân tích tiặ ờ ầ ềm năng năng lượng m t tr i t i khu vặ ờ ạ ực huy n Phúc Th ệ ọ để đưa vào tính toán thiế ết k Th ị trấn Th Tang n m ở tổ ằ ọa độ đị a lý 21°4 51,51′ ″

vĩ độ Bắc và 105°35'22,56″ kinh độ Đông

Huy n Phúc Th n m trong vùng khí hệ ọ ằ ậu nhiệt đới gió mùa, độ ẩm trung bình 82%, nhiệt độ trung bình t 23,5- 24,5°C Từ ổng lượng mưa trung bnh từ 1.550 – 1.720 mm/năm (mùa mưa từ tháng 4 – 10, mùa khô t tháng 11 ừ –3 năm sau)

B s ộ ố liệu thu th p trên t ậ ở ừ trạm khí tượng thành ph Hà N i, s ố ộ ố liệu c a t ng c c th ng kê và s ủ ổ ụ ố ốliệu thu th p t ậ ừ NASA được đánh giá và phân tích thông qua cường độ b c x và s ứ ạ ố giờ n ng trung ắbình trong ngày

H nh 2-2 Thông s khu v c ố ự(*)ngu n: ồ

7

Năng lượng hằng ngày dàn pin mặt trời cần phải cấp cho tải được xác định theo công thức:

𝐸𝑐=𝐸𝑛𝑔

𝜂 =11,60,95= 12 21, (𝑘𝑊ℎ) Trong đó:

Để đáp ứng được nhu cầu t i thi u c a các thi t b trong toà nhà, ta có công su t c a h ố ể ủ ế ị ấ ủ ệ thống điện mặt tr i c n lờ ầ ắp đặt là:

𝑃(𝑊𝑃)=𝐸𝑐 𝐼0

𝜂 𝐼𝑇=12 21 1000, 0,95.4100 = 3,135(𝑘𝑊𝑝) Trong đó:

𝐼0 = 1000(W/𝑚2) là b c x m t tr i tứ ạ ặ ờ ại điều ki n tiêu chu n ệ ẩ

𝐸𝑐 =12,21(kWh) là điện năng cần thi t trong ngày c a nhà ế ủ

𝐼𝑇= 4100(Wh/𝑚2) là cường độ ứ b c x m t tr i trong ngày ạ ặ ờ

(Ngu n: ồ Bản đồ ứ b c x m t tr i t i Vi t Nam m i nhạ ặ ờ ạ ệ ớ ất năm 2023 - SUNEMIT)

𝜂= 0,95 là hi u su t chuyệ ấ ển đổ ủi c a toàn b h ộ ệ thông đượ ắp đặc l t

kh i sao cho tố ối ưu nhất:

B ng 3.1 ả So sánh ưu nhược điểm gi a các h ữ ệ thống điện m t tr i ặ ờ

H ệ thống điện mặt trời độc lập H trời nệ thống điệối lưới không n mặt

tích tr ữ

H ệ thống điện mặt trời nối lưới có tích trữ

Ưu điểm -T ự chủ nguồn điện,

không ph thuụ ộc điện lưới quốc gia;

- R t linh ho t, có ấ ạthể lắp đặt mọi nơi;

- Cấu trúc đơn giản,

Nhược điểm - Chi phí đầu tư ban

đầu cao

- Chi phí bão dưỡng lớn, tu i th c quy ổ ọ ắthấp

- Hiệu su t chuy n ấ ể

đổi th p (ch y u ấ ủ ế

do h ệ thống c quy, ắtổn th t gi a chu ấ ữtrình phóng và chu trình n p) ạ

- Chỉ hoạt động khi

có điện lưới

- Chỉ hoạt động vào ban ngày, ban đêm

v n ph i s d ng ẫ ả ử ụđiện lưới

- Chi phí đầu tư ban đầu lớn

- Chi phí bảo dưỡng lớn vì có h ệ thống tích tr ữ

Qua đánh giá các hệ thống điện mặt tr i, quyờ ết định lựa chọn h ệ thống điện mặt tr i áp mái ờ

nối lưới không tích tr cho d án vì: ữ ự

Chi phí đầu tư cho hệ thống tích tr ữ trong điều kiện công ngh tích tr ệ ữ còn chưa phát triển,

c n b trí thêm phòng chầ ố ứa ắc quy và mua thêm các b ộ điều khi n sể ạc gây t n kém v kinh ố ề

tế và di n tích ệ

Các thi t b trong toà nhà ch y u ít s dế ị ủ ế ử ụng điện vào ban đêm, giảm th i gian hoờ ạt động

ph thuụ ộc lưới điện

Lượng điện năng tạo ra sau khi cung cấp cho thiết bị trong toà nhà sẽ được bơm trực tiếp lên lưới, lượng điện năng thiếu khi hệ thống không đáp ứng đủ sẽ lấy từ lưới về Thông qua hệ thống công tơ điện 2 chiều để tính toán các giao dịch thanh toán tiền điện

Dòng điện một chiều tạo ra từ các tấm pin năng lượng mặt trời, thông qua tủ bảo vệ một chiều DC được đưa vào inverter để bi n ế đổi thành dòng điện xoay chi u có t n s 50 Hz H ề ầ ố ệ thống

tủ b o v xoay chiả ệ ều AC đượ ắp đặt ngay sau inverter trước khi đưa vào tủ điệc l n chính c a toà ủ

9

nhà, cung cấp điện năng cho các thi t bế ị Lượng điện năng dư thừa sẽ được bơm lên lưới và đo

đếm b ng h ằ ệthống công tơ hai chiều

H nh 3-1 Sơ đồ đấ u n i h ố ệ thống 3.2 Tính toán và l a ch n các thành ph n h ự ọ ầ ệ thống

3.2.1 Lựa ch n t m pin m t tr i ọ ấ ặ ờ

Sau khi đã có các thông số cần thiết, ta cần lựa chọn tấm pin mặt trời dùng cho hệ thống Pin m t tr i là thành ph n quan tr ng trong hặ ờ ầ ọ ệ thống, chi m phân n a vế ử ốn đầu tư cả h ệ thống Việc lựa ch n pin m t tr i phọ ặ ờ ải đảm bảo tương thích với các thành ph n khác trong hầ ệ thống v thông ề

số điện, đảm bảo tuân thủ về các tiêu chuẩn kĩ thuật hi n hành và nên l a ch n nhà cung c p uy ệ ự ọ ấtín

Hiện t i trên thạ ị trường có r t nhi u hãng cung c p t m pin m t tr i v i nhi u thông s ấ ề ấ ấ ặ ờ ớ ề ốkhác nhau, ta s so sánh m t s s n phẽ ộ ố ả ẩm để ự l a ch n sao cho phù h p ọ ợ

Bảng 3.2 So sánh các t m pin có cùng công su t ấ ấTên t m pin ấ Hãng Số cell Hiệu su t ấ 𝐼𝑠𝑐 Kích thước Giá

10

So sánh các ch tiêu kinh t , d án lỉ ế ự ắp đặ ử ụt s d ng t m pin có công su t 345Wp c a hãng ấ ấ ủTrina-Solar nhờ có đơn giá thấp, dòng điện ng n m ch nh giúp d dàng tính ch n thi t b , diắ ạ ỏ ễ ọ ế ị ện tích c a các tủ ấm pin cũng khác biệt không đáng kể ặ m c dù công suất định mức là như nhau

H nh 3-2 Thông s k thu t t m pin Trina-Solar 345 ố ỹ ậ ấ Wp

T m pin Trina-solar sấ ử dụng cell pin công ngh mono-si v i 72 cell trên m i t m pin, vệ ớ ỗ ấ ới điện áp hoạt động tối ưu Vmpp=38,35V, điện áp hở mạch là 46,7V và dòng điện ngắn m ch là ạ9,5A, có hi u su t chuyệ ấ ển đổi quang điện là 17,79% đảm b o hi u su t c a module lả ệ ấ ủ ớn hơn 15 % theo yêu c u t i mầ ạ ục 5, Điều 5 c a Quyủ ết định 13/2020-TTg Tấm pin được b o hành trong thả ời gian 25 năm với cam kết hiệu suất sau khi sử dụng 10 năm là 90% và khi kết thúc thời gian bảo hành là 80%

12

H nh 3-3 Sơ đồ ố b trí t m pin ấ3.2.3 Tính toán ch n bi n t n ọ ế ầ

Việc lựa ch n bi n t n ph i thọ ế ầ ả ỏa mãn tương thích với các thiết bị trong hệ thống, công su t biấ ến tần phù h p v i dợ ớ ải công su t Sau t m pin m t trấ ấ ặ ời, inverter cũng là thiết b chi m g n 1/4 chi phí ị ế ầđầu tư ban đầu c a h ủ ệ thống Ngoài thông s k thu t cố ỹ ậ ần quan tâm thì ch b o hành, công suế độ ả ất

tự dùng của inverter cũng rất quan tr ng, ọ ảnh hưởng đến công suất đầu ra c a h ủ ệ thống

Chọn inverter c a hãng SofarSolar có các thông s : ủ ố

13

H nh 3-4 Inverter SOFAR 2700TL-G3

B ng 3.3 Thông s Inverter SOFAR 2700TL-ả ố G3

Đầu vào DC

Đỉnh dòng vào t t m pin xu ng ngõ MPPừ ấ ố 15A

Đầu ra AC

Hiệu quả

Giả thi t t m pin m t trế ấ ặ ời đã chọn có các thông số cơ bản như sau:

Điện áp làm vi c tệ ối ưu : Vmp = 38,4 V