mô hình hệ thống điện năng lượng mặt trời độc lập có nguồn lưới dự phòng

Chúng đặc biệt thích hợp cho các vùng mà điện năng trong mạng lưới chưa vươn tới, các vệ tinh quanh quỹ đạo trái đất, máy tính cầm tay, các máy tính từ xa, thiết bị bơm nước,… Hình 1.5

Trang 1

ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP MÔ HÌNH HỆ THỐNG ĐIỆN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI ĐỘC LẬP CÓ NGUỒN

LƯỚI DỰ PHÒNG

SINH VIÊN : NGUYỄN NHẤT TRÍ

TRẦN QUANG TRUNG TRẦN ĐỨC VĂN TRÌNH

BÙI HOÀNG VINH

15037591 15039351 15021541

TP HCM, NĂM 2019

do dae thahh lau bah do dic ehihh ti le 1 1000 khu vue xathihh huhg huyeh yeh bihh tihh yeh baido dae thahh lau bah do dic ehihh ti le 1 1000 khu vue xathihh huhg huyeh yeh bihh tihh yeh baido dae thahh lau bah do dic ehihh ti le 1 1000 khu vue xathihh huhg huyeh yeh bihh tihh yeh baido dae thahh lau bah do dic ehihh ti le 1 1000 khu vue xathihh huhg huyeh yeh bihh tihh yeh bai882413068:54:48 PM8:54:48 PM882413068:54:48 PM8:54:48 PM882413068:54:48 PM8:54:48 PM

do dae thahh lau bah do dic ehihh ti le 1 1000 khu vue xathihh huhg huyeh yeh bihh tihh yeh baido dae thahh lau bah do dic ehihh ti le 1 1000 khu vue xathihh huhg huyeh yeh bihh tihh yeh baido dae thahh lau bah do dic ehihh ti le 1 1000 khu vue xathihh huhg huyeh yeh bihh tihh yeh baido dae thahh lau bah do dic ehihh ti le 1 1000 khu vue xathihh huhg huyeh yeh bihh tihh yeh bai

do dae thahh lau bah do dic ehihh ti le 1 1000 khu vue xathihh huhg huyeh yeh bihh tihh yeh baido dae thahh lau bah do dic ehihh ti le 1 1000 khu vue xathihh huhg huyeh yeh bihh tihh yeh baido dae thahh lau bah do dic ehihh ti le 1 1000 khu vue xathihh huhg huyeh yeh bihh tihh yeh baido dae thahh lau bah do dic ehihh ti le 1 1000 khu vue xathihh huhg huyeh yeh bihh tihh yeh baido dae thahh lau bah do dic ehihh ti le 1 1000 khu vue xathihh huhg huyeh yeh bihh tihh yeh baido dae thahh lau bah do dic ehihh ti le 1 1000 khu vue xathihh huhg huyeh yeh bihh tihh yeh baido dae thahh lau bah do dic ehihh ti le 1 1000 khu vue xathihh huhg huyeh yeh bihh tihh yeh baido dae thahh lau bah do dic ehihh ti le 1 1000 khu vue xathihh huhg huyeh yeh bihh tihh yeh bai

88Thursday, June 13, 20248:54:48 PM8:54:48 PM88Thursday, June 13, 20248:54:48 PM8:54:48 PM88Thursday, June 13, 20248:54:48 PM8:54:48 PM

do dae thahh lau bah do dic ehihh ti le 1 1000 khu vue xathihh huhg huyeh yeh bihh tihh yeh baido dae thahh lau bah do dic ehihh ti le 1 1000 khu vue xathihh huhg huyeh yeh bihh tihh yeh baido dae thahh lau bah do dic ehihh ti le 1 1000 khu vue xathihh huhg huyeh yeh bihh tihh yeh baido dae thahh lau bah do dic ehihh ti le 1 1000 khu vue xathihh huhg huyeh yeh bihh tihh yeh baido dae thahh lau bah do dic ehihh ti le 1 1000 khu vue xathihh huhg huyeh yeh bihh tihh yeh baido dae thahh lau bah do dic ehihh ti le 1 1000 khu vue xathihh huhg huyeh yeh bihh tihh yeh baido dae thahh lau bah do dic ehihh ti le 1 1000 khu vue xathihh huhg huyeh yeh bihh tihh yeh baido dae thahh lau bah do dic ehihh ti le 1 1000 khu vue xathihh huhg huyeh yeh bihh tihh yeh baido dae thahh lau bah do dic ehihh ti le 1 1000 khu vue xathihh huhg huyeh yeh bihh tihh yeh baido dae thahh lau bah do dic ehihh ti le 1 1000 khu vue xathihh huhg huyeh yeh bihh tihh yeh baido dae thahh lau bah do dic ehihh ti le 1 1000 khu vue xathihh huhg huyeh yeh bihh tihh yeh baido dae thahh lau bah do dic ehihh ti le 1 1000 khu vue xathihh huhg huyeh yeh bihh tihh yeh baido dae thahh lau bah do dic ehihh ti le 1 1000 khu vue xathihh huhg huyeh yeh bihh tihh yeh baido dae thahh lau bah do dic ehihh ti le 1 1000 khu vue xathihh huhg huyeh yeh bihh tihh yeh baido dae thahh lau bah do dic ehihh ti le 1 1000 khu vue xathihh huhg huyeh yeh bihh tihh yeh baido dae thahh lau bah do dic ehihh ti le 1 1000 khu vue xathihh huhg huyeh yeh bihh tihh yeh bai

88do dae thahh lau bah do dic ehihh ti le 1 1000 khu vue xathihh huhg huyeh yeh bihh tihh yeh baiThursday, June 13, 2024

Trang 2

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP HCM KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN

PHIẾU GIAO NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

1 Họ và tên sinh viên/ nhóm sinh viên được giao đề tài

(1): Nguyễn Văn A, MSSV: (2): Nguyễn Văn A, MSSV: (3): Nguyễn Văn A, MSSV: …

2 Tên đề tài

NGHIÊN CỨU BỘ CHUYỂN ĐỔI NGUỒN ÁP SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU RỘNG XUNG PWM

3 Nhiệm vụ (Nội dung và số liệu ban đầu)

Trình bày tóm tắt nội dung thực hiện, số liệu ban đầu của khóa luận (nếu có)

4 Kết quả dự kiến

Trình bày tóm tắt kết quả dự kiến đạt được

Giảng viên hướng dẫn Tp HCM, ngày tháng năm 20…

Sinh viên

Trưởng bộ môn

Trang 3

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

Trang 4

MỤC LỤC

PHIẾU GIAO NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP INHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN IIMỤC LỤC IIIDANH SÁCH HÌNH VẼ VIIDANH SÁCH BẢNG IXLỜI NÓI ĐẦU XILỜI CẢM ƠN XIIICHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỆN NĂNG LƯỢNG MẶT

TRỜI 1

1.1 Tổng quan về ngành điện năng lượng mặt trời ở Việt Nam 1

1.1.1 Thực trạng sử dụng điện năng hiện nay ở Việt Nam 1

1.1.2 Tiềm năng năng lượng mặt trời tại Việt Nam và so sánh với thế giới 3

1.1.3 Hiện trạng phát triển hệ thống điện mặt trời ở Việt Nam 3

1.2 Giới thiệu chung hệ thống điện năng lượng điện mặt trời 5

1.3 các hệ thống điện năng lượng mặt trời 7

1.3.1 Hệ thống điện năng lượng mặt trời độc lập 7

1.3.2 Hệ thống năng lượng điện mặt trời nối lưới 8

1.3.3 Hệ thống năng lượng mặt trời hòa lưới có dự trữ ( Hybrid ) 9

1.3.4 Các hệ thống điện năng lượng mặt trời khác 10

1.4 Các thiết bị trong hệ thống điện năng lượng mặt trời 11

Trang 5

1.4.4 Battery (Ắc quy) 20

CHƯƠNG 2: CẤU TRÚC VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI 22

2.1 Hệ thống điện năng lượng mặt trời độc lập 22

2.1.1 Cấu trúc của hệ thống điện năng lượng mặt trời độc lập 22

2.1.2 Nguyên lý hoạt động của hệ thống điện năng lượng mặt trời độc lập 22

2.1.3 Ưu điểm và nhược điểm của hệ thống điện năng lượng mặt trời độc lập 23

2.2 Hệ thống điện năng lượng mặt trời nối lưới 24

2.2.1 Cấu trúc của hệ thống điện năng lượng mặt trời nối lưới 24

2.2.2 Nguyên lý hoạt động của hệ thống điện năng lượng mặt trời nối lưới 24

2.2.3 Ưu điểm và nhược điểm của hệ thống điện năng lượng mặt trời nối lưới 25

2.3 Hệ thống năng lượng mặt trời hòa lưới có dự trữ 25

2.3.1 Cấu trúc của hệ thống điện năng lượng mặt trời hòa lưới có dự trữ 25

2.3.2 Nguyên lý hoạt động của hệ thống điện năng lượng mặt trời hòa lưới có dự trữ 26

2.3.3 Ưu điểm của hệ thống điện năng lượng mặt trời hòa lưới có dự trữ 27

2.4 So sánh các hệ thống điện năng lượng mặt trời 27

CHƯƠNG 3: MÔ HÌNH HỆ THỐNG ĐIỆN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI ĐỘC LẬP CÓ CÓ NGUỒN LƯỚI DỰ PHÒNG 30

3.1 Cấu trúc mô hình hệ thống điện năng lượng mặt trời độc lập có nguồn lưới dự

phòng 30

3.2 Các thiết bị sử dụng trong mô hình hệ thống điện năng lượng mặt trời 31

3.2.1 Danh sách các thiết bị 31

3.2.2 Thông số các thiết bị trong hệ thống điện mặt trời độc lập có bù lưới 34

123docz.net - File bi loi xin lienhe: lethikim34079@hotmail.com

Trang 6

3.4 Các bước để tính toán cho hệ thống năng lượng mặt trời 45

3.4.1 Cách tính điện năng tải tiêu thụ mà pin mặt trời phải cung cấp 45

3.4.2 Cách chọn dung lượng Inverter 46

3.4.3 Cách chọn ắc quy (Battery) 47

3.4.4 Cách chọn Pin mặt trời (PV Pannel) 50

3.4.5 Cách chọn bộ điều khiển sạc (Solar Charge Controller): 53

3.4.6 Cách chọn CB,cầu chì cho hệ thống điện năng lượng mặt trời: 53

3.4.5 Bài tập áp dụng 54

3.4.6 Thiết kế hệ thống PV cho mô hình thực tế 56

3.4.7 Thời gian hoạt động của bình khi sử dụng tải 60

3.4.8 Thời gian hoàn vốn 61

123docz.net - File bi loi xin lienhe: lethikim34079@hotmail.com

Trang 7

3.5 Thi công hệ thống điện năng lượng mặt trời độc lập có nguồn lưới dự phòng

4.3 Tiến hành thực hiện và ghi nhận kết quả 68

CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN MÔ HÌNH 72

5.1 Kết luận 72

5.2 Hướng phát triển mô hình 72

Tài liệu tham khảo 73

Trang 8

DANH SÁCH HÌNH VẼ

Hình 1.1 Dự án điện mặt trời Dầu Tiếng (Tây Ninh) có tổng công suất 500 MW 4

Hình 1.2 Tổ hợp ba nhà máy BIM Energy công suất 330MW tại Ninh Thuận 5

Hình 1.3 Nhà máy điện mặt trời Bình Nguyên có công suất 50MW tại Quãng Ngãi 5

Hình 1.4 Tổng quan hệ thống điện năng lượng mặt trời 6

Hình 1.5 Ứng dụng của pin mặt trời 7

Hình 1.6 Hệ thống điện năng lượng điện mặt trời độc lập 8

Hình 1.7 Hệ thống điện năng lượng điện mặt trời nối lưới 8

Hình 1.8 Hệ thống sử dụng năng lượng mặt trời hòa lưới có dự trữ 9

Hình 1.9 Hệ thống kết hợp năng lượng mặt trời và gió có nguồn lưới dự phòng 10

Hình 1.10 Hoạt động của pin mặt trời 12

Hình 1.11 Sự khác nhau của pin mặt trời poly và mono về mặt kỹ thuật 13

Hình 1.12 Quỹ đạo di chuyển của Mặt Trời trong một ngày 14

Hình 1.13 Vị trí pin mặt trời hấp thụ được nhiều tia nắng nhất 14

Hình 1.14 So sánh bộ điều khiển sạc thông thường và bộ điều khiển sạc hiện đại MPP kỹ thuật số 17

Hình 1.15 Bộ điều khiển sạc PWM (Trái) và bộ điều khiển sạc hiện đại MPPT kỹ thuật số (Phải) 18

Hình 1.16 Hình mẫu Inverter, cách thức kết nối 18

Hình 1.17 Một số loại ắc quy 20

Hình 1.18 Cách sấp xếp các tấm cực của ắc quy 21

Hình 1.19 Kết cấu của một bình ắc quy 21

Hình 2.1: Cấu trúc hệ thống năng lượng mặt trời độc lập 22

Hình 2.2 Cấu trúc của hệ thống điện năng lượng mặt trời nối lưới 24

Hình 2.3 Cấu trúc của hệ thống điện năng lượng mặt trời hòa lưới có dự trữ 26

Hình 3.1 Cấu trúc mô hình hệ thống điện năng lượng mặt trời độc lập có nguồn lưới dự phòng 30

Hình 3.2 INVERTER SON-SUW1500VA 36

Trang 9

Hình 3.3 Bản vẽ thiết kế hệ thống điện năng lượng mặt trời độc lập có nguồn lưới dự

phòng 43

Hình 3.4 Sơ đồ nguyên lý hệ thống điện năng lượng mặt trời độc lập có nguồn lưới dự phòng 44

Hình 3.5 Hiệu suất của biến tần hệ thống độc lập 46

Hình 3.6 Chọn điện áp hệ thống theo công suất tải 47

Hình 3.7 Tổng công suất của các thiết bị 47

Hình 3.8 Tốc độ xả và nhiệt độ của pin ắc quy 48

Hình 3.9 Chế độ xả sâu cho phép của Pin ắc quy 48

Hình 3.10 Bản đồ biểu thị bức xạ mặt trời ở Việt Nam 50

Hình 3.11 Mô hình hệ thống điện năng lượng mặt trời hoàn thành 100% 62

Trang 10

DANH SÁCH BẢNG

Bảng 1.1 phân tích tình hình sử dụng điện năng ở Việt Nam 1

Bảng 1.2 so sánh tính chất, tiềm năng NLMT so với thế giới 3

Bảng 1.3 Góc nghiêng tối ưu của tấm pin mặt trời khu vực Hà Nội 15

Bảng 1.4 Góc nghiêng tối ưu của tấm pin mặt trời khu vực Thành phố Hồ Chí Minh 15

Bảng 2.1 Ưu và nhược điểm của hệ thống điện năng lượng mặt trời độc lập 23

Bảng 2.2 Ưu và nhược điểm của hệ thống điện năng lượng mặt trời nối lưới 25

Bảng 2.3 Ưu và nhược điểm của hệ thống điện năng lượng mặt trời hòa lưới có dự trữ 27

Bảng 2.4 so sánh các hệ thống điện năng lượng mặt trời 27

Bảng 3.1 Danh sách thiết bị trong mô hình điện năng lượng mặt trời 31

Bảng 3.2 Thông số kỹ thuật MCB ABB SH201 – C20 34

Bảng 3.3 Thông số cầu chì Zepen 35

Bảng 3.4 Thông số kỹ thuật Terminal 36

Bảng 3.5 Thông số kĩ thuật INVERTER SON-SUW1500VA 37

Bảng 3.6 Thông số kỹ thuật ắc quy GLOBE WP5S-3B 38

Bảng 3.7 Thông số kỹ thuật pin mặt trời 38

Bảng 3.8 Thông số kỹ thuật đồng hồ đo đa năng 39

Bảng 3.9 Thông số kỹ thuật đồng hồ đo đa năng 40

Bảng 3.10 Thông số kỹ thuật đèn báo 220VAC và 12VDC 41

Bảng 3.11 Thông số tải đèn Downlight220VAC và quạt 220VAC 42

Bảng 3.12 Thông số kỹ thuật ổ cắm điện 42

Bảng 3.13 Bảng kí hiệu của sơ đồ đi dây mô hình điện năng lượng mặt trời độc lập có bù lưới 44

Bảng 3.14 Số liệu bức xạ mặt trời ở Việt Nam 51

Bảng 3.15 Tính toán dung lượng cho Inverter 55

Bảng 3.16 Tính toán lựa chọn ắc quy 55

Bảng 3.17 Tính toán điện năng cung cấp cho hệ thống từ bộ pin mặt trời 56

Trang 11

Bảng 3.18 Tính toán công suất của bộ pin mặt trời 56

Bảng 3.19 Tính tổng lượng điện tiêu thụ cho tải 57

Bảng 3.20 Tính toán lựa chọn inverter 57

Bảng 3.21 Tính toán lựa chọn ắc quy 58

Bảng 3.22 Tính toán điện năng cung cấp cho hệ thống từ bộ pin mặt trời 58

Bảng 3.23 Tính toán công suất của bộ pin mặt trời 58

Bảng 3.24 chi phí đầu tư ban đầu 61

Bảng 4.1: Danh sách dụng cụ thực hành 66

Trang 12

LỜI NÓI ĐẦU

Trong tiến trình phát triển của loài người, việc sử dụng năng lượng mặt trời là đánh dấu một cột mốc rất quan trọng từ đó đến nay, loài người sử dụng năng lượng ngày càng nhiều, nhất là trong vài thế kỷ gần đây Trong cơ cấu năng lượng hiện nay, chiếm phần chủ yếu là năng lương tàn dư sinh học than đá, dầu mỏ, khí tự hiên Kế là năng lượng nước thủy điện, năng lượng hạt nhân, năng lượng sinh khối (bio, gas ) năng lượng mặt trời, năng lượng gió chỉ chiếm một phần khiêm tốn Xã hội loài người phát triển nếu không có năng lượng

Ngày nay, năng lượng tàn dư sinh học, năng lượng không tái sinh, ngày càng cạn kiệt, giá dầu mỏ ngày càng tăng, ảnh hưởng xấu đến sự phát triển kinh tế xã hội và môi trường sống Tìm kiếm nguồn năng lượng thay thế là nhiệm vụ cấp bách của năng lượng thay thế đó phải sạch, thân thiện với môi trường, chi phí thấp, không cạn kiệt (tái sinh), và dễ sử dụng

Từ lâu, loài người đã mơ ước sử dụng năng lượng mặt trời nguồn năng lượng hầu như vô tận, đáp ứng hầu hết các tiêu chí nêu trên Nhiều công trình nghiên cứu đã đực thực hiện, năng lượng mặt trời không chỉ là năng lượng của tương lai mà còn là năng lượng của hiện tại

Hiện nay năng lượng mặt trời đã được khai thác và đưa vào ứng dụng trong cuộc sống cũng như trong công nghiệp dưới nhiều dạng và hình thức khác nhau, thông thường để cấp nhiệt và điện Một hệ pin mặt trời sử dụng năng lượng mặt trời cơ bản gồm 2 loại: hệ pin mặt trời làm việc độc lập và hệ pin mặt trời làm việc với lưới Tuy nhiên nội dung chủ yếu được giới thiệu trong bài báo cáo này chỉ nghiên cứu các thành phần trong hệ mặt trời làm việc độc lập

Đồ án trình bày bao quát cả một hệ thống pin mặt trời làm việc độc lập với đầy đủ các thành phần cần thiết trong hệ Sau đó đồ án tập trung nghiên cứu sâu hơn vào nguồn điện pin mặt trời gồm pin mặt trời, bộ DC/AC, phương pháp và thuật toán điều khiển MPPT để thấy rõ đặc tính làm việc, ưu nhược điểm, khả năng ứng dụng của các thuật toán điều khiển MPPT nhằm để hệ pin mặt trời được làm việc tối ưu nhất

Trang 13

Trong quá trình thực hiện đồ án tốt nghiệp, em đã cũng cố được những kiến thức đã được học và tiếp thu thêm được một số kiến thức và kinh nghiêm mới về pin mặt trời Quá trình làm đồ án thực sự có ích cho em về nhiều mặt

Trang 14

Em chân thành cảm ơn hội đồng khoa học đã cho phép và tạo điều kiện thuận lợi để em nhận và hoàn thành đề tài nghiên cứu khoa học

Mặc dù đã nỗ lực hết mình nhưng do khả năng, kiến thức và thời gian có hạn nên chúng em không thể tránh được những sai sót trong lúc thực hiện đồ án này, em chân thành kính mong quý thầy cô chỉ dẫn, giúp đỡ chúng em để ngày càng hoàn thiện hơn về kiến thức và kĩ năng của mình Mỗi lời góp ý của thầy cô là một bài học rất quý giá đối với chúng em Một lần nữa chúng em xin được chân thành cảm ơn quý Thầy, Cô

Cuối cùng em kính chúc quý Thầy, Cô dồi dào sức khỏe và thành công trong sự nghiệp cao quý

Trang 15

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỆN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI

1.1 Tổng quan về ngành điện năng lượng mặt trời ở Việt Nam 1.1.1 Thực trạng sử dụng điện năng hiện nay ở Việt Nam

Hiện nay ở nước ta, điện năng đang đóng vai trò rất quan trọng đối với đời sống con người nhất là đất nước ta đang trong thời kì công nghiệp hóa-hiện đại hóa việc sử dụng điện năng trong tất cả các lĩnh vực ngày càng tăng.Ngày nay các nguồn năng lượng sơ cấp đang có nguy cơ suy kiệt,do nhu cầu sử dụng của con người ngày càng cao vì vậy việc tìm kiếm nguồn năng lượng sạch và vô hạn có thể sử dụng trong tương lai như năng lượng mặt trời đang được quốc gia quan tâm đến

Bảng 1.1 phân tích tình hình sử dụng điện năng ở Việt Nam

Nhu cầu sử dụng điện ở Việt Nam có thực sự tăng?

Thứ trưởng Bộ Công Thương Cao Quốc Hưng cho hay dựa trên các thống kê nhu cầu điện năng đã tăng trên 13% cho giai đoạn 2000 - 2010 và trên 11% cho giai đoạn 2011 - 2016 (năm 2018 vừa qua là trên 10%).

Nguyên nhân làm tăng nhu cầu sử dụng điện?

Nền khoa học kỹ thuật phát triển không ngừng đi đôi với mức tăng trưởng kinh tế và đòi hỏi cuộc sống, số lượng các tòa nhà thương mại và phục vụ dân sinh cũng nhanh chóng gia tăng, kéo theo ñó là nhu cầu sử dụng năng lượng ngày càng cao

Theo đánh giá của Tập đoàn Điện lực Việt Nam (EVN) thì việc sử dụng lãng phí điện năng hiện nay đã đến mức báo động Hiện nay Việt Nam có tỉ lệ điện dùng cho ánh sáng sinh hoạt chiếm tỉ lệ 41,7% Tỷ lệ điện dùng cho ánh sáng sinh hoạt cao là một yếu tố chính gây mất cân đối

Trang 16

của hệ thống điện trong giờ cao điểm tối, ảnh hưởng xấu đến hiệu quả đầu tư hệ thống điện Điện sử dụng cho chiếu sáng chiếm một tỷ trọng lớn và ngày càng gia tăng là do khả năng tiếp cận với nguồn điện quốc gia ngày càng mở rộng trong cả nước, do đời sống dân cư ngày càng được nâng cao và quá trình đô thị hóa ngày càng mạnh mẽ

Thực trạng khả năng cung cấp của ngành điện Việt Nam?

Từ một nước xuất khẩu năng lượng nhưng đến năm 2009 nước ta đã phải nhập khẩu điện lên 4,84% năm 2009 Hiện nay tình trạng mất điện vẫn còn diễn ra,việc mất điện cũng ảnh hưởng không nhỏ đến đời sống sinh hoạt hàng ngày của người dân cũng như các hoat động sản xuất

Theo tính toán quy hoạch phát triển năng lượng quốc gia, trong giai đoạn 2010 – 2020 nước ta sẽ mất cân đối giữa khả năng cung cấp và nhu cầu sử dụng nguồn điện năng, từ một nước xuất khẩu thành nước nhập khẩu năng lượng Thách thức cho

ngành điện Việt Nam?

Thực trạng đó đặt ra nhiều thách thức cho các ngành chức năng là làm thế nào để giảm tải lượng điện năng tiêu thụ, đảm bảo và duy trì nguồn điện ổn định cho các lĩnh vực Hướng giải quyết

cấp bách ?

Tiết kiệm điện trở thành một trong những vấn đề cấp thiết hiện nay Việc sử dụng tiết kiệm năng lượng tại hộ gia đình không những góp phần tiết kiệm cho Quốc gia mà còn tiết kiệm tiền điện hàng tháng cho từng hộ gia đình

Trước tình trạng nguồn năng lượng truyền thống không tái tạo như dầu mỏ, than, nhiệt điện…đều đang đứng trước những cảnh báo cạn kiệt buộc nhân loại phải vào cuộc tìm kiếm nguồn năng lượng thay thế, đặc biệt là nguồn năng lượng tái tạo

Trang 17

1.1.2 Tiềm năng năng lượng mặt trời tại Việt Nam và so sánh với thế giới

Nếu trước đây, năng lượng mặt trời được xem là nguồn năng lượng xa xỉ do suất đầu tư cao, thì hiện nay, với sự phát triển mạnh của khoa học công nghệ, suất đầu tư giảm, điện mặt trời đã bắt đầu đi vào cuộc sống, được nhiều gia đình, doanh nghiệp sử dụng, mang lại hiệu quả

Nước ta được đánh giá là quốc gia có tiềm năng điện mặt trời rất lớn, tương đương với các nước trong khu vực có thị trường năng lượng mặt trời phát triển như: Trung Quốc, Thái Lan, Philippines hay những thị trường truyền thống như: Ý và Tây Ban Nha Tuy nhiên, việc phát triển hiện nay vẫn chưa xứng với tiềm năng

Bảng 1.2 so sánh tính chất, tiềm năng NLMT so với thế giới Việt Nam Thế giới Số giờ nắng 1.600 - 2.700 giờ/năm 3.097 - 3.500 giờ/năm (Mỹ)

1900 – 2100 giờ/năm (Trung Quốc) 2300 – 2700 giờ/năm (Đức)

Bức xạ mặt trời 4 - 5 kWh/m2/ngày 5.5 – 6.5 kWh/m2/ngày (Mỹ)

5.5 – 6.0 kWh/m2/ngày (Trung Quốc) 6.0 – 7.5 kWh/m2/ngày (Đức)

Tổng công suất và tỷ lệ điện năng mặt trời trong tổng điện năng quốc gia

850MW và 1,6% 11,42 GW và 0,3% (Mỹ)

17,7 GW và 0,1% (Trung Quốc) 35,65 GW và 5,3% (Đức)

1.1.3 Hiện trạng phát triển hệ thống điện mặt trời ở Việt Nam

Hiện trạng phát triển điện mặt trời nối lưới ở Việt Nam, theo số liệu cập nhật mới nhất đến 08/2017 cho biết, tổng công suất lắp đặt điện mặt trời chỉ khoảng 28MW, chủ yếu là quy mô nhỏ cấp điện tại chỗ (vùng ngoài lưới cho các hộ gia đình và một số dự án trình diễn nối lưới điện hạ áp – lặp đặt trên các tòa nhà, công sở) Tuy nhiên, trong vòng 2 năm

Trang 18

trở lại đây nhiều chủ đầu tư trong và ngoài nước đang xúc tiến và tìm kiếm cơ hội đầu tư vào dự án điện mặt trời nối lưới quy mô lớn trong phạm vi cả nước

Hồ Dầu Tiếng được coi là hồ nước ngọt lớn nhất miền Nam với diện tích khoảng 27.000 ha Tại phần diện tích thuộc tỉnh Tây Ninh đang hình thành nhà máy điện mặt trời với công suất lắp đặt 500 MW, nằm trên diện tích khoảng 720 ha Đó là tổ hợp 3 nhà máy điện mặt trời Dầu Tiếng 1, 2, 3 Khi khởi công vào năm 2017, chủ đầu tư nói rằng đây là tổ hợp điện mặt trời lớn nhất châu Á

Theo tính toán, số giờ nắng trung bình trong năm tại Tây Ninh là 2.600 giờ Nhà máy điện mặt trời lớn nhất châu Á này có vốn đầu tư khoảng 9.100 tỷ đồng, dự kiến có sản lượng khoảng 4,3 triệu kWh/ngày (1,56 tỷ kWh/năm) Sản lượng này bằng khoảng 1/5 nhà máy thủy điện Hòa Bình Theo chủ đầu tư, mỗi ngày nhà máy sẽ đem lại doanh thu khoảng 400.000 USD(9,2 tỷ đồng)

Hình 1.1 Dự án điện mặt trời Dầu Tiếng (Tây Ninh) có tổng công suất 500 MW

Trang 19

Hình 1.2 Tổ hợp ba nhà máy BIM Energy công suất 330MW tại Ninh Thuận

Hình 1.3 Nhà máy điện mặt trời Bình Nguyên có công suất 50MW tại Quãng Ngãi

1.2 Giới thiệu chung hệ thống điện năng lượng điện mặt trời

Trang 20

Hệ thống điện năng lượng mặt trời là một hệ thống bao gồm một số các thành phần: các tấm pin mặt trời, các tải tiêu thụ điện, các thiết bị lưu trữ điện năng, các thiết bị đóng cắt và bảo vệ hệ thống

Hình 1.4 Tổng quan hệ thống điện năng lượng mặt trời

Pin mặt trời là phương pháp sản xuất điện trực tiếp từ nguồn năng lượng mặt trời qua các thiết bị biến đổi theo nguyên lý hiệu ứng quang điện

Hiệu ứng quang điện được phát hiện đầu tiên năm 1839 bởi nhà vật lý Pháp Alexandre Edmond Becquerel Tuy nhiên đến năm 1883 một pin năng lượng mặt trời mới được chế tạo thành công bởi Charles Fritts, ông phủ lên mạch bán dẫn selen một lớp cực mỏng vàng để tạo nên mạch nối Russell Ohl được xem là người tạo ra pin năng lượng mặt trời đầu tiên năm 1946 tuy nhiên nó chỉ có hiệu suất 1 % Pin mặt trời lần đầu tiên được ứng dụng là trên vệ tinh Vangaurd 1 của Mỹ, được phóng năm 1958 Ngày nay pin mặt trời được sản xuất trên toàn thế giới đặc biệt là ở các nước tiên tiến như Mỹ, Đức, Tây Ban Nha,…

Pin mặt trời có ưu điểm là gọn nhẹ có thể lắp bất kì ở đâu có ánh sáng mặt trời nên dễ dàng ứng dụng nhiều trong đời sống

Trang 21

Chúng đặc biệt thích hợp cho các vùng mà điện năng trong mạng lưới chưa vươn tới, các vệ tinh quanh quỹ đạo trái đất, máy tính cầm tay, các máy tính từ xa, thiết bị bơm nước,…

Hình 1.5 Ứng dụng của pin mặt trời

1.3 các hệ thống điện năng lượng mặt trời

1.3.1 Hệ thống điện năng lượng mặt trời độc lập

Là hệ thống điện mặt trời cung cấp điện cho nhu cầu sử dụng cả ngày lẫn đêm, chỉ dùng điện thu được từ năng lượng mặt trời

Hệ thống này bao gồm các tấm pin mặt trời, bộ điều khiển sạc, hệ thống lưu trữ điện, Inverter Đây là hệ thống phổ biến nhất hiện nay ở Việt Nam vì đáp ứng được nhu cầu sử dụng điện tại các khu vực chưa có điện, điện chập chờn, khi mất điện lưới thường xuyên

Trang 22

Hình 1.6 Hệ thống điện năng lượng điện mặt trời độc lập

1.3.2 Hệ thống năng lượng điện mặt trời nối lưới

Hệ thống năng lượng điện mặt trời nối lưới trực tiếp được dùng cho các tải tiêu thụ nhiều điện năng vào ban ngày như nhà xưởng, trường học, bệnh viện, cơ quan, hộ gia đình,…

Hình 1.7 Hệ thống điện năng lượng điện mặt trời nối lưới

Trang 23

Hệ thống sử dụng bộ hòa lưới để hòa lượng điện thu được từ các tấm pin mặt trời vào lưới điện quốc gia, sử dụng nội bộ Hiện nay ở các nước phát triển hệ thống này là rất phổ biến do ngoài hệ thống điện mặt trời nối lưới cấp điện cho nhu cầu nội bộ, họ còn có thể bán điện cho nhà nước với giá cao hơn giá mua điện nhiều khi nhu cầu sử dụng ít hơn lượng điện thu được, cộng thêm hiện tượng mất điện lưới rất ít xảy ra Ưu điểm của hệ thống hòa lưới là chi phí thấp do không có ắc quy lưu trữ cũng như các bộ điều khiển, chuyển đổi điện

1.3.3 Hệ thống năng lượng mặt trời hòa lưới có dự trữ ( Hybrid )

Hệ thống năng lượng mặt trời hòa lưới có dự trữ hay còn gọi là hệ thống năng lượng mặt trời hỗn hợp ( Hybrid System ) mang lại cho người tiêu dùng một nguồn cung cấp điện liên tục ngay cả khi lưới điện bị cúp Đây là giải pháp sử dụng nguồn năng lượng mặt trời để chuyển thành nguồn điện xoay chiều cung cấp cho phụ tải ưu tiên, hệ thống đồng thời sạc cho bộ lưu trữ (Ắc quy)

Hình 1.8 Hệ thống sử dụng năng lượng mặt trời hòa lưới có dự trữ

Thành phần chính trong hệ thống này là bộ chuyển đổi điện Inverter cao cấp thông minh để kết nối nguồn điện DC từ bình Ắc quy dự phòng thay vì từ pin năng lượng mặt trời Trong trường hợp này, các tấm pin năng lượng mặt trời chỉ có chức năng như một nguồn nạp vào cho hệ thống Ắc quy dự phòng của bạn Tùy theo Inverter mà có các chức năng khác nhau như ưu tiên lưới và ưu tiên Ắc quy

Trang 24

Khi nguồn điện mặt trời dư sẽ được hòa vào lưới điện Quốc gia Khi nguồn năng lượng mặt trời thiếu, hệ thống sẽ bổ sung thêm nguồn điện lưới để cung cấp cho phụ tải và sạc cho bộ dự trữ

1.3.4 Các hệ thống điện năng lượng mặt trời khác

Hệ thống điện năng lượng mặt trời độc lập kết hợp: là hệ thống điện mặt trời độc lập, có kết hợp với một số nguồn phát điện khác như tua bin gió hoặc máy điện dùng nhiên liệu, có kết hợp giám sát và điều khiển từ xa Ưu điểm hệ thống này là đảm bảo nguồn phát điện liên tục hơn chỉ sử dụng hệ thống điện mặt trời, nhược điểm là phức tạp và giá cao, chi phí bảo trì cũng lớn

Hệ thống năng lượng mặt trời độc lập có nguồn lưới có dự phòng là một biến thể của hệ thống năng lượng mặt trời độc lập kết hợp : Hệ thống này dùng ánh nắng mặt trời để tạo ra điện một chiều, sau đó điện một chiều được sạc vào bình ác quy nhằm để lưu trữ Điện một chiều được inverter biến đổi thành xoay chiều khi chúng ta sử dụng tải ( máy quạt,TV,đèn,…).Vào những ngày trời râm hoặc mưa thì tấm pin năng lượng mặt trời không tạo đủ điện để cung cấp thì bộ inverter sẽ tự động chuyển đổi lấy nguồn lưới để cung cấp điện áp cho tải hoạt động bình thường và sạc cho ác quy dự trữ nhằm đảm bảo có điện dự trữ khi có trục trặc về nguồn lưới để tải hoạt động ổn định Hệ thống này phù hợp để sử dụng cho các hộ gia đình vừa và nhỏ hoặc là nhừng nơi mà hệ thống điện không ổn định hay xảy ra trục trặc mất điện

Hình 1.9 Hệ thống kết hợp năng lượng mặt trời và gió có nguồn lưới dự phòng

Trang 25

1.4 Các thiết bị trong hệ thống điện năng lượng mặt trời 1.4.1 Pin mặt trời

Pin năng lượng mặt trời hay pin mặt trời hay pin quang điện (Solar Photo-Valtaic) bao gồm nhiều tế bào quang điện (Solar cells) - là phần tử bán dẫn có chứa trên bề mặt một số lượng lớn các cảm biến ánh sáng là đi-ốt quang, thực hiện biến đổi năng lượng ánh sáng thành năng lượng điện Cường độ dòng điện, hiệu điện thế hoặc điện trở của pin mặt trời thay đổi phụ thuộc bởi lượng ánh sáng chiếu lên chúng Tế bào quang điện được ghép lại thành khối để trở thành pin mặt trời (Thông thường 60 hoặc 72 tế bào quang điện trên một tấm pin mặt trời) Tế bào quang điện có khả năng hoạt động dưới ánh sáng mặt trời hoặc ánh sáng nhân tạo Chúng có thể được dùng như cảm biến ánh sáng (Ví dụ cảm biến hồng ngoại), hoặc các phát xạ điện từ gần ngưỡng ánh sáng nhìn thấy hoặc đo cường độ ánh sáng

Sự chuyển đổi này thực hiện theo hiệu ứng quang điện Hoạt động của pin mặt trời được chia làm ba giai đoạn:

 Đầu tiên năng lượng từ các photon ánh sáng được hấp thụ và hình thành các cặp electron-hole trong chất bán dẫn;

 Các cặp electron-hole sau đó bị phân chia bởi ngăn cách tạo bởi các loại chất bán dẫn khác nhau (P-N junction) Hiệu ứng này tạo nên hiệu điện thế của pin mặt trời

 Pin mặt trời sau đó được nối trực tiếp vào mạch ngoài và tạo nên dòng điện Các pin năng lượng mặt trời có nhiều ứng dụng trong thực tế Do giá thành còn đắt, chúng đặc biệt thích hợp cho các vùng mà điện lưới khó vươn tới như núi cao, ngoài đảo xa, hoặc phục vụ các hoạt động trên không gian; cụ thể như các vệ tinh quay xung quanh quỹ đạo trái đất, máy tính cầm tay, các máy điện thoại cầm tay từ xa, thiết bị bơm nước, Các Pin năng lượng mặt trời được thiết kế như những modul thành phần, được ghép lại với nhau tạo thành các tấm năng lượng mặt trời có diện tích lớn, thường được đặt trên nóc các tòa nhà nơi chúng có thể có ánh sáng nhiều nhất, và kết nối với bộ chuyển đổi của mạng lưới điện

Trang 26

Hình 1.10 Hoạt động của pin mặt trời

Hiện nay có 2 loại pin mặt trời phổ biến đó là pin mặt trời poly và mono

Pin mặt trời mono : Pin mono với các solar cell được làm bằng monocrystalline

silicon (mono-Si), còn được gọi là silicon đơn tinh thể với độ tinh khiết cao Chính vì vậy, nhìn bằng mắt thường sẽ thấy tấm pin đều màu và đồng nhất

Ưu điểm:

 Được làm từ silicon với độ tinh khiết cao nên hiệu suất sử dụng cao Tỉ lệ hiệu suất của các tấm pin mono thường ở khoảng 15-20%

 Độ bền cao, hiệu quả sử dụng dài lâu

 Hoạt động hiệu quả hơn so với pin poly trong điều kiện ánh sáng yếu Nhược điểm:

 Giá thành khá cao do quy trình sản xuất tốn kém

 Hoạt động kém hiệu quả hơn poly trong cùng điều kiện nhiệt độ tăng cao

Pin mặt trời Poly: Các tấm pin năng lượng mặt trời đầu tiên được tạo nên từ silicon

đa tinh thể như polysilicon (p-Si) và silicon đa tinh thể (mc-Si)

Nguyên liệu silicon tan chảy và được đổ vào khuôn hình vuông, được làm nguội và cắt thành những tấm wafer vuông hoàn hảo

Trang 27

Hình 1.11 Sự khác nhau của pin mặt trời poly và mono về mặt kỹ thuật

Để đảm bảo hệ thống pin năng lượng Mặt Trời hoạt động hiệu quả nhất, chúng ta phải quyết được hai vấn đề cơ bản:

Một là hướng đặt pin Mặt Trời và hai là độ nghiêng của tấm pin, nghiêng một góc bao nhiêu là hợp lý nhất để tia sáng Mặt Trời rọi vuông góc vào tấm pin, đồng nghĩa với việc tấm pin sẽ hấp thụ được nhiều tia bức xạ Mặt trời nhất Do đó, việc xác định chính xác hướng và góc nghiêng của tấm pin Mặt Trời là rất quang trọng

Trang 28

Hình 1.12 Quỹ đạo di chuyển của Mặt Trời trong một ngày

Như hình vẽ quỹ đạo di chuyển của Mặt Trời trong một ngày, ta có thể thấy được: Mặt Trời mọc ở phía Đông, tùy theo mùa nó sẽ mọc ở bán cầu Bắc (Mùa hè) hay bán cầu Nam (Mùa Thu, Đông) và sẽ lặn ở phía Tây Quỹ đạo di chuyển của mặt trời chếch về hướng Nam Bởi vì vậy mà tấm pin năng lượng Mặt trời sẽ phải đặt hướng về phía Nam để bề mặt hấp thụ của nó hứng được nhiều tia năng Mặt Trời nhất

Hình 1.13 Vị trí pin mặt trời hấp thụ được nhiều tia nắng nhất

Về mùa Động thì mặt trời xa xích đạo nên yêu cầu góc nghiêng của tấm pin lớn, còn mùa Hè thì mặt trời gần xích đạo nên góc nghiêng nhỏ hơn để có thể hứng vuông góc tia

Trang 29

nắng mặt trời rọi vào Tùy theo mỗi mùa mà góc nghiêng thay đổi theo để phù hợp nhất Tại Việt Nam, theo nghiên cứu lý thuyết và kinh nghiệm thực tế sẽ chọn ra một góc từ 11 độ đến 15 độ là phù hợp cho hệ khung giàn cố định trên máy hay trên mặt đất

Một vài ví dụ về góc nghiêng của tấm pin mặt trời tại một số vùng trong nước: Tại khu vực Hà Nội:

Bảng 1.3 Góc nghiêng tối ưu của tấm pin mặt trời khu vực Hà Nội

Tháng 1 Tháng 2 Tháng 3 Tháng 4 Tháng 5 Tháng 6 530 610 690 770 850 920

Tháng 7 Tháng 8 Tháng 9 Tháng 10 Tháng 11 Tháng 12 850 770 690 610 530 460

Trang 30

Nghiên 560 Nghiên 790 Nghiên 1020

Bảo vệ bình ắc quy: khi bình đầy (Ví dụ 13.8V – 14V đối với ắc quy 12V) thì bộ điều khiển ngăn không cho nguồn điện tiếp tục nạp vào ắc quy có thể gây sôi bình và làm ảnh hưởng đến tuổi thọ của bình Khi bình gần cạn đến ngưỡng phải ngắt để bảo vệ bình (Ví dụ 10.5V đối với ắc quy 12V), bộ điều khiển sẽ ngắt không cho sử dụng tải để bảo vệ bình không bị “kiệt”

Bảo vệ tấm pin mặt trời: nguyên lý của dòng điện là chảy từ nơi điện áp cao đến nơi điện áp thấp Ban ngày trời nắng thì điện áp tấm pin loại 12V sẽ từ khoảng 15 đến hơn 20V, cao hơn điện áp ắc quy nên dòng điện sẽ đi từ pin xuống ắc quy Nhưng ban đêm khi không có ánh nắng, điện áp của pin sẽ thấp hơn điện áp của ắc quy và dòng điện sẽ đi từ ắc quy lên ngược tấm pin và “đốt” tấm pin, làm giảm hiệu suất tấm pin dần dần và có thể hỏng tấm pin Vậy nên bộ điều khiển sẽ ngăn một cách triệt để không để cho dòng điện có thể đi ngược lên tấm pin để tránh hiện tượng trên

Điều quan trọng nhất: giúp đạt hiệu suất cao nhất từ tấm pin mặt trời Thiết bị có chức năng điều khiển làm sao để công suất sạc đạt cực đại Pmax, nâng cao hiệu suất sử dụng của tấm pin mặt trời Các bộ điều khiển sạc kiểu cũ đơn giản thì chỉ điều khiển đóng

Trang 31

cắt khi bình đầy hoặc bình cạn và bảo vệ không cho điện trào lên pin, hiện đại hơn là sử dụng phương pháp điều khiển điều rộng xung PWM (Pulse – Width – Modulation) sử dụng mạch transitor đóng cắt liên tục để ổn áp sạc cho ắc quy, phương pháp này có nhược điểm lớn là làm hao phí khoảng trên dưới 20% lượng điện sạc từ pin mặt trời Các bộ điều khiển sạc hiện đại sử dụng phương pháp điều rộng xung không hao phí, có bộ vi xử lý và thiết bị đo chọn được điểm có công suất cực đại MPP (Max Power Point) Pmax để sạc cho ắc quy

Một số chức năng khác như: hiển thị mức điện còn trong hệ bình ắc quy, bảo vệ quá tải, chập mạch trong hệ thống, các chức năng bổ sung như tự động bật tắt thiết bị, tạo dòng 5V để sạc điện thoại…

Hình 1.14 So sánh bộ điều khiển sạc thông thường và bộ điều khiển sạc hiện đại MPP kỹ thuật số

Trang 32

Phương pháp sạc xung: các bộ điều khiển sạc xung sẽ kéo dài tốt hơn tuổi thọ của ắc quy Phương pháp sạc xung hiện nay được ứng dụng trong việc sạc laptop, sạc điện thoại và được đánh giá là phương pháp sạc ưu việt nâng cao tuổi thọ của pin hay ắc quy

Hình 1.15 Bộ điều khiển sạc PWM (Trái) và bộ điều khiển sạc hiện đại MPPT kỹ thuật số (Phải)

1.4.3 Inverter

Inverter chuyển đổi dòng điện DC từ ắc quy thành dòng điện AC (110 VAC, 220 VAC) Được thiết kế với nhiều cấp công suất từ 0.3 kVA – 10kVA

Hình 1.16 Hình mẫu Inverter, cách thức kết nối

Trang 33

Inverter có nhiều loại và các phân biệt chúng bằng dạng sóng của điện áp đầu ra: dạng sóng hình sin, giá sin, sóng vuông, sóng bậc thang,…

Trong bất kỳ hệ thống điện năng lượng mặt trời nào, biến tần đóng vai trò rất quan trọng và thường được coi là bộ não của một dự án, cho dù là một hệ thống dân cư 2kW hay là một nhà máy điện 5MW

Chức năng cơ bản của một bộ biến tần là nghịch lưu dòng điện DC trực tiếp thành dòng xoay chiều AC Dòng AC này đủ tiêu chuẩn để được sử dụng cho tất cả các thiết bị gia dụng hay công nghiệp Đây là lý do tại sao nhiều biến tần được xem như là “cổng” giữa hệ thống quang điện (PV) và năng lượng vô giá

Công nghệ biến tần được cải tiến đáng kể, ngoài việc chuyển đổi DC sang AC, chúng còn đáp ứng một nhu cầu khác để đảm bảo rằng biến tần có thể hoạt động ở hiệu suất tối đa như: giám sát dữ liệu, nâng cao điều khiển tiện ích,… các nhà sản xuất biến tần cũng cung cấp các dịch vụ không thể thiếu để duy trì sản xuất năng lượng và hiệu suất cao cho dự án, bao gồm bảo dưỡng và thời gian sữa chữa nhanh

Sự thâm nhập hệ thống quang điện cao và tác động của nó đối với lưới điện lão hóa của chúng ta là một thách thức đối với toàn bộ ngành công nghiệp năng lượng mặt trời Thử thách không dành riêng cho biến tần, nhưng giải pháp có thể hoàn toàn điều khiển bằng biến tần Bởi vì các bộ phận biến tần đóng vai trò như một cổng vào của hệ thống, các tiện ích điều khiển nâng cao, chẳng hạn như khả năng dự đoán đầu ra và phân bố công suất Các chức năng này giúp dễ dàng chuyển đổi khi có nhiều năng lượng mặt trời hơn, mà không cần nâng cấp cơ sở hạ tầng lớn và đắt tiền Việc sử dụng biến tần với các tiện ích hỗ trợ phát triển chức năng sẽ được chứng minh thuyết phục khi kết hợp với nối lưới

Biến tần đã phát triển nhiều hơn với việc là nghịch lưu dòng điện DC sang AC của một hệ thống điện năng lượng mặt trời Biến tần phải tiếp tục đổi mới và giảm chi phí, đồng thời duy trì cá thuộc tính quan trọng cho hệ thống điện năng lượng mặt trời (độ tin cậy, hiệu suất và các tính năng như giám sát dữ liệu), để tang khả năng xâm nhập của hệ thống quang điện

Trang 34

1.4.4 Battery (Ắc quy)

Là thiết bị lưu trữ điện để sử dụng vào ban đêm hoặc lúc trời ít hoặc không còn ánh nắng Ắc quy có nhiều loại, kích thước và dung lượng khác nhau, tùy thuộc vào công suất và đặc điểm của hệ thống tấm pin mặt trời Hệ thống có công suất càng lớn thì cần sử dụng ắc quy có dung lượng lớn hoặc dung nhiều bình ắc quy kết nối lại với nhau

Hình 1.17 Một số loại ắc quy

Ắc quy thì có nhiều cách gọi như: ắc quy nước, ắc quy axít, ắc quy axít kiểu hở, ắc quy kín khí, ắc quy không cần bảo dưỡng, ắc quy khô, ắc quy GEL, ắc quy kiềm Phân biệt hai loại ắc quy thông dụng hiện nay là ắc quy sử dụng điện môi bằng a-xít (Gọi tắt là ắc quy axít hoặc ắc quy chì - axít) và ắc quy sử dụng điện môi bằng kiềm (Gọi tắt là ắc quy kiềm)

Trong thực tế, các bản cực ắc quy không giống như hình đã nêu ở phần trên, các cực của ắc quy có số lượng nhiều hơn (Để tạo ra dung lượng bình ắc quy lớn) và mỗi bình ắc quy lại bao gồm nhiều ngăn như vậy Nhiều tấm cực để tạo ra tổng diện tích bản cực được nhiều hơn, giúp cho quá trình phản ứng xảy ra đồng thời tại nhiều vị trí và do đó dòng điện cực đại xuất ra từ ắc quy đạt trị số cao hơn - và dung lượng ắc quy cũng tăng lên

Do kết cấu xếp lớp nhau giữa các tấm cực của ắc quy nên thông thường số cực dương và cực âm không bằng nhau bởi sẽ tận dụng sự làm việc của hai mặt một bản cực (Nếu số bản cực bằng nhau thì các tấm ở bên rìa sẽ có hai mặt trái chiều ở cách nhau quá xa, do đó phản ứng hóa học sẽ không thuận lợi) Ở giữa các bản cực của ắc quy đều có tấm chắn, các tấm chắn này không dẫn điện nhưng có độ thẩm thấu lớn để thuận tiện cho quá trình phản ứng xảy ra khi các cation và anion xuyên qua chúng để đến các điện cực

Trang 35

Hình 1.18 Cách sấp xếp các tấm cực của ắc quy

Mỗi một ngăn cực của ắc quy a-xít chỉ cho mức điện áp khoảng 2 đến 2,2V do đó để đạt được các mức 6, 12 V thì ắc quy phải ghép nhiều ngăn nhỏ với nhau, Ví dụ ghép 3 ngăn để thành ắc quy 6V, ghép 6 ngăn để thành ắc quy 12V

Hình 1.19 Kết cấu của một bình ắc quy

Trang 36

CHƯƠNG 2: CẤU TRÚC VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN NĂNG LƯỢNG MẶT

TRỜI

2.1 Hệ thống điện năng lượng mặt trời độc lập

2.1.1 Cấu trúc của hệ thống điện năng lượng mặt trời độc lập

Một hệ thống điện năng lượng mặt trời theo mô hình độc lập bao gồm các phần sau:  Tấm pin năng lượng mặt trời

 Hệ thống lưu trữ (Ắc quy)  Bộ điều khiển sạc

 Inverter

 Giàn khung, giá đỡ, dây điện, phụ kiện

Hình 2.1: Cấu trúc hệ thống năng lượng mặt trời độc lập

2.1.2 Nguyên lý hoạt động của hệ thống điện năng lượng mặt trời độc lập

Các tấm pin năng lượng mặt trời được lắp đặt ở mái nhà, vách tường hoặc những nơi thuận lợi để tiếp thu nhiều ánh sáng mặt trời nhất Ánh sáng mặt trời chiếu thẳng vào pin mặt trời sẽ được biến đổi thành dòng điện một chiều theo hiệu ứng quang điện Dòng điện một chiều này sẽ được dẫn tới bộ điều khiển là một thiết bị điện tử có chức năng điều hòa

Trang 37

tự động các quá trình nạp điện vào ắc-quy và phóng điện từ ắc quy ra các thiết bị điện một chiều (DC)

Đồng thời trong hệ thống này sẽ được lắp thêm inverter chuyển dòng điện một chiều thành dòng điện xoay chiều cung cấp điện cho các thiết bị điện xoay chiều (AC)

2.1.3 Ưu điểm và nhược điểm của hệ thống điện năng lượng mặt trời độc lập

Bảng 2.1 Ưu và nhược điểm của hệ thống điện năng lượng mặt trời độc lập

1 Không phụ thuộc vào lưới điện, cung cấp nguồn điện một cách liên tục kể cả khi hệ thống điện lưới bị cắt

Không ổn định trong những ngày nhiều mây và mưa không có ánh nắng mặt trời

2 Tạo ra một nguồn điện hoàn toàn độc lập, xanh sạch và giúp bảo vệ môi trường

Vẫn gây ô nhiễm môi trường dù rất ít, việc lắp đặt những cánh đồng pin mặt trời cũng chiếm rất nhiều diện tích đất nhẽ ra được dành cho cây cối và thảm thực vật nói chung

3 Nguồn năng lượng mặt trời vô tận, dư thừa để đáp ứng nhu cầu về năng lượng của nhân loại

Mật độ năng lượng thấp (để tạo ra 1kW điện từ nhiệt năng mặt trời đòi hỏi một diện tích khá lớn của các tấm pin mặt trời)

4 Chi phí bảo trì bảo dưỡng hầu như không tốn kém, giúp tiết kiệm tiền điện cho gia đình hàng tháng

Việc lưu trữ năng lượng mặt trời tại các hộ gia đình đòi hỏi khoản chi phí đáng kể ở giai đoạn ban đầu

5 Dễ dàng lắp đặt, sử dụng và thay thế dễ dàng cho khu vực nông thôn

Chi phí lưu trữ năng lượng cao do giá ắc quy tích trữ còn khá cao

Trang 38

6 Sản xuất năng lượng mặt trời không sử dụng các loại động cơ như trong máy phát điện, vì vậy việc tạo ra điện không gây tiếng ồn

Sử dụng nhiều thành phần đắt tiền và quý hiếm (cadmium telluride-CdTe hoặc gallium selenide indi-CIGS)

2.2 Hệ thống điện năng lượng mặt trời nối lưới

2.2.1 Cấu trúc của hệ thống điện năng lượng mặt trời nối lưới

Một hệ thống điện năng lượng mặt trời nối lưới (hay còn gọi là điện năng lượng mặt trời hòa lưới) bao gồm các phần tử:

 Tấm pin năng lượng mặt trời  Bộ điều khiển sạc

 Inverter hòa lưới

 Đồng hồ đo điện năng tiêu thụ

Hình 2.2 Cấu trúc của hệ thống điện năng lượng mặt trời nối lưới

2.2.2 Nguyên lý hoạt động của hệ thống điện năng lượng mặt trời nối lưới

Hệ thống sẽ biến đổi nguồn điện một chiều (DC) từ các tấm pin năng lượng mặt trời thành nguồn điện xoay chiều (AC) thông qua bộ điều khiển sạc và Inverter Bộ điều khiển sạc được lập trình tự dò điểm công suất cực đại (Maximum Power Point Tracker ) từ các tấm pin nhằm tối ưu điện năng nhận được từ năng lượng mặt trời

Trang 39

Hệ thống sẽ tự đồng bộ pha và kết nối giữa điện mặt trời và điện lưới, trong đó ưu tiên sử dụng điện mặt trời cung cấp trực tiếp cho tải, cụ thể:

 Khi công suất hòa lưới bằng công suất tải thì tải sẽ tiêu thụ hoàn toàn điện từ hệ thống điện năng lượng mặt trời

 Khi công suất tải tiêu thụ lớn hơn công suất hòa lưới thì tải sẽ lấy thêm lưới bù vào

 Khi công suất tải tiêu thụ nhỏ hơn công suất hòa lưới, lượng điện thừa sẽ được đưa lên lưới điện và được đo bởi công tơ điện hai chiều

2.2.3 Ưu điểm và nhược điểm của hệ thống điện năng lượng mặt trời nối lưới

Bảng 2.2 Ưu và nhược điểm của hệ thống điện năng lượng mặt trời nối lưới

1 Hệ thống dễ lắp đặt và bảo trì, vận hành hoàn toàn tự động

Hệ thống không thể hoạt động khi lưới điện mất

2 Hệ thống hòa lưới thông minh có độ an toàn và chính xác cao đồng thời tiết kiệm chi phí điện năng

Hệ thống sẽ hoàn toàn bị đình trệ khi inverter hòa lưới bị hư hỏng gây ảnh hưởng đến tiến trình làm việc

3 Chi phí đầu tư ít hơn, dễ dàng mở rộng công suất

Việc lắp đặt đường dây điện nối hệ thống lưới ở khu vực nông thôn có thể rất tốn kém

2.3 Hệ thống năng lượng mặt trời hòa lưới có dự trữ

2.3.1 Cấu trúc của hệ thống điện năng lượng mặt trời hòa lưới có dự trữ

Một hệ thống điện năng lượng mặt trời hòa lưới có dự trữ (Hybrid system) bao gồm các phần tử:

 Tấm pin năng lượng mặt trời  Ắc quy

Trang 40

 Inverter hòa lưới thông minh  đồng hồ đo điện năng tiêu thụ

Hình 2.3 Cấu trúc của hệ thống điện năng lượng mặt trời hòa lưới có dự trữ

2.3.2 Nguyên lý hoạt động của hệ thống điện năng lượng mặt trời hòa lưới có dự trữ

Hệ thống sẽ biến đổi nguồn điện một chiều (DC) từ các tấm pin năng lượng mặt trời thành nguồn điện xoay chiều (AC) thông qua bộ Inverter thông minh Trong trường hợp này, các tấm pin năng lượng mặt trời chỉ có chức năng như một nguồn nạp vào cho hệ thống Ắc quy dự phòng Tùy theo Inverter mà có các chức năng khác nhau : ưu tiên lưới và ưu tiên Ắc quy

Ưu tiên lưới: Bộ Inverter sẽ ưu tiên dòng điện từ lưới cung cấp dòng điện 220VAC cho thiết bị gia dụng trong nhà Khi cúp điện Inverter sẽ lấy dòng điện DC từ Ắc quy biến đổi thành dòng điện AC 220V cung cấp cho tải nhà bạn

Ưu tiên Ắc quy: Bộ Inverter sẽ ưu tiên dòng điện từ Ắc quy dự phòng lấy điện DC từ Ắc quy biến đổi thành dòng điện 220VAC cung cấp cho tải trong nhà Khi bình Ắc quy còn 30% dung lượng điện (Tùy theo cài đặt chỉ số của Inverter) sẽ tự động ngắt điện sau đó