ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
ĐỀ TÀI
TÌM HIỂU VỀ SẢN XUẤT ĐIỆN TỪ NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI
NGUYỄN TRỌNG QUYẾT
Quyet.NT232276@sis.hust.edu.vn Ngành kỹ thuật điều khiển – Tự động hóa
Giảng viên hướng dẫn: ThS Lê Công Cường
HÀ NỘI, 12/2023
Chữ ký GVHD
Trang 2BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO
ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do - Hạnh phúc
NHIỆM VỤ
BÁO CÁO NHẬP MÔN
Họ và tên sinh viên: Nguyễn Trọng Quyết
1 Tên đề tài:
Tìm hiểu về sản xuất điện từ năng lượng mặt trời
2 Nội dung đề tài:
Trình bày tìm hiểu về khái niệm, cấu tạo, tác dụng lợi ích và hạn chế của hệ thống sản xuất điện từ mặt trời và một số nhà máy điện mặt trời ở Việt Nam
3 Thời gian giao đề tài: 06/12/2023 Thời gian hoàn thành:03/02/2024
Ngày 03 tháng 2 năm 2024
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
Trang 3Tóm tắt nội dung
Đề tài “Tìm hiểu về sản xuất điện từ năng lượng mặt trời” trình bày về khái niệm năng lượng mặt trời và cấu tạo hệ thống sản xuất điện năng lượng mặt trời, cũng như giới thiệu thêm về một số nhà máy điện năng mặt trời lớn đang hoạt động ở Việt Nam Ngoài ra còn nêu lên những lợi ích cũng như mặt hạn chế khi sử dụng điện năng mặt trời
Trang 4MỤC LỤC
CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU 5
1.1 Khái niệm về năng lượng mặt trời 6
1.2 Điện năng lượng mặt trời 6
1.1.1 Khái quát về điện năng lượng mặt trời 6
1.1.2 Xu hướng sử dụng điện năng lượng mặt trời ở Việt Nam 7
CHƯƠNG 2 HỆ THỐNG SẢN XUẤT ĐIỆN TỪ NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI 9
2.1 Cấu tạo hệ thống sản xuất điện năng lượng mặt trời 9
2.1.1 Tấm pin mặt trời 9
2.1.2 Biến tần Inverter 11
2.1.3 Bộ sạc năng lượng mặt trời 12
2.1.4 Hệ thống ắc quy lưu trữ năng lượng 14
2.2 Nguyên lí hoạt động của hệ thống sản xuất điện năng lượng mặt trời 15
2.3 Phân loại hệ thống lắp điện năng lượng mặt trời 16
2.3.1 Hệ thống điện mặt trời độc lập ( Off-grid) 16
2.3.2 Hệ thống điện mặt trời hòa lưới ( On-grid) 17
2.3.3 Hệ thống điện mặt trời kết hợp (Hybrid) 18
2.4 Một số nhà máy điện năng lượng mặt trời ở Việt Nam 19
2.4.1 Nhà máy điện mặt trời Trung Nam 19
2.4.2 Nhà máy điện mặt trời Phú Mỹ 20
2.4.3 Nhà máy điện mặt trời Phước Hữu 21
2.4.4 Nhà máy điện mặt trời Hòa Hội 21
2.4.5 Nhà máy điện mặt trời Mỹ Hiệp 22
Trang 5DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1 Năng lượng mặt trời 6
Hình 1.2 Điện năng lượng mặt trời 6
Hình 1.3 Biểu đồ thể hiện sự phát triển của điện năng lượng mặt trời 7
Hình 2.1 Hệ thống sản xuất điện từ năng lượng mặt trời 9
Hình 2.2 Các lớp của pin năng lượng mặt trời 10
Hình 2.3 Tấm pin đơn tinh thể (mono) và tấm pin đa tinh thể (poly) 11
Hình 2.4 Biến tần Inverter 12
Hình 2.5 Bộ sạc năng lượng mặt trời 12
Hình 2.6 Sơ đồ mạch điện bộ điều khiển sạc 14
Hình 2.7 Ắc quy lưu trữ cho hệ thống điện năng lượng mặt trời 14
Hình 2.8 Quá trình chuyển hóa quang năng thành điện năng 15
Hình 2.9 Sơ đồ hoạt động biến tần Inverter 15
Hình 2.10 Sơ đồ nguyên lí hoạt động của hệ thống điện mặt trời 16
Hình 2.11 Sơ đồ hệ thống điện độc lập 16
Hình 2.12 Sơ đồ hệ thống điện mặt trời hòa lưới 17
Hình 2.13 Sơ đồ hệ thống điện mặt trời kết hợp 18
Hình 2.14 Nhà máy điện mặt trời Trung Nam 19
Hình 2.15 Nhà máy điện mặt trời Phú Mỹ 20
Hình 2.16 Nhà máy điện mặt trời Phước Hữu 21
Hình 2.17 Nhà máy điện mặt trời Hòa Hội 21
Hình 2.18 Nhà máy điện mặt trời Mỹ Hiệp 22
Hình 3.1 Sử dụng điện năng mặt trời giúp tiết kiệm 23
Hình 3.2 Sử dụng điện năng mặt trời giúp bảo vệ môi trường 24
Hình 3.3 Năng lượng mặt trời tạo ra điện năng 25
Hình 3.4 Hạn chế về mặt thời tiết của điện năng mặt trời 26
Hình 3.5 Khí nito trifluoride gây ô nhiễm môi trường 27
Hình 3.6 Cánh đồng pin mặt trời chiếm diện tích đất đai 27
Trang 6CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU
1.1 Khái niệm về năng lượng mặt trời
Hình 1.1 Năng lượng mặt trời
Năng lượng mặt trời là nguồn năng lượng đầu tiên trên thế giới và được con
người tận dụng trước cả khi học cách tạo ra lửa Năng lượng mặt trời được hiểu là
năng lượng bức xạ và nhiệt xuất phát từ mặt trời
Năng lượng mặt trời và các tài nguyên thứ cấp của nó như sức gió, sức sóng, sức nước, sinh khối… tạo nên hầu hết năng lượng tái tạo trên trái đất Con người và các sinh vật trên trái đất sẽ không thể tồn tại nếu không có mặt trời và nguồn năng lượng từ mặt trời
1.2 Điện năng lượng mặt trời
1.1.1 Khái quát về điện năng lượng mặt trời
Hình 1.2 Điện năng lượng mặt trời
Trang 7Điện mặt trời (Solar energy) là một loại năng lượng sạch, được tạo ra từ việc
chuyển đổi năng lượng mặt trời, chuyển hóa quang năng và nhiệt năng thành điện năng, thông qua các tấm pin năng lượng mặt trời
Vai trò của điện mặt trời :
- Nguồn cung cấp năng lượng sạch – bền vững - Đảm bảo an ninh năng lượng quốc gia
- Phát triển kinh tế nước nhà - Đa dạng hóa nguồn năng lượng
- Tiết kiệm chi phí, phát triển xã hội……
1.1.2 Xu hướng sử dụng điện năng lượng mặt trời ở Việt Nam
Hình 1.3 Biểu đồ thể hiện sự phát triển của điện năng lượng mặt trời
Việc sử dụng điện năng lượng mặt trời để tiết kiệm điện năng, giảm thiểu tác động tới môi trường dần trở thành xu hướng của nhiều người dân và doanh nghiệp
Đặc biệt, sau năm 2020 khi ngành điện không có nguồn khai thác mới thì xu hướng sử dụng Điện năng lượng mặt trời và việc phát triển các dự án Điện năng lượng mặt trời được xem là một trong những giải pháp tối ưu
Trang 8Sử dụng hệ thống điện năng lượng mặt trời có công suất phù hợp với nhu cầu sử dụng, vừa tiết kiệm chi phí, vừa tự chủ được nguồn điện phục vụ sinh hoạt, sản xuất, lại dễ dàng giám sát sản lượng điện thu được thông qua ứng dụng trên các thiết bị di động; ngoài ra còn cách nhiệt, giúp ngôi nhà mát mẻ hơn, vừa giảm chi phí tiền điện, làm mát, vừa góp phần bảo vệ môi trường xanh – sạch – đẹp Hơn nữa, Việt Nam có số giờ nắng lý tưởng, giá pin mặt trời giảm nhanh theo thời gian trong khi giá điện than ngày càng tăng
Qua đó, tiềm năng từ năng lượng mặt trời để sản xuất điện là
0,733kWh/m2/ngày Có thể thấy rằng năng lượng mặt trời tại Việt Nam có tiềm năng lớn, phù hợp với việc khai thác, sử dụng loại năng lượng này để phát triển trong thời điểm hiện nay và tương lai
Tính đến tháng 10 năm 2020, tại Đà Nẵng đã có 885 khách hàng lắp đặt điện mặt trời mái nhà (765 khách hàng sinh hoạt, 120 khách hàng ngoài sinh hoạt), tổng công suất lắp đặt 5889kWp, đạt 84% kế hoạch Tổng Công ty Điện lực Miền Trung (EVNCPC) giao năm 2020 (7000kWp), tổng sản lượng phát ngược lên lưới lũy kế là 938.501kWh, với tổng số tiền cần thanh toán gần 2 tỷ đồng (đã bao gồm VAT)
Trong khi đó, Chính phủ cũng đã tích cực xây dựng chính sách để hỗ trợ ngành điện mặt trời phát triển, thu hút đầu tư phát triển ngành này, giúp nhà nước đảm bảo an ninh năng lượng, phát triển kinh tế "Nhờ có chính sách ưu đãi nên rất nhiều dự án điện mặt trời được đầu tư ở Việt Nam Có thể nói Việt Nam sẽ trở thành cường quốc điện mặt trời trong thời gian rất ngắn" Ông Võ Quang Lâm, Phó TGĐ Tập đoàn Điện lực Việt Nam (EVN) nói tại họp báo Chính phủ thường kỳ chiều tối 31/5/2019
Trang 9CHƯƠNG 2 HỆ THỐNG SẢN XUẤT ĐIỆN TỪ NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI
2.1 Cấu tạo hệ thống sản xuất điện năng lượng mặt trời
Hình 2.1 Hệ thống sản xuất điện từ năng lượng mặt trời
Các thành phần cơ bản cấu tạo nên hệ thống điện năng lượng mặt trời bao gồm: -Các tấm pin mặt trời
-Biến tần chuyển đổi điện (inverter) -Sạc năng lượng mặt trời
-Hệ thống ắc quy lưu trữ
Mỗi bộ phận này đóng một vai trò quan trọng khác nhau giúp tạo nên một hệ thống điện mặt trời hoạt động hiệu
2.1.1 Tấm pin mặt trời
Trang 10Hình 2.2 Các lớp của pin năng lượng mặt trời
Tấm pin mặt trời là bộ phận hấp thụ và chuyển hóa bức xạ mặt trời thành dòng điện một chiều DC Vì thế, những tấm pin này thường được đặt trên giá đỡ và ở những nơi có thể đón được bức xạ mặt trời nhiều nhất
Một tấm pin mặt trời thường gồm 6 bộ phận chính Đó là:
• Lớp kính trước: Làm bằng kính cường lực, có độ dày 2 – 4mm, giúp bảo vệ
Solar Cell khỏi sự va đập và tác động từ thời tiết bên ngoài (nhiệt độ, nắng, mưa, bụi, tuyến, mưa đá dưới 2,5cm) Đồng thời, lớp kính này trong suốt giúp cho ánh sáng ít bị phản xạ, khả năng hấp thụ bức xạ mặt trời của tấm pin tốt
• Lớp Eva (ethylene vinyl acetate, chất kết kính): Gồm 2 lớp màng polymer
trong suốt nằm trên và dưới lớp Solar Cell có khả năng chịu được nhiệt độ khắc nghiệt và độ bền cực kỳ cao Lớp Eva có tác dụng kết dính lớp kính cường lực, lớp Solar Cell, tấm nền pin với nhau Đồng thời, lớp Eva cũng giúp bảo vệ lớp Solar Cell, tránh bám bẩn, hơi ẩm, rung động
• Lớp Solar Cell (tế bào quang điện): Pin mặt trời mono và poly đều được
làm từ silic (một chất bán dẫn phổ biến) Một tế bào quang điện gồm lớp silic loại N và loại P Trong một cell, tinh thể silic nằm giữa hai lớp dẫn điện (ribbon và các thanh busbar) Lớp Solar Cell có tác dụng chính trong việc hấp thu bức xạ mặt trời và chuyển hóa thành dòng điện
• Tấm nền pin: Làm bằng polymer, nhựa PET, PP, PVF Tấm nền có tác
dụng chống ẩm, bảo vệ cơ học và cách điện
• Khung pin: Thường làm bằng nhôm nên nhẹ, cứng cáp, giúp cố định và bảo
vệ các thành phần bên trong trước tác động ngoại lực từ bên ngoài và tải trọng của gió
Trang 11• Hợp mạch điện (junction box): Bộ phận này được thiết kế bảo vệ khá chắc
chắn và nằm phía dưới cùng Đây là nơi tập hợp và trung chuyển nguồn điện được tạo ra từ tấm pin mặt trời ra ngoài
Hiện nay, có nhiều loại pin mặt trời nhưng phổ biến nhất là pin làm từ tinh thể mono và tinh thể poly
• Tinh thể Mono: Hoạt động tốt ngay cả trong điều kiện ánh sáng cường độ
yếu và tạo ra nhiều điện năng hơn nhưng giá cao hơn
• Tinh thể Poly: Giá thành rẻ, giúp người dùng tối ưu chi phí nhưng hoạt
động yếu hơn và sản sinh ít điện năng hơn
Hình 2.3 Tấm pin đơn tinh thể (mono) và tấm pin đa tinh thể (poly)
• Theo dõi công suất cực đại của các tấm pin mặt trời
• Chống sự xâm nhập của dòng ngược DC
Hiện nay có 2 loại inverter nổi bật, được dùng nhiều trên thị trường, đó là:
• Inverter Growatt: Hiệu suất tốt, phù hợp với mọi vùng miền và điều kiện thời tiết
• Inverter SMA: Độ bền cao
Trang 12Hình 2.4 Biến tần Inverter
2.1.3 Bộ sạc năng lượng mặt trời
Hình 2.5 Bộ sạc năng lượng mặt trời
Bộ sạc năng lượng mặt trời là một thiết bị thực hiện chức năng sạc cho ắc-quy,
bảo vệ vùng ắc-quy chống nạp quá tải góp phần giúp nâng cao tuổi thọ của bình và cả hệ thống pin mặt trời hiệu quả và lâu dài
Việc này sẽ hữu ích nếu có pin lưu trữ điện kết nối với hệ thống tấm pin mặt trời Khi bình ắc quy được lắm vào thì bộ sạc pin mặt trời sẽ thành một hệ thống được đánh giá là quan trọng Bất kỳ hệ thống năng lượng mặt trời ngoài lưới khi lắp đặt theo hệ thống hybrid điều có thế bán điện Đồng thời có thể lưu trữ điện để sử vào ban đêm, khi cúp điện hoặc thời gian cao điểm
Cụ thể là các nhiệm vụ sau:
Trang 13– Bảo vệ bình ắc quy là khi bình đầy (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 (10.5V đối với ắc quy 12V) bộ điều khiển sẽ ngắt không cho sử dụng tải để bảo vệ bình không bị cạn 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 15-20V, 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 chúng ta đạt hiệu suất cao nhất từ tấm pin mặt
trời Có chức năng này thì thiết bi này mới có tên gọi là “điều khiển”, nghĩa là
thiết bị này 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 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 Công suất
cực đại minh họa trong hình dưới đây là diện tích hình chữ nhật màu xám
Trang 14Hình 2.6 Sơ đồ mạch điện bộ điều khiển sạc
Theo các thống kế, khi áp dụng đúng hướng dẫn sử dụng bộ sạc năng lượng mặt trời MPPT có thể tăng hiệu quả hoạt động của mảng pin PV lên đến 30% Vì vậy mà hỗ trợ rất tốt cho hệ thống pin NLMT có dây dẫn dài
2.1.4 Hệ thống ắc quy lưu trữ năng lượng
Hình 2.7 Ắc quy lưu trữ cho hệ thống điện năng lượng mặt trời
Vì điện mặt trời không được sản xuất liên tục do thời gian chiếu sáng cố định, bởi vậy các bình ắc quy khi này được sử dụng để lưu trữ nguồn điện Khi điện lưới bị mất hoặc hệ thống điện mặt trời không sản xuất ra điện thì các bình ắc quy lưu trữ này sẽ cung cấp cho các tải tiêu thụ từ hệ thống điện lưới
Trang 15Bình ắc quy dùng cho năng lượng mặt trời giúp tích trữ năng lượng điện từ
ánh sáng mặt trời hiệu quả hơn Qua đó, người dùng có thể chuyển đổi nguồn điện acquy để hoà vào mạng lưới điện hàng ngày (gia đình, xí nghiệp hoặc khu công nghiệp Thay thế cho các nguồn điện lưới có sẵn có từ: thuỷ điện, nhiệt điện hay điện hạt nhân
2.2 Nguyên lí hoạt động của hệ thống sản xuất điện năng lượng mặt trời
Nhìn vào cấu tạo ta có thể thấy cơ chế hoạt động của hệ thống điện năng lượng
mặt trời dựa trên hiệu ứng quang điện trong vật lý học Hệ thống những tấm pin
năng lượng mặt trời được lắp lên mái nhà hoặc những vị trí có nhiều ánh sáng mặt trời nhiều nhất Những tấm pin sẽ có tác dụng hấp thu các photon trong ánh sáng mặt trời và sản sinh thành dòng điện một chiều DC
Hình 2.8 Quá trình chuyển hóa quang năng thành điện năng
Sau đó, dòng điện một chiều này thông qua bộ chuyển đổi inverter sẽ chuyển dòng điện một chiều thành dòng điện xoay chiều AC Dòng điện xoay chiều này có cùng công suất và cùng tần số với điện hòa lưới
Hình 2.9 Sơ đồ hoạt động biến tần Inverter
Trang 16Tiếp đến, hệ thống này sử dụng sạc năng lượng mặt trời để sạc đầy các ắc quy lưu trữ, rồi hòa vào mạng lưới điện của nhà nước Từ đó, cả hai nguồn điện này sẽ cùng lúc cung cấp điện cho các tải tiêu thụ Tuy nhiên hệ thống sẽ tự động ưu tiên sử dụng nguồn điện mặt trời chỉ khi hệ thống điện mặt trời không sản sinh và cung cấp đủ nguồn điện sử dụng thì sẽ chuyển sang sử dụng nguồn điện lưới
Hình 2.10 Sơ đồ nguyên lí hoạt động của hệ thống điện mặt trời
2.3 Phân loại hệ thống lắp điện năng lượng mặt trời 2.3.1 Hệ thống điện mặt trời độc lập ( Off-grid)
Hình 2.11 Sơ đồ hệ thống điện độc lập