ĐỒ ÁN ĐIỆN CÔNG NGHIỆP: TÌM HIỂU HỆ THỐNG ĐIỆN MẶT TRỜI HÒA LƯỚI GỒM TẤM PIN, MẠCH TĂNG ÁP, MẠCH NGHỊCH LƯU VÀ PHẦN MỀM PVSYST.
Tổng quan
Phân loại hệ thống điện mặt trời
1.3 Nội dung của đề tài
Chương 2: Tìm hiểu cấu tạo và nguyên lý của hệ thống điện mặt trời hòa lưới 2.1 Cấu tạo và nguyên lý của hệ thống điện mặt trời hòa lưới
2.5 Hệ thống điện mặt trời hòa lưới 3 pha 448 kWp – Ngô Hoàng Tuấn
2.6 Giới thiệu về phần mềm mô phỏng PVsyst
Chương 3: Kết luận và kiến nghị
7 Các yêu cầu hỗ trợ cho việc thực hiện đề tài: ………
8 Kinh phí dự trù cho việc thực hiện đề tài: ………
SINH VIÊN ĐỀ NGHỊ NGƯỜI HƯỚNG DẪN
(Ký tên và ghi rõ họ tên) (Ký tên và ghi rõ họ tên)
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG BÁCH KHOA Độc lập - Tự do - Hạnh phúc
NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
1 Cán bộ hướng dẫn: TS Quách Ngọc Thịnh
2 Tên đề tài: Tìm hiểu hệ thống điện mặt trời hòa lưới và phần mềm PVsyst
3 Họ và tên sinh viên: Đỗ Thị Huyền Trang MSSV: CD22T5P548
Email: trangdth.dt1@gmail.com ĐT: 0907990045
4 Lớp: Kỹ thuật điện Khóa: 2022
5 Nội dung nhật xét: a Nhận xét về hình thức của tập thuyết minh:
b Nhận xét về bản vẽ (nếu có):
c Nhận xét về nội dung của luận văn (đề nghị ghi chi tiết và đầy đủ):
* Các nội dung và công việc đã được (so sánh với đề cương của luận văn):
* Những vấn đề còn hạn chế:
d Nhận xét đối với từng sinh viên tham gia thực hiện đề tài (ghi rõ từng nội dung chính do sinh viên nào chịu trách nhiệm thực hiện nếu có):
e Kết luận và đề nghị:
6 Điểm đánh giá (cho từng sinh viên):
Cần Thơ, ngày … tháng … năm 2024
Xin chân thành cảm ơn Tiến sĩ Quách Ngọc Thịnh đã hướng dẫn và hỗ trợ hoàn thành đồ án Ngoài ra, em xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến các thầy cô trong Trường Bách khoa - Trường Đại học Cần Thơ, đặc biệt là các thầy cô trong Khoa Kỹ thuật điện đã tận tình truyền đạt kiến thức và tạo điều kiện thuận lợi trong suốt quá trình học tập.
Tuy có nhiều cố gắng nhưng do kiến thức và thời gian có hạn nên đồ án khó tránh khỏi những hạn chế và thiếu sót Kính mong Quý Thầy thông cảm và đóng góp ý kiến để đồ án được hoàn thiện hơn
Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn!
Ngày nay, năng lượng tàn dư sinh học, năng lượng không tái sinh ngày càng cạn kiệt, giá dầu mỏ tăng từng ngày, 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 toàn thế giới, xã hội và mỗi người chúng ta
Nguồn năng lượng thay thế đó phải sạch, thân thiện với môi trường, giảm chi phí, không cạn kiệt (tái sinh) và dễ dàng sử dụng Một trong những nguồn năng lượng đó là năng lượng mặt trời Nguồn năng lượng này gần như là vô tận, và nó có thể trả lời hầu hết các câu hỏi trên Rất nhiều công nghệ đã được ứng dụng thực hiện từ nguồn năng lượng mặt trời, từ đó cho thấy năng lượng mặt trời không chỉ là năng lượng của hiện tại mà còn là năng lượng của cả tương lai Để chuyển đổi năng lượng từ ánh sáng mặt trời thành điện năng cung cấp điện cho hệ thống lưới điện quốc gia, các nhà nghiên cứu đã thành công chế tạo ra hệ thống điện mặt trời hòa lưới là một hệ thống công nghệ năng lượng tái tạo Trong hệ thống này, các tấm pin mặt trời được lắp đặt trên mái nhà hoặc bề mặt phẳng, thu nhận ánh sáng mặt trời và chuyển đổi nó thành điện năng bằng quá trình quang điện
Khi đã thiết kế được một hệ thống điện mặt trời hòa lưới và trước khi đưa vào thi công thì cần một công cụ để kiểm tra các thông số vận hành, vị trí lắp đặt, hình dạng và hướng của tấm pin, tính toán hiệu suất kinh tế và lợi nhuận của hệ thống Do đó, chúng ta cần sự hỗ trợ của phần mềm mô phỏng PVsyst PVsyst cung cấp các công cụ mô phỏng mạnh mẽ, giúp dự đoán chính xác hiệu suất vận hành của hệ thống điện mặt trời dưới nhiều điều kiện khác nhau Điều này giúp người dùng hiểu rõ hơn về khả năng sản xuất điện của hệ thống và đưa ra các quyết định thiết kế và đầu tư chính xác, bao gồm tính toán thu nhập dự kiến từ việc bán điện vào lưới điện và thời gian trả vốn Điều này giúp các nhà đầu tư đánh giá rủi ro và lợi ích của dự án
1.1 Sự cần thiết của năng lượng tái tạo 1
1.2 Phân loại hệ thống điện mặt trời 2
CHƯƠNG 2 Tìm hiểu về cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hệ thống điện mặt trời hòa lưới 8
2.1 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hệ thống điện mặt trời hòa lưới 8
2.2 Tấm pin mặt trời (Solar Panel) 9
2.3 Bộ tăng áp DC/DC 16
2.4 Bộ nghịch lưu DC/AC 3 pha 20
2.5 Hệ thống điện mặt trời hòa lưới 3 pha 448 kWp - Ngô Hoàng Tuấn 28
2.6 Giới thiệu phần mềm mô phỏng PVsyst: 36
CHƯƠNG 3 Kết luận và kiến nghị 58
Hình 2.1 Sơ đồ nguyên lý của hệ thống điện mặt trời hòa lưới 8
Hình 2.2 Thành phần của pin năng lượng mặt trời 9
Hình 2.3 Tấm pin đơn tinh thể 10
Hình 2.4 Tấm pin đa tinh thể 10
Hình 2.5 Tấm pin màng mỏng 11
Hình 2.6 Sơ đồ thay thế đơn giản của pin quang điện 11
Hình 2.7 Các tham số quan trọng của pin quang điện 12
Hình 2.8 Module pin quang điện 13
Hình 2.9 Đặc tính của module pin quang điện 13
Hình 2.10 Module pin mắc nối tiếp 14
Hình 2.11 Module pin mắc song song 15
Hình 2.12 Module pin kết hợp nối tiếp và song song 16
Hình 2.13 Sơ đồ mạch tăng áp 16
Hình 2.14 Sơ đồ mô tả hoạt động của mạch ở thời điểm van dẫn 17
Hình 2.15 Sơ đồ mô tả hoạt động của mạch ở thời điểm van khóa 17
Hình 2.16 Sơ đồ mô tả hoạt động của mạch ở thời điểm van dẫn sau khi tụ đã được nạp 18
Hình 2.17 Đồ thị dạng sóng của dòng điện và điện áp qua mạch tăng áp 20
Hình 2.18 Sơ đồ nguyên lý bộ nghịch lưu 3 pha 21
Hình 2.19 Dạng xung điều khiển kiểu sóng vuông 21
Hình 2.20 Dạng điện áp điều khiển và điện áp tại các ngõ ra (so với điểm N của nguồn U) 22
Hình 2.21 Dạng điện áp dây tại ngõ ra của bộ nghịch lưu 22
Hình 2.22 Dạng điện áp pha trên tải 24
Hình 2.23 Nghịch lưu 3 pha với tải RL 26
Hình 2.24 Điều chế độ rộng xung sin cho bộ nghịch lưu 3 pha 27
Hình 2.25 Hệ thống điện mặt trời áp mái hòa lưới 28
Hình 2.26 Sơ đồ đấu dây hệ thống điện mặt trời hòa lưới 33
Hình 2.27 Thiết bị đóng cắt MCCB Schneider 800 A 34
Hình 2.29 Biểu đồ sản lượng thực tế của hệ thống trong 1 năm (MWh/MWp/tháng) 35
Hình 2.31 Biểu đồ phân bố xác xuất năng lượng vào/ ra 52
Hình 2.32 Biểu đồ sản lượng trung bình của hệ thống / tháng 54
Hình 2.34 Kết quả mô phỏng tổn thất của hệ thống 55
Hình 2.34 Sản lượng và tổn thất trung bình của các tháng 56
Hình 2.35 Biểu đồ hiệu suất hệ thống của các tháng trong năm 56
Bảng 2.1 Tổng hợp các đặc điểm chính của từng loại công nghệ tấm pin 29
Bảng 2.2 Thông số kỹ thuật pin mặt trời AE 400 30
Bảng 2.3 Thông số kỹ thuật Inverter Growatt 80KTL3 LV 32
Bảng 2.4 Sản lượng phát lưới của hệ thống trong 1 năm (MWh/tháng) 35
Bảng 2.5 Bảng kết quả mô phỏng 53
1.1 Sự cần thiết của năng lượng tái tạo
Năng lượng tái tạo là năng lượng được tạo ra từ các nguồn tự nhiên có thể tái tạo và không gây hại đến môi trường Các nguồn năng lượng tái tạo bao gồm năng lượng mặt trời, gió, nước, sinh học và nhiệt đới Việc sử dụng năng lượng tái tạo giúp giảm lượng khí thải gây hiệu ứng nhà kính và phụ thuộc ít hơn vào nguồn năng lượng hóa thạch như than, dầu mỏ và khí đốt tự nhiên Đặc điểm của năng lượng tái tạo
– Vô hạn hoặc có thể tái tạo trong thời gian ngắn và liên tục
– Có khả năng ứng dụng rộng rãi Ưu điểm
- Có thể tái tạo được nên không lo cạn kiệt, có thể sử dụng ở nhiều thời điểm và vị trí khác nhau
- Giúp con người tiết kiệm tiền điện một cách đáng kể
- Từng bước giảm lệ thuộc vào các loại nhiên liệu hóa thạch, giúp bảo vệ sức khỏe con người đồng thời tiết kiệm nguồn tài nguyên thiên nhiên
- Đây là nguồn năng lượng sạch Hầu hết các loại năng lượng tái tạo đều không thải ra khí CO2, góp phần bảo vệ môi trường, giảm tình trạng hiệu ứng nhà kính, biến đổi khí hậu toàn cầu
- Chi phí cho nhiên liệu và bảo dưỡng thấp, độ bền cao bởi đây là năng lượng từ thiên nhiên
- Đa dạng, phong phú, đáp ứng được nhu cầu đa dạng của con người
- Không gây ra tiếng ồn như các nguồn năng lượng truyền thống khác
- Tính ổn định thấp hơn so với các nguồn năng lượng truyền thống bởi năng lượng tái tạo phụ thuộc vào thiên nhiên
- Đòi hỏi chi phí đầu tư cao, cần có công nghệ hiện đại
- Sử dụng năng lượng tái tạo rất khó để sản xuất ra một lượng điện lớn trong một thời gian nhất định
- Một số nguồn năng lượng tái tạo vẫn gây ô nhiễm môi trường mặc dù không đáng kể so với năng lượng hóa thạch
1.2 Phân loại hệ thống điện mặt trời
Tất cả các loại hệ thống điện mặt trời đều hoạt động dựa trên các nguyên tắc cơ bản giống nhau Các tấm pin đầu tiên chuyển đổi năng lượng mặt trời thành điện một chiều bằng cách sử dụng hiệu ứng quang điện (PV) Sau đó, nguồn điện một chiều có thể được lưu trữ trong pin hoặc được biến đổi bằng bộ biến tần năng lượng mặt trời thành điện xoay chiều có thể được sử dụng để chạy các thiết bị gia dụng Tùy thuộc vào từng loại hệ thống, lượng điện mặt trời dư thừa có thể được đưa vào lưới điện để bán điện, hoặc được lưu trữ trong hệ thống pin lưu trữ
Có 3 loại hệ thống điện mặt trời chính:
1 On-grid – còn được gọi là hệ thống nối lưới hoặc hòa lưới
2 Off-grid – còn được gọi là hệ thống điện độc lập
3 Hybrid – Hệ thống kết nối lưới điện với bộ lưu trữ pin
1.2.1 Hệ thống điện mặt trời hòa lưới (On-grid)
Hệ thống điện mặt trời hòa lưới là hệ thống sử dụng phổ biến nhất hiện nay, nguồn điện mặt trời tạo ra được ưu tiên dùng cho các thiết bị điện Khi nhu cầu sử dụng điện lớn hơn lượng điện từ hệ thống điện năng lượng mặt trời tạo ra, hệ thống sẽ lấy điện lưới quốc gia để sử dụng Khác biệt so với hệ thống điện năng lượng mặt trời độc lập, hệ thống điện năng lượng mặt trời hòa lưới không có bộ ắc quy lưu trữ và được đấu nối hòa chung với mạng điện lưới của EVN
Hình 1.1 Hệ thống điện mặt trời hòa lưới Ưu điểm
• Chi phí đầu tư ban đầu thấp
• Hệ thống lắp đặt đơn giản
• Có thể bán điện dư thừa cho điện lưới quốc gia
• Vận hành tự động, ít phải bảo trì
• Giảm tải cho điện lưới quốc gia
• Khi điện lưới mất thì hệ thống điện mặt trời cũng tự ngắt để đảm bảo an toàn
• Khó lắp đặt đối với những nơi đang không mua điện trực tiếp từ lưới điện quốc gia (EVN) Ứng dụng
• Nơi có điện lưới ổn định
• Muốn giảm chi phí tiền điện bằng cách vừa giảm lượng điện lưới sử dụng, đồng thời vừa bán lại điện dư thừa cho điện lực
1.2.2 Hệ thống điện mặt trời độc lập (Off-grid)
Hệ thống điện mặt trời độc lập hoạt động hoàn toàn không phụ thuộc vào lưới điện quốc gia Năng lượng điện được tạo ra trực tiếp từ các tấm pin mặt trời và được dẫn truyền tới các bình ắc quy để lưu trữ Do đó, hệ thống này có thể cung cấp điện cho nhu cầu sử dụng vào cả những thời điểm không có ánh nắng mặt trời.
Hình 1.2 Hệ thống điện mặt trời độc lập Ưu điểm:
• Điện vẫn hoạt động trong trường hợp điện lưới mất
• Không phụ thuộc vào hệ thống điện lưới nên thường sử dụng cho các thiết bị điện lưu động
• Chi phí đầu tư hệ thống cao vì phải có thêm các thiết bị lưu trữ năng lượng như ắc quy, bộ điều khiển sạc, biến tần độc lập
• Do bộ ắc quy hoạt động liên tục nên sẽ bị giảm tuổi thọ sử dụng, nên phải thay thường xuyên
• Hiệu suất thấp do hao hụt điện năng lớn vì qua nhiều thiết bị chuyển đổi
• Hệ thống phức tạp dẫn đến có thể phát sinh về hư hỏng trong quá trình vận hành.
Tìm hiểu về cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hệ thống điện mặt trời hòa lưới
Hệ thống điện mặt trời hòa lưới 3 pha 448 kWp - Ngô Hoàng Tuấn
2.6 Giới thiệu về phần mềm mô phỏng PVsyst
Chương 3: Kết luận và kiến nghị
7 Các yêu cầu hỗ trợ cho việc thực hiện đề tài: ………
8 Kinh phí dự trù cho việc thực hiện đề tài: ………
SINH VIÊN ĐỀ NGHỊ NGƯỜI HƯỚNG DẪN
(Ký tên và ghi rõ họ tên) (Ký tên và ghi rõ họ tên)
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG BÁCH KHOA Độc lập - Tự do - Hạnh phúc
NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
1 Cán bộ hướng dẫn: TS Quách Ngọc Thịnh
2 Tên đề tài: Tìm hiểu hệ thống điện mặt trời hòa lưới và phần mềm PVsyst
3 Họ và tên sinh viên: Đỗ Thị Huyền Trang MSSV: CD22T5P548
Email: trangdth.dt1@gmail.com ĐT: 0907990045
4 Lớp: Kỹ thuật điện Khóa: 2022
5 Nội dung nhật xét: a Nhận xét về hình thức của tập thuyết minh:
b Nhận xét về bản vẽ (nếu có):
c Nhận xét về nội dung của luận văn (đề nghị ghi chi tiết và đầy đủ):
* Các nội dung và công việc đã được (so sánh với đề cương của luận văn):
* Những vấn đề còn hạn chế:
d Nhận xét đối với từng sinh viên tham gia thực hiện đề tài (ghi rõ từng nội dung chính do sinh viên nào chịu trách nhiệm thực hiện nếu có):
e Kết luận và đề nghị:
6 Điểm đánh giá (cho từng sinh viên):
Cần Thơ, ngày … tháng … năm 2024
Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến TS Quách Ngọc Thịnh, người đã định hướng, hướng dẫn và hỗ trợ tôi hoàn thành đồ án này Đồng thời, tôi cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành đến các thầy cô Trường Đại học Bách khoa - Đại học Cần Thơ, đặc biệt là các thầy cô Khoa Kỹ thuật điện, đã tận tình truyền đạt kiến thức và tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt quá trình học tập vừa qua.
Tuy có nhiều cố gắng nhưng do kiến thức và thời gian có hạn nên đồ án khó tránh khỏi những hạn chế và thiếu sót Kính mong Quý Thầy thông cảm và đóng góp ý kiến để đồ án được hoàn thiện hơn
Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn!
Ngày nay, năng lượng tàn dư sinh học, năng lượng không tái sinh ngày càng cạn kiệt, giá dầu mỏ tăng từng ngày, 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 toàn thế giới, xã hội và mỗi người chúng ta
Nguồn năng lượng thay thế đó phải sạch, thân thiện với môi trường, giảm chi phí, không cạn kiệt (tái sinh) và dễ dàng sử dụng Một trong những nguồn năng lượng đó là năng lượng mặt trời Nguồn năng lượng này gần như là vô tận, và nó có thể trả lời hầu hết các câu hỏi trên Rất nhiều công nghệ đã được ứng dụng thực hiện từ nguồn năng lượng mặt trời, từ đó cho thấy năng lượng mặt trời không chỉ là năng lượng của hiện tại mà còn là năng lượng của cả tương lai Để chuyển đổi năng lượng từ ánh sáng mặt trời thành điện năng cung cấp điện cho hệ thống lưới điện quốc gia, các nhà nghiên cứu đã thành công chế tạo ra hệ thống điện mặt trời hòa lưới là một hệ thống công nghệ năng lượng tái tạo Trong hệ thống này, các tấm pin mặt trời được lắp đặt trên mái nhà hoặc bề mặt phẳng, thu nhận ánh sáng mặt trời và chuyển đổi nó thành điện năng bằng quá trình quang điện
Khi đã thiết kế được một hệ thống điện mặt trời hòa lưới và trước khi đưa vào thi công thì cần một công cụ để kiểm tra các thông số vận hành, vị trí lắp đặt, hình dạng và hướng của tấm pin, tính toán hiệu suất kinh tế và lợi nhuận của hệ thống Do đó, chúng ta cần sự hỗ trợ của phần mềm mô phỏng PVsyst PVsyst cung cấp các công cụ mô phỏng mạnh mẽ, giúp dự đoán chính xác hiệu suất vận hành của hệ thống điện mặt trời dưới nhiều điều kiện khác nhau Điều này giúp người dùng hiểu rõ hơn về khả năng sản xuất điện của hệ thống và đưa ra các quyết định thiết kế và đầu tư chính xác, bao gồm tính toán thu nhập dự kiến từ việc bán điện vào lưới điện và thời gian trả vốn Điều này giúp các nhà đầu tư đánh giá rủi ro và lợi ích của dự án
1.1 Sự cần thiết của năng lượng tái tạo 1
1.2 Phân loại hệ thống điện mặt trời 2
CHƯƠNG 2 Tìm hiểu về cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hệ thống điện mặt trời hòa lưới 8
2.1 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hệ thống điện mặt trời hòa lưới 8
2.2 Tấm pin mặt trời (Solar Panel) 9
2.3 Bộ tăng áp DC/DC 16
2.4 Bộ nghịch lưu DC/AC 3 pha 20
2.5 Hệ thống điện mặt trời hòa lưới 3 pha 448 kWp - Ngô Hoàng Tuấn 28
2.6 Giới thiệu phần mềm mô phỏng PVsyst: 36
CHƯƠNG 3 Kết luận và kiến nghị 58
Hình 2.1 Sơ đồ nguyên lý của hệ thống điện mặt trời hòa lưới 8
Hình 2.2 Thành phần của pin năng lượng mặt trời 9
Hình 2.3 Tấm pin đơn tinh thể 10
Hình 2.4 Tấm pin đa tinh thể 10
Hình 2.5 Tấm pin màng mỏng 11
Hình 2.6 Sơ đồ thay thế đơn giản của pin quang điện 11
Hình 2.7 Các tham số quan trọng của pin quang điện 12
Hình 2.8 Module pin quang điện 13
Hình 2.9 Đặc tính của module pin quang điện 13
Hình 2.10 Module pin mắc nối tiếp 14
Hình 2.11 Module pin mắc song song 15
Hình 2.12 Module pin kết hợp nối tiếp và song song 16
Hình 2.13 Sơ đồ mạch tăng áp 16
Hình 2.14 Sơ đồ mô tả hoạt động của mạch ở thời điểm van dẫn 17
Hình 2.15 Sơ đồ mô tả hoạt động của mạch ở thời điểm van khóa 17
Hình 2.16 Sơ đồ mô tả hoạt động của mạch ở thời điểm van dẫn sau khi tụ đã được nạp 18
Hình 2.17 Đồ thị dạng sóng của dòng điện và điện áp qua mạch tăng áp 20
Hình 2.18 Sơ đồ nguyên lý bộ nghịch lưu 3 pha 21
Hình 2.19 Dạng xung điều khiển kiểu sóng vuông 21
Hình 2.20 Dạng điện áp điều khiển và điện áp tại các ngõ ra (so với điểm N của nguồn U) 22
Hình 2.21 Dạng điện áp dây tại ngõ ra của bộ nghịch lưu 22
Hình 2.22 Dạng điện áp pha trên tải 24
Hình 2.23 Nghịch lưu 3 pha với tải RL 26
Hình 2.24 Điều chế độ rộng xung sin cho bộ nghịch lưu 3 pha 27
Hình 2.25 Hệ thống điện mặt trời áp mái hòa lưới 28
Hình 2.26 Sơ đồ đấu dây hệ thống điện mặt trời hòa lưới 33
Hình 2.27 Thiết bị đóng cắt MCCB Schneider 800 A 34
Hình 2.29 Biểu đồ sản lượng thực tế của hệ thống trong 1 năm (MWh/MWp/tháng) 35
Hình 2.31 Biểu đồ phân bố xác xuất năng lượng vào/ ra 52
Hình 2.32 Biểu đồ sản lượng trung bình của hệ thống / tháng 54
Hình 2.34 Kết quả mô phỏng tổn thất của hệ thống 55
Hình 2.34 Sản lượng và tổn thất trung bình của các tháng 56
Hình 2.35 Biểu đồ hiệu suất hệ thống của các tháng trong năm 56
Bảng 2.1 Tổng hợp các đặc điểm chính của từng loại công nghệ tấm pin 29
Bảng 2.2 Thông số kỹ thuật pin mặt trời AE 400 30
Bảng 2.3 Thông số kỹ thuật Inverter Growatt 80KTL3 LV 32
Bảng 2.4 Sản lượng phát lưới của hệ thống trong 1 năm (MWh/tháng) 35
Bảng 2.5 Bảng kết quả mô phỏng 53
1.1 Sự cần thiết của năng lượng tái tạo
Năng lượng tái tạo là năng lượng được tạo ra từ các nguồn tự nhiên có thể tái tạo và không gây hại đến môi trường Các nguồn năng lượng tái tạo bao gồm năng lượng mặt trời, gió, nước, sinh học và nhiệt đới Việc sử dụng năng lượng tái tạo giúp giảm lượng khí thải gây hiệu ứng nhà kính và phụ thuộc ít hơn vào nguồn năng lượng hóa thạch như than, dầu mỏ và khí đốt tự nhiên Đặc điểm của năng lượng tái tạo
– Vô hạn hoặc có thể tái tạo trong thời gian ngắn và liên tục
– Có khả năng ứng dụng rộng rãi Ưu điểm
- Có thể tái tạo được nên không lo cạn kiệt, có thể sử dụng ở nhiều thời điểm và vị trí khác nhau
- Giúp con người tiết kiệm tiền điện một cách đáng kể
- Từng bước giảm lệ thuộc vào các loại nhiên liệu hóa thạch, giúp bảo vệ sức khỏe con người đồng thời tiết kiệm nguồn tài nguyên thiên nhiên
- Đây là nguồn năng lượng sạch Hầu hết các loại năng lượng tái tạo đều không thải ra khí CO2, góp phần bảo vệ môi trường, giảm tình trạng hiệu ứng nhà kính, biến đổi khí hậu toàn cầu
- Chi phí cho nhiên liệu và bảo dưỡng thấp, độ bền cao bởi đây là năng lượng từ thiên nhiên
- Đa dạng, phong phú, đáp ứng được nhu cầu đa dạng của con người
- Không gây ra tiếng ồn như các nguồn năng lượng truyền thống khác
- Tính ổn định thấp hơn so với các nguồn năng lượng truyền thống bởi năng lượng tái tạo phụ thuộc vào thiên nhiên
- Đòi hỏi chi phí đầu tư cao, cần có công nghệ hiện đại
- Sử dụng năng lượng tái tạo rất khó để sản xuất ra một lượng điện lớn trong một thời gian nhất định
- Một số nguồn năng lượng tái tạo vẫn gây ô nhiễm môi trường mặc dù không đáng kể so với năng lượng hóa thạch
1.2 Phân loại hệ thống điện mặt trời
Mỗi hệ thống điện mặt trời dù khác nhau về loại hình đều tuân theo một số nguyên tắc chung Các tấm pin mặt trời đầu tiên phải chuyển đổi năng lượng mặt trời thành nguồn điện một chiều (DC) thông qua hiệu ứng quang điện (PV) Nguồn điện một chiều sau đó có thể được tích trữ trong pin hoặc được bộ biến tần năng lượng mặt trời chuyển đổi thành điện xoay chiều (AC), có thể được sử dụng trực tiếp để cung cấp năng lượng cho thiết bị điện gia dụng Tùy thuộc vào từng loại hệ thống, phần điện mặt trời dư thừa có thể được hòa vào lưới điện thông qua quy trình đóng điện hòa lưới để bán hoặc tích trữ trong hệ thống lưu trữ.
Có 3 loại hệ thống điện mặt trời chính:
1 On-grid – còn được gọi là hệ thống nối lưới hoặc hòa lưới
2 Off-grid – còn được gọi là hệ thống điện độc lập
3 Hybrid – Hệ thống kết nối lưới điện với bộ lưu trữ pin
1.2.1 Hệ thống điện mặt trời hòa lưới (On-grid)
Hệ thống điện mặt trời hòa lưới là hệ thống sử dụng phổ biến nhất hiện nay, nguồn điện mặt trời tạo ra được ưu tiên dùng cho các thiết bị điện Khi nhu cầu sử dụng điện lớn hơn lượng điện từ hệ thống điện năng lượng mặt trời tạo ra, hệ thống sẽ lấy điện lưới quốc gia để sử dụng Khác biệt so với hệ thống điện năng lượng mặt trời độc lập, hệ thống điện năng lượng mặt trời hòa lưới không có bộ ắc quy lưu trữ và được đấu nối hòa chung với mạng điện lưới của EVN
Hình 1.1 Hệ thống điện mặt trời hòa lưới Ưu điểm
• Chi phí đầu tư ban đầu thấp
• Hệ thống lắp đặt đơn giản
• Có thể bán điện dư thừa cho điện lưới quốc gia
• Vận hành tự động, ít phải bảo trì
• Giảm tải cho điện lưới quốc gia
• Khi điện lưới mất thì hệ thống điện mặt trời cũng tự ngắt để đảm bảo an toàn
• Khó lắp đặt đối với những nơi đang không mua điện trực tiếp từ lưới điện quốc gia (EVN) Ứng dụng
• Nơi có điện lưới ổn định
• Muốn giảm chi phí tiền điện bằng cách vừa giảm lượng điện lưới sử dụng, đồng thời vừa bán lại điện dư thừa cho điện lực
1.2.2 Hệ thống điện mặt trời độc lập (Off-grid)
Với hệ thống điện mặt trời độc lập, hệ thống sẽ sản xuất ra điện sau đó dẫn điện đến các bình ắc quy để lưu trữ điện Hệ thống này hoạt động độc lập, hoàn toàn không phụ thuộc vào nguồn điện lưới Quốc gia
Hình 1.2 Hệ thống điện mặt trời độc lập Ưu điểm:
• Điện vẫn hoạt động trong trường hợp điện lưới mất
• Không phụ thuộc vào hệ thống điện lưới nên thường sử dụng cho các thiết bị điện lưu động
• Chi phí đầu tư hệ thống cao vì phải có thêm các thiết bị lưu trữ năng lượng như ắc quy, bộ điều khiển sạc, biến tần độc lập
• Do bộ ắc quy hoạt động liên tục nên sẽ bị giảm tuổi thọ sử dụng, nên phải thay thường xuyên
• Hiệu suất thấp do hao hụt điện năng lớn vì qua nhiều thiết bị chuyển đổi
• Hệ thống phức tạp dẫn đến có thể phát sinh về hư hỏng trong quá trình vận hành
Chương 1 Tổng quan Ứng dụng:
• Hệ thống điện mặt trời độc lập phù hợp với địa điểm không có điện lưới Quốc gia hoặc nơi có nguồn điện lưới không ổn định như miền núi
• Các thiết bị lưu động sử dụng điện hoặc các đèn giao thông công cộng
1.2.3 Hệ thống điện mặt trời kết hợp (Hybrid) Đây chính là sự kết hợp giữa 2 hệ thống điện mặt trời độc lập và hòa lưới Hệ thống điện mặt trời hybrid vừa có thể hoà lưới điện quốc gia, vừa có ắc quy để lưu trữ điện phục vụ cho các nhu cầu cần thiết
Hệ thống điện mặt trời Hybrid có khả năng phục vụ nhu cầu sử dụng điện của khách hàng một cách tốt nhất Hệ thống này vừa có khả năng lưu trữ điện năng để dự phòng cho trường hợp bị ngắt điện lưới và vừa có khả năng bán lại điện dư thừa cho EVN nhờ được hòa vào điện lưới
Hình 1.3 Hệ thống điện mặt trời kết hợp Ưu điểm
• Luôn đảm bảo nguồn điện để tiêu thụ
• Có thể sử dụng ở mọi địa điểm lắp đặt
• Chi phí đầu tư khá cao do có nhiều thiết bị tổ hợp cùng nhau
• Nguyên lý hoạt động khá phức tạp khiến công tác lắp đặt, cài đặt khó khăn
• Phải thay ắc-quy liên tục vì tuổi thọ của ắc-quy ngắn, chỉ khoảng 2-3 năm
• Hiệu suất thấp do hao hụt điện năng lớn do qua nhiều thiết bị chuyển đổi
• Hệ thống phức tạp, dẫn đến có thể phát sinh hư hỏng trong quá trình vận hành Ứng dụng
• Nơi hoặc khu vực đặc biệt, cần duy trì nguồn điện liên tục
• Được lắp đặt ở cả các địa điểm có điện lưới hoặc không có điện lưới
• Nội dung của đề tài
Các phân tích cho thấy rằng các nguồn năng lượng tái tạo đã, đang và sẽ được quan tâm khai thác nhiều hơn trong tương lai Trong số các nguồn năng lượng tái tạo, năng lượng mặt trời được quan tâm khá nhiều, đặc biệt là tại các quốc gia có điều kiện tự nhiên như Việt Nam