báo cáo bài tập lớn môn học hệ thống năng lượng mới

Năng lượng tái tạo có khá nhiều ưu điểm, chẳng hạn như:- Về môi trường:+ Giảm lượng ô nhiễm khí thải từ các nguồn năng lượng truyền thống.+ Giải quyết vấn đề ô nhiễm môi trường do việc g

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢIKhoa Điện – Điện Tử

BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN

MÔN HỌC: HỆ THỐNG NĂNG LƯỢNG MỚI

Giảng viên : T.S An Thị Hoài Thu AnhNhóm sinh viên thực hiện: Nhóm 8 Lê Thị Tuyết

Nguyễn Văn Tuấn Nguyễn Thế Mạnh Đặng Văn Tùng Nguyễn Đức Hiếu

Lớp : Trang bị điện trong công nghiệp và giao thông 2 - K61

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NĂNG LƯỢNG MỚI

1.1.Khái niệm

Năng lượng tái tạo (Renewable energy) hay còn được gọi theo cách khác là năng

lượng sạch, là loại năng lượng sinh ra từ các nguồn thiên nhiên hay các quy trình tự nhiênđược hình thành liên tục mà theo góc nhìn của con người là vô hạn Ví dụ như ánh sángmặt trời, nước chảy, gió, thủy triều, mưa,

Nguyên tắc cơ bản của việc sử dụng năng lượng tái sinh là tách một phần năng lượng từ các quy trình diễn biến liên tục trong môi trường và đưa vào trong các sử dụng

kỹ thuật Các quy trình này thường được thúc đẩy đặc biệt là từ Mặt Trời Năng lượng tái tạo thay thế các nguồn nhiên liệu truyền thống trong 4 lĩnh vực gồm: phát điện, đun nước nóng, nhiên liệu động cơ, và hệ thống điện độc lập nông thôn.

1.2.Ưu, nhược điểm của năng lượng tái tạo

 Ưu điểm:

Năng lượng tái tạo có khá nhiều ưu điểm, chẳng hạn như:- Về môi trường:

+ Giảm lượng ô nhiễm khí thải từ các nguồn năng lượng truyền thống.

+ Giải quyết vấn đề ô nhiễm môi trường do việc gia tăng dân số và phát triển xã hội ở các quốc gia trên thế giới.

+ Công nghệ cho các loại NLTT là các loại công nghệ sạch và các nguyên liệu sử dụng đã có sẵn trong thiên nhiên và không tạo ra ô nhiễm môi trường như mặt trời, gió, sóng biển…hoặc các phế phẩm hay phế thải khác được sử dụng lại góp phần giải quyết vấn đề ô nhiễm môi trường.

+ Sẽ mang lại nhiều lợi ích về sinh thái So sánh với các nguồn năng lượng khác thì năng lượng tái tạo có nhiều ưu điểm hơn vì làm giảm tác hại đến môi trường.

+ Sử dụng NLTT lâu dài và rộng rãi có thể cải thiện được tình trạng khí hậu của trái đất về lâu dài Chống hiệu ứng nhà kính tác nhân làm biến đổi khí hậu trên thế giới.

- Về kinh tế, xã hội:

+ Phát triển bền vững về kinh tế xã hội đem lại nhiều công ăn việc làm Thị trường toàn cầu thế giới về các loại nhiên liệu tái tạo đã phát triển nhanh chóng và tạo hàng triệu công ăn việc làm Hiện nay đã có khoảng 2,5tr công nhân làm trong lĩnh vực NLTT trên thế giới và con số này đang không ngừng gia tăng.

+ Doanh thu cao.

+ Tăng cường sự linh hoạt của hệ thống năng lượng khi nhu cầu năng lượng thay đổi.

+ Giảm sự phụ thuộc đầu tư vào nhập khẩu nhiên liệu- Về tương lai:

+ Đây là nguồn năng lượng dành cho tương lai vì nguồn nguyên liệu không bao giờ cạn kiệt.

+ Cân bằng sử dụng năng lượng hoá thạch, tiết kiệm chúng cho các công việc khác và cho tương lai.

+ Đa dạng hoá cung cấp năng lượng cho nhiệt, nhiên liệu và điện.

+ Góp phần vào giải quyết vấn đề thiếu hụt năng lượng trên thế giới nhất là khi nguồn năng lượng hoá thạch đang cạn kiệt.

- Về an ninh quốc gia:

+ Hạn chế mức xả chất thải phóng xạ và sự lan rộng vũ khí nguyên tử.

+ Tránh sự khủng khoảng về dầu, khí, hạt nhân có thể gây ra chiến tranh và sẽ không còn những cuộc khủng hoảng năng lượng ở trên thế giới như đã xảy ra vào những năm của thập niên 70.

- Nhược điểm:

Năng lượng tái tạo cũng tồn tại nhiều nhược điểm như:

+ Đầu tư ban đầu tốn kém do chi phí dành cho xây dựng hệ thống các trang thiết bịcao cấp và hiện đại.

+ Có tính ổn định không cao do bắt nguồn từ thiên nhiên và phải chịu tác động từ các tác nhân làm ảnh hưởng đến hiệu suất hoạt động.

1.3.Phân loại

1.3.1 Năng lượng mặt trời

 Khái niệm:

-Năng lượng mặt trời là nguồn năng lượng sử dụng ánh sáng mặt trời tạo ra năng

lượng, dựa trên nguyên lý chuyển hoá quang năng thành điện năng, hấp thụ nhiệt, Tạo rađiện hay nhiệt phục vụ cho nhu cầu của con người

-Năng lượng mặt trời có thể được khai thác bằng nhiều cách nhờ việc ứng dụng

các công nghệ hiện đại: sưởi ấm, quang điện, kiến trúc năng lượng mặt trời, năng lượngmặt trời tập trung,

- Điện năng lượng mặt trời là nguồn điện được tạo ra từ công nghệ dựa trên nhiên

liệu là năng lượng mặt trời Điện năng lượng mặt trời đang được xếp vào nguồn năng lượng tái tạo sạch cần khuyến khích phát triển, không chỉ mang lại nhiều giá trị cho con người mà còn giúp chống lại quá trình biến đổi khí hậu đang diễn ra trên toàn cầu, ngày càng ảnh hưởng nghiêm trọng đến cuộc sống của con người cũng như tất cả sinh vật trên trái đất.

- Hiện nay, con người tận dụng nguồn năng lượng mặt trời theo nhiều cách nhưđun nóng nước, tạo ra điện cho các thiết bị điện, đáp ứng các nhu cầu khác nhau trongsinh hoạt.

 Ưu, nhược điểm của năng lượng mặt trời

- Ưu điểm:

+ Năng lượn miễn phí

+ Sạch 100% không ảnh hưởng tới môi trường+ Không bao giờ cạn kiệt

+ Ứng dụng “ nhiệt năng” vào máy nóng lạnh+ Làm giàu từ chính sách mua điện

- Nhược điểm:

+ Không thể sản sinh điện trong trời tối+ Phụ thuộc thời tiết

+ Sử dụng nhiều diện tích không gian

1.3.2.Năng lượng gió

-Năng lượng gió là nguồn năng lượng được tạo ra nhờ sự chuyển hoá từ động

năng thành cơ năng, tác động của gió lên tua-bin hoặc cánh quạt(cối xay gió) tạo ra điệnhay sinh công giúp cho các hoạt động sản xuất

-Năng lượng từ gió được phát hiện ra và áp dụng nhờ sự di chuyển của không khí

từ nơi có khí áp cao đến nơi có khí áp thấp Đặc biệt đây là dạng năng lượng được cho lànguồn năng lượng thứ cấp của năng lượng mặt trời.

-Ưu điểm:

+ Năng lượng gió là nguồn năng lượng có thể tái tạo Nếu có sự nỗ lực lớn hơn để đưa năng lượng gió vào khai thác, sẽ làm giảm việc sử dụng các nguồn không thể tái tạo được, mà việc khai thác các nguồn năng lượng này sẽ gây ảnh hưởng xấu đến thế hệ mai sau.

+ Năng lượng gió là lựa chọn một thay thế tuyệt vời cho nhu cầu năng lượng của chúng ta, bởi nó không gây ô nhiễm trên diện rộng như các nhiên liệu hóa thạch

+ Một nhà máy điện sử dụng năng lượng gió, bạn chỉ cần một diện tích nhỏ để xâydựng Sau khi lắp đặt các tua bin, khu vực này vẫn có thể được sử dụng cho canh tác hoặccác hoạt động nông nghiệp khác.

+ Năng lượng gió sẽ trở nên rẻ hơn, do đó sẽ làm giảm được lượng vốn mà các nước phải bỏ ra để đáp ứng nhu cầu năng lượng

- Năng lượng thủy triều là một loại năng lượng tái tạo, được sản sinh bởi sự lên

xuống của thủy triều

- Ưu điểm:

Nguồn tài nguyên tái tạo vô tận, sản xuất nhiều năng lượng và khi hoạt động không cản trở tàu thuyền Cánh quạt của tua bin có tốc độ quay chậm, không gây quá nhiều nguyhiểm đối với các loài sinh vật sống dưới đại dương Thiết kế tương tự tua bin gió, nhưng nước ổn định và dễ điều khiển hơn nên lượng điện năng sản sinh ra từ nguồn năng lượng thủy triều sẽ đều hơn Vận hành được trọng bất kì hoàn cảnh thời tiết nào.

- Năng lượng thuỷ điện còn được gọi là thuỷ điện hoặc thuỷ năng, đây là dạng năng

lượng được tạo ra nhờ áp lực của nước khi chuyển động liên tục từ một độ cao nhất định xuống điểm thấp nhất của lòng sông Thông qua hệ thống tua bin điện cỡ lớn đã chuyển đổi cơ năng thành điện năng

- Ở Việt Nam ta hiện nay có rất nhiều nhà máy thuỷ điện lớn như: nhà máy thuỷ

điện Hoà Bình, Sơn La,…đem lại nguồn điện lớn phục vụ nhu cầu đời sống cho con người.

1.3.5 Năng lượng sinh khối

- Năng lượng sinh học (còn được gọi là năng lượng sinh khối) là nguồn năng lượngbắt nguồn từ động vật và cây trồng Nguồn năng lượng này có thể sử dụng trực tiếp hoặctrực tiếp dựa vào sự đốt cháy để sinh nhiệt.

- Tuy nhiên, năng lượng sinh học đang dần dần không còn được coi là nguồn nănglượng sạch hoàn toàn do gần đây, theo nghiên cứu của các nhà khoa học thì việc đốt sinhkhối có nguồn gốc thực vật sẽ sinh ra lượng CO2 lớn Điều này sẽ gây tác động tiêu cựcđến môi trường sống.

- Ưu điểm của năng lượng sinh khối:

+ Năng lượng sinh khối có thể giảm thiểu sự phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch đắt đỏ, đang cạn kiệt

+ Năng lượng sinh khối có thể tăng cường an ninh năng lượng quốc gia

+ Năng lượng sinh khối có thể hình thành sự tham gia của các xí nghiệp vừa và nhỏ

+ Nâng cao hiệu quả kinh tế nông nghiệp

+ Chỉ phù hợp với các nước phát triển khi đời sống đã được nâng cao.

1.3.6 Năng lượng địa nhiệt

- Là nguồn năng lượng tái tạo có sẵn trong lòng đất- Ưu điểm:

+ Là nguồn năng lượng sạch, chỉ thải ra hơi nước

- Nhược điểm:

+ Giới hạn về địa lý

+ Đòi hỏi công nghệ hiện đại

1.3.7 Nhiên liệu hydrogen và pin nhiên liệu hydro

- Ngoài ra, hydrogen còn được sử dụng trong pin nhiên liệu hydro, cung cấp năng

lượng cho động cơ điện tương tự như pin lưu trữ điện Các loại xe chạy bằng hơi nước đều được ứng dụng từ loại năng lượng này.

- Khi sử dụng nhiên liệu đốt hydrogen, ô nhiễm trong thành phố được giảm một

cách đáng kể Đây sẽ là giải pháp hữu hiệu nhằm ngăn chặn tình trạng ô nhiễm môi trường trong tương lai.

1.4.Thực trạng sử dụng năng lượng tại Việt Nam

- Theo số liệu từ Tập đoàn Điện lực Việt Nam (EVN), tính đến hết năm 2021, tổng công suất lắp đặt các nguồn năng lượng tái tạo tại Việt Nam ước đạt khoảng 22.300 MW, chiếm khoảng 28% công suất lắp đặt của hệ thống điện quốc gia.

- Tuy nhiên, vấn đề đặt ra đối với việc phát triển năng lượng tái tạo không chỉ tập trung vào xây dựng các nhà máy, mà còn tối ưu hóa nguồn năng lượng này trong hệ thốngđiện cũng là một thách thức không nhỏ.

- Dù còn nhiều khó khăn thách thức, song việc phát triển nền “ kinh tế xanh” đang

là những ưu tiên hàng đầu với nhiều quốc gia trên thế giới nói chung và với Việt Nam ta nói riêng Những năm gần đây, điện mặt trời đã phát triển mạnh ở Việt Nam, đóng góp vai trò quan trọng vào việc đảm bảo an ninh năng lượng và mục tiêu giảm phát thảikhí nhà kính

CHƯƠNG 2: KHẢI SÁT MẶT BẰNG VÀ TÍNH TOÁN CHỌN LỰA CHỌN PVÁP MÁI

2.1 Tổng quát chung về pin năng lượng mặt trời PV

- Pin mặt trời, tấm năng lượn mặt trời hay tấm quang điện bao gồm nhiều tế bào

quang điện – là phần tử bán dẫn có chứa trên bề mặt một số lượng lớn các cảm biến ánh sáng là điốt quang, thực hiện biến đổi năng lượng ánh sáng thành năng lượng điện Cườngđộ 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.

- Hoạt động của pin mặt trời được chia làm 2 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.

2.1.1 Cấu tạo pin năng lượng mặt trời

- Pin năng lượng mặt trời được chia làm 8 bộ phận gồm: khung nhôm, kính cường lực, lớp màng EVA, solar cell, tấm nền pin (phía sau), hộp đấu dây (junction box), cáp điện, Jack kết nối MC4.

 Khung nhôm: có chức năng tạo ra một kết cấu đủ cứng cáp để tích hợp solar cell

và các bộ phận khác lên Với thiết kế cứng cáp nhưng vẫn đảm bảo trọng lượng đủ nhẹ, khung nhôm có thể bảo vệ và cố định các thành phần bên trong trước tải trọng gió lớn và ngoại lực tác động bên ngoài

 Kính cường lực: giúp bảo vệ solar cell khỏi các tác động của thời tiết như nhiệt

độ, mưa, tuyết, bụi, và các tác động va đập khác từ bên ngoài.

 Lớp màng EVA (ethylene vinyl acetate) còn được được gọi là chất kết dính, là

2 lớp màng polymer trong suốt được đặt trên và dưới lớp solar cell có tác dụng kết dính solar cell với lớp kính cường lực phía trên và tấm nền phía dưới Lớp này còn có tác dụng hấp thụ và bảo vệ solar cell khỏi sự rung động, tránh bám bụi và hơi ẩm Vật liệu EVA cókhả năng chịu đựng nhiệt độ khắc nghiệt và có độ bền cực kỳ cao.

 Lớp Solar cell: (tế bào quang điện) Pin mặt trời được cấu tạo từ nhiều đơn vị

nhỏ hơn là solar cell Những loại pin năng lượng mặt trời thông dụng như mono và poly được làm từ silic, một loại chất bán dẫn phổ biến Trong một cell, tinh thể silic bị kẹp giữa hai lớp dẫn điện (ribbon và các thanh busbar) Một tế bào quang điện sử dụng hai lớpsilic khác nhau, loại N và loại P.

 Tấm nền pin (phía sau), có chức năng cách điện, bảo vệ cơ học và chống ẩm

Vật liệu được sử dụng có thể là polymer, nhựa PP, PVF, PET Tấm nền có độ dày khác nhau tùy vào hãng sản xuất Phần lớn tấm nền sẽ có màu trắng

 Hộp đấu dây (junction box) nằm ở phía sau cùng, là nơi tập hợp và chuyển năng

lượng điện được sinh ra từ tấm pin năng lượng mặt trời ra ngoài Vì đây là điểm trung tâmnên được thiết kế bảo vệ khá chắc chắn.

 Cáp điện DC, loại cáp điện chuyên dụng cho điện năng lượng mặt trời, có khả

năng cách điện một chiều DC cực tốt, kèm với đó là khả năng chống chịu tốt trước sự khắc nghiệt của thời tiết (tia cực tím, bụi, nước, ẩm ) và tác động cơ học khác.

 Jack kết nối MC4, là đầu nối điện thường được dùng để kết nối các tấm pin mặt

trời “MC” trong MC4 là viết tắt của nhà sản xuất Multi-Contact Loại jack kết nối này giúp bạn dễ dàng kết nối các tấm pin và dãy pin bằng cách gắn jack từ các tấm pin liền kề với nhau bằng tay.

2.2.2 Nguyên lý hoạt động

Sơ đồ nguyên lý pin năng lượng mặt trời- Sự chuyển đổi ánh sáng quang điện thành điện năng

+ Các tấm pin mặt trời chuyển đổi quang năng thành dòng điện một chiều (DC) Sauđó, thông qua thiết bị inverter được trang bị thuật toán MPPT (Maximum Power Point Tracking), dòng điện DC được chuyển hóa thành dòng điện xoay chiều (AC) Nguồn điệnAC được tạo ra từ hệ thống pin năng lượng mặt trời sẽ được kết nối với tủ điện chính, hòađồng bộ vào lưới điện hiện hữu, cung cấp điện song song với nguồn điện lưới (ưu tiên sử dụng điện mặt trời, nếu thiếu sẽ tự động lấy từ lưới điện, nếu thừa sẽ phát ngược lên lưới điện) giúp giảm điện năng tiêu thụ từ lưới điện Đây cũng chính là nguyên lý hòa lưới điện mặt trời.

+ Khi mất điện lưới, inverter trong hệ thống sẽ ngay lập tức ngắt kết nối với lưới điện Điều này đảm bảo chắc chắn rằng hệ thống pin năng lượng mặt trời không phát điện lên lưới gây nguy hiểm cho nhân viên sửa chữa lưới điện

- Khi một photon chạm vào mảnh silic, một trong hai điều sau sẽ xảy ra:

+ Photon truyền trực xuyên qua mảnh silic Điều này thường xảy ra khi năng lượng của photon thấp hơn năng lượng đủ để đưa các hạt electron lên mức năng lượng cao hơn.

+ Năng lượng của photon được hấp thụ bởi silic Điều này thường xảy ra khi năng lượng của photon lớn hơn năng lượng để đưa electron lên mức năng lượng cao hơn.

- Khi photon được hấp thụ, năng lượng của nó được truyền đến các hạt electron

trong màng tinh thể Thông thường các electron này lớp ngoài cùng, và thường được kết dính với các nguyên tử lân cận vì thế không thể di chuyển xa Khi electron được kích thích, trở thành dẫn điện, các electron này có thể tự do di chuyển trong bán dẫn.

- Khi đó nguyên tử sẽ thiếu 1 electron và đó gọi là “lỗ trống” Lỗ trống này tạo điều

kiện cho các electron của nguyên tử bên cạnh di chuyển đến điền vào “lỗ trống”, và điều này tạo ra lỗ trống cho nguyên tử lân cận có “lỗ trống” Cứ tiếp tục như vậy “lỗ trống” di chuyển xuyên suốt mạch bán dẫn Đây chính là sơ đồ nguyên lý pin mặt trời.

2.2.3 Ưu, nhược điểm của Pin mặt trời- Ưu điểm:

+ Không gây ô nhiễm môi trường

+ Nó phải tồn tại trong một thời gian dài lên đến hơn 25 năm+ Không có chi phí bảo trì.

- Nhược điểm:

+ Nó có chi phí lắp đặt cao.

+ Vào ban ngày nhiều mây, năng lượng không thể được sản xuất và cũng như vào ban đêm, chúng ta sẽ không nhận được năng lượng mặt trời.

 Kết luận: Mặc dù pin mặt trời có một số nhược điểm đi kèm, nhưng những

nhược điểm này hy vọng sẽ khắc phục được khi công nghệ ngày càng phát triển, vì công nghệ ngày càng phát triển nên giá thành của tấm pin mặt trời cũng như chi phí lắp đặt sẽ giảm xuống để mọi người có thể lắp đặt và sử dụng.

2.2.4 Phân loại

- Tấm pin mặt trời mono:

+ Ưu điểm: Hiệu suất và công suất cao+ Nhược điểm: Giá thành cao

- Pin mặt trời poly:

+ Ưu điểm: Giá thành phải chăng, thấp hơn pin mono, có độ giãn nở và khả năng chịu nhiệt cao, hiệu suất làm việc ngoài nắng cao.

+ Nhược điểm: Độ ổn định về cấu trúc và tính bền vững không cao, tuổi thọ thấp hơn pin mono khi làm việc trong cùng điều kiện ánh sáng, hiệu suất và công suất thấp

- Pin mặt trời thin-film:

+ Ưu điểm: nhẹ, linh hoạt, dễ lắp đặt, giá thành rẻ+ Nhược điểm: hiệu suất và công suất thấp

2.3 Tổng quan về PV nối lưới

a, Khái niệm:

- Hệ thống điện năng lượng mặt trời nối lưới (hay còn gọi là điện năng lượng mặt

trời hòa lưới) là một trong những giải pháp được người khách hàng/ doanh nghiệp lựa chọn, hệ thống điện năng lượng mặt trời nối lưới là giải pháp tiết kiệm điện năng với ưu điểm nổi bật là tối ưu lợi ích kinh tế và giúp phần giảm thải khí CO2 vào môi trường.

b, Phân loại:

- Điện mặt trời nối lưới bao gồm 2 loại:

+ Hệ thống điện mặt trời hoà lưới không dự trữ+ Hệ thống điện mặt trời hoà lưới có dự trữ

2.3.1 Hệ thống điện mặt trời hoà lưới không dự trữ

 Cấu tạo:

- Các tấm pin năng lượng mặt trời ( Solar panel ).

- Bộ chuyển đổi điện DC-AC Inverter nối lưới.

- Đồng hồ điện 2 chiều ( Nhà nước sẽ mua lại toàn bộ điện xài dư của điện mặt trời)

 Nguyên lý hoạt động:

- Năng lượng mặt trời được hấp thu trực tiếp qua tấm pin năng lượng mặt trời tạo

ra dòng điện một chiều DC Sau đó thông qua bộ chuyển đổi điện hòa lưới (DC/AC inverter on grid) Dòng điện được chuyển đổi thành điện xoay chiều AC, cùng pha, cùng tần số với điện lưới quốc gia Hệ thống sẽ hòa chung với điện lưới quốc gia cùng cung cấp điện cho các thiết bị điện Hệ thống điện mặt trời hòa lưới không cần dùng ắc quy lưu trữ.

- Khi công suất hòa lưới bằng công suất tải ( Loads ) thì tải tiêu thụ điện hoàn toàn

từ pin mặt trời.