Luận văn thạc sĩ Thiết bị, mạng và nhà máy điện: Khảo sát kết hợp hệ thống điện mặt trời và điện gió quy mô nhỏ

- Trên cơ sở mô hình đã được cải tiến sử dụng công cụ MATLAB/Simulink mô phỏng kết quả các thành phần của hệ thống và của cả hệ thống lai ghép, từ đó đánh giá chất lượng của hệ thống lai

TỔNG QUAN

Giới thiệu chung

Ngày nay nhu cầu sử dụng các nguồn năng lượng tái tạo đang tăng lên mạnh mẽ do các nguồn năng lượng hóa thạch đang dần cạn kiệt và chúng gây ra những hậu quả ngày càng nghiêm trọng về môi trường như hiệu ứng nhà kính, lũ lụt….Trong các nguồn năng lượng tái tạo như năng lượng sinh khối, năng lượng địa nhiệt, gió, thủy điện nhỏ, năng lượng mặt trời đang dần trở nên phổ biến bởi vì chúng có nhiều ưu điểm trong phương pháp phát điện, chi phí bảo dưỡng thấp, an toàn cho người sử dụng, không gây ô nhiễm môi trường và đặc biệt chúng là những nguồn tài nguyên vô cùng lớn, vô tận

Với tốc độ phát triển như hiện tại, thì các nguồn năng lượng hóa thạch gần như sẽ hết đi trong thế kỷ 21 Trong tương lai nguồn năng lượng của thế giới không thể nằm ở những nguồn này mà phải nằm ở những nguồn năng lượng tái tạo (renewable energy), ví dụ như: năng lượng gió, năng lượng mặt trời và thủy năng… Nhưng hiện nay tổng cộng các nguồn năng lượng này (chủ yếu là năng lượng gió) chỉ bằng 1 phần trăm nguồn dự trữ năng lượng mặt trời cung cấp cho trái đất Bởi vậy có thể nói trong tương lai năng lượng của thế giới chính là năng lượng mặt trời

Luận văn thạc sĩ Trang 2

HVTH: Hà Quang Điện MSHV: 12180105

Tại Việt Nam, vị trí địa lý đã ưu ái cho chúng ta một nguồn năng lượng tái tạo vô cùng lớn, đặc biệt là năng lượng mặt trời Nằm gần đường xích đạo, Việt Nam nằm trong khu vực có cường độ bức xạ mặt trời tương đối cao, năng lượng bức xạ mặt trời trung bình đạt 4 đến 5kW/m 2 mỗi ngày (hình 1-1, hình 1-2) [5] Kết hợp với một bờ biển dài, Việt Nam có một tiềm năng, thuận lợi cơ bản về năng lượng gió (hình 1-3) [6] Nhưng theo quy luật chung, các nguồn năng lượng này cũng bị thay đổi theo mùa, theo tháng thậm chí theo cả giờ trong ngày, mặc dù vậy chúng vẫn là một ưu điểm, thuận lợi lớn về năng lượng tái tạo ở nước ta

Hình 1-1: Phân bố tổng số giờ nắng tháng 10, 11, 12 năm 2013

(Nguồn: Viện khoa học khí tượng và thủy văn môi trường – Bộ tài nguyên và Môi

Hình 1-2: Cường độ bức xạ mặt trời trung bình trung trong ngày tại ba thành phố tiêu biểu của Việt Nam

Hình 1-3: Bản đồ tiềm năng gió Việt Nam, tốc độ trung bình năm tại độ cao 65m

Nguồn: Wind Resource Atlas of Southeast Asia 2001 (Màu vàng, đỏ có tốc độ gió trên 7m/s)

Tuy nhiên, với tiềm năng lớn song năng lượng mặt trời cũng như năng lượng gió lại gặp những khó khăn, rào cản lớn về kỹ thuật cũng như các rào cản khác Rào cản kỹ thuật là một trong những thách thức lớn cho việc sử dụng các nguồn năng lượng tái tạo nói chung và nguồn năng lượng mặt trời, năng lượng gió nói riêng do giá thành đầu tư cao và hiệu suất chuyển đổi năng lượng còn thấp

Trong vòng gần 30 năm qua, giá thành điện năng từ nguồn năng lượng này liên tục giảm Tuy nhiên chúng vẫn còn khá cao so với các nguồn năng lượng hóa thạch, ví dụ: Giá của một Module pin mặt trời hiện nay khoảng 1,2 - 1,5$/Wp, còn nếu tính cả thiết bị khác (như: bộ điều khiển sạc, bộ nghịch lưu, ắcquy, phụ kiện khác) và cả chi phí lắp đặt hệ thống thì khoảng 3,5 – 4,0$/Wp dẫn đến giá thành điện năng phát ra còn rất cao khoảng 25 – 50cents/kWh gấp 3,5 – 5 lần điện năng phát ra dùng nguồn năng lượng hóa thạch Nhưng giá thành điện năng do nguồn năng lượng này phát ra sẽ tiếp tục giảm xuống dự kiến còn khoảng 15 cents/kWh trong những năm tới khi mà công nghệ về pin mặt trời ngày càng được nâng cao [8]

Ngoài ra còn một số rào cản khác như thiếu sự hỗ trợ chính sách của chính phủ, nhận thức của mọi người về năng lượng, sự tham gia của các tổ chức cá nhân vào các dự án phát triển nguồn năng lượng tái tạo Để khắc phục những rào cản đó, đặc biệt là liên quan đến giá thành và hiệu suất của hệ thống đã có rất nhiều giải pháp được thực hiện, ví dụ:

+ Như liên quan đến giá thành của pin mặt trời, các nhà nghiên cứu và sản xuất đã phát triển công nghệ sản xuất pin theo hướng hiện đại

+ Còn liên quan đến việc cải thiện hiệu suất chuyển đổi năng lượng, có hai phương pháp chủ yếu đó là cải thiện hiệu suất của pin dựa trên công nghệ sản suất pin và cải thiện phương pháp sử dụng pin mặt trời, cụ thể như:

Phương pháp thứ nhất, các nhà nghiên cứu đã và đang tìm ra rất nhiều các phương pháp nhằm nâng cao hiệu suất của pin mặt trời như dùng vật liệu mới, thậm chí là phương pháp phát điện mới

Phương pháp thứ hai có thể được thực hiện bằng cách sử dụng các bộ thu năng lượng tập trung để hút được bức xạ cực đại hoặc sử dụng bộ dò điểm công suất cực đại để đảm bảo pin năng lượng mặt trời luôn vận hành ở điều kiện tối ưu và công suất pin sẽ đạt cực đại

Hiện nay ở nước ta cũng như trên thế giới cũng đã có rất nhiều nghiên cứu về hệ thống năng lượng mặt trời, hệ thống năng lượng gió Tập trung chính vào các lĩnh vực như:

+ Ổn định và nâng cao điện áp phát ra của hệ thống pin mặt trời

+ Các phương pháp điều khiển nhằm đưa hệ thống pin mặt trời làm việc tại điểm công suất cực đại

+ Các phương pháp nghịch lưu nhằm cải thiện chất lượng điện trong hệ thống năng lượng mặt trời

+ Các phương pháp ngăn ngừa hiện tượng bị cô lập (ốc đảo) cho hệ thống năng lượng mặt trời

+ Các phương pháp điều khiển công suất tác dụng, công suất phản kháng và dòng điện bơm vào lưới của hệ thống pin mặt trời nối lưới

Một rào cản lớn nữa về mặt kỹ thuật đối với các nguồn năng lượng tái tạo cũng cần phải được kể đến đó là chúng thường biến đổi theo thời gian trong ngày, theo tháng và theo mùa Ví dụ: Như nguồn năng lượng mặt trời, chỉ đạt được bức xạ (cường độ sáng) lớn nhất vào thời điểm giữa trưa, còn tại các thời điểm khác bức xạ mặt trời sẽ bị giảm dần và sẽ bị mất đi vào buổi tối Còn đối với nguồn năng lượng gió (tốc độ gió) cũng thuộc vào từng thời điểm trong ngày, theo từng mùa và cũng vào từng khu vực

Do đó để đảm bảo nguồn năng lượng cung cấp cho phụ tải cũng như việc kết nối với lưới điện thì việc lai ghép giữa các nguồn năng lượng tái tạo (năng lượng mặt trời và năng lượng gió) nhằm đảm bảo ổn định cho điện áp và công suất đầu ra của hệ thống là một xu hướng phát triển mới và tất yếu hiện nay trong lĩnh vực phát triển các nguồn năng lượng mới

Theo một nghiên cứu mới của Viện Reiner Lemoine và Solarpraxis AG của Đức đã phát hiện ra sự kết hợp giữa năng lượng mặt trời và gió sẽ mang lại hiệu quả tốt hơn rất nhiều trong việc tạo ra năng lượng điện ổn định và liên tục

Lợi ích lớn của việc xây dựng loại nhà máy năng lượng kết hợp này là giảm hệ thống lưới điện, đồng thời các nguồn năng lượng này sẽ bổ sung cho nhau, dẫn đến năng lượng được bơm vào lưới điện ổn định hơn so với các nhà máy năng lượng mặt trời, năng lượng gió được xây dựng riêng

Nghiên cứu đã kiểm tra và chứng minh rằng với cùng một diện tích bề mặt, khi lắp đặt hệ thống quang điện kết hợp với tuabin gió sẽ tạo ra nguồn năng lượng gấp đôi so với việc chỉ lắp đặt hệ thống năng lượng mặt trời và sự che khuất gây ra bởi các tuabin gió chỉ chiếm 1-2% diện tích của hệ thống năng lượng mặt trời (thấp hơn rất nhiều so với suy nghĩ trước đây rằng các tuabin gió sẽ gây ra hiện tượng bóng râm ảnh hưởng lớn đến hệ thống năng lượng mặt trời) Vì vậy, việc nghiên cứu, phân tích các mô hình để ứng dụng lai ghép giữa hai hệ thống phát điện này nhằm đảm bảo nâng cao chất lượng điện năng đáp ứng cho các phụ tải và ứng dụng vào điều kiện thực tế ở nước ta là nội dung nghiên cứu chính của luận văn.

Mục đích của đề tài

Trên cơ sở nghiên cứu, phân tích và tìm hiểu khai thác các điều kiện vận hành tối ưu của nguồn năng lượng mặt trời, hệ thống năng lượng gió và các mô hình lai ghép giữa chúng, luận văn đưa ra những mô hình lai ghép nhằm ứng dụng phù hợp nhất với điều kiện ở nước ta Và cũng làm cơ sở đưa ra phương án điều khiển cho phù hợp với hệ thống lai ghép giữa các nguồn năng lượng mặt trời, năng lượng gió và lưới điện [1]

Như trình bày ở trên, việc nâng cao hiệu suất của pin mặt trời ngoài phụ thuộc vào công nghệ chế tạo pin còn phụ thuộc vào cách thức vận hành của hệ thống pin mặt trời Trên các đặc tuyến của pin mặt trời, tồn tại một điểm vận hành tối ưu nơi công suất nhận được từ pin mặt trời là cực đại Tuy nhiên điểm vận hành tối ưu này không cố định mà nó thay đổi theo điều kiện môi trường đặc biệt là bức

HVTH: Hà Quang Điện MSHV: 12180105 xạ mặt trời và nhiệt độ pin Vì vậy, việc tìm điểm làm việc cực đại (MPPT) của pin mặt trời là một phần không thể thiếu của hệ thống pin mặt trời để đảm bảo rằng các module pin mặt trời luôn vận hành trong các điều kiện tối ưu.

Nhiệm vụ của đề tài và giới hạn của đề tài

+ Nghiên cứu, phân tích, tìm hiểu các mô hình pin mặt trời (PV), các đặc tuyến I-V, P - V của pin mặt trời, sự phụ thuộc các đặc tính của pin mặt trời dưới các điều kiện môi trường Từ đó làm cơ sở nhằm ứng dụng vào điều kiện thực tế ở nước ta

+ Đề xuất, trình bày giải thuật điểm MPPT của pin mặt trời

+ Nghiên cứu, phân tích, tìm hiểu các mô hình năng lượng gió sử dụng máy phát không đồng bộ (WT), các đặc tuyến Công suất tuabin – tốc độ gió

+ Lập và nghiên cứu mô hình hệ thống lai ghép PV/WT được đề xuất lập, dùng phần mềm MATLAB/Simulink để mô phỏng kết quả của mô hình lai ghép.

Phương pháp nghiên cứu

+ Thu thập tài liệu liên quan đến đề tài nghiên cứu

+ Tìm hiểu mô hình của hệ thống pin mặt trời và lựa chọn mô hình PV được sử dụng

+ Tìm hiểu mô hình của hệ thống tuabin gió và lựa chọn mô hình WT được sử dụng

+ Mô phỏng pin mặt trời và giải thuật MPPT được đề xuất

+ Mô phỏng tuabin gió + Nghiên cứu mô hình lai ghép giữa hai hệ thống PV/WT

+ Phân tích các kết quả nhận được và các kiến nghị

+ Đánh giá tổng quát toàn bộ bản luận văn

+ Đề nghị hướng phát triển của đề tài

Nội dung luận văn

Chương 2: Cơ sở lý thuyết

Chương 3: Hệ thống điện mặt trời

Chương 4 : Hệ thống điện gió

Chương 5: Mô hình kết hợp và kết quả mô phỏng các thành phần của hệ thống

Chương 6: Kết luận và hướng phát triển của đề tài.

Kết luận chương 1

Nội dung chương 1 đã giới thiệu tổng quan về mục đích, nhiệm vụ của luận văn cũng như phương pháp nghiên cứu và giới hạn thực hiện của luận văn Với nhiệm vụ chính là khảo sát kết hợp hệ thống phát điện mặt trời và điện gió quy mô nhỏ, luận văn nghiên cứu từng mô hình độc lập sau đó sẽ nghiên cứu, khảo sát tới hệ thống lai ghép giữa hai mô hình độc lập đó

Nội dung tiếp theo của luận văn ở chương 2, đó là phần trình bày cơ sở lý thuyết cơ bản cho mỗi hệ thống phát điện độc lập, hệ thống điện mặt trời và hệ thống tuabin gió

CƠ SỞ LÝ THUYẾT LIÊN QUAN

Năng lượng tái tạo là năng lượng từ các nguồn tài nguyên được bổ sung liên tục và không bị cạn kiệt, như năng lượng mặt trời, thủy điện, gió, địa nhiệt, đại dương và sinh học Đây là một nguồn năng lượng sạch, không gây ô nhiễm không khí, và không “đóng góp” vào sự nóng lên của khí hậu toàn cầu cũng như hiệu ứng nhà kính

Năng lượng tái tạo chính là các nguồn năng lượng tự nhiên nên chi phí nhiên liệu và bảo dưỡng thấp Tuy nhiên, một hạn chế chung cho tất cả các nguồn NLTT là rất khó khăn để sản xuất ra một sản lượng điện lớn, đồng thời chi phí đầu tư ban đầu cho hệ thống thường rất lớn do công nghệ của chúng hiện nay còn khá mới

Có thể thấy, mặt trời là nguồn năng lượng phong phú, xanh, sạch, thân thiện với môi trường Hiện nay nguồn năng lượng này đang được áp dụng nhiều và ngày càng phát triển nhưng vẫn chỉ ở quy mô nhỏ do vẫn còn một số hạn chế như đã phân tích ở trên Tuy nhiên chi phí đầu tư ban đầu cho hệ thống nguồn năng lượng

HVTH: Hà Quang Điện MSHV: 12180105 này đang được giảm nhanh chóng do công nghệ ngày càng phát triển, hiện đại Còn nguồn năng lượng gió ngày càng được áp dụng rộng rãi hơn với công suất và quy mô ngày càng lớn nhưng khi đó thường phải đòi hỏi lắp đặt tại các vùng đồng quê, hoặc vùng biển Ngược lại, nguồn năng lượng mặt trời bị giới hạn bởi sự phụ thuộc vào thời tiết trong ngày và chỉ hoạt động vào ban ngày và có thể lắp đặt phân tán ở nhiều nơi

Do đó việc kết hợp – lai ghép giữa hai hệ thống phát điện năng lượng mặt trời và năng lượng gió sẽ tạo được một lượng điện ổn định và đáng tin cậy hơn.

Hệ thống pin mặt trời

2.2.1 Mô hình pin mặt trời [3]

Pin quang điện sử dụng chất bán dẫn để biến đổi ánh sáng thành điện năng

Kỹ thuật chế tạo pin MT rất giống với kỹ thuật tạo ra các linh kiện bán dẫn như transistor, diode … Nguyên liệu dùng làm pin MT cũng giống như các linh kiện bán dẫn khác thông thường là tinh thể silicon thuộc nhóm IV

Có thể nói pin MT là sự ngược lại của diode quang Diode quang nhận điện năng tạo thành ánh sáng, thì ngược lại pin MT nhận ánh sáng tạo thành điện năng

Mô hình đơn giản hóa của pin MT hình 2-1

Hình 2- 1: Nguyên lý hoạt động pin quang điện h + e -

Lớp phủ chống phản xạ Điện cực n-Si p-Si Điện cực

HVTH: Hà Quang Điện MSHV: 12180105 a S ơ đồ m ạ ch đ i ệ n thay th ế c ủ a pin PV a.1 Sơ đồ mạch điện đơn giản hóa

Hình 2- 2: Sơ đồ mạch điện đơn giản hóa của pin MT Đối với pin quang điện hai thông số quan trọng của PV đó là dòng điện ngắn mạch I SC và điện áp hở mạch V OC

(a) Dòng điện ngắn mạch (b) Điện áp hở mạch

Hình 2- 3: Dòng điện hở mạch và điện áp ngắn mạch của pin quang điện

Từ hình 2-2, sử dụng định luật Kirchhoff, ta được:

I O : Dòng điện ngược của diode, có giá trị rất nhỏ khoảng 10 -12 A/cm 2 q: Điện tích electron = 1,602 x 10 -19 C k: hằng số Boltzmann’s = 1,381 x 10 -13 J/K

Nếu xét ở điều kiện tiêu chuẩn 25 o C, ta sẽ có công thức:

I = I SC – I O x (e 38,9V – 1) a.2 Sơ đồ mạch điện khi có xét đến các tổn hao

Cũng như diode, pin PV trong thực tế luôn có tổn hao, đặc trưng cho sự tổn hao này là các thông số R S và R P

Hình 2- 4: Mô hình thực tế của pin PV (khi có xét đến các tổn hao) Với:

R S : Là điện trở series của PV

R P : Là điện trở dòng rò (điện trở shunt)

Các đường đặc tính cơ bản của pin PV:

Hình 2- 5: Đường đặc tính của P-V, khi chỉ xét ảnh hưởng bởi R S

Hình 2- 6: Đường đặc tính của P-V, khi xét cả ảnh hưởng bởi R P và R S Các công thức của pin PV khi xét ảnh hưởng của cả R S và R P :

Trong đó dòng điện I GC của hệ thống PV phụ thuộc vào cường độ bức xạ mặt trời và nhiệt độ của cell, được thể hiện qua công thức:

I GC = [à SC x(T c - T r ) + I SC ]xG Với: à SC : Hệ số nhiệt độ của cell tương ứng với dũng ngắn mạch

T r : Nhiệt độ tương ứng của cell (ở điều kiện thử nghiệm tiêu chuẩn)

T c : Nhiệt độ làm việc của cell

I SC : Dòng điện ngắn mạch của cell tại điều kiện thử nghiệm tiêu chuẩn (ở 25 0 C và 1kW/m 2 )

G: Cường độ bức xạ của mặt trời (kW/m 2 )

Dòng điện bão hòa của cell phụ thuộc vào nhiệt độ được thể hiện:

I Oα : Dòng điện bão hòa ngược của cell tại thời điểm ứng với cường độ chiếu sáng và nhiệt độ đang xét

V g : Điện áp rơi trong của vật liệu bán dẫn được sử dụng làm cell

V OC : Điện áp hở mạch của cell b Module PV

Một trở ngại của pin MT là điện áp và dòng điện làm việc rất nhỏ Một pin MT có điện áp làm việc khoảng 0,6V Do đó muốn có điện áp làm việc cao đòi hỏi phải mắc nối tiếp các pin PV lại, muốn có dòng điện làm việc lớn phải mắc song song Một mô hình thông thường để có điện áp 12V dc , ta phải mắc nối tiếp 36 pin PV Ngoài ra có một số mô hình 12V dc chỉ cần 33 pin PV

HVTH: Hà Quang Điện MSHV: 12180105 Đường đặc tính của Module PV:

Hình 2- 8: Đường đặc tính của Module PV Điện áp của module PV: V Module = nV d – IR S

Với n: Số pin mắc nối tiếp c Array PV và các ả nh h ưở ng tác độ ng

Khi kết hợp nhiều Module PV ta sẽ được một Array PV và tùy theo mục đích yêu cầu sử dụng mà có thể kết hợp các Module PV theo nhiều cách khác nhau c.1 Nối tiếp nhiều Module PV để tăng điện áp

Hình 2- 9: Nối nối tiếp nhiều module PV để tăng điện áp

2,4V Các pin mắc nối tiếp

HVTH: Hà Quang Điện MSHV: 12180105 c.2 Nối song song nhiều module PV để tăng dòng điện

Hình 2- 10: Nối song song nhiều module PV để tăng dòng điện c.3 Kết nối hỗn hợp để tăng cả áp và dòng

Hình 2- 11: Kết nối hỗn hợp để tăng áp và dòng c.4 Ảnh hưởng của nhiệt độ và bức xạ

Ngoài ra đặc tính của pin MT còn bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố như cường độ chiếu sáng, nhiệt độ, hiện tượng bóng râm …Cường độ chiếu sáng càng lớn, thì công suất thu được của pin MT càng lớn (dòng I sc càng lớn), nhiệt độ càng cao thì

HVTH: Hà Quang Điện MSHV: 12180105 V OC càng thấp Như hình minh họa 2-12

Hình 2- 12: Đặc tính của pin MT phụ thuộc vào bức xạ và nhiệt độ c.5 Ảnh hưởng của hiện tượng bóng râm

Hiện tượng bóng râm (pin MT bi che phủ một phần) gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến hiệu suất của pin MT Giả sử một pin MT trong một Array bị che

Hình 2- 13: Hiện tượng một pin MT bị bóng râm Đặc tính của toàn bộ Array (PV) sẽ bị thay đổi nghiêm trọng khi chỉ cần 1 pin bị bóng râm che nếu không có biện pháp bảo vệ Khi đó các đặc tính quan hệ

I d 1pin đầu bị bóng râm

HVTH: Hà Quang Điện MSHV: 12180105 được thể hiện trên hình 2-14

Hình 2- 14: Đặc tính pin MT khi một pin bị bóng râm

Trường hợp nhiều pin bị che:

Hình 2- 15: Đặc tính pin MT khi nhiều pin bị bóng râm Để bảo vệ pin MT ít bị ảnh hưởng bởi hiện tượng bóng râm, người ta sử dụng diode bypass (đi-ốt phân dòng) Khi đó đặc tính của Array PV sẽ bị ít ảnh

I-V tất cả các pin được chiếu sáng I-V 1 pin bị bóng râm 50%

I-V 2 pin bị bóng râm 100% Đặc tính pin

I-V khi tất cả các pin được chiếu sáng

I-V khi 1 pin bị bóng râm

HVTH: Hà Quang Điện MSHV: 12180105 hưởng nếu sử dụng diode bypass bảo vệ

(a) Khi pin được chiếu sáng (b) Khi pin bị bóng râm

Hình 2- 16: Bảo vệ pin MT khi bị bóng râm bằng phương pháp sử dụng diode phân dòng

2.2.2 Điểm làm việc cực đại và giới thiệu các phương pháp cơ bản tìm điểm làm việc cực đại của hệ thống pin MT a Đ i ể m làm vi ệ c c ự c đạ i c ủ a h ệ th ố ng pin MT [3]

Hiện nay, pin mặt trời vẫn được xem là nguồn năng lượng đắt đỏ Vì vậy, yêu cầu đặt ra là cần phải khai thác công suất lớn nhất có thể từ pin mặt trời Để đạt được điều đó, pin mặt trời cần được lắp đặt tại các vị trí thuận lợi ví dụ như hướng lắp đặt, thậm chí được điều khiển xoay theo hướng mặt trời để thu được nguồn năng lượng cực đại Về cơ bản, trên đường đặc tuyến PV của pin mặt trời tồn tại một điểm công suất cực đại (điểm MPP) ứng với dòng điện và điện áp tương ứng

Hình 2-17 Đặc tuyến I-V, P-V của pin mặt trời với điểm công suất cực đại

Tuy nhiên, điểm cực đại này lại không cố định, chúng luôn thay đổi theo các điều kiện môi trường (Hình 2-18) Vì vậy, chúng ta cần điều khiển điện áp hoặc dòng điện để thu được công suất cực đại từ pin mặt trời khi nhiệt độ và bức xạ thay đổi thông qua việc sử dụng bộ tìm điểm công suất cực đại

Hình 2-18 Các điểm MPP dưới các điều kiện môi trường thay đổi

Hình 2-19 giới thiệu sơ đồ khối của hệ thống MPPT tiêu biểu Hầu hết các bộ MPPT hiện nay gồm có ba phần cơ bản: bộ chuyển đổi DC-DC, bộ phận đo lường và bộ phận điều khiển

Khi pin mặt trời nối trực tiếp với tải, điểm vận hành của pin mặt trời sẽ được điều khiển bởi tải Và tổng trở tối ưu của tải được miêu tả như sau:

V O , I O : là điện áp và dòng điện phát ra của pin mặt trời

V MPP , I MPP : là điện áp và dòng điện phát ra của pin mặt trời tại điểm tối ưu

Khi giá trị R LOAD bằng với R OPT , công suất cực đại sẽ được truyền từ pin mặt trời đến tải Tuy nhiên, trong thực tế hai tổng trở này lại không bằng nhau Vì vậy, mục đích của bộ MPPT là điều chỉnh tổng trở của tải nhìn từ phía nguồn bằng với tổng trở tối ưu của pin mặt trời

P ane l C ur re nt ( A ) P ane l C ur re nt ( A )

P ane l P ow er ( W ) P ane l P ow er ( W )

Hệ thống năng lượng gió

2.3.1 Nguyên lý chung về năng lượng gió [6], [7]

Gió là một nguồn năng lượng sạch trong tự nhiên và cũng là một trong những nguồn năng lượng vô tận mà loài người có thể khai thác và sử dụng, nó được coi là nguồn năng lượng của tương lai Gió sẽ thay đổi cả về tốc độ cũng như hướng, nó phụ thuộc vào thời gian Tốc độ gió thay đổi theo các khoảng thời gian dt Ldi V V v L = d − O = L (2-25)

HVTH: Hà Quang Điện MSHV: 12180105 khác nhau, thay đổi theo mùa trong một năm, thay đổi theo giờ trong một ngày, hoặc thậm chí cũng có thể thay đổi theo từng phút Ví dụ như tốc độ gió vào mùa hè, mùa thu ở nước ta thường lớn hơn các mùa khác hay tốc độ gió vào ban ngày lớn hơn ban đêm Ngoài ra tốc độ gió cũng khác nhau phụ thuộc vào độ cao và địa hình, gió ở trên cao thường mạnh hơn dưới thấp Do đó yêu cầu đặt ra là cần phải có một kỹ thuật, công nghệ cao để khai thác có hiệu quả nguồn năng lượng này

Năng lượng gió là một hàm của tốc độ và khối lượng không khí, khi tốc độ gió cao thì năng lượng gió lớn Mối quan hệ giữa khối lượng, tốc độ không khí và năng lượng gió được thể hiện bởi phương trình động năng [6]:

E g : Năng lượng gió (kgm) m: Khối lượng không khí (kg)

V: Tốc độ không khí (m/s) Khối lượng không khí được tính bằng công thức: m = ρFVt Trong đó: m: Khối lượng không khí (kg) ρ: Mật độ không khí (kg/m 3 )

F: Diện tích không khí đi qua (m 2 )

V: Vận tốc không khí (m/s) t: Thời gian tính toán (s)

Thay (2-33) vào phương trình (2-32) ta có:

Và công suất tuabin gió được tính theo công thức:

C p : Là hệ số biến đổi năng lượng (nó là một hàm của tỷ số tốc độ đầu cánh λ và góc cánh θ) ρ: Mật độ không khí

A t : Là diện tích mặt cắt của tuabin gió v: Là vận tốc gió

Theo kết quả lý thuyết đã được nghiên cứu dựa trên đường cong đặc tính hiệu suất tuabin thì giá trị lớn nhất của C p đạt được là 16/27 ≈ 0,5926 và nó được gọi là giới hạn Betz

Hình 2-32: Đường cong hiệu suất turbin

Khi đó công suất lớn nhất của turbin gió đạt được sẽ là:

Năng lượng gió (công suất của tuabin gió) tỉ lệ với lập phương của vận tốc gió, do đó nếu tốc độ gió tăng lên thì năng lượng tăng lên rất nhiều và thay đổi rất lớn Điều này có thể thấy được trong hình 2-33, hình vẽ biểu diễn sự biến thiên của tốc độ gió và năng lượng gió trong khoảng thời gian ngắn của những cơn gió giật

HVTH: Hà Quang Điện MSHV: 12180105 Từ hình 2-33 ta thấy sự biến thiên của năng lượng gió lớn hơn nhiều so với sự biến thiên của tốc độ gió

Hình 2-33: Đường cong công suất của tuabin gió 50kW điều khiển theo tốc độ gió

Vì năng lượng gió tỷ lệ bậc 3 với tốc độ gió nên cần phải đặc biệt quan tâm đến vị trí đặt tuabin để thu được gió có tốc độ lớn Ngoài ra, tốc độ gió còn phụ thuộc vào chiều cao lắp đặt tuabin gió và chúng được biểu diễn qua công thức thể hiện mối quan hệ giữa tốc độ gió và chiều cao lắp đặt tuabin gió:

Trong đó: v 0 : Tốc độ gió tại chiều cao ban đầu v: Tốc độ gió tại chiều cao tính toán h 0 : Chiều cao ban đầu h: chiều cao tính toán α: Hệ số mũ thay đổi theo độ mấp mô bề mặt là một đại lượng đo của lực ma sát bởi gió thổi ngang qua mặt đất

Hệ số biến đổi năng lượng Cp trong công thức (2-35) là một hàm của tỉ số tốc độ đầu cánh λ, nó là tỉ số giữa tốc độ đầu cánh của tuabin gió và tốc độ gió: v m R 0 λ = ω α

Trong đó: ωm: Là tốc độ quay của turbin

R 0 : Là bán kính tuabin v: Tốc độ gió

Với tuabin gió trục ngang hoạt động bình thường ở tỷ số tốc độ đầu cánh có thể được tra bảng Tuy nhiên với tuabin gió trục đứng thì hoạt động ở tỷ số tốc độ đầu cánh thấp hơn, biến đổi phức tạp hơn và được biểu diễn quan hệ Cp và λ theo đường cong

Hình 2-34: Đường cong biểu diễn quan hệ giữa Cp và λ

2.3.2 Thống kê phân bố gió [3]

Gió là nguồn năng lượng thay đổi và các giá trị dữ liệu của các đại lượng đo từ gió thường là rất lớn Vì vậy các phương pháp thống kê được sử dụng để mô tả gió Các phương pháp thống kê được sử dụng để dự đoán tiềm năng năng lượng tại một vùng nơi mà chúng ta cần phải biết các thống kê phân bố gió Hai mô hình thống kê phân bố gió là phân bố Rayleigh và phân bố Weibull Phân bố Rayleigh dựa trên tốc độ gió trung bình trong khi đó phân phối Weibull có thể được suy ra từ tốc độ gió trung bình và độ lệch chuẩn và do đó nó chính xác hơn, tuy nhiên cần phải biết thêm một số thông tin về vùng đó Phân bố Rayleigh đơn giản hơn phân bố

Tỷ số tốc độ đầu cánh λ Hệ số biến đổi năng lượng, Cp

HVTH: Hà Quang Điện MSHV: 12180105 Weibull bởi nó có sai số tiêu chuẩn là 0,523 lần tốc độ gió trung bình Vì vậy phân bố Rayleigh được sử dụng trong các mô phỏng bởi nó đơn giản hơn Xác suất phân bố p(v) cho một Rayleigh được xác định:

Trong đó: v là tốc độ gió, v tb là tốc độ gió trung bình, hàm xác suất phân bố cho Rayleigh với tốc độ gió trung bình 7 m/s được biểu diễn ở hình 2-35

Hình 2-35: Hàm xác suất phân bố cho Rayleigh với tốc độ gió trung bình 7m/s

2.3.3 Điều khiển hoạt động của tuabin gió

Tuabin gió hấp thu được năng lượng nhiều nhất khi vận hành ở giá trị tối ưu của λ Tuy nhiên tốc độ quay của tuabin cũng được chọn ở giá trị sao cho năng lượng hấp thu được là lớn nhất Với tốc độ quay cố định và khi tốc độ gió tăng thì λ sẽ giảm và tuabin sẽ đi vào vùng giảm tốc Khi công suất đạt được giá trị định mức thì nó được giữ cố định và sau đó phương pháp điều khiển công suất được sử dụng để hạn chế sự hấp thu năng lượng khi tốc độ gió tăng

Một tuabin gió có thể được vận hành theo các quy tắc điều khiển khác nhau tùy thuộc vào tốc độ gió Ví dụ: Tuabin gió được hoạt động ở tốc độ gió từ 4m/s đến 20m/s và tốc độ gió định mức là 12m/s Tuabin gió được khởi động khi tốc độ gió vượt qua 4m/s Nó được điều khiển ở giá trị tối ưu của λ, cho đến khi tốc độ gió vượt qua 10m/s Khi tốc độ gió trên 10m/s thì tốc độ quay được giữ cố định Hệ số

HVTH: Hà Quang Điện MSHV: 12180105 Cp sẽ giảm chút khi tốc độ từ 10m/s đến 12m/s Khi tốc độ gió trên 12m/s thì công suất được giữ cố định và tuabin gió bắt đầu quá trình giảm hấp thu năng lượng Khi đó tốc độ quay cần phải giảm chút ít tùy thuộc vào hiệu quả của phương pháp điều khiển Đường cong công suất của tuabin hoạt động theo phương pháp này được trình bày ở hình 2-32 Việc hạn chế tốc độ quay không chỉ là điều khiển tuabin mà còn vì lý do về sự bền vững của kết cấu hệ thống, sự dao động của lá cánh, và để hạn chế mức độ tiếng ồn khí động học.

Kết luận chương 2

Trong chương 2, luận văn đã đề cập đến các vấn đề lý thuyết cơ bản về hệ thống pin mặt trời và hệ thống tuabin gió

Nội dung chính của chương này tác giả đã nghiên cứu và phân tích được các ảnh hưởng của các yếu tố về điều kiện tự nhiên tác động lên hệ thống pin MT và hệ thống tuabin gió Ảnh hưởng của các thông số bên trong hệ thống như điện áp hở mạch V OC , dòng ngắn mạch I SC , ảnh hưởng của điện trở R S , R P các mối nối bên trong của hệ thống hay do hiện tượng bóng râm gây ra lên các đường cong đặc tính, hiệu suất của hệ thống pin MT Nội dung của chương cũng đề xuất giải thuật tìm kiếm điểm làm việc cực đại cho hệ thống PV với mục tiêu của giải thuật là đơn giản, dễ tìm hiểu nghiên cứu và chi phí đầu tư ban đầu hợp lý và đó là giải thuật P&O Và nội dung cũng đã đề xuất bộ biến đổi DC-DC với phương châm đơn giản, hiệu quả khi sử dụng nhằm ổn định điện áp đầu ra và đó bộ biến đổi Boost converter

Nội dung tiếp ở chương 3 của luận văn, tác giả giới thiệu, trình bày về hệ thống phát điện mặt trời, tiềm năng và triển vọng, các ứng dụng trong thực tế của hệ thống với quy mô nhỏ

HỆ THỐNG ĐIỆN MẶT TRỜI

Trong tiến trình phát triển của loài người, việc sử dụng năng lượng 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 lượng tàn dư sinh học than đá, dầu mỏ, khí tự nhiên 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 không phát triển nếu không có năng lượng

Ngày nay, năng lượng tàn dư sinh học, năng lượng không tái sinh, ngày càng 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 các nhà khoa học, kinh tế, các chính trị gia,… và mỗi người chúng ta Nguồn 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 được thực hiện, năng lượng mặt trời không chỉ là năng lượng của tương lai mà còn là năng lượng của hiện tại

Tương tự như nguồn năng lượng đến từ gió, công nghệ ánh sáng (Solar technologies) sử dụng nguồn năng lượng mặt trời để biến cải thành nhiệt năng, điện năng và thậm chí cung cấp cả cho hệ thống làm lạnh Với những nước phát triển,

HVTH: Hà Quang Điện MSHV: 12180105 hàng năm thường có những cuộc hội thảo, hội nghị về vấn đền Năng lượng xanh với mục đích giới thiệu các công nghệ mới về thiết bị áp dụng năng lượng mặt trời cho các hộ gia đình, hay các cơ sở nhỏ hoặc những khu vực mà hệ thống lưới điện chưa thể cấp tới Đối với các quốc gia có bờ biển dài, hay thuộc vùng nhiệt đới trong đó có Việt Nam, hệ thống thiết bị năng lượng này sẽ có tiềm năng lớn để giải quyết nhu cầu thiếu hụt năng lượng cho tương lai

Việc sử dụng hệ thống năng lượng mặt trời ngày càng được ứng dụng rộng rãi từ quy mô nhỏ (các hộ gia đình) cho đến các quy mô lớn như các trạm phát điện mặt trời Và hệ thống năng lượng này ngày càng chiếm ưu thế và được mở rộng và phát triển với những lợi điểm chính như:

+ Về giá cả cạnh tranh: Trong vòng gần 30 năm qua, giá thành điện năng từ nguồn năng lượng này liên tục giảm Hiện nay giá điện sản xuất bằng năng lượng mặt trời hiện phổ biến hiện nay khoảng từ 25 – 50 cents/kWh và chúng sẽ còn tiếp tục giảm xuống còn khoảng 15 cents/kWh trong những năm tới

+ Nguồn tiếp liệu bảo đảm và bền vững: Ngoài tính năng có thể xây dựng thành những trạm phát điện mặt trời riêng có công suất lớn hệ thống này còn có thể được thiết kế lắp đặt trên mái nhà hay nhà xưởng, đèn đường rất tiện lợi

+ Về phương diện môi trường: Hệ thống không làm ô nhiễm không khí, không tạo ra hiệu ứng nhà kính, cũng không bị ngắt điện như trường hợp của nguồn điện được cung cấp từ các nguồn năng lượng khác như than đá, dầu mỏ

+ Không tạo ra phế thải rắn và khí như các nguồn năng lượng do than đá, khí đốt và năng lượng nguyên tử

+ Hệ thống PV có thể thiết kế lắp đặt ngay tại các khu dân cư đông đúc, khu công nghiệp, hệ thống đèn đường, công viên hay trên nóc các khu chung cư, nhà xưởng

HVTH: Hà Quang Điện MSHV: 12180105 + Tuy giá thành đầu tư ban đầu cho một hệ thống PV cao hơn so với các nguồn năng lượng khác (với cùng công suất) Tuy nhiên sau khi được lắp đặt đầu tư, điện năng được tạo ra thường ổn định và chi phí vận hành, bảo dưỡng rất thấp và tuổi thọ của hệ thống có thể đạt tới 25 – 30 năm.

Tiềm năng và triển vọng về năng lượng mặt trời ở Việt Nam

3.2.1 Tiềm năng về năng lượng mặt trời ở Việt Nam

Việt Nam nằm trong vành đai nhiệt đới có vĩ độ từ 8 đến 23 độ Bắc nên có năng lượng bức xạ mặt trời (NLMT) khá lớn Tuy nhiên tuỳ thuộc vào điều kiện tự nhiên mà NLMT có sự biến đổi từ vùng này sang vùng khác

Vùng Đông Bắc là khu vực chịu ảnh hưởng mạnh nhất của gió mùa Đông Bắc lạnh và ẩm nên NLMT thấp nhất cả nước Mật độ NLMT biến đổi trong khoảng từ 250 đến 400 cal/cm2 ngày Số giờ nắng trung bình cả năm trong khoảng 1600 đến 1900 giờ

Vùng Tây Bắc gồm các tỉnh Lai Châu, Sơn La, Lào Cai, và vùng Bắc Trung Bộ có NLMT khá lớn Mật độ NLMT biến đổi trong khoảng từ 300 đến 500 cal/cm2.ngày Số giờ nắng trung bình cả năm khoảng 1800 đến 2100 giờ Đặc điểm chung của bức xạ mặt trời ở miền Bắc là có sự thay đổi rất rõ rệt giữa mùa Đông (tháng 12, 1, 2) và mùa Hè (tháng 5, 6, 7, 8) NLMT về mùa hè nói chung lớn gấp 1,5 đến 2 lần so với mùa Đông

Từ Đà nẵng trở vào NLMT rất tốt và phân bố tương đối điều hoà trong suốt cả năm Mật độ NLMT biến đổi trong khoảng từ 350 đến 500 cal/cm2.ngày Số giờ nắng trung bình cả năm trong khoảng 2000 đến 2600 giờ Đây là khu vực ứng dụng NLMT rất hiệu quả [5]

Bảng 3.1: Tiềm năng mật độ NLMT trung bình năm và số giờ nắng theo tiểu khu vực (Nguồn VNL)

NLMT trung bình năm (kcal/cm2.năm)

Số giờ nắng trung bình năm (giờ/năm)

4 Nam Trung Bộ và Tây Nguyên 150 –175 2000 –2600

+ Khu vực Đông Bắc Bộ có NLMT thấp nhất do ảnh hưởng của gió mùa Đông Bắc vào mùa đông

+ Khu vực Nam Bộ, từ Đà Nẵng trở vào, bức xạ mặt trời và số giờ nắng cao hơn

+ Nhìn chung, tiềm năng NLMT ở Việt Nam là khá tốt

3.2.2 Triển vọng về năng lượng mặt trời ở Việt Nam Ở Việt Nam, với sự hỗ trợ của nhà nước (các bộ, ngành) và một số tổ chức quốc tế đã thực hiện thành công việc xây dựng các trạm pin mặt trời có công suất khác nhau phục vụ nhu cầu sinh hoạt và văn hóa của các địa phương vùng sâu, vùng xa, các công trình nằm trong khu vực không có lưới điện Tuy nhiên hiện nay pin mặt trời vẫn đang còn là món hàng xa xỉ đối với các nước còn đang gặp nhiều khó khăn như nước ta Đi đầu trong việc phát triển ứng dụng này là ngành bưu chính viễn thông

Các trạm pin mặt trời phát điện sử dụng làm nguồn cấp điện cho các thiết bị thu

HVTH: Hà Quang Điện MSHV: 12180105 phát sóng của các bưu điện lớn, trạm thu phát truyền hình thông qua vệ tinh Ở ngành bảo đảm hàng hải, các trạm pin mặt trời phát điện sử dụng làm nguồn cấp điện cho các thiết bị chiếu sáng, cột hải đăng, đèn báo sông Trong ngành công nghiệp, các trạm pin mặt trời phát điện sử dụng làm nguồn cấp điện dự phòng cho các thiết bị điều khiển trạm biến áp 500kV, thiết bị máy tính và sử dụng làm nguồn cấp điện nối với điện lưới quốc gia Trong sinh hoạt của các hộ gia đình vùng sâu, vùng xa, các trạm pin mặt trời phát điện sử dụng để thắp sáng, nghe đài, xem vô tuyến Trong ngành giao thông đường bộ, các trạm pin mặt trời phát điện dần được sử dụng làm nguồn cấp điện cho các cột đèn đường chiếu sáng

Một số công trình điện mặt trời đã được đầu tư xây dựng ở nước ta trong giai đoạn vừa qua và cũng trong những giai đoạn tới, có thể được kể đến như sau [5]:

+ Khu vực phía Nam ứng dụng các dàn pin MT phục vụ thắp sáng và sinh hoạt văn hoá tại một số vùng nông thôn xa lưới điện Các trạm điện mặt trời có công suất từ 500 - 1.000 Wp được lắp đặt ở trung tâm xã, nạp điện vào ắc qui cho các hộ gia đình sử dụng Các dàn pin MT có công suất từ 250 - 500 Wp phục vụ thắp sáng cho các bệnh viện, trạm xá và các cụm văn hoá xã Đến nay có khoảng 800 - 1.000 dàn PMT đã được lắp đặt và sử dụng cho các hộ gia đình, công suất mỗi dàn từ 22,5 - 70 Wp

+ Hệ thống năng lượng mặt trời công suất 212kWp trên mái bãi đỗ xe của siêu thị Big C Dĩ An - Bình Dương Hệ thống sẽ hòa vào lưới điện của tòa nhà, mỗi năm sản xuất lượng điện năng khoảng 230MWh (tương đương 7% tổng lượng điện tiêu thụ của trung tâm thương mại)

+ Hệ thống Điện mặt trời tại Nhà máy lắp ráp và kiểm định chip của Intel Việt Nam, tọa lạc tại khu Công nghệ cao TPHCM Hệ thống điện mặt trời tại Intel được làm từ 1092 tấm năng lượng mặt trời và sẽ được hòa vào lưới điện của tòa nhà và có khả năng phát được 321 MWh

Khu v ự c mi ề n Trung: Miền Trung có bức xạ mặt trời khá tốt và số giờ nắng cao, rất thích hợp cho việc ứng dụng pin MT Hiện tại ở khu vực miền Trung có hai dự án lai ghép với pin MT có công suất lớn nhất Việt Nam, đó là:

+ Dự án phát điện ghép giữa pin MT và thuỷ điện nhỏ, công suất 125 kW được lắp đặt tại xã Trang, huyện Mang Yang, tỉnh Gia Lai, trong đó công suất của hệ thống pin MT là 100kWp (kilowatt peak) và của thuỷ điện là 25 kW Dự án được đưa vào vận hành từ cuối năm 1999, cung cấp điện cho 5 làng Hệ thống điện do Điện lực Mang Yang quản lý và vận hành

+ Dự án phát điện lai ghép giữa pin MT và động cơ gió phát điện với công suất là 9kW, trong đó PMT là 7kW Dự án trên được lắp đặt tại làng Kongu 2, huyện Đak Hà, tỉnh Kon Tum, do Viện Năng lượng thực hiện Công trình đã được đưa vào sử dụng từ tháng 11/2000, cung cấp điện cho một bản người dân tộc thiểu số với 42 hộ gia đình Hệ thống điện do sở Công thương tỉnh quản lý và vận hành

+ Các dàn pin MT đã lắp đặt ứng dụng tại các tỉnh Gia Lai, Quảng Nam, Bình Định, Quảng Ngãi và Khánh Hoà, hộ gia đình công suất từ 40 - 50 Wp Các dàn đã lắp đặt ứng dụng cho các trung tâm cụm xã và các trạm y tế xã có công suất từ 200 - 800 Wp Hệ thống điện sử dụng chủ yếu để thắp và truyền thông; đối tượng phục vụ là người dân, do dân quản lý và vận hành

+ Dự án Phát điện hỗn hợp Pin mặt trời - Diesel ở thôn Bãi Hương, Cù Lao Chàm, Quảng Nam Dự án gồm có 166 tấm pin mặt trời công suất 28kW và 2 máy phát có tổng công suất 20kW

Hệ thống điện mặt trời

Hình 3-1: Mô hình tổng quát của hệ thống điện mặt trời lắp đặt đối với các hộ gia đình

3.3.1 Giới thiệu chung về chế tạo pin mặt trời

Từ một tế bào quang điện (cell) → Tấm Pin năng lượng mặt trời (solar cells panel) → Pin mặt trời (hay pin quang điện) ký hiệu là PV, là hệ thống các tấm vật liệu đặc biệt có khả năng chuyển đổi quang năng của ánh sáng mặt trời thành điện năng Pin mặt trời được cấu tạo bằng các tế bào quang điện (cells) đơn tinh thể (monocrystalline) và đa tinh thể (polycrystalline) có hiệu suất cao (12% - 18%), công suất từ 25Wp đến 260Wp và có tuổi thọ trung bình 30 năm

3.3.2 Nguyên lý hoạt động của hệ thống năng lượng mặt trời

Hình 3-2: Nguyên lý của hệ thống điện mặt trời cấp điện cho hộ gia đình

Từ giàn pin mặt trời, ánh sáng được biến đổi thành điện năng, tạo ra dòng điện một chiều (DC) Dòng điện này được dẫn tới bộ điều khiển là một thiết bị điện tử có chức năng điều hoà tự động các quá trình nạp điện vào ắc-quy và phóng điện từ ắc-quy ra các thiết bị điện một chiều (DC) Trường hợp công suất giàn pin đủ lớn, trong mạch điện sẽ được lắp thêm bộ đổi điện để chuyển dòng một chiều thành dòng xoay chiều (AC), chạy được thêm nhiều thiết bị điện gia dụng (đèn, quạt, radio, TV…) [5]

3.3.3 Các bộ phận chính của một hệ thống điện mặt trời

1: Tấm pin mặt trời 2: Bộ điều khiển sạc mặt trời

3 : Bộ nghịch lưu DC- AC

Hình 3-3: Các bộ phận chính của hệ thống điện mặt trời

Stt Tên thiết bị Ghi chú

Monocrystalline (đơn tinh thể ) Polycrytalline (đa tinh thể)

2 Solar Regulator Lựa chọn tùy mức điện thế và công suất của hệ thống 3 DC-AC Inverter Dạng sóng ra: Step Wave hoặc Sine Wave

4 Battery (ắc-quy) Bình khô, kín khí, không cần bảo dưỡng

5 Khung, gá Chuyên dụng cho hệ thống 6 Dây cáp Chuyên dụng cho hệ thống (ngoài trời và trong nhà) 7 Phụ kiện lắp đặt Linh, phụ kiện đồng bộ khác a Panel m ặ t tr ờ i

Tấm pin Panel mặt trời (solar cells panel) biến đổi quang năng hấp thụ từ mặt trời để biến thành điện năng Một số thông tin cơ bản về tấm pin mặt trời thường có là: Hiệu suất: từ 12% - 18%; Công suất: từ 25Wp - 260Wp; Số lượng cells trên mỗi tấm pin: 36 -72 cells; Kích thước cells: 5 - 6 inchs; Loại cells: monocrystalline và

HVTH: Hà Quang Điện MSHV: 12180105 polycrystalline; Chất liệu của khung nhôm; Tuổi thọ trung bình của module pin: 30 năm

Chúng có khả năng kết nối thành các trạm điện mặt trời công suất lớn không hạn chế, có thể hòa lưới (grid), hoặc hoạt động độc lập như 1 hệ thống back-up điện Trong một ngày nắng, mặt trời cung cấp khoảng 1kW/m² đến mặt đất (khi mặt trời đứng bóng và quang mây, ở mực nước biển) Công suất và điện áp của một hệ thống sẽ phụ thuộc vào cách chúng ta nối ghép các tấm pin panel mặt trời lại với nhau Các tấm pin MT được lắp đặt ở ngoài trời để có thể hứng được ánh nắng tốt nhất từ mặt trời nên được thiết kế với những tính năng và chất liệu đặc biệt, có thể chịu đựng được sự khắc nghiệt của thời tiết, khí hậu, nhiệt độ… b B ộ đ i ề u khi ể n s ạ c

Là thiết bị thực hiện chức năng điều tiết sạc cho ắc-quy, bảo vệ cho ắc-quy chống nạp quá tải và xả quá sâu nhằm nâng cao tuổi thọ của bình ắc-quy, và giúp hệ thống pin mặt trời sử dụng hiệu quả và lâu dài

Bộ điều khiển còn cho biết tình trạng nạp điện của pin MT vào ắc-quy giúp cho người sử dụng kiểm soát được các phụ tải

Bộ điều khiển còn thực hiện việc bảo vệ nạp quá điện thế (>13,8V) hoặc điện thế thấp (

Tiêu đề	Khảo sát kết hợp hệ thống điện mặt trời và điện gió quy mô nhỏ
Tác giả	Hà Quang Điện
Người hướng dẫn	TS. Nguyễn Quang Nam, PGS. TS. Nguyễn Hữu Phúc
Trường học	Trường Đại học Bách Khoa – ĐHQG Tp.HCM
Chuyên ngành	Thiết bị, mạng và nhà máy điện
Thể loại	Luận văn thạc sĩ
Năm xuất bản	2014
Thành phố	TP.Hồ Chí Minh

Định dạng
Số trang	143
Dung lượng	1,73 MB