nghiên cứu mô hình hóa hệ thống năng lượng mặt trời kết hợp ắc quy tại ecopark hưng yên

Trong các nguồn nng l°āng xanh phổ bi¿n trên th¿ gißi, nng l°āng mÁt trái là một trong nhÿng nguồn nng l°āng tái t¿o nh¿n đ°āc sā quan tâm nhiều nhất cÿa nhiều n°ßc trên th¿ gißi.. T¿i c

BÞ CÔNG TH¯¡NG TR¯àNG Đ¾I HÞC ĐIàN LỰC

NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI KẾT HỢP ẮC QUY

Hà Nßi, tháng 03/2022

BÞ CÔNG TH¯¡NG TR¯àNG Đ¾I HÞC ĐIàN LỰC

MÃ Sâ: 8520201

Ng°ái h°ßng d¿n khoa hßc: TS Nguyßn Đāc Quang

Hà Nßi, nm 2022

LàI CÀM ¡N

Tr°ßc h¿t em xin trân trßng cÁm ¢n thầy giáo TS Nguyßn Đāc Quang, các thầy, cô giáo Khoa Kỹ thu¿t Đián và các thầy, cô giáo Phong đco t¿o Sau đ¿i hßc, tr°áng Đ¿i hßc Đián lāc đã quan tâm, giúp đÿ và t¿o điều kián để em hoàn thành lu¿n vn ncy

Em xin gửi lái cÁm ¢n đ¿n các anh, chị, em công tác t¿i Công ty TNHH HCG đã hỗ trā cung cấp sã liáu, giúp đÿ t¿o điều kián thu¿n lāi cho em hoàn thành lu¿n vn này

Em cũng xin gửi lái cÁm ¢n tßi tất cÁ b¿n bè, ngưái thân đã động viên em rất nhiều trong quá trình hßc t¿p

MÁc dù đã cã gÁng h¿t sāc để hoàn thành lu¿n vn, song cũng không thể tránh đ°āc nhÿng thi¿u sót Kính mong nh¿n đ°āc nhÿng đóng góp cÿa các thầy, các cô cùng toàn thể các b¿n để lu¿n vn đ°āc hoàn chỉnh h¢n nhằm áp dăng phù hāp t¿i thāc t¿

Trân trßng!

Hà Nội, ngày 06 tháng 03 năm 2022 Tác giả lu¿n văn

Bùi Vi¿t V°¢ng

LàI CAM ĐOAN

Tôi cam đoan các số liệu và kết quả tính toán được trình bày trong lu¿n văn là kết quả quá trình nghiên cứu, tìm hiểu, tính toán của tôi được thực hiện dưới sự hướng dẫn khoa học của thầy giáo hướng dẫn và theo đề cương lu¿n văn đã được nhà trường xét duyệt

Tôi cam đoan các nội dung tham khảo trong lu¿n văn đã được trích dẫn chi tiết tương ứng với các tài liệu trong mục <Tài liệu tham khảo=

Tôi xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày 06 tháng 03 nm 2022 Tác giÁ lu¿n vn

Bùi Vi¿t V°¢ng

1.3 Tình hình phát triển nng l°āng mÁt trái t¿i Viát Nam và trên th¿ gißi 26

1.4 Há thãng đián mÁt trái t¿i Ecopark H°ng Yên 28

1.4.1 Tổng quan về Ecopark H°ng Yên 28

1.4.2 Há thãng đián mÁt trái nhà bÁo vá khu đô thị Ecopark H°ng Yên 29

1.4.2.1 Thành phần cấu t¿o cÿa há thãng 29

1.4.2.2 Nguyên lý ho¿t động 35

CH¯¡NG II: PH¯¡NG PHÁP NGHIÊN CĀU XÂY DĀNG MÔ HÌNH HÓA 372.1 Pin mÁt trái vc ph°¢ng trình tính toán cÿa pin mÁt trái 37

2.1.1 Ph°¢ng trình t°¢ng đ°¢ng cÿa pin nng l°āng mÁt trái 37

2.1.2 Các y¿u tã Ánh h°ãng đ¿n pin nng l°āng mÁt trái 38

2.1.3 Ph°¢ng trình t°¢ng đ°¢ng cÿa bộ pin mÁt trái 40

2.2 Bộ chuyển đổi Inverter 41

2.2.1 Bộ bi¿n đổi DC/DC [1] 41

2.2.2 Bộ bi¿n đổi DC/AC 45

2.3 Àc quy l°u trÿ 45

2.4 Ph°¢ng pháp điều khiển 48

2.4.1 Thu¿t toán bám điểm công suất cāc đ¿i MPPT 49

2.4.2 GiÁi thu¿t P&O 51

2.5 K¿t lu¿n ch°¢ng 53

CH¯¡NG III: MÔ PHàNG Hà THâNG NNG L¯ĀNG MÀT TRàI T¾I ECOPARK H¯NG YÊN 54

3.1 Mô pháng ho¿t động cÿa há thãng pin mÁt trái 54

3.1.1 Gißi thiáu Matlab/Simulink 54

3.1.2 Gißi thiáu một sã khãi Simcape sử dăng trong mô pháng l°ßi đián có k¿t nãi nguồn nng l°āng mÁt trái 57

3.2 Mô hình hoá há thãng nng l°āng mÁt trái t¿i Ecopark H°ng yên 59

DANH MĀC TĂ VI¾T TÂT

DANH MĀC BÀNG BIàU

BÁng 1.1 Quy ho¿ch đián gió các vùng dā ki¿n đ¿n nm 2030 17 BÁng 1.2: SÁn l°āng đián gió tng tr°ãng qua các nm t¿i Châu Á……… 17 BÁng 1.3: Top 10 quãc gia có sÁn l°āng đián mÁt trái lßn nhất………19 BÁng 1.4: Tiềm nng khai thác nng l°āng mÁt trái các vùng trên lãnh thổ Viát Nam 27 BÁng 1.5: Thông sã kỹ thu¿t c¢ hßc cÿa tấm pin mÁt trái………31 BÁng 1.6: Thông sã kỹ thu¿t đián cÿa tấm pin mÁt trái………31 BÁng 1.7: Thông sã kỹ thu¿t cÿa bộ chuyển đổi Inverter……….32 BÁng 1.8: Giá trị dong đián xÁ không đổi cÿa Ác quy sử dăng (Amperes t¿i 25ºC)…….34 BÁng 1.9: Giá trị công suất xÁ không đổi cÿa Ác quy sử dăng (Watts t¿i 25ºC)……… 35 BÁng 3.1 Thông sã khãi pin quang đián 59

DANH MĀC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Các d¿ng nng l°āng tái t¿o 16

Hình 1.2 Há thãng đián mÁt trái 18

Hình 1.3 Cấu trúc cÿa mÁt trái 22

Hình 1.4 Quá trình truyền bāc x¿ mÁt trái qua bầu khí quyển đ¿n trái đất 23

Hình 1.5 Pin mÁt trái 24

Hình 1.6 Quy trình ch¿ t¿o pin mÁt trái 25

Hình 1.7 Nguyên lý ho¿t động pin mÁt trái 25

Hình 1.8 Công suất phát đián Viát Nam lÁp đÁt nm 2020 27

Hình 1.9 MÁt bằng bã trí dcn pin mÁt trái 30

Hình 1.10 Tấm pin mÁt trái t¿i Ecopark H°ng Yên 30

Hình 1.11.PV Sine HBS-B – bộ inverter sử dăng trong há thãng nghiên cāu 32

Hình 1.12 Àc quy 6FM100E-X 12 V 100Ah đ°āc sử dăng trong há thãng nghiên cāu 34 Hình 1.13 ĐÁc tính xÁ vc s¿c cÿa Ác quy ã 25ºC 35

Hình 1.14 S¢ đồ một sāi há thãng nng l°āng mÁt trái t¿i Ecopark H°ng Yên 36

Hình 2.1 ĐÁc tính lcm viác pin mÁt trái vc s¢ đồ t°¢ng đ°¢ng cÿa pin mÁt trái 37

Hình 2.2 Mô hình pin mÁt trái lý t°ãng 39

Hình 2.3 Mô hình há thãng pin mÁt trái 40

Hình 2.4 ĐÁc tuy¿n I-V vßi các bāc x¿ khác nhau 41

Hình 2.5 ĐÁc tuy¿n P-V vßi các bāc x¿ khác nhau 41

Hình 2.6 S¢ đồ nguyên lý m¿ch boost 42

Hình 2.7 M¿ch đián khi đóng khóa S 42

Hình 2.8 D¿ng sóng cÿa dong đián vc đián áp trong bộ chuyển đổi Boost ho¿t động ã 2 ch¿ độ liên tăc vc không liên tăc 43

Hình 2.9 S¢ đồ nguyên lý m¿ch buck 43

Hình 2.10 D¿ng sóng cÿa dong đián vc đián áp trong bộ chuyển đổi Buck ho¿t động ã 2 ch¿ độ liên tăc vc không liên tăc 44

Hình 2.15 S¢ đồ nguyên lý điều khiển há thãng 49

Hình 2.16 ĐÁc tính lcm viác I-V cÿa PV vc cÿa tÁi 50

Hình 2.17 Cấu trúc điều khiển MPPT cÿa dcn PV 51

Hình 2.18 Đ°áng đÁc tính P-V vc thu¿t toán P&O 52

Hình 2.19 L°u đồ giÁi thu¿t P&O 52

Hình 3.1 Mô hình pin quang đián trong Matlab/Simulink 57

Hình 3.2 Mô hình khãi pin quang đián 60

Hình 3.3 ĐÁc tính I-V và P-V vßi l°āng bāc x¿ khác nhau G=1; 0,75; 0,5; 0,25 kW/m2 60 Hình 3.4 Mô hình m¿ch boost 61

Hình 3.5 Mô hình điều khiển m¿ch boost MPPT 61

Hình 3.6 Mô hình khãi Ác quy (Battery bank) 61

Hình 3.7 S¢ đồ khãi mô hình mô pháng há thãng nghiên cāu 62

Hình 3.8 C°áng độ bāc x¿ nh¿n đ°āc 63

Hình 3.9 Đián áp cÿa há thãng pin quang đián 63

Hình 3.10 Dong đián cÿa há thãng pin quang đián 63

Hình 3.11 Đián áp đầu ra DC link 64

Hình 3.12 Công suất phát cÿa há thãng NLMT 64

Hình 3.13 Đián áp đầu ra cÿa há thãng NLMT 64

Hình 3.14 Dong đián cÿa acquy 64

Hình 3.15 Dong đián vc SOC% cÿa acquy 65

I Mâ ĐẦU 1 Lý do chßn đß tài

Tình tr¿ng ô nhißm môi tr°áng sãng ngày càng trầm trßng nh° hián nay ccng đऀy m¿nh tầm quan trßng cÿa các nguồn nng l°āng tái t¿o Trong các nguồn nng l°āng xanh phổ bi¿n trên th¿ gißi, nng l°āng mÁt trái là một trong nhÿng nguồn nng l°āng tái t¿o nh¿n đ°āc sā quan tâm nhiều nhất cÿa nhiều n°ßc trên th¿ gißi

T¿i các n°ßc phát triển nguồn nng l°āng tái t¿o nói chung vc nng l°āng mÁt trái nói riêng đã đồng hcnh cũng con ng°ái trong nhiều mÁt cÿa cuộc sãng, bãi nguồn tci nguyên thiên nhiên ncy có °u th¿: S¿ch, chi phí nhiên liáu và bÁo d°ÿng thấp, an tocn cho ng°ái sử dăng… Đồng thái, phát triển ngành công nghiáp sÁn xuất pin nng l°āng mÁt trái s¿ góp phần thay th¿ các nguồn nng l°āng hóa th¿ch, giÁm phát khí thÁi nhà kính, bÁo vá môi tr°áng Đây đ°āc coi là nguồn nng l°āng quý giá, có thể thay th¿ nhÿng d¿ng nng l°āng cũ đang ngcy ccng c¿n kiát Viát Nam nằm trong khu vāc có c°áng độ bāc x¿ mÁt trái cao, khí h¿u nhiát đßi Vị trí địa lý đÁc biát ncy lc một thu¿n lāi tā nhiên cÿa Viát Nam trong viác phát triển nng l°āng mÁt trái

Chính vì lý do trên, tác giÁ mong muãn thāc hián lu¿n vn cao hßc vßi đề tài

<Nghiên cāu mô hình hóa há thãng nng l°ÿng m¿t trái k¿t hÿp Ãc quy t¿i ECOPARK H°ng Yên=.

3 Nhiám vā nghiên cāu

- Nghiên cāu lý thuy¿t há thãng nng l°āng mÁt trái - Nghiên cāu mô hình mô pháng từng phần tử trong há thãng nng l°āng mÁt trái nãi l°ßi có nguồn Ác quy

4 Đãi t°ÿng và ph¿m vi nghiên cāu

- Đãi t°āng: Há thãng nng l°āng mÁt trái nãi l°ßi 8kWp sử dăng nguồn Ác quy t¿i Ecopark H°ng Yên

- Ph¿m vi nghiên cāu: lý thuy¿t và mô hình tính toán

Ch°¢ng 3: Mô pháng há thãng nng l°āng mÁt trái t¿i Ecopark H°ng Yên

II NÞI DUNG

Lu¿n vn bao gồm: Phần mã đầu, k¿t lu¿n, phă lăc, danh măc tài liáu tham khÁo, và nội dung cÿa đề tài có 03 ch°¢ng sau:

Ch°¢ng 1: Hián tr¿ng āng dăng nng l°āng mÁt trái t¿i Viát Nam Ch°¢ng 2: Ph°¢ng pháp nghiên cāu xây dāng mô hình hóa trong Matlab/Simulink Ch°¢ng 3: Mô pháng há thãng nng l°āng mÁt trái t¿i Ecopark H°ng Yên

CH¯¡NG I: HIàN TR¾NG ĀNG DĀNG NNG L¯þNG M¾T

TRàI T¾I VIàT NAM

Nng l°āng là y¿u tã vô cùng quan trßng cho sā phát triển cÿa mỗi quãc gia Xã hội càng phát triển thì nhu cầu sử dăng nng l°āng ngày càng cao Nguồn nng l°āng mà chúng ta sử dăng ngày nay chÿ y¿u lc nng l°āng hóa th¿ch nh°: than đá, dầu má, các sÁn phऀm từ dầu má, khí đãt Nguồn nng l°āng này là hÿu h¿n, nó chỉ có thể đÁm bÁo cho nhu cầu về nng l°āng cÿa con ng°ái trong một thái gian nhất định Khai thác nng l°āng tái t¿o để thay th¿ nguồn nng l°āng hóa th¿ch vãn đang dần c¿n kiát, vc h¢n nÿa lc h¿n ch¿ sā bi¿n đổi đ¿n māc cāc đoan cÿa khí h¿u đang lc xu h°ßng chung vc tất y¿u trên toàn th¿ gißi Trong đó công nghá về nng l°āng mÁt trái đang đ°āc th¿ gißi chú trßng phát triển để khai thác Trong ch°¢ng I, tác giÁ s¿ trình bcy một nghiên cāu tổng quan về các d¿ng nng l°āng tái t¿o và hián tr¿ng khai thác nguồn nng l°āng này t¿i Viát Nam

1.1 Tổng quan về các dạng năng lượng tái tạo

Nng l°āng tái t¿o [1,2] là nhÿng nguồn nng l°āng vô h¿n, liên tăc, có khÁ

nng tái sinh nh°: nng l°āng mÁt trái, gió, m°a, thÿy triều, sóng vc địa nhiát D¿ng nng l°āng ncy đ°āc coi lc vô h¿n do hcm chāa hai ý nghĩa:

• Nng l°āng tồn t¿i nhiều đ¿n māc mc không thể trã nên c¿n kiát do sā khai thác, sử dăng cÿa con ng°ái Ví dă: Nng l°āng mÁt trái, nng l°āng gió

• Nng l°āng tā tái sinh trong thái gian ngÁn vc liên tăc trong các quy trình tā nhiên dißn ra trong một thái gian dci trên trái đất Ví dă: nng l°āng sinh khãi

Hình 1.1: Các dạng năng lượng tái tạo [Nguồn www.renewableenergy.org.vn]

1.1.1 Nng l°ÿng gió

Nng l°āng gió là động nng cÿa không khí di chuyển trong bầu khí quyển cÿa trái đất Do trái đất quay quanh mÁt trái, bāc x¿ MÁt Trái chi¿u xuãng bề mÁt Trái Đất không đồng đều làm cho bầu không khí, n°ßc nóng lên không đều nhau gây ra sā chênh lách nhiát độ và áp suất t¿o thành gió

Gió là một quá trình địa v¿t lý rất phāc t¿p vì v¿y chỉ có thể dā báo sā bi¿n đổi vßi xác suất nhất định ĐÁc tính quan trßng nhất đánh giá động nng cÿa gió là v¿n tãc D°ßi Ánh h°ãng cÿa hàng lo¿t các y¿u tã khí t°āng vc điều kián về địa hình tãc độ gió thay đổi cÁ về giá trị vc h°ßng Để khai thác nng l°āng gió ng°ái ta sử dăng các tuabin gió đÁt t¿i các n¢i có độ cao lßn

Một há thãng chuyển đổi nng l°āng gió hián đ¿i bao gồm: Tuabin gió (gồm 2 lo¿i trăc ngang và trăc đāng), tháp đÿ, hộp truyền động (gear box), máy phát đián, bộ bi¿n đổi công suất, thi¿t bị truyền tÁi k¿t nãi l°ßi đián, há thãng điều khiển, giám sát và bÁo vá

Viát Nam vßi đÁc điểm địa lý lāi th¿, đ°áng bá biển trÁi dci h¢n 3.000 km vc khí h¿u c¿n nhiát đßi gió mùa, đã đ°āc khÁo sát vc đánh giá có tiềm nng gió lßn trong khu vāc Theo báo cáo cÿa T¿p đocn Đián lāc Viát Nam (EVN), tính đ¿n h¿t

ngày 31/10/2021, Viát Nam đã có 88 dā án đián gió hoa l°ßi vßi tổng công suất đÁt khoÁng 4,2 GW; đãi vßi đián gió ngoci kh¢i, hián đã có 35 dā án đang nghiên cāu vc triển khai vßi tổng công suất dā ki¿n lên đ¿n 60 GW

Bảng 1.1: Quy hoạch điện gió các vùng dự kiến đến năm 2030

Bảng 1.2: Sản lượng điện gió tăng trưởng qua các năm tại Châu Á [2]

Gió là một nguồn nng l°āng có khÁ nng tái t¿o và viác sử dăng nó không t¿o ra các chất độc h¿i nh° nhiên liáu hóa th¿ch Đây lc một trong nhÿng d¿ng nng l°āng mang l¿i hiáu quÁ cao nhất, nó có thể trã thành một trong nhÿng nguồn nng l°āng chính cho các th¿ há t°¢ng lai MÁc dù nng l°āng gió có nhiều °u điểm, nh°ng nó cũng có nhÿng h¿n ch¿ riêng

- ¯u điểm: Nguồn nng l°āng s¿ch, không gây ô nhißm môi tr°áng Tiềm nng lßn, có thể lÁp đÁt ã mßi n¢i đÿ gió cần thi¿t, khu vāc lân c¿n v¿n sử dăng đ°āc măc đích khác Hiáu quÁ kinh t¿, chi phí v¿n hành thấp, giá lÁp đÁt đang giÁm

- Nh°āc điểm: Phă thuộc vào thái ti¿t, không có gió hoÁc gió không đÿ m¿nh s¿ không thể khai thác đ°āc Ô nhißm ti¿ng ồn, gây khó chịu đ¿n khu dân c° xung quanh Các tuabin đÁt ngoci kh¢i cần có thuyền phăc vă công tác bÁo d°ÿng gây mất thái gian và tãn kém Đe do¿ động v¿t hoang dã, nhiều loci chim, d¢i ch¿t do bay vào cánh qu¿t Rÿi ro thiên tai, nhÿng c¢n bão có thể làm thiát h¿i đ¿n cánh tuabin, r¢i vÿ nguy hiểm đ¿n tính m¿ng ng°ái làm viác quanh khu vāc đó

1.1.2 Nng l°ÿng m¿t trái Nng l°āng mÁt trái là một trong các nguồn nng l°āng tái t¿o quan trßng nhất mà thiên nhiên ban tÁng cho hcnh tinh chúng ta đồng thái nó cũng lc nguồn gãc cÿa các nguồn nng l°āng tái t¿o khác nh° nng l°āng gió, nng l°āng sinh khãi, nng l°āng các dòng sông

Nng l°āng mÁt trái lc nng l°āng cÿa dong bāc x¿ đián từ xuất phát từ MÁt Trái, cộng vßi một phần nhá nng l°āng cÿa các h¿t nguyên tử khác phóng ra từ ngôi sao này

Nng l°āng mÁt trái đ°āc phát hián vc bi¿t đ¿n từ rất sßm, tuy nhiên mãi đ¿n th¿ kỉ XVIII thì chúng mßi đ°āc āng dăng vco sÁn xuất Cho đ¿n thái điểm hián t¿i, hai āng dăng chÿ y¿u nng l°āng mÁt trái lc nhiát mÁt trái vc đián mÁt trái

Hình 1.2: Hệ thống điện mặt trời

Viát Nam có tiềm nng lßn phát triển đián mÁt trái: sã giá nÁng trung bình cÿa miền BÁc từ 1.500 - 1.700 giá/nm, c°áng độ bāc x¿ mÁt trái trung bình 3,69 kWh/m2; khu vāc Trung Bộ và Nam Bộ 2.000 - 2.600 giá/nm, c°áng độ bāc x¿ 5,9 kWh/m2 Hián t¿i Viát Nam hián x¿p thā 8 trong top 10 n¢i có công suất lÁp đÁt nng l°āng mÁt trái lßn nhất th¿ gißi vßi 16.504MW, chi¿m 2,3% toàn cầu Công suất trên đầu ng°ái cÿa Viát Nam lc 60W/ng°ái

Bảng 1.3: Top 10 quốc gia có sản lượng điện mặt trời lớn nhất [2]

Nng l°āng mÁt trái đã vc đang d¿n đầu trong các nguồn nng l°āng xanh

tổng thể Có rất nhiều °u điểm cÿa nng l°āng mÁt trái nh°: dß ti¿p c¿n công chúng, thāc hián trách nhiám xã hội để giÁm l°āng khí thÁi carbon, giúp cÁt giÁm hóa đ¢n tiền đián và ti¿t kiám tiền, nâng cao khÁ nng phăc hồi vc độ tin c¿y cÿa cung cấp đián, bÁo hành thái gian dài và chi phí bÁo trì thấp, không gây ti¿ng ồn

Bên c¿nh nhiều °u điểm nổi b¿t nh° trên thì nng l°āng mÁt trái cũng tồn t¿i các nh°āc điểm c¢ bÁn Chi phí đầu t° ban đầu con t°¢ng đãi cao, bị Ánh h°ãng nhiều bãi thái ti¿t, không có hiáu quÁ vßi các n°ßc có ít ánh nÁng, ban đêm không thể sÁn xuất ra đián Băi bऀn, cây cãi, tòa nhà cao tầng che chÁn cũng có thể Ánh h°ãng đ¿n quá trình thu nng l°āng Dù sao thì nhÿng nh°āc điểm trên cũng không đáng kể so vßi phần °u lāi th¿ để phát triển m¿nh m¿

1.1.3 Năng lượng sinh khối

Sinh khãi bao gồm cây cãi tā nhiên, cây trồng công nghiáp, tÁo và các loài thāc v¿t khác, hoÁc là nhÿng bã nông nghiáp và lâm nghiáp Sinh khãi cũng bao gồm cÁ nhÿng v¿t chất đ°āc xem nh° chất thÁi từ xã hội con ng°ái nh° chất thÁi từ quá trình sÁn xuất thāc n n°ßc uãng, bùn từ các há thãng xử lý n°ßc thÁi, phân

bón, sÁn phऀm phă gia (hÿu c¢) trong công nghiáp và các thành phần hÿu c¢ cÿa chất thÁi sinh ho¿t Từ các nguồn sinh khãi đ°āc chuyển thành các d¿ng nng l°āng khác nh°: đián nng, nhiát nng, h¢i n°ßc và nhiên liáu thông qua các ph°¢ng pháp chuyển hóa nh° đãt trāc ti¿p vc turbin h¢i, phân hÿy kị khí, khí hóa và nhiát phân… Các d¿ng nng l°āng này gßi lc nng l°āng sinh khãi (NLSK) Nng l°āng sinh khãi đ°āc xem là tái t¿o vì nó đ°āc bổ sung nhanh h¢n rất nhiều so vßi tãc độ bổ sung cÿa nng l°āng hóa th¿ch vãn đoi hái hàng triáu nm

Nng l°āng sinh khãi có thể giÁm thiểu sā phă thuộc vào nng l°āng hóa th¿ch đÁt đá vc đang dần c¿n kiát Không phă thuộc vco xng dầu tng c°áng an ninh quãc gia Công nghá sÁn xuất NLSK không quá phāc t¿p có thể sÁn xuất ã quy mô nhá (hộ gia đình) đ¿n quy mô lßn Nâng cao hiáu quÁ kinh t¿ nông nghiáp Kích thích thu ho¿ch nhiên liáu đầu vào t¿o ra nhiều c¢ hội viác lcm tng thu nh¿p cho ng°ái nông dân Sử dăng NLSK so vßi xng dầu giÁm khoÁng đ°āc 70% khí CO2vc 30% khí độc h¿i, do NLSK chāa một l°āng cāc nhá l°u huỳnh, chāa 11% oxy, nên cháy s¿ch h¢n Nng l°āng sinh khãi phân hÿy sinh hßc nhanh, ít gây ô nhißm nguồn n°ßc vc đất Nh°āc điểm cÿa nng l°āng sinh khãi là chi phí sÁn xuất cao nên giá thcnh đián cao Chi phí đầu t° cao vc hiáu quÁ có thể không bằng các nguồn nng l°āng khác

Tiềm nng NLSK cÿa Viát Nam vô cùng phong phú, trÿ l°āng lßn Că thể: Tiềm nng sinh khãi từ gỗ cÿi vào khoÁng 10,6 triáu tấn dầu quy đổi nm 2010, 14,6 triáu tấn vco nm 2030 vc 14 triáu tấn vco nm 2050; ph¿ thÁi từ nông nghiáp vào khoÁng 16,8 triáu tấn nm 2010, 20,6 triáu tấn vco nm 2030 vc 26,3 triáu tấn vco nm 2050; từ rác thÁi đô thị vào khoÁng 0,64 triáu tấn vco nm 2010, 1,5 triáu tấn vco nm 2030 vc 2,5 triáu tấn vco nm 2050… Viác phát triển đ°āc nng NLSK s¿ không chỉ giúp t¿n dăng đ°āc kho dā trÿ sinh hßc vô cùng phong phú cÿa Viát Nam mc con tng tr°ãng kinh t¿, giÁi quy¿t vấn đề ô nhißm môi tr°áng

1.1.4 Năng lượng thủy điện

Thÿy đián là nguồn đián có đ°āc từ nng l°āng n°ßc Đa sã nng l°āng thÿy đián có đ°āc từ th¿ nng cÿa n°ßc đ°āc tích t¿i các đ¿p n°ßc làm quay một tua bin

n°ßc và máy phát đián Kiểu ít đ°āc bi¿t đ¿n h¢n lc sử dăng nng l°āng động lāc cÿa n°ßc hay các nguồn n°ßc không bị tích bằng các đ¿p n°ßc nh° nng l°āng thuỷ triều Thÿy đián là nguồn nng l°āng có thể hồi phăc

Sử dăng n°ßc tā nhiên để phát đián nên giá thcnh đián nng thÿy đián rẻ h¢n so vßi nhiát đián (10 – 20%) đây là lāi th¿ lßn nhất cÿa thÿy đián Hiáu suất cÿa nhà máy thÿy đián cũng cao h¢n nhc máy nhiát đián Không gây ô nhißm môi tr°áng do không phát thÁi khí Có khÁ nng trị thÿy tích n°ßc vco mùa lũ để h¿n ch¿ n°ßc xuãng h¿ l°u Cho phép phát đián māc thấp vào giá thấp điểm để tích n°ßc phát đián vào giá cao điểm Các đ¿p đa dăng đ°āc lÁp đÁt để phăc vă tãt cho t°ßi tiêu nuôi trồng thÿy sÁn Thu¿n tián cho giao thông đ°áng thÿy vì dòng chÁy ổn định h¢n Nhÿng hồ chāa trã thcnh điểm thu hút khách du lịch

Nh°āc điểm cÿa thÿy đián là thái gian xây dāng nhà máy lâu, vãn đầu t° t°¢ng đãi lßn Để làm hồ trÿ n°ßc lßn cần phÁi di dân, xây dāng khu tái định c°, trồng l¿i rừng Phá hÿy há sinh thái vãn có Ánh h°ãng đ¿n môi tr°áng sãng, sā phát triển cÿa sinh v¿t tā nhiên Nhÿng vă xÁ lũ bất ngá có thể cuãn trôi hoa màu, tàn phá nhà cửa vc c°ßp đi sinh m¿ng nhiều ng°ái

Viát Nam nằm trong vùng nhiát đßi, có l°āng m°a trung bình hcng nm cao, khoÁng 1.800 - 2.000mm Vßi địa hình miền BÁc vc biên gißi miền Tây đồi núi cao, phía Đông lc bá biển dci trên 3.400km nên n°ßc ta có há thãng sông ngoi khá dcy đÁc, vßi h¢n 3.450 há thãng

Vc vßi điều kián tā nhiên thu¿n lāi nh° v¿y nên tiềm nng thuỷ đián cÿa n°ßc ta t°¢ng đãi lßn Theo tính toán lý thuy¿t, tổng công suất thÿy đián cÿa n°ßc ta vco khoÁng 35.000MW, trong đó 60% t¿p trung t¿i miền BÁc, 27% phân bã ã miền Trung vc 13% thuộc khu vāc miền Nam Tiềm nng kỹ thu¿t (tiềm nng có thể khai thác khÁ thi) vco khoÁng 26.000MW, t°¢ng āng vßi gần 970 dā án đ°āc quy ho¿ch, hcng nm có thể sÁn xuất h¢n 100 tỷ kWh, trong đó nói riêng thuỷ đián nhá có tßi 800 dā án, vßi tổng đián nng khoÁng 15 - 20 tỉ kWh/nm â Viát Nam thÿy đián v¿n lc nguồn nng l°āng chính cung cấp chÿ y¿u cho l°ßi đián quãc gia Trong đó phÁi kể đ¿n các nhc máy thÿy đián lßn nh° Hoa Bình, S¢n La…

1.2 Năng lượng mặt trời và hệ thống pin mặt trời 1.2.1 Mặt trời và bức xạ mặt trời

MÁt trái [3] lc một khãi khí hình cầu có đ°áng kính 1,390.106 km (lßn h¢n 110 lần đ°áng kính trái đất), cách xa trái đất 150.106 km Khãi l°āng mÁt trái khoÁng M0 = 2.1030 kg Nhiát độ T0 t¿i trung tâm mÁt trái thay đổi trong khoÁng từ 10.106 K đ¿n 20.106 K, trung bình khoÁng 15600000 K â nhiát độ nh° v¿y v¿t chất không thể giÿ tr¿t tā cấu trúc thông thưáng gồm các nguyên tử vc phân tử Nó trã thcnh nguồn plasma, trong đó các h¿t nhân cÿa nguyên tử chuyển động tách biát vßi các electron Khi quan sát tính chất cÿa v¿t chất nguội h¢n trên bề mÁt nhìn thấy đưāc cÿa mÁt trái, các nhc khoa hßc đã k¿t lu¿n rằng có phÁn āng nhiát h¿ch xÁy ra ã trong long mÁt trái

Hình 1.3: Cấu trúc của mặt trời [3]

V¿t chất cÿa mÁt trái bao gồm Hydrogen 73,46%, Helium 24,85%, Oxygen 0,77%, Carbon 0,29%, Iron 0,16%, Neon 0,12%, Nitrogen 0,09%, Silicon 0,07%, Magnesium 0,05%, Sulfur 0,04% Nguồn nng l°āng bāc x¿ cÿa mÁt trái chÿ y¿u lc do phÁn āng nhiát h¿ch tổng hāp h¿t nhân Hydro, phÁn āng ncy t¿o thcnh Heli Thông th°áng đián tích cùng dấu s¿ đऀy nhau nh°ng ã nhiát độ đÿ cao chuyển

động cÿa chúng nhanh tßi māc chúng có thể k¿t hāp vßi nhau nhá lāc hút Khi đó cā 4 h¿t nhân Hydro t¿o ra 1 h¿t nhân Heli, 2 Neutrino vc 1 l°āng bāc x¿ γ

Mỗi ngcy mÁt trái sÁn xuất một nguồn nng l°āng qua phÁn āng nhiát h¿ch lên tßi 9.1024kWh Phần nng l°āng bāc x¿ mÁt trái truyền tßi bề mÁt trái đất trong nhÿng ngcy quang đãng ã thái điểm cao nhất vco khoÁng 1.000W/m2 Sā mất mát nng l°āng trên quãng đ°áng đó gÁn liền vßi sā tán x¿, hấp thă bāc x¿ vc phă thuộc vco thái gian trong ngcy, mùa, vị trí địa lý

Hình 1.4: Quá trình truyền bức xạ mặt trời qua bầu khí quyển đến trái đất [3]

Quan há giÿa bāc x¿ mÁt trái ngoci khí quyển vc thái gian trong nm có thể xác định theo ph°¢ng trình sau:

Eng = E0(1 + 0.033 cos360.n365 ) [W/m2] (2) Vßi Englc bāc x¿ ngoci khí quyển đ°āc đo trên mÁt phẳng vuông góc vßi tia bāc x¿ vco ngcy thā n trong nm

1.2.2 Pin mặt trời

Pin mÁt trái [1, 3]lc ph°¢ng pháp sÁn xuất đián nng trāc ti¿p từ nng l°āng mÁt trái nhá các t¿ bco quang đián bán d¿n đ°āc ch¿ t¿o từ các v¿t liáu bán d¿n đián ¯u điểm cÿa PMT là gßn nhẹ có thể lÁp ã bất kì đâu mißn là có bāc x¿ mÁt trái

- Đa tinh thể làm từ các thái đúc: đúc từ silic nung chÁy cऀn th¿n đ°āc làm nguội và làm rÁn Các pin ncy th°áng rẻ h¢n các đ¢n tinh thể, tuy nhiên hiáu suất kém h¢n Tuy nhiên chúng có thể t¿o thành các tấm vuông che phÿ bề mÁt nhiều h¢n đ¢n tinh thể bù l¿i cho hiáu suất thấp cÿa nó

- DÁi silic: t¿o từ các mi¿ng phim máng từ silic nóng chÁy và có cấu trúc đa tinh thể, Lo¿i ncy th°áng có hiáu suất thấp nhất, tuy nhiên lo¿i này rẻ nhất trong các lo¿i vì không cần phÁi cÁt từ thái silicon

Các công nghá trên lc sÁn suất tấm, nói cách khác, các lo¿i trên có độ dcy 300 μm t¿o thcnh vc x¿p l¿i để t¿o nên module

Hình 1.6: Quy trình chế tạo pin mặt trời

Hình 1.7: Nguyên lí hoạt động pin mặt trời [3]

Khi hai lßp bán d¿n p vc n ti¿p xúc nhau, do sā chênh lách về m¿t độ các h¿t d¿n (tāc lc do gradient hóa th¿) nên các đián tử s¿ khu¿ch tán từ bán d¿n n sang p, lỗ trãng khu¿ch tán ng°āc l¿i từ bán d¿n p sang n Sā khu¿ch tán ncy lcm cho phần bán d¿n n sát lßp ti¿p xúc tích đián d°¢ng, con phần bán d¿n p ngay đãi dián tích đián âm Trong miền ti¿p xúc lúc ncy hình thcnh đián tr°áng h°ßng từ bán d¿n n sang p (đián tr°áng ngn cÁn sā khu¿ch tán ti¿p tăc cÿa các h¿t d¿n qua lßp ti¿p xúc)

Khi chi¿u sáng lßp ti¿p xúc p-n, cÁp đián tử - lỗ trãng đ°āc t¿o thcnh, bị tách ra d°ßi tác dăng cÿa đián tr°áng ti¿p xúc vc bị gia tãc về các phía đãi dián t¿o thcnh một sāc đián động quang đián (Hình 1.7) Sāc đián động quang đián phă thuộc vco bÁn chất chất bán d¿n, nhiát độ lßp ti¿p xúc, b°ßc sóng vc c°áng độ ánh sáng tßi

Lßp bán d¿n p-n có tính chỉnh l°u nh° một diode, chỉ cho đián tử d¿n vc lỗ trãng d¿n trong vùng ti¿p xúc di chuyển về phía bán d¿n n vc bán d¿n p t°¢ng āng Nãi các đầu bán d¿n bằng một dây d¿n thì trong dây xuất hián dong quang đián I đi theo chiều từ bán d¿n p qua tÁi về bán d¿n n [9]

1.3 Tình hình phát triển năng lượng mặt trời tại Việt Nam và trên thế giới

Th¿ gißi đang đऀy nhanh sử dăng nng l°āng tái t¿o vßi tãc độ ch°a từng thấy vc nng l°āng mÁt trái lc một trong nhÿng nguồn nng l°āng hcng đầu Dù nhu cầu nng l°āng tocn cầu giÁm 4,5% trong nm 2020, các công nghá nng l°āng tái t¿o v¿n cho thấy nhÿng b°ßc phát triển đầy tiềm nng Trong nm ngoái, th¿ gißi đã lÁp đÁt thêm h¢n 127 gigawatt (GW) nng l°āng mÁt trái - māc tng theo nm lßn nhất từ tr°ßc đ¿n nay

Hián d¿n đầu th¿ gißi về công suất lÁp đÁt nng l°āng mÁt trái lc Trung Quãc 254.355 Megawatt (MW), chi¿m 35,6% tổng sã tocn cầu Theo sau lc Mỹ vßi 75.572MW, chi¿m 10,6% tocn cầu Công suất nng l°āng mÁt trái trên đầu ng°ái cÿa Trung Quãc vc Mỹ lần l°āt lc 147 vc 237 Watt/ng°ái (1 Megawatt = 1 triáu Watt) [4]

Nm 2020, Viát Nam đã trÁi nghiám sā tng tr°ãng thị tr°áng ch°a từng có cÿa quãc t¿ ngành nng l°āng mÁt trái và nhÁy vào top 3 thị tr°áng toàn cầu sau khi lÁp đÁt 11.1 gw Do đó, đián mÁt trái chi¿m 23,9% công suất đián, t°¢ng đ°¢ng 16.640 MW, vco 31 tháng 12 nm 2020 Công suất đã lÁp đÁt gồm 146 mÁt đất và các dā án sử dăng nng l°āng mÁt trái nổi, vßi khÁ nng tích lũy 8,852 MW, và h¢n 100 000 há thãng mÁt trái k¿t nãi m¿ng l°ßi (rts) vßi 9.583 MW

Hình 1.8: Công suất phát điện Việt Nam l¿p đặt năm 2020 [4]

Bảng 1.4: Tiềm năng khai thác năng lượng mặt trời tại các vùng trên lãnh thổ Việt Nam

[Nguồn www.thanglongwin.com]

Đ¿n nay, hàng lo¿t dā án quy mô hcng trm MW vßi trị giá hàng nghìn tỉ đồng đã vc đang đ°āc xây dāng Một sã dā án đián nng l°āng mÁt trái quy mô lßn có thể kể đ¿n nh°: căm 3 nhc máy đián mÁt trái công suất 330MW t¿i Ph°ßc Minh, Thu¿n Nam, Ninh Thu¿n; căm công trình nhà máy đián mÁt trái Dầu Ti¿ng – Tây Ninh (trong đó nhc máy Dầu Ti¿ng 1 và Dầu Ti¿ng 2 có tổng công suất

420MW, Dầu Ti¿ng 3 có công suất 150MW); tổ hāp đián gió vc đián mÁt trái Trung Nam (Ninh Thu¿n) tổng công suất 360MW; Nhc máy đián nng l°āng mÁt trái Hồng Phong 325MWp (Bình Thu¿n); căm nhc máy đián mÁt trái BIM (Ninh Thu¿n) tổng công suất 330MWp; dā án Nhc máy nng l°āng mÁt trái Phù Mỹ (Bình Định – đã khãi công xây dāng) tổng công suất 330MW…

Nng lāc nghiên cāu về v¿t liáu ch¿ t¿o t¿ bco nng l°āng cÿa mÁt trái cÿa Viát Nam không thua kém nhiều so vßi các quãc gia trên th¿ gißi Th¿m chí, có quy trình công nghá đã đ°āc nghiên cāu từ rất nhiều nm tr°ßc nh°ng ch°a đ°āc đ°a vco āng dăng sÁn xuất Nhÿng nghiên cāu công nghá dßc theo chuỗi giá trị ngcnh đián mÁt trái nh°: công nghá sÁn xuất mô đun, công nghá v¿n hành và bÁo d°ÿng, công nghá xử lý rác thÁi ngcnh đián, công nghá k¿t nãi đián mÁt trái vào m¿ng l°ßi đián quãc gia v¿n ch°a phát triển Các sÁn phऀm do các doanh nghiáp Viát Nam làm chÿ còn h¿n ch¿ về chÿng lo¿i và t¿p chung chÿ y¿u ã phân khúc giá rẻ Nguyên nhân là do sā phát triển nóng cÿa đián mÁt trái trong giai đo¿n ngÁn khi¿n chúng ta ch°a có sā chuऀn bị kỹ l°ÿng vc độ phāc t¿p về công nghá.

Viác đầu t° vco đián mÁt trái cÿa các doanh nghiáp Viát Nam ch°a t°¢ng xāng vßi tiềm nng cÿa thị tr°áng Trong giai đo¿n tßi, chúng ta rất cần có nhÿng c¢ ch¿ chính sách khuy¿n khích các doanh nghiáp Viát Nam đऀy m¿nh nghiên cāu và phát triển các sÁn phऀm pin mÁt trái, chú trßng đ¿n nng suất và chất l°āng cÿa sÁn phऀm để từng b°ßc chi¿m lĩnh thị tr°áng

1.4 Hệ thống điện mặt trời tại Ecopark Hưng Yên 1.4.1 Tổng quan về Ecopark Hưng Yên

H°ng Yên lc một tỉnh miền BÁc nằm ã trung tâm Đồng Bằng Sông Hồng, lc một trong hai tỉnh BÁc Bộ có địa hình 100% lc đồng bằng, không có rừng núi, độ cao cÿa các vùng t¿i H°ng Yên rất đồng đều, nhá điều kián ncy mc các dā án đián mÁt trái không bị bóng che, pin mÁt trái đ¿t hiáu suất tãi đa, sÁn l°āng đián t¿o ra lßn

Ecopark lc khu đô thị sinh thái điển hình ã Viát Nam trāc thuộc tỉnh H°ng Yên Nằm trong khu vāc vßi nhiát độ trung bình khoÁng 23,2 độ C, sã giá nÁng trung bình trong nm từ 1550-1650 giá mỗi nm, c°áng độ nng l°āng mÁt trái t¿i đây đ¿t trung bình 4,4kWh/m2 Theo sã liáu cÿa Công ty Đián lāc H°ng Yên, sÁn l°āng đián tiêu thă trên địa bàn tỉnh tng rất cao trong nhÿng ngày nÁng nóng đỉnh điểm NÁng nóng gay gÁt khi¿n ng°ái dân có nhu cầu sử dăng các thi¿t bị làm mát tng cao nh°: qu¿t h¢i n°ßc, điều hòa nhiát độ Đây lc nguyên nhân chính khi¿n l°āng đián tiêu thă tng cao đột bi¿n

Khu đô thị Ecopark có h¢n 20000 c° dân, tãc độ phát triển kinh t¿ cao, đái sãng c° dân ổn định…Ng°ái dân có nhiều điều kián về kinh t¿ để đầu t° cho các dā án nng l°āng mÁt trái Ngoci ra, các toa nhc, vn phong, các khu công nghiáp vßi dián tích mái rộng lßn…t¿o điều kián thu¿n lāi để lÁp đÁt đián mÁt trái áp mái, t¿n dăng dián tích mái một cách triát để

1.4.2 Hệ thống điện mặt trời nhà bảo vệ khu đô thị Ecopark Hưng Yên

Mái nhà bÁo vá nãi liền cổng vào biát thā đÁo khu đô thị Ecopark không bị che phÿ bãi các v¿t cÁn, bóng cây xung quanh nên rất phù hāp vßi viác lÁp đÁt há đián mÁt trái áp mái

Nhà bÁo vá ho¿t động liên tăc trong ngcy nên theo c¢ ch¿ °u tiên thì l°āng đián nng từ mÁt trái s¿ phăc vă 100% công suất Ban đêm khi đián mÁt trái không ho¿t động, đián dā phòng từ Ác quy l°u trÿ vc đián l°ßi s¿ cấp nguồn cho các phă tÁi

1.4.2.1 Thành phần cấu tạo của hệ thống

Há thãng đián mÁt trái t¿i nhà bÁo vá cũng nh° các há thãng đián áp mái trên cÁ n°ßc đều có nhÿng thcnh phần giãng nhau Các thcnh phần chính bao gồm: dcn pin nng l°āng mÁt trái, bộ chuyển đổi đián Inverter, bộ điều khiển s¿c pin nng l°āng mÁt trái, Ác quy l°u trÿ, khung gicn giá đÿ pin và đồng hồ đo đián hai chiều

Dcn pin nng l°āng mÁt trái sử dăng 30 tấm pin đa tinh thể vßi công suất tãi đa 255W/tấm chia lcm hai nhóm, mỗi nhóm bao gồm 15 tấm pin mÁc nãi ti¿p

Tấm pin quang đián đ°āc sử dăng có mã hiáu Poly crystalline Solar Module ESP 255 cÿa hãng Innova Solarline Các tính nng nh° hiáu suất v°āt trội ã māc chi¿u x¿ thấp trên 96,3%, hộp ti¿p nãi tiêu chuऀn ip66 chãng chịu thái ti¿t tãt, v¿t liáu ch¿ t¿o chất l°āng cao đ°āc kiểm định nghiêm ngÁt h¿n ch¿ tãi đa rÿi ro

Các thông sã c¢ vc đián cÿa pin quang đián đ°āc trình bcy chi ti¿t trong bÁng sau:

Thi¿t bị chuyển đổi nguồn đián DC/AC (inverter) lc lo¿i hoa l°ßi có Ác quy dā trÿ PVSine HBS-B (Hybrid) vßi hai ch¿ độ °u tiên cấp nguồn thông minh, ba ch¿ độ °u tiên nguồn đián s¿c cho Ác quy, đồng thái có khÁ nng tÁt mã tính nng hoa đián vào l°ßi đián

Tùy thuộc vào các tình huãng khác nhau cÿa các nguồn đián, lo¿i inverter hỗn hāp ncy đ°āc thi¿t k¿ để cung cấp nguồn đián liên tăc từ giàn PV, Ác quy vc đián l°ßi Khi đián áp MPP ã ngõ vào từ giàn PV nằm trong ng°ÿng cho phép (xem chi ti¿t ã BÁng thông sã kỹ thu¿t), lo¿i inverter này có thể lấy nguồn đián từ giàn PV để hoa l°ßi và s¿c đián cho Ác quy Inverter ncy đ°āc thi¿t k¿ cách đián gavanic giÿa ngõ PV/DC và ngõ ra AC, vì v¿y ng°ái dùng có thể k¿t nãi bất kỳ d¿ng giàn PV nào vào inverter

Ch¿ độ dùng Ác quy

Àc quy l°u trÿ cÿa há thãng sử dăng lo¿i mã hiáu 6FM100E-X cÿa hãng Vision Đây lc Ác quy d¿ng đi-ô-xít chì 6 cell, đián áp 12V, công suất tãi đa ã 25°C là 100Ah Chất đián phân axit sunfuric loãng đ°āc hấp thă bãi các thi¿t bị phân tách, n¿u pin vô tình bị s¿c quá māc t¿o ra hydro và oxy, các van một chiều đÁc biát cho phép các khí thoát ra nên Ác quy có khÁ nng tránh tích tă áp suất quá māc MÁt khác, Ác quy đ°āc niêm phong hocn tocn vc do đó, không cần bÁo trì, chãng rò rỉ và có thể sử dăng ã mßi vị trí

End point Volts/Cell 10 min 15 min 30 min 1h 3h 5h 10h 20h

1.60V 210 173 98.9 61 25.1 17.6 10.8 5.5 1.65V 197 164 95 60.6 24.6 17.3 10.6 5.45 1.70V 182 156 92.2 59.7 24.1 17 10.4 5.4 1.75V 170 145 89.3 58.9 23.5 16.6 10.2 5.35 1.80V 156 136 87.4 57.1 22.8 16.3 10 5.3