thiết kế hệ thống điện mặt trời áp mái nối lưới cho khu nhà làm việc tại cơ sở 2 của trường đại học sư phạm kỹ thuật

Từ những lý do trên, nhóm đã lên ý tưởng để thực hiện một hệ thống lấy điện từ năng lượng mặt trời để sử dụng.Với quy mô đồ án tốt nghiệp đại học, nhóm đã áp dụng các kiến thức đã học để

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGÀNH: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN, ĐIỆN TỬ

CHUYÊN NGÀNH: HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN

Lớp: 19D1

Đà Nẵng, 09/2023

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGÀNH: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN, ĐIỆN TỬ

CHUYÊN NGÀNH: HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN

Lớp: 19D1

Đà Nẵng, 09/2023

TÓM TẮT ĐỀ TÀI

Tên đề tài: Thiết kế hệ thống điện mặt trời áp mái khu nhà làm việc cơ sở 2 của trường

Đại học Sư Phạm Kỹ thuật

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Viết Hưng

Nguyễn Tuấn Kha

Sau khi thực hiện hoàn thành đồ án giúp nhóm hiểu nhiều hơn về hệ thống điện năng lượng mặt trời Nó mang lại rất nhiều lợi ích đặc biệt là về kinh tế và giúp bảo vệ môi trường Điện mặt trời hòa lưới sẽ cho phép bạn tiết kiệm nhiều tiền hơn với các tấm pin mặt trời thông qua tỷ lệ hiệu quả tốt hơn, chế độ bù trừ điện năng, chi phí lắp đặt, chi phí thiết bị thấp hơn Hệ thống điện mặt trời nối lưới còn giúp EVN giảm bớt gánh nặng tài chính trong việc phát triển nguồn điện thay thế

Sinh viên thực hiện

3 Nội dung chính của đồ án:

Chương 1: Tìm hiểu về hệ thống điện mặt trời áo mái Chương 2: Thiết kế hệ thống điện mặt trời áp mái cho khu làm việc Chương 3: Tính toán lựa chọn dây cáp, thiết bị bảo vệ, chống sét và các hạng mục khác

Chương 4: Đánh giá hiệu quả kinh tế của dự án

4 Các sản phẩm dự kiến

……….……… ……….………

5 Ngày giao đồ án: 01/09/2023 6 Ngày nộp đồ án: 20/12/2023

Đà Nẵng, ngày 04 tháng 09 năm 2023

LỜI NÓI ĐẦU

Đồ án tốt nghiệp là nhiệm vụ và là yêu cầu để sinh viên kết thúc khoá học trước khi tốt nghiệp ra trường, đồng thời nó cũng giúp cho sinh viên tổng kết được những kiến thức đã học trong suốt quá trình học tập cũng như phần nào xác định công việc mà mình sẽ làm trong tương lai

Từ thực tế đó, nhóm đã được giao đề tài “Hệ thống Điện năng lương mặt trời áp mái

cho khu làm việc trường Đại học Sư phạm kỹ thuật cơ sở 2”

Nhóm xin gửi lời cảm ơn chân thành tới toàn thể các thầy, cô giáo trong khoa Điện – Điện Tử chuyên ngành Hệ Thống Cung Cấp Điện Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Đà Nẵng đã tạo điều kiện cho nhóm được học tập và nghiên cứu trong môi trường học tập khoa học, giúp cho nhóm có nền tảng kiến thức Sau hơn ba tháng thực hiện đồ án tốt nghiệp, nhóm đã hoàn thành đồ án của mình Nhóm xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo trong khoa Điện – Điện Tử, bạn bè đã tạo mọi điều kiện thuận lợi để nhóm thực hiện tốt đồ án của mình Đặc biệt, nhóm xin chân thành cảm ơn sự chỉ bảo tận tình của TS.Ngô Đức Kiên là người đã trực tiếp hướng dẫn, nhiệt tình, kiên nhẫn, chỉ bảo cho nhóm trong suốt quá trình hoàn thành đồ án tốt nghiệp này

Do thời gian có hạn, trình độ chuyên môn chưa chuyên sâu, chưa trải nghiệm thực tế nên đồ án tốt nghiệp của nhóm không tránh khỏi những thiếu sót trong quá trình thiết kế kính mong sự góp ý và chỉ dẫn thêm của các Thầy, Cô để đồ án được hoàn thiện hơn Cuối cùng, cho em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc các Thầy Cô giáo trong bộ môn Hệ thống điện và đặc biệt là thầy giáo hướng dẫn thiết kế tốt nghiệp TS.Ngô Đức Kiên đã tận tình giúp em hoàn thành đồ án tốt nghiệp này

Xin chân thành cảm ơn!

LỜI CAM ĐOAN

Nhóm xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của nhóm và được sự hướng dẫn khoa học của T.S Ngô Đức Kiên Các nội dung nghiên cứu trong đề tài “Thiết kế hệ thống điện mặt trới áp mái” của nhóm là trung thực và chưa công bố dưới bất kỳ hình thức nào trước đây Những số liệu trong các bảng biểu phục vụ cho việc phân tích, nhận xét, đánh giá được cá nhân thu thập từ các nguồn khác nhau có ghi rõ nguồn gốc Nếu phát hiện có bất kỳ sự gian lận nào nhóm xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về nội dung bài tiểu luận của mình

Sinh viên thực hiện

MỤC LỤC

NHẬN XÉT CỦA NGƯỜI HƯỚNG DẪN 3

NHẬN XÉT CỦA NGƯỜI PHẢN BIỆN 5

TÓM TẮT ĐỀ TÀI 6

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 7

LỜI NÓI ĐẦU i

LỜI CAM ĐOAN ii

MỤC LỤC ii

PHỤ LỤC CÁC BẢNG v

DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ vi

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: TÌM HIỂU VỀ HỆ THỐNG ĐIỆN MẶT TRỜI ÁP MÁI 2

1 Hệ thống điện mặt trời áp mái: 2

1.1 Hệ thống điện mặt trời áp mái là gì?[1] 2

1.2 Cơ chế hoạt động: 2

1.3 Ưu, nhược điểm của hệ thống điện mặt trời áp mái: 3

1.4 Cấu tạo của hệ thống năng lượng mặt trời áp mái:[2] 3

2 Các loại hệ thống đấu nối điện mặt trời áp mái:[3] 6

2.1 Điện mặt trời hòa lưới: 6

2.2 Hệ thống điện hòa lưới có lưu trữ: 8

2.3 Ưu, nhược điểm của các hệ thống đấu nối: 9

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỆN MẶT TRỜI ÁP MÁI CHO KHU NHÀ LÀM VIỆC 10

1 Khảo sát hệ thống năng lượng mặt trời áp mái: 10

1.1 Khảo sát : 10

1.2 Nhận định, đánh giá: 12

2 Thiết kế hệ thống điện áp mái hòa lưới: 12

2.1 Tính toán lựa chọn thiết bị 12

2.2 Hình ảnh mô phỏng 23

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN DÂY CÁP, THIẾT BỊ BẢO VỆ, CHỐNG SÉT VÀ CÁC HẠNG MỤC KHÁC 27

1 Tủ điện PV DC Combiner box: 27

1.1 Tủ điện PV DC Combiner box: 27

1.2 Các thiết bị trong tủ PV DC Combiner box: 27

2 Tính toán lựa chọn dây cáp 33

2.1 Dây cáp DC 33

11 Hệ thống lắp đặt pin, rail, nhôm: 43

CHƯƠNG 4: ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ KINH TẾ 45

1 Đánh giá hệ thống 45

2 Cơ chế mua bán điện: 45

3 Khảo sát và thỏa thuận đấu nối 46

PHỤ LỤC CÁC BẢNG

BẢNG 1 1 Ưu nhược điểm của các hệ thống đấu nối 9

BẢNG 2 1 Thông số chi tiết tấm pin năng lượng mặt trời AE 440 Wp 14

BẢNG 2 2 Thông số lắp đặt hệ thống pin mặt trời 22

BẢNG 3 1 Bảng tra hệ số điều chỉnh 36

BẢNG 3 2 Bảng tra hệ số hiệu chỉnh công suất dòng điện 36

BẢNG 4 1 Bảng giá điện 45

BẢNG 4 2 Thông số đầu vào 47

BẢNG 4 3 Sản lượng năm đầu tiên 51

BẢNG 4 4 Chi phí hàng năm của điện mặt trời 52

BẢNG 4 5 Chi phí lắp đặt hệ thống 53

DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ

HÌNH 1 1 Điện mặt trời áp mái 2

HÌNH 1 2 Cơ chế hoạt động năng lượng mặt trời 3

HÌNH 1 3 Cấu tạo pin mặt trời 4

HÌNH 1 4 Các loại inverter 5

HÌNH 1 5 Hệ thống khung dàn giá đỡ 5

HÌNH 1 6 Sơ đồ thiết bị hệ thống điện mặt trời hòa lưới 6

HÌNH 1 7 Sơ đồ thiết bị điện mặt trời độc lập 7

HÌNH 1 8 Sơ đồ thiết bị hệ thống điện mặt trời hòa lưới có lư trữ 8

HÌNH 2 1 Ảnh chụp mặt bằng mái 10

HÌNH 2 2 Mặt bằng mái 11

HÌNH 2 3 Tấm pin pin năng lượng mặt trời AE 440 Wp 13

HÌNH 2 4 Thông số Tấm pin năng lượng mặt trời AE 440 Wp 15

HÌNH 2 5 Inverter hòa lưới SMA SHP100-20-PEAK3 100 kW 3 Pha 380 V 17

HÌNH 2 6 Thông số của inverter 17

HÌNH 2 7 Số liệu từ Pvsyst VT A.3 20

HÌNH 2 8 Số liệu tính toán từ Pvsyst A.2 21

HÌNH 2 9 Phương pháp đấu nối của chuỗi pin mặt trời 23

HÌNH 3 3 BBC32001YHV – MCCB 200A 3P Panasonic 29

HÌNH 3 4 Máy cắt ACB,4 cực,400A, 65KA - HNW3-1600/4P-400A và thông số 30

HÌNH 3 5 Thiết bị chống sét lan truyền DS50PV-1500/51 31

HÌNH 3 6 Thông số kĩ thuật 31

HÌNH 3 7 Thiết bị chống sét cho đường truyền tín hiệu 32

HÌNH 3 8 Thiết bị chống sét 3 pha DS44VG-230/G (4P, Type 2+3, 40kA) 32

HÌNH 3 9 Thông số kỹ thuật của Thiết bị chống sét 3 pha DS44VG-230/G 33

HÌNH 3 10 Dây cáp DC Solar C5T/XLPO 1x4 mm2 34

HÌNH 3 11 Thông số kĩ thuật của dây cáp AC 34

HÌNH 3 12 Bảng tiết diện dây cáp AC 35

HÌNH 3 13 Công tơ điện 3 pha 2 chiều 38

MỞ ĐẦU

Hiện nay, vấn đề năng lượng sạch đang là một trong những vấn đề được chú trọng nhất, trong đó năng lượng mặt có thể nói là nguồn năng lượng quan trọng nhất, ảnh hưởng to lớn nhất đến hầu hết các loại hình sản xuất và đời sống.Việt Nam có lợi thế về năng lượng mặt trời do nằm ở khu vực cận xích đạo, với tổng số giờ nắng cao, năng lượng mặt trời ở Việt Nam đang được phát triển như một nguồn năng lượng thay thế tại chỗ cho sản xuất điện năng truyền thống Các khu vực có bức xạ mặt trời trong năm tương đối ổn định bao gồm Cao nguyên Miền Trung, duyên hải miền Trung và Miền

lấy năng lượng từ dòng bức xạ của mặt trời, chuyển hóa thành điện năng và nối trực tiếp vào hệ thống lưới điện có sẵn Hệ thống này giúp tiết kiệm chi phí tiền điện hàng tháng cho gia đình và doanh nghiệp,tạo ra điện từ nguồn năng lượng tái tạo sạch, bền vững Phần mái nhà được cách nhiệt bằng hệ thống tấm pin năng lượng mặt trời giúp giảm nóng và giảm công suất tiêu thụ điện của máy lạnh Khi mất điện, hệ thống sẽ hoạt động như một hệ thống độc lập Khi công suất tạo ra lớn hơn nhu cầu tiêu thụ, điện dư sẽ được đưa lên hòa chung với điện Từ những lý do trên, nhóm đã lên ý tưởng để thực hiện một hệ thống lấy điện từ năng lượng mặt trời để sử dụng.Với quy mô đồ án tốt nghiệp đại học, nhóm đã áp dụng các kiến thức đã học để thiết kế một hệ thống điện mặt trời áp mái, đáp ứng được nhu cầu sử dụng điện hằng ngày cho khu làm việc và giảm thiểu chi phí điện hằng năm, đó là mục đích chính để nhóm thực hiện đề tài

Thiết kế hệ thống điện năng lượng mặt trời áp mái cho khu làm việc trường Đại học sư phạm kỹ thuật cơ sở 2

Mục tiêu của đề tài: thiết kế được hệ thống điện năng lượng mặt trời áp mái hoàn chỉnh Phạm vi và đối tượng nghiên cứu: tính toán lựa chọn thiết bị, thiết kế, mô phỏng, đánh giá hiệu quả kinh tế

Phương pháp nghiên cứu: nghiên cứu, tính toán, thiết kế được hệ thống điện năng lượng mặt trời áp mái cho khu làm việc

Cấu trúc đồ án tốt nghiệp gồm:

- Tìm hiểu về hệ thống điện mặt trời áp mái - Thiết kế hệ thống điện mặt trời áp mái cho khu làm việc - Tính toán dây cáp, thiết bị bảo vệ và các hạng mục khác - Đánh giá hiệu quả kinh tế

- Kết luận

CHƯƠNG 1: TÌM HIỂU VỀ HỆ THỐNG ĐIỆN MẶT TRỜI ÁP MÁI

1 Hệ thống điện mặt trời áp mái: 1.1 Hệ thống điện mặt trời áp mái là gì?[1]

Hệ thống điện mặt trời áp mái (rooftop photovoltaic system) là một hệ thống các tấm pin mặt trời được lắp đặt trên mái của một tòa nhà, công trình thương mại, khu công nghiệp hay nhà ở Các hệ thống pin mặt trời này thường có công suất nhỏ hơn nhiều so với các nhà máy điện mặt trời trên mặt đất Các hệ thống trên mái các tòa nhà dân cư thường có công suất khoảng từ 5-20KW, trong khi các hệ thống trên các tòa nhà thương mại thường đạt tới 100KW hoặc lớn hơn

HÌNH 1 1 Điện mặt trời áp mái

1.2 Cơ chế hoạt động:

Dòng điện một chiều DC được tạo do ánh sáng mặt trời chiếu vào các tấn pin chạy vào bộ nghịch lưu để biến thành dòng điện xoay chiều AC (với tần số của lưới điện hiện hành do điều khiển góc mở các van thiristors của bộ nghịch lưu, trường hợp của Việt Nam là 50 herz) rồi chạy vào công tơ hai chiều để được ghi và lưu trị số cho thanh toán sau này, sau đó chạy vào các thiết bị sử dụng điện của hộ tiêu thụ

Trong trường hợp hộ tiêu thụ không dùng hết điện năng của pin mặt trời, lượng điện dư thừa sẽ chuyển vào lưới điện phân phối khu vực Ngược lại, nếu thiếu điện (hoặc khi không có ánh nắng mặt trời) thì hộ tiêu thụ phải nhận thêm từ lưới điện Quá trình phát điện vào lưới điện, hoặc ngược lại đều được ghi lại tại công tơ hai chiều để thanh toán sau này

HÌNH 1 2 Cơ chế hoạt động năng lượng mặt trời

1.3 Ưu, nhược điểm của hệ thống điện mặt trời áp mái:

- Giảm gánh nặng chi phí điện hàng tháng: Điện năng phục vụ hoạt động vận hành, sản xuất kinh doanh được ưu tiên sử dụng từ sản lượng của hệ thống Điện NLMT giúp hạn chế tối đa điện năng tiêu thụ từ nguồn EVN, từ đó giảm chi phí trên hóa đơn EVN hàng tháng

- Ổn định nguồn điện sử dụng: Sở hữu hệ thống điện năng lượng mặt trời giúp duy trì nguồn điện ổn định, hạn chế tối đa sự ngắt quãng nguồn điện

- Làm mát, giảm nhiệt, giảm tiếng ồn, giảm thải CO2: Sử dụng điện từ nguồn năng lượng sạch giúp giảm lượng khí thải CO2 ra môi trường, góp phần bảo vệ môi trường, bảo vệ nguồn tài nguyên quốc gia

- Khẳng định giá trị thương hiệu: Sử dụng năng lượng sạch thể hiện trách nhiệm của Doanh nghiệp với Xã hội, với sự phát triển bền vững: tiết kiệm nguồn năng lượng Quốc Gia, cung cấp thêm năng lượng sạch cho lưới điện Quốc Gia

- Đạt chứng chỉ công trình xanh (leed, lotus, ): Tăng giá trị sản phẩm bán ra thị trường Giúp sản phẩm dễ dàng đạt chuẩn xuất khẩu

1.4 Cấu tạo của hệ thống năng lượng mặt trời áp mái:[2]

Dàn tấm pin: dùng để hấp thụ ánh sáng mặt trời tạo thành dòng điện một chiều

HÌNH 1 3 Cấu tạo pin mặt trời

Inveter hòa lưới: dùng để chuyển đổi dòng điện một chiều thành dòng điện xoay chiều sin chuẩn.

công tơ, thiết bị điện… - Tủ điện DC: Truyền tải dòng điện một chiều DC từ tấm pin mặt trời vào bộ biến

tần

- Tủ điện AC: Truyền tải dòng điện từ inverter vào các thiết bị điện, lưới điện quốc gia

- Jack nối MC4: Là đầu nối điện, giúp kết nối các tấm pin mặt trời

Đồng hồ điện 2 chiều: Dùng để đo đếm điện năng

Công tơ 2 chiều dùng để đo đếm điện năng giao nhận.Hệ thống lưu trữ điện (acquy, pin lithium)

Sơ đồ hệ thống điện mặt trời hòa lưới như sau:

HÌNH 1 6 Sơ đồ thiết bị hệ thống điện mặt trời hòa lưới

Là hệ thống không có sự kết nối với hệ nguồn điện quốc gia Acquy/pin đóng vai trò là nơi lưu trữ điện

Tấm Pin năng lượng mặt trời có nhiệm vụ hấp thụ bức xạ mặt trời và chuyển hóa thành dòng điện một chiều Dòng điện này này được nạp vào hệ thống lưu trữ (ắc quy) thông qua bộ điều khiển sạc Cuối cùng thông qua bộ chuyển đổi điện áp inverter dòng điện một chiều được chuyển thành dòng điện xoay chiều cung cấp cho các thiết bị sử dụng điện

Sơ đồ hệ thống điện mặt trời độc lập như sau:

HÌNH 1 7 Sơ đồ thiết bị điện mặt trời độc lập

2.2 Hệ thống điện hòa lưới có lưu trữ:

Là hệ thống có sự kết hợp giữa hệ thống lưới điện quốc gia, hệ thống mặt trời độc lập và hệ thống mặt trời hòa lưới Hệ thống điện mặt trời hòa lưới có lưu trữ sử dụng các tấm pin mặt trời được kết nối với nhau theo một cách khoa học để chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành điện năng Điện mặt trời sản xuất ra được ưu tiên cho thiết bị tải sử dụng, nếu còn dư sẽ được nạp vào pin lưu trữ để sử dụng khi mất điện hoặc trời tối Sau khi nạp đầy pin lưu trữ, nếu còn dư sẽ được phát lên lưới điện để bán lại cho công ty điện lực Nếu điện mặt trời sản xuất ra không đủ cho tải sử dụng, hệ thống sẽ tự động bổ sung lượng điện còn thiếu từ điện lưới, sau đó mới dùng đến điện ở pin lưu trữ để đảm bảo các thiết bị hoạt động bình thường, không bị mất điện Với nguyên lý như vậy, hệ thống điện mặt trời hòa lưới có lưu trữ có thể hoạt động khi mất điện lưới Khi mất điện lưới, nó hoạt động như hệ thống điện mặt trời độc lập

Sơ đồ hệ thống điện mặt trời hòa lưới có lưu trữ như sau:

HÌNH 1 8 Sơ đồ thiết bị hệ thống điện mặt trời hòa lưới có lư trữ

2.3 Ưu, nhược điểm của các hệ thống đấu nối:

BẢNG 1 1 Ưu nhược điểm của các hệ thống đấu nối

Hệ thống hòa lưới Hệ thống độc lập Hệ thống hòa lưới có lưu trữ

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

- Tăng số tiền tiết kiệm hàng tháng

- 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

- Cho phép bạn lưu trữ năng lượng dư thừa

- Sử dụng điện dự trữ trong thời gian cao điểm buổi tối

- Giảm tiêu thụ điện năng từ lưới điện

- Dùng được điện cả khi mất điện - Các biến tần hybrid đều có khả

năng cấp nguồn dự phòng Giảm tiêu thụ điện từ lưới (giảm nhu cầu

Nhược điểm - 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 điện lực nhà nước (EVN)

- Phải tính toán đau đầu về việc sử dụng thiết bị điện - 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

- 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, sinh hư hỏng trong quá trình vận hành

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỆN MẶT TRỜI ÁP MÁI CHO KHU

- Công suất mong muốn: Tối đa theo diện tích mái - Mục đính sử dụng: tiết kiệm điện và bảo vệ môi trường - Tổng chi phí sử dụng điện hằng tháng: ≈10 triệu/ 1 tháng - Giá điện áp dụng: điện hành chính sự nghiệp

- Thời gian sử dụng chính: ban ngày - Nguồn điện hiện tại: 3 pha

- Một số loại tải sử dụng điện: máy lạnh, quạt trần, máy chiếu, đèn chiếu sáng, đèn led, thang máy, máy tính,…

- Số lượng mái: 3 mái tôn, 1 mái bê tông - Độ dốc mái: mái bằng

- Chiều cao mái: 2,5 m - Đường lên mái (khảo sát để thi công): có cầu thang lên mái - Đường tập kết tấm pin trên mái: dây móc kéo thủ công (dự kiến) - Vật cản trên mái: bồn nước, thu lôi, cục nóng điều hòa

- Vật liệu mái: bê tông và tôn - Đánh giá chất lượng mái: còn mới và chất lượng tốt

HÌNH 2 2 Mặt bằng mái

1.2 Nhận định, đánh giá:

Mái nhà đẹp, không bị che bóng bởi vật cản, lắp Pin theo hướng đông nam, Lắp 3 mái tôn, việc lắp đặt hệ thống điện mặt trời áp mái có trọng lượng vào khoảng 12÷15(kg/m2) ảnh hưởng gần như không đáng kể đến kết cấu hiện trạng của các nhà Sản lượng tạo ra sẽ đi qua công tơ 2 chiều để ghi nhận lại và được điện lưới quốc giá mua lại 20 năm với giá 1900đ (sau thuế) Chính sách mua lại điện của nhà nước dẫn đến nhiều người đầu tư không phải chỉ để tiết kiệm điện mà còn bán lại sản lượng điện cho Nhà Nước, đây một kênh đầu tư hiệu quả và ổn định Theo thông tư số 18/2020/QĐ-TTg ngày 06/4/2020 của Bộ Công Thương do thủ tướng chính phủ phê duyệt quy định về sự phát triển dự án và hợp đồng mua bán điện áp dụng cho các dự án điện năng lượng mặt trời Tại điều 5, phát triển điện năng lượng mặt trời áp mái thì bên bán điện đăng kí đấu nối với bên mua điện các thông tin bao gồm địa điểm lắp đặt, quy mô công suất (Công suất phụ tải không quá 1 MW và công suất lắp đặt không quá 1,25 MWp)

Sau khi khảo sát, đánh giá và kham thảo thông tư mua bán điện nhóm lựa chọn thiết kế hệ thống điện mặt trời áp mái nối lưới hoàn toàn vì các lý do:

- Dễ dàng đầu tư, lắp đặt nhanh chóng, sửa chữa, bảo dưỡng đơn giản - Nguồn vốn đầu tư không lớn

- Không tốn diện tích đất mà còn giúp nhà mát hơn về mùa hè - Bảo đảm không phát khí thải nhà kính, bảo vệ môi trường, được hưởng tiền

chênh lệch từ giá mua – bán điện - Ngành điện giảm được gánh nặng tài chính để đầu tư xây dựng thêm nguồn điện,

lưới điện truyền tải, phân phối - Phù hợp với yêu cầu của chủ nhà

2 Thiết kế hệ thống điện áp mái hòa lưới: 2.1 Tính toán lựa chọn thiết bị

a Lựa chọn tấm pin:

Hiện nay hệ thống điện mặt trời ngày càng phát triển nên có rất nhiều hãng pin mặt trời cụ thể như Jinko Solar, AE Solar, Canadian Solar, LONGi Solar… Mỗi loại pin đều có tiêu chí lựa chọn thế mạnh riêng như:

- Bảo hành - Sai số cho phép của công suất định danh - Hệ số công có ích (hiệu suất làm việc) của tấm pin - Hệ số nhiệt độ (temperature coefficient)

- Tuổi thọ sử dụng Đối với hệ thống này ta lựa chọn lắp đặt pin mặt trời hãng AE solar vì: Pin mặt trời AE Solar nổi tiếng là thương hiệu sản suất pin có hiệu suất hiệu quả hoạt động đứng đầu thế giới và dẫn đầu trong ngành công nghiệp tái tạo Ngoài

ra còn các pin AE solar còn có tuổi thọ cao, hiệu suất cao nhưng giá thành lại phải chăng [4]

AE Solar 440 Wp dòng pin 144 Cell sở hữu công nghệ chia đôi Cell giúp tối ưu hóa hiệu suất và giúp tăng chất lượng sản phẩm Nhờ công suất cực đại nên thiết kế tấm pin khá nhỏ sẽ giúp người dùng tiết kiệm diện tích lắp đặt nhưng vẫn mang lại hiệu quả chuyển hóa điện năng cao

Đối với các hệ thống phát điện pin mặt trời nối lưới thì việc lựa chọn các tấmpin mặt trời có công suất lớn như 440Wp, điện áp cao để giảm số mối nối trong một dãy là cần thiết để giảm tổn thất Việc lựa chọn này còn dựa trên nhiều yếu tố: diện tích mặt bằng được giao, chủng loại tấm pin, nguồn vốn, cơ cấu vốn, lãi vay… để quyết định loại tấm pin sao cho đạt hiệu quả cao nhất cả về mặt kỹ thuật và kinh tế, bởi tấm pin có hiệu suất càng cao thì giá càng đắt Pin AE Solar 440 Wp được hãng AE Solar đảm bảo hiệu suất luôn đảm bảo khoảng 80% trong suốt 30 năm.[5]

HÌNH 2 3 Tấm pin pin năng lượng mặt trời AE 440 Wp Diện tích mái có thể lắp đặt:

Tổng diện tích lắp đặt :S = Ston1 + Ston2 + Ston3 = 375 + 375 + 264 = 1014 m2 (2.4)

Tổng số tấm pin lắp đặt: N= S

- Nlà số lượng tấm pin - S1tp là diện tích 1 tấm pin - P là công suất lắp đặt - P1tp là công suất của 1 tấm pin

Sau khi tính toán ta chọn tấm pin năng lượng mặt trời AE solar 440 Wp với số lượng tấm pin là: 466 tấm, công suất lắp đặt 205,04 kWp

Thông số chi tiết tấm pin:

BẢNG 2 1 Thông số chi tiết tấm pin năng lượng mặt trời AE 440 Wp

HÌNH 2 4 Thông số Tấm pin năng lượng mặt trời AE 440 Wp

b Lựa chọn inverter:

Lựa chọn hãng inverter[6] Theo sự phát triển của hệ thống pin năng lượng mặt trời thì có rất nhiều hãng sản xuất ra nhiều loại pin khác nhau, cùng với đó thì Inverter (biến tần) cũng vậy Ngày nay có rất nhiều hãng nổi tiếng như ABB, Sungrow, Huawei, Solar Edge, SMA… Mỗi hãng đều có những tiêu chí thế mạnh riêng như :

- Độ an toàn của biến tần - Lưu tâm chất lượng của vỏ biến tần - Độ ồn khi vận hành

- Tuổi thọ, chế độ bảo hành - Giá thành mềm

SMA được mệnh danh là thương hiệu “vàng” trong làng Inverter Inverter hòa lưới hay còn được gọi là bộ kích điện hoặc là máy kích điện, có nhiệm vụ chuyển đổi dòng điện một chiều DC thành dòng điện xoay chiều AC Inverter SMA sở hữu nhiều ưu điểm vượt bậc, phù hợp với nhiều hệ thống điện năng lượng mặt trời từ quy mô gia đình đến văn phòng, nhà máy, khách sạn,…

Công ty Inverter SMA Solar Technology AG – nhà sản xuất Inverter hòa lưới hàng đầu thế giới, được thành lập tại Đức vào năm 1981 SMA hiện có hơn 3000 nhân viên làm việc tại các chi nhánh của 20 quốc gia

Ưu điểm khi dùng inverter SMA hòa lưới Không phải tự nhiên mà SMA luôn đứng trong top đầu thế giới về các đơn vị cung cấp biến tần hòa lưới cho điện năng lượng mặt trời, điều đó là bởi sản phẩm có những ưu điểm nổi trội, đáp ứng được những yêu cầu khắt khe của khách hàng, cụ thể như:

- Thiết bị tiên tiến hàng đầu và dễ dàng sử dụng: Inverter SMA được cài đặt hệ thống PV có tích hợp các giải pqháp lưu trữ hiệu quả năng lượng thông minh, do đó biến tần này có thể hoạt động một cách an toàn, ổn định và đạt hiệu quả như mong muốn Bên cạnh đó, thiết bị có kết nối bằng mạng WLAN, cập nhập nâng cấp hệ thống tự động, tương thích với hầu hết giải pháp lưu trữ nguồn năng lượng thông minh

- Biến tần dễ dàng lắp đặt do thiết kế nhỏ gọn, trọng lượng nhẹ Biến tần có thiết kế giao diện trực quan nên việc cài đặt rất dễ dàng, người dùng có thể vận hàng, theo dõi biến tần thông qua các thiết bị điện tử có kết nối internet

thông báo lỗi để khắc phục, người dùng có thể biết được lỗi chính xác để sửa chữa nhanh chóng, hiệu quả hơn

- Inverter SMA được đánh giá cao về chất lượng, đứng trong top đầu về Inverter

- Giúp cho hệ thống điện đạt hiệu suất cao (98,4%), khi sử dụng lâu dài không gây ra tình trạng hao hụt điện năng

- Inverter SMA có độ bền cao, ít xảy ra lỗi trong quá trình vận hành, những lỗi xuất hiện đa phần do lỗi từ nhà sản xuất và sẽ được bảo hành, thay thế

- Thiết kế linh hoạt, phù hợp vứi nhiều phụ kiện

- Inverter có thể hoạt động ổn định trong điều kiện thời tiết khắc nghiệt, nhiệt độ để Inverter vận hành tốt trong khoảng từ -25 đến 60 độ C

Dựa vào công thức sử dụng để phối hợp công suất giàn pin và inverter tối ưu nhất:

- Ppv: tổng công suất của giàn pin - Pinv: tổng công suất inverter - n là số lượng inverter

SHP100-HÌNH 2 5 Inverter hòa lưới SMA SHP100-20-PEAK3 100 kW 3 Pha 380 V

HÌNH 2 6 Thông số của inverter

c Tính toán số lượng tấm pin trong 1 string và số string:

Các bước lựa chọn số tấm pin cho 1 cho 1 string Bước 1: Tính kích thước chuỗi tối thiểu cho hệ thống của bạn

Tính toán số lượng tấm pin tối thiểu nên đặt trong một chuỗi, ta dùng công thức sau:

Đặt Ntt là số tấm pin tối thiểu cho 1 chuỗi Ntt= Mpptmin

Lấy 14 tấm Trong đó: - Mpptmin là điện áp thấp nhất của dải điện áp MPP - Vmp là điện áp định mức của tấm pin mặt trời Bước 2: Tính kích thước chuỗi tối đa để không bị vượt quá điện áp

Ta cần tính toán số lượng tấm pin tối đa nên đặt trong một chuỗi, ta dùng công thức sau:

Đặt Ntđ là số tấm pin tối đa cho 1 chuỗi 𝑁𝑡đ =𝑀𝑝𝑝𝑡𝑚𝑎𝑥

Lấy 20 tấm Trong đó : - Mpptmax là điện áp cao nhất của dải điện áp MPP - Voc là điện áp hở mạch của tấm pin mặt trời Sau tính toán ta có số lượng tấm pin cho 1 string là từ 14 đến 20 tấm Bước 3: Kiểm tra điện áp của chuỗi tối đa có trong phạm vi điện áp tối ưu (MPP)

Bước kiểm tra này nhằm xác định kích thước chuỗi tối đa phải nằm trong phạm vi điện áp tối ưu Để tính toán phần này, ta dùng công thức sau: Đặt Vcp là điện áp cho phép nằm trong phạm vi MPP

Trong đó - Ntđ là số tấm pin tối đa cho 1 chuỗi - Vmp là điện áp định mức của tấm pin mặt trời Kết quả thu được sau khi tính toán nằm trong phạm vi MPP của Inverter từ 590V đến 1000 V

Như vậy, sau 3 bước xác định được kích cỡ chuỗi phù hợp cho hệ thống là khoảng từ 14 đến 20 tấm pin Nhưng đây là trên lý thuyết và chưa tính toán bao gồm yếu tố nhiệt độ tại nơi lắp đặt hệ thống bởi vì khi nhiệt độ giảm thì điện áp tăng và ngược lại điện áp tăng thì nhiệt độ giảm

Bước 4: Xác định chính xác số lượng tấm pin trong 1 string

Nhiệt độ cao nhất ở Điện Ngọc là 30,30 và thấp nhất là 20,40.

Đặt T là mức chênh lệch nhiệt độ tại Điện Ngọc :

Trong đó: - TNOCT là nhiệt độ tấm pin - Tminlà nhiệt độ thấp nhất tại Điện Ngọc Đặt A là điện áp sụt áp khi nhiệt độ tăng 1oC

Trong đó: - Voc là điện áp hở mạch - NOCT là hệ số nhiệt độ NOCT có trong tấm pin Tiếp tục nhân điện áp sụt áp vừa tính được với mức chênh lệch nhiệt độ: Đặt Vc là điện áp mỗi tấm pin sẽ tạo ra điện áp cao hơn mức Voc

Trong đó: - T là mức chênh lệch nhiệt độ tại Điện Ngọc Như vậy, vào những ngày lạnh nhất ở khu vực, mỗi tấm pin sẽ tạo ra điện áp cao hơn mức Voc khoảng 3,546 V

Đặt Vtp là điện áp của tấm pin tạo ra lúc này

Trong đó - Voc là điện áp hở mạch - Vc là điện áp mỗi tấm pin sẽ tạo ra điện áp cao hơn mức VocTiếp tục nhân với số tấm pin tối đa của chuỗi mà chúng ta đã tính được: Đặt Vcđ là điện áp cực đại mà các tấm pin tạo ra trong những ngày lạnh nhất

Trong đó - Với Ntđ là số tấm pin tối đa cho 1 chuỗi - Vtp là điện áp của tấm pin tạo ra lúc này

Từ đây, có thể thấy được mức điện áp cực đại mà các tấm pin tạo ra trong những ngày lạnh nhất là 1061,6V Rõ ràng có thể thấy được con số này đã vượt mức điện áp hoạt động tối đa của biến tần (1000V), điều này có thể làm cháy bộ inverter

Vậy cần điều chỉnh giảm số lượng tấm pin mặt trời xuống để có tổng điện áp cực đại phù hợp, bằng cách cứ giảm 1 tấm thì trừ đi 53,164V (điệp áp cực đại mỗi tấm pin)

Tiếp tục giảm cho đến khi đạt mức điện áp phù hợp:

1008,436 − 53,164 = 955,272 V (2.18) Tiếp tục giảm cho đến khi đạt mức điện áp phù hợp:

P1string = 205,4.1000

Lấy 27 tring Trong đó: - Ppv là tổng công suất lắp đặt - P1string là công suất 1 string Sau khi tính toán kết luận hệ thống bao gồm 459 tấm pin được chia thành 27 string Mỗi string sẽ có 17 tấm pin Và 27 string đó sẽ chia cho 2 inverter trong đó có 1 inverter 13 string và 1 inverter 14 string

d Hình ảnh số liệu Pvsyts

HÌNH 2 7 Số liệu từ Pvsyst VT A.3