Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế và xây dựng mô hình sạc lưu động năng lượng mặt trời

Vì vậy, việc sử dụng mô hình sạc lưu động năng lượng mặt trời là rất hữu ích và tiện lợi, có thể mang đi mọi nơi, đồng thời cung cấp năng lượng cho các thiết bị điện cần thiết trong quá

GIỚI THIỆU

Giới thiệu đề tài

Năng lượng là một phần rất quan trọng trong cuộc sống hiện nay, để đáp ứng nhu cầu sử dụng năng lượng của con người, phần lớn là dựa vào việc khai thác nhiên liệu hóa thạch, Tuy nhiên, việc khai thác quá mức nhiên liệu hóa thạch để đáp ứng cho mọi hoạt động của con người đã vô tình làm tăng lượng khí CO2 phát thải ra môi trường Nhưng tiếp tục làm như vậy, những nguồn tài nguyên này sẽ cạn kiệt, đồng thời gây ô nhiễm môi trường Trữ lượng dầu mỏ trên toàn thế giới chỉ đủ dùng trong 53 năm, 113 năm đối với than đá, đối với khí thiên nhiên là 55 năm Tại nước ta, trữ lượng than đá chỉ còn đủ dùng trong 4 năm, 34 năm đối với dầu mỏ, 63 năm đối với khí thiên nhiên 23 Chính vì quá lạm dụng việc sử dụng nhiên liệu hóa thạch đã dẫn đến những hậu quả nghiêm trọng Sự nóng lên toàn cầu, lũ lụt, hạn hán, Diễn ra thường xuyên và mạnh mẽ hơn hơn Đây là một lời cảnh báo từ thiên nhiên gửi đến con người Ở nước ta, phát triển du lịch có tác động lớn đến với phát triển kinh tế Nhưng đi đôi với sự phát triển này, chính là những tác động đối với môi trường Hai lĩnh vực phát thải khí các-bon chính đối với ngành du lịch là giao thông vận tải và nhà hàng, khách sạn Với nhu cầu di chuyển của một lượng lớn khách du lịch hằng ngày đã làm tăng lượng khí phát thải từ các phương tiện giao thông Ngoài ra, việc tiêu thụ điện và những tài nguyên khác của các khách sạn, khu nghĩ dưỡng cũng góp phần vào lượng phát thải khí các-bon Trong năm 2016, lĩnh vực giao thông vận tải đã phát thải khoảng 35,85 triệu tấn CO2 tương đương, chiếm khoảng 2,5% tổng lượng khí các-bon phát thải Dự báo đến năm 2050, tỷ lệ này có thể tăng lên 25% Đối với lĩnh vực nhà hàng, khách sạn việc tiêu thụ điện tạo ra 22.774 tấn CO2 tương đương và 6,3 tấn CO2 tương đương đối với rác thải 24 Để giải quyết những vấn đề trên, giải pháp then chốt là chuyển đổi sang sử dụng năng lượng sạch và không bao giờ cạn kiệt Trong vài năm trở lại đây, lĩnh vực năng lượng tái tạo phát triền với tốc độ chóng mặt Tính đến năm 2022, năng lượng tái tạo ước tính

23 Năng lượng hóa thạch: Vai trò và những tác động đến môi trường - https://sunemit.com/

24 Tác động của du lịch đến phát triển kinh tế và phát thải các-bon ở Việt Nam - https://isponre.gov.vn/

2 đóng góp 130 tỷ kWh, chiếm gần 48% tổng sản lượng phát điện của hệ thống điện nước ta Trong đó, thủy điện chiếm 35%, điện gió, mặt trời và sinh khối chiếm 13% 25 Và đến cuối năm 2022, tổng công suất lắp đặt của hệ thống điện nước ta là 80.704 MW Trong đó, công suất lắp đặt của điện mặt trời là khoảng 16.567 MW, chiếm khoảng 20,5% 26

Cùng với sự phát triển của năng lượng tái tạo, du lịch xanh nổi lên như một giải pháp giảm thiểu tác động môi trường đối với ngành du lịch Đồng thời, nước ta là một nước có tiềm năng lớn để phát triển du lịch xanh, nhờ vào nguồn tài nguyên phong phú và đa dạng, cùng với danh lam thắng cảnh đẹp Du lịch xanh là loại hình nhằm giảm thiểu tác động đến môi trường, ít phát thải, sử dụng năng lượng tái tạo, bảo tồn và phát triển di sản thiên nhiên

1.1.2 Lý do chọn đề tài

Nhận thấy những tác động của việc sử dụng nhiên liệu hóa thạch và việc phát triển du lịch truyền thống đã tác động xấu đến môi trường Chính vì thế, phát triển loại hình du lịch xanh là rất cần thiết trong việc bảo vệ môi trường Du lịch xanh mang lại những trải nghiệm thú vị, mới lạ và đặc biệt rất gần gũi với thiên nhiên Không giống như những loại du lịch truyền thống, du lịch xanh mang lại sự linh hoạt, có thể tự khám phá những nơi thiên nhiên hùng vĩ và chưa được biết đến nhiều Chính vì thế, những vật dụng mang theo đòi hỏi phải đơn giản và có thể phục vụ những nhu cầu cơ bản như: sạc điện thoại, chiếu sáng Vì vậy, việc sử dụng mô hình sạc lưu động năng lượng mặt trời là rất hữu ích và tiện lợi, có thể mang đi mọi nơi, đồng thời cung cấp năng lượng cho các thiết bị điện cần thiết trong quá trình đi du lịch Do đó, nhóm chúng em quyết định chọn đề tài “thiết kế và xây dựng mô hình sạc lưu động năng lương mặt trời” làm đề tài nghiên cứu trong đồ án tốt nghiệp này

1.1.3 Phương pháp thực hiện đề tài

- Tìm hiểu các mô hình sạc lưu động năng lượng mặt trời sẵn có Từ đó xác định nhu cầu hệ thống của nhóm

25 Năng lượng tái tạo Việt Nam năm 2022: Các sự kiện, thành tựu và nhận diện thách thức - https://nangluongvietnam.vn/

26 Điện mặt trời còn nhiều tiềm năng phát triển - https://vneconomy.vn/

- Thực hiện việc tính toán và mô phỏng hệ thống trên phần mềm

- Tiến hành lắp đặt mô hình

- Đánh giá và phân tích hệ thống

- Tìm hiểu và phân tích mô hình sạc lưu động năng lượng mặt trời hiện có

- Tính toán và mô phỏng thông qua phần mềm Pvsyst

- Thiết kế và lắp đặt mô hình

1.1.5 Sản phẩm của đề tài

- Kết quả mô phỏng và thực tế

1.1.6 Mục tiêu của đề tài

- Tính toán, mô phỏng được hệ cung cấp năng lượng của mô hình thông qua phần mềm PVsyst

- Xây dựng và thử nghiệm mô hình Từ đó so sánh kết quả PR giữa thực tế và mô phỏng trên PVsyst

Giới thiệu về thiết bị

1.2.1 Tổng quan về mô hình sạc lưu động bằng năng lượng mặt trời

Mô hình sạc lưu động năng lượng mặt trời là một hệ thống phát điện bằng chuyển đổi quang năng mặt trời thành điện năng thông qua tấm quang điện (Photovoltaic – PV)

Có thể được sử dụng để kết nối phụ tải điện, chúng rất phù hợp và hữu ích nếu không có nguồn điện ở gần khu vực đó 4

Trên thị trường hiện nay có 2 loại sạc lưu động bằng năng lượng mặt trời khác nhau: (1) Loại dùng để cung cấp dòng điện một chiều, đây thường là loại có công suất nhỏ thích hợp cho việc sử dụng những thiết bị như đèn, quạt, hay sạc các thiết bị di động 4

(2) Loại dùng để cung cấp dòng điện xoay chiều, thích hợp cho hầu hết các thiết bị trong gia đình 4 Ưu điểm:

4 Máy phát điện năng lượng mặt trời siêu bền từ 15-20 năm - https://vietnamsolar.vn/

 Thân thiện với môi trường: Mô hình sạc lưu động năng lượng mặt trời sử dụng hoàn toàn là nhiên liệu tự nhiên, và trong quá trình hoạt động không sinh ra khí thải gây ô nhiễm môi trường như các nguồn nhiên liệu khác như xăng, dầu, khí đốt 1

 Vận hành êm ái: Không sử dụng động cơ nên trong quá trình hoạt động ít gây ra tiếng ồn Do đó không làm ảnh hưởng đến quá trình sinh hoạt, học tập và làm việc của người dùng 1

 Tiện lợi: với kích thước nhỏ gọn, có thể mang đi du lịch khắp mọi nơi không cần phải lo lắng về việc sử dụng các thiết bị điện Tránh làm gián đoạn công việc khi xảy ra tính trạng mất điện 1

 Giới hạn về công suất: Những thiết bị có công suất lớn như điều hòa, máy giặt, tủ lạnh không phù hợp cho việc sử dụng với trạm năng lượng mặt trời lưu động trong thời gian dài 6

 Độ ổn định không cao: mô hình sạc lưu động năng lượng mặt trời phụ thuộc nhiều vào thời tiết, vào những ngày có bức xạ không cao thì sản lượng của hệ thống cũng sẽ giảm Điều đó sẽ ảnh hưởng đến việc sử dụng của những thiết bị điện 6

 Chi phí đầu tư ban đầu cao 6

1.2.2 Những thành phần cơ bản của của mô hình

- Mô hình sạc lưu động năng lượng mặt trời bao gồm có những thành phần như sau:

 Tấm PV: Tấm pin mặt trời luôn là thành phần cơ bản nhất của những hệ thống điện mặt trời Có chức năng chuyển đổi quang năng mặt trời thành điện năng

 Bộ lưu trữ năng lượng: vào những thời điểm nhu cầu sử dụng tải thấp mà lượng điện năng do tấm PV sản sinh ra quá lớn thì sẽ được lưu trữ lại để sử dụng vào buổi tối hoặc những thời điểm điều kiện thời tiết không tốt 2

1 5 Advantages and Disadvantages of Solar Generators - https://energytheory.com/

6 Portable Solar Generators: Pros and Cons - https://www.roamproof.com/

 Bộ điều khiển sạc ( Solar charge controller): là một bộ phận trung gian giữa tấm PV và pin lưu trữ Được dùng để điều khiển quá trình sạc và xả pin, giúp cho pin không bị sạc quá mức cũng như không xả quá mức giúp kéo dài tuổi thọ của pin lưu trữ 2

 Biến tần (inverter): Chuyển đổi dòng điện một chiều đi ra từ tấm PV thành dòng điện xoay chiều để phù hợp với các thiết bị điện trong nhà

2 A Guide To Understanding Solar Power Generators - https://www.renogy.com/

CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Hệ thống Điện năng lượng mặt trời là gì

Hệ thống ĐMT là hệ thống chuyển đổi quang năng mặt trời thành điện năng thông qua tấm quang điện Dòng điện một chiều được sản sinh ra từ tấm PV sẽ được chuyển đổi thành dòng điện xoay chiều thông qua Inverter Có 3 loại hệ thống điện mặt trời phổ biến hiện nay: Hệ thống điện mặt trời hòa lưới (On-Grid), hệ thống điện mặt trời hòa lưới có lưu trữ (Hybrid), hệ thống điện mặt trời độc lập (Off-Grid) 3

Phân loại

2.2.1 Hệ thống điện mặt trời hòa lưới (On-Grid)

Hệ thống điện mặt trời hòa lưới là hệ thống hoạt động song song với lưới điện quốc gia 3 Khi nguồn điện từ hệ thống ĐMT phát ra lớn hơn so với công suất tiêu thụ của các thiết bị điện thì phần dư sẽ được đẩy lên lưới điện và ngược lại khi công suất đầu ra ĐMT không cung cấp đủ cho tải thì phần thiếu sẽ lấy từ lưới điện 7

Hình 2.1: Sơ đồ hệ thống điện mặt trời hòa lưới 3

7 Phân biệt sự khác nhau giữa các hệ thống điện năng lượng mặt trời hòa lưới không lưu trữ, hòa lưới có lưu trữ và hệ thống điện mặt trời độc lập - https://sepower.vn/

3 Tổng quan về các hình thức lắp đặt điện mặt trời - https://evnspc.vn/

2.2.2 Hệ thống điện mặt trời hòa lưới có lưu trữ (Hybrid)

Hệ thống này thực chất là sự kết hợp giữa hệ thống off-grid và on-grid 3 Khi sản lượng điện mặt trời phát ra lớn hơn so với các thiết bị điện trong nhà thì tải sẽ được ưu tiên sử dụng và phần dư sẽ được nạp vào bộ lưu trữ Khi ĐMT không cung cấp đủ, hệ thống sẽ sử dụng điện từ ắc quy bù vào thêm để cung cấp cho tải, khi ĐMT và ắc quy không đủ cung cấp cho tải thì lúc này hệ thống sẽ sử dụng hoàn toàn ĐMT và phần thiếu sẽ lấy từ lưới điện 7

Hình 2.2: Sơ đồ hệ thống điện mặt trời hòa lưới có lưu trữ 7

2.2.3 Hệ thống điện mặt trời độc lập (Off-Grid)

Hệ thống điện mặt trời độc lập là hệ thống sử dụng nguồn năng lượng từ hệ thống ĐMT và bộ lưu trữ không phụ vào nguồn lưới điện Nên trước khi lắp đặt cần phải tính toán công suất tiêu thụ chính xác để có thể thiết kế hệ thống đảm bảo công suất sử dụng cho các thiết bị điện 19

3 Tổng quan về các hình thức lắp đặt điện mặt trời - https://evnspc.vn/

7 Phân biệt sự khác nhau giữa các hệ thống điện năng lượng mặt trời hòa lưới không lưu trữ, hòa lưới có lưu trữ và hệ thống điện mặt trời độc lập - https://sepower.vn/

19 Hệ thống điện năng lượng mặt trời độc lập là gì? - https://sepower.vn/

Hình 2.3: Sơ đồ hệ thống điện mặt trời độc lập (Off-Grid)

Ưu và nhược điểm của những hệ thống điện mặt trời

Hệ thống điện mặt trời hòa lưới (On-Grid)

Hệ thống điện mặt trời hòa lưới có lưu trữ ( Hybrid)

Hệ thống điện mặt trời độc lập ( Off- Grid) Ưu điểm - Chi phí đầu tư thấp

- Không hạn chế công suất thiết bị sử dụng, có thể lắp đặt thêm thiết bị điện mà không lo quá tải

- Chi phí bảo trì, bảo dưỡng thấp

- Tính ổn địng của hệ thống cao

- Tính ổn định của hệ thống cao

- Không bị hạn chế công suất của những thiết bị điện

- Không phụ thuộc vào lưới điện quốc gia

- Không thể sử dụng khi bị mất điện

- Chi phí đầu tư cao

- Chi phí bão dưỡng cao

- Chi phí đầu tư cao

- Chi phí bảo trì, bảo dưỡng cao

- Công suất tải tiêu thụ bị giới hạn

- Phụ thuộc quá nhiều vào điều kiện thời tiết

Bảng 2.1: Ưu và nhược điểm của hệ thống điện mặt trời 7

Những yếu tố ảnh hưởng đến sản lượng của hệ thống điện mặt trời

Trước khi tiềm hiểu về những yếu tố ảnh hưởng đến sản lượng điện mặt trời, cần nắm vững đường đặc tuyến I-V, từ đó hiểu được những tác động làm ảnh hưởng đến sản lượng hệ thống ĐMT Đường cong I-V hay đường đặc tuyến I-V là đường biểu diễn mối quan hệ giữa điện áp và dòng điện của tấm PV, Nó đưa ra mọi mô tả chi tiết về khả năng chuyển đổi năng lượng mặt trời trong mọi điều kiện thực tế 20 Tại điểm dòng điện ngắn mạch ( ISC) thì điện áp hở mạch (VOC) bằng 0, và ngược lại tại điểm VOC thì ISC bằng 0

Tế bào quang điện, cũng giống như bất kỳ thiết bị bán dẫn nào khác, rất nhạy cảm với nhiệt độ Khi nhiệt độ tăng, dòng điện trong tế bào tăng nhẹ, nhưng điện áp hở mạch (VOC) giảm đáng kể, dẫn đến công suất đầu ra giảm Ngược lại khi nhiệt độ môi trường giảm, kéo theo VOC tăng lên đồng thời công suất đầu ra cũng tăng 8

Hình 2.4: Ảnh hưởng của nhiệt độ đến của tấm PV 11

7 Phân biệt sự khác nhau giữa các hệ thống điện năng lượng mặt trời hòa lưới không lưu trữ, hòa lưới có lưu trữ và hệ thống điện mặt trời độc lập - https://sepower.vn/

20 What is a solar I-V curve - https://www.testinstrumentsolutions.co.uk/

8 K.V Vidyanandan (2017) “An Overview of Factors Affecting the Performance of Solar PV Systems” -

11 Photovoltaic (PV) Cell: Characteristics and Parameters - https://electricala2z.com/

Hiệu suất của tấm PV trong các điều kiện bức xạ khác nhau sẽ có sự thay đổi đáng kể, bức xạ thường thay đổi do thời tiết, thay đổi theo mùa, vị trí địa lý, thời gian trong ngày và vị trí mặt trời trên bầu trời Do đó có tác động nghiêm trọng đến hiệu suất của hệ thống ĐMT 9

Mối quan hệ giữa bức xạ mặt trời và dòng điện ngắn mạch của tấm PV là gần như tuyến tính 9 , trong khi đó điện áp hở mạch của tấm PV không thay đổi nhiều Từ Hình 2.5 có thể thấy rằng, khi bức xạ mặt trời giảm, dòng điện cũng giảm đáng kể, dẫn đến công suất đầu ra của tấm PV cũng giảm Khi bức xạ tăng, dòng điện tăng, đồng thời công suất tấm PV cũng tăng

Hình 2.5: Ảnh hưởng của bức xạ đối với tấm PV 8

Sản lượng của hệ thống điện mặt trời rất nhạy cảm với bóng râm Bóng râm có thể được gây ra bởi nhiều yếu tố khác nhau như tòa nhà cao tầng, cây cối, phân chim, Nó tạo ra các điểm nóng nơi nhiệt độ tăng rất cao và về lâu dài có thể gây ra hư hỏng và làm giảm tuổi thọ của hệ thống Khi một vùng tấm PV bị bóng che thì sẽ dẫn đến công suất của chuỗi đó cũng giảm xuống 21

Chính vì thế mà hiện nay trên những tấm PV đã được những nhà sản xuất gắn thêm diode bypass Trong hoạt động bình thường, điện áp được tạo ra bởi một chuỗi các tế bào

9 Khaled Hasan et al (2022) “ Effects of different environmental and operational factors on the PV performance: A comprehensive review” Energy Science & Engineering, pp 660

8 K.V Vidyanandan (2017) “An Overview of Factors Affecting the Performance of Solar PV Systems” -

21 Hot Spots and How They Affect Solar Panels - https://us.solarpanelsnetwork.com

11 quang điện được kết nối qua một diode bypass sẽ được đặt làm điện áp ngược trên diode

Do đó, ở chế độ hoạt động bình thường, diode sẽ bị phân cực ngược và một lượng nhỏ dòng rò ngược sẽ chạy qua diode Điện áp ngược của diode phải đủ cao để chịu được điện áp do chuỗi tế bào tạo ra, đồng thời dòng điện rò phải thấp để giảm tổn thất điện năng khi hoạt động bình thường Trong trường hợp các chuỗi của tế bào quang điện bị bóng che, diode sẽ bị phân cực thuận và dòng điện được tạo ra bởi các chuỗi tế bào quang điện khác trong mô-đun sẽ được chuyển hướng qua diode, thay vì chuỗi tế bào quang điện bị bóng che 5

Hình 2.6: Ảnh hưởng của bóng đổ đến công suất của hệ thống 10

Hiệu suất của tấm PV bị suy giảm khi bụi, hơi nước, phân tử không khí và các chất ô nhiễm khác trong khí quyển ngăn cản ánh sáng mặt trời chiếu vào tấm quang điện, làm giảm khả năng hấp thụ bức xạ mặt trời của tấm PV 9 Chính vì vậy mà việc bảo trì, bảo dưỡng thường xuyên sẽ giúp nâng cao hiệu suất của hệ thống điện mặt trời, đồng thời tăng tuổi thọ của hệ thống

5 Neelkanth G Dhere et al ( 2017) “The reliability of bypass diodes in PV modules”, Progress in Photovoltaics:

10 Salih Mohammed Salih et al (2013) “Analysis of shading impact factor on Photovoltaic modules” Iraqi Journal of Desert Studies, pp 4

9 Khaled Hasan et al (2022) “ Effects of different environmental and operational factors on the PV performance: A comprehensive review” Energy Science & Engineering, pp 660

2.4.5 Hướng và độ nghiêng của tấm PV Để hiệu suất của hệ thống điện mặt trời tối ưu thì việc xác định hướng và góc nghiêng của tấm PV trong tính toán thiết ban đầu là rất quan trọng Bởi vì mặt trời di chuyển liên tục nhiều vị trí, đòi hỏi phải đặt tấm PV đúng hướng để đón được nhiều bức xạ nhất, từ đó tối ưu được sản lượng đầu ra của tấm PV Như ở Việt Nam thuộc bán cầu bắc thì cần phải đặt tấm PV hướng về phía nam thì sẽ tối ưu được sản lượng 22

Hình 2.7: Hướng và góc nghiêng của tấm PV 12

Performance Ratio (PR)

PR là một trong những thông số quan trọng nhất được sử dụng để đánh giá hiệu suất của các nhà máy quang điện PR được biểu thị dưới dạng phần trăm và mô tả mối quan hệ giữa sản lượng thực tế và lý thuyết của nhà máy quang điện 14 Để tính PR của hệ thống nhóm sử dụng công thức sau:

 Sản lượng lý thuyết được tính bằng công thức: Mật độ năng lượng bức xạ (Wh/m 2 ) × hiệu suất tấm PV × diện tích tấm PV (m 2 ) Do khó xác định hiệu suất tấm PV tại mọi thời điểm khác nhau, nên nhóm giả định hiệu suất tấm

 Sản lượng thực tế đo được

22 Tìm góc tối ưu để gắn các tấm pin năng lượng mặt trời - https://givasolar.com/

12 Which Direction Should Your Solar Panels Face? https://solardesignguide.com/

14 Performance Ratio-Quality Factor for the PV plants - https://files.sma.de/downloads/Perfratio-TI-en-11.pdf

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÔ HÌNH SẠC LƯU ĐỘNG

Thiết kế hệ cấp nguồn cho hệ thống

Ta cần tính toán lượng điện năng tải tiệu thụ để thiết kế một hệ thống sạc cũng như lưu trữ phù hợ không quá dư và tuyệt đối không thiếu

Năng lượng tiêu thụ (Wh)

Bảng 3.1: Công suất tiêu thụ điện năng trong 1 ngày của hệ thống cần làm

Chọn thiết bị lưu trữ năng lượng:

 𝐶 𝑏𝑎𝑡 : Dung lượng của bộ acquy, Ah

 𝐴 𝑛𝑔 : Điện năng tiêu thụ trong ngày, Wh

 𝑁 𝑑 : Số ngày tự quản của bộ acquy, ngày

 D: Độ xả sâu của acquy, % D = 80% đối với acquy lithium, acquy chì acid nên hoạt động ở D = 50% để đảm bảo acquy làm việc lâu dài

 𝑉 𝑏𝑎𝑡 : Điện áp của hệ thống lưu trữ, V Để lựa chọn thiết bị lưu trữ phù hợp cho hệ thống thì điện áp cần lựa chọn là 12 VDC, với độ xả sâu của accquy là 80%

0.8×0.9×12𝑉 ≈ 41𝐴ℎ (2) Thông qua kết quả tính toán thì dung lượng cần dùng cho hệ thống ≥41Ah

Cần lựa chọn thông số cũng như cách đặt góc nghiêng của PV phù hợp với khu vực đã thiết kế từ ban đầu

Khu Vực phía Nam là nơi có lượng nắng được xem là dồi dào nhất cả nước, thuận lợi để xây dựng mô hình và lựa chọn PV thích hợp cho hệ thống

Hình 3.2: Bản đồ sản lượng bức xạ của tp Thủ Đức 13

13 “Global Solar Atlas” - https://globalsolaratlas.info/map

16 Công suât cần thiết cho tấm pin : 𝑃 𝑜𝑝𝑡.𝑃𝑉 = 1000(𝑊𝑝) 𝑥 119 (𝑊ℎ/𝑑𝑎𝑦)

Vậy cần 1 tấm pin mặt trời 35W, Model: IR035PC4-36 của hãng IREX ENERGY

Nhóm chọn bộ sạc PWM vì nó phù hợp với mô hình công suất vừa và nhỏ Bên cạnh đó PWM có giá thành phù hợp hơn MPPT

Thông qua sự tính toán thì điện áp hệ thống lưu trữ 𝑉 𝑏𝑎𝑡 = 12𝑉𝐷𝐶 nên lựa chọn điện áp định mức bộ sạc 𝑉 𝑠𝑦𝑠 = 12~24𝑉𝐷𝐶

Mô phỏng trên phần mềm PVsyst

Với phần mềm mô phỏng PVsyst thì chúng ta đều có thể sử dụng các version khác nhau, nhóm đã 7.4 để mô phỏng theo dõi hệ thống

Trước khi lựa chọn các thông số phù hợp, nhóm đã tiến hành chạy thử phần mềm với nhiều lựa chọn và cho ra khác kết quả khác nhau như hình 3.13 Các kết quả gần như cho ra hiệu suất không chênh lệch nhiều Tuy nhiên, với tính toán dung lượng từ công thức (2) (dung lượng lưu trữ cần chọn ≥41Ah) tại phần lựa chọn thiết bị lưu trữ năng lượng, nhóm đã quyết định chọn dung lượng 45Ah thay vì 60Ah cho phần mô phỏng PVsyst vì phù hợp với kích cỡ lưu trữ và tiết kiệm được tối ưu chi phí thiết kế bộ dung lượng

Hình 3.3: PR hệ thống của từng kích cỡ dung lượng Đầu tiên, sau khi mở phần mềm ta cần cung cấp dữ liệu cho hệ thống bằng cách vào mục databases

Dung lượng lưu trữ (Ah)

18 Sau đó chọn vào phần PV modules và Bateries để tạo các databases cho tấm pin và acquy lưu trữ

Hình 3.5: Chọn mục PV Modules & Bateries để thiết lập thông số

Sau khi mở phần mềm PVsyst sẽ có 4 mục chúng ta cần quan tâm và xử lý như:

Orientation, User’s needs, System và Detail lossed Những mục này giúp chúng ta có thể cài đặt các thông số như: góc nghiêng của tấm PV, dung lượng bộ lưu trữ, bộ điều khiển sạc, số ngày cần cho hệ thống hoạt động, thông số các tải cần lắp đặt…

Hình 3.6: mục quan cần thiết trước khi mô phỏng

Quay lại trang Databases ta vào mục Standalone Do đây hệ thống cần lưu trữ và không nối lưới nên ta sẽ chọn mục này

Sau khi chọn Standalone, chúng ta bắt đầu đặt tên cho hệ thống của mình và lưu vào nơi dễ tìm thấy

20 Khi chúng ta cần setup góc cho hệ thống pin, vào mục Orientation

Chúng ta sẽ lựa chọn góc nghiên phù hợp với mặt nằm ngang và phương của mặt trời trong một ngày để có thể thu được lượng nhiệt và bức xạ tối ưu nhất Với góc 13 độ chúng ta sẽ thu được lượng bức xạ 1815 kWh/𝑚 2 Tuy nhiên chúng ta phải dựa trên sự thất thoát thấp nhất để lựa chọn và đặt tấm PV sao cho phù hợp Có thể thấy Loss/opt ở đây là 0% (lượng thất thoát gần như thấp nhất để đạt được hiệu suất cao nhất có thể)

Hình 3.10: Lựa chọn góc nghiêng của tấm PV

Sau đó ta lại vào mục User’s need để điền các công suất của tải tiêu thụ

Hình 3.11: Chọn mục User’s need

22 Tiếp theo vào phần Hourly distribution để xem đồ thị phụ tải

Hình 3.12: Điền các công suất của tải

Hình 3.13: Đồ thị phụ tải

Sau khi hoàn thành mục User’s need thì ta chọn vào mục System

Hình 3.14: Chọn vào mục System

Tại mục System chúng ta cần chú ý đến 4 chỗ sau đó là:Storage,PV array ,Back-up và Simplified sketch

Hình 3.15: Chọn chế độ cho bộ điều khiển sạc

Lựa chọn các thông số sao cho phù hợp với bộ điều khiển sạc

Hình 3.16: Lựa chọn số ngày để theo dỗi và lưu trữ cho hệ thống Ở phần simplified sketch sẽ cho chúng ta hiểu rõ về sơ đồ nguyên lí của hệ thống

Hình 3.17: Sơ đồ nguyên lí của hệ thống

Sau khi đã setup databases và các thông số về pin, bộ điều khiển, độ… Chúng ta có thể chạy mô phỏng và cho ra kết quả như bên dưới: Với PR của quá trình mô phỏng 68% thì ta thấy sản lượng lý thuyết của hệ thống tương đối phù hợp

Hình 3.18: Kết quả PR của hệ thống PVsyst

Danh sách thiết bị lắp đặt thiết bị

Hình 3.19: Tấm pin PV loại 35W

+ Điện áp định mức (Vmp): 16.92V

+ Dòng điện định mức (Imp): 2.07A

+ Điện áp hở mạch (Voc): 20.87V

+ Dòng điện hở mạch (Isc): 2.19A

+ Loại pin: Pin polycrystalline (silicon đa tinh thể)

- Thông số: Khối pin 32140 hệ pin 12v 45ah

+ điện áp: 12v - Cân nặng :3kg4

Hình 3.21: Mạch bảo vệ pin BMS

Mạch BSM loại 4s 100a, bảo vệ quá dòng quá áp bằng IC, tăng tuổi thọ của pin

Hình 3.22: Bộ điều khiển sạc PWM SUOER 12V 24V 30A ST-S1230 16

Vì khó tìm kiếm thiết bị có thống số phù hợp nên nhóm đã chọn bộ sạc PWM SUOER 12V 24V 30A ST-S1230

15 Khối pin 32140 điện áp 12v 45ah” - https://shopee.vn/ Khối-pin-32140-điện-áp-12v-30ah-45ah-đã-chạy-mạch- (Cam-kết-pin-mới-100-chuẩn-dung-lượng)-i.455849250.22264062371

16 Bộ điều khiển sạc năng lượng mặt trời solar changer controller Suoer ST-S1230 30A 12V 24V” - https://shopee.vn/Bộ-điều-khiển-sạc-năng-lượng-mặt-trời-solar-changer-controller-Suoer-ST-S1230-30A-12V-24V- i.51035599.17624681123

- Điện áp pin năng lượng mặt trời thích hợp:

+ Hệ 12V: Điện áp hở mạch 18V-24V

+ Hệ 24V: Điện áp hở mạch 36V-48V

● Điện áp pin đầu vào tối đa: 50V

● Công suất pin NLMT cho hệ 12V: 300W-450W/ 18V (tối đa 18v)

● Công suất pin NLMT cho hệ 24V: 300W-450W/ 36V (tối đa 36v)

- Điều kiện làm việc : -35 độ ~ +60 độ C

Hình 3.23: Cảm biến bức xạ Pyranometer kipp & zonen SMP10

+ Ngõ ra: 0 - 1 V (V-model) hoặc 4 - 20 mA (A-model) + Độ chính xác quang phổ: 285 to 2800 nm

+ Hiệu chỉnh nhiệt độ: ˂ 0.3 %: -4 to +122 °F (-20 to +50 °C) + Khối lượng: 1.3 lb (600g)

Hình 3.24: Tủ điện nhựa ABS

- Ưu điểm: Chịu nhiệt tốt, nhựa cứng dẻo

- Kích thước: 320X240X110MM (dài x rộng x cao)

Hình 3.25: Mạch tăng áp DC-DC Boost Converter 250W 17

+ Điện áp đầu vào: 10~40VDC

+ Điện áp đầu ra: 10~50VDC

+ Dòng đầu ra tối đa: Max 5A

+ Tần số chuyển đổi: 150Khz

17 “Mạch Tăng Áp DC-DC Boost Converter 250W” https://hshop.vn/products/mach-tang-ap-dc-boost-converter- 250w

29 + Tích hợp biến trở chỉnh dòng và áp đầu ra

+ Có bảo vệ chống ngược cực áp đầu vào (