Mục tiêu của đề tài là tập trung vào nghiên cứu và giải quyết một số vấn đề : + Tìm hiểu về một số hệ thống điện năng lượng mặt trời, đặc biết là hệ thống năng lượng mặt trời hòa lưới bá
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Một số hệ thống điện mặt trời
Hệ thống điện mặt trời (hệ thống quang điện) là hệ thống tạo ra điện dựa trên hiệu ứng quang điện thông qua các tấm pin quang điện lấy ánh sáng trực tiếp của mặt trời Dòng điện một chiều từ tấm pin quang điện sẽ được bộ chuyển đổi thiết bị nghich lưu biến đổi thành dòng điện xoay chiều để cung cấp điện cho phụ tải
Dựa trên các nhu cầu sử dụng khác nhau mà hệ thống điện mặt trời được chia làm 3 hình thức lắp đặt: hệ độc lập (off grid), hệ hòa lưới (on grid), hệ hòa lưới có lưu trữ(hybrid)
Hệ thống điện năng lượng mặt trời độc lập (off grid) là hệ thống sử dụng năng lượng mặt trời để tạo ra điện năng và cung cấp trực tiếp cho các thiết bị điện trong nhà mà không cần kết nối với lưới điện quốc gia
Hình 2 1 Sơ đồ hệ thống điện mặt trời độc lập
Cấu tạo: Hệ thống điện mặt trời độc lập thường bao gồm những thiết bị :tấm pin năng lượng mặt trời, biến tần(inverter), bộ điều khiển sạc, pin lưu trữ và một số thiết bị phụ trợ( chống sét, khung dàn,….)
Hệ thống điện năng lượng mặt trời hòa lưới (On-grid) là loại hệ thống sử dụng năng lượng mặt trời để tạo ra điện năng, sau đó hòa vào lưới điện quốc gia để cung cấp cho các thiết bị điện trong nhà hoặc doanh nghiệp Hệ thống này hoạt động theo nguyên tắc bù trừ điện năng
Hình 2 2 Sơ đồ hệ thống hòa lưới
Hệ thống điện mặt trời hòa lưới thường bao gồm những thiết bị: tấm pin năng lượng mặt trời, biến tần hòa lưới và một số thiết bị phụ trợ khác(chống sét, khung dàn, hệ thống giám sát,…)
2.2.3 Hệ thống hòa lưới có lưu trữ
Hệ thống điện năng lượng mặt trời hòa lưới có lưu trữ (Hybrid) là sự kết hợp giữa hệ thống hòa lưới truyền thống và hệ thống lưu trữ điện Hệ thống này mang đến nhiều ưu điểm vượt trội so với các hệ thống khác, cung cấp giải pháp tối ưu cho nhu cầu điện năng của bạn
Hình 2 3 Sơ đồ hệ thống hòa lưới có lưu trữ
Hệ thống điện mặt trời hòa lưới có lưu trữ thường bao gồm những thiết bị: :tấm pin năng lượng mặt trời, biến tần(inverter), pin lưu trữ và một số thiết bị phụ trợ( chống sét, khung dàn,….)
Các yếu tố ảnh hưởng đến công suất của tấm PV
Việc lựa chọn tấm pin phù hợp với những điều kiện môi trường và thông số kỹ thuật cũng ảnh hưởng đến hiệu suất của hệ thống điện mặt trời
Công nghệ sản xuất pin khác nhau sẽ cho ra những loại pin mặt trời có hiệu suất chuyển đổi khác nhau điều này cũng ảnh hưởng đến hiệu suất hệ thống
Bức xạ mặt trời: là yếu tố quan trọng ảnh hưởng trực tiếp đến công suất của hệ thống
Vì khi cường độ bức xạ của mặt trời chiếu vào càng lớn thì sản lượng mà tấm pin quang điện cho ra càng nhiều tới một mức nhất định
Nhiệt độ môi trường: Chúng ta hay cho rằng nhiệt càng cao công suất điện sinh ra sẽ càng lớn nhưng thực tế nhiệt độ càng lớn sẽ càng làm giảm công suất điện do tấm pin năng lượng mặt trời tạo ra Ở điều kiện chuẩn (250C) công suất điện sinh ra là tối ưu nhưng thực tế điều kiện môi trường lại khác khá nhiều, tùy thuộc vào khu vực lắp pin mà nhiệt độ sẽ làm giảm công suất của tấm PV từ 10-20%
Lượng bụi bẩn hay cái vật thể khác trên bền mặt tấm pin có thể làm thất thoát đi từ 1- 3% công suất của tấm pin Độ ẩm: Đối với các môi trường có độ ẩm cao sẽ gây ra tính ăn mòn làm ảnh hưởng vĩnh viễn tới tấm pin quang điện mà không thể khắc phục và ảnh hưởng trực tiếp đến công suất của tấm pin
Lựa chọn Hướng và độ nghiêng phù hợp giúp cho tấm pin quang điện đón được nhiều ánh sáng hơn làm tấm pin hoạt động với công suất tốt hơn
Khi một số tấm pin bị bóng râm che phủ các tấm pin đó sẽ ngừng hoạt động, công suất hệ thống sẽ bị ảnh hưởng theo đó
Sử dụng các thiết bị inverter,tấm pin quang điện,… chất lượng giúp công suất của hệ thống luôn đạt mức cao và kéo dài vòng đời hệ thống
Lựa chọn và sử dụng đúng loại dây cáp để hệ thống hoạt động tốt nhất
Dùng các thiết bị bảo vệ như sẽ làm cho hệ thống giảm tổn thất khi gặp phải các hiện tường tự nhiên cực đoan( như sấm sét,….)
Việc bảo trì bảo dưỡng hệ thống đúng kì hạn sẽ giúp hệ thống hoạt động ổn định và công suất của hệ thống luôn đạt mức tốt nhất.
Phần mềm Pvsyst
PVsyst là một phần mềm mô phỏng và thiết kế hệ thống điện mặt trời mạnh mẽ được các kỹ sư, nhà nghiên cứu và nhà phát triển sử dụng rộng rãi để đánh giá hiệu suất, tính khả thi của dự án và tiềm năng năng lượng của các hệ thống quang điện
Hình 2 4 Giao diện phần mềm PVsyst
Phần mềm autocad
AutoCAD là phần mềm chuyên dụng để tạo ra các bản vẽ kỹ thuật 2D và 3D có độ chính xác cao Đây là một trong những phần mềm CAD phổ biến nhất trên thế giới, được sử dụng bởi các kiến trúc sư, kỹ sư, nhà thiết kế và nhiều chuyên gia khác trong các lĩnh vực khác nhau
Hình 2 5 Giao diện phần mềm AutoCad
Phần mềm Sketchup
SketchUp là phần mềm mô hình hóa 3D được sử dụng rộng rãi bởi các kiến trúc sư, kỹ sư, nhà thiết kế và những người đam mê sáng tạo Phần mềm này giúp người dùng dễ dàng tạo ra các mô hình 3D trực quan và sống động, từ những đồ vật đơn giản đến những công trình phức tạp
Hình 2 6 Giao diện phần mềm SketchUp
TÍNH TOÁN VÀTHIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỆN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI
Thông tin chung
Công Ty TNHH ASTRO ENGINEERING VIỆT NAM thuộc tỉnh Bình Dương là một tỉnh thuộc vùng Đông Nam Bộ, nằm trong vùng kinh tế trọng điểm phía Nam của Việt Nam Khí hậu mang đặc trưng của vùng khí hậu miền Nam nước ta nhiệt đới gió mùa, nóng ẩm với 2 mùa rõ rệt, mùa mưa bắt đầu từ tháng 5 đến tháng 11, mùa khô từ khoảng tháng 12 năm trước đến tháng 4 năm sau, lượng mưa trung bình hàng năm 1.800 mm đến 2.000 mm Nhiệt độ trung bình hằng năm là 27,5°C, thích hợp cho việc lắp đặt và vận hành hệ thống điện năng lượng mặt trời
Dữ liệu khí tượng: sử dụng dữ liệu Meteonorm thuộc phần mềm PVsyst, dữ liệu này được giới khoa học và các nhà nghiên cứu nổi tiếng trên thế giới đánh giá cao trong việc thiết kế mô phỏng hệ thống PV Ta có các thông số sau từ PVsyst:
Hình 3 1 Dữ liệu tại vị trí từ phần mềm PVsyst
Giờ nắng trung bình hàng ngày tại Công Ty TNHH ASTRO ENGINEERING VIỆT NAM:
365 ≈ 4.88 Trong đó: 𝐻 𝑛 là số giờ nắng trung bình trong một ngày
Với tổng điện tích : 47.396,35 𝑚2 Trong đó bao gồm tất cả khu nhà máy, khu văn phòng và lối đi Khu nhà máy sử dụng nhiều điện năng nhất bao gồm: khu nhà máy sản xuất A1, A2, A3 và A4 Khu sản xuất sử dụng điện nhẹ gồm những khu B1, B2, B3, B4
Khu C1 là khu văn phòng Những nhà máy có kết cấu móng cọc, sử dụng các loại thép tổng hợp để làm cột và phần mái được lộp bằng tốn sóng vuông
Hình 3 2 Tổng quan mặt bằng tại công ty Astro Engineering Việt Nam
Tiêu chuẩn thiết kế
Tiêu chuẩn thiết kế này đưa ra các yêu cầu thiết kế cho các dự án điện mặt trời trên mái nhà nói chung theo hệ thống tiêu chuẩn quốc tế IEC và ISO Bao gồm:
- Tất cả các phần của hệ thống tấm pin năng lượng mặt trời
- Thiết bị biến tần chuyển đổi hệ thống DC/AC MDB
- Hệ thống đo đếm điện năng
- Hệ thống nối đất chống sét, lan truyền và các hệ thống phụ trợ khác
- Hệ thống lắp đặt PV, máng cáp Hệ thống phòng cháy chữa cháy
3.2.2 Tiêu chuẩn và qui định
Các tài liệu tham khảo sau đây là cần thiết cho việc áp dụng tiêu chuẩn này.:
Hướng dẫn thiết kế nhà máy điện mặt trời IEC TS 62738
Cáp IEC 62930 DC 1500V cho nhà máy điện mặt trời IEC 60904: Thiết bị quang điện
IEC 61683: Hệ thống quang điện - Điện lạnh - Phương pháp đo hiệu suất
IEC 61724: Hiệu suất của hệ thống quang điện
IEC 31727: Hệ thống quang điện - Đặc điểm của giao diện hệ thống nối mạng
IEC 61730: Tiêu chuẩn an toàn cho tấm quang điện
IEC 61829: Mạng điện quang điện – Đo đặc tính – điện áp tại chỗ
IEC 62093: Hệ thống phụ trợ của nhà máy điện mặt trời – Tiêu chuẩn thiết kế vì môi trường tự nhiên
IEC 60502: Cáp nguồn cách điện trơn và cáp nguồn phụ kiện có điện áp định mức từ 1kV (Um=1,2kV) đến 30kV (Um6kV)
IEC 62109: An toàn của thiết bị chuyển đổi năng lượng trong nhà máy điện mặt trời
IEC 62216: Biến tần quang nối lưới – Trình tự thử nghiệm chức năng ngăn cách ly (Islanding)
IEC 62446: Hệ thống quang điện - Yêu cầu thử nghiệm, tham khảo và bảo trì
IEC 62548: Mã pin quang điện – Yêu cầu thiết kế
IEC 62852: Kết nối các thành phần DC trong hệ thống quang điện - Yêu cầu về an toàn thử nghiệm
Các qui định về điện mặt trời:
- Quy định về năng lượng mặt trời của chính phủ Việt Nam hiện nay khuyến khích tự cung tự tiêu, không phát điện lên lưới Vì vậy, hệ thống sản lượng điện mặt trời phải được nhà máy tiêu thụ 100% và không phát điện lên lưới (Zero Export).
Thông tin khảo sát
Qua công tác khảo sát trực tiếp tại Công Ty TNHH ASTRO ENGINEERING VIỆT
NAM, tiến hành đo đạt để lấy các thông tin cần thiết để tiến hành bố trí mặt bằng tấm pin trên mái hiện hữu của nhà máy Ta thu được các thông số sau:
Các mặt bằng nhà máy cho phép lắp đặt hệ thống điện mặt trời bao gồm: Mái A1, A2, A3, A4 Trong đó diện tích mái có thể lắp đặt hệ thống điện mặt trời bao gồm:
+ Mái A1: chiều dài 89 𝑚 2 , chiều rộng 48,5𝑚 2 , diện tích 4.316,5𝑚 2 , + Mái A2: chiều dài 89 𝑚 2 , chiều rộng 48,5𝑚 2 , diện tích 4.316,5𝑚 2 , + Mái A3: chiều dài 89 𝑚 2 , chiều rộng 40,5𝑚 2 , diện tích 3.604,5𝑚 2 , + Mái A4: chiều dài 89 𝑚 2 , chiều rộng 40,5𝑚 2 , diện tích 3.604,5𝑚 2 ,
Hình 3 3 Một số hình ảnh khảo sát thực tế
Công Ty TNHH ASTRO ENGINEERING VIỆT NAM, Tân Hiệp, Tân Uyên, Bình Dương, Việt Nam
Hình 3 4 Vị trí mặt bằng Công ty Astro Engineering Việt Nam
Qua khảo sát mặt bằng khả thi có thể lắp đặt gồm 2 mái A1 và A2 với tổng diện tích mái: 4316,5+ 4316,5 = 8633,99 𝑚 2
Theo tài liệu và bản vẽ thu thập, đánh giá sơ bộ về kết cấu hiện trạng của công trình (khu vực dự kiến lắp đặt điện mặt trời) như sau:
Bảng 3 1 Thông tin diện tích dự án
Rộng Dài Độ dốc Mái tôn Điện Mặt Trời
Hình 3 5 Mặt bằng mái tôn của nhà máy A1 và A2
3.3.2 Tải tiêu thụ của nhà máy
Hình 3 6 Tủ điện của xưởng A1 lúc chỉ hoạt động 1/3 thiết bị
Theo dữ liệu được cung cấp từ nhà máy lượng tải tiêu thụ của nhà máy vào khoảng 1.000kW trong một giờ và thời gian hoạt động của nhà máy là 24/24 thì điện năng tiêu thụ ước tính của nhà máy đạt khoảng 24.000kW cho một ngày
Vậy theo dữ liệu từ nhà máy thì công suất tiêu thụ của nhà máy rơi vào khoảng:
1.000kW/h và 24.000kW/ngày Suy ra ta có thể lắp tối ta hệ thống công suất 1069kWp vì hiệu suất tối đa của hệ thống mặt trời chỉ rơi vào khoảng 80 – 85% ( Pmax = 910kW/h
< 1000kW/h) Và đảm bảo sẽ cung cấp cho tải tiêu thụ của nhà máy từ 15 – 20% lượng điện năng tiêu thụ ban ngày của nhà máy
3.3.3 Nhu cầu của khách hàng
- Tối ưu chi phí đầu tư
- Thời gian hoàn vốn nhanh
- Đảm bảo các qui định về an toàn
- Cung cấp cho toàn bộ cho tải tiêu thụ ban nga của tất cả xưởng sản xuất
Phân tích và lựa chọn hệ thống
Phương án thiết kế hệ thống điện mặt trời dựa trên những thông số sau để xác định công suất phù hợp cho hệ thống:
Diện tích mặt bằng mái có thể lắp đặt tấm pin theo yêu cầu của khách hàng: gồm mái A1 và mái A2, mái A3 và mái A4
+ Mái A3 và A4 không đủ tiêu chuẩn để lắp đặt do phần trên mái bố trí rất nhiều ống khói của các thiết bị sản xuất và tôn cũng có dấu hiệu rỉ sét nặng nên ta loại bỏ 2 mặt bằng này
+ Mái A1 và mái A2 hiện hữu còn chắc chắn đủ tiêu chuẩn để thi công lắp đặt điện mặt trời
Suy ra, ta chon 2 mặt bằng mái A1 và A2 để thiết kế và thi công hệ thống điện mặt trời
Với 2 mặt bằng A1 và A2 thì ta có thể bố trí toàn bộ với tổng số lượng tấm pin mặt trời là 1944 tấm và tổng công suất của hệ thống là 1069,2kWp
Với công suất lắp đặt là 1069,2kWp thì hệ thống điện mặt trời sẽ cung cấp cho tải nhà máy khoảng 16% lượng điện năng tiêu thụ trong một ngày
Dựa trên mặt bằng có thể lắp đặt và những yêu cầu của khách hàng chúng tôi sẽ đưa ra 2 phương án đầu tư lắp đặt hệ thống điện mặt trời sau:
- Hệ thống điện mặt trời hòa lưới sử dụng Micro Inverter
Micro Inverter (biến tần vi mô) là loại thiết bị dùng kết nối với một hoặc một vài tấm pin mặt trời tạo nên một hệ thống điện mặt trời khép kín Cũng giống như hệ điện mặt trời thông thường dòng điện một chiều của tấm pin cũng sẽ được biến đổi thành dòng điện xoay chiều và cung cấp cho phụ tải Điểm khác biệt của hệ thống này so với các hệ thống điện mặt trời hòa lưới thông thường là nó có công suất nhỏ từ 300-2000W, điều này làm giới hạn số lượng tấm pin mà nó có thể kết nối Micro Inverter được gắn vào ngay mặt sau tấm pin mặt trời, cắm nó vào chúng ta sẽ có được một hệ thống điện mặt trời mini, sau đó ta có thể kết nối những hệ thống này thành một hệ thống lớn hơn
Hệ thống điện mặt trời hòa lưới sử dụng Micro Inverter sẽ cung cấp những yêu cầu của khách hàng và những qui định bằng những tính năng nổi trội như:
+ Tối ưu công suất cực đại trên toàn bộ hệ thống
+ Độ ổn định cao: 1 tấm pin lỗi hoặc bị che nắng không ảnh hưởng đến hệ thống như công nghệ khác vì mỗi tấm pin có 1 bộ inverter hoạt động như một đơn vị sản xuất điện riêng nên có sự cố sẽ không quá ảnh hưởng đến công suất toàn hệ
+ Loại bỏ các hộp đấu: tiết kiệm các phụ kiện ví dụ hộp đấu nối, diot bảo vệ
Sản lượng điện mặt trời và tải tiêu thụ của nhà máy
Tải tiêu thụ của nhà máy(kWh) Sản lượng điện mặt trời(kWh)
+ Thi công dễ (có thể tự mua về thi công hệ thống)
+ Thời gian bảo hành lâu nhờ tuổi thọ cao của bộ inverter Các hệ thống được bảo hành thường dựa theo tuổi thọ của bộ inverter do lỗi hệ thống năng lượng mặt trời tập trung chủ yếu ở inverter
- Hệ thống điện mặt trời hòa lưới sử dụng String Inverter
String inverter, hay còn gọi là biến tần chuỗi, là một thiết bị quan trọng trong hệ thống năng lượng mặt trời, được sử dụng để chuyển đổi điện một chiều (DC) được tạo ra bởi các tấm pin mặt trời thành điện xoay chiều (AC) cung cấp cho phụ tải Nó hoạt động bằng cách kết nối nhiều tấm pin mặt trời lại với nhau thành chuỗi và đưa dòng điện DC từ chuỗi này vào biến tần
Với string inverter, các chuỗi tấm pin mặt trời được kết nối song song hoặc nối tiếp vào biến tần, tùy thuộc vào yêu cầu cụ thể của hệ thống Khi tấm pin mặt trời nhận ánh sáng mặt trời, chúng tạo ra dòng điện DC Dòng điện DC này được đưa vào string inverter, nơi nó được biến đổi thành dòng điện AC phù hợp với điện lưới hoặc nhu cầu sử dụng trong nhà
Hệ thống điện mặt trời hòa lưới sử dụng String Inverter sẽ đáp ứng những yêu cầu của khách hàng và những qui định bằng những tính năng nổi trội như:
+ Trong hệ thống biến tần chuỗi, một số tổn thất hiệu suất vẫn có thể xảy ra Nhưng hệ thống sẽ cho hiệu suất biến đổi điện năng cao hơn so với các loại biến tần khác trên thị trường
+ String inverter là loại inverter rẻ nhất hiện nay, do được sản xuất từ lâu và chỉ cần một thiết bị cho mỗi chuỗi rất nhiều tấm pin
+ String inverter có hiệu suất chuyển đổi dòng điện cao, do có điện áp vào cao và dòng điện vào thấp Điều này giúp giảm thiểu được các tổn hao năng lượng và nhiệt lượng trong quá trình hoạt động
+ String inverter cũng có thể tương thích với nhiều loại tấm pin năng lượng mặt trời khác nhau mà không cần phải điều chỉnh hay sử dụng các thiết bị phụ trợ khác
3.4.3 Tính toán và lựa chọn hệ thống phù hợp
- Hệ thống điện mặt trời hòa lưới sử dụng Micro Inverter Chi phí của một hệ thống điện mặt trời hòa lưới sử dụng Micro Inverter Growatt NEO 2000M-X và pin AE Solar 550W với tổng công suất 1069,2kWp được tính theo bảng sau:
Bảng 3 2 Báo giá hệ thống sử dụng Micro Inverter Neo 2000M-X Growatt
Báo giá hệ thống điện mặt trời công suất 1069,2kWp sử dụng thiết bị chính Micro Inverter NEO 2000M-X Growatt và tấm pin mặt trời AE Solar 550W là 14.436.295.000VNĐ( báo giá tham khảo tại công ty Điện mặt trời SE Solar)
Hình 3 7 Báo cáo tài chính của hệ thống trên phần mềm PVsyst
Hình 3 8 Mô phỏng sản lượng điện mặt trời của hệ thống trên phần mềm PVsyst
Sơ đồ bố trí tổng thể
Sau khi khảo sát thực tế và xem xét hiện trạng mái nhà xưởng của nhà máy A1 và A2 tại công ty Astro Engineering Việt Nam, dự kiến hệ thống điện năng lượng mặt trời sẽ được lắp đặt như sau:
Hình 3 11 Mô phỏng bố trí tấm pin trên phần mềm PVsyst
Hình hệ thống pin dự kiến lắp đặt trên mái nhà xưởng Diện tích mái dự kiến lắp đặt là 8633,88 m 2 với độ dốc khoảng 9 độ theo hướng Đông Bắc – Tây Nam Số lượng tấm lắp đặt trên mái: 1944 tấm có công suất 550Wp, tương đương tổng công suất lắp đặt 1069.2kWp, kích thước tấm pv 2278x1134x30 mm, nặng 26.4kg xếp thành nhiều mảng với kích thước khác nhau thành 1 chuỗi gồm 18 Tấm được lắp đặt nối tiếp , sau đó kết nối với biến tần Growatt Nhiệm vụ của bộ biến đổi điện là biến đổi dòng điện một chiều thành dòng điện xoay chiều 3 pha, phục vụ nhu cầu điện năng của nhà máy
Các tấm PV được bố trí đều trên mái, đặt cách mép mái ít nhất 1,5m Toàn bộ hệ thống sau khi được lắp đặt biến tần sẽ được đấu nối vào hệ thống tủ phân phối của nhà máy
Trạm biến tần và tủ điện AC sẽ được lắp đặt cạnh nhà máy, toàn bộ hệ thống được bố trí trên mái nhà và trong khuôn viên như mô tả dưới đây:
Hình 3 12 Mô phỏng nhà trạm đặt Inverter và tủ điện
3.5.2 Kế hoạch phòng cháy chữa cháy
Mức chịu lửa của tòa nhà: Khi lắp đặt các tấm pin mặt trời và các thiết bị khác của hệ thống điện mặt trời mái nhà phải tính đến tải trọng ảnh hưởng đến kết cấu mái nhà trong điều kiện bình thường và cháy nổ; Không lắp đặt các tấm PV trên mái nhà làm bằng vật liệu dễ cháy hoặc bằng vật liệu hoàn thiện dễ cháy Yêu cầu so sánh, xem xét giới hạn chịu lửa của kết cấu mái sau khi lắp đặt các tấm quang điện trên mái theo quy định QCVN 06:2020/BXD
Không lắp đặt các tấm pin mặt trời phía trên các phòng có nguy cơ cháy nổ loại A, B cũng như các phòng khác trong quá trình vận hành có khả năng tích tụ khí, bụi dễ cháy; hạn chế bố trí các tấm quang điện tại các phòng kho hoặc phòng chứa khối lượng lớn chất dễ cháy; Các tấm pin mặt trời lắp trên mái nhà phải được chia thành các nhóm, mảng có kích thước mỗi nhóm không quá 40 m x 40 m, khoảng cách giữa hai nhóm không nhỏ hơn 1,5 m; Đối với tấm lợp có trải rộng xung quanh chu vi, các tấm quang điện phải bố
Bố trí công năng trên mái và các sàn bên dưới mái: so sánh cách bố trí các tấm PV sao cho không ảnh hưởng đến hoạt động của các thiết bị hệ thống phòng cháy chữa cháy, các hệ thống kỹ thuật khác trên mái (ví dụ: phòng cháy chữa cháy) trên mái) mái, hệ thống quạt tăng áp, hệ thống hút khói, hệ thống thang máy, ) theo quy định QCVN 06:2020/BXD;
Giải pháp chống cháy: Giải pháp chống cháy cho các đường dây kỹ thuật, đường dây cáp của hệ thống điện năng lượng mặt trời trên mái nhà khi các đường dây này đi vào nhà, thông qua bộ phận Dừng cháy; Giải pháp phòng ngừa các phòng đặt thiết bị đóng cắt, tủ biến tần và các thiết bị khác của hệ thống điện mặt trời trong nhà theo quy định QCVN 06:2020/BXD, không bố trí các tấm quang điện trong phạm vi 3 m xung quanh lối lên mái qua cầu thang , thang chữa cháy, cửa sổ mở;
Giải pháp chữa cháy: giải pháp chữa cháy cho các phòng trong nhà bằng thiết bị của hệ thống điện năng lượng mặt trời; lựa chọn chất chữa cháy phù hợp với đặc tính, đặc tính của thiết bị theo quy định tại Tiêu chuẩn Việt Nam 3890:2009;
Bố trí lối lên mái: bố trí lối lên mái qua buồng thang bộ hoặc qua thang chữa cháy, bố trí đường cho xe chữa cháy và bãi đậu xe chữa cháy để thuận tiện cho việc tiếp cận vị trí lắp đặt tấm pin năng lượng mặt trời theo quy định QCVN 06:2020/BXD
Vận hành, điều khiển: Hệ thống điện mặt trời phải trang bị thiết bị ngắt khẩn cấp;
Thiết bị này cần được bố trí ở cả vị trí biến tần và vị trí tổng đài Tại những địa điểm này phải niêm yết hướng dẫn, quy trình vận hành Tại khu vực gần lối lên mái cần bố trí bố trí các tấm PV trên mái và sơ đồ đấu nối của hệ thống để phục vụ cho việc ngắt các tấm
PV trên mái khi có sự cố và phục vụ chữa cháy
PV Panel có nhiệm vụ thu năng lượng ánh sáng, biết cách chuyển đổi thành dòng điện một chiều, các bộ biến tần sẽ nhận dòng điện một chiều từ bảng điều khiển baNoery thông qua hệ thống cáp DC-Solar và chuyển đổi nguồn DC thành AC Nguồn điện xoay chiều từ biến tần được truyền đến tủ điện AC sau đó truyền đến phòng điện của nhà máy để đấu nối vào lưới điện tới tủ phân phối sử dụng cho nhà máy Hệ thống được trang bị ACB 1600A- 2000A và tích hợp rơ-le bảo vệ quá dòng xuống đất để ngắt khi có sự cố từ nguồn năng lượng mặt trời
Hình 3 13 Sơ đồ đấu nối hệ thống điện mặt trời điển hình vào lưới điện của nhà máy
Trong bối cảnh điện mặt trời được khuyến khích đầu tư theo hướng tự dùng, vì vậy chống phát ngược lên lưới đang là giải pháp hữu hiệu mà khách hàng cần lưu tâm
Hệ thống điện mặt trời liên kết với lưới điện có thể vừa cung cấp công suất cho tải và lượng công suất dư thừa sau khi cấp đủ cho tải có thể cung cấp vào lưới điện Tuy nhiên, khi đưa quá nhiều điện mặt trời vào lưới cùng một lúc sẽ làm chất lượng điện năng bị suy giảm, gây quá áp đường dây, cũng như gây nhiều khó khăn cho công tác điều hành lưới điện Để hạn chế vấn đề này, Growatt, nhà cung cấp giải pháp năng lượng phân tán hàng đầu thế giới đã giới thiệu giải pháp chống phát ngược lên lưới (Zero-Export) cho hệ thống điện mặt trời liên kết lưới 3 pha
Khách hàng có thể lựa chọn chức năng Zero-Export theo tổng công suất hoặc chức năng Zero-Export theo pha công suất thấp nhất, tùy theo nhu cầu của mình
Phân tích và lựa chọn thiết bị
Hiện nay có 4 loại pin mặt trời được sử dụng khá nhiều đó là:
- Tấm Silicon đa tinh thể
- Tấm silicon đơn tinh thể
Trong 4 loại tấm trên, hiệu suất của tấm màng mỏng và tấm vô định hình là thấp nhất nhưng bù lại hệ số tổn thất nhiệt độ của 2 loại này thấp hơn hai phương án còn lại, phù hợp với những nơi có nhiệt độ trung bình bình cao Nhưng diện tích lắp lớn, hiệu suất thấp và chi phsi nhân công khá nhiều nên 2 loại tấm pin này ít được sử dụng rộng Ở 2 phương án còn lại, giải pháp silicon đơn tinh thể có hiệu suất cao hơn, yêu cầu diện tích lắp đặt ít hơn, giúp giảm diện tích chiếm dụng Chi phí của hệ thống cáp và giá đỡ trên mỗi 1MWp lắp đặt tương đương với chi phí thay thế silicon đa tinh thể Đối với tế bào quang điện silicon đa tinh thể, thông số tế bào quang điện tiêu chuẩn điển hình 144 tế bào-550Wp được ưu tiên để tính toán Đây là tấm pin năng lượng mặt trời có công suất lớn nhất thuộc loại đa tinh thể Với công suất lớn sẽ tiết kiệm được diện tích lắp đặt, dây điện, phụ kiện và công lắp đặt
Bảo hành của nhà sản xuất, thường là 15 năm Bảo hành hiệu suất từ 80% đến 30 năm
Các tấm pin được ghép nối tiếp thành dãy 18 tấm, sau đó được kết nối với biến tần nghịch lưu, nhằm chuyển đổi dòng điện một chiều thành dòng điện xoay chiều 3 pha, phục vụ nhu cầu phát điện Tập đoàn Điện lực Việt Nam Biến tần Growatt có tỷ lệ chuyển đổi từ DC sang AC là 98,8%, được tích hợp hệ thống cầu chì để ngắt khi có sự cố Kết hợp với kích thước nhỏ gọn, trung bình 970x640x345 mm, trọng lượng 84kg, thuận tiện cho việc vận chuyển và lắp đặt Biến tần đạt tiêu chuẩn chống nước IP66, hoạt động ổn định trong điều kiện nhiệt độ cao lên đến 60oC, tuân thủ: IEC 62109, IEC 61727, IEC 62116,
4110:2018, VDE-AR-N 4120:2018, IEC 61000-6-3, EN 50438, AS/NZS 47772:2015, CEI 0-21, VDE 0126-1-1/A1 VFR 2014, UTE C15- 712-1:2013 ,
DEWA Các thời gian bảo hành tiêu chuẩn của nhà sản xuất là 5 năm Tấm pin được chọn là AE: AE550W-AURORA
Hình 3 16 Tấm pin mặt trời AE Solar 550W AURORA
Bảng 3 6 Đặt tính cơ khí của tấm pin AE550W AURORA
Hãng sản xuất AE solar
Số lượng cell pin 144cell (6x24) Kích thước tấm pin 2278x1134x30 (mm)
Vật liệu khung pin Nhôm
Chiều dài khung pin 30mm
Bảo vệ bề mặt Kính cường lực dày 3.2mm
Bảng 3 7 Đặt tính về điện của tấm pin AE550W AURORA
Công suất cực đại-P max 550 Wp Điện áp hoạt động-Vmpp 42.92V Dòng điện hoạt động-Impp 13.62 A Điện áp hở mạch-Voc 50.88 V Dòng điện ngắn mạch-Isc 14.39 A Hiệu suất tấm pin 22.26 % Ý nghĩa một vài thông số cơ bản của tấm pin:
- Uoc: Điện áp hở mạch
- Isc: Dòng ngắn mạch (Short Circuit Current).
- Umpp: Điện áp làm việc tại công suất cực đại (Maximum Power Point Voltage).
- Impp: Dòng điện tại công suất cực đại (Maximum Power Point Current)
- Hiệu suất quang năng (Module efficiency)
Dựa trên các thông tin từ khảo sát có tổng diện tích mái là 8237.064m 2 Tiến hành bố trí dựa trên các tiêu chuẩn thiết kế ta thấy dự án lắp đặt tối đa được 1944 tấm pin AE550W
Hình 3 17 Bố trí tấm pin trên mặt bằng nhà máy A1 và A2
Biến tần Growatt 110kW MAX 110KTL3 LV là trong những biến tần hòa lưới ba pha được ưa chuộng Biến tần có tổng công suất cực đại DC là 104000Wp và công suất AC là 80.000W biến tần được sử dụng nhiều trong các trang trại năng lượng mặt trời và có hiệu suất rất cao là 98,8%
Dòng Sản phẩm Inverter Growatt MAX với công suất từ 50kW cho tới 125 kW, Phù hợp để sử dụng cho các dự án điện năng lượng mặt trời công nghiệp quy mô công nghiệp và các trang trại điện mặt trời Dòng Inverter Growatt MAX là Biến tần Solar công nghiệp đầu tiên sử dụng vi xử lý Quadcore, cho khả năng xử lý nhanh các sự cố về điện lưới
Thiết kế tối ưu mang lại hiệu suất cao lên tới 98,8% Được trang bị 10 MPPT chất lượng cao, đảm bảo hiệu suất cao nhất cho hệ thống điện mặt trời
Hình 3 18 Biến tần Growatt 110KTL3-LV
Bảng 3.4: Đặt tính kỹ thuật Inverter Growatt 110kW MAX 110KTL3-LV
37 Đặt tính kỹ thuật Inverter Growatt 110kW MAX 110KTL3-LV
Ngưỡng điện áp MPP 200 1000 V Điện áp đầu vào tối đa 1100 V
Công suất AC cực đại 140,000 VA Công suất AC hiệu dụng 110,000W Dòng điện đầu ra AC cực đại 174.6 A
Dòng điện đầu vào tối đa tấm pin
Dòng ngắn mạch DC tối đa 40A
Dựa vào hình trên điện áp lớn nhất mà inverter chịu được là Umax = 1100V, Uoc của hệ thống PV phải nhỏ hơn 1100V và điện áp đầu vào tối thiểu được ghi trên biến tần là Umppt.min = 200 nên Uoc của hệ thống PV sẽ phải lớn hơn 200V Với Uoc của một tấm pin là 51.44V ta có :
Số tấm pin trên một String: 𝑉 𝑚𝑖𝑛−𝑚𝑝𝑝𝑡
=> Nên ta sẽ chọn 18 tấm pin cho 1 String Chia string Inverter:
Khi đã xác định được inverter cần dùng để chuyển đổi cho hệ thống ta tiến hành chia các tấm pin thành các sinh để kết nối với Inverter sao cho phù hợp với thông số kỹ thuật của Inverter Sau quá trình tính toán và phân bố hợp lý ta được bản vẽ chia string như sau:
Hình 3 19 Sơ đồ chia String
Nhìn vào hình trên ta thấy hệ thống pin được bố trí trên 2 mái A1 và A2 Và hệ thống này chúng tôi xây dựng 2 trạm Inverter nhằm có thể giảm tối đa vấn đề sụt áp trên dây dẫn vì vị trí của tủ đấu nối của nhà máy và nhận thấy có khoảng trống bên sảnh nhà máy nên tôi quyết định xây dựng nhà trạm và đấu nối string về đó Ở cụm mái A1 ta sẽ có 4 Inverter là Inverter 01(110kW) , Inverter 02(110kW), Inverter 03(110kW) , Inverter 04(110kW) Tương tự, ở cụng mái A2 ta sẽ có các Inverter 05(110Kw) , Inverter 06(110kw) , Inverter 07(110Kw), Inverter 08(110Kw) và Inverter 09(110kW)
Với Cụm mái A1 có tổng công suất PV là 475 kWp và cụm A2 là 594kWp 2 nhà trạm sẽ đi hai đường máng cáp Ac để về đến điểm đấu nối vào tủ điện AC của nhà máy Tủ
AC của nhà máy được lắp đặt dưới mái A2 nên nhà trạm dưới đất sẽ được xây gần nhà máy A2 để thuận tiện cho việc kéo máng cáp vào phòng điện để kết nối vào tủ AC
Vậy cộng tổng công suất của hai cụm tấm pin trên mái A1 và mái A2 ta sẽ có được tổng công suất tạo ra điện của hệ thống trong 1 giờ sẽ là 1069.2 kWp Việc phân chia string rất quan trọng vì nó sẽ quyết định đến công suất cho ra của hệ thống và giúp chúng ta dễ dàng quản lý được sản lượng đầu ra của inverter cũng như dễ dàng cho việc tìm ra và tiến hành sửa chữa khi hệ thống phát sinh lỗi
Hình 3 20 Sơ đồ đấu nối hệ thống
Sau khi tiến hành bóc tách khối lượng trên bản vẽ ta thu được bản số liệu cụ thể của các string như bảng bên dưới :
Bảng 3 8 Chia công suất của từng Inverter
Số tấm pin trong 1 String
Tổng công suất đầu ra(kW)
Các thông số đầu vào của Inverter: Điện áp DC lớn nhất đi vào inverter là: Vmax(DC) = 1100 (V) Điện áp lớn nhất từ hệ thống PV:
Umax = Uocđm × 18 = 51.44× 18 = 925.92 (V) < 1100 (V) => Thỏa mãn Inverter có dòng ngắn mạch DC lớn nhất trên 1 input MPPT:
Imax(DC) = 40(A) Dòng lớn nhất từ hệ thống PV:
Công suất hệ thống: ta lấy cụm Pv có công suất kết nối với Inverter lớn nhất trong các hệ thống kết nối với Inverter Growatt110kW MAX 110KTL3 LV
Suy ra tất cả Inverter thỏa mãn
3.6.3 Tính toán thiết bị đóng cắt cho MSB-A1 Biến tần Growatt 110kW MAX 110KTL3 LV:
Số lượng Biến tần: 4 bộ
Dòng điện của hệ thống (Itt): 4×198.5 = 794 A (Dựa trên thông số kỹ thuật của biến tần đã được Growatt xác nhận)
Itt < Ir < Ic Ir: Dòng bảo vệ định mức của thiết bị Ic: Dòng điện định mức của cáp Itt: Dòng điện tối đa của hệ thống (A)
Dựa trên tính toán và thông số kỹ thuật của nhà sản xuất, việc lựa chọn thiết bị đóng cắt: MCCB 1000A, 50kA
MCCB 1000A, 50kA Hệ số suy giảm theo nhiệt độ môi trường ở 60 o C: K=0.9
Dòng điện giảm tải của thiết bị: 1000×0.9 = 900A > Itt
Bảng 3 9 Thông số MCCB 3P 1000A 50kA NS100N3M2
Mã hàng MCCB 3P 1000A 50kA NS100N3M2
Dòng cắt ngắn mạch AC1000V(kA) 50
Nhà sản xuất Nhật Bản
3.6.4 ính toán thiết bị đóng cắt cho MSB-A2 Biến tần Growatt 110kW MAX 110KTL3 LV
Số lượng Biến tần: 5 bộ
Dòng điện của hệ thống (Itt): 5×198.5 = 992.5 A (Dựa trên thông số kỹ thuật của biến tần đã được Growatt xác nhận)
Itt < Ir < Ic Ir: Dòng bảo vệ định mức của thiết bị Ic: Dòng điện định mức của cáp Itt: Dòng điện tối đa của hệ thống (A)
Dựa trên tính toán và thông số kỹ thuật của nhà sản xuất, việc lựa chọn thiết bị đóng cắt: MCCB 1200A, 50kA
MCCB 1200A, 50kA Hệ số suy giảm theo nhiệt độ môi trường ở 60 o C: K=0.9
Dòng điện giảm tải của thiết bị: 1200×0.9 = 1080A > Itt
Bảng 3 10 Thông số MCCB 3P 1250A 50kA NS125N3M2
Mã hàng MCCB 3P 1250A 50kA NS125N3M2
Dòng cắt ngắn mạch AC1200V(kA) 50
3.6.5 Tính toán thiết bị đóng cắt cho Inverter Growatt 110kW MAX 110KTL3 LV Biến tần Growatt 110kW MAX 110KTL3 LV :
- Công suất biểu kiến AC: 140kVA
- Công suất hoạt động AC: 110kW
- Dòng điện đầu ra (Itt): 198.5 A
- Điện áp đầu ra danh định: 3W+ (N) +PE
Ta có : Itt < Ir < Ic Trong đó:
- Ir: Dòng bảo vệ định mức của thiết bị
- Ic: Dòng điện định mức của cáp
- Itt: Dòng điện tối đa của hệ thống (A)
- Pmax: Công suất tối đa của biến tần
Dựa trên tính toán và thông số kỹ thuật của nhà sản xuất, việc lựa chọn thiết bị đóng cắt: MCCB 250A, 25kA
- Hệ số suy giảm theo nhiệt độ môi trường ở 60 0 C: K=0.85
- Dòng giảm tải của thiết bị: 250 × 0.85 = 212.5A > Itt
Kết luận ta chọn MCCB SCHNEIDER 3P 250A 25KA
Hình 3 23 MCCB SCHNEIDER 3P 250A 25KA Bảng 3 11 Thông số MCCB SCHNEIDER 3P 250A 25KA
Mã hàng MCCB SCHNEIDER 3P 250A 25KA
Dòng cắt ngắn mạch AC250V(kA) 25kA Điện áp hoạt động (V) 690V
3.6.6 Máy biến áp của hệ thống
Ta tính toán công suất máy biến áp dựa theo điều kiện máy có khả năng quá tải cho phép phải lớn hơn công suất cực đại của tải, Tức là:
Kqtsc × SdmB ≥ Smax Trong đó:
- 𝑆 𝑑𝑚𝐵 : Công suất định mức của máy biến áp
- 𝑆 𝑚𝑎𝑥 : Công suất phụ tải lớn nhất
Chọn vật tư phụ
Cách tính toán và chọn dây dẫn điện một chiều DC để cho phù hợp phải tuân thủ theo tiêu chuẩn IEC (tiêu chuẩn lắp đặt điện quốc tế)
+ Tiêu chí lựa chọn dây dẫn DC là:
- Điện áp định mức của dây dẫn: cấp cách điện tối đa 1000V
- Sụt áp: Độ sụt áp của dây dẫn một chiều DC phải nhỏ hơn 3%
+ Dòng điện cho phép của dây dẫn:
- Dòng tối đa được tính theo công thức sau:
𝐼 𝑚𝑎𝑥 = 1.25 x 𝐼 𝑠𝑐 = 1.25 x 14.39 = 17.98 (A) Để tính dòng điện ngắn mạch lớn nhất có thể xảy ra 𝐼 𝑚𝑎𝑥 ta nhân thêm với hệ số 1.25 ( cường độ bức xạ không ổn định) Khi đó dòng điện cho phép của dây dẫn sẽ là:
- 𝐼 𝑠𝑐 : Dòng ngắn mạch của mỗi tấm pin
- 𝐼 𝑚𝑎𝑥 : Dòng ngắn mạch tối đa tại điều kiện làm việc bình thường
- 𝐼 𝑐𝑝𝑑𝑑 : Dòng điện tối đa trên dây dẫn khi xảy ra sự cố ngắn mạch
Ta chọn dây điện có tiết diện 4𝑚𝑚 2 vì ta có đầu dây sẵn có của tấm pin là tiết diện 4𝑚𝑚 2 , nên ta sẽ sử dụng luôn dây 4𝑚𝑚 2 để kết nối tiết kiệm đi đầu MC4
Tính toán độ sụt điện áp của cáp DC Độ sụt áp được tính theo công thức sau: U = 2 × Rt × Ib Ghi chú:
U: Điện áp của hệ thống DC hoặc AC (V) Đối với sụt áp một chiều trong hệ thống quang điện, điện áp của hệ thống là U = Umpp của một tấm x số tấm trong dãy ΔU: điện áp rơi tính bằng Vôn (V) R: điện trở của một đường kích hoạt
Rt: Điện trở dây dẫn ở 0C
Ib: dòng điện tính bằng Ampe (A) α20 = 0,00393: Hệ số nhiệt độ theo độ C Điện áp giảm theo phần trăm: ΔU(%) = 100 x ΔU/U0
Tổn thất năng lượng:Tổn thất năng lượng trong cáp chủ yếu là do cáp bị đốt nóng bằng điện trở Nó được cho bởi công thức sau:
E : tổn thất năng lượng trên dây, Watt (W)
R : điện trở của một đường kích hoạt
Ib : dòng điện tính bằng Ampe (A) Tính toán nhiệt độ làm việc của cáp
Thông số của cáp DC:
Bảng 3 15 Thông số của cáp DC
Kích thước dây Dòng điện làm việc Yếu tố giảm tải Yếu tố giảm dòng
Ta có công thức sau: ( 𝐼 0
𝑇 𝑅 : là nhiệt độ định mức
𝑇 𝐴 : là nhiệt độ không khí
𝐼 𝑅 : dòng điện định mức của dây dẫn
𝐼 0 : là dòng hoạt động hiện tại
𝑇 0 : là nhiệt độ hoạt động
Bảng 3.16: Các trị số làm việc của cáp
Dây dẫn AC Tính toán dây AC cho tủ MSB-A1
Thông số tải kết nối với tủ MSB-A1 Biến tần Growatt 110KW MAX 110TL3-X LV
- Công suất biển kiến AC: 121KVA
- Công suất hoạt động AC: 110kW
- Dòng điện đầu ra (I max): 174.6 A
- Điện áp đầu ra định danh: 3W + (N) +PE
- Số lượng biến tần: 4 bộ
Ta tính được dòng điện lớn nhất của hệ thống (Imax): 4 x 174.6 = 698.4 (A) Phương pháp cài đặt :
- 3 lõi đơn chạm vào, một lớp trên khay đục lỗ - Khoảng cách các nhóm cáp
- Hệ số suy giảm theo phương pháp lắp đặt: K1=1
- Hệ số suy giảm theo nhiệt độ môi trường Ta@ 0 C: K2 = 0.91 Chọn dây CXV/FR 0.6/1KV
- Dòng điện định mức tham chiếu (𝐼 𝑐𝑟 ): 830A
- Số lõi (n): 1 Dòng điện định mức của cáp tại thời điểm lắp đặt
Hình 3 28 Cáp CXV/FR 0.6/1KV 1x1C1400mm2
Tính toán dây AC cho tủ MSB-A2 Thông số tải kết nối với tủ MSB-A2 Biến tần Growatt 110KW MAX 110TL3-X LV
- Công suất biển kiến AC: 121KVA
- Công suất hoạt động AC: 110kW
- Dòng điện đầu ra ( I max): 174.6 A
- Điện áp đầu ra định danh: 3W + (N) +PE
- Số lượng biến tần: 5 bộ
Ta tính được dòng điện lớn nhất của hệ thống (𝐼 𝑚𝑎𝑥 ): 5 x 174.6 = 873 (A) Phương pháp cài đặt :
- 3 lõi đơn chạm vào, một lớp trên khay đục lỗ - Khoảng cách các nhóm cáp
- Hệ số suy giảm theo phương pháp lắp đặt: K1=1
- Hệ số suy giảm theo nhiệt độ môi trường Ta@0C: K2 = 0.91 Chọn dây CXV/FR 0.6/1KV
- Dòng điện định mức tham chiếu (𝐼 𝑐𝑟 ): 1000A
- Số lõi (n): 1 Dòng điện định mức của cáp tại thời điểm lắp đặt
Hình 3 29 Cáp CXV/FR 0.6/1KV 1x1C630mm2
Tấm Pin được lắp đặt trực tiếp trên mái nên không cần phải thiết kế hệ thống khung đỡ, điều này vừa làm giảm áp lực cho mái vì khối lượng pin đã khá lớn, vừa tiết kiệm được chi phí đầu tư Thay vào đó ta tiến hành gia cố lại phần mái của xưởng để có thể chịu lực tốt hơn
- Xà gồ Z: Theo khảo sát thực tế tại nhà máy thì song tôn của nhà máy là song vuông và ta lựa chọn Xà gồ Z Theo đánh giá thì lực chịu đựng được của loại xà gồ này là khá tốt nên việc bố trí 1944 tấm pin lên là khả thi và đảm bảo được kết cấu của mái không bị hư hỏng khi lắp hệ thống lên Đảm bảo những tấm pin có thể chống chịu được các đợt gió mạnh, bão …
Hình dạng xà gồ Z cho phép xà gồ chồng lên nhau tại các khớp nối Điều này mang lại cho xà gồ thép Z có khả năng chịu lực lớn Chúng chủ yếu được sử dụng trong các bức tường hoặc cho các dự án lợp mái lớn
Quy cách xà gồ Z: Z200x72x78x2.0: Xà gồ Z có chiều cao 200mm, hai cánh rộng lần lượt là 72mm và 78mm, chiều dày 2.0mm
- Kẹp biên: dùng để cố định vị trí của các tấm pin ở đầu và cuối dãy pin
Hình 3 31 Cấu tạo kẹp biên
- Kẹp giữa: Dùng để gia cố vị trí khe giữa hai tấm pin với nhau Sử dụng kẹp giữa thuận tiện cho việc lắp đặt cũng như bảo trì dễ Khi thiết kế trên bản vẽ cad ta sẽ để khoảng cách của các tấm pin cách nhau là 20mm đây chính là khoảng cách để lắp đặt kẹp giữa vào Kẹp giữa giúp liên kết 2 mép tấm pin với nhau và liên kết vào rail thông qua bulong M8
Hình 3 32 Cấu tạo kẹp giữa
Khay cáp( máng cáp): Máng cáp 300x100 là sản phẩm máng cáp có chiều rộng W00mm, và chiều cao H0mm, sản phảm máng điện 300x100 được làm từ tole đen, tole tráng kẽm, những vật liệu không rỉ như inox Với bề mặt hoàn thiện được phủ bởi lớp sơn tĩnh bền đẹp với nhiều màu sắc khác nhau
- Mục đích: dùng làm cách để bảo trì các tấm quang điện và các thiết bị khác trên mái nhà, tránh tác động trực tiếp lên kết cấu mái tôn
- Giải pháp kết cấu: khung đỡ sử dụng thép V40x2, gia cố thân bằng V30x2, mặt lối đi sử dụng lưới mắt cáo 25x50 tiết diện 3x3,5, thép sử dụng cấp CT3 cường độ 245MPa, toàn bộ được mạ kẽm nhúng nóng có độ dày 55 mircomet
+ Lối đi được cố định bằng hệ thống giá đỡ bằng nhôm tương tự như hệ thống giá đỡ tấm PV, mỗi điểm đỡ cách nhau khoảng 1-1,5m
+ Mỗi khung lối đi dài 3m và được liên kết với nhau bằng miếng kim loại được liên kết vào đầu và cuối của khung lối đi bằng 4 con bulong
+ Tất cả phụ kiện lắp đặt của lối đi phải được làm bằng thép mạ kẽm nhúng nóng hoặc thép không gỉ Lý do là do được lắp đặt trên mái của nhà mái và thường xuyên phải chịu nhiệt cao nên sẽ dễ dàng bị gỉ sét
Hình 3 34 Chi tiết hệ thống lối đi
- Grounding system (hệ thống tiếp địa) là một phần quan trọng trong hệ PV để bảo vệ an toàn cho người và thiết bị Vai trò chính của hệ thống tiếp địa trong hệ thống PV bao gồm:
+ Bảo vệ an toàn: Hệ thống tiếp địa giúp đảm bảo an toàn cho người lao động và người sử dụng hệ thống PV Hệ thống tiếp địa đảm bảo việc xả điện hiện tại không an toàn từ các phần tử của hệ thống PV xuống một điểm tiếp địa đảm bảo an toàn
+ Bảo vệ thiết bị: Hệ thống tiếp địa giúp bảo vệ các thiết bị trong hệ thống PV khỏi các sự cố và hỏng hóc do tác động của xả điện và sự cố ngoại vi như sét đánh Nếu một
59 xả điện xảy ra, hệ thống tiếp địa đảm bảo rằng dòng điện sẽ được định hướng vào hệ thống tiếp địa thay vì đi qua các thiết bị quan trọng khác, giảm thiểu nguy cơ hỏng hóc và hỏa hoạn
Các sơ đồ của hệ thống
Bảng 3 18 Bảng liệt kê các đấu nối Inverter MPPT 1- MPPT 10
Hình 3 35 Sơ đồ đấu nối chuỗi pin với Inverter
Hình 3 36 Sơ đồ đấu nối string về inverter
Hình 3.54: Sơ đồ kết nối của hệ thống
63 Hình 3 37 Sơ đồ đơn tuyến của hệ thống.
Hình 3.56: Sơ đồ tiếp địa của hệ thống
Hình 3 38 Mặt bằng bố trí máng cáp trên mái
Hình 3 39 Mặt bằng bố trí hệ thống rửa tấm pin và dây cứu sinh
Hình 3 40 Mặt cắt máng AC từ nhà trạm vào tủ điện
Mô phỏng tổng quan trên phần mềm Sket Chup
Hình 3 42 Mô phỏng 3D hệ thống pin mặt trời
Hình 3 43 Hình ảnh mô phỏng tấm pin và máng cáp trên mái
MÔ PHỎNG VÀ PHÂN TÍCH HIỆU QUẢ CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN MẶT TRỜI
Thực hiện mô phỏng
Để có thể mô phỏng được hệ thống PV, ta dùng phần mềm PVsyst 7.2 để được để thực hiện mô phỏng và đổ bóng ch hệ thống PV và sử dụng phần mềm Sketchup để dựng khung và áp tấm PV lên mái
Công Ty TNHH ASTRO ENGINEERING VIỆT NAM, Tân Hiệp, Tân Uyên, Bình Dương, Việt Nam
Hình 4 1 Tạo độ dự án
Tiến hành nhập liệu các góc nghiêng của dàn pin tại mục Orientation Dự án được thực hiện trên mái tôn của nhà xưởng, nên sẽ có tất cả 4 góc nghiêng của dàn pin Vào mục Field type chọn Several orientations để có thể chọn được nhiều góc nghiêng
Hình 4 2 Các góc nghiêng của dàn pin
Thực hiện việc chọn lựa và loại tấm pin và loại inverter như đã tính toán ở chương 3
Có 2 hướng được xác định giống như bố cục vẽ
Góc phương vị của mô đun PV được thiết kế để phù hợp với sơ đồ mái nhà cho cả hai lớn nhất năng lực và hiệu suất Độ nghiêng của mô đun PV là được thiết kế để có được điều tốt nhất ánh sáng mặt trời
4.1.2 Khai báo các thông số của hệ thống:
Hình 4 3 Màn hình khai báo thông số của hệ thống Tiến Mô-đun quang điện: AE Solar
Công suất bình thường: 550Wp
Các thông số của mô đun PV được cung cấp bởi AE Solar Biến tần Growatt:
Nguồn điện xoay chiều thông thường: 110kW Các thông số của mô đun PV được cung cấp bởi Growatt PVsyst sẽ gợi ý cho bạn cách chia sting cho hệ thống một cách hợp lý
Qua đó sẽ dựa trên kết quả để bố trí sting cho hệ thống một cách tối ưu nhất và ít bị hao tốn công suất nhất
Bao gồm tổn hao trên module và tổn hao trên cell pin
Hình 4 4 Tổn hao nhiệt của hệ thống
Tổn thất điện trở trên hệ thống điện mặt trời (Ohimic loss): Là loại tổn thất do điện trở dây gây ra Ở các đường dây DC tổn hao ở điều kiện tiêu chuẩn (STC) là 1.51%.Và ở đường dây AC là 1.25%
Hình 4 5 Tổn thất điện trở trên hệ thống
Do khói bụi bám hàng năm lên bề mặt tấm pin do môi trường nhà máy tác động lên một năm thì công suất sẽ mất mát đi 2% Giải pháp phải thường xuyên vệ sinh tấm pin
Hình 4 6 Tổn hao công suất do bẩn bề mặt
4.1.6 Chất lượng của module Ở đây ta sẽ giữ giá trị mặc định ( những giá trị này được PVSyst tính toán trên powerrtolerence)
Hình 4 7 Tổn hao chất lượng module
4.1.7 Tổn thất suy giảm ánh sáng
Hình 4 8 Tổn thất suy giảm ánh sáng
Tính toán chi tiết, nhập số “Đơn vị trong chuỗi”; “chuỗi song song” từ thiết kế của bạn
Hình 4 9 Thông số tổn hao công suất Đối với loại N: Bảo hành module đầu vào như trong bảng dữ liệu: Bảo hành năm 0:
99% Pnom (năm đầu tiên) suy thoái)
Bảo hành năm thứ 25: 80.0% Pnom (Nội suy tuyến tính) Hệ số suy thoái trung bình:
Hình 4 10 Suy giảm công suất hằng năm
Mô Phỏng Bóng
Để thuận tiện cho việc đổ bóng chính xác thì chúng tôi tiến hành vẽ mô phỏng 3D trên SKETCHUP Ta sẽ vẽ nhà máy với đầy đủ cơ sở vật chất để thuận tiện cho việc mô phỏng một cách chính xác nhất Việc mô phỏng nằm nhắm giúp cho việc thiết kế được tối ưu công suất tránh việc bị mất chuỗi các string do bị che khuất ảnh hưởng đến công suất chuyển đổi của inverter
Hình 4 11 Mô phỏng bóng ngày 23/6.
Kết quả mô phỏng
Bảng 4 1 Mô phỏng điện năng của hệ thống qua các tháng bằng PV syst
E_đưa ra tải (MWh) Hiệu suất
Từ bảng trên, thấy được công suất hằng tháng của hệ thống sẽ đạt cao nhất vào tháng 4 tới tháng 10 Nguyên nhân là vì đây là mùa khô cao điểm của miền nam nên lượng bức xạ mặt trời lớn hơn những tháng mùa mưa với tháng cao nhất là tháng 4 có công suất đạt 146.2MWh Công suất được tạo ra từ tấm pin là 153.2 MWh 1 năm nhưng đến khi đưa ra tải chỉ còn lại 146.2 kWh Nguyên nhân là vì xuất hiện các tổn thất như sau:
Tổn thất do bóng che: 2.65%
Tổn thất do bức xạ: 0.2%
Tổn thất do nhiệt độ: 7.61%
Tổn thất do chất lượng pin: 0.56%
Tổn thất do ghép nối tấm pin: 1.05%
Tổn thất do điện trở: 0.52%
Do tổng các tổn thất trên là 15.59% nên hiệu suất của hệ thống sẽ còn lại khoảng 84.41%
Hình 4 12 Kết quả mô phỏng tổn thất của hệ thống
Trong đó : Incidention Angel (IAM) losses: Là tổn thất gây ra bởi hiện tượng phản xạ ánh sáng trên lớp kính tấm pin, cũng như một lượng nhỏ bị hấp thụ bởi tấm kính Tổn thất tăng giảm theo góc tới của ánh sáng và bằng 0 khi tia sáng vuông góc 90 o với tấm pin Soiling losses: Tổn thất do bụi bẩn Đặc biệt là trong các môi trường công nghiệp nhiều khói bụi
Array Thermal losses: Tổn thất do nhiệt độ Nhiệt độ quá cao có thể ảnh hưởng đến công suất hoạt động của các tấm pin, đặc biệt khi các tấm pin được xếp liền kề nhau
Module quality loss: thể hiện sự suy giảm hiệu suất của các tấm pin Thông số này do nhà sản xuất cung cấp
LID (Light Induced Degradation): là tình trạng mất hiệu suất phát sinh trong những giờ đầu tiên tiếp xúc với ánh nắng mặt trời
Mismatch loss: Là tổn thất do sự lắp đặt không ăn khớp giữa các tấm pin với nhau
Ohimic wiring loss: Tổn thất do điện trở trên dây, thường được đặt mặc định là 1.5%
Hình 4 13 Kết quả báo cáo chính.
GlobHor: Bức xạ mặt trời dựa trên phương ngang
DiffHor: Tán xạ dựa trên phương ngang
T_Amb: Nhiệt độ bình quân các tháng và cả năm
GlobInc: Bức xạ mặt trời chiếu xuống mặt phẳng tấm pin mà không bị ảnh hưởng bởi các yếu tố hao tổn
GlobEff: Bức xạ mặt trời tại mặt phẳng tấm pin sau khi bị đã tính các loại tổn thất do hấp thụ ánh sáng (xa và gần các bóng râm, tổn thất bụi bẩn)
EArray: Năng lượng được tạo ra từ hệ thống tấm pin
E_Grid: Năng lượng sau khi đi qua bộ chuyển đổi Inverter ra ngoài PR: Hiệu suất của nhà máy
Hình 4 14 Biểu đồ sản lượng đầu vào/đầu ra hằng ngày
Tại bề mặt tấm pin trong một ngày lượng điện hệ thống sinh ra trong ngày đó
Có 365 điểm tròn biểu thị cho mỗi ngày trong năm
Trên trục X ta có bức xạ hàng ngày trong mặt phẳng thu [kWh/m2/ngày] Trên trục y, ta có sản lượng của hệ thống [kWh/ngày]
Hình 4 15 Biểu đồ phân phối điện đầu ra hệ thống
Hình 4 16 Bảng phân tích tài chính trên Pvsyst
Với mức tư ban đầu 10.519.718.000VNĐ cho tổng hệ thống điện mặt trời với công suất 1069.2kWp thì thời gian hoàn vốn mô phỏng sẽ là 4.1 năm
Hình 4 17 Mô phỏng sản lượng điện mặt trời trung bình cung cấp cho nhà máy trong một ngày của các tháng trong năm
Nhận xét
Ta có thể thấy báo cáo sản lượng điện một năm của dự án sau khi đã trừ đi các tổn thất và đổ bóng sẽ được 1520,4MWh Hệ thống điện mặt trời cung cấp được khoảng 50% lượng điện tiêu thụ khi hệ thống điện mặt trời cho sản lượng điện cao nhất và cả ngày sẽ cung cấp 16% trên tổng lượng điện tiêu thụ của nhà máy
Tuy nhiên con số trên mô phỏng chỉ dùng để tham khảo và đánh giá sơ bộ về hệ thống Còn rất nhiều điểm mà phần mềm PVsyst không thể mô phỏng hết được, cũng như việc thông tin từ Meteo data không hoàn toàn chính xác Dữ liệu khí tượng (khí hậu) có sẵn thường có một số sự không đảm bảo, do nhiều điều kiện ảnh hưởng, có thể tạo ra sự khác biệt rất đáng kể giữa các hệ thống hoặc giữa các năm trong cùng một hệ thống
Nguyên nhân thường là do:
Chất lượng ghi dữ liệu, sự cẩn thận của người vận hành, định vị, hiệu chuẩn và độ trôi của cảm biến, các nhiễu loạn như bóng mờ, bụi bẩn hoặc tuyết trên cảm biến, v.v
Sai lệch vị trí (khoảng cách trạm đo) đối với đo trên mặt đất Diễn biến thay đổi của khí hậu
