tính toán thiết kế hệ thống bơm sử dụng điện mặt trời cho trang trại trồng ngô 3000m2

12 2.1.2 Nguyên lý ho¿t đßng cÿa pin nng l°āng m¿t trãi Nguyên lý ho¿t đßng cÿa tÃm pin năng l°ÿng mặt trãi, hay còn gái là tÁ bào quang điån, dąa trên hiåu āng quang điån, mßt quá trìn

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

GVHD: SVTH:

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG BƠM

SỬ DỤNG ĐIỆN MẶT TRỜI CHO TRANG TRẠI TRỒNG NGÔ 3000m2

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO

ThS NGUYỄN THÀNH CÔNG NGUYỄN HOÀNG VŨ

TRẦN ĐỨC MẠNH LÊ MINH NHỰT

S K L 0 1 3 0 7 6

Tp Hồ Chí Minh, tháng 6 năm 2024

đồ án

TÍNH TOÁN THIÀT KÀ HÞ THäNG B¡M SĀ DĂNG ĐIÞN

TR¯âNG Đ¾I HàC S¯ PH¾M Kþ THUãT THÀNH PHä Hæ CHÍ MINH

KHOA C¡ KHÍ ĐÞNG LĄC

đồ án

i

LâI CÀM ¡N

Lãi đÅu tiên, chúng em trân tráng gāi đÁn ban giám hiåu tr°ãng Đ¿i hác S° ph¿m Kỹ thuÁt Thành Phå Hß Chí Minh, cùng ban chÿ nhiåm cÿa khoa C¢ Khí Đßng Ląc và thÅy cô bß môn ngành Năng L°ÿng Tái T¿o Chúng em xin cÁm ¢n thÅy cô đã tÁn tâm giúp đỡ và đã xây dąng nßn tÁn kiÁn thāc cho chúng em đá có thá thąc hiån đß tài này

Đặc biåt là thÅy Nguyãn Thành Công, ng°ãi thÅy đã luôn tÁn tâm h°áng d¿n chúng em hoàn thành đß tài này Trong thãi gian thąc hiån quá trình tuy đã có tham khÁo tÿ các ngußn tài liåu nghiên cāu, trao đái ý kiÁn và tiÁp thu, nh°ng dĩ nhiên chúng em s¿ không tránh khãi các sai sót Vì vÁy chúng em hi váng nhÁn đ°ÿc nhăng ý kiÁn đóng góp đÁn tÿ quý thÅy cô đá có thá giúp chúng em hoàn thiån bài luÁn văn cÿa nhóm h¢n

Nhóm sinh viên xin chân thành cÁm ¢n! đồ án

2.1 TÃm pin năng l°ÿng mặt trãi 10

2.1.1 CÃu t¿o tÃm pin năng l°ÿng mặt trãi 10

iii

2.3.2 Hå hòa l°ái (on grid solar system) 23

2.3.3 Hå hòa l°ái có l°u tră 24

2.4 Các nguyên nhân gây Ánh h°ång đÁn hiåu suÃt cÿa tÃm PV 25

3.1.3 Chỉ så bāc x¿ trung bình và så giã nÃng cÿa khu vąc 34

3.2.Tính toán và ląa chán thiÁt bß 34

b Th° viån Khåi (Block Libraries) 74

c Mô Hình Con (Subsystems) 75

4.1.5 ¯u Điám cÿa Simulink 76

4.2 Mßt så khåi c¢ bÁn cÿa simulink vß năng l°ÿng tái t¿o 76

4.2.1 Khåi Ngußn (Sources) 76

4.2.2 Khåi Điån (Electrical Blocks) 77

4.2.3 Khåi Xā Lý Tín Hiåu (Signal Processing) 78

4.2.4 Khåi Đißu Khián (Control Systems) 79

4.2.5 Khåi M¿ch Điån (Electrical Circuit) 80

4.2.6 Khåi Năng L°ÿng Mặt Trãi (Solar Power) 81

4.2.7 Khåi L°u Tră Năng L°ÿng (Energy Storage) 82

4.2.8 Khåi Hián Thß (Display) 82

4.3 S¢ đß mô phãng b¢m năng l°ÿng mặt trãi sā dāng Matlab Simulink 83

v

MĂC LĂC HÌNH

Hình 1 1 Biáu đß sÁn l°ÿng tÁ bào quang điån toàn cÅu tÿ 2010 đÁn 2021 1

Hình 1 2 Công suÃt ĐMT cÿa các châu lāc dą đoán cho năm 2030 và 2050 3

Hình 1 3 SÁn l°ÿng điån t¿o ra tÿ NLMT vào năm 2021 theo GlobalSolarAtlas 4

Hình 1 4 BÁn đß thá hiån mÁt đß bāc x¿ å Viåt Nam 5

Hình 1 5 Tißm năng phát trián điån mặt trãi å Viåt Nam 6

Hình 2 1 CÃu t¿o tÃm pin năng l°¢ng mặt trãi 11

Hình 2 2 TÃm pin mặt trãi Monocrystalline 13

Hình 2 3 TÃm pin Polycrystalline 14

Hình 2 4 TÃm pin Pin Mặt Trãi TÃm Mãng (Thin-Film) 15

Hình 2 5 CÃu t¿o cÿa inverter 17

Hình 2 6 S¢ đß nguyên lý ho¿t đßng cÿa inverter 19

Hình 2 7 Các lo¿i inverter chuỗi 20

Hình 2 8 Micro inverter 20

Hình 2 9 Micro inverter 21

Hình 2 10 Inverter hybird 22

Hình 2 11 Hå đßc lÁp 22

Hình 2 12 Hå hòa l°ái có l°u tră 24

Hình 2 13 Công suÃt tÃm PV bß Ánh h°ång do nhiåt đß 26

Hình 2 14 Są tác đßng cÿa nhiåt đß đÁn biáu đß P-V 26

Hình 2 15 Đặc tính I-V Ánh h°ång båi nhiåt đß 27

Hình 2 16 Đặc tính I-V Ánh h°ång båi bāc x¿ 28

Hình 2 17 Są tác đßng cÿa bāc x¿ đÁn biáu đß P-V 28

Hình 2 18 Hiåu suÃt cÿa tÃm pin bß tác đßng do đá bóng 29

Hình 3 1 Thông så c¢ bÁn t¿i khu vąc 32

vi

Hình 3 6 Hình Ánh bßn n°ác Inox hãng S¢n Hà 40

Hình 3 7 S¢ đß b¢m n°ác dùng năng l°ÿng mặt trãi 41

Hình 3 8 B¢m chìm giÁng khoan ShowFou Model 4SA8/17 – 2.2kW 44

Hình 3 9 Pin l°u tră Lithium SVE 5000RM 51.2V-100Ah 48

Hình 3 10 Vòi phun n°ác t°ái cây 54

Hình 3 11 S¢ đß bå trí tÃm pin trên sketup 57

Hình 3 20 BÁng đặc tính cÿa hå thång PV trên PV syst 62

Hình 3 21 Thông så công suÃt cÿa hå thång theo năm 63

Hình 3 22 Hiåu suÃt cÿa hå thång 63

Hình 3 23 BÁng đánh giá hiåu suÃt cÿa hå thång năng l°ÿng mặt trãi trong năm 64

Hình 3 24 thông så công suÃt cÿa hå thång theo năm 65

Hình 3 25 các yÁu tå Ánh h°ång đÁn hiåu suÃt năng l°ÿng cÿa hå thång 66

Hình 3 26 Biáu đß tán thÃt và phân phåi năng l°ÿng mặt trãi 67

Hình 4 2 Bß đißu khián Buck Converter 84

Hình 4 3 Khåi thuÁt toán theo dõi điám công suÃt cąc đ¿i MPPT 85

Hình 4 4 M¿ch đißu khián tåc đß đßng c¢ DC vái bß đißu khián PI 85

Hình 4 5 Bß giÁi mã tín hiåu Hall cho đßng c¢ BLDC 85

Hình 4 6 Bß đißu khián s¿c và xÁ pin 86

Hình 4 7 Khåi đo đ¿c và quan sát kÁt quÁ 86

Hình 4 8 Công suÃt cÿa tÃm pin mặt trãi khi sā dāng MPPT 87

Hình 4 9 Dòng điån cÿa PV 88

Hình 4 10 Điån áp cÿa PV 88

Hình 4 11 Dòng điån ngõ vào m¿ch boost DC-AC 88

Hình 4 12 Điån áp ngõ vào m¿ch boost DC-AC 89

Hình 4 13 Dòng điån ngõ vào Motor 89

Hình 4 14 KÁt quÁ mô phãng cÿa Motor 90

Hình 4 15 KÁt quÁ mô phãng cÿa pin l°u tră 90

đồ án

viii

MĂC LĂC BÀNG

BÁng 1 1 XÁp h¿ng táng công suÃt mặt trãi đ°ÿc lÃp đặt tính đÁn năm 2022 2

BÁng 2 1 L°ÿng bāc x¿ mặt trãi trąc tiÁp (DNI) t¿i dą án 31

BÁng 3 1 L°ÿng bāc x¿ cÿa khu vąc 34

BÁng 3 2 Thông så cÿa tÃm pin 35

BÁng 3 3 Thông så inverter INVT 2.2 kW 37

BÁng 3 4 Yêu cÅu vß l°ÿng n°ác cÿa 1 så đßng vÁt hoặc cây trßng theo ngày 39

BÁng 3 5 Thông så kĩ thuÁt cÿa bßn n°ác 40

BÁng 3 5 Bāc x¿ mặt trãi tính bằng kWh/m2/ngày trong 5 tháng, Bình ThuÁn 41

BÁng 3 6 BÁng tán thÃt ma sát Hazen-Williams (PVC) 43

BÁng 3 7 Thông så cÿa b¢m 45

BÁng 3 8 Thông så cÿa pin 48

BÁng 3.9 Thông så inverter thā 2 50

BÁng 3.10 Thông så công suÃt cÿa hå thång theo năm 68

BÁng 3.11 Các tÁi sā dāng và thãi gian sā dāng 69

BÁng 3.12 BÁng giá điån theo giã 70

BÁng 3.13 Tißn điån tiÁt kiåm đ°ÿc 1 tháng cÿa trang tr¿i 72

BÁng 3.14 Tißn điån sau thuÁ và thãi gian hoàn vån 72

BÁng 4 1 BÁng so sánh så liåu hå thång mô phãng và thông så kỹ thuÁt thąc tÁ 91

BÁng 5 1 ¯u nh°ÿc điám hå thång 94

đồ án

ix

DANH MĂC CHĂ CÁI VIÀT TÀT

NLTT: Năng l°ÿng tái t¿o NLMT: Năng l°ÿng mặt trãi ĐMT: Điån mặt trãi

DC: Direct Current AC: Alternating Current DNI: Direct Normal Irradiance GHI: Global Horizontal Irradiance MPPT: Maximum Power Point Tracking PV: Photovoltaic

IRR: Internal Rate of Return GW: Gigawatt

TDH: Total Dynamtic Head PVC: Polyvinyl Chloride GPM: Gallons Per Minute

đồ án

1

CH¯¡NG 1 TèNG QUAN 1.1 Tình hình đißn m¿t trãi hißn nay

1.1.1 Tình hình trên thÁ giái

Vái viåc ngußn nhiên liåu hóa th¿ch ngày càng c¿n kiåt chiÁm tái 80% ngußn năng l°ÿng toàn cÅu - nhu cÅu tìm kiÁm và phát trián các ngußn năng l°ÿng tái t¿o bßn văng là vô cùng cÃp thiÁt Trong så các ngußn năng l°ÿng tái t¿o, năng l°ÿng mặt trãi đ°ÿc đánh giá cao vß khÁ năng rßng rãi, bßn văng và có thá tái t¿o Nhißu chuyên gia cho rằng, trong t°¢ng lai gÅn, năng l°ÿng mặt trãi có tißm năng thay thÁ đáng ká cho năng l°ÿng hóa th¿ch

Dù hiån nay điån năng l°ÿng mặt trãi mái chỉ đóng góp khoÁng 3,6% trong táng sÁn l°ÿng điån toàn cÅu, nó v¿n nái bÁt trong så các công nghå năng l°ÿng tái t¿o Theo báo cáo cÿa IRENA năm 2023, thiÁt bß điån mặt trãi chiÁm tái 31% trong så các d¿ng năng l°ÿng tái t¿o đ°ÿc trián khai vào năm 2022 Vái công suÃt lÃp đặt đ¿t 1053 GW trong năm đó, điån mặt trãi chỉ đāng sau thÿy điån, vån có công suÃt là 1392 GW

Hình 1 1 Biáu đß sÁn l°ÿng tÁ bào quang điån toàn cÅu tÿ 2010 đÁn 2021

đồ án

2

Dąa vào dă liåu tÿ IRENA, chúng ta có thá quan sát thÃy są tăng tr°ång đáng ká trong công suÃt lÃp đặt năng l°ÿng tái t¿o So vái năm 2021, có są gia tăng khoÁng 22%, t°¢ng đ°¢ng vái 192 GW Ba quåc gia d¿n đÅu vß công suÃt lÃp đặt là Trung Quåc, Hoa Kỳ và Ân Đß, vái các māc tăng tr°ång lÅn l°ÿt là 86,1 GW, 17,8 GW và 13,5 GW trong năm 2022, theo báo cáo cÿa IRENA năm 2023

BÁng 1 1 XÁp h¿ng táng công suÃt mặt trãi đ°ÿc lÃp đặt tính đÁn năm 2022 XÁp

3

Hình 1 2 Công suÃt ĐMT cÿa các châu lāc dą đoán cho năm 2030 và 2050 Theo Hình 1.2, są phân tích tÿ REmap và IRENA cho thÃy công suÃt lÃp đặt năng l°ÿng mặt trãi theo tÿng lāc đßa tÿ năm 2018 Táng công suÃt lÃp đặt năm 2018 là 481 GW, và dą báo s¿ tăng gÃp 6 lÅn vào năm 2030, đ¿t khoÁng 2841 GW, và gÅn 18 lÅn vào năm 2050, vái điån năng l°ÿng mặt trãi áp mái chiÁm 40% và điån năng l°ÿng mặt trãi quy mô trang tr¿i chiÁm 60% Châu Á dą kiÁn s¿ tiÁp tāc d¿n đÅu trong thß tr°ãng năng l°ÿng mặt trãi, chiÁm khoÁng 65% táng công suÃt lÃp đặt toàn cÅu vào năm 2030, vái Trung Quåc v¿n là quåc gia hàng đÅu trong ngành này Vào năm 2050, mặc dù Châu Á v¿n giă vß trí d¿n đÅu vái 57% táng công suÃt lÃp đặt, nh°ng cjng s¿ có są gia tăng đáng ká tÿ Châu Phi và Nam Mỹ

1.1.2 Tình hình å Vißt Nam

Theo °ác tính cÿa Bß Công Th°¢ng, māc tiêu thā điån å Viåt Nam hiån đang tăng trung bình 10% mỗi năm Tuy nhiên, các ngußn năng l°ÿng chính trong n°ác đang dÅn bß kiåt quå, bußc Viåt Nam phÁi phā thußc nhißu vào nhÁp khẩu than và khí đåt Đßng thãi, biÁn đái khí hÁu cjng gây ra tình tr¿ng thiÁu n°ác Ánh h°ång đÁn sÁn

đồ án

4

xuÃt điån tÿ các hß thÿy điån, và các dą án nhiåt điån không đ¿t tiÁn đß đã góp phÅn tăng thêm áp ląc lên viåc đÁm bÁo ngußn cung cÃp điån Nhăng thách thāc này đã trå thành đßng ląc m¿nh m¿ thúc đẩy chính phÿ Viåt Nam h°áng tái các ngußn năng l°ÿng tái t¿o, trong đó có năng l°ÿng mặt trãi

Hình 1 3 SÁn l°ÿng điån t¿o ra tÿ NLMT vào năm 2021 theo GlobalSolarAtlas Bāc x¿ mặt trãi toàn phÅn (GHI) là mßt chỉ så quan tráng trong ngành điån mặt trãi, giúp đo l°ÿng bāc x¿ mặt trãi chiÁu vào mßt bß mặt phẳng nằm ngang tÿ mái h°áng GHI không chỉ tính toán bāc x¿ mặt trãi trąc tiÁp mà còn bao gßm bāc x¿ gián tiÁp phÁn x¿ tÿ môi tr°ãng xung quanh Đ¢n vß đo l°ãng th°ãng đ°ÿc sā dāng cho GHI là W/�㕚2hoặc kW/�㕚2 Dąa vào các giá trß GHI, có thá đánh giá đ°ÿc tißm năng phát trián các dą án điån mặt trãi t¿i mßt khu vąc

đồ án

5

Viåt Nam, vái vß trí đßa lý thuÁn lÿi, là mßt đßa điám lý t°ång cho viåc phát trián điån mặt trãi, nh° đ°ÿc minh háa trong Hình 1.4 vß phân bå bāc x¿ mặt trãi t¿i Viåt Nam Các ho¿t đßng lÃp đặt hå thång năng l°ÿng mặt trãi å Viåt Nam đang ngày càng phát trián, vái nhißu dą án điån mặt trãi có công suÃt đa d¿ng đã và đang đ°ÿc trián khai và vÁn hành hiåu quÁ

Hình 1 4 BÁn đß thá hiån mÁt đß bāc x¿ å Viåt Nam

đồ án

6

Hiån nay, nhißu khách hàng cá nhân và các nhà đÅu t° đã tiÁn hành lÃp đặt các hå thång điån mặt trãi, đặc biåt là å khu vąc Nam Trung Bß, nái bÁt là hai thành phå Bình ThuÁn và Ninh ThuÁn, n¢i có są tÁp trung cÿa nhißu nhà máy điån mặt trãi lán Mặc dù mißn BÃc không có l°ÿng bāc x¿ mặt trãi cao nh° Nam Trung Bß, nh°ng v¿n có nhißu khách hàng ląa chán lÃp đặt hå thång điån mặt trãi Hình 1.5 d°ái đây minh háa tißm năng cÿa các dą án điån năng l°ÿng mặt trãi trên khÃp Viåt Nam

Hình 1 5 Tißm năng phát trián điån mặt trãi å Viåt Nam

đồ án

7

1.2 Lý do chán đß tài

Ląa chán hå thång b¢m năng l°ÿng mặt trãi đá t°ái tiêu cho v°ãn ngô rßng 3000 �㕚2 là mßt quyÁt đßnh dąa trên nhu cÅu thąc tÁ và nhăng lÿi ích mà năng l°ÿng mặt trãi mang l¿i Sā dāng ngußn năng l°ÿng tái t¿o này không nhăng giÁm thiáu chi phí năng l°ÿng cho các hß nông dân mà còn giúp bÁo vå môi tr°ãng bằng cách cÃt giÁm l°ÿng khí thÁi carbon

Trong båi cÁnh biÁn đái khí hÁu đang trå thành vÃn đß bāc xúc toàn cÅu, viåc áp dāng các công nghå s¿ch vào lĩnh vąc sÁn xuÃt nông nghiåp là vô cùng quan tráng Điån mặt trãi, đặc biåt là hå thång điån áp mái, không chỉ dùng đá sÁn xuÃt điån mà còn có thá đ°ÿc tích hÿp vào các hå thång b¢m t°ái, nhằm tåi °u hóa hiåu quÁ sā dāng đÃt đai và ngußn n°ác

Viåc trián khai hå thång b¢m năng l°ÿng mặt trãi t¿i v°ãn ngô không chỉ đáp āng nhu cÅu giÁm chi phí năng l°ÿng mà còn phù hÿp vái h°áng đi phát trián bßn văng, giÁm są phā thußc vào ngußn điån truyßn thång, đặc biåt là t¿i các khu vąc nông thôn v¿n đang gặp khó khăn trong cung cÃp điån Sā dāng điån mặt trãi còn giúp khai thác hiåu quÁ ngußn năng l°ÿng sẵn có, tránh nguy c¢ quá tÁi hå thång điån nh° tr°ãng hÿp cÿa nhißu dą án lán tr°ác đây

Dą án này không chỉ có ý nghĩa thąc tiãn trong viåc giÁm chi phí cho bà con nông dân mà còn là b°ác tiÁn quan tráng trong viåc thúc đẩy āng dāng công nghå xanh trong nông nghiåp, đóng góp vào các nỗ ląc toàn cÅu chång l¿i biÁn đái khí hÁu Đây cjng là c¢ hßi đá phát huy tißm năng cÿa ngußn năng l°ÿng s¿ch, bßn văng t¿i đßa ph°¢ng và h°áng tái māc tiêu phát trián nông nghiåp công nghå cao t¿i Viåt Nam

1.3 Măc tiêu đß tài

Dą án này nhằm phát trián mßt hå thång b¢m năng l°ÿng mặt trãi cho mßt v°ãn ngô rßng 3000�㕚2 vái các māc tiêu sau:

đồ án

- GiÁm są phā thußc vào điån l°ái: Phát trián hå thång đá ho¿t đßng đßc lÁp, nhÃt là t¿i nhăng khu vąc xa xôi hoặc th°ãng xuyên gặp są cå vß điån

- BÁo vå môi tr°ãng: Sā dāng năng l°ÿng tái t¿o đá giÁm l°ÿng khí thÁi carbon, góp phÅn bÁo vå môi tr°ãng

- Tåi °u hóa sā dāng n°ác: Trián khai hå thång t°ái tiêu tą đßng sā dāng năng l°ÿng mặt trãi đá giÁm thiáu l°ÿng n°ác lãng phí và tăng năng suÃt cây trßng

- KhÁ năng áp dāng rßng rãi: ThiÁt kÁ hå thång dã dàng nhân rßng, må rßng khÁ năng āng dāng t¿i các vùng nông thôn khác vái đißu kiån t°¢ng tą

- Phát trián kinh tÁ đßa ph°¢ng: Góp phÅn tăng thu nhÁp cho bà con nông dân thông qua viåc giÁm chi phí đÅu vào và tăng sÁn l°ÿng nông sÁn nhã hå thång t°ái hiåu quÁ Māc tiêu cuåi cùng cÿa dą án là t¿o ra mßt mô hình có thá đ°ÿc áp dāng rßng rãi, không chỉ å cÃp đß đßa ph°¢ng mà còn có thá må rßng sang các khu vąc khác, đặc biåt là trong båi cÁnh năng l°ÿng s¿ch đang đ°ÿc °u tiên phát trián

1.4 Nßi dung nghiên cāu

➢ Tìm hiáu vß biáu đß bāc x¿ NLMT cÿa Viåt Nam và thÁ giái

➢ Tìm hiáu vß điån NLMT Viêt Nam ➢ Tìm hiáu và đánh giá kinh tÁ cÿa dą án ĐMT

➢ Tính toán ląa chán thiÁt bß cho hå thång

đồ án

đồ án

10

CH¯¡NG 2 C¡ Sä LÝ THUYÀT 2.1 Tấm pin nng l°āng m¿t trãi

2.1.1 Cấu t¿o tấm pin nng l°āng m¿t trãi

TÃm pin năng l°ÿng mặt trãi, hay còn gái là tÁ bào quang điån, là thiÁt bß chuyán đái ánh sáng mặt trãi thành điån năng thông qua hiåu āng quang điån CÃu t¿o cÿa chúng bao gßm mßt så thành phÅn chính sau:

Lớp Bán dẫn:

• Silicon: Phá biÁn nhÃt trong sÁn xuÃt tÃm pin mặt trãi Silicon có hai d¿ng

chính là silicon đ¢n tinh thá và đa tinh thá Trong tÁ bào quang điån, silicon đ°ÿc dùng đá t¿o ra láp chuyán tiÁp p-n, n¢i mà electron đ°ÿc giÁi phóng và t¿o ra dòng điån khi tiÁp xúc vái ánh sáng

• Láp P-n Junction: Đ°ÿc t¿o ra bằng cách kÁt hÿp láp p-type (silicon đã đ°ÿc

dùng dopant nh° boron đá t¿o mÁt đß lỗ trång cao) và láp n-type (silicon đã đ°ÿc dùng dopant nh° phosphorus đá t¿o mÁt đß electron cao) Khi ánh sáng mặt trãi chiÁu vào, electron å láp n-type đ°ÿc kích thích và di chuyán qua láp p-type, t¿o ra dòng điån

Lớp Bảo vệ:

• Láp kính chång phÁn chiÁu: Giúp tăng c°ãng khÁ năng hÃp thā ánh sáng và

bÁo vå các láp bên d°ái Kính cjng giúp chång l¿i các yÁu tå môi tr°ãng nh° m°a, bāi, và tác đßng vÁt lý

• Láp EVA (Ethylene-Vinyl Acetate): Là mßt lo¿i keo dẻo, trong suåt, đóng

vai trò là tÃm dính giăa kính và các tÁ bào quang điån, đßng thãi cung cÃp khÁ năng cách điån và bÁo vå chång ẩm cho tÁ bào

đồ án

11

Lớp Đế:

• Tấm đÿ sau (Backsheet): Là láp nằm å mặt sau cÿa tÃm pin, th°ãng đ°ÿc

làm tÿ vÁt liåu chßu đ°ÿc thãi tiÁt và có khÁ năng cách điån tåt Nó giúp bÁo vå tÁ bào quang điån khãi các tác đßng tÿ môi tr°ãng

Khung tấm pin:

• Khung nhôm: Bao quanh các tÃm đá tăng c°ãng đß bßn và hỗ trÿ lÃp đặt

• Hßp kÁt nåi (Junction Box): Chāa các måi nåi điån và bÁo vå các điám kÁt

nåi khãi Ánh h°ång cÿa thãi tiÁt Đây cjng là điám nåi đá tích hÿp tÃm pin vào hå thång điån

Hình 2 1 CÃu t¿o tÃm pin năng l°¢ng mặt trãi

đồ án

12

2.1.2 Nguyên lý ho¿t đßng cÿa pin nng l°āng m¿t trãi

Nguyên lý ho¿t đßng cÿa tÃm pin năng l°ÿng mặt trãi, hay còn gái là tÁ bào quang điån, dąa trên hiåu āng quang điån, mßt quá trình vÁt lý mà å đó ánh sáng mặt trãi đ°ÿc chuyán đái thành điån năng D°ái đây là các b°ác c¢ bÁn diãn ra trong tÁ bào quang điån:

HÃp thā Ánh Sáng: Khi ánh sáng mặt trãi chiÁu vào tÁ bào quang điån, các photon (h¿t ánh sáng) đ°ÿc hÃp thā båi các vÁt liåu bán d¿n nh° silicon Năng l°ÿng cÿa các photon này đÿ lán đá kích thích các electron trong vÁt liåu bán d¿n, giúp chúng v°ÿt qua khoÁng cách tÿ láp bán d¿n n-type sang p-type

T¿o ra Dòng Điån: Khi các electron đ°ÿc kích thích, chúng bß giÁi phóng khãi các nguyên tā silicon và bÃt đÅu di chuyán tą do trong tÁ bào Są di chuyán này t¿o thành dòng điån Đá điån năng đ°ÿc sÁn xuÃt, các electron cÅn mßt đ°ãng đi h°áng tÿ láp n-type sang p-type

LÁp M¿ch Điån: Đá t¿o thành mßt m¿ch điån, các electron tą do s¿ di chuyán qua mßt m¿ch ngoài tÿ láp n-type đÁn p-type Khi qua m¿ch ngoài, các electron này làm viåc nh° viåc cung cÃp năng l°ÿng cho các thiÁt bß điån hoặc l°u tră trong các thiÁt bß l°u tră năng l°ÿng nh° Ãc quy

Quay trå l¿i vß trí ban đÅu: Sau khi di chuyán qua m¿ch ngoài, các electron s¿ quay trå l¿i vß trí ban đÅu trong láp p-type và tiÁp tāc chu kỳ mái khi tiÁp xúc vái ánh sáng mặt trãi

đồ án

13

Chuyán đái Năng l°ÿng: Trong quá trình này, năng l°ÿng ánh sáng đ°ÿc chuyán đái thành điån năng thông qua các tÁ bào quang điån Hiåu suÃt cÿa quá trình chuyán đái này phā thußc vào nhißu yÁu tå, bao gßm chÃt liåu cÿa tÁ bào quang điån, thiÁt kÁ, và đißu kiån môi tr°ãng nh° nhiåt đß và đß sáng

2.1.3 Phân loại

Pin Mặt Trãi Silicon Đ¢n Tinh Thá (Monocrystalline) là lo¿i pin mặt trãi đ°ÿc làm tÿ các tÃm silicon đ¢n tinh thá

• Đ¿c điám: Đ°ÿc làm tÿ mßt khåi silicon đ¢n tinh thá duy nhÃt, có màu đen

hoặc xanh đÁm đßng đßu, th°ãng có các góc cÃt xéo å các góc • Hißu suất: Có hiåu suÃt chuyán đái năng l°ÿng cao nhÃt trong så các lo¿i pin

mặt trãi, th°ãng tÿ 15% đÁn 20% • Giá thành: ĐÃt nhÃt trong så các lo¿i pin mặt trãi do quy trình sÁn xuÃt phāc

t¿p và tỷ lå hao hāt cao cÿa silicon khi cÃt

Hình 2 2 TÃm pin mặt trãi Monocrystalline

đồ án

14

Pin Mặt Trãi Silicon Đa Tinh Thá (Polycrystalline) là mßt lo¿i pin mặt trãi đ°ÿc làm tÿ các tÃm silicon chāa nhißu tinh thá

• Đ¿c điám: Đ°ÿc làm tÿ silicon đa tinh thá, có màu xanh nh¿t, bß mặt không

đßng đßu nh° silicon đ¢n tinh thá • Hißu suất: Có hiåu suÃt chuyán đái năng l°ÿng thÃp h¢n mßt chút so vái pin

đ¢n tinh thá, th°ãng vào khoÁng 13% đÁn 16% • Giá thành: Rẻ h¢n so vái silicon đ¢n tinh thá do quy trình sÁn xuÃt ít phāc

15

• Hißu suất: Th°ãng có hiåu suÃt chuyán đái thÃp nhÃt, khoÁng 10% đÁn 12%,

nh°ng có khÁ năng ho¿t đßng tåt h¢n trong đißu kiån ánh sáng yÁu • Giá thành và āng dăng: Giá thành sÁn xuÃt thÃp, linh ho¿t trong āng dāng vì

có thá áp dāng trên nhißu bß mặt khác nhau nh° kính, kim lo¿i, và nhąa Tuy nhiên, do hiåu suÃt thÃp, chúng chiÁm diån tích lán h¢n đá sÁn xuÃt cùng l°ÿng điån năng

Hình 2 4 TÃm pin Pin Mặt Trãi TÃm Mãng (Thin-Film)

2.3.4 Phương pháp đấu nối

ĐÃu Nåi Nåi TiÁp (Series) • Cách thāc: Các tÃm pin đ°ÿc nåi tiÁp vái nhau bằng cách nåi d°¢ng cÿa tÃm

này vái âm cÿa tÃm kÁ tiÁp • Hißu quÁ: Khi đÃu nåi nåi tiÁp, táng điån áp cÿa hå thång bằng táng điån áp

cÿa tÿng tÃm pin cßng l¿i, trong khi dòng điån trên m¿ch chính giă nguyên nh° dòng điån cÿa mßt tÃm pin đ¢n

đồ án

16

• Āng dăng: Th°ãng đ°ÿc sā dāng khi cÅn tăng điån áp cÿa hå thång đá phù

hÿp vái điån áp đÅu vào cÿa bß biÁn tÅn hoặc đá giÁm tán thÃt điån năng trên đ°ãng dây truyßn tÁi å điån áp thÃp

ĐÃu Nåi Song Song (Parallel) • Cách thāc: Các tÃm pin đ°ÿc nåi song song khi nåi d°¢ng cÿa tÃt cÁ các tÃm

pin vái nhau và nåi âm cÿa tÃt cÁ các tÃm pin vái nhau • Hißu quÁ: Khi đÃu nåi song song, táng dòng điån cÿa hå thång bằng táng dòng

điån cÿa tÿng tÃm pin cßng l¿i, trong khi điån áp trên m¿ch chính giă nguyên nh° điån áp cÿa mßt tÃm pin đ¢n

• Āng dăng: Th°ãng đ°ÿc sā dāng khi cÅn tăng dòng điån táng thá cÿa hå thång

mà không làm thay đái điån áp, phù hÿp cho các hå thång có giái h¿n vß điån áp nh°ng cÅn nhißu dòng điån đá cÃp cho các tÁi lán

2.2 Inverter 2 2.1 Cấu t¿o

Inverter, hay còn gái là bß biÁn tÅn, là mßt thiÁt bß quan tráng trong hå thång điån năng l°ÿng mặt trãi, có chāc năng chuyán đái dòng điån mßt chißu (DC) tÿ tÃm pin mặt trãi thành dòng điån xoay chißu (AC) có thá sā dāng trong các thiÁt bß điån gia dāng hoặc đ°a vào l°ái điån D°ái đây là các thành phÅn chính cÃu t¿o nên mßt inverter:

- Bß PhÁn Đißu Khián: Bß vi xā lý (Microprocessor) hoặc Bß vi đißu khián (Microcontroller): Là trái tim cÿa inverter, chßu trách nhiåm đißu khián toàn bß quá trình chuyán đái dòng điån và giám sát hiåu suÃt ho¿t đßng Nó nhÁn dă liåu tÿ các cÁm biÁn và đißu chỉnh các cáng chuyán m¿ch đá tåi °u hóa chÃt l°ÿng điån năng ra

- CÅu Chuyán M¿ch (Switching Bridge):ThiÁt bß bán d¿n công suÃt (Power Transistors): Sā dāng các transistor công suÃt, th°ãng là MOSFET hoặc IGBT,

đồ án

17

đá chuyán đái dòng DC thành dòng AC bằng cách thay đái nhanh chóng tr¿ng thái tÿ må sang đóng theo mßt tÅn så nhÃt đßnh

- Bß Lác: Bß lác LC (Coil và Capacitor): Dùng đá làm mßn và đißu chỉnh d¿ng

sóng điån áp ra, giúp t¿o ra dòng điån AC hình sin gÅn giång vái dòng điån l°ái, giÁm thiáu nhiãu và tăng hiåu quÁ sā dāng

- M¿ch BÁo Vå: Các cÁm biÁn và R¢le: Nhằm phát hiån và phÁn āng vái các đißu kiån bÃt th°ãng nh° quá tÁi, quá nhiåt, hoặc lỗi m¿ng l°ái, đÁm bÁo an toàn cho cÁ hå thång và thiÁt bß kÁt nåi

- Giao Diån Ng°ãi Dùng: BÁng đißu khián và màn hình hián thß: Cho phép ng°ãi

dùng thiÁt lÁp các thông så ho¿t đßng và hián thß thông tin vß tình tr¿ng ho¿t đßng cÿa inverter, nh° điån áp đÅu vào/ra, công suÃt, và thông báo lỗi

- M¿ch Ngußn: Bß cÃp ngußn (Power Supply): Cung cÃp điån cho bß vi xā lý và

các m¿ch đißu khián khác tÿ ngußn dòng DC cÿa tÃm pin hoặc tÿ m¿ng l°ái điån

Hình 2 5 CÃu t¿o cÿa inverter đồ án

18

2.2.2 N guyên lý ho¿t đßng

Bß biÁn tÅn hay inverter là thiÁt bß trung tâm trong hå thång điån năng l°ÿng mặt trãi, có chāc năng chuyán đái dòng điån mßt chißu (DC) thành dòng điån xoay chißu (AC) Nguyên lý ho¿t đßng cÿa inverter bao gßm các b°ác sau:

NhÁn Dòng Điån Mßt Chißu (DC):

Inverter nhÁn dòng điån mßt chißu tÿ các tÃm pin mặt trãi hoặc tÿ các thiÁt bß l°u tră năng l°ÿng nh° Ãc quy Dòng điån này là kÁt quÁ cÿa viåc chuyán đái năng l°ÿng ánh sáng mặt trãi thành năng l°ÿng điån thông qua các tÁ bào quang điån trong tÃm pin

Chuyán Đái Dòng Điån:

Bß phÁn chính cÿa inverter là cÅu chuyán m¿ch, sā dāng các thiÁt bß bán d¿n công suÃt nh° MOSFET hoặc IGBT Nhăng thiÁt bß này đ°ÿc đißu khián båi bß vi xā lý hoặc bß vi đißu khián, làm viåc nh° các công tÃc điån tā đá må và đóng liên tāc theo mßt m¿u xác đßnh Viåc må và đóng này t¿o ra các d¿ng sóng điån áp gÅn giång vái d¿ng sóng điån áp xoay chißu

T¿o D¿ng Sóng Xoay Chißu:

Quá trình chuyán m¿ch t¿o ra d¿ng sóng điån áp nhanh, th°ãng là d¿ng sóng vuông hoặc sāa đái Đá biÁn d¿ng sóng này thành d¿ng sóng sin thuÅn túy giång nh° dòng điån trong l°ái điån, inverter sā dāng bß lác LC đá làm mßn d¿ng sóng Bß lác này giÁm đß méo và tÅn så cao không mong muån, t¿o ra d¿ng sóng sin phù hÿp đá sā dāng trong gia đình hoặc cung cÃp cho l°ái điån

Đißu Chỉnh và Giám Sát: Inverter liên tāc giám sát điån áp và dòng điån tÿ tÃm pin mặt trãi và đißu chỉnh quá trình chuyán đái đá đÁm bÁo hiåu quÁ tåi °u Nó cjng giám sát các đißu kiån l°ái

đồ án

19

điån đá đÁm bÁo dòng điån đÅu ra phù hÿp vái yêu cÅu cÿa l°ái (vß điån áp, tÅn så và hình d¿ng sóng)

Giao Diån Ng°ãi Dùng và BÁo Vå:

Inverter cung cÃp giao diån ng°ãi dùng vái thông tin vß hiåu suÃt ho¿t đßng và có các m¿ch bÁo vå đá phòng ngÿa quá tÁi, quá nhiåt và các są cå khác Nó cjng đÁm bÁo są an toàn khi kÁt nåi hoặc ngÃt kÁt nåi vái l°ái điån

Inverter không chỉ đ¢n giÁn là chuyán đái dòng điån mà còn đóng vai trò quan tráng trong viåc quÁn lý và tåi °u hóa hiåu suÃt cÿa hå thång điån mặt trãi, đßng thãi đÁm bÁo rằng năng l°ÿng đ°ÿc sÁn xuÃt có thá sā dāng mßt cách an toàn và hiåu quÁ

Hình 2 6 S¢ đß nguyên lý ho¿t đßng cÿa inverter

2.2.3 Phân lo¿i inverter

Inverter trong hå thång điån mặt trãi có thá đ°ÿc phân lo¿i dąa vào nhißu tiêu chí khác nhau, bao gßm cách thāc ho¿t đßng, công nghå, và cách kÁt nåi vái hå thång điån D°ái đây là các lo¿i inverter phá biÁn nhÃt:

Inverter Chuỗi (String Inverter) • Đặc điám: Các tÃm pin mặt trãi đ°ÿc nåi tiÁp thành chuỗi và kÁt nåi vái mßt

inverter Th°ãng dùng cho các hå thång cỡ trung bình đÁn lán • ¯u điám: Chi phí thÃp h¢n so vái các lo¿i inverter khác, dã bÁo trì

đồ án

- Microinverter • Đặc điám: Mỗi tÃm pin mặt trãi đ°ÿc gÃn mßt microinverter nhã • ¯u điám: Tåi °u hóa hiåu suÃt tÿng tÃm pin riêng lẻ, giÁm Ánh h°ång cÿa bóng

râm hoặc bẩn Tăng khÁ năng theo dõi và quÁn lý tÿng tÃm pin • Nh°ÿc điám: Chi phí cao h¢n so vái inverter chuỗi, phāc t¿p h¢n trong viåc

lÃp đặt và bÁo trì

Hình 2 8 Micro inverter đồ án

lán

Hình 2 9 Micro inverter Inverter Hybrid (Hybrid Inverter)

• Đặc điám: Có khÁ năng kÁt hÿp năng l°ÿng tÿ pin mặt trãi và l°ái điån, cjng nh° tÿ các ngußn l°u tră năng l°ÿng nh° Ãc quy

• ¯u điám: Tích hÿp sẵn chāc năng quÁn lý l°u tră năng l°ÿng, có thá ho¿t đßng đßc lÁp hoặc kÁt nåi vái l°ái

• Nh°ÿc điám: Chi phí cao h¢n, phāc t¿p h¢n trong thiÁt kÁ và bÁo trì

đồ án

22

Hình 2 10 Inverter hybird Inverter Đa Chāc Năng (Multi-Mode Inverter)

• Đặc điám: Có thá tą đßng chuyán đái giăa ho¿t đßng đßc lÁp và kÁt nåi l°ái,

phù hÿp cho các hå thång năng l°ÿng mặt trãi có Ãc quy dą phòng • ¯u điám: Linh ho¿t trong các tình huång cÃt điån và có khÁ năng quÁn lý năng

l°ÿng hiåu quÁ • Nh°ÿc điám: Chi phí cao và yêu cÅu hå thång quÁn lý năng l°ÿng phāc t¿p

2.3 Các hß thång nng l°āng m¿t trãi 2.3 1 Hß đßc l¿p (off grid solar system)

Hình 2 11 Hå đßc lÁp đồ án

23

Hå thång đßc lÁp là lo¿i hå thång điån không kÁt nåi vái l°ái điån quåc gia, chÿ yÁu phāc vā cho nhu cÅu điån cÿa các ngôi nhà, trang tr¿i, ph°¢ng tiån di chuyán nh° tàu bè, hoặc các khu vąc hẻo lánh nh° đÁo xa Hå thång này sā dāng các tÃm pin mặt trãi (PV) đá chuyán đái năng l°ÿng mặt trãi thành điån mßt chißu (DC), sau đó điån này đ°ÿc l°u tră trong các pin (Ãc quy) và chuyán đái thành điån xoay chißu (AC) bằng bß biÁn tÅn đá sā dāng trong các thiÁt bß điån NÁu sÁn l°ÿng điån phát ra cao h¢n nhu cÅu tiêu thā, phÅn điån d° s¿ đ°ÿc sā dāng đá s¿c l¿i hå thång pin l°u tră Vào ban đêm hoặc khi không có ánh sáng mặt trãi, điån DC tÿ pin s¿ đ°ÿc chuyán thành

AC thông qua bß biÁn tÅn đá cung cÃp điån cho các tÁi tiêu thā

2.3 2 Hß hòa l°ái (on grid solar system)

Hình 2 12: Hệ hòa lưới

Hå thång điån mặt trãi hòa l°ái là mßt hå thång điån ho¿t đßng kÁt nåi và song song vái l°ái điån quåc gia, đßng thãi cung cÃp điån cho các thiÁt bß sā dāng nhằm tåi °u hóa viåc sā dāng điån mặt trãi, giúp tiÁt kiåm chi phí điån năng

Các tr°ãng hÿp ho¿t đßng cÿa hå thång điån mặt trãi hòa l°ái bao gßm Khi sÁn l°ÿng điån v°ÿt quá nhu cÅu tiêu thā: Trong tr°ãng hÿp này, điån năng sÁn xuÃt ra s¿ đáp āng đÅy đÿ nhu cÅu tiêu thā và phÅn d° thÿa s¿ đ°ÿc hòa vào l°ái

đồ án

Vào ban đêm: Do không có sÁn xuÃt điån tÿ hå thång mặt trãi, toàn bß nhu cÅu điån s¿ đ°ÿc cung cÃp hoàn toàn tÿ l°ái điån

Nhăng đißu này cho thÃy hå thång điån mặt trãi hòa l°ái không chỉ giúp tåi °u hóa chi phí năng l°ÿng mà còn góp phÅn vào są án đßnh và an toàn cÿa hå thång điån táng thá

2.3.3 Hß hòa l°ái có l°u tră

Hình 2 12 Hå hòa l°ái có l°u tră

đồ án

Khi sÁn l°ÿng điån mặt trãi không đÿ đáp āng nhu cÅu tiêu thā: - NÁu pin l°u tră còn điån: Điån tÿ hå thång mặt trãi s¿ đ°ÿc sā dāng trąc tiÁp và phÅn thiÁu hāt s¿ đ°ÿc bá sung tÿ pin l°u tră

- NÁu pin l°u tră hÁt điån: Điån tÿ hå thång mặt trãi s¿ v¿n đ°ÿc sā dāng trąc tiÁp và phÅn thiÁu s¿ đ°ÿc bù tÿ l°ái điån

Trong tr°ãng hÿp mÃt điån l°ái: Hå thång điån mặt trãi v¿n có thá ho¿t đßng, và các tÁi tiêu thā s¿ đ°ÿc cung cÃp điån hoàn toàn tÿ pin l°u tră, đÁm bÁo są liên tāc cÿa ngußn cung cÃp điån

Nhăng tr°ãng hÿp này cho thÃy są linh ho¿t và hiåu quÁ cÿa hå thång hòa l°ái có l°u tră trong viåc đáp āng nhu cÅu điån năng, cjng nh° đÁm bÁo an toàn và án đßnh cho ngußn cung điån

2.4 Các nguyên nhân gây Ánh h°ång đÁn hißu suất cÿa tấm PV 2.4 1 Nhißt đß

Nhiåt đß tác đßng trąc tiÁp lên hiåu suÃt cÿa các tÁ bào quang điån båi nó Ánh h°ång đÁn đặc tính cÿa vÁt liåu bán d¿n, vái nhiåt đß cao làm giÁm bß rßng cÿa vùng cÃm trong chÃt bán d¿n Khi nhiåt đß giÁm, hiåu suÃt cÿa tÃm pin năng l°ÿng mặt trãi (PV) tăng lên, nh°ng l¿i giÁm khi nhiåt đß tăng cao do są giÁm điån áp giăa các tÁ bào Tuy nhiên, đißu này không có nghĩa là vào mùa đông các tÃm PV s¿ sÁn xuÃt ra nhißu điån h¢n vì så giã nÃng và māc bāc x¿ mặt trãi, yÁu tå chÿ chåt quyÁt đßnh sÁn l°ÿng cÿa tÃm PV, th°ãng giÁm trong mùa này

đồ án

26

Trong Hình 2.14, chúng ta có thá thÃy rằng công suÃt thąc tÁ cÿa tÃm PV bÃt đÅu suy giÁm khi nhiåt đß v°ÿt qua 30 đß C Måi quan hå giăa nhiåt đß và hiåu suÃt cÿa tÃm PV đ°ÿc minh háa chi tiÁt h¢n qua Hình 2.15 và Hình 2.16, cho thÃy są biÁn đßng cÿa công suÃt t¿i các khoÁng nhiåt đß khác nhau

Hình 2 13 Công suÃt tÃm PV bß Ánh h°ång do nhiåt đß

Hình 2 14 Są tác đßng cÿa nhiåt đß đÁn biáu đß P-V

đồ án

đồ án

28

Hình 2 16 Đặc tính I-V Ánh h°ång båi bāc x¿

Hình 2 17 Są tác đßng cÿa bāc x¿ đÁn biáu đß P-V

đồ án

29

2.3 3 Hißn t°āng đé bóng

Khi mßt phÅn hoặc toàn bß tÃm pin mặt trãi (PV) bß che khuÃt, hiåu suÃt sÁn xuÃt điån cÿa hå thång s¿ bß Ánh h°ång đáng ká Trong mßt m¿ng l°ái các tÃm PV đ°ÿc nåi tiÁp, nÁu mßt tÃm không nhÁn đÿ ánh sáng mặt trãi do bß che phÿ, đißu này s¿ làm giÁm táng l°ÿng điån sÁn xuÃt cÿa chuỗi Đá h¿n chÁ tình tr¿ng mÃt mát năng l°ÿng này, các đi-åt r¿ nhánh đ°ÿc lÃp đặt song song vái các tÃm PV Nhăng đi-åt này giúp duy trì dòng điån liên tāc cho chuỗi pin, ngay cÁ khi mßt trong các tÃm bß che khuÃt, đÁm bÁo rằng hå thång v¿n có thá ho¿t đßng hiåu quÁ

Hình 2 18 Hiåu suÃt cÿa tÃm pin bß tác đßng do đá bóng

2.3 4 Góc nghiêng và đßnh h°áng cho hß thång

Đá tåi °u hóa khÁ năng thu bāc x¿ mặt trãi, các tÃm pin mặt trãi (PV) nên đ°ÿc h°áng vß phía nam å bán cÅu BÃc Lý t°ång nhÃt là các tÃm này nghiêng trong khoÁng tÿ 30 đÁn 40 đß, đá bß mặt cÿa tÃm pin gÅn nh° vuông góc vái ánh sáng mặt trãi Viåc nghiêng tÃm pin không chỉ tåi °u hóa viåc thu năng l°ÿng mà còn giúp lo¿i bã bāi bẩn và n°ác m°a trên bß mặt, tÿ đó cÁi thiån hiåu quÁ sÁn xuÃt điån cÿa hå thång

đồ án