Đề tài tính toán hệ thống năng lượng mặt trời 10kwp

Không gây ô nhiễm môi trường và không tiêu tốn nguồn tài nguyên hạn chế, năng lượng mặt trời đã trở thành một giải pháp quan trọng để đảm bảo nguồn điện bền vững cho tương lai.Với điều k

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT - CÔNG NGHỆ CẦN

THƠ KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG

-&&&&&&

-MÔN: HỆ THỐNG NĂNG LƯỢNG

ĐỀ TÀI: TÍNH TOÁN HỆ THỐNG

NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI 10Kwp

Lớp: Kỹ thuật năng lượng 0121

Cần Thơ – 1/2024

MỤC LỤC

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN 4

LỜI NÓI ĐẦU 5

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI 6

1.1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI 6

1.1.1 Tính ứng dụng của đề tài 6

1.1.2 Mục đích nghiên cứu 7

1.2 NỘI DUNG ĐỀ TÀI 7

1.3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 7

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 8

2.1 MẶT TRỜI VÀ NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI 8

2.2 TẤM PIN MẶT TRỜI 8

2.3 CẤU TẠO CỦA PIN MẶT TRỜI 9

2.3.1 Khung nhôm 10

2.3.2 Lớp kính cường lực 10

2.3.3 Lớp EVA 10

2.3.4 Các lớp CELL 10

2.3.5 Lớp mặt lưng 11

2.3.6 Juntion Box 11

2.4 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA PIN MẶT TRỜI 11

2.5 CÁC THÀNH PHẦN CỦA HỆ THỐNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI ĐỘC LẬP 11

2.5.2 Bộ biến tần (inverter): 12

2.5.3 Pin lưu trữ (battery): 12

2.5.4 Bộ điều khiển: 13

2.5.5 Thiết bị bảo vệ (protection device): 14

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG PIN 15

NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI ĐỘC LẬP 15

3.1 TÍNH TOÁN PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI 15

3.1.1 Những thiết bị dùng trong gia đình 15

3.1.2 Xác định tổng lượng điện tiêu thụ mỗi ngày 16

3.1.3 Tính pin mặt trời 16

3.2 TÍNH TOÁN INVERTER 16

3.2.1 Chọn Inverter Độc Lập 3kw(Inverter Off Grid 3kw) Grandglow 17

3.3 TÍNH BATTERY 19

3.3.1 Chọn Pin 48V-100AH bằng lithiumLIFePo4 19

3.4 TÍNH SOLAR CHARGE CONTROLLER( BỘ ĐIỀU KHIỂN SẠC ) 20

CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN 21

TÀI LIỆU THAM KHẢO 22

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN

LỜI NÓI ĐẦU

Trong quá trình phát triển của loài người, việc sử dụng năng lượng cho sinh hoạt, phát triển khoa học công nghệ được xem là một cột mốc quan trọng Vì nhu cầu sử dụng năng lượng ngày càng nhiều, mà năng lượng hóa thạch ngày càng cạn kiệt, ảnh hưởng xấu đến sự phát triển của xã hội và môi trường sống Hiện nay, đất nước ta đang trên con đường công nghiệp hóa - hiện đại hóa nên nhu cầu sử dụng điện năng trong tất cả các lĩnh vực ngày càng tăng

Vì vậy năng lượng điện có vai trò hết sức quan trọng đối với sự phát triển kinh tế và ổn định chính trị xã hội.Nên chúng ta cần phải tìm kiếm các nguồn năng lượng thay thế, thân thiện với môi trường, chi phí thấp, có thể tái sinh và dễ sử dụng Hiện nay, năng lượng mặt trời, gió, thủy điện, đốt rác sinh khối, đang được ứng dụng rộng rãi để sản xuất điện Và năng lượng mặt trời được xem là nguồn năng lượng vô tận, đáp ứng được hầu hết các tiêu chí trên

Năng lượng mặt trời không chỉ là năng lượng của tương lai và còn là năng lượng của hiện tại

Việt Nam có tiềm năng lớn về năng lượng mặt trời, với số giờ nắng trung bình từ 2.500 - 3.000 giờ/năm Trong những năm gần đây, Việt Nam đã có nhiều nỗ lực để phát triển năng lượng mặt trời, và đã đạt được những thành tựu đáng kể.Năng lượng mặt trời là nguồn năng lượng sạch, được tạo ra từ ánh sáng mặt trời Không gây ô nhiễm môi trường và không tiêu tốn nguồn tài nguyên hạn chế, năng lượng mặt trời đã trở thành một giải pháp quan trọng để đảm bảo nguồn điện bền vững cho tương lai.Với điều kiện tự nhiên phù hợp để phát triển, thì việc thiết kế

hệ thống điện Mặt Trời cho các hộ gia đình không những giúp giảm tải một phần điện lưới Quốc Gia, mà còn giúp người dân có nguồn điện ổn định để sử dụng

Đề tài này sẽ giới thiệu chi tiết các ứng dụng năng lượng mặt trời, cũng như cách tính toán một hệ thống năng lượng mặt trời một cách đơn giản, chi phí hợp lí, hiệu quả cao.

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI

Ước tính, mỗi tỉ kWh điện sản xuất từ than đá gây ra 24,5 ca tử vong,

225 ca bệnh nghiêm trọng và hơn 13.000 vấn đề sức khỏe khác Khaithác than đá cũng gây xói mòn đất, sụt lún và ô nhiễm nguồn nước, Việt Nam có tiềm năng lớn về phát triển điện mặt trời do nằm ở khu vựccận xích đạo, với tổng số giờ nắng cao lên đến 2.500 giờ/năm Theo cácnghiên cứu, mỗi mét vuông của lãnh thổ Việt Nam nhận được khoảng 4-5kWh ánh sáng Mặt trời mỗi ngày, tương đương với hơn 1.500 kWh ánhsáng Mặt trời mỗi năm, tổng lượng bức xạ trung bình năm vào khoảng230-250 kcal/cm2/ngày

Vì thế, việc sử dụng năng lượng mặt trời sẽ cho phép phát huy tiềm năngsẵn có này để đáp ứng nhu cầu điện ngày càng tăng cao và phù hợp vớichiến lược phát triển năng lượng tái tạo Hơn hết việc xây dựng và ứngdụng năng lượng mặt trời sẽ giúp cung cấp điện cho những nơi không thểkết nối với lưới điện quốc gia đặc biệt là vùng nông thôn, vùng núi, cáchuyện đảo như (Hoàng Sa, Trường Sa) từ đó góp phần cho việc giúpphát triển cuộc sống và tương lai cho người dân

Vì thế chúng ta nên nghiên cứu tìm hiểu về các nguồn năng lượng mới và

sử dụng chúng một cách có hiệu quả để góp phần cải thiện sự ô nhiễmmôi trường, thúc đẩy sự phát triển kinh tế và xã hội

1.1.1 Tính ứng dụng của đề tài

 Hệ thống điện năng lượng mặt trời độc lập có thể được ứng dụng trong nhiều lĩnhvực, bao gồm:

 Cung cấp điện cho các hộ gia đình, văn phòng,

 Cung cấp điện cho các trạm bơm nước, các thiết bị điện ở nông thôn,

 Cung cấp điện cho các thiết bị điện ở các khu vực chưa có lưới điện quốc gia,

Cụ thể hơn, các lý do cụ thể để chọn đề tài năng lượng mặt trời độc lập có thể bao gồm:

Tính cấp thiết: Hệ thống điện năng lượng mặt trời độc lập là một giải pháp cung cấp điện

hiệu quả, thân thiện với môi trường Giải pháp này cần được nghiên cứu và phát triển đểđáp ứng nhu cầu sử dụng điện ngày càng tăng của xã hội

Tính mới mẻ: Hệ thống điện năng lượng mặt trời độc lập là một lĩnh vực mới, có nhiều

tiềm năng phát triển Nghiên cứu về hệ thống này sẽ giúp nâng cao hiểu biết về lĩnh vựcnày và góp phần phát triển công nghệ năng lượng mặt trời

Tính khả thi: Hệ thống điện năng lượng mặt trời độc lập đã được nghiên cứu và phát triển

ở nhiều nước trên thế giới Tại Việt Nam, hệ thống này cũng đã được ứng dụng trong thực

tế Điều này cho thấy hệ thống này có tính khả thi cao

1.1.2 Mục đích nghiên cứu

 Giới thiệu và đánh giá tổng quan về năng lượng mặt trời tại Việt Nam

 Giới thiệu các thiết bị, công cụ trong việc lắp đặt và xây dựng một hệthống năng lượng mặt trời độc lập

 Giới thiệu về nguyên lý hoạt động của hệ thống điện năng lượng mặt trời độc lập

 Thiết kế hệ thống năng lượng mặt trời theo công suất định trước

 Tính toán, xác định các thông số tiêu chuẩn trong lắp đặt và vận hành

1.2 NỘI DUNG ĐỀ TÀI

o Nghiên cứu hệ thống điện năng lượng mặt trời độc lập giúp nâng cao khả năng thiết kế vàthi công hệ thống, đáp ứng nhu cầu sử dụng của các hộ gia đình, doanh nghiệp,

o Nghiên cứu hệ thống điện năng lượng mặt trời độc lập tìm hiểu các giải pháp nâng cao hiệuquả của hệ thống, bao gồm các giải pháp về thiết kế, lắp đặt, vận hành, bảo dưỡng,

o Đề xuất các giải pháp ứng dụng hệ thống điện năng lượng mặt trời độc lập

1.3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

 Tìm hiểu lý thuyết để xây dựng một hệ thống năng lượng mặt trời độc lập10Kwp

 Tìm hiểu các đề tài liên quan, tính toán chọn phương án ứng dụng phù hơpvới thực tế

nhân, trong đó hydro được

chuyển hóa thành heli Năng

lượng này được truyền đến

Trái Đất dưới dạng bức xạ điện từ, bao gồm ánh sáng nhìn thấy, tia hồngngoại, tia cực tím

Năng lượng mặt trời là năng lượng được tạo ra từ bức xạ mặt trời Đây lànguồn năng lượng vô tận, sạch và thân thiện với môi trường Năng lượngmặt trời có thể được sử dụng để tạo ra điện, sưởi ấm, chiếu sáng

 Các hình thức sử dụng năng lượng mặt trời

Năng lượng mặt trời có thể được sử dụng theo nhiều cách khác nhau, bao gồm:

 Năng lượng mặt trời tập trung (CSP): sử dụng các gương để tập trung ánhsáng mặt trời vào một điểm, nơi nhiệt độ có thể đạt tới hàng trăm độ C.Nhiệt lượng này có thể được sử dụng để tạo ra hơi nước, quay tuabin đểphát điện, hoặc cung cấp nhiệt cho các ứng dụng công nghiệp

 Năng lượng mặt trời quang điện (PV): sử dụng các tế bào quang điện đểchuyển đổi ánh sáng mặt trời thành điện trực tiếp

 Năng lượng mặt trời nhiệt (TSH): sử dụng các ống chân không hoặc tấmphẳng để hấp thụ nhiệt từ ánh sáng mặt trời Nhiệt lượng này có thể được

sử dụng để sưởi ấm nước, không khí hoặc các ứng dụng công nghiệp

 Năng lượng mặt trời sinh học (BSO): sử dụng ánh sáng mặt trời để thúcđẩy quá trình quang hợp, tạo ra năng lượng trong các sinh vật sống

2.2 TẤM PIN MẶT TRỜI.

- Tấm pin mặt trời là một thiết bị quang điện có khả năng chuyển đổi nănglượng ánh sáng mặt trời thành điện năng Tấm pin mặt trời được cấu tạo từcác tế bào quang điện (solar cell), là các thiết bị bán dẫn có khả năng hấpthụ ánh sáng và tạo ra dòng điện

 Ưu điểm và nhược điểm của pin mặt trời

- Vô tận: năng lượng mặt trời là nguồn năng lượng vô tận, không baogiờ cạn kiệt.

- Sạch: năng lượng mặt trời không phát thải khí nhà kính hoặc cácchất ô nhiễm khác, thân thiện với môi trường

- Thân thiện với người dùng: năng lượng mặt trời có thể được sử dụng

ở mọi nơi, không cần xây dựng các cơ sở hạ tầng phức tạp

- Pin mặt trời có tiềm năng phát triển rất lớn, có thể đáp ứng mộtphần lớn nhu cầu năng lượng của thế giới Theo Cơ quan Năng lượngQuốc tế (IEA), năng lượng mặt trời có thể đáp ứng 100% nhu cầunăng lượng toàn cầu vào năm 2050

 Tuy nhiên, để phát triển năng lượng mặt trời cần giải quyết các vấn

đề như chi phí ban đầu cao, biến đổi thất thường của bức xạ mặttrời Các công nghệ mới đang được phát triển để khắc phục các vấn

đề này, giúp năng lượng mặt trời trở nên cạnh tranh hơn và sẵn sàngđáp ứng nhu cầu

2.3 CẤU TẠO CỦA PIN MẶT TRỜI

nhau thành các mô-đun (module) hoặc tấm quang điện (solar panel)

- Các tế bào quang điện có thể được làm từ nhiều loại vật liệu khácnhau, phổ biến nhất là silic

- Tế bào quang điện silic được làm từ hai lớp silic, một lớp silic loại p

và một lớp silic loại n Lớp silic loại p có nhiều lỗ trống, còn lớp silicloại n có nhiều electron Khi ánh sáng chiếu vào tế bào quang điện,các lỗ trống và electron sẽ kết hợp với nhau, tạo ra dòng điện

Canadian Solar, thậm chí khung

nhôm còn được anode hóa và gia cố thanh ngang để tăng độ cứng cáp chotấm pin Màu sắc phổ biến của khung nhôm là bạc

2.3.2 Lớp kính cường lực

- Giúp bảo vệ solar cell khỏi các

tác động của thời tiết như nhiệt độ,

mưa, tuyết, bụi, mưa đá (đường

kính 2,5cm trở xuống) và các tác

động va đập khác từ bên ngoài

- Kính cường lực được thiết kế có

độ dày từ 2-4mm (đa số là khoảng

3.2-3.3mm) để đảm bảo vừa đủ

khả năng bảo vệ và duy trì được độ

trong suốt cho tấm pin mặt trời (ánh sáng ít bị phản xạ, khả năng hấp thụtốt)

2.3.4 Các lớp CELL

- Lớp Solar cell (tế bào quang

điện)

- Pin mặt trời được cấu tạo từ nhiều

đơn vị nhỏ hơn là solar cell Những

loại pin năng lượng mặt trời thông

dụng như mono và poly được làm

polymer, nhựa PP, PVF, PET Tấm

nền có độ dày khác nhau tùy vào

hãng sản xuất

- Phần lớn tấm nền sẽ có màu

trắng.w

2.3.6 Juntion Box

- Hộp đấu dây (junction box) nằm ở

phía sau cùng, là nơi tập hợp và chuyển năng lượng điện được sinh ra từtấm pin năng lượng mặt trời ra ngoài Vì đây là điểm trung tâm nên đượcthiết kế bảo vệ khá chắc chắn

2.4 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA PIN MẶT TRỜI

- Nguyên lý hoạt động của pin mặt trời dựa trên hiệu ứng quang điện Hiệuứng quang điện là hiện tượng một vật liệu bán dẫn bị kích thích bởi ánhsáng, tạo ra dòng điện

- Khi ánh sáng chiếu vào tế bào quang điện, các photon của ánh sáng sẽ

va chạm với các electron trong vật liệu bán dẫn Các electron này sẽ bịkích thích và di chuyển từ vùng hóa trị sang vùng dẫn Sự di chuyển củacác electron này tạo ra dòng điện

như sau:

Bước 1: Ánh sáng mặt trời chiếu vào tấm pin năng lượng mặt trời

Bước 2: Các photon của ánh sáng mặt trời sẽ va chạm với các electrontrong vật liệu bán dẫn của tấm pin năng lượng mặt trời

Bước 3: Các electron bị kích thích và di chuyển từ vùng hóa trị sang vùngdẫn

Bước 4: Dòng điện sẽ được tạo ra bởi sự di chuyển của các electron này.Dòng điện tạo ra bởi tấm pin năng lượng mặt trời có thể được sử dụng trực

2.5 CÁC THÀNH PHẦN CỦA HỆ THỐNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI ĐỘC LẬP

- Hệ thống năng lượng mặt trời độc lập là hệ thống sử dụng năng lượngmặt trời để tạo ra điện năng và cung cấp điện cho các thiết bị điện trongnhà hoặc các công trình khác mà không cần kết nối với lưới điện

 Hệ thống này thường bao gồm các thành phần sau:

2.5.1 Tấm Pin (solar panel): là thành phần chính của hệ thống năng

lượng mặt trời, có chức năng chuyển đổi năng lượng ánh sáng mặt trờithành điện năng

o Khi lựa chọn tấm Pin cho hệ thống năng lượng mặt trời độc lập, cần lưu ý các yếu tố sau:

 Công suất: Công suất là yếu tố quan trọng nhất cần xem xét, cần lựachọn công suất tấm Pin phù hợp với nhu cầu sử dụng điện của giađình hoặc doanh nghiệp

 Hiệu suất: Hiệu suất tấm Pin là yếu tố cần cân nhắc, cần lựa chọnloại tấm Pin có hiệu suất cao để sản xuất nhiều điện hơn

 Chi phí: Chi phí là yếu tố cần xem xét, cần lựa chọn loại tấm Pin cóchi phí phù hợp với ngân sách

o Lưu ý khi lắp đặt và bảo

- Việc bảo dưỡng tấm Pin: tấm

Pin cần được bảo dưỡng định kỳ

để đảm bảo hiệu suất hoạt

động và kéo dài tuổi thọ - Việc

bảo dưỡng mô-đun quang điện

thường bao gồm các công việc

sau:

Kiểm tra xem mô-đun quang

điện có bị hư hỏng hay không, nếu có cần thay thế ngay.Vệ sinh đun quang điện bằng khăn mềm, tránh sử dụng chất tẩy rửa

mô-2.5.2 Bộ biến tần (inverter):

- Bộ biến tần có chức năng chuyển đổi dòng điện một chiều (DC) từ tấmPin thành dòng điện xoay chiều (AC) phù hợp với nhu cầu sử dụng của cácthiết bị điện

 Các yếu tố cần lưu ý khi lựa chọn bộ biến tần inverter:

- Công suất bộ biến tần: Công

suất bộ biến tần cần phù hợp

với tổng công suất của các thiết

bị điện trong hệ thống

- Tần số đầu ra: Tần số đầu ra

của bộ biến tần cần phù hợp với

tần số lưới điện cũng như điện

áp định mức của thiết bị điện

- Điện áp đầu ra: Điện áp đầu ra

của bộ biến tần cần phù hợp với

điện áp của các thiết bị điện

trong hệ thống

- Chức năng: Bộ biến tần inverter

cần có các chức năng phù hợp

với nhu cầu sử dụng của hệ thống

- Chi phí: Chi phí là yếu tố cần cân nhắc, cần lựa chọn loại bộ biến tầninverter có chi phí phù hợp với ngân sách

2.5.3 Pin lưu trữ (battery):

- Pin lưu trữ có chức năng lưu trữ điện năng dư thừa hệ thống năng lượngmặt trời để sử dụng vào ban đêm hoặc khi thời tiết không thuận lợi

 Phân loại:

- Pin axit chì: Pin axit

chì là loại pin lưu trữ

phổ biến nhất, có chi

phí thấp, nhưng tuổi

thọ ngắn, khoảng 3-5

năm

- Pin lithium: Pin

lithium là loại pin lưu

trữ có hiệu suất cao,

tuổi thọ lâu, khoảng

10-15 năm, nhưng chi

phí cao hơn pin axit

chì

 Lưu ý khi chọn Pin:

- Dung lượng pin: Dung lượng pin là yếu tố quan trọng nhất cần xem xét,cần lựa chọn dung lượng pin phù hợp với nhu cầu sử dụng điện của giađình hoặc doanh nghiệp

- Tuổi thọ pin: Tuổi thọ pin là yếu tố cần cân nhắc, cần lựa chọn loại pin cótuổi thọ lâu để tiết kiệm chi phí thay thế

- Chi phí: Chi phí là yếu tố cần xem xét, cần lựa chọn loại pin có chi phíphù hợp với ngân sách

2.5.4 Bộ điều khiển:

- Bộ điều khiển là một thành phần quan trọng của hệ thống điện nănglượng mặt trời độc lập, có chức năng kiểm soát và bảo vệ hệ thống

- Kiểm soát tối ưu hóa sản

lượng điện năng: Bộ điều

khiển có thể tối ưu hóa sản

lượng điện năng của hệ thống,

giúp hệ thống sản xuất nhiều

điện hơn

- Kiểm soát sạc pin: Bộ điều

khiển có thể kiểm soát sạc

pin, đảm bảo pin được sạc an

toàn và hiệu quả

- Kiểm soát xả pin: Bộ điều

khiển có thể kiểm soát xả pin,

đảm bảo pin không bị xả quá

mức, do đó kéo dài tuổi thọ

của pin

- Kiểm soát cân bằng hệ thống: Bộ điều khiển có thể cân bằng hệ thống,đảm bảo các mô-đun quang điện hoạt động đồng đều

2.5.5 Thiết bị bảo vệ (protection device):

- Thiết bị bảo vệ có chức năng bảo vệ hệ thống năng lượng mặt trời khỏicác sự cố điện như quá áp, quá dòng,

 Một số phụ kiện của 1 hệ thống năng lượng mặt trời:

- Giá đỡ (mounting): Giá đỡ có chức năng giữ cố định tấm Pin trên mái nhàhoặc mặt đất

- Mạch ngắt (circuit breaker): Mạch ngắt có chức năng ngắt điện khi xảy ra

sự cố.- - Công tắc (switch): Công tắc có chức năng bật/tắt hệ thống nănglượng mặt trời