Đồ Án hệ thống Điện thiết kế hệ thống Điện năng lượng mặt trời hoà lưới cho thiết kế hệ thống Điện mặt trời cho hộ gia Đình 3kw

Điện mặt trời tuy còn một số vấn đề chưa được giải quyết như quá tải cục bộ vào buôi trưa vốn là giờ thấp điểm và biến động lớn theo điều kiện môi trường, nhưng điện mặt trời vẫn được đ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRUONG DAI HOC CAN THO KHOA CÔNG NGHỆ

DO AN HE THONG DIEN

NANG LWONG MAT TROI HOALUOI CHO

CAN BQ HUONG DSINH VIÊN THỰC HIỆN ThS Nguyen HaoDh@mang Hing(MSSV: B1703067) Nganh: |

Thang 5/2021

TRƯỜNG DAI HOC CAN THO CONG HOA XA HOI CHU NGHIA VIET NAM

KHOA CONG NGHE Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

Cân Thơ, ngày tháng năm 20

DE CUONG HE THONG DIEN

HOC KY II, NAM HOC: 2020-2021

1 Họ và tên sinh viên: Lê Quang Hùng MSSV: B1703067

Ngành: Kỹ thuật Điện — Điện tử Khóa: 43

Email: hungb1703067@student.ctu.edu.vn DT: 0334986115

2 Tén dé tai: THIET KE HE THONG DIEN NANG

LUGNG MAT TROI CHO HO GIA DINH

3 Dia diém thuc hién: Khoa Công nghệ khu II Đại học Cần Thơ

4 Họ và tên người hướng dẫn : ThS Nguyễn Hào Nhán

5 Mục tiêu của đề tài: giúp giảm tài điện lưới Quốc Gia và thu lợi nhuận kinh tế

cho chủ hộ

6 Các nội dung chính và giới hạn của đề tài:

- Nội dung chính của đề tài:

CHƯƠNG 1: GIGI THIEU VE NANG LUGNG MAT TROI

CHUGNG 2: CO SG LY THUYET HE THONG DIEN MAT TROI

CHUONG 3: THIET KE HE THONG DIEN MAT TROI HOA LUGI CHO HO GIA BINH

CHUGNG 4: TINH TOAN HIEU QUA KINH TE CUA HE THONG

- Giới hạn của đề tài: Chi thiết kế hệ thông nhỏ do hạn chế diện tích lắp đặt

7 Các yêu cầu hỗ trợ cho việc thực hiện đề tài: Mong nhận được nguồn tài liệu từ

các giảng viên đặc biệt là cán bộ hướng dân đề tài luận van

SINH VIÊN ĐỀ NGHỊ

(Ký tên và ghi rõ họ tên)

LỜI NÓI ĐẦU

Kinh tế nước ta ngày càng phát triển, kéo theo đó nhu cầu sử dụng năng lượng điện ngày càng tăng cao Trong khi đó tiềm năng phát triển thuỷ điện gần

như đã không còn, nhiệt điện than tuy ổn định và còn có thể phát triển thêm nhưng

với tình trạng biến đối khí hậu ngày càng tôi tệ như hiện nay thì đó không còn là

giải pháp tốt nhất

Điện mặt trời tuy còn một số vấn đề chưa được giải quyết như quá tải cục bộ

vào buôi trưa vốn là giờ thấp điểm và biến động lớn theo điều kiện môi trường,

nhưng điện mặt trời vẫn được đánh giá là nguồn năng lượng tái tạo dồi dào và là xu hướng trong tương lai và đặc biệt nêu được kết hợp cùng hệ thông lưu trữ lớn thì có thê trở thành một nguồn năng lượng ôn định

Việt Nam vốn có tiềm năng lớn về điện Mặt Trời Trung bình, tổng bức xạ

năng lượng mặt trời ở nước ta vào khoảng 5 kW/h/m2/ngày ở các tỉnh miền Trung

và miền Nam và vào khoảng 4 kW/h/m2/ngày ở các tỉnh miền Bắc Từ dưới vĩ

tuyến 17, bức xạ mặt trời không chỉ nhiều mà còn rất ôn định trong suốt thời gian

của năm, giảm khoảng 20% từ mùa khô sang mùa mưa Số giờ nắng trong năm ở miền Bắc vào khoảng 1.500 -1.700 giờ trong khi ở miền Trung và miền Nam Việt

Nam, con số này vào khoảng 2000 - 2600 giờ mỗi năm

Với điều kiện tự nhiên phù hợp đề phát triên, thì việc thiết kế hệ thông điện

Mặt Trời hòa lưới cho các hộ gia đình không những giúp giảm tải một phần điện lưới Quốc Gia, mà còn giúp người dân có nguồn điện ôn định đề sử dụng và giúp

hiệu quả về mặt kinh tế cho nhà đầu tư.

MỤC LỤC

nI0900 92 i ni0/9806I6:I0 2 Hi

DANH MUC CHU VIET TAT occcccccccccccccccccccecsecccccecececescececscevesssssstesesevesesssseuesees Vv 8.0 :8,00/9.6 0:00 vi CHƯƠNG l: GIỚI THIỆU VỀ NĂNG LƯỢNG MẶTT TRỜI -cc se cszzse2 1 1.1 Giới thiệu vé nang long Mat Troi cc cccccccccccsccceccscscecscsscscecesssssssseevevevess l

1.2 Bức xạ Mặt TTỜI 0n ng ng ng ng TT TT TT TT TT HE ng nạ n1 vs 2 1.3 Ứng đụng năng lượng Mặt Trời Tnn nn TH Tu 2 1.4 Tiềm năng và thực trạng để phát triển điện Mặt Trời ở Việt Nam 4

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYÉT HE THONG ĐIỆN MAT TRỜI 6 2.1 Các mô hình hệ thông điện Mặt Trời hiện nay 2.2 2 2 222222222552 6 2.1.1 Mô hình điện Mặt Trời độc lập (Off-Grid) 2.2.2.2 2222222222222 6

2.1.2 Mô hình điện Mặt Trời hòa lưới (On-øird) 2.2222 7

2.1.3 Mô hình điện Mặt Trời nối lưới có dự trữ (Hybird) - 55- 9 2.2 Cầu tạo một hệ thông điện Mặt Trời hòa lưới 2-2 22222 2223222222 10

2.2.1 Pin năng lượng Mặt Trời (Solar panel) 22222122222 10

bà :it:iê¡: (oan .aa 15

2.2.3, TW GiSr DC oaiccccccccccccccecscscssssssssscssessssssssssssssessssssssssssssssasssessussisssssass 16 2.2.4 Dây cáp DC và ÁC 2 2 0 2 22 1 1n 17

2.2.6 Đồng hồ 2 chiều n1 1 12111 H1 T1 121 TT n1 này 19 CHUONG 3: THIET KE HE THONG ĐIỆN MẶT TRỜI HÒA LƯỚI CHO HO GIA DINH ooo ccccccccccccccscscscssesesesvsvesesesseveveseseseseesessssavavsressatavavsesessavssstieseaavecseseeees 20

3.1 Tinh toan cong suat cung CAD na 20

3.2 Tính công suất ÏnV€TfT - 5 s 9S 111 1218211212112 1 1tr ggườn 21 3.3 Tinh cong suat dinh mirc cla dan pit c.cccceccccscsesscssessesesseseetsevseeseeeees 22 3.4 Tính số tam pin trén m6i String ccc cecesceseeccseseseseseeeetetesesveseeesesen 25

3.5 Kiêm tra các thông sô của pin và Ínverter 26

3.5.1 Kiểm tra dãy MPPT của hệ thống 26

3.5.2 Kiêm tra điện áp hở mạch ngõ vào .27

3.5.3 Kiểm tra dong dién ngan mạch mạch ngõ vào 27

3.6 Tính toán tủ AC và chọn dây dẫn - 52 tt HH re, 28 CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN HIỆU QUÁ KINH TẾ CỦA HỆ THÔNG 31

4.1 Tính tổng mức đầu tư, 2121221221221 2211212221 22122122 22122222216 31 4.2 Tính sản lượng của hệ thống - 22222222 22221212251 2122221221522 26 33

4.3 Mô phỏng hệ thống bằng phần mềm PV#SOL, 2 2 2n 2 34

4.4 Tính số năm thu hồi vốn 5-5252 1E 22127111211117.1 1e 42 TÀI LIỆU THAM KHẢO 1 2222221 221221E21221E21221121222121 11 11121 12C 45

MỤC LỤC HÌNH

Hình 1.1 Bức xạ Mặt Trời chiếu vào trái đất 2: 2z222222Ez 2221222221122222222222222225 1

Hình 1.2 Quá trình truyền năng lượng mặt trời qua lớp khí quyền trai data, 2

Hình 2.1 Hệ thống điện Mặt Trời độc lập 222 2212222221222122122121 21212221226 6 Hình 2.2 Hệ thống điện Mặt Trời hòa lưới 1222 BS B5 2232222200220 22222222222, 7

Hình 2.3 Hệ thống điện Mặt Trời hòa lưới có dự trữ 2n 2 221 11215 E112 2122225 9

Hình 2.4 Cấu tạo hệ thống điện Mặt Trời hòa lưới s2 2z 222 22 E21 2222222222225 10

Hình 2.5 Tấm pin năng lượng Mặt Trời lãi

Hình 2.6, Cấu tạo của một tắm pin Mặt TTỜI, c1 11 1 1 1 511111105111 5 T111 n1 210 162 12 Hình 2.7 Pin MonocrvstalÏIHG eee eee eee eee eee 22 222 13 Hình 2.8 Pin Polycrystallire ee eee eee TT ng ĐH n ng ng ng v2 14 Hinh 2.9, Pin mat troi dang phim mOng were eects 14 Hinh 2.10 Bién tan (inverter) 15 In: §Nh¡K::Li8 8 Sẽ;EBHHiiiaầd-ẳaẳaẳảẳồõồẳảẳảdiiẳẳẳÝẳÝỶŸỶẢỶẢ4 1ó Hinh 3.1 Inverter Sunny Boy 3.0 eee eee reee 21 Hình 3.2 Thông số kỹ thuật Inverter Sunny Boy 3 Q20 0 n1 1 121111211 21181211252532 21

Hình 3.3 Tấm pin AE300M6-60 Q2 2 22 1 202 21 1222 n2 222p cu, 23 Hình 3.4 Thông số của tắm pin AE300M6-60 2 222221222 2222222212121 gu 24

Hình 3.5

Đề thị biểu diễn mối liên hệ øiữa hiệu suất và điện áp đầu vào của inverter Sunny

ec ceecceeseceecceescessceseccescusescuscuetscusscesscuessusegcessuessussuetssuessersguetiessesesseesssesinetseeeisesiguetinits 25 Boy 3.0

Hình 3 6, Day dién 4p MPPT cua Inverter 26 Hình 3 7 Dién ap DC tdi da cho phép ned vao Inverter 2 ng n2 22222522 27

Hinh 3 8 Dong dién ngắn mạch tối đa cho phép của Ïinverter -.-z- 5z Zzzz2szz5 28

Hình 3 9 Tiêu chuẩn IEC 60439 cccccccccccccccecsecescccsscrsscesssusssusssssssucsssussucsssusssettsserstsss 29 Hình 3 10 Sơ đỗ kết nói tất cả các tắm pin vào ÏVeTt€T uc cuc c c1 H1 E111 212305 30 Hinh 4, 1 Bire xa mat troi trong 1 nam tai noi lap dathé théng 2 222222322522 254 34 Hình 4 2 Xác định vị trí địa Ìý eee eee eee TT ng cố, 35

Hình 4 3 Bức xa và nhiệt đô nơi thiết kế công trình - 2222212222222 2122222222 222226 36

Hình 4 4 Luong tiéu thu trong 1 nam cuahé gia dinh 52 36 Hình 4 5 Chon tam pitteccccccccccccccccccccccsccscscsscscsssessusessssesscsssusesssssssesessssssesissusscsssessiessssssssess 37 Hinh 4 6 Chon Inverter eee 38 Hinh 4 7 Chon cap cho hé thong cccccccccccccscsssscssssssssssssssssssesssssssssssssssessssssesesuesessscstessvssss 38 Hinh 4, 8 Ban vé dau néi cdc tam pin vao Lerten ccc ng TT n0 10 0 c2 39

Hình 4, 9 Két qua m6 plaGrn oes cece 2 223B 1215112112251 211 2111221221201 201 2122121202 222 39

Hình 4 lŨ eee eecceerereeeeeeeresrersesessersvesseresessseesssiiseesssrisenssestssetsesuissss 40

Hình 4 11, Sản lượng của hệ thống, lượng điện cung cấp cho tải và bán lại cho lưới điện

41 Hình 4 12 Lượng điện tiêu thụ của tải, lượng mua từ lưới và do hệ thông điện mặt trời

MUC LUC BANG

Bang 3.1 San luong dién tiéu thu trong nam 2020 cua hộ gia đình

Bảng 4.1 Bảng chỉ phí mua thiết bị .c 2.27 cc còn nh nh nh nh na

Bảng 4.2 Sản lượng của hệ thống theo độ nghiêng của tắm pin

20

31 42

Fuzzy Logic Controller

Miniature Circuit Breaker

Maximum Power Point

Maximum Power Point

Tracking

Photovoltaics

Perturb & Observe

Standard Test Condition

Chi phi thiết bị và lắp đặt

Chị phí duy trì

Chi phi vận hành và bảo dưỡng Dòng điện một chiều Tập đoàn Điện lực Việt Nam Thuật toán điện dẫn gia tang Thuật toán lập luận mờ

Khí cụ điện đóng cắt và bảo vệ

quá tải, ngăn mạch dạng tép

Điểm công suất cực đại

Thuật toán theo dõi điêm công

Tiền bán điện năm đầu

Thuế giá trị gia tăng

DANH MỤC KÝ HIỆU

l¿ - Dòng điện ngắn mạch của một tắm pin

Ixc- max - inv - Dong dién ngan mach déi ta cua Inverter Nstring - TOng 86 String

Npv - Tong s6 tam pin

Phạ - Tổng công suất của hệ thống

Pbi - Tổng công suất các tam pin

Pinverter - COng suất của Inverter

PV maw/String - SO tam pin toi da trong một String

PVsiring - S6 tam pin trong mot String

String - Một chuỗi ghép nối tiếp các tắm pin

Stuwp - Tổng diện tích cần đề lắp đặt 1 kWp

Vmp ipv - Điện áp hoạt động của một tam pin

Vimp - String - Diện áp hoạt động của mét String

Vinppt- max-inv - Dién ap MPPT 16n nhat cia Inverter Vinppt- min -inv - Dién ap MPPT nho nhat cua Inverter

Vạc.ipv - Điện áp hở mạch của một tam pin

Voce - String - Điện áp hở mạch của một String

CHƯƠNG 1

GIOI THIEU VE NANG LUQNG MAT TROI

1.1 Giới thiệu về năng lượng Mặt Trời

Năng lượng mặt trời là năng lượng ánh sáng và nhiệt từ mặt trời được khai thác sử

dụng một loạt các công nghệ không ngừng phát triển như hệ thống sưởi năng lượng mặt trời, pm mặt trời, năng lượng nhiệt mặt trời, kiến trúc năng lượng mặt tro1

Mức độ lớn của năng lượng mặt trời săn có làm cho nó trở thành một nguồn năng lượng sơ cấp rất hap dan dé tao ra điện Các Chương trình Phát triển Liên Hợp Quốc trong đánh giá năng lượng thế giới của nó năm 2000 cho thấy tiềm năng hàng năm của năng lượng mặt trời là I,575-49 837 exajoules (EJ) Con s6 nay 1én hon nhiéu lan so voi tong

mức tiêu thụ năng lượng trên thế giới , là 559,8 E] vào năm 20 12

Năm 2011, Cơ quan Năng lượng Quốc tế nói rằng "sự phát triển của công nghệ năng lượng mặt trời giá cả phải chăng, vô tận và sạch sẽ có những lợi ích không lồ dài hạn Nó

sẽ làm tăng an ninh năng lượng quốc gia thông qua sự phụ thuộc vào một người bản xứ,

vô tận, và chủ yếu là nhập khâu độc lập tài nguyên , tăng cường tính bền vững , giảm ô nhiễm, giảm chi phí giảm thiểu sự nóng lên toàn cầu và giữ cho giá nhiên liệu hóa thạch thấp hơn so với các nguồn năng lượng khác Những lợi thé nay mang tinh toan cau Do

do, chi phi bố sung của các biện pháp khuyến khích triển khai sớm cần được coi là đáng học tập đầu tư; chúng phải được chỉ tiêu một cách khôn ngoan và cần được chia sẻ rộng

1.2 Bức xạ Mặt Trời

Bức xạ mặt trời là công suất trên một đơn vị diện tích nhận được từ Mặt trời dưới dạng bức xạ điện từ được đo trong dai bude song cua thiết bị đo Bức xạ mặt trời được đo

bang watt trén mét vuông (W/m2 ) theo đơn vị SL Bức xạ mặt trời thường được dùng

để báo cáo năng lượng bức xạ phát ra môi trường xung quanh ( Jun trên mét vuông, J/m2

{oun Ô 4uødb©bgtxpb4laflwlbi truyện tới mặt đất lý tưởng nhất vào khoảng tla

00000 _ ác yêu tô xác định cường độ của bức xe mặt trời ở một điểm mảo đó trên

rải Đất là thời giản trong ngáy, vị tri ỗịa lý, quảng đường nó ổi quả, sự mất mát nắng tượng

trên quảng đường đó găn liên với sự tán xạ, mùa

ĐChcxbse hi VO Ors 1373 Wa |

* , “ƒ

khi vớt : x de> ont hp om

ch yến sa, vo, ⁄ ⁄ Ĩ 2 Si

1.3 Ứng dụng năng lượng Mặt Trời

Có 2 ứng dụng chính của năng lượng Mặt Trời:

+ Nhiệt Mặt Trời: Chuyên bức xạ Mặt Trời thành nhiệt năng để sử dụng trong các hệ

thống sưởi ấm, đun nước nóng

nóng ra |

srt

Buc x: » mặt trời `

`

ae

«

Hình I.3 Máy nước nóng nhiệt Mặt Trời

+ Điện Mặt Trời: Chuyên bức xạ Mặt Trời (dưới dạng ánh sáng) thành điện năng thông qua các tắm pin quang điện

SO DO HE THONG DIEN MAT TRỜI ÁP MAI HOA LƯỚI L3

1.4 Tiềm năng và thực trạng để phát triển điện Mặt Trời ở Việt Nam

Bên cạnh lợi thế là một trong những nước nằm trong giải phân bố ánh nắng mặt trời nhiều nhất trong năm trên bản đồ bức xạ mặt trời của thế giới, những chính sách ưu

đãi của Chính Phủ đã và đang tạo động lực đề điện Mặt Trời (ĐMT) ở Việt Nam tăng tốc

Nam

mimes Langton pera De pred NC) 0

we 6D “4 u W

we ea MÔ W 0“ 9

Hình 1.5 Biêu đồ bức xạ NLMT ở Việt Nam [I]

Cũng theo bán đồ tiềm năng DMT do Ngân hàng Thế giới (WB) cung cấp thông tin

cho các nhà hoạch định chính sách và nhà đầu tư, tài nguyên DMT cua Viét Nam kha déi dào với nguồn bức xạ nhiệt khoảng 2.056 kW/m”/năm và kéo dài từ các tỉnh miền Trung

đến khu vực ĐBSCL Điều này cho thấy tìm năng phát triển của lĩnh vực DMT rat lớn

Cụ thẻ, tại những vùng như Tây Nguyên, Nam Trung Bộ, số giờ nắng sẽ đạt được

từ 2.000 đến 2.600 giờ mỗi năm Lượng bức xạ mặt trời tính trung bình khoảng 150 kcal/m?, chiếm khoảng 2.000 đến 5.000 giờ mỗi năm

Theo đó, các địa phương ở phía bắc bình quân 1.800-2.100 giờ nắng/năm, trong

khi đó, các tính phía nam và TPHCM có mặt trời chiều rọi quanh năm, ổn định kể cá vào

mùa mưa với số giờ nắng trung bình năm cao hơn, từ 2.000-2.600 giờ/năm Vì vậy, bức

xạ mặt trời là nguồn tài nguyên to lớn cho các tỉnh miền Trung và miền Nam

Chiến lược phát triển năng lượng tái tạo cho giai đoạn 2015-2030, xét đến 2050

được Chính phủ phê duyệt vào tháng 9/2015 đã đưa ra các mục tiểu cụ thể, theo đó

lượng điện năng sản xuất từ các nguồn năng lượng tái tạo sẽ tăng từ mức 58 tý kWh năm

2015 lên 101 tỷ kWh năm 2020; 186 ty kWh năm 2030 và đạt 452 ty kWh năm 2050

Về mặt tương đối, tỉ trọng điện năng sản xuất từ các nguồn năng lượng tái tạo sẽ tăng từ 35% năm 2015 lên mức 38% năm 2020 và 43% năm 2050

Để tạo động lực và khuyến khích phát triển năng lượng tái tạo, trong đó có ĐMT,

Chính phủ đã có nhiều chính sách thông thoáng, tạo thuận lợi cho phát triển ĐMT Đặc

biệt, Quyết định số 02/2019/QĐ-TTg nêu rõ, các dự án trên mái nhà được thực hiện cơ

chế mua bán điện theo chiều giao và chiều nhận riêng biệt của công tơ điện đo đếm 2

chiều, đã tạo hành lang pháp lý rõ ràng, chặt chẽ cho 2 bên mua và bán điện mặt

trời áp mái (ĐMTAM), đồng thời tạo động lực khuyến khích người dân, doanh nghiệp

tích cực đầu tư vào các dự án ĐMTAM

Bên cạnh đó, nhằm khuyến khích phát triển năng lượng tái tạo, phục vụ các mục tiêu phát triên nêu trên, Bộ Công Thương đã xây dựng và trình Chính phủ ban hành hàng loạt

cơ chê: Feed-in-Tariff cho DMT, dién gid, dién san xuat tu chat thái răn, điện sinh khôi

Chính phủ cũng ban hành các chính sách ưu đãi khác cho các nhà đâu tư như ưu tiên cung cấp tín dụng, miễn/giảm thuê thu nhập doanh nghiệp, tiên thuê đất, sử dụng hợp đông mua

bán điện mầu

CHƯƠNG 2

CO SO LY THUYET HE THONG DIEN MAT TRỜI

2.1 Các mô hình hệ thống điện Mặt Trời hiện nay

2.1.1 Mô hình điện Mặt Trời độc lập (Off-Grid)

Nguyên lý hoạt động của hệ thông điện Mặt Trời độc lập: Các tâm pin năng lượng

Mặt Trời có nhiệm vụ hấp thụ bức xạ Mặt Trời và chuyển thành dòng điện một chiều DC

Dòng điện DC này được nạp vào hệ thống lưu trữ (ắc quy) thông qua bộ điều khiến sạc Cuối cùng thông qua bộ chuyên đổi điện áp DC — AC (ïnveter) Dòng điện một chiều

được chuyển đổi thành đòng điện xoay chiều sử dụng cho các thiết bị điện dân dụng

thường ngày Với nguyên lý hoạt động độc lập hoàn toàn Hệ thống độc lập được ứng dụng rộng rãi trên nhiều vùng tại quốc gia Ứng dụng cụ thê cho các vùng không có lưới điện, vùng

hải đảo xa xôi, vùng có điện nhưng không ôn định.

Ưu điểm:

+ Có thể sử dụng điện mà không cần điện lưới Quốc gia

+ Không bị phụ thuộc vào lich cắt điện của Nhà nước

+ Có thê lắp đặt ở bất cứ đâu

+ Sử dụng nguồn năng lượng sạch, bền vững, góp phần bảo vệ môi trường, giảm hiệu ứng nhà kính

Nhược điểm:

+ Chi phí đầu tư và bảo dưỡng cao

+ Có thé bi thiếu hụt điện tiêu dùng ở những tháng trời ít nắng

+ Kém hiệu quả về kinh tế, thời gian thu hồi vốn lâu

+ Ắc quy mau bị hỏng do phải thường xuyên nạp xả liên tục khiến tôn thêm chỉ phí cho hệ thống

2.1.2 Mô hình điện Mặt Trời hòa lưới (On-gird)

Bộ chuyên đổi (Inaverter)

| s=

Hệ thống truyền tải

Điện

tự dùng

Hệ thông trạm nâng

Hệ thông giám sát/điều khiến

Hình 2.2 Hệ thống điện Mặt Trời hòa lưới

Nguyên lý hoạt động của hệ thống điện mặt trời hòa lưới: Các tắm pm năng lượng Mặt Trời có nhiệm vụ hấp thụ bức xạ Mặt Trời và chuyển thành dòng điện một chiều DC

Dòng điện DC nay được đưa qua thông qua bộ chuyên đổi điện áp DC — AC (ïnveter)

Dòng điện DC được chuyên đổi thành dòng điện AC sử dụng cho các thiết bị điện dân dụng

thường ngày Sau khi đã cung cấp đủ cho tải thì phần điện AC dư sẽ được Inverter hòa

lưới vào điện lưới Quốc gia và bán lại cho EVN

Nếu những ngày nắng ít hoặc mưa không đủ cung cấp cho tải và ban đêm thì lay điện lưới về sử dụng, lượng điện đây lên và lấy về được đo bằng công tơ điện 2 chiều do

EVN hỗ trợ lắp đặt

Những nơi nên lắp đặt điện mặt trời hòa lưới:

+ Những nơi tiêu thụ lượng điện lớn vào ban ngày như trường học, bệnh viện, nhà máy, xí nghiệp, công ty sản xuất, siêu thị

Ưu điểm:

+ Chi phí đầu tư và bảo dưỡng thấp, độ bền cao, tuổi thọ sử dụng lâu dai + Dễ dàng lắp đặt

+ Thời gian thu hồi vốn nhanh

+ Có thể sử dụng cả khi không có ánh nắng Mặt Trời

+ Giúp giảm tải cho điện lưới Quốc gia

+ Sử dụng nguồn năng lượng sạch, bền vững, góp phần bảo vệ môi trường, giảm hiệu ứng nhà kính

2.1.3 Mô hình điện Mặt Trời nối lưới có dự trữ (Hybird)

Bộ Hoa Lưới oe

Đồng|Hồ

AL Điện NL Mặt Trời Đồng Hồ Mua / \

Điện Lưới | wo

) L_L—I we’

Hình 2.3 Hệ thống điện Mặt Trời hòa lưới có dự trữ

Nguyên lý hoạt động: Hệ thống điện Mặt Trời hòa lưới có dự trữ là mô hình kết

hợp giữa hai mô hình điện Mặt Trời độc lập và hòa lưới Dòng DC từ tắm pin được ưu tiên đưa qua bộ điều khiển sạc để nạp vào ắc quy Sau khi đầy ắc quy, thì dòng DC được đưa qua Inverter chuyển thành dòng AC cung cấp cho tải sử dụng Phần điện còn dư được Inverter day 1én lưới bán lại cho EVN Khi lượng điện cung cấp không đủ cho tải hay ban đêm hoặc những lúc sự có cắt điện, ắc quy xả ra đưa qua Inverter rồi cung cấp cho tải sử dụng

Những nơi nên lắp đặt mô hình điện Mặt Trời hòa lưới có dự trữ:

+ Những nơi tiêu thụ lượng điện cực lớn và cần dam bao nguon điện phải được

cung cấp liên tục và tại nơi đó hay gặp sự cô mắt điện

Ưu điểm:

+ Không phụ thuộc vào lưới điện Quốc gia

+ Đảm bảo nguồn điện được cung cấp liên tục

Nhược điểm:

+ Cấu trúc phức tạp và chỉ phí đầu tư, báo dưỡng rất cao

+ Thời gian hoàn vốn lâu.

2.2 Cau tạo một hệ thống điện Mặt Trời hòa lưới

Về cơ bản hệ thống điện Mặt Trời hòa lưới được cấu tạo bởi: các tâm pm năng

lượng Mặt Trời (Solar Panel), biến tần (inverter), tu điện AC, tủ điện DC, cáp DC, cáp

AC, thiết bị chống sét và đồng hỗ 2 chiều

F[IT Inverter Thếtbj Phánphối

TủđiẻnDC hòalưới TủđiệnAC

Hình 2.4 Cầu tạo hệ thông điện Mặt Trời hòa lưới

2.2.1 Pin năng lượng Mặt Trời (Solar panel)

Pin năng lượng Mặt Trời (hay pin quang điện) bao gồm nhiều tế bào quang điện (Solar Cells) là phần tử bán dẫn có chứa trên bề mặt một số lượng lớn các cảm biến ánh sáng là diét quang, thực hiện biến đôi năng lượng ánh sáng thành năng lượng điện Cường

độ dòng điện, hiệu điện thế hoặc điện trở của pin Mặt Trời thay đôi phụ thuộc bởi lượng

ánh sáng chiếu lên chúng Tế bào quang điện được ghép lại thành khối để trở thành pin Mặt Trời (thông thường 60 hoặc 72 tế bảo quang điện trên một tắm pin) Tế bào quang điện có khả năng hoạt động dưới ánh sáng Mặt Trời hoặc ánh sáng nhân tạo

10

Hình 2.5 Tâm pin năng lượng Mặt Trời

Sự chuyên đổi này thực hiện theo hiệu ứng quang điện Hoạt động của pin Mặt Trời được chia làm 3 giai đoạn :

+ Đầu tiên năng lượng từ các photon ánh sáng được hấp thụ và hình thành các cặp electron-hole trong chất bán dẫn

+ Tiếp theo, các cặp electron-hole sau đó bị phân chia bởi ngăn cách tạo bởi các loại chất bán dẫn khác nhau (p-n junction) Hiệu ứng này tạo nên hiệu điện thế của pin

Mặt Trời

+ Pin Mặt Trời sau đó được nối trực tiếp vào mạch ngoài và tạo nên dòng điện

11

Hình 2.6 Cầu tạo của một tâm pm Mặt Trời Vật liệu đề chế tạo pm mặt trời hiện nay la silic dang tinh thé, trong đó thường chia làm 3 loại pm như sau:

+ Đơn tỉnh thê (Monocrystalline) sản xuất dya trén qua trinh Czochralski, Đơn tinh thê loại này có hiệu suất từ 16% trở lên, chúng thường rất đắt tiền do được cắt từ các thỏi Silic hình ông, các tắm đơn tinh thể này có các mặt trống ở góc nối các module Khi nó được cấu tạo bởi tế bào tĩnh thê duy nhất, các phân tử electron tạo ra dòng điện có nhiều khoảng trồng đề chúng di chuyên hơn Loại pin năng lượng Mặt Trời Mono hap thy anh sang Mat Troi tốt, kể cả khi không có nắng, chỉ cần có ánh sáng loại pin nay đã tạo ra điện

Hinh 2.7 Pin Monocrystalline

+ Da tinh thé (Polycrystalline) lam ttr cdc thỏi đúc từ Silic đã nung chảy cân thận

được làm nguội và làm rắn Vì có nhiều tỉnh thê trong tế bào nên các khoảng trống ít hơn làm cho các phân tử electron di chuyên cũng khó khăn hơn Các tắm pin loại này thường

rẻ hơn loại đơn tỉnh thê do hiệu suất kém hơn Loại pin Poly hấp thụ ánh sáng Mặt Trời

kém hon Mono va phai đạt đến mức độ nhất định thì chúng mới có thể hoạt động Pin

ngưng hoàn toàn hoạt động khi thời tiết mây nhiều, âm u Tuy nhiên chúng có thé tao

thành các tắm vuông che phủ bề mặt nhiều hơn đơn tinh thẻ, bù lại cho hiệu suất thấp của

nó

Hình 2.8 Pin Polycrystalline + Pin nang luong mat troi dang phim mong la m6t céng nghé hoan toan khac No

ít hiệu quả hơn và do đó sử dụng nhiều diện tích hơn Tuy nhiên, nó lại có một ưu điểm

mà hai loại kia không có, đó là nó có thể hoạt động tốt hơn trong điều kiện ánh sáng yếu,

khó có bóng râm một phần của hệ thống hoặc ở nhiệt độ cực cao

Hình 2.9 Pin mặt trời dạng phim mỏng

2.2.2 Biến tần (Inverter)

Bộ biến tần (nverter) hay bộ kích điện hay máy kích điện đều là những tên gọi khác nhau của một thiết bị có khả năng chuyên đổi điện áp một chiều DC thành dòng

điện áp xoay chiều AC Trong hệ thống điện năng lượng mặt trời thì inverter dùng dé

biến dòng điện DC được tạo ra bởi các tắm pin năng lượng mặt trời thành dòng điện AC

để cung cấp cho các tải và điều chỉnh các thông số của phần điện AC dư cùng với thông

số điện lưới đề hòa vào lưới điện Quốc gia Inverter và các tâm pin năng lượng mặt trời là

2 thiết bị cốt lõi trong hệ thông điện mặt trời hòa lưới

2.2.3 Tủ điện DC

Tủ điện DC được lắp đặt phía sau giàn pin năng lượng mặt trời và phía trước

Inverter dé bao vé su cé DC truéc khi đưa dong dién DC vao inverter

Trong hình 2.16 là cách thiết kế một tủ DC phô biến Theo thứ tự từ trái sang phải

là cầu chì DC, thiết bị cat loc sét DC cấp II và CB DC

Giàn pin sẽ được kết nỗi song song với thiết bị cắt lọc sét DC cấp I (nếu giàn pin cách vị trí đặt tủ điện DC > 10m) Sau đó đi dây đến vị trí đặt tủ điện DC

Cầu chỉ bảo vệ được lắp đặt cho các String Luu y chi su dung cau chi cho hé thong

có từ 3 Strmg trở lên

Tiếp đến các String sẽ được kết nỗi vào CB DC và đầu song song với thiết bị cắt lọc sét DC cấp II

Các thiết bị cắt lọc sét sẽ được kết nối với dây PE (dây nối đất) Dây PE sẽ được

kéo đến vị trí cọc tiếp địa dành riêng cho hệ thống điện Mặt Trời

Trong thực tế đề tiết kiệm chi phí, đa số các hệ thống hiện nay đang loại bỏ bớt phần chống sét cấp I, thậm chí là cả chống sét cấp II

Lưu ý: Loại dây sử dụng để đi từ giàn pin xuống Inverter và kết nối vao Inverter

nên là dây DC chuyên dụng cho hệ thống điện Mặt Trời.

Day cap DC va AC hoan toan khac nhau vé két cau va truyén tai dién nang, cap

AC không sử dụng được trong hệ thông DC Lõi của cáp DC thường được làm bằng đồng

bởi độ mềm dẻo, dẫn điện và chịu nhiệt tốt Dòng DC không có hiện tượng hiệu ứng bề

mặt như dòng AC Do đó sự thay đổi nhỏ của tiết diện dây trên một đơn vị chiều dải

cũng sẽ ảnh hưởng rất lớn đến khả năng dẫn dòng DC

Ngoài ra, cáp DC còn có những tính năng nổi bật khác như chống tia UV, Ozone

Hình 2.I2 Cáp chuyên dụng điện mặt trời

trong khí quyên, chống cháy, chống nước và ngập úng

Đầu nối cáp: Được dùng để kết nối các tam pin lại với nhau Trên thị trường hiện nay sử dụng phố biên Jack MC4 vì những tính năng nỗi bật của nó như:

+ Lði dẫn điện bên trong công được làm bằng chất liệu đồng mạ thiếc giúp dan

điện tốt cho hệ thống

+ Thiết kế với ngàm khóa giúp cho hai lõi được giữ cô định, người dùng không phải lo lắng mối nối sẽ bị tuột hoặc vô tỉnh bung ra khi hệ thông đang hoạt động

+ Lớp cách điện làm từ nhựa PPO giúp cho đầu nỗi chịu được nhiệt độ cao khi hệ

thống hoạt động giờ cao điểm Ngoài ra còn chịu được tia UV, Ozone trong không khí giúp cho mối nối có tuổi thọ trên 20 năm

Trên hình 2.19 là cách thiết kế tủ bảo vệ AC dành cho hệ thống 3 pha phố biến

Theo thứ tự từ trái sang là CB 3 pha và thiết bị cắt lọc sét AC Tủ 1 pha cũng có nguyên

lý tương tự, chỉ cần thay các thiết thiết bị 3 pha thành | pha

Ngõ ra AC của Inverter sé được kết nỗi vào CB AC Sau đó từ CB AC sẽ đầu Song song voi thiết bị cắt lọc sét AC Thực tế rất ít hệ thống tại Việt Nam có trang bị cắt lọc sét

AC

Các thiết bị cắt lọc sét AC sẽ được kết nôi với dây PE Dây PE sẽ được kéo đến vị

trÍ cọc tiếp địa dành riêng cho hệ thống điện Mặt Trời

Từ phía AC của Inverter chung ta sẽ sử dụng loại dây cáp AC thông dụng trên thị trường

2.2.6 Đồng hồ 2 chiều

Đồng hồ 2 chiều hay còn được gọi là công tơ điện 2 chiều là loại công tơ điện tử

đo điện năng tiêu thụ gồm có 2 bộ nhớ, dùng để đo lường lượng điện năng mua và bán cho EVN

+ Bộ nhớ thứ nhất: Lưu trữ chỉ số điện tiêu thụ chiều vào (điện năng hệ thống lấy

vào từ lưới điện)

+ Bộ nhớ thứ hai: Lưu trữ chỉ số điện chiều phát ra (điện năng hệ thống phát ra lưới

điện)

Về việc lắp đặt công tơ thì phía EVN sẽ hỗ trợ lắp đặt miễn phí sau khi chúng ta

đạt thỏa thuận hợp đồng mua bản điện

Hình 2.15 Đồng hồ 2 chiều