Báo cáo hệ thống năng lượng mới khảo sát cấu trúc hệ thống Điện mặt trời

Nhu cầu tìm ra loạinăng lượng mới, xanh sạch và có thể tái tạo được,…thay thế nguồn năng lượng hóathạch truyền thống là bài toán đặt ra từ lâu đối với các quốc gia phát triển như Anh, Mỹ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

BỘ MÔN KỸ THUẬT ĐIỆN

-*** -Báo Cáo Hệ Thống Năng Lượng Mới

Sinh viên thực hiện :

Đỗ Viết Toàn

Lê Văn Cường Hoàng Tấn Phong

Hà Nội – 2024

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 4

PHẦN I:KHẢO SÁT CẤU TRÚC HỆ THỐNG ĐIỆN MẶT TRỜI 5

*LỢI ÍCH CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN MẶT TRỜI 5

I: Cấu trúc hệ thống điện NLMT cơ bản: 5

1.1 Cấu trúc điện mặt trời độc lập 5

1.2 Cấu trúc điện mặt trời nối lưới không lưu trữ 6

1.3 Hệ hống điện mặt trời nối lưới có lưu trữ: 7

1.4 Bảng so sánh PV hòa lưới không lưu trữ, có lưu trữ và PV độc lâp 8

PHẦN 2:TÌM HIỂU PHẦN MỀM HELIOSCOPE &PVSYST 10

2.1.1 Phần mềm Helioscope 10

2.1.2 Helioscope có những tính năng gì? 10

2.1.3 Ưu điểm của Helioscope 11

2.1.4 Nhược điểm của Helioscope 11

2.2 Phần mềm PvSyst 11

2.2.1 Các tính năng của PVsyst  12

2.2.2 Ưu điểm của phần mềm 12

2.2.3 Nhược điểm của phần mềm 12

PHẦN III:THIẾT KẾ HỆ THỐNG PV HÒA LƯỚI CHO NHÀ DÂN 13

3.1 Khảo Sát Mặt Bằng 13

3.2 Tính toán công suất và lựa chọn thiết bị: 13

3.2.1 Bảng tính toán công suất phụ tải: 13

3.2.2 Bảng tính toán công suất phụ tải theo giờ: 14

3.3 Tính Pin mặt trời: 15

Chọn 30 tấm pin 430W: Trina Solar VertexS TSM-DE09R.08-430W 15

3.3.1 15

3.4 Chọn hướng cho tấm pin năng lượng mặt trời 17

3.5 Tính Inverter 20

3.6 Chọn dây từ modul – biến tần 20

3.7 Thông số thu được từ phần mềm Helioscope 23

PHẦN IV 25

BÀI TOÁN KINH TẾ 25

PHẦN V 26

KẾT LUẬN 26

5.1 Những ưu điểm của năng lượng mặt trời 26

5.2 Những nhược điểm của năng lượng mặt trời 27

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay quá trình công nghiệp hoá, hiện đại hoá của đất nước, nền kinh tế nước

ta ngày càng phát triển Sự phát triển của nền kinh tế kéo theo nhu cầu năng lượngcho phát triển kinh tế, xã hội ngày càng tăng mạnh Năng lượng đang trở thành mộtvấn đề bức thiết toàn cầu.Nguồn năng lượng hóa thạch đang ngày càng bị cạn kiệt,đồng thời ô nhiễm môi trường ngày càng trở nên nghiêm trọng Nhu cầu tìm ra loạinăng lượng mới, xanh sạch và có thể tái tạo được,…thay thế nguồn năng lượng hóathạch truyền thống là bài toán đặt ra từ lâu đối với các quốc gia phát triển như Anh,

Mỹ, Pháp và các quốc gia đang phát triển như Việt Nam …Việc mở cửa hội nhập củanền kinh tế, Việt Nam cũng gặp phải những khó khăn và trở ngại chung khi thiếu hụt

về năng lượng, trong khi các nguồn năng lượng truyền thống dần không đủ đáp ứng.Mặt khác,Việt Nam là một quốc gia nhiệt đới gió mùa, có phần đất liền trải dài từkinh tuyến 102°8′ Đông đến 109°27′ Đông và từ vĩ tuyến 8°27′ Bắc đến 23°23′ Bắc,cách đường xích đạo không xa nên cường độ ánh sáng mặt trời nhận được rất dồidào.Với ưu thế về vị trí địa lý này, Việt Nam hoàn toàn có thể sử dụng nguồn nănglượng mặt trời đầy tiềm năng này.Những năm gần đây, khai thác năng lượng mặt trờiđang được nhà nước quan tâm Xuất phát từ yêu cầu thực tế và được sự đồng ý của

Giáo viên hướng dẫn, nhóm em thực hiện nghiên cứu đề tài “Thiết kế hệ thống dàn

pin năng lượng mặt trời” thông qua phần mềm HelioScope với mong muốn khi đề

tài được ứng dụng trong thực tế sẽ tạo ra những thiết bị hữu ích cỡ nhỏ phát điệntrong các gia đình Và làm cơ sở để tạo nên những trạm điện mặt trời trong tương lai

PHẦN I:KHẢO SÁT CẤU TRÚC HỆ THỐNG ĐIỆN MẶT TRỜI

* LỢI ÍCH CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN MẶT TRỜI

1 Hệ thống điện mặt trời có thể giúp bạn tiết kiệm điện- Lắp đặt hệ thống năng lượng mặt trời

có thể giúp bạn tự sản xuất điện của riêng mình Bằng cách dủng điện tự sản xuất thay vì phải mua điện bên ngoài, với mỗi kWh hệ thống tạo ra,bạn sẽ tiết kiệm được một tiền tương đương với khi mua điện từ nhà cung cấp.

2 Ích lợi cho môi trường – Sử dụng điện mặt trời sẽ giúp giảm nhu cầu điện sản xuất từ hóa thạch như than và khí gas, những nguyên liệu tạo ra CO2 Điều này có thể làm giảm những nguy

cơ nóng lên toàn cầu và có thể tạo ra năng lượng tự duy trì sạch hơn, bởi vì tuổi thọ của pin năng lượng là khá lâu

3 Tự chủ về năng lượng – Bằng cách tự sở hữu hệ thống năng lượng mặt trời của riêng mình, bạn sẽ có khả năng tự tạo năng lượng của riêng mình Điều này giúp giảm thiểu sử phụ thuộc của bạn với lưới điện và nhà bán lẻ điện cũng như giúp bạn có thể kiểm soát nhu cầu sử dụng điện cũng như các chí phí trong tương lai.

4 Giá trị tài sản - Ngày càng có nhiều nghiên cứu cho thấy rằng lắp đặt hệ thống năng lượng mặt trời trên nhà có thể làm tăng giá trị tài sản Người mua nhà đang ngày càng nhận ra rằng một ngôi nhà có lắp đặt các tấm pin mặt trời sẽ có chi phí điện thấp hơn http://www.lithaco.vn

5 Độ tin cậy năng lượng - Hệ thống năng lượng mặt trời chất lượng cao là nguồn năng lượng đáng tin cậy Mặt trời mọc và lặn mỗi ngày, trong khi mặt trời chiếu sáng, các tấm pin mặt trời sẽ tạo ra điện Trong khi thời tiết và các mùa sẽ khác nhau, lượng điện mà các tấm pin tạo ra có thể

dự đoán được Bạn cũng có thể tăng lợi ích tài chính cho hệ mặt trời của mình bằng cách thay đổi thời gian bạn vận hành các thiết bị gia dụng Ví dụ, bật máy giặt khi bạn rời khỏi nhà vào buổi sáng và tránh giặt quần áo vào ban đêm cho phép hệ thống năng lượng mặt trời của bạn cung cấp năng lượng cho máy vào ban ngày Với sự trợ giúp của pin lithium-iron, ngày càng có giá cả phải chăng, người ta cũng có thể thu hoạch năng lượng mặt trời vào ban ngày và sử dụng

nó vào ban đêm.

I: Cấu trúc hệ thống điện NLMT cơ bản:

1.1 Cấu trúc điện mặt trời độc lập

- Bộ điều khiển sạc: Charge controler

- Ắc quy(Battery)

- Bộ chuyển đổi điện DC- AC (Inverter)

- Hệ thống dây dẫn, cáp dẫn điện và khung giá

- Phụ tải điện xoay chiều và một chiều

Nguyên lý hoạt động hệ thống điện mặt trời độc lập

Các tấm pin năng lượng mặt trời có nhiệm vụ hấp thụ bức xạ mặt trời và chuyểnthành dòng điện một chiều (DC) Dòng điện DC này được nạp vào hệ thống lưu trữ(ắc quy) thông qua bộ điều khiển sạc Cuối cùng thông qua bộ chuyển đổi điện áp DC– AC (inverter) Dòng điện một chiều được chuyển đổi thành dòng 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 rộngrãi trên nhiều vùng tại nhiều quốc gia Ứng dụng cụ thể cho các vùng không có điệnlưới, vùng hải đảo xa xôi Vùng có điện nhưng không ổn định

1.2 Cấu trúc điện mặt trời nối lưới không lưu trữ

Nguyên lý hoạt động :

- Các tấm pin năng lượng mặt trời sẽ hấp thụ bức xạ năng lượng mặt trời vàchuyển hóa thành dòng điện 1 chiều (DC) Nguồn điện này sẽ được chuyểnhóa thành dòng điện xoay chiều thông qua bộ INVERTER

- Nguồn điện AC từ hệ thống pin mặt trời sau đó sẽ được hòa vào hệ thống điệncủa tòa nhà và nguồn điện lưới Nhờ có INVERTER mà hệ thống sẽ ưu tiên sửdụng điện từ năng lượng mặt trời trước:

- Vào ban ngày, khi lượng bức xạ mặt trời tốt, tòa nhà sẽ sử dụng 100% điệnnăng từ điện mặt trời

- Vào buổi chiều, tối: Nếu điện năng từ điện mặt trời tạo ra nhỏ hơn nhu cầu điệncủa tòa nhà, điện năng sẽ được lấy bổ sung từ điện lưới để bù vào lượng thiếu

1.3 Hệ hống điện mặt trời nối lưới có lưu trữ:

Cũng như bất cứ hệ thống điện mặt trời nào, hệ thống điện năng lượng mặt trời hòalưới có lưu trữ cho phép bạn lấy năng lượng từ ánh sáng mặt trời để chuyển đổi thànhđiện năng Tuy nhiên ở hệ thống này thì sẽ chuyển bất cứ năng lượng dư thừa nào vàopin Sau khi pin được lưu trữ ,sạc ,thì bất kỳ phần dư thừa nào tiếp theo sẽ tiếp 25 tụcquay trở lại lưới điện và lượng dư điện này sẽ được bán với giá như điện mặt trời hòalưới

Khi mặt trời lặn, ngôi nhà hoặc cơ sở kinh doanh của bạn sẽ sử dụng điện đã đượclưu trữ ở hệ thống pin (Ắc quy) Nếu trong lúc này các thiết bị điện hoạt động vượtmức điện lượng điện dự trữ trong pin thì gia đình bạn có thể lấy điện từ điện lưới để

sử dụng

1.4 Bảng so sánh PV hòa lưới không lưu trữ, có lưu trữ và PV độc lâp

Nội dung HT NLMT độc lập HT NLMT hòa lưới HT NLMT hòa lưới có dự trữ

Thành phần cơ

bản

– Tấm pin NLMT

– Bộ kích điện – Bộ điều khiển – Bình ắc quy

– Tấm pin NLMT – Bộ hòa lưới – Đồng hồ điện

– Tấm pin NLMT – Bộ hòa lưới – Đồng hồ điện – Bình ắc quy

Hiệu quả tiết

kiệm năng

lượng

– Ít nhất – Bị hạn chế công suất tiêu thụ điện do lưu trữ vào bình ắc quy

– Cao nhất – Không sử dụng ắc quy, cung cấp tối

đa năng lượng

– Trung bình – Do dự trữ vào ắc quy nên bị giảm công suất

Đầu tư giá cả Do có bình ắc quy nên giá gấp 2 lần NLMT hòa lưới Chi phí thấp nhất Chi phí cao nhất do kết hợp 2 hệ thống còn lại

Tải tiêu thụ Giới hạn tải tiêu thụ Không giới hạn tải tiêu thụ Không giới hạn tải tiêu thụ

Hiệu quả kinh

tế

– Thấp – Do nguồn điện bị hạn chế về công suất và ắc quy

– Cao – Sử dụng tối ưu nguồn năng lượng

– Trung bình – Do ắc quy có giá thành cao

Chi phí tiết

Thời gian hoàn

– Thấp – Gần như bằng không

– Cao – Tuổi thọ Ắc quy chỉ từ 3-5 năm

Tính ổn định

của hệ thống

– Thấp – Lệ thuộc vào cường độ ánh sáng mặt trời do đó không ổn định khi công suất tải tăng lên.

– Cao – Vận hành song song với lưới điện, không ảnh hưởng đến sự ổn định của

hệ thống.

– Cao – Vận hành song song với lưới điện, không ảnh hưởng đến sự ổn định của

hệ thống.

Khi lắp đặt hệ thống điện mặt trời độc lập ta sẽ phải tốn thêm một khoảng chi phíđáng kể để đầu tư cho dàn ắc quy trữ điện Trong khi lắp đặt hệ thống hoà lưới bạn sẽkhông mất thêm bất kỳ chi phí nào cho việc tìm nơi lưu trữ năng lượng điện

Trong thực tế, hệ thống những bình ắc quy chiếm chi phí khá cao lên đến 40% tổngchi phí cho một dự án lắp đặt hệ thống năng lượng mặt trời

Tại sao phải tốn thêm một khoảng chi phí lớn như vậy khi không thực sự cần đếnnó? Chính vì thế, qua bảng tổng quan trên ta nên lắp đặt hệ thống điện mặt trời hoàlưới nếu không thực sự có mục đích rõ ràng trong việc tìm nơi lưu trữ điện.

 Như vậy ta sẽ khảo sát thiết kế hệ thống năng lượng mặt trời hòa lưới

thông qua phần mềm HelioScope và PvSyst

PHẦN 2:TÌM HIỂU PHẦN MỀM HELIOSCOPE &PVSYST

2.1.1 Phần mềm Helioscope

Folsom Labs là nhà phát triển công cụ thiết kế PV mặt trời Helioscope. Công cụ

này nhằm mục đích đơn giản hóa quá trình thiết kế và kỹ thuật của các hệ thống nănglượng mặt trời. Họ tuyên bố sẽ làm cho quá trình thiết kế năng lượng mặt trời nhanhhơn 5 đến 10 lần cho các nhà thiết kế năng lượng mặt trời. Helioscope cung cấp giaodiện người dùng dựa trên web với các công cụ bố trí năng lượng mặt trời và môphỏng năng lượng

- Xuất sơ đồ một sợi

- Thư viện thành phần 45.000 đối tượng

- Sửa đổi thiết kế nhanh

- Tích hợp Google Maps

- Thiết kế không giới hạn

- Công cụ vẽ bằng máy tính (CAD)

- Ước tính sản lượng năng lượng mặt trời

- Biểu đồ tổn thất năng lượng hệ thống

- Thiết kế 3D

- Tính toán sụt áp

- Chia sẻ bằng một lần nhấp

- Tích hợp tô bóng SketchUp

- Lựa chọn dây

- Tích hợp Meteo NSRDB / NREL

- Hệ thống lên tới 5MW

- Vân vân…

2.1.3 Ưu điểm của Helioscope

Phòng thí nghiệm Folsom đã làm rất tốt trong việc phát triển Helioscope. Dưới đây

là một số lợi thế của việc sử dụng công cụ thiết kế pin mặt trời này cho các dự án củabạn

- Dễ sử dụng

- Tương thích Google Maps

- Thiết kế không giới hạn

- Thiết kế lại nhanh chóng và dễ dàng

- Mô phỏng năng lượng nhanh

- Báo cáo sản xuất nhanh

- Thư viện lớn các thành phần năng lượng mặt trời

- Công cụ tuyệt vời để phân tích màu

- Cho dùng thử 14 ngày

2.1.4 Nhược điểm của Helioscope

Mặc dù công cụ này có rất nhiều tính năng tuyệt vời, chúng ta vẫn cần trình bàymặt khác của đồng tiền. Dưới đây là danh sách những nhược điểm mà Helioscope

có :

- Không mô phỏng lưu trữ ắc quy

- Thiết kế hệ thống không nối lưới chưa được bao gồm

- Phí đăng ký hàng năm hoặc hàng tháng khá tốn kém ($ 950 / năm hoặc $

95 / tháng)

- Chỉ giới hạn thiết kế cho 5MW (Mega-Watts) của hệ thống PV năng lượng mặt trời

2.2.1 Các tính năng của PVsyst 

2.2.2 Ưu điểm của phần mềm

 Không bị ảnh hưởng bởi Với Virus & Mã Độc

 Bạn có thể dễ dàng thực hiện một đánh giá nhanh về hệ thống sản xuất Tạo ra những nghiên cứu được đưa ra đầy đủ Hay phân tích các hệ thống nối lưới, độc lập, bơm và dc-lưới

 Có thể tính toán được với hệ có lưu trữ

2.2.3 Nhược điểm của phần mềm

Phiên bản trải nghiệm yêu cầu đăng kí

Yêu cầu tải về phần mềm Khó sử dụng hơn so với phần mềm Helioscope

 Như vậy ta sẽ thiết kế hệ thống năng lượng mặt trời hòa lưới thông qua

phần mềm HelioScope

PHẦN III:THIẾT KẾ HỆ THỐNG PV HÒA LƯỚI CHO NHÀ

DÂN

3.1 Khảo Sát Mặt Bằng

Chọn địa điểm: Hộ dân cư, có kinh doanh sx

Diện tích: 130 m2

3.2 Tính toán công suất và lựa chọn thiết bị:

3.2.1 Bảng tính toán công suất phụ tải:

BẢNG TÍNH TOÁN PHỤ TẠI STT Danh mục quy cách phụ tải Công suất (W) lượng Số Tổng công suất (W) Ghi chú

  Tổng công suất đặt cả nhà P(đ)     18385 W  

3.2.2 Bảng tính toán công suất phụ tải theo giờ:

BẢNG TÍNH TOÁN PHỤ TẠI THEO GIỜ ST

T Danh mục quy cách phụ tải

Công suất (W)

Số lượng

Số giờ làm việc (h)

Tổng công suất (W)/1 ngày

  Tổng công suất đặt P(đ)       39812

  Tổng công suất đặt của tòa nhà P(đ)       39812

3.3 Tính Pin mặt trời:

Do tổn hao trong hệ thống, số Watt-hour của tấm pin mặt trời cung cấp

phải cao hơn tổng số Watt-hour của toàn tải Thực nghiệm cho thấy cao hơn

Tại Hà Nội hệ số hấp thụ bức xạ của Pin mặt trời là : 4 (Kwh/m2/ngày)

-cường độ bức xạ tại một số địa phương ( trích quy chuẩn xây dựng 02-2009)

Wp = 51,755/ 4 = 12,9 (Kwp) = 12900(Wp)Chọn loại pin 430W thì cần 12900/430= 30 tấm pin

 Cần 30 tấm pin cho tòa nhà

Chọn 30 tấm pin 430W: Trina Solar VertexS TSM-DE09R.08-430W

3.3.1

Thông số chi tiết

Công suất tối đa: 430

Điện áp mạch hở (Voc): 50V

Điện áp hệ thống tối đa (IEC): 1500V

Dòng điện cực đại của cầu chì: 20A

Sai số công suất: 0/+4.99%

Hộp đấu nối: 3 đi-ốt, tiêu chuẩn chống thấm nước IP68

Khung tấm pin: Hợp kim nhôm anode hóa

Dây cáp điện: 1×4.0mm², chiều dài 350mm hoặc tùy chỉnh

Chống mưa đá: Kích thước tối đa Ø25mm, với vận tốc 23m/s

Áp lực gió: 2400 Pa / 244Kg/m²

Tác động vật lý: 5400 Pa / 550Kg/m²

 Có các thông số kỹ thuật chúng ta cần quan tâm:

- Hiệu suất tấm pin: 21,5%

- Công suất max của tấm Pin: Pm = 430 wp

- Điện áp danh định :Vm = 42.3Vdc

- Dòng danh định: Im= 10.17 (A)

- Điện áp hở mạch :Voc = 50.3 (V)

- Dòng điện ngắn mạch: Isc =10,64 (A)

- Điện áp tối đa (IEC): 1500v

- Kích thước : 1762×1134×30 mm

3.4 Chọn hướng cho tấm pin năng lượng mặt trời

Như chúng ta đã biết trái đất có dạng hình cầu và quay xung quanh mặt trời Chỉnhững vùng đường xích đạo thẳng góc với tia sáng mặt trời còn các vùng khác thìkhông Ở vùng xích đạo góc tới của tia sáng mặt trời bằng 0 Càng xê dịch đến cựcđịa cầu thì góc tới của tia sáng mặt trời càng lớn

Vì vậy tấm pin mặt trời chúng ta thường thấy đều được đặt hơi nghiêng để có góctới bằng 0 Như vậy pin mặt trời hấp thụ tối đa bức xạ mặt trời Ở Bắc bán cầu, pinmặt trời đặt nghiêng về phía Nam 1 góc bằng vĩ độ Ngước lại ở Nam bán cầu, pinmặt trời đặt nghiêng về phía Bắc 1 góc bằng vĩ độ

Vào buổi trưa mặt trời nằm ở vị trí cao nhất Lượng bức xạ từ mặt trời có thể tạo ranhiều năng lượng nhất Vào buổi trưa, ở bán cầu bắc mặt trời nằm ở phía nam Để cóthể thu được nhiều năng lượng nhất chúng ta nên đặt tấm pin theo hướng nam với gócnghiêng hợp lý

 Khi lắp dàn pin năng lượng mặt trời ta sẽ lắp trên khung có thể thay đổi

hướng để thu được năng lượng nhiều nhất.