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
SÁT CẤU TRÚC HỆ THỐNG ĐIỆN MẶT TRỜI
Cấu trúc hệ thống điện NLMT cơ bản
1.1 Cấu trúc điện mặt trời độc lập
- Bộ điều khiển sạc: Charge controler
- 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 hấp thụ bức xạ mặt trời và chuyển đổi thành dòng điện một chiều (DC) Dòng điện này được nạp vào hệ thống lưu trữ (ắc quy) thông qua bộ điều khiển sạc Cuối cùng, dòng điện DC được chuyển đổi thành dòng điện xoay chiều (AC) qua bộ chuyển đổi điện áp (inverter) để sử dụng cho các thiết bị điện dân dụng.
Hệ thống độc lập hoạt động hoàn toàn độc lập và được ứng dụng rộng rãi ở nhiều quốc gia Nó đặc biệt hữu ích cho các khu vực không có điện lưới, các hải đảo xa xôi, cũng như những vùng có nguồn điện không ổn định.
1.2 Cấu trúc điện mặt trời nối lưới không lưu trữ
Các tấm pin năng lượng mặt trời hấp thụ bức xạ từ mặt trời và chuyển đổi thành dòng điện một chiều (DC) Dòng điện này sau đó được biến đổi thành dòng điện xoay chiều nhờ vào bộ biến tần (INVERTER).
Nguồn điện AC từ hệ thống pin mặt trời sẽ được kết nối với hệ thống điện của tòa nhà và lưới điện Nhờ vào INVERTER, hệ thống sẽ ưu tiên sử dụng điện từ năng lượng mặt trời trước khi lấy từ nguồn điện lưới.
- Vào ban ngày, khi lượng bức xạ mặt trời tốt, tòa nhà sẽ sử dụng 100% điện năng từ điện mặt trời
Vào buổi chiều và tối, khi lượng điện năng sản xuất từ hệ thống điện mặt trời không đủ đáp ứng nhu cầu của tòa nhà, điện năng sẽ được bổ sung từ lưới điện để bù đắp cho sự thiếu hụt này.
1.3 Hệ hống điện mặt trời nối lưới có lưu trữ:
Hệ thống điện năng lượng mặt trời hòa lưới có lưu trữ cho phép chuyển đổi năng lượng từ ánh sáng mặt trời thành điện năng, đồng thời lưu trữ năng lượng dư thừa vào pin Sau khi pin được sạc đầy, bất kỳ năng lượng dư thừa nào tiếp theo sẽ được chuyển trở lại lưới điện và được bán với giá như điện mặt trời hòa lưới.
Khi mặt trời lặn, ngôi nhà hoặc cơ sở kinh doanh của bạn sẽ sử dụng điện từ hệ thống pin (ắc quy) đã được lưu trữ Nếu nhu cầu sử dụng điện vượt quá lượng điện dự trữ trong pin, gia đình bạn có thể lấy điện từ lưới điện để đáp ứng.
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
– 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
– Bị hạn chế công suất tiêu thụ điện do lưu trữ vào bình ắc quy
– Không sử dụng ắc quy, cung cấp tối đa năng lượng
– 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
– 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 kiệm điện năng Thấp Cao Thấp
Thời gian hoàn vốn Dài Ngắn Dài nhất Ứng dụng Thích hợp cho vùng sâu vùng xa, vùng chưa có điện lưới
Khu vực có điện lưới tương đối ổn định
Thích hợp cho vùng thường xuyên mất điện
Dự phòng sự cố mất điện Cao Thấp Cao
Chi phí bảo trì- bảo dưỡng
– Ắc quy mau hỏng do không được nạp đầy
– Thấp – Gần như bằng không
– Cao – Tuổi thọ Ắc quy chỉ từ 3-5 năm
Tính ổn định của hệ thống
– Lệ thuộc vào cường độ ánh sáng mặt trời do đó không ổn định khi công suất tải tăng lên.
– Vận hành song song với lưới điện, không ảnh hưởng đến sự ổn định của hệ thống.
– 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, bạn cần đầu tư một khoản chi phí lớn cho ắc quy lưu trữ điện Ngược lại, hệ thống điện mặt trời hòa lưới không yêu cầu chi phí bổ sung cho việc lưu trữ năng lượng, giúp tiết kiệm chi phí cho người sử dụng.
Hệ thống bình ắc quy thường chiếm tới 40% tổng chi phí của một dự án lắp đặt năng lượng mặt trời, điều này cho thấy tầm quan trọng của việc lựa chọn và đầu tư vào thiết bị lưu trữ năng lượng phù hợp.
Lắp đặt hệ thống điện mặt trời hoà lưới là giải pháp hợp lý nếu bạn không có nhu cầu lưu trữ điện, giúp tiết kiệm chi phí đáng kể Việc đầu tư vào hệ thống này sẽ mang lại hiệu quả kinh tế mà không cần tốn kém cho việc lưu trữ năng lượng.
Như vậy ta sẽ khảo sát thiết kế hệ thống năng lượng mặt trời hòa lưới thông qua phần mềm HelioScope và PvSyst
HIỂU PHẦN MỀM HELIOSCOPE &PVSYST
Folsom Labs phát triển công cụ thiết kế PV mặt trời Helioscope, giúp đơn giản hóa quy trình thiết kế và kỹ thuật cho các hệ thống năng lượng mặt trời Công cụ này hứa hẹn tăng tốc độ thiết kế năng lượng mặt trời gấp 5 đến 10 lần cho các nhà thiết kế Helioscope cung cấp giao diện người dùng trực tuyến với các công cụ bố trí và mô phỏng năng lượng mặt trời hiệu quả.
2.1.2 Helioscope có những tính năng gì?
Là một công cụ thiết kế năng lượng mặt trời trực tuyến, Helioscope có một danh sách các tính năng hữu ích:
- Bố trí tấm pin mặt trời
- Xuất sơ đồ một sợi
- Thư viện thành phần 45.000 đối tượng
- Sửa đổi thiết kế nhanh
- 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
- Chia sẻ bằng một lần nhấp
- Tích hợp tô bóng SketchUp
- Tích hợp Meteo NSRDB / NREL
- Hệ thống lên tới 5MW
Phòng thí nghiệm Folsom đã xuất sắc trong việc phát triển Helioscope, một công cụ thiết kế pin mặt trời hiệu quả cho các dự án Việc sử dụng Helioscope mang lại nhiều lợi ích cho việc tối ưu hóa thiết kế và hiệu suất của hệ thống năng lượng mặt trời.
- 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
Mặc dù Helioscope sở hữu nhiều tính năng nổi bật, nhưng cũng cần xem xét những nhược điểm của công cụ này Dưới đây là danh sách các hạn chế mà người dùng có thể gặp phải khi sử dụng Helioscope.
- 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 $
- 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
- 3 Tạo đối tượng đổ bóng 3D
- 4 Mô phỏng và báo cáo kết quả
- 5 Lưu trữ trong hệ thống lưới
- 7 Mô-đun PV và Quản lý mô hình, Biến tần
- 8 Mô phỏng liên tục trong nhiều năm
- 9 PVsyst tính toán tấm pin 2 mặt kính
2.2.2 Ưu điểm của phần mềm
Không bị ảnh hưởng bởi Với Virus & Mã Độc.
Bạn có thể nhanh chóng đánh giá hệ thống sản xuất bằng cách thực hiện các nghiên cứu chi tiết Đồng thời, hãy phân tích các hệ thống nối lưới, độc lập, bơm và dc-lưới để có cái nhìn tổng quan và chính xác hơn.
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
KẾ HỆ THỐNG PV HÒA LƯỚI CHO NHÀ DÂN
Khảo Sát Mặt Bằng
Chọn địa điểm: Hộ dân cư, có kinh doanh sx
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) Số lượng Tổng công suất (W) Ghi chú Đèn tt 7 21
Tổng công suất tính toán P(tt) 22982W
Hệ số đồng thời trong phòng K(đt) 0.8
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
T Danh mục quy cách phụ tải Công suất
Tổng công suất (W)/1 ngày
Bếp từ 2000 2 2 8000 Đèn tt 7 21 5 735 Đèn chiếu sáng 40 10 8 3200
Tủ lạnh ~1.14kW/ ngày 1 12 1140 Điều hòa 9.000BTU 1000 2 2 4000
,440 Máy giặt ~20W/kg 1 9 kg 180 Máy sấy tóc 2000 2 2 8000 Nồi cơm 700 1 0.5 3
,500 Tổng công suất tính toán P(tt) 49765
Hệ số đồng thời trong phòng K(đt) 0.8 Tổng công suất đặt P(đ) 39812
Tổng công suất đặt của tòa nhà P(đ) 39812
Tính Pin mặt trời
Để đảm bảo hiệu suất tối ưu trong hệ thống năng lượng mặt trời, số Watt-hour mà tấm pin mặt trời cung cấp cần phải vượt quá tổng số Watt-hour của toàn bộ tải Thực nghiệm cho thấy tỷ lệ này nên cao hơn khoảng 1,3 lần.
Số Watt-hour các tấm pin mặt trời (PV modules) = 1.3 x tổng số Watthour toàn tải sử dụng :
Wh tấm pin = 39812 x 1,3 = 51755,6 (Wh /ngày ) = 51,755 (Kwh/ngày ) Tổng số Watt – peak của hệ thống:
Tại Hà Nội, hệ số hấp thụ bức xạ của pin mặt trời đạt 4 kWh/m2/ngày, theo quy chuẩn xây dựng 02-2009 Cường độ bức xạ này có sự biến đổi tại một số địa phương khác nhau.
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
Công suất tối đa: 430 Điện áp mạch hở (Voc): 50V
Dòng điện ngắn mạch (Isc): 10.64A Điện áp hệ thống tối đa (IEC): 1500V
Dòng điện cực đại của cầu chì: 20A
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 đỏ: Kớch thước tối đa ỉ25mm, 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:
- Công suất max của tấm Pin: Pm = 430 wp
- Điện áp danh định :Vm = 42.3Vdc
- Điện áp hở mạch :Voc = 50.3 (V)
- Dòng điện ngắn mạch: Isc ,64 (A)
- Điện áp tối đa (IEC): 1500v
tấm pin 430W: Trina Solar VertexS TSM-DE09R.08-430W
Trái đất có hình dạng cầu và quay quanh mặt trời, với các vùng xích đạo nhận ánh sáng mặt trời trực tiếp, trong khi các khu vực khác nhận ánh sáng với góc tới lớn hơn Ở vùng xích đạo, góc tới của tia sáng mặt trời là 0 độ, và khi di chuyển về phía cực, góc tới tăng lên.
Tấm pin mặt trời thường được lắp đặt nghiêng để tối ưu hóa khả năng hấp thụ bức xạ mặt trời Ở Bắc bán cầu, các tấm pin được đặt nghiêng về phía Nam với góc tương ứng bằng vĩ độ, trong khi ở Nam bán cầu, chúng được lắp đặt nghiêng về phía Bắc với góc tương tự Việc này giúp tăng cường hiệu suất của hệ thống năng lượng mặt trời.
Vào buổi trưa, mặt trời đạt độ cao tối đa, mang lại lượng bức xạ năng lượng lớn nhất Ở bán cầu bắc, mặt trời nằm ở phía nam, vì vậy để tối ưu hóa việc thu năng lượng, tấm pin nên được lắp đặt hướng nam với góc nghiêng phù hợp.
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.
Tham khảo bảng góc nghiêng của pin mặt trời tại một số vùng của Việt Nam
Khu vực Hà Nội (Miền Bắc)
Khu vực TP.Hồ Chí Minh (Miền Nam)
Tổng công suất sử dụng là: Ptt = 18385W
Chọn Inverter có công suất = 18385 x 125% = 22981W",981kW
Chọn 1 Inverter 25kW: SG25CX-SA, Sungrow (25kW)
3.6 Chọn dây từ modul – biến tần
- Dây đồng có mật độ dòng điện cho phép là:
Jd = 6A/mm2 = tương đương 1,3kw/mm2
- Dây nhôm mật độ dòng điện cho phép là:
Jn = 4,5A/mm2 = tương đương 1kw/mm2
Tổng công suất P= 39,812KW Áp dụng công thức: S = P/Jđ
- S: là tiết diện dây dẫn (mm2)
- J: là một độ dòng điện cho phép (A/mm2)
- P: là tổng công suất (kw)
Như vậy: S 9,812kw/1,3kw = 30,6mm 2
Chọn cỡ dây 35mm2 đề phòng thêm phụ tải
AC Home Run: 35mm2(copper) tổn hao 0,0%
Kết thúc phần thiết kế ta nhấp vào phần SLD bên góc phải trên cùng màn hình sẽ có kết quả:
3.7 Thông số thu được từ phần mềm Helioscope
Để thiết kế hệ thống điện mặt trời cung cấp đủ công suất cho phụ tải của tòa nhà, cần xác định công suất tổng Ptt (w) cần thiết Việc này đảm bảo rằng hệ thống có thể đáp ứng nhu cầu năng lượng một cách hiệu quả.
/ngày hay kw/ năm thì hệ thống điện được thiết kế theo thống kê sau:
Chi phí đầu tư ban đầu
STT Tên thiết bị Số Đơn Thành tiền/ Thời gian sử Bảo lượng giá/VNĐ VNĐ dụng/năm hành/năm
Tấm pin năng lượng mặt trời 30 1.495.000 44.850.000 25 5
• Công suất cực đại: 12Kw
• Hệ thống có thể cung cấp 60kw/ngày
• Hệ thống ngắt mạch tự động, bảo vệ quá tải.
• Cung cấp sóng sin chuẩn
TráTính toán đầu tư hệ thống trong 22 năm tức là trong gần 1 chu kỳ của hệ thống tấm Pin.
Chi phí phải chi trả tiền điên cho tổng công suất của hệ thống sau 22 năm
Danh mục Doanh số Đơn giá/1kw (VNĐ) 3,050
Số Kwh tạo ra/1 năm 13.27MW
Số ngày sản xuất điện trong năm 300
Tiền điện của hệ thống tạo ra 3.372.791 trong 1 tháng / VNĐ
Tiền điện của hệ thống tạo ra trong 1 năm / 40.473.500
VNĐ Chi phí chi trả tiền điện cho hệ thống trong 8.904.170.000
Đầu tư vào hệ thống điện mặt trời với chi phí ban đầu 134.835.000 VND cho phép thu hồi vốn trong khoảng hơn 2 năm Sau 3 năm tiếp theo, người dùng sẽ hưởng lợi từ việc sử dụng điện miễn phí Do đó, đầu tư vào hệ thống điện mặt trời hòa lưới bán tải là một quyết định hợp lý.
Ánh sáng mặt trời là nguồn năng lượng dồi dào và không bao giờ cạn kiệt, có mặt khắp nơi trên thế giới Với sự xuất hiện hàng ngày, chúng ta có thể tận dụng ánh sáng mặt trời vào bất kỳ thời điểm nào, hoàn toàn miễn phí.
2 Giúp bạn tiết kiệm tiền và thu hồi vốn nhanh
Nguồn điện từ tấm pin năng lượng mặt trời không chỉ đáp ứng nhu cầu năng lượng hàng ngày mà còn giúp giảm đáng kể hóa đơn tiền điện hàng tháng Nếu sản lượng điện sản xuất vượt quá nhu cầu sử dụng, bạn có thể bán điện thừa cho EVN, tạo ra thu nhập thụ động và thu hồi vốn đầu tư cho hệ thống điện mặt trời một cách nhanh chóng.
3 Là nguồn năng lượng sạch, thân thiện với môi trường
Hệ thống điện năng lượng mặt trời không phát sinh khí thải độc hại trong quá trình sản xuất, lắp đặt và vận hành Do đó, năng lượng mặt trời không góp phần vào sự nóng lên toàn cầu, mưa axit hay sương mù, đồng thời giúp giảm phát thải khí nhà kính có hại.
Năng lượng mặt trời có nhiều ứng dụng đa dạng, không chỉ phục vụ cho sinh hoạt gia đình mà còn cho nhiều lĩnh vực khác trong đời sống Một số ứng dụng thiết thực bao gồm sản xuất điện mặt trời cho hệ thống sưởi ấm, làm mát và thông gió; sử dụng máy nước nóng năng lượng mặt trời; chiếu sáng bằng đèn năng lượng mặt trời; và cung cấp năng lượng cho các phương tiện như máy bay và ô tô.
5 Tận dụng không gian và tăng giá trị thẩm mỹ cho công trình
Lắp đặt hệ thống điện năng lượng mặt trời trên mái nhà không chỉ giúp tận dụng không gian chết mà còn mang lại nhiều lợi ích kinh tế Hệ thống này không chỉ làm tăng giá trị cho công trình mà còn nâng cao đẳng cấp của nó Nghiên cứu cho thấy, các tài sản được trang bị hệ thống điện năng lượng mặt trời có giá trị cao hơn so với chi phí đầu tư ban đầu.
6 Chi phí bảo trì thấp
Hầu hết các nhà sản xuất cung cấp bảo hành lên đến 25 năm cho các tấm pin năng lượng mặt trời Chi phí cho việc bảo trì và vệ sinh các tấm pin này không quá cao, miễn là bạn duy trì chúng ở trạng thái sạch sẽ.
5.2 Những nhược điểm của năng lượng mặt trời