Năng lượng mặt trời (tiếp theo)

408004 Năng lượng tái tạo Giảng viên: TS Nguyễn Quang Nam 2013 – 2014, HK1 http://www4.hcmut.edu.vn/~nqnam/lecture.php nqnam@hcmut.edu.vn Bài giảng Ch 2: Năng lượng mặt trời 2.8 Hệ thống điện mặt trời hoạt động độc lập  Ước lượng tải  Bộ nghịch lưu hệ điện áp  Ắc-quy tính toán dung lượng ắc-quy  Tính toán lắp ghép dàn pin mặt trời  Hệ điện mặt trời lai Bài giảng Hệ thống điện mặt trời hoạt động độc lập Bài giảng Ước lượng tải tiêu thụ  Công việc trình thiết kế hệ thống điện mặt trời  Sẽ có vài bước tính lặp  Cần cân nhắc phụ tải thiết yếu, phụ tải xa xỉ  Sẽ đạt đến điểm thỏa hiệp, coi tối ưu chi phí nhu cầu người sử dụng  Cần thông tin công suất lẫn lượng, với biểu đồ sử dụng tất phụ tải cung cấp điện Bài giảng Ước lượng tải tiêu thụ Bài giảng 5 Ước lượng tải tiêu thụ Bài giảng Ước lượng tải tiêu thụ Bài giảng Ước lượng tải tiêu thụ Bài giảng Ví dụ 9.14  Ước tính nhu cầu lượng hàng tháng cabin có toàn tải AC, bao gồm tủ lạnh 19 cu ft, bóng compact 30 W dùng h/ngày, TV 19 inch bật h/ngày nối vào đầu thu vệ tinh, điện thoại không dây, lò vi ba 1000 W dùng.6 phút/ngày, máy giặt 250 W dùng 12 phút/ngày, bơm chìm 100 ft cung cấp 120 gallon/ngày Bài giảng Ví dụ 9.14 Bài giảng 10 Ví dụ 9.18  Một cabin có nhu cầu điện AC 3000 Wh/ngày mùa đông Tính khả dụng 95% chọn, với 5% lại hỗ trợ máy phát dự phòng Các ắc-quy lưu trữ nơi mà nhiệt độ đến –10 °C Điện áp hệ thống 24 V, nghịch lưu có hiệu suất 85% dùng Giải:  Tải DC hệ thống là: 3000 Wh/ngay Tai DC = = 3529 Wh/ngay 0,85 Bài giảng 38 Ví dụ 9.18  Ở điện áp hệ thống 24 V, tải tương ứng (3529 Wh/ngày)/24 V = 147 Ah/ngày  Để phục vụ mùa đông tốt hơn, chọn góc nghiêng pin L+15° (L vĩ độ)  Ví dụ cho Salt Lake City, số nắng đỉnh dùng để thiết kế 3,1 (cho góc nghiêng pin L+15° ) Bài giảng 39 Ví dụ 9.18  Từ đồ thị slide 35 cho tính khả dụng 95% (hoặc dùng phương trình), ta thu số ngày lưu trữ khoảng 4,6  Như vậy, dung lượng lưu trữ khả dụng cần có (147 Ah/ngày)×4,6 ngày = 676 Ah  Ta dùng ắc-quy chì axit cho phép phóng sâu đến 80%, cần xác định hệ số phụ thuộc vào nhiệt độ mức phóng điện, theo đồ thị slide 26  Thời gian phóng điện 4,6 ngày, mức phóng điện quy đổi C/92, dùng đường cong cho C/72 Ở nhiệt độ –10 °C, có hệ số (T, DR) = 0,97 Bài giảng 40 Ví dụ 9.18  Vậy, dung lượng danh định C/20, 25 °C 676 Ah/(0,8×0,97) = 871 Ah  Bộ ắc-quy cần cung cấp 871 Ah 24 V, ắc-quy đơn lẻ chế tạo cho mức dung lượng  Dựa vào bảng 9.15 (slide 25), thấy ghép dãy ắc-quy Trojan T-105 225 Ah, V để cung cấp 900 Ah Vì điện áp ắc-quy có V, nên có ắc-quy ghép nối tiếp dãy, để tạo điện áp hệ thống 24 V Bài giảng 41 Ví dụ 9.18 Bài giảng 42 Diode chặn phóng ngược  PV thực tế có nhánh dẫn điện song song đặc trưng cho rò điện không đủ ánh sáng chiếu vào (R sh) Do đó, không đủ ánh sáng, PV tiêu thụ điện từ ắc-quy  Người ta hạn chế điều diode chặn, mắc PV ắc-quy, để tránh cho dòng điện phóng ngược từ ắc-quy sang PV không đủ ánh sáng ( ) I d = I e38,9Vd − ( I B = I0 e Bài giảng 38 , 9Vd ) − + Vd / Rsh 43 Ví dụ 9.19  Một pin mặt trời có 36 tế bào mắc nối tiếp, tế bào có dòng điện bão hòa I0 10-10 A điện trở song song Ω PV cung cấp dòng quy đổi A ngày Tấm pin nối với ắc-quy có điện áp 12,5 V mà diode chống phóng ngược a) Có Ah bị phóng ngược từ ắc-quy 15 h? b) Bao nhiêu lượng bị hao hụt điều này? c) Nếu thêm diode chống phóng ngược, có lượng bị tiêu tán diode có đủ ánh sáng? Giả sử điện áp rơi diode dẫn điện 0,6 V Bài giảng 44 Tính toán dàn pin mặt trời Bài giảng 45 Tính toán dàn pin mặt trời  Khi nạp điện cho ắc-quy, PV làm việc phía cánh chỏ đường cong I-V Tính toán theo quan điểm thận trọng (tính thừa) Ah = (Dòng định mức)×(Số nắng đỉnh) ×(Hiệu suất Coulomb) ×(Hệ số suy giảm định mức)  Hệ số suy giảm định mức thường chọn 0,9, để xét đến ảnh hưởng bụi bám lão hóa dần  Với điện áp hệ thống 24 V, mắc nối tiếp hai pin thiết kế cho hệ thống 12 V, dùng pin cho hệ thống 24 V Ghép song song pin để tăng dòng Bài giảng 46 Ví dụ 9.20  Cabin ví dụ 9.18 cần 147 Ah/ngày Giả sử hiệu suất Coulomb 0,9, hệ số suy giảm định mức 0,9 Dòng điện định mức cần cung cấp từ PV Dòng định mức = (Ah cần thiết)/[(Số nắng đỉnh) ×(Hiệu suất Coulomb) ×(Hệ số suy giảm định mức)]  Tức là, IR = 147/(3,1×0,9×0,9) = 58,54 A  Nếu chọn pin mã hiệu P630-210 Redsun, với công suất đỉnh 210 Wp, dòng điện Imp = 7,25, cần 58,54/7,25 = 8,07 Vậy, chọn dùng pin (vì tính thừa) Bài giảng 47 Ví dụ 9.20  Sơ đồ khối hệ thống tương tự Bài giảng 48 Ví dụ 9.20  Hệ thống thiếu hụt chút vào tháng 12 Bài giảng 49 Hệ pin mặt trời lai  Hệ thống thiết kế theo tháng xấu năm thường có sản lượng cao nhiều vào tháng khác, đặc biệt khu vực nhiệt đới  Một hệ thống lai, hầu hết phụ tải cung cấp từ điện mặt trời, phần nhỏ cung cấp từ máy phát, giải pháp hiệu  Có thể phân tích nhu cầu lượng tháng thay đổi định mức PV để định tỷ lệ đầu tư cho PV máy phát dự phòng Slide giới thiệu đồ thị điển hình Bài giảng 50 Hệ pin mặt trời lai % tháng xấu = 0,625×(% năm) (cả năm ≤ 0,8) % tháng xấu = 0,5 + 28×(% năm – 0,8)2,5 (cả năm > 0,8) Bài giảng 51 Hệ pin mặt trời lai  Bộ ắc-quy giảm dung lượng  Dòng điện phóng/nạp ắc-quy không C/5  Dung lượng cho ngày hạn chế số lần khởi động máy phát Bài giảng 52 [...]... phải có khả năng cung cấp nhu cầu công suất ở điều kiện này Bảng dưới đây tính toán cho ví dụ 9.14 Bài giảng 5 16 Nhu cầu công suất đỉnh cực đại  Ngoài ra, bộ nghịch lưu cũng cần có đủ khả năng cung cấp công suất đỉnh cực đại mà phụ tải yêu cầu (các tải động cơ sẽ làm tăng giá trị này) Bài giảng 5 17 Ắc-quy  Các hệ thống điện mặt trời độc lập hiển nhiên cần một thiết bị lưu trữ năng lượng  Tồn tại... giảm dung lượng ắc-quy  Dung lượng được định mức theo dòng phóng C/20 ở 25 °C Bài giảng 5 25 Dung lượng ắc-quy Bài giảng 5 26 Ví dụ 9.16  Giả sử ắc-quy tại một trạm viễn thông ở xa có thể làm việc ở nhiệt độ −20 °C Nếu cần cung cấp 500 Ah/ngày cho phụ tải trong 2 ngày, cần có dung lượng ắc-quy là bao nhiêu? Giải:  Theo hình 9.39, để tránh dung dịch bị đông, chỉ phóng hết 60% dung lượng Dung lượng cần... Nhiệt độ quá thấp làm giảm khả năng phóng điện của ắc-quy Bài giảng 5 22 Ắc-quy chì axit  Khi xả sâu, dung dịch hầu như là nước, dễ bị đông hơn  Đồng thời, lớp PbSO4 làm giảm diện tích điện cực, tăng điện trở nội của ắc-quy  Khối lượng riêng của ắc-quy giảm Bài giảng 5 23 Ắc-quy chì axit  Điện áp và tỷ trọng theo điện lượng Bài giảng 5 24 Dung lượng ắc-quy  Dung lượng của ắc-quy tăng khi dòng... hết 80% dung lượng, dung lượng danh định cần có là 1667 Ah/0,8 = 2083 Ah Bài giảng 5 27 Ghép ắc-quy  Mắc song song để tăng dung lượng  Mắc nối tiếp để tăng điện áp  Đảm bảo điều kiện ghép nối tiếp và song song Bài giảng 5 28 Hiệu suất của ắc-quy  Giả sử ắc-quy được nạp bằng dòng IC ở áp VC trong thời gian TC, sau đó phóng hết điện tại dòng ID ở áp VD trong thời gian TD Hiệu suất năng lượng của ắc-quy... cao, nhưng chặn ôxy để tái hợp với chì Ắc-quy VRLA có thể hạn chế đến 95% lượng khí thoát ra Bài giảng 5 33 Tính toán dung lượng ắc-quy  Khi ánh sáng tốt, có thể chỉ cần tính dung lượng để phục vụ tải trong đêm Khi ánh sáng kém, bộ ắc-quy có thể phải phục vụ tải trong nhiều ngày  Sự thỏa hiệp giữa việc chọn dung lượng lớn và dung lượng nhỏ phụ thuộc chủ yếu vào chi phí, bên cạnh các yếu tố về tính linh... dung lượng ắc-quy phù hợp cho hầu hết các trường hợp Bài giảng 5 34 Tính toán dung lượng ắc-quy Bài giảng 5 35 Tính toán dung lượng ắc-quy  Gọi PSH là số giờ nắng đỉnh (Peak sun hour) và SD là số ngày lưu trữ, các đường cong trên hình 9.46 có thể được xấp xỉ bởi các phương trình SD( 99% ) ≈ 24 − 4,73( PSH ) + 0,3( PSH ) 2 SD( 95% ) ≈ 9,43 − 1,9( PSH ) + 0,11( PSH ) 2  Số ngày lưu trữ thể hiện dung lượng. .. cao để tạo ra hiện tượng điện phân nước, làm sinh ra khí H2 và O2 thoát ra ngoài, mang theo một phần điện tích đã được dùng để nạp điện cho ắc-quy  Do đó, giả sử hiệu suất Coulomb là 90%, hiệu suất năng lượng sẽ bằng 0,86×0,9 = 0,77 = 77% Bài giảng 5 30 Ví dụ 9.17  Một ắc-quy 100 Ah, 12 V có điện áp nghỉ 12,5 V được nạp ở C/5 bằng điện áp 13,2 V Dùng mạch Thevenin đơn giản: a) Ước tính điện trở nội... Wh/ngày  Tải DC tương ứng là 1969 Wh/ngày tai DC cho AC = = 2316 Wh/ngày 0,85  Cộng thêm với tủ lạnh DC 800 Wh/ngày tai DC tong = ( 2316 + 800 ) Wh/ngày = 3116 Wh/ngày  Cắt giảm được 15% nhu cầu năng lượng Bài giảng 5 13 Ví dụ 9.15 Bài giảng 5 14 Điện áp hệ thống  Công suất của bộ nghịch lưu có thể được xác định từ tổng nhu cầu công suất của các tải sẽ đồng thời làm việc  Công suất này sẽ giúp... dòng ID ở áp VD trong thời gian TD Hiệu suất năng lượng của ắc-quy là: VD I DTD  VD  I DTD   VD  Ah out  =   HS NL = =   VC I CTC  VC  I CTC   VC  Ah in  Như vậy: Hiệu suất năng lượng = hiệu suất điện áp × hiệu suất Coulomb Bài giảng 5 29    Hiệu suất của ắc-quy  Một ắc-quy 12 V có thể được xem có điện áp nạp trung bình là 14 V, và điện áp phóng trung bình là 12 V Do đó,... 12,68 V Tỷ lệ tổn hao công suất khi đó bằng: Ri I 2 0,035 × 5 = = 0,0138 = 1,38% VI 12,68 Bài giảng 5 32 Hiệu suất Coulomb của ắc-quy  Thực tế thì điện áp và nội trở của ắc-quy đều phụ thuộc vào điện lượng hiện có trong ắc-quy  Khi ắc-quy nạp gần đầy, điện áp tăng vọt làm phát sinh nhiều khí, do nước bị điện phân Đồng thời có thể xuất hiện sản phẩm phụ do tác dụng của hydro với kim loại làm điện cực