Đánh giá và đề xuất mô hình pin điện mặt trời cho tòa nhà văn phòng hội đồng giám mục việt nam công suất 30kw

Theo đó, những điểm chính trong phát triển nguồn điện tại Việt Nam trong tương lai: - Ưu tiên phát triển nguồn điện từ năng lượng tái tạo điện gió, điện mặt trời, điện sinh khối,…, phát

SVTH : Nguyễn Thị Thanh Thảo vi GVHD : PGS.TS Nguyễn Thị Vân Hà

MỤC LỤC

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN i

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN ii

LỜI CẢM ƠN iii

TÓM TẮT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP iv

ABSTRACT v

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT ix

DANH MỤC BẢNG x

DANH MỤC HÌNH xii

MỞ ĐẦU xiv

1 ĐẶT VẤN ĐỀ xiv

2 MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI xv

3 PHẠM VI ĐỀ TÀI xv

4 NỘI DUNG ĐỀ TÀI xv

5 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU xv

6 Ý NGHĨA ĐỀ TÀI xvii

CHƯƠNG 1 SẢN XUẤT ĐIỆN NĂNG VÀ MÔ HÌNH PIN ĐIỆN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI 1

1.1 NHU CẦU VÀ QUY HOẠCH CÁC LOẠI ĐIỆN NĂNG Ở VIỆT NAM 1

1.1.1 Nhu cầu điện năng hiện tại của Việt Nam 1

1.1.2 Quy hoạch điện năng của Việt Nam 2

1.2 TIỀM NĂNG PHÁT TRIỂN ĐIỆN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI 5

1.2.1 Tiềm năng phát triển điện năng lượng Mặt trời của thế giới 5

1.2.2 Tiềm năng phát triển điện năng lượng Mặt trời của Việt Nam 8

1.3 MÔ HÌNH PIN ĐIỆN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI 12

1.3.1 Nguyên lý hoạt động của mô hình pin điện Mặt trời 12

1.3.2 Ưu, nhược điểm của mô hình pin điện Mặt trời 15

1.3.3 Nguyên lý hoạt động của tấm pin năng lượng Mặt Trời 16

1.3.4 Các hệ thống pin điện năng lượng mặt Trời 22

SVTH : Nguyễn Thị Thanh Thảo vii GVHD : PGS.TS Nguyễn Thị Vân Hà

1.4 TIỀM NĂNG PHÁT TRIỂN MÔ HÌNH PIN ĐIỆN NĂNG LƯỢNG MẶT

TRỜI TRÊN MÁI TÒA NHÀ VĂN PHÒNG 23

1.5 CƠ SỞ PHÁP LÝ VÀ CƠ CHẾ HỖ TRỢ, PHÁT TRIỂN NĂNG LƯỢNG ĐIỆN MẶT TRỜI Ở VIỆT NAM 25

CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ MÔ HÌNH PIN ĐIỆN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI TRÊN MÁI TÒA NHÀ VĂN PHÒNG HỘI ĐỒNG GIÁM MỤC VIỆT NAM CÔNG SUẤT 30KW 35

2.1 Các bước thiết kế mô hình pin điện Mặt trời 35

2.1.1 Lựa chọn sơ đồ khối 36

2.1.2 Tính toán hệ nguồn điện pin Mặt trời 37

2.1.3 Các bộ điều phối năng lượng 40

2.2 Các thông số thiết kế 43

2.2.1 Vị trí lắp đặt hệ thống 43

2.2.2 Các yêu cầu và đặc trưng của phụ tải 44

2.3 Tính toán thiết kế mô hình pin điện Mặt trời 45

2.3.1 Lựa chọn sơ đồ khối 45

2.3.2 Tính toán hệ nguồn điện pin Mặt trời 46

2.4 Phương án thiết kế 50

2.5 Tính toán sản lượng điện sản xuất của mô hình 50

2.6 Khai toán kinh phí 51

2.7 Tổ chức thi công tại công trình 52

2.7.1 Tổ Chức Hiện Trường 52

2.7.2 Tiến Độ Thi Công 53

2.7.3 Các biện pháp kỹ thuật thi công 54

CHƯƠNG 3 ĐÁNH GIÁ HIỆU SUẤT SẢN XUẤT MÔ HÌNH PIN ĐIỆN MẶT TRỜI TÒA NHÀ VĂN PHÒNG 57

3.1 Phương pháp khảo sát mô hình pin điện Mặt trời 57

3.1.1 Chuẩn bị các dụng cụ thí nghiệm 57

3.1.2 Bố trí thí nghiệm 58

3.2 Kết quả khảo sát của mô hình pin điện Mặt trời tòa nhà công suất 30kW và mô hình pin điện Mặt trời tòa nhà công suất 15kW 59

SVTH : Nguyễn Thị Thanh Thảo viii GVHD : PGS.TS Nguyễn Thị Vân Hà

3.2.1 Mối tương quan giữa nhiệt độ không khí và nhiệt độ tấm pin Mặt trời

59

3.2.2 Mối tương quan giữa nhiệt độ không khí và công suất chuyển hóa điện năng của mô hình pin điện Mặt trời 61

3.2.3 Mối tương quan giữa bức xạ Mặt trời và công suất chuyển hóa điện năng của mô hình pin điện Mặt trời 63

3.2.4 Lượng điện năng sinh ra của mô hình pin điện Mặt trời tòa nhà văn phòng công suất 30KW và mô hình công suất 15 kW 64

3.3 Đánh giá hiệu quả về công suất thực tế so với công suất thiết kế 66

CHƯƠNG 4 ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ PHÁT TRIỂN ĐIỆN MẶT TRỜI TÒA NHÀ 68

4.1 Đánh giá ảnh hưởng của mô hình pin điện Mặt trời tòa nhà đến kinh tế, xã hội, môi trường và thể chế 68

4.1.1 Đánh giá về kinh tế và xã hội 68

4.1.2 Đánh giá hiệu quả môi trường 69

4.1.3 Đánh giá về cơ chế và thể chế 70

4.2 Đề xuất giải pháp phát triển năng lượng điện Mặt trời cho tòa nhà 70

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 72

KẾT LUẬN 72

KIẾN NGHỊ 72

TÀI LIỆU THAM KHẢO 73

PHỤ LỤC 75

SVTH : Nguyễn Thị Thanh Thảo ix

AC : Dòng điện xoay chiều

EVN : Tập Đoàn Điện Lực Việt Nam

TNHH TM- XD – SX : Trách Nhiệm Hữu Hạn Thương Mại – Xây Dựng- Sản Xuất

SVTH : Nguyễn Thị Thanh Thảo x GVHD : PGS.TS Nguyễn Thị Vân Hà

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1 Số liệu về bức xạ mặt trời tại Việt Nam 9Bảng 2.1 Quan hệ giữa cường độ dòng điện và tiết diện dây dẫn 42Bảng 2.2 Điều kiện khí hậu của TP Hồ Chí Minh 43Bảng 2.3 Hệ số phát điện của pin mặt trời (panel generation factor), kWh/m2/ngày 43Bảng 2.4 So sánh các loại tấm pin Mặt trời thông dụng trên thị trường 46Bảng 2.5 So sánh các bộ biến đổi điện DC –AC thông dụng trên thị trường 48Bảng 2.6 Khai toán kinh phí công trình mô hình pin điện Mặt trời công suất 30kW 51Bảng 2.7 Các thiết bị sử dụng trong quá trình thi công 53Bảng 3.1 Mô tả tóm tắt thời tiết trong các ngày tiến hành thí nghiệm 59Bảng 3.2 Tương quan giữa nhiệt độ không khí và nhiệt độ tấm pin Mặt trời của mô hình công suất 30kW 59Bảng 3.3 Tương quan giữa nhiệt độ không khí và nhiệt độ tấm pin Mặt trời của mô hình công suất 15kW 60Bảng 3.4 Tương quan giữa nhiệt độ môi trường và công suất chuyển hóa điện năng của

mô hình công suất 30kW 61Bảng 3.5 Tương quan giữa nhiệt độ môi trường và công suất chuyển hóa điện năng của

mô hình công suất 15 kW 61Bảng 3.6 Tương quan giữa bức xạ Mặt trời và công suất chuyển hóa điện năng của mô hình công suất 30KW 63Bảng 3.7 Tương quan giữa bức xạ Mặt trời và công suất chuyển hóa điện năng của mô hình công suất 15 KW 63Bảng 4.1 Lượng điện sinh ra trong ngày quy đổi thành tiền của mô hình pin điện Mặt trời tòa nhà công suất 30kW 68Bảng PL 1 Các thiết bị sử dụng điện của tòa nhà Văn Phòng Hội Đồng Giám Mục Việt Nam 75Bảng PL 2 Lượng điện tiêu thụ giả định tối đa (1) của tòa nhà Văn Phòng Hội Đồng Giám Mục Việt Nam 79Bảng PL 3 Lượng điện tiêu thụ giả định tối đa (2) của tòa nhà Văn Phòng Hội Đồng Giám Mục Việt Nam 82Bảng PL 4 Lượng điện tiêu thụ giả định trung bình của tòa nhà Văn Phòng Hội Đồng Giám Mục Việt Nam 85

SVTH : Nguyễn Thị Thanh Thảo xi GVHD : PGS.TS Nguyễn Thị Vân Hà

Bảng PL 5 Lƣợng điện tiêu thụ giả định tối thiểu của tòa nhà Văn Phòng Hội Đồng Giám Mục Việt Nam 88Bảng PL 6 Kết quả khảo sát thí nghiệm mô hình pin điện Mặt trời tòa nhà công suất 30kW 91Bảng PL 7 Kết quả khảo sát thí nghiệm mô hình pin điện Mặt trời tòa nhà công suất

15 kW 93

SVTH : Nguyễn Thị Thanh Thảo xii GVHD : PGS.TS Nguyễn Thị Vân Hà

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 Cơ cấu nguồn điện theo công suất lắp đặt năm 2011, năm 2012 và năm 2013

2

Hình 1.2 Quy hoạch phát triển nguồn điện từ năng lượng tái tạo 3

Hình 1.3 Cơ cấu công suất nguồn điện theo quy hoạch năm 2020 và năm 2030 (Từ trong ra ngoài) 4

Hình 1.4 Tổng lượng bức xạ Mặt trời toàn cầu trung bình/ năm(KWh/m2) 5

Hình 1.5 Tăng trưởng tổng điện năng Mặt trời năm 2004 -2014 6

Hình 1.6 Mặt đường phủ pin Mặt trời tại Pháp 8

Hình 1.7 Bức xạ mặt trời trung bình hàng năm tại Việt Nam 10

Hình 1.8 Tấm pin điện năng lượng Mặt trời 17

Hình 1.9 Quan hệ hiệu suất của quá trình biến đổi quang điện 18

Hình 1.10 Cấu tạo của module pin Mặt trời 20

Hình 1.11 Quá Trình Tạo Module pin Mặt trời 20

Hình 1.12 Nguyên lý hoạt động hệ thống năng lượng Mặt trời độc lập 22

Hình 1.13 Sơ đồ công nghệ hệ thống hòa lưới có dự trữ 25

Hình 2.1 Sơ đồ khối hệ thống điện mặt trời 37

Hình 2.2 Vị trí tòa nhà Văn phòng Hội Đồng Giám mục Việt Nam 43

Hình 2.3 Biểu đồ điện năng tiêu thụ tối đa của tòa nhà Văn phòng Hội Đồng Giám mục Việt Nam 44

Hình 2.4 Biểu đồ điện năng tiêu thụ trung bình của tòa nhà Văn phòng Hội Đồng Giám mục Việt Nam 44

Hình 2.5 Biểu đồ điện năng tiêu thụ tối thiểu của tòa nhà Văn phòng Hội Đồng Giám mục Việt Nam 45

Hình 2.6 Sơ đồ khối mô hình pin điện Mặt trời tòa nhà công suất 30kW 45

Hình 2.7 Biểu đồ sản lượng điện sản xuất dự kiến của mô hình 51

Hình 2.8 Mặt bằng thi công 52

Hình 2.9 : Vị trí tập kết vật tư trên mái 53

Hình 2.10 : Bãi tập kết tạm 53

Hình 2.11 Mô hình pin điện Mặt trời tòa nhà công suất 30kW 56

Hình 3.1 Biểu đồ tương quan giữa nhiệt độ môi trường và nhiệt độ tấm pin của mô hình công suất 30kW ngày 17/03/2017 60

SVTH : Nguyễn Thị Thanh Thảo xiii GVHD : PGS.TS Nguyễn Thị Vân Hà

Hình 3.2 Biểu đồ tương quan giữa nhiệt độ không khí và nhiệt độ tấm pin của mô hình công suất 15 kW ngày 17/03/2017 60Hình 3.3 Biểu đồ tương quan giữa nhiệt độ không khí và công suất chuyển hóa điện năng của mô hình công suất 30kW ngày 16/03/2017 62Hình 3.4 Biểu đồ tương quan giữa nhiệt độ không khí và công suất chuyển hóa điện năng của mô hình công suất 15 kW 62Hình 3.5 Biểu đồ tương quan giữa bức xạ Mặt trời và công suất chuyển hóa điện năng của mô hình công suất 30KW ngày 17/03/2017 64Hình 3.6 Biểu đồ tương quan giữa bức xạ Mặt trời và công suất chuyển hóa điện năng của mô hình công suất 15 KW 64Hình 3.7 Biểu đồ lượng điện năng sinh ra của mô hình pin điện Mặt trời tòa nhà công suất 30KW 65Hình 3.8 Biểu đồ lượng điện năng sinh ra của mô hình pin điện Mặt trời tòa nhà công suất 15 KW 65Hình 3.9 Biểu đồ lượng điện năng của mô hình pin điện Mặt trời tòa nhà công suất 30KW 66Hình 3.10 Biểu đồ công suất sản xuất điện của mô hình so với công suất thực tế của

mô hình pin điện Mặt trời tòa nhà văn phòng công suất 30KW 66Hình 3.11 Biểu đồ công suất sản xuất điện của mô hình so với công suất thực tế của

mô hình pin điện Mặt trời tòa nhà văn phòng công suất 15 KW 67

SVTH : Nguyễn Thị Thanh Thảo xiv GVHD : PGS.TS Nguyễn Thị Vân Hà

MỞ ĐẦU

1 ĐẶT VẤN ĐỀ

Nền khoa học kỹ thuật phát triển không ngừng và đời sống người dân ngày càng được cải thiện, kéo theo đó là nhu cầu sử dụng năng lượng điện ngày càng tăng cao Hiện nay ở nước ta có 2 nguồn sản xuất điện năng chủ yếu đó là thủy điện và nhiệt điện Hiện tại, vấn đề chính liên quan tới các nguồn năng lượng truyền thống là biến động giá dầu và các sản phẩm dầu trên thị trường thế giới trong bối cảnh các nguồn tài nguyên năng lượng dần cạn kiệt, biến đổi khí hậu và giới hạn khai thác của các nguồn thủy điện Trước tình trạng nguồn năng lượng truyền thống không tái tạo như dầu mỏ, than, nhiệt điện đều đang đứng trước những cảnh báo cạn kiệt buộc nhân loại phải vào cuộc tìm kiếm nguồn năng lượng thay thế Thời gian gần đây một số dự án sử dụng các nguồn năng lượng tái tạo như gió và mặt trời được ứng dụng nhiều hơn, góp phần tạo thêm nguồn cung cấp điện năng Mặt trời cung cấp một nguồn năng lượng tái tạo

vô giá, có thể sử dụng lâu dài trong tương lai Việc sử dụng năng lượng mặt trời không thải ra khí và nước độc hại, do đó không góp phần vào vấn đề ô nhiễm môi trường và hiệu ứng nhà kính Do đó, việc phát triển ngành công nghệ năng lượng mặt trời đang được rất nhiều nhà khoa học quan tâm

Việt Nam với lợi thế là một trong những nước nằm trong giải phân bổ ánh nắng mặt trời nhiều nhất trong năm trên bản đồ bức xạ mặt trời của thế giới Vị trí địa lý đã

ưu ái cho Việt Nam một nguồn năng lượng tái tạo vô cùng lớn, đặc biệt là năng lượng mặt trời Trải dài từ vĩ độ 23023◦ Bắc đến 8027◦ Bắc, Việt Nam nằm trong khu vực có cường độ bức xạ mặt trời tương đối cao Trong đó, nhiều nhất phải kể đến thành phố

Hồ Chí Minh, tiếp đến là các vùng Tây Bắc (Lai Châu, Sơn La, Lào Cai) và vùng Bắc Trung Bộ (Thanh Hóa, Nghệ An, Hà Tĩnh)…Đó là cơ sở rất lớn để đất nước chúng ta phát triển ngành công nghiệp điện mặt trời

Có nhiều công trình ứng dụng mô hình pin điện năng lượng mặt trời, trong đó các tòa nhà, văn phòng có tiềm năng rất lớn do nhu cầu sử dụng điện quanh năm và cao nhất từ 9h sáng – 5h chiều Bên cạnh đó có thể tận dụng mái của các tòa nhà để lắp đặt hệ thống vừa tận dụng mặt bằng vừa làm thoáng mát cho tòa nhà Đồng thời giúp giảm chi phí dành cho điện năng và có thể tạo ra lợi nhuận khi nhà nước tiến hành các chính sách thu mua điện từ hệ thống pin điện Mặt trời

Do vậy, cần có những nghiên cứu chi tiết, cụ thể về tính toán, thiết kế mô hình pin điện năng lượng Mặt trời Đồng thời đánh giá, phân tích hiệu quả kinh tế và môi trường làm cơ sở cho việc phát triển thị trường và nâng cao hiệu quả ứng dụng mô hình pin điện năng lượng Mặt trời trên mái tòa nhà văn phòng

SVTH : Nguyễn Thị Thanh Thảo xv GVHD : PGS.TS Nguyễn Thị Vân Hà

Từ những thực tiễn trên đề tài “Đánh giá và đề xuất mô hình pin điện mặt trời cho tòa nhà văn phòng công suất 30kW” được đặt ra với mục đích tính toán mô hình pin điện mặt trời tại tòa nhà văn phòng, theo dõi sản lượng điện và đánh giá hiệu quả của mô hình Từ đó đề xuất biện pháp phát triển năng lượng điện mặt trời trong tòa nhà dựa trên cơ sở khoa học và thực nghiệm

2 MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI

Đánh giá hiệu quả phát triển mô hình pin điện năng lượng Mặt trời trên mái tòa nhà văn phòng trên các phương diện về môi trường, kinh tế, xã hội nhằm góp phần định hướng phát triển năng lượng điện bền vững

3 PHẠM VI ĐỀ TÀI

Nghiên cứu đánh giá bằng các thông số thực tế thu thập được của mô hình pin điện năng lượng Mặt trời trên mái tòa nhà Văn Phòng Hội Đồng Giám Mục Việt Nam

và tòa nhà Công ty TNHH TM- XD – SX Hoàng Hà

4 NỘI DUNG ĐỀ TÀI

 Tổng quan về phát triển năng lượng điện Mặt trời cho tòa nhà, văn phòng

 Tổng quan cơ sở pháp lý và cơ chế hỗ trợ phát triển điện Mặt trời ở Việt Nam

 Tính toán, thiết kế mô hình pin điện năng lượng Mặt trời tại tòa nhà văn phòng công suất 30kW

 Khảo sát, đánh giá hiệu suất công trình thực tế so với tính toán lý thuyết và các công trình khác

 Đánh giá hiệu quả kinh tế, môi trường của công trình pin điện năng lượng Mặt trời tại tòa nhà văn phòng công suất 30kW

 Đề xuất biện pháp nâng cao hiệu quả phát triển điện Mặt trời trong tòa nhà

5 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

 Phương pháp nghiên cứu tài liệu: Tham khảo các tài liệu trong và ngoài nước liên quan đến kỹ thuật sản xuất điện năng Mặt trời, các văn bản luật, chính sách của nhà nước về điện Mặt trời để làm cơ sở cho đề tài

 Phương pháp thu thập tài liệu, số liệu có liên quan Bao gồm:

- Nhu cầu sử dụng điện, số lượng, công suất các thiết bị điện sử dụng trong tòa nhà…

- Diện tích mái, chiều cao mái tòa nhà…

- Thông số inverter hiển thị: Công suất lưới, điện năng sinh ra tại các thời điểm trong ngày

- Tổng điện năng sinh ra trong ngày, trong tháng

SVTH : Nguyễn Thị Thanh Thảo xvi GVHD : PGS.TS Nguyễn Thị Vân Hà

- Các thông số điện của đồng hồ điện 3 pha của mạng lưới điện nhà nước

- Nhiệt độ môi trường, nhiệt độ tấm pin điện Mặt trời và bức xạ Mặt trời tại các thời điểm trong ngày

 Phương pháp thực nghiệm: thu thập, xử lý các số liệu điện của mô hình pin điện Mặt trời tòa nhà Văn phòng Hội Đồng Giám Mục Việt Nam công suất 30KW

và và tòa nhà Công ty TNHH TM- XD – SX Hoàng Hà

BIỂU MẪU THEO DÕI CHỈ SỐ ĐIỆN NLMT TẠI TÒA NHÀ CÔNG TY TNHH TM-XD-SX HOÀNG

HÀ

Vĩ độ :10◦48'56.4" Bắc 106◦42'26.9" Đông Thời

gian

Nhiệt độ môi trường ◦C Tấm pin ◦C Nhiệt độ Bức xạ Mặt trời W/m 2

THÔNG SỐ INVERTER Công suất

lưới kW sinh ra kWh Điện năng

6:00

7:00

8:00

9:00

10:00

11:00

12:00

13:00

14:00

15:00

16:00

17:00

18:00

BIỂU MẪU THEO DÕI CHỈ SỐ ĐIỆN NLMT TẠI TÒA NHÀ HỘI ĐỒNG GIÁM MỤC VIỆT NAM SỐ:72/12 TRẦN QUỐC TOẢN-PHƯỜNG 8-QUẬN 3-TPHCM Vĩ độ: 10◦47'15.9" Bắc106◦41'14.3" Đông Thời gian Nhiệt độ không khí ◦C Mái hướng Đông Mái hướng Tây Điện năng sinh ra kWh Điện tiêu thụ từ NLMT kWh Điện tiêu thụ từ lưới cấp Kwh Nhiệt độ tấm pin ◦C Bức xạ MT W/m 2 Công suất lưới kW Điện năng sinh ra kWh Nhiệt độ tấm pin ◦C Bức xạ MT W/m 2 Công suất lưới kW Điện năng sinh ra kWh Ngày tháng năm … 6:00

7:00

8:00

9:00

10:00

11:00

12:00

13:00

14:00

15:00

16:00

17:00

18:00

SVTH : Nguyễn Thị Thanh Thảo xvii GVHD : PGS.TS Nguyễn Thị Vân Hà

- Thời gian: 3 ngày/tuần từ 06h -18h Khoảng cách giữa 2 lần đo: 60 phút

- Thiết bị: Máy đo bức xạ Mặt trời TM 206, súng đo nhiệt độ bằng hồng ngoại

Fluke 62, Nhiệt ẩm kế cơ học Anymetre TH108

 Phương pháp xử lý số liệu: Số liệu được xử lý bằng phần mềm Excel để so sánh

và đánh giá các số liệu thu thập được trong quá trình thực hiện đề tài

 Phương pháp CBA: Trên cơ sở phân tích các dòng chi phí lợi ích, tính toán lợi ích ròng để đánh giá hiệu quả mô hình

SVTH: Nguyễn Thị Thanh Thảo

Ngành điện hiện nay đang trong tình trạng mất cân đối giữa khả năng cung cấp

và nhu cầu sử dụng điện năng vì nhiều nguyên do khách quan và chủ quan, trong đó nguồn năng lượng cạn kiệt, thời tiết ngày càng khắc nghiệt dẫn đến nguồn sản xuất điện năng bị ảnh hưởng và lượng điện sử dụng lãng phí còn khá cao Nhu cầu điện tăng trưởng mạnh mẽ về quy mô và có sự chuyển dịch trong cơ cấu tiêu thụ do ảnh hưởng sự phát triển của nhóm khách hàng công nghiệp, xây dựng Việc sử dụng điện kém hiệu quả là một trong những vấn đề lớn nhất trong nhu cầu điện Mức phụ tải đỉnh (nhu cầu điện cao nhất trong một giờ) năm 2014 đã lên đến 22GW, tăng gấp 2,5 lần trong vòng 10 năm Mặc dù công suất lắp đặt luôn vượt mức phụ tải đỉnh hằng năm (Tỷ lệ phụ tải đỉnh/công suất nguồn giảm từ 78,3% xuống 65,1% trong giai đoạn 1995 – 2014) nhưng hệ thống vẫn luôn phải chịu áp lực cung ứng rất cao, đặc biệt là vào mùa khô Tình trạng cắt điện luân phiên ở nhiều nơi đã trở nên quen thuộc Nhu cầu tiêu thụ điện phân hóa mạnh theo thời gian giữa các mùa trong năm, giữa giờ cao điểm và thấp điểm trong ngày là khá lớn (Pmin/Pmax = 67 – 70%),

do đó gây khó khăn cho công tác điều độ và phát điện,…Nhu cầu điện có sự phân hóa

rõ nét giữa các vùng miền trong khi nhu cầu phụ tải của hệ thống điện miền Nam chiếm 50% tổng nhu cầu cả nước (năm 2013 khoảng trên 10.000MW), nhưng nguồn điện tại chỗ chỉ đáp ứng được 80% nhu cầu, còn lại phải truyền tải từ phía Bắc và miền Trung qua đường dây 500kV (sản lượng truyền tải từ miền trung vào miền nam năm

2013 lên đến 9,8 tỷ kWh) Việc xây dựng và triển khai quy hoạch điện còn nhiều bất cập như:Dự báo nhu cầu chưa đạt độ tin cậy cao; Công tác triển khai xây dựng nguồn điện gặp nhiều hạn chế, nhiều dự án bị chậm tiến độ đặc biệt các dự án nguồn điện ở phía nam; Việc xây dựng lưới điện có nhiều khó khăn, nhất là giải phóng mặt bằng, lưới điện truyền tải còn chưa đảm bảo độ tin cậy…Chất lượng điện năng toàn hệ thống chưa cao Hệ thống điện phụ thuộc quá nhiều vào đường dây 500kV, việc luôn phải truyền tải một sản lượng rất lớn từ bắc vào nam khiến cho tổn thất là điều không thể tránh khỏi Tỷ lệ tổn thất đã có xu hướng cải thiện rõ nét từ 10,15% năm 2010 xuống chỉ còn 8,6% năm 2014 nhưng với mức độ mất mát vẫn còn rất cao, lên đến 12,2 tỷ kWh/năm Giảm tổn thất điện năng vẫn là một trong những mục tiêu cấp thiết nhất trong những năm tới

SVTH: Nguyễn Thị Thanh Thảo

do không được định hướng tiếp tục phát triển trong tương lai Năng lượng tái tạo chưa được áp dụng rộng rãi cho phát triển điện năng và 88,6% điện năng sản xuất từ năng lượng tái tạo ở nước ta là từ các nhà máy thủy điện nhỏ (công suất dưới 30MW) Điện gió và các nguồn điện tái tạo khác chỉ đóng góp rất ít (0,4%) trong cơ cấu sản xuất điện cả nước

1.1.2 Quy hoạch điện năng của Việt Nam

Quy hoạch phát triển điện lực quốc gia giai đoạn 2011 – 2020, có xét đến năm 2030(Quy hoạch điện VII) được Viện Năng lượng bắt đầu lập từ cuối năm 2009 và được Thủ tướng Chính phủ phê duyệt tại Quyết định số 1208/QĐ-TTg ngày

SVTH: Nguyễn Thị Thanh Thảo

21/07/2011 Đây là văn bản có tính định hướng cho sự phát triển của toàn bộ chuỗi giá trị ngành điện Việt Nam trong tương lai Theo đó, những điểm chính trong phát triển nguồn điện tại Việt Nam trong tương lai:

- Ưu tiên phát triển nguồn điện từ năng lượng tái tạo (điện gió, điện mặt trời, điện sinh khối,…), phát triển nhanh, từng bước gia tăng tỷ trọng của điện năng sản xuất từ nguồn năng lượng tái tạo: Đưa tổng công suất nguồn điện gió từ mức không đáng kể hiện nay lên khoảng 1.000 MW vào năm 2020, khoảng 6.200

MW vào năm 2030; điện năng sản xuất từ nguồn điện gió chiếm tỷ trọng từ 0,7% năm 2020 lên 2,4% vào năm 2030 Phát triển điện sinh khối, đồng phát điện tại các nhà máy đường, đến năm 2020, nguồn điện này có tổng công suất khoảng 500 MW, nâng lên 2.000 MW vào năm 2030; tỷ trọng điện sản xuất tăng từ 0,6% năm 2020 lên 1,1% năm 2030

Hình 1.2 Quy hoạch phát triển nguồn điện từ năng lượng tái tạo

(Nguồn:[12])

- Ưu tiên phát triển các nguồn thủy điện, nhất là các dự án lợi ích tổng hợp: Chống lũ, cấp nước, sản xuất điện; đưa tổng công suất các nguồn thủy điện từ 9.200 MW hiện nay lên 17.400 MW vào năm 2020 Nghiên cứu đưa nhà máy thủy điện tích năng vào vận hành phù hợp với sự phát triển của hệ thống điện nhằm nâng cao hiệu quả vận hành của hệ thống: Năm 2020, thủy điện tích năng

có tổng công suất 1.800 MW; nâng lên 5.700 MW vào năm 2030

- Phát triển các nhà máy nhiệt điện với tỷ lệ thích hợp, phù hợp với khả năng cung cấp và phân bố của các nguồn nhiên liệu

- Phát triển các nhà máy điện hạt nhân bảo đảm ổn định cung cấp điện trong tương lai khi nguồn năng lượng sơ cấp trong nước bị cạn kiệt: Đưa tổ máy điện hạt nhân đầu tiên của Việt Nam vào vận hành năm 2020; đến năm 2030nguồn

Điện sinh khối Điện gió Điện Mặt trời

SVTH: Nguyễn Thị Thanh Thảo

MW

- Xuất, nhập khẩu điện: Thực hiện trao đổi điện năng có hiệu quả với các nước trong khu vực, bảo đảm lợi ích của các bên, tăng cường trao đổi để đảm bảo an toàn hệ thống, đẩy mạnh nhập khẩu tại các vùng có tiềm năng về thủy điện, trước hết là Lào, tiếp đó là Campuchia, Trung Quốc Dự kiến đến năm 2020, công suất điện nhập khẩu khoảng 2200 MW, năm 2030khoảng 7000 MW

Hình 1.3 Cơ cấu công suất nguồn điện theo quy hoạch năm 2020 và năm

2030 (Từ trong ra ngoài)

(Nguồn: [4])

SVTH: Nguyễn Thị Thanh Thảo

1.2 TIỀM NĂNG PHÁT TRIỂN ĐIỆN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI

1.2.1 Tiềm năng phát triển điện năng lượng Mặt trời của thế giới

Nguồn ánh sáng và nguồn nhiệt hay nguồn năng lượng tái tạo, nói chung, phát

ra từ Mặt Trời gần như vô tận Nguồn này sinh ra do phản ứng tổng hợp nhiệt hạch xảy ra trong Mặt Trời Trái Đất, chỉ nhận được một phần vô cùng nhỏ bé trong tổng năng lượng Mặt Trời phát ra Khoảng 30% phần năng lượng mặt trời đến được quả đất lại bị phản xạ ngược lại vào không gian vũ trụ, phần khác bị hấp thụ bởi các đám mây trên khí quyển, bởi nước ở các đại dương và các lớp đất bề mặt địa cầu Và bây giờ điện Mặt trời vẫn là một trong những nguồn điện tái tạo quan trọng trên Trái đất, bên cạnh thủy điện, điện gió Trước đây, con người sử dụng năng lượng mặt trời nhiều cách phi điện năng khác nhau rất đa dạng và phong phú, đơn giản như đun nấu, sưởi ấm và làm mát và phức tạp như làm bong bóng bay, lưu trữ nhiệt lượng bằng muối thường hay muối nóng chảy v.v

Hình 1.4 Tổng lượng bức xạ Mặt trời toàn cầu trung bình/

và Mỹ 11,42 GW [10]

SVTH: Nguyễn Thị Thanh Thảo

Những công trình ứng dụng tiêu biểu của pin năng lượng Mặt trời như tàu thủy Turanor Planet Solar hiện là chiếc tàu thủy chạy bằng năng lượng Mặt trời lớn nhất thế giới Tàu Turanor PlanetSolar, trị giá hơn 12,5 triệu euro, được lắp đặt hơn 500 m2 các tấm pin Mặt trời để cung cấp năng lượng điện cho hai động cơ Solar Impulse - máy bay năng lượng mặt trời đầu tiên trên thế giới Trên cánh của Solar Impulse được lắp 17.000 tấm pin năng lượng mặt trời dùng để cung cấp năng lượng cho máy bay Đồng thời, nó cũng được trang bị pin lithium-ion để sử dụng vào ban đêm

Ấn Độ đã công bố hình ảnh về Dự án Điện Mặt Trời Kamuthi, giúp mọi người

có thể quan sát toàn cảnh nhà máy điện năng lượng Mặt Trời lớn nhất thế giới tại Kamuthi, bang Tamil Nadu, Ấn Độ, theo Futurism Nhà máy điện Mặt Trời nói trên được xây dựng chỉ trong 8 tháng với tổng kinh phí 679 triệu USD Nhà máy gồm 2,5 triệu tấm pin Mặt Trời, bao phủ diện tích hơn 10,36 km2 Công suất hoạt động của nó lên tới 648 MW, đủ khả năng cấp điện cho 150.000 hộ gia đình Đây là một bước tiến lớn của Ấn Độ nhằm đưa năng lượng Mặt Trời tiếp cận tới nhiều người dân hơn Năm

2022, Ấn Độ dự kiến sản xuất điện năng lượng Mặt Trời đủ cung cấp cho 60 triệu hộ gia đình Với nhà máy điện năng lượng Mặt Trời mới tại Kamuthi, Ấn Độ sẽ trở thành quốc gia sản xuất điện năng lượng Mặt Trời lớn thứ ba thế giới vào năm 2017, chỉ sau

2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014

SVTH: Nguyễn Thị Thanh Thảo

Trong báo cáo của Cơ quan Năng lượng quốc tế dự báo 28% lượng điện năng của thế giới sẽ là năng lượng tái tạo trước năm 2021 Theo trang Climate Central, khoảng 70% trong tổng số các nguồn lực đầu tư cho sản xuất điện đã dần chuyển qua năng lượng tái tạo, cụ thể tổng số lên tới 288 tỷ USD

Ngày 04/08/2016 các quan chức phụ trách lĩnh vực năng lượng của thành phố Washington DC đã cho phép Apple bán điện do nông trại năng lượng mặt trời ở California có công suất 130MW sản xuất ra với mức giá thị trường Sản lượng điện năng do nông trại này sản xuất ra đủ để đáp ứng nhu cầu tiêu thụ của 60.000 hộ gia đình hay toàn bộ cửa hàng, văn phòng, trụ sở chính và một trung tâm dữ liệu của hãng

ở California Apple còn có nông trại năng lượng mặt trời ở Nevada và Arizona với công suất lần lượt là 20 MW và 50 MW và hai nông trại ở Trung Quốc, với tổng công suất là 40 MW

Mitsubishi Hitachi đã thiết kế một hệ thống mới kết hợp giữa năng lượng Mặt trời tập trung và thiết bị bay hơi ở nhiệt độ thấp, sẽ làm tăng hiệu suất sản xuất điện năng và làm giảm đáng kể chi phí Hệ thống tập trung năng lượng Mặt trời chứa nhiều tấm gương quay theo hướng Mặt trời, điều này đảm bảo rằng tất cả ánh sáng phản chiếu đều được tập trung vào một bộ phận tiếp nhận, từ đó giảm thiểu tác động từ sự biến động trong cường độ ánh sáng Mặt trời Ngoài ra hệ thống còn có khả năng lưu trữ nhiệt năng để có thể sản xuất điện năng vào ban đêm hoặc vào những ngày trời nhiều mây Công nghệ này hiện đang được thử nghiệm đến tháng 3 năm 2017 tại một nhà máy lớn thuộc về Bộ Môi Trường Nhật Bản, rộng 10000 m2, hệ thống gồm có 150 tấm gương, một thiết bị bay hơi và một thiết bị quá nhiệt, được xây dựng trong một tòa tháp và hệ thống này có thể sản xuất ra 300 Kw điện [11]

Trạm năng lượng Mặt trời Tesla ở đảo Kauai (thuộc quần đảo Hawaii) với các tấm năng lượng Mặt trời có khả năng thu 13 MW điện từ SolarCity, toàn bộ số điện sẽ được trữ trong “pin dự phòng” Powerpack có công suất 52MWh Đây là cơ sở trữ điện Mặt trời lớn nhất thế giới.[13]

Vào ngày 22/12/2016, Con đường làm bằng pin mặt trời đầu tiên trên thế giới được mở tại một ngôi làng vùng Normandy, Tây Bắc nước Pháp Đoạn đường dài 1

km được phủ bằng các tấm pin mặt trời với diện tích 2.800 m2

Nhà sản xuất Colas cho biết các tấm pin được phủ một lớp vật liệu chứa các sợi silicon rất mịn, giúp chúng chịu được sức nặng của phương tiện giao thông Dự án có chi phí khoảng 5 triệu Euro

và có thể phục vụ 2.000 người tham gia giao thông mỗi ngày Quá trình vận hành thử nghiệm sẽ kéo dài trong hai năm, nhằm mục đích nghiên cứu khả năng cấp điện cho hệ thống đèn đường của ngôi làng 3.400 dân

SVTH: Nguyễn Thị Thanh Thảo

Hình 1.6 Mặt đường phủ pin Mặt trời tại Pháp

(Nguồn: Guardian)

1.2.2 Tiềm năng phát triển điện năng lượng Mặt trời của Việt Nam

Việt Nam là nước nhiệt đới nóng ẩm nằm trong giải phân bổ ánh nắng mặt trời nhiều nhất trên thế giới Với địa hình nhiều đồi núi và hải đảo, Việt Nam cũng có nhiều khu vực dân cư nằm phân tán Vì vậy, sử dụng năng lượng mặt trời như một nguồn năng lượng tại chỗ để thay thế cho các dạng năng lượng truyền thống, đáp ứng nhu cầu của các vùng dân cư là một chính sách có ý nghĩa quan trọng về mặt kinh tế,

an ninh quốc phòng Nguồn năng lượng mặt trời hầu như sử dụng quanh năm Năng lượng bức xạ mặt trời trung bình đạt 4 đến 5kWh/m2 mỗi ngày Mật độ năng lượng mặt trời biến đổi trong khoảng 300 đến 500 cal/cm2/ngày Số giờ nắng trung bình cả năm trong khoảng 1.800 đến 2.100 giờ Tiềm năng điện mặt trời tốt nhất ở các vùng Thừa Thiên-Huế trở vào nam Vùng Tây Bắc gồm các tỉnh Lai Châu, Sơn La, Lào Cai… và vùng Bắc Trung Bộ gồm các tỉnh Thanh Hóa, Nghệ An, Hà Tĩnh… có năng lượng mặt trời khá lớn Như vậy, các tỉnh thành ở miền Bắc nước ta đều có thể sử dụng hiệu quả Còn ở miền Nam, từ Đà Nẵng trở vào, năng lượng mặt trời rất lớn và phân bố tương đối điều hòa quanh năm Trừ những ngày có mưa rào, có thể nói hơn 90% số ngày trong năm có thể sử dụng năng lượng mặt trời Số giờ nắng trung bình cả năm trong khoảng 2.000 đến 2.600 giờ Đây là khu vực ứng dụng năng lượng mặt trời rất hiệu quả

Theo tài liệu khảo sát lượng bức xạ mặt trời cả nước:

- Vùng Tây Bắc:

Nhiều nắng vào các tháng 8 Thời gian có nắng dài nhất vào các tháng 4,5 và 9,10 Các tháng 6,7 rất hiếm nắng, mây và mưa rất nhiều Lượng tổng xạ trung bình ngày lớn nhất vào khoảng 5,234 kWh/m2ngày và trung bình trong năm là 3,489 kWh/m2/ngày

SVTH: Nguyễn Thị Thanh Thảo

Vùng núi cao khoảng 1500m trở nên thường ít nắng Mây phủ và mưa nhiều, nhất

là vào khoảng tháng 6 đến thàng 1 Cường độ bức xạ trung bình thấp (< 3,489 kWh/m2/ ngày)

- Vùng Bắc Bộ và Bắc Trung Bộ

Tổng bức xạ trung bình cao nhất ở Bắc Bộ khoảng từ thàng 5, ở Bắc Trung Bộ tù tháng 4 Số giờ nắng trung bình thấp nhất là trong tháng 2 3 khoảng 2h/ngày, nhiều nhất vào tháng 5 với khoảng 6 – 7h/ngày và duy trì ở mức cao từ tháng 7

- Vùng Trung Bộ

Từ Quảng Trị đến Tuy Hòa, thời gian nắng nhiều nhất vào các tháng giữa năm với khoảng 8 – 10h/ngày Trung bình từ tháng 3 đến tháng 9, thời gian nắng từ 5 – 6 h/ngày với lượng tổng xạ trung bình trên 3,489 kWh/m2/ngày (có ngày đạt 5,815 kWh/m2/ngày)

- Vùng phía Nam:

Ở vùng này, quanh năm dồi dào nắng Trong các tháng 1, 3, 4 thường có nắng từ 7h sáng đến 17h Cường độ bức xạ trung bình thường lớn hơn 3,489 kWh/m2

/ngày Đặc biệt là các khu vực Nha Trang, cường độ bức xạ lớn hơn 5,815 kWh/m2

/ngày trong thời gian 8 tháng/năm

Bảng 1.1 Số liệu về bức xạ mặt trời tại Việt Nam

SVTH: Nguyễn Thị Thanh Thảo

bên cạnh những nguồn năng lượng hóa thạch, Việt Nam phải sớm tính tới việc khai thác các nguồn năng lượng mới, nhất là nguồn điện gió, điện sinh khối, điện mặt trời…Tuy nhiên, việc ứng dụng năng lượng mặt trời ở Việt Nam cho đến nay chưa phát triển, còn nhỏ lẻ, mới chỉ khoảng chục năm trở lại đây và chỉ dừng lại ở một số ứng dụng như đun nước nóng hay tích điện chiếu sáng ngoài trời Chi phí đầu tư lớn là rào cản chủ yếu cho việc phát triển các dự án điện mặt trời ở Việt Nam

Hình 1.7 Bức xạ mặt trời trung bình hàng năm tại Việt Nam

(Nguồn : [16] )

Trong đó, TP Hồ Chí Minh với nguồn "tài nguyên nắng” lớn, và các điều kiện thuận lợi về cơ sở hạ tầng cũng như chất lượng lực lượng sản xuất, là một trung tâm có tiềm năng phát triển công nghiệp NLMT nhất trong cả nước Vì vậy, TP Hồ Chí Minh

SVTH: Nguyễn Thị Thanh Thảo

được đánh giá là một “điểm tựa”, đột phá xuất khẩu cho ngành công nghiệp ĐMT Việt Nam với lộ trình 20 năm

Tính đến nay, công nghiệp điện mặt trời TP Hồ Chí Minh đã tạo dựng được một

số cơ sở sản xuất tiêu biểu như nhà máy sản xuất Module PMT quy mô công nghiệp đầu tiên tại Việt Nam, cơ sở hạ tầng công nghiệp sản xuất chế tạo các thiết bị điện tử ngoại vi phục vụ cho ĐMT xây dựng dựa trên sự hợp tác giữa Solar và Công ty CP Nam Thái Hà, nhà máy “Solar Materials Incorporated” có khả năng cung cấp cả hai loại Silic khối (mono and multi-crystalline) sử dụng cho công nghiệp sản xuất PMT

Hướng đến việc xây dựng ngành công nghiệp ĐMT Việt Nam lên hàng đầu khu vực và cạnh tranh thế giới về công nghệ và sản lượng vào năm 2025, các nhà quản lý

và các nhà khoa học đã đưa ra chiến lược phát triển kích cầu công nghiệp ĐMT Việt Nam, dự thảo đề cương Chương trình điện mặt trời siêu công suất 2010-2025 Dự thảo

đã vạch ra các mục tiêu cụ thể của Chương trình là khai thác hiệu quả ĐMT đảm bảo

an ninh năng lượng quốc gia trong mọi tình huống (250 MWp = 456,25 tỷ KWh/năm),

và cùng với lưới Quốc gia điện khí hóa 100% toàn bộ lãnh thổ Việt Nam vào năm

2025 Hiện nay, Chương trình đã triển khai dự thảo 4 dự án lớn là dự án 10.000 mái nhà ĐMT, dự án nhà máy ĐMT nối lưới cục bộ 2MWp-5MWp, dự án 10.000 nguồn chiếu sáng công cộng bằng công nghệ tích hợp năng lượng mới; và dự án khu trình diễn năng lượng mới của Việt Nam và thế giới Ngoài ra còn có một số dự án khác như

dự án xây dựng nhà máy sản xuất phiến PMT (Solar Cell) và bảng PMT (Solar Module), nhà máy chế tạo chảo nhiệt điện mặt trời 10KW và 25KW công nghệ Stirling, dự án xây dựng nhà máy chế tạo thiết bị phụ trợ phát triển ĐMT, dự án xe taxi điện – ĐMT, dự án 10.000 thuyền câu mực ánh sáng tiết kiệm năng lượng từ ĐMT và gió

SVTH: Nguyễn Thị Thanh Thảo

1.3 MÔ HÌNH PIN ĐIỆN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI

1.3.1 Nguyên lý hoạt động của mô hình pin điện Mặt trời

 Lịch sử hình thành và phát triển điện Mặt trời

Hiệu ứng quang điện được phát hiện đầu tiên năm 1839 bởi nhà vật lý Pháp Alexandre Edmond Becquerel lúc ông 19 tuổi khi đang làm thí nghiệm tại phòng nghiên cứu của cha Năm đó, ông trình bày chi tiết các thí nghiệm trong tạp chí khoa học Les Comptes Rendus de l'Academie des Sciences - Becquerel đặt một clorua bạc trong axit và chiếu sáng nó trong khi nó được kết nối với điện cực bạch kim và, kết quả là nó tạo ra điện áp và dòng điện Nó được xem là bước đệm ban đầu đánh dấu cho

sự phát triển về sau này Hơn 40 năm sau khi thí nghiệm của Becquerel, thì Willoughby Smith - một kỹ sư điện người Anh quan sát hiện tượng quang dẫn của nguyên tố hóa học selen Ba năm sau đó, William Grylls Adams - giáo sư Khoa Triết học tự nhiên (Đại học King), làm việc cùng với sinh viên Richard Evans Day, phát hiện ra rằng selen sản xuất điện khi tiếp xúc với ánh sáng Hai năm sau nữa, Adams đã viết “Solar Heat: A Substitute for Fuel in Tropical Countries” (Năng lượng mặt trời: Một thay thế cho nhiên liệu ở các nước nhiệt đới) - cuốn sách đầu tiên về năng lượng mặt trời Tuy nhiên cho đến 1883 một pin năng lượng mặt trời mới được tạo thành, bởi Charles Fritts, ông phủ lên mạch bán dẫn selen một lớp cực mỏng vàng để tạo nên mạch nối, thiết bị chỉ có hiệu suất 1% Năm 1888, nhà vật lý học người Nga Aleksandr Stoletov tạo ra tấm pin đầu tiên dựa vào hiệu ứng quang điện được phát hiện bởi Heinrich Hertz trước đó vào năm 1887 Đến năm 1905, Albert Einstein đã giải thích được hiệu ứng quang điện Einstein xây dựng lý thuyết photon của ánh sáng - mô tả rằng ánh sáng mặt trời có thể "giải phóng" các electron trên bề mặt kim loại Và 16 năm sau khi công bố bài báo, Einstein được trao giải Nobel cho

"khám phá quy luật hiệu ứng quang điện" của mình

Trong khi nguyên mẫu của mô-đun quang điện được tạo ra trong những năm cuối thế kỷ 19 bởi Charles Fritts, hơn 50 năm sau, cộng đồng khoa học mới thiết kế được một tế bào năng lượng mặt trời thực tế Các bước đột phá đầu tiên đến vào năm 1918, khi nhà khoa học Ba Lan Jan Czochralski phát minh ra một phương pháp nuôi cấy silicon đơn tinh thể “Tiến trình Czochralski " lấy cảm hứng từ Gerald Pearson và Calvin Fuller của phòng thí nghiệm Bell nổi tiếng, để tạo ra các thiết bị đầu tiên có thể chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành năng lượng điện vào năm 1954 Hai nhà khoa học sau đó đã tăng hiệu suất chuyển đổi từ 4% lên 11%

Việc kiểm soát giá dầu của chính phủ Hoa Kỳ trong những năm 1970, tiếp theo là các lệnh cấm vận dầu mỏ Ả-rập và việc đưa ra Đạo luật Giao khẩn cấp Dầu khí năm

SVTH: Nguyễn Thị Thanh Thảo

1973 tạo ra một cuộc khủng hoảng năng lượng ở Hoa Kỳ Tất cả điều này dẫn đến việc đón nhận năng lượng mặt trời và các nguồn tài trợ của Viện Nghiên cứu Năng lượng mặt trời (ngày nay được gọi là Phòng thí nghiệm Năng lượng tái tạo quốc gia).Và năm

1977, Trung tâm Nghiên cứu Năng lượng mặt trời được thiết lập Trong vài năm sau

đó, chính phủ các nước khác trên toàn cầu cũng làm như vậy

Năm 1999 được cho là “ Bước đột phá trong hiệu quả quang điện” Hai mốc quan trọng xảy ra trong 1999; đầu tiên, Chủ tịch EUROSOLAR - Hermann Scheer khởi xướng chương trình "100.000 mái nhà năng lượng mặt trời", với mục tiêu tạo ra một công suất điện là 300 MW vào năm 2005 Thứ hai, quan trọng hơn, là các công ty sản xuất Spectrolab phát triển một tế bào chuyển đổi được… 32% của ánh sáng nhận được thành điện năng - hơn gấp đôi mức hiệu quả tại thời điểm đó

Tấm pin mặt trời dùng cho nhà ở đã trở thành phổ biến rộng rãi vào năm 2001, khi Home Depot bắt đầu bán ra trong 3 cửa hàng ở California, Hoa Kỳ (một năm sau

đó, tại hơn 60 cửa hàng trên toàn quốc) Hôm nay, tình hình thậm chí còn tốt hơn, Greentech Media cho biết thị trường năng lượng mặt trời dân cư đã tăng 66% kể từ năm 2009 Hơn nữa, máy phát điện không còn là thứ bắt buộc phải có trong nhà; các thiết bị di động như điện thoại thông minh, máy tính bảng và máy tính xách tay hiện nay có thể được trang bị bộ dụng cụ bảng điều khiển năng lượng mặt trời nhỏ

Sự mở rộng của các khoản tín dụng thuế liên bang, chính sách nhà nước và đặc biệt là cắt giảm chi phí, Hiệp hội Năng lượng mặt trời công nghiệp Hoa Kỳ đã dự đoán rằng năm 2016 sẽ là một năm kỷ lục cho ngành công nghiệp này Mặc dù công nghệ tiếp tục phát triển, các nhà nghiên cứu MIT tin rằng công nghệ tinh thể silicon hiện nay có khả năng tạo ra điện quy mô hàng terawatt vào năm 2050 Ngay khi những thứ rào chắn như chính sách dựa vào nhiên liệu hóa thạch bị huỷ bỏ, năng lượng mặt trời

sẽ thế chỗ

 Nguyên lý hoạt động của hệ thống pin điện mặt trời

Tấm pin mặt trời, những tấm có bề mặt lớn thu thập ánh nắng mặt trời và biến

nó thành điện năng, được làm bằng nhiều tế bào quang điện có nhiệm vụ thực hiện quá trình tạo ra điện từ ánh sáng mặt trời.Từ giàn pin mặt trời, ánh sáng được biến đổi thành điện năng, tạo ra dòng điện một chiều (DC) Dòng điện này được dẫn tới bộ điều khiển là một thiết bị điện tử có chức năng điều hòa tự động các quá trình nạp điện vào ăc-quy và phóng điện từ ăc-quy ra các thiết bị điện một chiều (DC) Dòng điện này được dẫn tới bộ điều khiển sạc Bộ điều khiển sạc này có chức năng ưu tiên cho việc sạc cho bình ac-quy trước Sau khi bình ac-quy đầy điện năng sẽ chuyển qua bộ kích điện inverter Vào buổi tối khi không còn ánh sáng mặt trời, nguồn điện từ bình ác quy

SVTH: Nguyễn Thị Thanh Thảo

sẽ là nguồn năng lượng cấp cho bộ kích inverter Nguồn cung cấp cho bộ kích này lấy

từ điện lưới quốc gia Thông qua các thông số kỹ thuật của điện lưới, bộ kích này sẽ tự động setup để cho dòng DC từ pin mặt trời hay từ bình ac-quy được chuyển đổi thành dòng AC “dòng xoay chiều” giống với thông số của dòng điện lưới để cung cấp cho các thiết bị tiêu thụ điện như điện chiếu sáng và sản xuất

Khi nguồn điện lưới bị mất, nguồn cung cấp cho bộ inverter và thông số kích hoạt điện một chiều thành dòng AC sẽ không còn Lượng điện năng từ pin mặt trời sản sinh ra sẽ được truyền tải qua hệ thống tải DC của hệ thống hoặc chuyển qua hệ thống nối đất để đảm bảo an toàn cho mạng lưới đồng thời cũng bảo vệ cho các tấm pin năng lượng mặt trời Đối với thời gian là buổi tối thì dòng điện DC từ bình ac-quy sẽ ngắt

và lượng điện sẽ được giữ lại tại bình

Hệ thống điện mặt trời là một hệ thống bao gồm các thành phần như: các tấm Pin mặt trời (máy phát điện), các thiết bị lưu trữ năng lượng, các thiết bị điều phối năng lượng, các tải tiêu thụ,… Thiết kế hệ thống điện mặt trời là xây dựng mối quan

hệ tương thích giữa các thành phần của hệ về mặt định tín và định lượng để đảm bảo

sự truyền tải năng lượng hiệu quả cao từ Pin mặt trời đến các tải tiêu thụ

Không như các hệ năng lượng khác, “ nhiên liệu” của máy phát điện là bức xạ mặt trời, nó luôn thay đổ phức tạp theo thời gian, địa điểm và phụ thuộc vào điều kiện khí hậu, thời tiết… nên với cùng một tải điện yêu cầu có thế có một số thiết kế khác nhau tùy theo các thông số riêng của hệ Vì vậy không nên áp đặt các thiết kế mẫu dùng chung cho tất cả các hệ thống điện mặt trời

Trong hai thành phần được quan tâm là dàn Pin mặt trời và bộ ac-quy là hai thành phần chính của hệ thống và chiếm tỉ trọng lớn nhất trong chi phí cho hệ thống Pin mặt trời Cùng một phụ tải tiêu thụ, có nhiều phương án lựa chọn hệ thống Pin mặt trời, trong đó dàn Pin mặt trời và bộ ac-quy có quan hệ tương hỗ sau:

- Tăng dung lượng ac-quy thì giảm dung lượng dàn Pin mặt trời

- Tăng dung lượng dàn pin mặt trời thì giảm dung lượng ac-quy

Tuy nhiên nếu lựa chọn dung lượng dàn Pin mặt trời quá nhỏ thì ac-quy sẽ bị phóng kiệt hoặc luôn luôn bị “đói” dễ hư hỏng Ngược lại nếu dung lượng Pin mặt trời quá lớn sẽ gây lãng phí Do vậy phải lựa chọn sao cho thích hợp để hệ thống hoạt động

có hiệu quả cao nhất

Trong thực tế có những hệ thống Pin mặt trời nằm trong các tổ hợp hệ thống năng lượng gồm hệ thống Pin mặt trời, máy phát điện chạy bằng gió, diezen… Trong hệ thống đó điện năng từ hệ thống Pin mặt trời hòa vào lưới điện chung của tổ hợp hệ thống

SVTH: Nguyễn Thị Thanh Thảo

1.3.2 Ưu, nhược điểm của mô hình pin điện Mặt trời

1.3.2.1 Ưu điểm của mô hình pin điện Mặt trời

Một trong những lợi thế lớn nhất của năng lượng mặt trời là nó là một nguồn năng lượng tái tạo và nguồn năng lượng lâu dài

 Giúp tiết kiệm chi phí

- Sau khi đầu tư ban đầu đã được thu hồi, năng lượng từ mặt trời là thiết thực miễn phí

- Ưu đãi tài chính có hình thức chính phủ sẽ giảm chi phí

- Nếu hệ thống pin mặt trời sản xuất năng lượng nhiều hơn nhu cầu sử dụng, chúng ta có thể bán cho nhà nước

- Tiết kiệm tiền trên hóa đơn điện hàng tháng

- Năng lượng mặt trời không đòi hỏi bất cứ nhiên liệu Nó không bị ảnh hưởng bởi việc cung cấp và nhu cầu nhiên liệu và do đó không phải chịu mức giá ngày càng tăng của xăng dầu

 Thân thiện môi trường

- Năng lượng mặt trời sạch, tái tạo (không giống như dầu, khí đốt và than đá) và bền vững, góp phần bảo vệ môi trường

- Nó không gây ô nhiễm không khí do khí carbon dioxide phát hành, oxit nitơ, khí lưu huỳnh hoặc thủy ngân vào khí quyển giống như nhiều hình thức truyền thống của các thế hệ điện không

- Vì vậy năng lượng mặt trời không đóng góp cho sự nóng lên toàn cầu, mưa axit hoặc sương mù Nó tích cực góp phần vào việc giảm phát thải khí nhà kính có hại

- Bằng cách không sử dụng bất kỳ nhiên liệu, năng lượng mặt trời không đóng góp cho các chi phí và các vấn đề của việc thu hồi và vận chuyển nhiên liệu hoặc lưu trữ chất thải phóng xạ

 Độc lập, bán độc lập

- Năng lượng Mặt trời có thể được sử dụng để bù đắp năng lượng tiêu thụ, cung cấp tiện ích Nó không chỉ giúp giảm hóa đơn điện, nhưng cũng sẽ tiếp tục cung cấp điện trong trường hợp bị cúp điện

- Một hệ thống năng lượng mặt trời có thể hoạt động hoàn toàn độc lập, không đòi hỏi một kết nối đến một mạng lưới điện hoặc khí ở tất cả Hệ thống do đó

có thể được cài đặt trong vị trí từ xa, làm cho nó thực tế hơn và hiệu quả hơn tiện ích cung cấp điện cho một trang web mới

- Năng lượng mặt trời hỗ trợ việc làm địa phương và tạo ra sự giàu có, thúc đẩy nền kinh tế địa phương

SVTH: Nguyễn Thị Thanh Thảo

1.3.2.2 Nhược điểm của mô hình pin điện năng lượng Mặt trời

- Các chi phí ban đầu là bất lợi chính của việc cài đặt một hệ thống năng lượng mặt trời, phần lớn là vì chi phí cao của các vật liệu bán dẫn được sử dụng trong việc xây dựng một

- Chi phí năng lượng mặt trời cũng là cao so với tiện ích - cung cấp điện không tái tạo Như tình trạng thiếu năng lượng đang trở nên phổ biến hơn, năng lượng mặt trời ngày càng trở nên giá cạnh tranh

- Tấm năng lượng mặt trời đòi hỏi khá một vùng rộng lớn để cài đặt để đạt được một mức độ tốt hiệu quả

- Hiệu quả của hệ thống cũng phụ thuộc vào vị trí của mặt trời, mặc dù vấn đề này có thể được khắc phục với việc cài đặt các thành phần nhất định

- Việc sản xuất năng lượng mặt trời bị ảnh hưởng bởi sự hiện diện của các đám mây và ban đêm

1.3.3 Nguyên lý hoạt động của tấm pin năng lượng Mặt Trời

1.3.3.1 Cấu tạo, nguyên lý hoạt động

Pin năng lượng mặt trời (solar panel/pin mặt trời/pin quang điện) là thiết bị giúp chuyển hóa trực tiếp năng lượng ánh sáng mặt trời (quang năng) thành năng lượng điện (điện năng) dựa trên hiệu ứng quang điện Loại pin Mặt trời thông dụng nhất hiện nay là loại sử dụng Silic tinh thể

Silicon được biết đến là một chất bán dẫn “Chất bán dẫn là vật liệu trung gian giữa chất dẫn điện và chất cách điện Chất bán dẫn hoạt động như một chất cách điện ở nhiệt độ thấp và có tính dẫn điện ở nhiệt độ phòng” Với tính chất như vậy, silicon là một thành phần quan trọng trong cấu tạo của pin năng lượng mặt trời

SVTH: Nguyễn Thị Thanh Thảo

có thể hoạt động nhƣ một chất cách điện và duy trì sự mất cân bằng này Khi làm cho electron đang liên kết với nguyên tử bị bật ra khỏi nguyên tử silicon, photon trong ánh sáng mặt trời đƣa các electron này vào một trật tự nhất định, cung cấp dòng điện cho máy tính, vệ tinh và tất cả các thiết bị ở giữa

 Hiệu suất của quá trình biến đổi quang điện

SVTH: Nguyễn Thị Thanh Thảo

0 0

d J E

c g

là tổng năng lƣợng của các photon tới hệ

Nhƣ vậy hiệu suất  là một hàm của E g

( hình 1.9) Bằng tính toán lý thuyết đối với chất bán dẫn Silicon thì hiệu suất  0.44

Hình 1.9 Quan hệ hiệu suất của quá trình biến đổi quang điện

(Nguồn: [1])

 Một số thông tin cơ bản về tấm pin mặt trời:

- Hiệu suất: từ 15% – 18%

SVTH: Nguyễn Thị Thanh Thảo

- Công suất: từ 25Wp đến 250 Wp

- Số lượng cells trên mỗi tấm pin : 72 cells

- Kích thước cells: 5 – 6 inchs

- Loại cells: monocrystalline và polycrystalline

- Chất liệu của khung: nhôm

- Tuổi thọ trung bình của tấm pin mặt trời: 30năm

Các tấm pin mặt trời được lắp đặt ở ngoài trời để có thể hứng được ánh nắng tốt nhất từ mặt trời nên được thiết kế với những tính năng và chất liệu đặc biệt, có thể chịu đựng được sự khắc nghiệt của thời tiết, khí hậu, nhiệt độ…

1.3.3.2 Phân loại

Đã có rất nhiều thử nghiệm của các nhà vật lý học trên thế giới về nhiều vật liệu khác nhau để làm pin mặt trời và chúng được dựa trên hai tiêu chuẩn là hiệu suất sử dụng và giá cả Hiệu suất được hiểu là tỉ số của năng lượng điện từ của nặng lượng ánh sáng mặt trời Thông thường, vào một ngày trời nắn gắt vào buổi trưa, con số ước tính

mà ánh sáng mặt trời tỏa nhiệt khoảng 1000 W/m²; trong đó 10% hiệu suất của 1module 1m² cung cấp được năng lượng điện hoạt động được khoảng 100W Hiệu suất của pin mặt trời này bị ảnh hưởng bởi các vật liệu làm từ silic vô định hình, sự thay đổi được thể hiện cụ thể là hiệu suất pin có thể thay đổi từ 6% lên đến 30% hay cao hơn nữa, sử dụng pin có nhiều mối nối nghiên cứu trong phòng thí nghiệm

Các pin năng lượng thương mại và hệ thống công nghệ có hiệu suất từ 5% đến 15% Giá của điện từ 50 Eurocent/kWh (Trung Âu) xuống tới 25 eurocent/kWh trong vùng có ánh mặt trời nhiều

Cho tới nay thì vật liệu chủ yếu cho pin mặt trời (và cho các thiết bị bán dẫn) là các silic tinh thể Pin mặt trời từ tinh thể silic chia ra thành 3 loại:

- Một tinh thể hay đơn tinh thể module sản xuất dựa trên quá trình Czochralski Đơn tinh thể loại này có hiệu suất tới 16% Chúng thường rất mắc tiền do được cắt từ các thỏi hình ống, các tấm đơn thể này có các mặt trống ở góc nối các module

- Đa tinh thể làm từ các thỏi đúc từ silic nung chảy cẩn thận được làm nguội và làm rắn Các pin này thường rẻ hơn các đơn tinh thể, tuy nhiên hiệu suất kém hơn Tuy nhiên chúng có thể tạo thành các tấm vuông che phủ bề mặt nhiều hơn đơn tinh thể bù lại cho hiệu suất thấp của nó

- Dải silic tạo từ các miếng phim mỏng từ silic nóng chảy và có cấu trúc đa tinh thể, loại này thường có hiệu suất thấp nhất, tuy nhiên loại này rẻ nhất trong các loại vì không cần phải cắt từ thỏi silicon Các công nghệ trên là sản suất tấm,

SVTH: Nguyễn Thị Thanh Thảo

Hình 1.11 Quá Trình Tạo Module pin Mặt trời

(Nguồn :[1])

SVTH: Nguyễn Thị Thanh Thảo

Ngoài ra Một số loại Pin Mặt Trời khác như :

Pin Mặt trời nhạy cảm chất màu DSC (Dye - sensitized solar cell): DSC là một loại pin Mặt trời mới, giá rẻ, dễ làm Loại pin này do Michael Gratzel ở trường Báchkhoa Lausane (Thuỵ Sĩ) chế tạo lần đầu vào năm 1991 nên còn có tên là pin Gratzel.Cấu tạo nguyên thuỷ của pin DSC gồm ba phần chính Pin DSC hoạt động như sau: ánh sáng Mặt trời qua tấm kính, qua lớp điện cực trong suốt SnO2:F chiếu vào chất màu nhạy quang dính trên bề mặt các hạt TiO2 Photon kích thích các phân tử chất màu nhạy quang làm cho electron ở đó bị bứt ra nhảy vào miền dẫn của TiO2 rồi từ đó

dễ dàng chuyển động chạy về điện cực trong suốt ở phía trên Khi bị mất electron để nhận thêm cho phân tử không bị phân huỷ Phân tử chất màu nhạy quang bèn lấy electron của iôt ở dung dịch điện phân, biến anion iôt một I- thành anion iôt ba I3- Các anion iôt này khi tiếp xúc với điện cực kim loại sẽ lấy lại electron từ điện cực trong suốt qua mạch ngoài chạy về điện cực kim loại Như vậy đã thực hiện cơ chế photon kích thích làm cho electron nhảy lên, đến điện cực trong suốt rồi qua mạch ngoài chạy về điện cực kim loại tạo ra dòng điện.Vì nhiều lí do, hiệu suất của loại pin này chỉ vào cỡ 11% thấp hơn hiệu suất của pin Mặt trời silic (12 - 15%) Tuy nhiên ưu điểm rõ rệt của loại pin này là: Vật liệu chế tạo rẻ, dễ kiếm Đặc biệt TiO2 là chất bột trắng hay dùng để làm sơn trắng rất phổ biến Kỹ thuật chế tạo đơn giản, không phải cần máy móc cao cấp đắt tiền như ở trường hợp pin Mặt trời silic Thậm chí có thể làm pin mặt trời kiểu này theo cách thủ công Dễ dàng cải tiến nhiều khâu kỹ thuật, nhất là ứng dụng công nghệ nano để làm bột TiO2 có diện tích mặt ngoài cực lớn Nhược điểm của loại pin này là có chứa chất lỏng phải có các biện pháp chống rò rỉ khi dùng lâu (Loại pin này tuổi thọ là 10 năm, bằng một nửa tuổi thọ của pin Mặt trời silic).Hiện nay đã có nhiều cải tiến đối với chất màu nhạy quang làm cho ánh sáng thuộc nhiều bước sóng trong phổ ánh sáng Mặt trời đều dễ dàng bị hấp thụ để kích thích làm thoát điện tử tạo ra dòng điện Nhờ đó, khác với pin Mặt trời silic, loại pin Mặt trời mới này vẫn hoạt động tốt khi nắng yếu, đặc biệt là hoạt động với ánh sáng trong nhà

Pin mặt trời dạng keo nước (Lá nhân tạo): Pin mặt trời dạng keo nước còn được gọi là Lá nhân tạo Đây là loại Pin mặt trời có thể uốn cong, có thành phần là keo nước chứa các phân tử nhạy sáng kết hợp với các điện cực phủ chất liệu cacbon, ví dụ như ống nano cacbon hoặc than chì Các phân tử nhạy sáng trở nên “kích động” khi ánh sáng mặt trời chiếu vào và sản sinh ra điện năng; cơ chế này tương tự như cơ chế kích thích tổng hợp đường để sinh trưởng của phân tử thực vật Hiện tại, việc ứng dụng loại pin này vẫn chưa được công bố do hiệu suất hoạt động của pin vẫn còn thấp

SVTH: Nguyễn Thị Thanh Thảo

1.3.4 Các hệ thống pin điện năng lượng mặt Trời

1.3.4.1 Hệ thống pin điện mặt trời độc lập

Hệ thống điện năng lượng mặt trời sử dụng cho nhu cầu cả ngày lẫn đêm cho một hệ thống các thiết bị điện và chỉ dùng điện lấy từ năng lượng mặt trời Hệ thống này bao gồm các tấm pin mặt trời, bộ điều khiển nạp, ac-quy lưu trữ, có hoặc không có

bộ đổi điện DC - AC Đây là hệ thống phổ biến nhất hiện nay ở Việt Nam vì đáp ứng được các nhu cầu sử dụng điện tại các khu vực chưa có điện, điện chập chờn, khi mất điện hoặc đơn giản là sử dụng điện mặt trời cho một số ít các thiết bị trong gia đình Năng lượng dự trữ trong bình ac-quy sẽ được biến đổi thành dòng điện xoay chiều inverter để cung cấp cho tải sử dụng Chế độ làm việc của inverter hoàn toàn tự động,

có màn hình theo dõi kiểm soát hệ thống và có các cảnh báo lỗi kịp thời khi có sự cố

Nguyên lý hoạt động hệ thống điện Mặt trời: Hệ thống pin năng lượng Mặt trời

sẽ nhận bức xạ Mặt trời và chuyển hóa thành nguồn điện một chiều (DC) Nguồn điện

DC này sẽ được nạp vào bình ac-quy ( để lưu trữ điện) thông qua bộ điều khiển sạc (có chức năng bảo vệ ac-quy và tấm pin) Sau đó điện được lưu ac-quy được kích lên 220V sine chuẩn để sử dụng cho các thiết bị

Hình 1.12 Nguyên lý hoạt động hệ thống năng lượng Mặt trời độc lập

(Nguồn: [18])

1.3.4.2 Hệ thống điện mặt trời độc lập có bù lưới điện

Là hệ thống điện mặt trời độc lập nhưng có kết hợp bộ bù lưới thông minh khi yếu điện, đảm bảo các thiết bị đã đấu nối vào hệ thống điện mặt trời luôn đủ điện dù trời không nắng hoặc khi nhu cầu sử dụng tăng cao

Hệ thống này kết nối trực tiếp vào mạch điện trong nhà, tiết kiệm tối đa chi phí điện lưới Cụ thể, hệ thống pin năng lượng mặt trời được lắp đặt sẽ nhận bức xạ mặt trời và chuyển hóa thành nguồn điện một chiều (DC) Nguồn điện DC được chuyển

SVTH: Nguyễn Thị Thanh Thảo

đổi thành nguồn điện xoay chiều (AC) thông qua bộ chuyển đổi điện lưới Với bộ chuyển đổi này, nguồn năng lượng được tạo ra từ hệ thống pin mặt trời sẽ được chuyển đổi ở chế độ tốt nhất, nhằm tối ưu hóa nguồn năng lượng từ pin mặt trời và cung cấp điện cho tải

Đặc biệt, chế độ điều khiển thông minh của inverter sẽ ưu tiên sử dụng điện năng từ pin mặt trời để cung cấp trực tiếp cho tải, góp phần tiết kiệm tối đa nguồn điện năng từ lưới điện Trong trường hợp năng lượng tải nhỏ hơn so với năng lượng tạo ra của hệ pin mặt trời, trong khi nhu cầu sử dụng vẫn còn hoặc tăng cao hơn hệ thống inverter sẽ chuyển hóa nguồn năng lượng dư thừa này và trả ngược lại điện lưới, giúp các gia đình giảm thiểu chi phí trả cho lưới điện

1.3.4.3 Hệ thống điện mặt trời nối lưới

Hệ thống pin năng lượng mặt trời sẽ nhận bức xạ mặt trời và chuyển hóa thành nguồn điện một chiều (DC) Nguồn điện DC này sẽ được chuyển đổi thành nguồn điện xoay chiều (AC) thông qua Grid Tie Inverter (bộ chuyển đổi điện nối lưới) Với bộ chuyển đổi này sẽ đảm bảo nguồn năng lượng được tạo ra từ hệ pin mặt trời sẽ được chuyển đổi ở chế độ tốt nhất nhằm tối ưu hóa nguồn năng lượng từ hệ pin mặt trời và cung cấp điện năng cho tải

Bên cạnh đó việc inverter có chế độ thông minh, tự dò tìm và đồng bộ pha nhằm kết nối giữa điện năng tạo ra từ hệ pin mặt trời và điện lưới

Chế độ làm việc thông minh của bộ inverter với việc ưu tiên sử dụng lượng điện năng từ hệ pin mặt trời để cung cấp trực tiếp cho tải sử dụng sẽ giúp tối ưu hóa năng lượng từ hệ pin mặt trời

1.3.4.4 Hệ thống điện mặt trời nối điện lưới có dự trữ

Hệ thống này tương tự hệ thống nối lưới tuy nhiên được thiết kế thêm một hệ thống dự trữ nhỏ hoặc vừa cung cấp cho tải ưu tiên để khi mất điện vẫn dùng được Hệ thống này chỉ thích hợp khi lắp đặt với công suất lớn như đối với các doanh nghiệp

Ưu điểm của giải pháp này là nguồn năng lượng được dự trữ sẽ góp phần đảm bảo điện ngay cả khi điện lưới bị mất

1.4 TIỀM NĂNG PHÁT TRIỂN MÔ HÌNH PIN ĐIỆN NĂNG LƯỢNG

MẶT TRỜI TRÊN MÁI TÒA NHÀ VĂN PHÒNG

Định hướng của quá trình phát triển bền vững ngày nay là hướng tới sử dụng năng lượng tiết kiệm và hạ thấp giá thành chi phí nhưng đảm bảo hiệu quả lao động và chất lượng sản phẩm Nên các doanh nghiệp đều hướng tới lựa chọn những nguồn năng lượng sạch thay thế Trong đó nguồn năng lượng mặt trời là lựa chọn thay thế mang

SVTH: Nguyễn Thị Thanh Thảo

tính khả thi và hiệu quả cao do vốn đầu tư ban đầu tương đối cao, đổi lại thời gian hoàn vốn ngắn và hiệu quả mang lại lâu dài Lượng điện này là nguồn năng lượng vô tận, sạch, không gây ô nhiễm môi trường… mà người đầu tư lắp đặt hệ thống lại không tốn chi phí sử dụng giảm thiểu được chi phí sử dụng điện phải trả hằng tháng Ngược lại còn được hưởng những sự hỗ trợ của các chính sách khuyến khích từ cơ quan nhà nước Hiện tại trên thị trường đang áp dụng 2 loại hệ thống điện năng lượng mặt trời lắp đặt trên mái tòa nhà, văn phòng, …

 Hệ thống hòa lưới (Không dự trữ)

Hệ thống này thường phù hợp với các tòa nhà văn phòng và công sở Do đây là những đơn vị có nhu cầu sử dụng lượng điện lớn vào ban ngày “ 7h – 17h” mà đây lại

là thời gian nắng tốt trong ngày, lượng điện sinh ra sẽ được bộ kích inverter chuyển đổi thành dòng AC cung cấp cho tải Thông thường hệ thống năng lượng mặt trời lắp đặt cho các đơn vị này có công suất bằng 50 – 70% tổng lượng điện năng tiêu thụ của tòa nhà, do đó lượng điện năng sinh ra sẽ được các đơn vị này sử dụng hết Một phần

là do chưa có chính sách mua lại giá điện năng lượng mặt trời được lắp đặt từ hộ gia đình không xài hết hay ở các văn phòng công sở có ngày nghỉ thứ 7 và chủ nhật thì lượng điện này phát lên lưới điện Thứ 2 giảm chi phí đầu tư, … Lượng điện thiếu hụt

sẽ được lấy từ trên lưới điện Khi mặt trời lặn cũng là thời gian sử dụng điện của các đơn vị này giảm, điện năng từ pin mặt trời không còn Khi đó điện năng sử dụng cho các phụ tải ở các đơn vị này sẽ được lấy hoàn toàn từ điện lưới

Cơ chế truyền điện năng tới tải tiêu thụ: điện thu được từ tấm pin (Solar Panel) là điện 1 chiều, qua bộ hòa lưới (Grid Tie Inverter), có chức năng đổi từ điện DC –

AC cùng pha cùng tần số với điện lưới, sau đó hệ thống sẽ hòa chung với điện lưới: Khi công suất hòa lưới bằng công suất tải thì tải tiêu thụ điện hoàn toàn từ pin mặt trời

 Khi công suất tải tiêu thụ lớn hơn công suất hòa lưới thì tải sẽ lấy thêm lưới bù vào

 Khi công suất tải tiêu thụ nhỏ hơn công suất hòa lưới thì điện từ bộ hòa lưới sẽ trả ra lưới

 Hệ thống hòa lưới có dự trữ

Hệ thống này tương tự hệ thống nối lưới tuy nhiên được thiết kế thêm một hệ thống

dự trữ nhỏ hoặc vừa cung cấp cho tải ưu tiên để khi mất điện lưới vẫn có điện để sử dụng Các tải ưu tiên thường có công suất nhỏ nhưng luôn cần điện ổn định như hệ thống chiếu sáng, quạt, module mạng, hệ thống camera an ninh, máy tính …

SVTH: Nguyễn Thị Thanh Thảo

Hệ thống kết hợp giữa hệ thống hòa lưới giúp tiết kiệm điện, với hệ thống độc lập

để luôn có 1 lượng điện dự trữ cho các thiết bị quan trọng khi mất điện

Hình 1.13 Sơ đồ công nghệ hệ thống hòa lưới có dự trữ

(Nguồn: [18])

Nguyên tắc hoạt động của hệ thống: khi khởi động Ắc quy được ưu tiên nạp đầy từ pin mặt trời Hệ thống sẽ luôn kiểm tra tình trạng ắc quy để đảm bảo ắc quy luôn đầy điện Khi ắc quy đầy hệ thống sẽ chuyển qua hòa lưới, giúp giảm lượng điện tiêu thụ, khi hòa lưới sử dụng tất cả các tải (tải ưu tiên và tải thông thường)

Khi mất điện bộ chuyển mạch (ATS) sẽ chuyển qua xài tải ưu tiên từ lượng điện được dự trữ trong ắc quy, khi đó toàn bộ hệ pin mặt trời được chuyển qua sạc cho

ắc quy, khi có điện trở lại thì hệ thống sẽ chuyển qua hòa lưới bình thường

Lựa chọn hệ thống phù hợp: Tùy vào lượng tải thông thường và ưu tiên mà thiết

kế hệ thống khác nhau

1.5 CƠ SỞ PHÁP LÝ VÀ CƠ CHẾ HỖ TRỢ, PHÁT TRIỂN NĂNG

LƯỢNG ĐIỆN MẶT TRỜI Ở VIỆT NAM

Tình hình phát triển điện mặt trời trên thế giới cũng góp phần thúc đẩy Việt Nam

có chính sách đầu tư phát triển toàn diện nền công nghiệp điện năng nước nhà Đồng thời, bên cạnh sự phát triển nhiệt điện khí, nhiệt điện than, điện hạt nhân, không thể không có chính sách hợp lý đối với sử dụng năng lượng tái tạo, trước hết là điện gió và điện mặt trời

Quyết định số 2068/QĐ-TTg phê duyệt Chiến lược phát triển năng lượng tái tạo của Việt Nam đến năm 2030, tầm nhìn đến năm 2050 [8]:

SVTH: Nguyễn Thị Thanh Thảo

- Với quan điểm phát triển kết hợp phát triển năng lượng tái tạo với triển khai thực hiện các mục tiêu kinh tế, xã hội và môi trường; Phát triển và sử dụng năng lượng tái tạo kết hợp với phát triển công nghiệp năng lượng tái tạo, ưu tiên phát triển nhanh những lĩnh vực năng lượng tái tạo có nguồn tài nguyên lớn và triển vọng thương mại tốt, như điện gió, điện Mặt trời và điện sinh khối, thực hiện các biện pháp cần thiết để mở rộng thị trường, đồng thời tăng cường hợp tác quốc tế để chuyển giao công nghệ phát triển công nghiệp chế tạo thiết bị, tiếp thu, tiến tới tự chủ về công nghệ, nâng cao khả năng chế tạo thiết bị và khả năng cạnh tranh trên thị trường năng lượng tái tạo nhằm đáp ứng bền vững, ổn định cho nhu cầu thị trường, tạo điều kiện thuận lợi cho ngành công nghiệp năng lượng tái tạo phát triển với quy mô lớn Kết hợp sử dụng công nghệ ngắn hạn với phát triển công nghệ dài hạn; kết hợp chính sách ưu đãi, hỗ trợ với cơ chế thị trường và kết hợp tái cơ cấu với nâng cao năng lực quản lý nhà nước trong lĩnh vực năng lượng tái tạo

- Định hướng phát triển theo các giai đoạn như sau:

 Giai đoạn từ nay đến 2030: Phát triển và sử dụng nguồn năng lượng tái tạo độc lập nhằm đáp ứng mục tiêu điện khí hóa nông thôn Đầu tư phát triển các nhà máy phát điện sử dụng năng lượng tái tạo nối lưới.Phát triển và sử dụng nguồn năng lượng tái tạo để cung cấp nhiệt năng như việc tăng cường hỗ trợ hoạt động đầu tư, nghiên cứu, phát triển và sử dụng nguồn năng lượng tái tạo cho mục đích sử dụng nhiệt nhằm giảm sử dụng nhiên liệu hóa thạch và bảo vệ môi trường Đồng thời chính phu hỗ trợ giai đoạn đầu một phần chi phí để khuyến khích lắp đặt và phát triển công nghệ năng lượng tái tạo Phát triển và sử dụng nguồn nhiên liệu sinh học

 Định hướng đến 2050: Tập trung nguồn lực, khai thác và sử dụng tối đa tiềm năng năng lượng tái tạo trong nước bằng những công nghệ tiên tiến, phù hợp với điều kiện thực tế của từng vùng miền, mang lại hiệu quả cao về kinh tế, xã hội và môi trường Phát triển mạnh mẽ thị trường công nghệ năng lượng tái tạo, ngành công nghiệp sản xuất máy móc thiết bị, cung cấp dịch vụ năng lượng tái tạo trong nước Tăng cường mạnh tiềm lực cho nghiên cứu, phát triển, chuyển giao và ứng dụng các dạng năng lượng tái tạo mới

- Định hướng phát triển theo các lĩnh vực thủy điện, nguồn năng lượng sinh khối, nguồn điện gió Trong đó định hướng phát triển nguồn năng lượng Mặt trời cụ thể như sau:

 Phát triển điện Mặt trời để cung cấp điện cho hệ thống điện quốc gia và khu vực biên giới, hải đảo, vùng sâu, vùng xa chưa thể cấp điện từ nguồn điện lưới quốc gia Điện năng sản xuất từ năng lượng Mặt trời tăng từ khoảng 10 triệu kWh

SVTH: Nguyễn Thị Thanh Thảo

năm 2015 lên khoảng 1,4 tỷ kWh vào năm 2020; khoảng 34,5 tỷ kWh vào năm 2030và khoảng 210 tỷ kWh vào năm 2050 Đưa tỷ lệ điện năng sản xuất từ nguồn năng lượng Mặt trời trong tổng sản lượng điện sản xuất từ mức không đáng kể hiện nay lên đạt khoảng 0,5% vào năm 2020, khoảng 6% vào năm 2030và khoảng 20% vào năm 2050

 Phát triển các thiết bị sử dụng năng lượng Mặt trời để cung cấp nhiệt cho các hộ gia đình; sản xuất công nghiệp, nông nghiệp và dịch vụ Tổng năng lượng mặt trời cung cấp nhiệt tăng từ 1,1 triệu TOE năm 2020 lên khoảng 3,1 triệu TOE

và 6 triệu TOE năm 2050

- Chiến lược còn xây dựng các cơ chế, chính sách để thực hiện như sau:

 Khuyến khích các tổ chức, cá nhân với các hình thức sở hữu khác nhau tham gia vào việc phát triển và sử dụng năng lượng tái tạo, Nhà nước bảo hộ các quyền và lợi ích hợp pháp của các tổ chức, cá nhân phát triển và sử dụng năng lượng tái tạo

 Các đơn vị điện lực có trách nhiệm mua toàn bộ điện năng được sản xuất từ việc sử dụng các nguồn năng lượng tái tạo nối lưới thuộc địa bàn do đơn vị mình quản lý Việc mua bán điện được thực hiện thông qua hợp đồng mua bán điện mẫu do Bộ Công Thương quy định Các dự án điện sử dụng nguồn năng lượng tái tạo để sản xuất điện được ưu tiên đấu nối với hệ thống điện quốc gia

 Các tổ chức, cá nhân hoạt động trong lĩnh vực điện lực có trách nhiệm đóng góp vào việc phát triển ngành năng lượng tái tạo của đất nước

 Các khách hàng sử dụng điện cuối cùng đang mua điện từ hệ thống điện quốc gia, thực hiện phát triển nguồn điện sử dụng năng lượng tái tạo với mục đích chính là tự đảm bảo cho nhu cầu điện của mình, được áp dụng cơ chế thanh toán bù trừ

 Các dự án phát triển và sử dụng nguồn năng lượng tái tạo được hưởng các ưu đãi về tín dụng đầu tư theo các quy định pháp luật hiện hành về tín dụng đầu tư

và tín dụng xuất khẩu của Nhà nước

 Các dự án phát triển và sử dụng nguồn năng lượng tái tạo được miễn thuế nhập khẩu đối với hàng hóa nhập khẩu để tạo tài sản cố định cho dự án; hàng hóa nhập khẩu là nguyên liệu, vật tư, bán thành phẩm trong nước chưa sản xuất được nhập khẩu để phục vụ sản xuất của dự án theo quy định của pháp luật hiện hành về thuế xuất khẩu, thuế nhập khẩu

 Việc miễn, giảm thuế thu nhập doanh nghiệp đối với các dự án phát triển và sử dụng nguồn năng lượng tái tạo được thực hiện như đối với dự án thuộc lĩnh vực

ưu đãi đầu tư theo quy định của pháp luật hiện hành về thuế

SVTH: Nguyễn Thị Thanh Thảo

 Các dự án phát triển và sử dụng nguồn năng lượng tái tạo được miễn, giảm tiền

sử dụng đất, tiền thuê đất theo quy định của pháp luật hiện hành áp dụng đối với

dự án thuộc lĩnh vực ưu đãi đầu tư

 Ưu tiên cho các nghiên cứu liên quan đến phát triển và sử dụng tài nguyên năng lượng tái tạo trong lĩnh vực phát triển khoa học và công nghệ và phát triển công nghiệp công nghệ cao; bố trí kinh phí từ các quỹ để hỗ trợ các nghiên cứu khoa học và công nghệ tại các dự án thí điểm, dự án công nghiệp hóa cho phát triển

và sử dụng năng lượng tái tạo, thúc đẩy cải tiến công nghệ liên quan đến sự phát triển và sử dụng năng lượng tái tạo, giảm chi phí sản xuất của các sản phẩm năng lượng tái tạo và nâng cao chất lượng sản phẩm v.v…

- Các giải pháp thực hiện chiến lược

 Tăng cường quản lý nhà nước trong phát triển và sử dụng năng lượng tái tạo

 Điều tra tài nguyên nguồn năng lượng tái tạo

 Lập ra quy hoạch và kế hoạch phát triển nguồn năng lượng tái tạo

 Xây dựng các tiêu chuẩn, quy chuản quốc gia

 Các giải pháp nâng cao tỷ lệ phát triển và sử dụng các nguồn năng lượng tái tạo Đối với giải pháp phát triển và sử dụng năng lượng Mặt trời :Khuyến khích các

tổ chức, cá nhân phát triển và sử dụng hệ thống năng lượng Mặt trời để đun nóng nước, hệ thống sưởi, làm lạnh sử dụng năng lượng Mặt trời và hệ thống phát điện sử dụng năng lượng Mặt trời Doanh nghiệp phát triển bất động sản

có trách nhiệm thực hiện các yêu cầu về sử dụng năng lượng mặt trời khi thiết

kế và xây dựng các tòa nhà, phù hợp với các tiêu chuẩn kỹ thuật do các cơ quan

có thẩm quyền của Nhà nước ban hành Đối với tòa một tòa nhà đã đươc hoàn thành, người sử dụng có thể lắp đặt hệ thống sử dụng năng lượng Mặt trời, đáp ứng các tiêu chuẩn kỹ thuật có liên quan và các tiêu chuẩn sản phẩm, với điều kiện không gây ảnh hưởng đến chất lượng và sự an toàn của tòa nhà

 Hỗ trợ tài chính cho phát triển và sử dụng năng lượng tái tạo: Thành lập Quỹ phát triển năng lượng bền vững sử dụng các nguồn vốn từ ngân sách nhà nước, nguồn thu từ phí môi trường đối với nhiên liệu hóa thạch, các nguồn tài trợ, đóng góp của các tổ chức, cá nhân trong, ngoài nước và các nguồn vốn hợp pháp khác nhằm hỗ trợ tài chính cho các hoạt động khuyến khích phát triển ngành năng lượng trên phạm vi toàn quốc Bù đắp cho chi phí phát sinh của các đơn vị điện lực: Đầu tư hệ thống điện độc lập sử dụng nguồn điện độc lập sản xuất điện từ nguồn năng lượng tái tạo Xây dựng các hệ thống phát điện độc lập bằng cách sử dụng các nguồn năng lượng tái tạo ở vùng sâu, vùng xa và hải đảo Khuyến khích và hỗ trợ phát triển các dịch vụ và các tổ chức tư vấn trong lĩnh vực năng lượng tái tạo Khuyến khích và hỗ trợ các trường đại học, các cơ