25.01.2021ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP-pdf-final

TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC KHOA CÔNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỆN MẶT TRỜI ÁP MÁI THEO TIÊU CHUẨN IEC NGHIÊN CỨU SỰ PHÙ HỢP CỦA HỆ THỐNG TIÊU CHUẨN IEC VỚI QUY ĐỊNH CỦA LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI VIỆT NAM Sinh viên thực hiện: HOÀNG DUY THANH Mã sinh viên: 1681960010 Giảng viên hướng dẫn: TS PHẠM MẠNH HẢI Ngành: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT NĂNG LƯỢNG Chuyên ngành: NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO Lớp: D11 NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO Khoá: 2016-2021 Hà Nội, ngày…tháng…năm 2021 MỤC LỤC CHƯƠNG : GIỚI THIỆU CHUNG 1.1 Tổng quan lượng mặt trời (NLMT) 1.2 Tình hình phát triển điện mặt trời giới 1.3 Tiềm phát triển lượng mặt trời Việt Nam 1.4 Thực trạng sử dụng lượng mặt trời Việt Nam 1.5 Các công nghệ pin mặt trời 17 1.5.1 Công nghệ Pin mặt trời màng mỏng vơ định hình 17 1.5.2 Công nghệ Pin mặt trời từ tinh thể Silic 17 1.5.3 Công nghệ nhiệt quang điện 18 1.5.4 Các công nghệ pin mặt trời 19 1.5.4.1 Vải lượng mặt trời (solar fabric) 19 1.5.4.2 Pin lượng mặt trời tạo điện buổi tối 20 1.5.4.3 Solar skin 20 1.6 Hiệu suất pin lượng mặt trời 21 1.7 Các hãng sản xuất pin lượng mặt trời hàng đầu giới 23 CHƯƠNG : GIỚI THIỆU ĐỐI TƯỢNG VÀ TIÊU CHUẨN IEC 25 2.1 Đối tượng thiết kế 25 2.1.1 Vị trí đối tượng 25 2.1.2 Mục tiêu hệ thống lượng mặt trời 26 2.1.3 Điều kiện tự nhiên 27 2.2 Tiêu chuẩn IEC 28 CHƯƠNG : THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỆN MẶT TRỜI THEO TIÊU CHUẨN IEC 32 3.1 Giới thiệu sơ lược phần mềm Pvsyst phần mềm thiết kế AutoCAD32 3.1.1 PVsyst 32 3.1.2 Phần mềm AutoCAD 33 3.2 Chọn vị trí sở liệu 33 3.3 Thiết kế hệ thống 34 3.3.1 Lựa chọn pin 34 3.3.2 Hệ thống biến đổi (Inverter) 35 3.3.3 Lựa chọn dây dẫn 38 3.3.4 Tủ điện thiết bị đóng cắt (MCB) 47 3.4 Kết mô phần mềm Pvsyst 49 3.5 Chi phí lắp đặt cho thiết bị hệ thống 59 3.5.1 Chi phí pin lượng mặt trời 59 3.5.2 Chi phí Inverter 60 3.5.3 Chi phí phụ kiện giàn khung đỡ 60 3.6 Tính tốn dịng tiền dự án 60 CHƯƠNG : NGHIÊN CỨU SỰ PHÙ HỢP CỦA HỆ THỐNG TIÊU CHUẨN IEC VỚI QUY ĐỊNH CỦA LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI VIỆT NAM 64 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1: Công suất lắp đặt nguồn lượng tái tạo giới 2013 – 2019 (GW) Hình 1.2: Bảng thống kê nước đứng đầu đầu tư lượng tái tạo năm 2019 Hình 1.3: Số lượng việc làm liên quan đến lượng tái tạo Ấn Độ, Kenya Nigeria Hình 1.4: Biểu đồ xạ trung bình m2 ngày vùng Việt Nam Hình 1.5: Mức độ xạ GHI ngày đo CIEMT&MoIT Hình 1.6: Chỉ số GHI ngày Việt Nam Hình 1.7: Tổng công suất lắp đặt điện mặt trời số nước năm 2018 Hình 1.8: Tổng công suất điện mặt trời áp mái theo khu vực Việt Nam Hình 1.9: Pin màng mỏng vô định hình 17 Hình 1.10: Tấm pin lượng mặt trời đơn tinh thể (Mono) 18 Hình 1.11: Tấm pin lượng mặt trời đa tinh thể (Poly) 18 Hình 1.12: Công nghệ nhiệt quang điện 19 Hình 1.13: Nguyên mẫu vải lượng mặt trời 20 Hình 1.14: Ứng dụng solarskin 20 Hình 1.15: Các kiểu cell hiệu suất chúng 22 Hình 1.16: Các loại pin mặt trời thương mại có hiệu suất cao năm 2020 23 Hình 1.17: Các nhà sản xuất Tier Quý I II năm 2020 24 Hình 1.18: Các nhà sản xuất Tier Quý III IV năm 2020 24 Hình 2.1: Vị trí đối tượng thiết kế 25 Hình 2.2: Hiện trạng mái tòa nhà 25 Hình 2.3 : Bản vẽ mặt mái nhà tòa nhà thiết kế 26 Hình 2.4 : Mặt cắt A-A mái toàn nhà thiết kế 26 Hình 3.1: Giao diện phần mềm PVsyst 32 Hình 3.2: Dữ liệu xạ Cơng ty điện lực Hồi Đức 34 Hình 3.3: Tấm PV Poly 445W 34 Hình 3.4: Mặt bố trí pin PV mái nhà trụ sở Công ty điện lực Hoài Đức 35 Hình 3.5: Inverter SMA Sunny Tripower 25000TL 36 Hình 3.6: Sơ đồ bố trí Inverter tủ điện 38 Hình 3.7: Sơ đồ đấu nối dây tiếp địa pin 41 Hình 3.8: Sơ đồ đấu nối dây DC vào Inverter 42 Hình 3.9: Chi tiết đấu nối pin 43 Hình 3.10: Sơ đồ dây DC mái 44 Hình 3.11: MCB Acti 48 Hình 3.12: MCCB Easypact CVS100 49 Hình 3.13: Sơ đồ tủ điện MDB-PV 49 Hình 3.14: Thơng số mơ mái phía trước 53 Hình 3.15: Kết mơ mái phía trước 54 Hình 3.16: Kết mô tổn thất hệ thống mái phía trước 55 Hình 3.17: Thông số mô mái phía sau 57 Hình 3.18: Kết mơ mái phía sau 58 Hình 3.19: Kết mô tổn thất hệ thống mái phía sau 59 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1: Danh sách nhà máy điện mặt trời Việt Nam trước ngày 11/01/2020 Bảng 2.1: Dữ liệu cường độ xạ khu vực theo phần mềm PVsyst 27 Bảng 2.2: Danh sách tiêu chuẩn IEC liên quan đến hệ thống lượng mặt trời 28 Bảng 3.1: Thông số pin Poly 445W 35 Bảng 3.2: Thơng số Inverter hịa lưới SMA Sunny Tripower 25000 TL công suất 25 kW 36 Bảng 3.3: Tiêu chuẩn dây dẫn theo IEC 60439 – 39 Bảng 3.4: Tiêu chuẩn chọn tiết diện dây tiếp địa 40 Bảng 3.5: Tiết diện dây dẫn theo tiêu chuẩn IEC 60439 -1 45 Bảng 3.6: Kích thước nhỏ dây nối đất dây trung tính bảo vệ 46 Bảng 3.7: Thơng số MCB 48 Bảng 3.8: Thông số MCCB 48 Bảng 3.9: Tính tốn kinh tế hệ thống 61 Bảng 3.10: Phân tích ngân sách đầu tư thu hồi vốn 62 Bảng 4.1: IEEE 519-1992 Giới hạn biến dạng sóng hài điện áp 75 Bảng 4.2: IEEE 519-1992 Giới hạn biến dạng sóng hài dịng điện (161 kV) 76 Bảng 4.5: Giới hạn sóng hài dòng điện MV 77 Bảng 4.6: Giới hạn sóng hài điện áp theo mức 78 CHƯƠNG : GIỚI THIỆU CHUNG 1.1 Tổng quan lượng mặt trời (NLMT) Hiện nay, nguồn lượng có nguồn gốc hóa thạch dần cạn kiệt kèm theo tác động gây ô nhiễm môi trường trái đất nóng lên ngày Việc tìm nguồn lượng thay thế cho nguồn lượng truyền thống có thể giúp cân bằng phát triển kinh tế, vấn đề lượng môi trường nhiệm vụ của tất quốc gia thế giới, bao gồm Việt Nam Chính điều này, lượng tái tạo giải pháp để cứu trái đất Theo xu hướng chung của thế giới, người ngày sử dụng nhiều nguồn lượng sạch, góp phần bảo vệ mơi trường Trong dạng của lượng tái tạo như: lượng mặt trời, lượng sinh khối, lượng gió,… Năng lượng mặt trời mang đến nguồn lượng sạch, thường xuyên, thân thiện với môi trường Năng lượng mặt trời góp phần giải quyết vấn đề bức xúc tình trạng ô nhiễm môi trường, ô nhiễm nguồn khơng khí,… Năng lượng mặt trời góp phần nâng cao chất lượng sống người dân nhờ vào nguồn lượng gắn liền với bảo vệ môi trường phù hợp với xu thế phát triển kinh tế-xã hội công xây dựng nông thôn Sản xuất điện từ nguồn lượng mặt trời (NLMT) ngành công nghiệp phát triển mạnh mẽ với tiến không ngừng về công nghệ chế tạo thành phần của nó, đáp ứng nhu cầu lượng của người ngày đáng kể, tạo hàng triệu việc làm từ chuỗi sản xuất, cung ứng vận hành hệ thống NLMT 1.2 Tình hình phát triển điện mặt trời giới Biểu đồ Hình 1.1 cho ta thấy mức độ tăng trưởng công suất lắp đặt điện mặt trời toàn cầu bức tranh tổng thể của nguồn lượng tái tạo từ năm 2013 cho đến năm 2019, qua cho ta thấy tốc độ phát triển của nguồn lượng này[1] Hình 1.1: Công suất lắp đặt nguồn lượng tái tạo giới 2013 – 2019 (GW) Cũng tài liệu này, Hình 1.2 cho ta thấy danh sách nước chi phí đầu tư, công suất lắp đặt thêm sản lượng lượng lớn thế giới: Hình 1.2: Bảng thống kê nước đứng đầu đầu tư lượng tái tạo năm 2019 Riêng châu Á, Trung Quốc, Nhật Bản ,Ấn Độ, Việt nam nước có tốc độ tăng trưởng đầu tư lắp đặt nhà máy điện mặt trời PV nhiều năm 2019 chiếm 4/5 nước đứng đầu về đầu tư lượng mặt trời PV thế giới Qua việc làm từ lượng mặt trời tăng đáng kể Chúng ta có thể thấy thơng qua biểu đồ cột đây: Hình 1.3: Số lượng việc làm liên quan đến lượng tái tạo Ấn Độ, Kenya Nigeria 1.3 Tiềm phát triển lượng mặt trời Việt Nam Việt Nam quốc gia có tốc độ tăng trưởng kinh tế cao với tổng sản phẩm quốc nội (GDP) bình quân hàng năm khoảng 7% thập kỷ qua, đó, ngành lượng đóng vai trị chủ đạo Cả nhu cầu về lượng sơ cấp lượng tiêu thụ đều tăng 5% năm, lượng sơ cấp bao gồm tăng trưởng đến từ than dầu, tỷ trọng lượng tái tạo không đáng kể Do ảnh hưởng của việc tiêu thụ lượng ngày tăng, Việt Nam ngày phải phụ thuộc vào lượng nhập từ nước ngoài, bao gồm than dầu Tình hình đặt nguy nghiêm trọng cho vấn đề an ninh lượng quốc gia Hơn nữa, nhiên liệu hóa thạch dự báo cạn kiệt vào năm 2020-2030 tài nguyên than không dễ khai thác giới hạn kinh tế kỹ thuật Tiêu thụ điện cho nhu cầu lượng cuối tăng mạnh từ khoảng 8% năm 2005 lên 21,6% năm 2015 tiếp tục tăng mạnh vào năm 2020-2040 Trong tình vậy, sẵn có của nguồn lượng trao cho nhà hoạch định sách Việt Nam nguồn lượng thay thế lượng tái tạo lựa chọn tốt để phát triển bền vững đảm bảo an ninh lượng Một số cơng trình gần văn chính sách khẳng định rằng Việt Nam có tiềm lớn từ lượng tái tạo, đặc biệt mặt trời, gió sinh khối Với vị trí địa lý thuận lợi, nằm gần đường xích đạo, Việt Nam đánh giá có tiềm năng lượng mặt trời cao với số nắng nhiều năm Khẳng định chứng minh bằng thơng số bức xạ mặt trời có sở liệu đo điện mặt trời của trạm khí tượng của Tổng cục Khí tượng Thủy văn Việt Nam (VNMHA) nghiên cứu của Viện Khoa học Năng lượng (IES) thuộc Viện Khoa học hàn lâm Việt Nam (VAST)[2] Cơ quan có gần 200 trạm khí tượng mặt đất phân bố nước, có 14 trạm quan trắc bức xạ mặt trời tự động Cơ sở liệu thông thường bao gồm bức xạ trực xạ bức xạ tán xạ ghi lại lần ngày từ 6h30’ đến 18h30’, thống kê lượng bức xạ trung bình số nắng Giá trị trung bình của cường độ bức xạ số nắng lưu lại theo chuỗi thời gian sau xử lý tính tốn số liệu Theo đó, tiềm năng lượng mặt trời trung bình của nước dao động khoảng đến kWh/m2 ngày số nắng trung bình từ 1600 đến 2600 năm Mức độ bức xạ mặt trời trung bình hàng ngày cao vùng từ Đà Nẵng trở vào Nam với bức xạ mặt trời từ 4,5 đến kWh / m2, thấp vùng Đông Bắc kWh / m2 ảnh hưởng của gió mùa Đơng Bắc vào mùa đơng Hình 1.4: Biểu đồ xạ trung bình m2 ngày vùng Việt Nam ... Tĩnh 49 MT AMI Khánh Hòa 47,5 50 Khánh Hòa 50 MT Cam Lâm VN 45 50 Khánh Hòa 51 MT Điện lực miền Trung 50 50 Khánh Hòa 52 MT KN Cam Lâm 45 50 Khánh Hòa 53 MT KN Vạn Ninh 86,7 100 Khánh Hịa 54 MT... suất cao (sử dụng vật liệu bán dẫn đa tầng, cường độ ánh sáng cực lớn) Nhược điểm + Chi phí sản xuất lớn + Phải sử dụng dàn xoay (do tế bào quang điện hấp thụ ánh sáng trực tiếp) + Chi phí... quang điện Sử dụng hệ thống quang học tập trung ánh sáng vào tế bào quang điện nhỏ, nhờ diện tích trung tâm của pin giảm đi, đồng thời cường độ sáng tăng lên tương ứng với tỷ lệ tập trung của