Bản tin Hội Điện lực miền Nam: Số 23/2019 trình bày các nội dung chính sau: Kĩ thuật hệ thống điện mặt trời với công nghệ quang điện, phân tích thông số điện máy biến áp lực từ kết quả đo điện dung và đáp ứng tần số, tổng hợp về sự phát triển của máy phát điện tua bin gió trên thế giới, tổng quan về hệ thống năng lượng mặt trời trên mái nhà,... Mời các bạn cùng tham khảo để nắm nội dung chi tiết.
SỐ 23 (12-2018) Chịu trác nhiệm xuất bản: ThS HỒ QUANG ÁI Chủ tịch HộI Điện lực miển Nam (SEEA) Trưởng Ban Biên tập: TS TRẦN TRỌNG QUYẾT Phó Chủ tịch Thường trực SEEA Phó trưởng Ban Biên tập: ThS LÊ XUÂN THÁI Trưởng ban truyền thông SEEA Chịu trách nhiệm nội dung ThS NGUYỄN TẤN NGHIỆP Phó Chủ tịch kiêm Tổng thư ký SEEA Ban Biên tập PGS-TS Nguyễn Bội Khuê PGS-TS Nguyễn Hữu Phúc PGS-TS Nguyễn Văn Liêm TS Phạm Đình Anh Khơi ThS Qch Lâm Hưng KS Võ Thanh Đồng KS Trịnh Phi Anh ThS Phan Thanh Đức KS-CV Cao cấp Lê Hải Sơn KS Nguyễn Thế Bảng ThS Trần Thế Du KS Trần Thị Mỹ Ngọc Trụ sở soạn Số 72 Hai Bà Trưng, Phường Bến Nghé, Quận 1, TP HCM Điện thoại: 028-35210484; Fax: 028-35210485 Giấy phép xuất số 94/GP-XBBT ngày 13/7/2018 Cục Báo chí - Bộ Thơng tin & Truyền thông In Công ty CPTM In Phương Nam 160/7 Đội Cung, Q.11, TP.HCM Ảnh bìa: Ơng Nguyễn Văn Hợp – Chủ tịch kiêm TGĐ EVN SPC trao tặng hoa quà cho thầy, cô giáo Sơ đồ nguyên lý hộ gia đình lắp mặt trời áp mái Mục lục TRƯỜNG CAO ĐẲNG ĐIỆN LỰC TP HCM KỶ NIỆM NGÀY NHÀ GIÁO VIỆT NAM 20 - 11 .1 KĨ THUẬT HỆ THỐNG ĐIỆN MẶT TRỜI VỚI CÔNG NGHỆ QUANG - ĐIỆN PHÂ N TÍCH THƠNG SỐ ĐIỆN MÁY BIẾN ÁP LỰC TỪ KẾT QUẢ ĐO ĐIỆN DUNG VÀ ĐÁP ỨNG TẦN SỐ 11 TỔNG HỢP VỀ SỰ PHÁT TRIỂN CỦA MÁY PHÁT ĐIỆN TUA BIN GIÓ TRÊN THẾ GIỚI 18 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI TRÊN MÁI NHÀ 24 TRƯỜNG CAO ĐẲNG ĐIỆN LỰC TP HCM KỶ NIỆM NGÀY NHÀ GIÁO VIỆT NAM 20 - 11 ThS NGUYỄN TẤN NGHIỆP Hội Điện lực miền Nam Hàng năm, vào ngày 20 – 11, Trường Cao ẳng Điện lực TP HCM ln có buổi lễ mang ậm truyền thống Việt Nam, thể tinh thần “Tôn sư trọng ạo” , “Uống nước nhớ nguồn”: ó Lễ kỷ niệm ngày Nhà giáo Việt Nam Buổi lễ nhằm tôn vinh, trân trọng cơng sức óng góp Thầy, Cơ giáo Nhà trường; ó cịn ược xem nghĩa cử cao ẹp mà xã hội dành cho nghề dạy học Sáng ngày 20/11/2018, Lễ kỷ niêm ngày Nhà giáo Việt Nam ã ược tổ chức ầm ấm, trang trọng Trường Cao ẳng Điện lực TP HCM Hơn 110 thầy, cô giáo, CBCNV 1.300 sinh viên, học sinh Nhà trường ã hân hạnh ón tiếp Ơng Nguyễn Văn Hợp, Chủ tịch kiêm Tổng Giám ốc Tổng công ty Điện lực miền Nam (EVN SPC) khách mời tham dự buổi lễ Báo cáo buổi lễ, TS Phạm Xuân Khang, Hiệu trưởng Nhà trường cho biết: Năm học 20172018 ã kết thức với nhiều khó khăn thách thức: Cơng tác tuyển sinh quy sụt giảm liên tục nhiều năm; Nhiều ngành nghề không tuyển ủ biên chế lớp học nên giáo viên thiếu khối lượng giảng dạy; Nguồn kinh phí hoạt ộng sụt giảm ảnh hưởng ến xuống cấp sở vật chất, trang thiết bị tạo… Tuy nhiên với hỗ trợ, tạo iều kiện cách thiết thực hiệu EVN SPC, Nhà trường ã hoàn thành tiêu năm học, số thành tựu bật sau: - Ổn ịnh tổ chức, hoàn thành nhiệm vụ kế hoạch năm 2018 ược EVN SPC giao Xây dựng thực kế hoạch nâng cao chất lương nguồn nhân lực cho năm 2019 Chuẩn bị số chuyên ề ể tạo năm 2019 như: Sửa chữa iện nóng (Hotline), Quản lý vận hành cáp ngầm trung thế… - Tổ chức khoá tạo cán lãnh ạo quản lý cấp cho EVN, EVN SPC, EVN HCMC, GENCO nhiều ơn vị khác Tổ chức tạo nhiều lớp Bồi huấn nâng bậc cơng nhân, An tồn vệ sinh lao ộng, Đấu nối cáp ngầm, Chăm sóc khách hàng; Phối hợp với Ban EVN SPC tổ chức nhiều hoạt ộng trường thi nâng bậc công nhân bậc cao, tạo Hotline - Thực liên kết tạo với Trường Đại học Bách Khoa TP HCM, Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP HCM trì hợp tác với ối tác truyền thống - Hoàn thành thủ tục nghiệm thu cấp sở ề tài NCKH cấp Tập ồn Điện lực VN trình Tập oàn ể bảo vệ năm 2018; Phối hợp với Hội Điện lực miền Nam hoàn thành ề tài NCKH cấp Tổng công ty “Xây dựng Bộ tài liệu tạo ề thi nâng bậc công nhân kỹ thuật – Nghề Quản lý vận hành sửa chữa ường dây trạm biến áp có iện áp từ 110 kV trở xuống ” - Hoàn thành ưa vào sử dụng Khu nhà J dành cho tạo ngắn hạn – nâng cao; Sửa chữa, khắc phục hư hỏng lún sân cơng trình ngầm khu nhà nghỉ cán i học Trường ã ược EVN SPC trang bị thêm số thiết bị cho bãi thực tập trời - Cân ối ược thu chi ổn ịnh thu nhập cán giảng viên; Sự phối hợp cơng tác tổ chức Đảng, Chính quyền, Cơng oàn Đoàn TNCS ược trì tốt Tổ chức Cơng ồn, Đồn TNCS HCM Trường hoạt ộng có hiệu Ông Nguyễn Văn Hợp - Chủ tịch kiêm TGĐ EVN SPC phát biểu chúc mừng thày cô Phát hiểu buổi lễ, Ông Nguyễn Văn Hợp, Chủ tịch kiêm Tổng Giám ốc EVN SPC có chia sẻ chân tình Ơng vui BẢN TIN HỘI ĐIỆN LỰC MIỀN NAM - THÁNG / 2018 mừng xúc ộng thăm Trường, thăm thầy cô, ược gặp lại thầy, cô cũ ã nghỉ hưu Trước năm 2000, Trường ơn vị trực thuộc EVN SPC, sau 16 năm Trường lại quay trực thuộc EVN SPC Ông biểu dương óng góp thầy cô giáo năm học vừa qua, chia khó khăn mà Trường ã ang ối mặt Trong khả iều kiện có thể, Tổng cơng ty ln tạo iều kiên tốt cho Nhà trường nói chung thầy nói riêng hội nhập phát triển bền vững ại gia ình Tổng cơng ty Điện lực miền Nam Tuy nhiên Ơng nhắc nhỡ Nhà trường cần tích cực, chủ ộng ề xuất giải pháp trước mắt lâu dài ể Nhà trường giữ vững phát huy truyền thống ơn vị tạo có chất lượng nguồn nhân lực cho EVN SPC ơn vị ngành Điện phía Nam Ơng nhấn mạnh, ể làm ược iều ó, nhân tố hàng ầu ồn kết thống nhất, chung sức chung lòng tập thể 100 người ã ang gắn bó xây dựng Nhà trường Tập thể thầy cô chụp ảnh lưu niệm với Chủ tịch kiêm TGĐ EVN SPC Buổi lễ ã kết thúc với nhiều tình cảm lắng ọng hệ thầy cô giáo Nhà trường; lẳng hoa, lời chúc tốt ẹp em sinh viên – học sinh nhà trường Xin ược gởi ến thầy câu nói Tagore, nhà hiền triết, thi hào vĩ ại Ấn Độ nói nghề dạy học: “Giáo dục người àn ơng ược người, giáo dục người àn bà ược gia ình, giáo dục người thầy ược hệ” KĨ THUẬT HỆ THỐNG ĐIỆN MẶT TRỜI VỚI CÔNG NGHỆ QUANG-ĐIỆN (Phần 1, tiếp theo) PGS.TS NGUYỂN HỮU PHÚC Trường ĐH Bách Khoa – ĐH Quốc Gia TP HCM TÓM TẮT Hiện nay, lượng mặt trời lượng gió hai nguồn lượng tái tạo tiềm ang ược phát triển Việt Nam Đặc biệt, ối với nguồn phát iện từ lượng mặt trời sách ưu ãi chế khuyến khích phát triển dự án iện mặt trời ộng lực cho dự án phát triển mạnh mẽ tương lai Các báo sau Phần giới thiệu kĩ thuật hệ thống phát iện mặt trời với công nghệ quang- iện Các báo Phần giới thiệu vấn ề từ ảnh hưởng việc xâm nhập nguồn lượng tái tạo - với chất không ổn ịnh, lên chất lượng iện, ộ ổn ịnh hệ thống iện nói chung, tương lai tỉ lệ công suất nguồn phát từ lượng tái tạo so với công suất lắp ặt nguồn phát truyền thống (từ nhiên liệu hóa thạch, thủy iện) tăng lên Phần giới thiệu qui ịnh ấu nối giải pháp kĩ thuật nhằm hạn chế tác ộng tiêu cực từ việc ưa nguồn phát từ lượng tái tạo vào làm việc với lưới iện 3.3.2 BIẾN TẦN Biến tần có nhiệm vụ chuyển ổi dịng iện chiều sang dòng iện xoay chiều iều khiển chất lượng iện ược ưa vào lưới iện, với lọc L-C bên biến tần Hình 19 sơ nguyên lý biến tần Trong chế ộ iều khiển ơn giản, khóa bán dẫn, óng vai trò thiết bị chuyển mạch tĩnh, ược iều khiển tín hiệu óng mở, iện áp ngõ có dạng sóng vng Để có ược dạng sóng gần hình sin, sử dụng kỹ thuật iều chế ộ BẢN TIN HỘI ĐIỆN LỰC MIỀN NAM - THÁNG / 2018 rộng xung (PWM- Pulse Width Modulation) – iều khiển tần số biên ộ dạng sóng ầu (Hình 20) Các biến tần cơng suất ến MW áp dụng kĩ thuật biến tần ba bậc (three-level), thay hai bậc trước ây Nhờ vậy, tổn thất chuyển mạch khóa bán dẫn IGBT mạch lọc ược giảm thấp với số họa tần iện áp AC ngõ giảm i 50 % , so với kĩ thuật trước ây Hiệu suất biến tần ó lên tới 98.5%, 1000 VDC (Hình 21) áp- Dịng iểm làm việc, mà MPQĐ phải làm việc ó Từ ường cong I-V MPQĐ, iểm MPP tương ứng với iểm tiếp xúc ường cong I-V (ở giá trị xạ mặt trời) ường hyperbole phương trình V I = số Hình 19 Sơ đồ ngun lí mạch biến tần pha Hình 20 Kỹ thuật điều chế độ rộng xung PWM ѢCác MPPT thị trường thường dùng thuật tốn dị tìm P&O (Perturb& Observation) xác ịnh iểm MPP ường cong ặc trưng MPQĐ cách thay ổi hệ số D chu kì làm việc (duty cycle) biến ổi DCDC khoảng nhỏ ể xác ịnh ộ lệch cặp giá trị iện áp V dịng iện I, sau ó xem giá trị tích số I V lớn nhỏ so với giá trị trước ó Trong trường hợp giá trị tích số I.V lớn hơn, tiếp tục theo chiều hướng gia tăng tải Nếu giá trị tích số I.V nhỏ hơn, iều chỉnh theo chiều hướng ngược lại Hình 22 Điểm công suất cực đại MPP (Maximum Power Point) Do chế ộ làm việc khác nhau, biến tần cho HTQĐ làm việc ộc lập (không nối lưới), HTQĐ nối lưới có ặc iểm khác nhau: HTQĐ làm việc ộc lập, biến tần cần cung cấp iện áp xoay chiều ổn ịnh tốt, iều kiện làm việc module HTQĐ hay nhu cầu phụ tải thay ổi Hình 21 Kỹ thuật biến tần bậc (hình dưới) biến tần bậc (hình trên) Điểm cơng suất cực ại MPP Cơng suất phát máy phát quang iện (MPQĐ) tùy vào iểm làm việc ặc tính quan hệ Dịng iện I theo Điện áp V (quan hệ I-V) Để tối a hóa cơng suất NMQĐ phát ra, máy phát quang iện MPQĐ cần phải thích ứng với tải, cho iểm làm việc luôn tương ứng với iểm cơng suất cực ại MPP (Maximum Power Point) (Hình 22) Để thực việc này, biến ổi DC-DC với vai trị Bộ Bám Theo Điểm Cơng Suất Cực Đại MPPT (Maximum Power Point Tracker) bên biến tần tính tốn cặp giá trị Điện HTQĐ làm việc nối lưới, biến tần cần cung cấp iện áp xoay chiều sát với iện áp lưới tốt, ồng thời tối ưu hóa cơng suất phát module Tại NMQĐ biến tần, lọc, máy cắt … thường nằm tủ hợp dạng module (Power Conditioning System- PCS) với cơng suất MW, ể giảm chi phí lắp ặt xây dựng, ược ấu nối lên lưới iện phân phối qua máy biến áp (Hình 23) Chức lướt qua cố (Standard FRT function= Fault Ride Through) tiêu chuẩn PCS ược lắp ặt NMQĐ nhằm bảo ảm trường hợp cố ngắn mạch pha hay pha xảy hệ thống, biến tần tiếp tục làm việc phát dòng chuẩn qui ịnh, nhằm giảm thiểu ảnh hưởng xấu cố lên hệ thống (Hình 24) BẢN TIN HỘI ĐIỆN LỰC MIỀN NAM - THÁNG / 2018 Hình 23 Tủ hợp PCS dạng module Hình 24 Khả FRT với điện áp lưới dòng phát từ với biến tần biến tần thời khoảng xảy ngắn mạch lưới điện 3.4 PHÂN LOẠI HTQĐ 3.4.1 HTQĐ ĐỘC LẬP HTQĐ ộc lập (off-grid plants, stand-alone PV systems) hệ thống không nối với lưới bao gồm module hệ thống tích trữ lượng nhằm ảm bảo cung cấp iện ánh nắng mặt trời yếu trời tối Vì HTQĐ phát dịng iện chiều, ó cần có biến tần ể chuyển dịng chiều thành xoay chiều thích hợp với nhu cầu tải HTQĐ ộc lập phát huy ưu iểm kỹ thuật tài chúng thay máy phát iện dự phịng trường hợp khơng có, khó khăn iều kiện tiếp cận lưới iện Ngoài ra, thường chọn dư công suất thiết kế HTQĐ ộc lập, cho iều kiện ánh nắng mặt trời tốt hệ thống cung cấp iện cho tải hệ thống tích trữ lượng với biên ộ an toàn, ngày nắng yếu Hiện nay, ứng dụng phổ biến HTQĐ (Hình 25): chấn trạm truyền liệu; BẢN TIN HỘI ĐIỆN LỰC MIỀN NAM - THÁNG / 2018 3.4.2 HTQĐ NỐI LƯỚI HTQĐ nối lưới nhận công suất từ lưới iện thời khoảng HTQĐ sản xuất lượng cần thiết ể áp ứng nhu cầu người tiêu dùng.ѢNgược lại, HTQĐ sản xuất iện dư thừa, lượng dư thừa ưa vào lưới, ó HTQĐ làm việc nguồn dự trữ cơng suất lớn Do ó, HTQĐ nối lưới khơng cần ến nguồn tích trữ lượng (Hình 26) Các HTQĐ nối lưới có ưu iểm giải pháp phát iện phân tán - thay phát iện tập trung Trên thực tế, lượng iện ược sản xuất gần khu vực tiêu thụ hiệu tồn q trình sản xuất, so với việc sản xuất từ nhà máy lớn vị trí ịa lí xa xơi, hạn chế tổn thất truyền tải iều ộ hệ thống ược giảm thiểu Ngoài ra, việc sản xuất lượng thời gian có ánh nắng mặt trời làm giảm nhu cầu ối với nhà máy iện truyền thống, nhu cầu tải tăng cao ngày Hình 27 cho thấy sơ đồ NMQĐ nối lưới. iện quốc gia chấp nhận lượng giới hạn công suất ầu vào không liên tục, mà vượt qua giới hạn làm phát sinh vấn ề nghiêm trọng việc bảo ảm ổn ịnh hệ thống iện Giới hạn chấp nhận phụ thuộc vào cấu hình lượng công suất mà HTQĐ ấu nối với lưới iện Tại nước Tây Âu, vấn ề ược xem nguy hiểm tổng công suất từ nhà máy sản xuất mang tính khơng liên tục ược ưa vào lưới iện vượt giá trị, thông thường từ 10% ến 20% tổng công suất nhà máy iện truyền thống Do ó, cần quan tâm ến hạn chế mức ộ thâm nhập (penetration level) tính khơng liên tục sản xuất iện nguồn lượng tái tạo nói chung, ó có lượng mặt trời Để vượt qua khía cạnh tiêu cực nguồn phát từ lượng tái tạo, cần ến giải pháp tích trữ iện thời gian ủ lâu cần thiết, ưa lượng dự trữ trở lại vào lưới iện ể bảo ảm tính liên tục ổn ịnh iện cung cấp Có nhiều phương pháp tích trữ iện qui mơ cơng suất lớn Điện ược tích trữ cuộn dây siêu dẫn lớn, cách chuyển thành dạng lượng khác: dạng ộng ược tích trữ bánh khí Bảng pin mặt trời; Tủ bảng điện DC; Biến tần; Tủ hợp AC; Lưới phân phối Hình 26 HTQĐ nối lưới tích năng, dạng hóa nhiên liệu tổng hợp iện hóa bình ắcqui Tuy vậy, với u cầu hiệu suất tích trữ lượng nhiều ngày và/hoặc tháng, có hai cơng nghệ tích trữ lượng tỏ hứa hẹn: bình ắcqui pin nhiện liệu dùng hydrogen Ở mức ộ phát triển cơng nghệ trên, cơng nghệ tích trữ lượng dạng iệnhóa khả thi ngắn trung hạn, với khả tích trữ lượng vài ến vài ngày Với HTQĐ áp dụng cho NMQĐ với qui mô nhỏ, giải pháp dùng hệ thống tích trữ với hệ thống bình ắcqui giúp cải thiện tình hình qua phần hạn chế mức ộ thâm nhập Hình 27 Các thành phần NMQĐ nối lưới 3.5 TÍNH KHƠNG ỔN ĐỊNH CỦA VIỆC SẢN XUẤT ĐIỆN & VẤN ĐỀ TÍCH TRỮ NĂNG LƯỢNG Việc sản xuất từ lượng mặt trời quy mơ lớn có nhược iểm tính khơng liên tục (intermittence) hay tính khơng ổn ịnh trình sản xuất nguồn lượng tái tạo nói chung, ó có lượng mặt trời Trong thực tế, mạng lưới phân phối, truyền tải phương diện tích trữ theo mùa ối với lượng lượng iện lớn cần thiết ể thay nhiên liệu hóa thạch trường hợp, giải pháp sử dụng công nghệ pin nhiên liệu (fuel cells) dùng hydrogen tỏ công nghệ phù hợp dài hạn, tận dụng ược lợi ích thực tế sản lượng iện mặt trời vào mùa hè cao vào mùa ông khoảng lần Năng lượng dư thừa ược tích trữ mùa hè ược sử dụng ể tối ưu hoá hệ số khả dụng hàng năm (annual capacity factor) nhà máy iện dùng lượng tái tạo, giúp tăng từ giá trị hệ số khả dụng khoảng 1500BẢN TIN HỘI ĐIỆN LỰC MIỀN NAM - THÁNG / 2018 1600 giờ, khơng sử dụng cơng nghệ tích trữ, lên ến giá trị gần với giá trị trung bình nhà máy iện thông thường (khoảng 6000 giờ) Khi ó, công suất phát từ NMQĐ óng vai trị nhà máy nhiệt iện, loại bỏ ược giới hạn mức ộ thâm nhập NMQĐ SẢN XUẤT ĐIỆN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI 4.1 MẠCH TƯƠNG ĐƯƠNG CỦA TBQĐ Một TBQĐ ược xem nguồn dòng ược biểu diễn mạch tương ương Hình 28 Khi TBQĐ cấp iện cho tải, dòng I ngõ iện áp V hiệu số nguồn dòng quang iện Ig (phụ thuộc vào cường ộ xạ mặt trời W/ m2) dòng Id qua diode dòng rò Il qua iện dẫn rò Gl Điện trở nối tiếp Rs biểu diễn cho iện trở bên TBQĐ, giá trị iện trở phụ thuộc vào ộ dày mối nối P-N, vào mức ộ tạp chất iện trở tiếp xúc Điện dẫn rò Gl liên quan ến dòng rị TBQĐ làm việc iều kiện bình thường Với TBQĐ lý tưởng, Rs = Gl = Thực tế, TBQĐ silic chất lượng cao có Rs = 0,05 ÷ 0,10 Ω Gl = ÷ 5mS.Ѣ -23 J/K) Dòng I cung cấp cho tải ược cho bởi: [2.3] ѢѢ Trong TBQĐ thông dụng, số hạng cuối dịng rị Il, có giá trị khơng kể so với hai số hạng trước Từ ó, dịng iện bão hịa diode ược xác ịnh thực nghiệm cách ặt iện áp hở mạch lên TBQĐ iều kiện không ược chiếu sáng o dịng qua tế bào 4.2 ĐẶC TÍNH DỊNG- ĐIỆN ÁP I-V CỦA MODULE ѢĐường cong ặc trưng quan hệ dòng- iện áp I-V module quang iện ược cho Hình 29 Ở iều kiện ngắn mạch dịng phát có giá trị lớn (Isc= dòng ngắn mạch), khi, iều kiện hở mạch, iện áp có giá trị lớn (Voc = iện áp hở mạch) Trong hai iều kiện trên, TBQĐ không phát công suất Ở iểm làm việc khác ặc tính làm việc I-V, iện áp tăng công suất tăng lên ến cơng suất cực ại (Pm) sau ó giảm ột ngột gần ến giá trị iện áp hở mạch.Ѣ Các số liệu kĩ thuật ặc trưng cho module quang iện thường ược cho: thử nghiệm tiêu chuẩn (STC= Standard Test Conditions); Hình 28 Mạch tương đương TBQĐ Hiệu suất chuyển ổi TBQĐ bị ảnh hưởng lớn Rs, bị ảnh hưởng Gl [2.1] xác ịnh hình dạng ường cong ặc tính I-V tỷ số công suất cực ại (Vm.Im) với diện tích (Voc Isc) iện áp khơng tải nhân với dòng ngắn mạch [2.2] Ѣ Điện áp hở mạch Voc không tải (I = 0) cho mối quan hệ: Voc= Dòng qua diode cho cơng thức: Ѣ Trong ó, D dịng bão hịa diode; -19 C) ode phụ thuộc vào yếu tố tái kết hợp bên diode ( ối với silicon tinh thể A 2) BẢN TIN HỘI ĐIỆN LỰC MIỀN NAM - THÁNG / 2018 Hình 29 Đặc tính làm việc I-V Vì dịng Iu iện áp U có quan hệ: Iu= mối quan hệ thành: Iu= [2.5] - Ig [2.6] Nếu [2.6] ặt Ig = 0, cho trường hợp ban êm, dòng iện tiêu thụ từ lưới iện: Ir= [2.7] Ngược lại, tất dòng iện tạo NMQĐ cung cấp cho tải nhà máy, [2.6] trở thành: Ig= Hình 30 Đặc tính I-V phần tư bên trái Nếu áp iện áp bên lên TBQĐ với cực tính ngược với chế ộ làm việc bình thường, dịng qua TBQĐ có giá trị khơng ổi ó TBQĐ tiêu thụ cơng suất Khi giá trị iện áp ngược vượt giá trị tới hạn, mối nối P-N bị ánh thủng, trường hợp xảy với diode, dịng ngược ó làm hỏng TBQĐ Khi khơng có ánh nắng, dịng iện khơng áp iện áp ngược lên TBQĐ cho ến iểm iện áp chọc thủng Vinv, ó dịng xả tăng ột ngột, tương tự trường hợp TBQĐ ược chiếu sáng (Hình 30 – phần tư bên trái) Nếu áp iện áp bên ngồi lên TBQĐ với cực tính ngược với chế ộ làm việc bình thường, dịng qua TBQĐ có giá trị khơng ổi ó TBQĐ tiêu thụ công suất Khi giá trị iện áp ngược vượt giá trị tới hạn, mối nối P-N bị ánh thủng, trường hợp xảy với diode, dịng ngược ó làm hư hỏng TBQĐ Khi khơng có ánh sáng, dịng iện không áp iện áp ngược lên TBQĐ cho ến iểm iện áp chọc thủng Vinv, ó dịng xả tăng ột ngột, tương tự trường hợp TBQĐ ược chiếu sáng (Hình 30-phần tư bên trái) 4.3 NMQĐ LÀM VIỆC VỚI HỆ THỐNG ĐIỆN Hình 31 biểu diễn NMQĐ nối với lưới iện cung cấp iện cho tải nhà máy Lưới iện (giả sử công suất ngắn mạch vô lớn) ược biểu diễn nguồn áp lí tưởng U, có giá trị ộc lập với iều kiện tải phụ tải nhà máy Trong ó, MPQĐ ược biểu diễn nguồn dịng lý tưởng (có dịng khơng ổi mức xạ mặt trời xác ịnh) Tải nhà máy ược biểu diễn iện trở Ru Các dòng Ig Ir, tương ứng từ máy phát iện PV (Ig) từ lưới iện (Ir), nút N Hình 2.4 cộng lại dòng Iu qua tải nhà máy: Iu= Ig+ Ir [2.4] Ѣ[2.8] Khi xạ mặt trời tăng ngày, dòng Ig trở nên lớn u cầu Iu tải, dịng Ir có giá trị âm, ó lưới iện khơng cịn phát công suất, mà lấy vào công suất Nhân hai vế [2.4] cho iện áp U, có: / Ru cơng suất tiêu thụ tải nhà máy; Hình 31 NMQĐ làm việc với lưới điện tải nhà máy 4.4 CƠNG SUẤT ĐỈNH ĐỊNH MỨC Cơng suất ỉnh ịnh mức (kWp) cơng suất iện NMQĐ cung cấp iều kiện thử nghiệm tiêu chuẩn (STC): pin mặt trời; Hệ số góc nghiêng AM ảnh hưởng ến sản lượng NMQĐ biểu diễn cho số mật ộ quang phổ xạ mặt trời Trên thực tế, số có phổ bước sóng W/m2 ặc trưng thay ổi theo hệ số góc nghiêng AM Trong Hình 32, diện tích màu vàng ại diện cho xạ vng góc với bề mặt trái ất, hấp thụ khí quyển, diện tích màu xanh biển ại diện cho xạ mặt trời thực ến bề mặt trái ất Sự khác biệt ộ dốc hai ường cong cho thấy thay ổi phổ Hệ số góc nghiêng AM.Ѣ AM= [2.9] với: P áp suất khí quyển, o vị trí thời iểm quan tâm [Pa]; Po áp suất khí sở, o mực nước biển [1.013.105 Pa]; h cao ộ mặt trời, tính góc hợp vị trí mặt trời so với mặt phẳng ngang Các giá trị ý AM (Hình 33): BẢN TIN HỘI ĐIỆN LỰC MIỀN NAM - THÁNG / 2018 AM = bên ngồi khí với P = 0; AM = mực nước biển ngày có bầu trời mặt trời thiên ỉnh (P = Po, sin (h) = 1); AM = mực nước biển ngày ẹp trời chân trời (P = Po, sin (h) = 1/2) Hình 33 Hệ số góc nghiêng Air Mass (AM) 4.5 ĐIỆN ÁP VÀ DỊNG ĐIỆN TRONG NMQĐ Hình 32 Quan hệ mật độ xạ [W/m2 ] theo độ dài sóng [μm] Các module quang iện phát dòng iện từ ến 10A iện áp từ 30 ến 40V Để có ược công suất iện áp mong muốn, module ược nối tiếp ể tạo thành nhánh (strings), sau ó nhánh ược nối song song (Hình 34 Hình 35) [4] Xu hướng thiết kế nhánh với nhiều module tốt, phức tạp chi phí dây nối, ặc biệt tủ bảng ấu nối song song nhánh Số lượng mơ un tối a nối tiếp (và ó có iện áp cao nhất) ể tạo thành nhánh ược xác ịnh phạm vi iện áp làm việc biến tần ịnh mức iện áp thiết bị cách li bảo vệ phù hợp Đặc biệt, lý hiệu quả, iện áp biến tần có liên quan ến cơng suất Thông thường sử dụng biến tần với công suất 10 kW, phạm vi iện áp thường từ 250 ến 750V, công suất biến tần lớn 10 kW, phạm vi iện áp thường từ 500 V ến 900 V Hình 36 cho thấy mối quan hệ % Điện áp- Thời gian theo Tiêu chuẩn khả lướt qua cố LVRT (Low Votage Ride-Through) NMQĐ số nước Hình 34 Các sơ đồ HTQĐ nối lưới: a biến tần module (HTQĐ nhỏ), b hệ thống biến tần cho nhánh (HTQĐ dân dụng), c) hệ thống biến tần cho nhiều nhánh (HTQĐ dân dụng/cơ sở thương mại), d) hệ thống biến tần tập trung (cơ sở thương mại/NMQĐ) BẢN TIN HỘI ĐIỆN LỰC MIỀN NAM - THÁNG / 2018 với tốc ộ ứng với công suất 500kW Stator máy phát EESG giống với máy phát cảm ứng iện với ba cuộn dây pha; rotor máy EESG có trục nhơ thường ược sử dụng tốc ộ thấp Biên ộ tần số iện áp ược kiểm soát chuyển ổi converter So sánh với máy phát PMSG, EESG không cần dùng nam châm vĩnh cữu (PMs); nhờ ó giảm thiểu giá thành sản xuất máy phát dạng EESG loại máy phát ược sử dụng nhiều máy phát truyền ộng trực tiếp (DD) cỡ lớn tua bin gió Một khuyết iểm EESG việc phải kích dòng dây rotor dòng chiều sử dụng bàn chải carbon hay chổi than, sử dụng vòng tiếp iện Máy phát cần phận iện tử tiền, nhu cầu làm mát nhược iểm khác EESG thuờgn có kích thước ường kính rotor lớn Tuabin gió Enercon, tuabin E-126 tuabin ất liền lớn giới với cơng suất 7.58MW có ường kính rotor dài 126m Đường kính khổng lồ khiến cho việc vận chuyển lắp ặt khó khăn 2.2.2 MÁY PHÁT ĐIỆN ĐỒNG BỘ SỬ DỤNG NAM CHÂM VĨNH CỮU (PMSG – PERMANENT MAGNETS SYNCHRONOUS GENERATOR) Loại máy phát sử dụng nam châm vĩnh cữu (PM) ược xem ứng dụng tiên tiến có nhiều triển vọng loại tuabin gió truyền ộng trực tiếp (DD – direct driven) Tập oàn General Electric (GE), Zephyros, Mitsubishi Siemens nhà sản xuất ứng 20 dụng máy phát PMSG vào thiết kế tua bin gió họ Rotor máy phát PMSG nam châm vĩnh cữu Cảm ứng từ ược cung cấp nhờ vào nam châm thay dùng dây cuộn kích từ, nhiên dây stator hoạt ộng dựa nguyên tắc giống máy phát ba EESG PMSGs có nhiều ưu iểm so với EESG ường kính rotor có kích thước nhỏ hơn, khơng sử dụng phân khí phức tạp dễ hư hỏng kích iện, việc tản nhiệt dễ dàng hơn, tỉ lệ công suất ầu khối lượng tốt Công nghệ PMSG giảm trọng lượng cho máy phát nhờ vào loại bỏ truyền ộng, khe khí khoảng từ cách tốt giúp giảm thiểu liên kết từ thông Khuyết iểm máy phát PMSG giá thành cao nam châm vĩnh cữu, sản xuất lắp ráp Tình trạng khử từ nam châm vĩnh cữu gặp nhiệt ộ cao nhược iểm máy phát PMSG Tuy nhiên, vài năm trở lại ây, tiến sản xuất nam châm vĩnh cữu giá thành sản xuất giảm ang khiến cho máy phát PMSG trở nên hấp dẫn Hình thể chọn lựa thiết kế cho máy phát PMSG sử dụng tua bin gió truyền ộng trực tiếp Những phương án thiết kế bao gồm: dòng hướng tâm (dạng ĩa), dòng ngang dòng hướng tâm Thiết kế sử dụng dòng hướng tâm thơng dụng Hình 2: Biểu đồ thiết kế máy phát PMSGs tuabin truyền động trực tiếp (DD turbine) PMSG Axial flux: dòng hướng trục Single stator, single rotor: stato roto One teetered stator, two rotors: stator treo, rotor Torus (one toothless stator, two rotors): hình xuyến (một stator khơng răng, roto) Circumferential current: dòng iện chạy chu vi sử dụng nam châm vĩnh cữu Transverse flux: dòng hướng ngang Radial flux: dòng hướng tâm Trên giới có nhà sản xuất, Multibird Đức/Pháp WinWind Phần Lan ã kết hợp máy phát tua bin gió truyền ộng trực tiếp sử dụng nam châm vĩnh cữu (DD PM) với truyền ộng buồng Thiết kế tối giản hóa truyền ộng, giúp cho máy phát có hiệu cao so với tua bin gió ba buồng BẢN TIN HỘI ĐIỆN LỰC MIỀN NAM - THÁNG / 2018 2.2.3 MÁY PHÁT ĐIỆN ĐỒNG BỘ SỬ DỤNG VẬT LIỆU SIÊU DẪN (HTS SG – HIGH TEMPERATURE SUPERCONDUCTIVITY SYNCHRONOUS GENERATOR) Nghiên cứu ứng dụng vật liệu siêu dẫn (HTS) loại máy khí có ộng quay bắt ầu từ nhữn gnăm 1980 Vật liệu HTS thô, dây dẫn HTS kết hợp chúng sử dụng máy HTS Ứng dụng vật liệu HTS ể chế tạo máy, ược biết máy sử dụng công nghệ ồng bộ, cảm ứng từ, ồng cực ã ược nghiên cứu từ lâu Hiện nay, hệ thứ hai vật liệu HTS ã ược giới thiệu vào thị trường Tua bin gió khơng sử dụng hộp truyền ộng có tốc ộ xoay thấp sử dụng dây HTS Tập oàn GE ã tiến hành nghiên cứu phát triển máy phát iện ồng có cơng suất 100MW sử dụng cảm ứng làm vật liệu HTS Công ty Windtec Solution ặt mục tiêu thiết kế tua pin gió có cơng suất 10MW sử dụng máy phát HTS Máy phát HTS cịn có ứng dụng khác ngồi tua bin gió lĩnh vực hàng hải Thế hệ dây dẫn HTS ảm bảo giá thành thấp khoảng 25% so với hệ thứ giúp cho việc ứng dụng vật liệu HTS có tính kinh tế việc sản xuất tuabin gió Cuộn HTS hoạt ộng nhiệt ộ cao (cao 30 ộ Kelvin) làm mát dễ dàng cho dù phải dùng tủ lạnh dân dụng bình thường Mật ộ lượng ạt ược dây HTS (200A/mm) cao so với vật liệu thông thường (5A/mm máy phát EESGs) nhờ giảm ược kể kích thước rotor Khối lượng máy phát giảm từ lần so với máy phát DFIG, lần so với máy phát PMSG SO SÁNH GIỮA CÁC HỆ THỐNG MÁY PHÁT ĐIỆN Amieli cộng ã nghiên cứu tính khả thi việc thay máy phát cảm ứng từ trang trại phong máy phát PMSG (máy phát iện ồng sử dụng nam châm vĩnh cữu) cho thấy máy phát PMSG có lợi cơng suất, kích thước tuabin cách hòa lưới Những nghiên cứu Soens, Poore and Lettenmaier, Li Chen tập trung vào việc so sánh máy phát cảm ứng từ máy phát PMSG tình trạng làm việc với tốc ộ khác Ở hai công suất khác nhau, 500kW 3MW, máy phát PMSG có kích thước lớn so với máy phát SCIG, nhiên hiệu suất truyền ộng tốt truyền ộng có trọng lượng nhỏ Bảng tổng quan công loại máy phát khác (SCIG, DFIG, SG, PMSG, EESG, máy phát HTS) ứng dụng tua bin gió cơng suất lớn So sánh ược phân vùng từ tốt (Excellent – E) ến tồi (Poor – P) Từ tua bin gió truyền ộng trực tiếp ược sử dụng, dẫn ộng khơng cịn bắt buộc thiết kế Tuy nhiên, tuabin sử dụng truyền ộng trực tiếp (DD) to tiền so với tuabin sử dụng dẫn ộng Bù lại tua bin DD bền hiệu cao Tua bin DD với máy phát PMSG ược thiết kế với kích thước giá thành nhỏ công suất ầu so với máy phát EESG Trong nghiên cứu tuabin DD Bang, kết luận máy phát DD PMSG với dẫn ộng buồng có cơng suất thất thấp hơn, cơng suất hiệu cao tỉ lệ lượng thu ược chi phí tốt so với máy phát SCIGs, DFIGs, EESG Trong nghiên cứu Lewis, máy phát HTS giảm giá thành sản xuất nhờ vào việc sử dụng vật liệu HTS hệ thứ Khi hoạt ộng công suất với nhau, máy phát HTS có hiệu kích thước nhỏ so với máy phát cảm ứng khác Khi sử dụng Bảng 1, cần có thay ổi chỉnh sửa tùy theo mức ộ quan trọng tiêu chí ánh giá Những khía cạnh kinh tế, mơi trường, hạn chế kỹ thuật cần ược cân nhắc nhằm ánh giá ứng dụng tuabin gió cách thiết thực Ví dụ với tuabin gió ngồi biển, tiêu chí bảo dưỡng, kích thước, ộ phức tạp lắp ặt ộ bền quan trọng so với ộ ồn Bảng 1: So sánh suất loại máy phát Torque density: Độ ặc moment xoắn Speed range: Khoảng tốc ộ hoạt ộng Cost: Giá thành Size: Kích cỡ Gearbox requirement: Cần có dẫn ộng BẢN TIN HỘI ĐIỆN LỰC MIỀN NAM - THÁNG / 2018 21 Converter size: Kích thước chuyển ổi converter Efficiency: Hiệu suất Reliablilty: Độ bền Maintenance: Bảo trì Noise level: Độ ồn Fault detection: Khả phát lỗi Power factor: Hệ số công suất Power quality: Chất lượng iện Power range: Biên ộ công suất Simple structure: Cấu trúc ơn giản Reduce head-mass: Giảm khối lượng ầu trục XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA MÁY PHÁT TUA BIN GIÓ Thị trường máy phát khơng cịn tập trung ứng dụng vào dạng máy SCIG từ năm 1990 từ dạng máy DFIG chiếm lĩnh thị trường từ năm 2003, SCIG dạng máy phát có thị phần nhỏ Máy phát DFIG với khả vận hành a tốc ộ có nhiều ưu so với máy SCIG dùng rotor quay cảm ứng Từ cuối thập niên 2000, máy phát DFIG chiếm lĩnh thị trường với thị phần 85% vào năm 2008 Nhiều loại máy phát ồng (SG) khác có thị phần dao ộng chút chu kỳ từ năm 1995 ến 2004, nhìn chung ều có tăng trưởng ều thị trường tua bin gió Thị trường tua bin gió ngồi biển gia tăng kể dẫn ến nhu cầu cho loại tua bin có công suất lớn bền tăng cao Tuy nhiên, máy phát dùng nam châm vĩnh cữu (PM) 22 ược công nhận loại máy phát có hiệu suất cao nhiều chủng loại máy phát hành thị trường Hiệu cao máy phát PM có nhược iểm chi phí sản xuất nguyên vật liệu cao so với máy phát DFIG Bù lại cho chi phí ầu tư ban ầu cao giảm thiểu chi phí bảo dưỡng phận thay Máy phát sử dụng nam châm vĩnh cữu ược công nhận thiết kế có tính kinh tế loại máy phát thông dụng thị trường Để hiểu ược xu hướng máy phát dành riêng cho tuabia gió cỡ lớn, thị trường máy phát với công suất từ 2.5MW trở lên cần ược tách riêng nghiên cứu Bảng thể thống kê nhà sản xuất tua bin giới với nhiều loại máy phát cảm ứng từ khác (bao gồm máy phát loại SCIG DFIG) máy phát ồng (EESG PMSG) Cơng suất ầu ường kính rotor máy phát ược thống kê Cần lưu ý yếu tố môi trường sức hướng gió ảnh hưởng ến cánh quạt hứng gió tuabin ể ạt ược công suất iện yêu cầu Khoảng 70% tuabin công suất lớn (2.5MW trở lên) loại sử dụng máy phát cảm ứng từ có cơng suất từ 2.5 ến 3MW Máy phát cảm ứng từ loại DFIG cơng ty Repower of Germany có cơng suất 6MW máy phát cảm ứng từ lớn Hơn 65% tuabin công suất lớn (2.5MW trở lên) loại sử dụng máy phát SG có cơng suất lớn 3MW Công ty Enercon Đức sản xuất ược loại máy phát ồng EESG có cơng suất 7.58MW tuabin lớn sản xuất năm 2012 Bảng 2: Những tuabin cỡ lớn với máy phát cảm ứng từ thị trường Manufacturer: Nhà sản xuất Power/rotor diameter: Tỉ số cơng suất đường kính rotor Bảng 3: Những tuabin cỡ lớn với máy phát đồng thị trường Manufacturer: Nhà sản xuất Power/rotor diameter: Tỉ số cơng suất đường kính rotor BẢN TIN HỘI ĐIỆN LỰC MIỀN NAM - THÁNG / 2018 Máy phát DFIG dẫn ầu thị trường thập kỷ gần ây ang tăng kích thước tuabin gió, qua ó giúp cho việc ầu tư cho tuabin gió cỡ lớn trở nên hấp dẫn Máy phát DFIG sử dụng ặt thấp bắt buộc phải tháo dỡ vài cấu kiện ể bảo dưỡng, ảm bảo tính an tồn cho tuabin Thị phần máy phát PMSG EESG chưa vượt mốc 22% ang có tăng trưởng nhanh năm gần ây Nhu cầu cho tuabin gió cơng suất lớn có khả vận hành vùng gió thổi chậm khả hòa lưới ơn giản khiến cho thiết kế PMSG EESG ang dần trở nên hấp dẫn Máy phát sử dụng nam châm vĩnh cữu (PM) chủ yếu dùng nam châm sắt có giá thành cao so với phận thông Ở mức hoạt ộng cơng suất lớn, q trình bảo dưỡng ịnh kỳ không ịnh kỳ máy phát sử dụng tuabin biển dài có chi phí lớn so với tuabin gió bờ Vì vậy, ứng dụng thiết kế PMSG vào trường hợp (tuabin biển hệ thống tuabin cơng suất lớn) có tính kinh tế tốt, số vốn ầu tư ban ầu tăng giảm khối lượng bảo dưỡng q trình vận hành Những tuabin cơng suất lớn thường có cơng suất rơi vào khoảng từ 2.5MW ến 3MW, khoảng cơng suất tuabin sử dụng máy phát SG chiếm khoảng 35% Máy phát SG, ặc biệt loại máy phát sử dụng nam châm vĩnh cữu ang dẫn ầu thị phần tuabin gió cơng suất cực lớn (trên 3MW) Tuabin sử dụng máy phát PM cơng suất lớn 3MW thường có ường kính rotor lớn so với máy phát cảm ứng từ có cơng suất Bảng thể thị phần nhà sản xuất tuabin gió từ năm 2005 Vestas ang công ty tiên phong thị trường tuabin gió với cơng suất từ ến 4.5MW Tuy nhiên thị phần Vestas giảm từ 34.1% năm 2004 ến 12.9% năm 2011 Thị trường tuabin gió ang thu hút nhiều nhà ầu tư, thị trường cạnh tranh khốc liệt so với trước ây Có nhiều cơng ty xuất lần ầu tiên top mười nhà sản xuất, Sinovel công ty xuất với thị phần tăng từ 3.4% năm 2007 ến 9.0% năm 2011 Những công ty khác Siemens hầu hết giữ ngun thị phần qua năm Mitsubishi khơng cịn nằm top 10 nhà sản xuất tuabin gió giới gần ây Những công ty chuyên sản xuất tuabin ang ưa tuabin gió vào tầm ngắm họ với thị phần 5% vào năm 2005 ến năm 2011 ã lên ến 21% Tuy nhiên máy phát PM có ộ bền tin tốt thành phần khí Sắt khơng phải vật liệu tốt ể sử dụng cho máy phát PM Đồng vật liệu nhẹ so với sắt, có khả tạo từ trường tính dẫn iện tốt ược coi loại vật liệu lý tưởng cho máy phát PM, nhiên giá thành vật liệu cao dẫn ến việc sử dụng ồng cho máy phát PM chưa mang tính kinh tế tốt Công nghệ máy phát với giá thành thấp ộ tin cậy cao giúp cho việc sản xuất máy phát cơng suất cực lớn dùng tuabin gió biển khả thi Vestas ã khai triển tuabin gió biển với công nghệ tiên tiến V-164 ứng dụng máy phát PMSG Gaema ã ăng ký chứng sản xuất tuabin gió cỡ lớn (cơng suất 5MW) vào năm 2012 lắp ặt vào năm 2014 SeaTitan ã ưa vào thị trường máy phát HTS với hiệu lên ến 96% với ường kính rotor lên ến 190m Chướng ngại lớn việc sử dụng máy phát PM so với máy phát DFIG giá thành ầu tư ban ầu hiệu máy PMSG bù lại cho nhược iểm Dù vậy, với loại tuabin lớn với công suất 3MW sử dụng dự án quy mô lớn PMSG lựa chọn phổ Những hạn chế kết cấu chịu tải khả kiểm soát cơng suất khó khăn ầu tiên việc sử dụng máy phát cơng suất lớn cho tuabin ngồi biển Tuabin gió truyền ộng trực tiếp Enercon, tuabin E -126 có cơng suất 7.5MW khơng có dẫn ộng mà sử dụng truyền ộng trực tiếp - có giá thành kết cấu lớn Tuabin gió Clipper Windpower có cơng suất 2.5MW trang trại phong cơng suất 20MW phía bắc thành phố New York bị hư hỏng thiết kế kết cấu bị lỗi dẫn ến việc phân bố moment xoắn không ều truyền ộng Những nghiên cứu gần ây công nghệ truyền ộng a máy phát (MGD Multiple-Generator Drivetrain) ang giải vấn ề lớn thiết kế MGD, giúp cho thiết kế MGD trở nên bền có khoảng tốc ộ hoạt ộng cao Bảng 4: Thống kê mười nhà sản xuất tuabin gió với thị phần lớn từ năm 2005 -2011 Manufacturer: Nhà sản xuất BẢN TIN HỘI ĐIỆN LỰC MIỀN NAM - THÁNG / 2018 23 KẾT LUẬN So sánh chủng loại máy phát khác nhau, DFIGs ang dạng máy phát phổ biến thị trường máy phát với 80% thị phần tuabin gió Tuy nhiên, nhu cầu sử dụng tuabin công suất lớn ang tăng trưởng, máy phát PMSG ang thu hút ược ý nhà ầu tư vài năm trở lại ây Ưu iểm loại máy phát ồng (SG) với hệ thống dây HTS kích thước nhỏ vận hành công suất so với máy phát PMSG DFIG ang cho thấy khả ứng dụng máy phát SG vào sản xuất tuabin gió có ường kính rotor cực lớn Sự gia tăng kể thị phần tuabin gió cơng ty vừa nhỏ cho thấy tương lai phát triển mạnh mẽ công nghệ phong Sự phát triển thần tốc công nghệ sản xuất tuabin, với ủng hộ mạnh mẽ phủ giới giúp cho lượng xanh ngày dồi giúp cho người ngày phụ thuộc vào lượng hóa thạch TÀI LIỆU THAM KHẢO Solyali D, Redfern MA (2009) Have wind turbines stop maturing? In: IEEE 44th International Universities, Power Engineering Conference (UPEC) Carlin PW, Laxson AS, Muljadi EB (2001) The history and state of the art of variable-speed wind turbine technology.National Renewable Energy Laboratory, NREL/TP-500-28607, Golden Goudarzi N, Zhu WD, Bahari H (2013) Wind energy conversion:the potential of a novel ducted turbine for residential and commercial applications In: Proceedings of the ASME(2013) International Mechanical Engineering Congress & Exposition San Diego, California, USA (to be published) World Wind Energy Association Reports (2011) World wind energy report 2010 WorldWind Energy Association (WWEA),Bonn Global Wind Energy Reports (2012) Global wind energy outlook 2012 Global Wind Energy Council (GWEC), Brussels Goudarzi N (2011) Aerodynamic and electromagnetic modeling and analysis of a variable torque generator for wind turbine applications.Master Thesis, Department of Mechanical Engineering, University of Maryland Baltimore County, Baltimore, MD, USA 24 BẢN TIN HỘI ĐIỆN LỰC MIỀN NAM - THÁNG / 2018 TỔNG qUAN VỀ HỆ THỐNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI TRÊN MÁI NHÀ (Bài 1) TS ĐẶNG MẠNH CƯỜNG ThS TRƯƠNG TRUNG HIẾU Trường Cao đẳng Điện lực TP HCM TÓM TẮT Năng lượng mặt trời ang nguồn lượng tiềm mang tính thời Việt Nam thời iểm Chính phủ ã ban hành nhiều sách ưu ãi, ó quan trọng giá mua iện, nhằm thu hút nguồn lực ầu tư xã hội vào lĩnh vực mẽ Hiện có nhiều dự án lượng mặt trời ược triển khai khắp nước, ó ối với hộ gia ình lắp ặt lượng mặt trời mái nhà BẢN TIN SEEA giới thiệu nhiều với kỳ vọng mang ến cho kỹ sư, cán kỹ thuật kiến thức tảng ối ối với chủ ề 1.1 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA TẤM PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI (NLMT) Từ 1839: Alexandre-Edmund Becquerel, nhà vật lý thực nghiệm trẻ Pháp, phát hiệu ứng quang iện tuổi 19, giúp cha thử nghiệm với pin iện phân tạo hai iện cực kim loại 1888: Ed Weston nhận ược sáng chế cho pin NLMT 1953: D Chapin, C Fuller G Pearson Silicon thực pin lượng mặt trời có diện tích bề mặt cm2 với hiệu xuất 4% (cơng bố trang bìa NY Times) 1954: Siemens Đức, G Spenke nhóm ơng phát triển phương pháp hiệu cho việc sản xuất poly-Si: Các nhà khoa học chuyên gia từ Wacker TU Munich tham gia cơng trình với Siemens Cái ược gọi Phương pháp Siemens cơng nghệ ể sản xuất pin NLMT bán dẫn loại Si tride (PECVD) lớp phản chiếu lớp thụ ộng, mà ược áp dụng cho tất pin NLMT thương mại Silicon Năm 1982: sản xuất iện quang toàn giới ạt giá trị 10 MW 1982: nhà máy quang iện 01 MW ược xây dựng ARCO Solar với 100 trackers lưỡng trục với c-Si module i vào sử dụng California Năm 1983: sản xuất pin NLMT toàn giới vượt mức 20 MW, doanh số bán vượt mức 250 triệu USD 1997: PV mái nhà dùng pin quang iện lớn nhất, với công suất lớn 03 MW ược lắp ặt Munich, Đức polymer; Pin mặt trời tinh thể nano Cấu trúc pin mặt trời silicon nguyên tắc hoạt ộng: Cấu trúc bán dẫn thông thường sau: 1999: Tổng số quang iện ược lắp ặt toàn giới vượt mức 01 GW 2006: SolFocus Mỹ, Concentrix-Solar Freiburg, Đức, SolarTec AG Munich, Đức, bắt ầu sản xuất thí iểm Concentrator III-V PV (CPV) CPV Mô- un bao gồm pin ba GaAs Ge substrate với hiệu xuất lớn 35%, thấu kính Fresnel tập trung làm từ silicon kháng UV, có khả cung cấp lên ến 800 nắng 2006: Wacker mở rộng sản xuất pin NLMT poly-Si Burghausen, Đức, lên ến 16.000 tấn/ năm ể trở thành công ty lớn thứ hai lĩnh vực toàn giới Việc ầu tư khoảng 500 triệu Euro 2006: Hội nghị quốc tế ầu tiên Solar Glass ược tổ chức Photon Munich Như hình iện tích dương (+) ngun tử silicon, iện tích âm (-) iện tử xung quanh nguyên tử silicon Xung quanh nguyên tử silicon ều có iện tử Khi phối trộn silicon boron thu ược tinh thể có cấu trúc sau: 2006: InterSolar, Hội chợ quốc tế NLMT lớn diễn lần thứ 10 lần gần Freiburg, Đức 2007: Hemlock thông báo mở rộng với qui mô lớn sản xuất poly-Si lên ến 3.600 tấn/ năm MI, Mỹ, bắt ầu sản xuất vào năm 2010 Việc ầu tư khoảng 01 tỷ USD, Hemlock nhà sản xuất poly-Si lớn toàn giới 2007: SunPower Sanyo thông báo hiệu xuất cao cho sản xuất hàng loạt pin mặt trời nắng 22% Bình 2007: Al Gore IPCC nhận giải Nobel Hòa 2007: Hội nghị Liên hiệp quốc dành cho biến ổi khí hậu diễn Bali 2008: Q-Cells vượt qua Sharp ể trở thành nhà sản xuất PV lớn giới 2018: Hiệu suất pin ạt ược phịng thí nghiệm: 41%; Thị trường pin thương mại hiệu suất 15%-24% 1.2 CẤU TRÚC TẾ BÀO QUANG ĐIỆN Trong hình này, iện tích dương (+) nguyên tử silicon, iện tích âm (-) iện tử xung quanh nguyên tử silicon, ô màu vàng nguyên tử boron, màu xanh lỗ trống Các nguyên tử boron cần iện tử xung quanh trung hịa iện tích, ngun tử silicon cần tới iện tử trung hịa iện tích, nên hình thành lỗ trống vị trí hai nguyên tử silicon boron Lỗ trống ặc trưng cho iện tích dương, iện tử nơi khác có khả nhảy vào lỗ trống ể lắp ầy iện tử, tạo lỗ trống vị trí khác Đây bán dẫn loại P (positive) Tương tự, phối trộn silicon với phosphor thu ược: Pin mặt trời ược sản xuất dựa sở vật liệu bán dẫn, nguyên tắc hoạt ộng cácѢvật liệuѢbán dẫn sau hấp phụ ánh sáng mặt trời chuyển trực tiếp lượng mặt trời thành iện tử Tùy theo loại vật liệu khác chia pin mặt trời thành nhóm: Pin mặt trời silicon, Pin mặt trời sử dụng hợp chất muối vô hợp chất galliumarsenide (III) ến (V), hợp chất cadimi-sulfide, hợp chất Đồng-indium-selenium; Pin mặt trời BẢN TIN HỘI ĐIỆN LỰC MIỀN NAM - THÁNG / 2018 25 Nguyên tử phosphor ô màu vàng, xung quanh phosphor cần có iện tử ể trung hịa iện tích, ó silicon cần có iện tử ể trung hịa iện tích, nên dư iện tử Điện tử ặc trưng cho iện tích âm, ây bán dẫn loại N (negative) Như bán dẫn loại N chứa iện tử, bán dẫn loại P chứa lỗ trống, kết hợp hai loại bán dẫn lại với tạo thành chênh lệch iện vị trí kết nối hai bán dẫn Khi có ánh sáng mặt trời chiếu vào tinh thể silicon có di chuyển lỗ trống từ N chuyển sang P, iện tử từ P di chuyển sang N, ngược lại so với di chuyển lúc ầu chênh lệch iện thế, dịng iện tử từ P sang N, hay nói cách khác chiều dòng iện từ N sang P Do bán dẫn dẫn iện khơng tốt ối với hệ lượng mặt trời, có iện trở lớn, nên iện tử dư thừa nhiều di chuyển từ P sang N Sử dụng dây dẫn iện nối kim loại phủ lên bán dẫn P vật liệu kim loại phủ lên bán dẫn N tạo thành nguồn iện Tuy nhiên phủ bán dẫn N kim loại ngăn cản hấp thu ánh sáng tinh thể silicon, hệ khơng có tạo thành dịng iện nữa, nên thông thường người ta sử dụng lưới kim loại ể phủ ( iện cực dạng lược) ể ánh sáng tới ược tinh thể silicon Bên cạnh ó, bề mặt silicon có màu sáng nên phản xạ nhiều ánh sáng, sử dụng pin mặt trời ược Vì vậy, người ta ã sơn lên lớp sơn chống phản xạ mỏng, ể giảm phản xạ xuống 5% khơng phản xạ Một pin mặt trời sinh dòng iện nhỏ, nên ể sử dụng ược nguồn iện sinh hoạt người ta thường kết hợp nhiều pin mặt trời song song (thường 36) hay nối tiếp tạo thành modul, bảng lớn gồm nhiều pin mặt trời 1.3 TẤM PIN NLMT Tấm pin lượng mặt trời có loại chính: 1.3.1 LOẠI ĐƠN TINH THỂ: MONO 26 BẢN TIN HỘI ĐIỆN LỰC MIỀN NAM - THÁNG / 2018 CRYSTALLINE SILICON SOLAR CELLS Các tế bào lượng mặt trời làm silic monocrystalline (mono-Si), ược gọi silicon ơn tinh thể ( ơn tinh thể-Si), dễ dàng nhận biết ược màu bên ngồi nhìn ồng nhất, cho thấy silicon có ộ tinh khiết cao, hình ây: Các tế bào lượng mặt trời ơn tinh thể ược làm từ thỏi silicon, có dạng hình trụ Để tối ưu hóa hiệu suất chi phí thấp pin mặt trời ơn tinh thể ơn lẻ, bốn mặt ược cắt từ phơi hình trụ ể tạo trời ơn tinh thể nhìn ặc trưng Một cách tốt ể tách pin mặt trời ơn cực a tinh thể tế bào mặt trời tinh thể a tinh thể hình chữ nhật hồn tồn khơng có cạnh trịn ƯU ĐIỂM: Các pin mặt trời ơn tinh thể có tỷ lệ hiệu cao chúng ược làm từ silic cấp cao Các pin mặt trời silic tinh thể ơn hiệu suất tốt tiết kiện khơng gian Vì pin lượng mang lại công suất cao nhất, chúng ịi hỏi khoảng khơng gian so với loại khác Các pin mặt trời ơn tinh thể sống lâu Hầu hết nhà sản xuất bảng iều khiển mặt trời ã ặt bảo hành 25 năm cho pin mặt trời ơn tinh thể họ Có khuynh hướng thực tốt so với pin mặt trời a tinh thể ược ánh giá tương tự iều kiện ánh sáng yếu NHƯỢC ĐIỂM: Các pin mặt trời ơn tinh thể thường có giá ỏ Từ quan iểm tài chính, pin mặt trời ược làm silicon a tinh thể (và số trường hợp màng mỏng) lựa chọn tốt cho số chủ nhà Nếu lượng mặt trời ược che phủ phần bóng râm, bụi bẩn tuyết, tồn mạch bị giảm hiệu suất Nên cân nhắc việc sử dụng Micro Inverters thay dùng Inverter tập trung nghĩ tác nhân vấn ề Micro-inverters ảm bảo khơng phải tồn mảng lượng mặt trời bị ảnh hưởng bóng râm mà ảnh hưởng số pin mặt trời mà thơi Các pin mặt trời ơn tinh thể có hiệu thời tiết ấm, nhiệt ộ không cao Hiệu chịu ược nhiệt ộ tăng lên thấp so với pin mặt trời a tinh thể Sử dụng pin ơn tin thể tốt nhiệt ộ thấp 1.3.2 LOẠI ĐA TINH THỂ: POLYCRYSTALLINE SILICON SOLAR CELLS Các pin mặt trời ầu tiên dựa silic a tinh thể, ược biết ến polysilicon (p-Si) silic a tinh thể (mc-Si), ã ược ưa thị trường vào năm 1981 Không giống pin mặt trời dựa monocrystalline, pin mặt trời a tinh thể không yêu cầu làm chảy ổ vào khuôn vuông, ược làm nguội cắt thành ván hoàn hảo xuất iện tương tự muốn với pin mặt trời làm silicon ơn tinh thể Tuy nhiên, iều khơng có nghĩa tất bảng lượng mặt trời monocry tinh thể hoạt ộng tốt so với người dựa silic a tinh thể Các pin mặt trời ơn tinh thể màng mỏng có khuynh hướng mang tính thẩm mỹ cao chúng có nhìn ồng so với màu xanh ậm silic a tinh thể 1.3.2 LOẠI MÀNG MỎNG: THIN-FILM SOLAR CELLS (TFSC) Các tế bào lượng mặt nạ mỏng (TFSC) Việc gửi nhiều lớp vật liệu quang iện mỏng vào bề mặt yếu tố việc sản xuất pin mặt trời màng mỏng Họ ược gọi tế bào quang iện mỏng (TFPV) Các loại pin mặt trời màng mỏng khác ược phân loại theo vật liệu quang iện ược lắng ọng bề mặt: + Silicon vô ịnh hình (a-Si) + Cadmium telluride (CdTe) + Đồng indium gallium selenide (CIS/CIGS) + Các tế bào photovoltaic hữu (OPC)Ѣ Tùy thuộc vào công nghệ, nguyên mẫu mô- un phim mỏng ã ạt ược hiệu 7-13% mô- un sản xuất hoạt ộng khoảng 9% Hiệu mô un tương lai dự kiến tăng lên gần 10-16% ƯU ĐIỂM: Quá trình chế tạo silic a tinh thể ơn giản Thị trường phim nhựa màng mỏng ã tăng trưởng với tốc ộ 60%/năm từ năm 2002 ến năm 2007 Trong năm 2011, gần 5% số lô hàng quang iện Hoa Kỳ ến khu vực dân cư ược dựa màng mỏng monocrystalline Các pin mặt trời a tinh thể có khuynh hướng chịu nhiệt thấp chút so với pin mặt trời ơn tinh thể Điều mặt kỹ thuật có nghĩa hiệu suất tệ so với pin mặt trời ơn tinh thể nhiệt ộ cao Nhiệt ộ ảnh hưởng ến hiệu suất pin mặt trời rút ngắn tuổi thọ chúng Tuy nhiên, Sự ảnh hưởng nhỏ, chủ nhà hầu hết khơng cần quan tâm ến NHƯỢC ĐIỂM: Hiệu suất pin mặt trời dựa a tinh thể thường 13-17% Do ộ tinh khiết silic thấp nên pin mặt trời a tinh thể không hiệu pin mặt trời ơn tinh thể Hiệu suất không gian thấp Chúng ta thường cần phải bố trí bề mặt lớn ể sản ƯU ĐIỂM: Sản xuất ại trà ơn giản Điều khiến chúng trở nên rẻ so với tế bào lượng mặt trời dựa tinh thể Sự xuất ồng chúng làm cho chúng trơng hấp dẫn Có thể ược thực linh hoạt, mở BẢN TIN HỘI ĐIỆN LỰC MIỀN NAM - THÁNG / 2018 27 nhiều ứng dụng tiềm Nhiệt ộ ộ bóng cao ảnh hưởng ến hoạt ộng bảng lượng mặt trời Trong tình mà khơng gian vấn ề, pin mặt trời mỏng có ý nghĩa.Ѣ NHƯỢC ĐIỂM: Giá thành cao Ghi chú: Thông số kỹ thuật pin NLMT hãng CanadianSolar: Tấm pin công suất 330Wp THƠNG SỐ KỸ THUẬT ĐIỆN THƠNG SỐ Cơng suất ịnh mức STC (Pmpp) 330 Wp Điện áp hở mạch (Voc) 45,6 V Dòng iện ngắn mạch STC (Iso) 9,45 A Điện áp MPP (Vmpp) 37,2 V Dòng iện (Impp) 8,88 A Hiệu suất 16,97% Nhiệt ộ vận hành -40oC÷+85oC Số cell pin 72/6*12 Kích thước (L*W*H) 1960*992*40mm Trọng lượng 22,4 kg Công nghệ khung Anod nhôm Tiêu chuẩn IP67 KỸ THUẬT CƠ 1.4 BIẾN TẦN (INVERTER) HỊA LƯỚI TRỰC TIẾP KHƠNG DÙNG ACQUI 1.4.1 DÙNG MICRO INVERTER (VI BIẾN TẦN) Một số hãng lớn: SMA, Enphase, OMNIK,… 28 BẢN TIN HỘI ĐIỆN LỰC MIỀN NAM - THÁNG / 2018 1.4.2 DÙNG STRING INVERTER (BIẾN TẦN CHUỖI) BẢN TIN HỘI ĐIỆN LỰC MIỀN NAM - THÁNG / 2018 29 Một số hãng lớn: SMA, ABB, Schneider, Goodwe,… 1.4.3 DÙNG BIẾN TẦN TẬP TRUNG CHO NHÀ MÁY SOLAR (SOLAR FARM) Biến tần 1500 VDC MW ược chứng nhận ạt tiêu chuẩn UL IEC Được tối ưu hóa cho trạm biến tần MW với mức xếp hạng linh hoạt cấu hình Nền tảng chung cho ứng dụng PV lưu trữ lượng 30 BẢN TIN HỘI ĐIỆN LỰC MIỀN NAM - THÁNG / 2018 1.5 BIẾN TẦN HÒA LƯỚI CĨ DÙNG ACQUI, TÍCH HỢP ATS Là giải pháp tồn diện cho hộ gia ình vì: Hịa lưới trực tiếp vào mạng lưới iện EVN; Lưu trữ lượng mặt trời dư thừa; Chuyển nguồn tự ộng lưới off; Thời gian lưu trữ tùy vào dung lượng acqui; Thích hợp cho acqui chì pin Lithium 1.6 CÁC DẠNG SƠ ĐỒ NỐI DÂY HỆ THỐNG NLMT TRONG LƯỚI ĐIỆN PHA VÀ PHA Hầu hết hệ thống NLMT áp mái hệ thống có quy mơ nhỏ, cơng suất thường từ 3-10 kWp Trong ó biến ổi DC/AC nhận lượng từ PV nguồn iện chiều qua biến ổi sử dụng linh kiện iện tử công suất biến ổi thành nguồn iện xoay chiều hình sin pha sin phải có thêm mạch lọc gồm tụ iện iện cảm ể lọc sóng hài bậc cao ầu biến tần 2.6.1 SƠ ĐỒ ĐẤU NỐI DÂY HỆ THỐNG ĐIỆN NLMT CÔNG SUẤT KWP VÀO LƯỚI PHA: BẢN TIN HỘI ĐIỆN LỰC MIỀN NAM - THÁNG / 2018 31 32 BẢN TIN HỘI ĐIỆN LỰC MIỀN NAM - THÁNG / 2018 Sơ ấu nối dây hệ thống iện NLMT công suất 16,5kWp – pha: BẢN TIN HỘI ĐIỆN LỰC MIỀN NAM - THÁNG / 2018 33 CÔNG TY ĐIỆN LỰC SÓC TRĂNG 113 - LÊ HỒNG PHONG - PHƯỜNG - THÀNH PHỐ SÓC TRĂNG TỈNH SÓC TRĂNG TEL: (0299) 3821417 - FAX: (0299) 3868959 EMAIL: soctrangpc@evnspc.vn Sóc Trăng tỉnh thuộc Đồng Sông Cửu Long, nằm hạ lưu sơng Hậu, có bờ biển dài 72 km ba cửa sông lới Định An, Trần Đề Mỹ Thanh; có nhiều sơng rạch, củ lao bãi bồi Sóc Trăng tỉnh có nhiều dân tộc sống chung hài hịa, gắn bó từ bao ời nay, ó chủ yếu ba dân tộc Kinh – Hoa – Khmer nên Sóc Trăng có nhiều nét văn hóa truyền thống ặc thù ộc áo Nhân dân a phần sinh sống nông nghiệp Công ty Điện lực Sóc Trăng doanh nghiệp Nhà Nước trực thuộc Tổng cơng ty Điện lực miền Nam có chức nhiệm vụ quản lý, sản xuất, phân phối, kinh doanh iện năng, xây dựng phát triển lưới iện trê ịa bàn tỉnh Sóc Trăng Hiện tỉnh Sóc Trăng có 01 thành phố (Tp Sóc Trăng); 02 Thị xã (TX Vĩnh Châu TX Ngã Năm); 08 huyện (Châu Thành, Cù Lao Dung, Kế Sách, Long Phú, Mỹ Tú, Mỹ Xuyên, Thạnh Trị, Trần Đề) Tương ứng Công ty Điện lực Sóc Trăng có 11 Điện lực với khối lượng quản lý ến Quý 3/2018 là: Đường dây trung thế: 3.206 km Đường dây hạ thế: 5.282 km Trạm biến áp: 5.896 trạm Dung lượng: 630.560 kVA Số máy biến áp: 8.265 máy ... TẦN) Một số hãng lớn: SMA, Enphase, OMNIK,… 28 BẢN TIN HỘI ĐIỆN LỰC MIỀN NAM - THÁNG / 2018 1.4.2 DÙNG STRING INVERTER (BIẾN TẦN CHUỖI) BẢN TIN HỘI ĐIỆN LỰC MIỀN NAM - THÁNG / 2018 29 Một số hãng... MBA T1 14 BẢN TIN HỘI ĐIỆN LỰC MIỀN NAM - THÁNG / 2018 Bảng Thông số iện dung iện cảm mơ hình thơng số tập trung MBA T1 T2 MBA T1 Điện dung (nF) MBA T2 Điện cảm (H) Điện dung (nF) Điện cảm (H)... biến tần 2.6.1 SƠ ĐỒ ĐẤU NỐI DÂY HỆ THỐNG ĐIỆN NLMT CÔNG SUẤT KWP VÀO LƯỚI PHA: BẢN TIN HỘI ĐIỆN LỰC MIỀN NAM - THÁNG / 2018 31 32 BẢN TIN HỘI ĐIỆN LỰC MIỀN NAM - THÁNG / 2018 Sơ ấu nối dây hệ