Phương pháp thiết kế hệ thống điện năng lượng mặt trời Tính tổng lượng tiêu thụ điện của tất cả các thiết bị mà hệ thống solar phải cung cấp Tính toán công suất pin mặt trời cần sử dụng Tính toán bộ inverter Tính toán battery Thiết kế solar charge controller
Phương pháp thiết kế hệ thống điện lượng mặt trời Để thiết kế hệ solar, thưc bước sau: Tính tổng lượng tiêu thụ điện tất thiết bị mà hệ thống solar phải cung cấp Tính tổng số Watt-hour sử dụng ngày thiết bị Cộng tất lại có tổng số Watt-hour tồn tải sử dụng ngày Tính số Watt-hour pin mặt trời phải cung cấp cho toàn tải ngày Do tổn hao hệ thống, xét đến tính an tồn ngày nắng khơng tốt, số Watt-hour pin trời cung cấp phải cao tổng số Watt-hour tồn tải, theo cơng thức sau: Số Watt-hour pin mặt trời (PV modules) phải cung cấp = (1.3 – 1.5) x tổng số Watt-hour tồn tải sử dụng Trong 1.3 đến 1.5 hệ số an tồn Tính tốn cơng suất pin mặt trời cần sử dụng Để tính tốn kích cỡ pin mặt trời cần sử dụng, ta phải tính Watt-peak (Wp) cần có pin mặt trời Lượng Wp mà pin mặt trời tạo lại tùy thuộc vào khí hậu vùng giới Cùng pin mặt trời đặt nơi mức độ hấp thu lượng khác với đặt nơi khác Để thiết kế xác, người ta phải khảo sát vùng đưa hệ số gọi “panel generation factor”, tạm dịch hệ số phát điện pin mặt trời Hệ số “panel generation factor” tích số hiệu suất hấp thu (collection efficiency) độ xạ lượng mặt trời (solar radiation) tháng nắng vùng, đơn vị tính (kWh/m2/ngày) Mức hấp thu lượng mặt trời Việt Nam khoảng 4.58 kWh/m2/ngày lấy tổng số Watt-hour pin mặt trời cần cung cấp chia cho 4.58 ta có tổng số Wp pin mặt trời Có vùng mức hấp thu lượng mặt trời lớn có vùng nhỏ Trong tính tốn tính trung bình kWh/m2/ngày Mỗi PV mà ta sử dụng có thơng số Wp nó, lấy tổng số Wp cần có pin mặt trời chia cho thơng số Wp ta có số lượng pin mặt trời cần dùng Kết cho ta biết số lượng tối thiểu số lượng pin mặt trời cần dùng Càng có nhiều pin mặt trời, hệ thống làm việc tốt hơn, tuổi thọ battery cao Nếu có pin mặt trời, hệ thống thiếu điện ngày râm mát, rút cạn battery làm battery giảm tuổi thọ Nếu thiết kế nhiều pin mặt trời làm giá thành hệ thống cao, vượt ngân sách cho phép, không cần thiết Thiết kế pin mặt trời lại tùy thuộc vào độ dự phịng hệ thống Thí dụ hệ solar có độ dự phịng ngày, ( gọi autonomy day, ngày khơng có nắng cho pin mặt trời sản sinh điện), bắt buộc lượng battery phải tăng kéo theo phải tăng số lượng pin mặt trời Ngồi SolarV có hệ thống bù lưới thông minh chuyển lưới thông minh giải vấn đề điện thiếu điện cho ngày râm mát cho khu vực lắp đặt hệ thống điện mặt trời có điện lưới Tính tốn inverter Hiện phổ biến có loại inverter sine chuẩn ta dùng để tính tốn: inverter sine chuẩn tần số cao (high frequency) inverter sine chuẩn tần số thấp (low frequency – hay người ta cịn gọi inverter dùng tăng phơ) Nếu thiết kế chọn inverter sine chuẩn tần số cao, inverter phải đủ lớn để đáp ứng tất tải bật lên, phải có cơng suất 150% cơng suất tải, tốt chọn 200% công suất tải sử dụng có lúc cần khởi động thiết bị Nếu tải motor (hoặc tủ lạnh, máy lạnh… thơng thường) phải tính tốn thêm cơng suất để đáp ứng thời gian khởi động motor Thường dịng khởi động thiết bị có motor lớn, gấp khoảng 5-6 lần dòng chạy ổn định, nhiên dùng phương pháp khởi động mềm để tránh việc chọn inverter công suất lớn Nếu chọn inverter sine chuẩn dùng tăng phơ chọn cơng suất từ 125 – 150% sử dụng được, nhiên nhược điểm loại inverter tiêu hao lớn Chọn inverter có điện áp vào danh định phù hợp với điện áp danh định battery Đối với hệ solar kết nối vào lưới điện, ta không cần battery, điện áp vào danh định inverter phải phù hợp với điện áp danh hệ pin mặt trời Tính tốn battery Battery dùng cho hệ solar loại deep-cycle Loại cho phép xả đến mức bình thấp cho phép nạp đầy nhanh Loại có khả nạp xả nhiều lần ( có nhiều cycle) mà khơng bị hỏng bên trong, bền, tuổi thọ cao Có phương pháp tính tốn battery, Cách thứ dựa vào lượng điện sản xuất từ pin mặt trời Dung lượng ắc quy phải chứa = 1.5 đến lần lượng điện sản xuất ngày Hiệu suất xả nạp battery khoảng 70 – 80% chia số Wh pin mặt trời sản xuất với 0.7 – 0.8 nhân với 1.5 đến lần ta có Wh battery Trường hợp nhu cầu sử dụng chủ yếu ban ngày cần thiết kế lượng ắc quy chứa lượng điện sản xuất từ pin mặt trời Trong hệ solar độc lập sử dụng ngày, để tuổi thọ ắc quy tăng lên (gấp2, lần thơng thường) khơng nên cho ắc quy xả sâu, nên bảo vệ ắc quy ngưỡng áp 11V (đối với ắc quy 12V) chuyển sang sử dụng điện lưới bù lưới Cách thứ dựa vào tải sử dụng, cụ thể sau: Số lượng battery cần dùng cho hệ solar số lượng battery đủ cung cấp điện cho ngày dự phòng (autonomy day) pin mặt trời không sản sinh điện Ta tính dung lượng battery sau: – Hiệu suất xả nạp battery khoảng 80% chia số Wh tải tiêu thụ với 0.8 ta có Wh battery – Với mức deep of discharge DOD (mức xả sâu) 0.6 (hoặc thấp 0.8), ta chia số Wh battery cho 0.6 có dung lượng battery Kết cho ta biết dung lượng battery tối thiểu cho hệ solar khơng có dự phịng Khi hệ solar có số ngày dự phòng (autonomy day) ta phải nhân dung lượng battery cho số autonomyday để có số lượng battery cần cho hệ thống Thiết kế solar charge controller Solar charge controller có điện vào phù hợp với điện pin mặt trời điện tương ứng với điện battery Vì solar charge controller có nhiều loại bạn cần chọn loại solar charge controller phù hợp với hệ solar bạn Đối với hệ pin mặt trời lớn, thiết kế thành nhiều dãy song song dãy solar charge controller phụ trách Công suất solar charge controller phải đủ lớn để nhận điện từ PV đủ công suất để nạp battery Thơng thường ta chọn Solar charge controller có dịng Imax = 1.3 x dịng ngắn mạch PV SolarV có thiết kế Solar charge controller dùng công nghệ sạc xung nâng áp đỉnh MPP nên hiệu suất sạc cao ắc quy bền hơn, hiệu suất sạc tương đương sạc MPPT mà giá thành rẻ Công nghệ sạc xung làm ắc quy bền kể sạc MPPT Ví dụ cụ thể: Tính hệ solar cho hộ dân vùng sâu có yêu cầu sử dụng sau: – bóng đèn 18 Watt sử dụng từ 6-10 tối – quạt máy 60 Watt ngày sử dụng khoảng – tủ lạnh 75 Watt chạy liên tục Xác định tổng lượng điện tiêu thụ ngày = (18 W x giờ) + (60 W x giờ) + (75 W x 12 giờ) = 1,092 Wh/day (tủ lạnh tự động ngắt đủ lạnh nên xem chạy 12 nghỉ 12 giờ) Tính pin mặt trời (PV panel) PV panel = 1,092 x 1.3 = 1,419.6 Wh/day Tổng Wp PV panel = 1,419.6 / 4.58 = 310Wp Chọn loại PV có 110Wp số PV cần dùng 310 / 110 # Tính inverter Tổng cơng suất sử dụng lớn thời điểm = 18 + 60 + 75 = 153 W Công suất inverter = 153 x 125% # 190W Tuy nhiên hệ thống có tủ lạnh với dòng khởi động khoảng gấp – lần (6 x 75 = 450w) Vậy chọn inverter công suất phải lớn 450W Ta chọn loại inverter 500W trở lên Lưu ý phải chọn inverter sine chuẩn để an tồn cho tủ lạnh Tính tốn Battery Với ngày dự phịng, dung lượng bình = 178 x = 356 Ah Như chọn battery deep-cycle 12V/400Ah cho ngày dự phòng Nếu sử dụng ngày khơng cần tính dự phịng, chọn ắc quy 12V-200Ah đủ Tính solar charge controller Thông số PV module: Pm = 110 Wp, Vm = 16.7 Vdc, Im = 6.6 A, Voc = 20.7 A, Isc = 7.5A Như solar charge controller = (3 PV x 7.5 A) x 1.3 = 29.25 A Chọn solar charge controller có dịng 30A/12 V hay lớn ... số lượng pin mặt trời cần dùng Kết cho ta biết số lượng tối thiểu số lượng pin mặt trời cần dùng Càng có nhiều pin mặt trời, hệ thống làm việc tốt hơn, tuổi thọ battery cao Nếu có pin mặt trời, ... hệ thống thiếu điện ngày râm mát, rút cạn battery làm battery giảm tuổi thọ Nếu thiết kế nhiều pin mặt trời làm giá thành hệ thống cao, vượt ngân sách cho phép, không cần thiết Thiết kế pin mặt. .. tăng số lượng pin mặt trời Ngồi SolarV có hệ thống bù lưới thông minh chuyển lưới thông minh giải vấn đề điện thiếu điện cho ngày râm mát cho khu vực lắp đặt hệ thống điện mặt trời có điện lưới