Thiết kế hệ thống điện năng lượng mặt trời cung cấp cho nhà dân

TRƢỜNG ĐẠI HỌC VINH VIỆN KỸ THUẬT VÀ CÔNG NGHỆ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Đề tài: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỆN NĂNG LƢỢNG MẶT TRỜI CUNG CẤP CHO NHÀ DÂN Sinh viên thực hiện: HOÀNG QUỐC CHUNG Lớp 54K2 – CNKT Đ, ĐT Giảng viên hướng dẫn: TRẦN ĐÌNH DŨNG Cán phản biện: Th.S LƯU VĂN PHÚC Nghệ An, 5-2018 SV: Hoàng Quốc Chung Đồ Án Tốt Nghiệp Đánh giá đồ án tốt nghiệp (Dùng cho giảng viên hƣớng dẫn) Giảng viên đánh giá: Họ tên Sinh viên: MSSV:…………………………… Tên đồ án: ……………………………………………………………………………………………………… Chọn mức điểm phù hợp cho sinh viên trình bày theo tiêu chí đây: Rất (1); Kém (2); Đạt (3); Giỏi (4); Xuất sắc (5) Có kết hợp lý thuyết thực hành (20) Nêu rõ tính cấp thiết quan trọng đề tài, vấn đề giả thuyết (bao gồm mục đích tính phù hợp) phạm vi ứng dụng đồ án Cập nhật kết nghiên cứu gần (trong nước/quốc tế) Nêu rõ chi tiết phương pháp nghiên cứu/giải vấn đề Có kết mơ phỏng/thưc nghiệm trình bày rõ ràng kết 4 đạt Có khả phân tích đánh giá kết (15) Kế hoạch làm việc rõ ràng bao gồm mục tiêu phương pháp thực dựa kết nghiên cứu lý thuyết cách có hệ thống Kết trình bày cách logic dễ hiểu, tất kết phân tích đánh giá thỏa đáng Trong phần kết luận, tác giả rõ khác biệt (nếu có) kết đạt mục tiêu ban đầu đề đồng thời cung cấp lập luận để đề xuất hướng giải thực tương lai Kỹ viết (10) Đồ án trình bày mẫu quy định với cấu trúc chương logic đẹp mắt (bảng biểu, hình ảnh rõ ràng, có tiêu đề, đánh số thứ tự giải thích hay đề cập đến đồ án, có lề, dấu cách sau dấu chấm, dấu phẩy v.v), có mở đầu chương kết luận chương, có liệt kê tài liệu tham khảo có trích dẫn quy định Kỹ viết xuất sắc (cấu trúc câu chuẩn, văn phong khoa học, lập luận logic có sở, từ vựng sử dụng phù hợp v.v.) Thành tựu nghiên cứu khoa học (5) (chọn trƣờng hợp) Có báo khoa học đăng chấp nhận đăng/đạt giải SVNC khoa học giải cấp Viện trở lên/các giải thưởng khoa 10a học (quốc tế/trong nước) từ giải trở lên/ Có đăng ký phát minh sáng chế 5 5 5 5 Trường Đại Học Vinh SV: Hoàng Quốc Chung Đồ Án Tốt Nghiệp Được báo cáo hội đồng cấp Viện hội nghị sinh viên nghiên cứu khoa học không đạt giải từ giải trở 10b lên/Đạt giải khuyến khích kỳ thi quốc gia quốc tế khác chun ngành 10c Khơng có thành tích nghiên cứu khoa học Điểm tổng /50 Điểm tổng quy đổi thang 10 Nhận xét thêm Thầy/Cô (giảng viên hướng dẫn nhận xét thái độ tinh thần làm việc sinh viên) Nghệ An, ngày… tháng 05 năm 2018 Người nhận xét (Ký ghi rõ họ tên) Trường Đại Học Vinh SV: Hoàng Quốc Chung Đồ Án Tốt Nghiệp Đánh giá đồ án tốt nghiệp (Dùng cho cán phản biện) Giảng viên đánh giá: Họ tên Sinh viên: MSSV:…………………………… Tên đồ án: ………………………………………………………………………………………… Chọn mức điểm phù hợp cho sinh viên trình bày theo tiêu chí đây: Rất (1); Kém (2); Đạt (3); Giỏi (4); Xuất sắc (5) Có kết hợp lý thuyết thực hành (20) Nêu rõ tính cấp thiết quan trọng đề tài, vấn đề giả thuyết (bao gồm mục đích tính phù hợp) phạm vi ứng dụng đồ án Cập nhật kết nghiên cứu gần (trong nước/quốc tế) Nêu rõ chi tiết phương pháp nghiên cứu/giải vấn đề Có kết mơ phỏng/thưc nghiệm trình bày rõ ràng kết 4 đạt Có khả phân tích đánh giá kết (15) Kế hoạch làm việc rõ ràng bao gồm mục tiêu phương pháp thực dựa kết nghiên cứu lý thuyết cách có hệ thống Kết trình bày cách logic dễ hiểu, tất kết phân tích đánh giá thỏa đáng Trong phần kết luận, tác giả rõ khác biệt (nếu có) kết đạt mục tiêu ban đầu đề đồng thời cung cấp lập luận để đề xuất hướng giải thực tương lai Kỹ viết (10) Đồ án trình bày mẫu quy định với cấu trúc chương logic đẹp mắt (bảng biểu, hình ảnh rõ ràng, có tiêu đề, đánh số thứ tự giải thích hay đề cập đến đồ án, có lề, dấu cách sau dấu chấm, dấu phẩy v.v), có mở đầu chương kết luận chương, có liệt kê tài liệu tham khảo có trích dẫn quy định Kỹ viết xuất sắc (cấu trúc câu chuẩn, văn phong khoa học, lập luận logic có sở, từ vựng sử dụng phù hợp v.v.) Thành tựu nghiên cứu khoa học (5) (chọn trƣờng hợp) Có báo khoa học đăng chấp nhận đăng/đạt giải SVNC khoa học giải cấp Viện trở lên/các giải thưởng khoa 10a học (quốc tế/trong nước) từ giải trở lên/ Có đăng ký phát minh sáng chế Được báo cáo hội đồng cấp Viện hội nghị sinh viên 10b nghiên cứu khoa học không đạt giải từ giải trở 5 5 5 5 Trường Đại Học Vinh SV: Hoàng Quốc Chung Đồ Án Tốt Nghiệp lên/Đạt giải khuyến khích kỳ thi quốc gia quốc tế khác chun ngành 10c Khơng có thành tích nghiên cứu khoa học Điểm tổng /50 Điểm tổng quy đổi thang 10 Nhận xét thêm Thầy/Cô Nghệ An, ngày… tháng 05 năm 2018 Người nhận xét (Ký ghi rõ họ tên) Trường Đại Học Vinh SV: Hoàng Quốc Chung Đồ Án Tốt Nghiệp MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU LỜI CẢM ƠN CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HỆ THỐNG ĐIỆN NĂNG LƢỢNG MẶT TRỜI 10 1.1 Giới thiệu chung 10 1.2 Nguyên lý hoạt động hệ thống lượng mặt trời: 10 1.3 Cấu hình tiêu biểu hệ thống điện lượng mặt trời: 11 1.4 Ưu lượng mặt trời 16 1.5 Tìm hiểu chung pin lượng lượng mặt trời: 17 1.6 Ưu, Nhược điểm lượng mặt trời: 25 1.7 Ứng dụng pin mặt trời Việt Nam 27 CHƢƠNG 2: BỘ KÍCH INVERTER VÀ BỘ ĐIỀU KHIỂN SẠC 34 2.1 Loại Inverter cho hệ thống lượng mặt trời: 34 2.2 Hoạt động inverter 34 2.3 Bộ điều khiển sạc 44 CHƢƠNG 3: BATTERY (Ắc-quy): 47 3.1 Giới thiệu chung ắc quy: 47 3.2 Cấu tạo ắc-quy: 47 3.3 Phân loại nguyên lý hoạt động ắc quy: 49 CHƢƠNG 4: PHƢƠNG PHÁP THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỆN NĂNG LƢỢNG MẶT TRỜI 62 4.1 Tính tổng lượng tiêu thụ điện tất thiết bị mà hệ thống điện lượng mặt trời cần cung cấp 62 4.2 Tính số cơng suất hệ thống điện pin lượng mặt trời phải cung cấp cho toàn tải ngày 62 Trường Đại Học Vinh SV: Hồng Quốc Chung Đồ Án Tốt Nghiệp 4.3 Tính tốn kích cỡ pin mặt trời cần sử dụng 63 4.4 Tính tốn inverter 63 4.5 Tính tốn ắc quy 64 4.6 Tính tốn điều khiển sạc cho lượng mặt trời 65 4.7 Tính tốn chi phí cần dùng để thiết kế hệ thống điện lượng mặt trời 65 4.8 Tính tốn thời gian hồn vốn sử dụng hệ thống điện lượng mặt trời 66 KẾT LUẬN 67 TÀI LIỆU THAM KHẢO 68 Trường Đại Học Vinh SV: Hoàng Quốc Chung Đồ Án Tốt Nghiệp LỜI NĨI ĐẦU Trong tiến trình phát triển lồi người, việc sử dụng lượng đánh dấu cột mốc quan trọng Từ đến nay, lồi người sử dụng lượng ngày nhiều, vài kỷ gần Trong cấu lượng nay, chiếm phần chủ yếu lượng tàn dư sinh học than đá, dầu mỏ, khí tự nhiên Kế lượng nước thủy điện, lượng hạt nhân, lượng sinh khối (bio.gas, …) lượng mặt trời, lượng gió chiếm phần khiêm tốn Xã hội lồi người khơng phát triển khơng có lượng Ngày nay, lượng tàn dư sinh học, lượng không tái sinh ngày kiệt, giá dầu mỏ tăng ngày, ảnh hưởng xấu đến phát triển kinh tế xã hội mơi trường sống Tìm kiếm nguồn lượng thay nhiệm vụ cấp bách nhà khoa học, kinh tế, trị gia,… người Nguồn lượng thay phải sạch, thân thiện với mơi trường, chi phí thấp, khơng cạn kiệt (tái sinh), dễ sử dụng Từ lâu, loài người mơ ước sử dụng lượng mặt trời Nguồn lượng vơ tận, đáp ứng hầu hết tiêu chí nêu Nhiều cơng trình nghiên cứu thực hiện, lượng mặt trời không lượng tương lai mà lượng Bạn không nên nghĩ ứng dụng lượng mặt trời công việc riêng nhà khoa học, nơi bạn phát huy óc sáng tạo, khéo tay, tính kiên nhẫn bạn Cịn thú vị bạn tự thực ứng dụng lượng mặt trời ngơi nhà Cuốn sách giới thiệu chi tiết ứng dụng lượng mặt trời nhà mảnh vườn bạn Các dự án tương đối đơn giản, chi phí tầm tay bạn, hiệu cao, không đồi hỏi lý thuyết cao siêu, cần bạn nhận lợi ích việc sử dụng lượng mặt trời tâm thực bạn thực Trường Đại Học Vinh SV: Hoàng Quốc Chung Đồ Án Tốt Nghiệp bước theo hướng dẫn dự án, dạt kết quả, bạn hồn tồn chỉnh sửa, cải tiến để cao hiệu suất giảm chi phí tùy theo động tính sáng tạo bạn Các dự án cịn thực trường học, trường phổ thông trường dạy nghề, giúp cho thầy cô giáo có thêm phương cách thí nghiệm, học đơi với hành, giúp cho học sinh tính sáng tạo hứng thú học tập Trường Đại Học Vinh SV: Hoàng Quốc Chung Đồ Án Tốt Nghiệp LỜI CẢM ƠN Trước vào nội dung đồ án chúng em xin chân thành cảm ơn đến Thầy: Trần Đình Dũng giảng viên ngành CNKTĐ, ĐT tận tình hướng dẫn giúp đỡ chúng em suốt trình thực để hồn thành đồ án tồn thể thầy mơn tận tình giảng dạy, bảo, truyền đạt nguồn kiến thức sâu rộng kinh nghiệm quý báu cho chúng em suốt thời gian học trường Xin cảm ơn đến tất bạn bè, người giúp đỡ suốt thời gian học tập thực đồ án tốt nghiệp Và cuối chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến gia đình, bố mẹ ủng hộ tạo điều kiện cho chúng em hoàn thành đồ án Mặc dù nỗ lực hết mình, khả năng, kiến thức thời gian có hạn nên khơng thể tránh sai sót lúc thực đồ án này, em kính mong quý thầy cô dẫn, giúp đỡ em để ngày hồn thiện kiến thức tự tin bước vào sống với vốn kiến thức có Trường Đại Học Vinh SV: Hoàng Quốc Chung Đồ Án Tốt Nghiệp Mặc dù điện áp ắc quy số chẵn 2, ví dụ ắc quy 2V, 6V, 12V, 24V… thực tế điện áp thơng thường ắc quy không Mức điện áp mà ắc quy cung cấp thường lớn so với định mức chúng, ví dụ ắc quy 12V cung cấp điện áp tới 13V Có điều vơ lý xuất phát từ mức độ điện áp ngăn bình chúng: Mức điện áp mõi ngăn bình ắc quy a-xít , đến ,V (  0,05V) Do tính chất cố hữu ắc quy axit mà ngăn chúng có mức điện áp cao Cũng để đánh giá dung lượng ắc quy axit, người ta có thí nghiệm đo đạc cho thấy dung lượng ắc quy phụ thuộc vào mức độ điện áp (lúc khơng phát dịng) hình sau: Hình 3.7: Sự phụ thuộc dung lượng ắc quy vào mức độ điện áp Nếu biểu diễn dạng bảng thơng số bảng Nếu ắc quy thuộc loại 24V nhân thơng số mục điện áp ngăn với 12 Trường Đại Học Vinh 54 SV: Hoàng Quốc Chung Dung lƣợng Đồ Án Tốt Nghiệp Điện áp ắc quy 12V Điện áp ngăn 100% 12.7 2.12 90% 12.5 2.08 80% 12.42 2.07 70% 12.32 2.05 60% 12.20 2.03 50% 12.06 2.01 40% 11.9 1.98 30% 11.75 1.96 20% 11.58 1.93 10% 11.31 1.89 10.5 1.75 Bảng thông số thể phụ thuộc dung lượng ắc quy vào mức độ điện áp Lưu ý bảng trường hợp ắc quy không mang tải, điều có nghĩa kích điện hoạt động bạn đo điện áp ắc quy số lượng khơng thể lấy giá trị để đánh giá lưu lượng bình ắc quy cịn lại (là %) Điều phát dịng ắc quy có điện áp tụt xuống, trường hợp khơng phát dịng mức điện áp đo phản ánh trạng thái dung lượng lại ắc quy Khi phát dịng điện áp ắc quy giảm xuống Trường Đại Học Vinh 55 SV: Hoàng Quốc Chung Đồ Án Tốt Nghiệp Cũng theo bảng dung lượng ắc quy cạn kiệt mức điện áp 10,5V, số kích điện loại "điện tử" (tức theo dõi mức độ điện áp đầu vào) lấy mốc 10,7V để ngừng hoạt động nhằm tránh cho sử dụng ắc quy cạn kệt (gây hại cho ắc quy) Điều hợp lý sử dụng điện từ ắc quy trạng thái cạn kiệt cực ắc quy nhanh bị hư hỏng, dẫn đến hư hỏng chung cho toàn ắc quy (trong ắc quy 12V, ngăn hư hỏng tồn ắc quy hư hỏng) Các ắc quy thơng dụng thường chế tạo mức điện áp 12V, số lượng ắc quy 6V dùng cho số quạt đèn tích điện Các ắc quy 24V trở lên khơng phải khơng có thường việc tìm kiếm thay cho ắc quy khó khăn (ở nơi làm việc cũ có xe chạy điện sử dụng ắc quy 24V, hỏng khó mua ắc quy này) Vậy kích điện bạn sử dụng mức điện áp 24V bạn nên dùng nối tiếp ắc quy 12V (tốt có hãng sản xuất, dung lượng lô sản xuất) lại với không nên thiết phải tìm kiếm loại ắc quy 24V cho chúng Dung lƣợng ắc quy ảnh hƣởng chế độ phóng Dung lượng thơng số bản, tham số cho biết khả lưu trữ điện ắc quy Đơn vị tính thơng số tính thơng dụng theo Ah (Ampe giờ), số ắc quy nhỏ (và thường pin) tính theo mức mAh (mili-ampe giờ) Một cách đơn giản để dễ hình dung tham số dung lượng ắc quy sau: Ah tham số số dòng điện phát (tính Ampe) khoảng thời gian (tính giờ) Ví dụ ắc quy 10 Ah phát dịng điện 10A vòng giờ, 5A giờ, hay 1A 10 Nhưng thực tế dung lượng ắc quy lại bị thay đổi tuỳ theo cường độ dịng điện phóng Nếu dịng điện phóng lớn dung lượng ắc quy cịn lại nhỏ ngược lại, dịng điện phóng nhỏ dung lượng bảo tồn mức cao Ví dụ dung Trường Đại Học Vinh 56 SV: Hoàng Quốc Chung Đồ Án Tốt Nghiệp lượng ắc quy phụ thuộc vào cường độ dịng phóng thể bảng (số liệu sưu tầm) Thời Accu 100Ah Accu 26Ah gian (phút) Dòng phát (A) Dung lượng (Ah) Dòng phát (A) Dung lượng (Ah) 90 57 85 13 19 60 74 74 19 19 50 86 71 21 18 45 93 70 23 17 40 102 68 25 17 30 129 64 31 15 20 174 58 40 13 15 213 53 49 12 10 275 45 63 10 Bảng thể dung lượng ắc quy phụ thuộc vào cường độ dịng phóng Theo bảng phóng điện với dịng 57A, ắc quy 100Ah cịn dung lượng 85Ah tương ứng phóng điện 90 phút Vì đa số kích điện sử dụng thuộc loại công suất từ 800VA đến 1000VA nên dòng tiêu thụ cực đại xấp xỉ với mức 57A nêu nên người dùng nên ý đến thông số Trường Đại Học Vinh 57 SV: Hồng Quốc Chung Đồ Án Tốt Nghiệp Vậy phóng dịng điện lớn dung lượng ắc quy giảm Muốn dung lượng ắc quy số liệu công bố hãng sản xuất có lẽ phải phóng với dịng đủ nhỏ mà thực điều thơng qua việc sử dụng điện tiết kiệm (sử dụng với nhu cầu tối thiểu) phải trang bị hệ thống nhiều ắc quy Có điều vơ lý chăng? Năng lượng tích trữ ắc quy bị - điều vi phạm định luật bảo tồn lượng? Chắc chắn khơng phải, lượng khơng tiêu hao mất, nằm ắc quy khơng thể phóng mà thơi Nhìn lại hình phía ta thấy ắc quy trạng thái cịn phóng điện cực dương PbO2 cịn cực âm Pb q trình phóng điện làm cho hai biến thành PbSO4 Nếu q trình phóng điện diễn cách từ từ cực chuyển thành PbSO4 mà chúng không bị đè lên (tức lớp PbSO4 đè lên lớp PbO2 cực dương Pb cực âm), dung lượng ắc quy khơng bị Nếu phóng điện với dịng điện lớn phản ứng xảy mạnh, PbSO4 sinh nhiều bám vào cực đè lên lớp PbO2 Pb khiến cho sau thời gian ngắn chúng khơng cịn phản ứng (do bị nằm phía cực), điều dẫn đến dung lượng bình thực tế bị giảm Các tham số khác ắc quy Dòng khởi động nguội CCA (Cold Cranking Amps) Là tham số thường quan tâm dùng ắc quy cho ô tô mà chủ yếu dùng cho khởi động Dịng khởi động nguội dịng điện phát trạng thái nhiệt độ độ F (tức bẳng 17,7 độ C) vòng 30 giây Tham số thường quan tâm nước có nhiệt độ thấp (dưới độ C), việc khởi động động gặp khó khăn độ nhớt dầu không đảm bảo việc phản ứng hóa học xảy điều kiện nhiệt độ thấp thường khó khăn so với nhiệt độ cao Dịng khởi động nóng HCA (Hot Cranking Amps) Tương tự dịng khởi động nguội, tính nhiệt độ 80 độ F (tức khoảng 26,7 độ C) Tham số Trường Đại Học Vinh 58 SV: Hồng Quốc Chung Đồ Án Tốt Nghiệp thường quan trọng so với thông số khởi động nguội (và thơng số ghi vào nhãn ắc quy) Dung lượng RC (Reserve Capacity) Là tham số thể thời gian phóng điện với dòng 25A nhiệt độ 25 độ C điện áp ắc quy hạ xuống mức sử dụng Thông số trực quan, thể hoạt động liên tục ắc quy chế độ bình thường với nhu cầu sử dụng thơng thường (đa phần người dùng kích điện thường phát dịng mức này) Trên thông số ắc quy Tất ắc quy ghi thông số điện áp dung lượng, lại hai thơng số quan trọng sau CCA RC ghi nhãn chúng Cá nhân tơi thường thiện cảm loại ắc quy ghi rõ ràng thông số gần đảm bảo chất lượng công bố So sánh hai loại ắc quy thơng dụng Thị trường có hai loại ắc quy thơng dụng là: ắc quy axít kiểu hở ắc quy axít thiết kế theo kiểu kín khí – miễn bảo dưỡng (loại hay bị gọi „ắc quy khơ‟ thực dùng từ không ắc quy khô cách xác loại ắc quy khơng dùng điện dịch) Sự khác hai loại ắc quy thể bảng sau: Trường Đại Học Vinh 59 SV: Hồng Quốc Chung Tiêu chí Đồ Án Tốt Nghiệp Ắc quy axít thơng thƣờng Ắc quy axít loại kín khí (loại hở) Giá thành Rẻ so với loại ắc quy Đắt so với ắc quy thông thường, nhiều kín khí chế tạo đơn giản hãng phải nhập nước ngồi (Ví dụ loại ATLAS nhập từ Hàn Quốc, Thunder GS nhập khẩu) Cách phân Có nút ngăn bình Khơng có nút ngăn bình, thường ghi biệt hai loại (dùng để bổ sung nước cất sau trình sử dụng), rõ ắc quy khơng cần bảo dưỡng vỏ bình tài liệu kèm theo ắc quy 12V có nút Trạng thái Tương đương Tương đương nhau, sau phát dịng điện lớn ắc quy kín khí thường phóng điện phục hồi điện áp nhanh hơn, nhiên điều không ảnh hưởng đến hoạt động kích điện Trạng thái - Khi nạp phát khí - Khi nạp ắc quy khơng phát sinh khí nạp cháy khí có mùi khói mơi trường bên ngồi nên khơng có mùi điện chịu - Dịng điện nạp lên tới 0,25 lần trị dòng nạp - Dòng điện nạp lớn số dung lượng ắc quy (ví dụ loại 100 Ah có cho phép nên 0,1 lần trị số thể nạp với dòng lớn 25A) dung lượng ắc quy (Ví dụ loại 100Ah nên nạp với dòng cao 10A) Trường Đại Học Vinh 60 SV: Hoàng Quốc Chung Đồ Án Tốt Nghiệp Chế độ bảo - Nếu mức điện dịch - Không phải bổ sung điện dịch dưỡng ngăn ắc quy thấp quy trình sử dụng định phải bổ sung - Phải nạp điện định kỳ thời gian - Định kỳ phải nạp điện bổ không sử dụng, chu kỳ nạp định kỳ sung cho ắc quy Chu kỳ dài so với loại ắc quy axít thơng nạp định kỳ khoảng thường tháng/lần không nối với thiết bị tiêu thụ điện Tuổi thọ Tuổi thọ thấp so với Thường có tuổi thọ cao so với ắc quy loại ắc quy kín khí loại hở thơng thường So bảng bạn thấy ắc quy kín khí có nhiều ưu việt so với ắc quy axít thơng thường, tình hình tài chỉnh cho phép bạn nên chọn loại ắc quy kín khí Nếu sử dụng loại ắc quy axít thơng thường cần lưu ý đến điều chỉnh dòng nạp đặc biệt lưu ý không gây phát sinh tia lửa (do chạm chập dây hút thuốc) gần ắc quy nạp chúng dễ gây cháy nổ loại kín khí (quá trình nạp xảy điện phân nước để tạo hai chất khí dễ cháy nổ Hiđrơ ơxy) Ngồi hai loại thơng dụng thị trường có số loại ắc quy khơ cách thực sự, chúng dùng cá cực PbO2 Pb với điện môi H2SO4 trữ dạng keo sệt (gel) Ưu điểm loại ắc quy chúng khơng gây mùi khó chịu nạp điện, không gây chảy axit bị vỡ, hoạt động vị trí đặt khác Nhược điểm chế độ nạp khắt khe không chịu nạp (khi nạp loại nạp với dòng nhỏ 1/20 dung lượng), thường xuyên nạp loại ắc quy tuổi thọ chúng giảm nhanh Trường Đại Học Vinh 61 SV: Hoàng Quốc Chung Đồ Án Tốt Nghiệp CHƢƠNG 4: PHƢƠNG PHÁP THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỆN NĂNG LƢỢNG MẶT TRỜI Với hệ thống nhà vùng nơng thơn có diện tích tầm 240m2, thiết kế hệ thống pin lượng mặt trời cho hệ thống nhà Ở vùng nông thôn nay, nhiều gia đình sử dụng nguồn lượng lượng mặt trời để chạy thiết bị điện ngơi nhà 4.1 Tính tổng lượng tiêu thụ điện tất thiết bị mà hệ thống điện lượng mặt trời cần cung cấp Tính tốn số thiết bị có ngơi nhà gồm gian phịng: S T T 10 11 12 13 Tên đồ dùng điện Bóng đèn huỳnh quang Đèn trần Đèn chùm Tivi Quạt trần Quạt bàn Bóng ngủ Bóng đèn học Tủ lạnh Nồi cơm điện Máy giặt Bình nóng lạnh Máy bơm nước Công suất P(W) 45 20 132 70 80 65 12 60 120 630 410 1500 250 Số lƣợng 2 2 1 1 1 Thời gian sử dụng ngày t(h) 4 2 12 0,5 0,5 0,5 Tiêu thụ điện ngày A(Wh) 1080 160 132 560 320 260 192 180 1440 630 205 750 125 Vậy, ngày, lượng điện tiêu thụ nhà là: 1080  160 132  560  320  260 192 180 1440  630  205  750 125  6034 (Wh) 4.2 Tính số công suất hệ thống điện pin lượng mặt trời phải cung cấp cho toàn tải ngày Do tổn hao hệ thống, công suất hệ thống điện (viết tắt Wh) pin mặt trời cung cấp phải cao tổng số lượng tiêu thụ điện ngày ngơi nhà Ta có Wh pin mặt trời: PVpin  6034 1,3  7844, (Wh/ngày) Trường Đại Học Vinh 62 SV: Hoàng Quốc Chung Đồ Án Tốt Nghiệp 4.3 Tính tốn kích cỡ pin mặt trời cần sử dụng Để tính tốn kích cỡ pin mặt trời cần sử dụng, ta phải tính lượng sinh (viết tắt 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 hệ số phát điện pin mặt trời Hệ số tích số hiệu suất hấp thu độ xạ lượng mặt trời 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 Wh pin mặt trời chia cho 4,58 ta có tổng số Wp pin mặt trời Ta có tổng Wp PVpin  7844, / 4,58  1712,7 (Wp) Ta chọn pin mặt trời 200Wp – SOLARKING Đài Loan chế tạo có bán thị trường số pin cần dùng để cấp điện cho nhà là: 1712,7 / 250  (tấm) Mỗi pin mặt trời loại có kích thước 1646 x 995, nên ta ghép pin mặt trời nối tiếp diện tích tối ưu dùng ghép chiều dài pin lại với ta diện tích tồn dãy pin là: 1646 x 6650 (mm) Vì ta dùng diện tích mái hiên để đặt pin mặt trời, đặt dãy pin ta dễ thu cường độ ánh sáng tốt phần diện tích mái hiên giảm bớt chiếm diện tích sinh hoạt ngơi nhà 4.4 Tính toán inverter Đối với hệ thống điện mặt trời độc lập, inverter phải đủ lớn để đáp ứng tất tải bật lên, phải có cơng suất 125% cơng suất tải Nếu tải motor phải tính tốn thêm công suất để đáp ứng thời gian khởi động motor Ta có: Tổng cơng suất sử dụng thiết bị nhà là: 45  20  132  70  80  65 12  60 120  630  410 1500  250  3394 (W) Công suất inverter = 3394 125%  4242,5 (W) Vậy chọn máy kích điện Inverter Power Star W7 5000W bán thị trường Trường Đại Học Vinh 63 SV: Hồng Quốc Chung Đồ Án Tốt Nghiệp 4.5 Tính tốn ắc quy Ắc quy dùng cho hệ thống điện lượng mặt trời loại dòng xả sâu (hay gọi deep-cycle) Loại cho phép xả đến mức bình thấp cho phép nạp đầy nhanh Loại có khả nạp xả nhiều lần (có nhiều chu kỳ) mà không bị hỏng bên trong, bền, tuổi thọ cao Số lượng ắc quy cần dùng cho hệ thống điện lượng mặt trời số lượng đủ cung cấp cho ngày dự phòng pin mặt trời không sản sinh điện Ta tính dung lượng ắc quy sau: - Hiệu suất ắc quy khoảng 85% chia số Wh tải tiêu thụ với 0,85 ta có Wh ắc quy - Với mức DOD (mức xả sâu 0,6 ta chia số Wh ắc quy cho 0,6 ta có dung lượng ắc quy tổng Wh tiêu thụ ngy hiệu suất battery x mức DOD x điện battery tổng Wh tiêu thụ ngy Dung lượng battery(Ah) = 0,85 x 0,6 x điện battery Dung lượng battery(Ah) = Kt qu cho ta biết dung lượng ắc quy tối thiểu cho hệ thống điện lượng mặt trời khơng có dự phịng Khi có số ngày dự phịng (autonomy day) ta phải nhân dung lượng ắc quy cho số ngày dự phịng để có số lượng ắc quy cần cho hệ thống Dung l­ỵng battery(Ah) = Dung lượng ắc quy = tổng Wh tiêu thụ ngy x số autonomy day 0,85 x 0,6 x ®iƯn thÕ battery 6034 = 493 0,85  0,  24 Vì Việt Nam tương đối nhiều mưa nên ta chọn ngày dự phịng Với ngày dự phịng, dung lượng bình = 493 x = 2465 (Ah) Như chọn ắc quy viễn thông ACCU DELKOR bán thị trường với thơng số kỹ thuật (12V/200Ah) cần 13 bình ắc quy để cấp điện dự phịng cho ngơi nhà Trường Đại Học Vinh 64 SV: Hồng Quốc Chung Đồ Án Tốt Nghiệp 4.6 Tính tốn điều khiển sạc cho lượng mặt trời Bộ điều khiển sạc cho lượng mặt trời có điện vào phù hợp với điện pin mặt trời điện tương ứng với điện ắc quy Vì điều khiển sạc cho lượng mặt trời có nhiều loại bạn cần chọn loại điều khiển sạc cho pin mặt trời phù hợp với hệ lượng mặt trời bạn Đối với hệ pin mặt trời lớn, thiết kế thành nhiều dãy song song dãy điều khiển sạc cho pin mặt trời phụ trách Công suất điều khiển phải đủ lớn để nhận điện từ pin mặt trời đủ công suất để nạp ắc quy Thông thường ta chọn điều khiển sạc lượng mặt trời có dịng Imax = 1,3 x dòng ngắn mạch pin Ta chọn pin mặt trời 250W – TYNSOLAR Đài Loan chế tạo Ta có thơng số pin mặt trời: Pm = 250Wp, Vm = 31,2 Vdc, Im = 8,03 A, Voc = 37,2 A, Isc = 8,52 A Như vậy, điều khiển sạc lượng mặt trời là: (7 PV x 8,52A) x 1,3 = 77,532 (A) Vậy ta chọn điều khiển sạc pin lượng mặt trời MPPT 80A – 12/24V có bán thị trường 4.7 Tính tốn chi phí cần dùng để thiết kế hệ thống điện lượng mặt trời Bảng thơng số tổng chi phí thiết bị cần mua: STT Tên sản phẩm Gía thành Số lƣợng Tổng chi phí (vnđ) (cái) (vnđ) Pin mặt trời 250Wp – TYNSOLAR 5.000.000 35.000.000 Inverter Power Star W7 5000W 24.000.000 24.000.000 Ắc quy viễn thông ACCU DELKOR 4.000.000 13 52.000.000 Sạc lượng mặt trời MPPT 80A 3.200.000 3.200.000 Trường Đại Học Vinh 65 SV: Hoàng Quốc Chung Đồ Án Tốt Nghiệp Vậy tổng số chi phí cần thiết để thiết kế hệ thống điện lượng mặt trời cho ngồi nhà : 35.000.000 + 24.000.000 + 52.000.000 + 3.200.000 = 114.200.000 (vnđ) 4.8 Tính tốn thời gian hồn vốn sử dụng hệ thống điện lượng mặt trời Số lượng tiêu thụ điện tháng nhà: 6034 x 30 = 181020 (Wh) = 181,02 (kWh) Ta có bảng giá điện sinh hoạt Điện lực Việt Nam niêm yết: TT Nhóm đối tƣợng khách hàng Giá bán lẻ điện sinh hoạt Giá bán điện (đồng/kWh) Bậc 1: Cho kWh từ - 50 Bậc 2: Cho kWh từ 51 - 100 1.549 1.600 Bậc 3: Cho kWh từ 101 - 200 Bậc 4: Cho kWh từ 201 - 300 1.858 2.340 Bậc 5: Cho kWh từ 301 - 400 Bậc 6: Cho kWh từ 401 trở lên 2.615 2.701 Giá bán lẻ điện sinh hoạt dùng công tơ thẻ trả trước 2.271 Vậy tháng chi phí ngơi nhà bỏ sử dụng điện lưới quốc gia: 50 x 1549 + 50 x 1600 + 81,02 x 1858 = 307985 (vnđ) Thời gian để hoàn lại vốn đầu tư hệ thống điện lượng mặt trời: 114.200.000 / (12 x 307.985)  31 (năm) Vậy sau 31 năm số vốn đầu tư hệ thống điện lượng mặt trời hoàn vốn so với sử dụng hệ thống điện lưới quốc gia Dù thời gian lâu giải pháp lâu dài cho tương lai sử dụng nguồn lượng tái sinh, độ ổn định cao hiệu Trường Đại Học Vinh 66 SV: Hoàng Quốc Chung Đồ Án Tốt Nghiệp KẾT LUẬN Như vậy, với nhiệm vụ đặt ra, sản phầm thu đề tài thiết kế thành cơng mơ hình thiết kế hệ thống điện lượng mặt trời sử dụng cho nhà dân Hệ thống mơ hình nhà sử dụng lượng mặt trời xây dựng với hiệu quả, phù hợp với nhà tương lai sử dụng nguồn lượng Với hệ thống trên, hoàn tồn phát triển, hồn thiện đưa vào ứng dụng thực tế Trên kết đề tài “Thiết kế hệ thống điện lượng mặt trời cung cấp cho nhà dân” Mặc dù có nhiều cố gắng, song thời gian hạn chế, nên đồ án có nhiều khuyết điểm Em mong đóng góp thầy cơ, bạn bè để đồ án ngày hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn Trường Đại Học Vinh 67 SV: Hoàng Quốc Chung Đồ Án Tốt Nghiệp TÀI LIỆU THAM KHẢO Giáo trình lượng mặt trời thầy Nguyễn Bốn & Hồng Dương Hùng Giáo trình Trang bị điện ôtô, tác giả Nguyễn Văn Chất Trịnh Quang Dũng (1992), Điện mặt trời, Nhà xuất Khoa học kỹ thuật Welberer (9/2008), giám đốc điều hành Solar word Châu Á, Công nghiệp PV phát triển ngành lượng mặt trời giới, Báo cáo hội thảo quốc tế về: “Điện mặt trời công nghiệp từ sản xuất chế tạo đến khai thác hiệu quả”, thành phố HCM Đặng Đình Thống (2005), Pin mặt trời ứng dụng, Nhà xuất Khoa học kỹ thuật Trần Văn Thịnh, (2005), tính tốn thiết kế thiết bị điện tử cơng suất, Nhà xuất Giáo dục Các nguồn tài liệu Internet Trường Đại Học Vinh 68 ... nghệ lượng mặt trời - Phần lượng, 13% dùng để tạo điện để cung cấp cho chiếu sáng thiết bị gia dụng - Năng lượng dùng cho nấu ăn, 5% tạo từ lượng 1.4.2 Lý chọn lượng mặt trời Năng lượng mặt trời. .. khiển sạc cho lượng mặt trời 65 4.7 Tính tốn chi phí cần dùng để thiết kế hệ thống điện lượng mặt trời 65 4.8 Tính tốn thời gian hồn vốn sử dụng hệ thống điện lượng mặt trời 66 KẾT LUẬN... CHƢƠNG 4: PHƢƠNG PHÁP THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỆN NĂNG LƢỢNG MẶT TRỜI 62 4.1 Tính tổng lượng tiêu thụ điện tất thiết bị mà hệ thống điện lượng mặt trời cần cung cấp 62 4.2