Nghiên cứu hệ thống điện năng sử dụng năng lượng mặt trời

621.31 TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH KHOA ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Đề tài NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG ĐIỆN NĂNG SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI Giảng viên hướng dẫn: Sinh viên thực : Lớp : Mã số sinh viên : PGS TS LƯU TIẾN HƯNG TRẦN VĂN HÙNG 51K1-ĐTVT 1051080557 i 01/2015 NGHỆ AN, LỜI CẢM ƠN Trong suốt trình học tập hoàn thành đồ án tốt nghiệp này, em nhận hướng dẫn, giúp đỡ thầy cô, anh chị bạn Với lịng kính trọng biết ơn sâu sắc em xin bày tỏ lời cảm ơn chân thành tới: Ban giám hiệu trường Đại học Vinh, khoa Điện tử Viễn Thông Thầy, Cô giảng dạy tạo điều kiện thuận lợi cho em suốt trình học tập hoàn thành đồ án tốt nghiệp Đặc biệt, em xin tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy PGS.TS Lưu Tiến Hưng hết lòng giúp đỡ, dạy bảo, động viên tạo điều kiện thuận lợi cho em suốt q trình học tập hồn thành đồ án tốt nghiệp Cuối cùng, lời cảm ơn chân thành đến người thân toàn thể bạn bè giúp đỡ, động viên em suốt thời gian học tập thực đồ án tốt nghiệp Em xin chúc thầy cơ, anh chị tồn thể bạn bè sức khỏe dồi dào, đạt nhiều thành công công việc, học tập nghiên cứu Nghệ An, tháng 01 năm 2015 Sinh viên Trần Văn Hùng i MỤC LỤC Lời cảm ơn ii Tóm tắt đồ án iv Lời nói đầu v Danh mục bảng vii Danh mục hình vẽ, đồ thị viii Chương Tổng quan pin mặt trời 1.1 Lịch sử đời pin mặt trời 1.2 Vật liệu chế tạo pin mặt trời 1.3 Cấu tạo nguyên lý hoạt động 1.4 Đặc trưng V-A sơ đồ tương đương pin mặt trời 12 1.5 Hiệu suất pin mặt trời 14 1.6 Một số loại pin mặt trời 22 1.7 Ứng dụng pin mặt trời 22 Kết luận chương 24 Chương Công nghệ chế tạo pin mặt trời 25 2.1.Vật liệu công nghệ sản xuất loại pin mặt trời 25 2.2 Quy trình cơng nghệ chế tạo pin mặt trời từ Silic 26 2.3 Một số xu hướng công nghệ sản xuất pin mặt trời 35 Kết luận chương 37 Chương Phương pháp thiết kế hệ thống điện lượng mặt trời 38 3.1 Hệ thống điện mặt trời 38 3.2 Các thông số cần thiết để thiết kế hệ thống điện mặt trời 39 3.3 Các bước thiết kế hệ thống điện mặt trời 42 Kết luận chương 47 Chương Thiết kế hệ thống điện lượng mặt trời cho Hội trường A Trường Đại học Vinh 48 4.1 Khảo sát địa điểm lắp đặt phụ tải tiêu thụ điện 48 4.2 Lựa chọn Pin mặt trời 53 ii 4.3 Tính tốn lắp đặt hệ thống điện mặt trời 55 4.4 Dự trù kinh phí lắp đặt hệ thống 56 Kết luận chương 57 Kết luận 58 Tài liệu tham khảo 59 iii TÓM TẮT ĐỒ ÁN Đồ án giới thiệu tổng quan pin mặt trời, loại pin mặt trời Cấu tạo, nguyên lý hoạt động pin mặt trời giải pháp làm tăng hiệu suất chuyển đổi quang - điện trình bày chi tiết Tiếp theo, chúng tơi vào tìm hiệu quy trình cơng nghệ chế tạo pin mặt trời từ tinh thể Silic, vật liệu dùng để chế tạo phần lớn pin mặt trời Hệ thống điện sử dụng lượng mặt trời phương pháp để thiết kế hệ thống điện lượng mặt trời hoạt động độc lập phân tích trình bày Cuối phần thiết kế, tính tốn hệ thống điện sử dụng lượng mặt trời cho thiết bị thắp sáng quạt điện Hội trường A, trường Đại học Vinh ABSTRACT This thesis presents an overview of solar cells and type of solar cells Composition, operating principles of solar cells and the solution increases the conversion efficiency of photosynthesis to its power is also presented in detail Next, we study about the process of manufacturing technology solar cells from silicon crystals, this is the material used to make the majority of today's solar cells Electrical system uses solar energy and methods to design a power system solar activity is also presented Finally, we design and calculate the power system using solar energy for lighting equipment and electric fan of Hall A, Vinh University iv LỜI NÓI ĐẦU Trong năm gần nguồn nhiên liệu hóa thạch sản xuất điện dần cạn kiệt dẫn đến khủng hoảng cho ngành cơng nghiệp lượng điện Do cần thiết phải có nguồn lượng để bổ sung, thay lượng gió, địa nhiệt, lượng hạt nhân, lượng mặt trời…để cung cấp điện cho vùng sâu, vùng xa, hải đảo, cho hoạt động vệ tinh vùng mà điện mạng lưới chưa vươn tới Trong nguồn lượng tái tạo, nguồn lượng mặt trời phong phú biến đổi thời kỳ biến đổi khí hậu Trái đất Việt Nam nước nằm dải phân bố ánh nắng nhiều năm đồ xạ mặt trời giới Nước ta có dải bờ biển dài ba nghìn kilơmét, có hàng nghìn đảo có cư dân sinh sống mà nhiều nơi đưa điện lưới đến Sử dụng lượng mặt trời nguồn lượng chỗ để thay cho dạng lượng truyền thống đáp ứng nhu cầu vùng dân cư cần thiết có ý nghĩa mặt kinh tế, an ninh quốc phòng phát triển văn hoá giáo dục Tuy nhiên nước ta việc ứng dụng lượng mặt trời chưa phát triển Nguyên nhân chủ yếu giá điện mặt trời cao so với thuỷ điện nhiệt điện Vì cần phải nghiên cứu cải tiến công nghệ chế tạo pin mặt trời cho chi phí thấp, nhằm giảm giá thành sản phẩm Do việc tìm hiểu pin mặt trời, công nghệ chế tạo phương pháp để thiết kế hệ thống điện lượng mặt trời nhu cầu cần thiết cho chúng ta, lý chúng tơi chọn đề tài “Nghiên cứu hệ thống điện sử dụng lượng mặt trời” cho đồ án tốt nghiệp đại học Đồ án hồn thành nhằm đạt ba mục đích chính: Một nghiên cứu cấu tạo nguyên lý hoạt động pin mặt trời Hai tìm hiểu quy trình cơng v nghệ chế tạo pin mặt trời Ba tìm hiểu phương pháp thiết kế hệ thống điện sử dụng lương mặt trời cho hệ thống hoạt động hiệu kinh tế nhất, từ thiết kế hệ thống điện lượng mặt trời Đề tài tiến hành dựa việc phân tích tổng hợp tài liệu báo…về pin mặt trời, công nghệ sản xuất pin mặt trời, vật liệu sản xuất pin mặt trời tài liệu có liên quan Cấu trúc đồ án, phần mở đầu, phần kết luận tài liệu tham khảo phần nội dung đồ án có bốn chương sau đây: Chương Giới thiệu tổng quan pin mặt trời Trong chương tập trung tìm hiểu cấu tạo, nguyên lý hoạt động ứng dụng pin mặt trời đời sống sinh hoạt người Chương Quy trình cơng nghệ chế tạo pin mặt trời Chương trình bày chi tiết bước công nghệ chế tạo pin mặt trời sở vật liệu Silic Chương Phương pháp thiết kế hệ thống điện lượng mặt trời Tìm hiểu phương pháp thiết kế hệ thống điện lượng mặt trời cho hệ thống hoạt động hiệu kinh tế Chương Thiết kế hệ thống điện lượng mặt trời cho hội trường A Trường Đại học Vinh Chương vào thiết kế, tính tốn chi tiết hệ thống điện lượng mặt trời hoạt động độc lập cung cấp cho hội trường A, Trường Đại học Vinh vi DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 Cơng số điện cực thường dùng 19 Bảng 2.1 Các vật liệu công nghệ chế tạo pin mặt trời 25 Bảng 4.1 Số liệu xạ mặt trời Việt Nam 51 Bảng 4.2 Lượng tổng xạ xạ mặt trời trung bình ngày tháng năm số địa phương nước ta 52 Bảng 4.3 Các phụ tải tiêu thụ điện sử dụng Hội trường A 53 Bảng 4.4 Thông số kỹ thuật 54 Bảng 4.5 Đặc tính học 54 Bảng 4.6 Dự trù kinh phí lắp đặt 56 vii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.1 Mơ hình pin mặt trời Hình 1.2 Cấu trúc mạng tinh thể Si Hình 1.3 Chất bán dẫn loại n với tạp chất nguyên tử P Hình 1.4 Giản đồ lượng chất bán dẫn loại n Hình 1.5.Chất bán dẫn loại p có tạp chất nguyên tử B Hình 1.6 Giản đồ lượng chất bán dẫn loại p Hình 1.7 Cấu trúc lượng điện tử mạng nguyên tử chất bán dẫn Hình 1.8 Cấu tạo pin mặt trời Hình 1.9 Các loại cấu trúc tinh thể pin mặt trời Hình 1.10 Cấu tạo dạng Module Hình 1.11 Các trình lượng tử hệ hai mức Hình 1.12 Các trình lượng tử hệ hai vùng lượng 10 Hình 13 Cấu trúc pin mặt trời silic chế tạo dịng điện 11 Hình 1.14 Đặc trưng V-A pin mặt trời 13 Hình 1.15 Sơ đồ tương đương pin mặt trời 14 Hình 1.16 Xác định cơng suất cực đại pin 16 Hình 1.17 Tiếp xúc kim loại - bán dẫn loại n với  m   s 17 Hình 1.18 Tiếp xúc kim loại - bán dẫn loại n với  m   s 17 Hình 1.19 Tiếp xúc kim loại bán dẫn loại p với  m   s 18 Hình 1.20 Tiếp xúc kim loại –bán dẫn loại p với  m   s 18 Hình 1.21 Sự hao hụt lượng phổ chiếu sáng mặt trời chiếu xuống Trái đất 20 Hình 1.22 Sử dụng hệ thấu kính hội tụ làm tăng hiệu suất pin 20 Hình 1.23 Bề mặt chống phản xạ dạng kim tự tháp dạng pin có bề mặt chống phản xạ 21 Hình 1.24 Ánh sáng truyền qua pin màng mỏng bị phản xạ trở lại 21 viii Hình 1.25 Các loại pin mặt trời 22 Hình 1.26 Trạm vũ trụ ISS 23 Hình 1.27 Robot tự hành hỏa vệ tinh nhân tạo 23 Hình 1.28 Pin mặt trời ứng dụng hộ gia đình nông nghiệp 23 Hình 2.1 Sơ đồ khối quy trình cơng nghệ chế tạo pin mặt trời sở Silic 26 Hình 2.2 Sơ đồ chế tạo đơn tinh thể Si phương pháp Czochralsk 28 Hình 2.3 Sơ đồ chế tạo tinh thể Si kỹ thuật nóng chảy vùng 29 Hình 2.4 Ni tinh thể phương pháp Bridgeman 29 Hình 2.5 Tạo bán dẫn n-Si phương pháp khuếch tán nhiệt 31 Hình 2.6 Tạo bán dẫn p-Si phương pháp khuếch tán nhiệt 31 Hình 2.7 Cấu trúc pin mặt trời tinh thể Si hồn thiện 34 Hình 2.8 a ) Các lớp vật liệu modun trước ép 35 b) modun pin mặt trời hoàn thiện 35 Hình 3.1 Sơ đồ tổng quát hệ thống điện lượng mặt trời 38 Hình 3.2 Góc nghiêng  hệ thống 41 Hình 3.3 Sơ đồ khối hệ thống điện mặt trời 42 Hình 3.4 Bộ acquy 46 Hình 3.5 Bộ biến đổi lượng mặt trời 46 Hình 3.6 Bộ điều khiển sạc lượng mặt trời 47 Hình 4.1 Hội trường A Trường Đại học Vinh 48 Hình 4.2 Sơ đồ Hội trường A 49 Hình 4.3 Phần mái Hội trường A 49 Hình 4.4 MONO 200W solar panel 54 ix (3.7) Hình 3.4 Bộ acquy e) Tính tốn inverter Đối với hệ solar stand-alone, 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 cơng suất để đáp ứng thời gian khởi động motor 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 Hình 3.5 Bộ biến đổi lượng mặt trời [12] f) Thiết kế solar charge controller Solar charge controller có điện vào phù hợp với điện pin mặt 46 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 dòng Imax = 1.3 x dòng ngắn mạch PV Hình 3.6 Bộ điều khiển sạc lượng mặt trời [13] Kết luận chương Trong xu chung giới, hệ thống điện lượng mặt trời triển khai Việt Nam Xuất trung tâm nghiên cứu triển khai với số chuyên gia có kinh nghiệm, số nhà máy sản xuất pin mặt trời Dù chưa nhiều, tiền đề cho chương trình phát triển điện mặt trời rộng lớn tương lai tới Nhìn chung, dự án điện mặt trời ba vùng đất nước nhỏ lẽ tốc độ phát triển điện mặt trời nước ta chậm, so sánh với số nước khu vực Điều dễ hiểu, cơng nghệ điện mặt trời cịn giá thành đầu từ hay giá điện mặt trời cao so với nguồn điện tái tạo khác 47 Chương THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỆN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI CHO HỘI TRƯỜNG A TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH Từ yêu cầu vị trí lắp đặt, yêu cầu đặc trưng phụ tải mà chọn phương pháp thiết kế cho hệ thống hoạt động hiệu kinh tế Trong chương này, đề xuất phương án tính tốn, lắp đặt hệ thống điện lượng mặt trời cho Hội trường A, Trường Đại học Vinh 4.1 Khảo sát địa điểm lắp đặt phụ tải tiêu thụ điện 4.1.1 Địa điểm lắp đặt Hội trường A Trường Đại học Vinh Hình 4.1 Hội trường A Trường Đại học Vinh Hội trường A nằm khn viên Trường Đại học Vinh có địa chỉ: 182 Lê Duẩn - Thành Phố Vinh – Tỉnh Nghệ An với tổng diện tích 821,25m2 Trong khu vực sảnh có diện tích 191,25m2, khu vực sân khấu 178,5m2 lại 451,5m2 khu vực đặt ngế ngồi hội trường Có sơ đồ sau: 48 Hình 4.2 Sơ đồ Hội trường A Hệ thống pin mặt trời sau thực bước tính tốn kích thước dự kiến lắp đặt phần mái Hội trường hình 4.3 Trong đó, phần mái Hội trường A với tổng diện tích khoảng 612m2 Hình 4.3 Phần mái Hội trường A Lượng xạ mặt trời khu vực lặp đặt: Bức xạ mặt trời nguồn tài nguyên vô quan trọng Việt Nam Trung bình, tổng xạ lượng mặt trời Việt Nam vào khoảng 5kW/h/m2/ngày tỉnh miền Trung miền Nam, vào khoảng 4kW/h/m2/ngày tỉnh miền Bắc Từ vĩ tuyến 17, xạ mặt trời 49 không nhiều mà ổn định suốt thời gian năm, giảm khoảng 20% từ mùa khô sang mùa mưa Số nắng năm miền Bắc vào khoảng 1500-1700 miền Trung miền Nam khoảng 2000-2600 năm Theo tài liệu khảo sát lượng xạ mặt trời nước: - Các tỉnh phía Bắc (từ Thừa Thiên – Huế trở ra) bình qn năm có chừng 1800 - 2100 nắng Trong đó, vùng Tây Bắc (Lai Châu, Sơn La, Lào Cai) vùng Bắc Trung Bộ (Thanh Hóa, Nghệ An, Hà Tĩnh) xem vùng có nắng nhiều - Các tỉnh phía Nam (từ Đà Nẵng trở vào), bình qn có khoảng 2000 2600 nắng, lượng xạ mặt trời tăng 20% so với tỉnh phía Bắc Ở vùng này, mặt trời chiếu gần quanh năm, kể vào mùa mưa Do đó, địa phương Nam Trung Nam bộ, nguồn xạ mặt trời nguồn tài nguyên to lớn để khai thác sử dụng Việt Nam có nguồn lượng mặt trời dồi cường độ xạ mặt trời trung bình ngày năm phía bắc 3,69 kWh/m2 phía nam 5,9 kWh/m2 Lượng xạ mặt trời tùy thuộc vào lượng mây tầng khí địa phương, địa phương nước ta có chêng lệch đáng kể xạ mặt trời Cường độ xạ phía Nam thường cao phía Bắc Trong đó: + Vùng Tây Bắc: - Nhiều nắng vào tháng Thời gian có nắng dài vào tháng 4,5 9,10 Các tháng 6,7 nắng, mây mưa nhiều Lượng tổng xạ trung bình ngày lớn vào khoảng 5,234 kWh/m2ngày trung bình năm 3,489 kWh/m2/ngày - Vùng núi cao khoảng 1500m trở nên thường nắng Mây phủ mưa nhiều, vào khoảng tháng đến thàng Cường độ xạ trung bình thấp (< 3,489 kWh/m2/ ngày) + Vùng Bắc Bộ Bắc Trung Bộ 50 - Ở Bắc Bộ, nắng nhiều vào tháng Còn Bắc Trung sâu phía Nam thời gian nắng lại sớm, nhiều vào tháng - Tổng xạ trung bình cao Bắc Bộ khoảng từ thàng 5, Bắc Trung Bộ từ tháng Số nắng trung bình thấp tháng 2, khoảng 2h/ngày, nhiều vào tháng với khoảng – 7h/ngày trì mức cao từ tháng + Vùng Trung Bộ: - Từ Quảng Trị đến Tuy Hòa, thời gian nắng nhiều vào tháng năm với khoảng - 10h/ngày Trung bình từ tháng đến tháng 9, thời gian nắng từ - h/ngày với lượng tổng xạ trung bình 3,489 kWh/m2/ngày (có ngày đạt 5,815 kWh/m2/ngày) + Vùng phía Nam: - Ở vùng này, quanh năm dồi nắng Trong tháng 1, 3, thường có nắng từ 7h sáng đến 17h Cường độ xạ trung bình thường lớn 3,489 kWh/m2/ngày Đặc biệt khu vực Nha Trang, cường độ xạ lớn 5,815 kWh/m2/ngày thời gian tháng/năm Dưới bảng số liệu lượng xạ mặt trời vùng miền nước ta Bảng 4.1 Số liệu xạ mặt trời Việt Nam [16] STT Vùng Giờ nắng Cường độ BXMT năm (kWh/m2,ngày) Ứng dụng Đông Bắc 1600-1750 3,3-4,1 Trung bình Tây Bắc 1750-1800 4,1-4,9 Trung bình Bắc Trung Bộ 1700-2000 4,6-5,2 Tốt 2000-2600 4,9-5,7 Rất tốt Tây Nguyên Nam Trung Bộ Nam Bộ 2200-2500 4,3-4,9 Rất tốt Trung bình nước 1700-2500 4,6 Tốt 51 Dưới bảng số liệu lượng xạ trung bình tháng địa phương Bảng 4.2 Lượng tổng xạ xạ mặt trời trung bình ngày tháng năm số địa phương nước ta, (đơn vị: MJ/m2.ngày) [16] Tổng xạ Bức xạ Mặt Trời tháng năm STT (đơn vị: MJ/m2.ngày) Địa phương 10 11 12 Cao 8,21 8,72 10,43 12,70 16,81 17,56 Bằng 18,81 19,11 17,60 13,57 11,27 9,37 Móng 18,81 19,11 17,60 13,57 11,27 9,37 Cái 17,56 18,23 16,10 15,75 12,91 10,35 11,23 12,65 14,45 16,84 17,89 17,47 11,23 12,65 14,25 16,84 17,89 17,47 8,76 8,63 9,09 12,44 18,94 19,11 20,11 18,23 17,22 15,04 12,40 10,66 8,88 8,13 9,34 14,50 20,03 19,78 21,79 16,39 15,92 13,16 10,22 9,01 12,44 14,87 18,02 20,28 22,17 21,04 22,84 20,78 17,93 14,29 10,43 8,47 17,51 20,07 20,95 20,88 16,72 15,00 16,68 15,29 16,38 15,54 15,25 16,38 16,68 15,29 16,38 15,54 15,25 16,38 18,94 16,51 15,00 14,87 15,75 10,07 Sơn La Hà Nội Vinh Đà Nẵng Cần Thơ Đà Lạt Dựa vào bảng ta thấy lượng tổng xạ nhận vùng miền khác tháng Ta nhận thấy tháng nhận nhiều nắng tháng 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 Nếu sử dụng bình lượng mặt trời vào tháng cho hiệu suất cao 52 Như địa điểm lắp đặt hệ thống nằm khu vực Bắc Trung Bộ, khu vực có số nắng năm từ 1700 đến 2000 Có cường độ xạ Mặt trời khoảng 4,6kWh/m2/ngày đến 5,2 kWh/m2/ngày Như vậy, khu vực có tiềm điện lượng mặt trời tốt Theo bảng số liệu lượng xạ trung bình tháng địa phương, thành phố Vinh có lượng xạ trung bình cao, đặc biệt tháng 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 tháng nhận nhiều nắng Cường độ xạ trung bình năm 3,86 kWh/m2/ngày ứng dụng để lắp đặt hệ thống điện lượng mặt trời tốt 4.1.2 Các phụ tải tiệu thụ điện Bảng 4.3 Các phụ tải tiêu thụ điện sử dụng Hội trường A Tên thiết bị Số lượng (cái) Công suất (W) Thời gian (giờ) Hiệu điện (V) Tần số làm việc (Hz) Tổng công suất (W) Quạt treo tường điện thống 400RĐ 26 46 220 50 7.176 Bóng huỳnh quang T8 60cm 42 18 220 50 6.048 Bóng đèn compact Philip CFL dạng xoắn T2 15W-E27 168 15 220 50 20.160 TT Tổng 33.384 Như vậy, cần tính tốn hệ thống điện mặt trời làm việc độc lập cung cấp điện cho tải có cơng suất 33.384 W, điện áp 220V, tần số 50Hz 4.2 Lựa chọn Pin mặt trời Chọn pin mặt trời MONO 200W Solar panel có thơng số kỹ thuật sau [17]: 53 Hình 4.4 MONO 200W solar panel [17] Bảng 4.4 Thông số kỹ thuật Thông số kỹ thuật STT Model VMC-M200-72 Công suất tối đa (Wpv) 200W Điện làm việc tối ưu (Vmp) 37,29V Dòng điện làm việc tối ưu (Imp) 5,36A Điện áp hở mạch (VOC) 45,48V Dòng điện ngắn mạch (ISC) 5,89A Hiệu suất pin (%) 17,80% Hiệu suất mô-đun (%) 15,70% Bảng 4.5 Đặc tính học Đặc tính học STT Loại tế bào Đơn tinh thể 125  125mm (5inch) Số lượng tế bào 72(6  12)pcs Kích thước 1580  808  35mm Trọng lượng 14,5kg Kính phía trước 3,2mm, truyền cao, kính cường lực Khung Nhôm hợp kim Hộp đấu nối IP65 Rated Cáp đầu TUV  4,0mm2, chiều dài: 900mm 54 4.3 Tính tốn lắp đặt hệ thống điện mặt trời Tính tổng lượng tiêu thụ điện (watt-hour) tất thiết bị mà hệ thống solar phải cung cấp ngày n Et   Pi Ti  26.46.6  42.18.8  168.15.8  33384 (Wh) i 1 Tính số Watt-hour pin mặt trời phải cung cấp cho toàn tải ngày Do tổn hao hệ thống, số Watt-hour pin mặt trời cung cấp phải cao tổng số Watt-hour toàn tải 1,3 lần Ecấp=1,3.Et=1,3.33384=43399 (Wh) Tính tốn kích cở pin mặt trời cần sử dụng Tổng số Wp pin mặt trời: Wp  43399  11243,2 (Wp) 3,86 Số lượng panel pin mặt trời cần sử dụng: N Wp W pv  11243,2  57 (tấm) 200 Kích thức pin: S  57  1,58  0,808  72,8m Tính tốn Battery Dung lượng Battery (Ah)= 33384  5455 (Ah) 0,85  0,6  12 Với ngày dự phịng: Dung lượng bình (Ah)= 5455   16365 (Ah) Như để có dung lượng 16365Ah cần có 82 bình acquy loại deepcycle 12V/200Ah ghép song song cho ngày dự phịng Chọn bình US battery US185XC 12volt 200Ah deep cycle battery 55 5.Tính chọn inverter Tính cơng suất sử dụng P  26  46  42 18  168 15  4472 (W) Công suất inverter P  4472 125%  5590 (W) Chọn inverter có cơng suất 5590W trở lên Chọn Máy kích điện Power Star W7-9000VA(6000W) biến đổi điện áp 12VDC sang 220VAC 50Hz Tính chọn solar charge controller Hệ thống gồm 57 pin mặt trời mắc nối tiếp Ta có: ISC hệ=ISC=5,89A Solar charge controller =1,3.ISC hệ=1,3.5,89=7,657A Chọn solar charge controller 12V/10A Chọn solar charge controller YOCASOL CMP10A 4.4 Dự trù kinh phí lắp đặt hệ thống Bảng 4.6 Dự trù kinh phí lắp đặt Thiết bi STT Số lượng Giá (VNĐ) Thành tiền (VNĐ) MONO 200W solar panel 57 4.550.000 259.350.000 Acquy US battery US185XC 12volt 200Ah deep cycle battery 82 4.140.000 339.480.000 Máy kích điện Power Star W7 9000VA (6000W) 27.800.000 27.800.000 Bộ điều khiển sạc solar 12V/10A (SL10) 400.000 400.000 Khung, giá đỡ, dây nối, phụ kiện khác Nhân công lắp đặt Chi phí khác 80.000.000 50 200.000 10.000.000 20.000.000 Tổng 737.030.000 56 Đánh giá tính kinh tế sử dụng hệ thống điện lượng mặt trời so với sử dụng điện lưới Các pin mặt trời thị trường có tuổi thọ trung bình khoảng 30 năm Như vậy, so sánh lâu dài (30 năm) với hệ thống thắp sáng quạt Hội trường A đầu tư hệ thống điện lượng mặt trời cần đầu tư 737.030.000VNĐ cho chi phí lắp đặt ban đầu Cịn vời hệ thống sử dụng điện lưới 30 năm chi phí phải bỏ tính sau: Chi phí sử dụng điện lưới (30 năm) = (Điện tiêu thụ ngày) x (30 ngày) x (12 tháng) x (30 năm) x (giá 1KW điện) = 33,384 x 30 x 12 x 30 x 2.500 = 901.368.000VNĐ Như vậy, sử dụng hệ thống điện mặt trời 30 năm tiết kiệm 164.338.000VNĐ Kết luận chương Để thiết kế, tính tốn hệ thống điện lượng mặt trời phải trải qua trình khảo sát chi tiết điều kiện khí hậu, thời tiết địa điểm lắp đặt, yêu cầu cụ thể tải tiêu thụ điện Sau trải qua q trình khảo sát vào tính tốn để lựa chọn thiết bị tham gia vào hệ thống điện lượng mặt trời cho hệ thống hoạt động hiệu kinh tế So với hệ thống điện khác chi phí đầu tư ban đầu cho hệ thống điện lượng mặt trời lớn Tuy nhiên tuổi thọ trung bình pin mặt trời lâu (30 năm) Do đó, so sánh lâu dài hệ thống điện lượng mặt trời thấp so với hệ thống điện khác Chúng tơi tính tốn, phương án lắp đặt hệ thống pin mặt trời để cung cấp điện cho hệ thống thắp sáng quạt Hội trường A, Trường Đại học Vinh 57 KẾT LUẬN Tuy thời gian thực đề tài hạn chế, giúp đỡ nhiệt tình thầy giáo hướng dẫn với kiến thức trang bị Nhà trường hiểu biết mình, chúng tơi nghiên cứu, tìm hiểu pin mặt trời thu kết sau: Hiểu rõ loại vật liệu bán dẫn, vật liệu để chế tạo linh kiện điện tử, linh kiện quang điện tử Nắm rõ cấu trúc nguyên tắc hoạt động, cách tạo quy trình cơng nghệ chế tạo pin mặt trời thông thường, ứng dụng lĩnh vực đời sống Tìm hiểu giải pháp làm tăng hiệu suất chuyển đổi quang sang điện pin mặt trời như: chọn vật liệu bán dẫn, kim loại làm điện cực phù hợp, phương pháp làm tăng cường độ ánh sáng chiếu vào pin Tìm hiểu phương pháp thiết kế hệ thống điện lượng mặt trời thơng dụng Từ thiết kế hệ thống điện lượng mặt trời hoạt động độc lập Đã tính tốn, đề xuất phương án lắp đặt hệ thống pin mặt trời cung cấp điện cho hệ thống thắp sáng quạt Hội trường A, Trường Đại học Vinh Do khả nhận thức hạn chế nên đồ án số khâu chưa hồn chỉnh, cịn nhiều vấn đề chưa đề cập đến như: Phương pháp cấp nguồn, mạch điều khiển chế điều khiển phóng nạp cho acquy điều khiển Mạch điện nguyên lý hoạt động chuyển đổi điện DC/AC… Vì thành phần quan trọng định đến tính hiệu ứng dụng tiện lợi hệ thống pin mặt trời 58 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Đào Khắc An, Vật liệu linh kiện bán dẫn quang điện tử thông tin quang, Nhà xuất đại học quốc gia Hà Nội, 2003 [2] Hoàng Dương Hùng, Năng lượng mặt trời-Lý thuyết & ứng dụng, 2013 [3] Nguyễn Đức Chiến, Nguyễn Văn Hiếu, Công nghệ chế tạo mạch vi điện tử, Nhà xuất Bách khoa, Hà Nội, 2007 [4] Nguyễn Thị Quỳnh Hoa, Bài giảng Kỹ thuật viễn thông, 2014 [5] Phùng Hồ, Vật lý điện tử, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, Hà Nội 2001 [6] Trình Quang Dũng, Điện mặt trời, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, 1992 [7] Vũ Linh, Đặng Đình Thông, Nghiên cứu công nghệ chế tạo modun pin mặt trời, 1993 [8] Donald A.Neamen, Semiconductor Physics & Devices basic principles (second edition), IRWIN, 2011 [9] Peter Wurfel, Physics of solar cells from principles to concepts, WILEYVCH, 2005 [10] http://solarpowervn.blogspot.com/2012/09/pin-nang-luong-mat-troi-lichsu-va-phat.html , truy nhập cuối ngày 4/1/2015 [11] http://solarpower.vn/vi/bvct/id143/Lich-su-phat-trien-cua-nang-luongmat-troi-va-chuyen-doi-quang-dien , truy nhập cuối ngày 4/1/2015 [12] http://solarpanel-vn.com/Bo_kich_dien_pin_mat_troi_inverter.html?i=21 truy nhập cuối ngày 4/1/2015 [13] http://solarpanel-vn.com/Bo_dieu_khien_sac_pin_mat_troi.html?i=13, truy nhập cuối ngày 4/1/2015 [14] http://www.megasun.com.vn/vn/solution_solarpower.html, truy nhập cuối ngày 7/1/2015 [15] http://solarpower.vn/vi/bvct/id115/Phuong-phap-thiet-ke-he-thong-diennang-luong-mat-troi, truy nhập cuối ngày 7/1/2015 [16] http://solarpower.vn/vi/bvct/id141/Cuong-do-buc-xa-nang-luong-mat-troi 59 tai-cac-khu-vuc-Viet-Nam, truy nhập cuối ngày 7/1/2015 [17] http://solarpanel-vn.com/solar_panel_200w.html?i=21, truy nhập cuối ngày 7/1/2015 [18] http://vi.wikipedia.org/wiki/Chat_ban_dan, truy nhạp cuối ngày 7/1/2015 60 ... thiết kế hệ thống điện lượng mặt trời 38 3.1 Hệ thống điện mặt trời 38 3.2 Các thông số cần thiết để thiết kế hệ thống điện mặt trời 39 3.3 Các bước thiết kế hệ thống điện mặt trời. .. trình cơng nghệ chế tạo pin mặt trời từ tinh thể Silic, vật liệu dùng để chế tạo phần lớn pin mặt trời Hệ thống điện sử dụng lượng mặt trời phương pháp để thiết kế hệ thống điện lượng mặt trời hoạt... pin mặt trời, công nghệ chế tạo phương pháp để thiết kế hệ thống điện lượng mặt trời nhu cầu cần thiết cho chúng ta, lý chúng tơi chọn đề tài ? ?Nghiên cứu hệ thống điện sử dụng lượng mặt trời? ??