Thiết Kế Hệ Thống Điện Mặt Trời Và Lưu Trữ Tối Ưu Cho Nhà Máy DinSen Long An

Các yếu tố ảnh hưởng đến sản lượng của hệ thống năng lượng mặt trời .1 Nhiệt độ

Sự khác biệt về chiều dài hay kích thước là nguyên nhân gây suy giảm hiệu suất, hệ thống cáp điện nối từ inverter đến tủ phân phối tổng hoặc đến trạm biến áp trung thế gây ra các tổn thất đáng kể do dây dẫn càng dài thì điện trở càng lớn, trong quá trình dẫn điện sẽ gây tỏa nhiệt và tổn thất điện áp trên cáp. Theo dừi và điều chỉnh điểm cụng suất tối đa (MPPT): Hầu hết cỏc Inverter hiện đại được trang bị cụng nghệ MPPT, giỳp theo dừi và tỡm ra điểm cụng suất tối đa từ cỏc tấm pin mặt trời.

Các bước tính toán thiết kế cho hệ thống pin năng lượng mặt trời Hệ thống pin năng lượng mặt trời được tính toán theo các bước sau đây

MPPT đảm bảo rằng hệ thống điện mặt trời hoạt động ở điểm công suất cao nhất có thể, tăng hiệu suất chuyển đổi năng lượng và tối đa hóa sản lượng điện mặt trời. Trong hệ thống năng lượng mặt trời, các thành phần như pin mặt trời, inverter, hệ thống dây điện và thiết bị khác nên được nối đất một cách đúng đắn và an toàn.

Lý thuyết tính toán các chỉ số Kinh tế

Thời gian thu hồi tiền (Payback Period) là thời gian cần thiết để thu hồi toàn bộ khoản tiền đã đầu tư, tức là thời gian cần thiết mà tổng giá trị hiện tại có thể hoàn trả tương đương với tổng giá trị hiện tại của khoản đầu tư. Được phát triển bởi Homer Energy LLC, HOMER Pro cung cấp một công cụ mạnh mẽ cho các chuyên gia và nhà nghiên cứu trong lĩnh vực năng lượng để thiết kế, phân tích và tối ưu hóa các hệ thống năng lượng phức tạp, cho phép người sử dụng lựa chọn hệ thống năng lượng bằng cách so sánh chính xác nhiều sự lựa chọn khác nhau.

Phân tích và phương án lắp đặt

Vì Việt Nam có vị trí địa lý nằm ở Bắc bán cầu nên việc lắp đặt tấm quang điện nên được lắp theo hướng Nam (nhận được lượng bức xạ tốt nhất). Tuy sản lượng của phương án 2 cao hơn nhưng cao hơn không đáng kể, nhưng phương án 2 có tính thẩm mỹ và trọng lực của dàn tấm quang điện trên hai mái của tòa 2A khá đồng đều (không ảnh hưởng đến kết cấu của nhà xưởng). Về phần tổn thất do dây dẫn: Phương án 2 có vị trí nằm ngay cạnh trạm Inverter của nhà máy nên % tổn thất về dây DC và AC giảm xuống đáng kể.

Trong khi đó vị trí của tòa 1A nằm khá xa trạm Inverter điều này dẫn đến việc phải tăng chiều dài, tiết diện của dây DC gây tăng tổn thất cũng như chi phí lắp đặt.

Thiết kế hệ thống

MCCB hay còn được gọi là Moulded Case Circuit Breaker là một loại cầu dao tự động dạng khối được sử dụng để điều khiển và bảo vệ dòng điện từ 1 pha, 2 pha đến 3 pha trong trường hợp xảy ra các sự cố như quá tải, ngắn mạch và sụt áp mạch điện. Tác động trực tiếp là những thiệt hại xảy ra ngay lập tức khi hệ thống chịu tác động của sét, bao gồm cháy nổ, chập điện, gián đoạn nguồn điện và các thiệt hại về điện tử và thông tin, tấm pin mặt trời và cỏc dõy dẫn. Để đảm bảo an toàn cho hệ thống điện mặt trời, không chỉ tấm pin và inverter được nối đất mà cả các thiết bị khác như khung đỡ tấm pin, máng cáp, và đường đi cũng được nối đất thông qua dây tiếp địa có tiết diện 4mm2.

Qua việc kết nối các tấm pin, inverter và các thiết bị khác với bãi tiếp địa thông qua các dây tiếp địa có tiết diện phù hợp, hệ thống điện năng lượng mặt trời đảm bảo được an toàn và hoạt động hiệu quả, giảm thiểu rủi ro về an toàn điện và đảm bảo tính ổn định cho toàn bộ hệ thống.

Mô phỏng sản lượng trên PVsyst

Bằng cách sử dụng phần mềm để vẽ bố trí máng cáp DC, chúng ta có thể có cái nhìn trực quan và đo đạc chiều dài dây DC lớn nhất trong dự án (270m dây DC và 40m dây AC). Performance ratio được tính bằng cách chia tổng sản lượng điện thực tế mà hệ thống sản xuất trong một khoảng thời gian cho tổng sản lượng điện tiềm năng lý thuyết trong cùng khoảng thời gian. Thông thường, hiệu suất tiềm năng được tính dựa trên lý thuyết mặt trời và thông số kỹ thuật của hệ thống, bao gồm diện tích mặt phẳng của mô-đun, hiệu suất mô-đun, hướng và nghiêng của mô-đun, và các yếu tố khác.

Một PR cao gần với 100% cho thấy hệ thống hoạt động gần như tốt nhất có thể, trong khi một PR thấp cho thấy hiệu suất thực tế thấp hơn so với tiềm năng của hệ thống.

So sánh sản lượng giữa phần mềm PVsyst và HomerPro

Thứ nhất, PVsyst tập trung vào việc mô phỏng và dự đoán hiệu suất của hệ thống dưới các điều kiện thời tiết khác nhau, trong khi Homer Pro chủ yếu tập trung vào tối ưu hóa hệ thống và phân tích tài chính và kỹ thuật. Thứ hai, hai phần mềm sử dụng các dữ liệu khí tượng và thông số khác nhau để tính toán hiệu suất hệ thống, và có thể có sự khác biệt về nguồn và độ chính xác của dữ liệu này. Cuối cùng, PVsyst có tính toán các tổn thất trong hệ thống như tổn thất do bụi bẩn, đổ bóng và sự suy giảm hiệu suất vận hành, trong khi Homer Pro có thể không tính toán những yếu tố này một cách cụ thể.

Tuy nhiên, cả hai phần mềm đều cung cấp thông tin hữu ích và giá trị trong việc đánh giá hiệu suất và khả năng kinh tế của hệ thống điện mặt trời.

So sánh sản lượng giữa hai phần mềm PVsyst và HomerPro với thực tế

Hai phần mềm PVsyst và Homer Pro đưa ra hai kết quả khác nhau về sản lượng điện mặt trời của hệ thống. Khi sử dụng cả hai phần mềm và thảo luận kết quả, chúng ta có thể xác định các yếu tố quan trọng và đưa ra quyết định chính xác cho dự án. Qua đó, ta thấy: từ tháng 1 đến khoảng giữa tháng 5, Pvsyst và Homer Pro cho kết quả cao hơn so với thực tế, còn từ các tháng trở về nhau đều thấp hơn so với thực tế, trừ tháng 8.

Tỷ lệ phần trăm khác biệt giữa thực tế với Homer Pro (trái) và Pvsyst (phải).

Mô hình hoàn thiện của dự án

Để tính lượng khí thải CO2 cắt giảm được do lượng điện mua từ lưới điện được thay thế bằng hệ thống điện mặt trời, ta sử dụng hệ số phát thải của lưới điện Việt Nam năm 2020 là 0.8041 tCO2/ MWh. Giả sử lượng điện mua từ lưới điện được thay thế bằng hệ thống điện mặt trời là khoảng 3030 MWh/năm (từ kết quả mô phỏng). Lượng khí thải cắt giảm (tCO2) = Lượng điện mua từ lưới điện thay thế bằng hệ thống điện mặt trời (MWh) * Hệ số phát thải của lưới điện (tCO2/MWh).

Từ kết quả tính toán, ta có được lượng khí thải CO2 cắt giảm được nhờ sử dụng hệ thống điện mặt trời, giúp giảm tác động đến biến đổi khí hậu và đóng góp vào bảo vệ môi trường.

Hệ thống Lưu trữ Năng lượng (ESS)

PCS được sử dụng để chuyển đổi điện năng từ một dạng sang dạng khác, ví dụ như chuyển đổi từ điện mặt trời (DC) sang điện xoay chiều (AC) hoặc từ nguồn điện thứ cấp như pin, lưu trữ năng lượng, hoặc nguồn điện mạng vào hệ thống điện chính. Hệ thống điện (Power Electronics): Hệ thống điện bao gồm các thành phần như biến đổi nguồn (inverter), biến tần (converter), máy biến áp (transformer), và các thiết bị khác để điều chỉnh và chuyển đổi điện năng giữa hệ thống lưu trữ và hệ thống điện chính. Năng lượng dư thừa có thể được sử dụng để cung cấp điện cho nhà máy trong những thời điểm yêu cầu vượt quá khả năng sản xuất, giảm thiểu chi phí mua điện từ lưới và giảm lượng khí thải từ các nguồn năng lượng hóa thạch.

Tuy nhiên, ở thời điểm hiện tại, để lưu trữ một lượng năng lượng lên đến 1080 kWh thì chi phí đầu tư hệ thống, chi phí lắp đặt, chi phí vận hành và bảo trì bảo dưỡng còn quá cao (557 USD/1kW) cho toàn bộ hệ thống bao gồm: Battery, PCS (hệ thống chuyển đổi điện), tủ DC Combiner (tủ kết hợp DC), tủ ATS (tủ chuyển đổi tự động).