Một trong những đặc điểm quan trọng trong việc thiết kế hệ lai ghộp là sơ đồ ghộp nối. Cỏc hệ lai ghộp thường được phõn thành hai loại theo cỏch bố trớ “thanh gúp”: cỏc hệ thống thanh gúp một chiều DC và hệ thống xoay chiều AC.
2.1.3.1. Hệ lai ghộp thanh gúp DC
Trong một hệ lai ghộp thanh gúp DC, tổ hợp mỏy phỏt diezen/bộ chỉnh lưu (rectifier) nạp điện cho acqui. Trung tõm của hệ thống là thanh gúp DC, nơi mà acqui, bộ chỉnh lưu và dàn PV được nối với nhau. Hệ thống này là lý tưởng đối với hệ lai sử dụng cho thụng tin liờn lạc với phụ tải đặc trưng là điện một chiều.
DEG Rectifier Battery Bank PV Array DC Loads (+) (-) AC DC
Số húa bởi Trung tõm Học liệu – Đại học Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn
Dàn PV cấp điện cho phụ tải và nạp acqui khi cú bức xạ mặt trời. Mỏy phỏt diezen (MPD) chỉ vận hành khi năng lượng của acqui cạn và điện ỏp sụt xuống mức cần được nạp. Như vậy trong điều kiện bỡnh thường, MPD chỉ chạy để nạp acqui và cung cấp phần năng lượng bổ sung cần thiết để khụi phục trạng thỏi nạp đầy của acqui.
Đụi khi MPD cũng cung cấp điện trực tiếp cho phụ tải xoay chiều qua một bộ chuyển mạch hoặc thanh gúp DC cung cấp điện AC bằng cỏch đấu thờm một bộ đổi điện (inverter).
Hỡnh 2.2. Hệ lai ghộp thanh gúp DC mở rộng: phụ tải DC và AC hỗn hợp
2.1.3.2. Hệ lai ghộp thanh gúp AC
Hệ lai ghộp thanh gúp AC là hệ lai ghộp, trong đú thanh gúp AC là nơi mà mỏy phỏt, bộ đổi điện và phụ tải AC nối với nhau. MPD cung cấp điện xoay chiều cho một số hoặc tất cả cỏc phụ tải. Acqui được nạp điện nhờ sử dụng bộ điều phối hai chiều (bi-directional power conditioning unit) làm nhiệm vụ của cả bộ đổi điện (inverter) và bộ chỉnh lưu . Hệ lai ghộp thanh gúp AC cú thể cú cả phụ tải một chiều DC, nhưng núi chung thường chỉ cú phụ tải xoay chiều AC.
DEG Rectifier Battery Bank PV Array DC Loads (+) (-) AC DC Inverter DC AC AC Loads Transfer Switch
Số húa bởi Trung tõm Học liệu – Đại học Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn
Dàn PV cú thể cung cấp năng lượng cho acqui tuỳ theo bức xạ mặt trời. MPD cú thể cung cấp điện trực tiếp cho phụ tải AC và nạp điện cho acquy. Bộ điều phối hai chiều cú thể cấp điện cho phụ tải AC từ MPD để nạp cho acqui. Một số bộ điều phối hai chiều cú khả năng hoạt động theo phương thức “đồng bộ” hoặc song song: cả bộ đổi điện và MPD cú thể cựng cung cấp cho phụ tải.
2.1.4. Vận hành hệ thống lai ghộp 2.1.4.1.Vận hành hàng ngày
Acqui trong hệ lai ghộp trải qua cỏc chu kỡ hoạt động ngắn hơn và mạnh mẽ hơn so với trong cỏc hệ PV thuần tuý. Trong khi acqui trong hệ PV thuần tuý được duy trỡ ở trạng thỏi gần như đầy trong giai đoạn dài thỡ ở hầu hết cỏc hệ lai ghộp acqui quay vũng với chu kỳ (nạp, phúng) hai ngày một. Mức độ quay vũng của acqui trong hệ lai ghộp sẽ tuỳ thuộc vào năng lượng nạp vào của dàn PV, bộ chỉnh lưu và mức độ tiờu thụ năng lượng của phụ tải.
Dàn PV và chỉnh lưu, mỗi hệ cung cấp khoảng một nửa tổng năng lượng của hệ thống. Năng lượng tớch trữ ở acqui cú thể đủ cho khoảng 1,5 ngày sử dụng. Do đú hệ thống này cú mức quay vũng của acqui cao và acqui làm việc khỏ nặng nề. Ba đường biểu diễn được chỉ ra trờn đồ thị, một đường mụ tả trạng thỏi của acqui, một đường chỉ năng lượng được cung cấp từ dàn PV, và một đường chỉ năng lượng cấp
DEG Inverter/ Rectifier Battery Bank PV Array DC Loads (+) (-) AC DC AC Loads Hỡnh 2.3. Hệ lai ghộp thanh gúp AC
Số húa bởi Trung tõm Học liệu – Đại học Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn từ bộ chỉnh lưu. Ở vớ dụ này, phụ tải được coi là khụng đổi.
Hỡnh 2.4. Trạng thỏi cỏc thiết bị trong quỏ trỡnh vận hành của hệ thống Sơ đồ trờn cho thấy acqui ở trạng thỏi ban đầu được nạp gần đầy. Trong ngày đầu dung lượng của acqui giảm do cung cấp năng lượng cho phụ tải. PV cú thể bổ sung, nhưng chỉ được một phần năng lượng. Trong ngày thứ hai, năng lượng từ acqui tiếp tục cấp cho phụ tải và chỉ một phần được bự lại từ dàn PV. Đến cuối ngày thứ hai dung lượng acqui đó giảm tới mức cho phộp, buộc bộ chỉnh lưu làm việc vả cung cấp một số lớn năng lượng, đưa acqui đến trạng thỏi đầy. Khi bộ chỉnh lưu ngừng, acqui vẫn tiếp tục được bổ sung một phần năng lượng. Ở cuối ngày thứ ba dung lượng acqui tiếp tục giảm do phụ tải. Trong ngày thứ tư dung lượng acqui tiếp tục giảm và chỉ một phần được cấp bổ sung từ dàn PV. Trạng thỏi này tương tự như ngày thứ nhất và hệ thống tiếp tục hoạt động theo chu trỡnh với acqui cuối cựng sẽ đạt điểm thấp nhất khiến MPD phải khởi động.
Chu kỳ nạp, phúng chỉ ra ở hỡnh trờn là một dạng điển hỡnh của hệ thống lai ghộp. Tuy nhiờn, cỏc chu kỳ cú thể khụng đồng nhõt do một vài yếu tố thay đổi. Cụ thể là:
Acqui
Ngày 2 Ngày 3 Ngày 4
Dàn PV
Mỏy phỏt/ Chỉnh lưu Ngày 1
Số húa bởi Trung tõm Học liệu – Đại học Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn
Phụ tải cú thể thay đổi do nhu cầu năng lượng hàng ngày khỏc nhau
Acqui cú thể ở trạng thỏi nạp khỏc nhau ở đầu mỗi ngày
Bức xạ mặt trời cú thể thay đổi dẫn đến nhiều hơn hoặc ớt hơn năng lượng nạp từ dàn PV
Mỏy phỏt cú thể được cài sẵn chương trỡnh chạy khỏc nhau, chẳng hạn như được đặt sẵn để cung cấp năng lượng cho acqui với cỏc chu kỳ giống nhau.
2.1.4.2. Cỏc yếu tố đỏnh giỏ hiệu quả hoạt động của hệ lai ghộp
Hiệu quả hàng năm của một hệ lai ghộp được đo bởi cỏc yếu tố sau:
Tổng sản lượng điện năng
Phàn đúng gúp (%) của mỗi nguồn
Số chu kỳ phúng nạp của acqui
Số giờ chạy MPD
Số lần khởi động MPD
Tiờu thụ nhiờn liệu của MPD
Mỗi yếu tố trờn được xỏc định bởi kớch cỡ của cỏc phần tử của hệ thống. Dưới đõy là một số điều hướng dẫn tổng quỏt cho hầu hết hệ lai ghộp:
- Kớch cỡ của acqui: Cú ảnh hưởng tới chu kỳ phúng nạp đó trải qua của nú. Acqui càng nhỏ thỡ nú sẽ phúng, nạp càng thường xuyờn hơn.
- Kớch cỡ của mỏy phỏt điện/bộ chỉnh lưu: Chủ yếu xỏc định thời gian mỏy phỏt sẽ chạy trong mỗi chu kỳ nạp. Nú khụng ảnh hưởng tới tổng năng lượng do MPD cung cấp. Vỡ vậy để giữ số giờ chạy hàng năm thấp nờn chọn MPD tương đối lớn.
- Kớch cỡ của dàn pin mặt trời: Xỏc định tổng năng lượng do nú cung cấp hàng năm. Rừ ràng dàn pin càng lớn thỡ năng lượng do nú sản ra càng nhiều.
- Kớch cỡ của bộ đổi điện: Trong hệ thanh gúp DC, kớch cỡ của bộ đổi điện khụng ảnh hưởng trực tiếp tới hiệu quả hoạt động hàng năm. Trong hệ thanh gúp AC, kớch cỡ của bộ đổi điện hai chiều cú ảnh hưởng tới thời gian chạy MPD tương tự kớch cỡ của bộ chỉnh lưu.
Số húa bởi Trung tõm Học liệu – Đại học Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn
2.1.4.3. Cỏc vai trũ khỏc nhau của mỏy phỏt điện
MPD thường được đưa vào hệ lai và được sử dụng theo vài cỏch khỏc nhau. MPD cú thể vận hành theo 4 phương thức như sau:
- Nguồn cấp điện chớnh: MPD chạy bất cứ khi nào phụ tải cần điện. Trong một số trường hợp, MPD chạy liờn tục quanh năm.
- Nguồn cấp điện dự phũng: Một nguồn khỏc là nguồn cấp điện chớnh cho phụ tải. MPĐ thỉnh thoảng mới chạy để đỏp ứng phụ tải vượt trội
- Nguồn cấp điện để nạp theo chu kỳ: Một hệ thống nạ theo chu kỳ thuần tuý chỉ cú MPD, acqui và bộ nạp acqui. MPD cung cấp toàn bộ năng lượng nhưng nú chỉ chạy khi acqui cần nạp lại.
- Nguồn cấp điện khẩn cấp: MPD khụng chạy trong những tỡnh huống thường. Trong một số hệ thống, mỏy phỏt khẩn cấp được điều khiển bằng thao tỏc thủ cụng.