- Đối với ắc quy, trên thị trường cũng có nhiều loại khác nhau, tuy nhiên loại ắc quy được đề cập đến trong đề tài là ắc quy axit.
- Ắc quy là nguồn năng lượng có tính thuận nghịch. Nó tích trữ năng lượng dưới dạng hóa năng và giải phóng năng lượng dưới dạng điện năng. Dòng điện trong bình ắc quy tạo ra do phản ứng điện phân giữa vật liệu trên bản cực và dung dịch H2SO4.
- Bình ắc quy được làm từ nhiều tế bào ắc quy (cell), ta gọi đó là những ắc quy đơn, được đặt trong 1 vỏ bọc bằng cao su cứng hay nhựa cứng.
- Mỗi ắc quy đơn có điện thế khoảng 2V. Ắc quy 12V có 6 ắc quy đơn mắc nối tiếp.
- Muốn có điện thế cao hơn ta mắc nối tiếp nhiều ắc quy lại với nhau như Hình 2.21 như sau.
Hình 2.21: Cấu tạo Ắc quy
- Khi sử dụng hay nạp điện và bảo dưỡng cho ắc quy, cần tuân thủ nghiêm ngặt theo quy định của nhà sản xuất.
- Những dấu hiệu cho thấy ắc quy đã đầy điện khi nạp.
+ Hiện tượng sủi bọt rất mạnh xảy ra xung quanh cực âm và cực dương + Tỷ trọng chất điện phân so với nước đạt 1.12 – 1.22 đối với ắc quy cố định và 1.25 – 1.30 đối với ắc quy di động.
+ Hiệu điện thế đạt 2.7 – 2.8 và ổn định trong suốt 3h
+ Dung lượng nạp vào gấp 1.2 – 1.3 lần dung lượng định mức 2.3.6.2.Tiêu chuẩn ắc quy: TCVN : 4472 : 93
- Tiêu chuẩn này áp dụng cho các loại ắc quy chì dùng cho mục đích khởi động có điện áp danh định 6V và 12V
- Bình ắc quy phải đảm bảo gắn kín, không thoát hơi ở quanh chân đầu điện cực và quanh nắp, áp suất chân không trong bình 21 ± 1.33 Kpa (160 ± 10 mmHg)
- Khi đặt nghiêng bình ắc quy một góc 450 so với vị trí làm việc, điện dịch không được chảy ra ngoài.
- Nhựa gắn kín nắp bình ắc quy phải đồng nhất, chịu được axit, không thấm nước và chịu được sự thay đổi nhiệt độ từ (-30) đến 600C.
- Khả năng khởi động ban đầu: (chỉ áp dụng cho ắc quy tích điện khô). Trong vòng 60 ngày kể từ ngày sản xuất, ắcquy phải đảm bảo được thông số theo bảng 2.2
Bảng 2.3: Khả năng khởi động ban đầu của ắc quy Ắc quy tích điện khô Dòng điện phóng khởi động Ip, (A)
Thời gian tối thiểu kết thúc khởi động
(phút)
Điện áp đầu ra (V) Sau 5-7s từ lúc bắt
đầu phóng Điện áp cuối Loại bình 6v Loại bình 12v Loại bình 6v Loại bình 12v Trong vòng 60 ngày kể từ khi sản xuất 3C20 3 4 8 3 6 Chú thích: C20: dung lượng ở chế độ phóng nạp 20h
- Dung lượng danh định của ắc quy: Dung lượng được xác định theo chế độ phóng điện 20 giờ với dòng điện liên tục không đổi Ip = 0.05C20 (A) và nhiệt độ điện dịch được trước khi phóng không quá 320C. Bình ắc quy phải ngừng phóng điện khi điện áp ở hai đầu điện cực giảm đến 5.25V (đối với bình 6V) và 10.5V (đối với bình 12V).
- Khả năng phóng điện khởi động của ắc quy
- Khả năng phóng điện khởi động được xác định bằng khả năng phóng điện ở chu kì thứ 4 với dòng phóng Ip = 3C20 (A). Chỉ tiêu này để áp dụng cho ắcquy không thuộc loại tích điện khô. Các thông số của ắc quy phải đạt như theo bảng 2.3
- Khả năng nhận nạp điện: được xác định bằng dòng điện nạp. Bình ắc quy mới chưa qua sử dụng sau khi nạp no, phóng điện 5 giờ với Ip = 0.1C20 (A), sau đó nạp với điện áp 7.2V (đối với bình 6V) và 14.4V (đối với bì.nh 12V), trong 10 phút, dòng điện nạp không nhỏ hơn 0.1C20 (A).
- Khả năng chịu được nạp quá áp của ắc quy: Bình ắc quy phải chịu được nạp quá bằng dòng điện liên tục không đổi In = 0.1C20 (A) trong 100 giờ với 4 chu kỳ liên tục. Sau mỗi chu kì nạp 100 giờ để hở mạch 68 giờ và phóng kiểm
tra bằng dòng điện Ip = 3C20 (A) ở nhiệt độ 40±30C để đến điện áp cuối của ắc quy theo bảng 2.2. Thời gian phải đạt trên 4 phút.
Bảng 2.4: Khả năng phóng điện của ắc quy
Thời gian tối thiểu kết thúc khởi động tính bằng (phút) Dòng điện phóng khởi động Ip, (A) Điện áp đầu ra Sau 5-7s từ lúc bắt đầu phóng Điện áp cuối Loại bình 6V Loại bình 12V Loại bình 6V Loại bình 12V 5.5 3C20 4 8 3 6
- Tổn thất dung lượng (tự phóng) của bình ắc quy: tổn thất dung lượng so với dung lượng danh định sau 14 ngày đêm không giảm quá 14%.
- Tuổi thọ của ắc quy (tính theo chu kỳ phóng nạp điện): Tuổi thọ ắc quy phải đạt thấp nhất 240 chu kỳ theo phép thử quy định trong tiêu chuẩn này.
- Ghi nhãn: Tên mỗi bình ắc quy phải ghi rõ và bền: + Tên nhà máy sản xuất
+ Dấu hiệu hàng hóa sản xuất
+ Kí hiệu quy ước ắc quy; dung lượng danh định (Ah); điện áp (V) + Kí hiệu đầu cực: Cực dương “+” và âm “ - ”
+ Thời gian sản xuất
+ Kí hiệu tiêu chuẩn này (TCVN:4472:93) 2.3.7. Hệ thống điều khiển
Trong phạm vi nghiên cứu của luận văn tập trung vào nghiên cứu hệ thống điều khiển nghịch lưu một pha sử dụng nguồn năng lượng tái tạo pin mặt trời. Đây là một nguồn năng lượng tái tạo rất có tiềm năng ở nước ta. Vì vậy, từ sơ đồ khối cấu trúc điều khiển của hệ thống pin mặt trời nối lưới có lưu trữ, ta thấy cần phải thực hiện thiết kế các phần điều khiển:
- Thiết kế điều khiển điện áp một chiều DC/DC. - Thiết kế điều khiển DC/AC.
Điện áp đường một chiều được đưa đến bộ nghịch lưu để biến đổi thành điện áp xoay chiều tần số 50Hz kết nối với lưới điện. mạch vòng điều chỉnh điện áp được đưa vào nhằm duy trì điện áp không thay đổi khi điện áp pin quang điện thay đổi do môi trường thay đổi. Sơ đồ cấu trúc vòng điều khiển điện áp đường một chiều như hình 2.22. Tín hiệu điện áp từ đường DC link qua senso điện áp được so sánh với điện áp tham chiếu Vdc-ref, sai lệch điều khiển được qua bộ điều chỉnh PI sau đó cho ta tín hiệu đưa đến điều chế PWM đóng mở khóa điều khiển của khối DC/DC.
Hình 2.22: Cấu trúc điều khiển điện áp một chiều sử dụng bộ điều khiển PI
Về hình thức bộ điều khiển PI được định nghĩa:
I PI P I 1+T s H (s) = K T s (2.11) 2.3.7.2. Điều khiển nghịch lưu một pha
Sơ đồ khối của nghịch lưu nối lưới được chỉ ra trên Hình 2.23, trong đó R và L là điện trở và điện cảm của lưới và của cuộn kháng lọc, E là trị hiệu dụng của điện áp đầu ra bộ nghịch lưu, V là trị hiệu dụng điện áp lưới điện. i là dòng điện chạy trong mạch.
Hình 2.23:Sơ đồ khối nghịch lưu một pha
Với sơ đồ khối ở trên ta cần phải thực hiện với 2 mạch vòng điều khiển là điều khiển dòng điện và điều khiển công suất.
Cấu trúc điều khiển mạch vòng dòng điện được chỉ ra trên hình 2.24 với các bộ điều khiển PI được thiết kế như ở mục 2.5.4.1.
Hình 2.24:Mạch vòng điều khiển dòng điện
Hình 2.25:Mạch vòng điều khiển công suất
- Cấu trúc điều khiển mạch vòng công suất
Cấu trúc điều khiển mạch vòng công suất được đưa ra như hình 2.25: Tập hợp lại, ta xây dựng được cấu trúc điều khiển hệ thống như hình 2.26:
2.4. Kết luận chương 2
2.4.1. Căn cứ để chọn hệ thống điện mặt trời lai:
- Khi nghiên cứu hệ thống NLMT độc lập, ta sẽ thấy NLMT sẽ chuyển hóa quang năng từ Mặt trời thông qua tấm pin thành điện năng và điện năng này được lưu trữ trực tiếp trên acquy, hệ thống hoạt động độc lập và không cần điện lưới quốc gia. Hệ thống NLMT độc lập được dùng trong các trường hợp sau:
+ Nơi không có lưới điện quốc gia hoặc chi phí cho việc phát triển lưới điện quá cao.
+ Có lưới điện nhưng muốn có hệ thống điện của riêng mình. + Cung cấp năng lượng cho các phương tiện di chuyển liên tục.
+ Cần hệ thống điện tuyệt đối an toàn, hoàn toàn sử dụng điện 1 chiều. * Ưu điểm của hệ thống:
+ Tự chủ nguồn điện, không phụ thuộc vào lưới điện quốc gia. + Rất linh hoạt, có thể lắp đặt ở mọi nơi.
* Nhược điểm của hệ thống:
+ Chi phí đầu tư cho hệ thống lưu trữ điện một chiều lớn nếu muốn đáp ứng được hoàn toàn nhu cầu sử dụng điện.
+ Việc thay mới hệ thống acquy sẽ tạo ra nguồn xả thải độc hại và khó xử lý cho môi trường.
+ Acquy phải được thay thế thường xuyên.
- Hệ thống NLMT nối lưới trực tiếp (On Grid System)
Hệ thống NLMT sẽ chuyển hóa quang năng thành điện một chiều thông qua tấm Pin. Nguồn 1 chiều này sẽ được chuyển đổi thành nguồn xoay chiều cùng pha và cùng tần số với lưới điện quốc gia để cấp cho tải, nếu dư sẽ được hòa vào lưới điện.
Hệ thống NLMT được dùng cho các tải tiêu thụ nhiều điện năng vào ban ngày như Nhà xưởng, Trường học, Bệnh viện, Cơ quan, hộ gia đình…
* Ưu điểm của hệ thống:
+ Cấu trúc rất đơn giản, độ bền cao.
+ Giảm lượng điện năng tiêu thụ từ lưới vào ban ngày. + Có nguồn thu từ việc bán điện dư lên lưới.
+ Giảm được gánh nặng cho lưới điện quốc gia vào các mùa khô hạn và giờ cao điểm.
* Nhược điểm của hệ thống:
+ Không có điện cung cấp cho tải khi mất điện lưới.
+ Nếu triển khai HTĐMT áp mái tập trung quá nhiều trong một khu vực có thể ảnh hưởng đến vận hành lưới điện và chất lượng điện năng.
+ Điện NLMT chỉ tạo ra vào ban ngày, ban đêm vẫn phải sử dụng điện do lưới điện quốc gia cung cấp.
+ Không dùng được cho các khu vực ít nắng hay bị mưa bão ảnh hưởng.
- Hệ thống kiểu kết hợp, vừa lưu trữ vừa hòa lưới
Đây là hệ thống kết hợp giữa kiểu độc lập và nối lưới trực tiếp. Điện 1 chiều sinh ra từ tấm Pin sẽ được ưu tiên nạp vào hệ thống lưu trữ (hệ thống acquy), sau đó sẽ được biến đổi thành điện xoay chiều để cung cấp cho tải, nếu dư sẽ được phát ngược lên lưới điện quốc gia.
Hệ thống kiểu kết hợp được dùng cho tải yêu cầu phải luôn có điện như Bệnh viện, Trung tâm dữ liệu,… Hệ thống NLMT sẽ tạo ra điện năng cung cấp cho tải và hòa lên lưới điện (nếu dư). Trong trường hợp mất điện, chức năng hòa động bộ của Inverter sẽ ngưng hoạt động, điện từ hệ thống lưu trữ sẽ được nghịch lưu và cấp điện cho tải. Hệ thống NLMT vừa lưu trữ vừa hòa lưới kết hợp ưu điểm của hai hệ thống nêu trên, tuy nhiên chi phí cho việc đầu tư và bảo dưỡng hệ thống là rất lớn.
2.4.2. Để thiết kế được hệ thống điều khiển phát điện sử dụng nguồn năng lượng pin mặt trời một pha cần phải thực hiện các bước của mục 2.3. Đây cũng lượng pin mặt trời một pha cần phải thực hiện các bước của mục 2.3. Đây cũng là các nội dung chính về một hệ thống điện mặt trời nối lưới có lưu trữ.
Chương 3
NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT MỘT SỐ GIẢI PHÁP
QUẢN LÝ, KINH DOANH NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI CHO THÀNH PHỐ LẠNG SƠN
3.1. Đặt vấn đề
Như phần mở đầu đã nói, thành phố Lạng Sơn là khu vực có tốc độ tăng trưởng kinh tế lớn trong toàn tỉnh, nhu cầu phụ tải ngày càng tăng cao. Qua từng năm, lưới điện được đầu tư, cải tạo nhưng do nguồn vốn hạn chế nên chưa đáp ứng kịp thời nhu cầu về chất lượng điện năng. Tổn thất điện năng tăng, điện áp cung cấp cho các hộ dân chưa đảm bảo tiêu chuẩn ở một số thời điểm, đặc biệt là vào giờ cao điểm trong ngày. Kinh tế phát triển, nhu cầu đời sống ngày càng cao dẫn đến thiết bị điện của các hộ tiêu dùng ngày càng nhiều, chi phí tiền điện phải trả hàng tháng ngày càng cao. Bên cạnh đó, với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học công nghệ và công nghệ thông tin, khách hàng sử dụng điện đã từng bước trở thành nhà tiêu dùng thông thái, quan tâm nhiều hơn đến các giải pháp tiết kiệm chi phí tiền điện. Đã từ lâu, việc phát điện sử dụng năng lượng mặt trời đã được coi là giải pháp năng lượng của tương lai, nay đã trở thành năng lượng của thời đại. Qua từng năm, với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, pin mặt trời được sản xuất ngày càng nhiều với giá thành ngày càng giảm. Đến nay, điện sử dụng năng lượng mặt trời đã dần trở nên phổ biến và được các hộ gia đình lắp đặt sử dụng. Điện năng lượng mặt trời cũng mang lại cho ngành Điện và các hộ dân giải pháp kỹ thuật, kinh doanh cụ thể và thiết thực.
Từ những nghiên cứu, phân tích về hệ thống năng lượng mặt trời như đã trình bày trong chương 2, ta có thể khái quát một số vấn đề sau:
3.1.1. Ưu, nhược điểm của năng lượng mặt trời
- Ưu điểm
+ Giảm các hóa đơn tiền điện
Năng lượng trong những năm vừa qua tăng ít nhất 7% một năm. Bạn có thể tự bảo vệ mình khỏi các hóa đơn tiện ích gia tăng bằng cách kết hợp các tấm pin mặt trời vào hỗn hợp năng lượng của bạn. Điều này sẽ giảm đáng kể các
khoản tiền điện của bạn. Vì vậy, trong khi chi phí tiện ích tiếp tục tăng cao mỗi năm, việc lắp đặt pin năng lượng mặt trời có thể giúp giảm tác động. Cũng nên nhớ rằng điện năng sinh ra từ các tấm pin mặt trời là miễn phí.
+ Bán lại điện
Nếu hệ thống của bạn sản xuất nhiều năng lượng hơn bạn cần, thông qua các chương trình thuế quan, bạn có thể bán thặng dư trở lại lưới điện. Vì vậy, ngoài việc cắt giảm hóa đơn tiện ích, đầu tư vào các tấm pin mặt trời sẽ cho bạn một khoản bảo đảm cho thu nhập được nhà nước hỗ trợ trong 20 năm tới.
+ Giảm thải Carbon
Chuyển sang sử dụng năng lượng mặt trời sẽ cắt giảm lượng khí thải carbon, vì nó là một nguồn năng lượng tái sinh. Không giống như các máy phát điện truyền thống, năng lượng mặt trời không thải ra bất kỳ khí cacbonic (CO2) hoặc các chất gây ô nhiễm khác. Ước tính cũng cho thấy rằng các tấm pin mặt trời cho nhà có thể tiết kiệm được khoảng một tấn CO2 mỗi năm, mà đến khoảng 25 tấn trong suốt thời gian vận hành của nó.
+ Hiệu quả quanh năm
Các tấm pin mặt trời hoạt động quanh năm. Khả năng của chúng được phát huy đầy đủ nhất trong những tháng đầy nắng, nhưng chúng cũng sản xuất một lượng điện đáng kể trong mùa đông, cũng như vào những ngày nhiều mây.
+ Không cần bảo trì nhiều
Các tấm pin mặt trời cần hầu như không cần bảo trì. Một khi các tấm pin này được lắp đặt, bạn cần phải giữ chúng sạch sẽ và kiểm tra xem có bất kỳ cây nào bắt đầu che phủ bóng râm lên chúng không. Giữ cho pin được sạch sẽ thậm chí còn dễ dàng hơn khi các tấm pin mặt trời được lắp trên mái nhà nghiêng, vì lượng mưa có thể giúp làm sạch bụi khỏi hệ thống.
Với các tấm pin mặt trời lắp đặt trên mặt đất, bảo trì có thể là nhiều vấn đề hơn, vì lắp đặt ở đây có thể tích tụ bụi, mảnh vụn hoặc phân chim. Bất kỳ bụi bẩn nào có thể được lấy ra khỏi tấm pin mặt trời bằng cách sử dụng nước nóng, bàn chải, và có thể một số chất tẩy rửa khác.
Các tấm pin mặt trời độc lập với hệ thống lưới điện công cộng nên rất lý tưởng cho các khu vực xa xôi, nơi mở rộng đường dây điện để kết nối với lưới