7. Tổng quan về tài liệu nghiên cứu
2.2. Mô hình hệ thống pin mặt trời kết hợp nối lưới, vị trí lắp đặt
2.2.1. Lựa chọn mô hình hệ thống
Theo lý thuyết chung ở chương I, hệ thống năng lượng mặt trời nối lưới có 2 dạng mô hình hệ thống chính bao gồm hệ thống có dự trữ và hệ thống không dự trữ, mỗi mô hình đều có những ưu điểm và nhược điểm riêng.
Đối với mô hình hệ thống pin mặt trời kết hợp nối lưới có dự trữ thì giá thành chi phí đầu tư cao hơn nhiều so với hệ thống pin mặt trời kết hợp nối lưới không dự trữ. Tuy nhiên, những ngày trong mưa mà lượng ánh nắng mặt trời không có hoặc
Đối với mô hình hệ thống pin mặt trời kết hợp nối lưới không dự trữ thì chi phí đầu tư thấp hơn nhiều (do không có ắc quy dự trữ cũng như các bộ điều khiển, bộ chuyển đổi điện) và không có chi phí bảo dưỡng cho hệ thống ắc quy. Tuy nhiên sẽ không đáp ứng được công suất phụ tải vào những ngày mưa hoặc sự cố khi mà lượng ánh nắng mặt trời không có hoặc rất ít, độ tin cậy cung cấp điện không cao.
Với mục tiêu quan trọng là giảm chi phí đầu tư, nâng cao hiệu quả kinh tế, lợi nhuận cho Công ty. Khai thác điện năng hiệu quả nhất từ nguồn NLMT do có cơ cấu nổi bật là thu nhận, biến đổi và bổ xung trực tiếp ngay vào lưới điện và không bị tổn hao trên ắc quy dự trữ, máy luôn được vận hành song song với lưới điện nên mọi đột biến của tải hay điện áp trên đường dây và nguồn điện đều không thể tác động trực tiếp vào máy. Vì thế, tuổi thọ của hệ thống sẽ nâng cao, có thể lên tới 25 năm. Do đó tác giả đề xuất lựa chọn Mô hình hệ thống Pin mặt trời kết hợp nối lưới không dự trữ.
Hình 2.2. Sơ đồ minh họa hệ thống NLMT kết nối lưới không có dự trữ
Hệ thống bao gồm:
1: Hệ thống pin NLMT (Solar Panels) 2: Bộ nghịch lưu (Inverter/Charger) 3: Bảng điện phân phối chính (Main Distribution Panel) 4: Công tơ đếm từ lưới điện (Utility Meter)
5: Lưới điện (Utility Grid)
7: Bộ phân bố công suất – điều phối điện năng (Critical Load Distribution Panel) 8: Trạm sạc xe điện (EV Charging Station)
Hệ thống pin năng lượng mặt trời sẽ nhận bức xạ mặt trời và chuyển hóa thành nguồn điện một chiều (DC). Nguồn điện DC này sẽ được chuyển đổi thành nguồn điện xoay chiều (AC) thông qua bộ chuyển đổi điện nối lưới. Với bộ chuyển đổi này sẽ đảm bảo nguồn năng lượng được tạo ra từ hệ pin mặt trời sẽ được chuyển đổi ở chế độ tốt nhất nhằm tối ưu hóa nguồn năng lượng từ hệ pin mặt trời và cung cấp điện năng cho tải. Đồng thời hệ thống kết hợp giữa hệ thống hòa lưới với hệ thống độc lập để luôn có một lượng điện dự trữ cho tải.
Bên cạnh đó việc bộ chuyển đổi điện có chế độ thông minh, tự dò tìm và đồng bộ pha nhằm kết nối giữa điện năng tạo ra từ hệ pin mặt trời và điện lưới.
Chế độ làm việc thông minh của bộ chuyển đổi điện với việc ưu tiên sử dụng lượng điện năng từ hệ pin mặt trời để cung cấp trực tiếp cho tải sử dụng sẽ giúp tối ưu hóa năng lượng từ hệ pin mặt trời.
2.2.2. Vị trí xây dựng hệ thống pin năng lượng mặt trời nối lưới
Hiện nay tại vị trí bãi đồ xe của trung tâm siêu thị Mega market có phần diện tích mát che phù hợp cho việc lắp đặt dàn tấm pin năng lượng mặt trời và đảm bảo không ảnh hưởng tới hoạt động của doanh nghiệp siêu thị.
Hệ thống Pin năng lượng mặt trời nối lưới cung cấp điện cho trạm sạc xe điện được dự kiến xây dựng trên mái của Nhà giữ đảm bảo cung ứng đủ diều kiện năng lượng cho trạm sạc.
Hình 2.3. Hình ảnh thực tế nhà giữ xe Metro Biên Hòa
Các tấm pin NLMT sẽ được lắp đặt trên các hệ khung bát đỡ lắp đặt hệ thống điện mặt trời trên mái nhà giữ xe.
+ Bước đầu tiên trong quá trình lắp đặt là đánh dấu các điểm trên mái nhà. Thường là bằng phấn để sắp xếp nơi đặt các tấm.
+ Bước thứ hai là để tìm vị trí các xà nhà dưới mái lợp. Tiếp đó khoan các tia tụt xuyên qua mái nhà và vào xà nhà. Tại thời điểm này, bạn gắn các kẹp vào chốt tụt nơi đường ray sẽ đi.
+ Bước thứ ba, bạn đặt đường ray vào kẹp và xếp chúng lên. Cuối cùng, bạn đặt các mô-đun vào các giá đỡ. Sử dụng kẹp giữa và cuối, bạn đảm bảo an toàn các tấm pin tại vị trí cho thanh ray.
Mục đích chính của hệ thống khung bát đỡ lắp đặt hệ thống điện mặt trời là gắn các tấm pin mặt trời vào mái nhà. Quá trình gắn cần ngăn độ ẩm thấm vào quả sự xâm nhập máy tại các điểm nối. Và khung đỡ cũng phải đủ mạnh để có thể xử lý trọng lượng của các tấm pin mặt trời.
Điều này đặc biệt quan trọng khi cân nhắc đến ứng suất trọng lượng cộng hưởng vào các tấm pin khi có gió mà Mô hình hệ thống pin mặt trời kết hợp nối
lưới.
Phần chi tiết móng, chi tiết giằng cột, chi tiết kèo sẽ được gia cường thêm để chịu được phần tải trọng của hệ thống pin NLMT lắp đặt trên mái nhà giữ xe Mega market Biên Hòa.
* Tính toán diện tích phần mái của nhà giữ xe hai bánh để đặt Pin mặt trời Diện tích mái nhà giữ xe hai bánh:
Smái nhà giữ xe = 40m * 90m = 3600m2. Vậy, mặt bằng mái nhà giữ xe là 3600m2 .
2.3. Cơ sở tính toán các thông số của trạm sạc 2.3.1. Tính toán sản lượng điện mà phụ tải yêu cầu 2.3.1. Tính toán sản lượng điện mà phụ tải yêu cầu
+ Thông số kỹ thuật trạm sạc: Trụ sạc nhanh DC 60kw :
Trụ sạc DC 60kW được thiết kế dưới dạng tủ đứng chuyên cung cấp dòng điện một chiều để sạc trực tiếp và nhanh chóng cho các loại pin xe ô tô. Mỗi trụ sạc sẽ có 2 cổng sạc. Mỗi cổng sạc có công suất 60W. Thời gian sạc đầy pin trên 80% pin xe sẽ trong khoảng 30 phút - 90 phút tùy từng dòng xe khác nhau.
Phụ tải trụ Dc 60kw = 2*60kw = 120kw/h. Trụ sạc nhanh DC 30kw:
Trụ sạc nhanh DC 30kW ra đời với mục đích sạc pin cho ô tô điện tại các bãi đỗ xe công cộng hoặc trạm nghỉ chân trong khoảng thời gian ngắn. Để sạc pin đầy trên 80% sẽ cần khoảng 40 phút - 120 phút tùy dòng xe.
Phụ tải trụ Dc 30kw = 5*30 = 150kw/h. Trụ sạc xe máy điện AC 1,2kw:
Trạm sạc AC xe máy điện hay còn gọi là trạm sạc chậm chuyên sử dụng với mục đích sạc điện cho các loại xe máy điện khác nhau tại những nơi công cộng cho phép đỗ và gửi xe trong khoảng thời gian dài. Mỗi trạm sạc sẽ có rất nhiều cụm sạc. Mỗi cụm sạc sẽ bao gồm nhiều trụ sạc. Số lượng cụ thể như thế nào sẽ phụ thuộc vào diện tích khu đỗ xe lớn hay nhỏ. Thời gian sạc đầy pin theo tiêu chuẩn của xe máy điện là khoảng 4h.
Phụ tải trụ AC1,2kw = 8*1,2kw = 9.6kw/h.
Căn cứ theo thời gian hoạt động của siêu thị Metro là (7h00 ~ 21h00) ta cung cấp số giờ hoạt động của trạm sạc rơi vào khoảng (9h00 ~ 13h00),(16h ~ 19h) trung bình trong ngày thời gian trạm sạc hoạt động được 7h làm việc.
Bảng 1.11 Lượng điện năng tiêu thụ của trụ sạc xe điện tại siêu thị Metro Tp.Biên Hòa. Loại trụ sạc Số lượ ng cổn g sạc Công suất trụ sạc Số giờ vận hành sạc/ngày (h/ngày)
Năng lượng tiêu thụ trong 1 ngày(kW h) Sạc nhanh Dc 60kw 2 120kw 7h 840kw Sạc nhanh Dc30kw 5 30kw 7h 1050kw Sạc xe máy điện Ac 1,2kw 8 4,8kw 7h 67,2kw
Như vậy, theo số liệu khảo sát thì lượng điện năng cần cung cấp cho phụ tải trụ sạc xe điện là: 1957,2 kWh/ ngày.
2.3.2. Tính toán lượng điện năng hàng ngày dàn pin năng lượng mặt trời cung cấp cho trạm sạc xe điện cấp cho trạm sạc xe điện
Năng lượng điện hàng ngày dàn pin năng lượng mặt trời cung cấp cho trạm sạc xe điện (Atr) được xác định theo công thức:
Atr=Ang/ (2.1)
Trong đó: là hiệu suất của hệ (µi là hệ suất của thành phần thứ i trong hệ). Ở trong trường hợp này, để đơn giản hóa ta chỉ tính với hai thành phần chính là bộ điều phối điện năng.
2.3.3. Tính công suất dàn pin mặt trời
Công suất dàn pin mặt trời thường được tính ra công suất đỉnh hay cực đại (Wp), tức là công suất mà dàn pin phát ra ở điều kiện chuẩn:Ech=1000w/m2 và Tch=250C.
Ta tính trường hợp dàn pin năng mặt trời phải đảm bảo đủ năng lượng cho tải trong cả năm. Sử dụng thông số cường độ bức xạ mặt trời dùng để tính có thể lấy cường độ bức xạ trung bình ngày. Công suất dàn pin mặt trời tính ra Wp sẽ là:
Pwp = Atr.Ech /Etbng (2.2) Công suất dàn pin mặt trời Pwp tính theo công thức trên chỉ đủ cấp cho tải ở nhiệt độ chuẩn. Khi làm việc ngoài trời, do nhiệt độ của các pin năng lượng mặt trời cao hơn nhiệt độ chuẩn, nên hiệu suất biến đổi quang điện của pin mặt trời sẽ bị giảm. Để hệ thống làm việc bình thường ta phải tăng dung lượng tấm pin lên .Khi đó dung lượng của dàn pin có kể đến hiệu ứng nhiệt độ Pwp,T được tính như sau:
Pwp,T=Pwp/[ 1+Pc(T-Tch)] (2.3)
Trong đó : T là nhiệt độ làm việc thường xuyên của pin Pc là hệ số nhiệt độ của pin
Với các tấm pin năng lượng mặt trời thông dụng, Pc có giá trị khoảng -0,005/0C Thông thường, nhiệt độ làm việc của pin năng lượng mặt trời cao hơn nhiệt độ của môi trường khoảng trừ 20-250C tùy thuộc vào tốc độ của gió. Ở thành phố Biên Hòa có thể chọn chênh lệch nhiệt độ là 250C.
Trong tính toán ở trên, ta có thể bỏ qua điện trở nối dây, sự hao phí năng lượng do bụi phủ bề mặt tấm pin...Để tính toán đến các hao phí đó, người ta thường đưa vào hệ số K, thường được chọn khoảng (1-1,2), gọi là hệ số an toàn.Đối với điều
kiện thời tiết tại siêu thị Metro Biên Hòa ta chọn hệ số 1. Khi đó công suất cần thiết của dàn pin mặt trời sẽ là K.Pwp,T.
2.3.4. Tính số module mắc song song và nối tiếp
Số module cần phải dùng cho hệ thống được tính từ tỷ số N= K.Pwp,T/Pm (2.4) Trong đó : Pm là công suất đầu ra của một tấm pin NLMT
Số module mắc nối tiếp trong mỗi dãy được xác đinh từ điện áp yêu cầu của hệ V:
Nnt=V/Vm (2.5)
Trong đó : V là điện áp yêu cầu của hệ pin NLMT Vm là điện áp đầu ra một tấm pin NLMT
Số module mắc nối song song được xác định như sau: Nss=N/Nnt
2.3.5. Tính thông số của bộ điều phối điện năng
Công suất bộ biến đổi DC-AC và bộ điều khiển sạc được chọn theo công suất Pmax của dàn pin, công suất bộ biến đổi DC-AC được chọn theo công suất của tải max (khoảng từ 1,3-1,5 công suất tải Max).
2.3.6. Điện áp làm việc của bộ điều phối điện năng
Do điện áp trong hệ thống pin mặt trời thay đổi theo cường độ bức xạ và trạng thái nạp của ắc quy nên các điên áp làm việc của bộ điều phối điện năng thiết kế phải làm việc trong một dải điện áp tương đối rộng.Thường điện áp làm việc nằm trong khoảng (0,8 đến 1,2 ) lần điện áp của hệ pin mặt trời.
2.4. Chọn loại pin mặt trời và lựa chọn các thông số cụ thể của hệ thống pin năng lượng mặt trời.
2.4.1. Ch n pin năng lọ ượng m t tr iặ ờ
Trên thế giới hiện nay có rất nhiều hãng chế tạo pin NLMT, trong đó nhiều hãng có tên tuổi như : Sharp Solar, Solar Word, JA solar, Jinko Solar, canadina solar….Tùy theo điều kiện môi trường tại nơi lắp đặt và tiêu chí kỹ thuật, giá thành mà lựa chọn thương hiệu phù hợp.Qua tham khảo thực tế thị
Hình 2.4. Pin mặt trời Jinko Solar
Bảng 1.12. Bảng thông số vật lý Pin mặt trời Jinko solar
THÔNG SỐ VẬT LÝ
TÊN CHỈ TIÊU THAM SỐ
Kích thước (mm) 2274×1134×35m
m
Trọng lượng 28.9 kg
- Thông số kỹ thuật:
Bảng 1.13. Thông số kỹ thuật của pin Jinko solar JKM550M-72HL4-V.
Dữ liệu kỹ thuật JKM550M-72HL4-V
Công suất đỉnh Watt- Pmax (W) 550wp Điện áp tối đa – Vmpp (V) 40.90V Công suất tối đa hiện tại- Impp (A) 13,45 A Điện áp mạch mở- Voc (V) 49,62V
Dòng ngắn mạch- Isc (A) 14,03A
Hiệu suất mô đun (%) 21,33%
Nhiệt độ hoạt động bình thường -40 ~ + 85 ℃
Một số đặc điểm nổi bật:
Tấm pin năng lượng mặt trời Jinko Solar – Tigert Pro 550w có nhiều công nghệ mới. Giúp tăng hiệu suất tấm pin mặt trời lên đến 21.33% và đảm bảo được sự an toàn của tấm pin, đồng thời tăng độ bền và chắc chắn để sử dụng cho các môi trường khắc nghiệt.
Công nghệ Multi busbar
Tích hợp Multi busbar giúp giảm các tổn thất năng lượng trong quá trình hoạt động một cách hiệu quả. cải thiện sản lượng điện mô-đun và độ tin cậy.
Giảm Hotspot
Thiết kế điện tối ưu và dòng điện hoạt động thấp hơn để giảm mất điểm nóng và nhiệt độ tốt hơn hệ số.
Độ bền chống lại môi trường khắc nghiệt
Pin Jinko có Khả năng chống sương muối và amoniac cao được chứng nhận bởi TUV NORD
Tải trọng cơ học nâng cao
Tấm pin jinko thiết kế cứng cáp, chắc chắn, được chứng nhận chịu được: tải trọng gió (2400 Pascal) và tuyết, chịu được tải trọng (5400 Pascal)
Hiệu suất điện năng trong thời gian dài hơn
Suy giảm điện năng hàng năm 0,55% và tuyến tính. Tấm pin Jinko solar 550W được bảo hành 25 năm hiệu suất. Bảo hành kỹ thuật nhà sản xuất 12 năm
Công nghệ Half-cell
Lượng dòng điện, bằng cách sử dụng công nghệ half-cell, dòng điện (i) chạy vào mỗi thanh cái chỉ còn một nửa. Vì vậy, lượng thất thoát bên trong tại tấm pin half- cel là 1/4 so với tấm pin full-cell. Dưới điều kiện bóng che như nhau, tổn thất điện năng của thành phần half-cell ít hơn thành phần full-cell.
Công nghệ Tiling Ribbon (TR)
Loại bỏ khoảng cách giữa các tế bào để tăng hiệu suất tấm pin đáng kể. Khi so sánh với dòng 5 thanh cái (5BB), dòng module Tiger sử dụng ribbon tròn, được phát triển độc lập bởi R&D của Jinko để đạt được khả năng tận dụng lại ánh sáng hấp
Tấm pin Jinko 550W JKM550M-72HL4 bảo hành 12 năm theo tiêu chuẩn kỹ thuật của nhà sản xuất, bảo hành hiệu suất trên 85% trong vòng 25 năm.
Chất lượng được khẳng định bởi tấm Pin Jinko 550W JKM550M-72HL4 đã vượt qua vòng kiểm tra IEC test khắt khe trước khi đến tay người sử dụng.
2.4.2. Tính chọn các thông số cụ thể của hệ thống pin năng lượng mặt trời
+ Sản lượng điện năng phụ tải yêu cầu:
Ang= 1957,2 [kWh/ ngày] + Điện năng dàn pin cung cấp:
Atr= Ang/ = 1957,2/ (0,8)= 2446,5 [kWh/ ngày] + Công suất dàn pin mặt trời (Pwp,T) :
Pwp =Atr.Ech /Etbng=(2446,5.1000)/5000= 489,3 [kWp] Pwp,T=Pwp/[ 1+Pc(T-Tch)]=489,3 /[1-0,005.25]= 559,2[kWp]
+ Số lượng module pin mặt trời
N = K.Pwp,T/Pm=1.559,2.1000/550= 1016 ~ 1020 tấm + Tính toán số tấm Pin mắc song song và nối tiếp
Các giá trị đặc trưng cơ bản của tấm Pin mặt trời: - U làm việc tối ưu: Vm
- I làm việc tối ưu : Im. - Công suất đỉnh : Pm. * Số tấm mắc nối tiếp: nt m V N V
Trong đó: V là điện áp yêu cầu của hệ thống (Chọn theo điện áp đầu vào dự kiến của bộ chuyển đổi điện) dựa theo thông số MPPT của inverter sử dụng.
N = V = 740 =18
Vm 40,90
Vậy số tấm mắc nối tiếp ta chọn là 14 module * Số tấm mắc song song:
N = I = N
Im Ns
= 1020 / 18 = 56,6 =57 chuỗi.
Công suất hệ thống Pin mặt trời cần lắp đặt:
EWp = 1020 x 550 = 561000 Wp = 561 kWp
Khi xây dựng hệ thống pin mặt trời có công suất 561 kWp, sản lượng điện năng trung bình do hệ thống pin mặt trời sản xuất ra một năm tại siêu thị Mega market