5. Kết cấu của luận văn
3.1. Tiềm năng bức xạ tại Trung tâm Kỹ thuật Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng 2
3.1. Tiềm năng bức xạ tại Trung tâm Kỹ thuật Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng 2 lượng 2
Việt Nam nằm trong khu vực có cường độ bức xạ mặt trời tương đối cao. Năng lượng mặt trời ở Việt Nam có sẵn quanh năm, khá ổn định và phân bố rộng rãi trên các vùng miền khác nhau của đất nước.
Theo tài liệu khảo sát lượng bức xạ mặt trời cả nước:
+ Các tỉnh ở phía Bắc (từ Thừa Thiên – Huế trở ra) bình qn trong năm có chừng 1700 – 2000 giờ nắng. Trong đó, các vùng Tây Bắc (Lai Châu, Sơn La, Lào Cai) và vùng Bắc Trung Bộ (Thanh Hóa, Nghệ An, Hà Tĩnh) được xem là những vùng có nắng nhiều.
+ Các tỉnh ở phía Nam (từ Đà Nẵng trở vào), bình qn có khoảng 2000 – 2600 giờ nắng, lượng bức xạ mặt trời tăng 20% so với các tỉnh phía Bắc. Ở vùng này, mặt trời chiếu gần như quanh năm, kể cả vào mùa mưa. Do đó, đối với các địa phương ở Nam Trung bộ và Nam bộ, nguồn bức xạ mặt trời là một nguồn tài nguyên to lớn để khai thác sử dụng.
Việt Nam có nguồn năng lượng mặt trời dồi dào cường độ bức xạ mặt trời trung bình ngày trong năm ở phía Bắc là 3,69 kWh/m2 và phía Nam là 4,9 kWh/m2. Giữa các địa phương ở nước ta có sự chênh lệch đáng kể về bức xạ mặt trời. Cường độ bức xạ ở phía Nam thường cao hơn phía Bắc.
Bảng 3.1: Số liệu về bức xạ mặt trời tại Việt Nam
Vùng Giờ nắng trong năm Cường độ BXMT (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
Tây nguyên và Nam Trung Bộ 2000 – 2600 4,9 – 5,7 Rất tốt
Nam Bộ 2200 – 2500 4,3 – 4,9 Rất tốt
Qua bảng 3.1 trên ta thấy nước ta có lượng bức xạ mặt trời rất tốt, đặc biệt là khu vực phía Nam, khu vực phía Bắc lượng bức xạ mặt trời nhận được ít hơn. Lượng bức xạ mặt trời giữa các vùng miền khác nhau, thay đổi theo tháng trong năm.
Hình 3.1: Biểu đồ bức xạ mặt trời tại Việt Nam
❖ Tiềm năng năng lượng mặt trời tại thành phố Đà Nẵng:
Ngày 27/10, hội thảo tổng kết dự án phát triển năng lượng mặt trời (NLMT) tại TP. Đà Nẵng do Sở Khoa học và Công nghệ Đà Nẵng phối hợp với Phái đoàn Liên minh châu Âu tại Việt Nam tổ chức. Tại hội thảo, các đơn vị tham gia dự án đều nhận định TP. Đà Nẵng có tiềm năng phát triển, khai thác và sử dụng năng lượng mặt trời để phát triển trong tương lai.
Theo số liệu khảo sát, bức xạ mặt trời trung bình hằng năm tại Đà Nẵng là 4,8kWh/m2/ngày, trong đó lượng bức xạ mặt trời cao nhất vào mùa hè từ tháng 4 đến tháng 9, số giờ nắng của TP. Đà Nẵng đạt xấp xỉ 2.100 giờ/năm.
Như vậy, có thể thấy năng lượng mặt trời tại Đà Nẵng có tiềm năng lớn, phù hợp với việc khai thác, sử dụng loại năng lượng này để phát triển trong thời điểm hiện nay và cả trong tương lai.
3.2. Lựa chọn mơ hình hệ thống điện năng lượng mặt trời cho Trung tâm Kỹ thuật Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng 2
Với đặc điểm về sử dụng năng lượng cũng như điều kiện khí hậu tại thành phố Đà Nẵng, tác giả loại bỏ mơ hình hệ thống năng lượng mặt trời độc lập vì đã có nguồn điện lưới và chi phí rất cao. Hiện nay, Tập đồn Điện lực Việt Nam đang ngưng việc
nối lưới đối với hệ thống điện mặt trời để tránh quá tải lưới điện. Nên trong mơ hình hệ thống điện mặt trời, tác giả sẽ tìm hiểu về hệ thống năng lượng mặt trời bám lưới. Có 2 dạng mơ hình hệ thống năng lượng mặt trời bám lưới là hệ thống có dự trữ và hệ thống khơng dự trữ, mỗi mơ hình đều có những ưu điểm và nhược điểm riêng.
Đối với mơ hình hệ thống pin mặt trời bám lưới khơng dự trữ thì chi phí đầu tư thấp hơn do khơng có acqui quy dự trữ, khơng có chi phí bảo dưỡng, thay thế cho hệ thống acqui. Mơ hình này thì hệ thống pin mặt trời sẽ ít hoặc khơng có tác dụng vào mùa mưa hoặc khi mất điện lưới. Tuy nhiên, với tình hình hiện tại lượng điện dư thừa nếu đẩy lên lưới điện khơng được phía Điện lực thanh tốn sẽ làm tổn thất chi phí của Trung tâm.
Hiện nay, đối với mơ hình hệ thống pin mặt trời bám lưới có dự trữ thì giá thành chi phí đầu tư đã giảm nhiều so với các năm trước. Vì chi phí đầu tư thêm hệ thống dự trữ bằng Ăcqui, bộ điều khiển và các thiết bị phụ trợ khác đã giảm. Với các dòng ắc quy Lithium mới tuổi thọ được tăng lên đáng kể khoảng 7-8 năm và hạn chế gây ô nhiễm môi trường khi loại bỏ. Đặc biệt, mơ hình này rất phù hợp với tình hình hiện tại khi Tập đồn Điện lực chưa có thơng báo mới về giá mua bán điện. Điều này làm cho mơ hình dự trữ càng phổ biến hơn với đặc điểm có thể lưu trữ được lượng điện năng dư thừa do hệ thống điện mặt trời tạo ra.
Với phân tích như trên và mục tiêu quan trọng là đáp ứng nhu cầu sử dụng hiện tại và lợi nhuận cho Trung tâm, tác giả đề xuất lựa chọn Mơ hình “Hệ thống điện NLMT bám lưới có lưu trữ” để cấp điện cho Trung tâm Kỹ thuật Tiêu chuẩn Đo
lường Chất lượng 2.
3.3. Vị trí xây dựng
Hệ thống ĐMT được dự kiến lắp đặt trên mái tòa nhà 7 tầng của Trung tâm. Phần mái được lợp tôn kẽm và mái xi măng rộng rãi, việc lắp đặt hệ thống pin mặt trời áp mái sẽ bảo đảm được thu nhận bức xạ mặt trời là tốt nhất, tự vệ sinh tấm pin khi trời mưa, gió và góp phần giảm nhiệt cho tịa nhà, bảo vệ mái tơn kẽm hiện hữu. Ngoài ra, khu vực xung quanh tồ nhà trống trải, khơng có nhà và cây cao nên khả năng hấp thụ đón ánh sáng mặt trời rất tốt.
Tính tốn diện tích phần mái:
- Diện tích mái 𝑆 = 24 × 19 = 456 𝑚2
Hình 3.3. Hình ảnh mặt bằng tồ nhà 7 tầng(Nguồn: Google Earth)
3.4. Tính tốn, thiết kế hệ thống pin năng lượng mặt trời nối lưới cấp điện cho Trung tâm Kỹ thuật Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng 2 cho Trung tâm Kỹ thuật Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng 2
Phần này, tác giả sẽ dùng phần mềm Sketchup mô phỏng 3D Trung tâm lại, từ đó xác định đổ bóng của tịa nhà 7 tầng, loại bỏ các khu vực bị che bóng. Lựa chọn chủng loại tấm pin mặt trời lắp bao phủ diện tích có tỉ lệ nắng cao và chọn Inverter , ắc quy sẽ lắp đặt tại Trung tâm sao cho phù hợp với tính kinh tế và kỹ thuật, lựa chọn cáp điện và bố trí sơ đồ đấu nối tồn hệ thống. Từ đó, sử dụng phần mềm PVsyst để tính tốn lượng điện năng do hệ thống pin mặt trời tạo ra được. Qua kết quả mô phỏng sẽ thấy được lợi ích do hệ thống điện mặt trời mang lại cho Trung tâm.
3.4.1. Xác định định khu vực bị che bóng thơng qua phần mềm mô phỏng Sketchup
Trong chương này, tác giả dùng phần mềm Sketchup để thực hiện mô phỏng lại cấu trúc của các tòa nhà 7 tầng. Từ đó thực hiện quan sát hiện tự đổ bóng theo các giờ, các mùa trong năm và tìm ra các khu vực bị che nóng.
Đầu tiên, tác giả sẽ nhập tọa độ và hướng của Trung tâm vào phần mềm Sketchup để có được sự mơ phỏng chính xác nhất.
Hình 3.4: Hình ảnh chọn tọa độ của Trung tâm
Tiếp theo sẽ xây dựng cấu trúc các tòa nhà.
Hình 3.5: Hình ảnh xây dụng cấu trúc các tòa nhà của Trung tâm
Quan sát, loại bỏ các khu vực bị che nắng. Sau đó, tiến hành thiết kế trên phần mềm AutoCad, bố trí các tấm pin và mơ phỏng lại vào phần mềm Sketchup để có cái nhìn tổng quan nhất về hệ thống lắp đặt.
Hình 3.6: Mơ phỏng tồ nhà 7 tầng sau khi lắp đặt các tấm pin
3.4.2. Chọn và thiết kế bố trí các tấm pin trên phần mềm AutoCad
a) Chọn tấm pin mặt trời có cơng suất cao và giá thành tốt:
Ta cần lựa chọn chủng loại tấm pin mặt trời phù hợp về kỹ thuật và chi phí. Việc lựa chọn các tấm pin có cơng suất lớn, điện áp cao sẽ giảm được diện tích lắp đặt mà vẫn cho cơng suất cao. Ngồi ra, việc lựa chọn này còn dựa vào hiệu suất và giá thành, loại tấm pin đã được sử dụng nhiều trong thực tế.
Trong luận văn này, tác giả chọn Pin Longi, loại LR5-72HPH-540M của công ty LONGi Solar, được sản xuất ở Trung Quốc để xây dựng hệ thống pin mặt trời tại Trung tâm Kỹ thuật Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng 2. Tấm pin được cấu tạo bằng các tế bào năng lượng mặt trời được làm bằng monocrystalline silicon (Mono-Si), có cơng suất là 540Wp, hiệu suất cao, sau 25 năm vẫn cịn trên 80% (hình 3.7, 3.8; bảng 3.2).
Bảng 3.2: Bảng thông số kỹ thuật Pin mặt trời LR5-72HPH-540M
Chi tiết Thông số
Số lượng Cell/tấm pin 6x24=144
Kích thước (Dài x Rộng x Cao) 2256 x 1133 x 35 mm
Trọng lượng 32.3 kg
Bảo hành 15 năm
Tuổi thọ sản phẩm 30 năm, sau 25 năm chỉ suy giảm tối đa 20% công suất
Công suất tối đa (Pm) 540 Wp
Điện áp hở mạch 49,50 V
Dòng điện ngắn mạch 13,85A
Điện áp tại điểm công suất đỉnh (Vm) 41,65 V Dịng điện tại điểm cơng suất đỉnh (Im) 12,97 A
Hiệu suất quang điện mô đun 21,1 %
Ngưỡng nhiệt độ vận hành -40°C đến 85°C
Hình 3.8: Hiệu suất Pin mặt trời LR5-72HPH-540M theo thời gian
- Một số đặc điểm nổi bật của pin:
+ Các module được thiết kế với hiệu suất cao, khả năng hấp thụ bức xạ tốt.
+ Được thiết kế độc đáo với 9 busbar trên mỗi cell nhằm tăng hiệu suất.
+ Có cấu tạo 5 lớp, trong đó có một lớp kính và một lớp phản quang nhằm gia tăng khả năng hấp thụ ánh sáng mặt trời.
+ Tất cả các công đoạn sản xuất đều được tự động hóa, giúp cho các module đều đạt hiệu suất cao và ổn định.
trường khắc nghiệt ngoài trời. Thiết kế dạng module lắp ráp nhanh chóng và dễ dàng với mọi điều kiện địa hình, bên cạnh đó trọng lượng nhẹ và các tính năng an tồn mới nhất.
+ Thân thiện với mơi trường: Q trình sản xuất áp dụng các tiêu chuẩn bảo vệ mơi trường, giảm hiệu ứng nhà kính.
Tùy thuộc vào cấu trúc mái, tác giả sẽ bố trí các String sao cho mỗi MPPT có chung số lượng tấm pin và cùng nằm trên một hướng mái.
b) Thiết kế bố trí tấm pin trên cấu trúc mái của Trung tâm
Sau khi mơ phỏng bóng che trên phần mềm 3D Sketchup, tác giả sẽ loại bỏ các khu vực bị bóng che nặng và tiến hành bố trí các tấm pin sao cho phủ đầy diện tích mái.
Xây dựng diện tích mái của tịa nhà 7 tầng trên phần mềm AutoCad
Hình 3.9: Diện tích mái tịa nhà 7 tầng của Trung tâm
Cấu trúc mái tòa nhà 7 tầng được chia làm 4 hướng, nên ta sẽ tiến hành bố trí các tấm pin năng lượng mặt trời theo 4 hướng khác nhau để có được thời gian nhận ánh sáng nhiều nhất trong ngày. Với diện tích mái hiện tại là 456 m2, tác giả đã bố trí 118 tấm pin LR5-72HPH-540M, chia thành 7 chuỗi pin với tổng công suất DC là 63.720 Wp. Chuỗi 1, 2, 3, 4 với số tấm pin là 17 tấm, công suất của 1 chuỗi là 9.180 Wp. Chuỗi 5, 6 có 16 tấm pin, cơng suất 1 chuỗi là 8640 Wp, chuỗi 7 có 18 tấm pin, công suất của chuỗi là 9720 Wp. Và chuỗi 7 có 18r tấm pin với cơng suất là 9.720 Wp.
Hình 3.10: Bố trí các tâm pin trên tịa nhà 7 tầng
Tịa nhà 7 tầng có 2 loại mái là mái tơn kẽm và mái bê tơng, vì vậy khung đỡ tấm pin sẽ là 2 loại khác nhau. Đối với mái tôn kẽm, sẽ sử dụng thanh rail nhôm và chân L làm khung đỡ tấm pin. Chân L sẽ được thi công trước, bắn chặt xuống xà gồ của mái tơn bằng vít đi cá. Để chống thấm cho mái tơn, tác giả sử dụng keo silicon trít vào các vị trí bắn vít. Sau đó sẽ tiến hành gá thanh rail nhơm lên các chân L đã lắp đặt trước đó.
Đối với mái bê tông, tác giả sẽ sử dụng khung sắt để làm khung đỡ tấm pin. Sử dụng sắt hộp 40 x 40 mm để làm khung đỡ, các thanh sắt sẽ đc hàn lại với nhau. Sau đó, tiến thành sơn chống gỉ để thời gian sử dụng khung sắt được lâu hơn.
Hình 3.12: Khung sắt đỡ tấm pin mặt trời
Hình 3.13: Bố trí khung đỡ tấm pin trên tịa nhà 7 tầng
Ngoài hệ thống khung đỡ, thì hệ thống máng cáp đóng vai trị rất quan trọng trong hệ thống. Nó bảo vệ dây DC khỏi các tác động của thời tiết và tránh bị chuột cắn. Nếu dây DC bị chạm hở và chạm vào mái tơn, thì đây là một sự cố lớn đối với hệ
thống. Hệ thống máng cáp phải được làm từ sắt mạ kẽm, các chi tiết nối phải khớp với nhau hạn chế việc cắt nối các chi tiết của máng cáp. Các dây DC đi từ tấm pin vào máng cáp sẽ được đi luồn qua ống ruột gà lõi thép.
Hình 3.14: Hệ thống máng cáp trên mái tòa nhà 7 tầng
3.4.3. Lựa chọn bộ biến đổi điện DC-AC (Inverter)
Hệ thống Pin mặt trời biến đổi năng lượng mặt trời thành điện một chiều, vì thế cần bộ biến đổi điện DC-AC có chức năng biến đổi dịng điện một chiều (DC) từ dàn Pin mặt trời thành dòng điện xoay chiều (AC) để cấp cho phụ tải. Các thông số kỹ thuật chính cần quan tâm bao gồm:
- Điện áp vào Vin một chiều. - Điện áp ra Vout xoay chiều. - Tần số và dạng dao động điện.
Vì hiệu điện thế hệ thống pin mặt trời thay đổi theo cường độ bức xạ nên các điện thế vào và ra của bộ biến đổi điện phải được thiết kế trong một khoảng dao động rộng để phù hợp các điều kiện trên.
Trong luận văn này, tác giả đề xuất lựa chọn Bộ biến đổi điện có lưu trữ Sungrow SH10RT có cơng suất 10 kW của Cơng ty SUNGROW – Trung Quốc. Đây là một trong những công ty hàng đầu thế giới về công nghệ quang điện, với 24 năm kinh nghiệm có đại lý bán hàng và dịch vụ tại 20 nước và đặc biệt phổ biến tại Việt Nam .Bộ Inverter Sungrow SH10RT có nhiều tính năng, áp dụng cơng nghệ tiên tiến, là dịng sản phẩm mới dẫn đầu ngành công nghiệp năng lượng mặt trời, phù hợp với các dự án điện mặt trời có lưu trữ cho doanh nghiệp (hình 3.15, 3.16, 3.17, 3.18; bảng 3.3):
+ Khả năng tối ưu năng lượng mặt trời với 2 MPPT ( 2 chuỗi/MPPT); + Cho phép công suất đỉnh DC đầu vào lên đến 150%;
+ Thiết kế nhỏ gọn, tiết kiệm được khơng gian và có thể tự đứng, khơng cần gắn tường;
+ Bảo vệ quá áp DC, AC. Bảo vệ chạm đất, ngắn mạch AC;
+ Tích hợp sẵn thiết bị hịa lưới, giám sát và tự điều chỉnh để đảm bảo lượng công suất phát của hệ thống pin mặt trời là tối đa, nhận/phát công suất từ lưới để cung cấp đủ cho phụ tải;
+ Cho phép giám sát hoạt động của Inverter từ xa qua mạng Wifi từ các thiết bị thông minh; khả năng kết nối giám sát dữ liệu qua giao thức Modbus (kết nối SCADA với hệ thống điện), truy xuất dữ liệu vận hành qua cổng RS485…