Dung lượng của bộ acquy tính ra Ah phụ thuộc vào hiệu điến thế làm việc của hệ V, số ngày cần dự trữ năng lượng ( số ngày không có nắng) D, hiệu suất nạp phóng điện
của acquy Cb độ sâu phóng điện thích hợp DOS (khoảng 0.6 đến 0.7) và được tính theo
công thức sau:
C= .
.
,[Ah] (4.8) Trong đó
Ettpd : Tổng công suất tiêu thụ của các thiết bị tính theo ngày Vx : Hiệu điện thế của hệ
Ví dụ : Tổng điện năng tiêu thụ của một hệ như bảng 4.1 ( 5900 w), số ngày dự trữ không có nắng là 4 ngày bỏ qua hiệu suất nạp phóng điện của ắc quy hãy tính dung lượng ắc qui của hệ thống.
Giải :
Theo công thức 4.14. Chọn hiệu điện thế của hệ là 12v ta sẽ tính được dung lượng của ắc qui như sau :
C= 5900 x4 /12x0.7 = 23600 / 8.4 = 2809,5 [Ah]
Nếu V là hiệu điện thế làm việc của hệ thống nguồn, còn v là hiệu thế của mỗi bình acquy,thì số bình mắc nối tiếp trong bộ là :
Nnt = V/v (4.16) Số dãy bình mắc song song là
99
Trong đó mỗi bình có dung lượng Cb tính ra Ah. Tổng số bình acquy được xác định như sau :
N= . (4.18) Trong công thức trên D là số ngày dự phòng không có nắng được lựa chọn dưa trên số liệu khí tượng về số ngày không có nắng trung bình trong tháng đã nói ở trên và vào yêu cầu thực tế của tải tiêu thụ. Tuy nhiên không nên chọn D quá lớn,ví dụ >10 ngày, vì khi đó dung lượng acquy sẽ rất lớn, vừa tốn kém về chi phí lại làm cho acquy không khi nào được nạp đầy, gây hư hỏng cho acquy. Thông thường D được chọn trong khoảng từ 3 đến 10 ngày.
Câu hỏi hiểu bài:
183. Tại sao trong hệ thống năng lượng mặt trời cần phải có bộ biến đổi điện? 184. Tại sao khi tính toán một hệ thống năng lượng mặt trời cần phải tính toán năng
lượng yêu cầu Ettpd?
185. Khi tính toán một hệ thống năng lượng mặt trời tại sao cần phải cân nhắc vấn đề tăng dung lượng ắc qui hay tăng công suất của pin mặt trời?
186. Nếu như giữ dung lượng ắc qui không đổi và tăng công suất dàn pin năng lượng
mặt trời thì sẽ ảnh hưởng như thế nào đến hệ thống?
187. Nếu như giữ công suất pin năng lượng mặt trời không đổi và tăng dung lượng ắc
qui thì sẽ ảnh hưởng như thế nào đến hệ thống?
188. Khi mắc một hệ thông năng lượng mặt trời nối lưới chung ta có cần bộ điều khiển sạc hay không ? Anh (Chị) hãy giải thích tại sao ?
189. Đối với một hệ thống năng lượng mặt trời độc lập thì các phần tử cần phải có trong hệ thống là gì?
190. Đối với một hệ thống năng lượng mặt trời nối lưới thì các phần tử cần phải có trong hệ thống là gì?
191. Tại sao khi tính toán một hệ thống năng lượng mặt trời người ta cần phải lựa chọn số ngày không có nắng?
100
192.Nếu như khi tính toán một hệ thống năng lượng mặt trời số ngày không có nắng
chọn lớn hơn 10 thì sẽ ảnh hưởng gì đến hệ thống? 193.Anh ( Chị) hãy cho biết bộ điều khiển sạc là gì?
194.Anh ( Chị) hãy cho biết khi nào thì dùng bộ điều khiển sạc cho hệ thống năng lượng mặt trời?
195.Anh ( Chị) hãy cho biết chức năng của bộ điều khiển sạc?
196.Anh ( Chị) hãy cho biết tại sao bộ điều khiển sạc đóng vai trò quan trọng trong hệ thống năng lượng mặt trời?
197.Anh ( Chị) hãy cho biết khi tính toán thiết kế hệ thống năng lượng mặt trời cần có sơ đồ khối của hệ thống?
198.Anh ( Chị) hãy cho biết việc thiết kế sơ đồ khối của hệ thống ảnh hưởng đến yếu
tố gì?
199.Anh ( Chị) hãy cho biết tại sao khi chọn lựa dung lượng ắc qui cần phải cân nhắc?
200.Anh ( Chị) hãy cho biết nếu chọn dung lượng ắc qui lớn hơn tính toán sẽ ảnh
hưởng đến yếu tố gì?
201.Anh ( Chị) hãy cho biết nếu chọn lựa dung lượng ắc qui nhỏ hơn dự tính sẽ ảnh
hưởng như thế nào đến hệ thống?
202. Anh chị hãy cho biết ưu điểm của việc chọn lựa ắc qui lớnn hơn tính toán?
Bài tập tổng hợp
203. Cho bảng thông số bức xạ mặt trời như sau:
Tháng Bức xạ mặt trời trung bình
(kWh/m2/d)
1 3.179
101 3 3.896 4 4.391 5 5.475 6 4.531 7 6.005 8 4.139 9 5.175 10 4.476 11 3.647 12 3.811
a, Vẽ biễu đồ bức xạ mặt trời theo tháng b, Tính bức xạ mặt trời trung bình theo năm
204. Cho bảng thông số bức xạ mặt trời như sau:
Tháng Bức xạ mặt trời trung bình (kWh/m2/d) 1 3.179 2 4.356 3 3.896 4 4.391 5 5.475 6 4.531
102 7 6.005 8 4.139 9 5.175 10 4.476 11 3.647 12 3.811 Bảng thông số các thiết bị:
Thiết bị Công Suất (W) Số giờ sử dụng trong
ngày(h)
Tổng công suất tiêu thụ trong ngày(W) 4 Đèn huỳnh Quang (20w) 80 3 240 2 đèn Huỳnh Quang (40 w) 80 3 240 Máy các sét 5 4 20 Quạt bàn 50 6 300 Ti Vi màu 50 4 200
a, Dựa vào công thức đã học hãy tính toán lựa chọn các thiết bị cho hệ thống (pin mặt trời, ắc qui..)
b, Vẽ sơ đồ kết nối các thiết bị của hệ thống (sơ đồ đi dây, cách kết nối pin mặt trời, cách kết nối bình ắc qui)
103
c, Xây dựng chương trình tính toán lựa chọn các thiết bị bằng các phần mềm lập trình kỹ thuật ( Matlab, VB, excel…) Với các điều kiện ràng buộc sau:
- Số ngày không có nắng có thể nhập từ 0 đến 10 ngày
104
Tài liệu tham khảo
Tài liệu tiếng việt
[1] TS.Hoàng dương hùng, Năng lượng mặt trời lý thuyết và ứng dụng, Đại học bách khoa Đà Nẵng.
Tài liệu tiếng anh
[2] Mukund R.Patel, Wind and Solar Power Systems Design, Analysis, and Operation,
105
Chương 5
HỆ THỐNG LAI
Mục đích và yêu cầu
Sau khi học xong phần này sinh viên nắm được
Khái niệm về hệ thống lai
Một số hệ thống lai thông dụng
Số tiết lên lớp 2 tiết. Bảng phân chia thời lượng
STT NỘI DUNG SỐ TIẾT
1 Khái niệm hệ thống lai 1
2 Các hệ thống lai thông dụng 1
Trọng tâm của bài giảng
Các hệ thống lai thông dụng
5.1 Khái niệm (xem [1] trang 44)
Hệ thống lai năng lượng tái tạo là một hệ thống trong đó có từ hai nguồn năng lượng tái tạo khác nhau trở lên như là năng lượng gió, năng lượng mặt trời, năng lượng sinh khối…được tích hợp lại để cung cấp điện, nhiệt hoặc cả hai.
Nhưng ưu điểm của một hệ thống lai:
Khả năng kết hợp hai hoặc nhiều hơn các nguồn năng lượng tái tạo dựa trên cơ
sở về tiềm năng năng lượng tái tạo của từng địa phương
Bảo vệ môi trường đặc biệt là giảm khí thải co2
Đa dạng và ổn định nguồn cung cấp
Dễ dàng trong lắp đặt
Nhiên liệu dồi dào , xem như là vô tận
Chi phí có thể dự đoán được do không chịu ảnh hưởng của biến động giá nhiên
106 5.2 Các hệ thống lai thông dụng (xem [2],[3])
5.2.1 Hệ thống lai năng lượng gió-mặt trời-ắc quy (Wind-PV-Battery
hybrid system).
Hệ thống lai năng lượng gió-mặt trời-ắc quy (hình 5.1) là sự kết hợp giữa năng lượng gió năng lượng mặt trời để tạo thành một hệ thống cung cấp điện có khả năng lưu trữ tăng thời gian tự chủ về năng lượng , sử dụng tối ưu các nguồn năng lượng sẵn có và điều này có thể đảm bảo việc cung cấp có độ tin cậy cao. Để đối phó với điều kiện thời tiết khác nhau và hệ thống cung cấp điện cho phụ tải trong các điều kiện thời tiết xấu nhất hệ thống này đòi hỏi ắc quy có dung lượng lưu trữ lớn để cung cấp điện trong giai đoạn thời tiết nhiều mây hay gió trong nhiều ngày, do đó chi phí đầu tư ban đầu cho một hệ thống lai tương đối cao điều này làm giảm tỷ lệ sử dụng năng lượng tái tạo.
Thiết kế hệ thống lai thật tối ưu và phù hợp với đặc trưng vào điều kiện thời tiết ở từng khu vực là rất quang trọng. Đối với hệ thống lai gió-mặt trời-ắc quy đảm bảo pin mặt trời làm việc tại các điều kiện tối ưu nhất, do đó tuổi thọ của pin năng lượng mặt trời có thể kéo dài đến tối đa và chi phí sản xuất năng lượng giảm xuống ở mức tối thiểu.
107
Hình 5.1 Sơ đồ hệ thống lai Năng lượng mặt trời-tuốc bin gió- ắc qui
Trong những năm gần đây có rất nhiều phần mềm để mô phỏng tính toán các hệ thống năng lượng tái tạo. Bằng cách sử dụng mô phỏng trên máy tính có thể tìm ra được cấu hình tối ưu cho hệ thống bằng cách so sánh các hệ thống năng lượng tái tạo khác nhau cho từng điều kiện thời tiết khác nhau để tìm ra một hệ thống tối ưu.
5.2.2 Hệ thống lai năng lượng mặt trời – tế bào nhiên liệu (PV-fuel cell
hybrid system)
Tế bào nhiên liệu là sự biến đổi năng lượng hóa học của nhiên liệu thí dụ như là hiđrô trực tiếp thành năng lượng điện. Không giống như pin hoặc ắcquy, tế bào nhiên liệu không bị mất điện và cũng không có khả năng tích điện. Tế bào nhiên liệu hoạt động liên tục khi nhiên liệu (hiđrô) và chất ôxy hóa (ôxy) được đưa từ ngoài vào.
Hệ thống lai năng lượng mặt trời – tế bào nhiên liệu là sự kết hợp giữa năng lượng mặt trời và tế bào nhiên liêu. Khi có bức xạ mặt trời thì hệ thống năng lượng mặt trời sinh ra điện nhờ hiệu ứng quang điện, dòng điện do pin mặt trời sinh ra sẽ điện phân nước sinh ra khí hiđrô. Khí hi đrô sẽ được đưa vào tế bào nhiên liệu để tạo dòng điện khi cần thiết.
108
Ưu điểm của hệ thống là không sử dụng ắc qui, năng lượng được chuyển đổi từ pin mặt trời có thể được sử dụng trực tiếp thông qua bộ inverter ( đối với tải AC). Khi
yêu cầu của tải không cần nữa nguồn năng lường thừa này sẽ dùng để điện phân hi
đrô lưu trữ dùng khi cần thiết thông qua tế bào nhiên liệu. Câu hỏi hiểu bài:
205. Anh(Chị) hãy cho biết hệ thống lai là gì?
206. Anh(Chị) hãy cho biết tại sao lại có các hệ thống lai? 207. Anh(Chị) hãy cho biết ưu điểm của hệ thống lai? 208. Anh(Chị) hãy cho biết nhược điểm của hệ thống lai?
209. Anh ( Chị) hãy cho biết tại sao người ta lại sử dụng các hệ thống lai? 210. Anh(Chị) hãy cho biết các hệ thống lai mà Anh /(Chị) đã biết?
211. Anh(Chị) hãy cho biết ưu điểm của hệ thống lai năng lượng mặt trời/năng lượng
gió?
212. Anh ( Chị) hãy cho biết hệ thống lai năng lượng mặt trời/ năng lượng gió hổ trợ
cho nhau như thế nào?
213. Anh ( Chị) hãy cho biết hệ thống lai năng lượng mặt trời/ năng lượng gió khi một trong hai nguồn không hoạt động hệ thống sẽ như thế nào?
214. Anh(Chị) hãy cho biết nhược điểm của hệ thống lai năng lượng mặt trời/năng lượng gió?
215. Anh(Chị) hãy cho biết ưu điểm của hệ thống năng lượng mặt trời/tế bào nhiên liệu?
216. Anh ( Chị) hãy cho biết tại sao người ta hay sử dụng hệ thống lai năng lượng mặt trời tế bào nhiên liệu?
217. Anh (Chị) hãy giải thích tại sao người ta ít khi sử dụng hệ thống tế bào nhiên liệu độc lập trong hệ thống điện?
218. Anh(Chị) hãy cho biết nhược điểm của hệ thống năng lượng mặt trời/ tế bào nhiên liệu?
109
219. Anh(Chị) hãy cho biết tế bào nhiên liệu là gì?
110
Tài liệu tham khảo
[1] Paul Gipe, Wind energy basics a guide to small and Micro Wind systems, 1999, chelsea green publishing company.
[2] Hongxing Yang, Lin Lu, Wei Zhou, A novel optimization sizing model for hybrid solar-wind power generation system.
[3] Jose´ L. Bernal-Agustı´n, Rodolfo Dufo-Lo´ pez, Simulation and optimization of
stand-alone hybrid renewable energy systems, Renewable and Sustainable Energy
111
Chương 6
ỨNG DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI
Mục đích và yêu cầu
Sau khi học xong phần này sinh viên nắm được
Ứng dụng nối lưới
Ứng dụng không nối lưới Số tiết lên lớp 2 tiết.
Bảng phân chia thời lượng
STT NỘI DUNG SỐ TIẾT
1 Ứng dụng nối lưới 1
2 ứng dụng không nối lưới 1
Trọng tâm của bài giảng
Ứng dụng nối lưới và không nối lưới.
Ứng dụng của hệ thống năng lượng mặt trời rất đa dạng và phong phú vì nó đơn giản dể lắp đặt và sử dụng. Dưạ vào nhu cầu của con người, người ta chia ứng dụng của năng lượng mặt trời thành hai loại. Ứng dụng có kết nối lưới và ứng dụng không kết nối lưới.
6.1 Ứng dụng kết nối lưới (xem [1])
Ứng dụng kết nối lưới là một hệ thống năng lượng được sản xuất từ mặt trời có khả năng kết nối với hệ thống lưới điện quốc gia.
6.1.1 Nhà máy năng lượng mặt trời sử dụng pin năng lượng mặt trời
Nhà máy năng lượng mặt trời loại này rất thông dụng và dễ lắp đặt. Thông thường các nhà máy loại này không dùng ắc quy để nạp mà sản xuất điện trực tiếp từ các tấm pin năng lượng mặt trời thông qua bộ biến đổi điện để đưa điệp áp lên lưới.
112
Các phần tử trong hệ thống năng lượng mặt trời loại này rất đơn giản bao gồm pin năng lượng mặt trời và bộ biến đổi điện (Hình 6.1)
Hình 6.1Sơ đồ khối của nhà máy điện năng lượng mặt trời nối lưới
6.1.2. Nhà máy điện mặt trời sử dụng nhiệt độ cao
Ngoài phưong pháp truyền thống sử dụng hiệu ứng quang điện, điện năng còn có thể tạo ra từ năng lượng mặt trời dựa trên nguyên tắc tạo nhiệt độ cao bằng hệ thống gương phản chiếu và hội tụ đế gia nhiệt cho môi chất làm việc truyền động cho máy phát điện (Hình 6.1). Hiện nay trong các nhà máy nhiệt điện sử dụng năng lượng mặt trời có các loại hệ thống bộ thu chủ yếu sau đây:
Hệ thống dùng parabol trụ đế tập trung tia bức xạ mặt trời vào một ống môi chất đặt dọc theo đường hội tụ của bộ thu, nhiệt độ có thể đạt tới 400oC.
Tháp năng lượng mặt trời hệ thống sử dụng gương parabol tròn xoay định vị theo phương mặt trời để tập trung NLMT vào một bộ thu đặt ở tiêu điểm của gương, nhiệt độ có thể đạt trên 1500oC.
113
Hình 6.2 Nhà máy điện mặt trời nhiệt độ cao
Hiện nay người ta còn dùng năng lượng mặt trời đế phát điện theo kiểu “ tháp năng lượng mặt trời- solar power tower”. Australia đang tiến hành dự án xây dựng một tháp năng lượng mặt trời cao 1km với 32 tuốc bin khí có tổng công suất là 200MW. Dự tính đến năm 2006 thì tháp NLMT này sẽ cung cấp điện mỗi năm 650GWh cho 200.000 hộ gia đình ở miền tây nam, và sẽ giảm được 700.000 tấn khí gây hiệu ứng nhà kính mỗi năm.
Nguyên lý hoạt động của hệ thống tháp năng lượng mặt trời (Hình 6.3) Hệ thống nhận nhiệt trung tâm bằng cách sử dụng các gương phản xạ có định vị theo phương mặt trời đế tập trung NLMT đến bộ thu đặt trên đỉnh tháp cao, nhiệt độ có thể đạt từ 500 oC đến trên 1500oC. Nhiệt độ thu được dùng để nung nóng nước để chạy các máy phát điện bằng hơi nước. Hiên nay với công nghệ hiện đại hơn người ta có thể tích trữ nhiệt độ đủ để chạy các máy phát điện bằng hơi nước vào ban đêm khi mà các tấm thu năng lương không thể tạo ra nhiệt độ cao
114
Hình 6.3 Nguyên lý hoạt động nhà máy điện năng lượng mặt trời sử dụng nhiệt độ cao
. Nguyên lý hoạt động của loại này thay vì dùng nước như cách làm truyền thống thì người ta dùng dung dịch nước muối. Dung dịch nước muối khi gặp nhiệt độ cao sẽ bay hơi và tạo thành muối. Muối sẽ nóng chảy khi ở nhiệt độ 700 0C và thành chất lỏng ở 10000C. Bằng cách lưu trữ này người ta sẽ lưu trữ nhiệt độ lâu hơn có thể lưu trữ được