13.1 Nhập dữ liệu khí tượng cho phần mềm:
Hình 13.1: Các dữ liệu khí tượng cần xác định trong phần mềm PVsyst
- Ở mục Geographical sites nhập tìm kiếm vị trí của tịa chung cư An Dân.
Hình 13.2: Xác định tọa độ địa lí tịa nhà trên phần mềm PVsyst
- Chọn meteonorm để thu thập dữ liệu bức xạ mặt trời.
Luận văn tốt nghiệp Nguyễn Tất Trang-1513570
Hình 13.3: Dữ liệu bức xạ mặt trời 13.2 Thiết kế mô phỏng:
Khi thực hiện mơ phỏng cần tính tốn lựa chọn hướng và góc nghiêng tấm pin sao cho hiệu quả nhất.
13.2.1 Góc nghiêng của tấm pin:
Giả sử tại Thành phố Hồ Chí Minh. Vào ngày 14/11/2019.
Góc nghiêng độ :
Góc nghiêng độ là góc hợp bởi mặt phẳng xích đạo với đường thẳng nối tâm mặt trời và tâm trái đất.
biến thiên trong khoảng +/- 23.45
Là một hàm của hình sin tính theo ngày, bắt đầu từ ngày Xuân phân (n=81) tính cho cả năm 365 ngày.
= 23.45 x sin [ 360
365∗(n−81)]
Ngày 19/3 nên n = 78. Tính từ ngày Xuân phân ( n= 81)
= 23.45 x sin [ 360
365∗(n−81)] = 23.45 x sin [ 360
365∗(78−81)] = -1.150
Mặt trời ở bán cầu nam
Luận văn tốt nghiệp Nguyễn Tất Trang-1513570
Góc cao độ giữa trưa BN:
Góc cao độ giữa trưa là góc giữa tia nắng mặt trời với mặt phẳng trái đất. BN = 90o – L +
BN = 90o – L +
Góc nghiêng của tấm pin Tilt:
Để tia nắng mặt trời chiếu vng góc với giàn pin mặt trời thì góc nghiêng bằng: Tilt = 90o – BN = 90o – 78.1o = 11.9o
Chọn lắp đặt pin theo góc 11.9o
Góc phương vị:
Góc phương vị là góc giữa hướng Nam và hướng tấm pin đối diện. Hướng về phía Tây tính theo góc dương, hướng về phía Đơng tính theo góc âm. Tịa nhà chung cư An Dân
nằm đối diện hướng bắc nên chọn góc phương vị Φs = 0o.
Nhập số liệu góc nghiêng (Plane Tilt) và góc phương vị (Azimuth) trên PVsyst
Hình 13.4: Góc nghiêng của tấm pin trên phần mềm.
Luận văn tốt nghiệp Nguyễn Tất Trang-1513570
13.2.2 Cài đặt thơng số tấm pin và inverter:
Hình 13.5: Chọn tấm pin và inverter trên PVsyst
Phần mềm cho ra kết quả tương tự kết quả thiết kế ở chương 9.
Lắp đặt 600 tấm pin với 20 dãy song song song, mỗi dãy 30 tấm nối tiếp.
Luận văn tốt nghiệp Nguyễn Tất Trang-1513570
Hình 13.6: Kết quả thiết kế hệ thống pin và Inverter trên phần mềm
Vào mục Showsizing để xem đặc tính làm việc của Inverter
Hình 13.7: Đặc tính làm việc của Inverter
Nhận xét: Trong hình đặc tính V-A “Array Voltage Sizing” ta có thể thấy vùng điện
áp, dịng điện ứng với điểm cơng suất cực đại của hệ thống pin quang điện nằm trong giới hạn làm việc cho phép của Inverter. Nên Inverter được chọn đáp ứng được yêu cầu.
Trong hình phân bố cơng suất đầu ra của Inverter “Powersizing: Inverter output distribution” ta thấy giá trị công suất danh nghĩa của Inverter là không đáp ứng được công suất danh nghĩa của hệ thống pin quang điện. Tuy nhiên, trong hệ thống cịn có nhiều thông số tổn thất khác làm giảm giá trị công suất đầu vào từ hệ thống pin đến
Luận văn tốt nghiệp Nguyễn Tất Trang-1513570
Inverter. Nên có thể chọn Inverter cơng suất nhỏ hơn để tiết kiệm chi phí mà vẫn tối ưu công suất hệ thống.
13.2.3 Thiết lập các hệ số tổn thất trên phần mềm:
- Tổn thất do nhiệt độ (Thermal Parameter):
- Tổn thất dây dẫn (Ohmic Losses):
-Tổn thất do bụi bẩn tấm pin (Soiling Loss):
-Tổn thất do phản xạ ánh sáng (IAM Losses): phản xạ do luật Frenel
Luận văn tốt nghiệp Nguyễn Tất Trang-1513570
Một số tổn thất khác:
Trong đó:
-Module quality: Tổn thất do chất lượng của pin quang điện. Giá trị này quyết
định bởi hiệu suất danh nghĩa trên module của nhà sản xuất cung cấp.
-LID-Light Induced Degradation:Hiệu ứng suy giảm cảm ứng ánh sáng. Là tổn
thất phát sinh trong những giờ đầu tiên tấm pin tiếp nhận ánh sáng mặt trời.
-Module Mismatch Losses:Tổn thất không phù hợp Module của các tấm pin. Do các module không bao giờ giống nhau hồn tồn nên sẽ có độ lệch về điện áp và công suất.
-Module voltage mismatch:Tổn thất không phù hợp điện áp tại các MPP của Inverter.
Do các MPP kết nối với các tấm pin đặc nhiều vị trí khác nhau nên điện áp vào mỗi MPP của Inverter có sự chênh lệch.
Luận văn tốt nghiệp Nguyễn Tất Trang-1513570
13.2.4 Dựng mơ hình 3D để xác định hệ số tổn hao bóng che:
Hình 13.8: Hình mơ phỏng 3D lắp đặt pin trên PVsyst
Bảng 13.9: Bảng kết quả bóng che của hệ thống PV
Luận văn tốt nghiệp Nguyễn Tất Trang-1513570
Hình 13.10: Đồ thị bóng che của hệ thống PV
Thiết lập kết nối tấm pin cho các ngõ vào MPPT của Inverter
Bước thiết kế cuối cùng là kết nối các tấm pin với nhau tạo thành 15 dãy pin song song để đưa vào MPPT của Inverter.
Vì độ che bóng ở mỗi diện tích lắp đặt hệ thống pin là khác nhau nên cần thiết kế sao cho dòng điện DC đi vào mỗi MPPT của Inverter là tối ưu nhất.
Trên phần mềm PVsyst có tính năng kết nối pin tự động (Auto Attribution) dựa theo hướng bắt đầu và số hàng cho một chuỗi pin nối tiếp… Ở đây sinh viên lựa chọn phương án thiết kế thủ công, được mơ tả như hình bên dưới:
Kết quả thiết kế ngõ vào
Hình 13.11: Cách kết nối các tấm pin để đưa vào MPPT Inverter
Luận văn tốt nghiệp Nguyễn Tất Trang-1513570
Hình 13.12: Mơ hình 3D của phân bố tấm pin 13.3 Kết quả mơ phỏng
Tiến hành chạy mô phỏng ta được kết quả sau đây
Hình 13.13: Kết quả chạy mơ phỏng trên PVsyst Nhận xét:
Biểu đồ năng lượng bức xạ trong một năm là tập hợp của 365 điểm. Các điểm này thể hiện mối liên hệ giữa lượng điện hệ thống PV sinh ra trong một ngày với cường độ bức xạ tại bề mặt tấm pin trong ngày đó.
Nhìn vào đồ thị Input/Output ta thấy gần như một đường thẳng nên hệ thống PV nối lưới đã thiết kế hoạt động tốt. Đường cong đồ thị không đáng kể nên ảnh hưởng của nhiệt độ là không nhiều. Ở cường độ bức xạ cao, khơng có điểm nào đi chệch khỏi đường đặc tuyến nên khơng có tình trạng q tải.
Luận văn tốt nghiệp Nguyễn Tất Trang-1513570
Để xem kết quả chi tiết ta có thể chọn mục Report hoặc có thể chọn mục Predef.graphs và Hourlygraphs để xem một số đồ thị.
Một số kết quả thu được
Hình 13.14: Bảng tổng hợp kết quả hệ thống PV tòa nhà
- GlobHor: Bức xạ mặt trời theo phương ngang. Đây là dữ liệu khí tượng đầu vào.
- DiffHor: Khuyến tán bức xạ theo phương ngang.
- T_Amb: Nhiệt độ trung bình trong các tháng.
-GlobInc: Bức xạ mặt trời tại mặt phẳng tấm pin mà khơng có bất kỳ giá trị tổn
hao nào.
-GlobEff: Bức xạ mặt trời tại mặt phẳng tấm pin sau khi bị tổn thất quang học (xa và
gần các bóng râm, phản xạ bề mặt, tổn thất bụi bẩn).
- EArray: Năng lượng được tạo ra bởi hệ thống tấm pin mặt trời(đầu vào của Inverter).
-E_Grid: Năng lượng được hòa vào lưới điện, sau khi qua Inverter và tổn thất
dây dẫn.
- PR: Hiệu suất của hệ thống qua các tháng.
Luận văn tốt nghiệp Nguyễn Tất Trang-1513570
Hình 13.15: Biều đồ lượng điện sinh ra trong 1 ngày (kWh/kWp/day)
Hình 13.16: Hiệu suất của hệ thống PV tòa nhà
Luận văn tốt nghiệp Nguyễn Tất Trang-1513570
Hình 13.17: Tổn hao cơng suất trong 1 năm
Trong đó:
Năng lượng bức xạ theo dữ liệu khí tượng trung bình trong năm là: 1792kWh/m2
Hệ số suy giảm bức xạ:
- Near Shadings: irradianceloss: Hệ số suy giảm hiệu suất do bóng che.
-IAMfactor on global: Hệ số suy giảm hiệu suất do phản xạ trên bề mặt pin
quang điện.
-Soiling loss factor: Hệ số suy giảm hiệu suất do bụi bẩn tấm pin quang điện. Năng
lượng bức xạ hiệu quả trung bình trong năm là 1700kWh/m2 Hiệu suất chuyển đổi
điện của tấm pin quang điện ở điều kiện chuẩn là 17.55% Tổng năng lượng hệ thống PV sinh ra ở điều kiện chuẩn là: 178.5MWh Hệ số suy giảm năng lượng:
- Module Degradation Loss: Suy giảm hiệu suất hoạt động của hệ thống qua các năm.
- PV loss due to irradiance level: Suy giảm hiệu suất do cường độ bức xạ khác nhau.
- PV loss due to temperature: Suy giảm hiệu suất do nhiệt độ.
- Modulequalityloss: Suy giảm hiệu suất do chất lượng của tấm pin.
Luận văn tốt nghiệp Nguyễn Tất Trang-1513570
-LID-Light Induced Degradation: Hiệu ứng suy giảm cảm ứng ánh sáng. Là tổn
thất phát sinh trong những giờ đầu tiên tấm pin tiếp nhận ánh sáng mặt trời.
- Module Mismatch Losses: Tổn thất không phù hợp Module của các tấm pin. Do các module không bao giờ giống nhau hồn tồn nên sẽ có độ lệch về điện áp và công suất.
- Ohmic wiring loss: Suy giảm hiệu suất do điện trở của dây dẫn.
-Inverter loss during operation: Suy giảm hiệu suất quá trình chuyển đổi DC-AC
của Inverter
- AC ohmic loss: Suy giảm hiệu suất do dây dẫn từ Inverter đến điểm nối lưới.
-External transform loss: Suy giảm hiệu suất do máy biến áp đặt ngồi tịa nhà.
Tổng năng lượng hệ thống PV sinh ra ở điều kiện thực tế:157.7MWh
Nhận xét: Hiệu suất của hệ thống điện mặt trời tịa nhà chỉ ở mức trung bình. Tổn thất
do nhiệt độ tấm pin quang điện là lớn,làm ảnh hưởng nhất định đến sản lượng điện tạo ra của hệ thống.
Phải có những biện pháp hạn chế các hệ số tổn thất khác như là: Nâng cao chất lượng thiết bị hệ thống; vệ sinh tấm pin quang điện theo định kỳ; xây dựng hệ thống điều hướng tấm pin theo hướng nắng để tối ưu hóa lượng điện tạo ra…
13.4 Kết luận:
Sinh viên không thiết kế hệ thống PV cho một tải cụ thể nên toàn bộ lượng điện do hệ thống PV sinh ra được đưa đến tủ phân phối chính của chung cư. Lượng điện sinh ra này giúp giảm thiểu số tiền phải mua điện hàng tháng cho chung cư chứ chưa thể tự cung cấp cho tồn bộ chung cư mà khơng cần sử dụng điện từ nguồn điện lực. Theo bảng chương 13 ta có tổngsản lượng điện sinh ra trung bình trong một năm là:158*2 = 316 MWh/year. Kết quả được tính tốn trên phần mềm PVsyst là 157.7 * 2
=315.4 MWh/year. Phần mềm cho kết quả nhỏ hơn tính tay bởi vì trên phần mềm có
tính đến các hệ sốtổn hao.Việc chỉnh định các giá tri tổn hao trong phần mềm theo tiêu chuẩn giúp cho kết quả mô phỏng hệ thống PV tương tự như một hệ thống ngoài thực tế. Vì vậy kết quả trên phần mềm là trựcquan hơn so với tính tay.
Hiện nay, cơng nghệ kỹ thuật ngày càng phát triển, làm cho chi phí lắp đặt hệ thống điện mặt trời giảm đáng kế, rút ngắn thời gian hoàn vốn cho chủ đầu tư nên việc đầu tư hệ thống điện mặt trời ngày càng phổ biến.
Điện mặt trời đang và sẽ là xu thế trong tương lai khơng xa. Vì vậy, các lĩnh vực liên quan đến ngành năng lượng mới nói chung và năng lượng mặt trời nói riêng đang có rất nhiều tiềm năng để phát triển. Để thiết kế một hệ thống điện mặt trời hiệu quả địi hỏi người thiết kế khơng chỉ am hiểu về mặt kỹ thuật mà còn phải am hiểu nhiều lĩnh vực liên quan đến hệ thống như: Vị trí địa lý, khí hậu, thời tiết… ở nơi cần lắp đặt hệ thống.
Luận văn tốt nghiệp Nguyễn Tất Trang-1513570
Chuyên đề thiết kế hệ thống điện mặt trời nối lưới trong bài luận văn được thực hiện trong thời gian ngắn và kiến thức của sinh viên cịn nhiều hạn chế. Do đó, kết quả thiết kế trên phần mềm PVsyst chỉ mang tính chất tương đối.
Luận văn tốt nghiệp Nguyễn Tất Trang-1513570
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1].Hướng dẫn đồ án môn học thiết kế cung cấp điện, Nhà xuất bản Đại Học
Quốc Gia TP. Hồ Chí Minh – Năm 2016 của tác giả: Phan thị Thanh Bình- Dương Lan Hương – Phan Thị Thu Vân- Nguyễn Thị Hoàng Liên
[2].Hướng dẫn thiết kế lắp đặt điện theo tiêu chuẩn quốc tế IEC, Nhà xuất bản Khoa
học và Kỹ thuật, năm 2017.
[3].Kỹ thuật chiếu sáng, Nhà xuất bản Đại Học Quốc Gia TP. Hồ Chí Minh – Năm
2011 của tác giả : Dương Lan Hương.
[4]. TCVN 9206-2012: Lắp đặt thiết bị điện trong nhà ở và cơng trình cơng cộng.
[5]. TCVN 9207-2012: Đặt đường dây dẫn điện trong nhà ở và cơng trình cơng
cộng.
[6]. TCXDVN 33-2006 về Cấp nước – Mạng lưới đường ống và cơng trình.
[7].Nghị định Chính phủ số 137/2013/NĐ-CP ban hành 21/10/2013 về Hướng dẫn
Luật Điện lực và Luật Điện lực sửa đổi.