Chương 10 : KHẢO SÁỐ́T SỐỐ́ LIỆU BỨC XẠỌ̣ MẶT TRỜI
11.1Chọn dàn pin quang điện:
Cấu hình lắp đặt các tấm pin.
Các tấm pin được lắp đặt theo thiết kế như sau:
Hình 11.1: Lắp đặt pin
Góc nghiêng: 12o, hướng chính Nam nên Azimuth:0o
11.1.1 Pin quang điện:
Giới thiệu về pin quang điện
Pin quang điện là hệ thống các tấm vật liệu đặc biệt có khả năng chuyển đổi quang năng của ánh sáng mặt trời thành điện năng. Pin quang điện được cấu tạo bằng các tế bào quang điện (cells) đơn tinh thể (monocrystalline) và đa tinh thể
(polycrystalline) có hiệu suất cao (15% - 20%), có tuổi thọ trung bình 30 năm
Luận văn tốt nghiệp Nguyễn Tất Trang-1513570
Hình 11.2: Tấm pin monocrystalline và polycrystalline Bảng 11.1: So sánh pin Mono và pin Poly
So sánh Cấu tạo Hiệu suất Màu sắc Giá thành Tuổi thọ Các nhà sản xuất Trang 94
Luận văn tốt nghiệp Nguyễn Tất Trang-1513570
Lựa chọn pin quang điện
- Dựa vào bảng so sánh của 2 loại pin quang điện. Chúng ta xem xét,
tầng mái tồn nhà có cường độ nắng cao không bị che khuất nên chọn tấm pin polycrystalline để thiết kế hệ thống điện PV cho tòa nhà.
- Chọn pin Polycrystalline HANWHA Q CELLS model QLUS L G4 2
350W do HANWHA sản xuất.
Hình 11.3: Tấm pin QPLUS L G4 2 350W
Luận văn tốt nghiệp Nguyễn Tất Trang-1513570
Hình 11.4: Kích thước tấm pin QLUS L G4 2 350W Thơng số kĩ thuật tấm pin
Hình 11.5: Thơng số điện của tấm pin
Ýnghĩa các thông số kỹ thuật của tấm pin:
- Pmax: Cịn gọi là điểm cơng suất cực đại (maximum Power Point) là điểm
mà công suất của tấm pin sinh ra là lớn nhất, tại điểm cong nhất của đồ thị đặc tuyến I-V. Khi sử dụng điều khiển sạc hay kích điện có MPPT, đây chính là điểm MPPT, đây chính là điểm mà MPPT cố gắng giữ để có được cơng suất tối đa.
- Voc: Cịn gọi là điện áp hở mạch (Open Circuit Voltage) là điện áp mà tấm
pin sinh ra khi khơng tải. Đây là một thơng số quan trọng vì nó là điện áp tối đa mà tấm pin có thể tạo ra trong điều kiện tiêu chuẩn. Từ đó có thể chọn ra phương án kết nối các tấm pin trong một dãy để kết nối với Inverter.
Luận văn tốt nghiệp Nguyễn Tất Trang-1513570
- Isc: Còn gọi là dòng điện ngắn mạch (Short Circuit Current) đây là dòng
điện lớn nhất mà tấm pin sinh ra ở điều kiện tiêu chuẩn.
- Vmpp: Cịn gọi là điện áp làm việc tại cơng suất cực đại (Maximum Power
Point Voltage). Đây là điện áp mà tại đó cơng suất đầu ra là tốt nhất trong điều kiện tiêu chuẩn.
- Hiệu suất quang năng (Module efficiency): là khả năng chuyển đổi từ
bức xạ mặt trời thành điện năng.
11.1.2 Tính tốn số tấm pin cần thiết kếTính tốn số tấm pin cần sử dụng: Tính tốn số tấm pin cần sử dụng:
- Diện tích dự kiến lắm đặt 1500 m2. Ta có kích thước tấm pin là: 1.994x1.000 m
- Số tấm pin cần thiết ước tính:
n ≤
Chọn 600 tấm pin với 30 dãy song song, mỗi dãy gồm 20 tấm nối tiếp
Tính thơng số thực của tấm pin ở điều kiện môi trường:
- Ở điều kiện môi trường: Tamb= 35oC, G=1000(W/m2)
- Nhiệt độ thực của tấm pin:
Tcell = Tamb + ( NOCT −20 )S = 35 + ( 43−20 ) x 1=63.75oC
0.8 0.8
- Công suất cực đại của tấm pin:
P35 = PSC[1 + kp(Tcell – 25)] = 350 x [1 – 0.004(63.75 - 25)] = 295.75 (W)
- Dòng điện ngắn mạch của tấm pin:
I35 = ISC[1 + ki(Tcell – 25)] = 9.64 x [1+0.0004(63.75 – 25)] = 9.8 (A)
- Hiệu suất tấm pin:
nPV =
Luận văn tốt nghiệp Nguyễn Tất Trang-1513570
Hình 11.6: Thơng số thực của tấm pin ở điều kiện 35oC trên PVsyst Nhận xét: Trên phần mềm PVsyst, ở điều kiện nhiệt độ 35o C, G=1000W/m2. Công suất thực t=của tấm pin phát ra là 336.1W. Dòng điện ngắn mạch ISC = 9.73A. Kết quả trên phần mềm có chênh lệch so với tính tốn lý thuyết nên khi tính tốn lấy số liệu tính tốn lý thuyết làm cơ sở. Phần mềm chạy mô phỏng để đối chiếu, so sánh kết quả.
Điện năng phát ra trung bình của 1 tấm pin trong 1 ngày tháng 1 là:
Epv = nPV x es x SPV = 14.83% x 4.9 x (1.994 x 1) =1.449 (kWH/day)
Trong đó:
- nPV: Hiệu suất tấm pin.
- es(kWh/m2/ngày): Cường độ bức xạ mặt trời trung bình trong tháng 1.
- Tính tương tự với các tháng cịn lại trong năm, ta có bảng số liệu dưới đây:
Luận văn tốt nghiệp Nguyễn Tất Trang-1513570
Bảng 11.2: Điện năng 1 tấm pin thu được trong một ngày của các tháng trong năm Tháng 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 11.2 Chọn Inverter 11.2.1 Lựa chọn Inverter
Bộ Inverter hòa lưới điện năng lượng mặt trời được lập trình thơng minh có chức năng để chuyển hóa dịng điện 1 chiều của tấm pin năng lượng mặt trời thành điện xoay chiều tần số và pha giống như điện lưới và hòa trực tiếp vào lưới điện để sử dụng.
Chọn Inverter
Chọn Inverter của hãng ABB 100kW
Hình 11.7: Inverter 100kW Thơng số inverter:
Luận văn tốt nghiệp Nguyễn Tất Trang-1513570
Hình 11.8: Thơng số Inverter Kết quả trên phần mềm PVsyst.
Hình 11.9: Kết quả chọn Pin và Inverters trên phần mềm PVsyst
Luận văn tốt nghiệp Nguyễn Tất Trang-1513570
11.3 Lựa chọn dây dẫn cho hệ thống PV
Chọn dây dẫn theo điều kiện phát nóng cho phép áp dụng cho các tiêu chuẩn của Hội đồng Kỹ thuật điện Quốc tế (IEC- International Electrotechical Commission).
I ≥ I = Ilvmax
cp hc K
Trong đó: Icp: dịng cho phép của dây dẫn (A)
Ilvmax: dịng làm việc lớn nhất của phụ tải tính tốn (A)
K: hệ số hiệu chỉnh theo điều kiện lắp đặt
Chọn dây từ Inverter đến tủ phân phối chính:
Cơng suất của Inverter Pinv(kW)= 100(kW)
Dòng điện làm việc max ra khỏi inverter 77A
Chọn IđmCB= 80(A) - Dòng điện hiệu chỉnh: Ihc= IdmCB = 80 = 126.76(A) K hc 0.71
Với: Hệ số dây đi trên máng cáp: K1= 1
Hệ số dây dẫn đi kèm K2= 0.82 (3 dây)
Hệ số hiệu chỉnh nhiệt độ tại 0oC K3=0.87
Tra catalogue của hãng CADIVI ta chọn dây CVV 3x35mm2 có Icp= 128(A)
ro= 0.596(mΩ/m), xo= 0.083(mΩ/m), chiều dài dây 50m.
- Kiểm tra điều kiện chọn dây:
Icp x Khc = 128 x 0.87 = 111.36(A) > IđmCB = 80 (A) (thỏa)
- Kiểm tra độ sụt áp: U = √ 3 I ( rcosφ + x sinφ ) ∗ L Δ U dm = √ 3 ∗ 77 ∗ (0.596 ∗ 0.963 + 0.083 ∗ 0.27) ∗ 50 ∗ 10 −3 380 = 1.04% < 5%
11.4 Tính tốn ngắn mạch và chọn thiết bị bảo vệ cho hệ thống PV
- Công suất của Inverter:
Sinv = Pinv = 100(kVA)
- Trở kháng tương đương của Inverter:
Luận văn tốt nghiệp
Zinv =I LR/I
RM
- Điện trở kháng tương đương của Inverter:
Z inv
1.06
Xinv = √1+( R
Xinvinv )2 = √1+0.12 = 1.055(Ω)
- Điện trở tương đương của Inverter:
Rinv = √Z2inv −X2inv = √1.062−1.0552 = 0.13 (Ω) Chọn CB đi ra từ Inverter vào tủ phân phối chính:
- Điện trở dây đi từ Inverter vào tủ PV có chiều dài L= 50m
với: r1 = 0.2 (mΩ/m); x1= 0.03 (mΩ/m)
r0ph-pe = 2.105 (mΩ/m); x0ph-pe = 0.389 (mΩ/m)
- Dòng ngắn mạch 3 pha lớn nhất:
Z3ph-min = √(Rinv +r1∗L)2+(Xinv +x1∗L)2
=√(0.136+0.2∗50)2 +(1.326+0.03∗50)2 = 10.52 (mΩ)
Ik3max=
- Dòng ngắn mạch 1 pha nhỏ nhất:
Z1ph-max = √(Rinv +r0 ph−pe∗L)2+(X ¿ ¿inv+ x0 ph− pe∗L)2 ¿ = 107.41 (mΩ)
I
k1min
Chọn CB:
Luận văn tốt nghiệp Nguyễn Tất Trang-1513570
Uđm-CB = 400V, Icu = 30(kA) Trip Unit C
Luận văn tốt nghiệp Nguyễn Tất Trang-1513570
Chương 12: TÍỐ́NH TOÁỐ́N CHI PHÍỐ́ VÀ THỜI GIAN HỒN VỚỐ́N12.1 Tính tốn chi phí: 12.1 Tính tốn chi phí:
Tra trên Internet và catalogue
Tra trên Internet và catalogue của các hãng theo mã thiết bị sinh viêc tham khảo được giá thành sản phẩm.
Tổng hợp các thiết bị và số lượng thiết bị cần thiết trong hệ thống PV. Ta thống kê được bảng tổng chi phí lặp đặt hệ thống:
Bảng 12.1 Thống kê chi phí lắp đặt hệ thống PV
Tên thiết bị Mã thiết bị
Pin QPLUS L G4 2 350W
Inverter ABB PVS-100-120-
TL_EN_Rec-I
CB Inverter EASYPACT EZC 100
Dây dẫn CVV-3x35mm2
Chi phí lắp đặt (10%)
12.2 Tính tồn thời gian hồn vốn
Dựa vào kết quả tính tốn chương 9 ta được tổng lượng điện năng do hệ thống PV sinh ra trung bình trong một ngày của các tháng trong năm.
Bảng 11.2: Điện năng hệ thống PV sinh ra trung bình trong 1 ngày
Tháng Cường đọ bức xạ TB ngày (kWh/m2/ngày) 1 4.9 2 4.8 3 5.4 4 4.9 5 5.3 6 5.4 7 5.4 8 5.4 9 4.5 10 4.7 11 4.5 12 4.5
Tổng lượng điện năng tạo ra từ hệ pin mặt trời trung bình trong ngày là:
A= 883 (kWh)
EVN bán điện cho khu chung cư theo giá quy định tại mục 7. Phụ lục của Quyết đinh số 4495/QĐ-BCT ngày 1/12/2017 của Bộ Công Thương.
Giá bán buôn điện cho tổ hợp thương mại - dịch vụ - sinh hoạt:
Luận văn tốt nghiệp
Nhóm đối tượng khách hàng Giá bán buôn điện sinh hoạt Bậc 1: Cho kWh từ 0 - 50 Bậc 1: Cho kWh từ 51 - 100 Bậc 1: Cho kWh từ 101 - 200 Bậc 1: Cho kWh từ 201 - 300 Bậc 1: Cho kWh từ 301 - 400 Bậc 1: Cho kWh từ 401 trở lên
Hình 12.1: Giá bán bn điện sinh hoạt cho chung cư cao tầng
Dự kiến mức sử dụng điện ở bậc 6: Cho kWh từ 401 trở lên
- Tổng tiền điện tạo ra trong một ngày:
T1 = 883 x 2.647 = 2.337.301 (VNĐ)
- Tổng tiền điện tạo ra trong một năm:
T2 = 2.337.301 x 365 = 853.114.865 (VNĐ)
Tính tốn thu hồi vốn:
- Tổng chi phí đầu tư: P= 3.673.288.850 (VNĐ)
- Tổng tiền điện do nguồn PV tạo ra trong một năm: 853.114.865 (VNĐ)
Với mức lãi suất khi vay ngân hàng i= 5%/ năm
Ta có: P = A(P/A,i%,n) 3.673.288.850 = 853.114.865 x
n = 5
Vậy sau 5 năm sẽ thu hồi lại được vốn đầu tư ban đầu. Nếu lãi suất 0% thì thời gian thu hồi vốn là 4.3 năm.
Ta chỉ cần gần 5 năm là có thể hồn lại vốn, trong khi đó tuối thọ pin mặt trời lên đến khoảng 20 năm ( đối với bảo dưỡng và chất lượng pin tốt) lợi ích kinh tế khả quan.
Luận văn tốt nghiệp Nguyễn Tất Trang-1513570
Chương 13: MÔ PHỎNG TRÊN PHẦN MỀM PVSYST 13.1 Nhập dữ liệu khí tượng cho phần mềm: 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 thơng 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 mô phỏng
Tiến hành chạy mơ 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