CHƯƠNG 3: NỘI DUNG VÀ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
3.5. Thiết kế mô hình hệ thống điện năng lượng mặt trời độc lập cho hộ gia đình
3.5.4. Tính toán hệ thống ĐMT cho các hộ dân tại ở thành phố Huế năm 2015
Bảng 3.9. Nhu cầu sử dụng các thiết bị điện của ngôi nhà
STT Các thiết bị điện gia dụng
Số lượng
Công suất (W)
Thời gian sử dụng trong ngày
(giờ)
Điện năng tiêu thụ trong ngày
(Wh) 1 Bóng đèn Led
Philips 1,2m 3 18 3 162
3 Quạt đứng
Panasonic 2 51 4 408
4 Ti vi Led TCL 24' 2 30 3 180
Tổng công suất điện năng tiêu thụ trong ngày: Etngày (Wh) 750
Để thiết kế một hệ thống ĐMT độc lập cho ngôi nhà, chúng ta lần lượt thực hiện các bước tính sau:
1. Xác định tổng lượng điện tiêu thụ mỗi ngày Etngày = 750 (Wh/ngày).
2. Tính số Wh các tấm pin mặt trời phải cung cấp cho toàn tải mỗi ngày EPV= 750 x 1.3 = 975 (Wh/ngày).
3. Công suất dàn pin mặt trời cần sử dụng là:
Tính diện tích của các tấm pin mặt trời:
Với cường độ bức xạ NLMT tại thành phố Huế là 4.37 (kWh/m2/ngày)
Spv = 975
4,37 𝑥 0,15 𝑥 0,8 𝑥 0,799= 2,32 (𝑚2) Công suất dàn pin mặt trời cần sử dụng là:
PVcông suất cực đại = 2,32 x 1000 x 0,15 = 348 (Wp)
Mô đun PV lựa chọn là mono–crystalline silicon SV-90W, công nghệ Singapore với các thông số kỹ thuật ở điều kiện kiểm tra tiêu chuẩn là có mật độ 1000 W/m2 và ở nhiệt độ 250C. Công suất cực đại Pmax = 90 W, thế ở công suất cực đại Vmp
= 17,9 V, dòng điện công suất cực đại Imp = 5,02 A, dòng ngắn mạch Isc = 5,55 A, thế hở mạch Voc = 22,35V. Như vậy, ta chọn 4 mô đun PV 90 W liên kết song song với nhau để cung cấp điện cho ngôi nhà.
4. Tính toán dung lượng ắc quy
Dung lượng ắc quy với 3 ngày dự phòng:
𝐷𝑢𝑛𝑔 𝑙ượ𝑛𝑔 ắ𝑐 𝑞𝑢𝑦 975 ì 3
0.8 ì 0,799 ì 12 = 381 (𝐴ℎ)
Ta chọn loại ắc quy khô kín khí Đồng Nai (CMF MF 75D26) 12V /100 Ah sử dụng cho hệ thống. Ta ghép 4 bình song song để có độ an toàn cao, nếu có 1 ắc quy bị hỏng thì vẫn còn các bình khác làm việc tốt trong thời gian chờ sửa chữa.
5. Tính bộ điều khiển nạp ắc quy
Thông số của mỗi tấm pin: Pmax = 90 W, Vmp = 17,9 V, Imp = 5,02 A, Voc= 22,35V, Isc = 5,55A.
Dũng điện bộ điều khiển nạp = 1,3 ì 4 ì 5,55 = 28,86 A Chọn bộ điều khiển nạp ắc quy có dòng 30A/12 V
6. Tính bộ đổi điện
Tổng công suất sử dụng Psd = 216 (W)
Công suất bộ đổi điện
PBĐĐ = 216 x 120% = 259,2 (W)
Ta có thể chọn chọn bộ đổi điện Model 450VA có công suất PInv = 300 W, 12 V (DC), 220 V (AC) và 50 Hz.
Bảng 3.10. Lựa chọn các thành phần trong hệ thống ĐMT độc lập cho hộ dân 1
Thành phần PPV PAQ Bộ điều khiển nạp Bộ đổi điện
Cụng suất 4 ì 90 Wp 4 ì 100 Ah 30A/12V 300 W 12V(DC), 220V(AC) 7. Phân tích kinh tế của hệ thống điện mặt trời
Phân tích kinh tế của hệ thống ĐMT độc lập:
Thời gian hoạt động của hệ thống PV được tính toán là F = 18 năm, ắc quy sẽ thay thế năm lần và đầu tư được thực hiện trong các năm (T) như sau: 3 , 6, 9, 12, 15 . Xét cho năm 2015, tỷ lệ lạm phát: d = 0,63 %, tỷ lệ chiết khấu hoặc tỷ lệ lãi suất: i = 6
%. Như vậy, giá trị hiện tại của tất cả các thành phần được tính toán như sau.
Chi phí đầu tư các tấm pin Mặt Trời là:
CPV = 29000 ì 360= 10 440 000 (VNĐ) Chi phí đầu tư ắc quy ban đầu là:
CAQ = 20000 ì 4000 = 8 000 000 (VNĐ)
Giá trị hiện tại của các bình ắc quy đầu tư để thay thế sau T năm:
CAQ3 = 8000000. ( 1 + 0,06 1 + 0,0063)
3
= 9 350 292 (VNĐ) CAQ6 = 8000000. ( 1 + 0,06
1 + 0,0063) = 10 928 495 (VNĐ)6 CAQ9 = 8000000. ( 1 + 0,06
1 + 0,0063)
9
= 12 773 077 (VNĐ)
CAQ12 = 8000000. ( 1 + 0,06 1 + 0,0063)
12
= 14 928 999 (VNĐ)
CAQ15 = 8000000. ( 1 + 0,06 1 + 0,0063)
15
= 17 448 812 (VNĐ) Chi phí đầu tư bộ nạp:
CN = 10 000 ì 4 ì 5,55 = 222 000 (VNĐ) Chi phí đầu tư bộ chuyển đổi điện:
CBCĐ = 10 000 ì 300 = 3 000 000 (VNĐ) Chi phí xây dựng hệ thống:
CXD= 10 % ì 10 440 000 = 1 044 000(VNĐ) Giá trị hiện tại của chi phí bảo dưỡng trong F= 18 sẽ là:
CBD = 2% ì 10 440 000 ì ( 1+0,06
1+0,0063) ì [1−(
1+0,06 1+0,0063)18
1−(1+0,00631+0,06 ) ] = 6 385 300 (VNĐ) Chi phí vòng đời của hệ thống sẽ là:
CPVĐ = CPV + CAQ + CAQ3 + CAQ6 + CAQ9 + CAQ12 +CAQ15 + CN + CBCĐ + CXD + CBD = 94 520 975 (VNĐ)
Chí phí vòng đời hàng năm của hệ thống ĐMT sẽ là:
𝐶𝑃𝑉Đ𝑁 = 94 520 975.
[1 − (1 + 0,06) (1 + 0,0063)] [1 − ( 1 + 0,06
1 + 0,0063)
18
]
= 3 255 785 (𝑉𝑁Đ)
Chi phí cho 1 kWh điện:
C1kWh = 3 255 785
365 ì 750 = 11 893 (VNĐ)
Bảng 3.11. Chi phí các thành phần của hệ thống ĐMT cho hộ dân 1
Thành phần Chi phí
( VNĐ )
CPV 10 440 000
CAQ 8 000 000
CAQ3 9 350 292
CAQ6 10 928 495
CAQ9 12 773 077
CAQ12 14 928 999
CAQ15 17 448 812
CN 222 000
CBCĐ 3 000 000
CXD 1 044 000
CBD 6 385 300
CPVĐ 94 520 975
CPVĐN 3 255 785
C1kWh 11 893
3.5.4.2. Phụ tải của hộ dân 2:
Bảng 3.11. Nhu cầu sử dụng các thiết bị điện của ngôi nhà
STT Các thiết bị điện gia dụng
Số lượng
Công suất (W)
Thời gian sử dụng trong ngày
(giờ)
Điện năng tiêu thụ trong ngày
(Wh) 1 Bóng đèn Led Philips
1,2m 3 18 3 162
2 Quạt đứng Panasonic 2 51 4 408
3 Máy vi tính để bàn 1 150 2 300
4 Nồi cơm điện Sharp 1 600 0,5 300
5 Ti vi Led TCL 24 in 2 30 3 180
Tổng công suất điện năng tiêu thụ trong ngày: Etngày (Wh) 1350
Tính toán tương tự như hộ dân 1 ta sẽ được các thông số trên bảng 3.12 Bảng 3.12. Tính toán công suất trong hệ thống ĐMT độc lập cho hộ dân 2
Hộ 2
Etngày EPV SPV PPVmax PAQ PBĐĐ
Wh Wh m2 Wp Ah W
1 350 1 755 4,19 628 686 1 159
Dựa vào PPvmax ta chọn 7 mô đun PV 90W liên kết song song với nhau để cung cấp điện cho ngôi nhà. Thông số của mỗi tấm pin: Pmax = 90W, Vmp = 17,9V,
Imp = 5,02A, Voc= 22,35V, Isc = 5,55A.
Dũng điện bộ điều khiển nạp = 1,3 ì 7 ì 5,55 = 50 A Chọn bộ điều khiển nạp ắc quy có dòng 50A/12V
Dựa vào dung lượng ắc quy ta chọn 7 bình loại ắc quy khô kín khí Đồng Nai (CMF MF 75D26) 12V /100Ah sử dụng cho hệ thống.
Dựa vào PBĐĐ ta có thể chọn chọn bộ đổi điện Mô đun 1800VA có công suất PInv = 1200W, 12 V (DC), 220V (AC) và 50Hz.
Bảng 3. 13. Lựa chọn các thành phần trong hệ thống ĐMT độc lập cho hộ dân 2
Thành phần PPV PAQ Bộ điều khiển nạp Bộ đổi điện
Cụng suất 7 ì 90 Wp 7 ì 100 Ah 50A/12V
1200 W 12V(DC), 220V(AC) Phân tích chi phí vòng đời cho hệ pin mặt trời hộ dân 2 ta tính được cho trên bảng 3.14.
Bảng 3.14. Chi phí các thành phần của hệ thống ĐMT cho hộ dân 2.
Thành phần Chi phí ( VNĐ )
CPV 18 270 000
CAQ 14 000 000
CAQ3 16 363 011
CAQ6 19 124 866
CAQ9 22 352 884
CAQ12 26 125 749
CAQ15 30 535 422
CN 388 500
CBCĐ 12 000 000
CXD 1 827 000
CBD 11 174 276
CPVĐ 172 161 707
CPVĐN 5 930 129
C1kWh 12 035
3.5.4.3. Phụ tải của hộ dân 3:
Bảng 3.15. Nhu cầu sử dụng các thiết bị điện của ngôi nhà
STT Các thiết bị điện gia dụng
Số lượng
Công suất (W)
Thời gian sử dụng trong ngày
(giờ)
Điện năng tiêu thụ trong ngày
(Wh) 1 Bóng đèn Led
Philips 1,2m 3 18 3 162
2 Quạt đứng
Panasonic 2 51 4 408
3 Máy vi tính để bàn 1 150 2 300
4 Nồi cơm điện
Sharp 1 600 0,5 300
5 Tủ lạnh Aqua 90L 1 65 12 780
6 Ti vi Led TCL 24
in 2 30 3 180
Tổng công suất điện năng tiêu thụ trong ngày: Etngày (Wh) 2130 Tính toán tương tự như hộ dân 1 ta sẽ được các thông số trên bảng 3.12 Bảng 3. 16. Tính toán công suất trong hệ thống ĐMT độc lập cho hộ dân 2
Hộ 3
Etngày EPV SPV PPVmax PAQ PBĐĐ
Wh Wh m2 Wp Ah W
2 130 2 769 6,61 991 1 083 1 237
Dựa vào PPvmax ta chọn 11 mô đun PV 90 W liên kết song song với nhau để cung cấp điện cho ngôi nhà. Thông số của mỗi tấm pin: Pmax = 90W, Vmp = 17,9V, Imp
= 5,02A, Voc= 22,35V, Isc = 5,55A.
Dũng điện bộ điều khiển nạp = 1,3 ì 11 ì 5,55 = 80 A Chọn bộ điều khiển nạp ắc quy có dòng 80A/12 V
Dựa vào dung lượng ắc quy ta chọn 11 bình ắc quy khô kín khí Đồng Nai (CMF MF 75D26) 12V /100 Ah sử dụng cho hệ thống.
Dựa vào PBĐĐ ta có thể chọn chọn bộ đổi điện có công suất PInv = 1500W, 12V (DC), 220V (AC) và 50 Hz.
Bảng 3. 17. Lựa chọn các thành phần trong hệ thống ĐMT độc lập cho hộ dân 3
Thành phần PPV PAQ Bộ điều khiển nạp Bộ đổi điện
Cụng suất 11 ì 90 Wp 11 ì 100 Ah 80A/12V 1500 W 12V(DC), 220V(AC) Phân tích chi phí vòng đời cho hệ pin mặt trời hộ dân 3 ta tính được như sau:
Bảng 3.18. Chi phí các thành phần của hệ thống ĐMT cho hộ dân 3
Thành phần Chi phí ( VNĐ )
CPV 28 710 000
CAQ 22 000 000
CAQ3 25 713 302
CAQ6 30 053 360
CAQ9 35 125 961
CAQ12 41 054 748
CAQ15 47 984 234
CN 610 500
CBCĐ 15 000 000
CXD 2 871 000
CBD 17 559 576
CPVĐ 266 682 682
CPVĐN 9 185 914
C1kWh 11 815
Để thuận tiện cho việc lựa chọn ta sẽ tổng hợp ba ngôi nhà như hình sau:
Bảng 3.19. Bảng tổng hợp các chi phí của ba ngôi nhà (VNĐ) Công suất
Chi phí (VNĐ)
Hộ dân 1 Hộ dân 2 Hộ dân 3
750 (Wh) 1350 (Wh) 2130 (Wh)
CPV 10 440 000 18 270 000 28 710 000
CAQ 8 000 000 14 000 000 22 000 000
CAQ3 9 350 292 16 363 011 25 713 302
CAQ6 10 928 495 19 124 866 30 053 360 CAQ9 12 773 077 22 352 884 35 125 961 CAQ12 14 928 999 26 125 749 41 054 748 CAQ15 17 448 812 30 535 422 47 984 234
CN 222 000 388 500 610 500
CBCĐ 3 000 000 12 000 000 15 000 000
CXD 1 044 000 1 827 000 2 871 000
CBD 6 385 300 11 174 276 17 559 576
CPVĐ 94 520 975 172 161 707 266 682 682 CPVĐN 3 255 785 5 930 129 9 185 914
C1kWh 11 893 12 035 11 815
Qua bảng 3.19 ta nhận thấy nếu hộ dân sử dụng càng nhiều phụ tải thì chi phí vòng đời của hệ thống ĐMT sẽ càng lớn. Nhưng nếu tính ra chi phí sử dụng cho 1kWh điện mặt trời của cả ba hộ dân thì không chênh lệch lắm.
- Phân tích chi phí cho 1kWh pin mặt trời
Tính số tiền điện 1kWh mà hộ dân phải trả hàng tháng khi sử dụng hệ thống ĐMT và chi phí cho mỗi 1kWh điện khi sử dụng điện lưới :
Bảng 3.20. Bảng chi phí 1 kWh tiền điện dùng điện lưới năm 2015
STT Giờ bán lẻ điện sinh hoạt Giá bán điện (đồng/kWh)
1 Bậc 1: Cho kWh từ 0-50 1.484
2 Bậc 2: Cho kWh từ 51 - 100 1.533 3 Bậc 3: Cho kWh từ 101 -200 1.786 4 Bậc 4: Cho kWh từ 201 -300 2.242 5 Bậc 5: Cho kWh từ 301 -400 2.503 6 Bậc 6: Cho kWh từ 401 trở lên 2.587
+ Tính cho hộ dân 1:
Tổng lượng điện tiêu thụ trung bình mỗi tháng
P = 22812 ( Wh ) = 22,812 ( kWh) Vậy số tiền hộ dân phải trả hàng tháng ( tính cả thuế GTGT) :
CPTĐ = (22,812 x 1 484) x 1.1 = 37 238 (VNĐ) Chi phí cho 1kW điện khi sử dụng điện lưới:
CP1kWhĐL = 1 632 (VNĐ) + Tính cho hộ dân 2:
Tổng lượng điện tiêu thụ trung bình mỗi tháng
P = 41062 ( Wh ) = 41,062 ( kWh) Vậy số tiền hộ dân phải trả hằng tháng (tính cả thuế GTGT) :
CPTĐ = (41,062 x 1 484) x 1.1 = 67 029 (VNĐ) Chi phí cho 1kW điện khi sử dụng điện lưới:
CP1kWhĐL = 1 632 (VNĐ)
+ Tính cho hộ dân 3:
Tổng lượng điện tiêu thụ trung bình mỗi tháng
P = 64787 ( Wh ) = 64,787 ( kWh) Vậy số tiền hộ dân phải trả hằng tháng tính cả thuế GTGT) :
CPTĐ = [(50 x 1 484) + (14,787 x 1 533)] x 1.1 = 106 555 (VNĐ) Chi phí cho 1kW điện khi sử dụng điện lưới:
CP1kWhĐL = 1 644 (VNĐ)
Ta lập bảng so sánh chi chí khi sử dụng điện năng lượng mặt trời và điện lưới cho 3 hộ dân:
Bảng 3.21. So sánh cho phí 1 kWh của các hộ khi dùng hệ thống ĐMT và điện lưới
Chi phí 1kW điện ( VNĐ) Hộ dân 1 Hộ dân 2 Hộ dân 3 Sử dụng điện NLMT (1) 11 893 12 035 11 815 Sử dụng điện lưới (2) 1 632 1 632 1 644
Chệnh lệch = (1)/(2) 7,29 7,37 7,19
Hình 3.24. Biểu đồ so sánh chi phí 1kWh điện khi dùng điện ĐMT và điện lưới Như vậy khi so sánh chi phí mà hộ gia đình phải bỏ ra hằng năm khi sử dụng điện mặt trời cao gấp hơn 7 lần chi phí khi sử dụng điện lưới. Đây là một mức chênh lệch khá cao. Tuy nhiên nếu xét về lâu dài khi nguồn NL truyền thống ngày càng cạn kiệt thì giá điện lưới sẽ ngày càng tăng cao và ngược lại khi khoa học công nghệ ngày
0 2.000 4.000 6.000 8.000 10.000 12.000 14.000
Hộ dân 1 Hộ dân 2 Hộ dân 3
11.893 12.035 11.815
1.632 1.632 1.644
VNĐ
Biểu đồ chi phí 1kWh điện
Sử dụng điện NLMT Sử dụng điện lưới
càng phát triển dẫn tới hiệu suất tấm pin mặt trời tăng cao và giá thành của hệ thống ĐMT ngày càng giảm đi, đi đôi với hiệu suất và tuổi thọ hệ thống tăng lên sẽ làm cho sự chênh lệch chi phí này ngày càng được thu hẹp lại. Và đến lúc đó việc sử dụng pin NLMTsẽ trở nên phổ biến.
3.5.5. Tính toán hệ thống ĐMT cho một hộ dân tại huyện Nam Đông và huyện A