CHƯƠNG 2: ỨNG DỤNG HỆ THỐNG ĐIỆN MẶT TRỜI CUNG CẤP CHO PHềNG MÁY CHỦ TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG
2.3. Thiết kế hệ thống điện mặt cung cấp cho Phòng Máy chủ
Tiến hành xây dựng hệ thống điện Mặt Trời hòa lưới có lưu trữ cung cấp cho Phòng Máy chủ theo cơ sở lý thuyết đã xây dựng ở trên.
2.3.1. Lựa chọn mô hình cung cấp điện
Với yêu cầu cấp điện cho Phòng Máy chủ là liên tục và khi mất điệp thì phải duy trì hệ thống trong 17 giờ thì ta lựa chọn xây dựng mô hình hợp lý nhất đó là Hệ thống điện Mặt Trời hòa lưới có lưu trữ cung câp cho Phòng Máy chủ.
Đây là hệ thống điện Mặt Trời làm việc song song với điện lưới, nhưng vẫn có khả năng cung cấp điện cho hệ thống nếu xảy ra việc mất điện lưới nhờ vào hệ thống ắc quy lưu trữ.
Hình 2.3: Sơ đồ khối mô hình điện Mặt Trời hòa lưới có lưu trữ
Hệ Thống Pin Mặt Trời
Bộ Hòa Lưới
Bộ Điều Khiển Sac
Hệ Thống ACU
Bộ Nghịch Lưu
Phòng Máy Chủ Lưới Điện
Quốc Gia
Hình 2.4: Mô hình điện Mặt Trời hòa lưới có lưu trữ
Nguyên lý hoạt động:
Điện thu được từ tấm pin (Solar Panel) là điện một chiều qua bộ hòa lưới (Grid Tie Inverter) có chức năng đổi điện từ DC-AC cùng pha, cùng tần số với điện lưới, sau đó hệ thống sẽ hòa chung với điện lưới:
+ Khi công suất hòa lưới bằng công suất tiêu thụ của tải thì sử dụng hoàn toàn điện từ pin Mặt Trời.
+ Khi công suất tiêu thụ lớn hơn công suất hòa lưới thì tải sẽ lấy thêm điện từ lưới bù vào.
Cùng lúc khởi động thì hệ thống Ắc quy được ưu tiên nạp đầy từ pin Mặt Trời, hệ thống sẽ luôn kiểm tra tình trạng Ắc quy để đảm bảo Ắc quy luôn đầy điện. Khi Ắc quy đầy điện sẽ chuyển qua hòa lưới.
Khi mất điện sẽ chuyển qua dùng năng lượng từ lượng điện dự trự trong Ắc quy.
Khi đó toàn bộ hệ thống pin Mặt Trời sẽ được chuyển qua sạc cho Ắc quy. Khi có điện trở lại thì hệ thống sẽ chuyển qua hòa lưới bình thường.
2.3.2. Tính tổng điện năng tiêu thụ của tất cả các thiết bị mà hệ thống Solar phải cung cấp
Từ số liệu đo đạc phòng máy chủ ở Phần 2.1 ta có được công suất (W) của tất cả các thiết bị trong phòng, do tiến hành đo từng giờ nên có thể xem đây là công suất tiêu thụ của các thiết bị (Wh).
Như vậy ta đã có công suất tiêu thụ trong 11 tiếng từ 7h đến 17h trong ngày.
Thời gian còn lại tức là từ 18h đến 6h sáng ngày hôm sau, công suất tiêu thụ mỗi giờ sẽ được tính bằng cách lấy công suất của giờ cao điểm nhất trong ngày, ta lấy 5,103 kW (Vì đây là hệ thống hoạt động theo chế độ dài hạn)
Từ bảng 1.6 ta có điện năng tiêu thụ trong 11 tiếng từ 7h đến 17h:
4,325 + 4,341 + 4,421 + 4,861 + 4,404 + 4,614 + 5,103 + +2,932 + 4,676 + 5,098 + 4,859 = 49,634 (kW)
Công suất của 13 tiếng còn lại trong ngày từ 18h đến 6h sáng hôm sau:
5,103 x 13 = 66,339 (kW)
Tổng công suất tiêu thụ trong ngày của Phòng Máy chủ:
49,634 + 66,339 = 115,973 (kW)
2.3.3. Tính số Watt-hour các tấm pin Mặt Trời phải cung cấp cho toàn tải mỗi ngày
Do tổn hao trong hệ thống, số Watt-hour của tấm pin trời cung cấp phải cao hơn tổng số Watt-hour của toàn tải.
Số Watt-hour các tấm pin Mặt Trời (PV modules) = 1.3 x tổng số Watt-hour toàn tải sử dụng
Số Watt-hour các tấm pin Mặt Trời = 1.3 x tổng số Watt-hour toàn tải sử
dụng: =1.3 x 115,973 = 150,765 kW
Tổng Wp của PV panel = 150,765 kWh /8 = 18,845 kWp = 18845 Wp Số giờ nắng tại Nha Trang là từ 8 đến 10 giờ trên ngày.
Chọn loại PV 270Wp theo hệ thống sản phẩm của Công ty cổ phần Năng lượng Mặt Trời Đỏ[8] thì số PV cần dùng là 18845/270 = 70 tấm
Việc bố trí ghép nối các tấm pin mặt trời còn phụ thuộc vào những yêu cầu đầu vào của bộ Inverter hòa lưới.
2.3.4. Tính toán chọn Inverter
Bộ inverter phải đủ lớn để có thể đáp ứng được khi tất cả tải đều bật lên, như vậy nó phải có công suất bằng 125% công suất tải. Nếu tải là motor thì phải tính toán thêm công suất để đáp ứng thời gian khởi động của motor.
Tổng công suất lớn nhất tại một thời điểm (lúc 13h): 5,103 kW Công suất inverter: 5,103 1,25 = 6,38 kW
Tuy nhiên trong hệ thống có mấy điều hòa với dòng khởi động gấp 2 đến 5 lần:
2,228 5 = 11,14 kW
Như vậy chon inverter có công suất lớn hơn 12 kW.
2.3.5. Tính toán ắc quy (ACU) Dung lượng ắc quy: 115,973
48 0,85 0, 6 = 4737 (Ah)
Với yêu cầu là cấp điện 17 tiếng nhưng kết hợp với thời gian có nắng trong ngày nên ta cần cấp điện 12 tiếng (~ 0,5 ngày) tiếng kể từ khi mất điện lưới thì dung lượng ACU cần là: 4737 0,5 = 2368 (Ah)
Chọn ACU 200Ah, như vậy số ắc quy 48V/200Ah cần là: 2368
200 = 12 bình Tuy nhiên thực tế mỗi bình ACU chỉ có điện áp 12V vậy mỗi cụm sẽ có 4 bình ACU 12V/200Ah mắc nối tiếp.
Vậy số bình ACU 12V/200Ah cần là: 124 = 48 bình 2.3.6. Tính toán bộ điều khiển nạp ACU
Lấy công suất nạp chia cho hệ điện áp:
18845
48 = 393 (A)
Như vậy chọn bộ sạc 400 (A) là an toàn, có thể chọn 4 bộ sạc mỗi bộ 48V/100A
2.3.7. Tính toán bộ hòa lưới
Bộ hòa lưới phải lớn hơn công suất lớn nhất tải một thời điểm của hệ thống tải, ta chọn bộ hòa lưới có công suất lớn hơn 5,103 kW.
Ta chọn bộ hòa lưới có công suất 5500 kW.