CHƯƠNG 2 ỨNG DỤNG HỆ THỐNG ĐIỆN MẶT TRỜI CUNG CẤP CHO PHÒNG
2.2. Khảo sát hệ thống điện tại phòng máy chủ
Phòng Máy chủ Trường Đại học Nha Trang là hệ thống các máy chủ chứa toàn bộ dữ liệu về đào tạo, dữ liệu thư viện số, và hệ thống máy chủ hệ thống internet của Trường, vì vậy yêu cầu cấp điện liên tục, Nếu có sự cố mất điện yêu cầu không quá 17 tiếng.
Phòng Máy chủ được cung cấp bởi nguồn điện xoay chiều 3 pha 4 dây, tải được chia theo từng pha (chỉ dùng pha A và pha B, pha C không sử dụng) và riêng hệ thống máy lạnh được cấp từ một nguồn riêng.
Tiến hành đo các thông số tải của hệ thống điện tại phòng máy chủ 1 tiếng 1 lần từ 7h đến 17h trong vòng 4 ngày.
Thiết bị đo: thiết bị phân tích công suất kiểu kẹp HIOKI 3286-20
Hình 2.2: Thiết bị đo công suất kiểu kẹp HIOKI 3286-20
Kết quả đo công suất phòng máy chủ:
Bảng 1.3: Kết quả đo lần 1 ngày 5 tháng 2 năm 2015
Pha A (dây đỏ) Pha B (dây trắng) Điều Hòa ∑ P
U(V) I(A) P(kW) U(V) I(A) P(kW) U(V) I(A) P(kW) (kW)
7h 233 0,24 0,047 223,7 12,46 2,787 218,4 5,53 1,198 4,032 8h 232,6 0,23 0,048 222,9 12,4 2,763 218 7,23 1,566 4,377 9h 233,2 0,24 0,048 222,8 12,52 2,789 221 5,88 1,255 4,092 10h 233,1 0,23 0,048 226,5 12,08 2,737 222,4 5,94 1,305 4,09
11h Mất Điện
12h 230 0,23 0,048 228 11,87 2,706 229 7,94 1,777 4,351
13h 232,9 0,24 0,048 229,3 11,87 2,703 224,8 8,02 1,797 4,548 14h 230 0,23 0,047 228,4 11,99 2,709 224,7 6,99 1,546 4,302 15h 232,3 0,23 0,048 223,7 12,47 2,753 230,4 6,02 1,367 4,557 16h 225,6 0,24 0,049 222 12,29 2,679 224,7 7,96 1,756 4,484 17h 232,2 0,24 0,048 229 11,7 2.622 228,8 7,55 1,702 4,372
Bảng 1.4: Kết quả đo lần 2 ngày 24 tháng 4 năm 2015
Pha A (dây đỏ) Pha B (dây trắng) Điều Hòa ∑ P (kW) U(V) I(A) P(kW) U(V) I(A) P(kW) U(V) I(A) P(kW)
7h 218 0,5 0,101 223 11,77 2,615 226 7,2 1,609 4,325 8h 209 0,51 0,1 216 12,64 2,701 214,3 7,3 1,54 4,341 9h 215 0,54 0,11 218,5 12,66 2,745 212,7 7,44 1,566 4,421 10h 216,9 0,49 0,095 218,9 12,61 2,742 216,6 9,47 2,032 4,861 11h 218,7 0,62 0,001 217,3 12,83 2,787 221,3 7,38 1,616 4,404 12h 218,3 0,48 0,095 218 12 2,817 218,2 7,87 1,702 4,614 13h 217,5 0,48 0,095 218,7 12,79 2,78 212,9 10,56 2,228 5,103 14h 213,3 0,49 0,094 216,2 13,03 2,797 226,5 0,29 0,041 2,932 15h 204,6 0,5 0,095 216,7 13,57 2,924 214,2 7,8 1,657 4,676 16h 203,4 0,53 0,1 209,5 13,57 2,924 208,1 10,07 2,074 5,098 17h 211,4 0,52 0,102 217,4 12,9 2,789 215,2 9,22 1,968 4,859
Bảng 1.5: Kết quả đo lần 3 ngày 25 tháng 4 năm 2015
Pha A (dây đỏ) Pha B (dây trắng) Điều Hòa ∑ P (kW)
U(V) I(A) P(kW) U(V) I(A) P(kW) U(V) I(A) P(kW)
7h 222,8 0,5 0,102 220,2 12,56 2,746 222,6 6,92 1,521 4,369 8h 209,3 0,49 0,094 211,6 12,97 2,726 215,7 9,11 1,946 4,802 9h 215 0,49 0,095 216,3 12,67 2,72 215,9 9,48 2,027 4,842 10h 210,9 0,49 0,094 207,5 13,55 2,791 216,2 7,5 1,606 4,491 11h 215,2 0,48 0,094 222,6 12,92 2,836 216,7 9,54 2,045 4,972 12h 217,1 0,48 0,094 226,3 12,23 2,75 220,7 9,83 2,144 4,988 13h 220,5 0,48 0,094 219,9 13,03 1,221 219,5 7,54 1,64 2,955 14h 209,4 0,5 0,095 214,7 13,64 2,913 218,1 7,73 1,671 4,679 15h 215,1 0,49 0,095 215,7 13,3 2,852 217,5 9,7 2,085 5,032 16h 219,7 0,49 0,096 218,1 13,33 2,89 217,8 7,4 1,596 4,582 17h 228,4 0,47 0,095 222,8 12,96 2,869 220,9 7,33 1,604 4,568
Bảng 1.6: Kết quả đo lần 4 ngày 26 tháng 4 năm 2015
Pha A (dây đỏ) Pha B (dây trắng) Điều Hòa ∑ P (kW) U(V) I(A) P(kW) U(V) I(A) P(kW) U(V) I(A) P(kW)
7h 225 0,49 0,102 223,3 12,04 2,668 225 7,9 1,762 1,532 8h 219,5 0,5 0,101 218,7 12,39 2,69 220,6 6,5 1,421 4,212 9h 220,2 0,48 0,094 217,5 12,67 2,738 224,7 6,57 1,465 4,297 10h 222,4 0,48 0,094 221,6 12,39 2,724 219,2 8 1,737 4,555 11h 227,7 0,47 0,092 228,5 11,82 2,677 228,2 8,06 1,818 4,587 12h 227 0,47 0,095 224,7 12,21 2,721 225,3 7,29 1,626 4,442 13h 226,9 0,47 0,095 222,7 12,49 2,763 225 8,5 1,894 4,752 14h 225,1 0,48 0,099 222,6 12,52 2,759 225 7,26 1,62 4,478 15h 222,3 0,47 0,094 222,1 12,66 2,792 225,8 7,17 1,605 4,491
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
16h 224 0,48 0,094 227,2 12,24 2,76 227,2 7,04 1,586 4,44 17h 223,7 0,47 0,096 222,8 12,32 2,723 223,2 7,52 1,669 4,488
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.
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
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 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)
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.
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.
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: 12×4 = 48 bình
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
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.
CHƯƠNG 3