6.2.1. Lựa chọn đầu thu sét và tính toán vùng bảo vệ.
Bề mặt được bảo vệ có bán kính R ≈ 27m, chiều cao toà nhà H ≈ 40m. Đầu thu sét được đặt tại vị trí trung tâm củ tầng mái ở độ cao h = 5m Chọn đầu thu sét Stormaster ESE 30 có các thông số chính như sau:
Các cấp độ bảo vệ do nhà sản xuất công bố:
Với Stormaster 30, khi được đặt ở độ cao 5m so với tầng 10 thì kim có thê bảo vệ được một vùng có bán kính R = 48m. Như vậy với thông số của nhà sản xuất đưa ra, với 1 kim thu sét Stormaster 30 có thể bảo vệ được cho toàn bộ toà nhà.
SVTH: Lê Quốc Đạt MSSV: 0951030005 Trang 108 Rp = √h(2D-h)+ΔL(2D+ΔL)
Trong đó:
- Rp : bán kính bảo vệ của đầu thu sét (m)
- h : chiều cao đặt kim thu sét so với mặt phẳng được bảo vệ. Đối với chung cư đang được thiết kế, h = 5m
- ΔL : độ lợi khoảng cách (m)
ΔL = V.ΔT = 1,1.30 = 33 m - V: vận tốc phát triển của tia tiên đạo đi lên, chọn V = 1,1m/μs - ΔT : thời gian phóng điện sớm, với Stormaster 30 ΔT = 30 μs - D:khoảng cách phóng điện (m)
D = 10.I2/3= 10.32/3= 20,8m
Rp = √5.(2.20,8-5)+33.(2.20,8+33) = 54m
6.2.2. Dẫn dòng sét xuống đất an toàn.
Sử dụng cáp chống nhiễu ERICO để tháo dòng sét từ kim thu sét ESE xuống hệ thống tiếp đất. Ưu điểm của cáp loại này là giảm được hiện tượng sét đánh tạt ngang do cáp chống nhiễu ERICO có thể đi bên trong công trình.
6.2.3. Tản nhanh dòng sét vào đất
Hình 6.2 : Hệ thống nối đất tản dòng sét
Hệ thống nối đất tản sét gồm 3 cọc có chiều dài mỗi cọc L = 3m và chôn sâu dưới đất một khoảng h = 0,8m.
- Điện trở của hệ thống cọc nối đất:
Tra bảng trị số trung bình của hệ số mùa ứng với các loại đất.[2]
SVTH: Lê Quốc Đạt MSSV: 0951030005 Trang 109 Điện trở nối đất của 1 cọc:
rc = ρtt 2πL[ln( 4L 1,36.d)].2h+L 4h+L = 140 2π3[ln( 4.3 1,36.16.10-3)].2.0,8+3 4.0,8+3 = 34,8Ω Điện trở nối đất của hệ thống n cọc:
Vậy chọn n = 3 cọc, tra Phụ lục, có ηc = 0,86.
Rc = rc
n.ηc = 34,8
3.0,86 = 13,48Ω
Chọn hệ số sung α = 0,86 tương ứng với cọc tiếp đất có chiều dài 3m,cường độ dòng điện qua cọc nối đất 10kA
Rccs = α.Rc = 0,86.13,48 = 11,59Ω - Điện trở của cáp đồng trần nối các cọc:
rth = ρ πLth[ln(4Lth √h.d) - 1] = 100 π.12[ln( 4.12 √0,8.8.10-3 ) - 1] = 14,3Ω Với ηth = 0,89 Rth = rth ηth = 16Ω
Chọn hệ số sung α = 0,75 tương ứng với cáp đồng trần chiều dài 6m,cường độ dòng điện qua cáp đồng trần liên kết các cọc nối đất là 10kA.
Rthcs = 0,75.16 = 12Ω - Điện trở nối đất của toàn hệ thống
RHTcs = Rccs.Rthcs
Rccs+Rthcs = 13,48.12
13,48+12 = 6,35 Ω < Rnđcstc = 10Ω Vậy hệ thống nối đất tản dòng sét đã đáp ứng được yêu cầu kỹ thuật.
6.2.4. Chống sét lan truyền trên đường nguồn.
Chọn Chống sét van của hãng UltraSIL có mã UH-S27. Các thông số kỹ thuật như sau: Mã hiệu Isđmc (kA) Iđml (kA) Uđmc (kV) CN chế tạo UH-S27 100 10 27 MOV Kiểm tra CSV đã chọn:
a. Dòng xung sét cực đại mà CSV có thể chịu được Isđmc (kA)
Isđmc ≥ Ismax ( Ismax là biên độ sét cực đại đo được tại Việt Nam, Ismax = 90,7 kA )
100 kA ≥ 90,7 kA ( thoả ) b. Điện áp làm việc cực đại Uđmc:
Uđmc > Ulvmax ( CSV bảo vệ đường nguồn trung thế có Ulvmax = 22 kV )
27 kV > 22 kV ( thoả ) c. Dòng điện vận hành định mức của thiết bị lọc sét Iđml
Iđml > Ilvmax ( Ilvmax là dòng tải cực đại chính là IđmMBA = 1,08kA)
10 kA > 1,08 kA (thoả) Vậy CSV được chọn đã thoả mãn các yêu cầu.
SVTH: Lê Quốc Đạt MSSV: 0951030005 Trang 110
Chương 7: CÔNG NGHỆ ĐIỆN MẶT TRỜI NỐI LƯỚI
7.1. TỔNG QUAN
Xã hội ngày càng phát triển kéo theo sự ra đời của nhiều thiết bị, máy móc hiện đại, do đó nhu cầu sử dụng điện của người dân ngày càng tăng cao. Tuy nhiên, các nguồn sản xuất điện truyền thống ngày càng cạn kiệt và những vấn đề liên quan đến môi trường, dân cư… trong việc vận hành, sản xuất điện theo cách truyền thống ngày càng nhiều. Từ đó dẫn đến việc thiếu điện có nguy cơ diễn ra trên diện rộng.
Nhằm giải quyết các vấn đề trên, các công nghệ sử dụng năng lượng tái sinh như năng lượng mặt trời, năng lượng gió, thuỷ triều… đã và đang có những bước tiến vượt bậc. Trong đó, hệ thống điện mặt trời đóng vai trò chủ đạo trong hệ thống các dạng năng lượng tái sinh. Với những ưu điểm của mình như phạm vi áp dụng rộng, không bị chi phối bởi địa Hình 5à giá thành ngày càng hạ, điện mặt trời đang khẳng định nó chính là một nguồn năng lượng của tương lai.
Như một bước tiến của công nghệ, điện mặt trời nối lưới ra đời nhằm thay thế một phần việc sử dụng điện từ lưới điện quốc gia trong tương lai gần.Một hệ thống điện độc lập, ít chịu những ảnh hưởng từ lưới điện quốc gia ( mất điện, sự cố…) hứa hẹn sẽ mở ra kỷ nguyên mới trong lịch sử phát triển năng lượng.
7.2. MỘT SỐ CÔNG NGHỆ ĐIỆN MẶT TRỜI NỐI LƯỚI TIÊU BIỂU. 7.2.1. Công nghệ Grid-tie. 7.2.1. Công nghệ Grid-tie.
7.2.1.1. Nguyên lý hoạt động
Đây là công nghệ điện mặt trời nối lưới áp dụng chủ yếu cho các hộ gia đình có nhu cầu sử dụng điện tương đối thấp.
Hình 7.1 : Mô hình căn hộ sử dụng công nghệ Grid-tie.
Trong công nghệ Grid-tie, nguồn điện từ lưới vẫn được cấp cho hộ sử dụng như bình thường. Tuy nhiên Việc quản lý và điều khiển quá trình kết hợp giữa điện lưới và điện năng từ hệ pin mặt trời sẽ gồm các trường hợp sau:
Trường hợp 1: Năng lượng mặt trời đáp ứng được nhu cầu của hộ sử dụng. Khi đó năng lượng mặt trời sẽ được sử dụng cho nhu cầu của người dùng mà không
SVTH: Lê Quốc Đạt MSSV: 0951030005 Trang 111 cần phải lấy nguồn từ lưới do đó người sử dụng có thể chủ động hoàn toàn trong việc sử dụng điện mà không phải quan tâm nhiều đến việc mất điện xảy ra ở lưới.
Trường hợp 2: Năng lượng mặt trời chỉ đáp ứng một phần nhu cầu của người sử dụng. Khi đó bộ inverter sẽ tự động chuyển nguồn từ lưới điện bù vào phần công suất bị thiếu hụt ở nơi tiêu thụ, đảm bảo cung cấp điện đầy đủ cho nhu cầu sử dụng.
Trường hợp 3: Nguồn năng lượng mặt trời cung cấp vượt so với nhu cầu tải. Khi đó bộ inverter sẽ tự động chuyển hoá nguồn năng lượng dư từ hệ thống điện mặt trời để trả về lưới từ đó giúp hộ sử dụng có thể hoá đơn tiền điện.[8]
Hình 7.2 : Nguyên lý hoạt động của hệ thống Grid-tie
7.2.1.2. Ưu – nhược điểm và các ứng dụng của hệ thống Grid-tie
ƯU ĐIỂM NHƯỢC ĐIỂM
- Là một hệ thống thông minh và hiện đại, có khả năng ứng dụng rộng rãi trong các hộ dân dụng.
- Cung cấp điện linh hoạt từ nhiều nguồn do đó hệ thống điện phía tiêu thụ cũng được nâng cao độ tin cậy cấp điện. - Công nghệ tiên tiến giúp người dùng tiết
kiệm nhiều hơn và chủ động hơn trong việc sử dụng điện.
- Kích thước gọn nhẹ và không gây ảnh hưởng đến thẩm mỹ của công trình.
- Chi phí đầu tư ban đầu tuy đã giảm nhưng nhìn chung còn cao so với thu nhập của đại đa số người dân. Do đó hệ thống Grid-tie phần lớn được áp dụng tại những quốc gia phát triển trên thế giới. - Công suất thấp nên sẽ giới hạn đối tượng
sử dụng và thường chỉ được áp dụng cho các hộ dân dụng.
- Không có bộ lưu điện do đó chỉ có thể sử dụng khi có ánh nắng mặt trời
Ứng dụng
- Các hộ dân trong Thành phố,
SVTH: Lê Quốc Đạt MSSV: 0951030005 Trang 112
Hình 7.3 : Một căn hộ được lắp đặt hệ thống Grid tie.
7.2.2. Công nghệ Grid Interactive.
Công nghệ Grid Interactive được xem như là một bước cải tiến của công nghệ Grid-tie. Công nghệ này khắc phục được một ưu điểm khá lớn của công nghệ Grid-tie khi tích hợp thêm trong hệ thống bộ nguồn acquy nhằm mục đích lưu trữ năng lượng thừa ra so với nhu cầu của người dùng. Bên cạnh đó hệ thống còn có thể kết hợp với các nguồn năng lượng tái sinh khác như điện gió… nhờ vào những chiếc accquy có trong hệ thống.[8]
SVTH: Lê Quốc Đạt MSSV: 0951030005 Trang 113 Điện DC từ các panel sẽ được chuyển đến bộ inverter để biến thành dòng AC hoặc đưa vào các accquy để lưu trữ và sử dụng khi cần thiết. Khi đã đáp ứng được nhu cầu ở phía tải, phần công suất dư thừa ra sẽ tiếp tục đưa về dự trữ ở accquy hoặc trả về lưới điện từ đó giúp hộ sử dụng có thể giảm thiểu được chi phí phải trả cho sử dụng điện.
Hình 7.5 : Mô hình căn hộ sử dụng công nghệ Grid-interactive.
Giải pháp này sẽ ưu tiên sử dụng nguồn năng lượng sạch thu nhận được cung cấp điện cho các phụ tải. Nếu nguồn năng lượng sạch không đủ cung cấp, thì hệ thống mới sử dụng đến điện lưới.
ƯU ĐIỂM NHƯỢC ĐIỂM
- Là một hệ thống thông minh và hiện đại, có khả năng ứng dụng rộng rãi trong sản xuất nhỏ và sinh hoạt.
- Cung cấp điện linh hoạt từ nhiều nguồn do đó hệ thống điện phía tiêu thụ cũng được nâng cao độ tin cậy cấp điện. - Công nghệ tiên tiến giúp người dùng tiết
kiệm nhiều hơn và chủ động hơn trong việc sử dụng điện.
- Kích thước gọn nhẹ và không gây ảnh hưởng đến thẩm mỹ của công trình. - Có bộ lưu điện nên có thể lưu trữ điện
năng và sử dụng khi không có ánh sáng mặt trời.
- Chi phí đầu tư ban đầu khá cao.
- Cống suất chưa cao nên phạm vi sử dụng không rộng.
7.2.3. Công nghệ BIPV ( Building integrated photovoltaic). 7.2.3.1. Đặc điểm công nghệ 7.2.3.1. Đặc điểm công nghệ
Công nghệ BIPV được xem như một bước tiến tiếp theo của công nghệ điện mặt trời nối lưới. Hệ thống BIPV được áp dụng rộng rãi tại nhiều quốc gia trên thế giới bởi nó hầu như đã khắc phục hoàn toàn những nhược điểm của các công nghệ trước đó.
SVTH: Lê Quốc Đạt MSSV: 0951030005 Trang 114
Hình 7.6 : Nguyên lý hoạt động của hệ thống BIPV
Công nghệ BIPV tận dụng những bề mặt của các công trình như mái hiên, giếng trời, bề mặt của toà nhà…để biến chúng thành tổ hợp những panel năng lượng mặt trời khổng lồ.
Công nghệ BIPV cho phép sử dụng năng lượng DC từ hệ thống panel qua bộ inverter để chuyển thành nguồn AC phục vụ cho sản xuất và sinh hoạt
Từ ý tưởng kết nối những tấm panel năng lượng mặt trời thành hệ thống nhỏ, đến nay công nghệ BIPV đã xuất hiện ở các thành phố, đô thị lớn trên thế giới với những ứng dụng rộng rãi
SVTH: Lê Quốc Đạt MSSV: 0951030005 Trang 115
7.2.4. Công nghệ SIPV
Công nghệ SIPV cũng tương tự BIPV nhưng nó phù hợp hơn so với điều kiện hiện tại của Việt Nam, nó là một sự kết hợp giữa công nghệ BIPV và công nghệ Grid tie. Công nghệ SIPV giúp chúng ta có thể mua điện ở những giờ thấp điểm để sử dụng vào những thời gian khác trong ngày thông qua hệ thống PV Madicub.
Bình thường hệ thống lưới điện sẽ được nối qua hệ thống cầu dao đảo; hệ thống này luôn được đóng cung cấp nguồn điện lưới vào hệ thống PV-Madicub (hệ thống inverter và lưu điện); khi hệ thống PV-Madicub bị sự cố thì hệ thống cầu dao này mới được chuyển về vị trí cung cấp điện trực tiếp cho hệ thống tải. Điện áp ra ở dạng DC được nối với PV-Madicub chuyển đổi thành 220VAC/50hz hòa vào mạng điện quốc gia.
Hệ thống Madicub dự phòng sẽ cung cấp cho hệ thống tải ưu tiên từ nguồn điện lưới và nguồn điện phát ra từ dàn PMT hòa với nhau thông qua hệ thống UPS offline, hệ thống này chỉ chuyển về chế độ làm việc dự phòng khi hệ thống tồn trữ đầy hoặc khi bị mất điện.
Nguyên tắc hoạt động của sơ đồ khối khi hệ thống thừa công suất PMT
Khi nhu cầu tiêu thụ điện năng của tòa nhà lắp đặt giảm đi so với nguồn điện phát ra từ dàn PMT, hệ thống sensor dò dòng điện tiêu thụ của toàn bộ hệ thống tải của tòa nhà sẽ nhận biết và đưa tín hiệu điều khiển nguồn điện dư thừa phát ra từ dàn PMT nạp vào hệ thống tồn trữ Accquy thông qua hệ thống sạc mặt trời.
Nguyên tắc hoạt động của sơ đồ khối khi hệ thống tồn trữ đầy
Khi nguồn năng lượng dư thừa từ dàn PMT nạp vào hệ thống tồn trữ accquy đầy, để đảm bảo tuổi thọ của hệ thống tồn trữ nguồn năng lượng tích trữ này phải được xả đi đến một mức nhất định thông qua hệ thống Battery full Control. Khi đó hệ thống điều khiển điện áp của hệ tồn trữ sẽ nhận được tín hiệu bình đã được nạp đầy, hệ thống này sẽ cung cấp tín hiệu điều khiển tắt nguồn điện lưới hòa với nguồn phát ra từ dàn PMT cung cấp cho hệ thống tải ưu tiên và chuyển hệ thống qua nguồn điện dự phòng cung cấp tức thì cho hệ thống tải ưu tiên mà vẫn đảm bảo nguồn điện cấp cho tải một cách liên tục thông qua hệ thống UPS offline.
Nguyên tắc hoạt động của sơ đồ khối khi hệ thống mất nguồn điện lưới
Khi hệ thống đang hoạt động hòa lưới bình thường mà đột ngột mất nguồn điện lưới thì toàn bộ nguồn năng lượng phát ra từ dàn PMT sẽ được nạp vào hệ tồn trữ và hệ thống Madicub dự phòng, cung cấp cho hệ thống tải ưu tiên một cách liên tục cho đến khi nguồn năng lượng phát ra từ dàn PMT và nguồn năng lượng tích trữ còn khoảng 50%.
Nguyên tắc hoạt động của sơ đồ khối khi mưa liên tục nhiều ngày
Trong trường mưa liên tục nhiều ngày mà hệ tồn trữ accquy chưa được nạp đầy, nhằm phục vụ cho việc cung cấp nguồn điện cho hệ thống tải ưu tiên. Khi đó ta phải khởi động hệ thống sạc điện lưới 2kW/48VDC/50Ah sạc vào hệ tồn trữ cho tới khi đầy hệ thống sạc này sẽ duy trì cho hệ thống tồn trữ luôn luôn trong trạng thái sẵn sàng cho việc dự phòng.[8]
SVTH: Lê Quốc Đạt MSSV: 0951030005 Trang 116
7.3. ỨNG DỤNG CỦA CÔNG NGHỆ ĐIỆN MẶT TRỜI NỐI LƯỚI TẠI VIỆT NAM. VIỆT NAM.
7.3.1. Những triển vọng phát triển của công nghệ điện mặt trời nối lưới tại Việt Nam. Việt Nam.
Hình 7.8 : Biểu đồ phân bố bức xạ
Việt Nam là một quốc gia vùng nhiệt đới gió mùa, gần đường xích đạo nên lượng bức xạ mặt trời ở Việt Nam khá cao, trung bình từ 4-5 kWh/m2/ngày. Bên cạnh đó, hệ thống điện quốc gia chưa tiếp cận hết được các vùng cao, vùng sâu, biên giới, hải đảo nên tiềm năng về một nguồn năng lượng xanh tại Việt Nam là rất lớn.
Thêm vào đó, nền công nghiệp Việt Nam đang có xu hướng tăng nhanh và nhu cầu sử dụng điện trong xã hội cũng tăng lên. Tuy nhiên các dạng năng lượng truyền thống như thuỷ điện, nhiệt điện, dầu mỏ, khí đốt… không phải là vô tận. Chính điều đó đã làm cho hệ thống điện của Việt Nam trở nên lạc hậu và yếu kém. Sự mất điện trên diện rộng tại Việt Nam là một hậu quả tất yếu của những vấn đề trên. Do đó việc tìm ra nguồn năng lượng