HỆ THỐNG NHÀ THÔNG MINH sử DỤNG NĂNG LƯỢNG điện mặt TRỜI
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.26 MB, 51 trang )
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
ĐẠI HỌC DUY TÂN
NGUYỄN HỒNG PHIN
HỆ THỐNG NHÀ THÔNG MINH SỬ DỤNG NĂNG
LƯỢNG ĐIỆN MẶT TRỜI
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGÀNH ĐIỆN TỰ ĐỘNG
Đà Nẵng, 12/2021
Đồ Án Tốt Nghiệp
LỜI CẢM ƠN
Hành trình đến với con đường tri thức không thể không kể đến công ơn của những
người lái đò đầy nhiệt huyết của trường Đại Học Duy Tân. Để hoàn thành được đồ án tốt
nghiệp lần này, em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy ThS. Nguyễn Thanh Hùng người
đã tận tình hướng dẫn, cung cấp tài liệu và tận tình chỉ bảo, theo dõi sát sao đầy trách
nhiệm của thầy trong suốt quá trình em làm đồ án. Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến
Ban giám hiệu trường Đại Học Duy Tân vì đã tạo ra một mơi trường học tập đầy đủ trang
thiết bị và ln tận tình quan tâm và hỗ trợ sinh viên tụi em trong suốt quá trình đi học.
Em cũng xin gửi lời cảm ơn đến các q Thầy, Cơ trường Duy Tân nói chung và các
Thầy, Cô giáo khoa Điện-Điện Tử trường Đại Học Duy Tân đã dạy dỗ cho em kiến thức
về các môn đại cương cũng như các môn chuyên ngành, giúp em có được cơ sở lý thuyết
vững vàng và tạo điều kiện giúp đỡ em trong suốt quá trình học tập. Em cũng vô cùng
biết ơn sự quan tâm và ủng hộ của gia đình và bạn bè, đó là động lực rất lớn để em theo
đuổi và hoàn thành đồ án tốt nghiệp lần này. Không quên cảm ơn đến Thư Viện trường
Đại Học Duy Tân đã hộ trợ tận tình cho em trong việc tìm kiếm tài liệu nghiên cứu để
hoàn thành đồ án lần này. Trong quá trình nghiên cứu khơng tránh khỏi những sai sót, rất
mong q Thầy, Cơ bỏ qua và giúp em hồn thiện đồ án hơn. Đồng thời lý luận cũng như
kinh nghiệp thực tiễn cịn hạn chế đồ án của em khơng tránh khỏi những sai sót, em rất
mong nhận được ý kiến đóng góp từ q Thầy, Cơ để em học thêm được nhiều kinh
nghiệm và hoàn thiện bản tân tốt hơn để có thể đáp ứng được nhu cầu cơng việc trong
tương lai.
Cuối cùng một lần nữa em xin gửi lời cảm ơn chân thành, sâu sắc đến tất cả quý
Thầy, Cô trường Đại Học Duy Tân. Em hạnh phúc và tự hào vì được là sinh viên của
trường Đại Học Duy Tân. Em kính chúc q Thầy, Cơ thật bình an, khoẻ mạnh và gặp
nhiều may mắn trong cuộc sống cũng như trong hành trình đưa con chữ đến với bến bờ tri
thức. Em xin chân thành cảm ơn!
GVHD: ThS. Nguyễn Thanh Hùng
2
SVTH: Nguyễn Hồng Phin
Đồ Án Tốt Nghiệp
MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Điện- là một trong những nhu cầu thiết yếu trong đời sống sinh hoạt, làm việc và kết
nối hằng ngày giữa con người. Khi con người càng phát triển, kéo theo hàng loạt giải
pháp và phát minh phát triển theo. Trái đất đang dần nóng lên, cho nên sự tồn tại và phát
triển bền vững được con người chú trọng càng nhiều. Con người đã đang cố gắng thay thế
một loại điện năng sạch để vừa bảo vệ môi trường, vừa đáp ứng được nhu cầu phát triển
của con người. Mặt trời chính là một nguồn năng lượng sạch và bền vững, có thể cung
cấp năng lượng cho tồn bộ trái đất sử dụng trong nhiều năm. Mặc dù chúng ta chỉ thu
thập được một phần nhỏ năng lượng này nhưng việc khai thác nguồn năng lượng mặt trời
sẽ tạo nên điều khác biệt rất lớn đến hành tinh. Năng lượng mặt trời hiện đã được chứng
minh là cực kỳ có lợi, khơng chỉ đối với mơi trường mà cịn đối với nền kinh tế. Giảm áp
lực lên các cơng trình điện, mặt khác cũng là giảm gánh nặng cho quốc gia. Công nghệ đã
được cải tiến mạnh mẽ trong những năm qua đã giúp điện mặt trời hay năng lượng mặt
trời hiệu quả hơn khi sử dụng. Có thể nói rằng, ngày nay không một quốc gia nào trên thế
giới không sản xuất và tiêu thụ điện năng, và chắc hẳn trong tương lai, nhu cầu của con
người về nguồn năng lượng đặc biệt này sẽ tiếp tục được nâng cao. Ngày nay, nền kinh tế
phát triển, đời sống người dân ngày càng được cải thiện kéo theo sự mở rộng của các khu
công nghiệp lớn. Hiện nay, cách mạng công nghiệp 4.0 đưa nền kinh tế thông minh đã và
đang phát triển rất mạnh mẽ, tạo cơ hội phát triển cho mọi quốc gia, nhất là các nước đang
phát triển. Điều này làm cho năng lượng điện năng tiêu thụ ngày một cao trong khi các
nguồn thủy điện và nhiệt điện gần như được khai thác triệt để, năng lượng gió tốn q
nhiều chi phí đầu tư cũng như diện tích xây dựng lớn. Năng lượng mặt trời dần trở thành
sự lựa chọn tối ưu trong quá trình quy hoạch và phát triển nguồn điện tại Việt Nam hiện
nay. Năng lượng mặt trời thật sự là nguồn năng lượng tái tạo bền vững. Chúng ta có thể
khai thác năng lượng này ở bất kỳ đâu trên thế giới vì chúng ln có sẵn mỗi ngày. Chúng
ta khơng thể sử dụng hết năng lượng mặt trời, không như như một số nguồn năng lượng
GVHD: ThS. Nguyễn Thanh Hùng
3
SVTH: Nguyễn Hồng Phin
Đồ Án Tốt Nghiệp
hóa thạch khác. Hiện nay, với các chính sách hỗ trợ của chính phủ Việt Nam tại các địa
phương, việc xây dựng các nguồn năng lượng mặt trời sử dụng pin quang điện, nhất là các
hệ thống năng lượng mặt trời lắp mái đang và sẽ là xu hướng phát triển với mục tiêu giải
quyết các nhu cầu về điện năng, tránh các tính trạng thiếu hụt năng lượng. Năng lượng
mặt trời là một nguồn năng lượng xanh và sạch bên cạnh những nguồn năng lượng khác
như gió hay sóng biển. Đây là giải pháp năng lượng tuyệt vời để giảm lượng khí thải
carbon trên trái đất. Năng lượng mặt trời khơng giải phóng bất kỳ khí thải nhà kính nào và
nó hồn tồn khơng sử dụng các nguồn tài nguyên khác. Vậy nên chúng an toàn hơn với
môi trường. Năng lượng này là tự cung tự cấp và việc lắp đặt các tấm pin mặt trời trên
mái nhà thì cũng rất an tồn và dễ dàng. Đặc biệt với một thành phố năng động, luôn phát
triển, ln đổi mới thì việc sử dụng năng lượng xanh – năng lượng mặt trời cho hệ thống
các cơng trình công cộng: công sở, hệ thống chiếu sáng... và dân sinh là nền tảng để trở
thành một thành phố thông minh, thành phố mơi trường hiện đại cũng như góp phần giảm
thiểu lượng khí CO2 thải ra mơi trường. Điện lượng mặt trời – kiến tạo tương lai. Trên cơ
sở đó, được sự hướng dẫn của Thầy ThS.Nguyễn Thanh Hùng em thực hiện đề tài “Hệ
thống nhà thông minh sử dụng năng lượng điện mặt trời” vừa là một trong những giải
pháp tiết kiệm, sử dụng hiệu quả năng lượng đồng thời cũng góp phần thực hiện bảo vệ
mơi trường, giảm lượng khí thải gây hiệu ứng ảnh hưởng đến tình hình biến đổi khí hậu
tồn cầu hiện nay.
2. Mục đích nghiêm cứu.
Mục tiêu của đề tài là tạo ra được một bản thiết kế hoàn chỉnh hệ thống điện mặt trời
áp mái hịa lưới cho hệ thống nhà thơng minh. Giảm thiểu tình trạng lệ thuộc hồn tồn
nguồn năng lượng tiêu thụ từ lưới điện, giảm chi phí sử dụng cho người dùng và giảm tác
động đến môi trường.
3. Đối tượng và phạm vi nghiêm cứu.
3.1 Đối tượng nghiêm cứu.
- Nguồn bức xạ mặt mặt trời tại nơi triển khai mơ hình hệ thống điện năng lượng mặt trời.
- Nhu cầu điện năng của các hộ gia đình.
3.2 Phạm vi nghiêm cứu.
GVHD: ThS. Nguyễn Thanh Hùng
4
SVTH: Nguyễn Hồng Phin
Đồ Án Tốt Nghiệp
- Tổng quan về năng lượng mặt trời, hiểu rõ hơn về những lợi ích mà năng lượng mặt trời
đem lại, so sánh với các nguồn năng lượng điện khác ( nhiệt điện, thủy điện...) để chọn ra
được phương pháp vượt trội, tìm hiểu các mơ hình biến đổi năng lượng mặt trời thành
điện năng để triển khai áp dụng cho hộ gia đình.
4. Phương pháp nghiêm cứu.
Trên cơ sở phân tích lý thuyết và các mơ hình biến đổi năng lượng mặt trời thành
điện năng.
5. Ý nghĩa thực tiễn và khoa học của đề tài.
Nắm được lợi ích của điện năng lượng mặt trời, từ đó chọn được phương pháp, mơ
hình phù hợp để lắp đặt góp phần đảm bảo vấn đề an ninh năng lượng trong khi các
nguồn năng lượng truyền thống đang dần cạn kiệt, nghiên cứu sẽ là giải pháp làm giảm
bớt gánh nặng về tình trạng thiếu hụt năng lượng của quốc gia và tiết kiệm chi phí cho
người tiêu dùng. Đồng thời góp phần lớn vào bảo vệ mơi trường, giải pháp năng lượng
tuyệt vời để giảm lượng khí thải carbon trên trái đất. Khi chúng ta sử dụng năng lượng
mặt trời sẽ khơng giải phóng bất kỳ khí thải nhà kính nào và nó hồn tồn khơng sử dụng
các nguồn tài nguyên khác. Vậy nên chúng an toàn hơn với môi trường. Năng lượng này
là tự cung tự cấp và việc lắp đặt các tấm pin mặt trời trên mái nhà thì cũng rất an tồn và
dễ dàng.
6. Cấu trúc của Đồ án.
•
•
•
•
Chương 1: Tổng Quan về hệ thống nhà thông minh sử dụng năng lượng mặt trời.
Chương 2 Thiết kế hệ thống nhà thông minh sử dụng năng lượng mặt trời.
Chương 3 Mô phỏng hệ thống nhà thông minh sử dụng năng lượng mặt trời.
Chương 4 Kết luận và hướng phát triển.
GVHD: ThS. Nguyễn Thanh Hùng
5
SVTH: Nguyễn Hồng Phin
Đồ Án Tốt Nghiệp
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐH DUY TÂN
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
Đà Nẵng, ngày.......tháng.......năm 2021
Giảng viên hướng dẫn
GVHD: ThS. Nguyễn Thanh Hùng
6
SVTH: Nguyễn Hồng Phin
Đồ Án Tốt Nghiệp
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐH DUY TÂN
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
Đà Nẵng, ngày.......tháng.......năm 2021
Giảng viên phản biện
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan rằng đồ án tốt nghiệp “hệ thống nhà thông minh sử dụng năng
lượng điện mặt trời” là cơng trình nghiên cứu của bản thân dưới sự hướng dẫn của thầy
ThS Nguyễn Thanh Hùng. Những phần có sử dụng tài liệu tham khảo có trong đồ án đã
GVHD: ThS. Nguyễn Thanh Hùng
7
SVTH: Nguyễn Hồng Phin
Đồ Án Tốt Nghiệp
được liệt kê và nêu rõ ra tại phần tài liệu tham khảo. Đồng thời những số liệu hay kết quả
trình bày trong đồ án đều mang tính chất trung thực, khơng sao chép, đạo nhái.
Nếu như sai tơi xin chịu hồn tồn trách nhiệm và chịu tất cả các kỷ luật của bộ
môn cũng như nhà trường đề ra.
MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC HÌNH
GVHD: ThS. Nguyễn Thanh Hùng
8
SVTH: Nguyễn Hồng Phin
Đồ Án Tốt Nghiệp
GVHD: ThS. Nguyễn Thanh Hùng
9
SVTH: Nguyễn Hồng Phin
Đồ Án Tốt Nghiệp
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU CÁC CHỮ VIẾT TẮT
Từ viết tắt/ký hiệu
EVN
PC Quảng Nam
CPC
ÐMT
NLMT
DC
AC
IEC
HTNLMT
MPPT
Isc
Imax−input−inv
Vdcmax−inv
Vmp
PVC
XLPE
Giải thích nghĩa
Tập đồn điện lực Việt Nam
Công ty điện lực Quảng Nam
Tổng công ty điện lực miền Trung
Điện mặt trời
Năng lượng mặt trời
Dòng điện một chiều
Dòng điện xoay chiều
Bộ tiêu chuẩn điện kỹ thuật chuyển hoá quốc tế
Hệ thống năng lượng mặt trời
Bắt điểm cơng suất cực đại
Dịng điện ngắn mạch tối đa của dàn pin mặt trời
Dòng điện cho phép tối đa ngõ vào của inverter
Điện áp DC cho phép tối đa ở ngõ vào của inverter
Điện áp hoạt động tối đa của tấm pin
Điện áp hở mạch tối đa của tấm pin
(Polyvinyl Chloride ) chất cách nhiệt dẻo được sử dụng
phổ biến cho các loại dây và cáp điện
Cross-Linked Polyethylene là cấu trúc phân tử tuyến tính
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG NHÀ THÔNG MINH
SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI
1.1 Giới thiệu hệ thống điện năng lượng mặt trời
Điện mặt trời (Quang điện hay Photovoltaics – PV) là nguồn năng lượng lớn nhất
mà con người tận dụng và đưa vào sử dụng được. Hệ thống điện mặt trời là hệ thống có
GVHD: ThS. Nguyễn Thanh Hùng
10
SVTH: Nguyễn Hồng Phin
Đồ Án Tốt Nghiệp
tác dụng biến đổi ánh sáng mặt trời trực tiếp thành điện năng thông qua các tấm pin mặt
trời. Năng lượng mặt trời cung cấp một nguồn năng lượng vơ hạn, khơng sinh ra khí thải
CO2 và đặc biệt là khơng mất chi phí khi sử dụng, bởi vậy đây là nguồn năng lượng tái
tạo vô cùng sạch, đáng tin cậy và mang lại nhiều giá trị cho con người.
1.2 Tình hình phát triện Điện mặt trời tại Quảng Nam
Tại Quảng Nam, phát triển ÐMT, trong đó ÐMT mái nhà được cho là có nhiều tiềm
năng để khai thác hiệu quả. Thông tin từ Công ty Điện lực Quảng Nam (PC Quảng Nam),
về điều kiện tự nhiên, bức xạ đo được tại khu vực miền Nam và các tỉnh khu vực Nam
Trung Bộ, trong đó có Quảng Nam lên tới 1.600kW/giờ/m 2/năm[1].Theo Bộ Tài nguyên
và Môi trường, cứ 1 kW giờ ÐMT tiết kiệm, sẽ giảm phát thải vào môi trường 0,6612 kg
CO2.
Phát triển ÐMT mái nhà đem lại lợi ích cho Nhà nước và người sử dụng điện. Ðó là có
thêm nguồn năng lượng sạch với sản lượng khá cao (nếu được khuyến khích đầu tư),
giảm tối đa nguồn vốn ngân sách đầu tư vào các cơng trình nguồn phát và lưới truyền tải
điện. Theo ước tính, chỉ cần khoảng hai triệu nóc nhà tại Việt Nam lắp đặt ÐMT mái nhà
với công suất 10 kW/mái nhà sẽ giúp giảm tương ứng khoảng 16 triệu tấn than/năm dùng
cho nhiệt điện than.
Ông Trần Văn Quy - Trưởng phòng Kinh doanh PC Quảng Nam cho biết, dù mới
triển khai, nhưng từ tháng 11/2018 trên địa bàn tỉnh đã có những khách hàng đầu tiên lắp
đặt hệ thống ĐMT mái nhà. “Từ đầu năm 2019, vật tư thiết bị lắp đặt ĐMT mái nhà trên
thị trường phong phú hơn, cùng với đó Thơng tư 05 của Bộ Cơng Thương ban hành về cơ
chế thanh toán được rõ hơn. Đồng thời PC Quảng Nam đã tích cực phối hợp, hướng dẫn
khách hàng kiểm tra đấu nối, ký kết biên bản thỏa thuận tạm thời để ghi nhận sản lượng
điện phát lên lưới thì khách hàng mới thật sự quan tâm và tiến hành lắp đặt. Hiện nay, trên
địa bàn tỉnh đã có 32 khách hàng lắp đặt ĐMT mái nhà với tổng cơng suất lắp đặt là 576
kWp. Ngồi ra, PC Quảng Nam cũng đã hoàn thành lắp đặt hệ thống ĐMT mái nhà các
GVHD: ThS. Nguyễn Thanh Hùng
11
SVTH: Nguyễn Hồng Phin
Đồ Án Tốt Nghiệp
trụ sở 13 điện lực với công suất lắp đặt 365 kWp và đang tiếp tục lắp đặt trên các trạm
biến áp 110 kV, dự kiến sẽ sớm hồn thành trong q II.2019” - ơng Quy thơng tin.
Đẩy mạnh tuyên truyền:
Tùy theo nhu cầu của khách hàng sử dụng điện mà hệ thống ĐMT mái nhà được lắp đặt
có cơng suất lớn hay nhỏ. Trong đó, để được công suất 1 kWp, khách hàng phải lắp đặt 3
tấm pin mặt trời với tổng diện tích 6m2 và chi phí khoảng từ 20 - 22 triệu đồng, nếu đầu tư
cơng suất càng lớn thì chi phí càng giảm. Theo các nhà cung cấp, tuổi thọ của tấm pin
năng lượng mặt trời từ 25 - 30 năm, thiết bị kèm theo (inverter) từ 10 - 20 năm, có khả
năng thu hồi vốn trong khoảng 6 năm. Với quy trình hoạt động là ánh sáng mặt trời chiếu
vào pin mặt trời, biến đổi thành dòng điện một chiều theo hiệu ứng quang điện, dòng điện
một chiều này sẽ được thiết bị inverter chuyển đổi thành dòng điện xoay chiều với điện áp
và tần số đúng chuẩn để hòa lưới điện quốc gia. Lúc này phụ tải tiêu thụ điện sẽ được cấp
điện bởi cả hai nguồn điện song song, tuy nhiên sẽ ưu tiên sử dụng ĐMT, chỉ khi ĐMT
không sản sinh đủ lượng điện cung cấp cho hệ thống thì các phụ tải tiêu thụ mới nhận
điện từ điện lưới.
Ngược lại, khi nguồn năng lượng mặt trời cấp thừa cho phụ tải thì phần thừa đó sẽ phát
lên lưới điện để bán cho ngành Điện. Với giá bán điện lại cho ngành Điện là 9,35
Cent/kWh (tương đương hơn 2.100 đồng/kWh) thì việc đầu tư này hồn tồn khả thi và
thực tế rất nhiều cá nhân, doanh nghiệp đã thực hiện. Nếu diện tích mái nhà khoảng
20m2 có thể lắp đặt được 10 panel, công suất điện cực đại thu được khoảng hơn 3 kWp,
đủ dùng cho các thiết bị điện thơng dụng trong một gia đình.
Với nhiều ưu điểm của hệ thống ĐMT áp mái, PC Quảng Nam đã thực hiện nhiều
hoạt động nhằm khuyến khích sử dụng hệ thống này, tạo điều kiện cho các doanh nghiệp
và tư nhân đầu tư phát triển, lắp đặt trên mái các tịa nhà trụ sở, cơng trình điều hành, trạm
biến áp. Đơn vị đã tổ chức hội thảo để tập huấn cho cán bộ, công nhân viên tại các cơ sở
điện lực để hỗ trợ tối đa cho khách hàng có nhu cầu lắp đặt ĐMT mái nhà. Đồng thời,
thỏa thuận với các nhà thầu cung cấp, lắp đặt cam kết cung cấp, lắp đặt hệ thống pin năng
GVHD: ThS. Nguyễn Thanh Hùng
12
SVTH: Nguyễn Hồng Phin
Đồ Án Tốt Nghiệp
lượng mặt trời trên mái nhà đảm bảo chất lượng, tiến độ, giá thấp hơn thị trường tối thiểu
20%, thông báo danh sách các nhà cung cấp, lắp đặt ĐMT trên mái nhà tới khách hàng...
Các hệ thống năng lượng mặt trời lắp mái do CPC quản lý thử nghiệm tại Đà Nẵng và
một số tỉnh miền Trung được thể hiện qua bảng 1.1[2]
TT
Tên dự
án
Địa điểm
Ngày đưa
vào sử
dụng
Loại
tấm
pin
Thông số kỹ thuật
Công Công
Số
suất suất
lượng tấm
DC
(tấm) pin
(kW
(W)
p)
Công
suất
AC
(kW)
A. Cơ quan, cơng sở
1
Tịa nhà
EVNCPC
Đà Nẵng
10/9/2017
2
Cty ĐL
Đăk Lăk
Đăk Lăk
2/6/2018
3
Cty ĐL
Đăk
Nơng
Đăk Nơng
2/6/2018
4
Cty ĐL
Gia Lai
Gia Lai
4/15/2018
5
Cty ĐL
Kon Tum
Kon Tum
2/7/2018
6
Cty ĐL
Phú Yên
Phú Yên
2/7/2018
Bình Định
2/10/2018
7
8
9
Cty ĐL
Bình
Định
Cty Lưới
điện Cao
thế miền
Trung
Trường
Misubi
shi
MJE275
LG360
S2WA5
LG360
S2WA5
LG360
S2WA5
LG360
S2WA5
LG360
S2WA5
LG360
S2WA5
Đà Nẵng
2/10/2018
LG360
S2WA5
Quế Sơn-
4/22/2018
Misubi
GVHD: ThS. Nguyễn Thanh Hùng
13
181
275
50
50
156
360
56
56
96
360
35
35
138
360
50
50
97
360
35
35
112
360
40
40
85
360
31
30
97
360
35
35
36
275
10
10
SVTH: Nguyễn Hồng Phin
Đồ Án Tốt Nghiệp
Nguyễn
Văn Cừ
Quảng Nam
10
Trường
Lê Qúy
Đôn
Đại LộcQuảng Nam
4/22/2018
11
Trường
Nguyễn
Thành
Hãn
Duy XuyênQuảng Nam
4/22/2018
12
Trạm sạc
Ơ tơ điện
Đà Nẵng
11/6/2017
13
Xưởng
SXĐT
Đà Nẵng
8/27/2018
Tổng cơng suất
B. Hộ gia đình
Trần
1
Đình
Đà Nẵng
Nhân
1/30/2016
2
Nguyễn
Thành
Đà Nẵng
5/11/2017
3
Trần
Đình Lợi
Đà Nẵng
1/18/2017
4
Trần
Dũng
Đà Nẵng
10/17/2017
Quảng Bình
6/28/2017
Quảng Bình
10/29/2017
Quảng Ngãi
7/7/2017
5
6
7
Thái
Hồng
Quân
Khách
hàng tại
Quảng
Xá
Khách
hàng tại
Sa Huỳnh
GVHD: ThS. Nguyễn Thanh Hùng
14
shi
MJE275
Misubi
shi
MJE275
Misubi
shi
MJE275
Misubi
shi
MJE275
LG360
S2WA5
HiS250M
G
HiS250M
G
HiS250M
G
Misubi
shi
MJE275
HiS250M
G
Misubi
shi
MJE275
HiS250M
G
36
275
10
10
36
275
10
10
15
275
4
5
72
360
26
25
392
391
21
250
5
5
20
250
5
5
12
250
3
3
11
275
3
3
20
250
5
5
18
275
5
5
12
250
3
3
SVTH: Nguyễn Hồng Phin
Đồ Án Tốt Nghiệp
Nguyễn
8
Đức
Tuyên
Ngô
9
Trường
Thắng
Tán Quốc
10
Bảo
Tổng công suất
Đà Nẵng
9/28/2018
Đà Nẵng
10/16/2018
Đà Nẵng
10/25/2018
HiS250M
G
HiS250M
G
Vina
solar
28
360
10
10
8
360
3
3
9
360
3
3
45
45
Bảng 1.1 Các hệ thống mặt trời lắp mái do CPC theo dõi, quản lý.
1.3 Nguyên lý hoạt động của điện năng lượng mặt trời
Đầu tiên hệ thống pin năng lượng mặt trời được lắp đặt ở mái nhà, vách tường hoặc
những nơi thuận lợi để tiếp thu nhiều ánh nắng mặt trời nhất. Ánh sáng mặt trời chiếu
thẳng vào pin mặt trời sẽ được biến đổi thành dòng điện một chiều theo hiệu ứng quang
điện.
Dòng điện một chiều này sẽ được thiết bị inverter chuyển đổi dịng điện kích lên
thành dịng điện xoay chiều. Khi dịng điện được kích lên thành điện xoay chiều sin chuẩn
220v có cùng cơng suất và tần số với điện lưới. Thì thơng qua sạc NLMT sẽ sạc đầy hệ
thống ắc quy lưu trữ. Sau đó trực tiếp hịa vào điện lưới nhà nước. Cả hai nguồn điện sẽ
song song cung cấp điện cho các tải tiêu thụ điện. Tuy nhiên sẽ ưu tiên sử dụng điện mặt
trời. Chỉ khi điện mặt trời không sản sinh đủ cung cấp cho hệ thống thì các tải tiêu thụ
mới nhận điện từ điện lưới.[3]
1.4 Giới thiệu hệ thống nhà thông minh
Nhà thông minh (smart home) là kiểu nhà được lắp đặt các thiết bị điện, điện tử có
thể được điều khiển hoặc tự động hố hoặc bán tự động hóa để thay thế con người trong
việc thực hiện hành động hoặc kiểm sốt từ xa.
Có thể đáp ứng theo các ngữ cảnh thơng minh một cách có chủ định theo thiết lập
của người dùng, có thể hoạt động một cách tự động hoặc bán tự động, và có thể thay thế
con người thực hiện một hoặc một số thao tác quản lý, điều khiển nhất định.
GVHD: ThS. Nguyễn Thanh Hùng
15
SVTH: Nguyễn Hồng Phin
Đồ Án Tốt Nghiệp
Về mặt bản chất, nhà thông minh là sự kết nối có hệ thống của các thiết bị điện thông
minh. Giúp ngôi nhà trở nên thông minh hơn, có thể đáp ứng được các chức năng tự động
hoặc bán tự động theo ý của người dùng.
Hệ thống điện tử này có thể giao tiếp với người dùng thông qua bảng điện tử đặt
trong nhà, ứng dụng trên điện thoại di đơng, máy tính bảng hoặc một giao diện web, thậm
chí bạn có thể ra lệnh điều khiển các thiết bị bằng giọng nói.
Trong căn nhà thơng minh, các đồ dùng & thiết bị điện trong nhà từ phịng ngủ,
phịng khách đến toilet đều có thể gắn các bộ điều khiển điện tử có thể kết nối với
Internet và điện thoại di động cho phép chủ nhân điều khiển vật dụng từ xa hoặc lập trình
cho thiết bị ở nhà hoạt động theo lịch. Thêm vào đó, các đồ gia dụng có thể hiểu được
ngơn ngữ của nhau và có khả năng tương tác với nhau.
Hiện nay cơng nghệ nhà thông minh tại Việt Nam đang phát triển mạnh mẽ, nhiều
công nghệ mới được áp dụng vào phát triển cho hệ thống nhà thông minh[4].
1.5 Tầm quan trọng của năng lượng mặt trời trong hệ thống nhà thông minh
Cuộc sống đang ngày càng được nâng cao và hiện tại đang là thời kỳ đỉnh cao của
nền công nghệ 4.0, nhiều thiết bị điện đã và đang được cải tiến để áp dụng trong chính gia
đình của chúng ta. Việt Nam được đánh giá là một trong những quốc gia có tiềm năng lớn
trong việc phát triển nguồn năng lượng tái tạo. Trong đó, điện năng lượng mặt trời đang là
giải pháp khả quan và được khuyến khích hàng đầu hiện nay bởi những tác động tích cực
của nó. Khi sử dụng điện năng lượng mặt trời vào hệ thống nhà ở thông minh, những tấm
pin mặt trời sẽ hấp thụ nguồn năng lượng trực tiếp từ mặt trời toả xuống và cung cấp trực
tiếp cho các thiết bị dùng trong nhà. Nếu điện lưới áp dụng được với các thiết bị thơng
minh thì điện mặt trời cũng khơng kém cạnh mà cịn vượt trột hơn khi cũng có thể truyền
tải để hoạt động tất cả các hoạt động thơng minh. Có thể sử dụng hành động, lời nói hoặc
các thao tác đơn giản để quản lý nguồn điện tự động hoá từ xa. Khi nguồn điện được hấp
thụ từ năng lương mặt trời và chuyển hoá trực tiếp thành điện năng tiêu thụ tại gia đình
mà khơng cần qua bất cứ nhà máy hay doanh nghiệp nào. Thông qua các thiếu bị điện
GVHD: ThS. Nguyễn Thanh Hùng
16
SVTH: Nguyễn Hồng Phin
Đồ Án Tốt Nghiệp
thông minh, nguồn điện sẽ được cài đặt thời gian và công suất cố định, đến thời gian đã
cài đặt thì nguồn điện sẽ trực tiếp truyền tải đến mà không cần sự điều chỉnh hay tác động
nào từ phía con người. Cịn có thể kết hợp giữa điện năng lượng mặt trời và thiết bị an
ninh để kích hoạt hệ thống chiếu sáng, âm thanh cảnh báo trộm. Nhờ có nguồn điện năng
lượng mặt trời mà các thao tác vận hành và điều khiển nguồn điện đã trở nên đơn giản và
hiệu quả hơn, còn tiết kiệm được chi phí và thời gian. Qua đây ta cũng thấy được vai trị
vơ cùng quan trọng của điện năng lượng mặt trời đối với đời sống sinh hoạt, giao lưu và
kinh tế đối với hệ thống nhà thông minh. Nhờ có điện năng lượng mặt trời mà ngơi nhà
trở nên tiện ích, thơng minh và nổi trội hơn.
CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ HỆ THỐNG NHÀ THÔNG MINH SỬ
DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI
2.1 Các thành phần của hệ thống
Các thành phần cơ bản cấu tạo nên hệ thống điện năng lượng mặt trời bao gồm:
Các tấm pin mặt trời, biến tần chuyển đổi điện (inverter), sạc năng lượng mặt trời, hệ
thống ắc quy lưu trữ. Mỗi bộ phận này đóng một vai trò quan trọng khác nhau giúp tạo
nên một hệ thống điện mặt trời hoạt động hiệu quả nhất, cụ thể:
a. Hệ thống pin năng lượng mặt trời: Thành phần chính trong pin mặt trời là silic tinh
khiết có chứa trên bề mặt một số lượng lớn các cảm biến ánh sáng là điốt quang có nhiệm
vụ thu nhận và chuyển hóa năng lượng mặt trời thành điện năng, sau đó cung cấp nguồn
điện cho cả hệ thống hoạt động.
GVHD: ThS. Nguyễn Thanh Hùng
17
SVTH: Nguyễn Hồng Phin
Đồ Án Tốt Nghiệp
b. Bộ biến tần Inverter: Có nhiệm vụ chuyển đổi nguồn điện một chiều DC của pin mặt
trời sang điện xoay chiều AC để sử dụng cho các thiết bị điện.
Điện năng do hệ thống điện mặt trời tạo ra là điện một chiều (DC). Điện năng từ
lưới điện phân phối là điện xoay chiều (AC) điện áp cao. Muốn sử dụng điện mặt trời để
vận hành trang thiết bị vốn hoạt động từ nguồn điện lưới phân phối, cần có bộ biến tần để
chuyển đổi dịng điện từ DC sang AC và tăng điện áp đến giá trị điện áp lưới[10].
Theo truyền thống, thường có một bộ biến tần trung tâm trong hệ thống điện mặt
trời, mắc trực tiếp với mảng panel trong hệ thống nối với điện lưới, hoặc nối vào dãy
acquy trong hệ thống điện mặt trời độc lập. Sáng chế mới đây là bộ vi biến tần. Các bộ vi
biến tần nối vào từng panel riêng rẽ, cho phép các panel đó cung cấp điện xoay chiều điện
áp cao.
c. Sạc năng lượng mặt trời: Có nhiệm vụ đảm bảo sạc năng lượng từ pin mặt trời sang hệ
thống ắc quy, giúp cho ắc quy cũng như hệ thống hoạt động tốt hơn và nâng cao tuổi thọ.
d. Hệ thông ắc quy lưu trữ: Vì điện mặt trời khơng được sản xuất liên tục do thời gian
chiếu sáng cố định, bởi vậy các bình ắc quy khi này được sử dụng để lưu trữ nguồn điện.
Khi điện lưới bị mất hoặc hệ thống điện mặt trời khơng sản xuất ra điện thì các bình ắc
quy lưu trữ này sẽ cung cấp cho các tải tiêu thụ từ hệ thống điện lưới.
e. Các thiết bị thông minh sử dụng năng lượng điện mặt trời
Hệ thống chiếu sáng thông minh
Hệ thống chiếu sáng đèn thông minh là một trong những giải pháp được nhiều
người dùng ưa chuộng nhất hiện nay. Nó bao gồm các cơng tắc thông minh, cảm biến…
nhằm phát hiện các chuyển động để tự động điều chỉnh ánh sáng trong ngôi nhà một cách
phù hợp.
GVHD: ThS. Nguyễn Thanh Hùng
18
SVTH: Nguyễn Hồng Phin
Đồ Án Tốt Nghiệp
Hệ thống Voice Control – Điều khiển bằng giọng nói
Với hệ thống điều khiển bằng giọng nói, các bạn chỉ cần phát thành lời là mọi thứ
sẽ được tự động làm việc theo yêu cầu., đây được xem là xu thế của sự phát triển và
tương lai.
Hệ thống an ninh chống trộm
Cảnh báo xâm nhập trên thiết bị di động được kết nối sẵn. Hệ thống chiếu sáng
thơng minh được kích hoạt ngay lập tức. Hệ thống rèm cửa của ngôi nhà tự động được
mở. Âm thanh đa vùng cảnh báo trộm. Hệ thống cửa được bảo vệ.
Quạt thơng minh
Với thuật tốn cảm biến gió, cảm biến nhiệt độ và cảm biến độ ẩm, quạt sẽ tự động
thay đổi tốc độ theo môi trường xung quanh. quạt có thể kết nối và điều khiển thơng qua
ứng dụng điều khiển từ xa. Có thể hẹn giờ khởi động, chỉnh độ sáng của màn hình trên
quạt, chỉnh đầu quạt lên/xuống, kiểm tra nhiệt độ, độ ẩm và thay đổi tốc độ quạt khác
nhau.
2.2 Thiết kế hệ thống
2.2.1 Cấu tạo tấm pin năng lượng mặt trời:
Pin năng lượng mặt trời được chia làm 8 bộ phận gồm[5]:
Khung nhơm
Kính cường lực
Lớp màng EVA
Solar cell
Tấm nền pin (phía sau)
Hộp đấu dây (junction box)
Cáp điện
Jack kết nối MC4.
GVHD: ThS. Nguyễn Thanh Hùng
19
SVTH: Nguyễn Hồng Phin
Đồ Án Tốt Nghiệp
Hình 2. 1: Cấu tạo tấm pin năng lượng mặt trời
a. Khung nhơm:
Khung nhơm đóng một vai trò quan trọng trong cấu tạo pin năng lượng mặt trời để
bảo vệ cạnh của phần gỗ chứa các tế bào, cung cấp một cấu trúc vững chắc để gắn bảng
điều khiển năng lượng mặt trời vào vị trí. Các phần nhôm ép đùn được thiết kế cực kỳ
nhẹ, cứng và có thể chịu được áp lực cực lớn, tải từ gió lớn và các lực bên ngồi.
Khung nhơm có thể có màu bạc hoặc đen tùy thuộc vào nhà sản xuất bảng điều
khiển, các phần góc có thể được vặn, ép hoặc kẹp lại với nhau cung cấp mức độ mạnh và
độ cứng khác nhau[5].
b. Kính cường lực:
Tấm kính phía trước là một thành phần cấu tạo pin mặt trời để bảo vệ các tế bào PV
khỏi thời tiết và tác động từ mưa đá hoặc mảnh vụn trong khơng khí. Kính được sử dụng
thường là kính cường lực với cường độ cao, dày từ 3.0 đến 4.0mm và được thiết kế chống
lại tải trọng cơ học và thay đổi nhiệt độ khắc nghiệt. Thử nghiệm tác động tiêu chuẩn tối
thiểu theo tiêu chuẩn IEC yêu cầu các tấm pin mặt trời chịu được tác động của đá mưa có
đường kính 1 inch (25mm) di chuyển lên đến 60 dặm/giờ (27 m/s). Trong trường hợp xảy
ra tai nạn hoặc kính cường lực va chạm mạnh cũng an tồn hơn nhiều so với kính tiêu
chuẩn vì nó vỡ thành các mảnh nhỏ thay vì các phần răng cưa sắc nhọn[5].
GVHD: ThS. Nguyễn Thanh Hùng
20
SVTH: Nguyễn Hồng Phin
Đồ Án Tốt Nghiệp
Hình 2. 2: Kính cường lực
c. Lớp màng EVA:
EVA là viết tắt của ‘ethylene vinyl acetate, một lớp Polymer được thiết kế đặc biệt
có độ trong suốt (nhựa) được sử dụng để bọc các tế bào và giữ chúng ở đúng vị trí trong
q trình sản xuất. Vật liệu EVA phải cực kỳ bền và chịu được nhiệt độ và độ ẩm khắc
nghiệt, nó đóng một phần quan trọng trong hiệu suất dài hạn, ngăn chặn hơi ẩm và bụi
bẩn xâm nhập vào trong cấu tạo của pin mặt trời.
Việc ghép hai bên của các tế bào PV sẽ tạo ra một số sự hấp thụ sốc giúp bảo vệ các
tế bào và dây kết nối khỏi sự rung động, tác động đột ngột từ đá mưa đá và các vật thể
khác. Một bộ phim chất lượng cao của EVA với mức độ cao được gọi là linking liên kết
chéo có thể là sự khác biệt giữa tuổi thọ dài hoặc lỗi bảng điều khiển do thấm nước. Trong
quá trình sản xuất, các tế bào được lắp đặt trước tiên với EVA trước khi được lắp ráp bên
trong tấm kính và tấm lưng[5].
d. Lớp Solar cell (tế bào quang điện).
Pin mặt trời được cấu tạo từ nhiều đơn vị nhỏ hơn là solar cell. Những loại pin
năng lượng mặt trời thông dụng như mono và poly được làm từ silic, một loại chất bán
dẫn phổ biến. Trong một cell, tinh thể silic bị kẹp giữa hai lớp dẫn điện (ribbon và các
thanh busbar). Một tế bào quang điện sử dụng hai lớp silic khác nhau, loại N và loại P [5].
GVHD: ThS. Nguyễn Thanh Hùng
21
SVTH: Nguyễn Hồng Phin
Đồ Án Tốt Nghiệp
Hình 2. 3: Lớp tế bào quang điện
e. Tấm nền pin (phía sau):
Có chức năng cách điện, bảo vệ cơ học và chống ẩm. Vật liệu được sử dụng có thể
là polymer, nhựa PP, PVF, PET. Tấm nền có độ dày khác nhau tùy vào hãng sản xuất.
Phần lớn tấm nền sẽ có màu trắng[5].
Hình 2. 4: Tấm nền pin
f. Hộp đấu dây (junction box):
GVHD: ThS. Nguyễn Thanh Hùng
22
SVTH: Nguyễn Hồng Phin
Đồ Án Tốt Nghiệp
Hộp nối là một vỏ bọc chống thời tiết nhỏ nằm ở phía sau của bảng điều khiển. Nó
là một thiết bị khá cần thiết trong cấu tạo của pin năng lượng mặt trời để gắn chắc chắn
các dây cáp để kết nối các bảng. Hộp nối có vai trị rất quan trọng vì nó là điểm trung tâm,
nơi tất cả các tế bào đặt liên kết với nhau và phải được bảo vệ khỏi độ ẩm và bụi bẩn[5].
Hình 2. 5: Hộp nối
g. Cáp điện:
Cáp điện DC, loại cáp điện chuyên dụng cho điện năng lượng mặt trời, có khả
năng cách điện một chiều DC cực tốt, kèm với đó là khả năng chống chịu tốt trước sự
khắc nghiệt của thời tiết (tia cực tím, bụi, nước, ẩm..) và tác động cơ học khác [5].
h. Jack kết nối MC4:
Là đầu nối điện thường được dùng để kết nối các tấm pin mặt trời. “MC” trong
MC4 là viết tắt của nhà sản xuất Multi-Contact. Loại jack kết nối này giúp bạn dễ dàng
kết nối các tấm pin và dãy pin bằng cách gắn jack từ các tấm pin liền kề với nhau bằng
tay[5].
GVHD: ThS. Nguyễn Thanh Hùng
23
SVTH: Nguyễn Hồng Phin
Đồ Án Tốt Nghiệp
Hình 2. 6: Jack MC4 kết nối các tấm pin với nhau
2.2.2 Vị trí lắp đặt hệ thống pin năng lượng mặt trời nối lưới không lưu trữ.
Hệ thống Pin năng lượng mặt trời nối lưới cung cấp điện được dự kiến xây dựng áp
mái trên mái Nhà của hộ gia đình.
Dựa theo hình 2.7 khu vực được đánh dấu là mái nhà của hộ gia đình được thi cơng
lắp đặt hệ thống năng lượng mặt trời.
Hình 2. 7: Khu vực mái nhà của một hộ gia tại Quảng Nam.
GVHD: ThS. Nguyễn Thanh Hùng
24
SVTH: Nguyễn Hồng Phin
Đồ Án Tốt Nghiệp
Hình 2. 8: Hình ảnh vị trí tọa độ góc lệch của vị trí lắp đặp NLMT.
Độ lệch la bàn: Là góc lệch của la bàn so với hướng bắc thực
Từ bản đồ cho ta thấy độ lệch ở Quảng Nam là [6]
Góc nghiêng máy che 15o.
Diện tích mái nhà là 60 m2
Góc phương vị: là góc lệch của mái che so với hướng nam thực.
GVHD: ThS. Nguyễn Thanh Hùng
25
SVTH: Nguyễn Hồng Phin
