BÁO cáo môn học NĂNG LƯỢNG tái tạo đề tài THIẾT kế một hệ THỐNG MICRO – GRID TRONG một tòa NHÀ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG
ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT KHOA:
ĐIỆN- ĐIỆN TỬ



-----

-----

BÁO CÁO MÔN HỌC

NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO
ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ MỘT HỆ THỐNG MICRO –
GRID TRONG MỘT TỊA NHÀ
Giảng viên hướng dẫn:
Nhóm sinh viên thực hiện (Nhóm 7, lớp thứ 7):
Bùi Xuân Hảo
Nguyễn Quang Tiến
Vũ Văn Tiến

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 5 năm 2022
1

TIEU LUAN MOI download :


NHẬN XÉT CỦA GV
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………

……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
Điểm:…………..

Chữ ký của GVHD

2

TIEU LUAN MOI download :

NỘI DUNG
PHẦN I: SỐ LIỆU.............................................................................................................4
PHẦN II: NỘI DUNG.......................................................................................................6
1. Tính tốn số lượng PV cần thiết cho tồn nhà và tính toán điện áp Voc của mạch pin
quang điện......................................................................................................................6

2. Khảo sát đặc tuyến I(V) và P(V) của hệ thống pin quang điện khi bức xạ mặt trời
thay đổi...........................................................................................................................7
3. Khảo sát dòng điện nạp cho hệ thống Acquy có {n1} và {n2} bình 12V bằng phần
mềm và bằng giải tích tốn học của hệ thống PV kết nối trực tiếp với Acquy..............8
4. Khảo sát khả năng của mạch khi có hiện tượng bức xạ mặt trời trên các tấm PV không
đồng đều? Cách nào để lấy được công suất cực đại.................................................... 10
Nếu các tải 1,2 và 3 đều là loại 1 không có sự linh hoạt, xác định lượng cơng suất theo
thời gian mà microgrid trao đổi với lưới điện quốc gia và số tiền phải chi trả trong
tháng với các thông số sau:..........................................................................................13
5.

6. Nếu microgrid này không kết nối với lưới điện quốc gia, xác định công suất hệ thống
PV lắp đặt bổ sung cho hệ thống biết hiệu suất nạp/xả của acquy là 90%..................14
Xác định công suất của bộ bi-direction và dung lượng acquy cần lưu trữ lúc
này .. 15
7.

Nếu vì lý do kinh tế dung lượng acquy cần lưu trữ chỉ bằng 50% tính tốn
tại câu 7.
Khảo sát câu 5..............................................................................................................16
8.

Nếu chi phí PV là 6 triệu VND/kWp, chi phí bộ bi-direction là 1.5 triệu VNĐ/kW và

acquy là 2 triệu VNĐ/kWh, giá mua điện theo bảng 3 và bán điện 1900VNĐ/kWh. Xác
định lại câu 7 để sau 5 năm hoàn vốn đầu tư...............................................................18
9.

10. Điều chỉnh tải loại 2 và tải loại 3 để cực tiểu chi phí vận hành sau khi đã đầu tư như
câu 9.............................................................................................................................21

3


TIEU LUAN MOI download :


PHẦN I: SỐ LIỆU
ĐỀ 30:
Đồ thị loại 1
Đồ thị loại 2
Đồ thị loại 3
Đồ thị gió
Đồ thị mặt trời
thời gian 1
thời gian 2
Đồ thị phụ tải 1-1(kw)
Đồ thị phụ tải 2-2(kw)
Đồ thị phụ tải 3-3(kwh)
Đồ thị phát điện mặt trời
- 4(kw)
Đồ thị phát điện gió 1(kw)
12
13

13
14

900
450

1050
525

810
200

720
400

Bảng giá mua điện trong ngày
Thời gian
0-5
5-8
8-9
9-14
14-16
16-22
22-24

4

TIEU LUAN MOI download :

Bảng thông tin các tấm PV
Thông số
Công suất cực đại (Pmax - W)
Điện áp tại điểm công suất đỉnh (Vmp - V)
Dịng điện tại cơng suất đỉnh (Imp - A)
Điện áp hở mạch (Voc - V)
Dòng điện ngắn mạch (Isc - A)

5

TIEU LUAN MOI download :


PHẦN II: NỘI DUNG
1. Tính tốn số lượng PV cần thiết cho tồn nhà và tính tốn điện áp Voc của mạch
pin quang điện
thời gian 1
thời gian 2
Đồ thị phát điện mặt trời
- 4(kw)

12

13

13

14

810

720

Với đồ thị phát điện mặt trời 4 ta có cơng suất tối đa của pin mặt trời : Pmax= 810 kW
Pmax

=

Suy ra công suất lắp đặt là: Pđặt =

810

= 900 (kW)

0.9

Chọn tấm PV4.
Vậy số tấm pin cần có là: n=

đặ

=

900.103

1

= 2000 tấm
450

Chọn bus DC có: VDC= 600 V
Chọn điện áp cách điện của pin mặt trời là:

ℎ

= 1000 (V)

Số tấm PV trong 1 chuỗi: nstring =
=> Chọn 20 tấm pin trong 1 chuỗi
Số chuỗi PV: nchuoi =
Điện áp hở mạch Voc của mạch pin quang điện:

1 ℎ

= 48.7 x 20 = 974 (V)

6

TIEU LUAN MOI download :


2. Khảo sát đặc tuyến I(V) và P(V) của hệ thống pin quang điện khi bức xạ mặt trời
thay đổi

Ta lắp mạch điện giống như trên trong phần mềm PSIM, sau đó lấy các số liệu, V8, I6 ở
từng bức xạ khác nhau đưa vào excel. Từ đó, ta vẽ được đặc tuyến I(V) và P(V) như bên
dưới.

7

TIEU LUAN MOI download :


3. Khảo sát dòng điện nạp cho hệ thống Acquy có {n1} và {n2} bình 12V bằng phần
mềm và bằng giải tích tốn học của hệ thống PV kết nối trực tiếp với Acquy

❖

Bằng giải tích tốn học:

Ta có: Isạc =

Chọn: + Số bình Acquy mắc nối tiếp là: n1=66 (bình)
+ Số bình Acquy mắc song song là: n2=660 (bình)
Ta có: Isạc =
− 66.12

660

66

= 66,67VPV – 52800

. 0,15

Isạc ≥ 0 => VPV ≥ 792 (V)
Với Isạc = 1200 (A) => VPV =

1200+52800

= 810 (V)

66,67

Ta có đặc tuyến dịng sạc cắt các đường đặc tuyến bức xạ mặt trời như hình dưới:

8

TIEU LUAN MOI download :


❖
Với Rnội =

1

2

.

Bằng phần mềm:
1

=

660

66

. 0,15 = 0,015 Ω; VPV ≥ 792 V

Nhập vào phần mềm PSIM ta được kết quả như sau:

9

TIEU LUAN MOI download :


Đối chiếu với đặc tuyến dòng sạc sử dụng phương pháp giải tích tốn học ta thấy điểm
cắt nhau giữa đặc tuyến dòng sạc và đường bức xạ 1000 W/m 2 là trùng với kết quả mô
phỏng bằng phần mềm: (808.27 ; 1085.06)
4. Khảo sát khả năng của mạch khi có hiện tượng bức xạ mặt trời trên các tấm PV
không đồng đều? Cách nào để lấy được công suất cực đại
Khảo sát trên một chuỗi gồm 20 tấm pin với:
-

10 tấm đầu có bức xạ 1000 W/m2

-

5 tấm tiếp theo có bức xạ 500 W/m2

-

5 tấm tiếp theo có bức xạ 250 W/m2

10

TIEU LUAN MOI download :

Ta có đặc tuyến I(V) và P(V) khi có hiện tượng bức xạ mặt trời không đồng đều trên các
tấm PV như sau:

Để thu được công suất cực đại với đồ thị P(V) như trên là khá khó và cần một giải thuật
phức tạp. Vì vậy để giảm hiện tượng bóng che, ta sẽ mắc các tấm pin song song với nhau

Ví dụ:

11

TIEU LUAN MOI download :


Ta thấy, để thu được công suất cực đại với trường hợp mắc song song như này khá đơn
giản, có thể sử dụng các giải thuật như P&O, INC,…Tuy nhiên, khi mắc song song quá
nhiều tấm pin sẽ làm cho dịng điện sinh ra rất lớn, như vậy cũng khơng tốt.
Vì vậy, cần phải phối hợp giữa mắc song song và mắc nối tiếp sao cho hợp lý và đi kèm
với một giải thuật dị MPPT thích hợp để thu được công suất cực đại khi bức xạ trên các
tấm PV không đồng đều.
12

TIEU LUAN MOI download :


5. Nếu các tải 1,2 và 3 đều là loại 1 khơng có sự linh hoạt, xác định lượng cơng suất
theo thời gian mà microgrid trao đổi với lưới điện quốc gia và số tiền phải chi trả
trong tháng với các thơng số sau:
-

Bức xạ mặt trời và gió thay đổi theo đồ thị 1, 2, 3

Hiệu suất bộ MPPT gió và mặt trời là 92%, hiệu suất bộ bi-direction là 95%

Ta có: P(t)= PT1(t) + PT2(t) + PT3(t) - PPV(t) - Pgió(t)
P(t)= Plưu trữ năng lượng(t) + Pđiện lực(t)
Với Plưu trữ năng lượng(t)= 0
Ta có: 0,95. Pđiện lực(t)= PT1(t) + PT2(t) + PT3(t) – 0,92.( PPV(t) +
Pgió(t) ) Ta lập được bảng sau:
thời gian 1
thời gian 2
Đồ thị phụ tải 1-1(kw)
Đồ thị phụ tải 2-2(kw)
Đồ thị phụ tải 3-3(kw)
Đồ thị phát điện mặt trời 4(kw)
Đồ thị phát điện gió - 1(kw)
Công suất mua của lưới (kWh)
Tiền điện phải trả cho điện lực
(VNĐ)

9
10
1800
900
150
540
300
2186.53
6,559,579

13

TIEU LUAN MOI download :


18
19
600
300
350
90
700
550.74
1,652,211

Số tiền điện phải trả là (1 ngày): 52.742.526 (VNĐ)
Số tiền điện phải trả trong một tháng là: 1.582.275.780 (VNĐ)
6. Nếu microgrid này không kết nối với lưới điện quốc gia, xác định công suất hệ
thống PV lắp đặt bổ sung cho hệ thống biết hiệu suất nạp/xả của acquy là 90%
Với Pđiện lực(t)= 0
Ta có: 0,9. Plưu trữ năng lượng(t)= PT1(t) + PT2(t) + PT3(t) – 0,92.( PPV(t) + Pgió(t) )
Để trở thành Zero Building ta cần lắp đặt thêm một lượng k bộ PV để tổng công suất nạp
vào bộ lưu trữ mới tiến đến 0.
Ta lập được bảng sau:
thời gian 1
thời gian 2
Đồ thị phụ tải 1-1(kw)
Đồ thị phụ tải 2-2(kw)
Đồ thị phụ tải 3-3(kw)

Đồ thị phát điện mặt trời - 4(kw)
Đồ thị phát điện gió - 1(kw)
Công suất nạp vào bộ lưu trữ (kW)
Công suất PV mới
Công suất nạp vào bộ lưu trữ mới
k (tỷ lệ PV lắp thêm)

14

TIEU LUAN MOI download :


10
11
1800
900
150
630
300
2216.00
3034.52
-241.95

20
21
500
250
100
0
400

535.56
0
535.56

Công suất hệ thống PV lắp đặt bổ sung là: Plắp đặt thêm = Pđặt . k= 900.4,82 = 4338 (kWp)
7. Xác định công suất của bộ bi-direction và dung lượng acquy cần lưu trữ lúc
này
Ta có cơng suất của bộ bi – direction là công suất lớn nhất nạp vào hoặc xả ra của bộ lưu
trữ năng lượng, dung lượng ắc quy cần để lưu trữ là tổng công suất nạp hoặc xả liên tục
lớn nhất.
Ta có bảng sau:

15

TIEU LUAN MOI download :


Công suất nạp vào bộ lưu trữ
mới (kW)
Lấy trị tuyệt đối:
Công suất của bộ bi-direction
(kW)
Tổng công suất nạp/xả liên tục:
Dung lượng ắc quy cần để lưu
trữ (kW)

-241.95
241.95

828.37

828.37

Từ bảng trên ta có thể tính được:
-

Cơng suất của bộ bi – direction là: 2526 kW

-

Dung lượng ắc quy cần để lưu trữ là: 7624,46 kWh
8. Nếu vì lý do kinh tế dung lượng acquy cần lưu trữ chỉ bằng 50% tính tốn tại
câu
7. Khảo sát câu 5

Dung lượng acquy lưu trữ lúc này là: 7624,46.0,5 = 3812,23 kWh
Với dung lượng accquy như trên ta sẽ khảo sát lại câu 5 bằng cách phân bố công suất
nạp xả của bộ lưu trữ năng lượng sao cho tổng công suất nạp hoặc xả liên tục khơng q
3812,23 kWh.
Ta có bảng sau:

16


TIEU LUAN MOI download :


thời gian 1
thời gian 2
Đồ thị phụ tải 1-1(kw)
Đồ thị phụ tải 2-2(kw)

Đồ thị phụ tải 3-3(kw)
Đồ thị phát điện mặt trời - 4(kw)
Đồ thị phát điện gió - 1(kw)
Cơng suất nạp(-)/xả(+) bộ lưu trữ
năng lượng (kw)
Công suất từ lưới điện (kw)
Tiền điện phải trả cho điện lực
(VNĐ)

5
6
300
150
150
0
500
300.00

-136.84

-260,000

733.89
1,467,789

534.53
1,069,053

1648.00
4,120,000

1618.11

4,854,316

1625.68
4,877,053

688.00
2,064,000

316.63
949,895

14
15
1500
750
200
630
400
-1900.00
3381.47
6,762,947

17

TIEU LUAN MOI download :

646.95

1,940,842


Số tiền điện phải trả là (1 ngày): 43.577.895 (VNĐ)
Số tiền điện phải trả trong một tháng là: 1.307.336.850 (VNĐ)
9. Nếu chi phí PV là 6 triệu VND/kWp, chi phí bộ bi-direction là 1.5 triệu VNĐ/kW
và acquy là 2 triệu VNĐ/kWh, giá mua điện theo bảng 3 và bán điện
1900VNĐ/kWh. Xác định lại câu 7 để sau 5 năm hoàn vốn đầu tư
Câu 7 yêu cầu xác định công suất của bộ bi – direction và ắc quy sau khi lắp đặt hệ
thống PV bổ sung. Vì vậy câu này ta sẽ sử dụng lại giá trị của công suất PV mới.
Đầu tiên, để xác định xem công suất của bộ bi – direction và ắc quy là bao nhiêu để sau
5 năm hồn vốn đầu tư ta sẽ tính tiền điện khi:
+ Không sử dụng nguồn năng lượng tái tạo:
thời gian 1
thời gian 2
Đồ thị phụ tải 1-1(kw)
Đồ thị phụ tải 2-2(kw)
Đồ thị phụ tải 3-3(kw)
Công suất từ lưới điện (kw)
Tiền điện phải trả cho điện lực (VNĐ)

6
7
900
450
250
1684.21
3,368,421

18

TIEU LUAN MOI download :


16
17
1500
750
60
2431.58
7,294,737

Tiền điện phải trả trong 1 ngày là: 86.041.053 (VNĐ)
Tiền điện phải trả trong 5 năm là: 157.024.921.053 (VNĐ)
+ Khi có đầu tư nguồn năng lượng tái tạo và hệ thống lưu trữ năng lượng:
thời gian 1
thời gian 2
Đồ thị phụ tải 1-1(kw)
Đồ thị phụ tải 2-2(kw)
Đồ thị phụ tải 3-3(kw)
Đồ thị phát điện mặt trời - 4(kw)
Công suất PV mới
Đồ thị phát điện gió - 1(kw)
Cơng suất nạp(-)/xả(+) bộ lưu trữ năng
lượng (kw)
Công suất nạp(-)/xả(+) bộ lưu trữ năng
lượng mới (kw)
Công suất từ lưới điện (kw)
Tiền điện phải trả cho điện lực (VNĐ)
Tổng tiền điện phải trả trong 5 năm(VND)

k2 (tỷ lệ bộ lưu trữ)

5
6
300
150
150
0
0
500
300.00
7710.54
-7157.35
-13,598,969

19

TIEU LUAN MOI download :


12
13
900
450
150
810
3904.2
200
300.00
7710.54

-9700.37
-18,430,697

20
21
500
250
100
0
0
400
450.00
11565.81
-10449.71
-19,854,454

Khi đó tiền điện phải trả sau 5 năm khi có đầu tư nguồn năng lượng tái tạo và hệ thống
lưu trữ năng lượng là: -X (VNĐ)
Suy ra lợi nhuận mà ta thu được khi đầu tư nguồn năng lượng tái tạo và hệ thống lưu trữ
năng lượng là: 157.024.921.053 – (-X)
Để hoàn vốn đầu tư sau 5 năm: Tổng tiền đầu tư – ( 157.024.921.053 – (-X) ) = 0 (*)
Để được như vậy ta sẽ sử dụng hàm What – If trong Excel để tìm k2 (tỉ lệ bộ lưu trữ tăng
thêm so với câu 8) sao cho thỏa mãn (*)
Từ đó ta tìm được:
k2 = 25,70179485
20

TIEU LUAN MOI download :
Công suất bộ bi-direction: 48833,41 (kW)

Dung lượng acquy: 97666,82 (kWh)
Công suất PV: 4338 (kWp) (Câu 6)

=> Tiền đầu tư: 73.250.115.318 (VNĐ)
=> Tiền đầu tư: 195.333.640.847 (VNĐ)
=> Tiền đầu tư: 26.028.000.000 (VNĐ)
=> Tổng tiền đầu tư: 294.611.756.165 (VNĐ)

Tiền điện phải trả trong 1 ngày: -75.390.047 (VNĐ)
Tiền điện phải trả sau 5 năm khi có đầu tư nguồn năng lượng tái tạo và hệ thống lưu trữ
năng lượng: -137.586.835.112 (VNĐ)
=> Lợi nhuận thu được: 157.024.921.053 – (-137.586.835.112) = 294.611.756.165 (VNĐ)
Như vậy với công suất bộ bi-direction: 48833,41 (kW); dung lượng acquy: 97666,82
(kWh) thì sau 5 năm sẽ hoàn vốn đầu tư.
10. Điều chỉnh tải loại 2 và tải loại 3 để cực tiểu chi phí vận hành sau khi đã đầu tư
như câu 9
Sau khi điều chỉnh tải loại 2 chạy nhanh hơn 2 tiếng so với đồ thị phụ tải ban đầu và
điều chỉnh phân bố công suất của tải loại 3 như bảng bên dưới ta được:
thời gian 1
thời gian 2
Đồ thị phụ tải 1-1(kw)
Đồ thị phụ tải 2-2(kw)
Đồ thị phụ tải 3-3(kw)
Công suất PV mới
Đồ thị phát điện gió - 1(kw)
Cơng suất nạp(-)/xả(+) bộ lưu trữ năng
lượng mới (kw)
Công suất từ lưới điện (kw)
Tiền điện phải trả cho điện lực (VNĐ)

Tổng tiền điện phải trả (VND)


21

TIEU LUAN MOI download :


6
7
900
750
100
433.8
500
10280.72
-8801.83
-16,723,484

14
15
1500
750
200
3036.6
400
-48833.41
45514.10
91,028,205

-102

101

10,12

22

TIEU LUAN MOI download :