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 TPHCM
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:

PGS.TS: Trương Việt Anh
MSSV:

Bùi Minh Ý

19142422

Nguyễn Tuấn Vũ

19142420

Hồ Quốc Việt

19142051

Nhóm 07_Đề 37_ST7 (tiết 1-4)

SKKN Tiểu Luận PRO(123docz.net)

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 5 năm 2022

1


SKKN Tiểu Luận PRO(123docz.net)
MỤC LỤC
PHẦN I: SỐ LIỆU

4

PHẦN II: NỘI DUNG

5

Câu 1: Tính tốn số lượng PV cần thiết cho tồn nhà và tính tốn điện áp
Voc của mạch pin quang điện.
5

Câu 2: Khảo sát đặc tuyến I(V) và P(V) của hệ thống pin quang điện khi bức
xạ mặt trời thay đổi.
6

Câu 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
Câu 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

Câu 5: Nếu các tải 1,2 và 3 đều là loại 1 khơng có sự linh hoạt, xác định
lượng công 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
15

Câu 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% ?
16

Câu 7: Xác định công suất của bộ bi-direction và dung lượng acquy cần lưu
trữ lúc này
17

Câu 8: Nếu vì lý do kinh tế cơng suất của bộ bi-direction và dung lượng
acquy cần lưu trữ chỉ bằng 50% tính tốn tại câu 7. Khảo sát câu 5.
17

Câu 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.
....................................................................................................................18
Câu 10: Điều chỉnh tải loại 2 và tải loại 3 để cực tiểu chi phí vận hành sau
2


SKKN Tiểu Luận PRO(123docz.net)

khi đã đầu tư như câu 9.
20

3


SKKN Tiểu Luận PRO(123docz.net)
NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN
………………………………………………………………………
………………………………………………………………………
………………………………………………………………………
………………………………………………………………………
………………………………………………………………………
………………………………………………………………………
………………………………………………………………………
………………………………………………………………………
………………………………………………………………………
………………………………………………………………………
………………………………………………………………………
………………………………………………………………………
………………………………………………………………………
………………………………………………………………………
………………………………………………………………………
………………………………………………………………………
………………………………………………………………………
………………………………………………………………………
………………………………………………………………………
………………………………………………………………………
………………………………………………………………………
………………………………………………………………………

………………………………………………………………………
4


SKKN Tiểu Luận PRO(123docz.net)
………………………………………………………………………
………………………………………………………………………
………………………………………………………………………
………………………………………………………………………
Điểm………………

Chữ ký GVHD

5


SKKN Tiểu Luận PRO(123docz.net)
PHẦN I: SỐ LIỆU
Đề tài 37

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

PV1
200

38.71
5.17
45.2
5.53

PV2
300
30
10
36
11.34

PV3
335
37.7
8.9
45.6
9.4

PV4
450
40.5
11.12
48.7
11.65

6


SKKN Tiểu Luận PRO(123docz.net)

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

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

= 𝑃𝑚𝑎𝑥 = 810 = 900 kW

Suy ra cơng suất lắp đặt là 𝑃
đă𝑡

0.9

µ

Chọn tấm PV4
Vậy số pin cần có là n= 𝑃đă𝑡 =900∗1000 = 2000 𝑡ấ𝑚
𝑚𝑎𝑥 1𝑐𝑒𝑙𝑙

450

Chọn điện áp bus DC là: 𝑉𝑑𝑐= 600V
Chọn điện áp cách điện : 𝑉𝑐á𝑐ℎ
đ𝑖ệ𝑛
=1000V

min(600,1000)

min(𝑉𝑑𝑐,𝑉𝑐á𝑐ℎ đ𝑖ệ𝑛)

𝑛

𝑠𝑡𝑟𝑖𝑛𝑔

= 𝑟𝑜𝑢𝑛𝑑(

𝑂𝐶

𝑃𝑉
1𝑐𝑒𝑙𝑙

48.7

, 0)=
𝑟𝑜𝑢𝑛𝑑(

, 0)=25

Điện áp 𝑉1𝑐ℎ𝑢ỗ𝑖=𝑉1𝑐𝑒𝑙𝑙 * 𝑛𝑠𝑡𝑟𝑖𝑛𝑔 =48.7*12=584.4 V
𝑂𝐶

𝑂𝐶

= 𝑟𝑜𝑢𝑛𝑑(

Số chuỗi cần thiết 𝑛
𝑐ℎ𝑢ỗ𝑖

𝑛𝑠𝑡𝑟𝑖𝑛𝑔

𝑛

= = 𝑟𝑜𝑢𝑛𝑑(2000)=80
25
7


SKKN Tiểu Luận PRO(123docz.net)
Câu 2: Khảo sát đặc tuyến I(V) và P(V) của hệ thống pin quang điện khi
bức xạ mặt trời thay đổi.

Mạch mô phỏng pin mặt trời

8


SKKN Tiểu Luận PRO(123docz.net)

Đặc tuyến I(V)

9


SKKN Tiểu Luận PRO(123docz.net)

Đặc tuyến P(V)

Câu 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?
Dự kiến :
Chọn số acquy nối tiếp n1 = 78.
Chọn số acquy song song n2 =
140.

𝐼𝑠𝑎𝑐 ≥ 0 amp
𝑉𝑝𝑣− 𝑉𝑙𝑢𝑐𝑘ℎ𝑜𝑛𝑔𝑡𝑎𝑖

𝐼

=

𝑏𝑎𝑡𝑡𝑒𝑟𝑦
n1

𝑠𝑎𝑐

𝑥𝑅
n2

𝑛𝑜𝑖

1𝑐𝑒𝑙𝑙

𝑉 𝑝𝑣− 𝑛1 𝑥 𝑉

𝐼
𝑠𝑎𝑐

=
n1
n2

1𝑐𝑒𝑙𝑙
𝑛𝑜𝑖
10


SKKN Tiểu Luận PRO(123docz.net)
1𝑐𝑒𝑙𝑙
𝑏𝑎𝑡𝑡𝑒𝑟𝑦

Tại thời điểm 𝐼𝑠𝑎𝑐 > 0, 𝑉𝑝𝑣 ≈ 930 𝑉

🡪 n1 >

= 930 = 78 (acquy)
12

𝑉𝑝𝑣
𝑏𝑎𝑡𝑡𝑒𝑟𝑦

Chọn n2 =140

11


SKKN Tiểu Luận PRO(123docz.net)

Khảo sát mô phỏng trên Psim ta thu được kết quả:

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/m2 là
trùng với kết quả mô phỏng bằng phần mềm: (867.92 ; 1010.39395)
Ta thu được giá trị V=1010.39395 (V), I= 867.92 (A)
Công suất P = 876941,11 (W)

12


SKKN Tiểu Luận PRO(123docz.net)

Câu 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 ?
Mô phỏng bằng phần mềm PSIM ta có:

13


SKKN Tiểu Luận PRO(123docz.net)

Lấy dữ liệu từ phần mềm PSIM và thực hiện vẽ đồ thị bằng EXCEL
Khi lắp nối tiếp, ta được đặc tuyến I(V) và P(V) như hình vẽ.

Đặc tuyến I(V)

Đặc tuyến P(V)

Nhận xét: Nếu lắp mạch như trên thì việc xác định điểm làm việc cực đại sẽ

gặp khó khăn do có nhiều điểm cực trị trên đồ thị P(V), mà ta chỉ cần xác định
điểm làm việc lớn nhất.

14


SKKN Tiểu Luận PRO(123docz.net)

Lắp song song, ta thu được đặc tuyến I(V) và P(V) như hình vẽ.

Đặc tuyến I(V)

Đặc tuyến P(V)

Nhận xét : Ta thấy đặc tuyến P(V) thì việc xác định điểm làm việc cực đại dễ
dàng hơn. Nhưng dịng lớn làm cho hao phí cao.
Vì vậy, để thu được điểm làm việc cực đại tốt nhất và hao phí thấp nhất thì ta
nên xác định lại số lượng pin mắc song song và nối tiếp xấp xỉ hoặc bằng nhau.
𝑛𝑠𝑡𝑟𝑖𝑛𝑔 = 45 𝑝𝑖𝑛, 𝑛𝑐ℎ𝑢ỗ𝑖 = 45
15


SKKN Tiểu Luận PRO(123docz.net)

Lắp song song pin khi 𝑛𝑠𝑡𝑟𝑖𝑛𝑔 = 45 𝑝𝑖𝑛, 𝑛𝑐ℎ𝑢ỗ𝑖 = 45. Ta thu được đặc tuyến
I(V) và P(V) như hình vẽ.

16

SKKN Tiểu Luận PRO(123docz.net)

Đặc tuyến I(V)

Đặc tuyến P(V)

Nhận xét: ta nhận thấy dịng làm việc giảm, dẫn đến hao phí thấp.

17


SKKN Tiểu Luận PRO(123docz.net)
Câu 5: Nếu các tải 1,2 và 3 đều là loại 1 khơng có sự linh hoạt, xác định
lượng công 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:
- 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 bidirection là 95%
Nếu các tải 1,2 và 3 đều là loại 1 khơng có sự linh hoạt thì:
Hiệu suất bộ MPPT gió và mặt trời là 92%, hiệu suất bộ bi-direction là 95%
🡺 P(t) = ( P1(t) + P2(t) + P3(t) – 0.92 x Pgió – 0.92 x Psolar )
Mà chỉ lấy năng lượng từ lưới, không lấy năng lượng từ bộ lưu trữ
🡺 Cơng suất mua của lưới :
X Pgió – 0.92 X Psolar )
Pđiệnlực = P(t) =( P1(t) + P2(t) + P3(t) – 0.92
0.95

🡺 Tổng công suất mua của lưới là : ∑𝑡=24(P(t)) = 16047.8 (W)
0

Tiền điện cần phải trả cho điện lực là:

T= ∑𝑡=24(P(t)𝑥 𝑠ố 𝑡𝑖ề𝑛 𝑡ạ𝑖 𝑡ừ𝑛𝑔 𝑡ℎờ𝑖 đ𝑖ể𝑚)
Tổng tiền điện cần trả : 41,875,578.9 VNĐ

18


SKKN Tiểu Luận PRO(123docz.net)
Đồ thị phụ tải của công suất mua của lưới:

Câu 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% ?
Lúc này, ta cần phải tăng công suất của pin mặt trời.
🡺 PPvmoi = K x PPv
Ta nên lựa chọn K sao cho công suất mua của lưới bằng 0.
🡺 P(t) =

( P1(t) + P2(t) + P3(t) – 0.92 X Pgió – 0.92 X PPvmoi )
0.9

Ta dùng EXCEL chạy xuất dữ liệu data, ta tìm được với K = 3.97 thì tổng
cơng suất mua của lưới bằng 0.

19


SKKN Tiểu Luận PRO(123docz.net)

Câu 7: Xác định công suất của bộ bi-direction và dung lượng acquy cần
lưu trữ lúc này.

Công suất bộ bidirection Pb = max P(t) trong ngày
Công suất bộ bi-direction = 2,129.2 (W)
Năng lượng lưu trữ : 5948.9 (Wh)
Năng lượng lưu trữ Abattery= max Tổng P(t) liên tiếp khơng đổi dấu trong
ngày = 5948.9 (Wh)

Câu 8: Nếu vì lý do kinh tế công suất của bộ bi-direction và dung lượng
acquy cần lưu trữ chỉ bằng 50% tính tốn tại câu 7. Khảo sát câu 5.
Tính lại câu 5.

20


SKKN Tiểu Luận PRO(123docz.net)

+ 1 = 2.484864423

Ta có: Kmới = ( K – 1)
2

🡺 P(t) =

( P1(t) + P2(t) + P3(t) – 0.92 X Pgió – 0.92 X Psolar )
0.95

Tiền điện phải trả và bán cho điện lực
T= ∑𝑡=24(P(t)𝑥 𝑠ố 𝑡𝑖ề𝑛 𝑡ạ𝑖 𝑡ừ𝑛𝑔 𝑡ℎờ𝑖 đ𝑖ể𝑚)
Tổng tiền điện cần trả : 21.718.454 VNĐ
Ta có đồ thị phụ tải:

Câu 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
21


SKKN Tiểu Luận PRO(123docz.net)
PV mới.

22


SKKN Tiểu Luận PRO(123docz.net)
Đầu tiên, để xác định xem công suất của bộ bi – direction và ắc quy là bao nhiêu
để sau 5 năm hoàn vốn đầu tư ta sẽ tính tiền điện khi:
+ Khơng sử dụng nguồn năng lượng tái tạo:

Theo câu 5 đã tính ở trên:
Tiền điện phải trả trong 1 ngày: 41,875,578.9 (VNĐ)
Tiền điện phải trả trong 5 năm : 76,422,931,578.95 (VNĐ)
+ Khi có đầu tư nguồn năng lượng tái tạo và hệ thống lưu trữ năng lượng:

23


SKKN Tiểu Luận PRO(123docz.net)

Khi đó tiền điện phải trả sau 5 năm: X (VNĐ)
Số tiền đầu tư cho năng lượng tái tạo là : Y (VNĐ)
Để hoàn vốn: X + Y = 76,422,931,578.95 (VNĐ)
Câu 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.
Do tải loại 2 được phép di dời nhanh hơn hay chậm hơn 2 giờ so với đồ thị
phụ tải
🡺 Nên ta dời tải loại chậm hơn 2 giờ để chi phí vận hành thấp.
Do tải loại 3 là tải linh hoạt
🡺 Nên ta có thể chọn tải loại 3 theo giờ trong ngày.
Ta xác định lại công suất nạp xả của bộ lưu trữ sao cho đồ thị phụ tải P(t) dao
động quanh vị trí 0(W).

24