Mô hình hệ thống điện năng lượng mặt trời độc lập có nguồn lưới dự phòng 2

GVHD: Ths.Vũ Hồng Hải

Khóa luận tốt nghiệp

CHƯƠNG 2: CẤU TRÚC VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT
ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN NĂNG LƯỢNG MẶT
TRỜI
2.1 Hệ thống điện năng lượng mặt trời độc lập
2.1.1 Cấu trúc của hệ thống điện năng lượng mặt trời độc lập
Một hệ thống điện năng lượng mặt trời theo mơ hình độc lập bao gồm các phần sau:






Tấm pin năng lượng mặt trời
Hệ thống lưu trữ (Ắc quy)
Bộ điều khiển sạc
Inverter
Giàn khung, giá đỡ, dây điện, phụ kiện

Hình 2.1: Cấu trúc hệ thống năng lượng mặt trời độc lập

2.1.2 Nguyên lý hoạt động của hệ thống điện năng lượng mặt trời độc lập
Các tấm pin năng lượng mặt trời được lắp đặt ở mái nhà, vách tường hoặc những nơi
thuận lợi để tiếp thu nhiều ánh sáng 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 dẫn tới bộ điều khiển là một thiết bị điện tử có chức năng điều hịa
22

GVHD: Ths.Vũ Hồng Hải

Khóa luận tốt nghiệp

tự động các q trình nạp điện vào ắc-quy và phóng điện từ ắc quy ra các thiết bị điện một
chiều (DC).
Đồng thời trong hệ thống này sẽ được lắp thêm inverter chuyển dòng điện một chiều
thành dòng điện xoay chiều cung cấp điện cho các thiết bị điện xoay chiều (AC).
2.1.3 Ưu điểm và nhược điểm của hệ thống điện năng lượng mặt trời độc lập
Bảng 2.1 Ưu và nhược điểm của hệ thống điện năng lượng mặt trời độc lập

Ưu điểm

STT
1

Nhược điểm

Không phụ thuộc vào lưới điện, cung Không ổn định trong những ngày nhiều
cấp nguồn điện một cách liên tục kể

mây và mưa khơng có ánh nắng mặt trời.

cả khi hệ thống điện lưới bị cắt.

2

Tạo ra một nguồn điện hoàn tồn độc Vẫn gây ơ nhiễm mơi trường dù rất ít,
lập, xanh sạch và giúp bảo vệ môi

việc lắp đặt những cánh đồng pin mặt trời

trường.

cũng chiếm rất nhiều diện tích đất nhẽ ra
được dành cho cây cối và thảm thực vật
nói chung.

3

Nguồn năng lượng mặt trời vơ tận,

Mật độ năng lượng thấp (để tạo ra 1kW

dư thừa để đáp ứng nhu cầu về năng

điện từ nhiệt năng mặt trời địi hỏi một

lượng của nhân loại.

diện tích khá lớn của các tấm pin mặt
trời).

4

5

Chi phí bảo trì bảo dưỡng hầu như

Việc lưu trữ năng lượng mặt trời tại các

không tốn kém, giúp tiết kiệm tiền

hộ gia đình địi hỏi khoản chi phí đáng kể

điện cho gia đình hàng tháng.

ở giai đoạn ban đầu.

Dễ dàng lắp đặt, sử dụng và thay thế

Chi phí lưu trữ năng lượng cao do giá ắc

dễ dàng cho khu vực nơng thơn.

quy tích trữ cịn khá cao.

23


GVHD: Ths.Vũ Hồng Hải

Khóa luận tốt nghiệp

6

Sản xuất năng lượng mặt trời không

Sử dụng nhiều thành phần đắt tiền và quý

sử dụng các loại động cơ như trong

hiếm (cadmium telluride-CdTe hoặc

máy phát điện, vì vậy việc tạo ra

gallium selenide indi-CIGS).

điện không gây tiếng ồn.

2.2 Hệ thống điện năng lượng mặt trời nối lưới
2.2.1 Cấu trúc của hệ thống điện năng lượng mặt trời nối lưới
Một hệ thống điện năng lượng mặt trời nối lưới (hay còn gọi là điện năng lượng mặt
trời hòa lưới) bao gồm các phần tử:





Tấm pin năng lượng mặt trời
Bộ điều khiển sạc
Inverter hòa lưới
Đồng hồ đo điện năng tiêu thụ

Hình 2.2 Cấu trúc của hệ thống điện năng lượng mặt trời nối lưới

2.2.2 Nguyên lý hoạt động của hệ thống điện năng lượng mặt trời nối lưới
Hệ thống sẽ biến đổi nguồn điện một chiều (DC) từ các tấm pin năng lượng mặt trời
thành nguồn điện xoay chiều (AC) thông qua bộ điều khiển sạc và Inverter. Bộ điều khiển

sạc được lập trình tự dị điểm công suất cực đại (Maximum Power Point Tracker ) từ các
tấm pin nhằm tối ưu điện năng nhận được từ năng lượng mặt trời.

24


GVHD: Ths.Vũ Hồng Hải

Khóa luận tốt nghiệp

Hệ thống sẽ tự đồng bộ pha và kết nối giữa điện mặt trời và điện lưới, trong đó ưu
tiên sử dụng điện mặt trời cung cấp trực tiếp cho tải, cụ thể:
 Khi cơng suất hịa lưới bằng cơng suất tải thì tải sẽ tiêu thụ hoàn toàn điện từ
hệ thống điện năng lượng mặt trời.
 Khi công suất tải tiêu thụ lớn hơn cơng suất hịa lưới thì tải sẽ lấy thêm lưới
bù vào.
 Khi công suất tải tiêu thụ nhỏ hơn cơng suất hịa lưới, lượng điện thừa sẽ
được đưa lên lưới điện và được đo bởi công tơ điện hai chiều.
2.2.3 Ưu điểm và nhược điểm của hệ thống điện năng lượng mặt trời nối lưới
Bảng 2.2 Ưu và nhược điểm của hệ thống điện năng lượng mặt trời nối lưới

Ưu điểm

STT
1

2

3

Nhược điểm

Hệ thống dễ lắp đặt và bảo trì, vận Hệ thống khơng thể hoạt động khi lưới
hành hồn tồn tự động.

điện mất.

Hệ thống hịa lưới thơng minh có

Hệ thống sẽ hồn tồn bị đình trệ khi

độ an tồn và chính xác cao đồng

inverter hịa lưới bị hư hỏng gây ảnh hưởng

thời tiết kiệm chi phí điện năng.

đến tiến trình làm việc.

Chi phí đầu tư ít hơn, dễ dàng mở Việc lắp đặt đường dây điện nối hệ thống
rộng cơng suất.

lưới ở khu vực nơng thơn có thể rất tốn kém.

2.3 Hệ thống năng lượng mặt trời hòa lưới có dự trữ
2.3.1 Cấu trúc của hệ thống điện năng lượng mặt trời hịa lưới có dự trữ
Một hệ thống điện năng lượng mặt trời hịa lưới có dự trữ (Hybrid system) bao gồm
các phần tử:
 Tấm pin năng lượng mặt trời
 Ắc quy

25


GVHD: Ths.Vũ Hồng Hải

Khóa luận tốt nghiệp

 Inverter hịa lưới thơng minh
 đồng hồ đo điện năng tiêu thụ

Hình 2.3 Cấu trúc của hệ thống điện năng lượng mặt trời hịa lưới có dự trữ

2.3.2 Ngun lý hoạt động của hệ thống điện năng lượng mặt trời hịa lưới có dự
trữ
Hệ thống sẽ biến đổi nguồn điện một chiều (DC) từ các tấm pin năng lượng mặt trời
thành nguồn điện xoay chiều (AC) thông qua bộ Inverter thông minh. Trong trường hợp
này, các tấm pin năng lượng mặt trời chỉ có chức năng như một nguồn nạp vào cho hệ thống
Ắc quy dự phịng . Tùy theo Inverter mà có các chức năng khác nhau : ưu tiên lưới và ưu
tiên Ắc quy.
Ưu tiên lưới: Bộ Inverter sẽ ưu tiên dòng điện từ lưới cung cấp dòng điện 220VAC
cho thiết bị gia dụng trong nhà .Khi cúp điện Inverter sẽ lấy dòng điện DC từ Ắc quy biến
đổi thành dòng điện AC 220V cung cấp cho tải nhà bạn.
Ưu tiên Ắc quy: Bộ Inverter sẽ ưu tiên dòng điện từ Ắc quy dự phòng lấy điện DC
từ Ắc quy biến đổi thành dòng điện 220VAC cung cấp cho tải trong nhà. Khi bình Ắc quy
cịn 30% dung lượng điện (Tùy theo cài đặt chỉ số của Inverter) sẽ tự động ngắt điện sau đó
26


GVHD: Ths.Vũ Hồng Hải

Khóa luận tốt nghiệp

sẽ chuyển sang xài điện lấy từ lưới xuống. Khi nào bình Ắc quy đầy sẽ tự động chuyển lại
xài Ắc quy ngắt điện lưới.
2.3.3 Ưu điểm của hệ thống điện năng lượng mặt trời hịa lưới có dự trữ
Bảng 2.3 Ưu và nhược điểm của hệ thống điện năng lượng mặt trời hòa lưới có dự trữ

Ưu điểm

STT
1

Nhược điểm

Là sự kết hợp giữa hệ thống điện mặt Giá thành lắp đặt đắt và phức tạp vì phải
trời hịa lưới và độc lập nên trường mua Ắc quy dự phòng cũng như máy
hợp lưới điện quốc gia bị mất hay cúp phát điện.
điện thì sẽ lấy Ắc quy ra sử dụng
không phụ thuộc lưới điện quốc gia.

2

Tích hợp sẵn giúp hệ thống hoạt động Hệ thống phụ thuộc quá nhiều vào
hoàn toàn tự động, khơng tốn chi phí inverter nên khi inverter xảy ra trục trặc

3

vận hành, độ bền cao.

thì hệ thống hồn tồn bị đình trệ.

Giảm chi phí tiện điện hàng tháng.

Khả năng hồn vốn khá chậm so với chi
phí bỏ ra lắp đặt.

2.4 So sánh các hệ thống điện năng lượng mặt trời
Bảng 2.4 so sánh các hệ thống điện năng lượng mặt trời

Nội

HT NLMT độc lập

HT NLMT hòa lưới

dung
Thành
phần cơ
bản

HT NLMT hịa lưới
có dự trữ






Tấm pin NLMT
Bộ kích điện

Bộ điều khiển sạc
Bình ắc quy

 Tấm pin NLMT
 Bộ hịa lưới
 Đồng hồ điện

27






Tấm pin NLMT
Bộ hịa lưới
Đồng hồ điện
Bình ắc quy


GVHD: Ths.Vũ Hồng Hải

Khóa luận tốt nghiệp

Hiệu
quả tiết
kiệm
năng

 Ít nhất

 Bị hạn chế cơng
suất tiêu thụ điện
do lưu trữ vào
bình ắc quy

 Cao nhất
 Không sử dụng
ắc quy, cung cấp
tối đa năng
lượng

 Trung bình
 Do dự trữ vào ắc
quy nên bị giảm
cơng suất

lượng
Đầu tư

Do có bình ắc quy nên

giá cả

giá gấp 2 lần NLMT hịa

Chi phí thấp nhất

Chi phí cao nhất do kết
hợp 2 hệ thống còn lại

lưới
Tải tiêu Giới hạn tải tiêu thụ

Không giới hạn tải tiêu Không giới hạn tải tiêu

thụ

thụ

Hiệu
quả kinh
tế

 Thấp
 Do nguồn điện bị
hạn chế về công
suất và ắc quy

thụ
 Cao
 Sử dụng tối đa
nguồn năng
lượng

 Trung bình
 Do ắc quy có
giá thành cao

Thấp

Cao

Thấp

Dài

Ngắn

Dài nhất

Chi phí
tiết
kiệm
điện
năng

Thời
gian
hồn
vốn
ứng

Thích hợp cho vùng sâu Khu vực điện lưới Thích hợp cho vùng

dụng

vùng xa, vùng chưa có tương đối ổn định
điện lưới

28

thường xuyên mất điện


GVHD: Ths.Vũ Hồng Hải

Khóa luận tốt nghiệp

Dự
phịng

Cao

Thấp

Cao

sự cố
mất điện
Chi phí
bảo trìbảo

 Cao
 Ắc quy mau hỏng
do khơng được
nạp đầy

 Thấp
 Gần như bằng
không

 Cao
 Tuổi thọ ắc quy
chỉ từ 3-5 năm

 Thấp
 Lệ thuộc vào
cường độ ánh
sáng mặt trời do
đó không ổn định
khi công suất tải
tăng lên

 Cao
 Vận hành song
song với lười
điện không ảnh
hưởng đến sự ổn
định của hệ
thống

 Cao
 Vận hành song
song với lười
điện không ảnh
hưởng đến sự ổn
định của hệ
thống

dưỡng

Tính ổn
định của
hệ thống

29