ĐỒ ÁN TÌM HIỂU VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỆN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI

BÁO CÁO ĐỒ ÁN 2

KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG

----------

ĐỒ ÁN KỸ THUẬT ĐIỆN-ĐIỆN TỬ 2

ĐỀ TÀI: TÌM HIỂU VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỆN NĂNG LƯỢNG
MẶT TRỜI ÁP MÁI NHÀ 3 KWP

GVHD:

Cần Thơ 2021-2022

1
SVTH:


BÁO CÁO ĐỒ ÁN 2

LỜI CAM ĐOAN
Em xin cam đoan đồ án này là cơng trình nghiên cứu của em, không sao chép của ai do
em tự nghiên cứu, đọc, dịch tài liệu, tổng hợp và thực hiện. Nội dung lý thuyết trong
đồ án em có sử dụng một số tài liệu tham khảo như đã trình bày ở phần tài liệu tham
khảo phía cuối của đồ án. Trong đồ án có số liệu, và những kết quả tính tốn trong đồ
án là trung thực và chưa được công bố trong bất kỳ cơng trình nào.

2
SVTH:

BÁO CÁO ĐỒ ÁN 2

LỜI CÁM ƠN
Kính gửi thầy!
Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy đã tận tình chỉ dạy, truyền đạt kiến thức
cũng như tạo điều kiện thuận lợi cho em trong suốt quá trình học tập.
Qua đây em cũng xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè và người thân đã động viên
giúp đỡ em rất nhiều trong quá trình học tập.
Em xin chân thành cảm ơn !

3
SVTH:


BÁO CÁO ĐỒ ÁN 2

MỤC LỤC

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN
……………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………….

……………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………….
…………………………………………………………………………………………
4
SVTH:


BÁO CÁO ĐỒ ÁN 2

…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………

DANH MỤC BẢNG, HÌNH ẢNH
Hình 1.1 Những tấm pin năng lượng mặt trời
Hình 1.2 Cấu trúc của mặt trời
Hình 1.3 Bức xạ điện từ
Hình 1.4 Quá trình truyền năng lượng bức xạ mặt trời qua lớp khí quyển của Trái đất
Hình 1.5 Nhà máy điện mặt trời tại Việt Nam

Hình 1.6 các dự án năng lượng mặt trời tại Việt Nam
Hình 1.7 bản đồ cường độ bức xạ mặt trời tại VN
Hình 2.1 Mơ hình sử dụng hệ thống PV độc lập DC
Hình 2.2 Hệ thống PV độc lập DC & AC
Hình 2.3 Hệ thống PV có lưu trữ năng lượng
Hình 2.4: Mơ hình hệ thống PV độc lập kết hợp với nguồn dự phịng
Hình 2.5.Mơ hình hệ thống PV độc lập kết hợp với điện lưới
Hình 2.6 Mơ hình hệ thống PV có lưới
Hình 2.7 Quan hệ các góc hình học của tia bức xạ mặt trời trên mặt phẳng nghiêng
Hình 2.8 Sơ đồ phân bố các thành phần bức xạ khuếch tán
Hình 2.9 Các thành phần bức xạ lên bề mặt nghiêng
Hình 2.10 Bức xạ trực xạ trên bề mặt ngang và nghiêng
5
SVTH:


BÁO CÁO ĐỒ ÁN 2

Hình 3.1 Sơ đồ khối hệ thống điện năng lượng mặt trời
Hình 3.2 inverter hịa lưới
Hình 3.3 Cơng tơ điện 2 chiều
Hình 3.4 giàn khung đỡ
Bảng 3.1 chi phí lắp đặt hệ thống điện mặt trời áp mái nhà

CHƯƠNG MỞ ĐẦU
1. Lí do chọn đề tài

Năng lượng là một trong những yếu tố cần thiết cho sự tồn tại và phát triển của
xã hội, đồng thời cũng là yếu tố duy trì sự sống trên trái đất. Trong tương lai nếu
chúng ta không sử dụng hợp lý các nguồn năng lượng có sẵn trong tự nhiên thì

chúng sẽ bị cạn kiệt. Vì thế, chúng ta nên nghiên cứu tìm hiểu về các nguồn năng
lượng mới và sử dụng chúng một cách có hiệu quả đề góp phần bảo vệ các phần
năng lượng mới của trái đất.
Sự phát triển của nền kinh tế đã kéo theo tốc độ đơ thị hóa nhanh chóng, hàng
loạt các tịa nhà cao tầng được đầu tư xây dựng cũng là một trong những nguyên
nhân cơ bản khiến Việt Nam đang đứng trước nguy cơ mất cân đối nghiêm trọng
giữa cung và cầu nguồn năng lượng. Trong khi đó tiết kiệm năng lượng tiêu thụ
trong các cơ quan, trường học hiện nay vẫn chưa được quan tâm nhiều.
Tìm hiểu về nguồn năng lượng mới và sử dụng chúng một cách hiệu quả cũng
góp phần cải thiện sự ơ nhiễm mơi trường, thúc đẩy sự phát triển kinh tế và xã hội.
2. Tính cấp thiết của đề tài
Trong tiến trình phát triển của loài người, việc sử dụng năng lượng là sự đánh
dấu một cột mốc rất quan trọng. Từ đó đến nay, loài người sử dụng năng lượng
ngày càng nhiều nhất là trong vài thế kỷ gần đây. Trong cơ cấu năng lượng hiện
nay, chiếm phần chủ yếu là năng lượng tàn dư sinh học than đá, dầu mỏ, khí tự
nhiên. Kế đến là năng lượng thủy điện, năng lượng hạt nhân, năng lượng sinh khối

6
SVTH:


BÁO CÁO ĐỒ ÁN 2

(bio.gas, ...), năng lượng mặt trời, năng lượng gió chỉ chiếm một phần nhỏ. Xã hội
lồi người sẽ khơng phát triển nếu khơng có năng lượng.
Trong thời đại ngày nay năng lượng là vấn đề cấp thiết của tất cả các quốc gia
trên toàn thế giới. Bên cạnh việc nghiên cứu và tìm kiếm các nguồn năng lượng
mới thì việc sử dụng tiết kiệm và hiệu quả năng lượng cũng là mối quan tâm hàng
đầu.
Ngày nay, năng lượng tàn dư sinh học, năng lượng không tái sinh, ngày một

cạng kiệt, giá dầu mỏ tăng từng ngày, ảnh hưởng xấu đến sự phát triển kinh tế xã
hội và mơi trường sống. Tìm kiếm nguồn năng lượng thay thế là nhiệm vụ cấp
bách của các nhà khoa học ,kinh tế, các chính trị gia,... và mỗi người chúng ta.
Nguồn năng lượng thay thế đó phải sạch, thân thiện với mơi trường, chi phí thấp,
khơng có thể tái sinh và dễ sử dụng.
3. Mục tiêu nghiên cứu
• Nghiên cứu về năng lượng mặt trời
• Nghiên cứu về năng lượng mặt trời biến nhiệt năng thành điện năng
• Tìm hiểu và thiết kế hệ thống điện năng lượng mặt trời áp mái nhà 3kwp
4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
4.1.
Đối tượng nghiên cứu
• Thiết kế hệ thống điện năng lượng mặt trời áp mái nhà có cơng suất
3 kwp
4.2.
Phạm vi nghiên cứu
• Tìm hiểu về năng lượng mặt trời
• Tính tốn và thiết kế hệ thống điện năng lượng mặt trời áp mái nhà 3
kwp
5. Phương pháp nghiên cứu
• Trên cơ sở phân tích lý thuyết và các mơ hình biến đổi năng lượng mặt trời
thành điện năng, và kết hợp với các cơng cụ phần mềm để tính tốn triển
khai.
• Tham khảo sự hướng dẫn từ thầy cơ, và bạn bè
• Tham khảo sách vở tài liệu về năng lượng mặt trời
6. Ý nghĩa thực tiễn và khoa học
• Nghiên cứu triển khai ứng dụng nguồn năng lượng mặt như một bước đi tiên
phong trong công tác ứng dụng nguồn năng lượng tái tạo tại tỉnh nhà

7

SVTH:


BÁO CÁO ĐỒ ÁN 2
•

Với nguồn năng lượng mặt trời q giá và gần như vơ tận, điện gió và mặt
trời với Việt Nam khơng chỉ là bài tốn kinh tế đơn thuần. Đó là lời giải cho

bài tốn có ba trụ cột của phát triển bền vững: kinh tế, xã hội và môi trường.
7. Cấu trúc đồ án
Đồ án được trình bày thành 5 chương :
• Chương mở đầu
• Chương 1: cơ sở lí thuyết về năng lượng mặt trời
• Chương 2: các mơ hình sử dụng năng lượng mặt trời
• Chương 3: áp dụng tính tốn, thiết kế hệ thống năng lượng mặt trời áp
mái nhà 3kwh
• Chương 4: kết luận và kiến nghị.

CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÍ THUYẾT VỀ NĂNG LƯỢNG
MẶT TRỜI
1.1.

Giới thiệu về năng lượng mặt trời
8

SVTH:


BÁO CÁO ĐỒ ÁN 2

Như chúng ta đã biết năng lượng mặt trời là nguồn năng lượng được phát ra hay
cung cấp từ các bức xạ của mặt trời. Và chính ánh sáng mặt trời đã mang lại cho con
người sự sống cần thiết nhất, hơn thế nữa đó là một nguồn năng lượng vơ hạn, vơ tận
và có thể sử dụng lâu dài nếu chúng ta biết cách khai thác và sử dụng nó. Năng lượng
mặt trời được sử dụng nhiều nhất là nhiệt năng (máy nước nóng, máy sấy…) và quang
năng hay nói cách khác là nguồn năng lượng mặt trời sẽ được hấp thụ vào các tấm pin
năng lượng mặt trời rồi chuyển hóa thành điện năng.
Năng lượng mặt trời thu được từ bức xạ mặt trời và có thể chuyển thành điện hoặc
nhiệt. Đó là nguồn năng lượng miễn phí do sẵn có và nhờ vào những tiến bộ trong
cơng nghệ, bây giờ chúng ta có thể khai thác năng lượng mặt trời nhiều hơn bởi chúng
ln ln có sẵn và miễn phí.
Chính vì vậy, sự đơn giản của công nghệ năng lượng mặt trời khiến nó trở nên vơ
cùng lí tưởng cho việc sử dụng ở các khu vực nông thôn, vùng sâu vùng xa và những
nơi có địa hình hiểm trở, khó lắp đặt mạng lưới. Năng lượng mặt trời cũng hữu ích cho
việc tạo ra điện trên một quy mô rộng lớn và dễ dàng đưa nó vào mạng lưới điện, đặc
biệt là ở những vùng nằm ở khu vực khí tượng có nhiều giờ nắng mỗi ngày.
Các ưu điểm của năng lượng mặt trời là nó giúp các địa phương tiết kiệm được chi
phí trong lĩnh vực năng lượng bằng cách giảm bớt sự phụ thuộc vào năng lượng ở
nước ngoài. Trong khi cũng là một nguồn năng lượng từ tự nhiên, năng lượng mặt
trời cũng như năng lượng gió liên tục và trực tiếp phụ thuộc vào thời tiết và chu kì tự
nhiện ngày đêm, thì những tiến bộ khoa học kĩ thuật trong công nghệ lưu trữ điện đã
giảm đến tối đa sự phụ thuộc này và dẫn đến sự gia tăng nhanh chóng năng lượng mặt
trời trong hệ thống năng lượng.

9
SVTH:


BÁO CÁO ĐỒ ÁN 2

Hình 1.1 Những tấm pin năng lượng mặt trời

Mặt trời luôn phát ra một nguồn năng lượng khổng lồ và một phần nguồn năng
lượng đó truyền bằng bức xạ đến trái đất chúng ta. Trái đất và Mặt trời có mối quan
hệ chặt chẽ, chính bức xạ mặt trời là yếu tố quyết định cho sự tồn tại của sự sống trên
hành tinh của chúng ta.

Hình 1.2 Cấu
trời

trúc của mặt
10

SVTH:


BÁO CÁO ĐỒ ÁN 2

Bức xạ mặt trời
Bức xạ mặt trời là dòng vật chất và năng lượng của Mặt Trời phát ra.

1.2.

Đây chính là nguồn năng lượng chính cho các q trình phong hóa, bóc
mịn, vận chuyển, bồi tụ trên Trái Đất, cũng như chiếu sáng và sưởi ấm cho
các hành tinh trong hệ Mặt Trời.

Bức xạ mặt trời bao gồm:
• Bức xạ hạt

Bức xạ hạt hay cịn gọi là gió Mặt Trời chủ yếu gồm các proton và electron.
Đa phần thì chúng có hại cho các sinh vật, nhưng Trái Đất đã có tầng ozone bao
phủ ngăn được phần nào ảnh hưởng có hại.
Năng lượng bức xạ hạt của Mặt Trời thường thấp hơn năng lượng bức xạ
nhiệt 107 lần, và thâm nhập vào tầng khí quyển khơng quá 90 km. Khi đến gần
Trái Đất, nó có vận tốc tới 300-1.525 km/s và mật độ 5-80 ion/cm³
•

Bức xạ điện từ
Bức xạ điện từ là sự kết hợp (nhân vector) của dao động điện trường và từ

trường vng góc với nhau, lan truyền trong khơng gian như sóng. Sóng điện
từ cũng bị lượng tử hố thành những "đợt sóng" có tính chất như các hạt
chuyển động gọi là photon.

Hình 1.3 Bức xạ điện từ
11
SVTH:


BÁO CÁO ĐỒ ÁN 2

Bức xạ điện từ có hai dạng: bức xạ trực tiếp và bức xạ khuếch tán. Có bước
sóng khá rộng từ bức xạ gamma đến sóng vô tuyến với năng lượng cực đại ở vùng
quang phổ khả kiến. Đây chính là nguồn năng lượng chủ yêu để chiếu sáng và duy
trì các hoạt động sinh hóa trên Trái Đất. Khi qua khí quyển Trái Đất, các bức
xạ sóng ngắn có hại cho sự sống gần như bị tầng ozone hấp thụ hồn tồn. Ngày
nay do cơng nghiệp phát triển, các chất CFC thải vào khí quyển đang huỷ hoại dần
dần tầng ozone, tạo ra nguy cơ bức xạ sóng ngắn sẽ tiêu diệt sự sống trên Trái Đất.
•

Năng lượng bức xạ mặt trời

Năng lượng bức xạ Mặt trời thường biểu diễn bằng cal/cm².phút
Năng lượng bức xạ Mặt trời ở gần Trái Đất ở vào khoảng 2 cal/cm².phút (hằng
số mặt trời), có phổ nằm trong dải bước sóng 0,17-4 μm với cực đại ở khoảng
0,475 μm.
Tồn bộ Trái Đất nhận được từ Mặt Trời 2,4.1018 cal/phút, gồm 48% năng
lượng thuộc dải phổ ánh sáng khả kiến (λ = 0,4-0,76 μm), 7% tia cực tím (λ < 0,4
μm) và 45% thuộc dải phổ hồng ngoại và sóng vơ tuyến (λ > 0,76 μm).
Phần năng lượng bức xạ mặt trời truyền tới bề mặt trái đất trong những
ngày quang đãng ở thời điểm cao nhất vào khoảng 1.000W/m2 (hình 1.2). Yếu tố
cơ bản xác định cường độ của bức xạ mặt trời ở một điểm nào đó trên Trái đất là
quãng đường nó đi qua. Sự mất mát năng lượng trên quãng đường đó gắn liền với
sự tán xạ, hấp thụ bức xạ và phụ thuộc vào thời gian trong ngày, mùa, vị trí địa lý.

12
SVTH:


BÁO CÁO ĐỒ ÁN 2

Hình 1.4 Quá trình truyền năng lượng bức xạ mặt trời qua lớp khí quyển của Trái đất
1.3 Tình hình sử dụng năng lượng mặt trời trên thế giới và Việt Nam
1.3.1 Tình hình trên thế giới

Ngành năng lượng thế giới đang chứng kiến một sự thay đổi mang tính lịch sử,
đó là sự chuyển đổi sang năng lượng tái tạo – nguồn năng lượng sạch và không
bao giờ cạn kiệt. Xếp hạng 10 quốc gia có sản lượng điện mặt trời lớn nhất trên thế
giới khơng chỉ giúp chúng ta có cái nhìn tồn diện hơn với sự phát triển mạnh mẽ

của năng lượng tái tạo trong thời điểm hiện nay, mà còn biết được tình trạng hiện
tại của từng nước khác để nhận thức được vị thế của bản thân và xem xét kế
hoạch, chương trình hoạt động trong tương lai.
Tổng cơng suất điện mặt trời trên tồn thế giới ước tính đạt 177,003 MW, đủ
để cung cấp điện cho 29 triệu hộ gia đình.
10 quốc gia dẫn đầu về sử dụng điện năng lượng mặt trời: Đức: 38,250
Megawatts, Trung Quốc: 28, 330 Megawatts, Nhật Bản: 23,409 Megawatts, Italy:
18,622 Megawatt, Mỹ: 18, 317 Megawatts, Pháp: 5,678 Megawatts, Australia:
4,130 Megawatts, Australia: 4,130 Megawatts, Bỉ: 3,156 Megawatts, và Nam
Triều Tiên: 2,398 Megawatts.

1.3.2

Tình hình tại Việt Nam

Tại nước ta, Bộ Công thương đã ra quyết định tăng giá điện lên 6,08%. Việc tăng
giá này là cơ sở tất yếu của một quá trình dài bình ổn giá điện để khuyến khích phát
triển kinh doanh của Việt Nam. Cũng cần nói thêm là, giá điện Việt Nam vẫn được
đánh giá là thấp hơn so với nhiều nước trên Thế giới, và các nước trong khu vực G7.

13
SVTH:


BÁO CÁO ĐỒ ÁN 2

Chính điều này cũng gây cản trở cho việc thu hút đầu tư nước ngoài vào ngành điện,
đặt lên áp lực “kép” đến EVN.
Hình 1.5 Nhà máy điện mặt trời tại Việt Nam

Việc tăng giá khiến vấn đề điều phối giá thành lên các doanh nghiệp trở nên khó

khăn, đặc biệt trong những tháng cuối năm, khi cường độ sản xuất và kinh doanh dịch
vụ tương đối lớn. Đứng trước vấn đề tăng giá, điện mặt trời được xem là giải pháp cho
nhiều doanh nghiệp tiết kiệm đáng kể chi phí điện năng hàng tháng
Với đặc điểm địa hình, khí hậu, thời tiết nước ta có tiềm năng khá lớn bức xạ mặt
trời, ước tính tiềm năng kỹ thuật có thể phát triển điện mặt trời ở Việt Nam có thể lên
tới gần 340.000 MWp.
Với chính sách của Nhà nước khuyến khích phát triển nguồn điện từ năng lượng
tái tạo, rất nhiều dự án nguồn điện mặt trời đã được triển khai đầu tư xây dựng. Trong
đó, điện mặt trời áp mái là một hình thức mới, ưu việt, có thể phát triển vượt bậc trong
tương lai.
Việt Nam được xem là một trong những quốc gia có tiềm năng đáng kể về năng
lượng mặt trời. Các số liệu khảo sát về lượng bức xạ mặt trời cho thấy, các địa phương
14
SVTH:


BÁO CÁO ĐỒ ÁN 2

ở phía Bắc bình qn 1.800-2.100 giờ nắng/năm, cịn các tỉnh ở phía Nam (từ Đà Nẵng
trở vào) bình qn 2.000-2.600 giờ nắng/năm.
Bên cạnh đó là khó khăn trong việc thay đổi lắp đặt đồng bộ công tơ điện 2
chiều. EVN đang hoạt động theo cơ chế độc lập, nên việc phân bổ xuống các EVN địa
phương cũng sẽ phụ thuộc nhiều yếu tố về mặt thời gian, kỹ thuật triển khai. Do đó,
việc địi hỏi các bên cùng thực hiện đồng bộ với một chính sách chưa có tiền lệ trước
đây sẽ phải chấp nhận mất nhiều thời gian.
Thứ hai là về mặt nhận thức thị trường, thông tin về thị trường chưa nhiều, đa số
người quan tâm thì lại tỏ ra lo ngại khi một hệ thống điện mặt trời có thời gian khấu
hao khá dài từ 25-30 năm.

Hình 1.6 các dự án năng lượng mặt trời tại Việt Nam

15
SVTH:


BÁO CÁO ĐỒ ÁN 2

Hình 1.7 bản đồ cường độ bức xạ mặt trời tại VN

Các tỉnh ở phía Bắc (từ Bắc Bộ đến Thừa Thiên – Huế): Các vùng Tây Bắc (các
tỉnh Lai Châu, Sơn La, Lào Cai) và vùng Bắc Trung Bộ ( các tỉnh Thanh Hóa, Nghệ
An, Hà Tĩnh) được xem là những vùng có nắng nhiều.
Các tỉnh ở phía Nam (từ Đà Nẵng trở vào Nam Bộ), mỗi năm có khoảng 2.000
– 2.600 giờ nắng, lượng bức xạ mặt trời cao hơn khoảng 20% so với các tỉnh phía
Bắc. Mặt trời chiếu gần như suốt quanh năm, kể cả những tháng trong mùa mưa. Ở
khu vực này, nguồn bức xạ mặt trời dồi dào là một lợi thế lớn, một nguồn tài nguyên
có thể khai thác sử dụng.

16
SVTH:


BÁO CÁO ĐỒ ÁN 2

CHƯƠNG 2 CÁC MƠ HÌNH SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI
2.1
Mơ hình biến đổi năng lượng mặt trời thành điện năng
2.1.1 Mơ hình biến đổi độc lập khơng kết lưới

a) Mơ hình 1:

T
Ả
I
D
C
Hình 2.1 Mơ hình sử dụng hệ

thống PV độc

lập

DC

 Ưu điểm:

•
•

Đơn giản, gọn nhẹ
Giá thành thấp
 Nhược điểm:
• Khơng dùng được khi bức xạ yếu, trời tối
• Chỉ dùng cho thiết bị nguồn DC
 Ứng dụng:
• Các thiết bị di động, điện thoại, máy tính,…

Mơ hình 2

b)

17
SVTH:


BÁO CÁO ĐỒ ÁN 2

Hình 2.2 Hệ thống PV độc lập DC & AC
 Ưu điểm:

•

Dùng được cho tải AC và DC
 Nhược điểm:
• Khơng dùng được khi bức xạ yếu, trời tối
 Ứng dụng:

•

Cho các thiết bị yêu cầu nguồn AC và DC

c) Mơ hình 3

Hình 2.3

Hệ
thống PV có lưu trữ năng lượng

 Ưu điểm:

• Có khả năng lưu trữ năng lượng dư thừa
 Nhược điểm
• Chỉ dùng cho thiết bị cần nguồn DC (a) Giá thành cao (a)& (b) do phải đầu

tư hệ thống Acquy nhiều (dự phòng)
 Ứng dụng
• Áp dụng rộng rãi cho các trang trại chưa có điện lưới
d) Mơ hình 4

18
SVTH:


BÁO CÁO ĐỒ ÁN 2

Hình 2.4: Mơ hình hệ thống PV độc lập kết hợp với nguồn dự phòng
 Ưu điểm:

•

Có khả năng lưu trữ năng lượng dư thừa. Duy trì cấp điện khi thời tiết

xấu.
 Nhược điểm:
• Giá thành cao do phải đầu tư thêm nguồn dự phòng và dung lượng
Acquy lớn.
 Ứng dụng:
• Áp dụng rộng rãi cho các tịa nhà, trang trại, căn hộ chưa có điện lưới.
Thường cơng suất hệ thống PV khơng lớn
e) Mơ hình 5

Hình
2.5.Mơ hình hệ thống PV độc lập kết hợp với điện lưới
 Ưu điểm:

•

Có khả năng lưu trữ năng lượng dư thừa. Vận hành linh hoạt khi mất

điện lưới
 Nhược điểm:
• Giá thành cao, phải xác định nhóm phụ tải dùng điện của HT PV
• Sơ đồ cung cấp điện phức tạp
 Ứng dụng:
• Áp dụng rộng rãi cho các tịa nhà, trang trại, căn hộ có điện lưới.
19
SVTH:


BÁO CÁO ĐỒ ÁN 2
2.1.2. Mơ hình biến đổi có kết lưới
a) Mơ hình 6

Hình 2.6 Mơ hình hệ thống PV có lưới
 Ưu điểm:

•

Có khả năng lưu trữ năng lượng dư thừa. Vận hành rất linh hoạt, giảm

tối đa lượng điện năng tiêu thụ từ lưới
• Giảm hóa đơn tiền điện
 Nhược điểm:
• Giá thành cao
 Ứng dụng:
• Áp dụng rộng rãi cho các tòa nhà, trang trại, căn hộ tiêu thụ điện năng
nhiều và có điện lưới.

Tính tốn bức xạ năng lượng mặt trời
Cường độ bức xạ mặt trời trên mặt đất chủ yếu phụ thuộc vào 2 yếu tố: góc

2.2

nghiêng của các tia sáng đối với mặt phẳng bề mặt tại điểm đã cho và độ dài đường
đi của các tia sáng trong khí quyển hay nói chung là phụ thuộc vào độ cao của mặt
trời ( Góc giữa phương từ điểm quan sát đến mặt trời và mặt phẳng nằm ngang đi
20
SVTH:


BÁO CÁO ĐỒ ÁN 2

qua điểm đó). Yếu tố cơ bản xác định cường độ của bức xạ mặt trời ở một điểm
nào đó đi qua. Sự mất mát năng lượng trên quãng đường đó gắn liền với sự tán xạ
và phụ thuộc vào thời gian trong ngày, mùa, vị trí địa lí.
Quan hệ giữa bức xạ mặt trời ngồi khí quyển và thời gian trong năm có thể xác
định theo phương trình sau:

= (1 + 0,033 cos ), W/m2
Trong đó: Eng là bức xạ ngồi khí quyển được đo trên mặt phẳng vng góc với tia

bức xạ vào ngày thứ n trong năm.
2.2.1 Tính tốn góc tới của bức xạ trực xạ
a) Hệ số khối khơng khí m
Là tỉ số giữa khối lượng khí quyển theo phương tia bức xạ truyền qua và
khối lượng khí quyển theo phương thẳng đứng (tức là khi mặt trời ở thiên đỉnh).
Như vậy m=1 khi mặt trời ở thiên đỉnh, m=2 khi góc thiên đỉnh θz là 600. Đối
với các góc thiên đỉnh từ 0-700 có thể xác định gần đúng m=1/cosθz. cịn đối với
các góc θz>700 thì độ cong của bề mặt trái đất phải được đưa vào tính tốn.
Riêng đối với trường hợp tính tốn bức xạ ngồi khí quyển m=0
b) Trực xạ

Là bức xạ mặt trời nhận được khi không bị bầu khí quyển phát tán. Đây là
dịng bức xạ có hướng và có thể thu được ở các bộ thu kiểu tập trung (hội tụ)
c) Tán xạ
Là bức xạ mặt trời nhận được sau khi hướng của nó đã bị thay đổi do sự
phát tán của bầu khí quyển (trong một số tài liệu khí tượng, tán xạ cịn được gọi
là bức xạ của bầu trời, ở đây phân biệt tán xạ của mặt trời với bức xạ hồng
ngoại của bầu khí quyển phát ra)
d) Tổng xạ
Là tổng của trực xạ và tán xạ trên một bề mặt (phổ biến nhất là tổng xạ trên
một bề mựt nằm ngang, thường gọi là bức xạ cầu trên bề mặt)
e) Cường độ bức xạ (W/m2)
Là cường độ năng lượng bức xạ mặt trời đến một bề mặt tương ứng với một
đơn vị diện tích của bề mặt. Cường độ bức xạ cũng bao gồm cường độ bức xạ
trực xạ Etrx, cường độ bức xạ tán xạ Etx và cường độ bức xạ quang phổ Eqp.
f) Năng lượng bức xạ (J/m2)
21
SVTH:

BÁO CÁO ĐỒ ÁN 2

Là năng lượng bức xạ mặt trời truyền tới một đơn vị diện tích bề mặt trong
một khoảng thời gian, như vậy năng lượng bức xạ trong một khoảng thời gian
nhất định (thường là 1 giờ hay 1 ngày)
g) Giờ mặt trời
Là thời gian dựa trên chuyển động biểu kiến của mặt trời trên bầu trời, với quy
ước giờ mặt trời chính ngọ là thời điểm mặt trời đi qua thiên đỉnh của người
quan sát. Giờ mặt trời là thời gian sử dụng trong mọi quan hệ về góc mặt trời,
nó khơng đồng nghĩa với giờ theo đồng hồ.
Quan hệ hình học giữa một mặt phẳng bố trí bất kì trên mặt đất và bức xạ
của mặt trời truyền tới, tức là vị trí của mặt trời so với mặt phẳng đó có thể
được xác định theo các góc đặc trưng sau:
• Góc vĩ độ φ: vị trí góc tương ứng với vĩ độ về phía bắc hoặc về phía
nam đường xích đạo trái đất, với hướng phía bắc là hướng dương
- 900 ≤ φ ≤ 900

Hình 2.7 Quan hệ

các

góc hình học của tia bức xạ mặt trời trên mặt phẳng nghiêng
•

Góc nghiêng β: góc giữa mặt phẳng của bề mặt tính tốn và phương
nằm ngang

0 ≤ β ≤ 1800
(β > 900 nghĩa là bề mặt nhận bức xạ hướng xuống phía dưới)
• Góc phương vị của bề mặt γ: góc lệch của hình chiếu pháp tuyến bề

mặt trên mặt phẳng nằm ngang so với đường kinh tuyến. Góc γ = 0

22
SVTH:


BÁO CÁO ĐỒ ÁN 2

nếu bề mặt quay về hướng chính nam, γ lấy dấu (+) nếu bề mặt quay
về phía tây và lấy dấu (-) nếu bề mặt quay về phía đơng.
-1800 ≤ γ ≤ 1800
• Góc giờ ω: góc chuyển động của vị trí mặt trời về phía đơng hoặc phía
tây của kinh tuyến địa phương do q trình quay của trái đất quanh
trục của nó và lấy giá trị 150 cho 1 giờ đồng hồ, buổi sáng lấy dấu (-),
buổi chiều lấy dấu (+).
• Góc tới θ: góc giữa tia bức xạ truyền tới bề mặt và pháp tuyến của bề
•

mặt đó.
Góc thiên đỉnh θz: góc giữa phương thẳng đứng (thiên đỉnh) và tia bức
xạ tới. trong trường hợp bề mặt nằm ngang thì góc thiên đỉnh chính là

•

góc tới θ.
Góc cao mặt trời α: góc giữa phương nằm ngang và tia bức xạ truyền

tới, tức là góc phụ của góc thiên đỉnh.
• Góc phương vị mặt trời γs: góc lệch so với phương nam của hình chiếu
tia bức xạ mặt trời truyền tới trên mặt phẳng nằm ngang. Góc này lấy

dấu âm (-) nếu hình chiếu lệch về phía đơng và lấy dấu dương (+) nếu
hình chiếu dịch về phía tây.
• Góc lệch δ: vị trí góc của mặt trời tương ứng với giờ mặt trời là 12 giờ
(tức là khi mặt trời đi qua kinh tuyến địa phương) so với mặt phẳng
của xích đạo trái đất, với hương bắc là hướng dương.
-23,450 ≤ δ ≤ 23,450
Góc lệch δ có thể tính tốn theo phương trình của Cooper:
δ = 23,45.sin(360)
trong đó: n là thứ tự ngày của 1 năm.
2.2.2 Bức xạ mặt trời ngồi khí quyển lên mặt phẳng nằm ngang
Tại thời điểm bất kỳ, bức xạ mặt trời đến một bề mặt nằm ngang ngoài khí quyển

được xác định theo phương trình:
E0.ng = E0 (1+0,033.cos). cosθz

23
SVTH:


BÁO CÁO ĐỒ ÁN 2

Thay giá trị cosθz vào phương trình trên ta có E0.ng tại thời điểm bất kì từ lúc mặt
trời mọc đến lúc mặt trời lặn:
E0.ng = E0(1+0,033.cos)(cos φ.cos δ.cos ω+sin φ.sin δ)
Tích phân phương trình này theo thời gian từ khi mặt trời mọc đến khi mặt trời
lặn (6h-18h), ta sẽ được E0.ngay là năng lượng bức xạ mặt trời trên mặt phẳng nằm
ngang trong một ngày:
E0.ngay =
Với ωz là góc giờ mặt trời lặn (0) (tức là góc giờ ω khi θz = 900)
cos

2.2.3 Tổng cường độ bức xạ mặt trời lên bề mặt trên Trái đất
Tổng bức xạ mặt trời lên một bề mặt đặt trên mặt đất bao gồm hai phần chính đó
là trực xạ và tán xạ. Thành phần tán xạ thì khá phức tạp. Có thể xem bức xạ tán
xạ là tổng hợp của 3 thành phần:
• Thành phần tán xạ đẳng hướng: phần tán xạ nhận được đồng đều từ tồn
bộ vịm trời
• Thành phần tán xạ quanh tia: phần tán xạ bị phát tán của bức xạ mặt trời
xung quanh tia mặt trời
• Thành phần tán xạ chân trời: phần tán xạ tập trung gần đường chân trời

24
SVTH:


BÁO CÁO ĐỒ ÁN 2

Hình 2.8 Sơ đồ phân bố các thành phần bức xạ khuếch tán

Góc khuếch tán ở mức độ nhất định phụ thuộc độ phản xạ Rg (còn gọi là
albedo-suất phân chiếu) của mặt đất. những bề mặt cso độ phản xạ cao (ví dụ bề
mặt tuyết xốp có Rg = 0,7)sẽ phản xạ mạnh bức xạ mặt trời trở lại bầu trời và lần
lượt bị phát tán trở thành thành phần tán xạ chân trời.
Như vậy bức xạ mặt trời truyền đến một bề mặt nghiêng là tổng của các dòng
bức xạ bao gồm: trực xạ Eb, 3 thành phần tán xạ Ed1, Ed2, Ed3 và bức xạ phản xạ từ
các bề mặt lân cận khác Er:
EΣ = Eb + Ed1 + Ed2 + Ed3 + Er

Hình 2.9 Các thành phần bức xạ lên bề mặt nghiêng

Ta có tỷ số bức xạ Bb của bề mặt nghiêng góc β so với bề mặt ngang:

Bb =
Trong đó:
En là cường độ bức xạ mặt trời tới theo phương bất kì
Ebng là bức xạ mặt trời theo phương vng góc với mặt nằm ngang
Ebngh là bức xạ mặt trời theo phương vng góc với mặt phẳng nghiêng
25
SVTH: