Mô phỏng hệ thống điện mặt trời nối lưới sử dụng PVsyst

Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2018. ISBN: 978-604-82-2548-3

MÔ PHỎNG HỆ THỐNG ĐIỆN MẶT TRỜI NỐI LƯỚI
SỬ DỤNG PVsyst
Hồ Ngọc Dung, Trịnh Quốc Công
Bộ môn Thủy điện và Năng lượng tái tạo - Khoa Cơng trình - Trường Đại học Thủy lợi
Email:

1. GIỚI THIỆU CHUNG

Việt Nam được đánh giá là một quốc gia
có tiềm năng rất lớn về năng lượng mặt trời.
Theo NREL ước tính sản lượng điện mặt trời
có thể đạt 842 triệu MWh/năm đứng thứ hạng
66/248 trên thế giới về tiềm năng. Đặc biệt là
ở các vùng miền Trung và miền Nam đất
nước, với bức xạ quanh năm tương đối ổn
định đạt trên 5,0 kWh/m².ngày, số ngày nắng
trung bình khoảng 300 ngày/năm. Đây chính
là điêu kiện thuận lợi cho việc phát triển các
dự án điện mặt trời nối lưới.
Hiện nay, đã và đang có nhiều dự án nhà
máy điện mặt trời (NMĐMT) được thiết kế
đưa vào xây dựng. Để tính tốn, thiết kế lựa
chọn các thông số và thiết bị hợp lý cho các dự
án này cần cơng cụ tính tốn đủ tin cây, được
sử dụng nhiều trên thế giới. Nghiên cứu này,
giới thiệu phương pháp mô phỏng hệ thống
NMĐMT nối lưới quy mô công suất 40 MWp
tại TP.Cam Ranh, tỉnh Khánh Hịa. Thơng qua
phần mềm PVsyst cùng dữ liệu Meteonorm để

tính tốn thơng số thiết kế cơ bản về điện
năng, hiệu suất (PR)... của nhà máy.

phỏng PVsyst để xác định các thông số cơ
bản của NMĐMT nối lưới.
2.1. Thành phần cơ bản của NMĐMT
nối lưới
Hệ thống (HT) chính gồm: (i) HT tấm pin
mặt trời, công suất tấm pin 350 Wp; (ii) HT
inverter trung tâm công suất 1250 kW; (iii)
HT MBA 0,4/22kV; (iv) TBA 22/110kV,
Hệ thống còn lại, gồm: (i) Hộp đấu nối
DC; (ii) Cáp điện DC; (iii) Thanh cái AC; HT
nối đất, HT chiếu sáng, HT Scada, HT cấp và
thoát nước...
2.2. Xác định các thông số cơ bản
NMĐMT
Điện năng sản xuất trong khoảng giờ ti
trong ngày tính theo cơng thức:
ESPV ,i  N mod ul,i .Z .t. SPV
(1)

Trong đó: Nmodul, Z, Δt, η SPV -công suất phát
điện, số lượng, thời gian phát điện và hiệu suất
trong khoảng giờ i trong ngày của NMĐMT.
Thành phần công suất phát điện của tấm
pin trong công thức (1) xác định căn cứ vào
đường đặc tính cơng suất của tấm pin [2]:
(2)
N mod ul ,i  f G ,tt,i , N mod ul ,G 

2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Trong đó: G ,tt ,i là tổng xạ chiếu xuống bề
Một hệ thống NMĐMT nối lưới cần đáp mặt tấm pin.
N mod ul,G là công suất phát điện
ứng được yêu cầu phụ tải, với chi phí tối
thiểu cho hệ thống. Do đó để xây dựng dự án ứng với cường độ bức xạ chiếu tới bề măt
cần phải đánh giá được nhu cầu điện khu tấm pin do nhà sản xuất cung cấp.
Thành phần hiệu suất η SPV của NMĐMT
vực, dữ liệu bức xạ, quy mô công suất...
Nghiên cứu thực hiện phân tích dữ liệu được xác đinh thơng qua hiệu suất inverter;
bức xạ từ các nguồn chính thức như NASA, MBA; các tổn hao do tấm pin: (i) nhiệt độ
Meteonorm [1]. Ứng dụng phần mềm mô 0,4%/°C, (ii)chất lượng pin 0-1%,(iii) không




518


Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2018. ISBN: 978-604-82-2548-3

đồng nhất 1-2%, (iv)suy giảm trong giờ vận
hành đầu tiên 1-3%,(v) Bụi bẩn: 1-3%; tổn
hao do cáp DC 1,5%, cáp AC 1%...
2.3. Thiết kế hệ thống NMĐMT
2.3.1. Thiết kế hệ thống DC
Hệ thống pin năng lượng mặt trời trong nhà
máy được bố trí theo từng mảng, mỗi mảng
gồm các chuỗi pin nối tiếp và song song.
a) Các tấm pin trong cùng một chuỗi:

Tổng điện áp tại điểm công suất cực đại
(MPP) tại nhiệt độ lớn nhất của tấm pin >
Điện áp nhỏ nhất tại điểm MPP của Inverter;
- Tổng điện áp mạch hở tại nhiệt độ nhỏ nhất
của tấm pin < Điện áp lớn nhất của Inverter
b) Các tấm pin song song:
- Dịng điện tối đa khơng được lớn hơn
dòng điện vào lớn nhất của Inverter;
- Số lượng hộp đấu nối các chuỗi trong
mảng phụ thuộc vào số lượng đầu vào (input)
của từng hộp đấu nối.
c) Hộp đấu nối chính: phụ thuộc vào số
lượng Inverter
2.3.2. Thiết kế hệ thống AC
Hệ thống AC gồm: Cáp AC; Thiết bị đóng,
cắt; MBA 0,4/22 kV; MBA 22/110kV; HT
đo lường, bảo vệ; ĐZ 110 KV...

3.1.3. Inverter: Chức năng của inverter
trung tâm là "tập trung" thu gom các chuỗi tấm
pin mặt trời tại một điểm, công suất thu thập từ
300-5000kWp tùy thuộc vào loại inverter.
Đầu vào (DC)
Dải điện áp tối ưu công suất
Điện áp tối đa
Dịng điện tối đa
Đầu ra (AC)
Cơng suất định mức
Hiệu suất

525 – 900 V
1000 V(1)
2400 A
1250 kW
98,6%

3.2. Mô phỏng thiết kế PVsyst
Mô phỏng và đánh giá hệ thống NMĐTM
40MWp bằng phần mềm PVsyst 6.43. Tồn
bộ các thơng số trong mơ phỏng được dùng
làm dữ liệu cơ sở đầu vào, gồm: đặc điểm địa
lý và khí tượng, hướng của bề mặt pin, phủ
bóng, cấu hình mảng pin, inverter, tổn thất...
Dữ liệu địa lý và khí tượng được trích xuất
từ hệ thống dữ liệu Meteonorm (Hình 1).

3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU

3.1. Dữ liệu đầu vào
Hình 1. Dữ liệu khí tượng
3.1.1. Vị trí: Nhà máy được xây dựng tại
Kết quả khí tượng trung bình tháng và
thành phố Cam Ranh, tỉnh Khánh Hịa với
diện tích: 46 ha. Tọa độ địa lý như sau: Vĩ đường đi mặt trời thể hiện trong Bảng 1 và
độ : 11°53'36.62" B; Kinh độ: 109°5'5.43" Đ. Hình 2.
3.1.2 Tấm pin: Hai dịng cơng nghệ chính
Bảng 1. Bảng khí tượng trung bình tháng
trên thị trường của tấm pin PV đó là (i) công
nghệ tinh thể silic (đơn và đa tinh thể) và (ii)
công nghệ phim mỏng. Công nghệ tinh thể

silic đang chiếm trên 90% lượng tấm pin mặt
trời được sản xuất hiện nay. Trong mô
phỏng, tấm pin được lựa chọn như sau:
Loại
Cơng suất danh định (STC)
Điện áp ở Pmax (Umpp)
Dịng điện ở Pmax (Impp)
Hiệu suất pin
Nhiệt độ hoạt động

M onocrystalline
350 Wp
38,14 V
9,18 A
17,70 %
-40 ~ +85

Hình 2. Solar paths tại Cam Ranh
519


Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2018. ISBN: 978-604-82-2548-3

Tổng hiệu suất của toàn nhà máy và hiệu
suất từng hệ thống trong nhà máy được đánh
giá thông qua các thơng số kỹ thuật của từng
thiết bị.

Hình 4. Phát điện trung bình ngày

Hình 3. Thiết kế hệ thống
Hình 5. Hiệu suất phát điện của NM (PR)

3.3. Kết quả tính tốn
Bảng 2. Thơng số cơ bản NMĐMT 40MWp
TT
1
2
3
4
5

Các hạng mục
Đơn vị
Công suất DC/AC
MW
Điện năng TBN
106kWh
Sản lượng điện riêng kWh/kWp
Công nghệ tấm pin
Số lượng cell trên
cells
module

6
7
8
9
10
11

12

Công suất M odule
Số pin trên 1 chuỗi
Số lượng pin
Góc nghiêng tấm pin
Hướng phương vị
Inverter
Cơng suất Inverter

Wp
pin
pin
độ
Bộ
kW

Giá trị
40/35
64446
1611
Si-mono

Hình 5. Điện năng trung bình ngày lên lưới

72

4. KẾT LUẬN

350

18
114.282
8
chính Nam
28
1.250

Bảng 3. Kết quả tính tốn trung bình tháng

Phần mềm PVsyst được sử dụng để mô
phỏng cho NMĐMT nối lưới công suất
40MWp cho kết quả điện năng lớn 64,4
GWh/năm với số giờ khoảng 1600 với giá
điện 9,35 cent/kWh cho thấy hiệu quả tốt của
dự án. PVsyst đã mô phỏng được gần như
toàn bộ các hệ thống trong nhà máy, đưa ra
các thông số chủ yếu cũng như xác định tổn
thất điện năng (nhiệt độ, bụi, cáp... ảnh
hưởng đến hiệu suất nhà máy để từ đó có thể
đưa ra những giải pháp thiết kế phù hợp.
5. TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Kandasamy CP, Prabu P, Niruba K (2013)
Solar Potential Assessment Using PVSYST
Software. IEEE 667-672.
[2] Sulaiman SA, Hussain HH, (2011) Effects
of Dust on the Performance of PV Panels.
World Academy of Science, Engineering
and Technology 5: 2028-2033.

520