Thiết kế hệ thống điện năng lượng mặt trời hòa lưới

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

NGUYỄN VIỆT HỒN

THIẾT KẾ MƠ HÌNH ĐIỆN MẶT TRỜI MÁI NHÀ
CHO TÒA NHÀ HT2 CỦA ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ
NỘI TẠI HỊA LẠC

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY
Nghành: Kỹ thuật năng lượng

HÀ NỘI – 2022


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

NGUYỄN VIỆT HỒN

THIẾT KẾ MƠ HÌNH ĐIỆN MẶT TRỜI MÁI NHÀ
CHO TÒA NHÀ HT2 CỦA ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ
NỘI TẠI HỊA LẠC

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY
Ngành: Kỹ thuật năng lượng

Cán bộ hướng dẫn: TS. Bùi Đình Tú

HÀ NỘI – 2022

TÓM TẮT
Vấn đề thiếu hụt năng lượng đang là một trong những vấn đề được quan tâm nhất hiện
nay. Thế giới ngày càng phát triển dẫn đến nhu cầu về năng lượng đặc biệt là năng lượng điện
ngày càng tăng. Trong khi đó nguồn năng lượng điện từ nhiên liệu hóa thạch đang cạn kiệt dần
và dự báo trong tương lai sẽ không thể đáp ứng đủ nhu cầu của con người, khơng những vậy
nó cịn gây ơ nhiễm mơi trường ảnh hưởng xấu đến Trái đất cũng như sự sống của con người.
Vì vậy việc tìm ra nguồn năng lượng mới là cấp thiết, nguồn năng lượng này cần phải gây ít
ảnh hưởng đến mơi trường và có thể tái tạo. Năng lượng mặt trời là một trong số đó - một nguồn
năng lượng vơ tận ngay ở trên đầu chúng ta, nó là nguồn gốc của các nguồn năng lượng tái tạo
khác như: năng lượng gió, năng lượng sinh khối, thủy năng,… Năng lượng mặt trời chủ yếu
được khai thác và chuyển đổi trực tiếp thành điện thông qua hệ thống điện mặt trời, nó được
xếp vào nhóm năng lượng sạch, năng lượng tái tạo. Hiện nay điện mặt trời đã và đang được
khuyến khích phát triển ở khắp nơi trên thế giới trong đó có cả Việt Nam. Do vậy đồ án “Thiết
kế mơ hình điện mặt trời mái nhà cho tòa nhà HT2 của Đại học Quốc gia Hà Nội tại Hịa Lạc”
nhằm, thiết kế, tính tốn để tìm ra giải pháp lắp đặt một hệ thống điện mặt trời vừa kinh tế vừa
hiệu quả cho tòa nhà HT2. Nội dung của đồ án sẽ tập trung trình bày kiến thức về hệ thống điện
mặt trời, thiết kế mô phỏng hệ thống trên phần mềm và tính tốn chi phí đầu tư, lợi nhuận của
hệ thống.
Từ khóa: Hệ thống điện mặt trời, năng lượng mặt trời, năng lượng tái tạo.

i


LỜI CẢM ƠN
Đầu tiên, em xin gửi lời cảm ơn đến các thầy cô giảng viên Khoa Vật lý kỹ thuật
và Công nghệ Nano đã truyền đạt kiến thức, kinh nghiệm cho em trong suốt hơn 4 năm
học vừa qua. Những kiến thức này là nền tảng vững chắc để em thực hiện đồ án tốt
nghiệp cũng như chuẩn bị hành trang quý báu cho em sau khi ra trường.
Để có thể hồn thành đồ án tốt nghiệp này, em xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất

đến TS. Bùi Đình Tú, người đã trực tiếp hướng dẫn em trong q trình làm và hồn thiện
đồ án tốt nghiệp của mình.
Tiếp theo em xin chân thành cảm ơn TS. Nguyễn Hải Bình đã nhiệt tình giúp đỡ
và hỗ trợ em rất nhiều trong quá trình thực hiện đồ án tốt nghiệp này.
Em xin chân thành cảm ơn anh Nguyễn Mạnh Hùng K62E cùng tập thể K63E đã
luôn sẵn sàng giúp đỡ em trong suốt q trình hồn thành khóa luận tốt nghiệp.
Cuối cùng, em kính chúc các thầy cơ ln mạnh khỏe và đạt được nhiều thành
công trong nghiên cứu và sự nghiệp trồng người.
Vì kiến thức của bản thân vẫn cịn hạn chế nên trong q trình hồn thiện đồ án sẽ
khơng tránh khỏi những sai sót, em rất mong nhận được nhiều ý kiến đóng góp từ thầy
cơ để em có thể tiến bộ và hồn thiện hơn.

ii


LỜI CAM ĐOAN
Em xin cam đoan những nội dung trong đồ án “Thiết kế mơ hình điện mặt trời mái
nhà cho tòa nhà HT2 của Đại học Quốc gia Hà Nội tại Hịa Lạc” là do chính bản thân
em làm trong suốt thời gian vừa qua dưới sự hướng dẫn của thầy Bùi Đình Tú. Những
số liệu và kết quả trong đồ án này được lấy từ quá trình khảo sát tịa nhà, tính tốn và
thiết kế do chính em thực hiện.
Ngoài ra trong đồ án này sử dụng một số tài liệu, tiêu chuẩn,…của các tác giả, cơ
quan tổ chức đều được trích dẫn nguồn gốc rõ ràng.
Nếu có bất kỳ phát hiện nào về sự sao chép của người khác, em xin hoàn toàn chịu
trách nhiệm trước ban hội đồng và nhà trường.
Hà Nội, ngày 12 tháng 12 năm 2022
Sinh viên cam đoan
Hoàn
Nguyễn Việt Hoàn

iii


MỤC LỤC
TÓM TẮT........................................................................................................................ i
LỜI CẢM ƠN ................................................................................................................. ii
LỜI CAM ĐOAN .......................................................................................................... iii
MỤC LỤC ..................................................................................................................... iv
DANH MỤC HÌNH ẢNH ............................................................................................ vii
DANH MỤC BẢNG .......................................................................................................x
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT ........................................................................................ xi
MỞ ĐẦU .........................................................................................................................1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN ...........................................................................................2
1.1. Năng lượng mặt trời ..............................................................................................2
1.1.1. Khái niệm ........................................................................................................2
1.1.2. Lợi ích phát triển năng lượng mặt trời ............................................................2
1.1.3. Tình hình phát triển năng lượng mặt trời trên thế giới ...................................3
1.2. Hệ thống điện mặt trời ..........................................................................................5
1.2.1. Các thành phần chính trong hệ thống điện mặt trời........................................5
1.2.2. Hệ thống điện mặt trời On-Grid .....................................................................7
1.2.3. Hệ thống điện mặt trời Off-Grid .....................................................................7
1.2.4. Hệ thống điện mặt trời Hybrid ........................................................................8
1.3. Công nghệ sản xuất pin mặt trời ...........................................................................9
1.3.1. Pin mặt trời đơn tinh thể (Monocrystalline) ...................................................9
1.3.2. Pin mặt trời đa tinh thể (Polycrystalline) ........................................................9
1.3.3. Pin mặt trời dạng màng mỏng (Thin-Film) ..................................................10
1.4. Tình hình phát triển điện mặt trời tại Việt Nam .................................................10
1.4.1. Tiềm năng phát triển điện mặt trời tại Việt Nam..........................................10
1.4.2. Tình hình phát triển điện mặt trời tại Việt Nam... ........................................12
1.5. Giải pháp ESCO đầu tư điện mặt trời. ................................................................13

iv


TÓM TẮT CHƯƠNG 1 ................................................................................................15
CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU DỰ ÁN, PHẦN MỀM THIẾT KẾ ...................................16
2.1. Giới thiệu phần mềm tính toán, thiết kế ..............................................................16
2.1.1. Phần mềm Pvsyst ..........................................................................................16
2.1.2. Phần mềm AutoCad ......................................................................................16
2.1.3. Phần mềm Sketchup .....................................................................................16
2.2. Mục tiêu của dự án ..............................................................................................16
2.3. Khảo sát tịa nhà HT2 ..........................................................................................17
2.3.1. Vị trí địa lý ....................................................................................................19
2.3.2. Điện năng tiêu thụ .........................................................................................17
2.3.3. Khảo sát mặt bằng lắp đặt hệ thống ..............................................................17
2.3.4. Điều kiện tự nhiên.........................................................................................19
TĨM TẮT CHƯƠNG 2 ................................................................................................21
CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ, MƠ PHỎNG HỆ THỐNG TRÊN PHẦN MỀM ................22
3.1. Thiết kế đấu nối và mô phỏng hệ thống ..............................................................22
3.1.1. Nhập tọa độ dự án .........................................................................................22
3.1.2. Nhập góc nghiêng và hướng giàn pin ...........................................................22
3.1.3. Chọn tấm pin năng lượng mặt trời và inverter .............................................23
3.1.4. Thiết kế bố trí string pin và inverter .............................................................26
3.1.5. Lựa chọn dây dẫn ..........................................................................................27
3.1.6. Mơ phỏng đổ bóng ........................................................................................29
3.1.7. Chạy mô phỏng và xuất báo cáo trên Pvsyst ................................................29
3.1.8. Lựa chọn aptomat .........................................................................................33
3.1.9. Đấu nối hệ thống ...........................................................................................34
3.2. Thiết kế khung giá đỡ .........................................................................................36
3.3. Thiết kế máng cáp, đường dẫn nước ...................................................................39

3.4. Thiết kế hệ thống chống sét ................................................................................40

v


3.4.1. Chống sét đánh trực tiếp ...............................................................................40
3.4.2. Chống sét lan truyền .....................................................................................44
TĨM TẮT CHƯƠNG 3 ................................................................................................50
CHƯƠNG 4: TÍNH TỐN KINH TẾ ..........................................................................51
4.1. Tính tốn chi phí đầu tư ......................................................................................51
4.2. Tính tốn kinh tế mơ hình tự đầu tư ....................................................................52
4.3. Tính tốn kinh tế mơ hình đầu tư ESCO ............................................................54
4.3.1. Đối với chủ đầu tư ........................................................................................54
4.3.2. Đối với khách hàng lắp đặt ...........................................................................57
TÓM TẮT CHƯƠNG 4 ................................................................................................59
KẾT LUẬN ...................................................................................................................60
TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................................61

vi


DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1:Việc làm năng lượng tái tạo tồn cầu theo cơng nghệ, 2021. ..........................3
Hình 1.2: Cơng suất điện mặt trời toàn cầu và bổ sung hàng năm, 2011-2021 .............4
Hình 1.3: Tỷ trọng sản xuất điện tồn cầu theo nguồn, 2000-2021 ................................4
Hình 1.4: Mục tiêu sản xuất năng lượng mặt trời đến năm 2030 ....................................5
Hình 1.5: Tấm pin năng lượng mặt trời ...........................................................................5
Hình 1.6: Bộ biến tần Inverter .........................................................................................6
Hình 1.7: Ắc quy lưu trữ .................................................................................................6
Hình 1.8: Sơ đồ hệ thống điện mặt trời On-Grid.............................................................7

Hình 1.9: Sơ đồ hệ thống điện mặt trời Off-Grid ............................................................8
Hình 1.10: Sơ đồ hệ thống điện mặt trời Hybrid .............................................................8
Hình 1.11: Pin mặt trời đơn tinh thể ................................................................................9
Hình 1.12: Pin mặt trời đa tinh thể ................................................................................10
Hình 1.13: Pin mặt trời dạng màng mỏng .....................................................................10
Hình 1.14: Bản đồ tiềm năng quang điện Việt Nam .....................................................11
Hình 1.15: Tiềm năng năng lượng tái tạo Việt Nam .....................................................12
Hình 1.16: Công suất các loại nguồn điện ở Việt Nam .................................................13
Hình 1.17: Mơ hình ESCO ............................................................................................13
Hình 2.1: Vị trí lắp đặt hệ thống………………………………………………………19
Hình 2.2: Mặt bằng tịa nhà HT2……………………………………………………... 17
Hình 2.3: Đo các kích thước mặt bằng……………………………………………….. 18
Hình 2.4: Bản vẽ 2D mặt bằng mái tịa nhà HT2……………………………………...18
Hình 2.5: Bản vẽ 3D mặt bằng mái tịa nhà HT2…………………………………….. 19
Hình 3.1: Nhập tọa độ dự án trên PVsyst……………………………………………..22
Hình 3.2: Góc nghiêng và hướng giàn pin…………………………………................ 22
Hình 3.3: Thơng số System trên PVsyst………………………………………………23
Hình 3.4: Thơng số kỹ thuật của Inverter Max125KTL3-X LV……………............... 25

vii


Hình 3.5: Bản vẽ 2D bố trí pin……………………………………………….............. 26
Hình 3.6: Bản vẽ 3D bố trí pin……………………………………………….............. 26
Hình 3.7: Bản vẽ 2D bố trí string và inverter………………………………………… 27
Hình 3.8: Tra tiết diện dây cáp điện CXV……………………………………………. 28
Hình 3.9: Mơ hình mơ phỏng đổ bóng trên Pvsyst…………………………............... 29
Hình 3.10: Thơng tin chung của hệ thống……………………………………………. 29
Hình 3.11: Tổn thất đổ bóng…………………………………………………………..30
Hình 3.12: Kết quả mơ phỏng sản lượng hệ thống…………………………................31

Hình 3.13: Chi tiết tổn thất hệ thống…………………………………………………. 32
Hình 3.14: Báo cáo giảm phát thải CO2 của hệ thống……………………………….. 33
Hình 3.15: Sơ đồ đấu nối tấm pin……………………………………………………..34
Hình 3.16: Sơ đồ điện 1 sợi đấu nối hệ thống………………………………............... 35
Hình 3.17: Bản vẽ 2D bố trí rail pin…………………………………….……………. 36
Hình 3.18: Phương pháp khoan cấy bulong vào bê tơng bằng hóa chất……………... 36
Hình 3.19: Bản vẽ 2D mặt cắt ngang khung giá đỡ giàn pin kiểu 1………..................37
Hình 3.20: Bản vẽ 2D mặt cắt ngang khung giá đỡ giàn pin kiểu 2………..................38
Hình 3.21: Bản vẽ 2D mặt cắt dưới tấm pin…………………………………………..39
Hình 3.22: Máng cáp và ống dẫn nước cho hệ thống điện mặt trời……………...…... 39
Hình 3.23: Bản vẽ 2D bố trí máng cáp……………………………………………….. 40
Hình 3.24: Bản vẽ 2D bố trí hệ thống bơm nước vệ sinh……………………………..40
Hình 3.25: Vùng bảo vệ chống sét kim tia tiên đạo………………………………….. 42
Hình 3.26: Thiết kế cột chống sét……………………………………………………..42
Hình 3.27: Trị số điện trở suất của từng loại đất …...………………………………... 43
Hình 3.28: Màn hình kết quả tính tốn số cọc tiếp địa……………………………….. 43
Hình 3.29: Thiết kế tiếp địa chống sét………………………………………...............44
Hình 3.30: Kẹp tiếp địa điện mặt trời………………………………………………… 47
Hình 3.31: Bản vẽ bố trí lắp đặt tiếp địa pin…………………………………………. 47

viii


Hình 3.32: Tính tốn số cọc tiếp địa…………………………….…………………….48
Hình 3.33: Thiết kế tiếp địa cho hệ thống điện mặt trời……………………................48
Hình 4.1: Thống kê chi phí vật tư, lắp đặt hệ thống…………………………………..51
Hình 4.2: Kết quả tính tốn theo mơ hình tài chính USAID 1……………………….. 54
Hình 4.3: : Kết quả tính tốn theo mơ hình tài chính USAID 2……………………… 56

ix

DANH MỤC BẢNG
Bảng 2.1: Cường độ bức xạ mặt trời tại địa điểm lắp đặt .............................................20
Bảng 3.1: Thông số kỹ thuật của tấm pin JAM72-S30-540-MR ……………………. 23
Bảng 3.2: Bố trí PV/string/MPPT .................................................................................27
Bảng 3.3: Phân loại điện áp chịu đựng của thiết bị .......................................................45
Bảng 3.4: Giá trị Iimp theo cấp độ bảo vệ của tịa nhà ...................................................46
Bảng 4.1: Phân tích sản lượng và thời gian hoàn vốn dự kiến ……………………….52
Bảng 4.2: Phân tích sản lượng và thời gian hồn vốn dự kiến cho chủ đầu tư ESCO ..55
Bảng 4.3: Tính tốn tiền lời đối với khách hàng tham gia mơ hình ESCO...................57

x


DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
Từ viết tắt

Nghĩa tiếng việt

EEA

Cơ quan Môi trường Châu Âu

IRENA

Cơ quan Năng lượng Tái tạo Quốc tế

CSP

Năng lượng mặt trời tập trung

IEA

Cơ quan Năng lượng Quốc tế

NLMT

Năng lượng mặt trời

EVN

Tập đồn điện lực Việt Nam

ESCO

Cơng ty dịch vụ năng lượng

SPD

Thiết bị chống sét lan truyền

NPV

Giá trí hiện tại rịng

IRR

Tỷ suất hồn vốn nội bộ

MPPT

Theo dõi điểm cơng suất tối đa

AC

Dịng điện xoay chiều

DC

Dịng điện một chiều

IEC

Ủy ban kỹ thuật điện Quốc tế

xi


MỞ ĐẦU
Hiện nay xã hội đang phát triển một cách nhanh chóng về mọi mặt, các đơ thị ngày
càng được mở rộng, hàng loạt các nhà cao tầng mọc lên ở khắp nơi. Việc phát triển này
vừa là cơ hội cũng vừa là thách thức đối với các ban ngành đặc biệt là ngành năng lượng.
Lúc này cần phải đảm bảo cân bằng giữa cung và cầu nhưng cũng phải tính tốn đến
việc phát triển năng lượng một cách bền vững tránh để việc thiếu hụt năng lượng trong
tương lai. Sử dụng tiết kiệm năng lượng và hiệu quả là một trong những giải pháp hữu
hiệu đặc biệt là đối với những nơi có mức tiêu thụ điện năng lớn như cơ quan, trường
học, nhà xưởng,…
Tịa nhà HT2, khu đơ thị Đại học Quốc gia Hà Nội, Thạch Hòa, Thạch Thất, Hà
Nội là nơi có nhu cầu điện lớn, cần phải có giải pháp để tiết kiệm năng lượng. Vì vậy

đồ án “ Thiết kế mơ hình điện mặt trời mái nhà cho tòa nhà HT2 của Đại học Quốc gia
Hà Nội tại Hòa Lạc” được thực hiện để đưa ra một giải pháp tiết kiệm năng lượng vừa
hiệu quả, vừa kinh tế góp phần bảo vệ mơi trường cũng như giảm quá tải trên lưới điện
vào giờ cao điểm.

1


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1. Năng lượng mặt trời
1.1.1. Khái niệm
Mặt trời giống như một lò phản ứng nhiệt hạch khổng lồ. Năng lượng mặt trời là
một trong các nguồn năng lượng sạch và vơ tận, nó cịn là nguồn gốc của các nguồn
năng lượng khác trên trái đất như: năng lượng gió, năng lượng sinh khối, thủy năng,...
Năng lượng của nó bao gồm bức xạ nhiệt và ánh sáng truyền tới Trái đất, khi tới bề mặt
Trái đất cường độ bức xạ cao nhất khoảng 1000 W/m2 trong những ngày quang đãng.
Hiện nay, vấn đề sử dụng năng lượng luôn đi kèm với việc bảo vệ môi trường nên
việc sử dụng năng lượng mặt trời đang được phát triển mạnh mẽ. Nó có nhiều ưu điểm
là sạch, bền vững và vô tận,… Tại Việt Nam tiềm năng về năng lượng mặt trời cũng rất
lớn do có vị trí địa lý thuận lợi.
1.1.2. Lợi ích phát triển năng lượng mặt trời [1]
Thiên nhiên đã rất ưu ái cho con người khi cho chúng ta một nguồn năng lượng
khổng lồ từ mặt trời. Mỗi giây trái đất nhận được 17,57.1010 MJ bằng năng lượng khi
đốt cháy hết 6 triệu tấn than đá. Nếu chúng ta có thể tận dụng tốt nguồn năng lượng này
thì sẽ khơng cần phải lo lắng về vấn đề an ninh năng lượng nữa.
Ngoài việc cung cấp thêm nguồn năng lượng thiếu hụt do nhu cầu sử dụng năng
lượng tăng cao và sự suy giảm nguồn tài nguyên hóa thạch sẽ được nói ở phần sau, nó
cịn tạo ra một số lượng lớn việc làm góp phần giải quyết tình trạng thất nghiệp trên thế
giới.Theo thống kê của IRENA, năm 2021 ngành năng lượng tái tạo sử dụng hơn 12
triệu người trên toàn thế giới tăng hơn 500.000 so với năm 2020. Trong đó điện mặt trời

chiếm tỷ trọng lớn nhất khi tạo ra hơn 4 triệu việc làm cho người lao động (Hình 1.1).
Dự báo nếu thế giới đi theo con đường 1,5°C của IRENA, việc làm trong lĩnh vực năng
lượng tái tạo có thể lên đến 43 triệu việc làm trong ba thập kỷ tới. Dù là kịch bản nào
xảy ra thì điện mặt trời vẫn là động lực tăng trưởng việc làm lớn nhất trong lĩnh vực
năng lượng tái tạo. Ở kịch bản 1,5°C sẽ có khoảng 20 triệu việc làm vào năm 2050 liên
quan đến năng lượng mặt trời, trong đó 77% trong số đó là điện mặt trời, 15% là máy
nước nóng năng lượng mặt trời và 8% là điện mặt trời tập trung.
Thêm nữa phát triển năng lượng mặt trời nói riêng và năng lượng tái tạo nói chung
đã giúp giảm lượng khí thải CO2 từ việc đốt nhiên liệu hóa thạch. Theo báo cáo của
EEA nếu không triển khai năng lượng tái tạo kể từ năm 2005, lượng phát thải khí nhà
kính trong năm 2012 có thể cao hơn 7% so với lượng phát thải thực tế. Nhiên liệu được
2


thay thế nhiều nhất là than với mức tiêu thụ sẽ cao hơn 13%, trong khi lượng khí đốt sẽ
cao hơn 7% vào thời điểm trữ lượng khí đốt của châu Âu đang cạn kiệt. Năm 2021 năng
lượng tái tạo đã giúp cho mức phát thải CO2 toàn cầu giảm 220 triệu tấn trong đó năng
lượng mặt trời đóng vai trị lớn nhất. Điều này đã góp phần làm chậm lại q trình nóng
lên của trái đất.

Hình 1.1:Việc làm năng lượng tái tạo tồn cầu theo cơng nghệ, 2021.[1]
1.1.3. Tình hình phát triển năng lượng mặt trời trên thế giới [2]
Theo báo cáo toàn cầu về năng lượng tái tạo năm 2022 (Renewables 2022 global
status report) năng lượng tái tạo trải qua một năm tăng trưởng kỷ lục nữa trong công
suất điện bất chấp ảnh hưởng từ hậu Covid cùng với sự gia tăng giá hàng hóa làm đảo
lộn chuỗi cung ứng năng lượng tái tạo và các dự án bị trì hỗn. Lần đầu tiên năng lượng
mặt trời và năng lượng gió cung cấp hơn 10% tổng điện năng tồn cầu năm 2021. Trong
đó năng lượng mặt trời đóng góp tăng 23% so với năm 2020. Năm 2021 điện mặt trời
duy trì thành tích phá kỷ lục, bổ sung thêm 175 GW công suất mới để đạt cộng dồn
khoảng 942 GW. Trong đó có 75 GW là lắp đặt điện mặt trời phân tán, điều này đến từ

việc giá điện tăng cao thúc đẩy các doanh nghiệp tự tiêu thụ, giảm sự phụ thuộc vào lưới
điện phân phối (Hình 1.2).
Ngồi sự đóng góp chủ yếu từ điện mặt trời thì cịn có một phần nhỏ từ nhiệt mặt
trời. Mặc dù chi phí cơng nghệ đã giảm nhưng tăng trưởng thị trường CSP toàn cầu giảm
vào năm 2021. Thị trường CSP đã ký hợp đồng với tổng cơng suất tích lũy là 6 GW từ
việc khởi động nhà máy Dominador 110 MW nhưng lại ngừng hoạt động của gần 300

3


MW nhà máy CSP cũ ở Hoa Kỳ. Sự suy giảm của CSP là do cạnh tranh với điện mặt
trời, thay đổi chính sách và sự thất bại trong các dự án tại thị trường trọng điểm.

Hình 1.2: Cơng suất điện mặt trời toàn cầu và bổ sung hàng năm, 2011-2021 [2]
NLMT là nguồn sản xuất điện tăng nhanh nhất trong 17 năm hoạt động. Lượng
điện tạo ra từ nó chiếm 3,7% điện năng trên thế giới vào năm 2021 cao hơn nhiều so với
chỉ 1,1% vào năm 2015 khi thỏa thuận Paris được ký kết (Hình 1.3).

Hình 1.3: Tỷ trọng sản xuất điện toàn cầu theo nguồn, 2000-2021 [3]
Thống kê có 50 quốc gia hiện vượt qua mốc 10% gió và mặt trời với bảy quốc gia
mới vào năm 2021 là: Trung Quốc(11,2%), Nhật Bản(10,2%), Mông Cổ(10,6%), Việt
Nam(10,7%), Argentina(10,4%), Hungary(11,1%) và El Salvador (12%). Với mục tiêu
đạt mức phát thải ròng bằng 0 vào năm 2050 các nước trên thế giới đang nỗ lực phát
triển các nguồn năng lượng tái tạo trong đó có điện mặt trời. Theo tính tốn của IEA để
tiến gần đến mục tiêu đó, sản xuất năng lượng mặt trời toàn cầu cần tăng gấp 7 lần vào

4


năm 2020 cụ thể là tăng từ khoảng 1000 TWh vào năm 2021 lên 7000 TWh vào năm

2030, tỉ trọng sản xuất điện mặt trời toàn cầu cũng cần đạt gần 20% vào năm 2030 (Hình
1.3).[3]

Hình 1.4: Mục tiêu sản xuất năng lượng mặt trời đến năm 2030 [3]
1.2. Hệ thống điện mặt trời
1.2.1. Các thành phần chính trong hệ thống điện mặt trời
Tấm pin năng lượng mặt trời: Hầu hết được tạo thành từ nhiều tế bào quang điện
dựa trên silicon để tạo ra dòng điện một chiều (DC) từ ánh sáng mặt trời. Năng lượng
điện tạo ra phụ thuộc vào nhiều yếu tố bao gồm định hướng, góc nghiêng, hiệu suất tấm
pin, tổn hao bóng râm và bụi bẩn, nhiệt độ môi trường,… Phân loại tấm pin mặt trời sẽ
được nói đến ở phần sau.

Hình 1.5: Tấm pin năng lượng mặt trời
Bộ biến tần Inverter: Do pin mặt trời tạo ra điện một chiều nên cần phải có bộ biến
tần để chuyển đổi sang dòng điện xoay chiều sử dụng cho gia đình và doanh nghiệp.

5


Hình 1.6: Bộ biến tần Inverter
Phân loại biến tần:
+ Biến tần chuỗi (String Inverter): Là loại có hiệu quả nhất về chi phí nên thường
được các nhà lắp đặt tin dùng. Việc các tấm pin bị đổ bóng, bóng râm che ánh sáng mặt
trời có thể làm ảnh hưởng đáng kể đến vận hành của biến tần chuỗi.
+ Biến tấn tối ưu hóa năng lượng (Power Optimizer): là sự kết hợp của biến tần
chuỗi và bộ tối ưu hóa. Biến tần tối ưu hóa năng lượng dạng “giữa” khơng q đắt cũng
không quá rẻ, hiệu quả hoạt động không quá cao cũng không quá thấp.
+ Biến tần vi mô (Micro-inverter): Ngược lại với nguyên lý của biến tần chuỗi,
loại này sẽ hoạt động riêng rẽ với từng tấm pin, tức là có bao nhiêu tấm thì sẽ đi kèm
với bấy nhiêu bộ biến tần vi mô. Micro-inverter được xem là loại đắt nhất nhưng có hiệu

quả vận hành tốt nhất.
Ắc quy: Bình ắc quy được sử dụng để lưu trữ năng lượng, bao gồm 2 loại phổ biến
là: axit-chì và lithium-Ion. Ngồi ra cịn có dịng oxy hóa khử, natri-ion. Hầu hết các hệ
thống lưu trữ năng lượng hiện đại sử dụng pin lithium-ion có thể sạc lại và có nhiều hình
dạng kích cỡ. Dung lượng thường được đo là Ah đối với axit-chì hoặc kWh đối với
lithium-ion.

Hình 1.7: Ắc quy lưu trữ
Tủ điện: Bao gồm các thiết bị bảo vệ chống sét lan truyền, aptomat DC và AC,…

6


1.2.2. Hệ thống điện mặt trời On-Grid
Đây là hệ thống phổ biến, được sử dụng rộng rãi bởi các hộ gia đình và doanh
nghiệp do chi phí đầu tư ban đầu rẻ hơn các loại khác hơn nữa lượng điện năng dư thừa
có thể đưa vào lưới điện và bán cho công ty điện lực theo biểu giá (FIT) từ cơng ty điện
lực. Tuy nhiên hệ thống này có nhược điểm là không thể hoạt động hoặc tạo ra điện
trong thời gian mất điện vì lý do an tồn.

Hình 1.8: Sơ đồ hệ thống điện mặt trời On-Grid
Một biến thể khác của hệ thống điện mặt trời hòa lưới là hệ thống điện mặt trời
bám tải. Do chính sách mua điện kết thúc vào ngày 31/12/2020 và cho đến nay chính
phủ vẫn chưa có chính sách mua điện mới nên các hệ thống On-Grid cần lắp thêm một
thiết bị gọi là Zero Export Controller có tác dụng theo dõi dịng điện và ngăn khơng cho
điện đẩy lên lưới, tránh tình trạng bị tính thêm tiền hóa đơn cho lượng điện dư thừa phát
lên lưới.
1.2.3. Hệ thống điện mặt trời Off-Grid
Khác với hệ thống điện mặt trời hòa lưới, hệ thống điện mặt trời Off-Grid không
được kết nối với lưới điện và do đó nó cần có bộ lưu trữ năng lượng. Biến tần Inverter

cũng khác so với hệ thống hòa lưới, inverter Off-Grid thay vì đưa điện lên lưới nó sẽ
đưa điện về pin lưu trữ và lấy ra sử dụng khi cần thiết, đồng thời nó bổ sung thêm nhiều
bộ phận hơn như: hệ thống điều khiển, thiết bị đóng cắt,… Một cách khác ta vẫn có thể
sử dụng Inverter hòa lưới cho hệ thống Off-Grid là lắp thêm bộ điều khiển sạc pin lưu
trữ. Hệ thống điện mặt trời Off-Grid có chi phí cao hơn nhiều so với On-Grid do chi phí
pin lưu trữ cao vì thế ít phổ biến hơn, nên được lắp ở những nơi vùng sâu, cách xa điện
lưới. Tuy nhiên, công nghệ đang ngày càng phát triển, chi phí pin lưu trữ sẽ giảm dần
trong tương lai nên hệ thống điện mặt trời Off-Grid ngày càng phổ biến hơn.

7


Hình 1.9: Sơ đồ hệ thống điện mặt trời Off-Grid
1.2.4. Hệ thống điện mặt trời Hybrid
Đây là sự kết hợp của hệ thống điện mặt trời On-Grid và Off-Grid, có tên gọi khác
là hệ thống điện mặt trời hòa lưới có lưu trữ. Nó có thể lưu trữ năng lượng điện mặt trời
vào ban ngày và sử dụng nó vào ban đêm. Khi năng lượng dữ trữ bị cạn kiệt có thể dùng
lưới điện như một nguồn dự phịng giúp người sử dụng linh hoạt sử dụng. Trong trường
hợp bị mất điện hoặc ngắt kết nối với lưới, người dùng vẫn có thể sử dụng điện từ nguồn
dự trữ.

Hình 1.10: Sơ đồ hệ thống điện mặt trời Hybrid
Tuy nhiên do là sự kết hợp của cả hệ thống điện mặt trời hịa lưới và độc lập nên
chi phí đầu tư cho hệ thống này sẽ cao nhất. Tương lai khi mà các thiết bị có xu hướng
rẻ dần thì hệ thống này là một giải pháp tuyệt vời cho tất cả hộ gia đình và doanh nghiệp.

8


1.3. Công nghệ sản xuất pin mặt trời

Là hệ thống các quy trình, kỹ thuật mới được áp dụng vào q trình sản xuất pin
mặt trời. Nó bao gồm kiến thức, dây chuyền, thiết bị, phương pháp chế tạo ra tấm pin.
Một số công nghệ sản xuất pin mặt trời phổ biến hiện nay: PERC (Passivated Emitter
Rear Cell), Multi Busbar, Half cut cells, HJT (Heterojunction cell),…Các công nghệ
này đều được phát triển, áp dụng thêm vào dựa trên công nghệ sản xuất cơ bản. Em đưa
ra ba loại pin mặt trời phổ biến và cơ bản nhất: Pin mặt trời đơn tinh thể, pin mặt trời đa
tinh thể và pin mặt trời dạng màng mỏng.
1.3.1. Pin mặt trời đơn tinh thể (Monocrystalline)
Là loại pin mặt trời được làm silic đơn tinh thể tinh khiết nhất. Các tấm pin loại
này có màu tối đậm, đồng nhất và cell có cạnh bo trịn, có tuổi thọ cao nhất do làm bằng
silic tinh khiết, hiệu suất cao nhất trong 3 loại pin >20%. Phù hợp lắp đặt ở miền Bắc,
nơi có ít nắng, bức xạ mặt trời yếu. Quy trình sản xuất của tấm pin dựa trên phương
pháp Czochralski nuôi cấy tinh thể. Tinh thể silicon sẽ được đặt vào trong buồng kín có
silicon nóng chảy. Từ từ kéo và xoay tinh thể hạt lên tạo thành silicon đơn tinh thể hình
trụ lớn đồng nhất (thỏi silicon). Sau đó các cell được cắt ra từ thỏi silicon, vạt góc và
pha tạp để tăng hiệu suất cho cell pin.

Hình 1.11: Pin mặt trời đơn tinh thể
1.3.2. Pin mặt trời đa tinh thể (Polycrystalline)
Được làm từ nhiều mảnh silicon khác nhau thay vì một thỏi nguyên chất duy nhất
như pin mặt trời đơn tinh thể. Silicon sau khi tinh chế sẽ được nóng chảy và đơng đặc
trong các chén nung hình khối. Các thỏi sau khi đơng đặc được cắt thành tấm mỏng sau
đó đánh bóng, cải tiến và pha tạp để tăng hiệu suất. Hiệu suất của pin mặt trời đa tinh
thể, tuổi thọ đều thấp hơn pin mặt trời đơn tinh thể do vậy có giá thành rẻ hơn pin mono.

9


Nhìn vào hình 1.12 ta có thể thấy dấu hiệu nhận biết pin mặt trời đa tinh thể, nó có màu
xanh làm và có đốm, các cell pin hình vng khơng bị vạt góc như pin đơn tinh thể.

Hình 1.12: Pin mặt trời đa tinh thể
1.3.3. Pin mặt trời dạng màng mỏng (Thin-Film)
Được làm từ nhiều loại vật liệu khác nhau, phổ biến nhất hiện nay được làm bằng
Cadmium Telluride (CdTe), một lớp CdTe sẽ được lắng đọng trên thủy tinh. Chúng cũng
có thể được làm từ silicon vơ định hình, nhưng thay vì cấu tạo từ tấm silicon cứng thì
silicon được lắng đọng một lớp mỏng lên kính, nhựa, kim loại. Pin mặt trời dạng màng
mỏng kém hiệu quả nhất trong 3 loại pin nhưng bù lại nó lại có tính thẩm mỹ cao nhất
và giá thành rẻ.

Hình 1.13: Pin mặt trời dạng màng mỏng

1.4. Tình hình phát triển điện mặt trời tại Việt Nam
1.4.1. Tiềm năng phát triển điện mặt trời tại Việt Nam
Việt Nam là một nước nằm gần xích đạo nên có số giờ nắng trong năm tương đối
tốt. Hơn thế nữa đường bờ biển dài hơn 3600 km có nhiều hịn đảo nơi lưới điện khơng
thể với đến. Vì vậy, điện mặt trời là một trong những giải pháp tốt như một nguồn năng
lượng thay thế tại chỗ để đáp ứng nhu cầu sử dụng, đảm bảo phát triển kinh tế và an
ninh quốc phòng.
10


Hình 1.14: Bản đồ tiềm năng quang điện Việt Nam [4]
Hình 13 cho ta thấy được lượng điện trung bình được sinh ra từ 1 kWp pin mặt
trời. Từ dưới vĩ tuyến 17 lượng bức xạ mặt trời nhiều và ổn định, trung bình 1 kWp điện
mặt trời sản xuất ra 3,8-4,6 kWh 1 ngày. Con số này ở miền Bắc thấp hơn, 3-3,4
kWh/ngày. Theo em thấy với tiềm năng lớn về điện mặt trời và các mục tiêu năng lượng
xanh đầy tham vọng đến năm 2050, Việt Nam có nhiều cơ hội để trở thành một trong
những quốc gia dẫn đầu về năng lượng tái tạo. Quả thực là như vậy khi mà công suất
lắp đặt mới điện mặt trời của Việt Nam luôn nằm trong top của thế giới những năm gần

đây.
Mặc dù gia tăng đáng kể về công suất điện mặt trời vào năm 2020 và 2021 nhưng
tiềm năng triển khai công nghệ điện mặt trời ở Việt Nam vẫn còn rất lớn. Theo báo cáo
triển vọng năng lượng tái tạo Việt Nam 2021, tiềm năng điện mặt trời trang trại ở Việt
Nam lên đến 838 GW, điện mặt trời nối lưới là 77 GW, điện mặt trời mái nhà là 48 GW
(Hình 1.14). Với kịch bản tốt đẹp nhất mà báo cáo này đưa ra, điện mặt trời có thể chiếm
tới 70% tổng cơng suất phát điện vào năm 2050. Tuy nhiên do giá đất trong tương lai có
tính bất định, nếu chi phí đất tăng nhiều hơn so với dự kiến thì tỷ trọng điện mặt trời

11


trang trại có thể giảm xuống. Theo đó tiềm năng của nó giảm xuống 50% chỉ cịn 420
GW, tuy nhiên nó sẽ khơng ảnh hưởng nhiều đến tỷ trọng năng lượng tái tạo mà báo cáo
này đưa ra do có thể được bù bằng điên gió,.. [5]

Hình 1.15: Tiềm năng năng lượng tái tạo Việt Nam [5]
1.4.2. Tình hình phát triển điện mặt trời tại Việt Nam [5]
Những năm gần đây Việt Nam đã chứng kiến sự phát triển vượt bậc về điện mặt
trời. Năm 2021 sản lượng điện mặt trời tăng trưởng đáng kinh ngạc lên 337% (+17 TWh)
và điều đó đã giúp Việt Nam trở thành nước phát điện mặt trời lớn thứ 10 thế giới và là
nước duy nhất ở châu Á mà lượng điện gia tăng từ mặt trời vượt mức nhu cầu điện tăng
thêm. Việc gia tăng điện gió và điện mặt trời trong năm 2021 đã làm giảm thị phần nhiên
liệu hóa thạch: than đá và khí đốt. Sáu tháng đầu năm 2022, tỉ trọng huy động nguồn
điện điện mặt trời trang trại chiếm 6,2%, điện mặt trời áp mái chiếm 4,2%, tổng cộng
chiếm hơn 10% tương đương với 14,25 tỷ kWh. Theo EVN, tính đến ngày 14/9/2022
có tổng cộng 104.294 dự án điện mặt trời mái nhà đã được lắp đặt ở Việt Nam với tổng
công suất là 9,581 MWp, sản lượng được phát lên lưới điện là 20.567.878 MWh qua đó
giúp giảm phát thải 18.778.472 tấn khí CO2. Nếu Việt Nam cứ giữ mức tăng trưởng
năng lượng tái tạo như thế này, thì đến năm 2030 sẽ đủ để đáp ứng tất cả sự gia tăng nhu

cầu ngay cả trong kịch bản tăng trưởng điện cao. Theo Dự thảo quy hoạch điện VIII, dự
kiến công suất điện mặt trời lắp đặt sẽ tăng từ 17 GW (giai đoạn 2020-2025) lên khoảng
20 GW (năm 2030). Tỷ trọng điện mặt trời được kỳ vọng sẽ chiếm 17% vào năm 2025.

12