Tính toán, thiết kế hệ thống điện mặt trời áp mái
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (4.25 MB, 97 trang )
Đồ Án Tốt Nghiệp
Nội
Trường Đại Học Cơng Nghiệp Hà
BỘ CƠNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
KHOA ĐIỆN
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
ĐẠI HỌC NGÀNH CNKT ĐIỆN, ĐIỆN TỬ
ĐỀ TÀI: TÍNH TỐN, THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỆN
MẶT TRỜI ÁP MÁI
Nhóm sinh viên thực hiện:
Mã sinh viên
Hà Nội – 2023
1
Đồ Án Tốt Nghiệp
Nội
Trường Đại Học Công Nghiệp Hà
2
Đồ Án Tốt Nghiệp
Nội
Trường Đại Học Cơng Nghiệp Hà
Cộng Hồ Xã Hội Chủ Nghĩa Việt Nam
Bộ Công Thương
Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc
PHIẾU GIAO ĐỀ TÀI ĐỒ ÁN/ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
TT Họ tên SV
Mã SV
Lớp/Khóa
Ngành
1
Lê Đình Anh
KTĐ,ĐT
Tên đề tài: Tính tốn, thiết kế hệ thống điện mặt trời áp mái cho trang trại Đà Lạt
Gap
Mục tiêu đề tài:
- Hiểu được tổng quan về nguồn năng lượng mặt trời.
- Hiểu và phân tích được sơ đồ nguyên lý cung cấp điện cho trang trại.
- Biết cách xác định phụ tải tính tốn cho một hệ thống điện mặt trời áp
mái trang trại.
- Biết chọn lựa được các thiết bị trong sơ đồ nguyên lý.
- Tổng hợp được kiến thức chuyên môn đã được học, nâng cao khả năng
tư duy sáng tạo cho mỗi cá nhân trong mơi trường làm việc nhóm.
- Sinh viên được tiếp cận, làm chủ công nghệ và phát triển ứng dụng trong
thực tế.
Kết quả dự kiến:
- Tổng quan được về nguồn năng lượng mặt trời.
- Sơ đồ nguyên lý phương án cung cấp điện tối ưu cho trang trại.
- Sơ đồ nguyên lý hệ thống điện sử dụng nguồn năng lượng mặt trời áp
mái cho trang trại.
- Bảng số liệu tính tốn và lựa chọn thiết bị cho đề tài.
- Mô phỏng đáp ứng được yêu cầu của đề tài.
- Phân tích kết quả đạt được của đề tài.
- Thời gian thực hiện:
3
Đồ Án Tốt Nghiệp
Nội
Trường Đại Học Cơng Nghiệp Hà
LỜI NĨI ĐẦU
Ngày nay, năng lượng tàn dư sinh học, năng lượng không tái sinh ngày càng
kiệt, giá dầu mỏ tăng từng ngày, ảnh hưởng xấu đến sự phát triển kinh tế xã hợi và
mơi trường sớng. Tìm kiếm nguồn năng lượng thay thế là nhiệm vụ cấp bách của
toàn thế giới, xã hội và mỗi người chúng tôi.
Nguồn năng lượng thay thế đó phải sạch, thân thiện với mơi trường, giảm chi
phí, khơng cạn kiệt (tái sinh) và dễ dàng sử dụng. Mợt trong những nguồn
năng lượng đó là năng lượng mặt trời. Nguồn năng lượng này gần như là vô tận, và
nó có thể trả lời hầu hết các câu hỏi trên. Rất nhiều công nghệ đã được ứng dụng
thực hiện từ nguồn năng lượng mặt trời, từ đó cho thấy năng lượng mặt trời không
chỉ là năng lượng của hiện tại mà còn là năng lượng của cả tương lai. Chính vì
những lý do đó chúng tơi đã chọn đề tài: “Tính tốn, thiết kế hệ thống điện mặt trời
áp mái cho trang trại Đà Lạt Gap”.
Mục tiêu của đề tài:
- Tổng quan được về nguồn năng lượng mặt trời.
- Sơ đồ nguyên lý phương án cung cấp điện tối ưu cho trang trại.
- Sơ đồ nguyên lý hệ thống điện sử dụng nguồn năng lượng mặt trời áp mái
cho trang trại.
- Bảng số liệu tính tốn và lựa chọn thiết bị cho đề tài.
- Mô phỏng đáp ứng được yêu cầu của đề tài.
- Phân tích kết quả đạt được của đề tài.
Phương pháp nghiên cứu:
- Nghiên cứu tài liệu, tổng hợp kiến thức liên quan đến đề tài đồ án tốt nghiệp.
- Áp dụng các tiêu chuẩn hiện hành trong thiết kế hệ thống năng lượng mặt trời.
- Sử dụng các phần mềm hỗ trợ tính toán, thiết kế.
4
Đồ Án Tốt Nghiệp
Nội
Trường Đại Học Công Nghiệp Hà
MỤC LỤC
LỜI NĨI ĐẦU.....................................................................1
MỤC LỤC..........................................................................2
DANH MỤC HÌNH ẢNH.......................................................5
DANH MỤC BẢNG BIỂU......................................................7
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT....................................................8
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI VÀ HỆ
THỐNG ĐIỆN MẶT TRỜI.....................................................9
1.1............................................................................Tổng quan năng lượng mặt
9
1.1.1. Năng lượng nhiệt..................................................................10
1.1.2. Năng lượng điện....................................................................10
1.2........................................................Nguyên lý hoạt động và phân loại hệ th
11
1.2.1. Nguyên lý hoạt động.............................................................11
1.3...........................................................................Phân loại hệ thống điện mặ
12
1.4..................................................................................Công nghệ Pin mặt trờ
15
1.4.1. Công nghệ tâm pin quang điện.............................................15
1.4.2. Pin mặt trời Solar panel được chia làm ba loại:.....................17
1.4.3. Sản xuất Pin mặt trời............................................................20
1.4.4. Hiệu suất của pin năng lượng mặt trời..................................21
1.5................................................................Tình hình phát triển điện mặt trời
23
1.6. Phát triển điện mặt trời ở Việt Nam.........................................25
1.6.1. Tiềm năng phát triển ở Việt Nam..........................................25
1.6.2. Thực trạng sử dụng năng lượng mặt trời Việt Nam và cơ sở
pháp lý hiện hành cho việc phát triển hệ thống điện mặt trời........26
CHƯƠNG 2. ĐỐI TƯỢNG THIẾT KẾ VÀ TÍNH TỐN
5
Đồ Án Tốt Nghiệp
Nội
Trường Đại Học Công Nghiệp Hà
PHỤ TẢI..........................................................................29
2.1..................................................................................Giới thiệu về cơng trình
29
2.2........................................................................Khảo sát về vị trí địa lý vùng
30
2.2.1. Địa hình và khí hậu của vùng đất..........................................30
2.2.2. Ưu điểm để xây dựng trang trại Đà Lạt theo tiêu chuẩn GAP
32
2.3. Tính khả thi của thiết kế hệ thống điện mặt trời áp mái cho
trang trại Đà Lạt Gap......................................................................33
2.3.1. Ưu điểm................................................................................33
2.3.2. Nhược điểm...........................................................................33
2.4. Phương án cung cấp điện tối ưu cho trang trại Đà Lạt Gap......34
2.5. Các thiết bị điện trong trang trại Đà Lạt Gap...........................35
2.6. Tính tốn phụ tải điện cho của trang trại Đà Lạt Gap..............45
CHƯƠNG 3. TÍNH TỐN CƠNG SUẤT VÀ LỰA CHỌN THIẾT BỊ
CHO HỆ THỐNG ĐIỆN ÁP MÁI TRANG TRẠI ĐÀ LẠT GAP.......49
3.1. Giới thiệu điện mặt trời áp mái................................................49
3.1.1. Ưu điểm và điểm yếu của hệ thống Điện mặt trời áp mái.. . .49
3.1.2. Các hệ thống Điện mặt trời áp mái.......................................49
3.2. Các đặc trưng cơ bản của điện mặt trời...................................51
3.3. Các bước thiết kế hệ thống điện mặt trời.................................52
3.3.1. Lựa chọn sơ đồ khối :............................................................52
3.3.2. Tính tốn hệ thống nguồn điện mặt trời...............................52
3.3.3. Tính phụ tải điện theo yêu cầu.............................................53
3.3.4. Tính năng lượng điện mặt trời cần thiết Ecấp.........................53
3.3.5. Tính cơng suất đàn pin mặt trời W, (Peak Watt)....................53
3.3.6. Tính số module mắc song song và nối tiếp...........................54
3.3.7. Bộ biến đổi điện DC – AC.......................................................55
3.4. Lựa chọn thiết bị cho hệ thống điện mặt trời...........................57
3.4.1. Tấm pin mặt trời...................................................................57
6
Đồ Án Tốt Nghiệp
Nội
Trường Đại Học Công Nghiệp Hà
3.4.2. Lựa chọn bộ chuyển đổi DC-AC.............................................62
3.4.3. Acquy....................................................................................64
3.4.4. Lựa chọn dây dẫn và thiết bị bảo vệ.....................................65
3.5. Thiết kế bố trí hệ thống pin mặt trời áp mái............................67
3.5.1. Kiểu đấu nối hệ thống...........................................................67
3.5.2. Thiết kế bố trí string pin và inverter......................................69
3.5.3. Tính toán, lựa chọn dây dẫn và thiết bị bảo vệ.....................71
3.6. Dự tốn cơng trình...................................................................73
CHƯƠNG 4. KẾT QUẢ VÀ Q TRÌNH MÔ PHỎNG................74
4.1. Sản lượng điện tạo ra...............................................................74
4.2. Hiệu quả kinh tế.......................................................................74
4.3. Tính tốn thu hồi vốn và có lãi.................................................75
4.4. Giới thiệu phần mềm Pvsyst....................................................76
4.5. Chạy mô phỏng và xuất báo cáo trên Pvsyst...........................77
4.5.1. Nhập tọa độ dự án................................................................77
4.5.2. Nhập góc nghiêng và hướng giàn pin....................................77
4.5.3. Chọn tấm pin năng lượng mặt trời và inverter......................78
4.5.4. Chạy mô phỏng và xuất báo cáo trên Pvsyst........................78
4.6. Giới thiệu phần mềm mô phỏng SketchUp...............................83
4.6.1. Những ưu điểm của phần mềm SketchUP.............................83
4.6.2. Công dụng của phần mềm SketchUP trong việc thiết kế hệ
thống điện mặt trời áp mái cho trang trại Đà Lạt GAP....................84
4.7. Hình ảnh thiết kế mơ hình hệ thống điện mặt trời áp mái cho
trang trại Đà Lạt GAP......................................................................84
KẾT LUẬN........................................................................86
TÀI LIỆU THAM KHẢO.......................................................87
7
Đồ Án Tốt Nghiệp
Nội
Trường Đại Học Công Nghiệp Hà
DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1: Các ứng dụng của năng lượng mặt trời............................9
Hình 1.2: Cơng nghệ năng lượng mặt trời hợi tụ...........................10
Hình 1.3: Mơ hình q trình chủn đởi năng lượng quang - điện.10
Hình 1.4: Mơ hình tởng quan của hệ thớng điện mặt trời hịa lưới 12
Hình 1.5: Mơ hình tởng quan của hệ thớng điện mặt trời đợc lập. 13
Hình 1.6: Mơ hình tởng quan của hệ thớng điện mặt trời Hybrid. .14
Hình 1.7: Cấu tạo cơ bản của tấm pin mặt trời Solar Panel...........16
Hình 1.8: Tấm Pin đơn tinh thể (Monocrystalline solar panels).....17
Hình 1.9: Tấm Pin đa tinh thể (Polycrystalline solar panels).........18
Hình 1.10: Tấm Pin màng mỏng (Thin film solar panels)...............19
Hình 1.11: Các kiểu cell và hiệu suất của chúng...........................23
Hình 1.12: Cơng suất điện mặt trời tồn cầu và bổ sung hàng năm,
2011-2021....................................................................................24
Hình 1.13: Tỷ trọng sản xuất điện tồn cầu theo nguồn, 2000-2021
..................................................................................................... 24
Hình 1.14: Mục tiêu sản xuất năng lượng mặt trời đến năm 2030 25
Hình 2.1: Sơ đồ bố trí trang trại....................................................29
Hình 2.2: Bản đồ địa lý trang trại Đà Lạt Vietgard........................30
Hình 2.3: Sơ đồ nguyên lý hệ thống điện sử dụng nguồn năng
lượng mặt trời áp mái cho trang trại.............................................34
Hình 2.4: Bóng Led Trụ Nhơm Ngun Khối Cao Cấp Kín Nước Siêu
Sáng.............................................................................................35
Hình 2.5: Quạt thơng gió trịn HAIKI HK-50B-3..............................35
Hình 2.6: Máy Bơm Lưu Lượng Pentax CH210..............................36
Hình 2.7: Quạt Thơng Gió KVF 1845.............................................37
Hình 2.8: ĐÈN LED ÂM TRẦN 18W.................................................38
Hình 2.9: Đèn Led Nhà Xưởng Ufo 180w.......................................39
Hình 2.10: DP432 MÁY ĐĨNG GĨI RAU CỦ QUẢ............................40
Hình 2.11: MÁY RỬA RAU CỦ QUẢ CƠNG NGHIỆP.........................41
Hình 2.12: Kho mát.......................................................................42
Hình 2.13: Đèn tuýp Led cảm ứng Rạng Đông BD M18L 120/36W
RAD...............................................................................................43
8
Đồ Án Tốt Nghiệp
Nội
Trường Đại Học Cơng Nghiệp Hà
Hình 2.14: Đèn Led Ốp Trần Ban Cơng, Hành Lang 18W HP-MP0743
Hình 2.15: Quạt trần đèn cao cấp cơng suất 40w.........................44
Hình 2.16: Điều hồ Casper..........................................................45
Hình 3.1: hình điện mặt trời áp mái độc lập..................................50
Hình 3.2: hình điện mặt trời áp mái nối trực tiếp..........................50
Hình 3.3: hình điện mặt trời áp mái kiểu kết hợp, vừa lưu trữ vừa
hồ lưới.........................................................................................51
Hình 3.4: Sơ đồ khối dùng cho hệ thống điện mặt trời..................52
Hình 3.5: Bộ chuyển đổi................................................................56
Hình 3.6: Pin Poly và pin Mono......................................................57
Hình 3.7: Pin JINKO JKM475-7RL3 475W........................................59
Hình 3.8: Thơng số kỹ thuật và kích thước tấm pin.......................61
Hình 3.9: Các dạng sóng ra của biến tần......................................63
Hình 3.10: Inverter-Growatt-MID-30KTL3-X...................................63
Hình 3.11: Pin dự phịng hộp năng lượng mặt trời LiFePO4...........64
Hình 3.12: Kết quả tính tốn dây dẫn trên phần mềm..................66
Hình 3.13: Tấm pin ghép nối tiếp..................................................68
Hình 3.14: Tấm pin ghép song song.............................................68
Hình 3.15: Tấm pin ghép hỗn hợp.................................................69
Hình 3.16: Sơ đồ kết nối của 1 String............................................70
Hình 3.17: Bản vẽ 2D bố trí pin....................................................70
Hình 3.18: Bản vẽ 3D bố trí tấm pin.............................................71
Hình 4.1: Biểu giá điện cho trang trại...........................................74
Hình 4.2: Biểu đồ năng lượng tiết kiệm của việc sử dụng pin mặt
trời................................................................................................75
Hình 4.3: Biểu đồ lượng giảm phát thải khí CO2 trong 1 năm.......75
Hình 4.4: Phần mềm mơ phỏng PVSyst.........................................76
Hình 4.5: Nhập tọa độ dự án trên Pvsyst.......................................77
Hình 4.6: Góc nghiêng và hướng giàn pin.....................................77
Hình 4.7: Thơng số System trên PVsyst........................................78
Hình 4.8: Thơng tin chung của hệ thống.......................................79
Hình 4.9: Kết quả mơ phỏng sản lượng hệ thống..........................81
Hình 4.10: Chi tiết tổn thất hệ thống............................................82
9
Đồ Án Tốt Nghiệp
Nội
Trường Đại Học Cơng Nghiệp Hà
Hình 4.11: Báo cáo giảm phát thải CO2 của hệ thống..................82
Hình 4.12: Phần mềm mơ phỏng SketchUp...................................83
Hình 4.13: Tồn cảnh trang trại.....................................................84
10
Đồ Án Tốt Nghiệp
Nội
Trường Đại Học Công Nghiệp Hà
DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1: Các nhà sản xuất trên thế giới...................................................20
Bảng 2.1: Bảng tính tốn cơng suất phụ tải trang trại....................................47
Bảng 3.1: Bảng So sánh 2 loại pin Poly và Mono........................................58
Bảng 3.2: Bảng tiết diện của dây dẫn DC..................................................67
Bảng 3.3: Bảng dự tốn cơng trình...............................................73
11
Đồ Án Tốt Nghiệp
Nội
Trường Đại Học Công Nghiệp Hà
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
MW
mega ốt
kWh
kilo ốt
m2
mét vng
DC
dịng điện 1 chiều
AC
dịng điện xoay chiều
GCI
Grid connected inverter
AI
Anti-Islanding
SP
Solar Panel
ATS
Bộ chuyển mạch
12
Đồ Án Tốt Nghiệp
Nội
Trường Đại Học Công Nghiệp Hà
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ NĂNG LƯỢNG MẶT
TRỜI VÀ HỆ THỐNG ĐIỆN MẶT TRỜI
1.1. Tổng quan 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.
Năng lượng Mặt Trời là năng lượng của dòng bức xạ điện từ xuất phát từ Mặt
Trời, cộng với một phần nhỏ năng lượng của các hạt hạ ngun tử khác phóng ra từ
ngơi sao này.
Năng lượng mặt trời gần như khơng có ảnh hưởng tiêu cực gì đến mơi trường.
Việc sử dụng năng lượng mặt trời khơng thải ra khí và nước độc hại, do đó khơng
góp phần vào vấn đề ơ nhiễm mơi trường và hiệu ứng nhà kính.
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 . 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.
Ứng dụng chính của năng lượng mặt trời là: Năng lượng nhiệt (Thermal) và
Năng lượng điện (Photovoltaic).
Hình 1.1: Các ứng dụng của năng lượng mặt trời
13
Đồ Án Tốt Nghiệp
Nội
1.1.1.
Trường Đại Học Công Nghiệp Hà
Năng lượng nhiệt
Các bộ thu năng lượng mặt trời là các bộ hội tụ (như máng gương parabon, bộ
hội tụ Fresnel, tháp hợi tụ sử dụng các gương phẳng…). Quá trình chủn đổi năng
lượng thực hiện qua 2 bước. Đầu tiên, năng lượng mặt trời được hội tụ để tạo ra
nguồn năng lượng có mật đợ và nhiệt đợ rất cao. Sau đó nguồn năng lượng này làm
hóa hơi nước (hoặc dầu) ở áp suất và nhiệt độ cao để cấp cho tua bin của máy phát
điện để sản xuất điện. Ở một số nhà máy sản xuất điện mặt trời ở các nước Trung
Đơng và Tây Ban Nha cịn kết hợp để sản xuất điện và nước sạch từ nước biển nhờ
ngưng tụ hơi nước. Thực tế cho thấy công nghệ này có hiệu suất chủn đởi khá
cao, khoảng 25%, nhưng nó chỉ có hiệu quả ở các khu vực có mật độ năng lượng
mặt trời cao hơn 5,5 kWh/m2/ngày và công suất nhà máy không nhỏ hơn 5 MW.
Ngoài ra, cần có thêm thiết bị điều khiển các bợ thu ln dõi theo chủn đợng của
mặt trời. Chi phí lắp đặt ban đầu khá cao.
Hình 1.2: Cơng nghệ năng lượng mặt trời hợi tụ
1.1.2.
Năng lượng điện
Hình 1.3: Mơ hình q trình chủn đởi năng lượng quang - điện
14
Đồ Án Tốt Nghiệp
Nội
Trường Đại Học Công Nghiệp Hà
Đầu tiên: Photon truyền trực xuyên qua mảnh Silic. Điều này thường xảy ra
khi năng lượng của photon thấp hơn năng lượng đủ để đưa các hạt electron lên mức
năng lượng cao hơn.
Tiếp theo: Năng lượng của photon được hấp thụ bởi Silic. Điều này thường
xảy ra khi năng lượng của photon lớn hơn năng lượng để đưa electron lên mức năng
lượng cao hơn.
Khi photon được hấp thụ, năng lượng của nó được truyền đến các hạt electron
trong màng tinh thể. Thông thường các electron này lớp ngoài cùng, và thường
được kết dính với các ngun tử lân cận vì thế khơng thể di chuyển xa. Khi electron
được kích thích, trở thành dẫn điện, các electron này có thể tự do di chuyển trong
bán dẫn. Khi đó nguyên tử sẽ thiếu 1 electron và đó gọi là “lỗ trớng”. Lỗ trớng này
tạo điều kiện cho các electron của nguyên tử bên cạnh di chuyển đến điền vào “lỗ
trống”, và điều này tạo ra lỗ trớng cho ngun tử lân cận có “lỗ trống”. Cứ tiếp tục
như vậy “lỗ trống” di chuyển xuyên śt mạch bán dẫn.
Mợt photon chỉ cần có năng lượng lớn hơn năng lượng đủ để kích thích
electron lớp ngoài cùng dẫn điện. Tuy nhiên, tần số của mặt trời thường tương
đương 6000°K, vì thế nên phần lớn năng lượng mặt trời đều được hấp thụ bởi silic.
Tuy nhiên hầu hết năng lượng mặt trời chuyển đổi thành năng lượng nhiệt nhiều
hơn là năng lượng điện sử dụng được.
1.2.Nguyên lý hoạt động và phân loại hệ thống điện mặt
trời
1.2.1.
Nguyên lý hoạt động
Hệ thống điện năng lượng mặt trời được cấu thành chính từ các tấm pin mặt
trời (pin quang điện). Các tấm pin năng lượng mặt trời trong hệ thống đóng vai trị
hấp thụ ánh nắng mặt trời, chủn hóa quang năng thành điện năng (dòng điện 1
chiều) và điện năng được đưa lên điện lưới (xoay chiều) hoặc lưu trữ trực tiếp trên
acquy để hoạt động độc lập. Hệ thớng điện năng lượng mặt trời sẽ chủn hóa từ
nguồn điện một chiều (DC) thành nguồn điện xoay chiều (AC) thông qua bộ chuyển
đổi điện nối lưới (Inverter). Hệ thống điện mặt trời có thể kết hợp với mợt hoặc
nhiều máy phát khác hoặc là một nguồn năng lượng tái tạo khác (điện gió, điện sinh
khới …), có thể nới lưới điện quốc gia.
15
Đồ Án Tốt Nghiệp
Nội
Trường Đại Học Công Nghiệp Hà
1.3. Phân loại hệ thống điện mặt trời
Tùy thuộc vào nhu cầu của người sử dụng mà hệ thống điện năng lượng mặt
trời nói chung được phân ra làm 3 cấu hình chính :
- Hệ thớng điện năng lượng mặt trời hịa lưới;
- Hệ thống điện năng lượng mặt trời độc lập lưới (Stand alone);
- Hệ thống điện năng lượng mặt trời tương tác lưới (Hybrid).
a) Hệ thống điện năng lượng mặt trời hòa lưới
Mơ hình tởng quan của hệ thớng điện mặt trời hịa lưới được mơ tả bằng hình
dưới đây:
Hình 1.4: Mơ hình tởng quan của hệ thớng điện mặt trời hịa lưới
Hệ thớng điện năng lượng mặt trời hịa lưới là hệ thống điện một chiều kết nối
với lưới thơng qua biến tần hịa lưới (GCI) và thơng thường khơng cần dùng acquy
để tích trữ năng lượng. Hệ thớng điện năng lượng mặt trời này có khả năng sản xuất
một lượng lớn năng lượng để truyền lên lưới điện và được thiết kế để tự động tắt
(AI) nếu phát hiện các sự cố trên lưới hoặc hệ thống năng điện năng lượng mặt trời
liên quan đến các thông số lưới như điện áp, tần số…
Nguyên lý hoạt động của hệ thớng điện năng lượng măt trời hịa lưới: điện thu
được từ tấm pin mặt trời (SP) là điện 1 chiều, qua biến tần hịa lưới (GCI) có chức
năng đởi từ điện DC sang AC cùng pha, cùng tần số với điện lưới, sau đó hệ thớng
sẽ hịa chung với điện lưới:
- Khi điện năng sinh ra từ hệ thống điện mặt trời đáp ứng nhu cầu điện năng
của tải thì tải tiêu thụ điện năng hoàn toàn từ pin mặt trời.
16
Đồ Án Tốt Nghiệp
Nội
Trường Đại Học Công Nghiệp Hà
- Khi điện năng sinh ra từ hệ thống điện mặt trời nhỏ hơn so với nhu cầu điện
năng của tải thì tải sẽ lấy thêm điện năng của lưới để bù vào.
- Khi điện năng sinh ra từ hệ thống điện mặt trời lớn hơn với nhu cầu điện
năng của tải lưới thì lượng điện năng thừa sẽ được phát lên lưới.
Ưu điểm của hệ thống điện năng lượng mặt trời hịa lưới:
- Hệ thớng khơng sử dụng acquy nên chi phí đầu tư và bảo dưỡng cho hệ thớng
điện mặt trời thấp, thao tác vận hành đơn giản. Dễ dàng nâng cấp mở rợng hệ thớng.
- Tiết kiệm chi phí điện năng, góp phần bảo vệ mợi trường.
- Hệ thớng tự động ngưng hoạt động trong trường hợp điện lưới mất để đảm
bảo an toàn cho lưới điện và người sử dụng.
b) Hệ thống điện năng lượng mặt trời độc lập lưới
Mơ hình tởng quan của hệ thớng điện mặt trời đợc lập được mơ tả bằng hình
dưới đây:
Hình 1.5: Mơ hình tởng quan của hệ thớng điện mặt trời độc lập
Hệ thống điện năng lượng mặt trời độc lập là hệ thớng điện năng lượng mặt
trời khơng hịa lưới và sử dụng các biến tần khơng đấu lưới có kết hợp bợ acquy để
tích trữ điện năng.
Ngun lý hoạt động của hệ thống điện năng lượng mặt trời độc lập: Hệ thống
pin năng lượng mặt trời sẽ nhận bức xạ mặt trời và chủn hóa thành nguồn điện
mợt chiều (DC). Nguồn điện DC này sẽ được nạp vào bình acquy (để lưu trữ điện
năng) thông qua bộ điều khiển sạc (có chức năng bảo vệ acquy và tấm pin mặt trời).
17
Đồ Án Tốt Nghiệp
Nội
Trường Đại Học Cơng Nghiệp Hà
Sau đó điện một chiều DC được chuyển đổi thành điện xoay chiều AC thông qua
biến tần DC/AC Stand-Alone Inverter để sử dụng cho các thiết bị điện gia dụng. Hệ
thống điện năng lượng mặt trời này thường được thiết kế nhằm đảm bảo nhu cầu
tiêu thụ công suất tối đa của tải, trong điều kiện thời tiết xấu nhất trong năm. Trong
những điều kiện lượng bức xạ mặt trời tốt, điện năng dư thừa sẽ được tích trữ vào
acquy. Nếu nhu cầu điện năng của tải lớn hơn sản lượng điện năng sinh ra từ các
tấm pin mặt trời thì điện năng sẽ được lấy đồng thời từ các tấm pin mặt trời và
acquy để đáp ứng nhu cầu của tải.
Ưu điểm cấu hình này: Khơng phụ tḥc điện lưới.
- Được thiết kế dạng module, dễ dàng nâng cấp công suất sau này.
- Cấu hình điện áp hệ acquy linh đợng: 12V, 24V, 36V, 48V hay 60V.
- Hệ thớng đã có các chức năng bảo vệ: quá dòng, quá áp, quá tải, ngược
cực…
- Chế độ làm việc của Stand Alone Inverter hoàn toàn tự đợng, có thể có màn
hình theo dõi kiểm soát hệ thớng và có các cảnh báo lỗi kịp thời khi có sự cớ.
- Hệ thớng có thể được giám sát từ xa.
c) Hệ thống điện năng lượng mặt trời tương tác lưới (Hybrid)
Mơ hình tởng quan của hệ thống điện mặt trời Hybrid được mô tả bằng hình
sau đây:
Hình 1.6: Mơ hình tởng quan của hệ thớng điện mặt trời Hybrid
18
Đồ Án Tốt Nghiệp
Nội
Trường Đại Học Công Nghiệp Hà
Hệ thống điện năng lượng mặt trời Hybrid là hệ thống điện mặt trời được kết
nới với lưới điện nhưng vẫn có acquy để tích trữ điện năng. Trong trường hợp xảy
ra sự cố ở lưới hoặc lưới mất điện, hệ thống điện năng lượng mặt trời này cho phép
cách ly khỏi lưới (AI) và hoạt động ở chế độ độc lập.
Nguyên lý hoạt đợng của hệ thớng: Khi có điện năng từ tấm pin mặt trời thì
acquy được ưu tiên nạp đầy từ pin mặt trời. Hệ thống điện mặt trời sẽ ln kiểm tra
tình trạng của acquy để đảm bảo acquy luôn được nạp đầy điện. Khi acquy đầy hệ
thống điện mặt trời sẽ chuyển qua cung cấp điện năng cho tải giúp giảm lượng điện
năng tiêu thụ từ lưới của tải. Trong một số trường hợp đáp ứng nhu cầu điện năng
của tải và acquy đã tích trữ đầy điện thì lượng điện năng thừa của hệ thớng điện mặt
trời sẽ được hòa lưới. Nếu điện từ lưới mất thì bợ chủn mạch (ATS) sẽ chủn
qua sử dụng lượng điện của các tấm pin mặt trời và lượng điện dự trữ trong acquy
để phục vụ cho tải ưu tiên. Khi nhu cầu điện năng của tải lớn hơn lượng điện năng
sinh ra hệ thống điện năng lượng mặt trời thì tải sẽ lấy điện lưới để bù vào phần
điện năng
1.4.Công nghệ Pin mặt trời
1.4.1.
Công nghệ tâm pin quang điện
Pin năng lượng Mặt trời hay pin mặt trời hay pin quang điện (Solar panel) bao
gồm nhiều tế bào quang điện (solar cells) – là phần tử bán dẫn có thành phần chính
là Silic tinh khiết – có chứa trên bề mặt một số lượng lớn các cảm biến ánh sáng là
đi ốt quang, thực hiện biến đổi năng lượng ánh sáng thành năng lượng điện. Các tế
bào quang điện này được bảo vệ bởi mợt tấm kính trong śt ở mặt trước và mợt vật
liệu nhựa ở phía sau. Toàn bợ nó được đóng gói chân khơng trong thơng qua lớp
nhựa polymer càng trong suốt càng tốt.
19
Đồ Án Tốt Nghiệp
Nội
Trường Đại Học Cơng Nghiệp Hà
Hình 1.7: Cấu tạo cơ bản của tấm pin mặt trời Solar Panel
Cấu tạo cơ bản của tấm pin mặt trời Solar panel:
- Khung tấm pin mặt trời
- Lớp kính trước của pin mặt trời
- Vật liệu đóng gói hoàn thiện pin mặt trời
- Lớp tế bào quang điện Solar Cells bên trong
- Vật liệu đóng gói hoàn thiện Pin mặt trời
- Mặt sau
- Hộp đựng mối nối mạch điện
Nền tảng vật lý chất bán dẫn Silic tḥc nhóm IV, tức là có 4 electron lớp
ngoài cùng. Silic có thể kết hợp với silicon khác để tạo nên chất rắn. Cơ bản có 2
loại chất rắn silicon, đa thù hình (khơng có trật tự sắp xếp) và tinh thể (các nguyên
tử sắp xếp theo thứ tự dãy không gian 3 chiều). Pin năng lượng mặt trời phổ biến
nhất dùng đa tinh thể silicon. Silic là chất bán dẫn. Tức là thể rắn Silic, tại mợt tầng
năng lượng nhất định, electron có thể đạt được, và mợt sớ tầng năng lượng khác thì
khơng được. Các tầng năng lượng không được phép này xem là tầng trống. Lý
thuyết này căn cứ theo thuyết cơ học lượng tử. Ở nhiệt đợ phịng, Silic ngun chất
có tính dẫn điện kém. Trong cơ học lượng tử, giải thích thất tế tại mức năng lượng
Fermi trong tầng trớng. Để tạo ra Silic có tính dẫn điện tớt hơn, có thể thêm vào mợt
lượng nhỏ các ngun tử nhóm III hay V trong bảng tuần hoàn hóa học. Các nguyên
tử này chiếm vị trí của nguyên tử Silic trong mạng tinh thể, và liên kết với các
20
