HELIOSCOP Thiết Kế Hệ Thống Cung Điện Mặt Trời 112KW

LỜI MỞ ĐẦU
Trong bối cảnh năng lượng tái tạo đang trở thành xu hướng quan trọng trong
ngành công nghiệp năng lượng toàn cầu, đồ án "HELIOSCOP - Thiết Kế Hệ
Thống Cung Điện Mặt Trời 112KW" được khởi xướng với mục tiêu ứng dụng và
phát triển các hệ thống cung điện mặt trời, giảm thiểu tác động tiêu cực của nguồn
năng lượng truyền thống đối với môi trường.
Em nhằm nghiên cứu, phát triển và triển khai một hệ thống cung điện mặt
trời hiệu quả, đáp ứng nhu cầu nguồn năng lượng sạch và bền vững trong quá trình
phát triển kinh tế và xã hội. Với mục tiêu này, đồ án tập trung vào việc xác định vị
trí lắp đặt, cơng suất cần thiết và tối ưu hóa các thiết bị và kết cấu hỗ trợ
Em sẽ áp dụng các phương pháp nghiên cứu đa chiều, từ phân tích địa lý và
mơi trường, đến mơ phỏng và mơ hình hóa hệ thống cung điện mặt trời. Sử dụng
công nghệ GIS, em sẽ đánh giá vị trí lắp đặt một cách tỉ mỉ để đảm bảo hiệu suất
tối ưu.
Em hy vọng nhận được sự hỗ trợ và hợp tác từ các đối tác, doanh nghiệp, và
cộng đồng để đảm bảo thành công và bền vững của dự án HELIOSCOP. Bằng sự
nỗ lực và cam kết của em, dự án này hứa hẹn mang lại giải pháp tiên tiến và bền
vững trong việc sử dụng năng lượng mặt trời, góp phần tích cực vào sự phát triển
của xã hội và bảo vệ môi trường. Cảm ơn sự quan tâm và hỗ trợ của mọi người đối
với dự án của em.


MỤC LỤC
Trang
MỤC LỤC.................................................................................................................2
CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN....................................................................................3
1. 1 Giới thiệu helioscope.......................................................................................3
1.1.1. Khái niệm..................................................................................................3
1.1.2. Tính năng..................................................................................................3
1.1.3. Cách lập tài khoản.....................................................................................4
1.1.4 Ưu điểm vầ nhược điểm của phần mềm helioscope................................14

1.2.2 Cấu tạo.....................................................................................................15
1.2.3 Nguyên lý hoạt động của pin năng lượng mặt trời...................................17
1.2.4 Các loại pin mặt trời.................................................................................19
1.2.5 Các ứng dụng pin mặt trời........................................................................20
1.3. 1 Hệ thống năng lượng mặt trời.................................................................25
CHƯƠNG 2 HELOSCOP THIẾT KẾ HỆ THỐNG CUNG ĐIỆN MẶT TRỜI
112KW....................................................................................................................29
2.1 DỰ ÁN ĐIỆN MẶT TRỜI............................................................................29
2. 2 DỮ LIỆU THIẾT BỊ CHÍNH........................................................................30
2.3 CẤU TRÚC CỦA HỆ THỐNG.....................................................................31
2.4 SẢN LƯỢNG ĐIỆN......................................................................................34


CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN
1. 1 Giới thiệu helioscope
1.1.1. Khái niệm
Folsom Labs là nhà phát triển công cụ thiết kế PV mặt trời Helioscope.
Cơng cụ này nhằm mục đích đơn giản hóa q trình thiết kế và kỹ thuật của các hệ
thống năng lượng mặt trời. Họ tuyên bố sẽ làm cho quá trình thiết kế năng lượng
mặt trời nhanh hơn 5 đến 10 lần cho các nhà thiết kế năng lượng mặt
trời. Helioscope cung cấp giao diện người dùng dựa trên web với các cơng cụ bố trí
năng lượng mặt trời và mơ phỏng năng lượng.
1.1.2. Tính năng
 Bố trí tấm pin mặt trời
 Phân tích màu
 Xuất sơ đồ một sợi
 Thư viện thành phần 45.000 đối tượng
 Sửa đổi thiết kế nhanh
 Tích hợp Google Maps
 Thiết kế khơng giới hạn

 Cơng cụ vẽ bằng máy tính (CAD)
 Ước tính sản lượng năng lượng mặt trời
 Biểu đồ tổn thất năng lượng hệ thống
 Thiết kế 3D
 Tính tốn sụt áp
 Chia sẻ bằng một lần nhấp
 Tích hợp tơ bóng SketchUp
 Lựa chọn dây


 Hệ thống lên tới 5MW
1.1.3. Cách lập tài khoản.
B1: Truy cập trang web Helioscope và nhấp đăng ký để dùng thử 30
ngày.

- Mở trình duyệt và truy cập vào đường link : www.helioscope.com
- Click chuột vào ô “ Free Trial” (ở góc phải giao diện chính của
trang wed) để đăng kí dùng thử phần mềm Helioscope trong 14
ngày cho người mới.

- Người dùng có thể sử dụng tự do đầy đủ các tình năng Helioscope
có.


B2: Điền vào mẫu đăng ký.
- Bạn cần điền : địa chỉ email, tên, họ, cơng ty (nếu có) và mật
khẩu .
- Nhấp vào hộp đánh dấu nhỏ để xác nhận bạn đồng ý với Điều
khoản sử dụng của họ.
- Nhấn “Sign Up” để tiếp tục.

- Khi đăng kí thành cơng biểu mẫu sẽ có thơng báo kích hoạt tài
khoản.

B3: Xác nhận đăng ký tài khoản của bạn trong email của bạn.


- Để kích hoạt tài khoản của bạn, nhấp vào liên kết như được chỉ
định trong email.

B4: Đăng nhập vào tài khoản Helioscope
- Khi hồn tất kích hoạt tài khoản thì có thể đăng nhập vào
Helioscope với tài khoản vừa tạo.


a) Hướng dẫn các bước tạo ra một thiết kế hệ thống năng lượng mặt trời
bằng Helioscope.
b) B1: Đăng nhập vào Helioscope
- Đăng nhập vào trang web Helioscope bằng tài khoản của bạn, sau
đó nhấp vào nút “New Project”

B2: Điền vào mẫu.


- Điền vào biểu mẫu với tên dự án, địa chỉ, mơ tả, v.v. Có thể nhập
tọa độ chính xác của nơi bạn định thiết kế hệ thống. Nếu không,
bạn cũng có thể sử dụng bản đồ để chỉ định vị trí. Trên khu vực
bản đồ, bạn có thể xoay bằng cách nhấp và giữ nút chuột trái trong
khi di chuyển nó. Bạn có thể cuộn lên và xuống bằng cách nhấn
CTRL trong khi cuộn trên bánh xe chuột.

- Khi đã sẵn sàng, hãy nhấp vào nút Creat “New Project” (Tạo dự án
mới) ở phía dưới bên phải.

B3: Nhấp vào nút ‘NEW’
- Trên trang thiết kế, nhấp vào nút New.


B4: Tạo thiết kế mới.
- Nhập mô tả cho thiết kế PV mặt trời đầu tiên của bạn. Sau đó, nhấp
vào nút “Create a New Design” (Tạo Thiết kế Mới. Điều này sẽ
dẫn đến trang bố trí bảng năng lượng mặt trời.

B5: Tạo đường bao cho các tấm pin.
- Để bắt đầu bố trí bảng điều khiển năng lượng mặt trời, nhấp vào
nút “New” trên các phân đoạn trường.


B6: Nhấn vào Bố cục mái (Roof Layout).
- Click vào các góc của mái nhà được chọn. Để đóng hình, bạn cần
nhấp vào góc đầu tiên. Phác thảo hình dạng sẽ chuyển sang màu
xanh lá cây khi bạn di chuột qua điểm đầu tiên.

B7: Xác định mảng năng lượng mặt trời của bạn.


- Với quy tắc bố trí tự động của Helioscope, các tấm pin mặt trời sẽ
được sắp xếp tại khu vực bạn đã chọn. Tuy nhiên, bạn có thể cần
thay đổi các tham số để đạt được thiết kế mà bạn mong muốn.
Trong trường hợp này, mái nhà khơng hồn tồn hướng về phía
nam. Vì vậy, chúng ta cần điều chỉnh Azimuth từ 180 độ đến 116

độ.
- Một cách khác để căn chỉnh các bảng là bằng cách nhấp vào
trường Azimuth và nhấn nút lên hoặc xuống. Điều này sẽ điều
chỉnh các mơ-đun bằng cách thay đổi góc cộng hoặc trừ 1 độ mỗi
lần bạn nhấp lên hoặc xuống.
- Từ đây, bạn cũng có thể chọn các tấm pin bạn muốn sử dụng.

B8: Chọn Biến tần.
- Nhấp vào biểu tượng với phần mô tả Electrical để chọn biến tần.
- Theo mặc định, Helioscope chọn biến tần siêu vi Enphase cho dự
án này. Tuy nhiên, bạn có thể thay đổi điều này bằng cách nhấp
vào menu biến tần và tìm kiếm biến tần ưa thích của bạn.


B9: Lưu và thoát.
- Sau khi chọn biến tần của bạn, nhấp vào nút Save & Exit (Lưu và
Thoát) ra để lưu tiến trình của bạn và kiểm tra kết quả mơ phỏng.

B10: Bắt đầu mơ phỏng mơ hình dự án.
- Để nhận báo cáo mô phỏng của bạn, nhấp vào tab Báo cáo trực
tuyến. Sau đó, nhấp vào nút Mô phỏng của Wap.


B11: Tạo Báo cáo mô phỏng.
- Tạo báo cáo mô phỏng và thiết kế pin mặt trời bằng cách nhấp vào
nút như hình bên.
- Cuối cùng, bạn có thể chuẩn bị báo cáo mơ phỏng ở định dạng
PDF để trình bày cho bất kỳ ai. Cơng cụ này sẽ có lợi cho các nhà
thầu năng lượng mặt trời, tư vấn hoặc thậm chí là sinh viên.

1.1.4 Ưu điểm vầ nhược điểm của phần mềm helioscope
- Ưu điểm.
 Dễ sử dụng
 Tương thích Google Maps
 Thiết kế khơng giới hạn
 Thiết kế lại nhanh chóng và dễ dàng
 Mô phỏng năng lượng nhanh
 Báo cáo sản xuất nhanh
 Thư viện lớn các thành phần năng lượng mặt trời
 Cơng cụ tuyệt vời để phân tích màu
 Cho dùng thử 14 ngày.
- Ngược điểm
 Không mô phỏng lưu trữ ắc qu
 Thiết kế hệ thống không nối lưới chưa được bao gồm
 Phí đăng ký hàng năm hoặc hàng tháng khá tốn kém ($ 950 /
năm hoặc $ 95 / tháng)


 Chỉ giới hạn thiết kế cho 5MW (Mega-Watts) của hệ thống
PV năng lượng mặt trời
1.2 GIỚI THIỆU PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI
1.2.1. Khái niệm
- Pin mặt trời hay pin quang điện có tên tiếng Anh là Solar panel,
nó bao gồm nhiều tế bào quang điện (gọi là solar cells). Tế bào
quang điện này là các phần tử bán dẫn có chứa trên bề mặt nhiều
các cảm biến của ánh sáng là đi ốt quang, nó làm biến đổi năng
lượng của ánh sáng thành năng lượng điện.
- Các chỉ số Cường độ dòng điện, hiệu điện thế hay điện trở của tấm
pin thay đổi phụ thuộc vào lượng ánh sáng chiếu lên chúng. Các tế

bào quang điện này được ghép lại thành một khối để trở thành pin
mặt trời (thông thường sẽ từ 60 hoặc 72 tế bào quang điện trên một
tấm pin).
- Tấm Pin được biết đến như một là vật liệu có tính năng chuyển đổi
quang năng của ánh sáng mặt trời thành điện năng được lắp đặt
điện mặt trời. Pin được tạo ra nguồn điện từ ánh sáng của mặt trời
cũng giống như thủy điện thì tạo ra điện từ nước, nhiệt điện tạo ra
điện từ than… chúng có hiệu suất cao và có tuổi thọ trung bình có
thể lên đến 30 năm.
1.2.2 Cấu tạo


- Khung nhơm: Khung nhơm có chức năng tạo ra một kết cấu đủ
cứng cáp để tích hợp các bộ phận khác lên. Khung nhôm thường
được làm bằng nhôm anod hóa, có khả năng chống ăn mịn và chịu
được tác động của mơi trường.
- Kính cường lực: Kính cường lực có chức năng bảo vệ các tế bào
quang điện khỏi tác động của mơi trường như mưa, gió, bụi,...
Kính cường lực thường được làm từ kính phẳng, có độ dày từ 2
đến 3 mm.
- Lớp màng EVA: Lớp màng EVA có chức năng kết dính các tế bào
quang điện lại với nhau và với kính cường lực. Lớp màng EVA
thường được làm từ etylen vinyl axetat, có độ dày từ 0,2 đến 0,3
mm.
- Tế bào quang điện: Tế bào quang điện là bộ phận chính của pin
mặt trời, có chức năng chuyển đổi năng lượng ánh sáng mặt trời
thành điện năng. Tế bào quang điện thường được làm từ silic tinh
khiết, có cấu trúc bán dẫn.

- Tấm nền pin: Tấm nền pin có chức năng cách điện, bảo vệ và
kháng nước cho hệ thống. Tấm nền pin thường được làm từ nhựa
polycarbonate, có độ dày từ 1 đến 2 mm.
- Hộp đấu dây: Hộp đấu dây có chức năng kết nối các dây điện của
các tế bào quang điện lại với nhau. Hộp đấu dây thường được làm
bằng nhựa, có khả năng chống thấm nước.
- Cáp điện: Cáp điện có chức năng truyền dẫn điện năng từ các tế
bào quang điện đến thiết bị sử dụng. Cáp điện thường được làm
bằng đồng, có khả năng dẫn điện tốt.
- Jack kết nối MC4: Jack kết nối MC4 là thiết bị dùng để kết nối các
tấm pin mặt trời lại với nhau. Jack kết nối MC4 thường được làm
bằng nhựa, có khả năng chống thấm nước.
1.2.3 Nguyên lý hoạt động của pin năng lượng mặt trời
Pin mặt trời hay pin quang điện có tên tiếng Anh là Solar panel, nó bao
gồm nhiều tế bào quang điện (gọi là solar cells). Tế bào quang điện này
là các phần tử bán dẫn có chứa trên bề mặt nhiều các cảm biến của ánh
sáng là đi ốt quang, nó làm biến đổi năng lượng của ánh sáng thành năng
lượng điện.
Các chỉ số Cường độ dòng điện, hiệu điện thế hay điện trở của tấm pin
thay đổi phụ thuộc vào lượng ánh sáng chiếu lên chúng. Các tế bào quang
điện này được ghép lại thành một khối để trở thành pin mặt trời (thông
thường sẽ từ 60 hoặc 72 tế bào quang điện trên một tấm pin).
Tấm Pin được biết đến như một là vật liệu có tính năng chuyển đổi quang
năng của ánh sáng mặt trời thành điện năng được lắp đặt điện mặt
trời. Pin được tạo ra nguồn điện từ ánh sáng của mặt trời cũng giống như


thủy điện thì tạo ra điện từ nước, nhiệt điện tạo ra điện từ than… chúng
có hiệu suất cao và có tuổi thọ trung bình có thể lên đến 30 năm.

a) Các thông số đầu ra về tấm pin mặt trời
- Điện áp hở mạch (Voc): Là điện áp của tấm pin khi khơng có tải.
Điện áp hở mạch càng cao thì hiệu suất của tấm pin càng cao.
- Dịng điện ngắn mạch (Isc): Là dòng điện tối đa mà tấm pin có thể
cung cấp khi khơng có điện áp. Dịng điện ngắn mạch càng cao thì
khả năng cung cấp điện của tấm pin càng cao.
- Điện áp danh định (Vmp): Là điện áp tối ưu mà tấm pin có thể tạo
ra khi có tải. Điện áp danh định càng cao thì hiệu suất của hệ thống
càng cao.
- Dịng điện danh định (Imp): Là dòng điện tối ưu mà tấm pin có thể
tạo ra khi có tải. Dịng điện danh định càng cao thì khả năng cung
cấp điện của hệ thống càng cao.


- Công suất định mức (Pmax): Là công suất tối đa mà tấm pin có thể
tạo ra. Cơng suất định mức càng cao thì tấm pin càng có khả năng
cung cấp điện năng.
- Hiệu suất (%): Là tỷ lệ giữa công suất định mức và công suất bức
xạ mặt trời chiếu lên tấm pin. Hiệu suất càng cao thì tấm pin càng
hiệu quả.

1.2.4 Các loại pin mặt trời
 Pin đơn tinh thể: được làm từ một tinh thể silicon duy nhất. Chúng
có hiệu suất chuyển đổi năng lượng cao nhất, nhưng cũng đắt nhất.

 Pin đa tinh thể: được làm từ nhiều tinh thể silicon nhỏ. Chúng có
hiệu suất chuyển đổi năng lượng thấp hơn một chút so với pin đơn
tinh thể, nhưng cũng rẻ hơn.

1.2.5 Các ứng dụng pin mặt trời
a) ứng dụng pin mặt trời trong cuộc sống hàng ngày.
 Trạm xe buýt chiếu sáng tự động: Ý tưởng này bắt đầu được đưa ra
thực hiện tại Florence – Italia. Vào ban đêm, những trạm xe bt
này trở thành những cơng trình chiếu sáng cơng cộng hết sức thu
hút và sang trọng. Ngồi ra, trong trạm xe buýt, còn cài đặt thêm
hệ thống cho phép người đợi xe kết nối wifi và sử dụng điện thoại
truy cập Internet miễn phí trong lúc chờ đợi.
 Ứng dụng cho phương tiện giao thông: Phương tiện giao thông khá
phổ biến và hay di chuyển để giảm thiểu tối đa việc sử dụng nhiên
liệu thì chúng ta đã lắp đặt pin mặt trời trên các : oto,xe đạp,tàu
hỏa,phi thuyền,máy bay,xe máy,trực thăng…
 Ứng dụng cho vệ tinh: Một vệ tinh năng lượng mặt trời (SPS) là
một vệ tinh được xây dựng trong quỹ đạo rất cao so với trái đất sử
dụng khả năng truyền sóng vi sóng để truyền năng lượng mặt trời
tới ăng-ten rất lớn trên trái đất, nơi nó có thể được sử dụng thay
cho các nguồn năng lượng thông thường. Lợi thế của việc đặt các
bộ thu năng lượng mặt trời vào không gian là nơi không bị che
khuất của mặt trời, không bị ảnh hưởng bởi chu kỳ ngày / đêm,
thời tiết hoặc mùa. Tuy nhiên, chi phí xây dựng là rất cao và SPSs
sẽ không thể cạnh tranh với các nguồn thông thường trừ khi chi phí
khởi động thấp có thể đạt được hoặc trừ khi ngành công nghiệp sản
xuất vũ trụ phát triển và chúng có thể được xây dựng trên quỹ đạo
từ các vật liệu ngoài trái đất.
 Sản xuất hydro: Theo trang tin Ideaconnection.com (ICC), nhóm
chuyên gia ở Đại học California, Los Angeles (UCLA) vừa phát