tính toán và thiết kế hệ thống điện mặt trời cho trang trại bò sữa vinamilk đà lạt

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (13.9 MB, 92 trang )

Trang 1<div class="page_container" data-page="1">

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 01/2024KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆPNGÀNH NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO

TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỆN MẶT TRỜI CHO TRANG TRẠI BÒ SỮA VINAMILK ĐÀ LẠT

SVTH: PHAN TIẾN TÂN

HUỲNH TRẦN MINH CHIẾN

GVHD: TS. NGUYỄN XUÂN VIÊN

S K L 0 1 2 3 9 3

</div>Trang 2<div class="page_container" data-page="2">

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

</div>Trang 9<div class="page_container" data-page="9">

LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên, chúng em trân trọng gửi đến ban giám hiệu trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành Phố Hồ Chí Minh, cùng ban chủ nhiệm của khoa Cơ Khí Động Lực và thầy cơ bộ mơn ngành Năng Lượng Tái Tạo. Chúng em xin cảm ơn thầy cô đã tận tâm giúp đỡ và đã xây dựng nền tản kiến thức cho chúng em để có thể thực hiện đề tài này. Đặc biệt là thầy Nguyễn Xuân Viên, người thầy đã luôn tận tâm hướng dẫn chúng em hoàn thành đề tài này.

Trong thời gian thực hiện q trình tuy đã có tham khảo từ các nguồn tài liệu nghiên cứu, trao đổi ý kiến và tiếp thu, nhưng dĩ nhiên chúng em sẽ không tránh khỏi các sai sót. Vì vậy chúng em hi vọng nhận được những ý kiến đóng góp đến từ q thầy cơ để có thể giúp chúng em hồn thiện bài luận văn của nhóm hơn.

Nhóm sinh viên xin chân thành cảm ơn!

</div>Trang 10<div class="page_container" data-page="10">

CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT ... 9

2.1. Các hệ thống điện năng lượng mặt trời ... 9

2.1.1. Hệ độc lập (off grid solar system) ... 9

2.1.2. Hệ hòa lưới (on grid solar system) ... 10

2.1.3. Hệ hịa lưới có lưu trữ ... 11

2.2 Các nguyên nhân gây ảnh hưởng đến hiệu suất của tấm PV ... 12

3.1.3. Chỉ số bức xạ trung bình và số giờ nắng của khu vực ... 21

3.1.4. Lượng điện năng tiêu thụ của trang trại ... 22

</div>Trang 11<div class="page_container" data-page="11">

3.2. Lựa chọn thiết bị chủ yếu ... 22

4.2.1. Mô phỏng trên PVsyst ... 52

4.2.2. Phân tích tính kinh tế trên PVsyst ... 58

4.2.3. So sánh giữa phần mềm PVsyst và tính tốn của nhóm ... 63

4.3. Phương án đề xuất ... 64

4.3.1. Tổng quan ... 64

4.3.2. Một số loại pin lưu trữ ... 65

4.3.3. Hệ thống BESS (Battery Energy Storage System – BESS) ... 69

4.3.4. Nhìn nhận về hệ thống lưu trữ năng lượng ... 72

</div>Trang 12<div class="page_container" data-page="12">

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1. 1: Tổng công suất lắp đặt từ năm 2013 – 2022 của các châu lục ... 1

Hình 1. 2: Công suất lắp đặt ĐMT của các châu lục cùng dự đốn cho năm 2030 và 2050 .... 3

Hình 1. 3: Sản lượng điện tạo ra từ NLMT vào năm 2022 theo GlobalSolarAtlas ... 4

Hình 1. 4: Bản đồ thể hiện mật độ bức xạ ở Việt Nam ... 5

Hình 1. 5: Tiềm năng phát triển điện mặt trời ở Việt Nam ... 6

Hình 2. 1: Hệ độc lập ... 9

Hình 2. 2: Hệ hịa lưới ... 10

Hình 2. 3: Hệ hịa lưới có lưu trữ ... 11

Hình 2. 4: Công suất tấm PV bị ảnh hưởng do nhiệt độ... 12

Hình 2. 5: Sự tác động của nhiệt độ đến biểu đồ P-V ... 13

Hình 2. 6: Đặc tính I-V ảnh hưởng bởi nhiệt độ ... 13

Hình 2. 7: Đặc tính I-V ảnh hưởng bởi bức xạ ... 14

Hình 2. 8: Sự tác động của bức xạ đến biểu đồ P-V ... 14

Hình 2. 9: Hiệu suất của tấm pin bị tác động do đổ bóng ... 15

Hình 3. 1: Lượng bức xạ mặt trời trực tiếp (DNI) tại dự án ... 18

Hình 3. 2: Thơng số cơ bản tại khu vực ... 18

Hình 3. 3: Khu vực dự án ... 19

Hình 3. 4: Kết cấu của trang trại ... 19

Hình 3. 5: Bản vẽ 2D của trang trại ... 20

Hình 3. 6: Lượng bức xạ của khu vực trên phần mềm Homer Pro ... 21

Hình 3. 7: Tải tiêu thụ của trang trại... 22

Hình 3. 8: Tải tiêu thụ theo từng tháng ... 22

Hình 3. 9: Tấm pin PV Hiku 550 Wp ... 23

Hình 3. 10: Thơng số kỹ thuật của tấm pin ... 24

Hình 3. 11: Inverter Growatt 110kW MAX 110KTL3-LV ... 26

Hình 3. 12: Dây đơn ruột đồng VCm 50mm2 CADIVI ... 33

Hình 3. 19: Bố trí pin trên khu vực 1, khu vực 6, khu vực 7 ... 43

Hình 3. 20: Khu vực đề xuất bố trí tủ phân phối MDB1 và inverter ... 44

Hình 3. 21: Khu vực đề xuất bố trí tủ phân phối MDB1 và inverter ... 44

Hình 4. 1: Báo giá thiết bị vật tư của dự án ... 47

Hình 4. 2: Biểu giá mua điện lưới của nhóm ngành sản xuất ... 49

Hình 4. 3: Tiền điện vào tháng 1 của trang trại ... 50

Hình 4. 4: Doanh thu dự kiến năm đầu tiên của hệ thống ... 50

Hình 4. 5: Tóm tắc doanh thu 6 năm đàu tiên của hệ thống ... 51

Hình 4. 6: Các thơng số của khu vực dự án ... 52

Hình 4. 7: Thiết lập hướng đặt và góc cho tấm pin ... 53

Hình 4. 8: Thiết lập tấm PV và inverter cho hệ thống ... 54

Hình 4. 9: Thơng số tổn thất nhiệt độ của dự án ... 54

</div>Trang 13<div class="page_container" data-page="13">

Hình 4. 15: Kết quả 2 ... 58

Hình 4. 16: Nhập giá vật tư của hệ thống ... 59

Hình 4. 17: Phân bổ số vốn của dự án ... 59

Hình 4. 18: Nhập giá bán điện mặt trời ... 60

Hình 4. 19: Tổng hợp kết quả tính tốn kinh tế của dự án ... 60

Hình 4. 20: Dịng tiền hằng năm của dự án ... 61

Hình 4. 30: Từ các cell pin đóng gói thành các module và rack pin ... 70

Hình 4. 31: Hệ thống chuyển đổi cơng suất PCS ... 70

Hình 4. 32: Cấu tạo cơ bản của container hệ thống lưu trữ ... 71

</div>Trang 14<div class="page_container" data-page="14">

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1. 1: Xếp hạng tổng công suất điện mặt trời đã được lắp đặt tính đến năm 2022 ... 2

Bảng 3. 1: Thông số tấm Pin tại điều kiện tiêu chuẩn ... 24

Bảng 3. 2: Thống số tấm Pin tại điều kiện bình thường ... 25

Bảng 3. 3: Thông số kỹ thuật của inverter ... 27

</div>Trang 15<div class="page_container" data-page="15">

DANH MỤC CHỮ CÁI VIẾT TẮT

NLTT: Năng lượng tái tạo. NLMT: Năng lượng mặt trời ĐMT: Điện mặt trời.

DC: Dòng điện một chiều. AC: Dịng điện xoay chiều.

EVN: Tập đồn điện lực việt nam. DNI: Bức xạ trực tiếp.

GHI: Tổng bức xạ.

MPPT: Điểm công suất cực đỉnh. PV: Tấm quang điện.

NPV: Giá trị hiện tại rịng.

LCOE: Chi phí năng lượng quy dẫn. IRR: Tỷ suất hoàn vốn nội bộ.

PCS: Hệ thống chuyển đổi công suất. BESS: Hệ thống pin lưu trữ năng lượng. EMS: Hệ thống quản lý năng lượng. BMS: Hệ thống quản lý pin

</div>Trang 16<div class="page_container" data-page="16">

Tuy sản lượng tạo ra từ điện mặt trời chỉ khoản 3,6% so với các nguồn sản xuất khác, nhưng nó vẫn có thể khẳng định được vị thế của mình trong các cơng nghệ năng lượng tái tạo khác, các thiết bị điện mặt trời chiếm gần 31% so với các loại năng lượng tái tạo đã được lắp đặt vào năm 2022 (IRENA, 2023). Với công suất lắp đặt là 1053 GW vào năm 2022 và xếp thứ 2, trước đó là thủy điện với cơng suất 1392 GW( IRENA, 2023)[1]

Hình 1. 1: Tổng cơng suất lắp đặt từ năm 2013 – 2022 của các châu lục

</div>Trang 17<div class="page_container" data-page="17">

Theo thống kê của IRENA ta có thể thấy được cơng suất lắp đặt ngày càng đi lên, so với năm 2021 thì ta thấy tăng lên đáng kể, khoản 22% (192GW). Và 3 nước Trung Quốc, Hoa Kỳ và Nhật bản là 3 quốc gia có cơng suất lắp đặt cao nhất với sự tăng trưởng lớn mạnh của Trung Quốc Hoa Kỳ và Ấn Độ với mức tăng trưởng lần lượt là 86,1 GW, 17,8GW, và 13,5GW (IRENA, 2023).

Bảng 1. 1: Xếp hạng tổng công suất điện mặt trời đã được lắp đặt tính đến năm 2022

Xếp hạng Nước Công suất lắp đặt (GW)

</div>Trang 18<div class="page_container" data-page="18">

Dựa trên Hình 1.2 cho thấy sự đóng góp cơng suất lắp đặt của từng lục địa từ

năm 2018, và sau đó dựa trên sự phân tích của REmap và Irena. Với tổng lượng lắp đặt từ 2018 là 481GW, và dự đoán vào năm 2030 sẽ tăng lên 6 lần (lên đến 2841 GW) và gần 18 lần vào năm 2050 (hơn 2841 GW) trong đó điện áp mái chiếm 40% và quy mô trang trại điện mặt trời là 60%. Châu Á sẽ vẫn tiếp tục dẫn đầu thị trường điện mặt trời với khoảng 65% tổng cơng suất lắp đặt trên tồn thế giới vào năm 2030.Trong đó Trung Quốc vẫn được dự đốn là anh cả trong lĩnh vực. Và đến năm 2050 tuy Châu Á vẫn dẫn đầu với khoản 57% công suất lắp đặt nhưng đã có những sự tăng trưởng đáng kể từ Châu Phi và Nam Mỹ.

Hình 1. 2: Công suất lắp đặt ĐMT của các châu lục cùng dự đoán cho năm 2030 và 2050

</div>Trang 19<div class="page_container" data-page="19">

1.1.2. Tình hình ở Việt Nam

Theo dự tốn của Bộ Công Thương, hiện nay mước tiêu thụ điện tại Việt Nam đang tăng khoảng 10% trên mỗi năm. Nhưng những nguồn năng lượng chủ yếu trong nước đã gần tới hạn, do đó phụ thuộc rất nhiều vào việc nhập nhiên liệu đốt than và khí. Cùng với đó là việc khí hậu biến đổi, làm cho các hồ thủy điện thiếu nước để sản xuất điện, cùng với các dự án nhiệt điện không theo tiến độ, đã có những áp lực vơ hình cho việc đảm bảo nguồn cung cấp điện. Từ đó cũng tạo động lực và thúc đẩy cho chính phủ chuyển hướng qua các nguồn năng lượng có thể tái tạo, đặc biệt hơn ở đây là năng lượng mặt trời.

Bức xạ mặt trời (GHI) đây là một thước đo trong lĩnh vực điện mặt trời để có thể đo lượng bức xạ mặt trời từ tất cả các hướng trên bề mặt phẳng nằm ngang và nhận ánh sáng. GHI cũng bao gồm cả lượng bức xạ mặt trời trực tiếp và lượng bức xạ nhận được từ phản xạ từ các bề mặt xung quanh. Đơn vị thường dùng cho GHI là (W/m2) hoặc (kW/m2). Từ các thông số GHI thì ta có thể đánh giá được tiềm năng phát triển các dự án điện mặt trời tại khu vực.

Hình 1. 3: Sản lượng điện tạo ra từ NLMT vào năm 2022 theo GlobalSolarAtlas

</div>Trang 20<div class="page_container" data-page="20">

Nước ta được tọa lạc ở một khu vực rất thích hợp với việc lắp đặt các dự án năng lượng mặt trời(Hình 1.4 thể hiện lượng bức xạ mặt trời phân bố ở Việt Nam) với những

động thái từ việc lắp đặt hệ thống năng lượng mặt trời ngày càng tốt, đã có nhiều dự án ĐMT có cơng suất đa dạng đã được hoàn thành và đưa vào vận hành.

Hình 1. 4: Bản đồ thể hiện mật độ bức xạ ở Việt Nam

</div>Trang 21<div class="page_container" data-page="21">

Và hiện nay thì cũng đã có nhiều khách hàng tư nhân cũng như các chủ đầu tư đã lắp đặt các hệ thống điện mặt trời chủ yếu là ở khu vực Nam Trung Bộ, đặt biệt là 2 thành phố lớn là Bình Thuận và Ninh Thuận nơi tập trung các nhà máy điện mặt trời lớn. Tuy miền bắc có lượng bức xạ khơng tốt như các vùng Nam Trung Bộ nhưng vẫn

có nhiều khách hàng quyết định lắp đặt hệ thống điện mặt trời và dưới đây là Hình 1.5

thể hiện tiềm năng cho các dự án điện năng lượng mặt trời ở Việt Nam.

Hình 1. 5: Tiềm năng phát triển điện mặt trời ở Việt Nam

</div>Trang 22<div class="page_container" data-page="22">

1.2. Lý do chọn đề tài

Điện mặt trời áp mái (Rooftop solar) là hình thức lắp đặt hệ thống năng lượng mặt trời trên mái nhà hay các bề mặt có sẵn của tòa nhà. Hệ thống này tận dụng ánh sáng mặt trời và chuyển đổi nó thành điện năng.

Điện mặt trời áp mái thường được sử dụng để cung cấp điện cho các hộ gia đình, cơ sở thương mại, cơng nghiệp nhỏ và các tịa nhà văn phịng. Hệ thống điện mặt trời áp mái không chỉ giúp tiết kiệm chi phí sử dụng điện mà cịn giúp giảm lượng khí thải carbon, đóng góp vào bảo vệ mơi trường.

Việc lắp đặt hệ thống điện mặt trời áp mái có thể thực hiện thơng qua các biến thể như hệ thống năng lượng mặt trời on-grid (kết nối với lưới điện) hoặc off-grid (không kết nối với lưới điện, sử dụng hệ thống lưu trữ năng lượng).

Tuy nhiên vào cuối năm 2020 thì việc ồ ạt lắp đặt hệ thống điện mặt trời đã làm quá tải hệ thống truyền tải điện. Qua thời gian này thì EVN cũng khơng có những chính sách cho các nhà đầu tư có thể bán những lượng điện dư thừa lên lưới. Do đó sẽ gây ra lãng phí nguồn năng lượng, vì vậy chúng em lựa chọn đề tài tính tốn lựa chọn cơng suất hệ thống điện mặt trời dựa trên tải tiêu thụ tại nhà máy sữa Vinamilk ở Lâm Đồng. Để có thể tối ưu lượng điện tạo ra để tránh gây lãng phí và tạo ra hệ thống có kinh tế hiệu quả với chủ đầu tư.

1.3. Mục tiêu đề tài

Mục tiêu chúng em đề ra ở nghiên cứu này là thiết kế lắp đặt cho hệ thống điện mặt trời ở trang trại, dự tốn chi phí cho việc lắp đặt hệ thống, cùng với đó là những phương án giúp tối ưu hệ thống hơn. Từ đó cho chủ đầu tư thấy được tiềm năng của dự án.

</div>Trang 23<div class="page_container" data-page="23">

1.4. Nội dung nghiên cứu

 Tìm hiểu thơng tin cơ bản về NLMT

 Tìm hiểu và đánh giá kinh tế của dự án ĐMT.

 Từ kết quả mô phỏng Homer Pro có thể cho ta biết về cơng suất lắp đặt, và đánh giá hệ thống về tính kinh tế.

 Dự toán sản lượng bằng phần mềm PVsyst.

 Thiết kế lắp đặt bằng phần mềm Auto Cad, Sketchup.  Tính tốn, lựa chọn thiết bị cho dự án.

1.5. Giới hạn đề tài

Đề tài nghiên cứu của chúng em sẽ không phân tích và nghiên cứu sâu về vấn đề kết nối kỹ thuật, hay hệ thống điện chi tiết hoặc cấu tạo phần chịu lực. Và chỉ dừng lại ở việc đánh giá tính khả thi của việc thiết kế dự án sao cho hiệu suất hệ thống được tối ưu nhất. Và đối với phần kinh tế, chúng em không đi sâu về thị trường và dừng lại ở việc tính tốn chi phí cho dự án, và cho thấy được tiềm năng việc thu hồi vốn.

</div>Trang 24<div class="page_container" data-page="24">

CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1. Các hệ thống điện năng lượng mặt trời

2.1.1. Hệ độc lập (off grid solar system)

Định nghĩa cho hệ độc lập là hệ thống khơng hịa cùng lưới điện quốc gia, và nó sẽ cung cấp điện cho hầu hết các thiết điện trong nhà, trang trại, xà lang, tàu bè, biển đảo,... hoặc những nơi khơng có lưới điện. Thơng qua các tấm PV, hệ thống này chuyển đổi năng lượng mặt trời thành nguồn điện DC, từ đó có thể lưu trữ vào pin và được chuyển thành nguồn điện AC thông qua một bộ biến tần để sử dụng các thiết bị tải trong nhà. Khi lượng điện được sinh ra nhiều hơn so với mức tiêu thụ thì phần điện dư thừa sẽ chuyển sang sạc hệ thống lưu trữ (ắc quy). Vào ban đêm, khi không có ánh sáng mặt trời, dịng điện 1 chiều được lưu trữ trong ắc quy sẽ được bộ inverter tạo thành dòng điện xoay chiều để cấp nguồn cho tải tiêu thụ.

Hình 2. 1: Hệ độc lập

</div>Trang 25<div class="page_container" data-page="25">

2.1.2. Hệ hòa lưới (on grid solar system)

Hệ thống điện mặt trời hòa lưới là hệ thống hoạt động song song cùng lưới điện quốc gia và cũng đóng vai trị cung cấp điện cho tải sử dụng. Để tối ưu lượng điện mặt trời được sản xuất giúp mình tiết kiệm hơn.

Các trường hợp hoạt động của hệ thống hòa lưới:

Trường hợp 1: Khi lượng điện từ hệ thống được tạo ra nhiều hơn so với tải tiêu thụ, thì lượng điện tạo ra từ hệ thống sẽ cung cấp 100% cho tải tiêu thụ, và phần dư sẽ hòa vào lưới điện và ta sẽ có thể bán lượng điện dư bằng đồng hồ 2 chiều. Tuy nhiên hiện nay đã dừng các chính sách mua bán điện lên lưới vì thế ta cần phải lắp các thiết bị chống phá ngược để đảm bảo lượng điện dư sẽ không phát lên lưới.

Trường hợp 2: Khi tải tiêu thụ sử dụng nhiều hơn so với lượng điện được tạo ra từ hệ thống, thì lượng điện thiếu sẽ được cung cấp từ lưới điện.

Trường hợp 3: Với tính năng chống phát ngược (Anti – Islanding) thì khi cúp điện, hệ thống ĐMT sẽ không hoạt động. Nhằm giúp bảo vệ các thiết bị điện đang được sử dụng và cũng có thể đảm bảo lưới điện được an tồn

Trường hợp 4: Lượng điện tiêu thụ vào ban đêm sẽ hồn tồn được cung cấp từ điện lưới vì khơng có lượng điện được tạo ra từ hệ thống ĐMT.

Hình 2. 2: Hệ hịa lưới

</div>Trang 26<div class="page_container" data-page="26">

2.1.3. Hệ hịa lưới có lưu trữ

Đối với hệ hịa lưới có lưu trữ thì đây là sự kết hợp giữa hai hệ thống điện mặt trời độc lập và hịa lưới. Chính vì thế tải tiêu thụ vẫn có thể được sử dụng vì hệ thống vẫn hoạt động.

Các trường hợp hoạt động của hệ hòa lưới có lưu trữ:

Trường hợp 1: Lượng điện từ hệ thống ĐMT được tạo ra nhiều hơn so với tải tiêu thụ, thì lượng điện dư sau khi sử dụng sẽ được nạp vào hệ thống pin lưu trữ, và nếu cịn dư thì có thể hịa lưới.

Trường hợp 2: Khi lượng điện từ hệ thống ĐMT tạo ra nhỏ hơn so với tải tiêu thụ. Với trường hợp này hệ thống sẽ hoạt động như sau:

- Khi hệ thống lưu trữ còn điện: 100% sẽ lấy điện từ hệ thống ĐMT và phần thiếu sẽ được bổ xung từ hệ thống lưu trữ lưu trữ.

- Khi hệ thống lưu trữ khơng cịn điện: 100% sẽ lấy từ hệ thống ĐMT và phần thiếu sẽ được bù từ lưới điện.

Hình 2. 3: Hệ hịa lưới có lưu trữ

</div>Trang 27<div class="page_container" data-page="27">

Trường hợp 3: Khi mất điện, hệ thống ĐMT vẫn hoạt động bình thường, và tải tiêu thụ sẽ được cung cấp điện từ hệ thống lưu trữ.

2.2 Các nguyên nhân gây ảnh hưởng đến hiệu suất của tấm PV

2.2.1. Nhiệt độ

Nhiệt độ ảnh hưởng đến hiệu suất của tế bào quang điện do đặc tính bên trong của vật liệu bán dẫn (nhiệt độ cao làm giảm độ rộng vùng cấm của chất bán dẫn). Hiệu suất của tấm PV tăng lên khi nhiệt độ thấp và giảm xuống ở nhiệt độ cao, điện áp giữa các tế bào giảm xuống. Thế nhưng, không đồng nghĩa với việc, vào mùa đơng thì tấm PV sẽ sản xuất ra nhiều điện hơn. Đơn giản vì vào mùa đơng thì số giờ nắng và bức xạ mặt trời (yếu tố quan trọng quyết định sản lượng của tấm PV) sẽ giảm.

Qua Hình 2.4 ta có thể thấy, khi nhiệt độ tăng cao (trên 30 độ C), công suất thực tế của tấm PV bắt đầu giảm. Mối liên hệ giữa nhiệt độ và tấm PV qua các mốc nhiệt độ khác nhau được thể hiện rõ hơn qua các Hình 2.5 và Hình 2.6

Hình 2. 4: Công suất tấm PV bị ảnh hưởng do nhiệt độ

</div>Trang 28<div class="page_container" data-page="28">

Hình 2. 5: Sự tác động của nhiệt độ đến biểu đồ P-V

Hình 2. 6: Đặc tính I-V ảnh hưởng bởi nhiệt độ

</div>Trang 29<div class="page_container" data-page="29">

2.2.2. Bức xạ mặt trời

Bức xạ mặt trời đóng vai trị quan trọng trong hoạt động của tấm pin. Dưới tác động của ánh sáng mặt trời, các tế bào quang điện (solar cells) trong tấm pin tạo ra một dòng điện đi qua hệ thống. Bức xạ mặt trời cung cấp năng lượng cho tấm pin mặt trời thông qua ánh sáng. Điện áp đầu ra của tấm PV thường phụ thuộc vào mức độ chiếu sáng của ánh sáng mặt trời. Khi ánh sáng mặt trời chiếu sáng trực tiếp và mạnh mẽ lên tấm pin, điện áp đầu ra sẽ cao hơn. Trong khi đó, khi ánh sáng mặt trời yếu hơn hoặc khi tấm pin bị che phủ bởi đám mây hoặc bị che khuất, điện áp đầu ra sẽ thấp hơn.

Hình 2. 7: Đặc tính I-V ảnh hưởng bởi bức xạ

Hình 2. 8: Sự tác động của bức xạ đến biểu đồ P-V

</div>Trang 30<div class="page_container" data-page="30">

2.2.3. Hiện tượng đổ bóng

Khi tấm PV bị che phủ một phần hoặc toàn phần, sẽ gây ảnh hưởng trực tiếp đến sản lượng của hệ thống. Giả sử, trong một chuỗi pin có nhiều tấm PV mắc nối tiếp, nếu có một tấm PV bị che khuất khơng nhận được bức xạ, thì lượng điện tạo ra sẽ giảm đáng kể. Để ngăn chặn sự mất mát năng lượng, các đi-ốt rẽ nhánh (diodes bypass) sẽ được nối song song với tấm PV. Khi tấm PV bị che khuất, đi-ốt rẽ nhánh cung cấp đường dẫn dòng điện, cho phép chuỗi pin mặt trời được kết nối.

Hình 2. 9: Hiệu suất của tấm pin bị tác động do đổ bóng

</div>Trang 31<div class="page_container" data-page="31">

2.2.4. Góc nghiêng và định hướng cho hệ thống.

Các tấm PV khi hướng về phía mặt trời (hướng về phía nam nếu ở bán cầu Bắc) sẽ tối ưu hóa khả năng nhận được lượng bức xạ. Các tấm PV nên nghiêng 1 góc 30-40 độ, sao cho các tấm PV đón ánh sáng mặt trời theo phương vng góc. Điều này cũng giúp loại bỏ được các hạt bụi hay lượng nước mưa bám trên bề mặt tấm pin, từ đó đảm bảo sản lượng điện.

2.2.5. Các yếu tố khác

Một số yếu tố khác có thể ảnh hưởng đến hiệu suất tấm pin: độ ẩm, độ dày/mỏng của đám mây, mưa/tuyết, ơ nhiễm khơng khí,... Tuy các yếu tố trên không ảnh hưởng lớn đến hiệu suất tấm pin nhưng cũng nên được xem xét để tối ưu nhất cho dự án.

2.3. Homer Pro

HOMER Pro là một phần mềm mơ phỏng và tối ưu hóa hệ thống phát điện và lưu trữ năng lượng. "HOMER" được viết tắt từ Hybrid Optimization Model for Electric Renewables. HOMER Pro giúp người sử dụng có thể thiết kế, phân tích và tối ưu hóa các hệ thống phát điện, từ các hệ thống năng lượng tái tạo hay đến từ các nguồn khác nhau. Phần mềm có thể mơ phỏng và phân tích các hệ thống như hệ thống điện mặt trời (PV), hệ thống pin mặt trời, hệ thống điện gió, hệ thống hydro,… và các hệ thống kết hợp (hybrid) của chúng. HOMER Pro tích hợp các thuật tốn tối ưu hóa để tìm ra cấu hình tối ưu cho hệ thống phát điện và lưu trữ năng lượng, dựa trên các yêu cầu mà chúng ta đưa ra. Phần mềm cũng cung cấp các thông tin về hiệu suất, chi phí, và khả năng cung cấp năng lượng của các tùy chọn hệ thống và giúp người dùng đưa ra quyết định

thông minh về thiết kế và vận hành hệ thống.

2.4. Pvsyst

Pvsyst là phần mềm phổ biến trong lĩnh vực năng lượng mặt trời. Pvsyst cho phép người dùng mơ phỏng và dự đốn hiệu suất của hệ thống điện mặt trời dựa trên các thông tin về khu vực vị trí địa lý, các thơng số kỹ thuật của tấm PV hay bộ inverter giúp đánh giá thực tế dự án, từ các điều kiện môi trường, ánh sáng, nhiệt độ, độ phủ bóng,... Và cũng cho người dùng các phương án giúp tối ưu dự án hơn, như là xác định số lượng và vị trí lắp đặt của tấm PV, số lượng Inverter cần dùng để có thể đạt hiệu quả tối ưu nhất.

</div>Trang 32<div class="page_container" data-page="32">

2.5. SketchUP

SketchUP là phần mềm mô hình hóa 3D. Đây là phần mềm phổ biến được sử dụng trong nhiều lĩnh vực thiết kế. Phần mềm cho phép người dùng xây dựng các mơ hình 3D giúp ta có thể dễ dàng thiết kế và tạo ra các sản phẩm mô phỏng phù hợp cho

các dự án.

2.6. AutoCAD

AutoCAD là một phần mềm thiết kế và vẽ kỹ thuật các bản vẽ 2D và 3D được sử dụng rộng rãi trong kỹ thuật. Được sử dụng như công cụ hỗ trợ trong lĩnh vực thiết kế. Phần mềm giúp người dùng thể hiện các bản vẽ thiết kế. Ở đề tài lần này, chúng em dùng phần mềm để vẽ bố trí các tấm PV cho trang trại.

</div>Trang 33<div class="page_container" data-page="33">

CHƯƠNG 3. KHẢO SÁT, LỰA CHỌN VÀ THIẾT KẾ DỰ ÁN 3.1. Khảo sát khu vực

3.1.1. Điều kiện tự nhiên khu vực

Để thấy được tiềm năng của dự án, thì việc đầu tiên là phải có được dữ liệu lượng

bức xạ mặt trời của khu vực. Hình 3.1 được lấy dữ liệu từ trang globalsolaratlas. Đây

là thông số DNI (Direct Normal Irradiance) thể hiện cho ta thấy được mức độ bức xạ mặt trời trực tiếp tại khu vực Tỉnh Lâm Đồng. Đây là thông số trung bình trong một năm để cho ta có thể tham khảo.

Sau khi thấy được tiềm năng về lượng bức xạ trực tiếp tại đây, ta có thể tham khảo thêm về các thơng số khác như bức xạ tồn phần (GHI), nhiệt độ trung bình…

Hình 3. 1: Lượng bức xạ mặt trời trực tiếp (DNI) tại dự án

Hình 3. 2: Thông số cơ bản tại khu vực

</div>Trang 35<div class="page_container" data-page="35">

Mặt bằng dự án có thể lắp đặt 5 phần mái chính và 2 phần mái phụ, 7 mái đã được đánh dấu ở hình trên.

Sau khi có được dữ liệu về phần diện tích khu vực, chúng em sẽ phát họa 2D ở phần mềm AutoCad, từ đó có phương án thi cơng lắp đặt sao cho hợp lí.

Sau khi có những phần đánh giá sơ bộ, dự án ĐMT áp mái có thể thực hiện.

Hình 3. 5: Bản vẽ 2D của trang trại

</div>Trang 36<div class="page_container" data-page="36">

3.1.3. Chỉ số bức xạ trung bình và số giờ nắng của khu vực

Dựa vào các phần mềm thì ta có thể tham khảo lượng bức xạ tại khu vực trang trại, như hình 3.6 đã cho ta thấy được lượng bức xạ trung bình hằng tháng hầu hết hơn 4,5 kWh/m2/ngày tại tỉnh Lâm Đồng, và có tháng 3, tháng 4 có lượng bức xạ lớn hơn 6 kWh/m2/ngày.

Hình 3. 6: Lượng bức xạ của khu vực trên phần mềm Homer Pro

</div>Trang 37<div class="page_container" data-page="37">

3.1.4. Lượng điện năng tiêu thụ của trang trại

Sau khi thực nghiệm và khảo sát thì chúng em có những thu thập về số liệu tổng lượng điện năng tiêu thụ của trang trại là khoảng 15,841 kWh/ngày, và trung bình một giờ là 660,07 kW. Có khoảng thời gian đỉnh công suất đạt đến hơn 1245,9 kW.

Hình 3. 7: Tải tiêu thụ của trang trại

Hình 3. 8: Tải tiêu thụ theo từng tháng

</div>Trang 38<div class="page_container" data-page="38">

3.2. Lựa chọn thiết bị chủ yếu

3.2.1. Tấm pin

Tấm pin PV hay còn được gọi cách khác là tấm pin mặt trời hoặc tấm pin mặt trời quang điện, là một thiết bị điện tử được sử dụng để chuyển đổi năng lượng ánh sáng mặt trời thành điện năng và có thể sử dụng được. Để kết hợp thành một tấm pin năng lượng thì cấu tạo của nó gồm nhiều tế bào quang điện (Solar Cells).

Hầu hết các tế bào trong tấm pin được cấu thành từ vật liệu bán dẫn như Silic (silicon). Khi nhận trực tiếp ánh sáng mặt trời, năng lượng ánh sáng sẽ kích hoạt các hạt tự do trong vật liệu bán dẫn, và cấu thành tạo ra dòng điện đi qua tế bào. Điện năng nhận từ tất cả các tế bào trong tấm pin và sau đó được sử dụng để cung cấp điện cho các thiết bị điện tử hoặc được lưu trữ trong hệ thống pin để sử dụng sau này.

Ở dự án này, chúng em sử dụng tấm pin năng lượng mặt trời Hiku với công suất 550Wp, được sản xuất từ hãng Canadian. Tấm pin được đánh giá khá cao nhờ có hiệu suất cao và giá thành cũng có phần cạnh tranh.

Hình 3. 9: Tấm pin PV Hiku 550 Wp

</div>Trang 39<div class="page_container" data-page="39">

Dựa vào datasheet từ nhà cung cấp ta có thể đánh giá tấm pin như sau:

Bảng 3. 1: Thông số tấm Pin tại điều kiện tiêu chuẩn

Tại điều kiện tiêu chuẩn (STC)

Bức xạ mặt trời là 1000W/m2, Áp suất khí quyển 1.5AM, Nhiệt độ môi trường là 25oC

</div>Trang 40<div class="page_container" data-page="40">

Bảng 3. 2: Thống số tấm Pin tại điều kiện bình thường

Tại điều kiện hoạt động bình thường (NMOT) Bức xạ mặt trời là 800W/m2, Áp suất khí quyển 1.5AM,

Nhiệt độ môi trường là 25oC

Điện áp tại điểm công suất tối đa (Vmpp) 39,1 V

Dịng điện tại điểm cơng suất tối đa (Impp) 13,2 A

3.2.2. Bộ biến tần – Inverter

Bộ biến tần - Inverter là một thiết bị điện tử chuyển đổi tần số, Inverter được sử dụng trong lĩnh vực điện mặt trời để chuyển đổi dòng điện một chiều (DC) thành dịng điện xoay chiều (AC).

Khi nói về hệ thống điện mặt trời, inverter chuyển đổi dòng điện DC được tạo ra từ tấm pin mặt trời thành dịng điện AC có thể sử dụng trong các thiết bị điện tử trong nhà hoặc đưa vào lưới điện. Inverter hỗ trợ việc điều chỉnh và điều khiển dòng điện AC đầu ra để đảm bảo rằng năng lượng được sản xuất từ hệ thống mặt trời được sử dụng một cách hiệu quả và an toàn.

Inverter cũng được sử dụng trong hệ thống lưu trữ điện để chuyển đổi dòng điện DC từ Pin lưu trữ thành dòng điện AC để cung cấp năng lượng dự phịng trong trường hợp mất điện.

Tóm lại, inverter là thiết bị chuyển đổi dòng điện DC thành dòng điện AC, và nó đóng vai trị rất quan trọng trong công việc chuyển đổi, điều chỉnh và điều khiển dịng điện, để đảm bảo hiệu suất và an tồn trong các ứng dụng điện tử và hệ thống điện.

Ở dự án này chúng em lựa chọn biến tần Growatt, vì Growatt là một cơng ty chun sản xuất và cung cấp các sản phẩm và giải pháp biến tần trong lĩnh vực năng lượng tái tạo.

Về hiệu suất thì biến tần Growatt được đánh giá có hiệu suất tốt, các sản phẩm của họ thường có hiệu suất chuyển đổi cao, giúp tối ưu hóa năng suất của hệ thống điện mặt trời và tiết kiệm năng lượng.

</div>