mạng điện cục bộ madicub - sipv khai thác hiệu quả và phụ tải lưới điện tp.hcm

VIỆN VẬT LÝ TP.HCM – VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM














HƯỚNG DẪN & THIẾT KẾ KỸ THUẬT











ðơn vị thực hiện : Solarlab – Viện Vật Lý Tp.HCM
Viện Khoa Học & Công Nghệ Việt Nam

Tp.HCM, tháng 10 năm 2009




HỆ THỐNG NỐI LƯỚI THƠNG MINH PV - MADICUB

I. GIỚI THIỆU
Phát điện bằng công nghệ ĐMT nối lưới (BIPV) là một công nghệ tiên tiến

đang được phổ biến tại các nước phát triển. Hiện ở các quốc gia này, tỷ lệ ĐMT
nối lưới đang vươn lên chiếm khoảng 95% tùy chính sách nhà nước. Ưu điểm của
hệ thống ĐMT nối lưới là giảm được 30% giá thành nhờ không sử dụng hệ thống
Accu tồn trữ. Lượng điện sản sinh từ dàn PMT sẽ được biến đổi trực tiếp thành
điện 220VAC, 50Hz cung cấp thẳng cho tải. Công suất ĐMT được đưa trực tiếp
vào lưới điện, khi công suất ĐMT không đủ cho tải hệ thống, PV Inverter sẽ tự
động lấy điện lưới bù vào. Đây là giải pháp công nghệ cho tòa nhà cao tầng, các
mái nhà mặt trời tự sản xuất điện để sử dụng và tương tác với lưới điện quốc gia
theo một cơ chế ra vào thông minh. Công nghệ ĐMTNL hoàn toàn sạch sẽ là một
“ứng cử viên” sáng giá cho phát triển năng lượng bền vững ở Việt nam.

Tuy nhiên công nghệ BIPV còn nhiều điều bất cập với điều kiện thực tế ở Việt
nam cũng như chưa thể áp dụng vì thiếu khung pháp lý rõ ràng. Trong lúc chờ đợi,
Solarlab đưa ra công nghệ SIPV ( Smart Intergrated Photovoltaic) tích hợp cơng
nghệ BIPV và cơng nghệ OGPV (Off-Grid PV) vừa thích ứng các điều kiện pháp lý
hiện hành vừa đáp ứng với các điều kiện hạ tầng còn yếu kém vềâ điện của Việt
Nam. Mặc dù vậy SIPV vẫn phát huy được tất cả các ưu điểm của BIPV và dễ dàng
biến đổi thành BIPV khi điều kiện pháp lý cho phép.

Cơng nghệ SIPV của Solarlab cho phép : Hòa lưới ðMT mà khơng phải xin phép; Ưu
tiên khai thác tối đa ðMT; Mua điện giá rẻ lúc thấp điểm; Phụ tải lưới điện Tp. Giờ
cao điểm. Bảo đảm nguồn điện 24/24 khi lưới quốc gia có sự cố hay bị cắt điện. Giảm
thiểu hệ thống tồn trữ năng lượng giảm giá thành và giảm ơ nhiễm mơi trường Cơng
nghệ SIPV cần được hồn thiện:
- Kỹ thuật hòa đồng bộ vào lưới quốc gia
- Hồn thiện chế tạo Inverter nối lưới của Việt nam
- Hồn thiện cơng nghệ tích hợp Madicub cục bộ vào lưới
- Nâng cao hiệu xuất của hệ thống đạt chỉ số TKNL của các tòa nhà thơng minh
- Hồn thiện độ tin cậy và hoạt động tự hành của hệ thống Madicub-SIPV.

II. NGUN LÝ HOẠT ðỘNG

1. Ngun tắc hoạt động của sơ đồ khối khi hệ thống hòa với lưới điện như sau:
- Bình thường hệ thống lưới điện sẽ được nối qua hệ thống cầu dao đảo; hệ thống này
ln được đóng cung cấp nguồn điện lưới vào hệ thống PV-Madicub; khi hệ thống PV-

Madicub bị sự cố thì hệ thống cầu dao này mới ñược chuyển về vị trí cung cấp ñiện trực tiếp
cho hệ thống tải hiện tại của Tuấn Ân Nguồn năng lượng sản sinh ra từ dàn PMT 8.4KWp
ñược chia làm 2 cụm, mỗi cụm có công suất 4.2KWp ñiện áp ra 48VDC/65Amax ñược nối
với 02 PV-Madicub 4.2KWp/3.5KWmax chuyển ñổi thành 220VAC/50hz hòa vào mạng ñiện
của tập ñoàn Tuấn Ân.Hiện nay, do Việt Nam chưa có chính sách cho các nguồn năng lượng
mới bán vào nguồn ñiện lưới quốc gia, ñồng thời nhằm ñảm bảo nguồn năng lượng cung cấp
cho một số tải ưu tiên 24/24h nên chúng ta thiết kế thêm hệ thống Madicub dự phòng. ðây
cũng là ưu ñiểm nổi trội mới nhất của hệ thống này mà trên thế giới chưa từng có.

- Hệ thống 02 Madicub dự phòng 4.5KW sẽ cung cấp cho hệ thống tải ưu tiên từ nguồn
ñiện lưới và nguồn ñiện phát ra từ dàn PMT hòa với nhau thông qua hệ thống UPS offline, hệ
thống này chỉ chuyển về chế ñộ làm việc dự phòng khi hệ thống tồn trữ ñầy hoặc khi bị mất
ñiện.

- Toàn bộ quá trình mua ñiện từ nguồn ñiện lưới quốc gia, nguồn năng lượng phát ra từ
dàn PMT và lượng ñiện cung cấp từ hệ thống backup ra hệ thống tải sẽ ñược hiển thị, theo dõi
qua hệ thống công tơ mét.

Hình 1: Sơ ñồ khối hoạt ñộng khi hoà lưới PV-Madicub

2. Nguyên tắc hoạt ñộng của sơ ñồ khối khi hệ thống thừa công suất PMT như sau:
- Bình thường hệ thống này làm việc như khi hòa lưới cho ñến khi nhu cầu tiêu thụ ñiện
năng của tòa nhà Tuấn Ân giảm ñi so với nguồn ñiện phát ra từ dàn PMT 8.4KWp, hệ thống
sensor dò dòng ñiện tiêu thụ của toàn bộ hệ thống tải của tòa nhà Tuấn Ân sẽ nhận biết và ñưa

tín hiệu ñiều khiển nguồn ñiện dư thừa phát ra từ dàn PMT nạp vào hệ thống tồn trữ Accu
48VDC/1600Ah thông qua hệ thống sạc mặt trời 6 kênh công suất của mỗi kênh sạc là
1.5KW/48VDC/50Amax.


Hình 2: Sơ ñồ hoạt ñộng khi thừa công suất PMT

3. Nguyên tắc hoạt ñộng của sơ ñồ khối khi hệ thống tồn trữ ñầy như sau:
Hình 3: Sơ ñồ hoạt ñộng khi hệ tồn trữ ñầy


- Khi nguồn năng lượng dư thừa từ dàn PMT nạp vào hệ thống tồn trữ accu ñầy, ñể ñảm
bảo tuổi thọ của hệ thống tồn trữ nguồn năng lượng tích trữ này phải ñược xả ñi ñến một mức
nhất ñịnh thông qua hệ thống Battery full control. Khi ñó hệ thống ñiều khiển ñiện áp của hệ
tồn trữ sẽ nhận ñược tín hiệu bình ñã ñược nạp ñầy, hệ thống này sẽ cung cấp tín hiệu ñiều
khiển tắt nguồn ñiện lưới hòa với nguồn phát ra từ dàn PMT cung cấp cho hệ thống tải ưu tiên
và chuyển hệ thống qua nguồn ñiện dự phòng 48VDC/1600Ah cung cấp vào hệ thống
Madicub dự phòng chuyển ñổi thành nguồn ñiện 220VAC/50Hz cung cấp tức thì cho hệ
thống tải ưu tiên mà vẫn ñảm bảo nguồn ñiện cấp cho tải một cách liên tục thông qua hệ thống
UPS offline.

4. Nguyên tắc hoạt ñộng của sơ ñồ khối khi hệ thống mất nguồn ñiện lưới như sau:
- Khi hệ thống ñang hoạt ñộng hòa lưới bình thường mà ñột ngột mất nguồn ñiện lưới thì
toàn bộ nguồn năng lượng phát ra từ dàn PMT sẽ ñược nạp vào hệ tồn trữ và hệ thống
Madicub dự phòng sẽ lập tức biến ñổi nguồn năng lượng từ hệ tồn trữ 48VDC/1600Ah thành
nguồn ñiện 220VAC/50Hz cung cấp cho hệ thống tải ưu tiên một cách liên tục cho ñến khi
nguồn năng lượng phát ra từ dàn PMT và nguồn năng lượng tích trữ còn khoảng 50%.
Hình 4: Sơ ñồ hoạt ñộng khi mất nguồn ñiện lưới quốc gia

5. Nguyên tắc hoạt ñộng của sơ ñồ khối khi mưa lên tục nhiều ngày:

- Trong trường hợp mưa liên tục nhiều ngày mà hệ tồn trữ accu chưa ñược nạp ñầy, nhằm
phục vụ cho việc cung cấp nguồn ñiện cho hệ thống tải ưu tiên. Khi ñó ta phải khởi ñộng hệ
thống sạc ñiện lưới 2KW/48VDC/50Ah sạc vào hệ tồn trữ cho tới khi ñầy hệ thống sạc này sẽ
duy trì cho hệ thống tồn trữ luôn luôn trong trạng thái sẵn sàng cho việc dự phòng.


Hình 5: Sơ ñồ hoạt ñông khi trời mưa liên tục

III. THIẾT KẾ & TÍNH NĂNG KỸ THUẬT
3.1 Thiết kế :
Hệ thống nối lưới PV-Madicub bao gồm các khối :
• Khối năng lượng ñầu vào
• Khối biến ñiện PV-Madicub 48VDC/220VAC, 4.5KW
• Khối biến ñiện Madicub- Offgrid 48VDC/220VAC , 4.5KW
• Khối tồn trữ năng lượng
• Khối ñiều khiển sạc mặt trời
• Khối sạc ñiện lưới
• Khối UPS ( Under-interupted Power System )
• Khối hiển thị

3.1.1 Khối năng lượng ñầu vào :
Nguồn năng lượng cung cấp cho mạng PV-Madicub sử dụng các nguồn năng lượng
tại chỗ bao gồm : Pin mặt trời, máy nổ và ñiện lưới
ðiện mặt trời là nguồn cung cấp năng lượng ưu tiên, các nguồn khác chỉ là phụ trợ
tùy thuộc vào từng khu vực. ðầu ra của PV- Madicub là nguồn ñiện ổn áp 220V ± 3%,
tần số 50Hz, sóng sin chuẩn tương ñương chất lượng ñiện lưới quốc gia.
PMT ðiện lưới Máy nổ


3.1.2 Khối ñiều khiển sạc mặt trời và sạc lưới:

Có chức năng ñiều khiển sạc từ nguồn năng lượng PMT vào hệ thống tồn trữ năng
lượng.

- Ưu tiên sạc từ dàn PMT
- ðảm bảo tỉ số sạc 1/10 dung lượng accu
- Hiệu suất sạc : trên 90%
- Bảo vệ toàn diện : chống quá sạc, bảo vệ
accu thấp ngược cực

Chức năng hiển thị:
- CH1…CH6 : Ngõ vào mặt trời.
- CB1,CB2 : Cầu dao bảo vệ hệ thống
PV-Madicub.
- +B1, -B1 : Ngõ vào hệ tồn trữ 1.
- +B2, -B2 : Ngõ vào hệ tồn trữ 2.
- +B1, -ST1 : Ngõ ra hệ PV-Madicub 1.
- +B2, -ST2 : Ngõ ra hệ PV-Madicub 2.

Sạc từ ñiện lưới quốc gia, nguồn ñiện ñầu
vào là 220VAC và các thông số sạc ñược thiết
kế 2000W theo nhu cầu thực tiễn. ðặc biệt chế
ñộ sạc theo mùa nhằm tăng hiệu quả của toàn hệ
thống. Về mùa khô lượng ñiện mặt trời dồi dào,
ngưỡng sạc ñiện lưới hẹp từ 22,5VDC –
26VDC nên hạn chế tối ña việc dùng ñiện lưới,
mùa mưa lượng bức xạ và số giờ nắng giảm nên
ngưỡng sạc ñược ñiều chỉnh rộng nhằm nhận
ñược sự hỗ trợ của ñiện lưới ñể tăng khả năng
hoạt ñộng ổn ñịnh của mạng PV-Madicub.

Hình 7: Hệ sạc lưới
Chức năng hiển thị:
- +B1, -B1 : Ngõ vào hệ tồn trữ 1.
- +B2, -B2 : Ngõ vào hệ tồn trữ 2.
- L1, L2 , N : Ngõ vào ñiện lưới 2 pha.
- CB1, CB2 : Cầu dao bảo vệ.

3.1.3 Khối biến ñiện PV-Madicub :
Là thiết bị chuyển ñổi nguồn DC trực tiếp sản sinh ra từ dàn PMT thành nguồn
ñiện AC với hiệu suất cao, dạng sóng sin chuẩn , ổn áp ñiện thế ra với tần số ổn ñịnh.

- Công suất liên tục : 3.5KVA
- Công suất ñỉnh : 4.2KVA
- Dạng sóng sin thực : hệ số méo ± 3%
- ðiện thế ñầu vào : 41VDC – 85VDC
- ðiện thế ñầu ra : 220VAC ± 3% ; 50Hz
- Hiệu suất : trên 92%
- Bảo vệ toàn diện : chống quá tải, quá nhiệt.

Hình 6: Hệ sạc mặt trời


Chức năng hiển thị:
- Solar In : Ngõ vào mặt trời .
- L1, N : Ngõ vào ñiện lưới.
- Domino : Các ngõ nối với mặt hiển
thị


3.1.4 Khối biến ñiện Madicub offgrid :

Là thiết bị chuyển ñổi nguồn DC từ hệ tồn trữ
48VDC thành nguồn ñiện AC với hiệu suất cao,
dạng sóng sin chuẩn , ổn áp ñiện thế ra với tần số
ổn ñịnh.

- Công suất liên tục : 4.5KVA
- Công suất ñỉnh : 8KVA
- Dạng sóng sin thực : hệ số méo ± 3%
- ðiện thế ñầu vào : 41VDC – 58VDC
- ðiện thế ñầu ra : 220VAC ± 3% ; 50Hz
- Hiệu suất : trên 92%
- Bảo vệ toàn diện : chống quá tải, quá nhiệt,
chập mạch

Chức năng hiển thị:
- +B1, -B1 : Ngõ vào hệ tồn trữ .
- Fuse 6x30A : Cầu chì bảo vệ DC.
- CB1 : Cầu dao bảo vệ.
- Line out : Ngõ ra ñiện áp 220VAC.
- Line in : Ngõ vào ñiện lưới quốc gia.


3.1.5 Khối tồn trữ năng lượng :
Hệ tồn trữ năng lượng sử dụng loại accu kín
khí ngoại nhập có hệ số tự xả thấp 800Ah –
2VDC, trọng lượng 50kg, tuổi thọ 7 năm, dung lượng
accu phải ñảm bảo gấp 10 lần dòng sạc nhằm nâng tuổi
thọ cho hệ thống accu.

3.1.6 Khối UPS :

UPS là một hệ thống thiết bị chuyển ñổi giữa mạng ñiện lưới quốc gia và hệ thống
mạng PV-Madicub trong khoảng thời gian rất ngắn khoảng 3 - 10s nhằm ñảm bảo
nguồn ñiện cung cấp một cách liên tục cho hệ thống tải ưu tiên không bị gián ñoạn,
không gây sốc cho các thiết bị ñang sử dụng ñiện trên mạng Madicub như : hệ thống
chiếu sáng, máy vi tính , vv


3.1.7 Khối hiển thị
Là hệ thống quản lý, hiển thị toàn bộ quá trình làm việc của hệ thống PV-Madicub,
giúp người vận hành theo dõi và vận hành hệ thống một cách hiệu quả nhất.

Chức năng hiển thị:
- ðèn Kênh 1…Kênh 6: Sáng báo hiệu có mặt trời vào.
- ðèn Mặt trời 1, Mặt trời 2: Sáng báo hiệu 02 tổ PMT ñang hoạt ñộng.
Hình 8: Hệ PV-Madicub
Hình 9: Hệ Madicub Offgrid

- ðèn PV-Madicub 1, 2: Sáng báo hiệu hệ thống PV-Madicub ñang hoà lưới và
ñang ở trạng thái chờ sạc vào hệ tồn trữ.
- ðèn Madicub Offgrid : Sáng báo hiệu hệ thống Madicub Offgrid ñang hoạt
ñộng ở chế ñộ cấp ñiện cho các thiết bị ưu tiên.
- ðèn sạc lưới: Sáng báo hiệu hệ thống sạc lưới ñang trong quá trình nạp ñiện
vào hệ tồn trữ.
- Hệ tồn trữ 1,2: Các ñèn hiển thị trạng thái của 02 hệ tồn trữ.
- ðèn Fualt: Sáng báo hiệu hệ thống Madicub Offgird bị lỗi ( Quá tải, bình yếu)
- ðèn sạc mặt trời 1,2: Sáng báo hiệu hệ thống tồn trữ ñang ñược sạc từ nguồn
ñiện dư thừa từ dàn PMT.
- ðiện kế ðMT nối lưới: Hiển thị ñiện áp, tần số, công suất sản sinh ra từ dàn
PMT thông qua hệ thống PV-Madicub hoà vào mạng lưới ñiện Tuấn Ân.
- ðiện kế ðMT dự phòng: Hiển thị ñiện áp, tần số, công suất của hệ thống

Madicub dự phòng. Hệ thống này chỉ hiển thị khi hệ thống Madicub dự phòng
làm việc ở chế ñộ cấp ñiện dự phòng (khi mất ñiện hoặc khi hệ tồn trữ ñầy)
- ðiện kế ñiện lưới quốc gia: Hiển thị ñiện áp, tần số, công suất ñiện năng mua
vào từ hệ thống lưới ñiện quốc gia.
- Biến trở Chỉnh dòng dò tải: ðiều chỉnh thông số ñiện năng tiêu thụ của hệ
thống mạng tải của tập ñoàn Tuấn Ân cho phép hệ thống PV-Madicub hoạt
ñộng.
- Công tắc PV1, PV2: Công tắc kích hoạt hệ thống PV-Madicub nối lưới.
- Công tắc Madicub1, Madicub2: Công tắc kích hoạt hệ thống Madicub dự phòng.

Hình 10: Hệ thống hiển thị


CÁC THAO TÁC KHI SỬ DỤNG HỆ THỐNG PV-MADICUB

I. Các thao tác khi vận hành hệ thống ðMT nối lưới PV-Madicub.

Trước khi vận hành hệ thống,
chú ý tất cả các công tắc, CB ñều
phải ở vi trí tắt. Các bước mở máy
như sau:
1. Bật 02 CB-100A hệ tồn trữ
lên (Phía trước bên dưới tủ
ñiều khiển).
2. Bật 06 CB-50A mặt trời vào
lên (Phía trên bên trái tử ñiều
khiển).
3. Bật 02 CB-100A trên mặt hệ
thống sạc mặt trời lên.
4. Bật 02 công tắc PV-Madicub
lên (Trên mặt ñiều khiển)
quan sát ñèn led hiển thị PV-
Madicub sáng lên và chờ
khoảng 1 phút, sau ñó:
5. Bật 02 CB cung cấp 02 pha

nguồn ñiện lưới vào (Phía
trên bên phải tủ ñiều khiển).
6. Bật 02 CB-100A trên 2 hệ
thống Madicub dự phòng lên.
7. Bật 02 công tắc Madicub lên
(trên mặt ñiểu khiển).
8. Chuyển cầu dao ñảo về vị trí
ñiện mặt trời.

II. Các thao tác khi hệ thống ðMT nối lưới PV-Madicub không hoà lưới hoặc
ñèn Fault sáng.
+ Khi hệ thống PV-Madicub không hoà lưới.Khi ñó ñèn Led PV-Madicub sẽ
không sáng, ñồng thời ñiện kế ñiện mặt trời nối lưới sẽ không hiển thị. Khi
ñó ta phải:
1. Kiểm tra xem có ñiện mặt trời vào không.
2. Kiểm tra hệ thống cầu chì có nhảy không.
3. Kiểm tra xem hệ thống CB có bị tác ñộng về vị trí tắt không. Nếu tất cả
ñều tốt, thì ta chỉ cần tắt công tắc PV1, PV2 ñi và sau ñó mở lại. Nếu hệ
thống vẫn không hoạt ñộng thì ta kết luận hệ thông nối lưới bị hỏng.
Hình 11: Hệ thống PV-Madicub

+ Khi ñèn Fault sáng hoặc hệ thống tải ưu tiên sẽ mất ñiện, lúc ñó ta phải
thao tác như sau:
1. Tắt tất cả các thiết bị sử dụng ñi
2. Tắt công tắc Madicub 1, 2 ñi.
3. Kiểm tra xem hệ thống tồn trữ còn ñầy hay không.
4. Kiểm tra xem hệ thống cầu chì có bị ñứt không, CB-100A trên máy có
nhảy không. Nếu tất cả vẫn còn tốt, ta chỉ việc khởi ñộng lại hệ thống
công tắc Madicub 1, Madicub 2.

HỒ SƠ PIN MẶT TRỜI & CÁCH KẾT NỐI

a. Cách nối dàn PMT

Dàn pin mặt trời (PMT) của hệ thống nới lưới PV-Madicub gồm 48 tấm PMT
175Wp tổng công suất 8.4KWp ñược chia thành 2 tổ, mỗi tổ gồm 6 kênh . Thông số
kỹ thuật và sơ ñồ bảng PMT ñược thể hiện như sau:.

Dàn PMT gồm 6 kênh ñược nối với 6 kênh nạp 48VDC. Mỗi kênh mắc song song
với 4 cụm panô PMT có công suất tổng cộng 1400Wp ñạt dòng ngắn mạch cực ñại
Isc = 20A và dòng sạc tổng cộng xấp xỉ 60Amax trên mỗi tổ.



b. Cách nối hệ tồn trữ:

Do điều kiện đặc thù của công trình là không gây ô nhiễm môi trường, không
ảnh hưởng đến sức khỏe con người và đặc biệt giảm khả năng bảo trì nên lựa chọn
các loại bình ắc qui mang ý nghóa vô cùng quan trọng. Loại ắc qui GEL sử dụng
chất điện phân như các loại bình ắc qui thông thường, tuy nhiên chất điện phân này
được pha trộn với một hoạt chất để trở nên đông đặc, dạng sệt. Loại bình ắc qui
GEL này nổi bật hơn tất cả các loại bình sử dụng chất điện phân dạng lỏng và có
độ bền cao, kín khí không cần bảo quản, tạo ít gas trong phòng chứa và không sợ rỉ
dung dụng axít. Xét về giá thành của các loại ắc qui trên cùng một trữ lượng thì giá
ắc qui Ni-Cad đắt hơn rất nhiều lần so với GEL và ắc qui thông thường. Cân bằng
giữa các chỉ tiêu kinh tế và kỹ thuật, chúng tôi đưa ra phương án lựa chọn tối ưa
nhất là loại bình GEL

c qui GEL loại 2VDC, 800Ah kín khí, không cần bảo trì đònh kỳ, không cần
thêm nước dung môi. Tuổi thọ trung bình 5 năm.

Do đặc thù đảm bảo kỹ thuật điện áp đầu vào cho thiết bò đồng bộ cho hệ
thống sạc trung tâm, bộ biến điện DC/AC điện áp đầu vào 48VDC nên số lượng
bình là 48bình.
- Hệ thống ắc qui gồm 48 bình được kết nối như sau: chia thành 2 nhóm mỗi
nhóm gồm 24 bình nối nối tiếp với điện áp 48VDC-800Ah. 02 nhóm nối song
song thành 1 tổ, có dung lượng 48VDC/1600Ah như hình sau:

c. Cách bố trí máy PV - Madicub

Hình 12
. Sơ đồ kết nối hệ thống ắc qui