Năng lượng mặt trời (tiếp theo)

408004
Năng lượng tái tạo
Giảng viên: TS. Nguyễn Quang Nam
2013 – 2014, HK1

/>
Bài giảng 5

1


Ch. 2: Năng lượng mặt trời
2.8. Hệ thống điện mặt trời hoạt động độc lập
 Ước lượng tải
 Bộ nghịch lưu và hệ điện áp
 Ắc-quy và tính toán dung lượng ắc-quy
 Tính toán lắp ghép dàn pin mặt trời
 Hệ điện mặt trời lai
Bài giảng 5

2


Hệ thống điện mặt trời hoạt động độc lập

Bài giảng 5

3


Ước lượng tải tiêu thụ

 Công việc đầu tiên của quá trình thiết kế một hệ thống
điện mặt trời.
 Sẽ có một vài bước tính lặp.
 Cần cân nhắc phụ tải nào là thiết yếu, phụ tải là xa xỉ.
 Sẽ đạt đến điểm thỏa hiệp, coi như tối ưu về cả chi phí
và nhu cầu của người sử dụng.
 Cần thông tin về cả công suất lẫn năng lượng, cùng với
biểu đồ sử dụng của tất cả phụ tải sẽ được cung cấp
điện.
Bài giảng 5

4


Ước lượng tải tiêu thụ

Bài giảng 5

5


Ước lượng tải tiêu thụ

Bài giảng 5

6


Ước lượng tải tiêu thụ

Bài giảng 5

7


Ước lượng tải tiêu thụ

Bài giảng 5

8


Ví dụ 9.14
 Ước tính nhu cầu năng lượng hàng tháng của một
cabin có toàn tải AC, bao gồm 1 tủ lạnh 19 cu. ft, 6
bóng compact 30 W dùng 5 h/ngày, một TV 19 inch
bật 3 h/ngày và nối vào một đầu thu vệ tinh, một
điện thoại không dây, một lò vi ba 1000 W dùng.6
phút/ngày, một máy giặt 250 W dùng 12 phút/ngày,
và một bơm chìm 100 ft cung cấp 120 gallon/ngày

Bài giảng 5

9


Ví dụ 9.14

Bài giảng 5

10


Bộ nghịch lưu và điện áp hệ thống
 Để ước tính công suất mà ắc-quy phải cung cấp, cần phải
xem xét hiệu suất của bộ nghịch lưu.

Bài giảng 5

11


Ví dụ 9.15
 Giả sử một tủ lạnh DC tiêu thụ 800 Wh/ngày được xem xét
để thay thế tủ lạnh AC đang tiêu thụ 1140 Wh/ngày. Ước tính
tải DC mà ắc-quy phải cung cấp nếu giả sử bộ nghịch lưu có
hiệu suất 85% được dùng khi (a) tất cả các tải dùng nguồn
AC và (b) tất cả dùng nguồn AC trừ tủ lạnh dùng nguồn DC.
Giải
 Tất cả 3109 Wh được lấy sau bộ nghịch lưu hiệu suất 85%,
tải DC mà ắc-quy phải cung cấp là

3109 Wh/ngày
tai DC =
= 3658 Wh/ngày
0,85
Bài giảng 5

12

Ví dụ 9.15
 Nếu loại bỏ tủ lạnh, tải AC còn lại

tai AC = ( 3109 − 1140) Wh/ngày = 1969 Wh/ngày
 Tải DC tương ứng là

1969 Wh/ngày
tai DC cho AC =
= 2316 Wh/ngày
0,85
 Cộng thêm với tủ lạnh DC 800 Wh/ngày

tai DC tong = ( 2316 + 800 ) Wh/ngày = 3116 Wh/ngày
 Cắt giảm được 15% nhu cầu năng lượng.
Bài giảng 5

13


Ví dụ 9.15

Bài giảng 5

14


Điện áp hệ thống
 Công suất của bộ nghịch lưu có thể được xác định từ tổng
nhu cầu công suất của các tải sẽ đồng thời làm việc.

 Công suất này sẽ giúp lựa chọn điện áp DC cho hệ thống
nếu giả sử dòng điện cực đại mong đợi là 100 A.

Bài giảng 5

15


Nhu cầu công suất liên tục cực đại
 Giả sử các phụ tải được sử dụng đồng thời, bộ nghịch lưu
phải có khả năng cung cấp nhu cầu công suất ở điều kiện
này. Bảng dưới đây tính toán cho ví dụ 9.14.

Bài giảng 5

16


Nhu cầu công suất đỉnh cực đại
 Ngoài ra, bộ nghịch
lưu cũng cần có đủ
khả năng cung cấp
công suất đỉnh cực đại
mà phụ tải yêu cầu
(các tải động cơ sẽ
làm tăng giá trị này).

Bài giảng 5

17

Ắc-quy
 Các hệ thống điện mặt trời độc lập hiển nhiên cần một
thiết bị lưu trữ năng lượng.
 Tồn tại nhiều công nghệ: bánh đà, khí nén, hydro, …
 Ắc-quy chì axit vẫn là công nghệ hợp lý nhất ở thời
điểm hiện tại, so với các công nghệ khác (kể cả ắc-quy
khác như NiCd, NiMH, Li-ion, Li-Po, kền-kẽm, …)
 Ắc-quy chì axit được phân thành 3 loại: ắc-quy thường
(khởi động, thắp sáng, và đánh lửa), xả sâu giá hạ, và
xả sâu tuổi thọ cao.
Bài giảng 5

18


Ắc-quy
 So sánh tạm giữa các công nghệ ắc-quy.

Bài giảng 5

19


Độ sâu phóng điện và tuổi thọ
 Độ sâu phóng điện và tuổi thọ tỷ lệ nghịch.

Bài giảng 5

20


Phản ứng hóa học
 Khi phóng điện, các phản ứng sau diễn ra:
Cực dương
Cực âm

PbO 2 + 4H + + SO 24− + 2e − → PbSO 4 + 2H 2 O

Pb + SO 24− → PbSO 4 + 2e −

 Khi nạp điện, các phản ứng sau diễn ra:
Cực dương
Cực âm

PbSO 4 + 2H 2 O → PbO 2 + 4H + + SO 24− + 2e −

PbSO 4 + 2e − → Pb + SO 24−

 Chú ý: quy ước đặt tên anode và cathode dựa theo chế độ
phóng điện (electron chạy từ anode vào mạch điện).
Bài giảng 5

21


Nhiệt độ thấp
 Nhiệt độ quá thấp làm giảm khả năng phóng điện của ắc-quy

Bài giảng 5

22


Ắc-quy chì axit
 Khi xả sâu, dung dịch hầu như là nước, dễ bị đông hơn.
 Đồng thời, lớp PbSO4 làm giảm diện tích điện cực, tăng điện
trở nội của ắc-quy.
 Khối lượng riêng của ắc-quy giảm.

Bài giảng 5

23


Ắc-quy chì axit
 Điện áp và tỷ trọng theo điện lượng.

Bài giảng 5

24


Dung lượng ắc-quy
 Dung lượng của ắc-quy tăng khi dòng phóng giảm.
 Nhiệt độ thấp làm giảm dung lượng ắc-quy.
 Dung lượng được định mức theo dòng phóng C/20 ở 25 °C.

Bài giảng 5

25