Tính toán thiết kế hệ thống năng lượng mặt trời sử dụng cho trạm sạc xe điện

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

NGUYỄN HỮU NHƯ DANH

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG
NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI SỬ DỤNG
CHO TRẠM SẠC XE ĐIỆN

Chuyên ngành: Kỹ thuật điện
Mã số: 60.52.02.02

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ
KỸ THUẬT ĐIỆN

Đà Nẵng – Năm 2017


Công trình được hoàn thành tại
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Người hướng dẫn khoa học: TS. LƯU NGỌC AN

Phản biện 1: TS. Trịnh Trung Hiếu
Phản biện 2: TS. Lê Kỷ

Luận văn đã được bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt
nghiệp thạc sĩ kỹ thuật điện họp tại Trường Đại học Bách Khoa
ngày 13 tháng 5 năm 2017.

Có thể tìm hiểu luận văn tại:

- Trung tâm học liệu, Đại học Đà Nẵng tại Trường Đại học
Bách Khoa.
- Thư viện Khoa Điện, Trường Đại học Bách Khoa – Đại học
Đà Nẵng.


1

MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Năng lượng tái tạo trong đó có năng lượng mặt trời đang được
nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực đem lại những
lợi ích vô cùng to lớn.
Công nghệ ô tô điện sử dụng năng lượng điện sẽ thay thế cho
các loại ô tô sử dụng nguồn năng lượng hóa thạch đang là xu hướng
tất yếu hiện nay của con người. Hiện nay, công nghệ ô tô điện đang
phát triển nhanh chóng và trong tương lai gần sẽ thay thế hoàn toàn
các dạng ô tô truyền thống.
2. Mục tiêu nghiên cứu
Từ những lý do trên, đề tài đặt ra mục tiêu chính là “Tính toán
thiết kế Hệ thống năng lượng mặt trời sử dụng cho trạm sạc xe điện”
nhằm góp phần thúc đẩy việc nghiên cứu và sử dụng năng lượng mặt
trời trong các ứng dụng hàng ngày của con người.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu là hệ thống pin năng lượng mặt trời
cung cấp cho trạm sạc xe điện.
Phạm vi nghiên cứu
+ Đặc tính làm việc của hệ thống pin năng lượng mặt trời
+ Các thông số cơ bản của hệ thống pin năng lượng mặt trời
+ Mô phỏng hệ thống pin năng lượng mặt trời và hoạt động của

trạm sạc xe điện phần mềm PV*SOL Premium 2017 chuyên dụng
4. Phương pháp nghiên cứu
Để giải quyết các mục tiêu nêu trên, luận văn đưa ra phương
pháp nghiên cứu như sau:
- Nghiên cứu lý thuyết: các lý thuyết về năng lượng mặt trời,
cấu tạo, nguyên lý làm làm việc của hệ thống pin mặt trời


2
-Xây dựng hệ thống pin năng lượng mặt trời cung cấp cho một
trạm sạc xe điện cụ thể
- Mô phỏng hoạt động hệ thống pin năng lượng mặt trời và
trạm sạc xe điện phần mềm PV*SOL Premium 2017 chuyên dụng
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Ý nghĩa khoa học: Ứng dụng được công nghệ mới vào sản
xuất, góp phần phát triền năng lượng mặt trời, là nguồn năng lượng
tái tạo, sạch và được nhà nước khuyến khích đầu tư.Thiết kế, tính
toán, mô phỏng được sự hoạt động của hệ thống pin năng lượng mặt
trời và hoạt động của trạm sạc xe điện, từ đó có cơ sở đánh giá tính
hiệu quả về mặt kinh tế và kỹ thuật của hệ thống trước khi đầu tư xây
dựng.
Tính thực tiễn: Góp phần phát triển trạm sạc xe điện sử dụng
năng lượng mặt trời, ứng dụng các loại xe điện vào thực tế cuộc sống.
6. Bố cục đềtài
Mở đầu.
Chương 1: Tổng quan về năng lượng mặt trời và hệ thống pin
năng lượng mặt trời
Chương 2: Nguyên lý hoạt động của Trạm sạc xe điện
Chương 3: Khảo sát tiềm năng điện mặt trời tại Đà Nẵng và
xây dựng hệ thống pin năng lượng mặt trời cung cấp cho trạm sạc xe

điện
Chương 4: Thiết kế, tính toán và mô phỏng hoạt động của hệ
thống pin năng lượng mặt trời và trạm sạc xe điện bằng phần mềm
PV*SOL Premium 2017 chuyên dụng
Kết luận và kiến nghị.


3

Chương 1 - TỔNG QUAN VỀ NĂNG LƯỢNG MẶTTRỜI
VÀ HỆ THỐNG PIN NĂNGLƯỢNG MẶT TRỜI
1.1.TỔNG QUAN VỀ NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI
1.1.1.Nguồn năng lượng mặt trời
1.1.1.1.Bức xạ mặt trời
Có 2 loại bức xạ mặt trời: bức xạ mặt trời đến bên ngoài bầu
khí quyển và bức xạ mặt trời đến trên mặt đất.
1.1.1.2. Nguồn gốc năng lượng mặt trời
Năng lượng mặt trời có vai trò quan trọng đối với sự tồn tại và
tồn tại và phát triển của các yến tố sự sống trên trái đất.
1.1.2. Tổng quan các công nghệ khai thác và sử dụng năng
lượng mặt trời
1.1.2.1. Quá trình phát triển và triển khai ứng dụng năng
lượng mặt trời
Nhờ sự phát triển của khoa học công nghệ nên hiện nay con
người đã biết khai thác NLMT một cách hiệu quả và chủ động hơn
nhờ các công nghệ hiện đại.
1.1.2.2. Tình hình ứng dụng năng lượng mặt trời trên thế giới
Tới nay, rất nhiều quốc gia đã nghiên cứu và đang ứng dụng
thành công nguồn NLMT trong nhiều lĩnh vực của đời sống.
1.2. CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA PIN

MẶT TRỜI
1.2.1. Cấu tạo của pin mặt trời
Một lớp tiếp xúc bán dẫn p – n có khả năng biến đổi trực tiếp
năng lượng bức xạ mặt trời thành điện năng nhờ hiệu ứng quan điện
bên trong gọi là pin mặt trời. Pin mặt trời được sản xuất và ứng dụng
phổ biến hiện nay là các pin mặt trời được chế tạo từ vật liệu tinh thể
bán dẫn silicon (Si) có hóa trị 4.


4

1.2.2. Nguyên lý hoạt động của pin mặt trời
1.2.2.1. Hiện tượng quang điện
Hiệu ứng quang điện được phát hiện đầu tiên năm 1839 bởi
nhà vật lý Pháp Alexandre Edmond Becquerel. Tuy nhiên tới năm
1883 thì một pin mặt trời mới tạo thành bởi Charles Fritts, ông phủ
lên mặt bán dẫn selen một lớp cực mỏng vàng để tạo nên mạch nối.
1.2.2.2. Nguyên lý hoạt động của pin mặt trời
Nguyên lý hoạt động của pin mặt trời chính là hiện tượng
quang điện xảy ra trên lớp tiếp xúc p-n
1.2.3. Đặc tính làm việc của pin mặt trời
1.2.3.1.Mạch điện tương đương
Khi được chiếu sáng, nếu ta nối các bán dẫn p và n của một
tiếp xúc p-n bằng một dây dẫn, thì pin mặt trời phát ra một dòng
quang điện Iph.Vì vậy pin mặt trời có thể xem như một nguồn dòng.
1.2.3.2. Điểm làm việc cựcđại
1.2.4. Dàn pin mặt trời
1.3.ẮC QUY (HỆ THỐNG DỰ TRỮ ĐIỆN NĂNG)
1.3.1. Cấu tạo của ắc quy
1.3.2. Các phương pháp phóng và nạp ắc quy

1.3.2.1. Phóng điện ắc quy
Phóng điện có thể tiến hành vào bất kỳ thời điểm nào và bất kỳ
dòng điện nào nhỏ hơn trị số ghi trong bảng chỉ dẫn của nhà chế tạo.
1.3.2.2. Nạp điện ắc quy
Việc nạp ắc quy lần sau được tiến hành sau khi phóng thử dung
lượng ắc quy nhưng không được quá 12 giờ tính từ lúc ngừng phóng.
1.3.3. Các chế độ vận hành ắc quy
1.3.3.1.Chế độ phụ nạp thường xuyên
1.3.3.2. Chế độ phóng nạp xen kẽ


5

1.4. HỆ THỐNG ĐIỀU PHỐI ĐIỆN MẶT TRỜI
1.4.1. Bộ điều khiển sạc
Bộ điều khiển sạc năng lượng mặt trời là thiết bị thực hiện
chức năng điều tiết sạc cho ắc-quy, bảo vệ cho ắc-quy chống nạp quá
tải và xả quá sâu nhằm nâng cao tuổi thọ của bình ắc-quy, và giúp hệ
thống pin mặt trời sử dụng hiệu quả và lâu dài.
1.4.1. Bộ nghịch lưu
DC-AC Inverter là thiết bị nghịch lưu, chuyển đổi dòng điện
một chiều từ ắc quy (hoặc tấm pin) thành dòng điện xoay chiều cho
tải. Tùy theo nhu cầu mà Inverter được thiết kế với các cấp công suất
khác nhau.
1.5. CÁC MÔ HÌNH CƠ BẢN CỦA HỆ THỐNG PIN MẶT TRỜI
1.5.1. Vận hành độc lập với lưới (Off Grid)
1.5.2. Vận hành kiểu lai (Hybrid)
1.5.3. Vận hành kết nối với lưới điện (grid tie)
1.6. KẾT LUẬN CHƯƠNG 2.
Một hệ thống điện pin mặt trời cơ bản gồm có ba thành phần là:

- Dàn pin mặt trời (nguồn điện)
- Dàn ắc quy (dự trữ điện năng)
- Hệ thống điều phối điện năng
Có ba mô hình vận hành cơ bản của hệ thống pin năng lượng
mặt trời là
- Mô hình vận hành độc lập
- Mô hình vận hành kiểu lai
- Mô hình vận hành kết nối lưới điện
Tùy theo yêu cầu và điều kiện cụ thể tại nơi lắp đặt mà ta chọn
mô hình vận hành của hệ thống điện pin mặt trời thích hợp, để từ đó
tính toán và thiết kế hệ thống.


6

Chương 2 - NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦATRẠM SẠC
XE ĐIỆN
2.1. TỔNG QUAN VỀ XE ĐIỆN
Hiện nay có bốn loại xe điện chính (EV- Electric Vehicles): xe
điện lai (HEV - Hybrid Electric Vehicles ), xe hybrid lai (PHEV Plug-in Hybrids Electric Vehicles), xe điện chạy bằng pin (BEV Battery Electric Vehicles) và các loại xe điện có tầm hoạt động xa
(EREV - Ex tended Range Electric Vehicles).
2.1.1. Xe điện lai (HEV - Hybrid Electric Vehicles )
2.1.2. Xe điện hỗn hợp (PHEV - Plug-in Hybrids Electric
Vehicles)
2.1.3. Xe điện chạy hoàn toàn bằng pin (BEV - Battery
Electric Vehicles)
2.1.4. Xe điện có tầm xa hoạt động xa (EREV - Ex tended
Range Electric Vehicles).
2.2. CÁC CHẾ ĐỘ SẠC
Tiêu chuẩn SAE J1772 hiện tại định nghĩa có sáu mức sạc cho

xe điện. Tuy nhiên, phổ biến nhất là ba mức sạc hiện đang được sử
dụng rộng rãi cho xe điện (xem Bảng 2.1). Cấp 1 hoạt động ở mức
120 VAC, trong khi Cấp 2 sử dụng 208 hoặc 240 V AC và việc sạc
nhanh đòi hỏi 200 đến 450 VDC.
2.2.1. Sạc ở Cấp 1 – 120V AC
Tất cả các dòng xe điện đều được trang bị bộ sạc ở Cấp 1 , có
thể được cắm vào ổ cắm điện thông thường (CSA 5-15R *). Điều này
có ưu điểm là không đòi hỏi bất kỳ cài đặt nào thêm hoặc chi phí liên
quan đến kết nối bộ sạc ở mức1. Bộ sạc ở mức 1 120-AC được tìm
thấy ở trong tất cả các dòng xe điện hiện tại


7

2.2.2. Sạc ở Cấp 2 – 208 VAC đến 240 VAC
Thời gian sạc ở các trạm sạc Cấp 2 có thể bị giới hạn bởi các
thông số kỹ thuật của bộ sạc trên xe và trạng thái của pin, bất kể công
suất định mức của trạm sạc là bao nhiêu. Trong tương lai gần, công
suất sạc dự kiến sẽ tăng lên. Chẳng hạn, Tesla đã cung cấp bộ sạc 10
kW và 20 kW. Ngược lại, thời gian sạc EV cũng có thể bị giới hạn
bởi mức công suất của trạm sạc
2.2.3. Sạc ở Cấp 3 – 200 VDC đến 450 VDC
Sạc nhanh ở cấp 3 được quy định bởi tiêu chuẩn Bắc Âu SAE
J1772 Combo và tiêu chuẩn JEVS G105-1993 * của Nhật Bản. Các
trạm sạc nhanh ở cấp 3 thường hỗ trợ bởi cả hai tiêu chuẩn trên. Tất
cả các nhà sản xuất ô tô tuân thủ một trong các tiêu chuẩn này, ngoại
trừ Tesla, Tesla đã phát triển một trạm sạc nhanh vớihiệu năng cao
hơn, nhưng yêu cầu sử dụng một bộ chuyển đổi CHAdeMO như là
một lựa chọn tất yếu.
2.3. TRẠM SẠC XE ĐIỆN

Một trạm sạc xe điện thường ở dạng kết nối trực tiếp với bảng
phân phối điện, hoặc đôi khi với chỉ với ổ cắm điện. Nó có một hoặc
nhiều cáp sạc được trang bị đầu nối tương tự như vòi bơm xăng và
được sử dụng theo cách tương tự như vậy.
2.3.1. Tiêu chuẩn an toàn
2.3.1.1. Thiết bị đảm bảo an toàn trong trạm sạc xe điện
Để đảm bảo an toàn cho người sử dụng, tất cả các trạm sạc
được trang bị một máy dò lỗi chạm đất để giảm nguy cơ điện giật.
2.3.1.2. Tiêu chuẩn chứng nhận thiết bị điện
Giống như tất cả các thiết bị điện khác, các thiết bị trong trạm
sạc xe điện phải tuân thủ các tiêu chuẩn an toàn


8

2.4.TIÊU CHUẨN THIẾT KẾ
2.4.1. Chuẩn SAE J1772 - sạc bằng dòng xoay chiều - AC
Thực tê,sạc ở cấp 1 không yêu cầu một trạm sạc đặc biệt. Nó
sử dụng cáp điện sử dụng cho sạc ở Cấp 1
2.4.1.2.Yêu cầu chủa chuẩn SAE J1772
2.4.1.3. Hoạt động của một trạm sạc xe điện sử dụng tiêu
chuẩn SAE J1772
2.4.2. Chuẩn SAE J1772 –Sạc nhanh bằng dòng điện một
chiều - DC
Về cơ bản, Sạc bằng dòng điện một chiều - DC khác với việc
sạc bằng dòng xoay chiều AC vì nó sử dụng bộ sạc được tích hợp
sẵntrong trạm sạc xe điện thay vì bộ sạc trên xe điện và yêu cầu phải
có công suất sạc cao hơn nhiều.
2.4.3.Tiêu chuẩn SAE J1772 Combo
Các yêu cầu cho tiêu chuẩn J1772 Combo phức tạp hơn nhiều

so với các tiêu chuẩn còn lại.
Đầu sạc nhanh Cấp 2 SAE J 1772 được trang bị một phích cắm
kết hợp sử dụng cách chân từ đầu nối chuẩn J 1772 (AC), cộng với
hai chân nguồn bổ sung cho dòng điện 200 A.
2.4.4. Tiêu chuẩn CHAdeMO –Sạc nhanh ở dòng điện một chiều
Tổ hợp CHAdeMO của Nhật Bản đã phát triển một tiêu chuẩn
quy định về kế của ổ cắm trên xe điện và đầu sạc trong trong trạm
sạc, giao thức truyền thông giữa trạm sạc và xe điện, cũng như công
suất cả trạm sạc nhanh sử dụng dòng điện một chiều.
2.4.4.1.Tiêu chuẩn CHAdeMO
Tiêu chuẩn CHAdeMO đưa ra các yêu cầu về an toàn đơn giản
nhưng nghiêm ngặt để đảm bảo không xảy ra chạm chập điện trong
suốt quá trìnhsạc ở mọi thời điểm.


9

2.4.4.2. Cách thức vận hành của trạm sạc sử dụng tiêu
chuẩn CHAdeMO
Các trạm sạc CHAdeMO sử dụng dòng điện một chiều ở Cấp 2
được trang bị một phích cắm CHAdeMO được thiết kế chỉ cho việc
sạc dòng điện một chiều.
2.4.5. Trạm sạc siêu nhanh của hãng Tesla
Hiện nay không có tiêu chuẩn phổ biến cho trạm sạc siêu
nhanh.Tính năng nổi trội của của các kết nối dựa trên tiêu chuẩn Tesla
là chúng tự động hỗ trợ cả tính năng sạc bằng dòng xoay chiều AC và
sạc bằng dòng điện một chiều DC. Giống như các trạm sạc theo chuẩn
được giới thiệuở trên, các trạm sử dụng tiêu chuẩn Tesla bắt đầu việc
sạc chỉ khi đầu sạc được được cắm vào ổ cắm trên xe điện và truyền
thông hai chiều đã được thiết lập giữa trạm sạc và xe điện.

10

Chương 3 - KHẢO SÁT TIỀM NĂNG ĐIỆN MẶT TRỜI
TẠI ĐÀ NẴNG VÀ XÂY DỰNG HỆ THỐNGPIN MẶT
TRỜI CẤP ĐIỆNCHO TRẠM SẠC XE ĐIỆN
3.1.TIỀM NĂNG ĐIỆN MẶT TRỜI Ở ĐÀ NẴNG
Theo số liệu tính toán đánh giá tại khu vực thành phố Đà Nẵng
có tiềm năng năng lượng mặt trời khá lớn, cường độ bức xạ tổng
cộng hàng năm đạt 1710 KWh/m2 (4,89 KWh/m2.ngày) .Việc ứng
dụngnăng lượng mặt trời vào xây dựng trạm sạc xe điện tại thành phố
Đà Nẵng là phù hợp.
3.2.VỊ TRÍ XÂY DỰNG TRẠM SẠC XE ĐIỆN
3.3.XÂY DỰNG HỆ THỐNG PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI
CẤP ĐIỆN CHO TRẠM SẠC XE ĐIỆN TẠI CÔNG VIÊN
BIỂN ĐÔNG
3.3.1. Một số yêu cầu cơ bản của hệ thống
3.3.2. Mô hình của trạm sạc xe điện sử dụng hệ thống pin
năng lượng mặt trời.
3.3.3. Cơ sở tính toán các thông số của trạm sạc
3.3.3.1. Tính toán sản lượng điện mà phụ tải yêu cầu
Sản lượng điện của phụ tải tính theo ngày (Ang) có thể được
tính theo công thức:
Ang = ∑𝑛𝑖=1 P𝑖T𝑖
Trong đó: Pi: là công suất sạc của 1 xe điện/ 1 giờ
Ti: là số giờ sạc trung bình của 1 xe điện / 1 ngày
3.3.3.2. Tính toán lượng điện năng hàng ngày dàn pin năng
lượng mặt trời cung cấp cho trạm sạc xe điện
Năng lượng điện hàng ngày dàn pin năng lượng mặt trời cung

cấp cho trạm sạc xe điện (Atr) được xác định theo công thức:
Atr=Ang/ µ


11

3.3.3.3. Tính công suất dàn pin mặt trời
Công suất dàn pin mặt trời tính ra Wp sẽ là:
Pwp = Ac.Ech /Etbng
Khi đó dung lượng của dàn pin có kể đến hiệu ứng nhiệt độ
Pwp,T được tính như sau:
Pwp,T=Pwp/[ 1+Pc(T-Tch)]
Trong đó : T là nhiệt độ làm việc thường xuyên của pin
Pc là hệ số nhiệt độ của pin
3.3.3.4. Tính số module mắc song song và nối tiếp
Số module cần phải dùng cho hệ thống được tính từ tỷ số
N= K.Pwp,T/Pm
Trong đó : Pm là công suất đầu ra của một tấm pin NLMT
Số module mắc nối tiếp trong mỗi dãy được xác đinh từ điện
áp yêu cầu của hệ V:
Nnt=V/Vm
Trong đó : V là điện áp yêu cầu của hệ pin NLMT
Vm là điện áp đầu ra một tấm pin NLMT
Số module mắc nối song song được xác định như sau:
Nss=N/Nnt
Tính dung lượng bộ ắc quy (tính theo Ah)
C = Ang.0,3/(Va.nb.DOD)
Với Vb là điện áp của mỗi bình ắc quy, thì số bình mắc nối
tiếp trong một dãy sẽ là:
Nnt=Va/Vb

Nếu mỗi bình có dung lượng là Cb (tính ra Ah), số dãy bình
mắc song song là:
Nss=C/Cb
Tổng số bình ắc quy được xác định như sau


12

N=Nnt.Nss= (Va/Vb)/( C/Cb)
3.3.3.5. Tính thông số của bộ điều phối điện năng
Công suất bộ biến đổi DC-DC và bộ điều khiển sạc được chọn
theo công suất Pmax của dàn pin, công suất bộ biến đổi DC-AC được
chọn theo công suất của tải max (khoảng từ 1,3-1,5 công suất tải
Max)
3.3.3.6. Điện áp làm việc của bộ điều phối điện năng
Do điện áp trong hệ thống pin mặt trời thay đổi theo cường độ
bức xạ và trạng thái nạp của ắc quy nên các điên áp làm việc của bộ
điều phối điện năng thiết kếphải làm việc trong một dải điện áp tương
đối rộng.Thường điện áp làm việc nằm trong khoảng (0,8 đến 1,2 )
lần điện áp của hệ pin mặt trời.
Ngoài ra, để có thể nạp điện cho ắc quy theo các chế độ khác
nhau thì điện áp ra max của bộ điều khiển sạc phải đạt từ mức (1,2
đến 1,25) lần điện áp định mức của bộ ắc quy.
3.3.4. Chọn loại pin mặt trời và lựa chọn các thông số cụ
thể của hệ thống pin năng lượng mặt trời
3.3.4.1. Chọn pin năng lượng mặt trời
Qua tham khảo thực tế thị trường pin NLMT tại Việt Nam, và
so sánh với một số hãng khác, hãng Canadian Solar được lựa chọn
phù hợp với môi trường lắp đặt gần biển như trong đề tài. Tác giả
kiến nghị sử dụng Model CS6P-265 của hãng Canadian Solar

3.3.4.2. Tính chọn các thông số cụ thể của hệ thống pin năng
lượng mặt trời
Sau khi tính toán theo các công thức đã được trình bày ở mục
3.3.3, ta cs được các thông số cơ bản của hệ thống như sau:
Thông số
Năng lượng phụ tải

Đơn vị tính

Trạm sạc xe điện

kWh/ngày

96,2


13

Công suất tấm pin

Wp

265

Số lượng tấm pin

Tấm

120

Số Area

vùng

4

Số lượng phân chia theo Area

Tấm

30

Công suất dàn pin

kWp

31,8

Ah

65

điện áp một bình ắc quy

VDC

12

Số lượng bình ắc quy

bình

54

VDC

72

khiển sạc

kW

36

Công suất bộ DC-AC

kW

58

Dung lượng 1 bình ắc quy

Điện áp định mức của dàn ắc
quy
Công suất bộ DC-DC và điều

Vin và Vout bộ DC-DC

(244,8 VDC

367,2)/(84-380)

Vin và Vout bộ DC-AC

VDC/VAC

380/220

Diện tích lắp đặt dàn pin

m2

193

3.4. ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ CỦA DỰ ÁN HỆ THỐNG PIN
NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI CẤP ĐIỆN CHO TRẠM SẠC XE
ĐIỆN
Hiện tại chưa có dự án xây dựng quy mô về hệ thống pin năng
lượng mặt trời cấp điện cho trạm sạc xe điện ở Đà Nẵng nói riêng và
ở Việt Nam nói chung. Trên cơ sở tham khảo giá thị trường và dự
toán xây dựng, vận hành, bảo trì một số hệ thống pin năng lượng mặt
trời và trạm sạc xe điện ở trong nước và một số nước tiên tiến trên


14

thế giới. Tác giả đã tính toán được sơ bộ chi phí xây dựng, vận hành,
bảo trì hệ thống.
3.5. KẾT LUẬN CHƯƠNG 3
Với vị trí địa lý và tiềm năng về năng lượng mặt trời của thành

phố Đà Nẵng là rất lớn, tuy nhiên các dự án NLMT vẫn chưa được
chú ý phát triển, hầu hết chỉ ở quy mô nhỏ và tập trung chủ yếu vào
khai thác nhiệt năng từ NLMT.
Trong chương 3 này, tác giả đã tính toán được các thông số cơ
bản, đồng thời đề xuất địa điểm xây dựng trạm sạc xe điện sử dụng
hệ thống pin NLMT. Tác giả lược bỏ phần tính toán chi phí xây
dựng và tập trung vào mặt thiết kế kỹ thuật, vì thiết nghĩ đề tài ứng
dụng NLMT để xây dựng trạm sạc xe điện phục vụ mục đích du lịch
là góp phần nâng cao nhận thức của nhân dân và các nhà đầu tư và
trong việc ứng dụng NLMT vào đời sống và sản xuất kinh doanh.


15

Chương 4 - THIẾT KẾ, TÍNH TOÁN VÀ MÔ
PHỎNGHOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG PIN NĂNG
LƯỢNG MẶT TRỜI VÀ TRẠM SẠC XE ĐIỆN
4.1. PHẦN MỀM PV*SOL PREMIUM R8 2017
4.1.1. Giới thiệu sơ lược về phần mềm
Trong phạm vi của để tài, tác giả đã tìm hiểu và ứng dụng phần
mềm PV*SOL Premium R8 2017 vào việc thiết kế, tính toán và mô
phỏng hoạt động của hệ thống pin NLMT và trạm sạc xe điện. Đây
làm một phần mềm được viết bởi Công ty Valentin của Mỹ; phần
mềm có đầy đủ các tính năng và nguồn cơ sở dữ liệu phục vụ cho
nhiều công tác khác nhau.
4.1.2 Các chức năng chính của phần mềm
Thanh công cụ hiển thị các tùy chọn công việc của phần mềm,
cụ thể:
4.1.2.1. Tùy chọn loại hình cần mô phỏng (System Type,
Climate and Grid)

4.1.2.2. Chọn phụ tải của hệ thống (Consumption)
4.1.2.3. Chọn hệ thống pin NLMT (PV Modules)
4.1.2.4. Lựa chọn hệ thống pin dự trữ (Battery System)
4.1.2.5. Chọn hệ thống Inverter
4.1.2.6.Lựa chọn cấu hình xe điện cần mô phỏng
Trong các chế độ mô phỏng hoạt động của hệ thống pin năng
lượng mặt trời, có 2 chế độ :
+ Chế độ mặc định:
+ Chế độ tối ưu hóa PV:
4.1.2.7. Lựa chọn sơ đồ nối dây và loại cáp điện sử dụng
4.1.2.8. Sơ đồ nguyên lý của hệ thống mô phỏng (Simulation
of Diagram)


16

4.1.2.9.Kết quả mô phỏng (Results of Simulation)
4.2.KHẢO SÁT SỰ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG PIN
NLMT VÀ TRẠM SẠC XE ĐIỆN.
4.2.1. Thông số dùng để nhập dữ liệu phần mềm
4.2.1.1. Cơ sở dữ liệu về cường độ bức xạ của phần mềm
Phần mềm PV*SOL Premium 2017 đã có đầy đủ cơ sở dữ liệu
về các thông số cường độ bức xạ theo thời gian trong ngày, tháng,
năm. Trong phần mềm có cơ sở dữ liệu về thành phố Đà Nẵng.
4.2.1.2. Biểu đồ phụ tải trong ngày
Để có cơ sở tính toán biểu đồ phụ tải trong ngày ta sử dụng lại
bảng tính phụ tải được sử dụng ở chương 3 (bảng 3.5). Vì phụ tải
trong trường hợp này là xe điện nên để đơn giản hóa ta tính phụ tải
trung bình trong một giờ (ptb).
Trong đó Ptb được tính theo công thức sau:

Ptb = Pmax / Thđ = 96,2 / 15 = 6,41 [kW]
Phụ tải Ptb là lượng công suất trung bình mà xe điện sạc ở trạm
sử dụng trong một giở, bắt đầu từ 6 giờ sáng đến 21 giờ tối, không
phân biệt điều kiện thời tiết và áp dụng cho tất cả các mùa trong
năm.
4.2.1.3. Các thông số khác
Sử dụng Inverter: MPI -3000 của hãng MPP Solar
Sử dụng hệ pin MPS Hybird 34kW của hãng Mercedes Power
Solution
4.2.2. Sơ đồ mô phỏng
Dựa trên cơ sở dữ liệu đầu vào đã trình bày ở mục 4.2.1, ta tiến
hành nhập thông số các thiết bị vào các mục tương ứng trong phần
mềm. Ta tiến hành mô phỏng bằng chức năng “Results”, chức năng
Charging mode: Chọn Standard và PV Optimized để so sánh


17

4.2.3. Kết quả mô phỏng
4.2.3.1.Kết quả mô phỏng đối với cả năm: Chế độ sạc mặc
định
a) Biểu đồ sử dụng năng lượng mặt trời.

Hình 4.7. Biểu đồ phân bố năng lượng mặt trời cả năm
Bảng 4.1. Kết quả mô phỏng đối với cả năm, chế độ sạc mặc định
PV
Generator
Energy
(AC grid)

Grid Feedin

Battery
Charge

Charge of
the electric
vehicle

Month

kWh

kWh

kWh

kWh

Jan
Feb
Mar
Apr
May
Jun
Jul
Aug
Sep
Oct
Nov

2.280
2.723
3.158
3.165
3.235
2.987
3.096
3.218
2.700
2.757
2.454

253
318
406
362
291
204
215
355
273
365
231

476
680
783
845
890

815
830
859
662
633
617

1.551
1.726
1.969
1.959
2.054
1.968
2.051
2.003
1.765
1.759
1.606


18

Dec
Sum

2.032
33.804

139
3.411

380
8.469

1.513
21.925

b) Biểu đồ phân bố năng lượng được sử dụng.

Hình 4.8. Biểu đồ phân bố năng lượng được sử dụng
Bảng 4.2. Kết quả mô phỏng phân bố năng lượng được sử dụng
Charge of the
electric
vehicle (PV
System)
Month
Jan
Feb
Mar
Apr
May
Jun
Jul
Aug
Sep
Oct
Nov
Dec
Sum

kWh
1.551
1.726
1.969
1.959
2.054
1.968
2.051
2.003
1.765
1.759
1.606
1.513
21.925

Charge of the
electric
vehicle (un
direct from
PV System)
kWh
1.433
771
769
632
610
662
619
680
978

1.115
1.159
1.569
10.995

Dischar
ging
from
Battery

Charge of
the electric
vehicle
(Grid)

kWh
476
680
783
845
890
815
830
859
662
633
617
380
8.469

kWh
956
91
-14
-213
-280
-153
-211
-180
316
482
542
1.189
2.526


19

c) Dự báo sản lượng điện tiêu thụ

Hình 4.9. Biểu đồ phân bố năng lượng được sử dụng
Bảng 4.3. Kết quả mô phỏng dự báo năng lượng điện tiêu thụ
PV
Generat
or
Energy
(AC
grid)
Month

Charge
of the
electric
vehicle
(un
direct
from PV
System)

Charge
of the
electric
vehicle
(Grid)

Battery
Charge

Charge
of the
electric
vehicle

Grid
Feedin

Charge
of the
electric
vehicle

(PV
System)

kWh

kWh

kWh

kWh

kWh

kWh

kWh

Jan

2.280

-485

-3.401

-253

1.542

1.444

958

Feb

2.723

-696

-3.063

-318

1.709

788

92

Mar

3.158

-804

-3.391

-406

1.948

791

-13

Apr

3.165

-864

-3.282

-362

1.940

652

-212

May

3.235

-898

-3.391

-291

2.047

619

-279

Jun

2.987

-844

-3.282

-204

1.939

692

-152

Jul

3.096

-854

-3.391

-215

2.027

645

-209

Aug

3.218

-874

-3.391

-355

1.989

694

-179

Sep

2.700

-671

-3.282

-273

1.756

988

317

Oct

2.757

-641

-3.391

-365

1.751

1.124

483

Nov

2.454

-637

-3.282

-231

1.586

1.181

545

Dec

2.032

-381

-3.391

-139

1.512

1.574

1.193

Sum

33.804

-8.647

-39.935

-3.411

21.746

11.191

2.544


20

4.2.3.2. Khảo sát sự hoạt động của trạm trong ngày trời nắng
lớn. Chế độ sạc mặc định

Hình 4.10. Biểu đồ phân bố năng lượng mặt trời trong ngày nắng lớn
+ Sản lượng điện hệ thống pin NLMT phát ra (sau khi đã trừ đi
tổn thất) :
Epv=113,4

[kwh]

+ Sản lượng điện dàn ắc quy nạp (sau khi đã trừ đi tổn thất) :
EC =34,01

[kwh]

+ Sản lượng điện mà xe điện sạc trực tiếp từ hệ thống pin
NLMT (sau khi đã trừ đi tổn thất) :
EEV =68,216

[kwh]

+ Sản lượng điện mà xe điện sạc từ hệ thống lưới điện (sau khi đã
trừ đi tổn thất) :
EEV-Grid=7,166

[kwh]

4.2.3.3. Khảo sát sự hoạt động của trạm trong ngày có cường
độ bức xạ thấp. Chế độ sạc mặc định


21

Hình 4.11. Biểu đồ phân bố năng lượng mặt trời trong ngày có
cường độ bức xạ thấp
+ Sản lượng điện hệ thống pin NLMT phát ra (sau khi đã trừ đi
tổn thất) :
Epv = 84,17

[kwh]

+ Sản lượng điện dàn ắc quy có thể nạp (sau khi đã trừ đi tổn

thất) :
Ec = 26,347

[kwh]

+ Sản lượng điện mà xe điện sạc trực tiếp từ hệ thống pin
NLMT (sau khi đã trừ đi tổn thất) :
EEV =49,83

[kwh]

+ Sản lượng điện mà xe điện sạc từ hệ thống lưới điện (sau khi đã
trừ đi tổn thất):
EEV-Grid=29,389

[kwh]

4.2.4. Nhận xét
Từ kết quả mô phỏng hệ thống pin NLMT ở mục 4.2.3 Tác giả
có nhận xét như sau:
Trong trường hợp (b), nhu cầu phụ tải rất cao, điện năng do hệ
pin có thể phát đủ công suất cung cấp cho nhu cầu sạc của xe điện,


22

điện năng của dàn ắc quy có thể nạp dự trữ trong ngày nhỏ hơn điện
năng cần cấp cho xe điện vào ban đêm, để đảm bảo hoạt động của
trạm cần phải sử dụng thêm điện năng từ lưới. Trong trường hợp
(c),điện năng do hệ pin có thể phát công suất cung cấp cho nhu cầu

sạc của xe điện từ 7 giờ đến 15 giờ, thời gian còn lại phải dùng hệ
thống pin dự trữ, sau đó sử dụng đến điện năng từ nguồn lưới. Trong
trường hợp ngày có cường độ bức xạ thấp thường rơi vào mùa thấp
điểm du lịch, nhu cầu năng lượng xe điện cần sạc không thật sự lớn
nên thực tế sẽ rất ít xảy ra trường hợp phải sử dụng điện năng từ
nguồn lưới.
4.3. KẾT LUẬN CHƯƠNG 4
Qua kết quả mô phỏng ở mục 4.2. ta thấy:
+ Công suất lăp đặt của hệ thống pin NLMT cung cấp cho trạm
sạc xe điện là phù hợp. Sản lượng điện năng sinh ra đủ để cung cấp
cho nhu cầu sạc của xe điện.
+ Phần mềm sử dụng thuật toán MPP Tracking cho phép mô
phỏng sự hoạt động của hệ thống pin NLMT ở chế độ tối ưu (theo sự
biến đổi của cường độ sáng trong ngày).
+ Để tối ưu hóa chế độ làm việc của trạm sạc cần phải lựa
chọn chế độ sạc và xả của ắc quy thích hợp, có kế hoạch điều chỉnh
thời gian sạc của xe điện trong ngày sao cho phát huy tối đa công
suất của hệ pin NLMT.


23

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Trong bối cảnh nguồn năng lượng hóa thạch đang ngày càng
cạn kiệt, yêu cầu về an ninh năng lượng, bảo vệ môi trường và sử
dụng nguồn năng lượng tái tạo ngày càng cao thì việc sử dụng hệ
thống năng lượng mặt trời cung cấp cho trạm sạc xe ô tô điện là rất
hợp lý, góp phần vào năng cao nhận thức của người dân về tiết kiệm
năng lượng và khuyến khích sử dụng năng lượng mặt trời ở thành
phố Đà Nẵng nói riêng và Việt Nam nói chung.

1. Các vấn đề đã thực hiện trong luận văn
Trong nội dung của luận văn, Tác giả đã thực hiện những nội
dung công việc như sau:
+ Tìm hiểu cấu tạo, nguyên lý hoạt động của pin năng lượng
mặt trời và thành phần cơ bản của hệ thống pin năng lượng mặt trời .
+ Tìm hiểu cấu tạo, nguyên lý hoạt động, tiêu chuẩn hóa thiết
kế của trạm sạc xe điện và các thành phần cơ bản trong trạm sạc xe
điện.
+ Tính chọn các thông số cơ bản, chọn địa điểm xây dựng trạm
sạc ô điện sử dụng hệ thông pin năng lượng mặt trời ở Công viên
Biển Đông, thành phố Đà Nẵng. Theo đó công suất hệ thống pin
năng lượng mặt trời lắp đặt là: 27,76 [kWp]
+ Xây dựng được mô hình hóa trạm sạc xe điện bằng phần
mềm PV*SOL Premium 2017, từ đó khảo sát sự hoạt động của hệ
thống pin năng lượng mặt trời và trạm sạc xe điện với các chế độ
khác nhau. Kết quả mô phỏng cho thấy các thông số tính toán của hệ
thông pin năng lượng mặt trời là phù hợp.