Ch. 2: Năng lượng mặt trời

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

/>
Bài giảng 6

1


Ch. 2: Năng lượng mặt trời
2.9. Hệ thống điện mặt trời hòa lưới
 Cấu trúc hệ điện mặt trời hòa lưới
 Định mức DC và AC
 Tính toán theo số giờ nắng đỉnh
 Tính toán công suất
 Tính toán kinh tế

Bài giảng 6

2


Hệ thống điện mặt trời hòa lưới

Bài giảng 6

3

Hệ thống điện mặt trời hòa lưới

Bài giảng 6

4


Hệ thống điện mặt trời hòa lưới

Bài giảng 6

5


Biểu đồ phụ tải (không có ắc-quy)

Bài giảng 6

6


Định mức DC và AC
 Trước hết, có thể ước tính hiệu năng hệ thống ở công suất
ngõ ra DC danh định của một module, tại điều kiện chuẩn.
 Sau đó, có thể ước tính công suất ngõ ra AC thực ở các điều
kiện khác nhau.
 Ở điều kiện chuẩn, công suất ngõ ra AC có thể được tính:
Pac = Pdc,STC(Hiệu suất chuyển đổi)
trong đó, Pdc,STC là tổng công suất DC của các tấm pin ở điều
kiện chuẩn.

 Hiệu suất chuyển đổi được xét tổng hợp các yếu tố liên quan
đến bộ nghịch lưu, bám bụi, sai lệch giữa các tấm pin, và
điều kiện môi trường khác nhau.
Bài giảng 6

7


Định mức DC và AC
 Xét ảnh hưởng của sự sai lệch đặc tính I-V giữa các tấm pin

Bài giảng 6

8


Định mức DC và AC
 Một yếu tố quan trọng hơn là nhiệt độ. Các tấm pin nhiều
khả năng sẽ hoạt động nóng hơn 25 C, dẫn đến giảm công
suất. Do đó, người ta đã phát triển một tiêu chuẩn thử
nghiệm tấm pin khác (PTC), để phản ánh điều kiện thực tế.
 Các bộ nghịch lưu đã
được đề cập, có hiệu
suất khoảng 90% trong
hầu hết phạm vi hoạt
động (trừ các tải rất
nhỏ).
Bài giảng 6

9

Ví dụ 9.3
 Xét một dàn PV định mức 1 kW ở điều kiện chuẩn. Nhiệt độ
làm việc danh định của các tấm pin là 47 C. Công suất DC
tại MPP giảm 0,5%/C cao hơn nhiệt độ chuẩn 25 C. Ước
tính công suất AC ngõ ra ở điều kiện PTC, nếu có tổn hao
3% do sai lệch module, 4% tổn hao do bụi bẩn, và hiệu suất
bộ nghịch lưu là 90%.
Giải:
 Quy đổi nhiệt độ tấm pin
Tcell

 NOST  20 
 47  20 
Tamb  
 S 20  
 53,8  C
0,8


 0,8 
Bài giảng 6

10


Ví dụ 9.3
 Công suất DC của dàn pin bị suy giảm còn

Pdc , PTC 10001  0,005 53,8  25  856 W
 Kết hợp tổn hao do sai lệch các tấm pin, bụi bẩn, và bộ
nghịch lưu, công suất danh định AC của hệ tại điều kiện
PTC là

Pac , PTC 856 0,97 0,96 0,9 717,4 W
 Hệ thống được định mức 1 kW theo điều kiện chuẩn chỉ
cung cấp khoảng 72% giá trị định mức, trong thực tế.
Bài giảng 6

11


Tính toán theo số giờ nắng đỉnh
 Yếu tố then chốt thứ hai là lượng ánh sáng có được.
 Khi đơn vị tính bức xạ trung bình là kWh/m2-ngày, có một
cách diễn dịch giá trị này rất thuận tiện. Vì bức xạ chuẩn
được định nghĩa là 1 kW/m2, có thể coi bức xạ 5,6 kWh/m2ngày là 5,6 giờ/ngày ở bức xạ chuẩn, hay 5,6 giờ “nắng
đỉnh”.
 Vậy, nếu biết công suất AC được cung cấp bởi một dàn PV
dưới điều kiện chuẩn (Pac), chúng ta chỉ cần nhân với số giờ
nắng đỉnh để có được số kWh nhận được mỗi ngày.

Bài giảng 6

12


Tính toán theo số giờ nắng đỉnh
 Năng lượng cung cấp trong ngày

Năng lượng (kWh/ngày) = Bức xạ (kWh/m2-ngày)A (m2) avg
với A là diện tích dàn PV và avg là hiệu suất trung bình
 Công suất AC ứng với điều kiện chuẩn (1-sun)
Pac (kW) = (1 kW/m2) A (m2) 1-sun
với 1-sun là hiệu suất hệ thống ở điều kiện chuẩn
 Kết hợp hai công thức trên, giả thiết hiệu suất trung bình
trong ngày bằng với hiệu suất ở điều kiện chuẩn, suy ra
Năng lượng (kWh/ngày) = Pac (kW)(số giờ nắng đỉnh/ngày)
Bài giảng 6

13


Ví dụ 9.4
 Ước tính năng lượng hàng năm cung cấp bởi dàn PV 1 kW
(dc, STC) được mô tả trong ví dụ 9.3, nếu nó nằm ở
Madison, WI, hướng về phía nam, và có góc nghiêng bằng
với vĩ độ trừ 15. Dùng định mức AC PTC.
Giải
 Phụ lục E cho thấy bức xạ hàng năm ở Madison tại góc
nghiêng L – 15 là 4,5 kWh/m2-ngày. Dùng công suất ngõ ra
AC bằng 0,717 kW tính được trong ví dụ 9.3, ta có
Năng lượng = 0,717 (kW)  4,5 (h/ngày)  365 (ngày/năm)
= 1178 kWh/năm
Bài giảng 6

14


Ví dụ 9.5

 Tính lại ví dụ 9.4 cho từng tháng trong năm tại Madison, WI,
thay vì dùng giá trị nhiệt độ trung bình là 20 C. Nhiệt độ hoạt
động danh định của các tế bào trong hệ thống này là 47 C.
Giải:
 Xét tháng Giêng, nhiệt độ cực đại trung bình mỗi ngày là
–4,0 C, cho Madison, WI. Nhiệt độ của tế bào khi đó là
 47  20 
Tcell  4,0  
 1 29,8  C
 0,8 
 Định mức công suất DC của dàn PV là
Pdc = 1 kW[1 – 0,005(29,8 – 25)] = 0,976 kW
Bài giảng 6

15


Ví dụ 9.5
 Kết hợp các yếu tố sai lệch đặc tính, bụi bẩn, và hiệu suất bộ
nghịch lưu, định mức công suất AC là
Pac = 0,976 kW  0,97  0,96  0,9 = 0,818 kW
 Phụ lục E cho thấy trong tháng Giêng ở góc nghiêng L – 15,
tại Madison sẽ có bức xạ 3,0 kWh/m2-ngày hay 3,0 giờ nắng
đỉnh. Do đó, dàn PV 1 kW này sẽ cung cấp
Năng lượng = 0,818 kW  3,0 h/ngày  31 ngày/tháng
= 76 kWh/tháng
 Tính cho mỗi tháng và tổng hợp lại (slide tiếp theo) cho thấy
sai số so với ví dụ 9.4 là không đáng kể.
Bài giảng 6

16


Ví dụ 9.5

Bài giảng 6

17


Tính toán theo số giờ nắng đỉnh

Bài giảng 6

18


Tính toán theo số giờ nắng đỉnh

Bài giảng 6

19


Hệ số sử dụng cho hệ PV hòa lưới
 Có thể biểu diễn năng lượng do một hệ phát điện cung cấp
thông qua công suất AC danh định và hệ số sử dụng (CF):
Năng lượng (kWh/năm) = Pac (kW)CF8760 (h/năm)
 Các hệ số sử dụng theo tháng hay theo ngày có thể được
định nghĩa tương tự.

 So sánh công thức trên với công thức tính năng lượng ở
slide 13, có thể rút ra hệ số sử dụng cho hệ PV hòa lưới:

Soágiôønaéng
ñænh/ngaøy
CF 
24 h/ngaøy
Bài giảng 6

20


Ví dụ 9.6
 Một ngôi nhà ở Fresno sẽ được lắp một dàn PV trên mái để
phục vụ toàn bộ nhu cầu 3600 kWh/năm. Cần bao nhiêu kW
(dc, STC) tấm pin và diện tích là bao nhiêu?
Giải:
 Đặt dàn PV thẳng lên mái nhà là thuận mắt nhất. Nếu chọn
góc nghiêng là L – 15 thì tại Fresno sẽ cần góc nghiêng 22,
khá phù hợp với mái nhà.
 Phụ lục E cho thấy bức xạ trung bình là 5,7 kWh/m2-ngày tại
Fresno. Dùng số giờ nắng đỉnh, ta có thể tính
Pac = 3600 kWh/(5,7 h/ngày365 ngày) = 1,73 kW
Bài giảng 6

21


Ví dụ 9.6
 Từ các ví dụ trước, có thể thấy kết hợp các yếu tố nhiệt độ,

sai lệch đặc tính, bụi bẩn, và bộ nghịch lưu, độ suy giảm định
mức là khoảng 25%.
 Vậy, định mức công suất DC cho dàn PV (STC) là
Pdc = Pac/(Hiệu suất chuyển đổi) = 1,73/0,75 = 2,3 kW
 Nếu biết hiệu suất của bộ thu, chúng ta có thể tính diện tích
mái cần dùng. Giả sử dùng các module crystalline với hiệu
suất 12,5 %, diện tích cần thiết là
A = 2,3 kW/(1 kW/m2  0,125) = 18,4 m2
Bài giảng 6

22


Ví dụ 9.7

Bài giảng 6

23


Ví dụ 9.7

Bài giảng 6

24


Tính toán công suất cho hệ PV hòa lưới
 Các module PV cho hòa lưới không bị ràng buộc điện áp, và
có xu hướng tạo ra điện áp cao.

 Các bộ nghịch lưu cho các hệ PV hòa lưới cũng khác với các
bộ nghịch lưu trong các hệ PV độc lập.
 Để khảo sát tương tác giữa các module, bộ nghịch lưu, và
dàn PV, chúng ta sẽ tiếp tục xem xét hệ thống trong ví dụ 9.6,
sử dụng các module PV và bộ nghịch lưu được giới thiệu sau
đây.

Bài giảng 6

25