Tính toán đặt ra trong thiết kế mạng điện mặt trời hòa lưới

MỤC LỤC

I.

NGUỒN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI......................................................................3
1. Giới thiệu chung.......................................................................................................3
2. Công nghệ sản xuất ra điện năng............................................................................3

II.

Giới thiệu iMars SysExpert.....................................................................................5

III.

Các bước thiết kế hệ thống điện mặt trời trên iMars............................................6

IV.

Tính toán đặt ra trong thiết kế mạng điện mặt trời hòa lưới.............................11

1. Thiết lập thông số và vị trí lắp đặt........................................................................11
2. Thiết lập thông số Inverter & PV-module............................................................12
3. Thiết lập thông số cáp............................................................................................12
4. Kết quả:..................................................................................................................13
V. Bài toán kinh tế..........................................................................................................13


I. NGUỒN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI
1. Giới thiệu chung
Đây là nguồn năng lượng vô cùng quan trọng đối với sự tồn tại và phát

triển của sự sống trên trái đất. Có thể nói đây là nguồn năng lượng rất phong
phú mà thiên nhiên đã ban tặng cho chúng ta. Năng lượng mặt trời thu được
trên trái đất là năng lượng của dòng bức xạ điện từ xuất phát từ mặt trời đến trái
đất. Chúng ta sẽ tiếp tục nhận được dòng năng lượng này cho đến khi phản ứng
hạt nhân trên mặt trời hết nhiên liệu, vào khoảng 5 tỷ năm nữa.
Vấn đề sử dụng năng lượng pin năng lương Mặt Trời nguồn năng lượng gần như
vô tận mà thiên nhiên ban tặng cho con người dường như vẫn còn mới mẻ với
chúng ta. Việc thiết kế một hệ thống pin năng lượng Mặt Trời hiệu quả và tiết
kiệm vẫn đang là bài toán khó với nhiều kỹ sư thiết kế. Để giúp kỹ sư dễ dàng
hơn trong việc thiết kế đồng thời giúp khách hàng có được thông tin chi tiết và
rõ ràng, INVT đã cho ra đời phần mềm Sys Expert là phần mềm thiết kế hệ
thống năng lượng mặt trời chính xác, chuyên nghiệp, hiệu quả

2. Công nghệ sản xuất ra điện năng
Theo số liệu tính toán năng lượng bức xạ Mặt Trời trên Trái Đất khoảng
1.2 × 1014 ��, tính trung bình trên một đầu người là gần 30 MW/ng [2]. Tuy
nhiên hiện tại tỷ lệ sử dụng năng lượng này còn quá ít. Công suất phát xạ của
Mặt Trời phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố như vị trí, thời gian trong ngày, thời
gian trong năm, các điều kiện khí hậu, thời tiết v.v. Trong đó có nhiều yếu tố
tác động ngẫu nhiên.
Sự chuyển đổi từ năng lượng nhiệt của Mặt Trời thành điện năng năng
có thể được thực hiện theo hai phương thức:
 Công nghệ nhiệt điện mặt trời:
Phương thức thứ nhất của nhà máy điện dùng bức xạ Mặt Trời là hệ
thống làm việc như trạm nhiệt điện, mà trong đó lò hơi được thay bằng hệ
thống kính hội tụ thu nhận nhiệt bức xạ Mặt Trời để tạo hơi nước quay
tuabin (hình 2.1.a). Các bộ thu hội tụ sẽ đi kèm bộ theo dõi mặt trời
(tracker) để hội tụ tối đa các tia mặt trời vào phần bề mặt của bộ hội tụ. Đa
số các bộ hội tụ yêu cầu độ hội tụ cao là các bộ hội tụ máng parabol, các tia

sáng mặt trời được hội tụ lại trên đường tiêu hội tụ, tại đường tiêu này nhiệt
độ có thể đạt 4000C hay cao hơn.
 Công nghệ PIN mặt trời (PMT):

Phương thức thứ hai chuyển đổi quang năng thành điện năng dưới dạng
pin Mặt Trời (hình 2.1.c) và kết nối vào mạng điện (hình 2.1.b). Pin Mặt Trời,
còn gọi là pin quang điện, có cấu tạo gồm hai lớp bán dẫn p và n. Lớp tiếp xúc
giữa gọi là lớp tiếp xúc chuyển tiếp p-n. Dưới tác dụng của ánh sáng Mặt Trời
vào lớp chuyển tiếp p-n có sự khuếch tán của các hạt dẫn cơ bản qua lớp tiếp xúc,
tạo nên một điện trường và do đó sinh ra một suất điện động của quang điện. Giá


trị của suất điện động này tăng theo sự tăng của cường độ chiếu sáng. Như vậy
pin Mặt Trời biến đổi trực tiếp bức xạ năng lượng Mặt Trời thành điện năng,
không qua bước trung gian về nhiệt.
Hiện nay, người ta đã chế tạo tế bào quang điện Mặt Trời có đường kính
cỡ vài đề xi mét, cho công suất cỡ 1W trong điều kiện bức xạ Mặt Trời là
1kW/m2. Tuỳ theo nhu cầu phụ tải của hộ tiêu thụ mà người ta ghép các tế bào
pin Mặt Trời thành các bộ, tổ hợp.
Năng lượng điện do pin Mặt Trời sản xuất ra có thể được dùng để cung
cấp trực tiếp cho tải một chiều DC; cung cấp cho tải xoay chiều AC thông qua
biến tần nối lưới; nếu không dùng hết, thì có thể được tích trữ bằng ắc qui thông
qua các bộ sạc. Nhìn chung cho đến nay Pin Mặt Trời mới chỉ được chế tạo với
công suất nhỏ, hiệu suất thấp, giá thành cao, thường chỉ được dùng để cung cấp
cho các phụ tải nhỏ ở các vùng hải đảo xa. Đơn giá pin Mặt Trời trung bình
khoảng 4-6 $/W và giá thành điện năng khoảng 0.25-0.40 $/k
II.

Giới thiệu iMars SysExpert

iMars SysExpert, một phần mềm thiết kế hệ thống grid-tied PV chuyên
nghiệp và dễ sử dụng, được thiết kế đặc biệt cho bộ iMars B series grid-tied
solar inverter. Chỉ sau ba bước gồm: chỉnh sửa thông tin hệ thống, lựa chọn
thiết bị và cấu hình hệ thống, các thông số về hệ thống các tấm pin năng
lượng Mặt trời được thiết kế cho inverter 1 pha hay 3 pha và tạo ra bản báo
cáo thiết kế chuyên nghiệp chỉ trong vài phút.
Các đặc tính:
 Dễ sử dụng
 Qui trình thiết kế đơn giản
 Kết quả có độ tin cậy
 Liên tục đuược cập nhật cơ sở dữ liệu


Hình 1: giao diện chính của phần mềm
III.

Các bước thiết kế hệ thống điện mặt trời trên iMars

Bước 1: Mở cửa sổ thiết kế iMars SysExpert chọn New và Tạo ra trang giao diện thiết kế.

Hình 2: Trang khởi tạo
Bước 2: Thiết lập thông tin hệ thống cần thiết kế (chú ý điền đầy đủ và chính xác thông tin
để có bảng thông tin đúng và đầy đủ nhất của hệ thống)
 Project name : tên dự án
 Project number : Số dự án


 Customer : Khách hàng
Chọn vị trí địa lý khu vực: việc chọn vị trí địa lý khiu vực sẽ giúp người thiết kế có được
thông tin chính xác về thuộc tính : độ cao, kinh tuyến, vĩ tuyến, nhiệt độ cao nhất, nhiệt độ

thấp nhất và từ đó tính được góc nghiêng khi đặt hệ thống tấm pin năng lượng Mặt Trời.
Đồng thời tính được số giờ nắng trong tháng.
 Location: khu vực
 Country : Đất nước
 City: Thành phố
Chú ý : Người thiết kế có thể chọn “new location” nếu thông tin vị trí địa lý không có trên
danh mục thiết lập hệ thống thông tin phù hợp với khu vực của mình.

Hình 3: Trang thiết lập vị trí lắp đặt

Bước 3
Chọn Solar inverter


 Brand: chọn INVT
 Loại ngõ ra : chọn single-phase (1 pha) hoặc three-phase (3 pha)
 Chọn model : chọn các dòng imars B của INVT (có rất nhiều loại từ 1.5KW tới
30KW cho 1 pha, 3pha)
Khi đó sẽ cho bảng thông số tương ứng cho loại solar inverter được chọn
Module-PV (tấm pin năng lượng Mặt Trời)
 Brand : Topray solar
 Material (chọn vật liệu) : Monocrytaline
 Chọn model : (Gồm 2 loại : TPM5U, TPM6U từ 200W-250W)
Điền thông số của tấm pin năng lượng Mặt Trời theo thông tin trên “data sheet” của
tấm pin.
Thông số:
 P-max :Công suất lớn nhất
 V-mp : điện áp lớn nhất
 I-mp: dòng lớn nhất
 V-oc : điện áp hở mach

 I-sc : dòng ngắn mạch
 Ƞ : Hiệu suất cell
 k-Pmax:Hệ số nhiệt của công suất lớn nhất
 K-Voc : Hệ số nhiệt của điện áp hở mạch
 k-Isc : Hệ số nhiệt của dòng ngắn mạch
Khi đó sẽ cho ra kết quả số lượng tấm pin Mặt Trời cần sử dụng cho dự án, mức công
suất tối đa thu được của hệ thống tấm pin năng lượng Mặt Trời, và tỉ lệ phần trăm công
suất định mức


Hình 4: Trang thiết lập Inverter&PV-module


Bước 4: Chọn cáp DC, cáp AC

Hình 5: Trang thiết lập dây dẫn
Bước 5: Bảng tổng hợp kết quả
Bảng này đầy đủ thông tin tổng hợp tất cả các thông số vừa thiết lập qua các bước 1, 2,
3.


Hình 6: Trang kết quả thiết kế
IV.

Tính toán đặt ra trong thiết kế mạng điện mặt trời hòa lưới
Thiết kế hệ thống điện mặt trời tại khu vực Tp. HCM với dự kiến hòa lưới mỗi
ngày với giá 200 triệu đổ lại cho một gia đình, dự toán tiết kiệm được bao nhiêu
tiền và thời gian hoàn vốn với một gia đình trung bình một ngày tiêu thụ một
tháng là 740kWh (trung bình 1 ngày là: 24.6 kWh), giả sử đầu tư này chỉ đủ để
hộ gia đình tiêu thụ

1. Thiết lập thông số và vị trí lắp đặt
Vị trí TP. HCM
Độ cao: 19m
Vĩ độ: 10.82 độ Bắc
Kinh độ 106.67 độ Đông
Góc nghiêng: 8.44 độ

Nhiệt độ thấp nhất: 20 độ
Nhiệt độ cao nhất: 50 độ
Nhiệt độ tấm pin: 70 độ


Thán
g
Số
giờ
nắng
đỉnh

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

143.
9

171.
3

164.
4

157.
6

123.
3

116.
5

100.
5

116.
5

102.
8

111.
9

118.
8

13
7

2. Thiết lập thông số Inverter & PV-module
 Inverter
Loại INV: 3 pha
Loại
Inp V_Dc I_Dc
MP St MPPT MPPT
INV
ut
max
max
PT

r min
max
W
GOOD 42
WE
00
4200D
Số lượng: 2

V

A

pcs

1000

10

2

p V
cs
2 220

Sta Outp I_max
rt
ut
AC

V

V

W

A

800

20
0

4000 7

n
ma
x
1(
%)
98.
6

n_m
ppt
1(%)
99.9

Tổng CS ra: 8000W
 PV-module

Loại PIN: Polysilicon
Loại
Module

P_ma
x
W

V_m
p
V

I_m
p
A

V_o
c
V

I_s
c
A

V_Dcma N
x
V
%

K_Pma K_Vo
x
c
%/I
%/I

P220205
60(205
W)
Số lượng: 40 pcs

29.2
2

7.01 36.2

7.6
3

1000

-0.4

Inpu
t
Trac
kA

CS peak: 8200

Lengt
h
50

Sectio
n
4

1

50

4

Cu

0.356

Modul
e Area
Mm
1.67

Eff: 97.56%

3. Thiết lập thông số cáp
String Module/Stri Materi
s
ng
al

1
10
Cu
10

12.
3

K_Is
c
K/Is
c
0.05
8

Voc(V
)
365.2
2
365.2
2

Isc(A Vdrop(
)
V)
7.01 2.88
7.01

2.88

P
loss
20.1
7
20.1
7

Loss
rate
0.98
%
0.98
%


Inpu
t

String
s

AC

L1 L2
L3 N
PE

Cores
Numbe
r

5

Materia
l

Lengt
h

Sectio
n

Voc(V) In(A
)

Vdrop(V
)

P
loss

Loss
rate

Cu

100

10

400

1.9

32.8
3

0.82
%

4. Kết quả:

Hình 7: Trang kết quả thiết kế
V.

Bài toán kinh tế

5.77


Hình 8: Hóa đơn tiền điện của một căn hộ
Theo như giá điện mà hộ gia đình em cần trả là: 1.932.799 ( VAT included) thì
1932799
 2611.89
mỗi kWh sẽ có giá là: 740
VNĐ
740
 24.6
Số kWh mỗi ngày hộ tiêu thụ là: 30

Số kWh hàng năm mà hộ tiêu thụ là: 740*12=8880 kWh

Vậy số kWh cần hòa lưới mỗi ngày để đáp ứng số kWh tiêu thụ của hộ gia đình
là:
Lưu ý:
Giả sử giá mua điện của điện lực là 2000 VNĐ
Gọi X là số kWh mỗi ngày cần tạo ra để đáp ứng số kWh mà hộ gia đình tiêu
thụ (lưu ý có tính theo tỉ giá điện mua vào và bán ra theo điện lực:
X.2000=2611.89*24.6
X=32.12 kWh
Từ các thông số tính toán từ phần mềm ta tính được mỗi ngày tạo ra là:
12111.1
 33.2
365
kWh

Giá thành đầu tư:
Tên
Giá/1 unit

PV - Module Inveter
4200W
2.079.000
11.000.000

Cáp DC

Cáp AC

9.130/m

27.500/m

SL

40

2

200

300

Tổng

83.160.000

22.000.000

1.826.00

8.250.000

Như vậy giá thành tổng sẽ là: 118.236.000 VNĐ
Như vậy với giá tiêu thụ 1 tháng là 1.932.799 thì cần 61 tháng để hoàn vốn (tức
5.1 năm)

Hình 9: Kết quả thiết kế