THI CÔNG mô HÌNH PIN mặt TRỜI điều HƯỚNG kép và PHƯƠNG PHÁP NÂNG CAO HIỆU SUẤT PIN mặt TRỜI

Đồ án tốt nghiệp: Năng lượng tái tạ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ PIN MẶT TRỜI NỐI LƯỚI CHUNG CƯ
TẠI ĐÀ NẴNG 6KW
CHUYÊN ĐỀ: THI CÔNG MÔ HÌNH PIN MẶT TRỜI
ĐIỀU HƯỚNG KÉP VÀ PHƯƠNG PHÁP NÂNG CAO
HIỆU SUẤT PIN MẶT TRỜI.

1


Đồ án tốt nghiệp: Năng lượng tái tạ

Chương I: Tổng Quan Về Pin Mặt Trời
I. Giới thiệu về pin mặt trời:
1) Định nghĩa về pin mặt trời:
- Pi năng lưng Mặt trời hay pin mặt trời hay pin quang điện (Solar panel) bo gồm nhiều tế bào
quag điện (solar cells) - là phần tử án dẫn có chứa trên bề mt một số lượng lớn các cảm
biến ánh sng là điốt quang, thực hiện biến đổi năng lượng án sáng thành năng lượng điện.
- Sự chuyển đổ này thực hện theo hiệu quang điện.
- Các pin năn lượng mặt trời có nhiều ứng dụng. Chúng đậc biệt thích hợp cho các vùng mà
điện năn trong mạn lưới chưa vươn tới, các vệ tinh quay xung qanh quỹ đạo trái đất, máy
tính cầm tay...
2) Nguyên lý hoạt động của pin mặt trời:
Xét mộ hệ hai mức năng lượn điện tử E1
Hình 1.1: Hệ hai mức năng lượng
- Bình thường điện tũ chiếm mức năng lượn thắp hơn E1. Khi nhặn bức xạ mật trời, lượng tữ
ánh sáng photon có năng lượng hv (trong đó h là hầng số

Planck h = 6,625.10-34 J.s ,v là tần số ắnh sáng) bị điện tử hắp thụ và chuyển lên mức
năn lượng E2. Ta có phương trình căn bằng năn lượn:
hv = E2-E1
- Trong các vặt thể rắng, do tương tác rất mạnh của mạng tinh thể lên điện tử vòng
ngoài, nên các mức nâng lượng của nó bị tác ra nhiều mức nâng lượng sát nhau và tạo
thành các vùng nâng lượng (hình 1.12). vùng năng lượng thấp bị các điện tử chiếm
đầy, khi ở trạng thái cân bần gọi là vùng hóa trị, mà mật trên của nó có mức năng
lượng Ev. vùng nâng lượng phía trên tisp đó hoàn trong hoặc chỉ bị chiếm một phần
gọi là vùng dẵn, mặt dưới của vùng có nâng lượng là Ec. Cách ly giữa 2 vùng hóa trị
và vùng dẵn là một vùng có đọ rộng với năng lượn Eg, trong khôn có mức năn lượng
cho phép nào điện tử.
Hình 1.2: Các vùng năng lượng
Quan hệ giữa nâng lượng tần số ánh sáng công thức Albert Einstein là:

E  h.v 
Trong đó:

h.c

2


Đồ án tốt nghiệp: Năng lượng tái tạ

E- năng lượng photon ánh sáng ;
h- số Plank h=6,6256.10-34 J;
c- vận tốc ánh sáng chân không c= 3,0.108 m/s;
v- tần số sóng ánh sáng, s-1;
 - són ánh sáng m .
- nhận bức xạ mặt trời, photon nâng lượng hv tới hệ thống bị điện tử vùng hóa trị thấp hấp

thu có thể chuyển lên vùng dẫn trở thành điện tử e-, lại vùng hóa trị một lỗ trống có thể coi
hạt mang điện dương, ký hiệu h+. Lỗ trống thể di chuyển tham gia vào quá trình dẫn .
Hiệu lượng tử quá trình hấp thu photon ánh sán có thể mo tả bằn phương trình:
Ev + hv ≥ e-+ h+
 Điều kiện điện tữ có hắp thu nâng lượng của photon chuyển vùng hóa trị lên vùng dẵn, tạo
ra cập điện tử - lỗ tróng là hv = hc/λ ≥ Eg = Ec – Ev. Từ có thể tính bướ sóng hạn λc ánh sáng
có thể ra cặp e– -h+

c 
-

h.c
h.c 1,24


(  m)
Ec  Ev Eg
Eg

Thực tế điện tử lỗ trống bị kích thích, e-và h+ đều tự phát tham gia quà trình phục hồi,
chuyễn động đến mật của các vùng năng lượng: điện tữ e- giãi phóng nâng lượng để chuyển
đến mặt của vùng dẫn Ec, còn lỗ trồng h+ chuyển mặt Ev, quá trình phục hồi xảy ra trong
khoảng thời gian rất ngắn 10-12 ÷ 10-1 giây. Nâng lượng bị tổn hao do quá trình phục hồi sẽ
là:
Eph = hv – Eg.
Eph là phằn lớn hơn trong phương trình căn bằng năng lượng Ev + hv ≥ e-+ h+ .

tảng chế tạo dựa trên Công nghệ sãn suất tấm mõng, có độ dày 300 μm xếp lại tạo nên modul
tạo thành các loại pin .
Cấu tạo hoạt động của pin Silic :

 Cấu tạo:

3


Đồ án tốt nghiệp: Năng lượng tái tạ

Hình 1.3 :cấu tạo module pin mặt trời
 Nguyên lý hoạt động của pin Silic :
bản chất pin quang điện một điốt bán dẫn gồm hai bán dẫn loại P loại N sát cạnh nhau,
khác chỗ pin quang điện diện tích bè mật rộng lớp N cực mõng đễ ánh sán có thể truyền qua.
Trên bè mặt của pin quang điện một lớp chống phản xạ khi chiếu ành sáng vào pin quang
điện, sẽ có một phần ành sáng bị hắp thụ khi truyền qua lóp N và một phằn ánh sáng sẽ bị
phan xạ ngược lại còn một phằn ánh sán sẽ đến được lóp chuyển tiếp, nơi có các cặp
electron và lỗ trống nàm trong điện trường bế mật giới hạn. Với bước sóng thích truyền cho
electron một nâng lượng đủ lớn thoát khỏi liên kết. Thoát khỏi liên kết, dưới tác dụng của
điện trường, electron bị kéo phía bán dẫn loại N, lổ trống bị kèo về phía bán dẫn loại P. Khi
đó nếu nồi hai cực hai phần bán dẵn loại N và P sẽ đo được một hiệu đin thế. Giá trị hiệu
điện thế phụ thuộc vào ban chất chất làm bán dẫn tạp chất được hấp phụ.
Hình 1.4: Nguyên lý cấu tạo của PMT
3) Đặc tính làm vijc pin mặt trời:

Tính làm việc pin mặt trời thể hiện qua hai thông số là điện áp hở mạch lớn nhất V OC
dòng ra bằng 0 Dòng điện ngắn mạch ISC khi điện áp ra bằng 0. Công suất pin tính theo công
thức:
P = I.U
(1-1)
Tại điểm làm việc U = UOC/ I = 0 và U = 0 / I = I SC , Công suất làm việc pin có giá trị
bằng 0.
4

Đồ án tốt nghiệp: Năng lượng tái tạ

IPV
ISC

uMPP, iMPP

MPPT

UPV
UOC

-

-

Hình 1.5. Đường đặc tính U – I của pin mặt trời
Dòng ngắn mạch Isc tỉ lẹ thun cường độ bức xạ chiếu sáng. Nên đường đặc tính V – I
pin mặt trời cũng phụ thuộc vào cường độ bức xạ chiu sán mỗi tằng bức xạ chỉ thu
duy nhất một điểm làm việc V = V MPP cong suất lớn nhất thể hiện hình vẻ sau. Điểm
làm việc có công suất lớn nhất được thể hiện là điểm chấm đen to (đỉnh đường cong
đặc tính)

Hình 1.6. Sự phu thuộc đặc VA pin mặt trời
cường độ xạ Mặt trời.
Điện áp mạch Voc phụ thuộc trực nhiệt độ đường đặc tính VA pin mặt trời cũng phụ
nhiệt độ pin.

5


Đồ án tốt nghiệp: Năng lượng tái tạ

-

Hình 1.7 Sự thuộc đường đặc tính pin mặt trời nhiệt độ pin
Toàn bộ hệ PV có hoạt động một cách hiệu quả đường đậc tính tải phải phù hợp điểm
MPP.

Hình 1.8. Đường đặc tính tải đặc tính pin mặt trời
Trên hình vẻ 1.8 đường OA OB đường tải. Nếu tải được mắc trực tiếp dảy pin mặt
trời tải có đường đặc tính OA. Khi đó, pin làm việc điểm A1 phát công suất P1. Công suất
lớn nhất phơi nắng thu được P2. Để có thể thu công suất P2

Hình 1.9. Điốt nối song song môđun bảo vệ môđun dàn pin mặt trời.
6


Đồ án tốt nghiệp: Năng lượng tái tạ

Nhìn hình vẽ 1.12 ta thấy giả sử pin Ci pin yếu nhất bão vệ bằng điốt thuận chiều
dòng điện mắc song song. hợp hệ làm việc bình thường, pin mặt trời hoạt động điều kiện
như nhau dòng mạch qua điốt tổn hao năng lượng. sự cố xảy ra, một nguyên nhân pin Ci bị
che bị tâng nhiệt độ, điện trở Ci tâng lên, một phần hay toàn bộ dòng điện sẻ rẻ qua Diốt để
gây hư hỏng cho Ci. Thậm chí Ci bị hỏng hoàn toàn hệ vẫn có thể tiếp tục làm việc.
II. Các hệ thống pin mặt trời:
pin mặt trời (hệ PV – photovoltaic system) nhìn chung chia thành 2 loại cơ bản:
- Hệ PV làm việc độc lập

- Hệ PV làm việc với lưới
Hệ PV độc lập sử dụng những vùng xa xôi hẻo lánh, lưới điện không kéo đến được.
Sơ đồ khối hệ này
Pin mặt
trời

Bộ biến đổi
DC/DC

MPPT

Ắc quy

Bộ biến đổi
DC/AC

Tải xoay
chiều

Tải 1 chiều

Hình 1.10. Sơ đồ khối hệ quang điện làm việc độc lập
trong hệ PV làm việc lưới, mạng lưới pin mật trời mấc với lưới điện qua bộ biến đổi
mà không cần bộ dự trữ nâng lượng. Trong hệ này, bộ biến đổi DC/AC làm việc lưới phải
đồng bộ lưới điện tần số áp.

7


Đồ án tốt nghiệp: Năng lượng tái tạ

CHƯƠNG II: TÍNH CÔNG SUẤT BỨC XẠ MẶT TRỜI
I. Bức xạ mặt trời:
Quá trình diễn bien phản ứng nhiệt hạch lượng vật chất Mặt trời bị mất đi dẻ sinh ra một
nhiệt lượng. Khối lượn Mặt trời mổi giây giãm chừng 4,106 tấn, trạng thái Mặt trời không
thay đổi hàng tỷ năm nữa. Mỗi ngày Mặt trời sản xuất nguồn năng lượng phản ứng nhiệt
hạch đến 9.1024kWh (tức chưa đầy một phần triệu giây, Mặt trời giải phóng một lượng năn
lượn tươn đươn với tổng điện năng sản xuất một nâm trên Trái đất).
1) Các định nghĩa :
Quang phổ mặt trời: Đặc trưng bức xạ mặt trời gian ngoài mặt trời là một phổ
rộng. Hầu như tổng nâng lượng mặt trời tập trung bước sóng: tia tử ngoại (=4.10-3 0,38m) chiếm 8,7%, dải ánh sáng nhìn thấy (=0,38 - 0,78m) 44,6%, dải hồng ngoại (=
0,78 -103m) 45,4%.
Hằng mặt trời: cường độ bức xạ chiếu 1 m2 bề mặt ngoài tầng khí quyển Is=1353
W/ m2.
Năng suất bức xạ E (W/m2): nâng lượng bức xạ mặt trời đơn vị diện tích bề mặt, trong
1giây. Năng suất bức xạ gồm nâng suất bức xạ trực xa Etrx nâng suất bức xạ tán xạ Etx. Dưới
ddieeuf kiện khí quyển mùa hè, trước chính ngọ (khoảng 11-13 giờ), nâng suất bức xạ mặt
trời chiếu 1Sun = 1000W/m2.
Năng lượng bức xạ Q (J/m2): nâng lượng bức xạ mặt trời truyền tới một
đơn diện tích bề mặt một thời gian, chính đại lượng tích phân của năng suất bức xạ trong
một khoảng thời gian nhất định (thường 1 giờ hay 1 ngày).
Bức xạ mặt trời ngoài khí quyển:
Khi tia bức xạ chiếu trái đất hai đoạn: ngoài tầng khí quyển tầng khí quyển. Sự khác
nhau do tầng khí quyển, bức xạ yếu tác động không khí các hạt lơ lững khói, bụi, hơi nước..
- Ngoài biên tầng khí quyển cường độ bức xạ mặt trời ổn định cả ngày đêm,
-Trong tầng khí quyển tác dụng hấp thụ bầu khí quyển bức xạ mặt trời yếu (có sự hấp thụ bức
xạ khí ba nguyên tử trở lên, hơi nước, hạt bụi… bầu khí quyển). Cường độ suy yếu tia
bức xạ phụ thuộc chiều dài quãng đường xuyên khối không khí dài ngắn được đặc trưng
bằng trị số m (air mas-hệ số khối không khí). Khi mặt trời chính ngọ quãng đường đố
ngắn nhất.

m

1
sin  s

 s : góc cao độ mặt trời

2) Tổng cường độ bức xạ mặt trời bề mặt trái đất:
Tổng cường độ bức xạ mặt trời lên bề mặt trái đất (tổng xạ) hai thành phần: bức xạ trực xạ
tán xạ. Người ta chia ba thành phần tán xạ

8


Đồ án tốt nghiệp: Năng lượng tái tạ

Hình 2.1: thành phần tán xạ vùng khí quyễn trái đất
-Thành phần tán xạ đẳng hướng: tán xạ nhận đồng đều toàn bầu trời.
-Thành phần tán xạ tia: tán xạ bị phát tán tia mặt trời.
- Thành phần tán xạ chân trời: tán xạ phát ra đường chân trời.
Ngoài ra còn có thành phần bức xạ các bề mặt cận (mặt đất, cây cối, nhà cửa …).
Cường độ tán xạ phụ thuộc độ phản xạ mặt đất R g nhiều. Những bề mặt độ phản
cao ( như bề tuyết khoảng R g =0,7) sẻ phản xạ các tia trở lại bầu trời sau đó bị phát tán
trở thành tán chân trời. Hệ số phản xạ các bề hiệt độ 300°K bảng sau:
Bảng 2.1 : hệ số bức ặt trời mặt đất
II.
Cá
c
Vật liệu

Hệ
hấp thụ
Hệ
phản xạ
bức xạ mặt trời
bức xạ mặt trời
Nhôm đánh bóng
0,2
0,8
Crom đánh bóng
0,4
0,6
Đồng đánh bóng
0,18
0,82
Giấy dầu
0,82
0,18
Lá cây,măt đất
0,71 - 0,79
0,29
- 0,2
Tuyết
0,2 - 0,35
0,80
- 0,65
Gạch đỏ
0,75
0,65
Sơn trắng kẻm

0,22
0,78
Sơn đen dầu
0,9
0,1
thông số hình học mặt trời trái đất:

Góc vĩ độ ϕ:
Góc vĩ độ ϕ góc tương ứng với vĩ độ trái đất về phía Bắc Nam đường Xích đạo, lấy phía
Bắc dương -900ϕ 900

Góc lệch giữa trục trái đất mặt phẳng hoàng đạo:
-Góc lệch  giữa bề mặt trái đất phẵng hoàng đạo thay đổi từng ngày năm. Ngoài ngày đặc
biệt năm, ngày khác có thể xác định qua công thức:

  23,45.sin[

360
.(284  n)]
365

n-số thứ tự ngày năm tính từ ngày 1/1;
9


Đồ án tốt nghiệp: Năng lượng tái tạ

-Góc >0 khi trục lệch về hướng bắc ứng khoảng thời gian từ 21/3-21/9 <0 hướng nam, từ
21/9-21/3.

Hình 2.2: đồ thị góc lệch 
Bảng 2.2: Tính n thứ tự các ngày năm
Tháng

n=
tháng+i
01
i
02
31+i
03
59+i
04
90+i
• Góc giờ mặt trời 

Tháng
05
06
07
08

n=
tháng+i
120+i
151+i
181+i
212+i

Tháng

09
10
11
12

n=
tháng+i
243+i
273+i
304+i
334+i

góc xác định vị trí mặt trời trên bầu trời thời điểm bất kỳ lúc mặt trời mọc lúc mặt trời
lặn. Người ta qui ước mặt trời thiên đỉnh = 0 (12h), buổi sáng  < 0, chiều  > 0. Nếu trái
đất đứng yên mỗi giờ trái đất quay quanh trục nó 360/24=15°, mỗi phút tuyến ứng 4 phút
giờ trái đất. Tại một thời bất kỳ buổi lấy giá âm, buổi chiều giá dương.

Góc cao độ mặt α s : là góc tia bức xạ mặt phẳng ngang.
• Góc thiên đỉnh  z: Là góc lệch phương tia mặt trời pháp tuyến mặt phẳn ngang.
• z là góc phụ s
• Góc tới  : Là góc giữa tia mặt trời truyền bề mặt pháp tuyến bề mặt nghiêng khảo sát.
Trong trường hợp bề mặt nằm ngang thì góc l thiên đỉnh.
• Góc phương vị mặt trời  s: góc lệch hình chiếu tia mặt trời mặt phẳng ngang hướng nam.
Khi măt trời hướng chính nam  s = 0, khi mặt trời phía Đông  s < 0 khi ở phia Tây  s > 0.
-1800 ≤  s ≤ 1800.

Góc nghiêng bề mặt nhận bức xạ  : góc giữa bề mặt nhận bức xạ
phẳng ngang bề mặt trái đất (0°<<90°). kinh nghiệm trong vùng chí tuyến bắc nam, góc
nghiêng collector < 23,5°, chí tuyến góc nghiêng vỉ độ (=ϕ).

10


Đồ án tốt nghiệp: Năng lượng tái tạ

Quan hệ giữa các góc:



-Góc độ cao mặt trời: sins = sin sin + cos cos cos
-Góc tới: cos = sin(sin cos + cos cos cos sin)
+ cos( cos cos cos- sin cos sin) + cos sin sin sin
Nếu bề mặt hướng chính nam  = 0, công thức đơn giản:
cos = sin (sin cos+ cos cos sin) + cos( cos cos cos - sin sin)
= sin sin(- ) + cos cos cos(-)
-Góc đỉnh: cosz = cos cos cos+ sin sin
-Góc vị:

III. Tín
công
suất bứcmặt trời Đà Nẵng:
1) Phương công suất bức xạ mặt trời:
Bức xạ mặt trời truyền một bề mặt nghiêng trái đất E ngh tổng dòng bức xạ trực xạ E b, ba
thành phần bức xạ tán xạ Ed1, Ed2, Ed3 bức xạ phản xạ bề mặt lân cận Er
E = Eb + Ed1+ Ed2 + Ed3 + Er
Tổng bức xạ khuếch tán bầu xạ phản đất là như nhau trong mọi trường hợp không phụ
thuộc hướng của bề mặt. Như vậy, tổng xạ trên ngang sẽ là tổng trực xạ E b tán xạ mặt nằm
ngang Ed.
Khi bề mặt nghiêng tạo góc  phương ngang sẻ tổng xạ E gồm 3 phần:
11

Đồ án tốt nghiệp: Năng lượng tái tạ

1  cos 
�
E  Eb .Rb  Ed .�
� 2

1  cos  �
�
�
� E .Rg .�
�
�
� 2
�

đó:
(1 + cos)/2 hệ số góc nhìn tán xạ mặt thuề phía bầu trời
(1 - cos)/2 hệ số góc nhìn tán xạ bề mặt thu ề phía mặt đất
E = Eb+Ed
E-tổg xạ trung bình do được tren bề mặt ngan; kWh/m2/ ngày
Eb- thành phần trực xạ tổng xạ đo được
Ed-thành phần tán xạ tổng xạ đo được ( ví dụ: Nam bộ Ed = 49% tổng xạ) Rg - hệ số phãn
xạ tia bức xạ môi trường xun quanh (bảng 2.1)
Rb - hệ số đổi bức xạ mặt ngang sang nghiêng
Rb theo các góc mặt trời

Trong đó:

En - cường độ bức xạ mặt trời phương bất kỳ
Ebng – bức xạ mặt trời phương vuông gó ngang
Ebngh – bức xạ mặt trời phương vuông góc nghiêng
cos và cosz định phương trình góc biểu diễn hình 2.6

a)

b)

Hình 2.6: Bức xạ trực xạ bề mặtngang (a) nghiêng (b)
2) Tính công suất bức xạ ngày Đà Nẵng:
a) Các bảng số liệu:
Căn cứ số liệu nhiều trạm khí tượng nhiều năm theo dõi, người ta lập bảng cường độ năng
lượng mặt trời vùng.

12


Đồ án tốt nghiệp: Năng lượng tái tạ

Bảng 2.3: Tổng lượng bức xạ trung bình ngày năm

STT

Tên địa phương

Tổng lượng bức xạ
trung bình ngày:
kWh/m2.ngày

Tổng lượng bức xạ
trung bình năm:
kWh/m2.năm

1

Vùng phía Bắc,Đông Bắc,đồng
bằng sông Hồng đến Vịnh Bắc Bộ

3,91

1427

2

Vùng Tây Bắc, Hà tỉnh, Quảng
Bình,Quảng Trị

4,44

1549

3

Thừa Thiên-Huế, từ ĐàNẵng đến
Phú yên,các tỉnh Kon Tum,Gia
Lai,các tỉnh Đông Nam bộ,đồng
bằng sông Cửu long

4,8

1799

4

Đắc Lắc,Lâm Đồng,Khánh
Hòa,Ninh Thuận,Bình Thuận,Bà
Rịa Vũng Tàu

5,61

2084

5
Cả nước
4,59
1765
2
Vậy ta tổng bức xạ trung bình ngày ngang Đà Nẵng là E = 4,8 kWh/m .ngày
Bảng 2.4: Tổng giờ nắng trung bình năm
Số
giờ
nắng
Thứ tự
Tên địa phương
trung bình
năm
1

Điện Biên, Sơn La,Lai Châu,Mộc Châu

1930

2

Lào Cai ,Hà Giang,Vùng Tây Bắc Bắc bộ

1452

Vùng núi phía Bắc,Đông Bắc,đồng bằng sông Hồng

1631

3
đến Hà tỉnh
4

Quảng Bình,Vùng núi QuảngTrị và Thừa Thiên-Huế

1818

Vùng ven biển từ Quảng trị,Thừa Thiên-Huế,đến Ninh

2294

5
Thuận (bao gồm Đà Nẵng)
6

Bình thuận

2961

7

Kon Tum,Gia Lai,Đắc Lắc,Lâm Đồng

2431
13


Đồ án tốt nghiệp: Năng lượng tái tạ

Đông Nam bộ,TP.Hồ Chí Minh,đồng bằng sông Cửu
long

2411

Cả nước

1854

Từ bảng 2.4 ta có thể tính số giờ nắng bình Đà Nẵng là T=2294/365 = 6,3h
Bảng 2.5 : Tổng xạ trực xạ trung bình Đà Nẵng ; kWh/m2- ngày.
1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

C
nă

Trực
xạ

2,02
8

2,28
9

2,82
6

2,288

3,99
6

3,87
9

4,38
9

3,67
5

3,03
9

2,31
3

13,4
4

1,173

1,0

Tổn
g xạ

3,56
4

4,22
1

5,10
0

5,760

6,31
2

5,96
4

6,48
0

5,88
6

5,14
8

4,14

0

3,02
7

2,454

1,7

Tháng
Đà
Nẵn
g

b) Tính công suất bức xạ Đà Nẵng:
Góc vĩ độ Đà Nẵng: = 16,030N;108,220E
Số nắng trung bình ngày: T = 6,3 giờ
Tổng bức xạ ngang: E = 4,8 kWh/m2.ngày
Góc nghiêng: Lắp đặt tấm pin mặt trời (mặt thu) nghiêng phía Nam (do Việt Nam nằm
vùng chí tuyến Bắc) 1 góc độ định :
góc nghiêng  =0
Cường độ bức xạ mặt trời giờ mặt nghiêng khảo sát:

1  cos 
�
E  Eb .Rb  Ed .�
� 2

1  cos  �
�

�
� E .Rg .�
�
�
� 2
�

Eb: trực xạ: Đà Nẵng Eb= 1041/1776 = 0,59
Ed: tán xạ: Ed = 0,41
Rb: hệ số chuyển đổi trực xạ. tấm thu nghiêng hướng chính Nam nên  s=0

Rg

: suất phản chiếu môi trường xung quanh: bề mặt tuyết: 0,2

E : Tổng bức xạ trên ngang

E 

E 4800

 762
T
6,3
(Wh/m2)

 Tính bức xạ ngày vào ngày 1 tháng 6: n=152
Góc thiên độ:

  23, 45.sin[

360
.(284  152)]  22,040
365

Tổng bức xạ trên mặt nghiêng thời điểm 12h trưa (ω=0).
Hệ số trực xạ:

14


Đồ án tốt nghiệp: Năng lượng tái tạ



cos(16  21).cos(22,04).cos(0)  sin(16  21).sin(22,04)
 0,9
cos(16).cos(22,04).cos(0)  sin(16).sin(22,04)

Tổng bức xạ trên nghiêng 12h:

1  cos  �
1  cos  �
�
�
E 12  Eb .Rb  Ed .�
� E .Rg .�
�
� 2
�

� 2
�
1  cos(21) �
1  cos(21) �
�
�
 0,59.762.0,9  0,41.762.�

762.0,2.
�
�
�
� 2
�
� 2
�
2
 711,73(Wh / m )

Tính giờ khác:
E theo nắng có:
Khi chọn giờ mặt trời 9h sáng đến 15h chiều
Giờ
9h
10h
11h
12h
13h
14h
15h

ω
-45
-30
-15
0
15
30
45
Rb
0,85
0,88
0,89
0,89
0,88
0,85
0,9
2
Eβ(Wh/m ) 689,25 702,74 707,23 711,73 707,23 702,74 689,25
Tổng
4910,17
Tính được tổng xạ lên nghiêng tại Đà Nẵng:
EβTB= Eβ.(6,3/7) = 4910,17 (Wh/m²/ngày) .(6,3/7) = 4419,153 Wh/m2/ngày
 Trong trường hợp để tối ưu hóa góc nhận bức xạ mặt trời, khi đó mặt phẵng
nghiêng nhận bức xạ tương tự như lúc 12 giờ, có thể tổng xạ mặt phẵng nghiêng như sau:
Eβ = 6,3.Eβ12 = 6,3.711,73 = 4483,9 (Wh/m²/ngày)

Hình 1.10: Biểu đồ năng lượng thu mặt phẵng cố định quay theo mặt trời

15

Đồ án tốt nghiệp: Năng lượng tái tạ

Chương III: Tính toán hệ thống pin mặt trời
I. Tính dàn pin mặt trời:
1) Trường hợp điều kiện thông thường:
a) Tính dung lượng dàn pin:
Thiết kế hệ thống pin mặt trời cung cấp điện chung cư có công suất tiêu thụ 6kW:
P=6 kW
- Tổng điện năng cung cấp cả chung cư 1 ngày:

Engay  P �  6kW �24h  144(kWh)

 : số giờ sử dụng điện .Ta sẽ thiết kế chưng cư toàn tải 24h.
- Năng lượng điện mặt trời cần thiết:

Ecap 

Engay





Engay

1.2 .3



144000
 180072(Wh)
0,96.0,85.0,98

Với

η= η1. η2. η3….
η1 : hiệu suất Bộ điều khiển sạc-chuyển đổi điện (Inverter Solar Charger).
η2 : hiệu suất Bộ Ăcquy (Battery bank).
η3 : hiệu suất Bộ hòa lưới (Grid-Tie Inverter).
b) Tính công suất dàn pin:
Công suất dàn Pin mặt trời thường tính ra công suất đỉnh cực đai(Watt Peak, Wp) ,tức là
công suất.
E0=1000 W/m2 và ở nhiệt độ tiêu chuẩn T0=250C.
Khi nghiêng  so với ngang thì công suất dàn
pin là:
2

E(Wp ) 

Ecap .1000W / m
E 



180072
.1000  40750(Wp)
4419

E - tổng công suất dàn pin nằm nghiêng góc  mặt phẳng nằm ngang tính 1 ngày.

Dung lượng dàn Pin mặt trời Wp chỉ tính tiêu chuẩn T0=250C lượng Pin lên. Hiệu suất biến
đổi quang điện của pin và module giảm theo quan hệ sau:
ηM(T) = ηM(TC) * {1 - PC * (T – TC)}
đó:
ηM(T) hiệu suất module độ T
ηM(Tc) hiệu suất module độ chuẩn Tc =25oC
Pc là hệ độ của module. Pc=0,005/0C
Chọn nhiệt độ làm Đà Nẵng là 35oC, ta có:
Hệ số theo nhiệt độ:
1-Pc.(T-Tc) = 1-0,005.(35-25) = 0,95
Gọi dung lượng ứng của nhiệt độ là E(Wp,T) thì:

E(Wp ,T ) 

E(Wp )

M  T 



40750
 42895(Wp)
0,95

Xét tổn hao nối dây, hao phí do dàn pin… ta chọn của hệ là K=1,2.Ta kế dự trữ 20% công
suất tiêu thụ của chung cư.
Do đó số Wp là:

120%.K .E(Wp ,T )  120%.1,2.42895  51474(Wp )
c) Tính lượng pin:

Số modul dùng hệ thống pin:

16


Đồ án tốt nghiệp: Năng lượng tái tạ

N

E(Wp ,T )
Pdinh



51474
 155,98
330

Ta chọn module :156 pin mặt trời.
sử dụng số lượng lớn tấm pin mặt trời nên ta chọn phương pháp ghép hỗn hợp pin.
N  N ss .N nt
đó:

N nt 

V
220

 5,85 ; 6
Vmp 37,6

� N ss 

N 156

 26
N nt
6

pin mặt trời được lắp đặt 6 cột 26 hàng.
2) Trường hợp điều kiện nắng tốt:
Ở điều kiện trời nắng tốt, tải chỉ sử dụng điện năng qua hai bộ phận đó là Bộ điều khiển
sạc Inverter mà không phải qua ăcquy. Do đó, dung lượng dàn pin cần thiết cần được tính:

Ecap 

Engay





Engay

1.3



144000
 153061(Wh)

0,96.0,98

η1 : hiệu suất Bộ điều khiển
η3 : hiệu suất Bộ Inverter
Công suất dàn pin mặt trời WP (Peak watt)- tại 250C.

E(Wp ) 

Ecap .1000W / m2
E 



153061
.1000  34637(Wp)
4419

Chọn nhiệt độ ngoài dàn pin Đà Nẵng là 35oC :
Hệ số giảm hiệu suất theo nhiệt độ: 1+Pc.(T-Tc) = 1-0,005.(35-25) = 0,95
Do công suất module hoạt động điều kiện chuẩn 25oC kể đến hiệu suất chuyển đổi quang
điện ta có:

E(Wp ,T ) 

E(Wp )

M  T 



34637
 36460(Wp)
0,95

Xét tổn hao điện trở nối dây, hao phí bụi phủ dàn pin… ta chọn hệ số an toàn hệ là K=1,2.
Ta cũng sẽ thiết kế dự trữ 20% công suất tiêu thụ chung cư.
Do đó tổng số Wp là:

120%.K .E(Wp ,T )  120%.1,2.36460  43752(Wp)

17


Đồ án tốt nghiệp: Năng lượng tái tạ

Số module dùng hệ pin:

N

E(Wp ,T )
Pdinh



43752
 132,58
330

Ta số module :133 tấm pin mặt trời.
II. Chọn suất bộ điều khiển sạc (Solar charge controller):

1) Bộ điều khiển năng lượng mặt trời
2) Đó là một thiết bị trung gian hệ tấm pin mặt trời hệ bình ắc quy lưu trữ. Nhiệm vụ chính
nó là "điều khiển" việc bình ắc quy nguồn điện sinh pin mặt trời. Cụ thể nhiệm vụ sau:
- Bảo vệ bình ắc quy:
Khi bình đầy (VD 13.8V - 14V đối với ắc quy 12V) thì bộ điều khiển cho nguồn
điện tiếp tục nạp ắc quy có thể gây sôi bình làm ảnh hưởng tuổi thọ bình. bình gần cạn
đến ngưỡng phải ngắt bảo vệ bình (VD 10.5V đối với ắc quy 12V), bộ điều khiển ngắt
cho sử dụng tải bảo vệ bình bị "kiệt".
- Bảo vệ pin mặt trời:
Nguyên lý dòng điện chảy từ nơi điện áp nơi điện áp thấp. Ban ngày trời nấng thì
điện áp tấm pin loại hơn 20V, cao hơn điện áp ắc quy nên dòng điện sẽ đi từ pin xuống ắc
quy. Nhưng ban đêm khi, điện áp của pin sẽ thấp hơn điện áp của ắc quy và dòng điện sẽ
đi từ ắc quy lên ngược tấm pin và " giảm hiệu suất tấm pin dần dần và có thể hỏng tấm
pin. Vậy nên bộ điều khiển sẽ ngăn để cho dòng điện lên tấm pin để tránh hiện tượng trên.
- Giúp đạt hiệu suất cao nhất từ tấm pin mặt trời:
Có bi này mới có tên gọi là "điều khiển", nghĩa là thiết bị này điều khiển làm sao để
công suất sạc đạt cực điều khiển đóng cắt khi bình đầy hoặc bình cạn và bảo vệ không cho
điện trào lên pin, hiện đại hơn là sử dụng phương pháp điều khiển điều rộng xung PWM
(Pulse - Width - Modulation) tục để ổn áp sạc cho ắc quy, phương pháp này có dưới 20%
lượng điện sạc từ pin mặt trời. Các bộ điều khiển sạc hiện đại sử dụng phương pháp điều
rộng xung không hao phí, có bộ vi xử lý và thiết) Pmax để sạc cho ắc quy. Công suất cực
đại minh họa trong hình dưới chữ nhật màu xám.

- Một số chức năng khác như: điện thoại..
3) Vậy không dùng bộ điều khiển sạc có được không?
Được nhưng tấm pin giảm hiệu suất. Được nhưng bạn sẽ phải thay bình ắc quy thường
xuyên nếu có sự cố gì thì tất cả sẽ tự hủy vì không có ai bảo vệ chúng..v.v..
4) Phương pháp tính công suất bộ điều khiển sạc:
Solar charge controller có hợp với điện thế của pin mặt trời và điện thế ra tương ứng với
điện thế của battery. Vì solar cho nên cần chọn loại solar charge controller nào phù hợp với

18


Đồ án tốt nghiệp: Năng lượng tái tạ

hệ solar. Đối với các hệ pin mặt trời kế thành nhiều dãy song song và mỗi dãy sẽ do một
solar charge controller
Thông thường ta chọn Solar charge controller có dòng Imax =
1.3 x dòng ngắn mạch của PV
SolarV có thiết kế các dùng công nghệ sạc xung và nâng áp đỉnh MPP nên hiệu suất sạc
cao hơn và tương đương các bộ sạc MPPT mà giá thành rẻ hơn. Công nghệ hơn kể cả sạc
MPPT.
5) Chọn công suất bộ điều khiển sạc:
Ta có thông số của mỗi PV module (được trình bày trong chương sau):
Pdinh= 330 Wp, Vmp = 37,6 Vdc, Imp = 8,78 A, Voc = 45,9 V, Isc = 9,54 A. Có 26 module mắc
song song nên:
Imax-charge=1,3 x 9,54 x 26 = 322,452 A
Vậy ta chọn 2 bộ Solar charge controller có dòng ngõ vào tối đa là 180 A và dòng sạc tối đa là
140 A, công suất 6800W
III. Tính dung lượng Acquy (Battery):
1) Tìm hiểu về Acquy:
Ắc qui là một thiết bị điện cần thiết trên một chiếc xe. Nó có khả năng tích trữ năng lượng
điện dưới dạng các thiết bị quy bị cạn); và ắc quy khô (ắc quy F: maintenance free) không được mở nắp để châm thêm nước.
2) Cấu tạo Acquy:
Các bộ phận chủ yếu của ắc-quy axit gồm:
- Các lá cực dương làm thành một bộ chùm cực dương.
- Các lá cực âm làm bằng Pb được ghép song song với nhau thành một bộ
Bộ chùm cực âm và chùm cực dương đặt kiểu cái răng lược, sao cho cứ một lá cực(-)
rồi đến một lá cực(+).
- Lá cách đặt giữa các lá cực âm và lá cực giữa các điện cực khác dấu.

- Vỏ bình thường được làm hộp, chịu được khí nóng lạnh, va chạm mạnh và chịu được
axit. Dưới đáy bình có các đế cao để của chất hoạt động rụng xuống thì đọng dưới rãnh đế
như vậy tránh được hiện tượng cực do mùn gây ra, nắp đậy ắc-quy cũng làm bằng vỏ cao su
cứng, nắp có các lỗ để đổ dung dịch điện phân và đầu cực luồn qua. Nút đậy để Cấu nối

bằng chì để nối âm
3) Tính dung lượng Acquy:
Vậy dung lượng pin cần có để cung cấp tải tg điều kiện nắng là 43752WP; khi công
suất dàn pin lắp đặt là 51474WP Dung lượng dư ra là: 51474 – 43752 = 7722 WP.
Vậy sau 5,7 ngày nắng tốt ắcquy nạp đủ cung cấp cho tải 1 ngày ko có nắng (vì trong
tính toán, dàn pin 51474 WP cung cấp tải 1 ngày đêm).
Ta tính dung lượng battery

C

Ecap .D

v.b .DOD



180072.1
 29424( Ah)
12.0,85.0,6

Số lượng bình acquy
19


Đồ án tốt nghiệp: Năng lượng tái tạ

N

C 29424

 127,93
Cb
230

Cb: dung lượng tính theo Ah.
Vậy số lượng là 128 bình.
 Với 128 bình acquy là sử dụng 100% công suất phụ
 trong 8h thì dung lượng acquy đặt là:

C

T �P
8 �6000

 7843( Ah)
v �b �DOD 12 �0,85 �0,6

Vậy số lượng bình Acquy cần dùng là 34 bình.
IV. Chọn công suất biến đổi
V. Biến tần là chuyển đổi điện áp hoặc dòng điện xoay chiều ở đầu vào từ một tần số này thành
điện áp hoặc
 là 50Hz sẽ có thể thay đổi thành những tần số khác thông thường đầu ra của biến tần 3pha
380v có điện áp từ 0 -380v 400Hz .
1) Nguyên lý hoạt động:
 Khi không có nguồn điện (lưới): Ắc quy phóng điện qua bộ biến tần, chuyển nguồn điện

một chiều DC
 -interactive, rong những cơ bản bị năng lượng dự trữ trong ắc quy. thiết để UPS phát hiện ra
các sự cố điện nêu trên.
2) Phương pháp tính công suất bộ biến đổi nguồn:
Hiện nay frequency) và inverter sine chuẩn tần số thấp (low frequency - hay người ta còn
gọi là iverter dùng tăng phô).
Nếu thiết kế chọn inverter sine số cao, bộ inverter phải đủ chọn 200% công sử dụng có
những lúc cầ bị có páp khởi động mềm để inverter công suất quá lớn.
Nếu chọn inverter sinechuẩn dùng tăng phô ch ca loại inverter này là tiê hao lớn.
3) Chọn công suất bộ biến đổi nguồn: hòa lưới có dự trữ nên chọn b Inverter có điện áp vào
định mức bằng điện p làm việ của hệ V=220V. Công suất ra của bộ Inverter phải bằng
150% công suấ tiêu thụ của toàn tải là 6
PInv= 6kW x 150% = 9kW

20


Đồ án 3: năng lượng tái tạo

GVHD: TS. Nguyễn Dáo

CHƯƠNG IV CHỌN THIẾT BỊ CHO HỆ THỐNG PIN MẶT
TRỜI
I. Chọn pin mặt trời:
3, chúng ta đã chọn dung là 330 Wp và số lượng pin là 156 tấm pin (6 cột 26 hàng). Ta
schọn tấm của Suniva.
 Thông số pin mặt trời:
 Sử dụng công nghệ chế tạo cell hàng đầu tại Mỹ.
 Hiệu suất cao và độ tin cậy.
 Thiết kế khung đỡ bằng hợp kim nhôm.

 Dãy công suất sử dụng pin cho dân dụng cao: 325340 W
 Tuổi thọ 25 năm.
ELECTRICAL DATA (NOMINAL)
The rated power may only vary by -0/+10W and all other electrical parameters by ±
5%
OPT
OPT
OPT
OPT
Module Type
32533033534072-472-472-472-4Power Classification
325
330
335
340
Module Efficiency (%) 16.66
16.92
17.18
17.43
Voltage at Max. Power 37.5
37.6
37.7
37.8
Current at Max. Power 8.67
8.78
8.89
8.99
Open Circuit Voltage
45.8
45.9

45.9
46.0
Short Circuit Current
9.42
9.54
9.66
9.78
The standard tes (STC): Irradiance of 1000 W/m2 with AM 1.5 spectra at 25°C
CHARACTERISTIC DATA
Type of Solar Cell

Frame
Glass
Junction Box
Cable & Connectors
MECHANICALS

High-efficiency
ARTisun Select cells,
3 and 5 busbar
options
available
Silver anodized
Tempered (low-iron), anti-reflective
NEMA IP67 rated; 6
12 AWG (4 mm²) PV Wire with
multiple connector options

Cells / Module
72 (6 x 12)

Module Dimensions
1970 x 990 mm (77.6
Module Thickness
38 mm (1.5 in.)
Approximate Weight
23 kg (50.7 lbs.)
TEMPERATURE COEFFICIENTS
Voltage
Current
Power
NOCT Avg

ß, Voc (%/°C)
α, Isc (%/°C)
γ, Pmax (%/°C)
(+/- 2 °C)

-0.335
+0.047
-0.420
46.0
21


Đồ án 3: năng lượng tái tạo

GVHD: TS. Nguyễn Dáo

LIMITS
Max. System Voltage

Max Series Fuse
Operating Module
Storm
Resistance/Static Load

1000 VDC for IEC, 1000 VDC
15 Amps
-40°C to +85°C (-40°F to
Tested to IEC 61215 for loads
of 2400 Pa (50 psf); hail and

Chọn bộ sạc:
Trong chương 3, ta đã tính được
Conext XW+NA là bộ inverter tiếp tục cấp điện cho tải. hòa lưới có dự trữ,khu thương
mại,biệt thự….
Ưu điểm thiết bị:
 Hiệu % ,độ hao hụt công suất về đêm dưới 8W.Tăng
hiệu quả đầu tư. áp 48V hệ thống pin. XW+6848 sẽ
sản xuất lên đến 110 amps.
 Hỗ nhiều loại baterry:GEL,AGM…
 Sạc tối ưu: bù nhiệt độ pin tự động sử dụng các cảm
biến nhiệt độ bên ngoài để sạc chí những thay đổi
nhiệt độ khắc nghiệt.
 Sạc đa giai đoạn: hệ thống và cải thiện tuổi thọ pin.
 Dễ sửa
 chuẩn.


22

Đồ án 3: năng lượng tái tạo

GVHD: TS. Nguyễn Dáo

23


Đồ án 3: năng lượng tái tạo

GVHD: TS. Nguyễn Dáo

II. Chọn bộ biến đổi nguồn có hòa lưới:
Trong chương 3, ta suất tối đa của bộ inverter là 9kW grid-tie SE10K của hãng Solar Edge.
 Thông số bộ Grid-Tie Inverter:
- Bộ Inverter 3 pha thích hợp cho, tòa nhà
thương mại…
 Hiệu quả đầu tư cao: đổi cao:lớn hơn 98% hiệu vi
thu năng lượng lớn (buổi sáng sớm và Kết nối mạng
 Độ tin cậy cao:thiết kế chắc chắn dựa theo tiêu chuẩn
an toàn IP65.
 Điện áp ngõ vào lớn :750V-950V
 Gọn, nhẹ, dễ vận hành và lắp đặt
 30 năm.

24


Đồ án 3: năng lượng tái tạo

GVHD: TS. Nguyễn Dáo

III. Chọn bộ Acquy:
Trong chương 3, ta đã tính được dung lượng 230Ah mã hiệu LFD230 của hãng Varta.
 Thông số Acquy:
-Độ bền cao.
-Thích hợp dùng cho : khởi động và xả sâu.
-Miễn phí
: có thể đặt nghiêng 900 trong khoảng thời gian ngắn.
- Có thể sử dụng
-Lí tưởng cho việc sử dụng quanh năm.

 Nạp ắc quy:
Với ắc quy axit-chì, cần thực hiện quá trình nạp theo ba bước:
1.Nạp thúc:
Dòng nạp được giữ ịnh ở theo quy định của nhà
2.Nạp bổ sung:
Điện áp nạp được giữ ổn định ở mức 14,2~15,5V đến
3.Nạp duy trì:
Điện áp nạp được giữ ổn định ở mức 12,8~13,2V. Một kỹ thuật khác là nạp duy trì
bằng kỹ thuật xung, trong đó, mạch giám sát ắc quy sẽ nạp đến ác quy khi dung
lượng ắc quy hao hụt một phần nhỏ
Với các ắc quy dự phòng, này thường ít khi hoạt động, ta cần duy trì áp nạp trong
khoảng 13~13,2V.

25