Đồ án Thyết kế hệ thống pin năng lượng mặt trời cho phân xưởng cơ khí

,

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HCM

ĐỒ ÁN NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO

THIẾT KẾ HỆ THỐNG PIN NĂNG
LƯỢNG
MẶT TRỜI CHO XƯỞNG CƠ KHÍ
Sinh viên thực hiện:
 Phạm Hữu Nghĩa
 Nguyễn Đào Ngọc Tiến
 Phan Anh Tú

Giảng viên hướng dẫn:
PGS. Võ Viết Cường



NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
…………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………...……………………………
…………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………...……………………………
…………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………...……………………………
…………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………

CHƯƠNG 1:


TỔNG QUAN
1.1 Lý do chọn đề tài:
1.1.1 Năng lượng tái tạo là xu hướng phát triển của ngành công nghiệp năng lượng thế giới.
Năng lượng giữ vai trò cực kỳ quan trọng trong tự nhiên và sự sống của con người. Tuy nhiên, việc
khai thác và sử dụng các nguồn năng lượng hiện nay đang ở mức báo động do tình trạng khai thác
triệt để các nguồn năng lượng hóa thạch, sử dụng thiếu hiệu quả và không quan tâm đến vấn đề bảo
tồn và tái tạo trong suốt nhiều thế kỷ qua. Hậu quả là các nguồn năng lượng hóa thạch bị cạn kiệt, đi
kèm với hiện tượng biến đổi khí hậu do khai thác và tận dụng không hiệu quả, thiếu quan tâm đến vấn
đề môi trường. Vấn đề này khiến tất cả các quốc gia phải nghiên cứu khai thác các nguồn năng lượng
thay thế và các nguồn NLTT. Đây là vấn đề cấp bách của thế giới nói chung và Việt Nam nói riêng.
Xu hướng phát triển của NLTT được thể hiện qua các thông tin sau:
Điện tái tạo chiếm 70% tổng công suất phát điện bổ sung cho toàn cầu năm 2017, mức tăng lớn nhất về
năng lượng tái tạo trong lịch sử hiện đại, theo báo cáo hiện trạng năng lượng tái tạo toàn cầu 2018
(GSR) của REN21 [1]. Nhưng trong lĩnh vực sưởi ấm, làm mát và giao thông vận tải – chiếm khoảng
4/5 nhu cầu năng lượng toàn cầu – tiếp tục tụt hậu so với ngành điện. Báo cáo GRS được công bố hôm
nay, là báo cáo tổng quan hàng năm toàn diện nhất về hiện trạng phát triển năng lượng tái tạo trên toàn
thế giới.

Hình 1.1 Biều đồ khả năng năng lượng tái tạo 2007-2017 [1]
Công suất lắp đặt mới của điện mặt trời (PV) đạt mức kỷ lục: điện mặt trời tăng 29% so với năm
2016, đạt 98 GW. Tổng công suất phát điện bổ sung từ điện mặt trời vào hệ thống điện nhiều hơn so


với tổng công suất cộng dồn từ cả ba nguồn than, khí tự nhiên và điện hạt nhân. Điện gió cũng góp

phần làm tăng tỷ trọng của năng lượng tái tạo toàn cầu với 52 GW.

Hình 1.2 Biểu đồ khả năng năng lượng mặt trời 2007-2017 [1]
Đầu tư vào công suất lắp đặt điện tái tạo mới gấp đôi so với tổng đầu tư mới cho điện từ cả hai
nguồn nhiên liệu hóa thạch và hạt nhân, mặc dù vẫn còn khoản tiền trợ giá lớn cho đầu tư điện
nhiên liệu hóa thạch. Hơn 2/3 nguồn đầu tư vào sản xuất điện năm 2017 dồn vào năng lượng tái tạo
nhờ giá thành ngày càng cạnh tranh hơn – và tỷ trọng năng lượng tái tạo trong ngành điện dự kiến
sẽ tiếp tục tăng.

Hình 1.3 Biều đồ đầu từ toàn cầu vào năng lượng tái tạo [1]
Đầu tư vào năng lượng tái tạo được tập trung vào một số khu vực: Trung Quốc, Châu Âu và Mỹ
chiếm gần 75% nguồn đầu tư vào năng lượng tái tạo thế giới trong năm 2017. Tuy nhiên, khi tính


theo đơn vị tổng sản phẩm quốc tế (GDP), quần đảo Marshall, Rwanda, quần đảo Solomon,
Guinea-Bissau, và nhiều quốc gia đang phát triển khác đang đầu tư ngày càng nhiều vào năng
lượng tái tạo hơn cả các nước phát triển và nước có nền kinh tế mới nổi.
Nhu cầu năng lượng và lượng phát thải CO 2 liên quan đến năng lượng đều tăng đáng kể lần đầu tiên
trong bốn năm. Lượng phát thải CO2 liên quan đến năng lượng tăng 1.4%. Nhu cầu năng lượng thế
giới tăng khoảng 2.1% trong năm 2017 do sự tăng trưởng kinh tế của các nền kinh tế mới nổi cũng
như việc tăng dân số. Chiều hường gia tăng năng lượng tái tạo không theo kịp với sự gia tăng nhu
cầu năng lượng và việc tiếp tục đầu tư vào năng lượng hóa thạch hạt nhân.
1.1.2 Các tiềm năng của hệ thống điện mặt trời áp mái tại Việt Nam
Với đặc điểm địa hình, khí hậu, thời tiết nước ta có tiềm năng khá lớn bức xạ mặt trời, ước tính tiềm
năng kỹ thuật có thể phát triển điện mặt trời ở Việt Nam có thể lên tới gần 340.000 MWp.
Với chính sách của Nhà nước khuyến khích phát triển nguồn điện từ năng lượng tái tạo, rất nhiều dự
án nguồn điện mặt trời đã được triển khai đầu tư xây dựng. Trong đó, điện mặt trời áp mái là một hình
thức mới, ưu việt, có thể phát triển vượt bậc trong tương lai.
Các tấm pin mặt trời thông dụng có công suất khoảng 290 - 350Wp được thiết kế kiểu panel với kích
thước 1956x992x50 mm, diện tích khoảng 1,9 m2. Nếu diện tích mái nhà khoảng 20 m2 thì có thể lắp

đặt được 10 panel, công suất điện cực đại thu được khoảng trên 3 kWp, đủ dùng cho các thiết bị điện
thông dụng trong một gia đình.
Ưu điểm của điện mặt trời áp mái:




Không tốn diện tích đất.
Giúp tăng cường chống nóng hiệu quả cho các công trình.
Có quy mô nhỏ, lắp đặt phân tán nên được đấu nối vào lưới điện hạ áp và trung áp hiện hữu,



không cần đầu tư thêm hệ thống lưới điện truyền tải.
Được lắp đặt nhiều ở các mái nhà trong thành phố, khu công nghiệp nên có tác dụng làm
giảm quá tải lưới điện truyền tải từ các nguồn điện truyền thống, thường đặt ở xa các trung
tâm đông dân. Ví dụ khi có 150 ngàn hộ tại khu vực TP.HCM đầu tư từ 3 - 5 kW điện mặt trời
áp mái, có thể tạo ra công suất điện tại chỗ khoảng 600 MW trong giờ cao điểm trưa, tương



đương công suất một nửa nhà máy nhiệt điện than như Vĩnh Tân I hoặc Duyên Hải I.
Điện mặt trời áp mái với quy mô nhỏ, thích hợp để khuyến khích nhiều cá nhân, tổ chức tham
gia đầu tư kinh doanh với vốn không lớn, đạt mục tiêu xã hội hóa - huy động các nguồn vốn.

1.1.3 Viêt Nam được đánh gái rất cao về tiềm năng khai thác điện mặt trời


Việt năm được đánh giá là nước có tiểm năng phát triển năng lượng mặt trời do vị trì địa lý nằm
gần xích đạo, cường độ bức xạ mặt trời quanh năm đạt từ 4 đến 5.2 kWh/m 2/ngày ở hầu hết các tỉnh

thành. Tiểm năng về trữ lượng năng lượng mặt trời của Việt Nam thay đổi theo vị trí địa lý (xem bảng
1.1)
Nhằm đẩy mạnh khai thác và sử dụng có hiệu quả nguồn năng lượng mặt trời, Chính phủ đã
đặt ra các mục tiêu phát triển điện mặt trời tại Quyết định số 428/QĐ-TTg ngày 18 tháng 3 năm
2016 phê duyệt điều chỉnh Quy hoạch phát triển điện lực quốc gia giai đoạn 2011 – 2020 có xét
đến 2030, cụ thể: Tăng công suất nguồn điện mặt trời từ mức không đáng kể lên khoảng 850 MW
vào năm 2020; khoảng 4.000 MW vào năm 2025 và khoảng 12.000 MW vào năm 2030. Điện năng
sản xuất từ nguồn điện mặt trời chiếm tỷ trọng khoảng 0,5% năm 2020, khoảng 1,6% vào năm 2025
và khoảng 3,3% vào năm 2030.
Bảng 1.1: Mật độ năng lượng trung bình hàng năm và số giờ nắng trung bình hằng năm ở các khu
vực khác nhau của Việt Nam
Khu vực
Tây Bắc
Đông Bắc
Bắc Trung Bộ
Nam Trung Bộ và Tây
Nguyên
Nam Bộ
Trung bình toàn quốc

Mật độ năng lượng trung bình

Số giờ nắng trung bình hằng năm

hằng năm (kcal/cm2/năm)
100 – 125
125 – 150
140 – 160

(hrs/year)

1.500 – 1.700
1.750 – 1.900
1.700 – 2.000

150 – 175

2.000 – 2.600

130 – 150
130 – 152

2.200 – 2.500
1.830 – 2.450

Để đạt được các mục tiêu này, ngày 11 tháng 4 năm 2017, Thủ tướng Chính phủ ban hành
Quyết định số 11/2017/QĐ-TTg về cơ chế khuyến khích phát triển các dự án điện mặt trời tại Việt
Nam. Theo đó, EVN sẽ mua điện từ các hệ thống PV với giá 9,35 $cent/kWh thông qua hệ thống đo
đếm Net Metering. Với quyết định này, chắc chắn sẽ tạo ra một “làn sóng” mới cho toàn xã hội đầu
tư vào các hệ thống PV với quy mô lớn cũng như quy mô hộ gia đình.
Thực hiện Quyết định số 11/2017/QĐ-TTg, ngày 12 tháng 9 năm 2017, Bộ Công Thương ban
hành Thông tư số16/2017/TT-BCT quy định về phát triển dự án và Hợp đồng mua bán điện mẫu áp
dụng cho các dự án điện mặt trời. Việc ban hành Thông tư giúp minh bạch hóa thủ tục đầu tư phát
triển điện mặt trời tại Việt Nam, thúc đẩy đầu tư phát triển nguồn điện mặt trời, bổ sung công suất
cho hệ thống điện, từng bước tăng tỷ trọng của năng lượng tái tạo trong hệ thống điện quốc gia,
giảm sự phụ thuộc vào nguồn năng lượng hóa thạch đang dần cạn kiệt, đảm bảo an ninh năng
lượng, giảm phát thải khí nhà kính, bảo vệ môi trường và phát triển bền vững.


1.1.4 Thành phố Hồ Chí Minh và tiềm năng phát triển năng lượng mặt trời ở các xưởng cơ
khí:

Thành phố Hồ Chí Minh nằm trong khu vực có bức xạ mặt trời mạnh, số giờ nắng trung bình
là 6,8 giờ/ngày và liên tục trong cả năm. Cường độ bức xạ khá cao 4,3Wh/m 2/ngày nên tiềm năng
phát triển và khai thác năng lượng mặt trời để phát điện là rất lớn.
Theo EVN HCM, đến nay đã có 3.366 khách hàng lắp đặt điện mặt trời ở áp mái với tổng
công suất lắp đặt 39,31(MWp), điện năng phát lên lưới là 6,03 triệu KWh. Tuy vậy, con số trên còn
quá khiêm tốn so với tiềm năng.
Sau đây là hệ thống điện mặt trời áp mái được đầu tư xây dựng với công suất 63(KWp), 180
tấm pin, tổng diện tích lắp đặt 350 m2, cung cấp điện năng cho phân xưởng cơ khí của công ty. Qua 1
tháng sử dụng, hệ thống đã sản xuất hơn 7.000 kW điện. Tỷ lệ tiết kiệm sẽ tăng cao khi nắng nhiều
hơn và nhiệt độ thấp hơn.
Tp.HCM có giờ năng trung bình từ 2.200 - 2.500 giờ/năm, là một trong những tỉnh có mực độ
phức xạ nhiệt cao nhất của cả nước và có tiềm năng lớn trong phát triển năng lượng điện mặt trời.
Bảng 1.2: Tổng số giờ nắng trung bình hàng tháng và năm của Bình Phước (giờ)
Trạm
Tp.HC
M

1
24
5

2
24
6

3
27
2

4

23
9

5
19
5

Tháng
6
7
17 18
1
0

8
17
2

9
16
2

10
18
2

11
20
0

1.2 Mục tiêu
Đánh giá tính khả thi về mặt kinh tế, kỹ thuật và tác động môi trường của đề tài.
1.3 Nội dung
Để đáp ứng mục tiêu nêu trên đề tài báo cáo cần thực hiện những nội dung sau đây:







Tổng quan năng lượng tái tạo trên thế giới và Việt Nam;
Đối tượng nghiên cứu, mục tiêu nội dung, giới hạn;
Khảo sát công nghệ;
Tính toán kinh tế;
Tác động môi trường;
Kết luận, đánh giá đề tài.

12
22
3


CHƯƠNG 2:
KHẢO SÁT ĐỐI TƯỢNG – CÔNG NGHỆ
2.1 Khái niệm chung:
Hệ thống quang điện mặt trời (photovoltaic solar system – PV) là khái niệm đề cập đến các


ứng dụng công nghệ khai thác quang năng mặt trời và chuyển hóa thành điện năng sử dụng các

thiết bị bán dẫn quang (còn gọi là các tế bào quang điện (solar cell), pin quang điện, hay pin năng
lượng mặt trời). Các phần tử này được cấu tạo bởi các diode bán dẫn loại p (bán dẫn điện dương) và
loại n (bán dẫn điện âm), bố trí thành từng lớp xếp chồng lên nhau, tạo môi trường hình thành hiệu
ứng quang điện, chuyến hóa trực tiếp quang năng mặt trời thành điện năng.
Pin quang điện mặt trời (PV) làm nhiệm vụ chuyển hóa trực tiếp ánh sáng mặt trời thành điện
năng theo hiệu ứng quang điện. Hiệu ứng quang điện được các nhà khoa học tại Tập đoàn Điện
thoại Bell tìm ra năm 1954, trên cơ sở nghiên cứu và phát triển ứng dụng cho hiệu ứng này, các
công nghệ pin quang điện dần phát triển cho đến ngày nay. Hiện nay có nhiều cách phân loại pin
quang điện mặt trời, tuy nhiên cách phân loại phổ biến và cụ thể nhất hiện nay là phân loại theo vật
liệu chế tạo. Theo đó, các công nghệ pin mặt trời hiện nay bao gồm:


Công nghệ pin bán dẫn tinh thể silicon (c-Si): chiếm khoảng 85-90% thị phần pin mặt trời toàn
cầu với hiệu suất chuyển đổi năng lượng trung bình khoảng 25%. Công nghệ pin tinh thể được



chia thành hai nhóm lớn:
 Công nghệ pin đơn tinh thể (sc-Si).
 Công nghệ pin đa tinh thể (mc-Si).
Công nghệ pin màng mỏng (thin-film): hiện chiếm khoảng 10-15% thị phần bán lẻ pin mặt trời
toàn cầu với hiệu suất thấp hơn công nghệ pin tinh thể silicon nhưng không nhiều. Cộng nghệ



này được chi thành ba họ lớn:
 Họ pin tinh thể vô định hình và vi tinh thể silicon (a-Si/µc-Si).
 Họ pin Cadmium-Telluride (CdTe).
 Họ Copper-Indium-Diselenide (CIS) và Copper-Indium-Gallium-Diselenide (CIGS).
Ngoài ra còn nhiều công nghệ pin mới đang trong quá trình nghiên cứu hoặc phát triển nhưng

với phạm vi đề tài là thiết kế hệ thống pin mặt trời cho hộ gia đình nên chỉ tập trung vào các
loại pin trên.

2.2 Công nghệ pin:
Bạn có biết rằng trái đất nhận được khoảng 1.366 watt bức xạ mặt trời trực tiếp trên một mét
vuông? Mặt trời là một nguồn năng lượng rất đáng tin cậy, khiến cho việc lắp đặt các tấm pin mặt
trời trở thành một xu hướng ngày càng phát triển.
Tuy nhiên, không phải tất cả các tấm pin mặt trời đều giống nhau. Có nhiều loại khác nhau
đang được cài đặt, với các đặc điểm khác nhau được liên kết với chúng. Để hiểu rõ hơn về thế giới
của các tấm pin mặt trời, dưới đây là 4 loại tấm pin mặt trời phổ biến nhất.


a) Thin-Film:
Thin-Film là tấm pin mặt trời silic vô định hình (A-SI). Các
tấm pin mặt trời màng mỏng có pin mặt trời màng mỏng và chủ yếu
được sử dụng cho các hệ thống năng lượng mặt trời nhỏ. Những tấm
này được chế tạo bằng cách đặt các vật liệu như silicon, cadmium
hoặc đồng lên đế. Chúng dễ dàng sản xuất khiến chúng trở thành một
lựa chọn rẻ hơn so với các loại tấm pin mặt trời khác, liên quan đến
thực tế là chúng đòi hỏi ít vật liệu hơn cho sản xuất của chúng. Ngoài
giá cả phải chăng, họ cũng linh hoạt. Điều này làm cho ứng dụng của
họ dễ dàng hơn nhiều và giảm độ nhạy cảm với nhiệt độ cao. Các
tấm pin mặt trời silic vô định hình sử dụng công nghệ ba lớp, tốt nhất
trong số các loại màng mỏng. Xem xét rằng chúng dễ dàng được sản xuất và có chi phí thấp, tuổi
thọ của chúng ngắn hơn, cũng như bảo hành của chúng.

b) Concentrated PV Cell (CVP)
Là các tấm PV Cell đậm đặc là loại đa khớp với hiệu
suất 41%. Chúng rất hiệu quả do bề mặt gương cong, ống
kính và hệ thống làm mát. Với tỷ lệ hiệu quả cao, chúng là

loại tấm pin mặt trời hiệu quả nhất. Tuy nhiên, để đạt được
hiệu quả tối đa, họ cần phải đối mặt với mặt trời ở một góc
độ cụ thể. Để đạt được điều đó, bên trong bảng điều khiển
năng lượng mặt trời có thể được tìm thấy một máy theo dõi
năng lượng mặt trời theo mặt trời.

c) Polycrystalline và Monocrystalline


TIÊU
CHÍ
Tên
đầy đủ

PIN MONO
Monocrystalline

Pin Mono với các tế bào năng lượng
mặt trời được làm bằng
monocrystalline silicon (Mono-Si),
còn được gọi là silicon đơn tinh thể
Nguyên với độ tinh khiết cao. Chính vì vậy,
liệu tạo nhìn bằng mắt thường sẽ thấy tấm pin
thành đều màu và đồng nhất.

Giá cả

Các tế bào năng lượng mặt trời của
pin mono được tạo nên từ các phôi
silicon có hình trụ. Bốn mặt các phôi

hình trụ được cắt ra khỏi để tối ưu
hóa hiệu suất và giảm chi phí thành
phần.
Đắt hơn

PIN POLY
Polycrystalline

Các tấm pin năng lượng mặt trời
đầu tiên được tạo nên từ silicon đa
tinh thể như polysilicon (p-Si) và
silicon đa tinh thể (mc-Si).
Nguyên liệu silicon tan chảy và
được đổ vào khuôn hình vuông,
được làm nguội và cắt thành những
tấm wafer vuông hoàn hảo.

Ít tốn kém


Hiệu
suất
Tính
thẩm
mỹ
Tuổi
thọ
Ưu
điểm

Nhược
điểm

Các
nhà
sản
xuất
chính

Hiệu quả hơn

Kém hơn

Màu đen sẫm đồng nhất.
Những cell pin hình vuông được vạt
góc xếp liền nhau tạo những khoảng
trống hình thoi xen kẽ.

Màu xanh đậm.
Những cell pin được xếp khít với
nhau như một mảng lớn nguyên
vẹn.

Trên 25 năm

Trên 25 năm

Được làm từ silicon với độ tinh khiết
cao nên hiệu suất sử dụng cao. Tỉ lệ
hiệu suất của các tấm pin mono

thường ở khoảng 15-20%.
Độ bền cao, hiệu quả sử dụng dài lâu.
Hoạt động hiệu quả hơn so với pin
poly trong điều kiện ánh sáng yếu.

Quá trình sản xuất đơn giản và ít
tốn kém. Do đó giá thành cũng thấp
hơn so với pin Mono.
Mức độ giãn nở và chịu nhiệt cao.

Giá thành khá cao do quy trình sản
xuất tốn kém.

Hiệu suất hoạt động của pin poly
nằm trong khoảng từ 13-16%. Do
độ tinh khiết của silicon thấp hơn
nên hiệu suất không cao bằng pin
mono.



AE Solar



Canadian Solar



SunPower



LG



2.3 Kết luận:



Hanwha



Kyocera



Hyundai



SolarWorld



Trina

Hyundai

SolarWorld

a) Lựa chọn công nghệ pin:
Với những lý thuyết đã được nêu ở phần trên, ta lựa chọn pin MONO (Monocrystalline).
Ở đây, ta khảo sát cụ thể: Tấm Pin năng lượng mặt trời số hiệu AE350M6-72 của hãng AE SOLAR
có chức năng hấp thu ánh nắng từ mặt trời, chuyển đổi quang năng tạo thành điện năng, cho ra dòng
điện một chiều (DC).


Hình 2.3.1 Thông số pin mono 350W
 Tính toán lắp đặt pin
Số lượng tối đa module mắc nối tiếp trên một chuỗi được tính trog trường hợp một ngày nắng
hệ thống PV bị ngắt ra khỏi lưới do sự cố .Khi đó PV hở mạch và nếu là ngày có nhiệt độ thấp nhất
trong năm thì điện áp của dãy PV là lớn nhất, giá trị tối đa này cần lớn hơn hoặc bằng điện áp DC
tối đa của Inverter.
-

Số module pin NLMT trong 1 dãy mắc nối tiếp:

N nt .PV 
-

Vlv.sys
Vlv.PV

Số dãy module pin NLMT mắc song song nhau:


N ss.PV 

N PV
N nt . PV

Với:
 Vlv.sys : điện áp làm việc của hệ thống [V].
 Vlv.PV : điện áp làm việc của 1 module pin NLMT, [V]. Lưu ý rằng: giá trị nên chọn thấp hơn
Vopt mà nhà sản xuất cung cấp (Vopt là điện áp đỉnh mà module pin NLMT có thể phát ra).

 Nnt.PV: số module pin NLMT cần thiết mắc nối tiếp trong 1 dãy.
 Nss.PV: số dãy pin NLMT mắc song song nhau.
Thông số dàn pin:
- Số lượng: 180 module
- Điện áp hở mạch: Uoc = 47.149 V
- Dòng điện: Isc=9.551 A
- Dòng và áp tại điểm công suất dàn pin cực đại là: Ump = 39.46 V; Imp = 8.87 A
Hệ thống gồm có:
- Dàn Pin Mặt trời gồm 5 dãy pin đặt song song với nhau, gồm 12 chuỗi pin. Một chuỗi gồm
15 modul mắc nối tiếp nhau. Công suất dàn pin là: 350*180= 63 KWP.

b) Đối tượng ứng dụng:


Diện tính mái: 532 m2; Diện tích lắp đặt PV: 360m2 tại mái hướng Nam

2.5 Công nghệ Inverter:
a) Khái quát công nghệ Inverter:
Trong hệ thống năng lượng mặt trời của bạn, bạn cần các bộ biến tần để lấy tín hiệu điện áp
thấp, dòng điện cao từ các tấm PV và chuyển đổi chúng thành 120VAC hoặc 240VAC, tương thích
trực tiếp với điện lưới. Biến tần có giá khoảng 0,70 đô la mỗi watt, hoặc khoảng 2,600 đô la cho
một ứng dụng thông thường. Từ quan điểm độ tin cậy, nhìn chung chúng là liên kết yếu trong bất kỳ

hệ thống PV nào, vì vậy chất lượng là điều bắt buộc.
Hầu hết các cài đặt chỉ sử dụng một biến tần, nhưng đối với các hệ thống lớn, có nhiều bộ
biến tần là phổ biến. Bạn có thể cài đặt một biến tần mà lớn hơn đầu ra công suất của mảng mà bạn
cài đặt, và sau đó cài đặt nhiều bảng hơn.


Có ba loại biến tần cơ bản cho hệ thống năng lượng mặt trời: String Inverter, Power Optimizer và
Micro Inverters.

b) String – Inverter
Biến tần tiêu chuẩn (còn được gọi
là biến tần chuỗi hoặc biến tần trung
tâm) là một hộp độc lập thường được
lắp đặt gần hộp cầu chì và đồng hồ điện
của bạn. Thông thường chỉ có một,
hoặc có thể hai, bộ biến tần chuỗi trên
mỗi cài đặt năng lượng mặt trời dân cư.
Một biến tần chuỗi hoạt động trong
một mạch nối tiếp với thường là 6-10
tấm pin mặt trời riêng lẻ trong cái gọi là "chuỗi".
 Ưu điểm:
Ưu điểm của biến tần chuỗi là bạn chỉ cần một trong số chúng. Nếu bất cứ điều gì sẽ hư hỏng
trong một hệ thống năng lượng mặt trời, nó vẫn là biến tần và do đó ít có khả năng để cài đặt lại.
Biến tần tiêu chuẩn ít tốn kém thường có hiệu quả chi phí cao hơn.
 Nhược điểm:
Không có nhược điểm của bộ biến tần chuỗi.


Khi các tấm pin mặt trời ở trong một chuỗi, điện áp sẽ giảm xuống điện áp của bảng điện áp
thấp nhất trong chuỗi.

Mỗi tấm trong chuỗi phải cùng góc đặc. Bảo hành từ 5 đến 10 năm.

c) Micro Inverters
Một biến tần vi chức năng trong
một mạch song song. Nói một cách đơn
giản, một biến tần tiêu chuẩn sẽ giới hạn
việc sản xuất điện của mỗi bảng bằng
bảng sản xuất thấp nhất trên mái nhà của
bạn. Mặt khác, một biến tần siêu nhỏ sẽ
tận dụng tối đa lợi thế của việc sản xuất
từng bảng điều khiển riêng lẻ. Nó sẽ
chuyển đổi năng lượng được tạo ra bởi
mỗi bảng thành điện áp lưới.
 Ưu điểm:
Ưu điểm cốt lõi của việc sử dụng biến tần vi mô là về mặt lý thuyết bạn có thể mang lại nhiều
năng lượng mặt trời hơn. Điện áp của mỗi tấm pin không phụ thuộc vào nhau.Ít bị ảnh hưởng bởi
bóng râm và tận dụng được nhìu góc đặt.
Trong những tình huống, các tấm pin mặt trời sẽ sản xuất một lượng điện khác nhau vào các
thời điểm khác nhau trong ngày, nhưng các bộ biến đổi vi mô sẽ đảm bảo bạn thu được tất cả năng
lượng. Tối ưu hóa được hệ thống.
Độ tin cậy của bộ biến tần vi mô đã bắt kịp ngành công nghiệp cho thấy sự tin tưởng của các
nhà sản xuất đối với các sản phẩm của họ. Biến tần vi mô thường có bảo hành 25 năm.
Cung cấp thêm một kỹ năng giám sát hệ thống. Bạn có khả năng theo dõi quá trình sản xuất
của từng bảng riêng lẻ. Dễ dàng mở rộng hệ thống của mình trong tương lai.
 Nhược điểm:
Nhược điểm chính của biến tần vi mô là giá cả. Chúng thường đắt hơn 1000 đô la hoặc đắt
hơn một bộ biến tần chuỗi trên hệ thống lắp đặt năng lượng mặt trời dân dụng tiêu chuẩn 5kW.
Số lượng nhiều bằng số tấm pin.
Ít nhất là khi một biến tần chuỗi thất bại, toàn bộ hệ thống dừng lại và điều này rất dễ nhận

thấy.
Trả thêm tiền cho mức độ giám sát giúp bạn phân tích cấp độ bảng điều khiển.

d) Power Optimizer
Tối ưu hóa năng lượng SolarEdge là bộ chuyển
đổi DC / DC được kết nối bởi các trình cài đặt với mỗi
mô-đun năng lượng mặt trời biến chúng thành các môđun thông minh. Bộ tối ưu hóa năng lượng SolarEdge
tăng sản lượng năng lượng từ các hệ thống PV bằng
cách liên tục theo dõi điểm công suất tối đa (MPPT) của
từng mô-đun. Hơn nữa, các trình tối ưu hóa năng lượng giám sát hiệu suất của từng mô-đun và
truyền dữ liệu hiệu suất đến nền tảng giám sát SolarEdge để bảo trì cấp mô-đun nâng cao, hiệu quả
về chi phí.
 Ưu điểm:
Nếu một trong những tấm pin mặt trời trong một hệ thống hoạt động kém, các thiết bị MLPE
đảm bảo rằng hệ thống của bạn vẫn tạo ra một lượng điện năng đáng kể.
Trong một chuỗi không cần phải cùng góc giữa các tấm pin.
Chúng cho phép bạn theo dõi hiệu suất của các tấm pin mặt trời riêng lẻ, thường thông qua
một ứng dụng điện thoại thông minh hoặc cổng thông tin web. Điều này làm cho việc xác định
nhanh chóng các vấn đề và xử lý sự cố dễ dàng.
Thời gian bảo hành khoảng 25 năm.
 Nhược điểm:
Các công nghệ MLPE có chi phí cao, bởi vì phải sử dụng nhiều thiết bị hơn.
Nhiều thiết bị hơn có thể có nghĩa là khả năng cao hơn sự cố.
Bảo trì và thay thế có thể đòi hỏi nhiều nỗ lực hơn. Trong trường hợp xảy ra sự cố, kỹ thuật viên sẽ
cần truy cập vào mái nhà để sửa chữa.



Các thống số cần chú ý :

 Đầu ra công suất định mức CEC: Điều này cho bạn biết công suất đầu ra tối đa từ biến tần
và thay đổi theo nhiệt độ hoạt động.
 Công suất đầu vào PV tối đa được đề xuất: Điều này không bao giờ được vượt quá bởi đầu


ra công suất từ các bảng kết hợp hoặc đầu ra bị cắt, điều đó có nghĩa là biến tần của bạn chạy không
hiệu quả. Nói cách khác, bạn phải khớp biến tần với mảng bảng điều khiển đúng cách. Sử dụng PV
Watts (nhập vào PV PVtsts vào công cụ tìm kiếm của bạn) để tìm hiểu xem biến tần của bạn có đủ
lớn cho mảng mà bạn đang xem xét hay không.
 Điện áp mạch mở tối đa: Điện áp mạch mở cực đại của mảng PV phải luôn luôn nhỏ hơn
giới hạn biến tần của bộ biến tần hoặc có thể xảy ra. Tính số này cho một mảng nhất định là một
vấn đề kỹ thuật phức tạp.
 Điện áp khởi động PV: Điều này cho bạn biết khi nào biến tần sẽ bắt đầu hoạt động. Vào
buổi sáng, khi mặt trời lên, các tấm PV bắt đầu phát điện, nhưng bộ biến tần đòi hỏi một lượng tối
thiểu trước khi chúng bắt đầu đưa năng lượng của mình vào lưới điện. Đây là một đặc điểm kỹ
thuật quan trọng vì nó liên quan đến hiệu quả tổng thể của một hệ thống. Bạn muốn hệ thống của
bạn chạy càng lâu càng tốt trong suốt một ngày.
 Phạm vi theo dõi điểm công suất tối đa (MPPT): Các mạch MPPT cho phép biến tần thu
được nhiều năng lượng nhất trong suốt một ngày.
Kết luận:
Với những ưu và nhược điểm của các loại Inverters khác nhau cộng với hệ thống ta cần lắp đặt. Ta
chọn công nghệ String -Inverters cho hệ thống.

 Lựa chọn công nghệ Inverter:
Khái niệm về hệ thống PV được xác định bởi thành phần hệ thống Inverter. Điều này dẫn tới
khái niệm hệ thống tập trung và phân tán. Sự kết nối module để tạo thành các chuỗi và sự kết nối
song song các chuỗi này cần được phối hợp tối ưu với inverter.
Chọn Inverter SOFAR 60000TL 3 PHASE
Datasheet

SOFAR 60000TL

Recommended Max.PV input power

66000W

Max DC power for single MPPT

22000W/22000W/22000W

Number for indepdent MPPT

3

Number for DC inputs

4/4/4

Max.input voltage

1000V

Start-up input voltage

250

Rated input voltage

250 - 960V

Full load DC voltage range

530 – 800V

Max.input curremt pet string

12A

Maxnimun DC input short circuit per MPPT

48A

Hiệu suất tối đa 98,6%
Phạm vi hoạt động điện áp đầu vào
rộng từ 250V đến 960V.
Thiết bị bảo vệ tăng áp DC
Bộ kết hợp PV tích hợp
Chi phí bảo trì thấp
Nắp có thể tháo rời để cài đặt dễ
dàng
Vỏ nhôm không rỉ
Giải pháp giám sát linh hoạt
Công suất phản kháng có thể điều
chỉnh
Tự giảm công suất khi quá tần số

Hình 2.3.2 Thông số Inverter SOFAR 60000TL

2.5 Sơ đồ nguyên lý và hoạt động của hệ thống:
a) Cấu trúc hệ thống quang điện mặt trời nối lưới:
 Hệ thống PV nối lưới kết nối trực tiếp lên mạng điện phân phối và không đòi hỏi có nguồn
pin dự trữ. Đối với hệ thống này, điện sản xuất ra được sử dụng trực tiếp hoặc bán trực tiếp
lên lưới điện theo nguyên tắc:
 Khi công suất tải tiêu thụ bằng công suất hòa lưới thì tải tiêu thụ điện hoàn toàn từ pin mặt
trời.
 Khi công suất tải tiêu thụ lớn hơn công suất hòa lưới thì tải tiêu thụ sử dụng một phần điện
lưới.
 Khi công suất tải tiêu thụ nhỏ hơn công suất hòa lưới thì điện mặt trời sản xuất ra sẽ được
chuyển đổi thành nguồn điện xoay chiều thông qua bộ chuyển đổi điện nối lưới và được bán
trực tiếp lên lưới phân phối của điện lực địa phương.
 Đặc điểm quan trọng của hệ thống PV nối lưới là hệ thống sẽ không hoạt động khi mất điện
lưới để đảm bảo điện sản xuất ra không đưa lên lưới, đảm bảo an toàn cho việc bảo trì sửa
chữa đường day và hệ thống. Bên cạnh đó, ưu điểm của hệ thống PV nối lưới bao gồm:
 Hệ thống tinh giản hơn so với hệ thống PV độc lập;


 Giảm bớt chi phí lưu trữ năng lượng (pin dự trữ), chi phí bảo trì và sửa chữa nguồn dự trữ;
 Hiệu quả về mặt sử dụng năng lượng cao;
 Tận dụng được hạ tầng lưới điện hiện hữu.

b) Sơ đồ nguyên lý của hệ thống.
Trong thực tế chúng ta đã gặp rất nhiều hệ thống điện mặt trời độc lập. Công nghệ này
thường được ứng dụng cho các khu vực không có lưới điện công nghiệp hoặc cho các tải tiêu thụ
đặc biệt, công suất nhỏ. Nhược điểm là phải dùng bộ ắc quy, vừa đắt tiền, vừa phải chăm sóc
thường xuyên và vừa gây ô nhiễm môi trường.
Mặt khác bộ ắc quy cũng chỉ tích được một lượng điện năng có hạn, còn với các dàn pin mặt
trời hàng chục hay hàng trăm kW thì sử dụng ắc quy tích điện là một vấn đề khó khăn rất lớn, thậm
chí là không thể. Đối với các ứng dụng quy mô lớn người ta sử dụng công nghệ điện mặt trời nối

lưới.
Trong công nghệ này, điện từ máy phát là dàn pin mặt trời được biến đổi thành dòng xoay
chiều có hiệu điện thế và tần số phù hợp nhờ các bộ biến đổi điện (Inverter) và được hòa vào mạng
lưới điện công nghiệp. Khi sử dụng điện người ta lại lấy điện từ lưới. Mạng lưới điện có vai trò như
m ột “ngân hàng”, tích trữ điện năng lúc dàn pin mặt trời phát điện và cung cấp trở lại người tiêu
dùng khi cần thiết. Nhờ ngân hàng điện này mà việc sử dụng luôn ổn định và rất tiết kiệm điện
Hình 2: Sơ đồ nguyên lý điều khiển hệ thống


Trong đó: MPPT Controller là bộ điều khiển công suất cực đại từ dàn Pin mặt trời. Bộ này có
tác dụng điều khiển cho năng lượng từ dàn pin mặt trời luôn MAX trong mọi điều kiện không ổn
định về thời tiết, khí hậu, thời gian sáng tối, cường độ bức xạ… Tín hiệu đầu ra của bộ điều khiển
MPPT trực tiếp điều khiển đóng mở van của bộ DC – DC.
2.6 Lựa chọn tiết diện dây / cáp theo điều kiện phát nóng.
Khi có dòng điện chạy qua cáp và dây dẫn sẽ bị phát nóng. Nếu nhiệt độ tăng quá cao thì chúng có
thể bị hư hỏng cách điện hoặc giảm tuổi thọ và độ bền cơ học của kim loại dẫn điện.
Khi dây / cáp được chọn theo điều kiện phát nóng sẽ đảm bảo cách điện của dây dẫn không bị phá
hủy do nhiệt độ của dây dẫn đạt đến trị số nguy hiểm cho cách điện của dây. Để đạt yêu cầu này thì
dòng điện phát nóng cho phép của dây / cáp phải lớn hơn dòng điện làm việc lâu dài cực đại chạy
trong dây dẫn. Do vậy mả nhà chế tạo quy định nhiệt độ cho phép với mỗi loại dây/cáp.
Do thực tế dây/ cáp được lựa chọn lắp đặt khác với điều kiện định mức do các nhà chế tạo
dây/cáp quy định nên dòng phát nóng cho phép cần phải quy dổi về dòng phát nóng cho phép thực
tế bằng cách nhân với hệ số hiệu chỉnh K. Hệ số hiệu chỉnh K được xác định trên cơ sở loại dây cáp
, phương pháp lắp đặt , nhiệt độ môi trường thực tế tại nơi lắp đặt …Do đó tiết diện dây dẫn và cáp
được chọn phải thõa mản các điều kiện sau :

: Dòng làm việc cực đại.
: Tích các hệ số hiệu chỉnh.

Đối với dây / cáp trên không (hay không chôn trong đất):

K=..
: Thể hiện ảnh hưởng của cách lắp đặt.


: Thể hiện ảnh hưởng tương hổ của hai mạch đặt liền kề nhau.
: Thể hiện ảnh hưởng của nhiệt độ tương ứng với dạng cách điện.
a) Cáp kết nối của 1 chuỗi PV
Dùng cáp do nhà sản xuất cung cấp IP 67 rate.
b) Cáp DC từ trạm Inverter kết nối hệ thống chuỗi
Dòng đi qua mỗi tấm panel là 8.87 A , 1 chuỗi được ghép nối tiếp với 15 tấm panel, sẽ cho dòng đi
qua là 8.87 A => 12 chuỗi sẽ cung cấp 106.44 A
Thiết kế dây không chôn ngầm dưới đất nên: K=... Tra bảng 8.10; 8.11; 8.12 sách giáo trình cung
cấp điện – PGS.TS.Quyền Huy Ánh. Chọn = 0.95; = 1; = 0.96
Nên K=..= 0.912

Chọn dây cáp cadivi CVV4x11 mm2, với dòng định mức là 55 A

CHƯƠNG 3:
LẮP ĐẶT HỆ THỐNG PIN NĂNG
LƯỢNG MẶT TRỜI


Bảng 2: Sơ đồ đi dây giữa các tấm pin

Hình 3.1 Góc lắp đặt pin