Thiết kế và đánh giá hiệu quả kinh tế hệ thống điện mặt trời tại trường mầm non ABC – TP Đà Nẵng

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

LÊ QUANG HIẾU

THIẾT KẾ VÀ ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ KINH TẾ
HỆ THỐNG ĐIỆN MẶT TRỜI TẠI
TRƯỜNG MẦM NON ABC – TP ĐÀ NẴNG

Chuyên ngành: Kỹ thuật điện
Mã số: 8520201

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Đà Nẵng – Năm 2019


Công trình được hoàn thành tại
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Người hướng dẫn khoa học: TS. LƯU NGỌC AN

Phản biện 1: TS. ĐOÀN ANH TUẤN

Phản biện 2: TS. VŨ PHAN HUẤN

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
Đà Nẵng vào ngày 09 tháng 3 năm 2019.

Có thể tìm hiểu luận văn tại:

- Trung tâm học liệu và Truyền thông 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. Tính cấp thiết của đề tài
Hiện nay việc nghiên cứu sử dụng năng lượng mặt trời ngày
càng được quan tâm, nhất là trong tình trạng thiếu hụt năng lượng và
vấn đề cấp bách về môi trường như hiện nay. Năng lượng mặt trời
được xem là dạng năng lượng ưu việt trong tương lai, đó là dạng
năng lượng sẵn có, siêu sạch và miễn phí. Do vậy năng lượng mặt
trời đã và ngày càng được sử dụng rộng rãi ở các nước trên thế giới.
Việt Nam là một trong số rất nhiều quốc gia có tiềm năng để
phát triển năng lượng tái tạo nói chung, năng lượng điện mặt trời nói
riêng, đây sẽ là nguồn năng lượng lớn có thể khai thác bổ sung cho
nguồn điện lưới quốc gia, thay thế các nguồn năng lượng truyền
thống.
Trường mần non chất lượng cao ABC Ngô Quyền - Thành Phố
Đà Nẵng là trong những trường mầm non lớn nhất trong khu vực
miền Trung nằm ở trung tâm thành phố Đà Nẵng có quy mô 4 tầng,
diện tích hơn 5.000m2. Trường mầm non có tầng thượng cao, bằng
phẳng diện tích lớn, không bị che chắn bởi cao trình cây cối, thích
hợp cho việc lắp đặc các tấm pin mặt trời phục vụ cho quá trình sử
dụng năng lượng điện tái tạo vào thời gian ban ngày trong quá trình
dạy và học, thay thế cho hệ thống điện lưới góp ích một phần làm
giảm khả năng thiếu hụt điện trong thời gian sắp đến.
Với lí do ở trên cho thấy việc nghiên cứu đề tài “Thiết kế và

đánh giá hiệu quả kinh tế hệ thống điện mặt trời tại trường mầm
non ABC – TP Đà Nẵng” là một yêu cầu mang tính cấp thiết trong
bối cảnh nguồn năng lượng truyền thống dần cạn kiệt và năng lượng
tái tạo đang là xu hướng hiện nay.
2. Mục tiêu nghiên cứu
Mục tiêu chính của đề tài là thiết kế, tính toán hệ thống điện
năng lượng mặt trời nối lưới để hỗ trợ nhu cầu sử dụng điện tại
trường mầm non ABC – TP Đà Nẵng
Xác định và lựa chọn thiết bị, số lượng và vị trí lắp đặt các
thiết bị (Tấm pin mặt trời, inveter, …), lựa chọn các thiết bị. Sử
dụng phần mềm PVsyst để mô phỏng sơ đồ và chạy ra được kết quả
cần thiết.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu của đề tài này là thiết kế hệ thống điện
mặt trời nối lưới sử dụng tại trường mầm non ABC


2
Phạm vi nghiên cứu trong luận văn này, tác giả sử dụng phần
mềm PVsyst để thiết kế và mô phỏng hệ thống điện năng lượng mặt
trời có kết nối lưới điện.
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
-Xây dựng thiết kế hệ thống pin năng lượng mặt trời nổi nối
lưới tại sử dụng tại trường mầm non ABC.
- Mô phỏng hệ thống pin năng lượng mặt trời nối lưới bằng
phần mềm PVsyst, tính toán hiệu quả kinh tế.

5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Kết quả của đề tài giúp đánh giá tiềm năng về năng lượng mặt
trời, các thông số kỹ thuật của hệ thống năng lượng mặt trời nối lưới,
tính khả thi của hệ thống. Từ đó, kết luận tư vấn nhà trường xây
dựng hệ thống điện năng lượng mặt trời nối hệ thống lưới điện tại điạ
điểm thiết kế.
6. Cấu trúc của luận văn
Mở đầu.
Chương 1: Tổng quan về năng lượng mặt trời và hệ thống điện
năng lượng mặt trời.
Chương 2: Cơ sở tính toán thiết kế hệ thống điện năng lượng
mặt trời.
Chương 3: Ứng dụng phần mềm PV- Syst thiết kế kế hệ thống
điện năng lượng mặt trời nối lưới.
Kết luận và kiến nghị.


3

Chương 1: T NG QUAN V NĂNG LƯ NG MẶT TRỜI VÀ
HỆ THỐNG ĐIỆN NĂNG LƯ NG MẶT TRỜI
Nội dung tổng quát của chương là giới thiệu về các nguồn
năng lượng tái tạo đang được con người sử dụng trong đó đặc biệt
giới thiệu chi tiết nguồn năng lượng mặt trời – nguồn năng lượng
được nghiên cứu trong luận văn.
1.1. Tổng quan năng lượng tái tạo
hái niệm
Năng lượng tái tạo là năng lượng từ những nguồn liên tục mà
được hiểu là vô hạn như năng lượng mặt trời, gió, mưa, thủy triều,
sóng và địa nhiệt.

á ạng n ng ư ng tái tạ
. . . . Năng lượng mặt trời
. . . . Năng lượng gió
. . . . Năng lượng đ a nhiệt
. . . . Năng lượng đại dương
. . . . Năng lượng sinh h i
1.2. Năng lượng m t trời
1.2.1 Ngu n n ng ư ng mặt trời
. . . . hái niệm
Năng lượng Mặt Trời là năng lượng của dòng bức xạ điện từ
xuất phát từ Mặt Trời, cộng với một phần nhỏ năng lượng của các hạt
hạ nguyên tử khác phóng ra từ ngôi sao này. Dòng năng lượng này sẽ
tiếp tục phát ra cho đến khi phản ứng nhiệt hạch trong Mặt Trời hết
nhiên liệu, vào khoảng 5 tỷ năm nữa.
. . . . Năng lượng bức ạ mặt trời thành h n bức ạ
Đặc trưng của bức xạ mặt trời truyền trong không gian bên
ngoài Mặt trời là một phổ rộng trong đó cực đại của bức xạ nằm
trong dải 10-1 - 10 µm và hầu như một nửa tổng năng lượng mặt trời
tập trung trong khoảng bước sóng 0,38 – 0,78 µm đó là vùng nhìn
thấy của phổ.


4

. . . . Tính toán năng lượng mặt trời
Quan hệ giữa bức xạ mặt trời ngoài khí quyển và thời gian
trong năm có thể xác định theo phương trình sau:
Eng = Eo(1+0,033cos
, W/m2
Trong đó, Eng là bức xạ ngoài khí quyển được đo trên mặt

phẳng vuông góc với tia bức xạ vào ngày thứ n trong năm.
Như vậy bức xạ mặt trời truyền đến một bề mặt nghiêng là
tổng của các dòng bức xạ bao gồm: trực xạ Eb, 3 thành phần tán xạ
Ed1, Ed2, Ed3 và bức xạ phản xạ từ bề mặt khác lân cận Er:
E∑ = Eb + Ed1 + Ed2 + Ed3 + Er
Trong tính toán kỹ thuật, có thể coi cường độ bức xạ tới mặt
đất là hàm của thời gian τ, tính từ lúc mặt trời mọc τ =0 đến khi mặt
trời lặn τ = τn/2, với τn=24h = 24.3600s như sau:
E(τ) = En.sinφ(τ)
φ(τ) = ω. τ là góc nghiêng tia nắng so với mặt đất,
2
2
ω= =
=7,72.10-5 rad s là tốc độ góc tự xoay của trái đất,
τn
24.3600
2
En[W/m ] là cường độ bức xạ cực đại trong ngày, lấy trị trung
bình cả năm theo số liệu đo lường thực tế tại vĩ độ cần xét.
1.2.1.4. hai thác năng lượng mặt trời
hai thác tr c tiế nhiệt năng t năng lượng mặt trời:
Bếp nấu dùng năng lượng mặt trời.
Hệ thống cung cấp nước nóng dùng năng lượng mặt trời.
Hệ thống sấy dùng năng lượng mặt trời.
+ Hệ thống chưng cất nước dùng năng lượng mặt trời.
Động cơ stirling dùng năng lượng mặt trời.
Thiết bị lạnh dùng năng lượng mặt trời.
Nhà máy nhiệt điện mặt trời.
hai thác tr c tiế điện năng t năng lượng mặt trời:
Sử dụng hệ thống pin quang điện.

ản u t điện n ng t n ng ư ng mặt trời
. . . . Các hương há hai thác
Hiện nay việc sản xuất điện năng từ năng lượng mặt trời tập
trung chủ yếu vào 2 phương pháp sau :


5

iện mặt trời tậ trung :
Các hệ thống điện mặt trời tập trung (CSP-Concentrated Solar
Power) sử dụng ống kính, gương và các hệ thống theo dõi để tập
trung một khu vực rộng lớn của ánh sáng mặt trời vào một chùm nhỏ.
Nhiệt tập trung sau đó được sử dụng như một nguồn năng lượng cho
một nhà máy nhiệt điện thông thường.
in quang điện :
Là thiết bị chuyển đổi trực tiếp năng lượng mặt trời sang điện
năng bằng cách sử dụng hiệu ứng quang điện.
. . . . Tình hình s n u t điện t in quang điện các nước trên thế
giới
Trong năm 2015, công suất lắp đặt của hệ thống pin quang
điện tăng 25 so với năm 2014, hơn 50 G được bổ sung đưa công
suất lắp đặt trên toàn cầu lên khoảng 227 G . Châu Á đã nắm toàn
bộ thị trường, chiếm 60 số lượng bổ sung toàn cầu. Các nước
Trung uốc, Nhật Bản và Hoa K là ba thị trường hàng đầu. Tiếp đó
là vương quốc Anh, các nước thuộc Top 10 bổ sung sản xuất năng
lượng mặt trời là n Độ, Đức, Hàn uốc, c, Pháp, Canada. Đến
cuối năm 2015, mọi châu lục ( trừ Châu Nam Cực) đã lắp đặt ít nhất
1 G , có 22 nước có công suất lắp đặt lớn hơn 1 G .
Ti m n ng n ng ư ng mặt trời tại iệt N m
Vị trí địa lý đã ưu ái cho Việt Nam một nguồn năng lượng tái

tạo vô cùng lớn, đặc biệt là năng lượng mặt trời. Trải dài từ vĩ độ
8o27’ Bắc đến 23o23’ Bắc, Việt Nam nằm trong khu vực có cường độ
bức xạ mặt trời tương đối cao.
1. . Hệ thống pin m t trời
Pin mặt trời
r
1.3. . . C u tạo h n loại
- C u tạo in mặt trời: Gồm hai thành phần chính là lớp bán
d n và điện cực kim loại, giữa lớp bán d n P-N gọi là lớp tiếp xúc
nơi di chuyển các điện tích tự do. Chúng được liên kết thành từng lớp
mỏng xếp chồng lên nhau, và còn được gọi là tế bào quang điện
(Photovoltaic cells).
h n loại: ật liệu chủ yếu chế tạo in năng lượng mặt
trời đều là silic dạng tinh thể. Chia thành 3 loại như sau:


6

Pin năng lượng mặt trời mono đơn tinh thể hay còn gọi là
Monocrystalline..
Pin năng lượng mặt trời poly đa tinh thể hay còn gọi là
polycrystalline.
Pin năng lượng mặt trời dạng phim mỏng hay còn gọi là thin
film. Là dải silic tạo từ các miếng phim mỏng từ silic nóng chảy và
có cấu trúc đa tinh thể.
1.3.1.2. Ngu ên l hoạt động
iệu ứng quang điện trong là hiện tượng khi vật rắn nhận tia
bức xạ mặt trời, điện tử ở vùng hóa trị hấp thụ năng lượng photon h
và chuyển lên vùng d n tạo ra cặp hạt d n điện tử – lỗ trống e- - h+,
tức là tạo ra một hiệu điện thế.

. . . . T m in mặt trời olar odul
Được cấu tạo từ các pin mặt trời hay còn gọi là tế bào quang
điện và một số phụ kiện đi k m
. . . . ặc tính làm việc của in mặt trời
ạch điện tương đương:
Ở mạch tương đương, dòng chuyển đến tải bằng dòng IL phát
ra bởi cường độ chiếu sáng, nhỏ hơn dòng diode ID và dòng rò shunt
ISH. Điểm làm việc MPP (Maximum Power Point):
Nhiệt độ không gian xung quanh và cường độ chiếu sáng
thường xuyên thay đổi. Điều đó có nghĩa là đặc tuyến PV thường
xuyên thay đổi và điểm làm việc cho tải bất k cũng thay đổi nhà sản
xuất cung cấp đường cong I-V cho mỗi PV.
- ệ thống in qu ng điện
- Thành h n chính của hệ th ng
ng in mặt trời Array Solar Panels)
Là hệ thống gồm các tấm pin mặt trời được nối nối tiếp hoặc
nối song song tùy thuộc vào yêu cầu kỹ thuật ở phía đầu ra.
ộ chu ển đổi C –DC (Converter)
Là thiết bị biến đổi nguồn điện một chiều để có điện áp phù
hợp cung cấp cho tải một chiều hoặc nạp vào bộ trữ điện.


7

Nguyên lý cấu tạo: điều khiển bằng xung đến các IGBT,
MOS ET hoặc linh kiện bán d n có chức năng tương tự thông qua
các PIC vi xử lý để cung cấp điện áp và dòng điện đầu ra phù hợp.
ộ biến t n nv rt r
+ Biến t n là thiết b biến đổi nguồn một chiều thành nguồn
oa chiều.

Ngu ên l c u tạo: điều hiển đóng m tha đổi độ rộng
ung đến các
T
T hoặc các linh iện bán d n có
chức năng tương t th ng qua các C vi ử l và được điều
ch nh điện á h hợ với t i. iến t n in quang điện c n có
tích hợ bộ
T.
ộ tr điện
att r n rg torag
st m
+ Là thiết bị lưu trữ điện năng để cung cấp cho tải khi cần
thiết hoặc dự trữ một phần điện năng dư thừa tức thời.
- Các dạng hệ th ng điện mặt trời
- Hệ th ng điện mặt trời độc lập (off-grid)
- Hệ th ng điện mặt trời có ết lưới (on-grid)
- Hệ th ng điện mặt trời h n tán


8

Chương 2: CƠ SỞ TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỆN
NĂNG LƯ NG MẶT TRỜI
2.1. Mô hình hệ thống điện m t trời nối lưới
ơ đ hệ thống điện mặt trời nối ưới ó ự trữ

Sơ đồ mô hình hệ thống điện mặt trời nối lưới có dự trữ.

-

-

C u tạo
Hệ thống năng lượng mặt trời nối lưới có dự trữ cấu tạo gồm
các phần tử chính sau:
Hệ thống pin mặt trời : Gồm các tấm pin mặt trời được ghép song
song và nối tiếp với nhau tùy yêu cầu của hệ thống năng lượng mặt
trời.
Tủ đấu nối DC: Gồm các thiết bị đóng cắt, cầu chì bảo vệ, thiết bị đo
đếm nguồn điện một chiều.
Hệ thống biến tần : Gồm một hay nhiều biến tần quang điện.
Tủ đấu nối AC: Gồm các thiết bị đóng cắt, bảo vệ, thiết bị đo đếm
nguồn điện xoay chiều.
Tủ phân phối điện chính: Gồm các thiết bị đo lường, giám sát và điều
khiển hệ thống.
Hệ thống biến tần-sạc: Gồm một hoặc nhiều biến tần hoạt động hai
chiều.
Hệ thống acquy: Gồm nhiều acquy kết nối song song và nối tiếp với
nhau tùy yêu cầu của hệ thống.


9

trữ

ơ đ hệ thống điện mặt trời nối ưới không ó hệ thống ự

C u tạo
Tương tự như hệ thống điện mặt trời nối lưới có dự trữ nhưng
lược bỏ đi hệ thống biến tần-sạc và hệ thống acquy dự trữ.

2.2. Lý thuyết thiết kế hệ thống điện năng lượng m t trời
Bước 1: Tính phụ tải điện theo yêu cầu:
Giả sử cần cấp điện cho các tải T1, T2, T3,… có công suất
tương ứng P1, P2, P3,… và thời gian làm việc hàng ngày của chúng là
t1, t2, t3,…
Tổng điện năng phải cấp hằng ngày cho các tải:
Eng =P1 .t1 P2 .t2 P3 .t3 …= ∑ki=1 Pi .ti
Từ Eng nếu nhân với số ngày trong tháng hoặc trong năm ta sẽ
tính được nhu cầu điện năng trong các tháng hoặc cả năm.
ước : Tính năng lượng điện mặt trời c n thiết Ec:
Việc tính chọn điện năng sản xuất của hệ thống Ec trong 1
ngày trung bình của hệ thống nối lưới là tùy thuộc vào nhu cầu của
nhà đầu tư mong muốn, diện tích giới hạn để lắp dàn pin và điều kiện
ràng buộc của hệ thống lưới đấu nối.
ước 3: Tính công su t của dàn pin mặt trời:
Công suất của dàn pin mặt trời thường được tính ra công suất
đỉnh hay cực đại đạt được, đó chính là công suất của dàn pin trong
điều kiện chuẩn STC ( Standard Test Conditions) : với
E0 1000W / m2 và nhiệt độ chuẩn T0 25o C .
Ec .1000
P( P) =
,
P]
E
m


10

Trong đó:
E [Wh/m2] cường độ bức xạ trên mặt phẳng đặt nghiêng
một góc so với mặt phẳng ngang, giá trị này đo được thực tế tại
điểm đặt hệ thống PV .
m là hiệu suất của pin ở nhiệt độ T. được tính như sau:
=1 Pc (T T0
m
Với :
T là nhiệt độ làm việc thường xuyên của tấm pin.
Pc là hệ số nhiệt độ của pin mặt trời.
ước 4: Tính s module mắc song song và n i tiếp:
Các giá trị đặc trưng cơ bản của module:
+ U làm việc tối ưu: Vm
+ I làm việc tối ưu : Im
+ Công suất đỉnh : Pm
P
Số module cần dùng trong hệ thống: N= ( P)
Pm

Với N=NS .NP
Số module mắc nối tiếp: NS =

V
Vm

+ Trong đó V: điện áp yêu cầu của hệ thống pin mặt trời.
N
Số module mắc song song: NP = N
S

ước 5: Tính dung lượng của hệ th ng acqu ch sử dụng
trong hệ th ng điện năng lượng mặt trời có d tr .
Dung lượng của hệ thống acquy được tính theo công thức:
Eout .D
C=
VX b DOS
ước : Ch n hệ th ng biến đổi nguồn điện.
Đối với hệ thống điện năng lượng mặt trời có dự trữ: Việc
chọn hệ thống biến tần/sạc phải tải đủ công suất để nạp/xả của hệ
thống acquy, chọn hệ thống biến tần quang điện phải tải đủ công suất
của hệ thống pin.


11

Đối với hệ thống điện năng lượng mặt trời không có dự trữ:
Việc chọn hệ thống biến tần quang điện phải tải đủ dòng công suất từ
hệ thống pin mặt trời.
2. . Số liệu tính toán hệ thống điện năng lượng m t trời nối lưới
tại trường mầm non ABC - TP Đà Nẵng
Đ

đi m thiết kế

. . . . ặc điểm:
Địa điểm thiết kế: Trường mầm non ABC - TP Đà Nẵng
Vị trí địa lý: 16,0746 độ vĩ Bắc, 108,2304 độ kinh Đông .
Địa chỉ: 906, Đường Ngô uyền, uận Sơn Trà, Thành Phố
Đà Nẵng.
Trường mầm non chất lượng cao ABC - Ngô Quyền có quy

mô 4 tầng lầu, diện tích hơn 5.000m2, được phân chia thành 20 nhóm
lớp. Mỗi lớp học có diện tích lên tới 50m2 cùng trang thiết bị tiêu
chuẩn chất lượng cao; Trường có 5 sảnh chơi trong nhà dành cho trẻ,
2 phòng hội trường, 1 sân chơi ngoài trời. Đặc biệt, trường có 1 hồ
bơi tiêu chuẩn hiện đại.
.=> Tổng diện tích mái của trường mầm non Chất lượng
cao ABC - Ngô Quyền là 750 m2
2.3.1.2. Tiềm năng về năng lượng mặt trời tại trường m m non ch t
lượng cao ABC
Trường mầm non ABC các mái nhà cao bằng phẳng , diện tích
lớn, không bị che chắn bởi cao trình cây cối thích hợp cho việc lắp
đặc các tấm pin mặt trời.
2.3.1.3. Chính sách phát triển năng lượng mặt trời tại đ a hương


12

Quyết định số 11 2017 Đ-TTg của Thủ tướng Chính phủ
được ban hành ngày 11/4/2017 về cơ chế khuyến khích phát triển các
dự án điện mặt trời tại Việt Nam.
Thông ố h tải tại trường mầm non ABC
Trường có các thiết b với công su t tiêu th như

u:

Bảng công su t tiêu th tại trường mầm non ABC
STT

Thiết bị

1

Đ n chiếu sáng

4kW

2
3
4
5
6

Điều hòa 2 chiều
Tivi
Thang máy
Máy nước nóng
Các thiết bị khác

41kW
1.8kW
4.4kW
25kW
11kW

Tổng công suất tiêu thụ

Công suất đỉnh của phụ tải:
54 kW
Điện năng tiêu thụ hàng năm:
54054 kWh

Các đồ thị phụ tải: Nguồn EVN CPC
Thông ố trạm iến á tại trường mầm n n AB
Trạm biến áp:
Gồm 1 máy biến áp:
Công suất SBA= 320 kVA
2
ự h n hương án và ông u t
hệ thống điện mặt trời
. . . . a ch n hương án lắ đặt
Dựa vào phân tích ưu nhược điểm của 2 mô hình điện mặt trời
nối lưới, tác giả quyết định chọn phương án lắp đặt hệ thống điện mặt
trời nối lưới không dự trữ với các tấm pin mặt trời được tích hợp trên
mái nhà.


13

. . . . a ch n c ng su t lắ đặt
iện tích lắ đặt h dụng
Pd = .E0 . p .Sd =0,95.1000.0,16.404,25= ( P 61,5(k P
E0 =1000 m2 là cường độ bức xạ tiêu chuẩn.
iều iện ràng buộc của lưới điện
Tổng công suất đặt máy biến áp tại trường là: SBA=320(kVA)
Công suất điện xoay chiều lắp đặt tối đa của hệ thống :
Sac SBA 320 (kVA
Hệ số công suất của hệ thống quang điện: cosφ=1.
Suy ra công suất tác dụng : Pac < 320kW
Đối với hệ thống năng lượng mặt trời đầu ra thì hiệu suất toàn
hệ thống (công suất điểm đấu nối lên lưới /công suất đặt của hệ thống
pin quang điện) trong khoảng 75 đến 85%. Ta chọn hiệu suất

H = 85% .
Pac 320
Pd
=
(k P
H 0,85
ết luận
So sánh hai kết quả trên ta chọn công suất đặt của hệ thống pin
mặt trời là:
PPV =61,5 (k p )
Đây chỉ là công suất đặt nhỏ nhất của hệ thống, để cài đặt
trong chương 3.


14

Chương : NG
NG PHẦN M M CHU ÊN
NG
PVsystTHIẾT KẾ TỐI ƯU HỆ THỐNG ĐIỆN NĂNG LƯ NG
MẶT TRỜI
.1. Giới thiệu về phần mềm PVsyst
Phần mềm PVsyst được ra đời vào năm 1994, do hai tác giả
đồng sáng lập là ông André Mermoud và ông Michel Villoz.
3.2. Nghiên cứu cài đ t thông số trên phần mềm PVsyst
Đ nh v đ đi m thiết kế đ l y số dữ liệu khí tư ng
Địa điểm thiết kế là trường mầm non ABC Ngô Quyền –TP
Đà Nẵng.
- Vị trí địa lý: 16,0746 độ vĩ Bắc, 108,2304 độ kinh Đông
3.2.2. Lựa ch n mô hình

Với khu vực thiết kế là đã có hệ thống điện lưới quốc gia
trước, trường mầm non chỉ hoạt động vào ban ngày, công suất sử
dụng không đồng đều. Ngoài ra, khi tính toán lựa chọn công suất để
lắp đặt hệ thống điện năng lượng mặt trời có thể đáp ứng đủ phần
điện năng của phụ tải. Vì vậy, chọn mô hình hệ thống điện năng
lượng mặt trời nối lưới để thiết kế.
ài đặt đ nh hướng hệ thống in qu ng điện
Cài đặt định hướng trên phần mềm PVsyst như sau:

ài đặt công su t lắ đặt c a hệ thống in qu ng điện trong
phần m m
Trong chương 2, ta đã chọn công suất lắp đặt của hệ thống pin
quang điện theo điều kiện ràng buộc về công suất nối lưới. Công suất


15

của hệ thống pin quang điện là Ppv=61.5 k p. Đây là giá trị cài đặt
cho hệ thống pin quang điện, tuy nhiên nó chỉ trợ giúp cho phần cài
đặt và ta có thể thay đổi trong quá trình định cỡ tối ưu hệ thống.

3.2.5. Ch n m

u

in qu ng điện

3.2.5.1. Các yêu c u để ch n modul in quang điện
Khi chọn loại module pin quang điện cần phải đảm bảo các
yêu cầu sau:

+ Chọn loại module pin quang điện có hiệu suất chuyển đổi từ
năng lượng bức xạ thành điện năng cao.
Đảm bảo điện áp và công suất đầu ra ổn định khi cường độ
bức xạ và nhiệt độ đầu vào ổn định.
+ Hiệu suất pin quang điện sẽ giảm dần qua từng năm, nhưng
phải đảm bảo tổn thất hằng năm ở mức nhỏ. Vấn đề này liên quan tới
việc bảo hành hiệu suất của nhà sản xuất.
3.2.5.2. Ch n loại modul in quang điện và cài đặt trong ph n mềm
PVsyst
Chọn loại pin quang điện:
Loại module SW 300-Mono của hãng sản xuất SolarWorld.
3.2.6. Ch n biến tần cho hệ thống điện n ng ư ng mặt trời
3.2.6.1. Các yêu c u khi ch n biến t n n i lưới
Yêu cầu kỹ thuật khi chọn biến tần nối lưới:
- Đảm bảo làm việc ổn đinh theo đặc tính V-A
- Đảm bảo yêu cầu về điện áp, công suất, tần số, cosφ ở phía
đầu ra của biến tần để có thể hòa vào lưới điện quốc gia.


16

- Các thành phần sóng hài, dòng điện DC phía đầu ra đảm bảo
theo tiêu chuẩn để nối lưới.
- Hiệu suất của biến tần cao, hiện nay hiệu suất biến đổi biến
tần có thể đến 99 trong điều kiện tiêu chuẩn.
3.2.6.2. L a ch n biến t n và cài đặt trong ph n mềm PVsyst
Lựa chọn biến tần:
- Tên biến tần: SUNNY TRIPOWER 60
- Hãng sản xuất: SMA
- Thông số kỹ thuật: Xem phụ lục

- Các tiêu chuẩn lựa chọn biến tần: IEC 61683:1999, IEC
61721:2004, IEC 62109-1&2:2011-2012, IEC 62116:2008.
7 Đ nh cỡ hệ thống điện n ng ư ng mặt trời trong phần m m
PVsyst
. .7. . Xác đ nh s lượng biến t n và hệ th ng in quang điện

Định cỡ hệ thống là việc điều chỉnh số lượng các tấm pin
quang điện, số lượng biến tần sao cho phù hợp để hệ thống đạt hiệu
suất và tuổi thọ cao.
Th ng s tổn th t trạm biến á .
Phần này không cài đặt vào phần mềm bởi phần điện năng tạo
ra chủ yếu cung cấp cho tải ở phía hạ áp, hệ thống quang điện chỉ
bơm lên lưới một phần nhỏ điện năng nên tổn thất rất nhỏ và không
thể tính được bởi trong phần mềm này.
Ch n loại d

điện


17

Đối với loại dây điện hệ thống năng lượng mặt trời, ngoài việc
đảm bảo khả năng d n dòng thì bỏ dây d n yêu cầu về cách điện,
chịu được nhiệt, bức xạ.
Chọn loại dây theo tiêu chuẩn của IEC 60228.
Trong thiết kế này tác giả chọn loại dây Cáp ruột đồng, cách
điện XLPO. XLPO còn được gọi là Polyolefin liên kết chéo, là một
hình thức cách nhiệt được tạo ra thông qua cả nhiệt và áp suất cao
sản phẩm cáp điện của công ty cổ phần dây cáp điện Việt Nam sản
xuất.

8 ài đặt ph tải tại trường mầm n n AB TP Đà Nẵng
Trong phần mềm này, có thể nhập điện năng phụ tải trung bình
theo giờ hoặc trung bình theo tháng. Tuy nhiên, giá trị điện năng phụ
tải của trường là thay đổi lớn theo từng giờ và theo tháng nên để
chính xác trong phần này tác giả nhập dữ liệu theo tháng trong năm
với dữ liệu từ giám sát đo đếm từ của Công ty Điện Lực Miền Trung
tại trường mầm non ABC TP Đà Nẵng.
Điện năng tiêu thụ của phụ tải trong 1 năm: AL=54054 kWh
9 Tính t án ài đặt kinh tế
. .9. . Chi hí đ u tư và va v n
Chi phí lắp đặt hệ thống quang điện.
. .9. . Cài đặt th ng s

h n tích lợi nhuận.

3.3. Mô phỏng và phân tích kết quả
3.3.1. Mô phỏng
Sau khi cài đặt tất cả các thông số, ta tiến hành mô phỏng để
xuất ra kết quả của hệ thống mà ta đang thiết kế.
Các kết quả để đánh giá và thực hiện dự án bao gồm:
Báo cáo các thông số của hệ thống .
Các bản thông số chi tiết đầu vào và đầu ra của hệ thống.
Các đồ thị đặc tính chi tiết của hệ thống.
Phân tí h kết quả mô hỏng
3.3.2.2. Kết qu chính trong báo cáo của ph n mềm PVsyst
Thông số chính của hệ thống:


18

+ Loại hệ thống: Hệ thống nối lưới;
Định hướng pin quang điện: 2 hướng;
+ Độ nghiêng Góc phương vị =28o/-45o và 28o/45o;
+ Tấm pin quang điện: Kiểu: Sunmodule SW 300 mono;
PPVdanh nghĩa = 300Wp;
+ Số lượng tấm pin: 198 tấm; PPVtổng_danh nghĩa = 59.4kWp;
+ Biến tần: Kiểu: Sunny Tripower 60-10; PIVTdanh nghĩa = 60
kWac;
Phụ tải: PL=54.054 M h năm;
Kết quả mô phỏng chính:
+ Sản xuất hệ thống: Sản lượng điện năng được tạo ra: Eac
= 84.3 M h năm;
+ Sản xuất cụ thể trên 1 đơn vị: 1420 k h k p năm;
+ Tỉ số hiệu suất: PR = Eac/GlobInc.Pnom = 82.4%;
+ Tổng vốn đầu tư: 102980 USD
+ Tiền phải trả hàng năm theo phầm mềm: ( Vay 100%;
15 năm; lãi suất đều 8%) bằng 12031 USD năm;
Chi phí điện năng: 0,14 USD/kWh
Nhận xét:
Đáp ứng đủ nhu cầu công suất cho phụ tải trong các tháng
trong năm, ngoài ra còn có lượng điện năng đưa lên lưới bởi phụ tải
sử dụng điện năng nhỏ hơn điện năng mà hệ thống tạo ra.
3.3.2.3. Tổn th t điện năng trong hệ th ng điện năng lượng mặt trời
n i lưới.


19

Giản đồ tổn thất điện năng của hệ thống điện năng lượng mặt trời nối
lưới.

Hiệu suất chuyển đổi của loại module 17,89%
pin quang điện
Tổng điện năng danh nghĩa của hệ thống pin
quang điện thu được
Hiệu quả của mức chiếu xạ ánh sáng
0,8%
Tổn thất nhiệt độ pin quang điện
-11,3%
Tổn thất không phù hợp giữa các tấm
-1,0%
pin quang điện
Tổn thất hiệu ứng ánh sáng suy giảm
-1,0%
cảm ứng
Tổn thất điện trở dây d n
0,0%
Điện năng thực tế của hệ thống pin quang điện
Tổn thất biến tần trong quá trình vận
-1,6%
hành

99.1 MWh

87.2 MWh


20

Tổn thất biến tần quá công suất danh
0%

nghĩa
Tổn thất biến tần do ngưỡng điện áp
0%
Điện năng hữu ích tại đầu ra biến tần
Điện năng đầu ra của hệ thống điện năng
lượng m t trời
Điện năng cung cấp cho phụ tải
Điện năng đưa vào lưới

84.3 MWh
84.3MWh
23.8 MWh
60.6 MWh

Nhận xét:
+ So sánh với các hệ thống có công suất tương đương
trên thế giới thì hệ thống mà ta đang thiết kế có hiệu suất ở
mức trung bình.
+ Tổn thất do nhiệt độ tấm pin quang điện là lớn, làm
ảnh hưởng nhất định đến sản lượng điện tạo ra của hệ thống.
Giá trị này có thể giảm đi nếu lúc thực hiện dự án, người ta
thiết kế các ống đối lưu nằm giữa mái nhà và mảng pin quang
điện đặt trên mái.
+ Giá trị tổn thất do ngưỡng điện áp của hệ thống biến
tần là nhỏ 0,3%, giá trị này chỉ tồn tại trong năm đầu tiên bởi
hệ thống mà ta đang thiết kế có hiệu suất của hệ thống pin
quang điện giảm qua từng năm, làm công suất đầu vào biến tần
giảm.
3.3.2.4. Phân tích tài chính.
Đầu tư và giá trị hệ thống.

+ Chi phí đầu tư: 102980 USD cụ thể 1,73 USD/Wp
+ Chi phí phải trả do vay vốn hàng năm: 12031 USD ( bằng
chi phí đầu tư, vay 100 chi phí đầu tư).
Chi phí điện năng sản xuất: 0,14 USD k h.
+ Các thông số chi tiết: Xem phần phụ lục
Phân tích giá trị lợi nhuận của hệ thống.
+ Khoảng thời gian vận hành sản xuất điện của dự án trong 25
năm, từ đầu năm 2019 đến cuối năm 2043. Dự án đầu tư có lãi thông
qua số liệu điện năng sản xuất ra hằng năm là 84.3 M h.


21

Năm thứ 14 đã có lợi nhuận bởi vay vốn với hình thức trả đều
theo từng năm và thời gian vay dài, nên tổng chi phí phải trả hàng
năm thấp hơn tiền bán điện hàng năm. Để đánh giá cụ thể thời điểm
hoàn vốn thì ta phải sử dụng công cụ khác để tính toán.
3.4. Kết luận sơ đồ thiết kế hệ thống năng lượng m t trời nối lưới
tại trường mần non ABC –TP Đà Nẵng

Sơ đồ thiết kế hệ thống năng lượng mặt trời nối lưới tại Trường
mầm non ABC –TP Đà Nẵng


22

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
1. Các vấn đề thực hiện trong luận văn
- Sau một thời gian tìm tòi, học hỏi và nghiên cứu, vận dụng
các kiến thức chuyên ngành và kiến thức bên ngoài cũng như các dự

án tương tự nên luận văn đã được hoàn thành. Trong đó bao gồm
tổng quan về năng lượng mặt trời, tìm hiểu các hệ thống điện năng
lượng mặt trời và phân tích, đánh giá để đưa ra phương án thiết kế
hợp lý, và đặc biệt là đã sử dụng thành công phần mềm PVsyst để
thiết kế cho hệ thống điện mặt trời tại trường Mầm non ABC sử dụng
cho trường và phát lên lưới điện.
- Với việc sử dụng phần mềm PVsyst thiết kế hệ thống điện
năng lượng mặt trời nổi nối lưới ta có các kết luận sau:
- Phần mềm đã giải quyết những khó khăn trong việc thiết kế
hệ thống năng lượng mặt trời nối lưới như định hướng lắp đặt tối ưu
hệ thống pin quang điện, tính toán các thông số tổn thất và định cỡ
tối ưu các thiết bị trong hệ thống năng lượng mặt trời nối lưới tại địa
điểm thiết kế.
- Dựa vào kết quả mô phỏng trong phần mềm ta có thể phân
tích đánh giá các thông số của hệ thống từ đó đưa ra các giải pháp để
nâng cao chất lượng và sản lượng điện năng hệ thống.
+ Những ưu điểm và nhược điểm nếu lắp đặt hệ thống:
Ưu điểm:
+ Đáp ứng nhu cầu sử dụng điện, giảm quá tải hệ thống lưới
điện tại địa phương. Khi mà phụ tải ở đây tăng nhanh chóng, các
công trình xây dựng ở đây mọc lên từng ngày làm cho công tác quy
hoạch và phát triển lưới điện tại địa phương gặp nhiều khó khăn.
+ Tăng cường nguồn tự chủ năng lượng cho những ngày
thiếu điện. Tạo điểm nhấn cho trường
Nhược điểm:
+ Xảy ra hiện tượng dao động công suất trên hệ thống điện
lưới nếu cường độ bức xạ mặt trời thay đổi nhanh do đám mây bay
ngang qua chùm tia chiếu xuống tấm pin quang điện.
- Nh ng thuận lợi và hó hăn hi
d ng hệ th ng điện năng lượng

mặt trời tại trường m m non ABC:
Thuận lợi:


23

Không có chi phí đất đai.
+ Hệ thống điện lưới gần với khu vực xây dựng hệ
thống PV.
+ Việc lắp đặt hệ thống pin quang điện trên mái nhà sẽ
giảm được chi phí đầu tư móng, giá đỡ cho dàn pin quang điện.
Cơ sở hạ tầng tại đây đã có sẵn, thuận lợi cho công tác
xây dựng và quản lý hệ thống điện năng lượng mặt trời.
hó hăn:
+ Việc định hướng lắp đặt thực tế hệ thống pin quang điện
là phức tạp bởi hệ thống mái nhà có các hướng khác nhau, cần phải
đo đạc và phân tích hiệu suất thu bức xạ cao nhất cho cả năm. Tuy
nhiên, phần định hướng lắp đặt hệ thống pin quang điện trong
chương 3 đã đánh giá hiệu suất rõ ràng nên có thể dựa vào đó để lắp
đặt hệ thống pin quang điện.
+ Hệ thống pin quang điện là phân tán nên việc đấu nối là
phải nghiên cứu kỹ để giảm tổn thất không phù hợp về công suất và
điện áp của hệ thống pin quang điện. có thể làm tăng thêm chi phí
dây điện đấu nối hệ thống pin quang điện để đưa về tủ đấu nối chung.
+ Việc xây dựng hệ thống PV phải giữ được mỹ quan của
trường.
2. Hướng mở rộng của đề tài
Nghiên cứu, xây dựng các chế độ vận hành, cơ chế thương
mại hóa cho hệ thống điện sử dụng năng lượng mặt trời, đảm bảo đạt
hiệu quả kinh tế cao nhất.

. Kiến nghị
Thực trạng hiện nay, chi phí để đầu tư hệ thống năng lượng
mặt trời còn lớn và đạt hiệu quả kinh tế chưa cao. Trong tương lai
gần chính quyền thành phố Đà Nẵng và Chính phủ, các sở ban ngành
cần sớm áp dụng các cơ chế khuyến khích đẩy mạnh sử dụng năng
lượng mặt trời vào các cơ quan, trường học, bệnh viện, doanh nghiệp,
khu nghĩ dưỡng …. đưa thành phố thành đô thị xanh, sạch đẹp đứng
đầu cả nước. Nâng cao nguồn tự chủ năng lượng cho các doanh
nghiệp trong thành phố trong tình trạng có thể thiếu điện trong thời
gian sắp đến.