Xây dựng mô hình mạng nơron nhân tạo dự báo năng lượng bức xạ mặt trời tại nhà máy điện mặt trời mộ đức, quảng ngãi

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

NGÔ HỒNG HÂN

XÂY DỰNG MÔ HÌNH MẠNG NƠRON NHÂN TẠO
DỰ BÁO NĂNG LƯỢNG BỨC XẠ MẶT TRỜI TẠI NHÀ MÁY
ĐIỆN MẶT TRỜI MỘ ĐỨC, QUẢNG NGÃI

LUẬN VĂN THẠC SĨ
KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA

Đà Nẵng – Năm 2018


ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

NGÔ HỒNG HÂN

XÂY DỰNG MÔ HÌNH MẠNG NƠRON NHÂN TẠO
DỰ BÁO NĂNG LƯỢNG BỨC XẠ MẶT TRỜI TẠI NHÀ MÁY
ĐIỆN MẶT TRỜI MỘ ĐỨC, QUẢNG NGÃI

Chuyên ngành: Kỹ thuật Điều khiển và Tự động hóa
Mã số: 8520216

LUẬN VĂN THẠC SĨ

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
1. Tiến sĩ Nguyễn Quốc Định

Đà Nẵng – Năm 2018


i

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi dưới sự hướng dẫn
của Tiến sĩ Nguyễn Quốc Định – Giảng viên bộ môn Tự động hóa, khoa Điện, trường
Đại học Bách khoa Đà Nẵng. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và là
sản phẩm của riêng cá nhân, không sao chép của người khác. Nội dung của luận văn có
tham khảo và sử dụng một số thông tin, tài liệu từ các nguồn sách, tạp chí được liệt kê
trong danh mục các tài liệu tham khảo.

Tác giả luận văn

Ngô Hồng Hân


ii

LỜI CẢM ƠN
Được sự phân công của Trường Đại học Bách khoa Đà Nẵng và sự đồng ý của
thầy hướng dẫn, Tiến sĩ Nguyễn Quốc Định, em đã thực hiện đề tài: “Xây dựng mô
hình mạng nơron nhân tạo dự báo năng lượng bức xạ mặt trời tại nhà máy điện mặt
trời Mộ Đức, Quảng Ngãi”.
Để hoàn thành luận văn này, em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo đã tận
tình giảng dạy, hướng dẫn, truyền đạt cho em nhiều kiến thức quý giá trong suốt quá
trình học tập, nghiên cứu và rèn luyện, đặc biệt là các thầy cô trong bộ môn Tự động
hóa – khoa Điện – trường Đại học Bách khoa Đà Nẵng.

Em xin tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy hướng dẫn, Tiến sĩ Nguyễn Quốc Định, đã
tận tình giúp đỡ và truyền đạt nhiều kinh nghiệm để em thực hiện luận văn này.
Em xin chân thành cảm ơn các thành viên trong gia đình, đồng nghiệp, bạn bè luôn
hỗ trợ, động viên em trong suốt quá trình hoàn thiện đề tài.
Em xin chân thành cảm ơn!
Đà Nẵng, ngày
tháng
năm 2018
Học viên

Ngô Hồng Hân


iii

MỤC LỤC
Lời cam đoan…………………………………………………………………………..i
Tóm tắt luận văn………………………………………………………………………v
Danh mục từ viết tắt……….………………………………………………………... vi
Danh mục các hình……..……………………………………………………………vii
Danh mục các bảng………………………………………………………………….viii
MỞ ĐẦU...……………………………………………………………………………..1
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ NĂNG LƯỢNG BỨC XẠ MẶT TRỜI VÀ CÁC
ỨNG DỤNG ...................................................................................................................4
1.1. Năng lượng bức xạ mặt trời ..............................................................................4
1.2. Ứng dụng của năng lượng bức xạ mặt trời ......................................................6
1.2.1. Các ứng dụng năng lượng bức xạ mặt trời ...................................................6
1.2.2. Ứng dụng trong quang điện mặt trời ............................................................8
1.3. Tiềm năng của năng lượng mặt trời tại Việt Nam ........................................13
1.4. Tổng quan nhà máy điện mặt trời Mộ Đức, Quảng Ngãi [4] .......................15

1.4.1. Giới thiệu chung .........................................................................................15
1.4.2. Điều kiện khí hậu ........................................................................................15
1.4.3. Điều kiện địa hình .......................................................................................15
1.4.4. Đặc điểm khí tượng ....................................................................................15
1.4.5. Nguồn quang năng ......................................................................................16
1.4.6. Số giờ nắng bình quân từ năm 2010 đến năm 2017 ...................................17
1.4.7. Phương án công nghệ của nhà máy điện mặt trời Thiên Tân .....................17
1.4.8. Mô hình kết lưới của nhà máy ....................................................................18
1.5. Sự cần thiết phải dự báo năng lượng bức xạ mặt trời cho nhà máy quang
điện............................................................................................................................19
CHƯƠNG II: TỔNG QUAN CÁC PHƯƠNG PHÁP DỰ BÁO NĂNG LƯỢNG
BỨC XẠ MẶT TRỜI ..................................................................................................21
2.1. Các mô hình dự báo .........................................................................................21
2.1.1. Mô hình vật lý khí quyển ............................................................................21
2.1.2. Mô hình thống kê theo chuỗi thời gian .......................................................21
2.2. Tổng quan về các công trình sử dụng hệ thống ANN dự báo năng lượng bức
xạ mặt trời đã công bố ............................................................................................23


iv
2.3. Sự cần thiết phải xây dựng mô hình ANN mới để dự báo năng lượng bức xạ
mặt trời cho nhà máy quang điện Mộ Đức ...........................................................27
CHƯƠNG III: XÂY DỰNG MÔ HÌNH MẠNG NƠRON NHÂN TẠO DỰ BÁO
NĂNG LƯỢNG BỨC XẠ MẶT TRỜI .....................................................................28
3.1. Lý thuyết mạng nơron nhân tạo .....................................................................28
3.1.1. Giới thiệu ....................................................................................................28
3.1.2. Nơron nhân tạo ...........................................................................................29
3.1.3. Các loại mạng nơron nhân tạo thường gặp .................................................31
3.1.4. Các phương pháp huấn luyện mạng nơron nhân tạo. .................................32
3.1.5. Thuật toán huấn luyện lan truyền ngược ....................................................34

3.1.6. Thuật toán Levenberg – Marquardt ............................................................35
3.1.7. Vấn đề “quá khớp” (overfitting) .................................................................36
3.2. Xây dựng mô hình mạng ANN dự báo bức xạ mặt trời tại nhà máy điện mặt
trời Mộ Đức, Quảng Ngãi .......................................................................................37
3.2.1. Xác định dữ liệu cho mô hình ANN ...........................................................37
3.2.2. Lựa chọn cấu trúc mạng nơron nhân tạo dự báo bức xạ mặt trời tại nhà máy
điện mặt trời Mộ Đức, Quảng Ngãi ......................................................................39
3.2.3. Thuật toán huấn luyện mạng .......................................................................40
3.2.4. Chỉ tiêu đánh giá .........................................................................................40
CHƯƠNG IV: MÔ PHỎNG VÀ KẾT QUẢ ............................................................42
4.1. Xây dựng chương trình lựa chọn mô hình ANN tối ưu ................................42
4.1.1. Lựa chọn cấu trúc mô hình ANN................................................................42
4.1.2. Dữ liệu đầu vào ...........................................................................................43
4.1.3. Huấn luyện mạng ........................................................................................44
4.1.4. Chỉ tiêu đánh giá .........................................................................................44
4.1.5. Thực nghiệm lựa chọn mô hình ..................................................................44
4.2. Kết quả thực nghiệm ........................................................................................47
4.3. Nhận xét ............................................................................................................52
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ………………………………………………………..53
Danh mục tài liệu tham khảo………………………………………………………..55
Phụ lục………………………………………………………………………………..58
Quyết định giao đề tài luận văn, biên bản, nhận xét….…………………………..108


v
XÂY DỰNG MÔ HÌNH MẠNG NƠRON NHÂN TẠO DỰ BÁO
NĂNG LƯỢNG BỨC XẠ MẶT TRỜI TẠI NHÀ MÁY ĐIỆN MẶT TRỜI
MỘ ĐỨC, QUẢNG NGÃI
Học viên: Ngô Hồng Hân. Chuyên ngành: Kỹ thuật Điều khiển và Tự động hóa.
Mã số:

Khóa: K34.TĐH.QNg. Trường Đại học Bách khoa - ĐHĐN

Tóm tắt – Lượng điện năng tiêu thụ đã tăng đáng kể trong những thập kỷ gần đây. Năng
lượng truyền thống, chẳng hạn như dầu, than và hạt nhân có tác động tiêu cực đến môi trường.
Vì những lý do này, các nhà nghiên cứu đã chuyển hướng sang các nguồn tái tạo như năng
lượng mặt trời, gió và biển. Năng lượng tái tạo có đặc điểm là nguồn năng lượng sạch và bền
vững. Sản lượng năng lượng mặt trời đã tăng đáng kể trong các năm qua.
Tuy nhiên, điện năng được sản xuất bởi hệ thống quang điện không ổn định, gây ảnh
hưởng đến độ tin cậy cung cấp điện. Bởi vì năng lượng bức xạ mặt trời phụ thuộc vào vị trí,
điều kiện thời tiết như nhiệt độ, độ ẩm, ánh nắng mặt trời... đặc biệt là cấu trúc đám mây và chu
kỳ ngày/đêm.
Đề tài này nghiên cứu tính khả thi trong việc xây dựng mô hình mạng nơron nhân tạo
(ANN) để dự báo năng lượng bức xạ mặt trời. Vị trí nghiên cứu là nhà máy điện mặt trời Mộ
Đức, Quảng Ngãi. Mô hình ANN được lựa chọn để nghiên cứu là mạng nơron truyền thẳng 4
lớp được huấn luyện bởi thuật toán Levenberg-Marquardt (LM). Các tham số đầu vào huấn
luyện mạng là ngày, tháng, các thông số vị trí địa lý và khí tượng được thu thập tại nơi thực
hiện.
Từ khóa – Bức xạ mặt trời, mô hình dự báo, Năng lượng mặt trời, mạng nơron nhân tạo,
MAPE

BUILDING ARTIFICIAL NEURAL NETWORK MODEL TO FORECAST
SOLAR RADIATION AT MO DUC, QUANG NGAI SOLAR POWER PLANT
Abstract - Electricity consumption has significantly increased in recent decades.
Traditional energy, such as fossil fuel or nuclear power has negative impacts on the
environment. For these reasons, researchers have turned to renewable sources such as solar,
wind and marine energy. Renewable energy is characterized as clean and sustainable one. Solar
energy production has dramatically increased over the years.
However, electricity produced by the photovoltaic system is unstable, affecting the
reliability of the power providing. That is because solar radiation hight depends on location,

weather conditions such as temperature, humidity, sunshine... especially cloud structure and
day/night cycles.
This topic explores the feasibility of constructing an artificial neural network (ANN)
model for predicting solar radiation. The research location is Mo Duc, Quang Ngai solar power
plant. The ANN model selected for study was a 4-layer feedforward neural network trained
with the Levenberg-Marquardt (LM) algorithm. The network inputs parameters are the date,
location and meteorological parameters collected at the place of implementation.
Key words - Solar irradiance, forecast models, Artificial Neural Network, Solar
Radiation, Mean Absolute Percentage Error.


vi

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
ANN
Cl
CSP
FL
H
Lat
LM
Lon
MAE
MAPE
ME
NLMT
NWP
OPF
P
PV

r
RMSE
S
STC
T
TSI
Wd
Ws

Mạng nơron nhân tạo (Artificial Neural Network)
Mây
Nhà máy nhiệt điện NLMT (Concentrated solar power)
Logic mờ (Fuzzy Logics)
Độ ẩm tương đối
Kinh độ
Thuật toán Levenberg-Marquardt
Vĩ độ
Sai số tuyệt đối trung bình (Mean Absolute Error),
Sai số phần trăm tuyệt đối trung bình (Mean Absolute
Percentage Error),
Sai số trung bình (Mean Error)
Năng lượng mặt trời
Mô hình dự báo số trị (Numerical Weather Prediction)
Tối ưu trào lưu công suất (Optimal Power Flow)
Áp suất khí quyển
Quang điện (PhotoVoltaic)
Hệ số tương quan (Correlation coefficient)
Sai số bình phương trung bình quân phương (Root mean
square Error)
Số giờ nắng

Điều kiện thử nghiệm tiêu chuẩn (Standard Test Conditions)
Nhiệt độ không khí
Hình ảnh tổng thể bầu trời (Total Sky Imager)
Hướng gió
Tốc độ gió


vii

DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình I -1: Dải bức xạ điện từ. ..........................................................................................4
Hình I-2: Quá trình truyền năng lượng bức xạ mặt trời qua lớp khí quyển trái đất. .......6
Hình I-3: Máy nước nóng NLMT....................................................................................7
Hình I-4: Bếp nấu NLMT ................................................................................................7
Hình I-5: Nhà máy nhiệt điện NLMT (Concentrated solar power: CSP) .......................8
Hình I -6: Công suất điện mặt trời toàn thế giới và bổ sung hàng năm từ 2007 – 2017 .9
Hình I -7: Hệ hai mức năng lượng...................................................................................9
Hình I-8: Các vùng năng lượng .....................................................................................10
Hình I-9: Cấu tạo một pin quang điện ...........................................................................11
Hình I-10: Mô hình kết lưới của hệ thống quang điện ..................................................12
Hình I-11: Bản đồ bức xạ ngang trung bình ngày trong năm tại Việt Nam [3] ............14
Hình II-1 Mối quan hệ giữa RMSE, MAPE, r với số lượng nơron khác nhau với đầu vào
là độ che phủ mây. .........................................................................................................26
Hình III-1: Tế bào nơron sinh học ................................................................................28
Hình III-2: Tế bào nơron nhân tạo.................................................................................29
Hình III-3: Hàm nấc
Hình III-4: Hàm dấu ............................................30
Hình III-5: Hàm dốc bão hòa
Hình III-6: Hàm tuyến tính bão hòa ....................30
Hình III-7: Hàm S dạng đơn cực

Hình III-8: Hàm S dạng lưỡng cực......................30
Hình III-9: Mạng nơron truyền thẳng một lớp ..............................................................31
Hình III-10: Mạng nơron truyền thẳng nhiều lớp..........................................................31
Hình III-11: Mạng nơron hồi quy một lớp ....................................................................31
Hình III-12: Mạng nơron hồi quy nhiều lớp..................................................................32
Hình III-13: Học có giám sát .........................................................................................32
Hình III-14: Học cũng cố ..............................................................................................33
Hình III-15: Học không có giám sát ..............................................................................33
Hình III-16: Sơ đồ tổng quát huấn luyện một tế bào nơron nhân tạo ...........................34
Hình III-17: Mặt bằng nhà máy điện mặt trời Thiên Tân, Mộ Đức, Quảng Ngãi .........37
Hình III-18: Cấu trúc ANN 4 lớp tổng quát ..................................................................39
Hình IV-1: Sơ đồ xây dựng mô hình ANN dự báo năng lượng mặt trời. .....................42
Hình IV-2: Cấu trúc mô hình ANN dự báo năng lượng mặt trời trong Matlab ............43
Hình IV-3: Thuật toán thực hiện dự báo năng lượng bức xạ mặt trời. ..........................45
Hình IV-4: Quá trình huấn luyện mô hình ANN...........................................................45
Hình IV-5: Đồ thị hàm mục tiêu (MSE). .......................................................................46
Hình IV-6: Biểu đồ hồi quy giữa giá trị dự báo và thực tế. ..........................................47
Hình IV-7: Mô hình ANN tối ưu. ..................................................................................48
Hình IV-8: Hình kết quả thực nghiệm. ..........................................................................51
Hình IV-9: Đồ thị giữa dữ liệu dự báo và quan trắc. ....................................................51


viii

DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng I-1: Tổng bức xạ GHI trung bình tại khu vực dự án ............................................16
Bảng I-2: Số giờ nắng trung bình hàng tháng tại khu vực dự án ..................................17
Bảng I-3: Thông số kỹ thuật module quang điện của nhà máy .....................................18
Bảng I-4: Thông số kỹ thuật bộ biến đổi điện DC/AC (inverter) của nhà máy ............18
Bảng II-1: Các tham số đầu vào mô hình ANN và độ chính xác [5] ............................25

Bảng III-1: Một số thuật toán tối ưu ..............................................................................35
Bảng IV-1: Kết quả tính toán các chỉ tiêu đánh giá mô hình (rút gọn) .........................48


1

MỞ ĐẦU
1. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI
Lượng điện năng tiêu thụ ở Việt Nam nói chung, tại Quảng Ngãi nói riêng ngày
một tăng lên do nhu cầu sử dụng điện phục vụ cho các mục đích sinh hoạt, thương mại
dịch vụ và sản xuất công nghiệp ngày càng cao. Sản lượng điện tiêu thụ tại Quảng Ngãi
năm 2015 là 825 triệu kWh, năm 2016 là 922 triệu kWh, năm 2017 là 1.012 triệu kWh;
tăng trung bình khoảng 11%/ năm (Báo cáo kinh doanh – Công ty Điện lực Quảng Ngãi
các năm). Sắp đến, các nhà máy mới tại các khu Kinh tế Dung Quất, khu công nghiệp
VISP… tại Quảng Ngãi tiếp tục được xây dựng và đưa vào sử dụng, dẫn đến nhu cầu về
nguồn điện là cực kỳ bức bách.
Trong khi đó, các nguồn nhiên liệu hóa thạch dự trữ như than đá, dầu mỏ, khí thiên
nhiên và ngay cả thủy điện điều có hạn, khiến cho cả nước đứng trước nguy cơ thiếu hụt
nguồn điện. Hơn nữa, các nguồn năng lượng nêu trên gây tác động tiêu cực đến môi
trường. Vì vậy, các nguồn năng lượng tái tạo như năng lượng mặt trời, gió, địa nhiệt,
thủy triều… là những nguồn năng lượng mới cần được quan tâm phát triển. Đặc biệt là
nguồn NLMT được xem như là dạng năng lượng ưu việt trong tương lai, đó là nguồn
năng lượng sẵn có, siêu sạch và miễn phí. Do vậy NLMT ngày càng được sử dụng rộng
rãi ở các nước trên thế giới và Việt Nam.
Khác với các nguồn điện truyền thống, công suất phát của nguồn điện sản xuất từ
NLMT không ổn định. Các nhà máy điện mặt trời không phải lúc nào cũng đáp ứng
được nhu cầu của phụ tải. Điều này là do bức xạ mặt trời phụ thuộc rất nhiều vào vị trí
địa lý và điều kiện thời tiết của từng khu vực khác nhau như nhiệt độ, độ ẩm không khí,
thời gian nắng… đặc biệt là độ che phủ mây và chu kỳ ngày/đêm. Mây làm giảm đáng
kể bức xạ mặt trời đến mặt đất, ban đêm không có ánh sáng mặt trời nên sản lượng của

hệ thống điện sử dụng năng lượng mặt trời cũng giảm theo. Cách phổ biến nhất để thu
thập dữ liệu bức xạ mặt trời là đo tại các trạm khí tượng hoặc qua vệ tinh. Tuy nhiên,
vấn đề chi phí trang thiết bị cho các trạm quan trắc rất cao nên khó có thể triển khai lắp
đặt rộng rãi ở nhiều nơi.
Hiện nay, nguồn điện chủ yếu được sản xuất tập trung, điện được truyền tải từ các
nhà máy điện lớn, phân phối đến người tiêu thụ. Với sự phát triển của các nguồn điện
sử dụng năng lượng tái tạo, số nguồn điện nhỏ lẻ dự kiến sẽ tăng đáng kể (ví dụ nguồn
điện mặt trời áp mái). Thử thách đối với các nguồn điện phân tán, nhỏ lẻ là phải đồng
bộ để hòa lưới điện quốc gia nhằm đảm bảo tính liên tục và độ tin cậy trong cung cấp
điện. Vì vậy, công tác dự báo công suất nguồn, phụ tải và công tác quản lý huy động các
nguồn điện khác nhau là rất quan trọng, cần có các công cụ hỗ trợ hiệu quả hơn.
Để đảm bảo sản lượng điện phát ra tối đa, đáp ứng tốt nhu cầu phụ tải trong khi
vẫn duy trì độ tin cậy trong cung cấp điện là thách thức lớn nhất đối với các nhà máy
điện mặt trời. Công tác dự báo các thông số về năng lượng bức xạ mặt trời, công suất


2
nguồn, công suất phụ tải trong tương lai một cách chính xác là rất cần thiết. Do đó, để
xây dựng các nhà máy điện mặt trời yêu cầu phải có đánh giá chính xác tiềm năng cũng
như dự báo tốt NLMT, từ đó dự báo được sản lượng điện sản xuất được để có kế hoạch
tốt nhất trong việc huy động nguồn điện đáp ứng nhu cầu sử dụng.
Bên cạnh đó, dự báo được năng lượng mặt trời trong nhiều thời điểm đóng một vai
trò quan trọng trong quản lý các thiết bị dự trữ nguồn (các tổ ăc quy), các hệ thống điều
khiển của các nhà máy điện mặt trời. Nó cho phép các Công ty phân phối điện điều
chỉnh phụ tải để tối ưu hóa việc truyền tải điện năng, phân bổ điện năng một cách cân
bằng, hợp lý từ các nguồn khác nhau nếu không có NLMT; lập kế hoạch huy động nguồn
điện, lập kế hoạch cho các công tác duy tu, bảo dưỡng tại các nhà máy và thực hiện các
giải pháp cần thiết để tránh sự cố.
Các phương pháp dự báo NLMT chính xác nâng cao chất lượng của nguồn điện
phát ra lưới điện và giảm các chi phí phát sinh do các yếu tố thời tiết gây ra cho nhà máy

điện mặt trời. Hai nhân tố này là động lực chính cho các nghiên cứu về các phương pháp
dự báo bức xạ mặt trời.
Đề tài này nghiên cứu tính khả thi trong việc xây dựng mô hình mạng nơron nhân
tạo (ANN) để dự báo năng lượng bức xạ mặt trời. Địa điểm được chọn để nghiên cứu là
nơi xây dựng nhà máy điện mặt trời Mộ Đức, Quảng Ngãi. Mô hình ANN được lựa chọn
để nghiên cứu là mạng nơron truyền thẳng 4 lớp được huấn luyện bởi thuật toán
Levenberg-Marquardt (LM). Các tham số đầu vào huấn luyện mạng là ngày, tháng, các
thông số vị trí địa lý và khí tượng được thu thập tại nơi thực hiện.
Luận văn chọn đề tài: “Xây dựng mô hình mạng nơron nhân tạo dự báo năng
lượng bức xạ mặt trời tại nhà máy điện mặt trời Mộ Đức, Quảng Ngãi” nhằm mục
đích xây dựng các mô hình mạng nơron nhân tạo với số lượng nơron trong các lớp ẩn
khác nhau. Qua đó đánh giá các chỉ số MAE (Mean Absolute Error), RMSE (Root Mean
Squared Error), MAPE (Mean Absolute Percentage Error), hệ số tương quan (r) của
từng mô hình nhằm lựa chọn mô hình tốt nhất để sử dụng cho việc dự báo năng lượng
bức xạ mặt trời tại địa điểm đã chọn.
2. MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU
Nắm bắt tổng quan về bức xạ mặt trời và ứng dụng vào nhà máy điện mặt trời Mộ
Đức, Quảng Ngãi (quang điện).
Xây dựng mô hình mạng nơron dự báo năng lượng bức xạ mặt trời với các tham
số thay đổi (cấu trúc mạng và số lượng nơron thay đổi).
Đánh giá các chỉ số MAE, RMSE, MAPE…, so sánh số liệu dự báo và quan trắc
thực tế để lựa chọn mô hình tốt nhất cho việc dự báo năng lượng bức xạ mặt trời.
Mô phỏng trên phần mềm Matlab 2014b sử dụng mạng nơron truyền thẳng 4 lớp
được huấn luyện bởi thuật toán LM.
3. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU
- Đối tượng nghiên cứu: Các mô hình mạng nơron truyền thẳng 4 lớp được huấn


3
luyện bởi thuật toán LM với số lượng nơron trong các lớp ẩn thay đổi để dự báo năng

lượng bức xạ mặt trời.
- Phạm vi nghiên cứu: Lựa chọn mô hình tốt nhất để dự báo năng lượng bức xạ tại
nhà máy điện mặt trời Mộ Đức, Quảng Ngãi.
4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Để giải quyết các mục tiêu nêu trên, luận văn đưa ra phương pháp nghiên cứu như
sau:
- Phương pháp nghiên cứu lý thuyết:
+ Nghiên cứu lý thuyết về bức xạ mặt trời và ứng dụng vào nhà máy quang điện.
+ Nghiên cứu lý thuyết về mạng nơron nhân tạo.
+ Nghiên cứu các mô hình mạng nơron nhân tạo đã áp dụng vào dự báo năng lượng
bức xạ mặt trời. Đề xuất mô hình phù hợp.
- Phương pháp thu thập thông tin: Tiến hành tập hợp, thu thập, tổng hợp các dữ
liệu liên quan đến các đối tượng của đề tài như:
+ Bản đồ tổng lượng bức xạ mặt trời, cường độ bức xạ, các thông số thời tiết tại
Quảng Ngãi.
+ Các báo cáo khoa học liên quan.
- Phương pháp thực nghiệm:
+ Sử dụng công cụ hỗ trợ trong phần mềm Matlab, đưa dữ liệu thu thập để tính
toán và đánh giá kết quả với mô hình đề xuất.
5. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI
- Đề tài nghiên cứu thành công sẽ góp phần kiểm chứng và phát triển phương pháp
dự báo cường độ năng lượng bức xạ mặt trời, từ đó dự báo công suất phát tại nhà máy
điện mặt trời Mộ Đức, Quảng Ngãi dựa vào các thông số địa lý, khí tượng bằng mạng
nơron nhân tạo. Ngoài ra, số lượng nơron và bộ trọng số tối ưu cho mỗi mô hình cũng
được xét đến để cải thiện độ chính xác của mô hình nơron nhân tạo dự báo.
- Đây sẽ là cơ sở để ứng dụng mạng nơron nhân tạo vào công tác dự báo năng
lượng bức xạ mặt trời, công suất phát của các nhà máy điện mặt trời nói chung.
6. CẤU TRÚC CỦA LUẬN VĂN
Ngoài phần mở đầu và kết luận chung, nội dung của đề tài được tổ chức thành 4
chương. Bố cục của nội dung chính của luận văn như sau:

- Chương 1: Tổng quan về năng lượng bức xạ mặt trời và ứng dụng.
- Chương 2: Tổng quan về các phương pháp dự báo năng lượng bức xạ mặt trời.
- Chương 3: Xây dựng mô hình mạng nơron nhân tạo dự báo năng lượng bức xạ
mặt trời.
- Chương 4: Mô phỏng và kết quả.


4

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ NĂNG LƯỢNG BỨC XẠ MẶT TRỜI VÀ
CÁC ỨNG DỤNG
1.1. Năng lượng bức xạ mặt trời
Mặt trời là một ngôi sao gần trái đất nhất. Nó là một quả cầu lửa khổng lồ, có
đường kính khoảng 1.390.600 km (gấp 109 lần đường kính trái đất), thể tích 1,41.1018
km3, khối lượng khoảng 1.1030 kg (gấp hơn 330.000 lần trái đất). Mặt trời là một lò phản
ứng hạt nhân khổng lồ, trung bình Mặt trời phát ra một công suất khoảng 3,865x1020
MW. Mặt trời bức xạ liên tục lượng bức xạ khổng lồ ra xung quanh.
Năng lượng bức xạ mặt trời là năng lượng của dòng bức xạ điện từ xuất phát từ
mặt trời cộng với một phần nhỏ năng lượng từ các hạt nguyên tử khác phóng ra từ mặt
trời.
Trong toàn bộ bức xạ của mặt trời, bức xạ liên quan trực tiếp đến các phản ứng hạt
nhân xảy ra trong nhân mặt trời không quá 3%. Bức xạ 𝛾 ban đầu đi qua 5.105 km chiều
dày của lớp vật chất mặt trời bị biến đổi mạnh. Tất cả các dạng của bức xạ điện từ đều
có bản chất sóng và chúng khác nhau ở bước sóng. Bức xạ 𝛾 có bước sóng ngắn nhất
trong các sóng đó (Hình I-1), từ tâm mặt trời đi ra do sự va chạm hoặc tán xạ mà năng
lượng của chúng giảm đi và bây giờ chúng ứng với bức xạ có bước sóng dài. Như vậy
bức xạ chuyển thành bức xạ Rơnghen có bước sóng dài hơn. Gần đến bề mặt mặt trời
nơi có nhiệt độ đủ thấp để có thể tồn tại vật chất ở trạng thái nguyên tử và biến đổi theo
các cơ chế khác nhau
Đặc trưng của bức xạ mặt trời truyền trong không gian bên ngoài mặt trời là một

phổ rộng trong đó cực đại của cường độ bức xạ nằm trong dải 0,1 – 10 μm, và hầu như
một nửa tổng năng lượng mặt trời tập trung trong khoảng bước sóng 0,38 - 0,78 μm là
vùng nhìn thấy của phổ. [1]
ĐỘ DÀI BƯỚC SÓNG (μm)
10-8

10-6

10-4

10-2

102

1

104

106

108

1010

Bức xạ nhiệt
Tử ngoại

Tia Gamma
Tia Cosmic

Tia X

Ánh sáng trông thấy 0,38 – 0,78

.

Radar, TV, Radio
Gần

25

Xa

Tia hồng ngoại
3

Radio

Radio

Sóng ngắn Sóng dài

Năng lượng mặt trời

Hình I-1: Dải bức xạ điện từ. [1]
Ở ngoài vũ trụ (ngoài tầng khí quyển quả đất) mật độ NLMT không đổi và bằng
Isc = 1.364 W/m2 được gọi là hằng số mặt trời. Ngoài vũ trụ, bức xạ mặt trời chỉ có một
thành phần là các tia mặt trời truyền thẳng gọi là trực xạ.

5
Xung quanh Trái đất có lớp khí quyển dày khoảng H = 800 km chứa N2, O2, H2O,
CO2, NOx, H2, He, Ar, Ne, các hạt bụi... Áp suất và khối lượng riêng của khí quyển giảm
dần so với độ cao.
Khi truyền qua lớp khí quyển bao bọc quanh Trái đất, các chùm tia bức xạ bị hấp
thụ và tán xạ bởi tầng ozon, hơi nước và bụi trong khí quyển; chỉ một phần năng lượng
bức xạ được truyền tới Trái đất. Đầu tiên, các photon (xem bức xạ như các hạt rời rạc –
photon) có bước sóng ngắn hơn 0,18 μm bị hấp thụ bởi các phân tử Oxy (O2) để phân
ly thành nguyên tử Oxy (O). Như vậy, các bức xạ có bước sóng ngắn hơn 0,18 μm bị
hấp thụ hoàn toàn. Chỉ một phần các nguyên tử O kết hợp với nhau để tạo lại thành phân
tử O2, còn đa số các nguyên tử O còn lại tương tác với phân tử O2 để tạo ra phân tử Ozon
O3. Ozon cũng hấp thụ năng lượng bức xạ nhưng với mức độ thấp hơn nguyên tử O2,
dưới tác dụng của các photon có bước sóng ngắn hơn 0,32 μm, sự phân tách phân tử O3
thành O2 và O xảy ra. Như vậy, hầu như năng lượng của bức xạ tử ngoại được dùng để
duy trì quá trình phân ly và hợp nhất của O, O2, O3, đó là một quá trình ổn định. Do quá
trình này, khi đi qua khí quyển, hầu hết bức xạ tử ngoại bị hấp thu và biến đổi thành bức
xạ với năng lượng nhỏ hơn.
Các bức xạ ứng có bước sóng ứng với vùng nhìn thấy và vùng hồng ngoại của phổ
tương tác với các phân tử khí và các hạt bụi của không khí nhưng không phá vỡ được
các liên kết của chúng. Khi đó, các photon bị tán xạ đều theo mọi hướng và một số
photon quay lại không gian vũ trụ. Bức xạ có dạng tán xạ đó chủ yếu là bức xạ có bước
sóng ngắn nhất. Các giọt nước cũng tán xạ rất mạnh bức xạ mặt trời. Bức xạ mặt trời
khi đi qua khí quyển còn gặp một trở ngại đáng kể nữa là sự hấp thụ của các phần tử hơi
nước, khí cacbonic và các hợp chất khác; mức độ của sự hấp thụ này phụ thuộc vào bước
sóng, mạnh nhất ở giữa vùng hồng ngoại của phổ.
Phần năng lượng bức xạ mặt trời truyền tới bề mặt trái đất trong những ngày quang
đãng (không có mây) ở thời điểm cao nhất vào khoảng 1.000 W/m2 (Hình I-2).
Yếu tố cơ bản xác định cường độ của bức xạ mặt trời tại một điểm trên trái đất là
quãng đường đi của nó. Sự mất mát năng lượng trên quãng đường đó gắn liền với sự tán
xạ, hấp thụ bức xạ. Do bị tán xạ nên tới mặt đất, bức xạ mặt trời có 2 thành phần là trực

xạ và nhiễu xạ. Thành phần nhiễu xạ đến điểm quan sát trên mặt đất từ mọi hướng của
bầu trời. Tỷ lệ các thành phần phụ thuộc vào thời gian, vị trí địa lý và thời tiết. Tổng
hợp trực xạ và nhiễu xạ gọi là tổng xạ.
Bức xạ mặt trời là nguồn năng lượng phong phú và dồi dào nhất trong tất cả các
nguồn năng lượng có sẵn trong tự nhiên. Nhờ nó mà chúng ta có thể nhìn thấy mọi vật
cũng như nhờ sức nóng của nó mà con người bao đời qua có thể sưởi ấm, hong khô quần
áo, trồng cây, phơi lúa… Cho đến ngày nay khi mà nguồn tài nguyên năng lượng trên
thế giới đang ngày càng cạn kiệt thì việc tìm giải pháp sử dụng nguồn năng lượng mặt
trời là rất quan trọng. Ánh sáng mặt trời luôn là nguồn năng lượng vô tận, nó mang đến
cho chúng ra một nguồn năng lượng vô cùng lớn vượt xa suy nghĩ của con người. Trong


6
mười phút truyền xạ, Trái Đất tiếp nhận 1 nguồn năng lượng xấp xỉ 5x1020 J. Lượng này
tương đương với năng lượng tiêu thụ trong vòng 1 năm của toàn thể nhân loại. Hơn nữa,
năng lượng mặt trời không phát sinh các loại khí thải gây ra hiệu ứng nhà kính và các
loại khí ô nhiễm môi trường. Nếu con người biết cách khai thác và sử dụng nguồn tài
nguyên này như các dạng năng lượng hiện có của Trái Đất thì môi trường của chúng ta
sẽ được cải thiện rõ rệt.
Khoảng không vũ trụ

1.353 W/m2

Sự phản xạ

Mất mát do sự hấp thụ

Khí quyển

Bức xạ khuếch tán

Tia phản xạ

1.000 W/m2

(Trời quang đãng)

Bề mặt trái đất
Hình I-2: Quá trình truyền năng lượng bức xạ mặt trời qua lớp khí quyển trái đất. [1]
1.2. Ứng dụng của năng lượng bức xạ mặt trời
1.2.1. Các ứng dụng năng lượng bức xạ mặt trời
NLMT được biết đến và sử dụng từ rất sớm, chủ yếu bằng cách sử dụng trực tiếp
còn việc ứng dụng NLMT trên quy mô rộng bằng các công nghệ, thiết bị thì được bắt
đầu vào cuối thế kỷ 18, và thường tập trung tại nơi dồi dào NLMT hay vùng sa mạc.
Thế giới từ khi xảy ra khủng hoảng năng lượng cũng đã chuyển hướng quan tâm sang
NLMT và đi đầu nghiên cứu là các nước công nghiệp phát triển.
Ứng dụng từ NLMT bao gồm hai lĩnh vực cơ bản là điện năng và nhiệt năng. Thứ
nhất, năng lượng mặt trời được biến đổi trực tiếp thành điện năng nhờ các tế bào quang
điện bán dẫn, hay còn gọi là pin mặt trời. Các pin mặt trời sản xuất ra điện năng một
cách liên tục chừng nào còn có bức xạ mặt trời chiếu tới. Lĩnh vực thứ hai đó là sử dụng


7
năng lượng mặt trời dưới dạng nhiệt năng, ở đây, chúng ta dùng các thiết bị thu bức xạ
nhiệt mặt trời và tích trữ nó dưới dạng nhiệt năng để dùng vào các mục đích khác nhau.
Thiết bị sử dụng NLMT hiện nay chủ yếu là hệ thống cung cấp điện dùng pin mặt
trời (quang điện), và các hệ thống sử dụng NLMT dưới dạng nhiệt năng như hệ thống
sấy, hệ thống bếp nấu có gương phản xạ, hệ thống cung cấp nước nóng, chưng cất nước
sử dụng NLMT, sử dụng NLMT để chạy động cơ nhiệt, để làm lạnh… [1]

Hình I-3: Máy nước nóng NLMT

Hình I-4: Bếp nấu NLMT


8

Hình I-5: Nhà máy nhiệt điện NLMT (Concentrated solar power: CSP)
Trong phạm vi đề tài, ta nghiên cứu ứng dụng NLMT vào các hệ thống quang điện
mặt trời.
1.2.2. Ứng dụng trong quang điện mặt trời
Năng lượng bức xạ mặt trời chuyển đổi thành điện một chiều DC nhờ vào hiệu ứng
quang điện thông qua các tấm pin mặt trời. Dòng điện một chiều sẽ được chuyển đổi
thành dòng điện xoay chiều có cùng tần số với tần số lưới điện nhờ vào các bộ chuyển
đổi DC/AC (Inverter). Lượng điện năng trên sẽ được sử dụng độc lập hoặc hòa vào lưới
điện hiện có nhờ các máy biến áp nâng áp vào hệ thống truyền tải.
Năm 1839, nhà vật lý Pháp Alexandre Edmond Becquerel phát hiện hiệu ứng
quang – điện. Năm 1883, pin năng lượng mặt trời đầu tiên được Charles Fritts (Mỹ) tạo
thành bằng cách phủ lên mạch bán dẫn selen một lớp cực mỏng vàng để tạo nên điện
cực. Năm 1946, Russell Ohl đã tạo ra pin năng lượng mặt trời có hiệu suất 1%. Năm
1954, tế bào quang điện đạt hiệu suất 6% được làm từ Silic (Phòng thí nghiệm Bell ở
Mỹ) và Cu2S/CdS (Không quân Mỹ). Năm 1963, Sharp Corp (Nhật) đã sản xuất những
tấm pin mặt trời tinh thể Silíc thương mại đầu tiên.
Năm 2017 là bước ngoặt quan trọng của điện mặt trời: Thế giới đã bổ sung công
suất điện từ NLMT lớn hơn so với năng lượng từ hóa thạch và hạt nhân cộng lại. Điện
mặt trời là nguồn năng lượng mới hàng đầu ở một số thị trường lớn như Trung Quốc,
Ấn Độ, Nhật Bản và Mỹ. Có ít nhất 98 GWDC công suất điện mặt trời (độc lập và hòa


9
lưới) được bổ sung trên toàn thế giới trong năm 2017, tăng tổng công suất lên gần 1/3

so với lũy kế các năm trước cộng lại.
Trải qua thời gian nghiên cứu và phát triển, đến năm 2017, tổng công suất pin mặt
trời trên thế giới đạt 402 GW, tương đương hơn 40.000 tấm pin mặt trời được lắp đặt
mỗi giờ trong năm. [2]

Hình I-6: Công suất điện mặt trời toàn thế giới và bổ sung hàng năm từ 2007 – 2017.
[2]
a) Hiệu ứng quang điện
Xét hệ hai mức năng lượng điện tử (Hình I-7) E1 < E2, bình thường điện tử hóa trị
chiếm mức năng lượng thấp cơ bản là E1. Khi nhận được bức xạ mặt trời, photon có
năng lượng h𝜗 (trong đó h là hằng số Planck, 𝜗 là tần số ánh sáng) bị điện tử hấp thụ và
chuyển lên mức năng lượng E2. Ta có phương trình cân bằng năng lượng:
ε = h.𝜗 = E2 – E1

h.𝜗

Hình I-7: Hệ hai mức năng lượng
Trong các vật thể rắn, do tương tác rất mạnh của mạng tinh thể lên điện tử vòng
ngoài, nên các mức năng lượng của nó bị tách ra nhiều mức năng lượng sát nhau và tạo


10
thành các vùng năng lượng (hình I-8). Vùng năng lượng thấp bị các điện tử chiếm đầy
khi ở trạng thái cân bằng gọi là vùng hóa trị, mặt trên của nó có mức năng lượng Ev.
Vùng năng lượng phía trên tiếp đó hoàn toàn trống hoặc chỉ bị chiếm một phần gọi là
vùng dẫn, mặt dưới của vùng dẫn có năng lượng là Ec. Cách ly giữa 2 vùng hóa trị và
vùng dẫn là một vùng cấp có độ rộng với năng lượng là Eg, trong đó không có mức năng
lượng cho phép nào của điện tử.

h.𝜗

Hình I-8: Các vùng năng lượng
Khi nhận bức xạ mặt trời, điện tử ở vùng hóa trị thấp hấp thụ photon có năng lượng
h.𝜗 và có thể chuyển lên vùng dẫn để trở thành điện tử tự do e-, để lại ở vùng hóa trị một
lỗ trống có thể coi như hạt mang điện dương, ký hiệu h+. Lỗ trống này có thể di chuyển
và tham gia vào quá trình dẫn điện.
Trong thực tế các hạt dẫn bị kích thích e- và h+ đều tự phát tham gia vào quá trình
phục hồi, chuyển động đến mặt của các vùng năng lượng: điện tử e- giải phóng năng
lượng để chuyển đến mặt của vùng dẫn Ec, còn lỗ trống h+ chuyển đến mặt của Ev, quá
trình phục hồi chỉ xảy ra trong khoảng thời gian rất ngắn 10-12 – 10-1 giây và gây ra dao
động mạnh. Năng lượng bị hao tổn do quá trình phục hồi sẽ là Eph= h.𝜗 – Eg.
Tóm lại khi vật rắn nhận tia bức xạ mặt trời, điện tử ở vùng hóa trị hấp thụ năng
lượng photon h.𝜗 và chuyển lên vùng dẫn tạo ra cặp hạt dẫn điện tử - lỗ trống (eˉ - h+),
tức là đã tạo ra một điện thế. Hiện tượng đó gọi là hiệu ứng quang điện bên trong.
b) Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của pin quang điện
Phiến pin quang điện là kỳ công của vật lý tinh thể và bán dẫn. Nó được cấu tạo từ
các lớp phẳng và mỏng của các vật liệu đặc biệt gọi là bán dẫn xếp chồng lên nhau.
Loại pin mặt trời thông dụng nhất hiện nay là loại sử dụng silic tinh thể. Tinh thể
silic tinh khiết là chất bán dẫn dẫn điện rất kém vì các điện tử bị giam giữ bởi liên kết
mạng, không có điện tử tự do. Khi bị ánh sáng hay nhiệt độ kích thích, các điện tử sẽ
bứt ra khỏi liên kết, hay là các điện tử sẽ nhảy từ vùng hóa trị lên vùng dẫn và để lại một
lỗ trống tích điện dương trong vùng hóa trị. Lúc này chất bán dẫn mới dẫn điện.
Có 3 lớp vật liệu chính: lớp trên cùng gọi là silicon loại n (n: negative, âm), vật
liệu này có khả năng “phóng thích” các hạt tích điện âm gọi là electron một khi được
đưa ra ngoài ánh sáng mặt trời. Lớp dưới cùng gọi là lớp p, tích điện dương khi tiếp xúc
với bức xạ mặt trời (p: positive, dương). Lớp vật liệu ở giữa gọi là lớp chèn (junction),


11
lớp này có vai trò như một lớp phân cách (insulator) giữa lớp n và lớp p. Các eletron

được phóng thích từ lớp n sẽ di chuyển theo đường ít bị cản trở nhất, tức là di chuyển từ
lớp n tích điện âm ở bên trên về lớp p tích điện dương ở bên dưới. Như vậy, nếu vùng p
và vùng n được nối bởi một mạch điện tạo bởi các dây dẫn mỏng, dòng electron sẽ di
chuyển trong mạch điện này, tạo ra dòng điện một chiều có thể được sử dụng trực tiếp
hoặc được “dự trữ” để dùng sau. Cường độ dòng điện sinh ra phụ thuộc vào số lượng và
phương thức nối các tế bào mặt trời trong pin mặt trời.

Hình I-9: Cấu tạo một pin quang điện


12
Các pin mặt trời thông thường được lắp thành một module khoảng 40 phiến pin,
và 10 module sẽ được lắp gộp lại thành chuỗi quang điện có thể dài vài mét. Các chuỗi
pin mặt trời dạng phẳng này được lắp ở một góc cố định hướng về phía đường xích đạo,
hoặc được lắp trên một hệ thống hiệu chỉnh hướng nắng để luôn bắt được nắng theo sự
thay đổi quĩ đạo của nắng mặt trời. Qui mô hệ thống quang điện có thể từ mức 10 - 20
chuỗi quang điện cho các ứng dụng dân dụng, cho đến hệ thống lớn bao gồm hàng trăm
chuỗi quang điện kết nối với nhau để cung cấp cho các cơ sở sản xuất điện hay trong
các ứng dụng công nghiệp...
Module và các chuỗi quang điện thường được đánh giá dựa vào công suất tối đa
của chúng ở điều kiện thử nghiệm tiêu chuẩn (Standard Test Conditions: STC). STC
được qui định là module vận hành ở nhiệt độ 250C với tổng lượng bức xạ chiếu lên
module là 1000 W/m2 và dưới phân bố phổ của khối khí 1,5 (Air Mass 1,5, góc nắng
chiếu nghiêng 370). Do các điều kiện thử nghiệm trong phòng thí nghiệm là tương đối
lý tưởng so với điều kiện thực tế của các khu vực lắp đặt, các module lắp đặt thực tế chỉ
đạt hiệu suất cỡ 85-90% hiệu suất thử nghiệm ở điều kiện tiêu chuẩn. Các module quang
điện ngày này rất an toàn, bền và đáng tin cậy, với tuổi thọ sử dụng dao động từ 20-30
năm.
c) Mô hình nhà máy quang điện nối lưới
Có nhiều mô hình nhà máy điện mặt trời như độc lập (có ăc quy, không có ăc quy),

nối lưới, khuôn khổ đề tài này nghiên cứu mô hình nối lưới.

Hình I-10: Mô hình kết lưới của hệ thống quang điện
(1): Dàn pin mặt trời hấp thụ năng lượng bức xạ mặt trời biến đổi thành dòng điện
một chiều (hiệu ứng quang – điện).


13
(2): Điện một chiều (DC) đi qua bộ hòa lưới chuyển thành điện xoay chiều AC
cùng pha, cùng tần số với điện lưới để hòa vào điện lưới.
(3): Đồng hồ hai chiều. Từ bộ hòa lưới, dòng điện xoay chiều đi đến tủ điện cung
cấp cho các thiết bị. Đồng hồ 2 chiều đo đếm sản lượng điện từ nguồn điện lưới cung
cấp cho thiết bị hoặc sản lượng từ nguồn điện năng lượng mặt trời phát ngược lên lưới.
(4): Khi điện mặt trời tạo ra hiều hơn lượng cần thiết cho các thiết bị tại chỗ, điện
dư sẽ được đưa lên lưới.
Tải: là các thiết bị tiêu thụ điện. Thiết bị tiêu thụ điện DC là tải DC; thiết bị dùng
điện AC là tải AC.
1.3. Tiềm năng của năng lượng mặt trời tại Việt Nam
Việt Nam nằm ở khu vực Đông Nam Á, trải dài từ vĩ độ 90 Bắc đến 230 Bắc, với
hơn 3.000km đường bờ biển. Khí hậu Việt Nam bị chi phối bởi gió mùa nhiệt đới với
nhiệt độ và độ ẩm cao. Vị trí địa lý đã ưu đãi cho Việt Nam một nguồn năng lượng tái
tạo vô cùng lớn, đặc biệt là năng lượng mặt trời với cường độ bức xạ mặt trời khá lớn.
Một số địa phương có cường độ bức xạ mặt trời cao nhất như là: thành phố Hồ Chí
Minh, các tỉnh thuộc Tây Bắc (Lai Châu, Sơn La, Lào Cai), vùng Bắc Trung Bộ (Thanh
Hóa, Nghệ An, Hà Tĩnh)…
Năng lượng mặt trời ở Việt Nam có sẵn quanh năm, tương đối ổn định và phân bố
rộng rãi trên các vùng miền khác nhau. Tại miền Trung và miền Nam cường độ bức xạ
mặt trời trung bình ngày trong năm đạt 5kWh/m2, dao động từ 4,0 –5,9 kWh/m2. Bức
xạ mặt trời trung bình ngày trong năm tại miền Bắc là 4kWh/m2, khoảng dao động lớn
hơn từ 2,4 – 5,5 kWh/m2.

Số giờ nắng trung bình của nước ta khoảng 1.200 – 3.000h với tổng năng lượng
bức xạ mặt trời trung bình 150kcal/cm2. Lượng bức xạ mặt trời cũng tùy thuộc vào lượng
mây và tầng khí quyển của từng địa phương, giữa các địa phương ở nước ta có sự chênh
lệch đáng kể về bức xạ mặt trời. Cường độ bức xạ mặt trời ở phía Nam thường cao hơn
phía Bắc. Ở miền Bắc, vào mùa đông-xuân mưa phùn kéo dài hàng chục ngày liên tục
và nguồn bức xạ mặt trời dường như không đáng kể, chỉ còn 1-2 kW/m2.ngày, yếu tố
này cản trở cho việc ứng dụng năng lượng mặt trời. Điều này không xảy ra đối với các
tỉnh phía Nam và thành phố Hồ Chí Minh do có mặt trời chiếu quanh năm, ổn định kể
cả vào mùa mưa. [3]


14

Hình I-11: Bản đồ bức xạ ngang trung bình ngày trong năm tại Việt Nam [3]


15
1.4. Tổng quan nhà máy điện mặt trời Mộ Đức, Quảng Ngãi [4]
1.4.1. Giới thiệu chung
Toàn bộ công trình Nhà máy điện Mặt trời Thiên Tân đi qua địa phận các xã Đức
Phong, Đức Lân, Đức Minh và thị trấn Mộ Đức huyện Mộ Đức, tỉnh Quảng Ngãi.
Huyện Mộ Đức giáp ranh huyện Tư Nghĩa và thành phố Quảng Ngãi ở phía Bắc,
huyện Đức Phổ ở phía Nam, huyện Nghĩa Hành ở phía Tây và biển Đông ở phía Đông,
với bờ biển dài 23 km. Huyện Mộ Đức có diện tích 212,23 km2 và dân số khoảng
144.230 người (theo số liệu năm 2014).
Công suất nhà máy: 19,2 MW.
Địa điểm xây dựng: Thôn Đạm Thủy Nam, xã Đức Minh, huyện Mộ Đức, tỉnh
Quảng Ngãi.
1.4.2. Điều kiện khí hậu
Có khí hậu nhiệt đới gió mùa. Mùa mưa và mùa bão kéo dài từ tháng 9 đến tháng

12. Thời tiết lạnh từ tháng 1 đến tháng 3 và nóng từ tháng 4 đến tháng 8.
Nhiệt độ thường cao, với nhiệt độ trung bình năm khoảng 260C. Nhiệt độ cao nhất
được ghi nhận là 41,40C và thấp nhật kỷ lục là 110C. Độ ẩm tương đối hàng năm là
85,6% với ghi nhận thấp nhất là 25%.
Lượng mưa thường cao vào giữa tháng 9 và tháng 11, thấp nhất vào tháng 1 đến
tháng 6.
Số giờ nắng nóng trung bình là 2.097 giờ/năm. Số giờ nắng thay đổi theo từng
tháng, cao nhất khoảng 301 giờ vào tháng 5, thấp nhất là 32 giờ vào tháng 12.
Hướng gió thịnh hành là Đông và Đông Bắc (Gió mùa mùa hè) xuất hiện từ tháng
3 đến tháng 8, gió Bắc và Tây Bắc (Gió mùa mùa đông) từ tháng 9 đến tháng 2. Vận tốc
gió trung bình năm tại Mộ Đức là 3,4 m/s. Mùa bão kéo dài từ tháng 9 đến tháng 11 với
trung bình 1-2 cơn bão/năm.
1.4.3. Điều kiện địa hình
Huyện Mộ Đức là đồng bằng ven biển với núi Lớn (Đại Sơn) và núi Giang ở phía
Tây và Sông Vệ ở phía Bắc. Ngoài ra, còn có nhiều đồi rải rác khắp huyện như Long
Phụng, Diệp, Vòm, Văn Bản, Ông Đồ, Thu và Long Hội. Từ Tây sang Đông, huyện Mộ
Đức có 4 loại địa hình: vùng núi, vùng trung du, vùng đồng bằng và bãi cát ven biển.
Nhà máy quang điện mặt trời đề xuất sẽ được xây dựng ở một khu đất trống khoảng
24 hecta tại thôn Đạm Thủy Nam, xã Đức Minh, huyện Mộ Đức, tỉnh Quảng Ngãi. Tọa
độ nằm ở khoảng 14057’33’’ vĩ độ Bắc và 108055’51’’ kinh độ Đông.
1.4.4. Đặc điểm khí tượng
a) Gió:
-

Chế độ gió đổi theo mùa.