Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế mô hình hệ thống điện năng lượng mặt trời một pha nối lưới hạ áp công suất 345wp phục vụ hỗ trợ cấp điện cho các hộ gia đình

LỜI NÓI ĐẦU
Trong tiến trình phát triển của loài người, việc sử dụng năng lượng là đánh
dấu một cột mốc rất quan trọng. Từ đó đến nay, loài người sử dụng năng lượng
ngày càng nhiều, nhất là trong vài thế kỷ gần đây. Trong cơ cấu năng lượng hiện
nay,chiếm phần chủ yếu là năng lượng tàn dư sinh học than đá, dầu mỏ, khí tự
nhiên. Kế là năng lượng nước thủy điện,năng lượng hạt nhân, năng lượng sinh khối
(bio.gas, …) năng lượng mặt trời, năng lượng gió chỉ chiếm một phần khiêm tốn.
Xã hội loài người không phát triển nếu không có năng lượng.
Ngày nay, năng lượng tàn dư sinh học, năng lượng không tái sinh, ngày càng
kiệt, giá dầu mỏ tăng từng ngày, ảnh hưởng xấu đến sự phát triển kinh tế xã hội và
môi trường sống. Tìm kiếm nguồn năng lượng thay thế là nhiệm vụ cấp bách của
các nhà khoa học ,kinh tế, các chính trị gia,… và mỗi người chúng ta. Nguồn năng
lượng thay thế đó phải sạch, thân thiện với môi trường, chi phí thấp, không cạn kiệt
(tái sinh), và dễ sử dụng.
Từ lâu, loài người đã mơ ước sử dụng năng lượng mặt trời. Nguồn năng
lượng hầu như vô tận, đáp ứng hầu hết các tiêu chí nêu trên. Nhiều công trình
nghiên cứu đã được thực hiện, năng lượng mặt trời không chỉ là năng lượng của
tương lai mà còn là năng lượng của hiện tại
Bạn không nên nghĩ rằng ứng dụng năng lượng mặt trời là công việc của
riêng của các nhà khoa học, đây cũng chính là nơi bạn có thể phát huy óc sáng tạo,
sự khéo tay, và tính kiên nhẫn của bạn. Còn gì thú vị hơn khi bạn tự thực hiện và
ứng dụng năng lượng mặt trời trong chính ngôi nhà của mình.
Đề tài này giới thiệu chi tiết các ứng dụng năng lượng mặt trời trong ngôi nhà
hoặc trên mảnh vườn của bạn. Các dự án đó tương đối đơn giản, chi phí trong tầm
tay của bạn, nhưng hiệu quả cao, không đòi hỏi lý thuyết cao siêu, chỉ cần bạn nhận
ra lợi ích của việc sử dụng năng lượng mặt trời và quyết tâm thực hiện. bạn có thể
thực hiện từng bước theo hướng dẫn trong từng dự án, khi đạt kết quả, bạn hoàn
toàn có thể chỉnh sửa, cải tiến để nâng cao hiệu suất và giảm chi phí tùy theo sự
năng động và tính sáng tạo của bạn. Các dự án này còn có thể được thực hiện trong
trường học, trường phổ thông và trường dạy nghề, giúp cho thầy cô giáo có thêm
phương cách thí nghiệm, học đi đôi với hành , giúp cho học sinh tính sáng tạo và

hứng thú học tập.


LỜI CẢM ƠN

Trước khi vào nội dung đồ án chúng em xin chân thành cảm ơn đến Thầy:
Nguyễn Thanh Quảng giảng viên trường Đại Học Công Nghiệp Vinh đã tận tình
hướng dẫn và giúp đỡ chúng em trong suốt quá trình thực hiện để hoàn thành đồ án
này.
Cùng toàn thể thầy cô khoa Công nghệ đã tận tình giảng dạy, chỉ bảo, truyền
đạt nguồn kiến thức sâu rộng và những kinh nghiệm quý báu cho chúng em trong
suốt thời gian học tại trường.
Xin cảm ơn đến tất cả bạn bè, những người đã giúp đỡ chúng tôi trong suốt
thời gian học tập cũng như thực hiện đồ án học phần này.
Mặc dù đã nỗ lực hết mình, nhưng do khả năng, kiến thức và thời gian có hạn
nên không thể tránh được những sai sót trong lúc thực hiện đồ án này, Do vậy
chúng em kính mong nhận được sự góp ý, chỉ bảo của các thầy cô để chúng em có
được những kinh nghiệm chuẩn bị cho công việc thực tế sau này.


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP VINH

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

PHIẾU NHẬN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Tên đề tài: Thiết kế mô hình hệ thống điện năng lượng mặt trời một pha nối
lưới hạ áp công suất 345Wp phục vụ hỗ trợ cấp điện cho các hộ gia đình
Họ tên sinh viên:
1

Lê Thanh Tịnh

16402110

2

Nguyễn Ngọc Thụy

16402111

3

Trần Kim Anh

16502052

4

Lê Văn Bình

16502053

5

Từ Quang Thắng

16402105

6

Nguyễn Văn Duy

16402099

7

Lê Trung Tú

16402169

8

Nguyễn Thanh Khanh

16402100

9

Nguyễn Hồng Cảnh

16402129

10

Dương Trí Thuật

16402173

11

Nguyễn Duy Nga

16504013

12

Phạm Quốc Cường

16502054

13

Nguyễn
N
Tiến Hoàn

16402179

Lớp : K3DKTĐDLT
Khoa : CÔNG NGHỆ
Ngành : Công nghệ kỹ thuật điện - điện tử
Nội dung thuyết minh và tính toán
- Giới thiệu tổng quan về hệ thống năng lượng mặt trời
- Phương pháp thiết kế hệ thống điện năng lượng mặt trời 1 pha làm việc nối lưới
hạ áp.

- Thiết kế mô hình hệ thống điện mặt trời nối lưới công suất 345Wp.
- Đánh giá khả năng cấp điện của hệ thống.
- Dự toán cho công trình.


- Lợi ích công trình mang lại.

Thời gian thực hiện:
- Ngày giao: Ngày 15 tháng 09 năm 2018
- Ngày nạp: Ngày 15 tháng 10 năm 2018

Trưởng bộ môn

Vinh, ngày…… tháng…….năm …..
Giáo viên hướng dẫn


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP VINH

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

..........................................................................................................................................
..........................................................................................................................................
..........................................................................................................................................
..........................................................................................................................................
..........................................................................................................................................

..........................................................................................................................................
..........................................................................................................................................

Ngày 15 tháng 10 năm 2018
Giảng viên hướng dẫn

Nguyễn Thanh Quảng


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP VINH

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN

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

Ngày ……. Tháng……năm 2018
Giảng viên phản biện

MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU
LỜI CẢM ƠN
PHIẾU NHẬN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN
NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN
MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỆN NĂNG
LƯỢNG MẶT TRỜI............................................................................................. 1
I.GIỚI THIỆU CHUNG .......................................................................................... 1
1. Phân loại các hệ thống năng lượng mặt trời ......................................................... 1
1.1. Hệ thống năng lượng mặt trời độc lập (off grid solar system) .......................... 2
1.2. Hệ thống điện mặt trời nối lưới (on grid solar system) ...................................... 2
1.3. Hệ thống năng lượng mặt trời nối lưới có dự trữ ............................................... 3
II.NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI
HÒA LƯỚI KHÔNG LƯU TRỮ ............................................................................ 4
2.1: Sơ đồ hệ thống .................................................................................................. 4
III .CẤU HÌNH TIÊU BIỂU CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI
HÒA LƯỚI BÁM TẢI ............................................................................................ 5
IV.ƯU, NHƯỢC ĐIỂM VÀ ỨNG DỤNG CỦA NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI
HÒA LƯỚI BÁM TẢI ............................................................................................ 5
4.1. Ưu điểm............................................................................................................ 5
4.2. Nhược điểm ...................................................................................................... 7
4.3. Ứng dụng pin mặt trời ở Việt Nam ................................................................... 7
4.4. Những khó khăn chính trong quá trình triển khai ứng dụng .............................. 9
CHƯƠNG II: ĐI SÂU VÀO HỆ THỐNG ĐIỆN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI
HÒA LƯỚI KHÔNG LƯU TRỮ ....................................................................... 11

I.PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI ....................................................................... 11
1.1. Ưu thế của năng lượng mặt trời ...................................................................... 11


1.2. Tìm hiểu chung về tấm pin năng lượng mặt trời.............................................. 13
1.3. Hướng đặt ....................................................................................................... 14
1.4. Nguyên lý hoạt động của pin năng lượng mặt trời ........................................... 16
1.4.1.Hiệu ứng quang điện ..................................................................................... 16
1.5. Cấu tạo pin mặt trời ........................................................................................ 18
II.BỘ CHUYỂN ĐỔI DC-AC (INVERTER HÒA LƯỚI) ..................................... 20
2.1 Loại Inverter cho hệ thống năng lượng mặt trời hòa lưới ................................. 20
2.1.1: Thông số kỹ thuật ........................................................................................ 20
2.1.2. Hoạt đông của Inverter................................................................................. 22
2.2. Tính toán kích cở tấm pin mặt trời cần sử dụng .............................................. 31
2.3. Tính toán bộ inverter ...................................................................................... 32
2.4. Thiết kế solar charge controller ....................................................................... 32
CHƯƠNG III : THIẾT KẾ, TÍNH TOÁN CỤ THỂ ......................................... 32
I. CHỌN VỊ TRÍ ,HƯỚNG VÀ GÓC LẮP ĐẶT TẤM PIN NLMT ...................... 33
II. XÁC ĐỊNH TỔNG ĐIỆN HÒA LƯỚI MỖI NGÀY ........................................ 34
III .TÍNH INVENTER ............................................. Error! Bookmark not defined.
1- Tính toán bộ inverter ........................................... Error! Bookmark not defined.
IV. KHUNG GÁ VÀ DÂY CÁP ........................................................................... 35
V. ĐỒNG HỒ ĐO CÔNG SUẤT .......................................................................... 36
VI. CÁC PHỤ KIỆN LẮP ĐẶT ............................................................................ 36
CHƯƠNG IV: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI .......... 37
I. KẾT LUẬN........................................................................................................ 37
II. HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI ...................................................................... 38


DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1 : Cấu hình tiêu biểu hệ thống điện mặt trời ............................................... 5


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 1.1: Giới thiệu tổng quan hệ thống năng lượng mặt trời .................................. 1
Hình 1.2 : Hệ thống năng lượng mặt trời độc lập ..................................................... 2
Hình 1.3 : Hệ thống năng lượng mặt trời hòa lưới không lưu trữ ............................. 3
Hình 1.4 : Hệ thống năng lượng mặt trời hòa lưới có dự tr....................................... 4
Hình 2.1: Sơ đồ hệ thống năng lượng mặt trời hòa lưới bám tải ............................... 4
Hình 2.1: Sản lượng điện mặt trời thế giới năm 1995-2008.................................... 11
Hình 2.2: Vị trí đặt tấm pin năng lương mặt trời .................................................... 14
Hình 2.3: Cường độ bức xạ của mặt trời theo hướng đặt ........................................ 16
Hình 2.4: Hệ 2 mức năng lượng ............................................................................. 17
Hình 2.5: Nguyên lý hoạt động của pin mặt trời .................................................... 18
Hình 2.6: Quá trình tạo Module ............................................................................. 19
Hình 2.7: Cấu tạo Module ..................................................................................... 20
Hình 2.8 : Sơ đồ inventer hòa lưới ......................................................................... 20
Hình 2.9: Inverter - Nguyên tắc hoạt động ............................................................ 23
Hình 2.10: Sơ đồ nguyên lý làm việc ..................................................................... 24
Hình 2.11: Các dạng sóng sin chuẩn ...................................................................... 26
Hình 3.1: Quỹ đạo mặt trời .................................................................................... 33
Hình 3.2: Tia bức xạ mặt trời theo mùa ................................................................. 34


DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

TT

Từ viết tắt

Ý nghĩa

1

NLMT

2

ĐMT

Điện mặt trời

3

PMT

Pin mặt trời

4

PV

Năng lượng mặt trời

Pin quang điện


Đồ án tốt nghiệp

Hệ thống điện năng lượng mặt trời hòa lưới bám tải

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỆN NĂNG
LƯỢNG MẶT TRỜI

Hình 1.1: Giới thiệu tổng quan hệ thống năng lượng mặt trời

I.GIỚI THIỆU CHUNG

Một tế bào quang điện (cell) Tấm Pin năng lượng mặt trời (solar cells panel)
Pin mặt trời, hay pin quang điện, ký hiệu là PV, là hệ thống các tấm vật liệu đặc biệt
có khả năng chuyển đổi quang năng của ánh sáng mặt trời thành điện năng. Pin mặt
trời được cấu tạo bằng các tế bào quang điện (cells) đơn tinh thể (monocrystalline)
và đa tinh thể (polycrystalline) có hiệu suất cao (15% - 18%), công suất từ 25Wp
đến 240Wp và có tuổi thọ trung bình 30 năm.
1. Phân loại các hệ thống năng lượng mặt trời
Hiện nay, năng lượng mặt trời đã trở nên rẻ hơn, phù hợp với túi tiền của các
hộ gia đình Việt Nam. Bài viết sau giúp cho các bạn có thêm thông tin về các mô
hình điện mặt trời điển hình đang được triển khai ở quy mô hộ gia đình trên thế
giới.

1


Đồ án tốt nghiệp

Hệ thống điện năng lượng mặt trời hòa lưới bám tải

1.1. Hệ thống năng lượng mặt trời độc lập (off grid solar system)

- Ưu điểm: Rất phù hợp cho những khu vực khó khăn về lưới điện, chưa có điện
lưới quốc gia EVN
- Nhược điểm:
+ Chi phí đầu tư ban đầu cao (chủ yếu ở ắc quy, pin)
+ Chi phí bảo dưỡng (bảo dưỡng ắc quy) lớn, tuổi thọ của hệ thống ắc qui không
cao, chỉ khoảng 2-5 năm tùy loại ắc quy
+ Hiệu suất chuyển đổi điện thấp (chủ yếu do hệ thống ắc qui, giữa chu trình phóng
và chu trình nạp bị tiêu hao rất lớn)

Hình 1.2 : Hệ thống năng lượng mặt trời độc lập

1.2. Hệ thống điện mặt trời nối lưới (on grid solar system)
- Ưu điểm
+ Chi phí đầu tư ban đầu thấp, không phải bỏ chi phí cho hệ thống ắc quy
+ Phi phí bảo dưỡng thấp
+ Hiệu quả chuyển đổi năng lượng rất cao
- Nhược điểm
+Về mặt chính sách, chưa được cho phép triển khai ở trên diện rộng. Do hệ thống
phát điện trực tiếp vào lưới, có thể khiến quay ngược đồng hồ khi tải trong hộ gia

2


Đồ án tốt nghiệp

Hệ thống điện năng lượng mặt trời hòa lưới bám tải

đình thấp. Ở các nước khác, ví dụ như Thái Lan, các hộ gia đình được khuyến khích
triển khai hệ thống này, tiền điện cuối tháng sẽ được khấu trừ, đôi khi nhà nước còn
phải trả ngược tiền phát điện cho các hộ gia đình. Hi vọng trong tương lai gần, Việt

Nam cũng sẽ cho phép triển khai thực hiện đại trà chính sách này.
+Hệ thống chỉ hoạt động được khi có điện lưới, nếu mất điện lưới hệ thống cũng
ngừng hoạt động

Hình 1.3 : Hệ thống năng lượng mặt trời hòa lưới không lưu trữ

1.3. Hệ thống năng lượng mặt trời nối lưới có dự trữ
Hệ thống kết hợp hai hệ thống trên, khắc phục nhược điểm mất điện khi không có
điện lưới nhưng lại bao gồm thêm chi phí bảo dưỡng và thay thế ắc qui.

3


Đồ án tốt nghiệp

Hệ thống điện năng lượng mặt trời hòa lưới bám tải

Hình 1.4 : Hệ thống năng lượng mặt trời hòa lưới có dự tr

II.NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG NĂNG LƯỢNG MẶT
TRỜI HÒA LƯỚI KHÔNG LƯU TRỮ
2.1: Sơ đồ hệ thống

Hình 2.1: Sơ đồ hệ thống năng lượng mặt trời hòa lưới bám tải

Mô tả hoạt động của hệ thống: từ giàn pin mặt trời (solar cells), ánh sáng
được biến đổi thành điện năng, tạo ra dòng điện một chiều (DC Power). Dòng điện
này được dẫn Bộ chuyển đổi điện DC-AC Inverter nối lưới là một thiết bị có chức
năng có chức năng tự động điều hòa dòng điện từ pin mặt trời biến đổi thành dòng
điên AC 220V/50Hz để hòa vào lưới điện chạy các thiết bị trong gia đình như đèn

4


Đồ án tốt nghiệp

Hệ thống điện năng lượng mặt trời hòa lưới bám tải

chiếu sáng, quạt, tivi, máy tính, tủ lạnh, máy bơm.

III .CẤU HÌNH TIÊU BIỂU CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN NĂNG LƯỢNG MẶT
TRỜI HÒA LƯỚI BÁM TẢI

TT
1

2

Tên thiết bị

Ghi chú

Tấm pin năng lượng mặt trời Monocrystalline (đơn tinh thể ) Polycrytalline (đa
(Solar Cells Panel)

tinh thể)

Bộ chuyển đổi

Dạng sóng ra : Step Wave hoặc Sine Wave

(DC-AC Inverter)
3

Khung gá và dây cáp

Chuyên dụng cho hệ thống

4

Đồng hồ đo công suất

Chuyên dụng để đo công suất, dòng điện, điện áp

5

Phụ kiện lắp đặt

Linh, phụ kiện đồng bộ khác

Bảng 1.1 : Cấu hình tiêu biểu hệ thống điện mặt trời

IV.ƯU, NHƯỢC ĐIỂM VÀ ỨNG DỤNG CỦA NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI
HÒA LƯỚI BÁM TẢI
4.1. Ưu điểm
 Giúp bạn tiết kiệm tiền
- Sau khi đầu tư ban đầu đã được thu hồi, năng lượng từ mặt trời là thiết thực

miễn phí.
- Thời kỳ hoàn vốn cho đầu tư này có thể rất ngắn tùy thuộc vào bao nhiêu hộ

gia đình của bạn sử dụng điện.
- Nếu hệ thống pin mặt trời sản xuất năng lượng nhiều hơn thì EVN sẽ mua

điện từ bạn theo Quyết định số 11/2017/QĐ-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. Nó sẽ giúp bạn tiết kiệm tiền trên hóa đơn điện của bạn hàng tháng.
- Nó không bị ảnh hưởng bởi việc cung cấp và nhu cầu nhiên liệu và do đó

5


Đồ án tốt nghiệp

Hệ thống điện năng lượng mặt trời hòa lưới bám tải

không phải chịu mức giá ngày càng tăng của xăng dầu.
- Tiết kiệm được ngay lập tức và trong nhiều năm tới.

 Thân thiện với môi trường:
- Năng lượng mặt trời sạch, tái tạo (không giống như dầu, khí đốt và than đá)

và bền vững, góp phần bảo vệ môi trường của chúng tôi.
- Nó không gây ô nhiễm không khí do khí carbon dioxide phát hành, oxit nitơ,

khí lưu huỳnh hoặc thủy ngân vào khí quyển giống như nhiều hình thức truyền
thống của các thế hệ điện không.
- Vì vậy năng lượng mặt trời không đóng góp cho sự nóng lên toàn cầu, mưa

axit hoặc sương mù.

- Nó tích cực góp phần vào việc giảm phát thải khí nhà kính có hại.
- Bằng cách không sử dụng bất kỳ nhiên liệu, năng lượng mặt trời không đóng

góp cho các chi phí và các vấn đề của việc thu hồi và vận chuyển nhiên liệu hoặc
lưu trữ chất thải phóng xạ.
 Độc lập, bán độc lập
- Năng lượng Mặt trời có thể được sử dụng để bù đắp năng lượng tiêu thụ,

cung cấp tiện ích. Giúp giảm hóa đơn điện của bạn, Một hệ thống năng lượng mặt
trời có thể hoạt động hoàn toàn độc lập, không đòi hỏi một kết nối đến một mạng
lưới điện hoặc khi ở tất cả. Hệ thống do đó có thể được cài đặt trong vị trí từ xa
- Việc sử dụng năng lượng mặt trời làm giảm sự phụ thuộc vào các nguồn

nước ngoài và / hoặc tập trung năng lượng, ảnh hưởng do thiên tai, các sự kiện quốc
tế và vì thế góp phần vào một tương lai bền vững.
- Năng lượng mặt trời hỗ trợ việc làm địa phương và tạo ra sự giàu có, thúc

đẩy nền kinh tế địa phương.
- Các hệ thống năng lượng mặt trời hầu như bảo dưỡng miễn phí và sẽ kéo dài

trong nhiều thập kỷ.
- Sau khi cài đặt, không có chi phí định kỳ.
- Họ hoạt động âm thầm, không có bộ phận chuyển động, không có mùi khó

chịu phát hành và không yêu cầu bạn phải thêm bất kỳ nhiên liệu.
- Thêm tấm pin mặt trời có thể dễ dàng được thêm vào trong tương lai khi nhu

cầu của gia đình bạn phát triển.

6

Đồ án tốt nghiệp

Hệ thống điện năng lượng mặt trời hòa lưới bám tải

4.2. Nhược điểm

- Các chi phí ban đầu là bất lợi chính của việc cài đặt một hệ thống năng lượng

mặt trời, phần lớn là vì chi phí cao của các vật liệu bán dẫn được sử dụng trong việc
xây dựng một.
-

ngừng cung cấp điện trong trường hợp bị cúp điện.

- Chi phí năng lượng mặt trời cũng là cao so với tiện ích-cung cấp điện không

tái tạo. Như tình trạng thiếu năng lượng đang trở nên phổ biến hơn, năng lượng mặt
trời ngày càng trở nên giá cạnh tranh.
- Tấm năng lượng mặt trời đòi hỏi khá một vùng rộng lớn để cài đặt để đạt

được một mức độ hiệu quả.
- Hiệu quả của hệ thống cũng phụ thuộc vào vị trí của mặt trời, mặc dù vấn đề

này có thể được khắc phục với việc cài đặt các thành phần nhất định.
- Việc sản xuất năng lượng mặt trời bị ảnh hưởng bởi sự hiện diện của các

đám mây, gây ô nhiễm trong không khí.
- Tương tự như vậy, không có năng lượng mặt trời sẽ được sản xuất vào ban

đêm mặc dù một hệ thống pin dự phòng và / hoặc đo net sẽ giải quyết vấn đề này.
4.3. Ứng dụng pin mặt trời ở Việt Nam
Pin mặt trời là phương pháp sản xuất điện trực tiếp từ năng lượng mặt trời
(NLMT) qua thiết bị biến đổi quang điện. Pin mặt trời (PMT) có ưu điểm là gọn
nhẹ, có thể lắp bất kỳ ở đâu có ánh sáng mặt trời, đặc biệt là trong lĩnh vực tàu vũ
trụ. Ứng dụng NLMT dưới dạng này được phát triển với tốc độ rất nhanh, nhất là ở
các nước phát triển. Ngày nay ứng dụng NLMT để chạy xe thay thế dần nguồn năng
lượng truyền thống.Tuy nhiên giá thành thiết bị pin mặt trời còn khá cao, trung bình
hiện nay khoảng 5 - 10 USD/Wp, nên ở những nước đang phát triển, pin mặt trời
hiện mới chỉ có khả năng duy nhất là cung cấp năng lượng điện sử dụng cho các
vùng sâu, vùng xa, nơi đường điện quốc gia chưa có.Ở Việt Nam, với sự hỗ trợ của
nhà nước (các bộ, ngành) và một số tổ chức quốc tế đã thực hiện thành công việc
xây dựng các trạm pin mặt trời có công suất khác nhau phục vụ nhu cầu sinh hoạt
và văn hóa của các địa phương vùng sâu, vùng xa, các công trình nằm trong khu
vực không có lưới điện. Tuy nhiên hiện nay pin mặt trời vẫn đang còn là món hàng

7


Đồ án tốt nghiệp

Hệ thống điện năng lượng mặt trời hòa lưới bám tải

xa xỉ đối với các nước nghèo như chúng ta. Đi đầu trong việc phát triển ứng dụng
này là ngành bưu chính viễn thông. Các trạm pin mặt trời phát điện sử dụng làm
nguồn cấp điện cho các thiết bị thu phát sóng của các bưu điện lớn, trạm thu phát
truyền hình thông qua vệ tinh. Ở ngành bảo đảm hàng hải, các trạm pin mặt trời
phát điện sử dụng làm nguồn cấp điện cho các thiết bị chiếu sáng, cột hải đăng, đèn
báo sông. Trong ngành công nghiệp, các trạm pin mặt trời phát điện sử dụng làm

nguồn cấp điện dự phòng cho các thiết bị điều khiển trạm biến áp 500 kV, thiết bị
máy tính và sử dụng làm nguồn cấp điện nối với điện lưới quốc gia. Trong sinh hoạt
của các hộ gia đình vùng sâu, vùng xa, các trạm pin mặt trời phát điện sử dụng để
thắp sáng, nghe đài, xem vô tuyến.
Trong ngành giao thông đường bộ, các trạm pin mặt trời phát điện dần được
sử dụng làm nguồn cấp điện cho các cột đèn đường chiếu sáng- Dự án phát điện lai
ghép giữa PMT và động cơ gió phát điện với công suất là 9 kW, trong đó PMT là 7
kW. Dự án trên được lắp đặt tại làng Kongu 2, huyện Đak Hà, tỉnh Kon Tum, do
Viện Năng lượng thực hiện. Công trình đã được đưa vào sử dụng từ tháng 11/2000,
cung cấp điện cho một bản người dân tộc thiểu số với 42 hộ gia đình. Hệ thống điện
do sở Công thương tỉnh quản lý và vận hành.- Các dàn pin đã lắp đặt ứng dụng tại
các tỉnh Gia Lai, Quảng Nam, Bình Định, Quảng Ngãi và Khánh Hoà, hộ gia đình
công suất từ 40 - 50 Wp. Các dàn đã lắp đặt ứng dụng cho các trung tâm cụm xã và
các trạm y tế xã có công suất từ 200 - 800 Wp. Hệ thống điện sử dụng chủ yếu để
thắp và truyền thông; đối tượng phục vụ là người dân, do dân quản lý và vận hành.
Ở khu vực phía Bắc, việc ứng dụng các dàn PMT phát triển với tốc độ khá
nhanh, phục vụ các hộ gia đình ở các vùng núi cao, hải đảo và cho các trạm biên
phòng. Công suất của dàn pin dùng cho hộ gia đình từ 40 - 75 Wp. Các dàn dùng
cho các trạm biên phòng, nơi hải đảo có công suất từ 165 - 300 Wp. Các dàn dùng
cho trạm xá và các cụm văn hoá thôn, xã là 165 - 525 Wp. Tại Quảng Ninh có hai
dự án PMT do vốn trong nước (từ ngân sách) tài trợ:- Dự án PMT cho đơn vị bộ
đội tại các đảo vùng Đông Bắc. Tổng công suất lắp đặt khoảng 20 kWp. Dự án trên
do Viện Năng lượng và Trung tâm Năng lượng mới Trường đại học Bách khoa Hà
Nội thực hiện. Hệ thống điện sử dụng chủ yếu để thắp sáng và truyền thông, đối
tượng phục vụ là bộ đội, do đơn vịquản lý và vận hành.- Dự án PMT cho các cơ
quan hành chính và một số hộ dân của huyện đảo Cô Tô. Tổng công suất lắp đặt là

8

Đồ án tốt nghiệp

Hệ thống điện năng lượng mặt trời hòa lưới bám tải

15 kWp. Dự án trên do Viện Năng lượng thực hiện. Công trình đã vận hành từ
tháng 12/2001.Công ty BP Solar của Úc đã tài trợ một dự án PMT có công suất là
6.120 Wp phục vụ cho trạm xá, trụ sở xã, trường học và khoảng 10 hộ gia đình. Dự
án trên được lắp đặt tại xã Sĩ Hai, huyện Hà Quảng, tỉnh Cao Bằng.Dự án “Ứng
dụng thí điểm điện mặt trời cho vùng sâu, vùng xa” tại xã Ái Quốc, tỉnh Lạng Sơn
đã hoàn thành vào tháng 11/2002. Tổng công suất dự án là 3.000 Wp, cung cấp điện
cho trung tâm xã và trạm truyền hình, chủ yếu để thắp sáng và truyền thông; đối
tượng phục vụ là người dân, do dân quản lý và vận hành.Trung tâm Hội nghị Quốc
gia sử dụng ĐMT: Tổng công suất pin mặt trời 154 kWp là công trình ĐMT lớn
nhất ở Việt Nam. Hệ thống pin mặt trời hòa vào mạng điện chung của Trung tâm
Hội nghị quốc gia.Trạm pin mặt trời nối lưới Viện Năng lượng công suất 1.080 Wp
bao gồm 8 môđun.Trạm pin mặt trời nối lưới lắp đặt trên mái nhà làm việc Bộ Công
thương, 54 Hai Bà Trưng, Quận Hoàn Kiếm, Hà Nội. Công suất lắp đặt 2.700
Wp.Lắp đèn năng lượng mặt trời trên đường phố Đà Nẵng sử dụng nguồn năng
lượng mặt trời. Hệ thống thu góp điện năng được “dán” thẳng trên thân trụ đèn. Bên
trong trụ có tám bình ắc qui dùng để tích năng lượng. Hai cột đèn năng lượng mặt
trời kết hợp năng lượng gió đầu tiên được lắp đặt thành công tại Ban quản lý dự án
Công nghệ cao Hòa Lạc. Hai cột đèn trị giá 8.000 USD, do Công ty cổ phần tập
đoàn quốc tế Kim Đỉnh lắp đặt. Hiện tại, hai cột đèn này có thể sử dụng trong 10 h
mỗi ngày, có thể thắp sáng bốn ngày liền nếu không có nắng và gió.
Tóm lại:- Tổng công suất lắp đặt: Khoảng 1,45 MWp.- Số địa phương lắp đặt: 40
tỉnh và thành phố; Bộ Bưu chính Viễn thông, Bộ Quốc phòng, Bộ Giao thông, v.v.Mục đích sử dụng: Sinh hoạt (chiếu sáng, TV, đài, bơm nước, v.v.), thông tin liên
lạc, tín hiệu giao thông, v.v. - Kinh phí viện trợ không hoàn lại, thông qua các dự án
hợp tác quốc tế: 30 - 35%.- Kinh phí các doanh nghiệp: 40 - 45%.- Chính phủ
(trung ương, địa phương): 20 - 30%.

4.4. Những khó khăn chính trong quá trình triển khai ứng dụng
* Về kỹ thuật: Người sử dụng không tuân theo qui trình vận hành. Đấu tắt không
qua bộ điều khiển khi ắc qui yếu, làm ắc qui cạn kiệt, dẫn đến mau hỏng.- Trong
100 dàn đầu tiên cho các hộ gia đình lắp tại tỉnh Tiền Giang và Trà Vinh, vì công
suất mỗi dàn quá nhỏ (22,5 Wp), nhu cầu dùng lại lớn nên ắc qui luôn luôn ở trạng

9


Đồ án tốt nghiệp

Hệ thống điện năng lượng mặt trời hòa lưới bám tải

thái cạn kiệt và dẫn đến hỏng hàng loạt ắc qui.
* Về kinh tế: Trước mắt, PMT chỉ ứng dụng ở các vùng sâu, vùng cao và hải đảo,
nơi không thể đưa lưới điện quốc gia đến được. Song phần lớn thu nhập của người
dân vùng này thấp, trong khi giá thành đầu tư ban đầu của PMT hiện tại còn rất cao.
* Giá thành của PMT: Giá thành lắp đặt dàn PMT bình quân chung trong cả nước
vào khoảng 12 - 14 USD/Wp (áp dụng cho hộ gia đình và dàn tập thể). Giá thành
trên không bao gồm chi phí vận chuyển. Chi phí vận chuyển vào khoảng 5 - 7% giá
trị thiết bị. Kinh nghiệm triển khai ứng dụng Để việc triển khai ứng dụng đạt được
hiệu quả tốt, cần tiến hành những bước sau:- Các sở khoa học công nghệ hoặc các
sở công nghiệp của các tỉnh nên mở các lớp tập huấn và tuyên truyền, quảng cáo.Phối hợp với các cơ quan địa phương mở lớp tập huấn cho các cán bộ kỹ thuật địa
phương về lắp đặt, vận hành, bảo dưỡng và sửa chữa nhỏ.- Sau khi lắp đặt, cần
hướng dẫn cặn kẽ cho các hộ sử dụng về qui định vận hành, bảo quản và bảo dưỡng
thiết bị.- Trên cơ sở kết quả ứng dụng thí điểm, nghiên cứu thiết kế kỹ thuật lắp đặt
phù hợp với trình độ dân trí và hợp lý về qui mô công suất để đáp ứng nhu cầu và
khả năng kinh tế của dân địa phương.

10

Đồ án tốt nghiệp

Hệ thống điện năng lượng mặt trời hòa lưới bám tải

CHƯƠNG II: ĐI SÂU VÀO HỆ THỐNG ĐIỆN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI
HÒA LƯỚI KHÔNG LƯU TRỮ

I.PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI
1.1. Ưu thế của năng lượng mặt trời
Việt Nam là một trong các quốc gia có tiềm năng đáng kể về năng lượng
mặt trời (NLMT). Các số liệu khảo sát về lượng bức xạ mặt trời cho thấy, các địa
phương ở phía Bắc bình quân có khoảng từ 1800-2100 giờ nắng trong một năm, còn
các tỉnh ở phía Nam (từ Đà Nẵng trở vào) bình quân có khoảng từ 2000-2600 giờ
nắng trong một năm.

Hình 2.1: Sản lượng điện mặt trời thế giới năm 1995-2008
Nhìn một cách khái quát lượng bức xạ mặt trời ở các tỉnh phía Bắc giảm
20% so với các tỉnh miền Trung và miền Nam, và lượng bức xạ mặt trời không
phân phối đều quanh năm. Vào mùa đông, mùa xuân mưa phùn kéo dài hàng chục
ngày liên tục và nguồn bức xạ mặt trời dường như không đáng kể chỉ còn khoảng 1
– 2 KWh /m2/ngày, yếu tố này là cản trở lớn cho việc ứng dụng ĐMT.
Điều này không xảy ra đối với các tỉnh phía miền Trung và miền Nam do có
mặt trời chiếu rọi quanh năm, ổn định kể cả vào mùa mưa. Có thể kết luận rằng bức
xạ mặt trời là một nguồn tài nguyên to lớn cho các tỉnh miền Trung và miền Nam
nói chung trong quá trình phát triển bền vững.

11

Đồ án tốt nghiệp

Hệ thống điện năng lượng mặt trời hòa lưới bám tải

+ Hiện trạng năng lực công nghiệp điện mặt trời Việt Nam
Tuy còn non trẻ song ngành công nghiệp ĐMT Việt Nam cũng đã đạt được
những thành tựu bước đầu đáng kể. Trong đó, các hệ thống Điện NLMT đã lắp đặt
khá nhiều nơi như: tp Hồ Chí Minh, Vũng Tàu, Đồng Nai, Ninh Thuận, Bình
Thuận,...
+ Định hướng phát triển công nghiệp điện mặt trời Việt Nam đến năm 2025
Việc đánh giá tiềm năng điện mặt trời là một bước quan trọng để phát triển điện mặt trời
tại Việt Nam. Quá trình này sẽ giúp xác định được danh sách các dự án điện mặt trời đến
năm 2020 và các vùng thuận lợi để phát triển cho giai đoạn đến năm 2025 và 2030, các
tiêu chí để phát triển dự án. Quá trình đánh giá cũng sẽ đem lại những thông tin chuyên sâu
về tiềm năng điện mặt trời và thực trạng phát triển hiện nay tại Việt Nam.

Bà Sonia Lioret, Trưởng dự án Năng lượng tái tạo và Hiệu quả năng lượng của Tổ chức
Hợp tác phát triển điện gió Đức cho rằng: Việt Nam có tài nguyên điện mặt trời khá dồi
dào. Bức xạ mặt trời ở mức tương đương với các nước trong khu vực, bao gồm những thị
trường điện mặt trời đang phát triển như Trung Quốc, Thái Lan và Philippines cũng như
những thị trường đã rất phát triển như Italy, Tây Ban Nha. Vì vậy năng lượng mặt trời có
thể là giải pháp đối với nhu cầu năng lượng đang ngày càng tăng ở Việt Nam. Bà Sonia
Lioret đánh giá, tiềm năng phát triển và đầu tư của điện mặt trời trong các khu thương mại
và công nghiệp của Việt Nam là rất lớn. Các chỉ số đều cho thấy nền kinh tế Việt Nam sẽ
tiếp tục tăng trưởng ở mức 5-6% hàng năm.

Tuy nhiên, một số ý kiến của các chuyên gia cũng cho rằng, việc đầu tư cho năng lượng tái
tạo không hề đơn giản và gặp nhiều hạn chế tại các nước đang phát triển như Việt Nam,
đặc biệt về vốn đầu tư và công nghệ. Đối với các nước nghèo, nhìn chung vấn đề không

chỉ nằm trong yếu tố tài chính. Để giải quyết có hiệu quả, điều cần thiết là vấn đề chính
sách phát triển năng lượng mặt trời và phát triển ứng dụng công nghệ.

12


Đồ án tốt nghiệp

Hệ thống điện năng lượng mặt trời hòa lưới bám tải

Hiện Chính phủ Việt Nam đã đề ra mục tiêu đưa điện mặt trời thành một trong những
nguồn năng lượng tái tạo chủ chốt. Công suất lắp đặt điện mặt trời ở mức 6-7 MW vào
cuối năm 2015. Dự kiến công suất này sẽ tăng lên 850 MW vào năm 2020 (tương ứng với
1,6% tổng sản lượng điện của Việt Nam) và 12.000 MW vào năm 2030 (tương ứng với
3,3% tổng sản lượng điện).
Hướng đến việc xây dựng ngành công nghiệp ĐMT Việt Nam lên hàng
đầu khu vực và cạnh tranh thế giới về công nghệ và sản lượng vào năm 2025, các
nhà quản lý và các nhà khoa học đã đưa ra chiến lược phát triển kích cầu công
nghiệp ĐMT Việt Nam, dự thảo đề cương Chương trình điện mặt trời siêu công suất
2010-2025. Dự thảo đã vạch ra các mục tiêu cụ thể của Chương trình là khai thác
hiệu quả ĐMT đảm bảo an ninh năng lượng quốc gia trong mọi tình huống (250
MWp = 456,25 tỷ KWh/năm), và cùng với lưới Quốc gia điện khí hóa 100% toàn
bộ lãnh thổ Việt Nam vào năm 2025.
Năng lượng là nhu cầu sống còn của nhân loại trong tương lai. Năng lượng
cho phát triển trong cho thế kỷ 21 phải là năng lượng sạch, đó là những nguồn
NLTT mà tiềm năng vô tận chính là NLMT. ĐMT là đích tới của loài người trong
20 – 30 năm tới, đó cũng là một thời gian tối thiểu để xây dựng và phát triển nền
công nghiệp điện mặt trời của Việt Nam.
1.2. Tìm hiểu chung về tấm pin năng lượng mặt trời
Tấm pin Panel mặt trời (solar cells panel) biến đổi quang năng hấp thụ từ

mặt trời để biến thành điện năng. Một số thông tin cơ bản về tấm pin mặt trời Hiệu
suất: từ 15% - 18% Công suất: từ 25Wp đến 175 Wp Số lượng cells trên mỗi tấm
pin : 72 cells Kích thước cells: 5 – 6 inchs Loại cells: monocrystalline và
polycrystalline Chất liệu của khung nhôm Tuổi thọ trung bình của tấm pin : 30 năm
Có khả năng kết nối thành các trạm điện mặt trời công suất lớn không hạn chế, có
thể hòa lưới (grid), hoặc hoạt động độc lập như 1 hệ thống back-up điện. Trong một
ngày nắng, mặt trời cung cấp khoảng 1 kW/m² đến mặt đất (khi mặt trời đứng bóng
và quang mây, ở mực nước biển). Công suất và điện áp của một hệ thống sẽ phụ
thuộc và cách chúng ta nối ghép các tấm pin Panel mặt trời lại với nhau.Các tấm
pin Panel mặt trời được lắp đặt ở ngoài trời để có thể hứng được ánh nắng tốt nhất
từ mặt trời nên được thiết kế với những tính năng và chất liệu đặc biệt, có thể chịu
đựng được sự khắc nghiệt của thời tiết, khí hậu, nhiệt độ…

13


Đồ án tốt nghiệp

Hệ thống điện năng lượng mặt trời hòa lưới bám tải

1.3. Hướng đặt

Hình 2.2: Vị trí đặt tấm pin năng lương mặt trời
Yêu cầu này xuất phát từ việc thu nhập các số liệu về bức xạ mặt trời và
các số liệu về thời tiết khí hậu khác. Bức xạ mặt trời phụ thuộc vào từng địa điểm
trên mặt đất và các điều kiện tự nhiên của từng địa điểm đó. Các số liệu về bức xạ
mặt trời và khí hậu, thời tiết được các trạm khí tượng ghi lại và xử lý trong các
khoảng thời gian rất dài, hàng chục, có khi là hàng trăm năm. Vì các thông số này
biết đổi rất phức tạp, nên với mục đích thiết kế đúng hệ thống Pin mặt trời cần phải
lấy các số liệu ở các trạm khí tượng đã hoạt động trên mười năm. Khi thiết kế hệ

thống Pin mặt trời , rõ ràng để cho hệ thống cung cấp đủ năng lượng cho tải trong
suốt cả năm ta phải chọn giá trị cường độ bức xạ của tháng thấp nhất trong năm làm
cơ sở. Tất nhiên khi đó ở các tháng mùa hè năng lượng của hệ sẽ dư thừa và có thể
gây lãng phí lớn nếu không dùng thêm các tải phụ. Ta không thể dùng các bộ tích
trữ năng lượng như Acquy để tích trữ điện năng trong các mùa hè để dùng trong các
tháng mùa đông vì không kinh tế. Để giải quyết vấn đề trên người ta dùng thêm
nguồn dự phòng ( máy phát diezen…) cấp điện thêm cho những tháng có cường độ
bức xạ mặt trời thấp hoặc sử dụng công nghệ nguồn tổ hợp (hybrib system
technology). Trong trường hợp này có thể chọn cường độ bức xạ trung bình trong
năm để tính toán và do đó giảm được dung lượng dàn Pin mặt trời.
Ngoài ra còn một thông số khác liên quan đến bức xạ mặt trời là số ngày không
có nắng trung bình trong năm. Nếu không tính đến thông số này vào mùa mưa có

14