Thiết kế và phân tích hệ thống điện mặt trời áp mái với bộ hòa lưới điện thông minh

TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
---------------

LUẬN VĂN THẠC SỸ
Thiết kế và phân tích hệ thống điện mặt trời
áp mái với bộ hịa lƣới điện thơng minh
LÊ VĂN LỰC

Ngành Kỹ thuật điện

Giảng viên hƣớng dẫn : TS. Nguyễn Đức Tuyên
Chữ kỹ của GVHD

Bộ môn:
Viện:

Kỹ thuật điện
Điện

Hà Nội, 2020

____________


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

BẢN XÁC NHẬN CHỈNH SỬA LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ và tên tác giả luận văn: Lê Văn Lực
Đề tài luận văn: Thiết kế và phân tích hệ thống điện mặt trời áp mái với
bộ hòa lƣới điện thông minh

Chuyên ngành: Kỹ Thuật Điện
Mã số SV: CB180106
Tác giả, Ngƣời hƣớng dẫn khoa học và Hội đồng chấm luận văn xác nhận tác
giả đã sửa chữa, bổ sung luận văn theo biên bản họp Hội đồng ngày 21 tháng 07
năm 2020 với các nội dung sau:






Chỉnh sửa lại các hình trong luận văn bị mờ khơng nhìn rõ.
Giải thích ý nghĩa và thành phần trong các cơng thức.
Trình bày rõ hơn hệ thống điều khiển của điện mặt trời kết nối lƣới điện.
Bổ sung và điều chỉnh lại các mẫu tài liệu tham khảo.
Sốt lại các lỗi chính tả và cách trình bày.
Ngày 21 tháng 07 năm 2020

Giáo viên hƣớng dẫn

Tác giả luận văn

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG


ĐỀ TÀI LUẬN VĂN
Cơ sở: Các nguồn phát điện dùng năng lƣợng mặt trời đang đƣợc tích hợp vào hệ
thống điện Việt Nam với công suất đặt rất lớn, ảnh hƣởng nhiều đến vận hành kỹ
thuật hệ thống điện Việt Nam. Hiện nay, các nghiên cứu trong nƣớc về hệ thống
điện mặt trời chƣa nhiều và đủ để đáp ứng giải quyết các vấn đề kỹ thuật thực tế đặt

ra.
Mục đích: Luận văn sẽ góp phần nêu lên vai trị và thực tế phát triển của nguồn năng
lƣợng điện mặt trời tại Việt nam và các vấn đề kỹ thuật liên quan đến hệ thống năng
lƣợng mặt trời, nhằm giúp ích các các sinh viên, các nhà nghiên cứu, các chủ đầu tƣ,
nhà vận hành hệ thống điện.
Yêu cầu: Luận văn cần giải quyết đƣợc một số vấn đề cơ bản:
1. Thiết kế kỹ thuật cho hệ thống điện mặt trời áp mái.
2. Nêu rõ khái niệm và phân tích các chức năng bộ hịa lƣới thơng minh.
3. Xác định rõ hiệu quả kinh tế trong việc lắp đặt hệ thống điện mặt trời thực tế.
4. Sử dụng mô phỏng để kiểm tra chức năng của bộ hịa lƣới thơng minh.

Giáo viên hƣớng dẫn
Ký và ghi rõ họ tên


Lời cảm ơn
Lời đầu tiên, tôi muốn gửi lời cảm ơn đến nhóm nghiên cứu khoa học tại Viện Điện
thuộc Trƣờng đại học Bách Khoa Hà Nội đã cùng nghiên cứu và phát triển các ý
tƣởng đƣa ra để có thể áp dụng hữu ích vào thực tế. Những buổi họp, trao đổi hàng
tuần mang lại hiệu quả lớn đến công việc của tôi.
Tiếp theo, tôi xin cảm ơn tất cả thành viên trong lớp cao học 2018B và bạn Đỗ Văn
Long đã góp ý và đƣa ra những lời khun giá trị để tơi có thể hồn thành phần mô
phỏng, đƣa ra nhận xét về ảnh hƣởng của công suất thực và công suất phản kháng
trong hệ thống điện mặt trời.
Thứ ba, tơi cũng xin bày tỏ lịng biết ơn của mình với thầy cơ tại Viện Điện đã chỉ
bảo cho tôi nhiều kiến thức chuyên môn về hệ thống điện để tơi có góc nhìn rõ hơn
về những nguồn năng lƣợng mới. Từ đó, tơi đã tập trung nghiên cứu và phân tích bài
tốn kinh tế so sánh giá trị giữa việc đầu tƣ vào hệ thống điện mặt trời và gửi tiền
tiết kiệm lãi suất ngân hàng. Đồng thời hồn thành chƣơng trình đào tạo cao học tại
Trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội.

Cuối cùng cũng là quan trọng nhất, tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy giáo
TS. Nguyễn Đức Tuyên đã giảng dạy, và hƣớng dẫn nhiệt tình, giúp tơi định hƣớng
đề tài, hỗ trợ tối đa, giảng giải chi tiết để có thể hoàn thành bài luận văn trên đây
một cách tốt nhất.
Mặc dù đã nỗ lực hết mình, nhƣng do khả năng, kiến thức có hạn nên khơng thể
tránh đƣợc những sai sót trong lúc thực hiện luận văn này. Kính mong quý thầy cô
giúp đỡ và chỉ dẫn thêm để tơi có thể phát triển bài luận văn này, đƣa vào áp dụng
để mang lại nhiều đóng góp hơn trong thực tế.


Tóm tắt nội dung luận văn
Định hướng: Các nguồn năng lƣợng sơ cấp đang có nguy cơ bị suy kiệt do con
ngƣời khai thác ngày càng nhiều. Hầu nhƣ các quy trình chuyển nguồn năng lƣợng
sơ cấp sang điện năng thƣờng gây ơ nhiễm mơi trƣờng. Vì vậy, cần hƣớng đến
nguồn năng lƣợng sạch nhƣ năng lƣợng gió, năng lƣợng nƣớc, năng lƣợng mặt trời.
Nhƣng nguồn điện tạo ra từ năng lƣợng mặt trời có nhiều ƣu điểm hơn vì cấu tạo hệ
thống đơn giản, an tồn và chi phí đầu tƣ phù hợp.
Mục tiêu: Thiết kế và phân tích hệ thống điện mặt trời áp mái với bộ hòa lƣới thông
minh. Giới thiệu chi tiết các ứng dụng năng lƣợng mặt trời quy mơ hộ gia đình, tịa
nhà cao tầng, hoặc các xí nghiệp doanh nghiệp. Luận văn đƣa ra một hƣớng nghiên
cứu mới để cải thiện chất lƣợng và tính năng của hệ thống khi đi sâu vào phân tích
thành phần bộ hịa lƣới thơng minh trong hệ thống điện năng lƣợng mặt trời. Đồng
thời, luận văn cũng nêu lên đóng góp về hiệu quả kinh tế trong việc lắp đặt hệ thống
điện mặt trời thực tế.
Phương pháp: Đây là một dự án tƣơng đối chi tiết với những phân tích chun sâu
và kết quả mơ phỏng rõ ràng giúp nhận ra lợi ích của việc sử dụng năng lƣợng mặt
trời. Việc điều khiển công suất phản kháng và công suất thực làm ổn định chất
lƣợng điện năng và đóng góp lớn đến hiệu quả của vận hành hệ thống điện. Thơng
qua bài tốn so sánh giữa đầu tƣ hệ thống điện mặt mặt trời và gửi tiền tiết kiệm lãi
suất ngân hàng để thấy rõ hơn tính hiệu quả kinh tế của một dự án đầu tƣ điện mặt

trời áp mái.
Hạn chế: Chƣa thể lập trình mơ phỏng đối với một bộ hịa lƣới thơng minh với đầy
đủ các chức năng đã đề xuất. Đối với định hƣớng phát triển mở rộng sau này sẽ
hƣớng tới việc cải thiện điện áp và sóng hài của bộ hịa lƣới thơng minh.
Kết luận: Luận văn có thể đƣợc áp dụng cho các hộ gia đình để nâng cao tính hiệu
quả kinh tế trong đầu tƣ và khai thác điện mặt trời. Các mơ hình hệ thống điện mặt
trời đƣợc phân tích và mơ phỏng có thể triển khai thực hiện trong trƣờng Đại học,
giúp cho sinh viên thực hiện thí nghiệm trên các mơ hình thực tế.

HỌC VIÊN
Ký và ghi rõ họ tên


MỤC LỤC
ĐỀ TÀI LUẬN VĂN ....................................................................................................
Lời cảm ơn ....................................................................................................................
Tóm tắt nội dung luận văn ............................................................................................
DANH MỤC VIẾT TẮT ..............................................................................................
DANH MỤC BẢNG .....................................................................................................
DANH MỤC HÌNH VẼ ................................................................................................
PHẦN NHẬN XÉT TĨM TẮT CỦA CÁN BỘ HƢỚNG DẪN .................................
NHẬN XÉT ĐÁNH GIÁ CỦA NGƢỜI CHẤM PHẢN BIỆN ...................................
CHƢƠNG 1. GIỚI THIỆU TỔNG QUAN ................................................................ 1
1.1 Năng lƣợng tái tạo - Điện mặt trời ........................................................................ 1
1.1.1 Lý do lựa chọn đồ án .................................................................................. 1
1.1.2 Mục đích ..................................................................................................... 2
1.1.3 Đối tƣợng .................................................................................................... 2
1.1.4 Phạm vi ....................................................................................................... 2
1.2 Phƣơng pháp tận dụng năng lƣợng mặt trời.......................................................... 2
1.2.1 Sử dụng năng lƣợng mặt trời phân tách Hydro từ nƣớc ............................. 3

1.2.2 Thiết bị sấy khô dùng năng lƣợng mặt trời................................................. 3
1.2.3 Các phƣơng tiện, hệ thống đèn giao thông dùng năng lƣợng mặt trời ....... 4
1.2.4 Bếp nấu dùng năng lƣợng mặt trời ............................................................. 4
1.2.5 Quá trình vô trùng nƣớc bằng năng lƣợng mặt trời .................................... 5
1.2.6 Thiết bị đun nƣớc nóng bằng năng lƣợng mặt trời ..................................... 6
1.2.7 Hệ thống cấp điện cho tòa nhà sử dụng năng lƣợng mặt trời ..................... 6
1.3. Các nghiên cứu liên quan đến luận văn trong và ngoài nƣớc .............................. 7
1.4 Kết luận ................................................................................................................ 8
CHƢƠNG 2. CẤU TRÚC CƠ BẢN CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN MẶT TRỜI VÀ SỰ
CẢI THIỆN HỆ THỐNG KHI SỬ DỤNG BỘ HỊA LƢỚI THƠNG MINH ......... 10
2.1 Các thành phần của hệ thống điện năng lƣợng mặt trời...................................... 10
2.1.1 Tấm Pin mặt trời và thiết bị phụ trợ ......................................................... 10
2.1.2 Xác định dung lƣợng bình ắc quy............................................................. 11
2.1.3 Bộ hịa lƣới thơng minh ............................................................................ 11
2.1.4 Khung giá đỡ, cáp và thiết bị chống sét.................................................... 13
2.1.5 Công tơ điện 2 chiều ................................................................................. 16
2.2 Cách thức hoạt động............................................................................................ 16
2.2.1 Hệ thống điện mặt trời độc lập ngoài lƣới điện ........................................ 16
2.2.2 Hệ thống điện mặt trời nối với lƣới điện không dự trữ ............................... 17


2.2.3 Hệ thống điện mặt trời áp mái nối lƣới điện quốc gia có ắc quy dự trữ ... 18
2.3 Các giải pháp cải thiện chất lƣợng hệ thống điện mặt trời ................................. 19
2.3.1 Đối với tấm pin mặt trời .......................................................................... 19
2.3.2 Đối với bộ hịa lƣới thơng minh ............................................................... 23
2.3.3 Nâng cao tiêu chuẩn bảo vệ khi hệ thống điện mặt trời gặp sự cố ........... 36
CHƢƠNG 3. THIẾT KẾ VÀ SO SÁNH HIỆU QUẢ VỀ MẶT KINH TẾ HỆ
THỐNG ĐIỆN MẶT TRỜI ÁP MÁI VỚI BỘ HÒA LƢỚI THÔNG MINH ......... 38
3.1 Phƣơng án thiết kế hệ thống điện năng lƣợng mặt trời áp mái .......................... 38
3.1.1 Tiêu chuẩn nối lƣới đối với điện mặt trời lắp mái .................................... 38

3.1.2 Quy trình tính tốn vị trí và lắp đặt hệ thống............................................ 42
3.1.3 Tính tổng năng lƣợng dàn Pin nhận đƣợc: ............................................... 44
3.1.4 Tính tổng lƣợng điện tiêu thụ trung bình đối với một hộ gia đình ........... 45
3.1.5 Tính tổng lƣợng điện cần cung cấp đối với một hộ gia đình .................... 45
3.1.6 Tính tốn số lƣợng tấm pin mặt trời cần sử dụng ..................................... 46
3.1.7 Tính tốn số lƣợng ắc quy cần sử dụng .................................................... 47
3.1.8 Tính tốn lựa chọn bộ hịa lƣới tích hợp điều khiển sạc........................... 48
3.1.9 Quy trình thủ tục bán điện mặt trời trên mái nhà cho EVN ..................... 49
3.2 Bản vẽ thiết kế hệ thống điện mặt trời áp mái với bộ hịa lƣới thơng minh ...... 51
3.3 Mơ tả hoạt động chi tiết của hệ thống khi hoàn thành lắp đặt và đấu lƣới ........ 57
3.4 Bài toán kinh tế khi đầu tƣ vào hệ thống điện mặt trời ...................................... 58
3.4.1 Chi phí lắp đặt hệ thống điện mặt trời ...................................................... 58
3.4.2 Tổng tiền nhận đƣợc từ hệ thống năng lƣợng mặt trời ............................. 59
3.4.3 Bài toán kinh tế gửi tiền tiết kiệm lãi suất kép tại ngân hàng................... 60
3.4.5 Kết luận hiệu quả kinh tế của hệ thống điện mặt trời ............................... 63
CHƢƠNG 4. MÔ PHỎNG HỆ THỐNG ĐIỆN MẶT TRỜI ĐIỀU KHIỂN CÔNG
SUẤT P, Q BẰNG PHẦN MỀM PSCAD ............................................................... 65
4.1 Thiết kế hệ thống điện mặt trời dựa trên phần mềm PSCAD ............................. 65
4.2 Cung cấp công suất phản kháng .......................................................................... 66
4.2.1 Nhu cầu bù công suất phản kháng ............................................................ 67
4.2.2 Phƣơng pháp bù công suất phản kháng .................................................... 67
4.2.3 Điều chỉnh cho hệ thông điện mặt trời ..................................................... 68
4.2.4 Tầm quan trọng và định hƣớng áp dụng ................................................... 72
4.3 Điều khiển công suất thực&công suất phản kháng với MPPT cho bộ hòa lƣới
quang điện kết nối lƣới ba pha .................................................................................. 72
4.3.1 Kiểm sốt cơng suất thực và phản khảng ................................................. 73


4.3.2 Kết quả mơ phỏng kiểm sốt cơng suất phản kháng và công suất thực khi
hệ thống làm việc ổn định .................................................................................. 75

4.4 Điều khiển công suất thực và công suất phản kháng trong hệ thống điện mặt trời
nối lƣới khi xảy ra sự cố ngắn mạch ......................................................................... 79
4.4.1 Hệ thống điện mặt trời ba pha nối lƣới ..................................................... 79
4.4.2 Điều khiển công suất thực và công suất phản kháng khi hệ thống gặp sự
cố ngắn mạch ..................................................................................................... 80
4.4.3 Kết quả mơ phỏng kiểm sốt cơng suất phản kháng và công suất thực khi
hệ thống gặp sự cố ngắn mạch. .......................................................................... 80
4.5 Kết luận chƣơng 4 ............................................................................................... 83
CHƢƠNG 5. KẾT LUẬN......................................................................................... 85
5.1 Kết quả và kiến nghị ........................................................................................... 85
5.2 Hạn chế và định hƣớng mở rộng ......................................................................... 87
DANH MỤC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CĨ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN ĐÃ
CƠNG BỐ ................................................................................................................. 88
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................... 89
PHỤ LỤC .................................................................................................................. 95


DANH MỤC VIẾT TẮT
VAR
AC
DC
PV
DER

WEIL

Volt ampere reactive
Alternating current
Direct current
Photovoltaic

Distributed energy resources
Institute
of
Electrical
and
Electronics Engineers
Western Electric Industry Leaders

HNEI

Hawaii Natural Energy Institute

MPP

Max Power Point

MPPT

Maximum Power Point Tracker

EPRI
DTE
DOE

Electric Power Research Institute
Detroit Edison
Departmant of Energy
National Institute of Standards and
Technology
Distributed network protocol, ver 3

International
Electrotechnical
Commission

IEEE

NIST
DNP3
IEC

Đơn vị đo phản kháng
Dòng điện một chiều
Dòng điện xoay chiều
Pin quang điện
Tài nguyên năng lƣợng phân tán
Viện Kỹ thuật Điện và Điện tử
Lãnh đạo ngành điện Tây Âu
Viện năng lƣợng tự nhiên
Hawaii
Điểm công suất tối đa
Thuật tốn bám điểm cơng suất
tối đa
Viện nghiên cứu điện
Bộ năng lƣợng Hoa Kỳ
Viện Tiêu chuẩn và Công nghệ
Biên bản mạng phân tán (bản 3)
Ủy ban kỹ thuật điện quốc tế

Hồ sơ năng lƣợng thông minh
2.0

Microsystems and Engineering Các hệ thống vi mô và ứng dụng
MESA
Sciences Applications
khoa học kỹ thuật
PAP
Priority Action Plan
Kế hoạch hành động ƣu tiên
TC57
Technical Committee 57
Ban kỹ thuật 57
WG17
Working Group 17
Tổ công tác 17
PLL
Phase Lock Loop
Giai đoạn khóa vịng
Secure
Supercomputing
SSN
Mạng siêu máy tính an tồn
Networking
SEPA
Solar Electric Power Association
Hiệp hội điện mặt trời
CTĐL/ĐL
Công ty điện lực / Điện Lực
IGBT
Insulated Gate Bipolar Transistor
Bán dẫn lƣỡng cực cách điện
SPWM

Sinusoidal Pulse Width Modulation Điều chế độ rộng xung hình sin
RMS
Rotating Mass Storage
Lƣu trữ hàng loạt
LVRT
Low Voltage Ride Through
Chạy qua điện áp thấp
SEP2

Smart Energy Profile 2.0


FRT
DG
AD
DOD
PA
BC
E
PV DG

Fault Ride Through
Distributed Generation
Autonomy Day
Deep of discharge level
Panels
Battery capacity
Efficiency
PhotovoltaicDistributed Generation

Chạy qua lỗi
Hệ truyền tải
Số ngày dự phòng điện ắc quy
Mức xả sâu
Số tấm pin sử dụng
Dung lƣợng ắc quy dự trữ
Hiệu suất bình ắc quy
Hệ thống truyền tải quang năng
Tiêu chuẩn cho Bộ hòa lƣới, Bộ
Standard for Inverters, Converters,
chuyển đổi, Bộ điều khiển và.
UL 1741 Controllers and. Interconnection
Thiết bị hệ thống kết nối để sử
SA
System Equipment for Use with
dụng với tài nguyên năng lƣợng
Distributed Energy Resources
phân tán
P&O
Perturb và Observe
phƣơng pháp P&O
IC
Increases Current
Phƣơng pháp dẫn điện tăng dần
AWG
American Wire Gauge
Loại dây tiêu chuẩn Mỹ
FV
Forward Voltage
Điện áp chuyển tiếp

TFSC
Thin Film Solar Cell
Pin mặt trời màng mỏng
A-Si
Amorphous Silicon
Silic vơ định hình
CdTe
Cadmium Telluride
CIS/CIGS Copper Indium Gallium Selenide
OPC
Organic Photovoltaic Cells
Tế bào quang điện hữu cơ
TT-BCT
Thủ Tƣớng – Bộ Công Thƣơng
QĐ-TTg
Quyết định – Thủ Tƣớng
Autonome
Thời gian dự phòng


DANH MỤC BẢNG
Bảng 2. 1 Tính tốn khái qt về tấm pin ................................................................. 21
Bảng 2. 2 Hiệu suất của ba công nghệ PV phổ biến ................................................. 23
Bảng 2. 3 Logic chuyển đổi SPWM [48] .................................................................. 31
Bảng 3. 1 So sánh tiêu chuẩn tần số Việt Nam với quốc tế……………………….......39
Bảng 3. 2 Tiêu chuẩn định lƣợng nhấp nháy quốc tế................................................ 40
Bảng 3. 3 Tiêu chuẩn mất cân bằng pha quốc tế....................................................... 40
Bảng 3. 4 Tiêu chuẩn thiết bị bộ hòa lƣới thông minh [66] ...................................... 41
Bảng 3. 5 Minh họa về thơng số sử dụng điện của một hộ gia đình. ........................ 45
Bảng 3. 6 Tính số W-hour các tấm pin mặt trời phải cung cấp cho toàn tải [69] ..... 45

Bảng 3. 7 Thông số kỹ thuật tấm pin mặt trời 72 Cell – 330W hãng KingTEK [72]46
Bảng 3. 8 Tổng chi phí lắp đặt sử dụng hệ thống điện mặt trời ................................ 58
Bảng 3. 9 Bảng giá bán điện theo giờ dành cho nhóm hộ gia đình năm 2019 [74] .. 59
Bảng 3. 10 Bảng thống kê tiền điện phải trả cho EVN theo trung bình tháng ......... 59
Bảng 3. 11 Thống kê phụ tải của hộ gia đình ........................................................... 61
Bảng 3. 12 Tổng chỉ phí cho hệ thống điện mặt trời với diện tích mặt bằng 245 m2 62
Bảng 4. 1 Thông số kỹ thuật của hệ thống………………………………………….81


DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1. 1 Hình ảnh về điện mặt trời áp mái ................................................................ 2
Hình 1. 2 Hình ảnh mơ hình cung cấp ngun liệu Hydro bằng năng lƣợng mặt trời 3
Hình 1. 3 Hình ảnh mơ hình thiết bị sấy khơ bằng năng lƣợng mặt trời. ................... 4
Hình 1. 4 Ứng dụng năng lƣợng mặt trời vào thiết bị kỹ thuật ................................... 4
Hình 1. 5 Hình ảnh bếp nấu dùng năng lƣợng mặt trời. ............................................. 5
Hình 1. 6 Hình ảnh mơ phỏng q trình vơ trùng bằng năng lƣợng mặt trời ............. 6
Hình 1. 7 Hình ảnh thiết bị đun nƣớc nóng bằng NLMT. .......................................... 6
Hình 1. 8 Hình ảnh hệ thống điện mặt trời áp mái ...................................................... 7
Hình 2. 1 Thành phần của hệ thống điện mặt trời…………………………………..10
Hình 2. 2 Kết cấu khung giá đỡ tấm pin ................................................................... 14
Hình 2. 3 Mơ hình hệ thống điện mặt trời độc lập .................................................... 16
Hình 2. 4 Mơ hình hệ thống điện mặt trời hịa lƣới khơng dự trữ ............................ 17
Hình 2. 5 Mơ hình hệ thống điện mặt trời hịa lƣới có dự trữ ................................... 18
Hình 2. 6 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của Pin mặt trời [39] ............................. 19
Hình 2. 7 Các tình huống thực tế xảy ra khi sử dụng tấm Pin mặt trời .................... 20
Hình 2. 8 Hệ thống điều chỉnh bỏ qua phần diode bị che phủ .................................. 21
Hình 2. 9 Tấm pin mặt trời đơn tinh thể (pin mono) ................................................ 22
Hình 2. 10 Tấm pin mặt trời đa tinh thể (pin poly) ................................................... 22
Hình 2. 11 Tấm pin mặt trời màng mỏng (Thin Film) .............................................. 23
Hình 2. 12 Cấu trúc liên kết hệ thống bộ hịa lƣới thơng minh PV .......................... 25

Hình 2. 13 Cấu trúc liên kết ba pha của Inverter ...................................................... 26
Hình 2. 14 Biểu đồ tác động của cơng suất phản kháng [43] ................................... 27
Hình 2. 15 Thuật tốn MPPT .................................................................................... 28
Hình 2. 16 a Sơ đồ cấu trúc của thuật tốn IC [46] [47]………………………….….29
Hình 2. 16 b Sơ đồ cấu trúc của thuật toán P & O [46] [47] ................ …………...29
Hình 2. 17 a SPWM Tham chiếu dạng sóng hình sin và tam giác (ma = 1)………...30
Hình 2. 17 b SPWM Tham khảo dạng sóng hình sin và tam giác (Phóng to) .......... 31
Hình 2. 18 a Dạng sóng điện áp
khơng lọc và đƣợc lọc (Ba chu kỳ)………….32
Hình 2. 18 b Dạng sóng điện áp
khơng lọc và đƣợc lọc (Nửa chu kỳ)........... 32
Hình 2. 19 Sự phát triển tiêu chuẩn kết nối DER theo các năm. [43]……………….33
Hình 2. 20 Chức năng của bộ hịa lƣới thơng minh [57]………………...……………34
Hình 2. 21 Micro Inverter………………………………………………………….........35
Hình 2. 22 Inverter chuỗi của Huawei ...................................................................... 36
Hình 2. 23 Central Inverter kết hợp với máy biến áp và bộ đóng ngắt ..................... 36
Hình 2. 24 Thị phần các nhà sản xuất inverter năm 2019 [61] ................................. 36
Hình 2. 25 Các giải pháp chống sét hệ thống điện mặt trời [63] .............................. 37
Hình 3. 1 Bản đồ bức xạ mặt trời trên mái………………………………………………43
Hình 3. 2 Các loại công nghệ lắp đặt dàn Pin năng lƣơng mặt trời .......................... 44
Hình 3. 3 Góc nghiêng lắp đặt tấm pin so với phƣơng ngang 15°[68] ..................... 45
Hình 3. 4 Tính tốn sản lƣợng điện theo mơ phỏng phần mềm PVsyst [68] ............ 47
Hình 3. 5 Báo cáo về sự phủ bóng lên cơng trình điện mặt trời [68]........................ 47
Hình 3. 6a Quy trình đăng ký kiểm tra và mua bán điện giai đoạn 1 [73]…………..50
Hình 3. 6b Quy trình đăng ký kiểm tra và mua bán điện giai đoạn 2 [73] ............... 50


Hình 3. 7 Chi tiết giàn khung hệ thống điện mặt trời nối lƣới……………………...51
Hình 3. 8 Nguyên lý đấu nối các tấm pin………………………………………......52
Hình 3. 9 Bản vẽ bố trí mặt bằng hệ thống điện mặt trời…………………………. 53

Hình 3. 10 Bản vẽ khung hệ thống điện mặt trời………………………………….. 54
Hình 3. 11 Sơ đồ nguyên lý cấu tạo hệ thống……………………………………….....55
Hình 3. 12 Sơ đồ nguyên lý hệ thống điện mặt trời .................................................. 56
Hình 3. 13 Sơ đồ cấu trúc điều khiển hệ thống điện mặt trời ................................... 57
Hình 4. 1 Giới thiệu về phần mềm PSCAD…………………………………………….65
Hình 4. 2 Chỉ có cơng có ích khi dòng điện và điện áp cùng pha ............................. 66
Hình 4. 3 Chỉ có cơng suất phản kháng khi dịng điện và điện áp dịch pha 90o ....... 66
Hình 4. 4 Dòng điện và điện áp đƣợc dịch pha và do đó làm giảm cơng có ích ...... 67
Hình 4. 5 Công suất biểu kiến đƣợc biểu diễn dƣới dạng hình học theo cơng suất
thực và cơng suất khản kháng ................................................................................... 67
Hình 4. 6 Tụ điện cố định và bộ điều chỉnh .............................................................. 69
Hình 4. 7 Sơ đồ nguyên lý của máy đồng bộ ............................................................ 69
Hình 4. 8 Sơ đồ bản vẽ–SVC .................................................................................... 70
Hình 4. 9 Sơ đồ nguyên lý và mạch tƣơng đƣơng trên mỗi pha– STATCOM [81] . 70
Hình 4. 10 Đồ thị thể hiện (a) Hoạt động điện dung, (b) hoạt động quy nạp, (c)
Khơng có chế độ tải (Vi = Vs) [81] ........................................................................... 71
Hình 4. 11 Đặc điểm V-I của STATCOM ................................................................ 71
Hình 4. 12 Hình minh họa cho biến đổi Clarke và Park ........................................... 73
Hình 4. 13 Sơ đồ khối sơ đồ của PLL ....................................................................... 75
Hình 4. 14 Mơ hình chi tiết hệ thống điều khiển ...................................................... 75
Hình 4. 15 Sơ đồ mơ phỏng hệ thống điện mặt trời áp mái nối lƣới ........................ 75
Hình 4. 16 Điện áp và dịng điện đầu ra mảng PV.................................................... 76
Hình 4. 17 Điện áp và dịng điện của bộ chuyển đổi tăng cƣờng DC-DC ................ 76
Hình 4. 18 Công suất thực và phản ứng trong trƣờng hợp 1 .................................... 76
Hình 4. 19 Điện áp đầu ra của biến tần trong trƣờng hợp 1...................................... 77
Hình 4. 20 Dịng điện đầu ra của biến tần trong trƣờng hợp 1 ................................. 77
Hình 4. 21 Tổng méo hài hiện tại trong trƣờng hợp 1 ............................................. 78
Hình 4. 22 Cơng suất thực và phản kháng khi thay đổi bức xạ ................................ 78
Hình 4. 23 Công suất thực và phản kháng khi tăng giảm cơng suất phản kháng ..... 79
Hình 4. 24 Cấu trúc của hệ thống kết nối lƣới PV ba pha ........................................ 80

Hình 4. 25. Mơ phỏng hiện tƣợng ngắn mạch 3 pha chạm nhau .............................. 81
Hình 4. 26. Điện áp hiệu dụng của lƣới khi xảy ra sự cố.......................................... 81
Hình 4. 27 Công suất tác dụng của PV khi xảy ra sự cố ........................................... 82
Hình 4. 28 Cơng suất phản kháng của PV khi xảy ra sự cố ...................................... 82
Hình 4. 29 Dạng sóng điện áp khi xảy ra sự cố sụt áp ở mức 0.4 pu........................ 83
Hình 4. 30 Dạng sóng dịng điện khi xảy ra sự cố sụt áp ở mức 0.4pu .................... 83


PHẦN NHẬN XÉT TÓM TẮT CỦA CÁN BỘ HƢỚNG DẪN
1. Tinh thần, thái độ của sinh viên trong quá trình làm đề tài tốt nghiệp
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
2. Đánh giá chất lƣợng của Đ.T.T.N (so với nội dung yêu cầu đã đề ra trong nhiệm
vụ Đ.T.T.N, trên các mặt lý luận thực tiễn, tính tốn giá trị sử dụng, chất lƣợng các
bản vẽ….)
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………
3. Cho điểm của cán bộ hƣớng dẫn
(Điểm ghi bằng số và chữ )
Ngày ………tháng……….năm 2020
Cán bộ hƣớng dẫn chính
( Ký và ghi rõ họ tên )


NHẬN XÉT ĐÁNH GIÁ CỦA NGƢỜI CHẤM PHẢN BIỆN
ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP
1. Đánh giá chất lƣợng đề tài tốt nghiệp về các mặt thu nhập và phân tích số liệu ban
đầu, cơ sở lý luận chọn phƣơng án tối ƣu, cách tính tốn chất lƣợng thuyết minh
và bản vẽ, giá trị lý luận và thực tiễn đề tài.
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
………………………………………
2. Cho điểm của cán bộ chấm phản biện

(Điểm ghi bằng số và chữ )
Hà Nội, ngày …… tháng …… năm 2020
Ngƣời chấm phản biện
( Ký và ghi rõ họ tên )


CHƢƠNG 1. GIỚI THIỆU TỔNG QUAN
1.1 Năng lƣợng tái tạo - Điện mặt trời
1.1.1 Lý do lựa chọn đồ án
Một trong những yếu tố quan trọng để hỗ trợ nhân loại phát triển mạnh mẽ là năng
lƣợng. Cuộc khủng hoảng năng lƣợng trở nên minh bạch vào cuối năm 1900. Điều
đó thúc đẩy tìm kiếm các nguồn năng lƣợng bổ sung để đáp ứng nhu cầu năng lƣợng
ngày càng tăng. [1] Một lựa chọn là tăng khai thác các nguồn năng lƣợng hiện đang
sử dụng nhƣ hạt nhân, nhiên liệu hóa thạch,v.v… Và cách khác là khám phá các
nguồn năng lƣợng tái tạo mới. Nhiều nguồn năng lƣợng tái tạo khác nhau đã nổi lên
nhƣ là giải pháp khả thi và mỗi một trong số chúng có các thuộc tính tích cực và tiêu
cực riêng. Nhìn chung, các nguồn năng lƣợng tái tạo đều miễn phí và nên đƣợc đƣa
vào tận dụng để khơng bị lãng phí. Những yếu tố này là động lực chính để các quốc
gia bắt đầu đƣa năng lƣợng tái tạo vào danh mục năng lƣợng cần đƣợc phát triển
mạnh mẽ.
Nắm bắt đƣợc tầm quan trọng của vấn đề khi phải đối mặt với bài toán phức tạp và
đa mục tiêu, một mặt cần đáp ứng nhu cầu tăng cao để phát triển kinh tế - xã hội,
mặt khác cần đảm bảo tuân thủ các cam kết quốc tế về phát triển bền vững. Chính
phủ đã có những động thái hết sức tích cực nhƣ chỉ đạo đẩy mạnh hoạt động hợp tác
quốc tế ứng dụng các công nghệ và chuyển giao công nghệ năng lƣợng mới một
cách đồng bộ của các nhà quản lý, các doanh nghiệp và nhà khoa học, cùng với đó là
sự hợp tác, hỗ trợ chuyển giao công nghệ từ các quốc gia phát triển nhƣ Đức, Nhật
Bản,... Từ đó thiết lập khung chính hỗ trợ các nguồn năng lƣợng mới, tái tạo, đặc
biệt là điện mặt trời và điện gió.
Tính đến cuối tháng 7/2018, cả nƣớc đã có 748 dự án điện mặt trới áp mái đƣợc

triển khai với tổng công suất là 11,55 MWp. [2] Đây là một thị trƣờng đƣợc đánh
giá nhiều tiềm năng và hiện giá cả cũng rất hợp lý, phù hợp với khả năng đầu tƣ của
nhiều gia đình. Thống kê riêng tại Tp. Hồ Chí Minh cho thấy, có tới gần 277.000
mái nhà tại đây đủ điều kiện để lắp đặt điện mặt trời. Tính chung, tiềm năng của thị
trƣờng hiện tại lên đến 6.000 MWp. Nếu phát huy tối đa thị trƣờng điện mặt trời áp
mái, Việt Nam sẽ có một nguồn cung điện năng rất lớn và chủ động đƣợc nguồn
điện, đó đƣợc xem là nền tảng để phát triển kinh tế đất nƣớc hiện nay. Với chính
sách của Nhà nƣớc khuyến khích phát triển nguồn điện từ năng lƣợng mặt trời, Chính
phủ đã ban hành Quyết định 11/2017/QĐ-TTg ngày 11/4/2017 về cơ chế khuyến
khích phát triển các dự án điện mặt trời tại Việt Nam và Quyết định số
02/2019/QĐTTg ngày 8/1/2019 sửa đổi bổ sung một số điều của Quyết định
11/2017/QĐ-TTg. [2] Đã có rất nhiều dự án nguồn điện mặt trời đƣợc triển khai, đầu
tƣ xây dựng. Trong đó, điện mặt trời áp mái là một hình thức mới, ƣu việt, có thể phát
triển vƣợt bậc trong tƣơng lai. Điện mặt trời đƣợc lắp đặt với quy mô nhỏ trên mái nhà
dân, mái tịa nhà thƣơng mại, mái cơng xƣởng, nhà máy,... với quy mô một vài kW tới
hàng trăm MW.
1


Ưu điểm của điện mặt trời áp mái: Không tốn diện tích đất. Giúp tăng cƣờng chống
nóng hiệu quả cho các cơng trình. Có quy mơ nhỏ, lắp đặt phân tán nên đƣợc đấu
nối vào lƣới điện hạ áp và trung áp hiện hữu, không cần đầu tƣ thêm hệ thống lƣới
điện truyền tải. Đƣợc lắp đặt nhiều ở các mái nhà trong thành phố, khu cơng nghiệp
nên có tác dụng làm giảm quá tải lƣới điện truyền tải từ các nguồn điện truyền
thống, thƣờng đặt ở xa các trung tâm đơng dân.

Hình 1. 1 Hình ảnh về điện mặt trời áp mái
1.1.2 Mục đích
Đánh giá đƣợc tiềm năng ứng dụng điện mặt trời tại Việt Nam.
Thiết kế hệ thống điện mặt trời áp mái với bộ hịa lƣới thơng minh tại Quận 9, Tp.

Hồ Chí Minh.
Phân tích đƣợc chức năng, nhiệm vụ và hiệu quả của bộ hòa lƣới thông minh trong
hệ thống điện mặt trời áp mái bằng phần mềm PSCAD.
1.1.3 Đối tƣợng
Mơ hình hệ thống điện mặt trời áp mái với bộ hịa lƣới thơng minh tại Quận 9, Tp.
Hồ Chí Minh.
1.1.4 Phạm vi
Tìm hiểu, tính tốn, thiết kế, xác định số lƣợng và vị trí lắp đặt các thiết bị (tấm pin
mặt trời, bộ hòa lƣới thơng minh, bình ắc quy, đồng hồ đo …), lựa chọn thiết bị,
thiết kế các giá và khung đỡ cho các tấm pin mặt trời dựa trên phần mềm PVsyst.
Khảo sát, tính tốn và đƣa ra đƣợc các phƣơng án nối lƣới hệ quả cho hệ thống điện
mặt trời.
Sử dụng phần mềm PSCAD để mô phỏng sơ đồ đấu nối và chạy ra đƣợc thông số kỹ
thuật cần thiết, cũng nhƣ nhìn nhận đƣợc trạng thái hoạt động của hệ thống.
Tính hiệu quả kinh tế: Đƣa ra những bài tốn so sánh hiệu quả đầu tƣ vào hệ thống
điện mặt trời với gửi tiền tiết kiệm
1.2 Phƣơng pháp tận dụng năng lƣợng mặt trời
Năng lƣợng mặt trời, bức xạ ánh sáng và nhiệt từ mặt trời đã đƣợc con ngƣời khai
thác ngay từ thời cổ đại. Bức xạ mặt trời, cùng với tài nguyên thứ cấp của năng
2


lƣợng mặt trời nhƣ sức gió, sức sóng, sức nƣớc và sinh khối làm thành hầu hết năng
lƣợng tái tạo có sẵn trên Trái Đất. Chỉ một phần rất nhỏ của năng lƣợng mặt trời có
sẵn đƣợc sử dụng.
Điện mặt trời nghĩa là phát điện dựa trên động cơ nhiệt và pin quang điện. Ngày
nay, con ngƣời đã sử dụng loại điện năng này để ứng dụng trong nhiều lĩnh vực nhƣ
sƣởi ấm không gian và làm mát thông qua kiến trúc năng lƣợng mặt trời, chƣng cất
nƣớc uống và khử trùng, chiếu sáng bằng ánh sáng ban ngày, bình nƣớc nóng năng
lƣợng mặt trời, nấu ăn bằng năng lƣợng mặt trời. Để thu năng lƣợng mặt trời, cách

phổ biến nhất là sử dụng tấm năng lƣợng mặt trời.
1.2.1 Sử dụng năng lƣợng mặt trời phân tách Hydro từ nƣớc
Hiện tƣợng điện phân có thể phân tách phân tử nƣớc thành các nguyên tử hydro và
oxy, sau đó hydro có thể đƣợc sử dụng làm nhiên liệu. Hiện tƣợng điện phân đƣợc
thực hiện bởi các tế bào năng lƣợng mặt trời sẽ khơng thải khí CO2 làm ơ nhiễm mơi
trƣờng.
Tác giả Trần Mạnh Trí đã có cơng trình nghiên cứu về ―Vai trò của xúc tác trong
cuộc cách mạng năng lƣợng ở thế kỷ 21: Chuyển nền kinh tế hóa thạch sang nền
kinh tế Hydro nhờ năng lƣợng mặt trời‖ [3]. Tác giả Lê Thanh Sơn đã trình bày về
vấn đề trên trong bài báo với tiêu đề ―Năng lƣợng hydro – chìa khóa hóa giải những
thách thức của thế kỷ’’ [4]. Các cơng trình nghiên cứu trên đã thể hiện đƣợc tầm
quan trọng và phƣơng pháp áp dụng của việc sử dụng năng lƣợng mặt trời để phân
tách Hydro từ nƣớc. Tuy nhiên, hiệu suất vẫn chƣa đƣợc tối ƣu để đảm bảo tính
cạnh trạnh với các nguồn năng lƣợng hóa thạch hiện tại.

Hình 1. 2 Hình ảnh mơ hình cung cấp nguyên liệu Hydro bằng năng lượng mặt trời
1.2.2 Thiết bị sấy khô dùng năng lƣợng mặt trời
Trƣớc đây, năng lƣợng mặt trời đƣợc áp dụng khá phổ biến trong lĩnh vực nông
nghiệp để sấy các sản phẩm nhƣ ngũ cốc, thực phẩm… nhằm giảm tỉ lệ hao hụt và
tăng chất lƣợng sản phẩm. Ngồi mục đích để sấy nơng sản, năng lƣợng mặt trời cịn
đƣợc dùng để sấy các loại vật liệu nhƣ gỗ.
Cơng trình nghiên cứu ―Thiết bị sấy nông sản bằng năng lƣợng mặt trời tại Việt
Nam’’ [5] của tác giả Nguyễn Xuân Tùng, Đinh Vƣơng Hùng, Đỗ Minh Cƣờng,
3


Phan Hịa, 2009. ―Nghiên cứu q trình sấy thóc bằng thiết bị sấy năng lƣợng mặt
trời kiểu đối lƣu tự nhiên‖. [6]. Các cơng trình nghiên cứu khoa học về thiết bị sấy
khơ dùng năng lƣợng mặt trời có tính ứng dụng cao. Tuy nhiên, vẫn chƣa đƣa ra
đƣợc phƣơng án kéo dài thời gian sấy vào cuối ngày, cần nghiên cứu phát triển bộ

phận tích nhiệt cho thiết bị sấy.

Hình 1. 3 Hình ảnh mơ hình thiết bị sấy khô bằng năng lượng mặt trời.
1.2.3 Các phƣơng tiện, hệ thống đèn giao thơng dùng năng lƣợng mặt trời
Đèn tín hiệu giao thông đƣợc lƣu sử dụng năng lƣợng mặt trời có ƣu điểm là khơng
cần sử dụng dây điện và khá linh hoạt, có thể tiết kiệm khá nhiều tiền điện khi hoạt
động liên tục trong thời gian dài. Chúng đƣợc thiết kế với một số bóng đèn LED
thân thiện với môi trƣờng và không cần phải sạc lại trong một thời gian khá lâu.
Trong trƣờng hợp mất điện lƣới thì những đèn tín hiệu giao thơng này vẫn tiếp tục
hoạt động.
Chiếc máy bay mang tên The Solar Impulse với 12.000 tế bào quang điện trên cánh
là một mẫu thử của máy bay năng lƣợng mặt trời, chiếc máy bay này đã có chuyến
bay vịng quanh thế giới vào năm 2012. Trƣớc đó vào tháng 4/2012, The Solar
Impulse đã bay trên vùng trời Switzerland trong 87 phút ở độ cao 1.200 mét.

Hình 1. 4 Ứng dụng năng lượng mặt trời vào thiết bị kỹ thuật
1.2.4 Bếp nấu dùng năng lƣợng mặt trời
Bếp năng lƣợng mặt trời đƣợc ứng dụng rất rộng rãi ở các nƣớc nhiều nắng và nhiệt
độ cao nhƣ các nƣớc ở Châu Phi. Ở Việt Nam, việc bếp năng lƣợng mặt trời cũng đã
4


đƣợc sử dụng khá phổ biến. Năm 2000, Trung tâm Nghiên cứu thiết bị áp lực và
năng lƣợng mới – Đại học Đà Nẵng đã phối hợp với các tổ chức từ thiện Hà Lan
triển khai dự án 30.000 USD đƣa bếp năng lƣợng mặt trời vào sử dụng ở các vùng
nông thôn ở tỉnh Quảng Nam , Quảng Ngãi , dự án đã phát triển rất tốt và ngày càng
đƣợc đông đảo nhân dân ủng hộ. Trong năm 2002, Trung tâm dự kiến sẽ đƣa 750
bếp vào sử dụng ở các xã huyện Núi Thành và triển khai ứng dụng ở các khu ngƣ
dân ven biển để họ có thể nấu nƣớc, cơm và thức ăn khi ra khơi bằng năng lƣợng
mặt trời.

Tác giả Hồng Dƣơng Hùng đã trình bày hiệu quả kinh tế và tính ứng dụng của việc
áp dụng năng lƣợng mặt trời vào bếp nấu thông qua cơng trình nghiên cứu ―Sử dụng
năng lƣợng mặt trời để nấu ăn và cung cấp nƣớc nóng cho sinh hoạt – một giải pháp
tiết kiệm năng lƣợng và bảo vệ mơi trƣờng‖.[7] Cơng trình đã thể hiện đƣợc phƣơng
pháp lắp đặt và so sánh về tính hiệu quả kinh tế. Tuy nhiên, cần làm rõ hơn những
nơi có thế áp dụng và đƣa ra phân tích rõ ràng theo từng vùng miền với mức năng
lƣợng có thể khai thác khác nhau.

Hình 1. 5 Hình ảnh bếp nấu dùng năng lượng mặt trời.
1.2.5 Q trình vơ trùng nƣớc bằng năng lƣợng mặt trời
Việc vô trùng nƣớc bằng năng lƣợng mặt trời có thể đƣợc thực hiện bằng các hộp
thu năng lƣợng mặt trời gồm một khung gỗ có phủ một lớp màng mỏng đƣợc sơn
đen để tập trung nhiệt lƣợng từ ánh nắng mặt trời. Phía trong có một cái bình để
đựng nƣớc. Nhiệt lƣợng thu đƣợc từ ánh nắng mặt trời sẽ đun nƣớc tới khoảng 65 độ
C sau vài chục phút và sau đó nƣớc sẽ đƣợc vơ trùng. Một hộp năng lƣợng mặt trời
nhƣ vậy có thể vơ trùng đƣợc khoảng 4 lít nƣớc trong vịng 3 tiếng đồng hồ.
Phƣơng án này đã đƣợc Viện Khoa học Công nghệ Môi trƣờng Liên bang Thụy Sỹ
(EAWAG) và Trung tâm Nghiên cứu nƣớc và vệ sinh môi trƣờng cho các cƣớc đang
phát triển ở Thụy Sỹ (SANDEC) nghiên cứu từ năm 1991 và đƣợc phân tích rõ
trong tài liệu [7]. Trung tâm Nƣớc sạch và Vệ sinh môi trƣờng nông thôn (Cerwass)
đã triển khai kêu mọi ngƣời sử dụng phổ biến thông qua dự án ―Thúc đẩy và lan
rộng phƣơng pháp xử lý vi sinh vật trong nƣớc bằng ánh sáng mặt trời‖ công văn số
1131/DP/AIDS-MT, ngày 27/07/2005. [8]
5


Hình 1. 6 Hình ảnh mơ phỏng q trình vơ trùng bằng năng lượng mặt trời
1.2.6 Thiết bị đun nƣớc nóng bằng năng lƣợng mặt trời
Ứng dụng đơn giản, phổ biến và hiệu quả nhất hiện nay của năng lƣợng mặt trời là
dùng để đun nƣớc nóng và đã đƣợc áp dụng rộng rãi ở nhiều nƣớc trên thế giới. Ở

Việt Nam, hệ thống cung cấp nƣớc nóng bằng năng lƣợng mặt trời đã và đang đƣợc
ứng dụng rộng rãi trên toàn quốc. Các hệ thống này đã tiết kiệm cho ngƣời sử dụng
một lƣợng đáng kể về năng lƣợng, góp phần rất lớn trong việc thực hiện chƣơng
trình tiết kiệm năng lƣợng và bảo vệ môi trƣờng. Tham khảo tài liệu số [7].

Hình 1. 7 Hình ảnh thiết bị đun nước nóng bằng NLMT.
1.2.7 Hệ thống cấp điện cho tòa nhà sử dụng năng lƣợng mặt trời
Hệ thống cấp điện cho tòa nhà là một trong những giải pháp vừa giúp giảm hóa đơn
tiền điện hàng tháng, vừa giúp giảm đầu tƣ của xã hội cho các cơng trình nhà máy
điện khổng lồ bằng cách kết hợp sức mạnh của toàn dân trong việc tạo ra nguồn điện
phục vụ đời sống sản xuất chung của nhân loại.
Hệ thống cấp điện cho tòa nhà hiện tại đƣợc chia thành 2 loại đó là Nguồn điện mặt
trời cục bộ và Nguồn điện mặt trời hòa lƣới quốc gia. Riêng Nguồn điện mặt trời
hịa lƣới quốc gia có nhiều ƣu điểm và mang lại hiệu quả kinh tế cao.Việc sử dụng
nguồn điện mặt trời trong gia đình vừa giúp bảo vệ mơi trƣờng, vừa thể hiện một
phong cách sống hiện đại trong một xã hội hiện đại nhƣ hiện nay.
Tác giả TS. Trần Thanh Sơn đã có cơng trình ―Nghiên cứu thiết kế, lắp đặt mơ hình
trạm điện pin mặt trời quy mơ nhỏ có nối lƣới điện‖. [9]Tác giả Lê Thị Thanh Hà
6


với cơng trình nghiên cứu ―Giải pháp thiết kế kiến trúc tích hợp pin năng lƣợng mặt
trời vào lớp vỏ cơng trình trung tâm thƣơng mại tại Bắc Trung Bộ, Việt Nam‖ [10],
Các tác giả Dƣơng Minh Quân, Hoàng Dũng, Mã Phƣớc Khánh, Trần Ngọc Thiên
Nam đã cùng trình bày ―Nghiên cứu ảnh hƣởng của nhà máy điện mặt trời phong
điền đến lƣới điện tỉnh Thừa Thiên - Huế‖, Issn 1859-1531 - Tạp Chí Khoa Học Và
Cơng Nghệ Đại Học Đà Nẵng, Số 11(132).2018, Quyển 2. [11]. Những cơng trình
nghiên cứu về hệ thống điện mặt trời áp mái có tính ứng dụng và hiệu quả kinh tế
cao. Tuy nhiên, để đáp ứng đƣợc các tiêu chuẩn và đảm bảo ổn định cho lƣới điện,
cần phải có các biện pháp khắc phục trƣờng hợp điện áp dâng cao khi hệ thống đột

ngột mất hết tồn bộ cơng suất. Lƣới điện phải đƣợc vận hành hợp lý để tránh
trƣờng hợp lƣợng công suất phản kháng trong lƣới quá cao, hoặc phải có các thiết bị
kháng bù ngay để tiêu thụ lƣợng cơng suất phản kháng sau sự cố.

Hình 1. 8 Hình ảnh hệ thống điện mặt trời áp mái
1.3. Các nghiên cứu liên quan đến luận văn trong và ngoài nƣớc
Ứng dụng của năng lƣợng mặt trời cũng rất hữu ích và đa dạng, ở Việt Nam đã có
rất nhiều dự án nghiên cứu về điện mặt trời điển hình nhƣ : ―Shunt Active Power
Filter for 3-phase 3-wire Nonlinear Load under Unbalanced and Distorted PCC
Voltage using Notch Adaptive Filter‖– TS. Nguyễn Đức Tuyên [12] ,―PV-Active
Power Filter Combination Supplies Power to Nonlinear Load and Compensates
Utility Current‖ – TS. Nguyễn Đức Tuyên. [13] Tài liệu số [12], [13] đã thể hiện
đƣợc ảnh hƣởng của bộ lọc đến công suất và chất lƣợng điện năng của hệ thống
năng lƣợng mặt trời, đến sự phát triển và tính hiệu quả của nguồn năng lƣợng điện
mặt trời. Thực hiện chính sách phát triển điện mặt trời tại Việt Nam – Nguyễn Thị
Thúy Hà [14], Năng lƣợng mặt trời và ứng dụng trong đời sống – Nguyễn Ngọc
Tâm Đan [15], Thiết kế hệ thống năng lƣợng mặt trời một pha làm việc độc lập –
Huỳnh Ngọc Đức [16], Thực trạng năng lƣợng tái tạo Việt Nam và hƣớng phát triển
bền vững, Năng lƣợng Việt Nam – Hoàng Thị Thu Hƣờng. [17] Tài liệu số [14],
[15], [16], [17] phân tích rõ định hƣớng và tầm quan trọng của phát triển nguồn
năng lƣợng mặt trời. Tuy nhiên, trong phƣơng diện giới thiệu, phân tích về nguồn
năng lƣợng mặt trời, các bài nghiên cứu trên vẫn chƣa thể hiện đƣợc hiệu quả kinh
tế từ những mơ hình thực tế để đƣa ra các bài toán so sánh, hƣớng dẫn các hộ gia
đình đầu tƣ vào các hệ thống điện mặt trời phù hợp. Nguyên cứu hệ thống điều
khiển bám mặt trời phục vụ cho việc tái tạo năng lƣợng – Nguyễn Thái Vĩnh. [18]
7


Ngun cứu nâng cấp mơ hình trạm cung cấp điện kết hợp sử dụng năng lƣợng mặt
trời và nguồn điện lƣới tại Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam – Vũ

Minh Pháp [19]. Cơng trình nghiên cứu khoa học theo tài liệu số [18], [19] đã đi sâu
vào việc nghiên cứu và áp dụng hiệu quả vào các cơng trình thực tế để đảm bảo tính
hiệu quả kinh tế và nâng cao hiệu suất của hệ thống.Single-Diode Models of PV
Modules: A Comparison of Conventional Approaches and Proposal of a Novel
Model – Nguyễn Đức Tuyên, Nguyễn Đức Huy, Lê Viết Thịnh, Hirotaka Takano.
[20] Tài liệu số [20] là một trong những cơng trình nghiên cứu tiêu biểu, có đóng
góp về ý nghĩa khoa học khi đƣa ra đƣợc những phân tích và so sánh các phƣơng
pháp tiếp cận của các tấm pin mặt trời một diode. Từ đó chọn lựa phƣơng pháp tối
ƣu để áp dụng vào các mơ hình hệ thống điện mặt trời. Active and Reactive Power
Control During Unbalanced Grid Voltage in PV system– Benjamin Anders Johnson
[21] Modeling and analysis of a PV grid-tied smart inverter’s Support functions, San
Luis Obispo [22]. Grid Connected PV Inverter Topologies an Overview, in
Distributed generation and renewable energy sources, Angelina Tomova [23]. A
single phase multi-string PV inverter with minimal bus capacitance, J. Schonberger
[24]. Battery Energy Storage for Enabling Integration of Distributed Solar Power
Generation, Cody A. Hill, Matthew Clayton Such, Dongmei Chen, Juan Gonzalez,
and W. Mack Grady [25]. Tài liệu số [21], [22], [23], [24], [25] là những cơng trình
nghiên cứu quốc tế với mục đích điều khiển cơng suất thực và công suất phản kháng
trong hệ thống điện mặt trời, đồng thời, thể hiện sự ảnh hƣởng của bộ hòa lƣới thơng
minh đối với lƣới điện trong tình trạng lƣới gặp sự cố. Đây là những phân tích và
định hƣớng phát triển cần thiết đối với lĩnh vực điện mặt trời, một trong những
nguồn năng lƣợng sạch đang đƣợc khai thác hiệu quả trên toàn thế giới. Những vấn
đề mà những tài liệu trên vẫn chƣa đề cập đến là phân tích chức năng của bộ lọc để
kiểm sốt sóng hài, chƣa phân tích chun sâu về bộ hịa lƣới thơng minh khi điều
khiển hệ thống điện mặt trời vƣợt qua các sự cố ngắn mạch chạm đất và chạm pha,
chƣa định hƣớng phát triển về hệ thống năng lƣợng điện mặt trời với truyền tải điện
không dây hoặc lƣới điện thơng minh. Từ đó thấy đƣợc việc đầu tƣ nghiên cứu và
phát triển nguồn năng lƣợng điện mặt trời là vô cùng cần thiết và đang nhận đƣợc sự
quan tâm lớn từ các nhà khoa học cũng nhƣ các tổ chức chuyên môn. Đối với nghiên
cứu của ThS. Dƣơng Quỳnh Nga, tài liệu tham khảo [26] có hạn chế về phân tích sự

cố của hệ thống và đƣa ra khả năng xử lý ổn định hệ thống. Với luận án của TS. Lê
Tiên Phong, tài liệu tham khảo số [27] có những hạn chế là chƣa khả năng kết hợp
của nhiều nguồn phân tán sử dụng năng lƣợng tái tạo, chƣa điều khiển đƣợc các bộ
biến đổi đa mức khai thác tấm pin mặt trời. Nhìn chung, các nghiên cứu về năng
lƣợng mặt trời tại Việt Nam chỉ đi sâu vào thiết kế lắp đặt hệ thống điện mặt trời mà
chƣa phân tích đƣợc cách điều khiển hệ thơng và cải thiện chất lƣợng điện năng.
Ngồi ra, về Bộ Hịa Lƣới Thơng Minh vẫn chƣa có bất kỳ cơng trình nghiên cứu
nào ở trong nƣớc.
1.4 Kết luận
Việt Nam đã khai thác nguồn năng lƣợng nhiệt điện và thủy điện gần nhƣ tối đa, kế
hoạch phát triển năng lƣợng nguyên tử tạm dừng nên Chính phủ đã và đang phải
nhập khẩu năng lƣợng sơ cấp cho sản xuất điện. Vì thế, một trong những giải pháp
8


cấp thiết là phải tìm cách phát triển những nguồn điện tái tạo, phân tán và hạn chế
tối đa sử dụng ngun liệu hóa thạch gây ơ nhiễm mơi trƣờng. Trong đó, nguồn
năng lƣợng Điện Mặt Trời rất phù hợp với đặc trƣng thời tiết nƣớc ta và đảm bảo
đƣợc nguồn năng lƣợng sạch thân thiện với mơi trƣờng. Chính vì vậy, trong bài luận
văn này, tác giả đã đi sâu vào phân tích và đƣa ra giải pháp cho những vấn đề còn
hạn chế ở những đề tài nghiên cứu trong nƣớc trƣớc đó, bao gồm ba ý nổi bật là:
1. Đƣa ra đƣợc tính hiệu quả kinh tế của hệ thống điện mặt trời bằng cách phân
tích và nghiên cứu đƣa ra các công thức so sánh về đầu tƣ điện mặt trời và
gửi tiền tiết kiệm theo lãi suất ngân hàng.
2. Đóng góp khoa học về chức năng điều khiển công suất thực và công suất
phản khảng để cải thiện chất lƣợng điện năng cho hệ thống lƣới điện quốc
gia.
3. Đƣa ra phƣơng án về chức năng điều khiển công suất thực và công suất phản
khảng để cải thiện
Bài luận văn này cũng hƣớng dẫn lắp đặt và phân tích thực tế cho hệ thống điện mặt

trời tại Quận 9, Tp. Hồ Chí Minh tạo ra điện năng cung cấp điện trực tiếp cho nhu
cầu sinh hoạt cao của ngƣời dân và cung cấp năng lƣợng cho điện lƣới quốc gia. Các
phần tiếp theo sẽ đƣợc trình bày những nội dung chính nhƣ sau:
-

Chƣơng 2 trình bày cấu trúc cơ bản của hệ thống điện mặt trời và sự cải thiện
hệ thống khi sử dụng bộ hòa lƣới thông minh.
Chƣơng 3 thực hiện so sánh về mặt kinh tế và thiết kế hệ thống điện mặt trời
áp mái với bộ hịa lƣới thơng minh.
Chƣơng 4 tiến hành mô phỏng hệ thống điện mặt trời điều khiển công suất tác
dụng P, công suất phản kháng Q bằng phần mềm PSCAD.
Chƣơng 5 tổng kết luận văn và hƣớng nghiên cứu tƣơng lai.

9


CHƢƠNG 2. CẤU TRÚC CƠ BẢN CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN MẶT TRỜI VÀ
SỰ CẢI THIỆN HỆ THỐNG KHI SỬ DỤNG BỘ HỊA LƢỚI THƠNG MINH
2.1 Các thành phần của hệ thống điện năng lƣợng mặt trời
Đối với một hệ thống điện mặt trời áp mái đầy đủ gồm có các thành phần nhƣ sau :
-

-

-

-

Dàn pin mặt trời có nhiệm vụ hấp thụ và chuyển đổi dạng năng lƣợng từ quang
năng sang điện năng (ở dạng dòng điện 1 chiều DC), cùng một số thiết bị phụ

trợ khác.
Để có thể duy trì nguồn điện cung cấp cho hộ gia đình khi mất điện hoặc vào
ban đêm thì hệ thống điện mặt trời có thể sử dụng thêm bìnhẮc quy dự trữ.
Bộ điều khiển sạc dùng để điều khiển và kiểm sốt cơng suất dàn pin. Tuy
nhiên, hiện nay, cơng nghệ phát triển nên phần chức năng của thiết bị này đã
đƣợc tích hợp vào một số thiết bị bộ hịa lƣới thơng minh.
Bộ hịa lƣới giúp hịa lƣới trực tiếp vào lƣới điện quốc gia, trong hệ thống tùy
theo nhu cầu có thể kết nối với máy vi tính, các thiết bị đóng ngắt phụ trợ, các
thiết bị giám sát và đo đếm để thống kê phân tích lƣợng điện thu đƣợc.Ngồi
ra, bộ hịa lƣới có thể thực hiện các chức năng nhƣ dị tìm tách đảo (islanding
detection), vƣợt sự cố (LVRT), .
Khung giá đỡ, cáp điều khiển/ dây dẫn, nối đất và thiết bị chống sét.
Ngồi ra cịn có đồng hồ 2 chiều để đo tính điện năng khi mua và bán điện cho
EVN.

Hình 2. 1 Thành phần của hệ thống điện mặt trời
2.1.1 Tấm Pin mặt trời và thiết bị phụ trợ
Pin năng lƣợng mặt trời có tác dụng sinh ra nguồn điện nhờ sự hấp thụ ánh sáng mặt
trời qua các lớp bán dẫn tạo ra điện năng. Do những tấm pin này phụ thuộc vào
cƣờng độ chiếu sáng của mặt trời, điện áp ra của các tấm pin này bị dao động. [28]
Do đó, phải có một bộ điều khiển để vừa ổn định điện áp đầu ra cho pin năng lƣợng
vừa phải đóng mở các van bán dẫn để nạp năng lƣợng vào bình ắc quy. Đối với hệ
thống điện năng lƣợng mặt trời sử dụng bộ hịa lƣới bình thƣờng thì cần sử dụng
10