Xây dựng mô hình thí nghiệm năng lượng mặt trời hòa lưới trực tiếp
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (3.05 MB, 78 trang )
KHOA CƠNG NGHỆ ĐIỆN
KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP
ĐỀ TÀI
XÂY DỰNG MƠ HÌNH THÍ NGHIỆM NĂNG LƯỢNG
MẶT TRỜI HỊA LƯỚI TRỰC TIẾP
SVTH:
1. NGUYỄN VĂN MINH ĐẠT
MSSV: 15093281
2. VÕ HOÀNG BỒI
MSSV: 15090041
3. HUỲNH NGỌC CHIẾN
MSSV: 15089911
4. LÝ XƯỚNG KY
MSSV: 15088061
GVHD: Ths. NGUYỄN HOÀI PHONG
TP. HCM, 06/2019
Khóa Luận Tốt Nghiệp
GVHD:Ths Nguyễn Hồi Phong
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP TP. HCM
KHOA CƠNG NGHỆ ĐIỆN
PHIẾU GIAO NHIỆM VỤ KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP
1.
Họ và tên sinh viên/nhóm sinh viên được giao đề tài
(1): Nguyễn Văn Minh Đạt MSSV: 15093281
2.
(2): Võ Hoàng Bồi
MSSV: 15090041
(3): Huỳnh Ngọc Chiến
MSSV: 15089911
(4): Lý Xướng Ky
MSSV: 15088061
Tên đề tài
XÂY DỰNG MƠ HÌNH THÍ NGHIỆM NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI HÒA LƯỚI
TRỰC TIẾP
3.
Nhiệm vụ (Nội dung và số liệu ban đầu)
Tìm hiểu tổng quan về hệ thống điện năng lượng mặt trời hịa lưới.
Phân tích ngun lý hoạt động bộ điều khiển năng lượng mặt trời hòa lưới.
Thiết kế thi cơng mơ hình hệ thống điện năng lượng mặt trời hịa lưới.
Xây dựng bài thí nghiệm năng lượng điện mặt trời hòa lưới.
4.
Kết quả dự kiến
Báo cáo về tổng quan hệ thống điện năng lượng mặt trời.
Báo cáo nguyên lí hoạt động bộ điều khiển điện năng lượng mặt trời hịa lưới.
Thiết kế, tính tốn chi phí tạo ra 1kWh điện hệ thống hòa lưới năng lượng mặt trời
khơng lưu trữ
Mơ hình hệ thống điện năng lượng mặt trời hịa lưới.
Hướng dẫn thực hành thí nghiệm năng lượng mặt trời hòa lưới.
Giảng viên hướng dẫn
Tp. HCM, ngày
tháng năm 20….
Sinh viên
Trưởng bộ môn
i
Khóa Luận Tốt Nghiệp
GVHD:Ths Nguyễn Hồi Phong
NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN
-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
ii
Khóa Luận Tốt Nghiệp
GVHD:Ths Nguyễn Hồi Phong
NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN
-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
iii
Khóa Luận Tốt Nghiệp
GVHD:Ths Nguyễn Hồi Phong
MỤC LỤC
PHIẾU GIAO NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ....................................... i
NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN ...................................................ii
NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN..................................................... iii
LỜI MỞ ĐẦU ........................................................................................................... 1
TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI ............................................................................. 2
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ..................................................................................... 3
1.1. Các dạng năng lượng tái tạo ........................................................................... 3
1.1.1 Năng lượng mặt trời ................................................................................. 3
1.1.2 Năng lượng địa nhiệt ................................................................................ 3
1.1.3 Năng lượng thủy triều ............................................................................... 4
1.1.4 Năng lượng gió ......................................................................................... 5
1.1.5 Năng lượng sinh khối ............................................................................... 5
1.1.6 Nhiên liệu sinh học ................................................................................... 6
1.2 Tình hình phát triển năng lượng mặt trời ........................................................ 6
1.2.1 Tình hình năng lượng mặt trời Thế giới ................................................... 6
1.2.2 Tình hình năng lượng mặt trời ở Việt Nam .............................................. 9
1.3 Giới thiệu về hệ thống năng lượng mặt trời .................................................. 12
1.3.1 Hệ thống điện mặt trời độc lập ............................................................... 12
1.3.2 Hệ thống điện mặt trời kết hợp (Hybrid) ................................................ 14
1.3.3 Hệ thống năng lượng mặt trời hòa lưới trực tiếp (không lưu trữ) .......... 16
1.4 Những thuận lợi và khó khăn của điện mặt trời ............................................ 17
1.4.1 Thuận lợi ................................................................................................. 17
1.4.2 Khó khăn................................................................................................. 19
iv
Khóa Luận Tốt Nghiệp
GVHD:Ths Nguyễn Hồi Phong
CHƯƠNG 2: BỘ ĐIỀU KHIỂN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI HỊA LƯỚI KHƠNG
LƯU TRỮ................................................................................................................ 21
2.1 Ngun lí hoạt động ...................................................................................... 21
2.1.1 Bộ hịa lưới có lưu trữ............................................................................. 21
2.1.3 Bộ hịa lưới khơng có lưu trữ.................................................................. 22
2.2 Các cơ sở sản xuất các thiết bị năng lượng mặt trời ...................................... 23
2.3 Giới thiệu bộ điều khiển hịa lưới khơng lưu trữ Suoer 300W ...................... 24
CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI HỊA LƯỚI
KHƠNG LƯU TRỮ ................................................................................................ 27
3.1 Đặt vấn đề thiết kế một hệ thống NLMT cho một hộ gia đình ..................... 27
3.1.1 Tính tốn cơng suất và lựa chọn thiết bị................................................. 28
3.1.2 Danh sách thiết bị cho hệ thống hòa lưới 1kWh sử dụng tấm pin có cơng
suất 100W ....................................................................................................... 29
3.1.3 Sơ đồ đấu nối .......................................................................................... 30
3.2 Tính tốn chi phí tạo ra 1kWh ....................................................................... 30
3.3 Đánh giá tiềm năng của hệ thống .................................................................. 31
CHƯƠNG 4: MƠ HÌNH THÍ NGHIỆM NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI HỊA LƯỚI
KHƠNG LƯU TRỮ SUOER 300W ....................................................................... 32
4.1 Giới thiệu thiết bị và thông số kĩ thuật trong mơ hình .................................. 32
4.1.1 Bộ inverter Suoer 300W ......................................................................... 32
4.1.2 Tấm pin năng lượng mặt trời .................................................................. 33
4.2 Tính tốn hồn vốn cho mơ hình hịa lưới khơng lưu trữ cơng suất 300W... 37
4.3 Sơ đồ đấu nối mơ hình hịa lưới inverter 300W ............................................ 38
4.4 Tính tốn lý thuyết với tấm pin 110W .......................................................... 45
4.4.1 Ảnh hưởng nhiệt độ đến công suất tấm pin ............................................ 46
v
Khóa Luận Tốt Nghiệp
GVHD:Ths Nguyễn Hồi Phong
4.4.2 Ảnh hưởng độ rọi đến cơng suất tấm pin ............................................... 46
4.4.3 Tính tốn công suất dựa theo độ rọi và nhiệt độ .................................... 47
4.5 Khảo sát thực tế ............................................................................................. 49
4.6 Mẫu báo cáo thí nghiệm ................................................................................ 53
CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI................. 64
5.1 Kết luận.......................................................................................................... 64
5.2 Hướng phát triển đề tài .................................................................................. 65
PHỤ LỤC VÀ TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................. 66
LỜI CẢM ƠN .......................................................................................................... 67
vi
Khóa Luận Tốt Nghiệp
GVHD:Ths Nguyễn Hồi Phong
DANH SÁCH CÁC HÌNH
Hình 1.1 Điện năng lượng mặt trời............................................................................ 3
Hình 1.2 Quá trình khai thác năng lượng địa nhiệt ................................................... 4
Hình 1.3 Khai thác năng lượng thủy triều ................................................................. 4
Hình 1.4 Khai thác năng lượng gió ........................................................................... 5
Hình 1.5 Năng lượng sinh khối ................................................................................ 5
Hình 1.6 Nhiên liệu sinh học ..................................................................................... 6
Hình 1.7 Nhà máy điện mặt trời loại hội tụ nhiệt ở Tây Ban Nha ............................ 7
Hình 1.8 Nhà máy ĐMT Topaz Solar Farm .............................................................. 8
Hình 1.9 Các tấm panel thu năng lượng mặt trời đã được sử dụng ở nhiều hòn đảo
của nước ta ................................................................................................................. 9
Hình 1.10 Dự án điện mặt trời Quảng Ngãi ............................................................ 11
Hình 1.11 Dự án điện mặt trời ở lịng hồ Đa Mi ..................................................... 12
Hình 1.12 Hệ thống PV độc lập............................................................................... 12
Hình 1.13 Hệ thống PV hybrid ................................................................................ 14
Hình 1.14 Mơ hình hệ thống PV nối lưới khơng lưu trữ ......................................... 16
Hình 2.1 Bộ hịa lưới có lưu trữ............................................................................... 21
Hình 2.2 Bộ hịa lưới khơng có lưu trữ ................................................................... 22
Hình 2.3 Cơng ty Firt Solar Củ Chi ......................................................................... 23
Hình 2.4 Cơng ty HT Solar Hải Phịng.................................................................... 24
Hình 2.5 Cơng ty Vina Solar Lào Cai ..................................................................... 24
Hình 2.6 Bộ hịa lưới điện khơng dự trữ 300W grid tie inverter suoer gti-h300b .. 25
Hình 3.1 Biểu đồ số giờ nắng trung bình trong một ngày tại Việt Nam ................. 28
Hình 3.2 Sơ đồ đấu nối NLMT khơng lưu trữ cho hộ gia đình ............................... 30
Hình 4.1 Bộ inverter suoer 300w ............................................................................ 32
vii
Khóa Luận Tốt Nghiệp
GVHD:Ths Nguyễn Hồi Phong
................................................................................................................................. 33
Hình 4.2 Tấm pin mặt trời ....................................................................................... 33
Hình 4.3 Sơ đồ đấu nối NLMT hịa lưới trực tiếp ................................................... 38
Hình 4.4 Bản vẽ tổng thể mơ hình ........................................................................... 39
Hình 4.5 Tấm pin trên bản vẽ Cad .......................................................................... 40
Hình 4.6 Cách ghép nối các tấm pin........................................................................ 41
Hình 4.7 Hình đồng hồ đo DC trong bản vẽ Cad .................................................... 41
Hình 4.8 Đồng hồ đo điện một chiều ...................................................................... 42
Hình 4.9 Cách đấu nối đồng hồ đo một chiều với bộ inverter ................................ 42
Hình 4.10 Đồng hồ đo xoay chiều ........................................................................... 43
Hình 4.11 Cách đấu nối đồng hồ điện xoay chiếu với bộ inverter .......................... 43
Hình 4.12 Cầu chì .................................................................................................... 44
Hình 4.13 RCCB TAIANYAJA .............................................................................. 44
Hình 4.14 Cách đấu nối đồng hồ điện xoay chiều với tải ....................................... 45
Hình 4.15 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu suất tấm pin ...................................... 46
Hình 4.16 Lux kế ..................................................................................................... 47
Hình 4.17 Sơ đồ tổng thể của mơ hình hịa lưới ...................................................... 49
Hình 4.18 Mơ hình thí nghiệm thực tế .................................................................... 49
Hình 4.19 Chuẩn bị đo đạc thực tế .......................................................................... 50
Hình 4.20 Các thơng số đo đạc thực tế .................................................................... 50
Hình 4.21 Biểu đồ khảo sát mơ hình hịa lưới Inverter suoer 300W sử dụng PV 200W
................................................................................................................................. 52
viii
Khóa Luận Tốt Nghiệp
GVHD:Ths Nguyễn Hồi Phong
DANH SÁCH CÁC BẢNG
Bảng 3.1 Cơng suất tiêu thụ của một hộ gia đình.................................................... 27
Bảng 3.2 Các thiết bị cần mua để lắp đặt ................................................................ 29
Bảng 4.1 Thông số kĩ thuật của bộ inverter............................................................. 32
Bảng 4.2 Thông số tấm pin...................................................................................... 33
Bảng 4.3 Thông số kĩ thuật của các thiết bị trong mơ hình thí nghiệm .................. 34
Bảng 4.4 Giá vật tư thiết bị cho mơ hình thí nghiệm .............................................. 36
Bảng 4.5 Ảnh hưởng của độ rọi đến công suất tấm pin .......................................... 51
ix
Khóa Luận Tốt Nghiệp
GVHD:Ths Nguyễn Hồi Phong
DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT
Từ viết tắt
Ý nghĩa
NLMT
Năng lượng mặt trời
ĐMT
Điện mặt trời
NOCT
Nhiệt độ hoạt động bình thường của pin
mặt trời
STC
Điều kiện tiêu chuẩn 25oC, 1 kWh/m2, 1.5
ATM
AC
Nguồn điện xoay chiều
DC
Nguồn điện một chiều
CIGS (gallium selenide indi)
Những chất rất quý hiếm và đắt tiền
CdTe (cadmium telluride)
Những chất rất quý hiếm và đắt tiền
TNHH
Trách nhiệm hữu hạn
Vmp
Điện áp danh định
Voc
Điện áp hở mạch
Imp
Dòng điện danh định
Isc
Dịng điện ngắn mạch
Pmax
Cơng suất cực đại
x
Khóa Luận Tốt Nghiệp
GVHD:Ths Nguyễn Hồi Phong
LỜI MỞ ĐẦU
Ngành cơng nghiệp điện thế giới hiện nay chủ yếu dựa trên cơng nghệ nhiệt điện,
thủy điện và nhiên liệu gốc hóa thạch (than đá, các loại dầu nặng,). Đã mang đến cho con
người nền văn minh mới, cải thiện chất lượng cuộc sống. Kèm theo đó là việc tiêu thụ năng
lượng này đã gây ra ô nhiễm môi trường nghiêm trọng. Gây ảnh hưởng rất nhiều đến sức
khỏe của con người, khơng những thế thời tiết khí hậu của Trái Đất cũng đang bị biến đổi
nghiêm trọng, nhiệt độ đang ngày càng nóng lên. Nhiều thiên tai như: bão, lũ lụt, sóng
thần,… Cơng nghệ điện hạt nhân khơng an tồn và gây ra những hiểm họa phóng xạ như
Checnobưn (1986), Fukushima (2011) và để lại tác hại lâu dài cho kinh tế xã hội và môi
trường.
Ở Việt Nam chúng ta cũng đang gánh chịu những hậu quả nặng nề từ những chất
thải của nhiên liệu hóa thạch. Xong sự cạn kiệt của nguồn nhiên liệu hóa thạch ở nước ta
cũng là một vấn đề cấp thiết cần được quan tâm. Bởi lẽ để hình thành được nhiên liệu hóa
thạch địi hỏi một quá trình hình thành mất hàng triệu năm. Việc khai thác quá mức cũng
làm mất cân bằng sinh thái của Trái Đất.
Chính vì vậy, việc nghiên cứu tìm ra nguồn năng lượng thay thế là nhiệm vụ ưu tiên
hàng đầu hiện nay. Nguồn năng lượng sạch là điều mà chúng ta quan tâm nhất để hạn chế
những tác hại cho Trái Đất. Có rất nhiều nguồn năng lượng sạch có thể tái tạo như: năng
lượng gió, năng lượng mặt trời, năng lượng từ nhiệt của trái đất, năng lượng thủy triều.v.v…
Trong đó, năng lượng mặt trời là nguồn năng lượng được chú trọng đầu tư phát triển hiện
nay. Vì là nguồn năng lượng vô tận, dư thừa để đáp ứng nhu cầu năng lượng của nhân loại,
nguồn năng lượng này hầu hết mọi người đều có thể sử dụng, hơn thế nữa năng lượng mặt
trời không ảnh hưởng nhiều bởi yếu tố địa lý.
Vì là một nguồn năng lượng mới nên vẫn đang cần được đầu tư nghiên cứu để tìm
ra hướng phát triển tối ưu nhất cho quá trình sử dụng. Đây chính là đề tài được chúng em
quan tâm tìm hiểu thơng qua tính tốn, khảo sát và thiết kế mơ hình hịa lưới trực tiếp nhằm
đưa ra được phương án sử dụng hiệu quả nhất cho nguồn năng lượng mặt trời hiện nay.
1
Khóa Luận Tốt Nghiệp
GVHD:Ths Nguyễn Hồi Phong
TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
Do trữ lượng các nguồn tài nguyên trên thế giới đang dần cạn kiệt và vấn đề ô nhiễm
môi trường ngày càng tăng cao, lượng khí thải của những nguồn năng lượng này gây ảnh
hưởng đến sức khỏe đời sống con người. Do đó, cần tập trung nghiên cứu phát triển ứng
dụng của năng lượng tái tạo đang là hướng đi mới trong năng lượng công nghiệp, nhất là
trong thời đại ngày nay vấn đề tiết kiệm năng lượng đang đặt lên hàng đầu. Việc khai thác
năng lượng tái tạo có ý nghĩa quan trọng cả về kinh tế, xã hội, an ninh năng lượng và phát
triển bền vững.
Năng lượng mặt trời là một trong các nguồn năng lượng tái tạo quan trọng nhất mà
thiên nhiên ban tặng cho hành tinh chúng ta. Đồng thời, nó cũng là nguồn gốc của các
nguồn năng lượng tái tạo khác như năng lượng gió, năng lượng sinh khối, năng lượng của
các dịng sơng,… Đó là loại hình năng lượng có khả năng áp dụng hơn cả tại các khu vực
đô thị và các vùng mà điện lưới không vươn đến được (vùng núi, vùng hải đảo hay các cơng
trình ngồi khơi, …). Năng lượng mặt trời có thể nói là vơ tận để khai thác.
Ở Việt Nam, năng lượng mặt trời có tiềm năng rất lớn, với lượng bức xạ trung bình
5kw/m²/ngày với khoảng 2000 giờ nắng/năm. Mặc dù, đã có những chính sách khuyến
khích, nhưng vì nhiều lý do việc phát triển năng lượng mặt trời ở nước ta còn bị hạn chế.
Trong những năm gần đây đã có nhiều nghiên cứu, ứng dụng và sản xuất nguồn năng
lượng mặt trời. Tuy nhiên, việc sử dụng năng lượng mặt trời chỉ dừng lại ở mức cục bộ (tức
là khai thác và sử dụng tại chỗ). Hiện nay tình trạng thiếu hụt điện năng vào mùa khô của
nước ta đang là một vấn đề nan giải. Do đó việc sử dụng nguồn năng lượng mặt trời để
nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng trong tình hình hiện này là rất cần thiết.
Vì vậy, việc nghiên cứu xây dựng mơ hình thí nghiệm hòa lưới khai thác nguồn năng
lượng mặt trời nhằm cho chúng ta có thể tối ưu hóa được nguồn năng lượng này để hòa lên
lưới điện quốc gia.
2
Khóa Luận Tốt Nghiệp
GVHD:Ths Nguyễn Hồi Phong
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1. Các dạng năng lượng tái tạo
1.1.1 Năng lượng mặt trời
Năng lượng mặt trời là nguồn năng lượng sinh ra từ các tia bức xạ điện từ mà mặt
trời chiếu xuống trái đất. Nguồn năng lượng này dự kiến còn sử dụng và tồn tại trong 5
triệu năm nữa. Năng lượng Mặt Trời cũng được hấp thụ bởi thủy quyển Trái Đất và khí
quyển Trái Đất để sinh ra các hiện tượng khí tượng học chứa các dạng dự trữ năng lượng
có thể khai thác được.
Hình 1.1 Điện năng lượng mặt trời
1.1.2 Năng lượng địa nhiệt
Năng lượng địa nhiệt là năng lượng được tách ra từ nhiệt trong lòng Trái Đất. Năng
lượng này có nguồn gốc từ sự hình thành ban đầu của hành tinh, từ hoạt động phân hủy
phóng xạ của các khoáng vật và từ năng lượng mặt trời được hấp thụ tại bề mặt Trái Đất.
3
Khóa Luận Tốt Nghiệp
GVHD:Ths Nguyễn Hồi Phong
Hình 1.2 Q trình khai thác năng lượng địa nhiệt
1.1.3 Năng lượng thủy triều
Năng lượng thủy triều là năng lượng khai thác từ công năng của dòng nước. Điện
được tạo ra nhờ hệ thống đập, tua-bin nước và máy phát điện. Nguồn điện từ thủy điện
chiếm tới 20% nguồn điện của thế giới. Các nước phát triển thủy điện mạnh nhất phải kể
tới: Na Uy, IceLand, Áo.
Hình 1.3 Khai thác năng lượng thủy triều
4
Khóa Luận Tốt Nghiệp
GVHD:Ths Nguyễn Hồi Phong
1.1.4 Năng lượng gió
Năng lượng gió là động năng của khơng khí di chuyển trong bầu khí quyển Trái Đất.
Năng lượng gió là một hình thức gián tiếp của năng lượng mặt trời. Năng lượng gió được
khai thác nhờ những tua-bin gió.
Hình 1.4 Khai thác năng lượng gió
1.1.5 Năng lượng sinh khối
Năng lượng sinh khối là năng lượng có nguồn gốc từ các dạng vật chất sống, chủ
yếu là thực vật. Sinh khối có thể chuyển thành năng lượng theo ba cách: chuyển đổi nhiệt,
chuyển đổi hóa học và chuyển đổi sinh hóa.
Hình 1.5 Năng lượng sinh khối
5
Khóa Luận Tốt Nghiệp
GVHD:Ths Nguyễn Hồi Phong
1.1.6 Nhiên liệu sinh học
Nhiên liệu sinh học là loại nhiên liệu được hình thành từ các hợp chất có nguồn gốc
động thực vật như nhiên liệu chế xuất từ chất béo của động thực vật (mỡ động vật, dầu
dừa,…), ngũ cốc (lúa mì, ngô, đậu tương,…), chất thải trong nông nghiệp (rơm rạ, phân,…),
sản phẩm thải trong công nghiệp (mùn cưa, sản phẩm gỗ thải,…), v.v.
Hình 1.6 Nhiên liệu sinh học
1.2 Tình hình phát triển năng lượng mặt trời
1.2.1 Tình hình năng lượng mặt trời Thế giới
Một bức tranh tổng quát về tình hình phát triển của lĩnh vực điện mặt trời trên thế
giới như sau: Phát triển khá chậm cho đến những năm cuối thế kỷ 20 và đầu thế kỷ 21.
Trong khoảng 5 năm trở lại đây sự phát triển mang tính đột phá. Cụ thể, số lượng các nước
trên thế giới gia nhập cộng đồng điện mặt trời càng ngày càng nhiều thêm. Và thứ bậc theo
tổng công suất điện năng mặt trời cũng biến động từ năm này sang năm khác. Chỉ trong 5
năm trở lại đây các cường quốc điện mặt trời có tên trong các vị trí từ 1 đến 5 thay đổi liên
tục giữa Đức, Tây Ban Nha, Ấn Độ, Trung Quốc, Mỹ. Hai năm trước, tức đầu năm 2017
thứ bậc của 5 cường quốc điện mặt trời được sắp xếp theo thứ tự về tổng cơng suất tính
bằng Gigawatt (con số đầu) và tỷ lệ điện năng mặt trời trong tổng điện năng quốc gia (con
số thứ hai) như sau: Nước Đức (35,65 GW; 5,3%), Ý (18 GW; 9%), Trung Quốc (17,7 GW;
0,1%), Nhật (11,86 GW; 0,8%) và Hoa Kỳ (11,42 GW; 0,3 %). Ở đây nước Mỹ (Hoa Kỳ)
là một trường hợp đặc biệt. Nước này bước vào con đường phát triển điện mặt trời khá
6
Khóa Luận Tốt Nghiệp
GVHD:Ths Nguyễn Hồi Phong
muộn, nhưng tốc độ và cách đi khá ấn tượng thể hiện tiềm năng lớn của quốc gia cường
quốc giàu mạnh nhất thế giới. Chỉ khoảng 4-5 năm gần đây nhất nước Mỹ vượt qua nhiều
nước để vươn lên vị trí thứ 5 của danh sách xếp hạng. Và đặc biệt Mỹ đã tiến hành xây
dựng các nhà máy điện mặt trời “khủng” nhất thế giới, chiếm hẳn 5 vị trí đầu về quy mô cả
về điện mặt trời quang điện SVP và cả về điện mặt trời hội tụ nhiệt quang CSP Điều này
chứng tỏ tổng cơng suất và diện tích lắp đặt nhà máy năng lượng mặt trời tại Mỹ cũng tăng
đột biến. Cụ thể, theo số liệu từ các cơ quan thống kế, chỉ riêng trong năm qua 2017 các chỉ
tiêu này ở Mỹ đã tăng gấp đôi và khả năng năm nay 2018 sẽ tiếp tục tăng lên cùng với tốc
độ đó.
Hình 1.7 Nhà máy điện mặt trời loại hội tụ nhiệt ở Tây Ban Nha
7
Khóa Luận Tốt Nghiệp
GVHD:Ths Nguyễn Hồi Phong
Hình 1.8 Nhà máy ĐMT Topaz Solar Farm
Nhà máy ĐMT Topaz Solar Farm (Hoa Kỳ) là nhà máy điện quang số 1 với công
suất đến 550 MW, sẽ cung cấp đủ điện sử dụng cho khoảng 160.000 gia đình của bang
California. Cung ứng năng lượng đáp ứng nhu cầu phát triển kinh tế xã hội đang và sẽ phải
đối mặt với nhiều vấn đề và thách thức, đặc biệt là sự cạn kiệt dần nguồn nhiên liệu hóa
thạch nội địa, giá dầu biến động và các tác động của biến đổi khí hậu đến an ninh, an toàn
trong cung ứng năng lượng,… Do vậy, từng bước đa dạng hóa nguồn cung năng lượng,
nguồn điện dựa trên các nguồn năng lượng tái tạo mà Việt Nam có tiềm năng. Đặc biệt là
các nguồn sinh khối, gió, năng lượng mặt trời,… Được coi là một trong những giải pháp
phát triển bền vững. Xuất phát từ các yêu cầu đó, “Đánh giá điện mặt trời quốc gia về phát
triển dự án điện mặt trời nối lưới tại Việt Nam tới năm 2020, tầm nhìn 2030” có ý nghĩa rất
quan trọng, xác định rõ được tiềm năng nguồn năng lượng mặt trời trên tồn quốc, góp phần
cụ thể hóa việc thực hiện chiến lược phát triển năng lượng tái tạo quốc gia, quy hoạch phát
triển kinh tế - xã hội của tỉnh, thành phố góp phần giảm ơ nhiễm mơi trường khu vực và
góp phần đảm bảo mục tiêu và vai trò phát triển kinh tế vùng. Đánh giá tổng quan tiềm
năng lý thuyết, kỹ thuật, kinh tế và hiện trạng khai thác, sử dụng nguồn năng lượng mặt trời
thơng qua việc áp dụng cơng cụ phân tích khơng gian GIS (Geographical Information
System); đánh giá, phân tích khả năng khai thác và sử dụng nguồn năng lượng mặt trời đáp
8
Khóa Luận Tốt Nghiệp
GVHD:Ths Nguyễn Hồi Phong
ứng một phần nhu cầu năng lượng của tỉnh, thành phố; lập phương án và kịch bản khai thác
và sử dụng nguồn năng lượng mặt trời của tỉnh áp dụng cơng cụ phân tích nhóm (cluster
analysis) trên GIS; đề xuất các khu vực tiềm năng có thể ưu tiên phát triển điện mặt trời
trên tồn quốc.
Nguồn tham khảo : />1.2.2 Tình hình năng lượng mặt trời ở Việt Nam
Theo Hiệp hội Năng lượng sạch Việt Nam, nước ta là một trong những quốc gia có
ánh nắng mặt trời nhiều nhất trong biểu đồ bức xạ mặt trời thế giới. Tại các tỉnh Tây Nguyên
và Nam Trung Bộ, số giờ nắng đạt từ 2.000 - 2.600 giờ/năm. Bức xạ mặt trời trung bình 5
kWh/m2/ngày, chiếm khoảng 2.000-5.000 giờ/năm.
Tuy nhiên, theo TS. Nguyễn Huy Hoạch (Hiệp hội Năng lượng sạch Việt Nam), dù
tiềm năng rất lớn, nhưng việc khai thác nguồn năng lượng này ở Việt Nam còn chưa đáng
kể. Hầu hết các dự án điện mặt trời chỉ ở quy mơ nhỏ.
Hình 1.9 Các tấm panel thu năng lượng mặt trời đã được sử dụng ở nhiều hịn đảo của nước ta
Ngày 19/8/2016, Văn phịng Chính phủ thơng báo ý kiến kết luận của Thủ tướng
Chính phủ tại cuộc họp Thường trực Chính phủ về cơ chế khuyến khích phát triển các dự
án điện mặt trời tại Việt Nam. Thủ tướng Chính phủ đồng ý với đề xuất của Bộ Công
Thương về việc ban hành cơ chế hỗ trợ phát triển các dự án phát triển điện mặt trời tại Việt
9
Khóa Luận Tốt Nghiệp
GVHD:Ths Nguyễn Hồi Phong
Nam. Bên cạnh đó, Chính phủ cũng đã giao cho các bộ ngành hữu quan xây dựng cơ chế
hỗ trợ phát triển các dự án điện mặt trời như biểu giá điện kèm các ưu đãi về thuế. Trong
quy hoạch điện VII (điều chỉnh) cũng nêu rõ yêu cầu đẩy nhanh tiến độ các dự án nguồn
điện sản xuất từ năng lượng tái tạo, trong đó có năng lượng mặt trời bao gồm cả nguồn năng
lượng tập trung lắp đặt trên mặt đất và các nguồn riêng lẻ lắp đặt trên mái nhà.
Mục tiêu nhằm góp phần nâng cơng suất nguồn điện mặt trời từ mức không đáng kể
như hiện nay lên khoảng 850MW vào năm 2020, khoảng 4.000MW vào năm 2025 và
khoảng 12.000MW đến năm 2030. Như vậy, theo lộ trình này, từ nay đến năm 2020, mỗi
năm chúng ta phải xây dựng các dự án điện mặt trời với công suất hơn 200MW, từ năm
2020 - 2025, mỗi năm phải lắp đặt hơn 600MW và 5 năm tiếp theo, mỗi năm phải lắp đặt
1.600MW mới đạt kế hoạch đề ra. Hiện nay cả nước có khoảng 30 nhà đầu tư bắt đầu xúc
tiến lập các dự án điện mặt trời có cơng suất từ 20 đến trên 300MW tại một số địa phương,
tập trung chủ yếu ở khu vực miền Trung. Trong đó đáng chú ý là 2 dự án của Cơng ty Đầu
tư và Xây dựng Thiên Tân (tại tỉnh Quảng Ngãi và Ninh Thuận) và dự án Tuy Phong do
Công ty TNHH DooSung Vina (Hàn Quốc) đầu tư với quy mơ 66 triệu USD, cơng suất 30
MW tại tỉnh Bình Thuận. Tập đoàn Điện lực Việt Nam cũng đang dự định triển khai nghiên
cứu phát triển 2 dự án trên đất liền tại thủy điện Trị An (tỉnh Đồng Nai) và dự án nổi trên
mặt nước tại hồ thủy điện Đa Mi (tỉnh Bình Thuận). Ngồi ra EVN cũng vừa đề xuất với
tỉnh Ninh Thuận về việc đầu tư dự án điện mặt trời với tổng vốn đầu tư khoảng 8.000 tỷ
đồng, cơng suất 200MW trên diện tích 400 ha tại xã Phước Thái, huyện Ninh Phước, tỉnh
Ninh Thuận. Dự kiến dự án này sẽ được tiến hành khởi công trong năm 2018. Tại hội thảo
“Phát triển điện mặt trời tại Việt Nam - Cơ hội và thách thức” do Hiệp hội Năng lượng sạch
Việt Nam tổ chức tại Hà Nội ngày vừa qua, nhiều ý kiến chuyên gia cho rằng thách thức
lớn nhất đối với việc phát triển điện mặt trời tại Việt Nam là biểu giá điện hiện hành chưa
hấp dẫn các nhà đầu tư, chi phí đầu tư hiện nay cịn rất cao trong khi Chính phủ chưa ban
hành giá bán điện mặt trời. Cùng với đó nhà đầu tư chưa tiếp cận được nguồn vốn từ quỹ
hỗ trợ năng lượng tái tạo mà phải dùng nguồn vốn trong nước, đa phần các thiết bị đều phải
nhập khẩu vì vậy giá thành của một đơn vị sản phẩm khá cao. Ơng Diệp Bảo Cánh (Chủ
tịch HĐQT Cơng ty CP Năng lượng Mặt trời Đỏ) cho rằng thị trường điện mặt trời tại Việt
Nam đang rất hấp dẫn. Giá thiết bị điện mặt trời đang ngày càng rẻ (cách đây 5 năm, giá
10
Khóa Luận Tốt Nghiệp
GVHD:Ths Nguyễn Hồi Phong
tấm pin điện mặt trời từ 3-4 USD/Wp thì đến nay chỉ cịn khoảng 0,5 USD/Wp). Từ thực
tế này ông Diệp Bảo Cánh kiến nghị ngoài đáp ứng về nguồn nhân lực, Nhà nước cũng cần
sớm có bộ tiêu chuẩn kỹ thuật liên quan đến điện mặt trời đầy đủ hơn (ví dụ như tiêu chuẩn
tấm pin, inverter chuyển điện, giàn khung đỡ,…) để giúp người tiêu dùng mua đúng sản
phẩm chất lượng. Chính phủ cũng nên sớm ban hành giá mua điện lên lưới từ nguồn năng
lượng mặt trời. Theo ông Lê Vĩnh Sơn (Chủ tịch HĐQT Tập đoàn Sơn Hà), cấp thẩm quyền
trước hết cần xây dựng và công bố quy hoạch phát triển điện mặt trời. Sau đó sớm cơng bố
giá mua bán điện mặt trời hợp lý và cơ chế hòa lưới điện quốc gia, ban hành bộ tiêu chuẩn
cho các thiết bị sử dụng và thực hiện thử nghiệm chất lượng để hạn chế lưu thông sản phẩm
kém chất lượng, định hướng đúng cho người dân về hiệu quả sử dụng năng lượng mặt trời.
Nguồn tham khảo: />
Hình 1.10 Dự án điện mặt trời Quảng Ngãi
11
Khóa Luận Tốt Nghiệp
GVHD:Ths Nguyễn Hồi Phong
Hình 1.11 Dự án điện mặt trời ở lòng hồ Đa Mi
1.3 Giới thiệu về hệ thống năng lượng mặt trời
1.3.1 Hệ thống điện mặt trời độc lập
Là hệ thống sử dụng nguồn điện hồn tồn độc lập với nguồn lưới điện quốc gia
thơng qua việc lưu trữ điện năng trong các bình acquy tích điện.
Hình 1.12 Hệ thống PV độc lập
12
Khóa Luận Tốt Nghiệp
GVHD:Ths Nguyễn Hồi Phong
Cấu hình của hệ thống năng lượng mặt trời độc lập bao gồm:
- Các tấm pin năng lượng mặt trời (solar panel): có nhiệm vụ biến đổi quang
năng thành điện năng. Hiện nay trên thế giới nói chung và Việt Nam nói riêng
có rất nhiều nhà sản xuất pin mặt trời, thị trường pin mặt trời ngày càng phát
triển do thị trường tiêu thụ được mở rộng. Tùy theo công suất của hệ thống
mà cơng suất pin mặt trời rất đa dạng có các nhà sản xuất điển hình như: HT
solar, IT solar, Trina Solar,……
- Hệ thống acquy lưu điện (battery bank): cùng với pin mặt trời, acquy là thành
phần quan trọng trong hệ thống năng lượng mặt trời độc lập. Nó có chức năng
lưu trữ lại lượng điện năng thu được từ tấm pin sau đó cung cấp cho các thiết
bị có nhu cầu sử dụng. Ta có thể kể đến các nhà sản xuất acquy như: Giva
Solar, EcoTek, GP Solar,….
- Bộ điều khiển sạc (solar charge): nó có nhiệm vụ làm trung gian giữa các tấm
pin và các bình acquy để điều khiển việc sạc acquy từ nguồn điện sinh ra từ
mặt trời. Các hãng sản xuất bộ điều khiển sạc như: SolarV, Suoer, Phong Vũ
Solar,…..
- Bộ chuyển đổi điện áp DC-AC (inverter): nó có nhiệm vụ làm biến đổi từ điện
áp 1 chiều DC sang điện áp xoay chiều AC. Các hãng sản xuất bộ biến đổi
điện áp như: BK Solar, Suoer, PVSine,….
Ứng dụng:
-
Cung cấp nguồn điện tiêu thụ cho các hộ gia đình ở các vùng nơng thơn, vùng
núi cao hay ở biển đảo một cách độc lập không cần phụ thuộc vào điện lưới
quốc gia.
-
Có thể sử dụng cho đèn giao thông.
-
Cho các thiết bị chiếu sáng công cộng.
-
Sử dụng làm nguồn năng lượng sạch cho các sân vận động.
-
Sử dụng cho các loại xe năng lượng mặt trời....
Ưu điểm:
-
Khi bị cắt điện vẫn có điện.
-
Độc lập với điện lưới nên có thể sử dụng cho các ứng dụng lưu động.
13
Khóa Luận Tốt Nghiệp
GVHD:Ths Nguyễn Hồi Phong
Nhược điểm:
-
Do sử dụng nhiều thiết bị phụ trợ đi kèm nên toàn hệ thống có chung các
nhược điểm là chi phí đầu tư ban đầu lớn, thời gian hồn vốn lâu.
-
Chi phí bảo trì sửa chữa cao.
-
Hiệu suất chuyển đổi khơng cao.
-
Lượng điện thu được phụ thuộc vào thời tiết.
1.3.2 Hệ thống điện mặt trời kết hợp (Hybrid)
Là hệ thống có sự kết hợp giữa hịa lưới và độc lập có thể sử dụng điện khi mất
nguồn điện lưới quốc gia nhờ có các acquy dự trữ và cùng với đó nó có thể lấy điện từ
nguồn điện lưới quốc gia để sử dụng khi công suất của hệ thống không đủ đáp ứng để phục
vụ cho việc sinh hoạt sử dụng.
Hình 1.13 Hệ thống PV hybrid
Cấu tạo của hệ thống điện mặt trời kết hợp (hybrid):
-
Các tấm pin năng lượng mặt trời (solar panel): có nhiệm vụ biến đổi quang
năng thành điện năng. Hiện nay trên thế giới nói chung và Việt Nam nói riêng
có rất nhiều nhà sản xuất pin mặt trời, thị trường pin mặt trời ngày càng phát
triển do thị trường tiêu thụ được mở rộng. Tùy theo công suất của hệ thống
14
