Khái quát về các hệ thống năng lượng mặt trời
Thông tin cơ bản
Điện năng lượng mặt trời là nguồn năng lượng tái tạo sạch, sử dụng tế bào quang điện để chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành điện thông qua hiệu ứng quang điện Nguồn năng lượng này không chỉ đáng tin cậy mà còn mang lại nhiều giá trị cho con người, đồng thời không gây hại cho môi trường Khai thác năng lượng mặt trời mang lại nhiều lợi ích, góp phần vào sự phát triển bền vững.
Pin mặt trời chủ yếu được cấu tạo từ silic tinh khiết, với bề mặt chứa nhiều cảm biến ánh sáng, hay còn gọi là điốt quang, giúp chuyển đổi năng lượng ánh sáng thành điện năng Các tế bào quang điện được bảo vệ bởi một lớp kính trong suốt ở phía trước và một lớp nhựa ở phía sau Toàn bộ cấu trúc này được đóng gói chân không bằng lớp nhựa polymer trong suốt, đảm bảo hiệu suất tối ưu cho việc chuyển đổi năng lượng.
Ưu điểm
Nguồn năng lượng tái tạo
Năng lượng mặt trời là nguồn năng lượng tái tạo quan trọng, khác biệt so với các nhiên liệu hóa thạch như than, khí đốt và dầu mỏ, vốn là những nguồn không thể phục hồi Tấm pin năng lượng mặt trời có thể được khai thác ở mọi khu vực trên thế giới và có sẵn hàng ngày Theo ước tính của NASA, ánh sáng mặt trời sẽ tiếp tục cung cấp năng lượng cho chúng ta trong khoảng 6,5 tỷ năm nữa.
Điện mặt trời sạch về sinh thái :
Trong cuộc chiến bảo vệ môi trường, năng lượng mặt trời nổi bật như một giải pháp tiềm năng chống lại sự nóng lên toàn cầu Năng lượng này có khả năng thay thế một phần năng lượng từ các nguồn nhiên liệu không tái tạo Đặc biệt, trong quá trình sản xuất, lắp đặt và vận hành hệ thống điện năng lượng mặt trời, hệ thống này không thải ra khí độc hại vào bầu khí quyển.
Giảm hóa đơn tiền điện
Hệ thống điện năng lượng mặt trời không chỉ giúp bạn đáp ứng nhu cầu năng lượng mà còn giảm hóa đơn tiền điện Ngoài việc tiết kiệm chi phí, bạn còn có cơ hội sinh lời từ nguồn năng lượng dư thừa bằng cách bán lại trực tiếp cho EVN.
Tăng giá trị và thẩm mỹ cho công trình
Lắp đặt hệ thống điện năng lượng mặt trời không chỉ nâng cao đẳng cấp cho công trình của bạn mà còn gia tăng giá trị kinh tế Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng, các tài sản trang bị hệ thống điện năng lượng mặt trời có giá trị vượt trội so với chi phí đầu tư ban đầu.
Hiệu quả cao chi phí bảo trì thấp
Hệ thống điện năng lượng mặt trời giúp các hộ gia đình và doanh nghiệp tiết kiệm đáng kể chi phí Bởi vì hệ thống này không sử dụng ắc quy, doanh nghiệp sẽ không phải chịu thêm chi phí đầu tư, bảo trì và bảo dưỡng.
Đồng hồ hai chiều mua bán điện của EVN là giải pháp lý tưởng thay thế cho việc đầu tư hệ thống lưu trữ điện Hệ thống này được các nhà sản xuất chính hãng bảo hành lên đến 30 năm, mang lại hiệu quả kinh tế và môi trường bền vững.
Công nghệ năng lượng mặt trời sẽ tiếp tục phát triển mạnh mẽ trong tương lai, nhờ vào những tiến bộ trong vật lý lượng tử và công nghệ nano Những đổi mới này có tiềm năng nâng cao công suất của các tấm pin năng lượng mặt trời lên nhiều lần so với hiện tại.
Nhược điểm
Các tấm pin năng lượng mặt trời hoạt động dựa vào ánh sáng mặt trời để chuyển hóa thành điện năng Trong những ngày nhiều mây và mưa, hiệu suất sản xuất điện của hệ thống năng lượng mặt trời sẽ giảm đáng kể hoặc không hoạt động vào ban đêm Tuy nhiên, so với năng lượng gió, năng lượng mặt trời vẫn được coi là giải pháp hiệu quả và lợi ích hơn nhiều.
Sử dụng nhiều diện tích không gian
Để sản xuất nhiều điện, việc sử dụng nhiều tấm pin mặt trời là cần thiết, vì càng thu thập được nhiều ánh sáng mặt trời, hệ thống sẽ càng tạo ra nhiều điện hơn.
Nhiều mái nhà không đủ diện tích để lắp đặt số lượng tấm pin mặt trời mong muốn, do đó, bạn có thể cần lắp thêm ở sân vườn hoặc các khu vực trống khác.
Với sự phát triển không ngừng của ngành năng lượng tái tạo, công nghệ năng lượng mặt trời hứa hẹn sẽ ngày càng hiện đại và hiệu quả hơn trong tương lai gần Điều này giúp giảm thiểu những nhược điểm như thiếu không gian lắp đặt và ảnh hưởng của thời tiết, mang lại giải pháp bền vững cho nhu cầu năng lượng.
Các dạng hệ thống điện mặt trời
Có 3 dạng hệ thống năng lượng mặt trời :
Hệ thống điện năng lượng mặt trời độc lập
Hệ thống điện năng lượng mặt trời hòa lưới
Hệ thống điện năng lượng mặt trời hòa lưới có dự trữ
Ta cùng tìm hiểu sơ bộ về các hệ thống này. a Hệ thống điện năng lượng mặt trời độc lập:
Hệ thống điện mặt trời độc lập là giải pháp lý tưởng cho những khu vực xa nguồn điện lưới quốc gia, nơi khó kéo điện công cộng, hoặc cho các hộ gia đình và doanh nghiệp mong muốn có nguồn điện riêng để tiết kiệm chi phí và không phụ thuộc vào nguồn điện chung Tuy nhiên, hệ thống này cũng có nhược điểm, bao gồm chi phí đầu tư ban đầu cao và hiệu suất chuyển đổi điện thấp, do sự hao hụt lớn trong quá trình nạp và phóng điện của ắc quy.
Hệ thống điện mặt trời độc lập hoạt động bằng cách lắp đặt trên mái nhà để hấp thụ ánh sáng mặt trời, tạo ra nguồn điện sạch và lưu trữ trực tiếp vào ắc quy mà không cần kết nối với lưới điện công cộng Hệ thống bao gồm tấm pin mặt trời sản xuất điện một chiều (DC), sau đó dòng điện này được điều khiển qua bộ điều khiển sạc năng lượng mặt trời để nạp vào bộ lưu trữ Điện một chiều từ bộ lưu trữ sẽ cung cấp trực tiếp cho các thiết bị DC hoặc được chuyển đổi thành điện xoay chiều (AC) để sử dụng cho các thiết bị khác.
Hệ thống điện năng lượng mặt trời hòa lưới có thiết kế tương tự nhưng tích hợp thêm bình ắc quy để lưu trữ điện Dòng điện AC sẽ ưu tiên nạp đầy vào ắc quy, trong khi các thiết bị khác được cung cấp điện từ lưới Khi ắc quy đầy, điện sẽ được chuyển qua bộ kích điện hòa lưới, tiếp tục hoạt động như hệ thống hòa lưới thông thường Trong trường hợp mất điện lưới, bộ kích điện sẽ sử dụng điện từ ắc quy để cung cấp cho các thiết bị Khi lưới điện trở lại và ắc quy được nạp đầy, hệ thống tự động chuyển về chế độ hòa lưới Các thành phần chính của hệ thống bao gồm tấm pin năng lượng mặt trời, bộ hòa lưới, đồng hồ điện và bình ắc quy.
Hệ thống điện năng lượng mặt trời hòa lưới mang lại tính ổn định cao nhờ vận hành song song với lưới điện, không làm ảnh hưởng đến sự ổn định của hệ thống Thiết bị này rất phù hợp cho những vùng thường xuyên mất điện, giúp cải thiện nguồn cung cấp điện năng.
Hệ thống điện năng lượng mặt trời hòa lưới là giải pháp tiết kiệm năng lượng hiệu quả nhất cho người dùng, không yêu cầu chi phí ban đầu cho hệ thống ắc quy Với chi phí bảo trì thấp và hiệu quả kinh tế cao, loại hệ thống này ngày càng được ưa chuộng và lựa chọn sử dụng nhiều.
Hệ thống năng lượng mặt trời lắp đặt trên mái nhà hấp thu ánh nắng và tạo ra điện sạch, cung cấp cho các thiết bị điện Tấm pin mặt trời chuyển đổi ánh sáng thành điện một chiều (DC), sau đó qua bộ kích điện hòa lưới, điện được chuyển thành điện xoay chiều (AC) cùng pha và tần số với lưới điện Dòng điện AC được gửi đến tủ điện để cung cấp cho thiết bị; khi sản lượng điện mặt trời vượt quá nhu cầu, điện dư sẽ được đưa lên lưới, còn khi không đủ, hệ thống sẽ lấy thêm điện từ lưới để bù đắp.
Sản phẩm này khác biệt so với các hệ thống khác vì không sử dụng bình ắc quy, mà chỉ bao gồm 3 thành phần chính: tấm pin năng lượng mặt trời, bộ hòa lưới và đồng hồ điện Nhờ vào việc vận hành song song với lưới điện, hệ thống đảm bảo tính ổn định cao và không ảnh hưởng đến sự ổn định tổng thể của lưới điện.
Bên cạnh đó còn các tủ điện với nhiệm vụ bảo vệ
Tủ điện DC : gồm cầu chì DC , thiết bị lọc sét , CB DC,
Tủ điện AC : gồm CB AC , thiết bị cắt lọc sét AC ,
Tủ điện phân phối là nơi kết nối dây từ ngõ ra AC của inverter với lưới điện tại điểm hòa lưới, thường là tủ điện phân phối chính của ngôi nhà.
Ta có bảng so sánh để thấy được ưu nhược điểm của từng loại hệ thống
Bảng 1 So sánh các hệ thống điện mặt trời
Nội dung HT NLMT độc lập
HT NLMT hòa lưới có dự trữ
Bộ điều khiển Bình ắc quy
Bộ hòa lưới Đồng hồ điện
Bộ hòa lưới Đồng hồ điện Bình ắc quy
Hiệu quả tiết kiệm năng lượng Ít nhất
Bị hạn chế công suất tiêu thụ điện do lưu trữ vào bình ắc quy
Không sử dụng ắc quy, cung cấp tối đa năng lượng
Do dự trữ vào ắc quy nên bị giảm công suất Đầu tư giá cả
Do có bình ắc quy nên giá gấp
Chi phí cao nhất do kết hợp 2 hệ thống còn lại
Giới hạn tải tiêu thụ
Không giới hạn tải tiêu thụ
Không giới hạn tải tiêu thụ
Do nguồn điê ̣n bị hạn chế về công suất và ắc quy
Sử dụng tối ưu nguồn năng lượng
Do ắc quy có giá thành cao
Thấp Cao Thấp điện năng
Thời gian hoàn vốn Dài Ngắn Dài nhất Ứng dụng
Thích hợp cho vùng sâu vùng xa, vùng chưa có điê ̣n lưới
Khu vực có điê ̣n lưới tương đối ổn định
Thích hợp cho vùng thường xuyên mất điê ̣n
Dự phòng sự cố mất điê ̣n
Chi phí bảo trì- bảo dưỡng
Rất Cao Ắc quy mau hỏng do không được nạp đầy
Gần như bằng không
Tuổi thọ Ắc quy chỉ từ 3-5 năm
Tính ổn định của hê ̣ thống
Lê ̣ thuô ̣c vào cường đô ̣ ánh sáng mă ̣t trời do đó không ổn định khi công suất tải tăng lên.
Vận hành song song với lưới điện, không ảnh hưởng đến sự ổn định của hê ̣ thống.
Vận hành song song với lưới điện, không ảnh hưởng đến sự ổn định của hê ̣ thống.
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG
Chọn đề tài
- Đề tài: Thiết kế hệ thống điện mặt trời dùng phần mềm Pvsyst cho hộ gia đình.
Khảo sát
- Địa chỉ: Thôn Câu Đông, Xã Quang Trung, Huyện An Lão, Thành phố Hải Phòng.
- Công suất tiêu thụ trung bình hàng tháng: 431 kWh
- Công suất tiêu thụ trung bình hàng ngày: 14,37 kWh
- Vị trí lắp đặt: trên mái tôn của sân.
- Khoảng cách từ mặt đất đến vị trí lắp đặt: 3,11m
Tính chọn tấm pin
Diện tích lắp đặt hệ thống pin là: 12,69 x 4,21 = 53,42 m 2
Ta chọn tấm pin năng lượng mặt trời có catalog như Hình 1 sau:
Hình 1: Catalog tấm pin năng lượng mặt trời
Link:https://ecchcmc.com/san-pham/tam-pin-nang-luong-mat-troi-usa- sunergy-gpm-78m-hf-mono-440w/
+ Diện tích của tấm pin 400Wp là:
+ 1kWp sẽ cần diện tích:
+ Cộng thêm với phần diện tích khoảng hở để làm vệ sinh giàn pin hoặc phần tách các dãy pin chúng ta sẽ làm tròn lên 6 m2/kWp.
+ Mái của hộ gia đình có diện tích là 53,42 m2, nên ta có công suất của giàn pin:
+ Sử dụng pin mặt trời loại 400Wp nên ta cần sử dụng số tấm pin là:
Hệ thống 22 tấm pin 400Wp với tổng công suất là 8,8kWp sẽ phù hợp với hộ gia đình.
+ Sơ đồ thiết kế pin sơ bộ:
Chú thích: - phần mái tôn của hộ gia đình.
- tấm pin năng lượng mặt trời.
Tính chọn inverter
+ Hệ thống 22 tấm pin 400Wp sẽ có tổng công suất là 8,8kWp từ đó ta tính công suất inverter như sau:
Lựa chọn cấp inverter gần nhất là 7,5kW.
+ Ta lựa chọn inverter có catalogue như sau:
Link:http://nalutata.com/bo-hoa-luoi-inverter-8kw-3pha-thinkpower-cho-he- thong-nang-luong-mat-troi.html?fbclid=IwAR2K- kz7W29b3OOsZqySX5oklW_KwWvgeF9LYta_cxw88soSUaRBmduhRso
Tính toán số lượng string.
Số lượng tấm pin tối đa trên 1 string có thể đấu vào inverter:
Như vậy 22 tấm pin sẽ chia làm 2 string ( Mỗi string 11 tấm pin ) để kết nối vào inverter
Thông số của 1 tấm pin: Pmax = 400W, ISC = 10,31A, VOC = 49,7V, Impp 9,85A, Vmpp = 40,6V
Kiểm tra điện áp tối đa của hệ thống:
Như vậy hệ thống thỏa mãn điều kiện điện áp tối đa
Kiểm tra dòng điện tối đa cho phép cửa vào Inverter:
Như vậy hệ thống thỏa mãn điều kiện dòng điện tối đa cho phép cửa vào inverter.
Tính chọn cầu chì
- Theo cách nắp đặt chuỗi pin trong inverter nên ta không cần chọn cầu chì.
Tính chọn dây dẫn
Tính chọn dây theo tiết diện dây dẫn
+ Ta có: thời gian nắng mỗi ngày khoảng 10h; mỗi tháng là 25 ngày nắng bình thường
+ Chọn cáp ruột đồng cách điện cao su.
+ Tra catalogue inverter ta đc Imax = 15A.
Suy ra: Fkt = Imax Jkt = 3,1 15 =4,84 mm 2
Tối thiểu chọn dây có tiết diện ta chọn dây 10mm 2
Tính dây dẫn bằng Tool ta được:
Chọn CB
Chọn Aptomat cho tủ điện DC Điện áp cho mỗi đầu cực: 1,2 x Voc = 1,2 x 546,7 = 656V
Dòng điện định mức cho CB: 1,25 x Isc = 1,25 x 10,31 = 12,89A
Chọn aptomat aptomat có thông số như sau:
Link:https://suntree.vn/san-pham/dc-suntree-2p-800v/
Chọn aptomat cho tủ AC
+ Điện áp = Uout-inv = 400VAC
Link:https://beeteco.com/cb-tep-mcb-fuji-electric-bc63e0c-016.html? gclid=CjwKCAiAn5uOBhADEiwA_pZwcPztVOjJfGlYIq3YqMOqUoFQO_1xSdNxmNrFs_Yqq6uNomYYBV7z5hoCLykQAvD_BwE
Chống sét
Chọn thiết bị chống sét DC
Chọn thiết bị chống sét:
Link: https://shopee.vn/Ch%E1%BB%91ng-s%C3%A9t-lan-truy%E1%BB
Chọn thiết bị chống sét AC
+ Điện áp = Uout-inv = 400VAC
Chọn thiết bị Chống sét lan truyền 3P+N 45kA 400V [EZ9L33745]
Link: https://hoahoaonline.com/products/ez9l33745-easy9-surge-arrestor-t2- 3p-n-20ka-400v? variant78017857&source=googleshop&gclid=CjwKCAiAn5uOBhADEiwA_pZwcIDkbPWIyZsHGdca0i77vSEPgf96DYJu4JOqVNChTdy2zLcE2iNz8RoCiesQAvD_BwE
Tính toán khung giá đỡ
Giá đỡ pin năng lượng mặt trời
Chân đế khung giá đỡ pin năng lượng mặt trời
Chịu được sức gió 60m/s, lực tác động 1,4KN/m2 Tiêu chuẩn: AS / NZS 1170.2 & JIS C 8955: 2011
Với 22 Tấm Pin – Ta cần 22 bộ giá đỡ pin
Kiểm tra trên PVSyst
Giao diện chính của phần mềm PVSyst
Bước 1: Khởi động phần mềm PVSyst chúng ta chọn mục "Project design"
Bước 3: Chọn "Reinitialize the new project" và đặt tên dự án
Bước 4: Chọn Choose site để tạo một file dữ liệu dự án thiết kế
Bước 5: Chọn New để tạo mới một trang
Bước 6: Vào Google Map, nhập địa chỉ bạn muốn thiết kế, Click vào dấu đỏ địa điểm để lấy kinh độ và vĩ độ địa điểm
Bước 7: Coppy kinh độ, vĩ độ và dán vào khung Locality và chọn Search Sau đó bấm
Bước 8: Đặt tên site name, chọn nước Vietnam/ vùng Asia Ở Meteo data import (dữ liệu bức xạ đầu vào) chọn Meteonorm 7.2 và bấm Import
Bước 9: Ở mục Irradiation Units: chọn đơn vị hiển thị là kWh/m2.day sau đó bấm OK
Bước 10: Lưu file dữ liệu bức xạ "Câu Đông_MN72" bằng cách ấn nút Save, tiếp tục ấn OK, Nhấn Có sau đó click OK
Bước 13: Trở lại giao diện chính, vào mục Preliminary Design Chọn Grid-Connected
(Hệ thống điện mặt trời hòa lưới)
Bước 14: Chọn Site and Meteo
Bước 15: Tại mục Site, chọn Site đã tạo ở phần 1, Sau đó nhấn chọn O
Bước 17: Thiết lập thông số
Để tối ưu hóa hiệu suất hệ thống, hãy nhấp vào "Show Optimisation" để xem chi tiết Thông qua đồ thị, bạn có thể phân tích ảnh hưởng của góc nghiêng và góc xoay dự kiến của giàn pin đến hiệu suất, được thể hiện qua thông số "Loss/opt" tính bằng phần trăm (%).
Bước 19: Khai báo các thông tin và bấm OK
Lắp trên giàn khung đặt gần sát mặt bằng lắp đặt Đặt trên giàn khung có cao độ lớn so với mặt bằng lắp đặt
Các loại tấm pin khác Công nghệ thin film
Công nghệ cell poly Công nghệ cell Mono
Mái ngói hoặc mái tôn
Mái bằng (mái bê tông)
Bước 21: Click vào biếu tượng này để xem lượng bức xạ theo phương ngang và bức xạ nhận được trên bề mặt các tấm pin
Bước 22: Click vào biểu tượng này để xem lượng điện phát ra từ hệ thống
Bước 23: Click vào biểu tượng này để xem thông số của hệ thống
Bước 24: Click vào biểu tượng này để tính toán về mức độ hoàn vốn của hệ thống
Bước 25: Bấm Save để lưu dự án
Bước 26: Chọn Print để xuất file báo cáo định dạng PDF
Bước 27: Chọn Save để xuất file báo cáo định dạng PDF
A: Chúng ta sẽ được bản báo cáo sơ bộ hệ thống hòa lưới
Tiếp theo, chúng ta sẽ đi tính toán chi tiết hệ thống hòa lưới trên phần mềm tính toán năng lượng mặt trời Pvsyst:
Bước 28: Ở giao diện chính chọn Project design, sau đó chọn Grid-Connected
Bước 29: Đặt tên tại phần File Name và Project's name Ở phần Site File chọn mục đã tạo ở phần 1
Bước 30: Tiếp theo, điền vào các trường thông số về hướng lắp đặt giàn pin bằng cách click vào "Orientation"
Bước 31: Điền các chỉ số của giàn pin
Bước 32: Tiếp theo chọn "System" để chỉnh sửa cấu hình tấm pin và inverter
Bước 33: Chọn hãng pin ở mục "Select the PV Module", chọn Inverter trong mục
Khi chọn inverter, cần xác định số lượng tấm pin và chia dãy phù hợp với công suất của inverter Lưu ý rằng hệ số quả tải "Pnom Ratio" không nên vượt quá 1.1% Sau khi hoàn tất thiết lập các thông tin, hãy nhấn OK.
Bước 36: Phần mềm yêu cầu save dữ liệu mô phỏng, chúng ta chọn “Yes” Điền tên vào mục “Description” sau đó chọn Save
Bước 37: Nhấp vào "Report" để xem dữ liệu báo cáo mô phỏng.
BÁO GIÁ
STT Tên SP Số Lượng Giá Thành Tiền
Qua quá trình học tập dưới sự hướng dẫn tận tình của cô Nguyễn Thanh Vân, giảng viên khoa Điện – Điện tử tại Đại Học Hàng Hải Việt Nam, chúng em đã có cái nhìn tổng quan về năng lượng sạch và sự phát triển nhanh chóng của nó Cô đã giúp chúng em tiếp cận với những công nghệ mới nhất trong lĩnh vực năng lượng tái tạo, mở ra cơ hội nghề nghiệp cho chúng em sau khi ra trường Trong quá trình giảng dạy, cô đã cung cấp những kiến thức cơ bản cần thiết, giúp chúng em tự thiết kế một mạng điện lưới năng lượng mặt trời nhỏ cho hộ gia đình.
Trong quá trình làm bài so ra thực rất có thể có những sai sót, rất mong được sự chỉ dẫn và góp ý từ cô
Chúng em xin chân thành cảm ơn!
Nhóm sinh viên thực hiện. Đào Xuân Chiến 82392 Đặng Như Chiến 82391 Đào Trọng Khoa 83567
Lê Mạnh Cường 82439 Thân Công Hải 82942