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 Việc khai thác điện mặt trời không gây hại cho môi trường và mang lại nhiều lợi ích khác nhau.
Pin mặt trời chủ yếu được cấu tạo từ silic tinh khiết, với nhiều cảm biến ánh sáng dạng điốt quang trên bề mặt, 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 vật liệu nhựa ở phía sau Tất cả được đóng gói chân không qua lớp nhựa polymer trong suốt nhằm tối ưu hóa hiệu suất.
Ưu điểm
Nguồn năng lượng tái tạo
Năng lượng mặt trời là nguồn năng lượng tái tạo, khác biệt hoàn toàn so với các nhiên liệu hóa thạch như than, khí đốt và dầu mỏ, vốn là những nguồn không thể phục hồi Năng lượng này có thể được khai thác ở mọi nơi trên thế giới và luôn có sẵn mỗi ngày Theo NASA, ánh sáng mặt trời sẽ tiếp tục cung cấp năng lượng cho chúng ta trong khoảng 6,5 tỷ năm nữa, cho thấy tiềm năng bền vững của điện mặt trời, đồng thời góp phần bảo vệ môi trường.
Trong cuộc chiến bảo vệ môi trường, năng lượng mặt trời nổi bật như một giải pháp tiềm năng để chống lại sự nóng lên toàn cầu Năng lượng này có khả năng thay thế một phần năng lượng từ các nguồn nhiên liệu hóa thạch Đặc biệt, trong quá trình sản xuất, lắp đặt và vận hành hệ thống điện năng lượng mặt trời, không phát sinh khí thải độc hại vào khí quyển.
Giảm hóa đơn tiền điện
Hệ thống điện năng lượng mặt trời không chỉ giúp đáp ứng nhu cầu năng lượng của bạn mà còn giảm hóa đơn tiền điện Bên cạnh việc tiết kiệm chi phí, bạn còn có cơ hội kiếm lời từ nguồn năng lượng dư thừa bằng cách bán lại cho EVN.
Tăng giá trị và thẩm mỹ cho công trình
Lắp đặt hệ thống điện năng lượng mặt trời không chỉ nâng cao giá trị 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 được trang bị hệ thống điện năng lượng mặt trời có giá trị cao hơn đáng kể so với chi phí đầu tư ban đầu.
Hiệu quả cao chi phí bảo trì thấp
Hệ thống điện năng lượng mặt trời mang lại lợi ích tiết kiệm chi phí đáng kể cho các hộ gia đình và doanh nghiệp 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 lâu dài.
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 hứa hẹn sẽ nâng cao công suất của các tấm pin năng lượng mặt trời, có khả năng tăng gấp nhiều lần so với hiện tại.
Nhược điểm
Các tấm pin năng lượng mặt trời hoạt động hiệu quả khi có ánh sáng mặt trời, nhưng vào những ngày nhiều mây, mưa hoặc ban đêm, sản lượng điện sẽ giảm đáng kể Dù vậy, năng lượng điện mặt trời vẫn được coi là giải pháp năng lượng ưu việt hơn so với năng lượng gió.
Sử dụng nhiều diện tích không gian
Để sản xuất điện hiệu quả, cần lắp đặt nhiều tấm pin mặt trời, vì lượng ánh sáng mặt trời thu thập càng lớn thì hệ thống sẽ tạo ra càng nhiều điện.
Các tấm pin mặt trời cần nhiều không gian, và không phải mái nhà nào cũng đủ lớn để lắp đặt số lượng pin mong muốn Điều này dẫn đến việc bạn phải lắp thêm pin ở sân vườn hoặc các khu vực trống khác.
Với sự phát triển không ngừng của ngành năng lượng tái tạo, công nghệ điện năng tái tạo, đặc biệt là năng lượng mặt trời, sẽ ngày càng hiện đại và hiệu quả hơn trong tương lai gần Điều này hứa hẹn sẽ giải quyết những nhược điểm hiện tại, như không gian lắp đặt hạn chế và ảnh hưởng của thời tiết, từ đó cải thiện khả năng ứng dụng của năng lượng mặt trời.
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 một trong ba loại điện mặt trời, lý tưởng cho những khu vực xa nguồn điện lưới quốc gia, nơi khó kéo điện công cộng, hoặc cho các hộ gia đình, doanh nghiệp muốn tiết kiệm chi phí và không phụ thuộc vào nguồn điện chung Mặc dù có nhiều ưu điểm, hệ thống này cũng gặp phải nhược điểm về giá thành, với chi phí đầu tư ban đầu cao và hiệu suất chuyển đổi điện thấp do sự tiêu hao lớn giữa chu trình phóng và nạp của ắc quy.
Hệ thống điện mặt trời độc lập được lắp đặt trên mái nhà, hấp thụ ánh nắng mặt trời để tạo ra điện sạch mà không cần kết nối với lưới điện công cộng Hệ thống này bao gồm các tấm pin năng lượng mặt trời sản xuất điện một chiều (DC), sau đó điện này được chuyển qua điều khiển sạc năng lượng mặt trời để nạp vào ắc quy Điện từ ắc quy có thể cung cấp trực tiếp cho các thiết bị DC hoặc qua bộ chuyển đổi để cung cấp cho thiết bị AC.
Hệ thống điện năng lượng mặt trời hòa lưới với bình ắc quy là một giải pháp tối ưu cho việc lưu trữ điện Hệ thống này hoạt động bằng cách ưu tiên nạp điện vào bình ắc quy trước, trong khi các thiết bị khác sẽ sử dụng điện từ lưới Khi bình ắc quy đầy, điện sẽ được chuyển qua bộ kích điện hòa lưới và tiếp tục như một hệ thống hòa lưới thông thường Khi mất điện lưới, bộ kích điện sẽ sử dụng điện từ bình ắc quy để cung cấp cho các thiết bị Khi lưới điện trở lại và bình ắc quy được nạp đầy, hệ thống sẽ 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 các khu vực thường xuyên mất điện.
Hệ thống điện năng lượng mặt trời hòa lưới là lựa chọn tối ưu cho người sử dụng nhờ vào hiệu quả tiết kiệm năng lượng cao và không cần đầu tư chi phí ban đầu cho hệ thống ắc quy Bên cạnh đó, chi phí bảo trì và bảo dưỡng thấp cùng với hiệu quả kinh tế vượt trội đã khiến loại hệ thống này trở nên phổ biến và được ưa chuộng hơn cả.
Hệ thống năng lượng mặt trời lắp đặt trên mái nhà hấp thu ánh sáng mặt trời để sản xuất 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 đổi thành điện xoay chiều (AC) cùng pha và tần số với lưới điện Dòng điện AC được truyền đến tủ điện để cấp cho thiết bị, và nếu sản lượng điện mặt trời vượt quá nhu cầu, điện dư sẽ được đưa lên lưới Ngược lại, khi không đủ điện, hệ thống sẽ lấy thêm từ lưới để đảm bảo cung cấp liên tục cho các thiết bị.
Sản phẩm này khác biệt so với các hệ thống khác bởi không sử dụng bình ắc quy, mà chỉ bao gồm ba thành phần chính: tấm pin năng lượng mặt trời, bộ hòa lưới và đồng hồ điện Hệ thống hoạt động song song với lưới điện, giúp duy trì tính ổn định của hệ thống mà không bị ảnh hưởng.
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 đóng vai trò quan trọng trong việc kết nối ngõ ra AC của inverter với lưới điện, thường được thực hiện tại điểm hòa lưới Điểm hòa lưới này thường là tủ điện phân phối chính của ngôi nhà, giúp đảm bảo sự ổn định và an toàn cho hệ thống điện.
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
Hiệu quả tiết kiệm năng lượng Đầu tư giá cả
Bộ điều khiển Bình ắc quy Ít nhất
Bị hạn chế công suất tiêu thụ điện do lưu trữ vào bình ắc quy
Do có bình ắc quy nên giá gấp
Bộ hòa lưới Đồng hồ điện
Không sử dụng ắc quy, cung cấp tối đa năng lượng
Bộ hòa lưới Đồng hồ điện Bình ắc quy
Do dư trư vao ắc quy nên bi giam công suât
Chi phí cao nhất do kết hợp 2 hệ thống còn lại
Giới hạn tải tiêu thụ
Do nguôn điên bi han chê vê công suât va ắc quy Thấp
Không giới hạn tải tiêu thụ
Sư dung tôi ưu nguôn năng lương
Không giới hạn tải tiêu thụ
Do ắc quy co gia thanh cao
Khu vưc co điên lươi tương đôi ôn đinh
Gân như bằng không
Vận hành song song với lưới điện, không anh hương đên sư ôn đinh cua hê ̣thông.
Thich hơp cho vung thương xuyên mât điên
Tuôi tho Ắc quy chi tư 3-5 năm
Vận hành song song với lưới điện, không anh hương đên sư ôn đinh cua hê ̣thông.
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: 8,9 0,4 = 22,25 (tấm pin)
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, I SC = 10,31A, V OC = 49,7V, Impp 9,85A, Vmpp = 40,6V
Kiểm tra điện áp tối đa của hệ thống: Voc-pv < Vdcmax-inv
Như vậy hệ thống thỏa mãn điều kiện điện áp tối đa
Kiểm tra dòng điện tối đa cho phép cửa vào
Inverter: Isc < Imax-input-inv
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 I max = 15A.
Suy ra: F = Imax = 15 =4,84 mm 2 kt Jkt 3,1
Tối thiểu chọn dây có tiết diện ta chọn dây
10mm 2 Tính dây dẫn bằằ̀ng 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 = U out-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
%81n-DC-FEEO-800VDC-v%C3%A0-1000VDC-i.86755573.4436815893 Chọn thiết bị chống sét AC
+ Điện áp = U out-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 Chất liệu: Nhôm AL6005-T5
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
BI 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 Import
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
Bước 18: Nhấn vào Show Optimisation để xem chi tiết Đồ thị sẽ giúp bạn hiểu cách góc nghiêng và góc xoay của giàn pin ảnh hưởng đến hiệu suất hệ thống thông qua thông số "Loss/opt" tính bằng % Sau đó, hãy nhấn Next.
Các loại tấm pin khác
Mái bằằ̀ng (mái bê tông)
Mái ngói hoặc mái tôn
Công nghệ thin film Đặt trên giàn khung có cao độ lớn so với mặt bằằ̀ng lắp đặt
Lắp trên giàn khung đặt gần sát mặt bằằ̀ng lắp đặt Lắp áp sát mái
Bướ c 19: Kha i báo các thôn g tin và bấm OK
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 hìì̀nh tấm pin và inverter
Bước 33: Chọn hãng pin ở mục "Select the PV Module", chọn Inverter trong mục
Khi lựa 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 đã thiết lập tất cả thông tin cần thiết, hãy nhấn OK để hoàn tất.
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
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 giới thiệu những công nghệ mới nhất, giúp chúng em tiếp cận và hiểu rõ hơn về lĩnh vực này, mở ra cơ hội nghề nghiệp sau khi ra trường Trong quá trình giảng dạy, cô đã cung cấp những kiến thức cơ bản, giúp chúng em có khả năng 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 Đặng Như Chiến Đào Trọng Khoa
Lê Mạnh Cường Thân Công Hải
BÁO GIÁ
Qua quá trình học tập dưới sự hướng dẫn tận tình của cô Nguyễn Thanh Vân, giảng viên khoa Điện – Điện tử trường 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 cập nhật cho chúng em những công nghệ mới nhất, giúp chúng em làm quen với ngành nghề tiềm năng này Trong quá trình giảng dạy, cô đã cung cấp những kiến thức căn bản cần thiết, giúp chúng em có khả năng 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 Đặng Như Chiến Đào Trọng Khoa
Lê Mạnh Cường Thân Công Hải