Mục tiêu và nhiệm vụ 1
Nghiên cứu ứng dụng năng lượng mặt trời (NLMT) kết hợp với truyền tải điện năng (TĐN) tại các vùng xa lưới điện, sử dụng phần mềm MATLAB – Simulink để tính toán và xác thực kết quả.
Đánh giá hệ thống điện kết hợp NLMT và TĐ nhỏ tại xã Trang tỉnh Gia Lai
Dò tìm điểm công suất cực đại của tấm pin NLMT trong hệ thống
Phương pháp nghiên cứu 2
Đọc các tài liệu nghiên cứu liên quan
Dùng phần mềm Matlap – Simulink để mô phỏng hệ thống
Giới hạn đề tài 2
Hệ thống điện hiện tại cung cấp năng lượng cho 6 làng với hơn 400 hộ dân, tổng công suất đạt 125kW, đồng thời phát công suất nhỏ hòa vào lưới điện.
Điểm mới của luận văn 2
Kết hợp Năng lượng mặt trời và Thủy điên nhỏ áp dụng tại xã Trang, huyện ĐăkĐoa, tỉnh Gia lai
6 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận văn
Đánh giá một hệ thống điện có trong thực tế
Khai thác năng lượng sạch và tái tạo không chỉ bảo vệ môi trường mà còn thúc đẩy phát triển bền vững, phù hợp với chiến lược của Chính phủ về nguồn năng lượng sạch Đồng thời, việc phát triển lưới điện thông minh và tích hợp các nguồn năng lượng mới là một phần quan trọng trong lộ trình của EVNCPC.
Công trình này nổi bật với việc khai thác năng lượng sạch thông qua công nghệ tiên tiến, trở thành địa điểm lý tưởng cho việc tham quan, học tập và nghiên cứu khoa học Đây là nơi lý tưởng cho học sinh, sinh viên và du khách quan tâm đến việc sử dụng năng lượng mặt trời kết hợp với thủy điện nhỏ.
Làm tài liệu tham khảo môn học năng lượng mặt trời và thủy điện
Phát công suất 125 kW cho hệ thống lưới điện phân phối 22 kV cho địa phương về ban ngày và 25kW của thủy điện nhỏ về ban đêm
8 Bố cục của luận văn
Chương 1: Tổng quan pin mặt trời kết hợp thủy điện nhỏ
Chương 2: Cơ sở lý thuyết
Chương 3: Giải thuật dò công suất cực đại pin mặt trời
Chương 4: Kết quả mô phỏng
Chương 5: Kết luận và hướng phát triển
TỔNG QUAN PIN MẶT TRỜI KẾT HỢP
1.1 Tình hình phát triển pin mặt trời kết hợp thủy điện nhỏ trong nước
Trong bối cảnh nhu cầu điện năng gia tăng và nguồn năng lượng truyền thống của Việt Nam đang cạn kiệt, việc phát triển các nguồn năng lượng mới và tái tạo như điện mặt trời và thủy điện trở thành một hướng đi cần thiết.
Trạm pin mặt trời tại xã Trang, huyện Đăk Đoa, tỉnh Gia Lai đã hoạt động hiệu quả từ khi đưa vào sử dụng, trở thành công trình duy nhất trong tỉnh, đóng vai trò quan trọng trong việc phát triển năng lượng sạch và bền vững Hệ thống này, được xây dựng và bàn giao cho Công ty Điện lực Gia Lai vào năm 1999, là kết quả của sự hợp tác giữa Viện Năng lượng Việt Nam và Tổ chức NEDO, với tổng giá trị đầu tư 2 triệu USD Công nghệ thu được từ dự án sẽ được mở rộng ra các tỉnh khác trong tương lai, với quy mô công suất 100 kW cho hệ thống pin mặt trời và 25 kW cho máy phát thủy điện nhỏ.
Bảng 1.1: Sản lượng điện tiêu thụ trong ngày của 6 Làng với hơn 400 hộ dân
Số TT Làng P max (kW) P min (kW) Sản lượng/ngày (kWh)
Công trình không chỉ đảm bảo cung cấp điện cho người dân mà còn mang lại nhiều lợi ích khác như sử dụng năng lượng tái tạo thân thiện với môi trường, ứng dụng công nghệ tự động điều khiển phục vụ nghiên cứu khoa học, và là địa điểm học tập thực tế cho sinh viên, kỹ sư chuyên ngành Khi mới lắp đặt, công trình hoạt động độc lập để cung cấp điện cho khu vực xã Trang, nơi chưa có lưới điện quốc gia.
Năm 2004, dự án cấp điện nông thôn với nguồn vốn từ Ngân hàng Thế giới (WB) đã kéo điện lưới đến gần Trạm pin mặt trời, cụ thể là Trạm biến áp GretBok-75kVA 22/0,4kV, chỉ cách Trạm pin mặt trời 80 mét Hệ thống lưới điện hạ thế đã được kết nối với lưới hạ thế của Trạm biến áp GretBok.
Hình 1.1: Trạm pin mặt trời ở xã Trang huyện ĐăkĐoa tỉnh Gia Lai
Bảng 1.2: Sản lượng điện trạm pin mặt trời xã Trang huyện ĐăkĐoa tỉnh Gia Lai
KÊNH GIAO ĐẦU KỲ CUỐI KỲ SẢN LƢỢNG (kWh)
Tổng BT CD TD Tổng BT CD TD Tổng BT CD TD
Bảng 1.3: Tình hình kinh doanh hệ thống trạm pin mặt trời xã Trang tỉnh Gia Lai
Số công nhân vận hành
1.2 Tình hình phát triển pin mặt trời trên thế giới
Nhiều quốc gia trên thế giới đang tích cực khai thác năng lượng mặt trời, dẫn đến sự gia tăng nhanh chóng trong tổng công suất điện năng Các quốc gia này đang chen chân vào các vị trí cao trong bảng xếp hạng, với những cái tên lọt vào top 5 và top 10 Bảng số liệu mới nhất được xếp hạng dựa trên tổng điện năng sản xuất từ công nghệ năng lượng mặt trời SPV (Solar Photovoltaic) tính đến cuối năm 2013.
Bảng 1.4: Sắp xếp 10 quốc gia có tổng công suất điện mặt trời lớn nhất thế giới
Tổng điện năng mặt trời (GWp)
Tỷ lệ điện năng mặt trời trong tổng điện năng quốc gia PV%
Thời gian cập nhật số liệu
Tổng top 10(Total of top 10) 112.4
Hình 1.2: Sự tăng trưởng tổng điện năng mặt trời từ năm 1995 – 2013
Từ hình 1.2, có thể thấy sự tăng trưởng ấn tượng của tổng sản lượng điện mặt trời từ năm 1995 đến 2013, đặc biệt là trong 5 năm gần đây với mức tăng gần 15 lần Đức tiếp tục dẫn đầu với tổng công suất điện mặt trời gấp 3 lần so với quốc gia đứng thứ 2 Theo bảng xếp hạng năm 2013, các quốc gia lớn như Đức, Ý, Trung Quốc, Nhật Bản và Mỹ đã lọt vào top 5, tất cả đều ghi nhận mức tăng trưởng đáng kể trong tổng sản lượng điện mặt trời.
So với năm 2010, lượng phát thải khí nhà kính toàn cầu đã tăng mạnh vào năm 2013, với nước Ý tăng 17 lần, Mỹ 7 lần, Trung Quốc 6 lần, Nhật Bản 4,5 lần và Đức 3,6 lần Biến đổi khí hậu ngày càng phức tạp và lượng khí thải ngày càng cao đã thúc đẩy nhiều quốc gia chuyển hướng sang phát triển năng lượng tái tạo, đặc biệt là điện mặt trời, nhằm thay thế nguồn nhiệt điện than và dầu đang cạn kiệt và gây ô nhiễm Trong bối cảnh toàn cầu, Việt Nam cũng cần có chính sách đầu tư phát triển ngành điện năng toàn diện, bao gồm cả việc phát triển thủy điện và năng lượng tái tạo, với trọng tâm là điện mặt trời.
Hình 1.3: Tình hình xây dựng nhà máy pin mặt trời từ năm 2001 - 2015
Hình 1.3 minh họa vai trò quan trọng của điện mặt trời trong ngành công nghiệp điện năng toàn cầu Tình hình quốc tế hiện nay đã thúc đẩy Việt Nam xây dựng chính sách đầu tư toàn diện cho sự phát triển ngành điện năng Ngoài việc phát triển nhiệt điện, việc thiết lập chính sách hợp lý cho năng lượng tái tạo, đặc biệt là thủy điện và điện mặt trời, là điều không thể thiếu.
1.3 Ƣu điểm của Trạm pin mặt trời kết hợp thủy điện nhỏ
Năng lượng mặt trời (NLMT) ở Việt Nam, đặc biệt tại các tỉnh Tây Nguyên, có tiềm năng phát triển lớn với số giờ nắng từ 2.000 – 2.600 giờ mỗi năm và cường độ bức xạ mặt trời trung bình từ 4,9 – 5,7 kWh/m²/ngày NLMT mang lại nhiều ưu điểm như sạch sẽ, chi phí nhiên liệu và bảo dưỡng thấp, đồng thời an toàn cho người sử dụng Việc thu giữ năng lượng mặt trời gần như không gây ảnh hưởng tiêu cực đến môi trường, góp phần giảm thiểu ô nhiễm.
Công nghệ tự động điều khiển cao đóng vai trò quan trọng trong nghiên cứu khoa học, tạo cơ hội cho sinh viên và kỹ sư chuyên ngành tiếp cận thực tế Đây là nền tảng cho việc phát triển năng lượng mới, nguồn năng lượng sạch và bền vững, góp phần vào nỗ lực chống biến đổi khí hậu Chính phủ Việt Nam đã ban hành Chiến lược phát triển năng lượng tái tạo đến năm 2030, với tầm nhìn đến năm 2050, bao gồm điện mặt trời Đáng chú ý, suất đầu tư cho điện mặt trời đang có xu hướng giảm, thúc đẩy sự phát triển của nguồn điện xanh trong tương lai.
1.4 Nhƣợc điểm của Trạm pin mặt trời kết hợp thủy điện nhỏ
Trạm pin mặt trời và thủy điện nhỏ (PV-MH) có công suất hạn chế và hoạt động không ổn định như điện lưới, dẫn đến sản lượng điện thu được không cao Hơn nữa, chi phí sửa chữa khi máy móc, thiết bị hư hỏng cũng rất lớn, gây khó khăn cho việc nhân rộng mô hình này Do đó, mặc dù năng lượng mặt trời có tiềm năng, nhưng việc áp dụng rộng rãi vẫn gặp nhiều thách thức.
Chi phí đầu tư cho năng lượng mặt trời rất cao do công nghệ và thiết bị sản xuất chủ yếu nhập khẩu, cùng với hiệu suất thiết bị còn thấp và ứng dụng thực tế hạn chế Mặc dù năng lượng mặt trời được xem là nguồn năng lượng sạch và rẻ, nhưng việc sử dụng thực tế gặp khó khăn do tính không ổn định và biến động theo thời tiết, khiến việc áp dụng ở quy mô công nghiệp trở nên khó khăn Hiện tại, mô hình năng lượng mặt trời tại Gia Lai chưa thể nhân rộng, với rào cản lớn nhất là suất đầu tư cao và thiếu cơ chế, chính sách hỗ trợ Trong bối cảnh nhu cầu sử dụng điện ngày càng tăng và tiềm năng thủy điện gần như đã khai thác hết, chuyển hướng sang phát triển năng lượng tái tạo, đặc biệt là điện mặt trời, là một lựa chọn hợp lý cho Việt Nam.
2.1 Giới thiệu về pin năng lƣợng mặt trời
Pin mặt trời, hay còn gọi là pin quang điện, là công nghệ chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành điện năng thông qua hiệu ứng quang điện Công nghệ này sử dụng các thiết bị bán dẫn chứa nhiều diod p-n, giúp tạo ra dòng điện khi tiếp xúc với ánh sáng mặt trời.
Hình 2.1: Sơ đồ hoạt động của pin mặt trời
2.2 Cấu tạo pin mặt trời