Xây dựng mô hình thí nghiệm năng lượng mặt trời hòa lưới trực tiếp 4

Microsoft Word Ð? ÁN T?T NGHI?P ÐI?N M?T TR?I HÒA LU?I KHÔNG LUU TR? 1 Khóa Luận Tốt Nghiệp GVHD Ths Nguyễn Hoài Phong 32 CHƯƠNG 4 MÔ HÌNH THÍ NGHIỆM NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI HÒA LƯỚI KHÔNG LƯU TRỮ SUOER 300W Trên thị trường năng lượng mặt trời hiện nay có rất nhiều nhà sản xuất Inverter, pin mặt trời và các thiết bị hỗ trợ khác, tùy vào nhu cầu sử dụng mà ta có thể chọn cho phù hợp với mục đích yêu cầu Với mô hình hòa lưới không lưu trữ, nhóm lựa chọn Inverter 300W của hãng SUOER 4 1 Giới thiệu thiế.

MẶT TRỜI HÒA LƯỚI KHÔNG LƯU TRỮ SUOER 300W

Trên thị trường năng lượng mặt trời hiện nay có rất nhiều nhà sản xuất Inverter, pin mặt trời và các thiết bị hỗ trợ khác, tùy vào nhu cầu sử dụng mà ta có thể chọn cho phù hợp với mục đích yêu cầu Với mô hình hòa lưới không lưu trữ, nhóm lựa chọn Inverter 300W của hãng SUOER

4.1 Giới thiệu thiết bị và thông số kĩ thuật trong mô hình

range of electric network MV) >90%

Panel năng lượng mặt trời

(panel solar energy) 50 hz ± 10%

4.1.2 Tấm pin năng lượng mặt trời

Công suất tiêu thụ: 0.2W

T5 + Bề mặt sản phẩm: Anot hoá màu trắng bạc

+ Kích thước và hình ảnh sản

phẩm: 20x20

– Đóng gói : 1 cái/ hộp – Màu trắng, tự động ngắt điện thế khi dòng phụ tải vượt – Xuất xứ : Malaysia

Ngoài ra còn có một số thiết bị dụng cụ hỗ trợ như: Dây dẫn, cáp dẫn dây, ốc vít, khoan, kìm, cờ lê, tua vít, nhựa silicon,

Giá thành vật tư cho mô hình

Bảng 4.4 Giá vật tư thiết bị cho mô hình thí nghiệm

4.2 Tính toán hoàn vốn cho mô hình hòa lưới không lưu trữ công suất 300W

Tại Tp Hồ Chí Minh, số giờ nắng trung bình một ngày là 5 giờ, vậy một ngày mô hình sản sinh ra công suất là:

P = Pin 5 µin

Trong đó:

P là công suất tạo ra

Pin là công suất của Inverter Suoer 300W

µin là hiệu suất của Inverter Suoer 300W = 87%

Như vậy hệ thống phát ra công suất trong một ngày là:

Quy định tại Quyết định 648/QĐ-BCT về điều chỉnh mức giá bán lẻ điện bình quân và quy định giá bán điện Theo đó, từ ngày 20/3/2019, mức giá bán lẻ điện bình quân là 1.864,44 đồng/kWh (chưa bao gồm thuế GTGT), tăng so với mức giá quy định tại Quyết định 4495/QĐ-BCT năm 2017 là 143,79 đồng/kWh

Như vậy chi phí sản xuất ra 1kWh điện năng lượng mặt trời hòa lưới không lưu trữ thấp hơn nhiều so với giá mua điện lưới quốc gia (674 đồng/kWh so với 1.864,44 đồng/kWh ) Thời gian thu hồi vốn hơn 6 năm nhưng nhìn tổng quan, ta có thể thấy, lợi ích lâu dài của hệ thống hòa lưới năng lượng mặt trời không lưu trữ, chi phí mua 1kWh thấp hơn nhiều so với mua điện lưới quốc gia Hệ thống thân thiện với môi trường, làm giảm nhiệt độ lên mái nhà Nhược điểm là hệ thống sẽ ngưng hoạt động khi mất điện lưới nhưng với những ưu điểm trên, rõ ràng hệ thống hòa lưới không lưu trữ rất có tiềm năng để đầu tư phát triển

4.3 Sơ đồ đấu nối mô hình hòa lưới inverter 300W

Hình 4.3 Sơ đồ đấu nối NLMT hòa lưới trực tiếp

Hình 4.4 Bản vẽ tổng thể mô hình

Các bước tiến hành đấu nối thí nghiệm

Cấp ngõ vào DC với mức điện áp MPPT (MPPT hay Maximum Power Point Tracking là thuật toán mà bộ charge controllers sử dụng để làm cho các tấm pin mặt trời kết nối vào nó hấp thụ tối đa năng lượng mặt trời) 30-40v đến Inverter Suoer 300W, ta mắc nối tiếp hai tấm PV có công suất dưới 300W (2x150W,6x50W…) Để mô hình nối lưới hoạt động, ta cần cấp vào inverter suoer 300w MPPT 30-40v, thì bộ hòa lưới đủ điện áp để hoạt động

Hình 4.5 Tấm pin trên bản vẽ Cad Kết nối các tấm pin mặt trời với nhau theo mạch nối tiếp được sử dụng để tăng tổng điện áp hệ thống Để nối dãy các tấm pin với nhau, chúng ta kết nối thiết bị đầu cuối dương với cực âm của mỗi tấm pin kế tiếp cho đến khi ta còn lại với một đầu dương và âm duy nhất

Trong trường hợp chúng ta muốn ghép các tấm pin có điện áp hoặc dòng điện không giống nhau thì sao?

Trường hợp 1, ghép các tấm pin nối tiếp khác nhau về điện áp nhưng có dòng định mức giống nhau

Trong phương pháp này, tất cả các tấm pin mặt trời đều khác nhau về mức công suất,

cụ thể là điện áp đầu ra khác nhau nhưng dòng định mức là giống nhau Khi đó tổng điện

áp được tạo ra sẽ là 21 volt ở mức 3.0 amps, tương đương với 63 Wp

Trường hợp 2, ghép các tấm pin nối tiếp khác nhau cả về dòng lẫn áp

Hình 4.6 Cách ghép nối các tấm pin Trong phương pháp này, tất cả các tấm pin mặt trời đều có các loại và mức công suất khác nhau Điện áp sẽ là tổng điện áp của các tấm pin, còn dòng điện sẽ bị giới hạn ở giá trị của tấm pin thấp nhất trong chuỗi, ở trường hợp này là 1 amp

Từ hai cực tấm PV nối tiếp ta nối đến ngõ vào CB LS C10

Sau đó, từ ngõ ra CB LS C10 ta cấp cực dương vào cầu chì bảo vệ và tiếp tục nối với ngõ dương đồng hồ DC, từ cực âm sau CB LS C10 ta cấp vào ngõ âm đồng hồ DC Đồng hồ DC model pzem 031, hiển thị 4 thông số điện áp dc, dòng điện dc, công suất cấp vào inverter, điện năng tạo ra trong đơn vị thời gian

Chú ý ngõ vào đồng hồ DC ta cần chú ý các cực của đồng hồ và tấm PV

Hình 4.7 Hình đồng hồ đo DC trong bản vẽ Cad

Hình 4.8 Đồng hồ đo điện một chiều

Từ ngõ ra đồng hồ DC, ngõ ra cực dương đồng hồ DC ta cấp vào cực dương Inverter Suoer 300W, ngõ ra cực âm đồng hồ DC cấp vào cực âm Inverter Suoer 300W

Hình 4.9 Cách đấu nối đồng hồ đo một chiều với bộ inverter

Ta cấp nguồn cho ngõ vào Inverter Suoer 300W, khi cấp nguồn vào bộ Inverter Suoer 300W sẽ có đèn led thông báo kết nối ngõ vào

Đèn led màu đỏ sẽ chớp tắt, thông báo đã có nguồn cấp vào Inverter Suoer 300W và sẵn sàng hoạt động

Ngõ ra Inverter ta cấp vào ngõ vào đồng hồ AC (Ngõ vào đồng hồ AC là nguồn xoay chiều nên ta chỉ cần cấp nguồn vào như thiết bị một pha xoay chiều thông thường)

Hình 4.10 Đồng hồ đo xoay chiều

Hình 4.11 Cách đấu nối đồng hồ điện xoay chiếu với bộ inverter Đồng hồ AC hiển thị 4 thông số, điện áp AC, dòng điện AC, công suất ngõ ra và điện năng sinh ra trong đơn vị thời gian

Từ một trong hai ngõ ra đồng hồ AC ta kết nối với cầu chì ống 10x38 dòng định mức 2A

Hình 4.12 Cầu chì Ngõ ra cầu chì ống ta kết nối với RCCB TAIAN-JAYA 2P 32A

Từ ngõ ra cầu chì bảo vệ và một ngõ ra còn lại của đồng hồ AC ta kết nối với ngõ vào RCCB TAIAN YAJA

Hình 4.13 RCCB TAIANYAJA Ngõ ra RCCB TAIAN-JAYA 2P 32A ta kết nối vào nguồn lưới 220V AC, 50Hz

Hình 4.14 Cách đấu nối đồng hồ điện xoay chiều với tải

Ta có thể kết nối Inverter Suoer 300W với đồng hồ của bộ Inverter Suoer 300W thông qua cáp nối

Khi đã đấu nối hết các thiết bị, ta tiến hành hòa lưới Bật công tắc on của bộ Inverter Suoer 300W, khi đèn led màu vàng của bộ Inverter Suoer 300W sáng thì mô hình đang hòa lưới

4.4 Tính toán lý thuyết với tấm pin 110W

Ảnh hưởng nhiệt độ và độ rọi đến công suất tấm pin

Công thức tổng quát ảnh hưởng của nhiệt độ và độ rọi đến công suất tấm pin:

P = Ppin [ 1 - ] Trong đó:

Ppin là công suất tấm pin

[ 1 - ] độ suy giảm trong một đơn vị nhiệt độ Nhiệt độ 25oC là điều kiện tiêu chuẩn cường độ chiếu sáng 1000W/m2; áp suất 1.5AM; nhiệt độ tấm pin mặt trời 25oC

Tpin là nhiệt độ trên tấm pin

Với:

Tpin t ( 47 oC - 20 oC )

.

t là nhiệt độ môi trường khảo sát

NOCT là 4 oC và 20oC

. là hệ số chuyển đổi độ rọi

E là độ rọi của mặt trời

4.4.1 Ảnh hưởng nhiệt độ đến công suất tấm pin

Thông thường, sản lượng điện mặt trời silicon giảm khoảng 0,4% với mỗi độ C (1,80F)

Hình 4.15 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu suất tấm pin Nhiệt độ đề cập đến nhiệt độ vật liệu thực tế chứ không phải nhiệt độ không khí Vì vậy vào một ngày nắng, không có gì bất thường thì một tấm pin mặt trời đạt tới 450C (1130F) Điều đó có nghĩa là một bảng điều khiển được đánh giá 200W ở 200C (680F) sẽ chỉ đưa ra 180W

4.4.2 Ảnh hưởng độ rọi đến công suất tấm pin

Cùng với nhiệt độ, độ rọi cũng là một trong những yếu tố quan trọng ảnh hưởng tới công suất của tấm pin, độ rọi càng cao, công suất tấm pin tăng lên

Hình 4.16 Lux kế

Để tăng độ rọi, cần lắp đặt tấm pin theo hướng, góc đúng tiêu chuẩn, sử lí bóng râm

và vệ sinh bảo trì tấm pin thường xuyên

4.4.3 Tính toán công suất dựa theo độ rọi và nhiệt độ

Ví dụ 1:

Tấm pin PV công suất 110W, nhiệt độ môi trường là 350C Với NOCT là 470C, nhiệt

độ không khí sử dụng là 200C, hệ số nhiệt của Pmax= -0.5%/K, thông số pin mặt trời ở STC (1kW/m2 , 250C, ATM 1 5) (STC là bộ tiêu chuẩn được thiết lập để kiểm tra các tấm pin, bao gồm nhiệt độ tại 250C ( 770F), cường độ bức xạ 1000W/mét vuông, áp suất 1.5 atm, hoặc tấm pin được chiếu sáng trực tiếp theo phương vuông góc từ tia sáng mặt trời ở độ cao 500m so với mực nước biển)

Như vậy nhiệt độ khi tấm pin làm việc đỉnh là:

T = 350C + (470C – 200C) . = 68.750C Vậy công suất Pmax của tấm pin 110W giảm xuống còn:

Pmax = 110 [1 – . (68.750C - 250C) = 85.93W Với hiệu suất inverter là 87% thì công suất ngõ ra là 85.93 0.87 = 80.4W

Ví dụ 2:

độ không khí sử dụng là 200C, hệ số nhiệt của Pmax= -0.5%/K, thông số pin mặt trời ở STC (1kW/m2 , 250C, ATM 1 5) (STC là bộ tiêu chuẩn được thiết lập để kiểm tra các tấm pin, bao gồm nhiệt độ tại 250C( 770F), cường độ bức xạ 1000W/mét vuông, áp suất 1.5 atm, hoặc tấm pin được chiếu sáng trực tiếp (theo phương vuông góc từ tia sáng mặt trời ở độ cao 500m so với mực nước biển)

Như vậy nhiệt độ khi tấm pin làm việc đỉnh là:

T = 270C + (470C – 200C) . = 43.750C

Vậy công suất Pmax của tấm pin 110W giảm xuống còn:

Pmax = 110 [1 – . (43.750C - 250C) = 92.4W

Với hiệu suất inverter là 85% thì công suất ngõ ra là 85.93 0.87 = 80.4W

Thời gian hoàn vốn và khảo sát thực tế :

Khảo sát bộ hòa lưới Inverter Suoer 300W tại thành phố Hồ Chí Minh có số giờ nắng trung bình là 5 kWh/ngày Hiệu suất Inverter là 87%, Ta có:

P = Pmh T µin

Trong đó:

P là công suất phát ra của mô hình trong thời gian tính toán

Pmh công suất của mô hình hòa lưới

T là thời gian có nắng tại khu vực lắp đặt

µin là hiệu suất của bộ Inverter Suoer 300W bằng 87%

Như vậy một ngày mô hình hòa lưới Inverter Suoer 300W tạo ra tổng công suất là:

Hình 4.18 Mô hình thí nghiệm thực tế

Hình 4.19 Chuẩn bị đo đạc thực tế

Hình 4.20 Các thông số đo đạc thực tế

Bảng khảo sát thời điểm mô hình hòa lưới Inverter Suoer 300W sử dụng PV 200W

Bảng 4.5 Ảnh hưởng của độ rọi đến công suất tấm pin

Thời gian lấy kết quả Độ rọi Công suất

ngõ vào

Công suất ngõ ra

Hình 4.21 Biểu đồ khảo sát mô hình hòa lưới Inverter suoer 300W sử dụng PV 200W Nhận xét:

Từ biểu đồ trên, ta có thể thấy khi độ rọi của mặt trời làm ảnh hưởng tới công suất ngõ vào Cụ thể khi độ rọi tăng lên cao làm công suất ngõ vào cũng tăng lên cao kéo theo công suất ngõ ra cũng tăng theo Khi độ rọi của mặt trời giảm làm công suất ngõ vào cũng giảm xuống, làm cho công suất ngõ ra cũng giảm xuống Như vậy, độ rọi mặt trời có vai trò rất lớn đến công suất của tấm pin nói riêng và công suất của hệ thống nói chung

608 599

698 691

775 74.9 78.4

Công Suất

Độ Rọi

Thời gian

4.6 Mẫu báo cáo thí nghiệm

Tp.HCM,Ngày…Tháng…Năm

20…

Bài thí nghiệm số :

TÊN BÀI THÍ NGHIỆM: MÔ HÌNH THÍ NGHIỆM

NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI HÒA LƯỚI TRỰC TIẾP

 Tìm hiểu tổng quan về hệ thống điện năng lượng mặt trời hòa lưới

 Phân tích nguyên lý hoạt động bộ điều khiển năng lượng mặt trời hòa lưới

 Xây dựng bài thí nghiệm năng lượng điện mặt trời hòa lưới

 Tính toán được các bài toán thí nghiệm và chi phí hoàn vốn

B MÔ HÌNH THÍ NGHIỆM :

Bộ Inverter hòa lưới, điện 1 chiều sẽ được chuyển hóa thành điện xoay chiều Nguồn điện xoay chiều này có cùng pha và cùng tần số với điện quốc gia Điện sẽ được cung cấp cho tải Khi cần dùng điện bạn lấy điện qua tải Nếu nhu cầu dùng điện của bạn thấp hơn nhu cầu điện sản xuất ra thì lượng điện dư sẽ hòa vào lưới điện quốc gia

Mô hình thí nghiệm

C THÔNG SỐ KỸ THUẬT THIẾT BỊ:

1 Tấm pin mặt trời

Pin năng lượng mặt trời: là một tế bào quang điện (cell) có khả năng biến đổi

quang năng thành điện năng Pin mặt trời được cấu tạo bằng các tế bào quang điện (cells)

đơn tinh thể (monocrystalline) và đa tinh thể (polycrystalline) có hiệu suất cao (15% - 18%),

công suất từ 5Wp đến 300Wp và có tuổi thọ trung bình 30 năm

Thông số tấm pin năng lượng mặt trời 150W-dòng poly-si:

Điện áp hệ thống tối đa (Max System

Công suất của pin MT(Maximum power) Pmax

Điện áp hở mạch (Open-circuit voltage) Voc

Dòng hở mạch (Short-circuit current) (Isc)

Điện áp danh định (Optimum operating

sử dụng

GTI-H300B

Panel năng lượng mặt trời (Solar panel) Vmp Voc

Phạm vi điện áp MPPT (MPPT Voltage Range) V

AC Phạm vi điện áp (AC Range Voltage) V

Volatge dải tần số của MV mạng điện (Voltage

Frequency Range of MV Electric Network) Hz

Hệ số công suất (Power factor)

Hiệu quả MPPT (Effective MPPT)

Tổng méo hài (TDH) (Total harmonic distortion

(TDH)/) Giai đoạn chuyển đổi (Conversion phase)

Hiệu suất chuyển đổi (Conversion performance)

Hiệu quả tối đa (Maximum efficiency)

3 ĐỒNG HỒ ĐO:

Đồng hồ AC PZEM 021

Đồng Hồ Đo Điện AC Đa Năng 20A-PZEM-021 được sử dụng để đo và theo dõi gần như hoàn toàn các thông số về điện năng AC của mạch điện như điện áp hoạt động, dòng tiêu thụ, công suất và năng lượng tiêu thụ

Điện áp làm việc (Working voltage)

Kiểm tra điện áp (Voltage test) Công suất định mức (Rated power) Tần số hoạt động (Operation frequency)

Sai số (error)

Đồng hồ DC PZEM 031

Đồng Hồ Đo Điện DC PZEM 031 được sử dụng để đo và theo dõi gần như hoàn toàn các thông số về điện năng DC của mạch điện như điện áp hoạt động, dòng tiêu thụ, công suất và năng lượng tiêu thụ

Kiểm tra điện áp (Voltage test) Dòng định mức (Maximum current)

Tần số hoạt động(Operation frequency)

1 lux = 1 lumen/m2

Ngoài ra, cần chuẩn bị thêm các dụng cụ như: tua vít, kiềm, ampe kiềm, VOM, băng keo đen,

D SƠ ĐỒ ĐẤU NỐI:

1.sơ đồ đấu nối:

2.Các bước tiến hành thí nghiệm:

Bước 1: Tiến hành kết nối các tấm PV mắc nối tiếp với thiết bị bảo vệ

Khi mắc nối tiếp hai tấm PV với nhau, dùng hai cực của PV nối tiếp kết nối với ngõ vào số _ và số _ của CB LS C10 Ngõ ra cực dương sau CB LS C10 ta kết nối vào chân số _của cầu chì bảo vệ

Bước 2: Kết nối với ngõ vào đồng hồ DC

Từ ngõ ra cực âm CB LS C10 số _ ta kết nối với cực âm ngõ vào số _của đồng hồ DC

Từ ngõ ra của cầu chì số _ta kết nối với cực dương số _của đồng hồ DC

Bước 3: Cấp nguồn DC cho ngõ vào DC Inverter Suoer 300W

Từ ngõ ra dương của đồng hồ DC số _ta kết nối với chân số _của cực dương Inverter Suoer 300W

Từ ngõ ra cực âm đồng hồ DC số _ta kết nối với ngõ vào âm số _của Inverter Suoer 300W

Bước 4: Từ nguồn ra xoay chiều Inverter Suoer 300W, ta kết nối vào đồng hồ đo

AC

Ngõ ra xoay chiều AC của Inverter Suoer 300W ta kết nối với ngõ vào số _và số _ đồng

hồ AC như thiết bị một pha xoay chiều thông thường

Ngõ ra xoay chiều của đồng hồ AC số _ta kết nối với ngõ vào số _của cầu chì bảo vệ

Từ ngõ ra số _của đồng hồ AC và ngõ ra cầu chì số _ta kết nối với ngõ vào số _và số _ của RCCB TAIAN YAJA Ngõ ra của RCCB TAIAN YAJA số _và số _ta kết nối với lưới điện quốc gia 220VAC, tần số 50Hz

Bước 5: Thực hiện các biện pháp an toàn đóng cắt

Khi có nguồn lưới 220VAC, tần số 50Hz đèn báo màu vàng của Inverter Suoer 300W sẽ hoạt động, mô hình đã hòa lưới

Bước 6: Tiến hành thí nghiệm và ghi nhận số liệu

intensity)

( Lux)

Công suất tấm pin(Power solar panels)

(Pin)

Dòng tấm pin (Curent solars panels)

(A)

Điện áp tấm pin (Voltage solars panels)

(V)

Công suất inverter (Power inverter)

(Pinverter)

Dòng điện AC (Current AC) (A)

Điện áp

AC (Voltage AC)

(V)

2.Theo kết quả đo được ta vẽ đặt tuyến cường độ ánh sáng (Lux) với công suất ngõ vào của tấm pin (Pin) và công suất của inverter (Pinverter)