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

Microsoft Word Ð? ÁN T?T NGHI?P ÐI?N M?T TR?I HÒA LU?I KHÔNG LUU TR? 1 KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI XÂY DỰNG MÔ HÌNH THÍ NGHIỆM NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI HÒA 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, 062019 Khóa Luận Tốt Nghiệp GVHD Ths Nguyễn Hoài Phong i TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP HCM KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN PHIẾU GIAO NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NG.

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

ĐỀ TÀI XÂY DỰNG MÔ HÌNH THÍ NGHIỆM NĂNG LƯỢNG

MẶT TRỜI HÒA LƯỚI TRỰC TIẾP

TP HCM, 06/2019

i

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP HCM

KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN

PHIẾU GIAO NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

(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

XÂY DỰNG 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

Thiết kế thi công mô hình hệ thống điện năng lượng mặt trời hòa lưới

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

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 hòa lưới

Thiết kế, tính toán chi phí tạo ra 1kWh điện hệ thống hòa lưới năng lượng mặt trời không lưu trữ

Mô hình hệ thống điện năng lượng mặt trời hòa lưới

Hướng dẫn thực hành thí nghiệm năng lượng mặt trời hòa lưới

Sinh viên

Trưởng bộ môn

ii

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

iii

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

iv

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 

v

CHƯƠNG 2: BỘ ĐIỀU KHIỂN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI HÒA LƯỚI KHÔNG

LƯU TRỮ 21 

2.1 Nguyên lí hoạt động 21 

2.1.1 Bộ hòa lưới có lưu trữ 21 

2.1.3 Bộ hòa lưới không 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 hòa lưới không lưu trữ Suoer 300W 24 

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI HÒA LƯỚI KHÔNG LƯU TRỮ 27 

3.1 Đặt vấn đề thiết kế một hệ thống NLMT cho một hộ gia đình 27 

3.1.1 Tính toán công 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 công suất 100W 29 

3.1.3 Sơ đồ đấu nối 30 

3.2 Tính toán chi phí tạo ra 1kWh 30 

3.3 Đánh giá tiềm năng của hệ thống 31 

CHƯƠNG 4: MÔ HÌNH THÍ NGHIỆM NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI HÒA LƯỚI KHÔNG LƯU TRỮ SUOER 300W 32 

4.1 Giới thiệu thiết bị và thông số kĩ thuật trong mô hình 32 

4.1.1 Bộ inverter Suoer 300W 32 

4.1.2 Tấm pin năng lượng mặt trời 33 

4.2 Tính toán hoàn vốn cho mô hình hòa lưới không lưu trữ công suất 300W 37 

4.3 Sơ đồ đấu nối mô hình hòa lưới inverter 300W 38 

4.4 Tính toán lý thuyết với tấm pin 110W 45 

4.4.1 Ảnh hưởng nhiệt độ đến công suất tấm pin 46 

vi

4.4.2 Ảnh hưởng độ rọi đến công suất tấm pin 46 

4.4.3 Tính toán 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 

vii

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 lòng hồ Đa Mi 12 

Hình 1.12 Hệ thống PV độc lập 12 

Hình 1.13 Hệ thống PV hybrid 14 

Hình 1.14 Mô hình hệ thống PV nối lưới không lưu trữ 16 

Hình 2.1 Bộ hòa lưới có lưu trữ 21 

Hình 2.2 Bộ hòa lưới không có lưu trữ 22 

Hình 2.3 Công ty Firt Solar Củ Chi 23 

Hình 2.4 Công ty HT Solar Hải Phòng 24 

Hình 2.5 Công ty Vina Solar Lào Cai 24 

Hình 2.6 Bộ hòa lưới điện không 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 không lưu trữ cho hộ gia đình 30 

Hình 4.1 Bộ inverter suoer 300w 32 

viii

33 

Hình 4.2 Tấm pin mặt trời 33 

Hình 4.3 Sơ đồ đấu nối NLMT hòa lưới trực tiếp 38 

Hình 4.4 Bản vẽ tổng thể mô 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 mô hình hòa lưới 49 

Hình 4.18 Mô hình thí nghiệm thực tế 49 

Hình 4.19 Chuẩn bị đo đạc thực tế 50 

Hình 4.20 Các thông số đo đạc thực tế 50 

Hình 4.21 Biểu đồ khảo sát mô hình hòa lưới Inverter suoer 300W sử dụng PV 200W 52 

ix

DANH SÁCH CÁC BẢNG

Bảng 3.1 Công 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 mô hình thí nghiệm 34 

Bảng 4.4 Giá vật tư thiết bị cho mô hình thí nghiệm 36 

Bảng 4.5 Ảnh hưởng của độ rọi đến công suất tấm pin 51 

ATM

CIGS (gallium selenide indi) Những chất rất quý hiếm và đắt tiền CdTe (cadmium telluride) Những chất rất quý hiếm và đắt tiền

1

LỜI MỞ ĐẦU

Ngành công nghiệp điện thế giới hiện nay chủ yếu dựa trên công 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, không 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,… Công nghệ điện hạt nhân không an toàn 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 đòi 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 thông qua tính toán, khảo sát và thiết kế mô hình hòa lưới trực tiếp nhằm đưa ra được phương án sử dụng hiệu quả nhất cho nguồn năng lượng mặt trời hiện nay

2

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 dòng sông,… 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 công trình ngoài khơi, …) Năng lượng mặt trời có thể nói là vô 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 mô 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

3

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

Hình 1.3 Khai thác năng lượng thủy triều

5

1.1.4 Năng lượng gió

Năng lượng gió là động năng của không 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

6

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 công 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

7

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 công 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

8

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 toàn 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 ô nhiễm môi 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 thông qua việc áp dụng công cụ phân tích không gian GIS (Geographical Information System); đánh giá, phân tích khả năng khai thác và sử dụng nguồn năng lượng mặt trời đáp