Giới thiệu điện mặt trời Năng lượng mặt trời của Việt Nam thuộc nhóm ngành năng lượng mới nổi, được kết hợp với phát triển năng lượng tái tạo chung của thế giới và sự ra đời của khoa họ
Trang 1ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN
HỆ THỐNG NĂNG LƯỢNG XANH – EE3131
Đề tài: THIẾT KẾ HỆ ĐIỆN MẶT TRỜI ÁP MÁI HÒA LƯỚI TẠI
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
GVHD: Trần Công Binh Học kỳ: 212 – Lớp: L01 – Nhóm: L01.01
Sinh viên thực hiện:
TP.HCM, THÁNG 4 NĂM 2022
Trang 2MỤC LỤC
1 Điện mặt trời áp mái hoà lưới 2
1.1 Giới thiệu điện mặt trời 2
1.2 Giới thiệu điện mặt trời áp mái hoà lưới 2
1.3 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hệ điện mặt trời hoà lưới 4
2 Đề bài và thông số lựa chọn 6
2.1 Vị trí lắp đặt hệ điện mặt trời áp mái hoà lưới 6
2.2 Lựa chọn tấm pin mặt trời 7
2.3 Lựa chọn bộ INVERTER 7
3 Thiết kế hệ thống 9
3.1 Thông số tấm pin ở nhiệt độ môi trường 9
3.2 Số lượng tấm pin của hệ thống 9
3.3 Thông số bộ INVERTER ở mỗi string 10
4 Tổng kết 12
Trang 31 Điện mặt trời áp mái hoà lưới
1.1 Giới thiệu điện mặt trời
Năng lượng mặt trời của Việt Nam thuộc nhóm ngành năng lượng mới nổi, được kết hợp với phát triển năng lượng tái tạo chung của thế giới và sự ra đời của khoa học công nghệ, đồng thời đáp ứng nhu cầu phát triển năng lượng Các nhà máy thủy điện nhỏ được phát triển hoàn thiện không được đảm bảo lợi ích so với những thiệt hại về môi trường mà chúng gây
ra Mặt khác, do nằm gần đường xích đạo, cũng như các vùng khô hạn và nhiều nắng như các tỉnh miền Trung và miền Nam nên Việt Nam có tiềm năng lớn về năng lượng mặt trời và năng lượng gió Vì vậy, Chính phủ Việt Nam khuyến khích phát triển năng lượng mặt trời và năng lượng gió, thể hiện tại Quyết định số 2068 / QĐ-TTg của Thủ tướng Chính phủ ngày 25/11/2015 phê duyệt chiến lược phát triển năng lượng tái tạo Tầm nhìn của Việt Nam về phát điện từ năm 2030 đến năm 2050, đảm bảo phát triển các nguồn điện đồng thời dừng các
dự án điện hạt nhân và giảm các nhà máy nhiệt điện sử dụng nhiên liệu hóa thạch
Các ưu đãi đầu tư xây dựng nhà máy điện và giá bán điện của Tập đoàn Điện lực Việt Nam đã thu hút sự quan tâm của các nhà đầu tư trong và ngoài nước Vì vậy, mặc dù chỉ từ năm 2015 việc xây dựng các nhà máy điện mặt trời mới bắt đầu, đến giữa năm 2019, đã có vài trăm dự án với công suất lắp đặt từ 20 đến 250 MW đã hoàn thành hoặc sắp hoàn thành Theo EVN, tính đến ngày 30/5/2019, 47 dự án quang điện với tổng công suất 2.300 MW đã được hòa vào lưới điện quốc gia Nhược điểm của năng lượng mặt trời là chỉ sản xuất điện khi có ánh sáng mặt trời và công suất phát ra thay đổi liên tục theo mức độ ánh sáng Các khu vực thuận lợi cho việc đặt nhà máy cũng thường xa khu vực tiêu thụ Điều này giúp cho lưới điện có thể tổ chức truyền tải điện năng và có kế hoạch điều khiển nguồn thích hợp để cung cấp năng lượng cho các phụ tải mà nó tiêu thụ
1.2 Giới thiệu điện mặt trời áp mái hoà lưới
Hệ thống điện mặt trời hòa lưới (nối lưới) là hệ thống hoạt động kết hợp giữa hệ thống điện năng lượng mặt trời và hệ thống điện lưới quốc gia Không giống như điện mặt trời độc lập, năng lượng từ hệ thống điện năng lượng mặt trời sẽ ưu tiên sử dụng trước hệ thống điệ
n lưới quốc gia Hệ thống điện mặt trời hòa lưới gồm 2 loại:
Trang 4• Hệ thống điện mặt trời hòa lưới không lưu trữ
• Hệ thống điện mặt trời hòa lưới có lưu trữ
Mỗi một loại sẽ có ưu điểm riêng, phù hợp với những mục đích sử điện mặt trời khác n hau Quý khách hàng có thể chọn được cho mình giải pháp phù hợp nhất với nhu cầu của mì
nh Điện năng lượng mặt trời đảm bảo ổn định, tiết kiệm chi phí và tối ưu hóa đầu tư cho nh
u cầu của khách hàng
Hệ thống điện mặt trời hòa lưới là hình thức lắp đặt phổ biến hiện nay, đặc biệt sau khi
có cơ chế khuyến khích phát triển điện mặt trời tại Việt Nam tại Quyết định số 13/2020/QĐ-TTg ngày 06/04/2020 Việc lắp đặt hệ thống điện mặt trời hòa lưới có các thuận lợi như sau: Chi phí đầu tư ban đầu thấp nhất (so với các hình thức khác lắp đặt khác); không sử dụng pin lưu trữ hoặc ắc quy nên tuổi thọ hệ thống được lâu hơn và chi phí vận hành, bảo dưỡng thấp; tiết kiệm tối đa chi phí sử dụng điện hàng tháng; bán điện thừa cho Điện lực thông qua công
tơ 2 chiều với giá bán ưu đãi; hỗ trợ Điện lực trong việc giảm truyền tải điện Tuy nhiên, khi
bị mất điện lưới thì hệ thống điện mặt trời sẽ ngắt, phụ tải sẽ không còn điện để sử dụng Do vậy, hệ thống này phù hợp với các khách hàng đang sử dụng điện từ lưới điện của Điện lực
Hình 1: Hệ thống điện mặt trời áp mái hoà lưới không lưu trữ
Ưu điểm của hệ thống hoà lưới không lưu trữ
• Khai thác điện năng hiệu quả nhất
• Bền vững, lâu dài tuổi thọ của hệ thống trên 30 năm
Trang 5• Ứng dụng rộng rãi cho mọi nơi
• Không sử dụng bình acquy
• Việc lắp đặt và sử dụng đơn giản, chi phí bảo trì bảo dưỡng thấp
• Thời gian thu hồi vốn được rút ngắn tối đa
1.3 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hệ điện mặt trời hoà lưới
Hệ thống điện năng lượng mặt trời hòa lưới là hệ thống điện mặt trời đấu nối với lưới điện của Điện lực
Cấu tạo cơ bản của hệ thống điện mặt trời hòa lưới gồm các thành phần cơ bản sau:
• Tấm pin năng lượng mặt trời;
• Biến tần hòa lưới (inverter);
• Công tơ 2 chiều
Hình 2: Sơ đồ cấu tạo hệ thống hoà lưới không lưu trữ
Trang 6Nguyên lý hoạt động:
Năng lượng mặt trời được hấp thụ trực tiếp bởi tấm pin mặt trời tạo ra dòng điện một chiều Sau đó thông qua bộ chuyển đổi nối lưới (bộ nghịch lưu DC / AC) Dòng điện được biến đổi thành dòng điện xoay chiều có cùng pha, tần số và biên độ với lưới điện quốc gia
Hệ thống sẽ được hòa vào lưới điện quốc gia để cung cấp điện cho các thiết bị điện Khi công suất hòa lưới bằng công suất phụ tải (Phụ tải) thì phụ tải hoàn toàn tiêu thụ điện năng từ pin mặt trời Nếu công suất tiêu thụ điện lớn hơn công suất nối lưới thì phụ tải sẽ chiếm nhiều công suất lưới hơn để bù đắp Khi công suất phụ tải tiêu thụ nhỏ hơn công suất nối lưới thì phát điện nối lưới sẽ cấp điện cho lưới điện Theo công văn của Thủ tướng Chính phủ về việc khuyến khích phát triển các dự án năng lượng mặt trời tại Việt Nam, EVN sẽ nhận lại lượng điện này vào lưới điện Nếu khách hàng không dùng hết, họ có thể bán lại cho chính phủ trong khi tối ưu hóa chi phí và tạo ra lợi nhuận ngay lập tức
Trang 72 Đề bài và thông số lựa chọn
2.1 Vị trí lắp đặt hệ điện mặt trời áp mái hoà lưới
Hệ điện mặt trời áp mái hoà lưới được lắp đặt ở TP Hồ Chí Minh, Việt Nam Các thông
số quang năng đo được tại TP Hồ Chí Minh như sau:
Hình 3: Thông số quang năng tại TP.Hồ Chí Minh
Nguồn: https://globalsolaratlas.info./map?c=9.94721,105.508025,7&s=10.779349,106.687
699&m=site
Theo Hình 1, ta có các thông số cần thiết cho việc lắp ghép dàn pin như sau:
• Góc nghiêng 12° về phía Nam
• Sản lương trung bình năm 1824 kWh/m2 tương ứng với 5h nắng đỉnh
• Nhiệt độ môi trường: 27.7°C
Trang 82.2 Lựa chọn tấm pin mặt trời
Chọn tấm pin mặt trời loại HiKu6 Mono PERC của hãng CandianSolar (Phụ Lục 1)
bao gồm 144 tế bào ghép nối tiếp, có các thông số ở STC (1KW/𝑚2, 25℃, 𝐴𝑀1,5) như sau:
Bảng 1: Thông số tấm pin
Công suất cực đại(𝑃𝑚𝑎𝑥) 550W Điện áp ở 𝑃𝑚𝑎𝑥(𝑉𝑚𝑝𝑝) 41.7V Dòng điện ở 𝑃𝑚𝑎𝑥(𝐼𝑚𝑝𝑝) 13.2A Điện áp hở mạch (𝑉𝑜𝑐) 49.6V Dòng điện ngắn mạch (𝐼𝑠𝑐) 14A
Hệ số nhiệt độ của 𝑃𝑚𝑎𝑥 -0.34 %/℃
Hệ số nhiệt độ của 𝑉𝑜𝑐 -0.26 %/℃
Hệ số nhiệt độ của 𝐼𝑠𝑐 0.05 %/℃
Hiệu suất quang năng 21.5%
Nguồn: https://datsolar.com/p/tam-pin-nang-luong-mat-troi-canadian-550w
2.3 Lựa chọn bộ INVERTER
Chọn bộ INVERTER SUNGROW 12KW (DÒNG RT) của hãng SUNGROW (Phụ lục
2) với thông số như sau:
Bảng 2: Thông số bộ INVERTER
Đầu vào (DC)
Công suất đầu vào tối đa tấm pin (đề
nghị)
18kW
Điện áp tối thiểu tấm pin/ Điện áp khởi
động
180V
Trang 9Dãy điện áp MPP 160-1000V
Dòng điện đầu vào tối đa tấm pin 37.5A (25A/12.5A)
Đầu ra (AC)
Công suất AC định mức (230V, 50Hz) 12000W
3/N/PE,230/400V 3/N/PE,240/415V
Tần số lưới định mức/ dải hoạt động 50Hz/45-55Hz
60Hz/55-65Hz
Hệ số công suất tại công suất định mức/
điều chỉnh hệ số công suất
>0.99/0.8 sớm pha-0.8 trễ pha
Hiệu suất
Nguồn: https://datsolar.com/p/inverter-sungrow-12kw-dong-rt/
Trang 103 Thiết kế hệ thống
3.1 Thông số tấm pin ở nhiệt độ môi trường
Nhiệt độ tấm pin:
𝑡𝑐𝑒𝑙𝑙 = 𝑡𝑚ô𝑖 𝑡𝑟ườ𝑛𝑔 +𝑁𝑂𝐶𝑇 − 20
0.8 = 27.7 +
41 − 20 0.8 = 53.95 ℃
Điện áp hở mạch:
𝑉′𝑜𝑐 = 𝑉𝑜𝑐 × (1 + 𝐻ệ 𝑠ố 𝑛ℎ𝑖ệ𝑡𝑉𝑜𝑐× (𝑡𝑐𝑒𝑙𝑙− 25))
= 49.6 ∗ (1 − 0.26% × (53.95 − 25)) = 45.867 (𝑉)
Dòng điện ngắn mạch:
𝐼′𝑠𝑐 = 𝐼𝑆𝑐 × (1 + 𝐻ệ 𝑠ố 𝑛ℎ𝑖ệ𝑡𝐼𝑠𝑐× (𝑡𝑐𝑒𝑙𝑙− 25))
= 14 ∗ (1 + 0.05% ∗ (53.95 − 25)) = 14.16212
Công suất cực đại:
𝑃′𝑚𝑎𝑥 = 𝑃𝑚𝑎𝑥× (1 + 𝐻ệ 𝑠ố 𝑛ℎ𝑖ệ𝑡𝑃𝑚𝑎𝑥 × (𝑡𝑐𝑒𝑙𝑙 − 25)) = 550 ∗ (1 − 0.34% × (53.95 − 25)) = 495.863 (𝑊)
3.2 Số lượng tấm pin của hệ thống
Công suất hệ thống điện mặt trời áp mái hoà lưới theo yêu cầu Pht = xyz = 422 (kW)
Ta lắp đặt trong hệ thống với kết cấu như sau:
• Hệ thống với số tấm pin là 𝑛𝑝𝑖𝑛 và số string là 𝑛𝑠𝑡𝑟𝑖𝑛𝑔
• Mỗi string với số tấm pin là 𝑛𝑝𝑖𝑛 1 𝑠𝑡𝑟𝑖𝑛𝑔
• Ở mỗi string lắp đặt một bộ Inverter
Trang 11Số pin tối đa của mỗi string:
{
𝑛𝑝𝑖𝑛 1 𝑠𝑡𝑟𝑖𝑛𝑔 =𝑃𝑖𝑛𝑣𝑒𝑟𝑡𝑒𝑟
𝑃′𝑚𝑎𝑥 =
12000 495.863 = 24.2 (𝑡ấ𝑚)
𝑛𝑝𝑖𝑛 1 𝑠𝑡𝑟𝑖𝑛𝑔 ≤𝑉 𝑖𝑛𝑣𝑒𝑟𝑡𝑒𝑟 𝑚𝑎𝑥
1100 49.6 = 22.1 (𝑡ấ𝑚)
Lựa chọn mỗi string gồm có 22 tấm
Công suất mỗi string:
𝑃𝑠𝑡𝑟𝑖𝑛𝑔 = 𝑛𝑝𝑖𝑛 1 𝑠𝑡𝑟𝑖𝑛𝑔 × 𝑃′𝑚𝑎𝑥 = 22 × 495.863 = 10.908 (𝑘𝑊)
Số string tối đa:
𝑛𝑠𝑡𝑟𝑖𝑛𝑔 = 𝑃ℎ𝑡
𝑃𝑠𝑡𝑟𝑖𝑛𝑔 =
422000
10908 ≈ 39 (𝑠𝑡𝑟𝑖𝑛𝑔)
Tổng số tấm pin sử dụng
𝑛𝑝𝑖𝑛 = 𝑛𝑝𝑖𝑛 1 𝑠𝑡𝑟𝑖𝑛𝑔 × 𝑛𝑠𝑡𝑟𝑖𝑛𝑔 = 22 × 39 = 858 (𝑡ấ𝑚)
Tổng công suất của dàn pin
𝑃𝑑à𝑛 𝑝𝑖𝑛 = 𝑛𝑝𝑖𝑛× 𝑃′𝑚𝑎𝑥 = 858 × 495.863 = 425.45 (𝑘𝑊)
Diện tích lắp đặt:
S = ncell∗ S1 tấm pin = 858 × 2.564 = 2199.9 (m2)
Khối lượng dàn pin:
M = ncell∗ m1 tấm pin = 858 × 27.8 = 23852.4 (kg)
3.3 Thông số bộ INVERTER ở mỗi string
Đầu vào INVERTER:
Công suất đầu vào của Inverter:
Trang 12𝑃𝑖𝑛𝑣_𝑖𝑛 = 𝑃𝑠𝑡𝑟𝑖𝑛𝑔 = 10.908 (𝑘𝑊)
Điện áp cực đại đầu vào DC của Inverter:
𝑉𝐷𝐶_𝑚𝑎𝑥 = 𝑛𝑝𝑖𝑛 1 𝑠𝑡𝑟𝑖𝑛𝑔 × 𝑉𝑜𝑐 = 22 × 49.6 = 1091.2 (𝑉)
Dòng điện cực đại đầu vào DC của Inverter:
𝐼𝐷𝐶_𝑚𝑎𝑥 = 𝐼′𝑠𝑐 = 14.16 (𝐴)
Đầu ra INVERTER
Công suất đầu vào của Inverter:
𝑃𝑖𝑛𝑣_𝑜𝑢𝑡 = 𝑃𝑖𝑛𝑣_𝑖𝑛× (ℎ𝑖ệ𝑢 𝑠𝑢ấ𝑡 𝐼𝑁𝑉𝐸𝑅𝑇𝐸𝑅) = 10.908 × 98.5% = 10.744 (𝑘𝑊)
Điện áp đầu ra AC của mỗi Inverter ở mỗi string:
VAC (pha) = VAC_lưới (pha) = 220 (V)
VAC (dây) = VAC_lưới (dây) = 380 (V) Tần số: f = 50Hz
Trang 134 Tổng kết
Tổng công suất phát lên lưới:
𝑃𝑜𝑢𝑡 = 𝑃𝑖𝑛𝑣_𝑜𝑢𝑡 × 𝑛𝑠𝑡𝑟𝑖𝑛𝑔 = 10.744 × 39 = 419 (𝑘𝑊)
Sản lượng phát lên lưới trong năm:
𝐸𝑛ă𝑚 = 𝑃𝑜𝑢𝑡× (𝑠ố 𝑔𝑖ờ 𝑛ắ𝑛𝑔 đỉ𝑛ℎ 𝑡𝑟𝑜𝑛𝑔 𝑛𝑔à𝑦) × 365 = 419 × 5 × 365
= 764.675 (𝑀𝑊ℎ)
Hiệu suất biến đổi:
H = (hiệu suất quang năng của tấm pin) ×(hiệu suất inverter)
= 21.5% × 98.5% = 21.17%
Hình 4: Sơ đồ thiết kế hệ thống điện mặt trời áp mái hoà lưới