Bài viết Mô phỏng hệ thống điện mặt trời nối lưới sử dụng PVsyst giới thiệu phương pháp mô phỏng hệ thống nhà máy điện mặt trời nối lưới quy mô công suất 40 MWp tại TP. Cam Ranh, tỉnh Khánh Hòa. Thông qua phần mềm PVsyst cùng dữ liệu Meteonorm để tính toán thông số thiết kế cơ bản về điện năng, hiệu suất (PR)... của nhà máy.
Trang 1MÔ PHỎNG HỆ THỐNG ĐIỆN MẶT TRỜI NỐI LƯỚI
SỬ DỤNG PVsyst
Hồ Ngọc Dung, Trịnh Quốc Công
Bộ môn Thủy điện v à Năng lượng tái tạo - Khoa Công trình - Trường Đại học Thủy lợi
Email:hongocdung@tlu.edu.vn
1 GIỚI THIỆU CHUNG
Việt Nam được đánh giá là một quốc gia
có tiềm năng rất lớn về năng lượng mặt trời
Theo NREL ước tính sản lượng điện mặt trời
có thể đạt 842 triệu MWh/năm đứng thứ hạng
66/248 trên thế giới về tiềm năng Đặc biệt là
ở các vùng miền Trung và miền Nam đất
nước, với bức xạ quanh năm tương đối ổn
định đạt trên 5,0 kWh/m².ngày, số ngày nắng
trung bình khoảng 300 ngày/năm Đây chính
là điêu kiện thuận lợi c ho việc phát triển c ác
dự án điện mặt trời nối lưới
Hiện nay, đã và đang có nhiều dự án nhà
máy điện mặt trời (NMĐMT) được thiết kế
đưa vào xây dựng Để tính toán, thiết kế lựa
chọn các thông số và thiết bị hợp lý cho các dự
án này cần công cụ tính toán đủ tin c ây, được
sử dụng nhiều trên thế giới Nghiên cứu này,
giới thiệu phương pháp mô phỏng hệ thống
NMĐMT nối lưới quy mô công suất 40 MWp
tại TP.Cam Ranh, tỉnh Khánh Hòa Thông qua
phần mềm PVsyst cùng dữ liệu Meteonorm để
tính toán thông số thiết kế cơ bản về điện
năng, hiệu suất (PR) của nhà máy
2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Một hệ thống NMĐMT nối lưới cần đáp
ứng được yêu cầu phụ tải, với chi phí tối
thiểu cho hệ thống Do đó để xây dựng dự án
cần phải đánh giá được nhu cầu điện khu
vực, dữ liệu bức xạ, quy mô công suất
Nghiên cứu thực hiện phân tích dữ liệu
bức xạ từ các nguồn chính thức như NASA,
Meteonorm [1] Ứng dụng phần mềm mô
phỏng PVsyst để xác định các thông số cơ bản c ủa NMĐMT nối lưới
2.1 Thành phần cơ bản của NMĐMT nối lưới
Hệ thống (HT) chính gồm: (i) HT tấm pin mặt trời, c ông suất tấm pin 350 Wp; (ii) HT inverter trung tâm công suất 1250 kW; (iii)
HT MBA 0,4/22kV; (iv) TBA 22/110kV,
Hệ thống còn lại, gồm: (i) Hộp đấu nối DC; (ii) Cáp điện DC; (iii) Thanh cái AC; HT nối đất, HT chiếu sáng, HT Scada, HT cấp và thoát nước
2.2 Xác định các thông số cơ bản NMĐMT
Điện năng sản xuất trong khoảng giờ ti
trong ngày tính theo công thức:
E SPV,i Nmodul,i.Z t.SPV (1) Trong đó: Nmodul, Z, Δt,η SPV-công suất phát điện, số lượng, thời gian phát điện và hiệu suất trong khoảng giờ i trong ngày của NMĐMT Thành phần công suất phát điện c ủa tấm pin trong công thức (1) xác định c ăn cứ vào đường đặc tính công suất của tấm pin [2]:
i
Nmod , , , mod , (2) Trong đó: G,tt,i là tổng xạ chiếu xuống bề mặt tấm pin
G ul
Nmod , là công suất phát điện ứng với cường độ bức xạ chiếu tới bề măt tấm pin do nhà sản xuất cung c ấp
Thành phần hiệu suất ηSPVcủa NMĐMT được xác đinh thông qua hiệu suất inverter; MBA; các tổn hao do tấm pin: (i) nhiệt độ 0,4%/°C, (ii)chất lượng pin 0-1%,(iii) không
Trang 2đồng nhất 1-2%, (iv)suy giảm trong giờ vận
hành đầu tiên 1-3%,(v) Bụi bẩn: 1-3%; tổn
hao do cáp DC 1,5%, c áp AC 1%
2.3 Thiết kế hệ thống NMĐMT
2.3.1 Thiết kế hệ thống DC
Hệ thống pin năng lượng mặt trời trong nhà
máy được bố trí theo từng mảng, mỗi mảng
gồm các c huỗi pin nối tiếp và song song
a) Các tấm pin trong cùng một chuỗi:
Tổng điện áp tại điểm công suất cực đại
(MPP) tại nhiệt độ lớn nhất của tấm pin >
Điện áp nhỏ nhất tại điểm MPP của Inverter;
- Tổng điện áp mạch hở tại nhiệt độ nhỏ nhất
của tấm pin < Điện áp lớn nhất của Inverter
b) Các tấm pin song song:
- Dòng điện tối đa không được lớn hơn
dòng điện vào lớn nhất của Inverter;
- Số lượng hộp đấu nối các chuỗi trong
mảng phụ thuộc vào số lượng đầu vào (input)
của từng hộp đấu nối
c) Hộp đấu nối chính: phụ thuộc vào số
lượng Inverter
2.3.2 Thiết kế hệ thống AC
Hệ thống AC gồm: Cáp AC; Thiết bị đóng,
cắt; MBA 0,4/22 kV; MBA 22/110kV; HT
đo lường, bảo vệ; ĐZ 110 KV
3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
3.1 Dữ liệu đầu vào
3.1.1 Vị trí: Nhà máy được xây dựng tại
thành phố Cam Ranh, tỉnh Khánh Hòa với
diện tích: 46 ha Tọa độ địa lý như sau: Vĩ
độ : 11°53'36.62" B; Kinh độ: 109°5'5.43" Đ
3.1.2 Tấm pin: Hai dòng công nghệ chính
trên thị trường của tấm pin PV đó là (i) công
nghệ tinh thể silic (đơn và đa tinh thể) và (ii)
công nghệ phim mỏng Công nghệ tinh thể
silic đang chiếm trên 90% lượng tấm pin mặt
trời được sản xuất hiện nay Trong mô
phỏng, tấm pin được lựa chọn như sau:
3.1.3 Inverter: Chức năng của inverter
trung tâm là "tập trung" thu gom các chuỗi tấm pin mặt trời tại một điểm, công suất thu thập từ 300-5000kWp tùy thuộc vào loại inverter
Đầu vào (DC)
Đầu ra (AC)
3.2 Mô phỏng thiết kế PVsyst
Mô phỏng và đánh giá hệ thống NMĐTM 40MWp bằng phần mềm PVsyst 6.43 Toàn
bộ các thông số trong mô phỏng được dùng làm dữ liệu c ơ sở đầu vào, gồm: đặc điểm địa
lý và khí tượng, hướng c ủa bề mặt pin, phủ bóng, cấu hình mảng pin, inverter, tổn thất
Dữ liệu địa lý và khí tượng được trích xuất
từ hệ thống dữ liệu Meteonorm (Hình 1)
Hình 1 Dữ liệu k hí tượng
Kết quả khí tượng trung bình tháng và đường đi mặt trời thể hiện trong Bảng 1 và Hình 2
Bảng 1 Bảng khí tượng trung bình tháng
Hình 2 Solar paths tại Cam Ranh
Trang 3Tổng hiệu suất của toàn nhà máy và hiệu
suất từng hệ thống trong nhà máy được đánh
giá thông qua các thông số kỹ thuật của từng
thiết bị
Hình 3 Thiết kế hệ thống
3.3 Kết quả tính toán
Bảng 2 Thông số cơ bản NMĐMT 40MWp
Bảng 3 Kết quả tính toán trung bình tháng
Hình 4 Phát điện trung bình ngày
Hình 5 Hiệu suất phát điện của NM (PR)
Hình 5 Điện năng trung bình ngày lên lưới
4 KẾT LUẬN
Phần mềm PVsyst được sử dụng để mô phỏng cho NMĐMT nối lưới công suất 40MWp cho kết quả điện năng lớn 64,4 GWh/năm với số giờ khoảng 1600 với giá điện 9,35 cent/kWh cho thấy hiệu quả tốt của
dự án PVsyst đã mô phỏng được gần như toàn bộ các hệ thống trong nhà máy, đưa ra các thông số chủ yếu c ũng như xác định tổn thất điện năng (nhiệt độ, bụi, cáp ảnh hưởng đến hiệu suất nhà máy để từ đó c ó thể đưa ra những giải pháp thiết kế phù hợp
5 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Kandasamy CP, Prabu P, Niruba K (2013) Solar Potential Assessment Using PVSYST Software IEEE 667-672
[2] Sulaiman SA, Hussain HH, (2011) Effects
of Dust on the Performance of PV Panels World Academy of Science, Engineering and Technology 5: 2028-2033