(Đồ án) đồ án tốt nghiệp đề tài tính toán, thiết kế hệ thống điện mặt trời áp mái cho trang trại đà lạt gap

Hệ thống điện năng lượng mặt trờinày có khả năng sản xuất một lượng lớn năng lượng để truyền lên lưới điện và đượcthiết kế để tự động tắt Anti-Islanding nếu phát hiện các sự cố trên lưới

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

KHOA ĐIỆN



ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Đại Học Ngành CNKT Điện, Điện Tử

Đề Tài: Tính Toán, Thiết Kế Hệ Thống Điện Mặt Trời Áp Mái

Cho Trang Trại Đà Lạt Gap

Giáo viên hướng dẫn: ThS.Đặng Đình Chung

Nhóm sinh viên thực hiện: Mã sinh viên

Lê Đình Anh 2019605331

Phạn Hải Dương 2019605788

Phạm Tiến Dũng 2019606224

Hà Nội – 2023

Bộ Công Thương Cộng Hoà Xã Hội Chủ Nghĩa Việt

Nam Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

PHIẾU GIAO ĐỀ TÀI ĐỒ ÁN/ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

Mục tiêu đề tài:

Hiểu được tổng quan về nguồn năng lượng mặt trời

Hiểu và phân tích được sơ đồ nguyên lý cung cấp điện cho trang trại

Biết cách xác định phụ tải tính toán cho một hệ thống điện mặt trời áp máitrang trại

Biết chọn lựa được các thiết bị trong sơ đồ nguyên lý

Tổng hợp được kiến thức chuyên môn đã được học, nâng cao khả năng tư duysáng tạo cho mỗi cá nhân trong môi trường làm việc nhóm

Sinh viên được tiếp cận, làm chủ công nghệ và phát triển ứng dụng trong thựctế

Kết quả dự kiến:

Tổng quan được về nguồn năng lượng mặt trời

Sơ đồ nguyên lý phương án cung cấp điện tối ưu cho trang trại

Sơ đồ nguyên lý hệ thống điện sử dụng nguồn năng lượng mặt trời áp mái chotrang trại

Bảng số liệu tính toán và lựa chọn thiết bị cho đề tài

Mô phỏng đáp ứng được yêu cầu của đề tài

Phân tích kết quả đạt được của đề tài

Thời gian thực hiện: từ 06/03/2023 đến 07/05/2022.

GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

Th.S Đặng Đình Chung

P TRƯỞNG KHOA

TS Quách Đức Cường

KẾ HOẠCH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Đề tài: Tính toán, thiết kế hệ thống điện mặt trời áp mái cho trang trại Đà Lạt Gap.

TT Nội dung công việc Người thực hiện Thời gian

hoàn thành

1 - Tổng quan được về nguồn nănglượng mặt trời Lê Đình Anh 06/03-19/03

2

- Sơ đồ nguyên lý phương án

cung cấp điện tối ưu cho trang

trại

Phạm Hải Dương 19/03-26/03

3

- Sơ đồ nguyên lý hệ thống điện

sử dụng nguồn năng lượng mặt

trời áp mái cho trang trại

Phạm Tiến Dũng 27/03-09/04

4 - Bảng số liệu tính toán và lựachọn thiết bị cho đề tài. Lê Đình Anh 10/04-16/045

- Mô phỏng đáp ứng được yêu

6

- Hoàn thiện đề tài

- Hoàn thiện quyển và slide báo

cáo

- Báo cáo kết quả trước hội đồng

Phạm Hải Dương (hoànthiện thuyết minh)

Phạm Tiến Dũng (hoànthiện slide)

Lê Đình Anh (rà soáthoàn thiện thuyết minh)

24/04-07/05

GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN TRƯỞNG NHÓM

Th.S Đặng Đình Chung Lê Đình Anh

Mục lục

DANH MỤC HÌNH ẢNH 7

DANH MỤC BẢNG BIỂU 8

LỜI MỞ ĐẦU 9

TÓM TẮT NỘI DUNG BÁO CÁO 10

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI VÀ HỆ THỐNG ĐIỆN MẶT TRỜI 11

1.1 Tổng quan năng lượng mặt trời 11

1.1.1 Năng lượng nhiệt 13

1.1.2 Năng lượng điện 13

1.2 Nguyên lý hoạt động và phân loại hệ thống điện mặt trời 14

1.2.1 Nguyên lý hoạt động 14

1.3 Công nghệ Pin mặt trời 19

1.3.1 Công nghệ tâm pin quang điện 19

1.3.2 Pin mặt trời Solar panel được chia làm ba loại: 20

1.3.3 Sản xuất Pin mặt trời 23

1.3.4 Hiệu suất của pin năng lượng mặt trời 24

1.4 Tình hình phát triển điện mặt trời trên thế giới [8] 26

1.5 Phát triển điện mặt trời ở Việt Nam 28

1.5.1 Tiềm năng phát triển ở Việt Nam 28

1.5.2 Thực trạng sử dụng năng lượng mặt trời Việt Nam và cơ sở pháp lý hiện hành cho việc phát triển hệ thống điện mặt trời 29

1.6 Khảo sát về vị trí địa lý vùng Đà Lạt 31

1.6.1 Địa hình và khí hậu của vùng đất 31

1.6.2 Ưu điểm để xây dựng trang trại Đà Lạt theo tiêu chuẩn GAP 33

1.7 Tính khả thi của thiết kế hệ thống điện mặt trời áp mái cho trang trại Đà Lạt Gap 34 1.7.1 Ưu điểm 34

1.7.2 Nhược điểm 35

CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG THIẾT KẾ VÀ TÍNH TOÁN PHỤ TẢI 36

2.1 Giới thiệu về công trình 36

2.2 Các đặc trưng cơ bản của điện mặt trời 36

2.3 Các thông số cần thiết đề tính toán hệ thống điện mặt trời 37

2.4 Các bước thiết kế hệ thống điện mặt trời 39

2.4.1 Lựa chọn sơ đồ khối : 39

2.4.2 Tính toán hệ thống nguồn điện mặt trời 40

2.4.3 Tính công suất đàn pin mặt trời W, (Peak Watt) 41

2.4.4 Tính số module mắc song song và nối tiếp 41

2.4.5 Bộ biến đổi điện DC – AC 42

2.4.6 Hộp nối và dây nối điện 44

2.5 Tính toán phụ tải điện theo yêu cầu 45

2.6 Các thiết bị cần thiết cho trang trại 46

2.6.1 Đèn cho nhà kính 46

2.6.2 Thông gió cho nhà kính 47

2.6.3 Đèn Led nhà kho 48

2.6.4 Máy bơm 49

2.6.5 Quạt trần 50

2.6.6 Điều hoà 51

2.6.7 Máy đóng gói rau củ quả 52

2.6.8 Máy rửa rau củ quả 53

2.7 Lựa chọn thiết bị cho hệ thống điện mặt trời 55

2.7.1 Tấm pin mặt trời 55

2.7.2 Lựa chọn bộ chuyển đổi DC-AC 59

2.7.3 Lựa chọn dây dẫn và thiết bị bảo vệ 71

DANH MỤC HÌNH ẢNH

DANH MỤC BẢNG BIỂU

LỜI MỞ ĐẦU

Ngày nay, năng lượng tàn dư sinh học, năng lượng không tái sinh ngày càngkiệt, giá dầu mỏ tăng từng ngày, ảnh hưởng xấu đến sự phát triển kinh tế xã hội vàmôi trường sống Tìm kiếm nguồn năng lượng thay thế là nhiệm vụ cấp bách củatoàn thế giới, xã hội và mỗi người chúng tôi

Nguồn năng lượng thay thế đó phải sạch, thân thiện với môi trường, giảm chiphí, không cạn kiệt (tái sinh) và dễ dàng sử dụng Một trong những nguồnnăng lượng đó là năng lượng mặt trời Nguồn năng lượng này gần như là vô tận, và

nó có thể trả lời hầu hết các câu hỏi trên Rất nhiều công nghệ đã được ứng dụngthực hiện từ nguồn năng lượng mặt trời, từ đó cho thấy năng lượng mặt trời khôngchỉ là năng lượng của hiện tại mà còn là năng lượng của cả tương lai Chính vìnhững lý do đó chúng tôi đã chọn đề tài: “Tính toán, thiết kế hệ thống điện mặt trời

áp mái cho trang trại Đà Lạt Gap”

Mục tiêu của đề tài:

- Xác định được các bước thực hiện một của đề tài thiết kế cụ thể

- Chọn được thiết bị thích hợp cho hệ thống

- Tính toán thiết kế được phụ tải và năng lượng tạo ra từ nguồn năng lượngmặt trời

- Hoàn thiện được các bản vẽ kĩ thuật liên quan đến đồ án

- Hoàn thành đồ án theo quy định và quy định của nhà trường đề ra

- Mô phỏng và đưa ra được kết quả chi tiết năng lượng thu được từ hệ thốngnăng lượng mặt trời

Phương pháp nghiên cứu:

- Nghiên cứu tài liệu, tổng hợp kiến thức liên quan đến đề tài đồ án tốt nghiệp

- Áp dụng các tiêu chuẩn hiện hành trong thiết kế hệ thống năng lượng mặttrời

- Sử dụng các phần mềm hỗ trợ tính toán, thiết kế

TÓM TẮT NỘI DUNG BÁO CÁO

CHƯƠNG 1: Tổng quan về Năng lượng mặt trời và Hệ thống điện mặt

- Trong chương này, chúng tôi sẽ giới thiệu tổng quan về năng lượng mặt trời

và những ứng dụng của nó: Năng lượng nhiệt (Thermal) và Năng lượng điện(Photovoltaic) Nguyên lý hoạt động của hệ thống điện mặt trời (Photovoltaicsystem) và phân loại các hệ thống điện mặt trời sẽ được mô tả chi tiết

Công nghệ sản xuất tấm pin quang điện cũng như hiệu suất, ưu nhược điểm vàứng dụng của từng công nghệ sẽ được đề cập Phần cuối cùng của chương, chúngtôi cập nhật tình hình sản xuất và sử dụng điện mặt trời trên thế giới, tại Việt Nam

và tiềm năng sử dụng năng lượng điện mặt trời

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NĂNG LƯỢNG

MẶT TRỜI VÀ HỆ THỐNG ĐIỆN MẶT TRỜI

1.1 Tổng quan năng lượng mặt trời

Mặt trời luôn phát ra một nguồn năng lượng khổng lồ và một phần nguồn nănglượng đó truyền bằng bức xạ đến trái đất chúng ta Trái đất và Mặt trời có mối quan

hệ chặt chẽ, chính bức xạ mặt trời là yếu tố quyết định cho sự tồn tại của sự sốngtrên hành tinh của chúng ta

Năng lượng Mặt Trời là năng lượng của dòng bức xạ điện từ xuất phát từ MặtTrời, cộng với một phần nhỏ năng lượng của các hạt hạ nguyên tử khác phóng ra từngôi sao này

Năng lượng mặt trời gần như không có ảnh hưởng tiêu cực gì đến môi trường.Việc sử dụng năng lượng mặt trời không thải ra khí và nước độc hại, do đó khônggóp phần vào vấn đề ô nhiễm môi trường và hiệu ứng nhà kính

Phần năng lượng bức xạ mặt trời truyền tới bề mặt trái đất trong những ngàyquang đãng ở thời điểm cao nhất vào khoảng 1.000W/m2 Yếu tố cơ bản xác địnhcường độ của bức xạ mặt trời ở một điểm nào đó trên Trái đất là quãng đường nó điqua Sự mất mát năng lượng trên quãng đường đó gắn liền với sự tán xạ, hấp thụbức xạ và phụ thuộc vào thời gian trong ngày, mùa, vị trí địa lý

Ứng dụng chính của năng lượng mặt trời là: Năng lượng nhiệt (Thermal) vàNăng lượng điện (Photovoltaic)

Các ứng dụng của năng lượng mặt trời [2]

1.1.1 Năng lượng nhiệt

Các bộ thu năng lượng mặt trời [2] là các bộ hội tụ (như máng gương parabon,

bộ hội tụ Fresnel, tháp hội tụ sử dụng các gương phẳng…) Quá trình chuyển đổinăng lượng thực hiện qua 2 bước Đầu tiên, năng lượng mặt trời được hội tụ để tạo

ra nguồn năng lượng có mật độ và nhiệt độ rất cao Sau đó nguồn năng lượng nàylàm hóa hơi nước (hoặc dầu) ở áp suất và nhiệt độ cao để cấp cho tua bin của máyphát điện để sản xuất điện Ở một số nhà máy sản xuất điện mặt trời ở các nướcTrung Đông và Tây Ban Nha còn kết hợp để sản xuất điện và nước sạch từ nướcbiển nhờ ngưng tụ hơi nước Thực tế cho thấy công nghệ này có hiệu suất chuyểnđổi khá cao, khoảng 25%, nhưng nó chỉ có hiệu quả ở các khu vực có mật độ nănglượng mặt trời cao hơn 5,5 kWh/m2/ngày và công suất nhà máy không nhỏ hơn 5

MW Ngoài ra, cần có thêm thiết bị điều khiển các bộ thu luôn dõi theo chuyểnđộng của mặt trời Chi phí lắp đặt ban đầu khá cao

Công nghệ năng lượng mặt trời hội tụ

1.1.2 Năng lượng điện

Mô hình quá trình chuyển đổi năng lượng quang – điện [3] Khi một photon chạm vào mảnh Silic, một trong hai điều sau sẽ xảy ra

Đầu tiên: Photon truyền trực xuyên qua mảnh Silic Điều này thường xảy rakhi năng lượng của photon thấp hơn năng lượng đủ để đưa các hạt electron lên mứcnăng lượng cao hơn

Tiếp theo: Năng lượng của photon được hấp thụ bởi Silic Điều này thườngxảy ra khi năng lượng của photon lớn hơn năng lượng để đưa electron lên mức nănglượng cao hơn

Khi photon được hấp thụ, năng lượng của nó được truyền đến các hạt electrontrong màng tinh thể Thông thường các electron này lớp ngoài cùng, và thườngđược kết dính với các nguyên tử lân cận vì thế không thể di chuyển xa Khi electronđược kích thích, trở thành dẫn điện, các electron này có thể tự do di chuyển trongbán dẫn Khi đó nguyên tử sẽ thiếu 1 electron và đó gọi là “lỗ trống” Lỗ trống nàytạo điều kiện cho các electron của nguyên tử bên cạnh di chuyển đến điền vào “lỗtrống”, và điều này tạo ra lỗ trống cho nguyên tử lân cận có “lỗ trống” Cứ tiếp tụcnhư vậy “lỗ trống” di chuyển xuyên suốt mạch bán dẫn

Một photon chỉ cần có năng lượng lớn hơn năng lượng đủ để kích thíchelectron lớp ngoài cùng dẫn điện Tuy nhiên, tần số của mặt trời thường tươngđương 6000°K, vì thế nên phần lớn năng lượng mặt trời đều được hấp thụ bởi silic.Tuy nhiên hầu hết năng lượng mặt trời chuyển đổi thành năng lượng nhiệt nhiềuhơn là năng lượng điện sử dụng được

1.2 Nguyên lý hoạt động và phân loại hệ thống điện mặt trời

1.2.1 Nguyên lý hoạt động

Hệ thống điện năng lượng mặt trời [4] được cấu thành chính từ các tấm pinmặt trời (pin quang điện) Các tấm pin năng lượng mặt trời trong hệ thống đóng vaitrò hấp thụ ánh nắng mặt trời, chuyển hóa quang năng thành điện năng (dòng điện 1chiều) và điện năng được đưa lên điện lưới (xoay chiều) hoặc lưu trữ trực tiếp trênacquy để hoạt động độc lập Hệ thống điện năng lượng mặt trời sẽ chuyển hóa từnguồn điện một chiều (DC) thành nguồn điện xoay chiều (AC) thông qua bộ chuyểnđổi điện nối lưới (Inverter) Hệ thống điện mặt trời có thể kết hợp với một hoặcnhiều máy phát khác hoặc là một nguồn năng lượng tái tạo khác (điện gió, điện sinhkhối …), có thể nối lưới điện quốc gia

Phân loại hệ thống điện mặt trời

Tùy thuộc vào nhu cầu của người sử dụng mà hệ thống điện năng lượng mặttrời nói chung được phân ra làm 3 cấu hình chính [1]:

- Hệ thống điện năng lượng mặt trời hòa lưới;

- Hệ thống điện năng lượng mặt trời độc lập lưới (Stand alone);

- Hệ thống điện năng lượng mặt trời tương tác lưới (Hybrid)

a) Hệ thống điện năng lượng mặt trời hòa lưới

Mô hình tổng quan của hệ thống điện mặt trời hòa lưới được mô tả bằng hìnhdưới đây:

Mô hình tổng quan của hệ thống điện mặt trời hòa lưới

Hệ thống điện năng lượng mặt trời hòa lưới là hệ thống điện một chiều kết nốivới lưới thông qua biến tần hòa lưới (Grid connected inverter) và thông thườngkhông cần dùng acquy để tích trữ năng lượng Hệ thống điện năng lượng mặt trờinày có khả năng sản xuất một lượng lớn năng lượng để truyền lên lưới điện và đượcthiết kế để tự động tắt (Anti-Islanding) nếu phát hiện các sự cố trên lưới hoặc hệthống năng điện năng lượng mặt trời liên quan đến các thông số lưới như điện áp,tần số…

Nguyên lý hoạt động của hệ thống điện năng lượng măt trời hòa lưới: điện thuđược từ tấm pin mặt trời (Solar Panel) là điện 1 chiều, qua biến tần hòa lưới(Gridconnected Inverter) có chức năng đổi từ điện DC sang AC cùng pha, cùng tần

số với điện lưới, sau đó hệ thống sẽ hòa chung với điện lưới:

- Khi điện năng sinh ra từ hệ thống điện mặt trời đáp ứng nhu cầu điện năngcủa tải thì tải tiêu thụ điện năng hoàn toàn từ pin mặt trời

- Khi điện năng sinh ra từ hệ thống điện mặt trời nhỏ hơn so với nhu cầu điệnnăng của tải thì tải sẽ lấy thêm điện năng của lưới để bù vào

- Khi điện năng sinh ra từ hệ thống điện mặt trời lớn hơn với nhu cầu điệnnăng của tải lưới thì lượng điện năng thừa sẽ được phát lên lưới

Ưu điểm của hệ thống điện năng lượng mặt trời hòa lưới:

- Hệ thống không sử dụng acquy nên chi phí đầu tư và bảo dưỡng cho hệthống điện mặt trời thấp, thao tác vận hành đơn giản Dễ dàng nâng cấp mởrộng hệ thống

- Tiết kiệm chi phí điện năng, góp phần bảo vệ mội trường

- Hệ thống tự động ngưng hoạt động trong trường hợp điện lưới mất để đảmbảo an toàn cho lưới điện và người sử dụng

b) Hệ thống điện năng lượng mặt trời độc lập lưới

Mô hình tổng quan của hệ thống điện mặt trời độc lập được mô tả bằng hìnhdưới đây:

Mô hình tổng quan của hệ thống điện mặt trời độc lập

Hệ thống điện năng lượng mặt trời độc lập là hệ thống điện năng lượng mặttrời không hòa lưới và sử dụng các biến tần không đấu lưới có kết hợp bộ acquy đểtích trữ điện năng

Nguyên lý hoạt động của hệ thống điện năng lượng mặt trời độc lập: Hệ thốngpin năng lượng mặt trời sẽ nhận bức xạ mặt trời và chuyển hóa thành nguồn điệnmột chiều (DC) Nguồn điện DC này sẽ được nạp vào bình acquy (để lưu trữ điệnnăng) thông qua bộ điều khiển sạc (có chức năng bảo vệ acquy và tấm pin mặt trời).Sau đó điện một chiều DC được chuyển đổi thành điện xoay chiều AC thông quabiến tần DC/AC Stand-Alone Inverter để sử dụng cho các thiết bị điện gia dụng Hệthống điện năng lượng mặt trời này thường được thiết kế nhằm đảm bảo nhu cầutiêu thụ công suất tối đa của tải, trong điều kiện thời tiết xấu nhất trong năm Trongnhững điều kiện lượng bức xạ mặt trời tốt, điện năng dư thừa sẽ được tích trữ vàoacquy Nếu nhu cầu điện năng của tải lớn hơn sản lượng điện năng sinh ra từ cáctấm pin mặt trời thì điện năng sẽ được lấy đồng thời từ các tấm pin mặt trời vàacquy để đáp ứng nhu cầu của tải

Ưu điểm cấu hình này: Không phụ thuộc điện lưới

- Được thiết kế dạng module, dễ dàng nâng cấp công suất sau này

- Cấu hình điện áp hệ acquy linh động: 12V, 24V, 36V, 48V hay 60V

- Hệ thống đã có các chức năng bảo vệ: quá dòng, quá áp, quá tải, ngượccực…

- Chế độ làm việc của Stand Alone Inverter hoàn toàn tự động, có thể cómàn hình theo dõi kiểm soát hệ thống và có các cảnh báo lỗi kịp thờikhi có sự cố.

- Hệ thống có thể được giám sát từ xa

c) Hệ thống điện năng lượng mặt trời tương tác lưới (Hybrid)

Mô hình tổng quan của hệ thống điện mặt trời Hybrid được mô tả bằng hìnhsau đây:

Mô hình tổng quan của hệ thống điện mặt trời Hybrid

Hệ thống điện năng lượng mặt trời Hybrid là hệ thống điện mặt trời được kếtnối với lưới điện nhưng vẫn có acquy để tích trữ điện năng Trong trường hợp xảy

ra sự cố ở lưới hoặc lưới mất điện, hệ thống điện năng lượng mặt trời này cho phépcách ly khỏi lưới (Anti-Islanding) và hoạt động ở chế độ độc lập

Nguyên lý hoạt động của hệ thống: Khi có điện năng từ tấm pin mặt trời thìacquy được ưu tiên nạp đầy từ pin mặt trời Hệ thống điện mặt trời sẽ luôn kiểm tratình trạng của acquy để đảm bảo acquy luôn được nạp đầy điện Khi acquy đầy hệthống điện mặt trời sẽ chuyển qua cung cấp điện năng cho tải giúp giảm lượng điệnnăng tiêu thụ từ lưới của tải Trong một số trường hợp đáp ứng nhu cầu điện năngcủa tải và acquy đã tích trữ đầy điện thì lượng điện năng thừa của hệ thống điện mặttrời sẽ được hòa lưới Nếu điện từ lưới mất thì bộ chuyển mạch (ATS) sẽ chuyểnqua sử dụng lượng điện của các tấm pin mặt trời và lượng điện dự trữ trong acquy

để phục vụ cho tải ưu tiên Khi nhu cầu điện năng của tải lớn hơn lượng điện năng

sinh ra hệ thống điện năng lượng mặt trời thì tải sẽ lấy điện lưới để bù vào phầnđiện năng

1.3 Công nghệ Pin mặt trời

1.3.1 Công nghệ tâm pin quang điện

Pin năng lượng Mặt trời hay pin mặt trời hay pin quang điện [5] (Solar panel)bao gồm nhiều tế bào quang điện (solar cells) – là phần tử bán dẫn có thành phầnchính là Silic tinh khiết – có chứa trên bề mặt một số lượng lớn các cảm biến ánhsáng là đi ốt quang, thực hiện biến đổi năng lượng ánh sáng thành năng lượng điện.Các tế bào quang điện này được bảo vệ bởi một tấm kính trong suốt ở mặt trước vàmột vật liệu nhựa ở phía sau Toàn bộ nó được đóng gói chân không trong thôngqua lớp nhựa polymer càng trong suốt càng tốt

Cấu tạo cơ bản của tấm pin mặt trời Solar Panel [9]

Cấu tạo cơ bản của tấm pin mặt trời Solar panel: [9]

- Khung tấm pin mặt trời

- Lớp kính trước của pin mặt trời

- Vật liệu đóng gói hoàn thiện pin mặt trời

- Lớp tế bào quang điện Solar Cells bên trong

- Vật liệu đóng gói hoàn thiện Pin mặt trời

- Mặt sau

- Hộp đựng mối nối mạch điện

Nền tảng vật lý chất bán dẫn

Silic thuộc nhóm IV, tức là có 4 electron lớp ngoài cùng Silic có thể kết hợpvới silicon khác để tạo nên chất rắn Cơ bản có 2 loại chất rắn silicon, đa thù hình(không có trật tự sắp xếp) và tinh thể (các nguyên tử sắp xếp theo thứ tự dãy khônggian 3 chiều) Pin năng lượng mặt trời phổ biến nhất dùng đa tinh thể silicon

Silic là chất bán dẫn Tức là thể rắn Silic, tại một tầng năng lượng nhất định,electron có thể đạt được, và một số tầng năng lượng khác thì không được Các tầngnăng lượng không được phép này xem là tầng trống Lý thuyết này căn cứ theothuyết cơ học lượng tử

Ở nhiệt độ phòng, Silic nguyên chất có tính dẫn điện kém Trong cơ học lượng

tử, giải thích thất tế tại mức năng lượng Fermi trong tầng trống Để tạo ra Silic cótính dẫn điện tốt hơn, có thể thêm vào một lượng nhỏ các nguyên tử nhóm III hay Vtrong bảng tuần hoàn hóa học Các nguyên tử này chiếm vị trí của nguyên tử Silictrong mạng tinh thể, và liên kết với các nguyên tử Silic bên cạnh tương tự như làmột Silic Tuy nhiên các phân tử nhóm III có 3 electron ngoài cùng và nguyên tửnhóm V có 5 electron ngoài cùng, vì thế nên có chỗ trong mạng tinh thể có dưelectron còn có chỗ thì thiếu electron Vì thế các electron thừa hay thiếu electron(gọi là lỗ trống) không tham gia vào các kết nối mạng tinh thể Chúng có thể tự do

di chuyển trong khối tinh thể Silic kết hợp với nguyên tử nhóm III (nhôm hay gali)được gọi là loại bán dẫn p bởi vì năng lượng chủ yếu mang điện tích dương(positive), trong khi phần kết hợp với các nguyên tử nhóm V (phốt pho, asen) gọi làbán dẫn n vì mang năng lượng âm (negative) Lưu ý rằng cả hai loại n và p có nănglượng trung hòa, tức là chúng có cùng năng lượng dương và âm, loại bán dẫn n, loại

âm có thể di chuyển xung quanh, tương tự ngược lại với loại p

1.3.2 Pin mặt trời Solar panel được chia làm ba loại:

• MONOCRYSTALLINE SOLAR PANELS (tấm pin đơn tinh thể)

Tấm Pin đơn tinh thể (Monocrystalline solar panels)

Hiệu suất Các tấm pin mặt trời đơn tinh thể thường có hiệu suất và công suấtđiện cao nhất trong số các loại tấm pin mặt trời Hiệu suất bảng điều khiển đơn tinhthể có thể nằm trong khoảng từ 17% đến 22% Bởi vì pin mặt trời đơn tinh thể đượclàm từ một tinh thể silicon, các electron có thể di chuyển dễ dàng hơn qua tế bào,điều này làm cho hiệu suất của pin PV cao hơn so với các loại pin mặt trời khác.Hiệu suất cao hơn của các tấm pin mặt trời đơn tinh thể có nghĩa là chúng cần ítkhông gian hơn để đạt được công suất điện nhất định Vì vậy, các tấm pin mặt trờiđơn tinh thể thường sẽ có xếp hạng sản lượng điện cao hơn so với các mô-đun màngmỏng hoặc đa tinh thể.

 Giá thành cao, thường được lắp đặt trong khu dân cư

• POLYCRYSTALLINE SOLAR PANELS (tấm pin đa tinh thể)

Tấm Pin đa tinh thể (Polycrystalline solar panels)

Các tấm pin mặt trời đa tinh thể được sử dụng phổ biến để thiết kế hệ thốngnăng lượng mặt trời tiết kiệm chi phí

Các tấm pin đa tinh thể, đôi khi được gọi là tấm đa tinh thể, phổ biến trong sốcác chủ nhà đang tìm cách lắp đặt các tấm pin mặt trời với ngân sách tiết kiệm

Hiệu suất Nhiều tinh thể silicon trong mỗi pin mặt trời khiến các electron khó

di chuyển hơn Cấu trúc tinh thể này làm cho tỉ lệ hiệu quả của tấm đa tinh thể thấphơn tấm đơn tinh thể Xếp hạng hiệu quả của bảng điều khiển đa tinh thể thường sẽnằm trong khoảng từ 15% đến 17% Tuy nhiên, nhờ các công nghệ mới, các tấm pin

đa tinh thể hiện có hiệu suất gần hơn nhiều so với các tấm pin mặt trời đơn tinh thể

so với trước đây

 Giá rẻ hơn pin mặt trời đơn tinh thể.

• THIN FILM SOLAR PANELS (tấm pin mặt trời màng mỏng)

Tấm Pin màng mỏng (Thin film solar panels)

Linh hoạt, nhẹ, Chúng có màu đen đặc, không có đường viền của tế bàosilicon bình thường mà bạn thấy trên mặt của một tấm pin mặt trời tinh thể Thôngthường, các tấm pin mặt trời màng mỏng có trọng lượng nhẹ và linh hoạt nên dễdàng lắp đặt

Hiệu quả cực kỳ thấp, Pin mặt trời màng mỏng chủ yếu được sử dụng trongcác hoạt động quy mô lớn, chẳng hạn như lắp đặt năng lượng mặt trời công nghiệphoặc tiện ích vì xếp hạng hiệu quả thấp hơn của chúng

 Tính thẩm mĩ cao

Tuổi thọ ngắn do quá trình sản xuất, các tấm pin có trọng lượng nhẹ và trongmột số trường hợp là linh hoạt Tuy nhiên, nó cũng làm cho chúng kém hiệu quảhơn so với các tấm pin mặt trời kết tinh

Gần đây nhất là một vài năm trước đây, hiệu quả của màng mỏng là ở con sốđơn lẻ Các nhà nghiên cứu gần đây đã đạt được hiệu suất 23,4% với nguyên mẫu tếbào màng mỏng nhưng các tấm màng mỏng bán trên thị trường thường có hiệu suấttrong khoảng 10–13% Xếp hạng hiệu suất thấp có nghĩa là bạn sẽ cần lắp đặt nhiềutấm màng mỏng hơn để tạo ra lượng điện tương đương với tấm pin mặt trời đơn tinhthể hoặc đa tinh thể Do đó, các tấm pin mặt trời dạng màng mỏng không thực sự có

ý nghĩa đối với việc lắp đặt tại các khu dân cư, nơi không gian bị hạn chế Thay vào

đó, chúng hoạt động tốt hơn trong các công trình lắp đặt quy mô lớn hơn, như các

dự án năng lượng mặt trời công nghiệp hoặc tiện ích, vì nhiều tấm pin hơn có thểđược lắp đặt để đáp ứng nhu cầu năng lượng Các tấm phim mỏng cũng có tuổi thọngắn hơn so với các loại tấm pin mặt trời khác Bởi vì chúng xuống cấp nhanh hơn,bạn có thể phải thay thế chúng thường xuyên hơn

1.3.3 Sản xuất Pin mặt trời.

Các nhà sản xuất hàng đầu thế giới

Hiện nay, với lợi thế về chi phí nhân công và nguyên vật liệu, Trung Quốc làquốc gia có nhiều nhà sản xuất, cung cấp Pin mặt trời thuộc Top 10 thế giới năm

2016 Theo đó, top 10 nhà cung cấp này nắm giữ 50% thị trường thế giới

Bảng 1-1: Các nhà sản xuất trên thế giới

Xếp hạng Nhà cung cấp Quốc gia Năm thành lập

Một số nhà máy sản xuất pin mặt trời điển hình tại Việt Nam

Nhà máy Sản xuất Pin mặt trời đầu tiên được đầu tư ở Việt Nam xây dựng tạihuyện Đức Hòa, tỉnh Long An, có thể cung cấp các tấm pin năng lượng mặt trời,mỗi tấm công suất 80-165 Wp điện với hiệu suất 16% Nhà máy có thể cung cấplượng sản phẩm 5 MWp/năm, khởi công vào tháng 3/2008 với kinh phí đầu tư 10triệu USD do Công ty cổ phần năng lượng Mặt Trời Đỏ TP HCM với hai đối tác là

Trung Tâm tiết kiệm năng lượng TP HCM (thuộc Sở Khoa học công nghệ TPHCM) và Công ty TNHH Tân Kỷ Nguyên, khánh thành ngày 27/4/2009

Nhà máy sản xuất pin năng lượng mặt trời Trina Solar (Việt Nam): Tổng sảnlượng thiết kế đạt 1 GW, Chủ đầu tư là Công ty TNHH Trina Solar (Việt Nam)

Science & Technology (công ty với 100% vốn đầu tư của tập đoàn Trinasolar TrungQuốc), tổng số vốn đầu tư 100 triệu USD, diện tích nhà xưởng 42.000 m2, 14 dâychuyền sản xuất hiện đại, sản xuất nhiều loại pin đơn tinh thể và đa tinh thể, xuấtkhẩu đến khắp các châu lục trên thế giới Khánh thành chính thức đi vào hoạt độngngày 06/01/2017 Hiện nay, trên địa bàn tỉnh Bắc Giang đang hình thành chuỗi sảnxuất và lắp ráp tấm pin năng lượng mặt trời với 8 dự án đã được cấp phép.

Dự án Nhà máy sản xuất pin năng lượng mặt trời của Công ty TNHH JA SolarViệt Nam: với tổng vốn đầu tư hơn 1 tỷ USD, quy mô nhà xưởng 88 ha khởi côngngày 27/11/2016 tại Khu Công nghiệp huyện Việt Yên, tỉnh Bắc Giang

Dự án First Solar có vốn đầu tư đăng ký 1,2 tỷ USD tại KCN Đông Nam lànhà máy sản xuất tấm pin năng lượng mặt trời theo công nghệ hiện đại màng mỏngđầu tiên được xây dựng tại Việt Nam Dự án được cấp giấy chứng nhận đầu tư vàotháng 1/2011 và được khởi công vào tháng 3/2011 Tuy nhiên, sau khi khởi côngđược 8 tháng, chủ đầu tư đã công bố tạm dừng thực hiện dự án, do sự mất cân bằngcung - cầu về sản phẩm pin năng lượng mặt trời trên thị trường toàn cầu Hiện tại

TP HCM đang kêu gọi các Nhà đầu tư khác tiếp tục đầu tư và dự án này

Tổ hợp nhà máy sản xuất thiết bị năng lượng tái tạo công nghệ cao IREX docông ty Cổ phần Năng lượng IREX (một thành viên của công ty Cổ phần phát triểnNăng lượng mặt trời Bách Khoa - SolarBK) đầu tư, nhà máy sản xuất tấm pin quangđiện công suất 300 MW/năm, nhà máy sản xuất tế bào quang điện công suất 500MW/năm, được thực hiện theo 3 giai đoạn, dự kiến đến tháng 6-2017 giai đoạn 1 sẽhoàn thiện và đi vào hoạt động Dự án đánh dấu sự kiện một công ty Việt Nam dongười Việt Nam sáng lập vẫn có đủ năng lực và tầm vóc để sánh vai với thế giớitrong việc sản xuất pin năng lượng mặt trời và các giải pháp năng lượng sạch phục

vụ đời sống

1.3.4 Hiệu suất của pin năng lượng mặt trời

Sự phát triển của công nghệ tế bào trong vòng 5 năm qua đã giúp hiệu suấtchuyển đổi của tấm pin quang điện từ 15% lên hơn 20% Sự tăng trưởng trong hiệusuất này đã giúp lượng năng lượng sản xuất được từ cấm tấm pin tiêu chuẩn (60 tếbào) tăng từ 240W lên 360W

Hiệu suất của tấm pin thường được quyết định bởi 2 yếu tố chính: [10]

- Hiệu suất quang điện của từng tế bào dựa trên thiết kế của tế bào và loạiSilicon thường là P-type hoặc N-type Hiệu suất của tế bào thường được tínhtheo hệ số lấp đầy (fill factor) được tính bằng hiệu suất chuyển đổi tối đa ởcường độ và hiệu điện thế tối ưu Thiết kế của tế bào như loại silicon, sốlượng thanh dẫn (MBB), kiểu thụ động (PERC) đóng vai trò quan trọng

trong hiệu suất của tấm pin Hiện tại IBC (Interdigited-Back-Contact) là loại

tế bào với hiệu suất cao nhất (20- 22%) do là tế bào N-type có độ tinh khiếtcao và không có tổn thất đổ bóng do các thanh dẫn Bên cạnh đó, công nghệ

tế bào PERC gần đây với MBB và công nghệ tế bào heterojuntion (HJT)cũng đã đạt được mức hiệu suất trên 20%

- Tổng hiệu suất của tấm pin dựa trên cách bố trí tế bào, cấu hình và kíchthước của tấm pin: Tổng hiệu suất của tấm pin được tính trong điều kiện tiêuchuẩn (STC): Với nhiệt độ tấm pin ở 25oC, bức xạ mặt trời ở 1000 W/m2 vàmật độ không khí là 1,5 Hiệu suất của tấm pin (%) được tính bằng công suấtcủa tấm pin ở điều kiện tiêu chuẩn chia cho diện tích bề mặt của tấm pin

Hiệu suất của một pin mặt trời được xác định là phần của công suất sự cố đượcchuyển thành điện và được định nghĩa là:

Trong đó

- H: Hiệu suất của tấm pin

- Pmax: Công suất của tấm pin

- S: Diện tích của tấm pin (m2)

Hiệu suất của tấm pin ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố như: nhiệt độ của tế bào,mật độ bức xạ, loại tế bào và cách kết nối các tế bào Màu của các tấm pin cũng ảnhhưởng đến hiệu suất của tấm pin, màu đen nhìn thẩm mỹ hơn nhưng lại gây ra hấpthụ nhiệt lớn hơn dẫn đến việc tăng nhiệt độ của tế bào làm giảm hiệu suất chuyểnđổi tổng quan của tấm pin

Các kiểu cell và hiệu suất của chúng [10]

1.4 Tình hình phát triển điện mặt trời trên thế giới [8]

Trung Quốc: Hiện được xem là quốc gia có khả năng sản xuất điện năng lượngmặt trời (điện mặt trời) lớn nhất trên thế giới với khả năng sản xuất lên đến 1330Gigawatts (GW) mỗi năm Đây cũng là nước sở hữu dự án Điện mặt trời lớn nhấtthế giới với công suất lên đến 1,547-MW ở sa mạc Tengger Cơ quan Năng lượngQuốc tế cho biết, vào năm 2018, Trung Quốc lắp đặt một nửa tổng công suất lượngnăng lượng mặt trời mới trên toàn thế giới Đây cũng là đất nước đầu tiên lắp đặthơn 100 GB công suất năng lượng mặt trời, tương đương với lượng điện được sảnxuất từ 75 nhà máy năng lượng hạt nhân

Mỹ: Là quốc gia dẫn đầu thế về phát triển năng lượng tái tạo, trong đó nănglượng mặt trời cũng đã được quốc gia này quan tâm đầu tư phát triển từ khá sớm.Năm 1982, tại bang California đã xây dựng nhà máy quang điện công suất 1 MWđầu tiên trên thế giới, nhờ việc tận dụng điều kiện lý tưởng về tự nhiên khi tại đây

có khoảng 102,7 nghìn km2 là sa mạc nắng nóng - điều kiện lý tưởng để phát triểnđiện mặt trời Để đẩy mạnh triển khai thực hiện các dự án về năng lượng tái tạo nóichung và năng lượng điện mặt trời nói riêng, Mỹ đã đề ra chính sách năng lượng

sạch lâu dài nhằm tạo ra một thị trường bền vững cho năng lượng tái tạo, khuyếnkhích và hỗ trợ việc tích hợp năng lượng tái tạo, tăng cường đầu tư cho nghiên cứu

và phát triển lĩnh vực này

Nhật Bản: Với lợi thế là một cường quốc về khoa học - công nghệ phát triểnbậc nhất trên thế giới, Nhật Bản cũng đã sớm nhận thức vai trò và tầm quan trọngcủa nguồn năng lượng sạch đối với phát triển kinh tế - xã hội của đất nước Ngay từnăm 2008, Chính phủ Nhật Bản đã thực hiện chính sách hỗ trợ cho vay mua nhà sửdụng năng lượng tái tạo với thời gian trả nợ tối đa là 10 năm Trong đó, đối vớinhững gia đình cải tạo nhà, chuyển sang sử dụng năng lượng mặt trời được vay sốtiền tối đa lên đến 5 triệu yên, tương đương gần 5.000 USD Ngoài ra, Chính phủNhật Bản còn mua điện sản xuất từ năng lượng mặt trời với giá cao hơn giá thịtrường và giảm giá bán các tấm pin năng lượng mặt trời Theo kế hoạch, Nhật Bảntiếp tục duy trì mục tiêu sử dụng đa dạng các nguồn năng lượng Cụ thể, đến năm

2030, trong cơ cấu nguồn điện, năng lượng tái tạo chiếm từ 22-24%, nhiên liệu hóathạch 56% và năng lượng hạt nhân từ 20-22% Đặc biệt, trong những năm gần đây,

Nhật Bản đã và đang phát triển các nhà máy năng lượng mặt trời nổi hàng đầuthế giới

Thái Lan: Tại khu vực ASEAN, hiện nay Thái Lan được đánh giá là quốc giadẫn đầu khu vực trong sử dụng điện mặt trời Theo Cơ quan Năng lượng Tái tạoQuốc tế, Thái Lan xếp thứ 15 trong Top toàn cầu năm 2016, với công suất hơn

3.000 MW, cao hơn tất cả các nước ASEAN khác cộng lại Dự kiến, công suấtlắp đặt điện mặt trời tại Thái Lan đến năm 2036 là 6.000 MW Để khuyến khíchphát triển điện mặt trời ở các dự án nhỏ, Thái Lan cũng đã đưa ra các mức hỗ trợ Fitcao nhất cho các nhà sản xuất nhỏ như các dự án quy mô nhỏ trên mái nhà Cụ thể,Thái Lan đưa ra mức giá Fit ưu đãi 21 cent/kWh cho các dự án năng lượng mặt trờitrên mái nhà, đồng thời khởi xướng chương trình “Mái nhà quang điện” Đây chính

là lý do khiến Thái Lan trở thành người dẫn đầu trong thị trường điện mặt trời ởĐông Nam Á

Biểu đồ sản lượng lắp đặt điện mặt trời theo từng khu vực trên thế

giới (GW) [6]

1.5 Phát triển điện mặt trời ở Việt Nam

1.5.1 Tiềm năng phát triển ở Việt Nam

Việt Nam là một quốc gia có tốc độ tăng trưởng kinh tế cao, tăng trưởng kinh

tế GDP bình quân hàng năm khoảng 7% Tình hình tiêu thụ và sản xuất tăng caotrong khi nguồn năng lượng hóa thạch như than và dầu đang ngày càng cạn kiệt Doảnh hưởng của việc tiêu thụ điện năng được sản xuất từ than và dầu ở nước ta cácnhiên liệu hóa thạch được dự báo sẽ cạn kiệt vào năm 2020-2030 và tài nguyên than

sẽ không dễ khai thác vì giới hạn kinh tế và kỹ thuật

Tiêu thụ điện cho nhu cầu năng lượng cuối cùng tăng mạnh từ khoảng 8%năm 2005 lên 21,6% năm 2015 và sẽ tiếp tục tăng mạnh vào năm 2020-2040 Vớitình hình này thì điện được tạo ra từ nguồn nguyên liệu hóa thạch không thể đápứng kịp

Bên cạnh đó, với vị trí địa lý thuận lợi nằm gần đường xích đạo, Việt Namđược đánh giá là có tiềm năng về năng lượng mặt trời cao với số giờ nắng nhiềutrong năm Khẳng định này đã được chứng minh bằng thông số bức xạ mặt trời cótrong cơ sở dữ liệu đo điện mặt trời của các trạm khí tượng của Tổng Cục KhíTượng Thuỷ Văn Việt Nam (VNMHA) và nghiên cứu của Viện Khoa học Nănglượng (IES) thuộc Viện Khoa học hàn lâm Việt Nam (VAST) Cơ quan này có gần

200 trạm khí tượng mặt đất phân bố trên cả nước, nhưng chỉ có 14 trạm quan trắcbức xạ mặt trời tự động Cơ sở dữ liệu thông thường bao gồm bức xạ trực xạ và bức

xạ tán xạ được ghi lại 5 lần một ngày từ 6h30’ đến 18h30’, thống kê lượng bức xạtrung bình và số giờ nắng Giá trị trung bình của cường độ bức xạ và số giờ nắngđược lưu lại theo chuỗi thời gian sau khi xử lý và tính toán số liệu Theo đó, tiềmnăng về năng lượng mặt trời trung bình của cả nước dao động trong khoảng 4 đến 5kWh/m2 trong một ngày và số giờ nắng trung bình từ 1600 đến 2600 giờ trong năm[11] Mức độ bức xạ mặt trời trung bình hàng ngày cao nhất ở các vùng từ Đà Nẵngtrở vào phía Nam với bức xạ mặt trời từ 4,5 đến 5 kWh/m2, thấp nhất là vùng ĐôngBắc dưới 4 kWh/m2 do ảnh hưởng của gió mùa Đông Bắc vào mùa đông

Điện mặt trời ở Việt Nam được đánh giá thuộc nhóm công nghiệp năng lượngmới nổi, được nhập cuộc theo sự phát triển nguồn năng lượng tái tạo chung của thếgiới, sự nhập khẩu khoa học kỹ thuật, đồng thời đáp ứng nhu cầu phát triển nguồnnăng lượng khi các nguồn thủy điện lớn đã khai thác hết, các thủy điện nhỏ khôngđảm bảo lợi ích mang lại so với thiệt hại môi trường mà nó gây ra Mặt khác ViệtNam có tiềm năng lớn về năng lượng mặt trời và gió, do ở gần xích đạo và tồn tạinhững vùng khô nắng nhiều như các tỉnh nam Trung Bộ Vì thế điện mặt trời cùngvới điện gió đang được Nhà nước Việt Nam khuyến khích phát triển

1.5.2 Thực trạng sử dụng năng lượng mặt trời Việt Nam và cơ sở pháp lý hiện hành cho việc phát triển hệ thống điện mặt trời

Năm 2017, năng lượng mặt trời được đầu tư ở Việt Nam rất ít, nhưng đến năm

2019, Việt Nam vượt Malaysia và Thái Lan để trở thành nước có công suất lắp đặtđiện mặt trời lớn nhất Đông Nam Á

Thành công của Việt Nam khi tiếp cận với điện mặt trời chủ yếu là do giá Fit

ưu đãi (giá bán điện cố định 20 năm) Giá Fit khuyến khích đầu tư vào điện mặt trời

và đảm bảo giá bán điện ổn định cho nhà đầu tư, vì vậy giá Fit giúp giảm thiểunhững rủi ro vốn khi đầu tư vào sản xuất năng lượng tái tạo

Vào tháng 4 năm 2020, chính phủ Việt Nam đã ban hành giá Fit2, và giá Fitnày sẽ hết hiệu lực vào 31/12/2020, sự kiện này đã mở ra một làn sóng đầu tư vàolàm điện mặt trời để có được mức giá Fit ưu đãi trước khi giá Fit mới được banhành vào năm 2021

Theo Quyết định số 428/QĐ-TTG ngày 18/3/2016 của Thủ tướng Chính phủphê duyệt điều chỉnh Quy hoạch phát triển điện lực quốc gia giai đoạn 2011-2020

có xét đến năm 2030 (Tổng sơ đồ phát triển điện 7 hiệu chỉnh) Kế hoạch và mụctiêu cho điện mặt trời quyết định này đã nêu rõ: Đưa tổng công suất nguồn điện mặttrời từ mức không đáng kể hiện nay lên khoảng 850MW vào năm 2020, khoảng

4.000 MW vào năm 2025 và khoảng 12/000 MW vào năm 2030; Điện năngsản xuất từ nguồn điện mặt trời chiếm tỷ trọng khoảng 0,5% năm 2020, khoảng1,6% vào năm 2025 và khoảng 3,3% vào năm 2030 [2]

Việc phát triển Năng lượng tái tạo nói chung và Năng lượng mặt trời nói riêng

là định hướng phát triển chung của Tập đoàn Điện lực Việt Nam và Tổng Công tyPhát Điện 3 trong thời gian tới

Hiện nay tại Việt Nam thực trạng sử dụng năng lượng điện mặt trời đã rất phổbiến đặc biệt là các vùng miền Nam và Miền Trung với khí hậu khắc nghiệt nhiềutháng nắng liên tục tạo ra bức xạ lớn và nguồn năng lượng dồi dào

Việc sử dụng năng lượng điện mặt trời ở Việt Nam đang trên đà phát triểnkhông ngừng nghỉ Bởi nguồn năng lượng mặt trời sẵn có quanh năm, bức xạ mặttrời khá ổn định, trung bình 150 kcal/m2 Nhu cầu lắp pin năng lượng mặt trời chogia đình, công sở, nhà máy… liên tục tăng cao trong nhiều năm gần đây, các dự án

về xây dựng hệ thống điện mặt trời cũng ngày càng nhiều và phổ biến đem lạinguồn kinh tế lớn cho đất nước [7]

Mặt khác, các dự án sử dụng điện năng lượng mặt trời ở Việt Nam đang đượcchú ý và phát triển, nhưng quy mô vẫn còn nhỏ Một phần do chi phí quá lớn nêncản trở đến việc phát triển các dự án

Một số dự án tiêu biểu:[8]

• Dự án điện khí hoá nông thôn Fondem France-Solarlab Vietnam, 1990- 2000

• Dự án điện mặt trời với công suất 154 kWp ở khuôn viên Trung tâm Hộinghị Quốc gia, Hà Nội

• Dự án điện mặt trời Hồng Phong 1

• Nhà máy điện mặt trời Tuy Phong

• Nhà máy điện mặt trời Phong Phú

• Nhà máy điện mặt trời Phước Hữu

• Nhà máy điện mặt trời Mỹ Sơn

• Nhà Máy điện mặt trời Bim 1

• Các dự án điện mặt trời Tây Ninh

• Các dự án điện mặt trời ở Huế

• Các dự án điện mặt trời ở Phú Yên

• Một số dự án nhà máy điện sản xuất pin năng lượng mặt trời tại Việt Nam:

• Dự án HT Solar tại KCN Tràng Duệ, An Dương,Hải Phòng Dự án đã đượccấp phép đầu tư tháng 7 năm 2016 Tổng số vốn đầu tư lên đến 22 triệu USD

• Dự án IREX ở Vũng Tàu được thành lập 2012 Là một trong những nhà máysản xuất hiện đại bậc nhất Tiêu chuẩn thiết kế đạt yêu cầu chủng loại IEC, rất antoàn cho pin mặt trời

• Dự án Vina Solar ở Lào Cai Được thành lập đầu năm 2018 có số vốn đầu tưlên tới 1 tỷ USD Diện tích xây dựng là 228 ha

• Dự án IC Energy ở Quảng Nam, được khởi công từ năm 2011 Tổng giá trịđầu tư lên tới 390 triệu USD Áp dụng công nghệ tiên tiến từ Mỹ và Châu Âu

1.6 Khảo sát về vị trí địa lý vùng Đà Lạt

1.6.1 Địa hình và khí hậu của vùng đất

Địa hình (Thành phố Đà Lạt, Lâm Đồng, Việt Nam - 11°56'42.9"N108°30'50.1"E)

- Khí hậu ôn đới: Đà Lạt có khí hậu ôn đới, với nhiệt độ trung bình hàng nămdao động từ 15 đến 24 độ C, điều kiện này rất thích hợp cho sự phát triển củanhiều loại hoa.

- Độ cao vùng trồng hoa: Với độ cao từ 1.200 đến 1.500 mét so với mực nướcbiển, Đà Lạt có độ cao vùng trồng hoa tuyệt vời, giúp hoa phát triển tốt hơnnhờ vào sự tươi mát và không khí trong lành

- Đất đai phù hợp: Vùng đất ở Đà Lạt có độ pH trung bình, đủ dinh dưỡng vàthoáng, giúp cho việc trồng hoa trở nên dễ dàng hơn

- Nhiều loại hoa phù hợp: Với khí hậu và địa hình đa dạng, Đà Lạt là nơi thíchhợp để trồng nhiều loại hoa khác nhau như hoa hồng, hoa tulip, hoa cẩm túcầu, hoa cúc, hoa lan,

- Sự phát triển của ngành du lịch: Đà Lạt là một điểm đến du lịch nổi tiếng, vìvậy việc trồng hoa cũng đóng vai trò quan trọng trong phát triển kinh tế địaphương

- Nguồn nước phong phú: Đà Lạt có nhiều suối, hồ, thác nước, giúp nguồnnước phong phú và đảm bảo đủ cho việc tưới cây trồng, bao gồm cả việctrồng hoa

- Không gian xanh và khí hậu trong lành: Đà Lạt có nhiều công viên, khuvườn, khu rừng, đồi chè, tạo ra không gian xanh mát và giúp cho khí hậutrong lành, thích hợp cho sự phát triển của hoa

- Nhiều người có kinh nghiệm trồng hoa: Với lịch sử lâu đời trồng hoa, Đà Lạt

có nhiều người có kinh nghiệm về việc trồng và chăm sóc hoa, giúp chonhững người mới bắt đầu có thể học hỏi và áp dụng những kinh nghiệm đó

- Đa dạng về giống hoa: Đà Lạt có nhiều giống hoa, đặc biệt là những loại hoahiếm, giúp cho người trồng hoa có nhiều sự lựa chọn và đem lại giá trị kinh

tế cao

- Môi trường an toàn: Với môi trường xanh, không ô nhiễm và không sử dụnghóa chất độc hại trong việc trồng hoa, Đà Lạt là một nơi an toàn cho hoa pháttriển và cho con người sống

1.6.2 Ưu điểm để xây dựng trang trại Đà Lạt theo tiêu chuẩn GAP

- Giá đất thấp: So với các đô thị lớn, giá đất tại Đà Lạt vẫn khá thấp, giúp choviệc mua đất và xây dựng trang trại trồng hoa trở nên dễ dàng hơn

- Chi phí lao động thấp: Đà Lạt có nhiều người lao động có kinh nghiệm tronglĩnh vực trồng hoa, giúp cho việc tuyển dụng và chi trả cho nhân viên trở nên

dễ dàng và tiết kiệm hơn

- Thị trường hoa phát triển: Đà Lạt là một trong những trung tâm sản xuất hoalớn nhất của Việt Nam, vì vậy thị trường bán hoa tại đây khá phát triển và đadạng, giúp cho việc tiêu thụ sản phẩm của trang trại trồng hoa trở nên dễdàng và có khả năng sinh lời cao

- Hỗ trợ từ chính quyền địa phương: Chính quyền địa phương có thể hỗ trợcho các trang trại trồng hoa về hạ tầng, giấy phép và các vấn đề liên quanđến pháp lý, giúp cho việc xây dựng và hoạt động trang trại trở nên thuậntiện hơn

- Khả năng xuất khẩu: Nhờ vào chất lượng hoa tốt và thị trường hoa phát triển,trang trại trồng hoa tại Đà Lạt có khả năng xuất khẩu sản phẩm của mìnhsang các nước khác, giúp tăng thu nhập và phát triển kinh tế.

1.7 Tính khả thi của thiết kế hệ thống điện mặt trời áp mái cho trang trại Đà Lạt Gap

- Đáp ứng tiêu chuẩn GAP: Việc sử dụng pin mặt trời làm nguồn điện giúpđáp ứng tiêu chuẩn GAP và các yêu cầu về an toàn thực phẩm, giúp sảnphẩm trang trại đạt được chất lượng cao và an toàn cho người tiêu dùng

- Đáp ứng nhu cầu điện năng: Pin mặt trời có khả năng cung cấp đủ nănglượng để đáp ứng nhu cầu điện năng của trang trại, giúp cho hoạt động trangtrại trở nên ổn định hơn

- Dễ dàng lắp đặt và sử dụng: Pin mặt trời có thể được lắp đặt và sử dụng mộtcách dễ dàng, không cần nhiều kỹ thuật và bảo trì đơn giản, giúp cho trangtrại có thể dễ dàng sử dụng và bảo trì.Không phụ thuộc vào mạng lưới điện:

Sử dụng pin mặt trời làm nguồn điện giúp trang trại trở nên độc lập với mạnglưới điện, giảm thiểu rủi ro mất điện do sự cố trong mạng lưới điện

- Tiết kiệm chi phí: Sử dụng pin mặt trời làm nguồn điện giúp giảm thiểu chiphí về điện năng, giúp cho hoạt động trang trại trở nên hiệu quả hơn

- Bảo vệ môi trường: Pin mặt trời không tạo ra khí thải độc hại và không gây ônhiễm môi trường, giúp cho hoạt động trang trại trở nên thân thiện hơn vớimôi trường

- Đáp ứng tiêu chuẩn GAP: Việc sử dụng pin mặt trời làm nguồn điện giúpđáp ứng tiêu chuẩn GAP và các yêu cầu về an toàn thực phẩm, giúp sảnphẩm trang trại đạt được chất lượng cao và an toàn cho người tiêu dùng.Đápứng nhu cầu điện năng: Pin mặt trời có khả năng cung cấp đủ năng lượng đểđáp ứng nhu cầu điện năng của trang trại, giúp cho hoạt động trang trại trởnên ổn định hơn

- Dễ dàng lắp đặt và sử dụng: Pin mặt trời có thể được lắp đặt và sử dụng mộtcách dễ dàng, không cần nhiều kỹ thuật và bảo trì đơn giản, giúp cho trangtrại có thể dễ dàng sử dụng và bảo trì

- Không phụ thuộc vào mạng lưới điện: Sử dụng pin mặt trời làm nguồn điệngiúp trang trại trở nên độc lập với mạng lưới điện, giảm thiểu rủi ro mất điện

do sự cố trong mạng lưới điện

1.7.2 Nhược điểm

- Chi phí ban đầu cao: Việc lắp đặt hệ thống pin mặt trời cho trang trại Đà Lạt

sẽ tốn nhiều chi phí ban đầu, bao gồm chi phí mua sắm và lắp đặt hệ thống

- Ảnh hưởng của thời tiết: Pin mặt trời sẽ không hoạt động hiệu quả trong điềukiện thời tiết xấu như mưa, sương mù hoặc mây che phủ, giảm hiệu quả hoạtđộng của hệ thống

- Khả năng lưu trữ điện năng thấp: Pin mặt trời không thể lưu trữ điện năngđược sản xuất vào ban đêm hoặc trong những ngày mưa, điều này có thể làmgiảm hiệu quả hoạt động của hệ thống

- Khả năng sản xuất điện năng bị giảm: Sản lượng điện năng được sản xuất bởipin mặt trời có thể bị giảm do một số yếu tố như sự mòn của pin, sự phaimàu của các tấm pin hoặc sự che phủ của bụi và lá cây

- Khả năng cháy nổ: Pin mặt trời có thể bị cháy nổ trong trường hợp bị tácđộng mạnh hoặc không được bảo trì đúng cách

- Chi phí ban đầu cao: Việc lắp đặt hệ thống pin mặt trời cho trang trại Đà Lạt

sẽ tốn nhiều chi phí ban đầu, bao gồm chi phí mua sắm và lắp đặt hệ thống

- Ảnh hưởng của thời tiết: Pin mặt trời sẽ không hoạt động hiệu quả trong điềukiện thời tiết xấu như mưa, sương mù hoặc mây che phủ, giảm hiệu quả hoạtđộng của hệ thống

- Khả năng lưu trữ điện năng thấp: Pin mặt trời không thể lưu trữ điện năngđược sản xuất vào ban đêm hoặc trong những ngày mưa, điều này có thể làmgiảm hiệu quả hoạt động của hệ thống

- Khả năng sản xuất điện năng bị giảm: Sản lượng điện năng được sản xuất bởipin mặt trời có thể bị giảm do một số yếu tố như sự mòn của pin, sự phaimàu của các tấm pin hoặc sự che phủ của bụi và lá cây

- Khả năng cháy nổ: Pin mặt trời có thể bị cháy nổ trong trường hợp bị tácđộng mạnh hoặc không được bảo trì đúng cách

CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG THIẾT KẾ VÀ TÍNH

TOÁN PHỤ TẢI 2.1 Giới thiệu về công trình

Hệ thống điện mặt trời áp mái cho trang trại Đà Lạt Gap gồm có các phòng : 1văn phòng 2 tầng 8 phòng , 1 phòng điện, 1 nhà kho, 1 nhà xưởng, 2 nhà kính, 1khu vực bề nước

Phân bố của từng khu vực :

- Diện tích trang trại 2700 m2

- Diện tích nhà kính 500m2

- Diện tích văn phòng 112,5m2

- Diện tích phòng điện 15m2

- Diện tích xưởng 270m2

2.2 Các đặc trưng cơ bản của điện mặt trời

Hệ thống điện mặt trời là một hệ thống bao gồm một số các thành phần như ;các tấm pin mặt trời ( máy phát điện ), các tải tiêu thụ điện, các thiết bị tích trữ nănglượng và các thiết bị điều phối năng lượng, Thiết kế một hệ thống điện mặt trời làxây dựng một quan hệ tương thích giữa các thành phần của hệ về mặt định tính vàđịnh lượng , để đảm bảo một sự truyền tải năng lượng hiệu quả cao từ máy phát pinmặt trời đến các tải tiêu thụ Không như các hệ năng lượng khác, " nhiên liệu " củamáy phát điện là bức xạ mặt trời, nó luôn thay đổi phức tạp theo thời gian, theo địaphương và phụ thuộc vào các điều kiện khí hậu, thời tiết, nên với cùng một tảiđiện vệu cầu, có thể có một số thiết kế khác nhau tùy theo các thông số riêng của hệ

Vì vậy, nói chung không nên áp dụng các hệ thiết kế "mẫu" dùng cho tất cả hệthống điện mặt trời

Thiết kế một hệ thống điện mặt trời bao gồm nhiều công đoạn, từ việc lựa

thiết bị điện tử điều phối như các bộ điều khiển, đổi điện, đến việc tính toán lắpđặt các hệ giá đỡ pin mặt trời, hệ định hướng dàn pin mặt trời theo vị trí mặt trời,nhà xưởng đặt thiết bị, acquy, Trong hai thành phần được quan tâm ở đây - dànpin mặt trời và bộ acquy - là hai thành phần chính của hệ thống và chiếm một tỷtrọng lớn nhất trong chi phí cho một hệ thống điện mặt trời Cùng một phụ tải tiêuthụ, có nhiều phương án lựa chọn hệ thống điện mặt trời trong đó giữa dung lượngdàn pin mặt trời và bộ acquy có quan hệ tương hỗ sau:

- Tăng dung lượng acquy thì giảm được dung lượng dàn pin mặt trời;

- Tăng dung lượng dàn pin mặt trời, giảm được dung lượng acquy

Tuy nhiên , nếu lựa chọn dung lượng dàn pin mặt trời quá nhỏ , thì acquy sẽ bịphóng kiệt hoặc luôn luôn bị "đói", dẫn đến hư hỏng Ngược lại nếu dung lượngdàn pin mặt trời quá lớn sẽ gây ra lãng phí lớn Do vậy phải lựa chọn thích hợp để

hệ thống hoạt động có hiệu quả nhất

Trong thực tế có những hệ thống điện mặt trời nằm trong những tổ hợp hệ thốngnăng lượng, gồm hệ thống điện mặt trời, máy phát điện gió, máy phát diezen, Trong hệ thống đó, điện năng từ hệ thống điện mặt trời được "hòa" vào lưới điệnchung của tổ hợp hệ thống

2.3 Các thông số cần thiết đề tính toán hệ thống điện mặt trời

Để thiết kế, tính toán một hệ thống điện mặt trời trước hết cần một số thông sốchính sau đây:

- Các yêu cầu và các đặc trưng của phụ tải;

- Vị trí lắp đặt hệ thống

a Yêu cầu và các đặc trưng của phụ tải

Đối với các phụ tải, cần phải biết các thông số sau:

Gồm bao nhiêu thiết bị, các đặc trưng điện của mỗi thiết bị như công suất tiêuthụ, hiệu điện thế và tần số làm việc, hiệu suất của các thiết bị điện,

Thời gian làm việc của mỗi thiết bị bao gồm thời gian biểu và quãng thời giantrong ngày, trong tuần, trong tháng,

Thứ tự ưu tiên của các thiết bị Thiết bị nào cần phải hoạt động liên tục và yêucầu độ ổn định cao, thiết bị nào có thể ngừng tạm thời

Các thông số trên trước hết cần thiết cho việc lựa chọn sơ đồ khối Ví dụ nếutải làm việc vào ban đêm thì hệ cần phải có thành phần tích trữ năng lượng, tải làmviệc với điện xoay chiều hiệu điện thế cao thì cần dùng các bộ đổi điện Ngoài ra