Nghiên cứu thiết kế mạch chuyển đổi năng lượng mặt trời

Đồ án NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ MẠCH CHUYỂN ĐỔI NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜINGHIÊN CỨU THIẾT KẾ MẠCH CHUYỂN ĐỔI NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜINGHIÊN CỨU THIẾT KẾ MẠCH CHUYỂN ĐỔI NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜINGHIÊN CỨU THIẾT KẾ MẠCH CHUYỂN ĐỔI NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜINGHIÊN CỨU THIẾT KẾ MẠCH CHUYỂN ĐỔI NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜINGHIÊN CỨU THIẾT KẾ MẠCH CHUYỂN ĐỔI NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC KHOA ĐIỀU KHIỂN & TỰ ĐỘNG HÓA

ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT

NGÀNH: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ KĨ THUẬT ĐIỀU KHIỂN

HỌC PHẦN: ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT.

ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ MẠCH CHUYỂN ĐỔI NĂNG LƯỢNG

MẶT TRỜI

HÀ NỘI, 12/2022.

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 0

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI 1

1.1 Giới thiệu năng lượng mặt trời 1

1.2 Sự phát triển ứng dụng năng lượng mặt trời 1

1.3 Cấu hình hệ thống điện mặt trời 2

1.3.1 Hệ thống độc lập/ ngoài lưới điện 2

1.3.2 Hệ thống điện mặt trời nối với lưới điện 3

1.3.3 Hệ thống nối với lưới điện và dự phòng 5

1.3.4 Hệ thống bổ sung lưới điện 6

1.4 Các bộ phận trong hệ thống điện mặt trời 7

1.4.1 Panel mặt trời 7

1.4.2 Acquy 8

1.4.3 Bộ điều khiển 8

1.4.4 Bộ biến tần 9

1.4.5 Trang thiết bị điện 9

1.5 Cách kết nối các bộ phận với nhau 9

1.5.1 Hệ thống điện mặt trời độc lập 9

1.6 Hệ thống nối với điện lưới sử dụng bô biến tần trung tâm 10

1.6.1 Hệ thống nối với lưới sử dụng nhiều bộ vi biến tần 11

1.7 Ứng dụng năng lượng điện mặt trời 11

CHƯƠNG 2 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ MẠCH LỰC 14

2.1 Các linh kiện có trong mạch 14

2.1.1 IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) 14

Cấu trúc và ký hiệu 14

2.1.3 Nguyên lý làm việc 14

2.1.4 Vùng làm việc an toàn (Safe Operating Area) 15

2.2 DC DC tăng áp 15

2.2.1 Cấu tạo và sơ đồ nguyên lý 15

2.2.2 Nguyên lý hoạt động 16

2.3 Nghịch lưu độc lập nguồn áp một pha 16

2.3.1 Sơ đồ nguyên lý 16

2.3.2 Nguyên lý làm việc 17

2.3.3 Dạng sóng dòng điện, điện áp trong mạch 17

2.3.4.Công thức tính toán 18

2.4 Tính toán chọn linh kiện 19

2.4.1 Cuộn cảm L 19

2.4.2 Tụ lọc C 19

2.4.3 Diode 19

2.4.4 Tính toán chọn IGBT 19

CHƯƠNG 3 MÔ PHỎNG, KẾT QUẢ MÔ PHỎNG 20

3.1 Mô phỏng bằng ứng dụng psim 20

3.2 Kết quả mô phỏng 21

KẾT LUẬN 23

TÀI LIỆU THAM KHẢO 24

DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ

Hình 1 1 Hệ thống độc lập/ ngoài lưới điện 2

Hình 1 2 Hệ thống điện mặt trời nối với lưới điện 3

Hình 1 3 Hệ thống nối với lưới điện dựu phòng 5

Hình 1 4 Mắc nối tiếp các tấm panel mặt trời 7

Hình 1 5 Mắc song song các tấm panel mặt trời 8

Hình 1.6 Sơ đồ hệ thống điện mặt trời độc lập 10

Hình 1.7 Hệ thống điện mặt trời hòa lưới 10

Hình 1.8 Robot trên sao hỏa chạy bằng năng lượng mặt trời 11

Hình 1.9 Balo chạy bằng năng lượng mặt trời 12

Hình 1.10 Tòa nhà chạy bằng pin năng lượng mặt trời 12

Hình 1.11 Nhà máy điện mặt trời 13

Hình 2.1 IGBT 14

Hình 2.2 Sơ đồ nguyên lý mạch boost 15

Hình 2.3 Sơ đồ nguyên lý mạch nghịch lưu nguồn áp 1 pha 16

Hình 2.4 Dạng sóng dùng điện, điện áp trong mạch nghịch lưu áp 1 pha 17

Hình 3.1 Mạch chuyển đổi năng lượng mặt trời 20

Hình 3.2 Điện áp 1 chiều 21

Hình 3.3 Đầu ra điện áp tải sin 220V 22

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay cùng với việc phát triển mạnh mẽ các ứng dụng của khoa học kỹthuật trong công nghiệp, đặc biệt là trong công nghiệp điện tử thì các thiết bị điện tử cócông suất lớn cũng được chế tạo ngày càng nhiều Và đặc biệt các ứng dụng của nóvào các ngành kinh tế quốc dân và đời sống hàng ngày đã và đang được phát triển hếtsức mạnh mẽ

Tuy nhiên để đáp ứng được nhu cầu ngày càng nhiều và phức tạp của côngnghiệp thì ngành điện tử công suất luôn phải nghiên cứu để tìm ra giải pháp tối ưunhất Đặc biệt với chủ trương công nghiệp hoá - hiện đại hoá của Nhà nước, các nhàmáy, xí nghiệp cần phải thay đổi, nâng cao để đưa công nghệ tự động điều khiển vàotrong sản xuất Do đó đòi hỏi phải có thiết bị và phương pháp điều khiển an toàn,chính xác Đó là nhiệm vụ của ngành điện tử công suất cần phải giải quyết

Xuất phát từ yêu cầu thực tế trong nội dung môn học đồ án điện tử công suất

chúng em được giao thực hiện đề tài: “Tìm hiểu và thiết kế mạch chuyển đổi năng lượng mặt trời.” với sự hướng dẫn của thầy giáo em đã nghiên cứu và thiết kế đề tài.

Trong quá trình thực hiện đề tài do khả năng và kiến thức thực tế hạn chế nênkhông thể tránh khỏi sai sót kính mong thầy cô và các bạn đóng góp ý kiến để đề tàicủa em được hoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn!

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI

1.1 Giới thiệu năng lượng mặt trời

Trong thái dương hệ mặt trời có nguồn năng lượng lớn nhất Nó là khối vật chấtkhổng lồ với hoạt động hạt nhân xảy ra liên tục Mặt trời cung cấp trực tiếp hoạt giántiếp, cho loài người và mọi dạng sống trên trái đất Mặt trời quyết định khí hậu và thờitiết không có mặt trời trái đất là vùng đất chết đóng băng vĩnh cửu

Điện năng lượng măt trời là ý tưởng tuyệt vời Lấy năng lượng từ mặt trời và chuyểnthành điện năngcung cấp cho các trang thiết bị là mong ước của chúng ta, sẽ khôngcòn hóa đơn tiền điện, không còn phụ thuộc vào công ty điện lực và bạn sẽ cónguồnnăng lượngtái tạo, xanh sạch và bảo vệ môi trường Tạo ra năng lượng mặt trời nhờvào ánh sáng mặt trời chiếu vào các panel pin mặt trời tạo ra nguồn điện 1 chiều DCqua các bộ biến tần chỉnh thành các nguồn điện xoay chiều AC cung cấp cho các thiết

bị điện

Panel mặt trời tạo ra điện là do hiệu ứng quang điện giữa 2 lớp bán dẫn, 1 lớpthiếu electron Khi các electron này bị các photon kích thích lám cho chúng chuyển từlớp bán dẫn này sang bán dẫn kia, nên tạo ra điện tích Các panel này thường là Siđược cắt thành các tấm mỏng xếp kết hợp vừa song song và nối tiếp Nối tiếp thì tănghiệu suất của pin, mắc song song thì tăng áp cung cấp cho phụ tải

Nguồn năng lượng mặt trời ngày nay thường được ứng dụng ích vì giá thành vẫn còncao Nên được chỉ ứng ụng ở những nơi chưa có điện lưới kéo tới hoặc cung cấp cho 1vài phòng, hay ứng dụng làm bình nước nóng, thiết bị bán hang tự động

1.2 Sự phát triển ứng dụng năng lượng mặt trời

Sự phát triển nhanh về công nghệ và liên tục cải tiến của các nhà thiết kế nêngiá có giảm đi liên tục từ đầu năm 2009 tạo nên tiến bộ rõ rệt trong lĩnh vực công nghệnăng lượng sạch Trước những năm 2007 thì việc ứng dụng nguồn năng lượng mặt trời

là điều coi là không thực tế Ngày nay thì nó có tính khả thi cao Thậm chí còn hiệuquả về cả kinh tế và công nghệ Các tấm pin panel ngày càng nhỏ gọn hơn và đa dạnghơn về định mức công suất, chi phí ngày càng thấp hơn Đối nhiều ứng dụng, nănglượng mặt trời dang trở thành phương cách cung cấp điện năng có hiệu quả kinh tế caohơn nhiều phương pháp khác

Với tiến độ phát triển của nghành công nghệ điện hiện nay thì dự đoán đến năm

2020 thì năng lượng mặt trời sẽ thành nguồn điện rẽ nhất, rẽ hơn các năng lượng đượcsản xuất trong các nhà máy: nhiệt năng, thủy năng Chúng ta sẽ chứng kiến năng lượngmặt trời tích hợp vào các vật dụng, máy móc hằng ngày Nănglượng mặt trởi là thiết bịcấp điện dễ sử dụng, thải cacbon thấp.Năng lượng này sẽ cung cấp được những nơinhư: sa mạc, các vùng sâu vùng xa Dần thay thế các nguồn điện khác và trở thànhnguồn cung cấp điện chính trong tương lại

1.3 Cấu hình hệ thống điện mặt trời

1.3.1 Hệ thống độc lập/ ngoài lưới điện

Trạm điện mặt trời độc lập là kiểu hệ thống điện mặt trời thông dụng nhất trênphạm vi toàn cầu Mục đích chính là cung cấp điện cho những nơi chưa có lưới điệnkéo tới hay không có nguồn năng lượng khác

Hệ thống điện độc lập thường rất nhỏ, công suất đỉnh không quá 1kw Hệthống điện độc lập muốn có kế hoạch về hệ thống điện lớn hơn và quan trọng hơn thìngười thiết kế cần có kiến thức cơ bản và kinh nghiệm trong thiết kế nguồn nănglượng mặt trời, nên cần bắt đầu với thiết kế nhỏ và đơn giản

Sơ đồ nguyên lý:

Hình 1.1 Hệ thống độc lập/ ngoài lưới điện

Nguyên lý hoạt động:

Từ giàn pin mặt trời (solar cells), ánh sáng được biến đổi thành điện năng, tạo

ra dòng điện một chiều (DC Power) Dòng điện này được dẫn tới bộ điều khiển(charge controller) là một thiết bị có chức năng có chức năng tự động điều hòa dòngđiện từ pin mặt trời và dòng điện nạp cho acquy (Battery) ở chế độ tối ưu nhất Khiacquy (Battery) đầy thì bộ điều khiển (charge controller) sẽ ngưng sạc hoạt sạc ở chế

độ duy trì Khi acquy (Battery) cạn thì tự động vào chế độ nạp lại Thông qua bộ đổiđiện DC/AC (Inverter) tạo ra dòng điện xoay chiều chuẩn 220V/50Hz để chạy cácthiết bị trong gia đình như đèn chiếu sáng, quạt, tivi, máy tính, tủ lạnh, máy bơm

Ưu điểm:

Hệ thống này sẽ đơn giản, dễ thiết kề và thường dùng trong các khu vực chưa

có lưới điện hoặc nơi thường xuyên bị cắt điện liên tục

Nhược điểm:

Hệ thống này vì không có lưới điện hoặc điện áp dự phòng nên phụ thuộc rấtnhiều vào cường độ chiếu sáng của mặt trời hơn những hệ thống điện mặt trời khác.

Hệ thống này phải cung cấp điện năng hơn công suất phụ tải mà nó cung cấp để

có điện dự trữ xài vào ban đêm khi mà các dãy pannel không thể tạo ra điện năng (chỉtạo ra 1 ít điện năng khi ánh trăng tròn) Mà yếu tố quyết định chính là các photontrong ánh nắng mặt trời, photon sẽ tăng khi cường độ chiếu sáng tăng

Để khắc phục sự phụ thuộc này ta cần tính toán kỹ lưỡng thiết kế năng lượngmặt trời của hệ thống này Như địa điểm lắp đặt các dãy pannel mặt trời, hướng củacác dãy pannel, điểu chỉnh góc đặt dãy pannel, dự đoán tránh bóng che Công suất củadãy pannel cung cấp phải lớn hơn công suất phụ tải hệ thống, để còn điện năng dư đưavào bình acquy để có điện năng sử dụng vào ban đêm

1.3.2 Hệ thống điện mặt trời nối với lưới điện

Hệ thống này thường được thông dụng ở châu Âu và Hoa Kỳ, do lợi ích rõ rệt

về giảm chi phí lắp đặt và có thêm thu nhập nhờ bán điện lại cho công ty điện lực Hệthống điện này thường hoạt động ở các khu có hệ thống lưới điện ổn định Đặc biệt cóhiệu quả nhất ở nơi có khí hậu nóng, nhiều ánh nắng, nơi nhu cầu điện năng cao điểmtrùng với những giờ nắng nóng

Mô hình và nguyên lý hoạt động:

Hình 1.2 Hệ thống điện mặt trời nối với lưới điện

Mô tả hoạt động: chuyển mạch SW ở vị trí OB

Khi không có mặt trời: (Buổi tối hoặc khi bị mây che) Các Solar panel sẽ

không sản sinh ra điện nên các phụ tải sẽ sử dụng điện từ lưới một cách bình thường

Lúc này chỉ số của W0 sẽ thể hiện đúng chỉ số tiêu thụ điện năng của phụ tải mà bạn đang sử dụng.(W2):

W2 = W0

Khi trời có nắng: Các solar panel sẽ có địên và lúc này GTSIA sẽ biến đổi

điện năng DC từ các solar panel trên thành điện AC có tần số, pha và điện áp trùng với

điện lưới Điện năng từ mặt trời sẽ được hòa với điện lưới qua chỉ số của  đồng hồW1.

Như vậy chí số mua điện từ lưới (W0) sẽ bằng hiệu của mức tiêu thụ của phụ tải (W2) với điện năng do hệ thống điện mặt trời tạo ra (W1). 

W0 = W2 - W1.

Trong trường hợp công suất của phụ tải là nhỏ hơn công suất của điện mặt trời

đưa ra  W2 < W1, ta thấy điện năng sẽ được “bơm” và gửi ngược trở lại lưới và chỉ số trên W0 sẽ mang trị số âm (giảm).

Khi mất điện lưới, hệ thống GTSIA ngưng họat động đảm bảo sự an toàn cho lưới điện.

Chuyển mạch SW ở vị trí OA: Được sử dụng khi nhà nước chấp nhận mua điện

từ các hộ gia đình có hệ thống điện mặt trời nối lưới

Ưu điểm:

Hệ thống nối với lưới điện, bạn có thể sử dụng điện mặt trời vào ban ngày, điện

dư thì dẫn vào lưới điện bán cho công ty điện lực Buổi chiều hoặc tối thì bạn lại sửdụng điện từ công ty điện lực cung cấp vì vậy hệ thống này thường ít phụ thuộc vàocông ty điện lực, giảm được điện mà nhà máy sản xuất bằng các phương thức gây ônhiễm môi trường

Không sử dụng bình acquy: giảm đáng kể chi phí đầu tư và bảo dưỡng cho hệthống acquy

Khai thác điện năng hiệu quả nhất: từ nguồn năng lượng mặt trời (hoặc gió) do

có cơ cấu nổi bật là thu nhận, biến đổi và bổ xung trực tiếp ngay vào lưới điện không

bị tổn hao trên acquy dự trữ

Bền vững, lâu dài:  Do máy luôn được vận hành song song với lưới điện nên

mọi đột biến của tải hay điện áp trên đường dây và nguồn điện đều không thể tác độngtrực tiếp vào máy Tuổi thọ của hệ thống là tuổi thọ của các linh kiện điện tử cao cấp

có thể lên tới 25 năm.ứng dụng rộng rãi cho mọi nơi như: các hộ dân, cơ quan, đơn vịđang có điện lưới quốc gia

Việc lắp đặt và sử dụng đơn giản, chi phí bảo trì bảo dưỡng thấp, gần như

bằng không, nên thời gian thu hồi vốn được rút ngắn tối đa và chắc chắn theo dự tínhđầu tư ban đầu

Nhược điểm:

Hệ thống này nếu điện lưới bị cắt thì điện năng từ các panel mặt trời cũng bịcắt, để đảm bảo an toàn cho lưới điện Vì hệ thống này khi kết nối nguồn năng lượngđiện sản xuất từ năng lượng điện từ các dãy pannel mặt trời với lưới điện quốc gia thì

nó giống như hệ thống máy phát nối với lưới điện Khi đưa công suất điện lên lưới cầnphải trung hòa điện và tần sồ để trùng với lưới điện

Hệ thống này có thể áp dụng tại Việt Nam, những vẫn chưa được phổ biến ởViệt Nam và do hệ thống quản lý điện lực nước ta vẫn chưa chấp nhận mua điện từnguồn năng lượng mặt trời và năng lượng gió Còn về đồng hồ điện năng thì vẫn chưađược cho phép quay ngược nên dù có đẩy công suất ngược lên lưới thì vẫn là công ‘phíuổng’

Nguồn năng lượng mặt trời vẫn đang trong vòng nghiên cứu của Viện Vật Lý

TP Hồ Chí Minh Các chuyên gia năng lượng điện mặt trời của Viện Nghiên Vật Lý

TP Hồ Chí Minh đang kỳ vọng về một dự án năng lượng điện mặt trời trong tương laigần theo công nghệ nối lưới điện thông minh SIPV với siêu công suất - khoảng 250MWp (bằng nửa công suất của Nhà máy thủy điện Trị An)

Công nghệ SIPV ưu tiên dùng điện mặt trời, chỉ khi điện mặt trời không đủ,mới cần sự trợ giúp từ điện lưới quốc gia (thiếu bao nhiêu cấp bấy nhiêu, không thiếukhông cấp) Ý nghĩa khác của công nghệ là khả năng hỗ trợ phụ tải cho điện lưới quốcgia và hỗ trợ người tiêu dùng có thể mua điện của EVN vào giờ thấp điểm với giá rẻ.Tất cả các chức năng của hệ thống đều được bộ điều khiển thông minh số hóa và điềuhành không cần đến sự can thiệp của con người Buổi sáng khi mặt trời lên, hệ thốngchuyển sang chế độ dùng điện mặt trời và ngắt điện từ EVN Khi có sự cố đường dâycủa EVN, lập tức hệ thống chuyển sang dùng mạng điện mặt trời dự phòng từ giàn ắc-quy Từ 22 giờ đêm, hệ thống điều khiển thông minh ra lệnh cho bộ sạc lưới mua điệngiá rẻ của EVN Khi điện sản xuất từ giàn pin mặt trời dư không dùng hết, phần điện

dư thừa lập tức được đưa về dự trữ vào hệ thống tồn trữ năng lượng của tòa nhà

1.3.3 Hệ thống nối với lưới điện và dự phòng

Hệ thống mặt trời nối với lưới điện và đề phòng sự cố- còn gọi là hệ thốngtương tác lưới-kết hợp với hệ thống mặt trời nối với lưới điện và dãy các acquy Cũngnhư hệ thống nối với lưới điện, bạn sử dụng điện năng từ các panel mặt trời khi trờinắng và bán điện dư cho công ty điện lực Nhưng khác với hệ thống nối với lưới điện,dãy các acquy sẽ cung cấp điện ngay khi lưới điện bị cắt đột ngột, do đó hệ thống củabạn sẽ liên tục có điện

Sơ đồ nguyên lý:

Hình 1.3 Hệ thống nối với lưới điện dựu phòng

Nguyên lý hoạt động:

Đây là sự tích hợp của hai hệ thống thành một hệ thống liên hoàn bao gồm:

Hệ thống on - grid (hệ thống nối lưới): Sản xuất điện năng từ các tấm pin mặttrời (Solar Panel) thành điện 220V AC /50Hz để hòa vào điện lưới

Hệ thống off - grid (hệ thống độc lập): Lưu trữ điện năng từ các tấm pin mặttrời (Solar Panel) vào Acquy để sẵn sàng biến đổi thành điện 220VAC /50Hz để cungcấp cho tải khi không có điện lưới

Khi khởi động hệ thống, Acquy (battery) luôn  được ưu tiên nạp điện từ Mặttrời cho đến khi đầy Lúc này hệ thống On Grid chưa làm việc

Khi acquy đầy, hệ thống sẽ tự động biến đổi điện DC từ Sola Panel thành điện

AC 220V để hòa với điện lưới (Điện áp ra của hệ thống có tần số, pha trùng với điệnlưới có thể là 1 pha hoặc 3 pha)

Khi mất điện lưới, hệ thống sẽ tự động lấy điện DC từ Acquy và Solar để biếnđổi thành điện AC 220V cung cấp cho tải ưu tiên

Yêu cầu người lắp phải có kinh nghiệm và trình độ chuyên môn

1.3.4 Hệ thống bổ sung lưới điện

Nguyên lý hoạt động:

Bổ sung điện lưới còn gọi là hệ thống điện mặt trời gia dụng cở nhỏ Với hệthống bổ sung điện lưới các panel mặt trời tạo ra điện năng và nạp điện cho acquy năng lượng lấy từ các ăcquy sẽ đi qua bộ chuyển đổi(bộ biến tần) để cung cấp điệncho một hoặc nhiều mạch điện từ bản điện phân phối trong ngôi nhà khi điện lượngacquy xuống đến ngưỡng tới hạn, hệ thống tự chuyển sang điện lưới khi panel điệnmặt trời nạp vào các acquy thì hệ thống tự chuyển sang điện mặt trời,

Nhược điểm

- Hệ thống này bạn không thể bán điện cho công ty điện lực

- Cấu tạo phức tạp và xây dựng khó khăn

Ưu điểm:

Hệ thống bổ sung điện lưới có hầu hết các ưu điểm của hệ thống nối với lướiđiện dự phòng Hệ thống này sử dụng phổ biến ở những nơi chưa có chính sách trợ

cấp hoặc ưu đãi dành cho trạm điện mặt trời hay hầu như không có lợi khi bán điệncho công ty điện lực

Nếu hệ thống của bạn có khả năng phát hiện với công suất lớn hơn 1 kW điệntrong 1 giờ, thì hệ thống nối với lưới điện sẽ kinh tế hơn Nếu hệ thống chỉ phát điệnvới công suất dưới 1 kW điện trong 1 giờ thì hệ thống bổ sung lưới điện sẽ kinh tếhơn Khi công suất phát điện dưới 1 kW thì việc phát lên lưới điện sẽ có tổn hao trênđường dây nhiều hơn là ta có thể phát điện lớn hơn 1kW Thay vì để tôn hao trên dâydẫn ta tích trữ điện vào các dãy acquy Khi ta có hệ thống trên 1kW thì có thể đầu tưquá nhiều vào các dãy acquy để tích trữ đủ năng lượng nên ta có thể gửi bán cho công

ty điện lực (nếu có chính sách khuyến khích) rồi dùng lúc các dãy panel cung cấpkhông đủ ta có thể mua lại từ điện lực

1.4 Các bộ phận trong hệ thống điện mặt trời

1.4.1 Panel mặt trời

Panel mặt trời là phần là phần cốt lõi của hệ thống điện mặt trời Panel mặt trờichính xác là panel quang điện mặt trời, nó tạ ra năng lượng từ ánh sáng mặt trời Nănglượng mặ trời càng mạnh thì công suát nhận được càng cao Hầu hết các panel mặt trờiđều gồm các tế bào (pin) mặt trời ghép lại với nhau Pin mặt trời thông dụng hiện naychỉ tạo ra điện áp khoảng 0.5V, do đó phải mắc ghép chúng lại với nhau bên trongpanel dể tạo ra điện áp hữu dụng Nếu ta dùng đồng hồ đo không tải của panel mặt trờithì ta thấy điện áp lên đến 26V, nhưng khi nối với các phụ tải thì nó sụt áp xuống cònlại 14-18V

Nối các panel với nhau có thể tạo ra 1 mảng panel mặt trời Nối niều panel nhưvậy với nhau giúp bạn tạo ra dòng điện cường độ cao hơn hoặc điện áp cao hơn

Mắc nối tiếp các panel cho phép mảng panel tạo ra điện áp lớn hơn;khoảng 28V trong hệ thống độc lập,hoặc vài tram volt tronh hệ thống nối với điện lưới

24-Hình 1.4 Mắc nối tiếp các tấm panel mặt trờiMắc song song các panel cho phép mảng panel cung cấp công suất lớn trongkhi vẫn giư nguyên giá trị điện áp của từng panel

Hình 1.5 Mắc song song các tấm panel mặt trời

Khi nối tiếp nhiều panel với nhau,công suất của toàn hệ thống sẽ tăng,bất kểmắc nối tiesp hay song song hoặc kết hợp cả hai

Trong mảng panel mắc nối tiếp,ta cộng điện áp của từng panel với nhau và cộngcông suất (watt) của chúng để tính điện áp và công suất cực đại mảng panel đó có thểtạo ra

Trong mảng panel mắc song song,bạn lấy giá trị điện áp trung bình của tất cảcác panel và cộng công suất (watt) của từng panel để tính công suất cực đại của mảngpanel điện mặt trời

1.4.2 Acquy

Các panel mặt trời rất ít khi cung cấp điện năng trực tiếp cho thiết bị điện Điềunày lo do công suất của panel mặt trời biến thiên theo cường độ ánh nắng, không phùhợp với hấu hết các thiết bị điện Đối với hệ thống độc lập hoặc hệ thống bổ sung điệnlưới,acquy lưu giữ điện năng và cung cấp nguồn điện với công suất ổn định cho thiếtbị

Nói chung, năng lượng này được lưu giữ trong các acquy acid-chì “chu kỳ sâu”,hình dáng tương tự acquy dùng trên xe hơi nhưng khác về thiết kế bên trong Thiết kếnày cho phép chúng phóng điện và tái nạp điện hàng ngàn lần

Năng lượng điện được lưu giữ trong các acquy,có thể nối các caquy với nhau đểtạo thành dãy acquy; nhiều acquy mắc nối tiếp sẽ làm tăng điện lượng và điện áp củadãy acquy, nhiều acquy mắc song song sẽ làm tăng điện lượng nhưng vẫn duy trìđiệnáp không đổi

1.4.3 Bộ điều khiển

Nếu sử dụng các acquy, hệ thống điện mặt trời cần có bộ điều khiển để quản lýdòng điện vào và ra khỏi acquy.Nếu hệ thống nạp điện quá mức cho acquy, acquy cóthể bị hỏng Tương tự nếu hệ thống phóng hết điện lượng từ các acquy, các acquy sẽ bị

hư hại một cách nhanh chóng Bộ điều khiển chính là thiết bị điều khiển các quá trìnhnạp và phóng điện acquy Nhưng trong 1 số trường hợp, hệ thống điện mặt trời cỡ nhỏ

thì không yêu cầu bộ điều khiển vì tấm panel mặt trời này quá nhỏ để làm hư acquykhi acquy đó được nạp đầy.

Hệ thống điện mặt trời đều yêu cầu sử dụng bộ điều khiển để quản lý các quátrình nạp và phóng điện của acquy, bảo đảm duy trì acquy luôn luôn ở trạng thái tốt

1.4.4 Bộ biến tần

Điện năng do hệ thống điện mặt trời tạo ra là điện một chiều (DC) Điện năng

từ lưới điện phân phối là điện xoay chiều (AC) điện áp cao Muốn sử dụng điện mặttrời để vận hành trang thiết bị vốn hoạt động từ nguồn điện lưới phân phối, cần có bộbiến tần để chuyển đổi dòng điện từ DC sang AC và tăng điện áp đến giá trị điện áplưới

Theo truyền thống, thường có một bộ biến tần trung tâm trong hệ thống điệnmặt trời, mắc trực tiếp với mảng panel trong hệ thống nối với điện lưới, hoặc nối vàodãy acquy trong hệ thống điện mặt trời độc lập Sáng chế mới đây là bộ vi biến tần.Các bộ vi biến tần nối vào từng panel riêng rẽ, cho phép các panel đó cung cấp điệnxoay chiều điện áp cao

1.4.5 Trang thiết bị điện

Thành phần cuối cùng trong hệ thống điện mặt trời là các thiết bị bạn muốn cấpđiện Về lý thuyết, bạn có thể cấp điện mặt trời cho mọi thiết bị điện gia dụng Tuynhiên,nhiều thiết bị tiêu thụ công suất điện khá lớn,do đó chi phí vận hành từ điện mặttrời sẽ khá cao

Nếu hệ thống của bạn được nối với lưới điện thì bạn có thể sử dụng với cácthiết bị điện công suất tương đối lớn, nhưng bạn chỉ sử dụng trong khoảng thời giantương đối ngắn, tác động đến hệ thống của ban tương đối thấp Còn nếu muốn sử dụng

hệ thống mặt trời độc lập để vận hành các thiết bị điện công suất lớn thì hệ thống củabạn phải đủ lớn để đáp ứng các nhu cầu đỉnh

Thiết bị điện áp thấp: hầu hết các hệ thống độc lập đều vận hành với điện áp

thấp Trừ khi có kế hoạch thiết lập hệ thống hoàn toàn nối với điện lưới, ngày nay có 1

số thiết bị có thể vận hành với nguồn 12V hoặc 24V Bạn nên xem xét khả năng chạymột số thiết bị trực tiếp từ nguồn điện mặt trời DC, thay vì cấp điện cho tất cả các thiết

bị thông qua bộ biến tần, do hiệu suất sẽ cao hơn

Nhờ hệ thống điện mặt trời phát triển khá nhanh trong thời gian gần đây, một sốnhà chế tạo đang hướng đến các thiết bị tiêu thụ năng lượng thấp gồm cả tủ lạnh,tủ cấpđông và máy giặt chuyên biệt cho khách hàng đang sử dụng hệ thống điện mặt trời

Thiết bị điện áp cao:nếu sử dụng hệ thống điện mặt trời nối với lưới điện, bạn

cần dùng bộ biến tần để cung cấp điện cho các thiết bị yêu cầu điện áp cao

1.5 Cách kết nối các bộ phận với nhau

1.5.1 Hệ thống điện mặt trời độc lập

Thiết kế này cung cấp nguồn DC điện áp thấp để chạy các thiết bị điện côngsuất nhỏ, máy tính laptop và chiếu sáng, cùng với nguồn AC điện áp cao để chạy cácthiết bị lớn, máy thu hình, các thiết bị trong bếp…