Báo cáo nhà máy Điện tìm hiểu năng lượng mặt trời mái nhà

Hệ thống năng lượng mặt trời mái nhà Hệ thống năng lượng điện mặt trời trên mái là tận dụng các khoảng khôngcủa sân thượng, mái nhà và các khu đất cao nhiều ánh năng mặt trời, để làm nơi

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC CẦN THƠ TRƯỜNG BÁCH KHOA

BÁO CÁO NHÀ MÁY ĐIỆN

TÌM HIỂU NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI

MÁI NHÀ

ThS Đỗ Nguyễn Duy Phương Trần Duy Thái (MSSV: B2012769)

Đặng Nhật Trường (MSSV: B2012786)

Khoa: Kỹ thuật điện – Khóa:46

Và cuối cùng, xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè, tập thể lớp KTĐ A1,những người luôn sẵn sàng sẻ chia và giúp đỡ trong học tập và cuộc sống Mongrằng, chúng ta sẽ mãi mãi gắn bó với nhau.

Em xin chân thành cảm ơn!

LỜI NÓI ĐẦU

Trong bối cảnh biến đổi khí hậu và khủng hoảng năng lượng đang trở thànhnhững thách thức toàn cầu, việc tìm kiếm các giải pháp năng lượng bền vững vàthân thiện với môi trường là vô cùng cấp thiết Năng lượng mặt trời, với ưu điểm

là nguồn năng lượng tái tạo dồi dào và không gây ô nhiễm, đã và đang thu hút sựquan tâm đặc biệt từ cả chính phủ, doanh nghiệp lẫn các hộ gia đình Trong đó, hệthống năng lượng mặt trời mái nhà được xem là một trong những giải pháp hiệuquả và khả thi nhất cho việc tận dụng nguồn tài nguyên tự nhiên này

Đồ án này nhằm nghiên cứu và đánh giá tiềm năng của năng lượng mặt trờimái nhà trong việc giải quyết các vấn đề về năng lượng hiện nay Qua đó, đề xuấtcác giải pháp kỹ thuật và kinh tế để tối ưu hóa hiệu quả của hệ thống này, góp phầnvào mục tiêu phát triển bền vững và giảm thiểu tác động tiêu cực đến môi trường

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI 1

1.1 Đặt vấn đề 1

1.2 Mục tiêu đề tài 1

CHƯƠNG 2 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HỆ THỐNG ĐIỆN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI ÁP MÁI 2

2.1 Hệ thống năng lượng mặt trời mái nhà 2

2.2 Nguyên lý hoạt động 3

2.3 Cấu tạo điện mặt trời áp mái 4

2.4 Ưu điểm và nhược điểm 4

2.4.1 Ưu điểm 5

2.4.2 Nhược điểm 5

CHƯƠNG 3 CÁC MÔ HÌNH ĐIỆN MẶT TRỜI ÁP MÁI 7

3.1 Mô hình điện mặt trời áp mái độc lập 7

3.1.1 Các thành phần chính của hệ thống 7

3.1.2 Nguyên lý hoạt động 8

3.1.3 Ưu điểm và nhược điểm 8

3.1.4 Ứng dụng 8

3.2 Mô hình điện mặt trời áp mái nối lưới trực tiếp 9

3.2.1 Các thành phần chính của hệ thống 9

3.2.2 Nguyên lý hoạt động 10

3.2.3 Ưu điểm và nhược điểm 10

3.2.4 Ứng dụng 10

3.3 Mô hình điện mặt trời kết hợp vừa lưu trữ vừa hòa lưới 10

3.3.1 Các thành phần chính của hệ thống 11

3.3.2 Nguyên lý hoạt động 11

3.3.3 Ưu điểm và nhược điểm 12

3.3.4 Ứng dụng 13

CHƯƠNG 4  TẦM NHÌN VÀ XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐIỆN ÁP MÁI NHÀ 14

4.1 Tiềm năng phát triển trong tương lai 14

4.2 Các công nghệ mới và xu hướng 14

4.3 Ví dụ thành công về điện mặt trời áp mái 15

CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 18

5.1 Kết luận 18

5.2 Kiến nghị 18

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI1.1. Đặt vấn đề

Trong bối cảnh nhu cầu năng lượng toàn cầu ngày càng tăng cao vàcác nguồn năng lượng truyền thống như dầu mỏ, than đá đang dần cạn kiệt,việc tìm kiếm các nguồn năng lượng tái tạo trở thành vấn đề cấp thiết Nănglượng mặt trời, một trong những nguồn năng lượng sạch và bền vững, đã vàđang được ứng dụng rộng rãi trên thế giới, trong đó hệ thống điện mặt trờimái nhà là một giải pháp hiệu quả Hệ thống này tận dụng không gian máinhà của các công trình xây dựng, chuyển đổi năng lượng mặt trời thànhđiện năng để phục vụ nhu cầu sinh hoạt, sản xuất, giảm phụ thuộc vào điệnlưới và góp phần bảo vệ môi trường

Đề tài "Nghiên cứu và phát triển hệ thống điện mặt trời mái nhà cho

hộ gia đình tại Việt Nam" được thực hiện nhằm tìm hiểu tiềm năng ứngdụng của hệ thống này trong điều kiện khí hậu Việt Nam, đồng thời đánhgiá các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả kinh tế, kỹ thuật của hệ thống

1.2. Mục tiêu đề tài

Với đề tài "Nghiên cứu và phát triển hệ thống điện mặt trời mái nhà cho hộgia đình tại Việt Nam" sẽ cho chúng ta hiểu rõ hơn về nguồn năng lượngmặt trời và tiềm năng, ứng dụng của nguồn năng lượng mặt trời vào hệthống điện áp mái Từ đó, cho chúng ta cái nhìn khách quan về nâng caonhận thức về việc sử dụng nguồn năng lượng tái tạo, đóng góp vào việc pháttriển bền vững, giảm thiểu tác động của biến đổi khí hậu và phát triển kinh

tế Việt Nam

CHƯƠNG 2 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HỆ THỐNG ĐIỆN

NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI ÁP MÁI2.1 Hệ thống năng lượng mặt trời mái nhà

Hệ thống năng lượng điện mặt trời trên mái là tận dụng các khoảng khôngcủa sân thượng, mái nhà và các khu đất cao nhiều ánh năng mặt trời, để làm nơilắp đặt các tấm pin năng lượng mặt trời Đây là một giải pháp tuyệt vời để biếnngôi nhà trở thành một trạm phát điện dựa vào năng lượng mặt trời (năng lượng táitạo) Nó vừa cung cấp điện sinh hoạt cho gia đình vừa thân thiện với môi trường

Tấm pin năng lượng mặt trời hay còn gọi là pin quang điện, là loại pin cóchứa nhiều tế bào quang điện Tế bào quang điện này chính là các phần tử bán dẫn,trên bề mặt có chứa nhiều các cảm biến ánh sáng là điốt quang giúp biến đổi nănglượng của ánh sáng thành điện năng Những tế bào quang điện được tập hợp vớinhau thành khối để tạo thành pin năng lượng mặt trời Thông thường, quy cáchtấm pin năng lượng mặt trời sẽ bao gồm 60 - 72 tế bào quang điện được ghép vớinhau Các chỉ số như cường độ dòng điện, hiệu điện thế, điện trở của pin nănglượng mặt trời sẽ có sự biến động và thay đổi phụ thuộc vào lượng ánh sáng đượcchiếu lên

Hình 2.1 Hệ thống năng lượng mặt trời áp mái

2.2 Nguyên lý hoạt động

Tấm pin năng lượng mặt trời là thiết bị chuyển đổi năng lượng ánh sáng mặttrời thành điện năng Tấm pin năng lượng mặt trời được cấu tạo từ các tế bàoquang điện (solar cell) được ghép lại với nhau Mỗi tế bào quang điện có khả năngchuyển đổi khoảng 0,5V điện áp, do đó để có được điện áp cao hơn, cần phải ghépnhiều tế bào quang điện lại với nhau

Các tế bào quang điện thường được làm từ silic, một nguyên tố bán dẫn.Khi ánh sáng mặt trời chiếu vào các tế bào quang điện, các photon (hạt sáng) sẽ vachạm với các electron (hạt âm) trong silic, làm cho chúng thoát ra khỏi vị trí banđầu và tạo ra dòng điện Dòng điện này được gọi là dòng điện một chiều (DC), vàcần phải được chuyển đổi thành dòng điện xoay chiều (AC) để có thể sử dụng chocác thiết bị điện thông thường

Hình 2.2 Nguyên lý hoạt động của năng lượng mặt trời áp mái

2.3 Cấu tạo điện mặt trời áp mái

Một hệ thống điện mặt trời áp mái thông thường bao gồm các thành phầnsau :

- Tấm pin năng lượng mặt trời: là thiết bị chuyển đổi năng lượng ánh sángmặt trời thành điện năng

- Bộ biến tần: là thiết bị chuyển đổi dòng điện một chiều (DC) từ tấm pinnăng lượng mặt trời thành dòng điện xoay chiều (AC) để sử dụng cho các thiết bịđiện thông thường

- Bộ đo đếm: là thiết bị đo lường và ghi nhận lượng điện năng sản xuất vàtiêu thụ của hệ thống

- Bộ ngắt tự động: là thiết bị ngắt kết nối hệ thống với lưới điện quốc gia khi

có sự cố xảy ra, để đảm bảo an toàn cho người sử dụng và hệ thống

- Hệ thống kết nối: là các dây cáp, ổ cắm, công tắc và các phụ kiện khác đểkết nối các thành phần của hệ thống với nhau và với lưới điện quốc gia

2.4 Ưu điểm và nhược điểm

Hình 2.3 Ưu và nhược điểm điện mặt trời áp mái

2.4.1 Ưu điểm

- Nguồn năng lượng tái tạo vô tận: điện mặt trời áp mái sử dụng năng lượng

mặt trời làm nguồn năng lượng chính Năng lượng mặt trời là một nguồn năng lượngtái tạo, tức là không bị cạn kiệt và có thể tái sinh liên tục Năng lượng mặt trời cũng

là một nguồn năng lượng vô tận, tức là không bị giới hạn về số lượng và phạm viphân bố Theo ước tính của Tổ chức Năng lượng Quốc tế (IEA), năng lượng mặt trờichiếu xuống Trái đất trong một giờ có thể đáp ứng được nhu cầu năng lượng của loàingười trong một năm Do đó, điện mặt trời áp mái là một giải pháp bền vững về nănglượng cho tương lai

- Giảm ô nhiễm khí thải: điện mặt trời áp mái không sử dụng các nguyên liệuhóa thạch như than, dầu, khí đốt để sản xuất điện, do đó không gây ra ô nhiễm khíthải và tiếng ồn Điện mặt trời áp mái cũng giúp giảm được lượng điện truyền tải từcác nhà máy điện xa xôi, do đó giảm được tổn thất và rủi ro về an ninh năng lượng.Điện mặt trời áp mái cũng góp phần giảm được nhu cầu xây dựng các nhà máy điệnmới, do đó giảm được sự chiếm dụng đất đai và ảnh hưởng đến cảnh quan và sinhthái

- Khả năng sản xuất năng lượng địa phương: điện mặt trời áp mái có khả năngsản xuất năng lượng địa phương, tức là sản xuất năng lượng tại nơi tiêu thụ Điều nàymang lại nhiều lợi ích cho người sử dụng, như tăng cường độc lập về năng lượng,giảm thiểu chi phí vận chuyển và truyền tải điện, tạo ra thu nhập từ việc bán lại điện

dư thừa cho lưới điện quốc gia Điện mặt trời áp mái cũng mang lại lợi ích cho xãhội, như tạo ra việc làm cho ngành công nghiệp điện mặt trời, tăng cường an ninhnăng lượng quốc gia, phát triển kinh tế địa phương và xã hội

2.4.2 Nhược điểm

- Chi phí ban đầu cao: một trong những hạn chế của điện mặt trời áp mái là chi

phí ban đầu cao để mua sắm, lắp đặt và vận hành hệ thống Theo báo cáo của CụcNăng lượng tái tạo (Bộ Công Thương), chi phí trung bình của một hệ thống điện mặt

tùy thuộc vào loại và chất lượng của các thiết bị, diện tích và hướng của mái nhà, vịtrí và khoảng cách của hệ thống với lưới điện quốc gia, vv… 

- Phụ thuộc vào tình hình thời tiết: một hạn chế khác của điện mặt trời áp mái

là phụ thuộc vào tình hình thời tiết và vị trí địa lý Năng suất của hệ thống điện mặttrời áp mái sẽ bị ảnh hưởng bởi các yếu tố như mây che, mưa, bụi bẩn, nhiệt độ, vv…

Do đó, người sử dụng cần có biện pháp để bù đắp cho sự thiếu hụt của năng lượngmặt trời vào các thời điểm khác nhau trong ngày và trong năm Một số giải pháp cóthể là sử dụng các thiết bị lưu trữ năng lượng như ắc quy, kết hợp với các nguồn nănglượng khác như lưới điện quốc gia, máy phát điện dự phòng, vv… Ngoài ra, người sửdụng cũng cần chọn lựa vị trí lắp đặt hệ thống điện mặt trời áp mái sao cho có thể tiếpnhận được nhiều ánh sáng mặt trời nhất, ví dụ như hướng về phía nam, tránh bị chebởi các vật cản như cây xanh, tòa nhà, vv…

- Yêu cầu không gian rộng lớn: Một hạn chế nữa của điện mặt trời áp mái làyêu cầu không gian rộng lớn để lắp đặt các tấm pin năng lượng mặt trời Theo báocáo của Cục Năng lượng tái tạo (Bộ Công Thương), diện tích cần thiết để lắp đặt mộtkWp điện mặt trời áp mái là khoảng 6-8 m2 Do đó, để có được công suất điện mặttrời áp mái đủ cho nhu cầu sử dụng, người sử dụng cần có một mái nhà hoặc sânthượng rộng rãi và bền chắc Đây là một điều kiện khó khăn đối với nhiều người dân

ở các khu vực đô thị hay các khu dân cư có không gian sinh hoạt hạn chế

CHƯƠNG 3 CÁC MÔ HÌNH ĐIỆN MẶT TRỜI ÁP MÁI3.1 Mô hình điện mặt trời áp mái độc lập

Mô hình điện mặt trời áp mái độc lập là một hệ thống năng lượng tái tạo tựcung tự cấp, không phụ thuộc vào lưới điện quốc gia Hệ thống này tận dụng ánhsáng mặt trời để sản xuất điện năng, đáp ứng nhu cầu tiêu thụ tại chỗ

Hình 3.1 Mô hình điện mặt trời áp mái độc lập

3.1.1 Các thành phần chính của hệ thống

- Tấm pin mặt trời: Đây là trái tim của hệ thống, hấp thụ ánh sáng mặt trời

và chuyển đổi thành điện năng một chiều (DC)

- Bộ điều khiển sạc (Charge controller): Điều chỉnh dòng điện và điện áp từtấm pin, bảo vệ pin khỏi quá tải và xả quá mức

- Ắc quy: Lưu trữ điện năng sản xuất ra để sử dụng khi cần thiết, đặc biệt làvào ban đêm hoặc những ngày ít nắng

- Bộ đảo điện (Inverter): Chuyển đổi điện một chiều từ ắc quy thành điệnxoay chiều (AC) để cung cấp cho các thiết bị điện trong nhà.

- Độc lập: Không phụ thuộc vào lưới điện, thích hợp cho các khu vực xa lướ

i điện hoặc thường xuyên mất điện

- Bền vững: Sử dụng năng lượng sạch, thân thiện với môi trường

- Tiết kiệm chi phí: Giảm chi phí hóa đơn điện, đặc biệt ở những nơi giáđiện cao

- Dễ dàng lắp đặt: Có thể lắp đặt trên mái nhà, sân thượng hoặc bất kỳ vị trínào có nhiều ánh nắng

- Cung cấp điện cho nhà ở: Ở những vùng sâu vùng xa, các hộ gia đình có

thể sử dụng hệ thống này để thắp sáng, chạy các thiết bị gia dụng cơ bản

- Cung cấp điện cho các thiết bị điện tử: Điện thoại, máy tính, thiết bị chiếusáng LED.

- Cung cấp điện cho các hệ thống bơm nước: Bơm nước tưới tiêu, cấp nướcsinh hoạt

3.2 Mô hình điện mặt trời áp mái nối lưới trực tiếp

Mô hình điện mặt trời áp mái nối lưới trực tiếp là hệ thống năng lượng táitạo hệ thống sẽ chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành điện năng và đưa trựctiếp vào lưới điện quốc gia

Hình 3.2 Hệ thống điện mặt trời áp lưới trực tiếp

3.2.1 Các thành phần chính của hệ thống

- Tấm pin mặt trời: Hấp thụ ánh sáng mặt trời và tạo ra dòng điện một chiều.

- Bộ biến tần (inverter): Chuyển đổi dòng điện một chiều thành dòng điệnxoay chiều để hòa vào lưới điện

- Các thiết bị bảo vệ: Ngắt mạch, cầu dao, chống sét đảm bảo an toàn cho

hệ thống

3.2.2 Nguyên lý hoạt động

- Ánh sáng mặt trời chiếu vào tấm pin, tạo ra điện năng.

- Điện năng này được chuyển đổi thành dòng điện xoay chiều qua bộ biếntần

- Dòng điện xoay chiều được đưa vào lưới điện quốc gia

3.2.3 Ưu điểm và nhược điểm

* Ưu điểm

- Tiết kiệm điện năng: Giảm chi phí hóa đơn tiền điện hàng tháng

- Bảo vệ môi trường: Giảm lượng khí thải gây hiệu ứng nhà kính

- Ổn định: Hoạt động song song với lưới điện quốc gia, đảm bảo nguồn điện

- Hộ gia đình: Lắp đặt trên mái nhà để tự cung tự cấp điện năng.

- Doanh nghiệp: Giảm chi phí điện năng tiêu thụ cho sản xuất kinh doanh

- Các công trình công cộng: Trường học, bệnh viện

3.3 Mô hình điện mặt trời kết hợp vừa lưu trữ vừa hòa lưới

Đây là hệ thống sử dụng cả năng lượng mặt trời và bộ pin lưu trữ để cungcấp điện năng cho gia đình hoặc doanh nghiệp của bạn Năng lượng được tạo ra từcác tấm pin mặt trời sẽ được sử dụng trực tiếp, đồng thời một phần sẽ được lưu trữ

vào pin Khi không có ánh nắng mặt trời hoặc khi nhu cầu sử dụng điện tăng cao,

hệ thống sẽ tự động sử dụng điện từ pin

Hình 3.3 Mô hinh điện mặt trời kết hợp vừa lưu trữ vừa hòa lưới

3.3.1 Các thành phần chính của hệ thống

- Tấm pin mặt trời: Chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành điện năng

- Bộ biến tần: Chuyển đổi dòng điện một chiều từ pin mặt trời thành dòng điệnxoay chiều để sử dụng trong gia đình

- Bộ điều khiển: Điều khiển quá trình hoạt động của hệ thống, đảm bảo hiệuquả sử dụng năng lượng

- Pin lưu trữ: Lưu trữ điện năng dư thừa để sử dụng sau

3.3.2 Nguyên lý hoạt động

* Ban ngày:

- Năng lượng mặt trời được chuyển đổi thành điện năng qua tấm pin mặttrời.

- Một phần điện năng này được sử dụng ngay để cung cấp cho các thiết bịđiện trong nhà

- Phần còn lại được lưu trữ vào pin để sử dụng vào ban đêm hoặc nhữngngày trời âm u

* Ban đêm hoặc khi mất điện:

- Hệ thống sẽ tự động chuyển sang sử dụng điện từ pin để cung cấp cho cácthiết bị điện

* Hòa lưới:

- Khi sản lượng điện năng mặt trời vượt quá nhu cầu sử dụng, phần điệnnăng dư thừa sẽ được đưa vào lưới điện quốc gia Ngược lại, khi nhu cầu sử dụngđiện lớn hơn sản lượng điện năng, hệ thống sẽ tự động lấy điện từ lưới điện để bổsung

3.3.3 Ưu điểm và nhược điểm

- Bảo vệ môi trường: Giảm lượng khí thải carbon, góp phần bảo vệ môi trường

- Tăng tính tự chủ: Giảm sự phụ thuộc vào lưới điện quốc gia

- Tăng giá trị ngôi nhà: Hệ thống điện mặt trời được xem là một yếu tố tăng giá trịbất động sản

* Nhược điểm:

- Chi phí giá thành cao

- Tốn diện tích lắp đặt

3.3.4 Ứng dụng

- Gia đình: Cung cấp điện cho các thiết bị gia dụng, giảm chi phí sinh hoạt

- Doanh nghiệp: Cung cấp điện cho các hoạt động sản xuất kinh doanh, giảm chiphí điện năng

- Các khu vực xa lưới điện: Cung cấp điện cho các hộ gia đình, trường học, bệnhviện ở các vùng sâu vùng xa