Tính toán đặt ra trong thiết kế mạng điện mặt trời hòa lưới

I. NGUỒN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI 3 1. Giới thiệu chung 3 2. Công nghệ sản xuất ra điện năng 3 II. Giới thiệu iMars SysExpert 5 III. Các bước thiết kế hệ thống điện mặt trời trên iMars 6 IV. Tính toán đặt ra trong thiết kế mạng điện mặt trời hòa lưới 11 1. Thiết lập thông số và vị trí lắp đặt 11 2. Thiết lập thông số Inverter PVmodule 12 3. Thiết lập thông số cáp 12 4. Kết quả: 13 V. Bài toán kinh tế 13 I. NGUỒN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI 3 1. Giới thiệu chung 3 2. Công nghệ sản xuất ra điện năng 3 II. Giới thiệu iMars SysExpert 5 III. Các bước thiết kế hệ thống điện mặt trời trên iMars 6 IV. Tính toán đặt ra trong thiết kế mạng điện mặt trời hòa lưới 11 1. Thiết lập thông số và vị trí lắp đặt 11 2. Thiết lập thông số Inverter PVmodule 12 3. Thiết lập thông số cáp 12 4. Kết quả: 13 V. Bài toán kinh tế 13 I. NGUỒN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI 3 1. Giới thiệu chung 3 2. Công nghệ sản xuất ra điện năng 3 II. Giới thiệu iMars SysExpert 5 III. Các bước thiết kế hệ thống điện mặt trời trên iMars 6 IV. Tính toán đặt ra trong thiết kế mạng điện mặt trời hòa lưới 11 1. Thiết lập thông số và vị trí lắp đặt 11 2. Thiết lập thông số Inverter PVmodule 12 3. Thiết lập thông số cáp 12 4. Kết quả: 13 V. Bài toán kinh tế 13

MỤC LỤC

I NGUỒN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI 3

1 Giới thiệu chung 3

2 Công nghệ sản xuất ra điện năng 3

II Giới thiệu iMars SysExpert 5

III Các bước thiết kế hệ thống điện mặt trời trên iMars 6

IV Tính toán đặt ra trong thiết kế mạng điện mặt trời hòa lưới 11

1 Thiết lập thông số và vị trí lắp đặt 11

2 Thiết lập thông số Inverter & PV-module 12

3 Thiết lập thông số cáp 12

4 Kết quả: 13

V Bài toán kinh tế 13

I NGUỒN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI

1 Giới thiệu chung

Đây là nguồn năng lượng vô cùng quan trọng đối với sự tồn tại và phát triển của sự sống trên trái đất Có thể nói đây là nguồn năng lượng rất phong phú mà thiên nhiên đã ban tặng cho chúng ta Năng lượng mặt trời thu được trên trái đất là năng lượng của dòng bức xạ điện từ xuất phát từ mặt trời đến trái đất Chúng ta sẽ tiếp tục nhận được dòng năng lượng này cho đến khi phản ứng hạt nhân trên mặt trời hết nhiên liệu, vào khoảng 5 tỷ năm nữa

Vấn đề sử dụng năng lượng pin năng lương Mặt Trời nguồn năng lượng gần như

vô tận mà thiên nhiên ban tặng cho con người dường như vẫn còn mới mẻ với chúng ta Việc thiết kế một hệ thống pin năng lượng Mặt Trời hiệu quả và tiết kiệm vẫn đang là bài toán khó với nhiều kỹ sư thiết kế Để giúp kỹ sư dễ dàng hơn trong việc thiết kế đồng thời giúp khách hàng có được thông tin chi tiết và

rõ ràng, INVT đã cho ra đời phần mềm Sys Expert là phần mềm thiết kế hệ thống năng lượng mặt trời chính xác, chuyên nghiệp, hiệu quả

2 Công nghệ sản xuất ra điện năng

Theo số liệu tính toán năng lượng bức xạ Mặt Trời trên Trái Đất khoảng 1.2 × 1014 𝑘𝑊, tính trung bình trên một đầu người là gần 30 MW/ng [2] Tuy nhiên hiện tại tỷ lệ sử dụng năng lượng này còn quá ít Công suất phát xạ của Mặt Trời phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố như vị trí, thời gian trong ngày, thời gian trong năm, các điều kiện khí hậu, thời tiết v.v Trong đó có nhiều yếu tố tác động ngẫu nhiên

Sự chuyển đổi từ năng lượng nhiệt của Mặt Trời thành điện năng năng

có thể được thực hiện theo hai phương thức:

Công nghệ nhiệt điện mặt trời:

Phương thức thứ nhất của nhà máy điện dùng bức xạ Mặt Trời là hệ thống làm việc như trạm nhiệt điện, mà trong đó lò hơi được thay bằng hệ thống kính hội tụ thu nhận nhiệt bức xạ Mặt Trời để tạo hơi nước quay tuabin (hình 2.1.a) Các bộ thu hội tụ sẽ đi kèm bộ theo dõi mặt trời (tracker) để hội tụ tối đa các tia mặt trời vào phần bề mặt của bộ hội tụ Đa

số các bộ hội tụ yêu cầu độ hội tụ cao là các bộ hội tụ máng parabol, các tia

sáng mặt trời được hội tụ lại trên đường tiêu hội tụ, tại đường tiêu này nhiệt

độ có thể đạt 4000C hay cao hơn

Công nghệ PIN mặt trời (PMT):

Phương thức thứ hai chuyển đổi quang năng thành điện năng dưới dạng

pin Mặt Trời (hình 2.1.c) và kết nối vào mạng điện (hình 2.1.b) Pin Mặt Trời, còn gọi là pin quang điện, có cấu tạo gồm hai lớp bán dẫn p và n Lớp tiếp xúc giữa gọi là lớp tiếp xúc chuyển tiếp p-n Dưới tác dụng của ánh sáng Mặt Trời vào lớp chuyển tiếp p-n có sự khuếch tán của các hạt dẫn cơ bản qua lớp tiếp xúc, tạo nên một điện trường và do đó sinh ra một suất điện động của quang điện Giá

trị của suất điện động này tăng theo sự tăng của cường độ chiếu sáng Như vậy pin Mặt Trời biến đổi trực tiếp bức xạ năng lượng Mặt Trời thành điện năng, không qua bước trung gian về nhiệt

Hiện nay, người ta đã chế tạo tế bào quang điện Mặt Trời có đường kính

cỡ vài đề xi mét, cho công suất cỡ 1W trong điều kiện bức xạ Mặt Trời là 1kW/

m2 Tuỳ theo nhu cầu phụ tải của hộ tiêu thụ mà người ta ghép các tế bào pin Mặt Trời thành các bộ, tổ hợp

Năng lượng điện do pin Mặt Trời sản xuất ra có thể được dùng để cung cấp trực tiếp cho tải một chiều DC; cung cấp cho tải xoay chiều AC thông qua biến tần nối lưới; nếu không dùng hết, thì có thể được tích trữ bằng ắc qui thông qua các bộ sạc Nhìn chung cho đến nay Pin Mặt Trời mới chỉ được chế tạo với công suất nhỏ, hiệu suất thấp, giá thành cao, thường chỉ được dùng để cung cấp cho các phụ tải nhỏ ở các vùng hải đảo xa Đơn giá pin Mặt Trời trung bình khoảng 4-6 $/W và giá thành điện năng khoảng 0.25-0.40 $/k

II Giới thiệu iMars SysExpert

iMars SysExpert, một phần mềm thiết kế hệ thống grid-tied PV chuyên nghiệp và dễ sử dụng, được thiết kế đặc biệt cho bộ iMars B series grid-tied solar inverter Chỉ sau ba bước gồm: chỉnh sửa thông tin hệ thống, lựa chọn thiết bị và cấu hình hệ thống, các thông số về hệ thống các tấm pin năng lượng Mặt trời được thiết kế cho inverter 1 pha hay 3 pha và tạo ra bản báo cáo thiết kế chuyên nghiệp chỉ trong vài phút

Các đặc tính:

 Dễ sử dụng

 Qui trình thiết kế đơn giản

 Kết quả có độ tin cậy

 Liên tục đuược cập nhật cơ sở dữ liệu

Hình 1: giao diện chính của phần mềm

III Các bước thiết kế hệ thống điện mặt trời trên iMars

Bước 1: Mở cửa sổ thiết kế iMars SysExpert chọn New và Tạo ra trang giao diện thiết kế.

Hình 2: Trang khởi tạo

Bước 2: Thiết lập thông tin hệ thống cần thiết kế (chú ý điền đầy đủ và chính xác thông tin

để có bảng thông tin đúng và đầy đủ nhất của hệ thống)

 Project name : tên dự án

 Project number : Số dự án

 Customer : Khách hàng

Chọn vị trí địa lý khu vực: việc chọn vị trí địa lý khiu vực sẽ giúp người thiết kế có được thông tin chính xác về thuộc tính : độ cao, kinh tuyến, vĩ tuyến, nhiệt độ cao nhất, nhiệt độ thấp nhất và từ đó tính được góc nghiêng khi đặt hệ thống tấm pin năng lượng Mặt Trời Đồng thời tính được số giờ nắng trong tháng

 Location: khu vực

 Country : Đất nước

 City: Thành phố

Chú ý : Người thiết kế có thể chọn “new location” nếu thông tin vị trí địa lý không có trên danh mục thiết lập hệ thống thông tin phù hợp với khu vực của mình

Hình 3: Trang thiết lập vị trí lắp đặt

Bước 3

Chọn Solar inverter

 Brand: chọn INVT

 Loại ngõ ra : chọn single-phase (1 pha) hoặc three-phase (3 pha)

 Chọn model : chọn các dòng imars B của INVT (có rất nhiều loại từ 1.5KW tới 30KW cho 1 pha, 3pha)

Khi đó sẽ cho bảng thông số tương ứng cho loại solar inverter được chọn

Module-PV (tấm pin năng lượng Mặt Trời)

 Brand : Topray solar

 Material (chọn vật liệu) : Monocrytaline

 Chọn model : (Gồm 2 loại : TPM5U, TPM6U từ 200W-250W)

Điền thông số của tấm pin năng lượng Mặt Trời theo thông tin trên “data sheet” của tấm pin

Thông số:

 P-max :Công suất lớn nhất

 V-mp : điện áp lớn nhất

 I-mp: dòng lớn nhất

 V-oc : điện áp hở mach

 I-sc : dòng ngắn mạch

 Ƞ : Hiệu suất cell

 k-Pmax:Hệ số nhiệt của công suất lớn nhất

 K-Voc : Hệ số nhiệt của điện áp hở mạch

 k-Isc : Hệ số nhiệt của dòng ngắn mạch

Khi đó sẽ cho ra kết quả số lượng tấm pin Mặt Trời cần sử dụng cho dự án, mức công suất tối đa thu được của hệ thống tấm pin năng lượng Mặt Trời, và tỉ lệ phần trăm công suất định mức

Hình 4: Trang thiết lập Inverter&PV-module

Bước 4: Chọn cáp DC, cáp AC

Hình 5: Trang thiết lập dây dẫn

Bước 5: Bảng tổng hợp kết quả

Bảng này đầy đủ thông tin tổng hợp tất cả các thông số vừa thiết lập qua các bước 1, 2, 3

Hình 6: Trang kết quả thiết kế

IV Tính toán đặt ra trong thiết kế mạng điện mặt trời hòa lưới

Thiết kế hệ thống điện mặt trời tại khu vực Tp HCM với dự kiến hòa lưới mỗi ngày với giá 200 triệu đổ lại cho một gia đình, dự toán tiết kiệm được bao nhiêu tiền và thời gian hoàn vốn với một gia đình trung bình một ngày tiêu thụ một tháng là 740kWh (trung bình 1 ngày là: 24.6 kWh), giả sử đầu tư này chỉ đủ để

hộ gia đình tiêu thụ

1 Thiết lập thông số và vị trí lắp đặt

Vị trí TP HCM

Độ cao: 19m Nhiệt độ thấp nhất: 20 độ

Vĩ độ: 10.82 độ Bắc Nhiệt độ cao nhất: 50 độ

Kinh độ 106.67 độ Đông Nhiệt độ tấm pin: 70 độ

Góc nghiêng: 8.44 độ

g

Số

giờ

nắng

đỉnh

143

9 171.3 164.4 157.6 123.3 116.5 100.5 116.5 102.8 111.9 118.8 137

2 Thiết lập thông số Inverter & PV-module

 Inverter

Loại INV: 3 pha

Loại

INV Input V_Dcmax I_Dcmax MPPT Str MPPTmin MPPTmax Start Output I_maxAC n ma

x

n_m ppt

cs

%) 1(%)

GOOD

WE

4200D

42

 PV-module

Loại PIN: Polysilicon

Loại

Module P_max V_mp I_mp V_oc I_sc V_Dcmax N K_Pmax K_Voc K_Isc Module Area

Isc

Mm

P220-60(205

W)

205 29.2

2

7.01 36.2 7.6

3

1000 12

3

-0.4

-0.356

0.05 8

1.67

3 Thiết lập thông số cáp

Inpu

t Strings Module/String Material Length Section Voc(V) Isc(A) Vdrop(V) P loss Loss rate Trac

2

7.01 2.88 20.1

7

0.98

%

t Strings Cores Numbe

r

Materia

l Length Section Voc(V) In(A) Vdrop(V) P loss Loss rate

AC L1 L2

L3 N

PE

3 0.82%

4 Kết quả:

Hình 7: Trang kết quả thiết kế

V Bài toán kinh tế

Hình 8: Hóa đơn tiền điện của một căn hộ

Theo như giá điện mà hộ gia đình em cần trả là: 1.932.799 ( VAT included) thì mỗi kWh sẽ có giá là:

1932799

2611.89

Số kWh mỗi ngày hộ tiêu thụ là:

740 24.6

Số kWh hàng năm mà hộ tiêu thụ là: 740*12=8880 kWh

Vậy số kWh cần hòa lưới mỗi ngày để đáp ứng số kWh tiêu thụ của hộ gia đình là:

Lưu ý:

Giả sử giá mua điện của điện lực là 2000 VNĐ

Gọi X là số kWh mỗi ngày cần tạo ra để đáp ứng số kWh mà hộ gia đình tiêu thụ (lưu ý có tính theo tỉ giá điện mua vào và bán ra theo điện lực:

X.2000=2611.89*24.6

X=32.12 kWh

Từ các thông số tính toán từ phần mềm ta tính được mỗi ngày tạo ra là:

12111.1

33.2

Giá thành đầu tư:

Tên PV - Module Inveter

Giá/1 unit 2.079.000 11.000.000 9.130/m 27.500/m

SL 40 2 200 300

Tổng 83.160.000 22.000.000 1.826.00 8.250.000

Như vậy giá thành tổng sẽ là: 118.236.000 VNĐ

Như vậy với giá tiêu thụ 1 tháng là 1.932.799 thì cần 61 tháng để hoàn vốn (tức 5.1 năm)

Hình 9: Kết quả thiết kế