THIẾT kế hệ THỐNG PIN mặt TRỜI CHO KTX đại học tôn đức THẮNG

Mức giá bán điện này chỉ áp dụng cho các hệ thống điện nối lưới có công suất pin mặt trời lớn hơn 16% hoặc module lớn hơn 15 %.” 1.1.4 TẠI SAO LỰA CHỌN MỘT HỆ THỐNG PIN MẶT TRỜI?. CHƯƠNG

TÊN ĐỀ TÀI

THIẾT KẾ HỆ THỐNG PIN MẶT TRỜI CHO KTX ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG

PHẦN I: THIẾT KẾ HỆ THỐNG PIN MẶT TRỜI CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ NĂNG

số 15 nghìn tỷ Watt công suất năng lượng mà con người đang dùng, thì có đến 37% là

từ dầu hỏa, 25% là than đá, và 23% là khí đốt (tổng cộng ba thứ này đã đến 85%), là những nguồn năng lượng cạn kiệt nhanh chóng và không phục hồi lại được Với tốc độkhai thác hiện tại, thì các nguồn năng lượng hóa thạch sẽ gần như hết đi trong thế kỷ

21 Tương lai năng lượng của thế giới không thể nằm ở những nguồn này, mà phải nằm ở những nguồn năng lượng tái tạo (renewable energy)

Theo các nhà khoa học ước tính, công suất năng lượng mà mặt trời chiếu xuống trái đất là vào khoảng 174 triệu tỷ Watt, nhưng trái đất chỉ hấp thụ được một nửa Nguồn

dự trữ năng lượng mặt trời (có thể chuyển thành năng lượng hữu dụng) được ước tính

tương đương với công suất khoảng 86 triệu tỷ Watt Tổng tiêu thụ năng lượng của con

người trên thế giới hiện tại (tính tổng cộng tất cả các loại năng lượng như dầu hỏa, than đá, thủy điện, v.v.) khoảng 15 nghìn tỷ Watt, tức là chỉ bằng khoảng 1/5000 công suất dự trữ của năng lượng mặt trời cho trái đất Nhưng tổng cộng dự trữ của tất cả cácnguồn khác này (trong đó chủ yếu là gió) chỉ bằng khoảng 1 phần trăm nguồn dự trữ

năng lượng mặt trời Bởi vậy có thể nói tương lai năng lượng của thế giới chính là năng lượng mặt trời.

Hiện nay trên thế giới đã có rất nhiều những hệ thống pin năng lượng mặt trời được đưa vào hoạt động sản xuất điện Đây đang là xu hướng của tương lai, được toàn thế giới khuyến khích sử dụng

hình 1: biểu đồ dự báo tĩ lệ phát triển năng lượng trong giai đoạn 2010-2030

: đơn vị tĩ MWhNgoài ra nhà nước còn đưa ra chính sách ưu đãi về giá điên mặt trời:” Bên điện lực nhà nước có trách nhiệm mua lại toàn bộ số điện từ dự án điện mặt trời sản xuất ra Giá mua tại thời điểm giao nhận điện là 2 086đ/kWh Mức giá này chưa bao gồm thuế giá trị gia tăng Mức giá bán điện được điều chỉnh trên tỉ giá VND/USD Mức giá bán điện này chỉ áp dụng cho các hệ thống điện nối lưới có công suất pin mặt trời lớn hơn 16% hoặc module lớn hơn 15 %.”

1.1.4 TẠI SAO LỰA CHỌN MỘT HỆ THỐNG PIN MẶT TRỜI?

Ở đây có một sô lí do để xem xét để cài đặt một hệ thống điện mặt trời:

 Ở những nơi là không có sẵn nguồn điện khác, hoặc thường là nơi chi phí lắp đặt công suất điện là quá cao

 Ở những nơi những nguồn công suất điện khác là không đáng tin cậy ví dụ nhưcúp điện là một vấn đề và hệ thống mặt trời có thể hoạt động như một phương

án dự phòng hiệu quả về chi phí

 Khi một hệ thống điện mặt trời là lựa chọn an toàn và tiện lợi nhất ví dụ, việc cài đặt hệ thống chiếu sáng mặt trời điện áp thấp trong vườn hoặc cung cấp

 Khi bạn có thể trở nên đảm bảo tự cung cấp cho công suất điện của chính bạn

 Trong quá trình lắp đặt, công suất mặt trời cung cấp công suất miễn phí mà không gây bất cứ nguy hiểm hay ô nhiễm tới môi trường xung quanh

CHƯƠNG 2: CẤU HÌNH HỆ THỐNG PIN MẶT TRỜI

2.1 HỆ THỐNG ĐỘC LẬP/ NGOÀI LƯỚI ĐIỆN:

(STAND-ALONE)

Trạm điện mặt trời độc lập là kiểu hệ thống mặt trời thông dụng nhất trên toàn cầu nhằm cung cấp điện cho những nơi chưa có lưới điện kéo tới hay không có nguồn năng lượng khác.Pin mặt trời phát công suất, năng lượng là được chứa ở trong ac quy

và sau đó được sử dụng theo yêu cầu

Hệ thống điện độc lập thường rất nhỏ, công suất đỉnh không quá 1KW

Hệ thống điện đôc lập muốn có kế hoạch về hệ thống điện lớn hơn và quan trọng hơn

là người thiết kế cần có kiến thức vững cũng như có kinh nghiệm trong việc thiết kế lắp đặt

acquy(battery) hết pin thì tự động chuyển sang chế độ sạc pin Thông qua bộ đổi điện AC/DC (inverter) tạo ra dòng điện chuẩn 220v/50Hz để đưa vào sử dụng cho các thiết

bị gia đình

2.1.2 Ưu điểm:

Hệ thống đơn giản, dễ thiết kế và thường được sử dụng ở khu vực thường xuyên bị cắt điện liên tục

Để khắc phục việc phụ thuộc vào cường độ ánh sáng ta cần xác định vị trí lắp đặt có cường độ sáng cao, hướng của các dãy panel, điều chỉnh góc đặt dãy panel, tránh bóngrâm Và quan trọng là công suất của hệ thống phải lớn hơn công suất tải tiêu thụ để tích trữ cho việc sử dụng điện năng vào ban đêm.

2.2 HỆ THỐNG ĐIỆN MẶT TRỜI NỐI VỚI LƯỚI ĐIỆN:

Hệ thống này thường sử dụng ở Châu Âu, phía nam nước Mỹ và Canada , cũng như đãbắt đầu phát triển ở Việt Nam Do lợi ích rõ rệt về giảm chi phí lắp đặt và có thêm thu nhập khi bán lại điện năng cho điện lực Hệ thống này thường sử dụng cho các hệ thống lưới điện ổn định.đặc biệt có hiêụ quả cao nhất ở nơi có khí hậu nóng, nhiều ánhnắng

2.2.1 Sơ đồ nguyên lí:

Hình 3: SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ CỦA HỆ THỐNG MẶT TRỜI NỐI LƯỚI ĐIỆN

Nguyên lí hoạt động:

a)chuyển mạch SW tới vị trí OB

Khi trời có nắng: các solar panel sẽ hấp thụ bức xạ mặt trời để tạo ra dòng điện DC và qua inverter để chuyển đổi dòng điện DC sang AC cùng tần số, pha và điện ápvới điện lưới.điện năng từ mặt trời sẽ được hòa vào lưới qua chỉ số của đồng hồ điện mặt trời W1.giúp chúng ta sẽ giảm chi phí tiêu thụ điện năng từ lưới điện

W0=W2-W1

Khi không có mặt trời: (vào buổi tối) các solar panel sẽ không sản sinh ra điện năng đểcung cấp cho phụ tải hoặc rất ít không đáng kể nên phụ tải sẽ sử dụng điện năng gần như toàn bộ từ lưới điện

Bền vững, lâu dài: do máy luôn vận hành song song với lưới điện nên hầu hết sự thay đổi đột ngột của điện áp trên đường dây và nguồn đều khong thả tác động trực tiếp vàomáy

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

2.2.3 Nhược điểm:

Nếu điện lưới bị cắt thì các panel mặt trời sẽ không thể hoạt động vì để đảm bảo an toàn cho lưới điện.vì hệ thống này kết nối với nguồn điện sản xuất từ các dãy panel mặt trời với lưới điện quốc gia, giống như hệ thống máy phát nối với lưới điện.khi đưađiện lên lưới cần phải điều chỉnh cùng điện áp, tần số và pha với lưới điện

2.3 HỆ THỐNG ĐIỆN MẶT TRỜI NỐI VỚI LƯỚI ĐIỆN VÀ DỰ PHÒNG:

Hệ thống điện mặt trời nối với lưới điện và dự phòng còn được gọi là hệ thống tương tác lưới- kết hợp với hệ thống mặt trời nối với lưới điện và dãy các acquy Giống hệ thống điện mặt trời nối với lưới điện thì sử dụng điện năng từ hệ thống khi hệ thống có

năng lượng và phần điện năng dư thừa sẽ được bán cho điện lực nhưng hệ thống này

có ưu điểm là khi hệ thống lưới điện bị mất điện thì acquy sẽ cung cấp điện cho tải(cung cấp điện liên tục)

4.1.1 Sơ đồ nguyên lí:

Hình 4: Sơ đồ nguyên lý của hệ thống mặt trời nối lưới và điện dự phòng

Nguyên lí:

Đây là hệ thống tích hợp giữa hai hệ thống nên:

Hệ thống nối lưới: sản xuất điện năng từ các tấm panel pin mặt trời rồi qua bộ chuyển đổi inverter thành điện áp 220V AC/50Hz để hào lưới điện

Hệ thống độc lập: lưu trữ điện năng từ hệ thống pin mặt trời vào acquy để phòng trường hợp lưới điện gặp sự cố mất điện.khi ay đầy thì điện năng sẽ được chuyển lên lưới điện để bán cho điện lực

Khi lưới điện mất điện thì hệ thống sẽ tự động lấy điện DC từ acquy chuyển qua inverter thành điện áp 220V AC/50Hz để cung cấp cho tải quan trọng

2.1. HỆ THỐNG BỔ SUNG LƯỚI ĐIỆN:

Hệ thống bổ sung lưới điện gọi là hệ thống điện mặt trời gia dụng cỡ nhỏ.các panel điện tạo ra điện năng và nạp điện cho acquy.năng lượng trong các acquy sẽ được đi qua bộ chuyển đổi inverter để tạo ra điện áp AC cung cấp cho tải và khi acquy sắp hết,

hệ thống chuyển sang dùng điện lưới.khi panel nạp vào acquy thì hệ thống tự chuyển sang điện lưới.khi panel điện mặt trời nạp vào các acquy thì hệ thống tự chuyển sang điện mặt trời

CHƯƠNG 3: CẤU TẠO HỆ THỐNG PIN MẶT TRỜI

3.1. PANEL MẶT TRỜI:

Là phần cốt lõi của hệ thống pin mặt trời.chức năng biến đổi quang năng hấp thụ từ mặt trời thành điện năng

Pin mặt trời từ tinh thể silic có 3 loại:

- Pin mặt trời (PMT) đơn tinh thể Pin năng lượng mặt trời mono đơn tinh thể hay còn gọi là Monocrystalline Chúng được cắt từ các thỏi silic hình ống, các tấm đơn tinh thể này có các mặt trống ở góc nối các module Một tinh thể hay tinh thể đơn (module) sản xuất dựa trên quá trình Czochralski Đó là quy trình điều chế silic đơn tinh thể Silic là một nguyên liệu quan trọng trong việc chế tạo các vi mạch bán dẫn

Hình 5 : Tấm pin mặt trời đơn tinh thể

- PMT poly đa tinh thể hay còn gọi là polycrystalline Loại Poly được làm từ cácthỏi đúc – đúc từ silic nung chảy cẩn thận được làm nguội và làm rắn

Hình 6: Tấm pin mặt trời đa tinh thể

- Pin năng lượng mặt trời dạng phim mỏng Là dải silic tạo từ các miếng phim mỏng từ silic nóng chảy và có cấu trúc đa tinh thể Loại này thường có hiệu suấtthấp nhất

 PMT Mono có những ưu điểm gì mà chọn Mono mà không chọn các loại Pin khác:( trong đồ án này chọn Pin mặt trời Mono)

- Về hiệu suất chuyển đổi quang năng thành điện năng của các tế bào quang điện trong các dòng pin năng lượng mặt trời như Poly crystalline, Monocrystalline, Thin film, Amorphous….thì pin năng lượng mặt trời mono có hiệu suất cao nhất

Về tuổi thọ của pin: Pin năng lượng mặt trời mono có tuổi thọ khoảng 35 năm, cao hơn rất nhiều lần so với tấm pin năng lượng mặt trời Poly crystalline, Thin film, Amorphous Các tế bào mono làm từ silicon cực kỳ tinh khiết và có tuổi thọ sử dụng lớn nhất.

- Về hiệu quả sử dụng: tấm poly suy giảm đến 80% sau 5 năm sử dụng Tấm pin mono có hệ số suy giảm hiệu suất rất nhỏ cam kết bảo hành bảo hành 12 năm, đảm bảo công suất đầu ra đạt 90% Bảo hành 25 năm, đảm bảo công suất đầu rađạt 80%

- Tất cả sản phẩm đều được kiểm tra và phải vượt qua được quy trình kiểm tra PID (Potential Induced Degradation) PID là vấn đề gây lo lắng hàng đầu trong

hệ thống pin năng lượng mặt trời, nó gây ảnh hưởng và làm sụt giảm công suất ngõ ra của hệ thống pin năng lượng mặt trời

 Thông số kĩ thuật của tấm Pin:

Dòng danh định max (Impp) 1.89 A

Điện áp danh định max (Vmpp) 18.5 V

Hình 7: tấm pin mặt trời đa thực tế

 Cấu tạo của tấm Pin:

Vật liệu xuất phát để làm pin Mặt trời silic phải là bán dẫn silic tinh khiết, trong cấu trúc mạng tinh thể nguyên tử Si liên kết với 4 nguyên tử Silic lân cận để lớp vỏ ngoài cùng có chung 8 điện tử (bền vững) Để làm pin Mặt trời từ bán dẫn tinh

khiết phải làm ra bán dẫn loại n và bán dẫn loại p rồi ghép lại với nhau cho nó có được tiếp xúc p - n.

Ở chỗ tiếp xúc p - n này một ít electron ở bán dẫn loại n chạy sang bán dẫn loại p lấp vào lỗ trống thiếu electron, ở đó Kết quả là ở lớp tiếp xúc p-n có một vùng thiếu electron cũng thiếu cả lỗ trống, người ta gọi đó là vùng nghèo Sự dịch chuyển điện tử để lấp vào lỗ trống tạo ra vùng nghèo này

cũng tạo nên hiệu thế gọi là hiệu thế ở tiếp xúc p - n, đối với Si vào cỡ 0,6V đến 0,7V Đây là hiệu thế sinh ra ở chỗ tiếp xúc không tạo ra dòng điện được.

 Các trường hợp làm giảm công suất của tấm Pin:

Hình 8: hình một tế bào mặt trời cơ bản

- Chất liệu bán dẫn làm Pin

- Vị trí đặt các tấm PMT

- Thời tiết, khí hậu, mùa trong năm

- Thời gian trong ngày: sáng, trưa, tối

- Do bám bụi và các vật làm che tấm Pin

 Để tránh dòng chạy ngược từ ắcquy lên Pin thì:

Cần gắn thêm bộ điều khiển sạc vì: nguyên lí của dòng điện là chảy từ nơi có điện thế cao đến nơi có điện thế thấp ban ngày trời nắng thì điện thế tấm Pin cao hơn điện thế ắcquy, nên dòng từ Pin chạy qua acquy Nhưng ban đêm không

có nắng nên điện thế chạy ngược lại

 Hiện tượng điểm nóng:

Xảy ra khi việc ghép nối các tấm Pin không giống nhau, tức là khi cá thông số

I, V, P của các module Pin khác nhau Đây là hiện tượng tấm Pin yếu hơn( tức

là pin kém chất lượng hơn so với các pin khác trong dàn hoặc khi nó bị che nắng trong khi cac pin khác trong dàn vẫn được chiếu sáng) sẽ hấp thụ hoàn

toàn công suất điện do các tấm pin khỏe hơn phát ra và làm cho công suất điện mạch ngoài bằng 0 Phần năng lượng điện tấm pin yếu nhận được từ tấm pin khỏe hơn sẽ biến thành nhiệt, làm nóng tấm pin lên dẫn tới hư hỏng.

Biện pháp:

Để tránh điểm nóng này khi thiết kế phải ghép các tấm Pin mặt trời cùng loại,

có cùng các thông số đặc trưng trong 1 dàn Pin mặt trời Vị trí đặt dàn Pin phải tránh các bóng che do cây cối, nhà cửa hay các vật cản khác trong những ngày

có nắng cũng như bảo vệ tránh bụi bẩn phủ bám lên 1 vùng nào đấy của tấm pin

và có thể sử dụng các diode bảo vệ

3.2. BỘ ĐIỀU KHIỂN SẠC (CHARGE CONTROLLER) :

là thiết bị có chức năng điều tiết sạc cho acquy, bảo vệ acquy chống quá tải và xả quá nhiều để giúp nâng cao tuổi thọ của acquy

Trong trường hợp nạp năng lượng quá mức cho acquy sẽ làm cho acquy bị hỏng và việc giải phóng hết điện từ acquy sẽ làm các acquy bị hư hại một cách nhanh chóng

Bộ điều khiển giúp ta biết được tình trạng nạp và xả năng lượng của pin mặt trời vào acquy giúp người sử dụng kiểm soát được quá trình cung cấp năng lượng cho tải

Bộ điều khiển sạc có mạch bảo vệ giúp thực hiện việc ngắt mạch khi sạc đầy pin hoặc điện áp sạc vào acquy thấp hơn ngưỡng cho phép

điện áp sạc vào acquy thấp hơn ngưỡng cho phép

Hình 9 : thiết bị PWM Solar charge Controller

Hình 10 : sơ đồ kết nối charge controller với hệ thống

3.3 AC-DC INVERTER :

Là bộ biến đổi nghịch lưu, chuyển đổi dòng điện DC thành AC

Bộ inverter phải đủ lớn để có thể đáp ứng được khi tất cả tải đều bật lên, như vậy nó phải có công suất bằng 125% công suất tải Nếu tải là motor thì phải tính toán thêm công suất để đáp ứng thời gian khởi động của motor

Chọn inverter có điện áp vào danh định phù hợp với điện áp danh định của battery Đốivới hệ solar kết nối vào lưới điện, ta không cần battery, điện áp vào danh định của inverter phải phù hợp với điện áp danh của hệ pin mặt trời

3.1 AC QUY:

ắc quy hay nguồn điện thứ cấp là loại pin có thể được tái sử dụng nhiều lần , chỉcần nạp điện cho chúng bằng cách cắm điện vào bộ sạc Ắc quy được bán trên thị trường hiện nay sử dụng 3 loại hóa chất là Nicd, NiMH và Lithium

Phân loại:

- ắc quy nước:

ắc quy nước thường thông dụng là loại 12v , 6 ngăn mỗi ngăn được coi là một bình ắc quy riêng , các ngăn này nối lại với nhau thông qua cầu nối điện tạo nên nguồnđiện tổng thể cho ắc quy Thông thường khi sử dụng ắc quy nước bạn sẽ thấy dung dịch trong bình cạn dần đây là dung dịch axit loãng nên cứ khi nào nước cạn thì bạn cần phải thêm axit vào trong bình cần chú ý với loại bình ắc quy này vì khi sạc bình

sẽ bị nóng lên nên một phần axit sẽ bị bay hơi

- ắc quy miễn bảo dưỡng (MF - Maintenance Free):

Đây là dòng sản phẩm có cùng công dụng như dòng ắc quy nước, nhưng giúp chongười dùng rảnh tay hơn một chút Miễn bảo dưỡng tức là chúng ta không cần phảichâm nước bảo dưỡng định kỳ như dòng sản phẩm trên Chỉ việc xài và khi hỏng thì đem vứt đây là dòng ắc quy a-xít chì, canxi được thiết kế cho mục đích khởi động Ởtrong ắc quy này phải có nước (dung dịch a-xít) và bản cực Do nó không cần phảichâm nước nên dàn nút châm nước được quy ẩn xuống dưới mặt phẳng của ắc quy.Điện cực của ắc quy này cũng rất to phù hợp với nhu cầu khởi động đây là dòng ắcquy khởi động - tuyệt nhiên không nên dùng cho những ứng dụng phóng sâu như thắpsáng,chích cá.Điều kiện nạp bình và sử dụng cũng quy định nghiệm ngặt hơn so vớibình ắc quy nước truyền thống

ắc quy kín khí (AGM Absorbent Glass Mat) với van điều áp (VRLA Valve Regulated Lead Acid):

đây cũng là ắc quy chì axit, nhưng được đóng kín với hệ thống van điều áp tích hợp

-đủ an toàn cho người sử dụng Dòng này được ứng dụng rất rộng từ dân dụng cho đếncông nghiệp Nhà sản xuất thường chia ra nhiều mục đích và cấp độ khác nhau để ứngdụng cho dòng sản phẩm này Từ lưu điện cho hệ thống đèn khẩn cấp, thiết bị an ninh,UPS, cho đến xe đạp điện, quang năng, phong năng, ứng dụng viễn thông, điệnlực Tuy nhiên, muốn dùng với mục đích nào thì phải chọn đúng chủng loại

Ắc quy loại này giá thành hơi cao, điều kiện sử dụng và hệ thống nạp đòi hỏi nghiêmngặt hơn Nếu thiếu nạp hay quá nạp đều làm tuổi thọ ắc quy giảm đáng kể

- ắc quy AGM Gel (Semi gel):

Dòng sản phẩm này được phát triển dựa trên dòng AGM VRLA Chỉ khác mỗi mộtđiểm là trên bề mặt của AGM VRLA được phủ thêm một lớp gel Lớp gel này có khảnăng làm chậm quá trình bay hơi (thoát khí) của dung dịch bên trong ắc quy Điều nàyđồng nghĩa với tuổi thọ của ắc quy cũng được nâng lên

- ắc quy 100% Gel:

Sử dụng cho mục đích công nghiệp (không sử dụng cho mục đích khởi động) do tuổi thọ bền nhưng điện trở cao Tuy nhiên, giá thành đang là một trở ngại lớn cho người sửdụng

Điều kiện nạp đều rất gắt gao Nếu đặt sai điện thể ngắt khi ắc quy đã nạp đầy đủ thì

có khả năng phá hủy hoàn toàn hệ gel

Battery dùng cho hệ thống điện năng lượng mặt trời là loại deep-cycle Loạinày cho phép xả đến mức bình rất thấp và cho phép nạp đầy nhanh Nó có khảnăng nạp xả rất nhiều lần (rất nhiều cycle) mà không bị hỏng bên trong, do vậykhá bền, tuổi thọ cao

Phân loại ac quy trên thị trường:

acquy cho ô tô, tàu thuyền:

Hình 11 : Hình ảnh acquy hang dong nai N70Z

Dung tích axit (L):

Số tấm cực/hộc:

Loại xe đi kèm: Honda - Dream, Honda - Wave, Honda - Future, Suzuki - Viva, Suzuki

- Exciter, Yamaha - Jupiter, Yamaha – SirusGiá thành: khoảng 210.000 đồng

ắc quy deep-cycle là loại ắc quy cho phép xả đến mức bình rất thấp và cho phép nạp đầy nhanh Loại này có khả năng nạp xả rất nhiều lần ( có nhiều cycle) mà không bị hỏng bên trong, do vậy khá bền, tuổi thọ cao.đây là loại ắc quy chuyên dụng cho hệ thống pin mặt trời:

Ta tính dung lượng battery như sau:

– Hiệu suất của battery chỉ khoảng 85% cho nên chia số Wh của tải tiêu thụ với 0.85 ta

có Wh của battery

– Với mức xả sâu (Deep of Discharge DOD) là 0.6, ta chia số Wh của battery cho 0.6

sẽ có dung lượng battery

CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN CÔNG SUẤT TẢI

4.1 TÍNH CÔNG SUẤT BỨC XẠ MẶT TRỜI:

4.1.1 TÍNH THÔNG SỐ CÁC GÓC CỦA MẶT TRỜI CHIẾU XUỐNG ĐỊA ĐIỂM ĐẶT DÀN PIN:

a)góc nhìn của trái đất đối với mặt trời:

góc nhìn của trái đất đối với mặt trời khoảng 32

b)góc lệch giữa trục trái đất và mặt phẳng hoàng đạo:

Xác định qua công thức coopr:

e)góc thiên đỉnh :

f)góc tới :

g) góc phương vị mặt trời :

h)góc nghiêng bề mặt nhận bức xạ :

là góc giữa mặt phẳng nằm ngang với bề mặt trái đất với bề mặt nhận bức xạ

4.1.2 tổng cường độ bức xạ của mặt trời lên trái đất:

Gồm bức xạ trực xạ và tán xạ

Trong đó:

- tổng công suất dàn Pin đặt nằm nghiêng một góc β so với mặt phẳng nằm ngang tính trong 1 ngày

(1+cosβ)/2 là hệ số góc nhìn tán xạ từ mặt thu về phía bầu trời

(1-cosβ)/2 là hệ số góc nhìn tán xạ từ bề mặt thu về phía mặt đất

- tổng xạ trung bình đo được trên bề mặt nằm ngang (kWh/m2/ngày)

- thành phần trực xạ trong tổng xạ đo được (lấy ở Nam Bộ

- thành phần tán xạ trong tổng xạ đo được (Nam Bộ

- hệ số phản xạ tia bức xạ của môi trường xung quanh

- hệ số chuyển đổi bức xạ từ mặt ngang sang mặt nghiêng

- cương độ bức xạ mặt trời tới theo phương bất kỳ

- bức xạ mặt trời theo phương vuông góc với mặt phẳng nằm nghiêng

- bức xạ mặt trời theo phương vuông góc với mặt phẳng nằm ngang

Hình 17 : Bức xạ trực xạ trên bề mặt nằm ngang a) và nghiêng b)

 Bài toán tính tổng xạ ngày lên 1 bề mặt nghiêng tạo góc β so với phương nằm ngang, nghiêng về hướng Nam gồm các số liệu:

Vị trí lắp đặt: Ký túc xá ĐH Tôn Đức Thắng, quận 7,tp.Hồ Chí Minh

ϕ= 10,733N;106.40E

Số ngày nắng trung bình trong 1 ngày T=6.6 giờ

Tổng bức xạ ngày trung bình trên mặt ngang E=4.8 (kWh/m2/ngày)

Góc nghiêng β=ϕ+10ᵒ=21ᵒ

Cường độ bức xạ mặt trời từng giờ đến mặt nghiêng khảo sát:

ρ suất phản chiếu môi trường xung quanh là 0.2

Vào thời điểm ví dụ ngày 21/6 suy ra n=172

Suy ra

Tổng bức xạ trung bình trên mặt ngang

Tổng bức xạ trên mựt nghiêng vào thời điểm 12h trưa ѡ=0

Hệ số chuyển đổi trực xạ:

Tổng bức xạ trên mặt nghiêng 12h trưa:

Tương tự ta tính các giờ khác như trên:

Trong đó::là góc cao độ của mặt trời so với mặt đất, thay đổi giờ thể hiện qua

Hệ số nghiêng của tấm pin:

Cho biết: Địa điểm: ký túc xá đại học Tôn Đức Thắng, phường tân phong, quận 7, Thành phố Hồ Chí Minh:

-Tọa độ: = 10,733N;106.40E

Số ngày nắng trung bình trong một ngày: T= 6.6 giờ

-Tổng bức xạ trung bình ngày trên mặt ngang: E= 4,8 (kWh/m²/ngày)

: trực xạ = 2430Wh/m2-ngày; : tán xa = 2370Wh/m2-ngày

Tổng xạ mặt nghiêng lúc 12h: = + () + ( +)().ρ

= 2430 0,917 + 2370.() + 4800 ().0,2 = 4577 (Wh/m2-ngày)

-Hệ số góc nghiêng ηβ = EβΣ/EΣ= 4577 /4800 = 0,953

BẢNG CÔNG SUẤT CÁC THIẾT BỊ TRONG 1 PHÒNG

Số TT Lọai thiết bị Công suất thông thường

1 Quạt hút thông gió senko H250 40W

Đèn huỳnh quang: 40W, 2 bộ, 3h/ngày: 40x2x3 = 240Wh

Quạt: 47W, 2 cái, 12h/ngày: 47x2x12= 1128Wh

Quạt hút thông gió:40W, 2 cái, 7h/ngày 40x2x7=560Wh Đèn Philips 60cm : 20W, 1 cái, 7h/ngày 20x7=140Wh

ổ cắm: 200W, 8 cái,8h/ngày 200x8x8=12800WhTổng công suất P =40x2x2 + 47x2+20+40x2+20+200x8= 1974 W

Tổng công suất ngày của phụ tải một phòng:

Etai = 240+1128+20+560+140+12800= 14888 Wh

4.1.4 PHỤ TẢI CỦA MỘT DÃY LẦU TRONG 1 NGÀY ĐÊM

Một lầu sẽ bao gồm 16 phòng tương tự và 12 đèn hành lang( đèn compact)

Đèn compact:40W, 12 cái, 4.5h/ngày 40x2x12x4.5=4320WhTổng công suất ngày của phụ tải một dãy lầu:

1)PHỤ TẢI CỦA CẢ TÒA KÝ TÚC XÁ TRONG 1 NGÀY ĐÊM

Cả tòa nhà gồm 11 lầu và có sử dụng 2 thang máy:

Tổng công suất ngày của phụ tải một dãy lầu:

Năng lượng điện năng cần thiết khi kể đến hiệu suất của các tải là Пηi=0,6 và hệ số đồng thời của thiết bị là 0.5

Hệ số độ nghiêng tấm pin là: ηβ=0.953

Khi pin không quay hệ số ảnh hưởng của cường độ bức xạ tại địa điểm lắp đặt là: η’E= ETB/1000= 0,727

4.1 CÔNG SUẤT DÀN PIN MẶT TRỜI:

Khi làm việc ngoài trời, do nhiệt độ của pin mặt trời cao hơn nhiệt độ chuẩn Tc=25ᵒC, nên hiệu suất biến đổi quang điện của pin và module giảm theo quan hệ sau:

ảnh hưởng của nhiệt độ làm việc của Pin khi khác 25ᵒC ta chọn nhiệt độ làm việc T=40ᵒC

Trong đó:

- hiệu suất dàn Pin theo nhiệt độ làm việc khác với nhiệt độ chuẩn là 25ᵒC

- hiệu suất của dàn Pin ở 25ᵒC ta lấy là 0.9

-hệ số giảm hiệu suất theo nhiệt độ

Suy ra: ta tìm được nhiệt độ của 6 giờ nắng trong ngày 13/4/2017

0.9x(1-0.005x(40-25))=0.833

Ewp,T = Ecâp/ηEηβ ηT

Trong đó:

ηE là hệ số ảnh hưởng của cường độ bức xạ tại địa điểm lắp đặt

ηT là hệ số ảnh hưởng bức xạ do nhiệt độ tấm pin mặt trời gây ra

ηβ là hệ số ảnh hưởng của tấm pin nghiêng

Ewp,T =33684/(0.727x0.953x0.833)

=58.364 KW

Vì thiết kế dàn pin không quay nên ta có:

Chọn Pin mặt trời IREX loại IR-360M-72

Hình 18 : Thông số pin mặt trời IREX loại IR-360M-72

Hình 19 : Kích thước pin mặt trời IREX loại IR-360M-72

Kích thước của pin mặt trời là: 1956x990 (mm)

ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu suất của tấm pin là Pm = -0.423%/ 0C

N=

Vậy số modul cần thiết để cung cấp cho tất cả các tải là: 196 modul

Nhưng thực tế do diện tích mái có hạn với kích thước có thể lắp đặt hệ thống là: chiềudài 25m và chiều rộng 12m.(thực tế chiều dài tòa nhà là 34m và chiều rộng là 17m)

Số lượng dàn pin có thể lắp đặt với chiều dài là 25m là:

Số lượng pin có thể kết nối với chiều rộng là 17m là:

Vậy số lượng pin tối đa có thể lắp đặt cho tòa nhà :13x12= 156 modul

Kết nối dàn pin mặt trời:

Hiệu suất thu năng lương η = 360/1936 =18.6%

CHƯƠNG 5) CHỌN VÀ TÍNH TOÁN CÁC THIẾT BỊ CHO HỆ

THỐNG5.1. TẤM PIN MẶT TRỜI:

Chọn Pin mặt trời IREX loại IR-360M-72

Hình 20 : Thông số pin mặt trời IREX loại IR-360M-72

5.2. BIẾN TẦN:

-THÔNG SỐ KỸ THUẬT BỘ BIẾN TẦN - INVERTER

Chọn inverter bù lưới thông minh PVSine ALS 2KVA-24V

Đây là inverter sử dụng cho hệ thống độc lập có bù lưới, điều khiển thông minh, tích hợp bộ sạc công nghệ MPPT

THÔNG SỐ BỘ BIẾN TẦN:

Công suất danh định: 2000VA/1600W

Dạng sóng: sine chuẩn 1 pha, tần số 50Hz/60Hz

Hiệu suất: 90% đến 93%

Điện áp xoay chiều ngõ vào: 120 đến 230V

Điện áp xoay chiều ngõ ra:110/120+ 5% hoặc 230+ 5%

Công suất đỉnh: 3200W

Điện áp một chiều ngõ vào:24V

Cường độ dòng nạp(acquy) cực đại:20A hoặc 30A( điều chỉnh được)

Dải điện áp MPPT: 30V-66V

Điện áp hở mạch cực đại của danh PV: 75V

Kích thước (rộng x dài x cao) dạng đứng (mm):272x100x355

Khối lượng: 7kg

Hình 21 : Thông số kỹ thuật inverter PVSine ALS 2000VA-24V

5.3. PHÂN TÍCH , TÍNH TOÁN HÒA ĐỒNG BỘ:

Điện áp sau khi ra khỏi các bộ biến tần đã được chuyển đổi thành xoay chiều ba pha

do đó để có thể kết nối lại thành một hệ thống yêu cầu phải có thiết bị hòa:

Thiết bị hòa là thiết bị bảo đảm cho các nguồn xoay chiều có thể ghép nối chung với nhau:

Điều kiện để các nguồn xoay chiều có thể ghép với nhau là:

- Cùng điện áp

- Cùng tần số

- Cùng thứ tự pha

Để hòa lưới các yêu cầu về điện áp, tần số và thứ tự pha phải dựa trên điện áp, tần số, thứ tự pha của lưới làm tín hiệu chuẩn ( tín hiệu điều khiển)

5.4. MÔ TẢ HOẠT ĐỘNG:

5.4.1 hệ thống có sử dụng acquy:

Khi có nắng mặt trời các tấm solar panel sẽ chuyển đổi năng lượng ánh nắng thành dòng điện một chiều (DC) Dòng điện này sẽ thông qua thiết bị Solar Charge

Controller để nạp cho ắc-quy

Khi ắc-quy đầy Solar Charge Controller sẽ tự động ngưng sạc đồng thời khi

ắc-quy quá cạn nó sẽ không đưa điện DC ra tải nhằm bảo vệ và kéo dài tuổi thọ của

ắc-quy Khi điện áp của ắc-quy giảm Solar Charge Controller sẽ tự động nạp lại cho

đến khi đầy

Inverter có chức năng chuyển đổi điện năng DC từ ắc-quy thành điện xoay

chiều hình sine 220VAC/50Hz để dùng cho các tải AC Tổng công suất của các tải AC luôn phải nhỏ hơn công suất cực đại của inveter Đặc biệt với các tải AC có dòng khởi động lớn như máy bơm, máy lạnh, tủ lạnh, thì công suất của inveter thường phải lớnhơn công suất danh định của các tải này từ 2 đến 3 lần

5.4.2 hệ thống không sử dụng acquy

Khi có nắng mặt trời các tấm solar panel sẽ chuyển đổi năng lượng ánh nắng thành dòng điện một chiều (DC) Inverter có chức năng chuyển đổi điện năng DC hệ thống

pin mặt trời thành điện xoay chiều hình sine 220VAC/50Hz để dùng cho các tải

AC Tổng công suất của các tải AC luôn phải nhỏ hơn công suất cực đại của inveter Đặc biệt với các tải AC có dòng khởi động lớn như máy bơm, máy lạnh, tủ lạnh, thì công suất của inveter thường phải lớn hơn công suất danh định của các tải này từ 2 đến

Tổng số tiền đầu tư cho hệ thống là:

Tiền đầu tư =2433600000+ 74130000 +5000000=2512730000VNĐ

Giá điện cho 1kW hiện nay khoảng : 2860VNĐ

Sản lượng điện tính toán gần đúng hàng năm của hệ thống điện:

Vậy thời gian hòa vốn là 4 năm 9 tháng 22 ngày

Tính toán tiết diện dây cho hệ thống

Thường thì pin mặt trời, pin thì thường có các giá trị là 12V, 24V, 48V( rất hiếm) ở các hệ thống nhỏ thì chúng ta sẽ sử dụng 12V nhưng với một số hê thống pin mặt trời lớn thì ta sẽ sử dụng điện áp 24V để giúp giảm dòng điện từ đó giảm tiết diện của dây Trong một số hệ thống thì trường hợp dây có tiết diện lớn thì đồng nghĩa chi phí cao

và điện trở lớn gây giảm công suất.Vì vậy vấn đề tăng điện áp cũng là một biện pháp

để nâng cao hiệu suất của hệ thống

Vì vậy trong hệ thống thiết kế này em sẽ chọn điện áp 24V vì giá trị này thuộc ngưỡngcho phép của pin và tạo ra hiệu suất cao cho hệ thống

Thường thực tế thì khi kết nối các panel với nhau thì ta sẽ sử dụng dây 4 mm

Tinh toán tiết diện dây từ inverter tới tủ

1.tính toán dây phía DC

Dòng điện qua một tấm pin mặt trời là:

(tham khảo phần calculating cable thicknesses của sách solar electricity handbook

2017 của Michael Boxwell)

Trong đó:

L là chiều dài dây cáp tính bằng m

I là dòng điện đơn vị là ampe

V là điện áp hệ thống (ví dụ 12V hoặc 24V)

CT là diện tích mặt cắt của dây cáp tính bằng mm2

Hệ thống này sử dụng điện áp hệ thống là 24V sẽ giảm tiết diện dây, giảm chi phí cho

hệ thống với chiều dài dây 22m

Để chuyển đổi diện tích mặt cắt thành American Wire gauge hoặc các giá trị khác như bảng sau:

Với giá trị gần với 11 mm nhất là 13.29 mm nên ta chọn cáp AWG là 6 và theo diameter là 4.11 mm.

5.1 SƠ ĐỒ KẾT NỐI HỆ THỐNG PIN MẶT TRỜI: