THIẾT kế, THI CÔNG bộ điều KHIỂN GIÁM sát DC LINK TRONG hệ THỐNG điện mặt TRỜI

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH xiii TÓM TẮT Nhiệm vụ của đề tài là nghiên cứu và thi công bộ điều khiển giám sát DC link trong hệ thống điện mặt trời dùng phương pháp điều chế độ r

BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

-

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG

BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH ii

Tp HCM, ngày 4 tháng 7 năm 2019

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Họ tên sinh viên: Lê Thành Luân MSSV: 15141204

Chuyên ngành: Điện tử công nghiệp Mã ngành: 41

I TÊN ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ, THI CÔNG BỘ ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT DC

LINK TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN MẶT TRỜI

II NHIỆM VỤ

1 Các số liệu ban đầu:

- Điện áp DC link phù hợp với việc triển khai nghịch lưu hòa lưới tại Việt Nam

- Chỉ thực hiện đến DC link

- Chi phí thấp hơn chi phí hiện nay

- Có khả năng giám sát và lưu trữ dữ liệu

2 Nội dung thực hiện:

- Khảo sát mạng lưới và thị trường điện ở Việt Nam

- Khảo sát về điện năng lượng mặt trời

- Khảo sát thiết kế bộ DC/DC phù hợp

- Thiết kế, thi công các khối trong bộ DC/DC

- Thiết kế, thi công chương trình hệ thống

- Thiết kế, thi công giao diện giám sát và điều khiển hệ thống

- Thi công mô hình

- Chạy thử nghiệm hệ thống, khảo sát đánh giá hệ thống

III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 18/02/2019

IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 05/07/2019

V HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS Quách Thanh Hải

TRƯỜNG ĐH SPKT TP HỒ CHÍ MINH

KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC

o0o BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH iii

Gặp GVHD để phổ biến quy định: thực hiện chọn

đề tài, tên đề tài, thời gian làm việc,…

Sinh viên tiến hành viết báo cáo nội chương 1

Gặp GVHD vào tuần 6 để xem xét và chỉnh sửa chương 1

Sinh viên tiến hành hiệu chỉnh chương 2 nếu có

Sinh viên tiến hành viết báo cáo nội dung chương

3

Gặp giáo viên hướng dẫn vào tuần 10 để xem xét

và chỉnh sửa chương 2 và chương 3

29/04 – 12/05

Tuần 11-12

Sinh viên tiến hành hiệu chỉnh chương 3 nếu có

Sinh viên tiến hành viết báo cáo nội dung chương

4

Gặp GVHD vào tuần 12 để xem xét và chỉnh sửa chương 4 Xem mô phỏng và thiết kế các mạch đúng hay sai, góp ý kiến

13/05 – 26/05

Tuần 13-14

Sinh viên tiến hành hiệu chỉnh chương 4 nếu có

Sinh viên tiến hành thi công mạch: mô phỏng, vẽ

sơ đồ nguyên lý hoàn chỉnh, vẽ PCB

TRƯỜNG ĐH SPKT TP HỒ CHÍ MINH

KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC

o0o BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH iv

Sinh viên mua các linh kiện sử dụng cho mạch

Gặp GVHD vào tuần 14 để xem xét và chỉnh sửa

Xem sơ đồ nguyên lý và PCB để đánh giá đúng sai, góp ý hoàn thiện trước khi thi công

Tuần 19 Sinh viên tiến hành viết báo cáo nội dung chương 6

Gặp GVHD vào tuần 19 để xem xét và chỉnh sửa nội dung chương 6

01/07 – 05/07

Tuần 20

Sinh viên tiến hành hiệu chỉnh chương 6 nếu có

Sinh viên tiến hành hoàn thiện báo cáo đầy đủ

Gặp GVHD vào tuần 20 để duyệt cuốn báo cáo

GV HƯỚNG DẪN (Ký và ghi rõ họ và tên)

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH v

LỜI CAM ĐOAN

Chúng tôi – Lê Thành Luân và Lê Thanh Phước cam đoan KLTN là công trình nghiên cứu của bản thân tôi (chúng tôi) dưới sự hướng dẫn của Tiến sĩ Quách Thanh Hải dựa vào một số tài liệu trước đó Kết quả công bố trong KLTN là trung thực và không sao chép từ tài liệu hay công trình đã có trước đó

Người thực hiện đề tài

Lê Thành Luân Lê Thanh Phước

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH vi

LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên cho phép nhóm chúng em gửi đến thầy – Tiến sĩ Quách Thanh Hải lời chúc sức khỏe và lời cảm ơn chân thành nhất Nhóm chúng em cảm ơn thầy vì thầy đã vạch ra hướng đi và tận tình hướng dẫn giúp đỡ chúng em trong suốt quá trình thực hiện đồ án Thầy đã trang bị cho chúng em rất nhiều kiến thức vô cùng quý báu

để chúng em vững tin trên con đường phía trước của mình

Đồng thời nhóm chúng em xin gửi lời cảm ơn đến thầy Đỗ Đức Trí (phụ trách phòng D405 - Điện tử công suất nâng cao) đã tạo điều kiện cho chúng em có thêm thiết bị và môi trường để chúng em nghiên cứu và hoàn thành đồ án này

Trong quá trình thực hiện đồ án vì thời gian và thời lượng kiến thức có hạn nên việc thực hiện đồ án không thể tránh khỏi những hạn chế và thiếu sót, mong quý thầy/cô thông cảm

Trân trọng!

Nhóm thực hiện đề tài

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH vii

MỤC LỤC

Trang bìa……….i

Nhiệm vụ đồ án tốt nghiệp ii

Lịch trình thực hiện đồ án tốt nghiệp iii

Lời cam đoan v

Lời cảm ơn vi

Mục lục vii

Liệt kê hình ix

Liệt kê bảng xii

Tóm tắt xiii

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1

1.1 Đặt vấn đề 1

1.2 Mục tiêu 18

1.3 Nội dung nghiên cứu 18

1.4 Giới hạn 19

1.5 Bố cục 19

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 20

2.1 Khảo sát thiết kế bộ dc/dc 20

2.1.1 Pin năng lượng mặt trời 20

2.1.2 Bộ dc/dc 24

2.1.3 Nghịch lưu hòa lưới từ pin năng lượng mặt trời 40

2.2 Giới thiệu phần cứng 44

2.2.1 Cảm biến dòng điện và điện áp 44

2.2.2 Vi điều khiển 45

2.2.3 Mạch kích và cách ly 48

2.2.4 Igbt 51

2.2.5 Lcd 53

2.2.6 Truyền dữ liệu chuẩn i2c 54

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ 58

3.1 Giới thiệu 58

3.2 Tính toán và thiết kế hệ thống 58

3.2.1 Thiết kế sơ đồ khối hệ thống 58

3.2.2 Tính toán và thiết kế mạch 59

3.2.3 Sơ đồ nguyên lý của toàn mạch 67

CHƯƠNG 4: THI CÔNG HỆ THỐNG 68

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH viii

4.1 Thi công hệ thống 68

4.1.1 Thi công bo mạch 68

4.1.2 Lắp ráp và kiểm tra 70

4.2 Đóng gói và thi công mô hình 73

4.3 Lập trình hệ thống 75

4.3.1 Lưu đồ giải thuật 75

4.3.2 Phần mềm lập trình cho vi điều khiển 76

4.3.3 Phần mềm lập trình cho điện thoại 79

4.4 Lập trình mô phỏng 87

4.4.1 Lưu đồ 87

4.4.2 Xử lý tín hiệu hay hình ảnh 88

4.5 Viết tài liệu hướng dẫn sử dụng, thao tác 92

CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ 100

5.1 Kết quả tính toán 100

5.2 Cảm biến 101

5.3 Kết quả thực nghiệm 102

5.3.1 Hiển thị trên lcd 102

5.3.2 Kết quả giám sát 103

CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 107

6.1 Kết luận 107

6.2 Hướng phát triển 108

TÀI LIỆU THAM KHẢO

PHỤ LỤC xiv

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH ix

LIỆT KÊ HÌNH

Hình 1.1 Sơ đồ điện mặt trời hòa lưới có lưu điện cho hộ gia đình 4

Hình 1.2 Diễn biến giá điện bán lẻ tại Việt Nam giai đoạn 2005 - 2017 7

Hình 1.3 Nhà máy điện tái tạo cỡ lớn tại Hami, Xinjiang Uighur, Trung Quốc 9

Hình 1.4 “Thành Phố Mặt Trời” ở Ota, Nhật Bản 9

Hình 1.5 Hệ thống pin quang điện tại Castelbuono, Italy 10

Hình 1.6 Hòa lưới điện không dùng acquy 16

Hình 1.7 Hệ thống pin năng lượng mặt trời không hòa lưới dùng acquy 17

Hình 1.8 Mô hình hòa lưới hệ thống pin mặt trời của các xí nghiệp hiện nay 17

Hình 1.9 Mô hình hòa lưới hệ thống pin mặt trời dùng chung DC bus 18

Hình 2.1 Cấu tạo pin mặt trời……… 21

Hình 2.2 Các loại pin mặt trời 22

Hình 2.3 Đặc tính pin mặt trời 23

Hình 2.4 Sơ đồ tương đương pin mặt trời 23

Hình 2.5 Sơ đồ hệ thống pin mặt trời DC link 25

Hình 2.6 Sơ đồ nguyên lý mạch boost 26

Hình 2.7 Dạng sóng điện áp điều khiển và điện áp sóng mang 27

Hình 2.8 Sơ đồ nguyên lý mạch boost khi khóa S đóng 27

Hình 2.9 Sơ đồ nguyên lý mạch boost khi khóa S ngắt 28

Hình 2.10 Dạng sóng ngõ ra của bộ tăng áp kiểu boost 28

Hình 2.11 Sơ đồ nguyên lý mạch tăng áp kiểu CUK 29

Hình 2.12 Dạng sóng điện áp điều khiển và điện áp sóng mang 30

Hình 2.13 Sơ đồ nguyên lý bộ tăng áp kiểu CUK khi S đóng 31

Hình 2.14 Sơ đồ nguyên lý bộ tăng áp kiểu CUK khi S ngắt 32

Hình 2.15 Dạng sóng ngõ ra của bộ tăng áp kiểu CUK 33

Hình 2.16 Sơ đồ nguyên lý bộ tăng áp nguồn Z dựa khóa 34

Hình 2.17 Dạng sóng điện áp điều khiển và điện áp sóng mang 35

Hình 2.18 Sơ đồ nguyên lý bộ tăng áp nguồn Z dựa khóa khi 𝑆1, 𝑆2 hở 36

Hình 2.19 Sơ đồ nguyên lý bộ tăng áp nguồn Z dựa khóa khi khóa 𝑆1 đóng 36

Hình 2.20 Sơ đồ nguyên lý bộ tăng áp nguồn Z dựa khóa khi 𝑆1 hở, 𝑆2 đóng 37

Hình 2.21 Dạng sóng ngõ ra của bộ tăng áp kiểu nguồn Z dựa khóa 37

Hình 2.22 Sơ đồ hòa lưới đồng bộ hệ thống pin mặt trời 40

Hình 2.23 Sơ đồ nguyên lý bộ biến tần 3 pha 41

Hình 2.24 Dạng sóng ngõ ra của op-amp điều khiển khóa 𝑆𝐴 42

Hình 2.25 Dạng sóng điện áp tại 𝑉𝐴𝐺 theo sóng sin 42

Hình 2.26 Cảm biến dòng INA219 44

Hình 2.27 Sơ đồ chân của cảm biến INA219 45

Hình 2.28 Kit NodeMCU ESP8266 46

Hình 2.29 Sơ đồ chân Kit NodeMCU ESP8266 47

Hình 2.30 Hình ảnh opto TLP250 49

Hình 2.31 Sơ đồ tương đương của opto TLP250 49

Hình 2.32 Hình ảnh Mornsun QA01 50

Hình 2.33 Sơ đồ chân mornsun QA01 51

Hình 2.34 Ký hiệu IGBT 51

Hình 2.35 Sơ đồ mạch tương đương của IGBT 52

Hình 2.36 LCD 20x4 53

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH x

Hình 2.37 Hệ thống các thiết bị giao tiếp theo chuẩn I2C 54

Hình 2.38 Quá trình thiết bị chủ ghi dữ liệu vào thiết bị tớ 56

Hình 2.39 Quá trình thiết bị chủ đọc dữ liệu từ thiết bị tớ 57

Hình 3.1 Sơ đồ khối của hệ thống……… 58

Hình 3.2 Sơ đồ nguyên lý của cảm biến dòng INA219 ngõ vào 60

Hình 3.3 Sơ đồ nguyên lý của cảm biến dòng INA219 ngõ ra 60

Hình 3.4 Sơ đồ nguyên lý khối điều khiển ESP8266 62

Hình 3.5 Sơ đồ nguyên lý mạch kích và cách ly 63

Hình 3.6 Sơ đồ nguyên lý của khối tăng áp nguồn Z 65

Hình 3.7 Sơ đồ nguyên lý khối hiển thị dùng LCD 66

Hình 3.10 Sơ đồ nguyên lý toàn hệ thống 67

Hình 4.1 Sơ đồ mạch in của mạch điều khiển 68

Hình 4.2 Sơ đồ mạch in của mạch kích 69

Hình 4.3 Sơ đồ mạch in của mạch nguồn Z 70

Hình 4.4 Module nguồn xung 71

Hình 4.5 Khối điều khiển sau khi lắp ráp 71

Hình 4.6 Khối điều khiển sau khi lắp chân LCD lên 72

Hình 4.7 Mạch kích sau khi lắp ráp 72

Hình 4.8 Bộ tăng áp nguồn Z sau khi lắp ráp 73

Hình 4.9 Mặt trước của mô hình 74

Hình 4.10 Mặt sau của mô hình 74

Hình 4.11 Lưu đồ hệ thống 75

Hình 4.12 Giao diện phần mềm Arduino IDE 76

Hình 4.13 Giao diện quản lý project 81

Hình 4.14 Giao diện thiết kế của mit app inventor 81

Hình 4.15 Thiết kế giao diện 82

Hình 4.16 Chương trình điều khiển 82

Hình 4.17 Giao diện hiển thị khi mới mở phần mềm 83

Hình 4.18 Giao diện tạo project mới 84

Hình 4.19 Giao diện tạo database mới tại thẻ database 84

Hình 4.20 Giao diện bắt đầu làm việc với database 85

Hình 4.21 Giao diện giám sát và lưu trữ trên database 85

Hình 4.22 Lưu đồ điều khiển 87

Hình 4.23 Mô phỏng mạch tăng áp nguồn Z trên một phân khu 88

Hình 4.24 Dạng sóng điện áp trên SCOPE1 89

Hình 4.25 Dạng sóng điện áp trên SCOPE1222 89

Hình 4.26 Mô phỏng mạch tăng áp nguồn Z toàn hệ thống 90

Hình 4.27 Dạng sóng điện áp ngõ vào của hai phân khu bằng nhau 91

Hình 4.28 Dạng sóng điện áp ngõ ra của hai phân khu 91

Hình 4.29 Dạng sóng điện áp ngõ vào của hai phân khu khác nhau 92

Hình 4.30 Dạng sóng điện áp ngõ ra của hai phân khu 92

Hình 4.31 Giao diện app khi mới mở lên 93

Hình 4.32 Giao diện tư vấn lắp đặt 94

Hình 4.33 Giao diện tư vấn lắp đặt theo diện tích mái nhà 94

Hình 4.34 Giao diện chọn loại pin 95

Hình 4.35 Giao diện thông tin pin 95

Hình 4.36 Giao diện giải pháp lắp đặt theo diện tích mái nhà 96

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH xi

Hình 4.37 Giao diện tư vấn lắp đặt theo sản lượng điện tiêu thụ 97

Hình 4.38 Giao diện giải pháp lắp đặt theo sản lượng điện tiêu thụ 97

Hình 4.39 Giao diện khi click vào mục giám sát điện áp 98

Hình 4.40 Giao diện giám sát điện áp phân khu 1 98

Hình 4.41 Giao diện giám sát điện áp 99

Hình 5.1 Hình ảnh hiển thị giá trị đọc về của cảm biến 101

Hình 5.2 Giá trị điện áp ngõ vào đo bằng đồng hồ số 102

Hình 5.3 Giá trị điện áp ngõ ra đo bằng đồng hồ số 102

Hình 5.4 Hiển thị kết nối Wifi 103

Hình 5.5 App giám sát với điện áp vào 18,784 volt 103

Hình 5.6 App giám sát với điện áp vào 19,072 volt 104

Hình 5.7 App giám sát với điện áp vào 19,352 volt 104

Hình 5.8 Giao diện firebase với điện áp vào 11,224 volt 105

Hình 5.9 Giao diện firebase với điện áp vào 19,82 volt 105

Hình 5.10 Giao diện firebase với điện áp vào 19,2 volt 106

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH xii

LIỆT KÊ BẢNG

Bảng 1.1 Giá bán lẻ điện sinh hoạt hiện nay 3

Bảng 1.2 Số liệu về bức xạ mặt trời tại Việt Nam 11

Bảng 2.1 Các chân của cảm biến INA219……… 45

Bảng 2.2 Các chân của LCD 53

Bảng 3.1 Điện áp và dòng điện hoạt động của các linh kiện……… 66

Bảng 4.1 Bảng linh kiện sử dụng trong mạch điều khiển………68

Bảng 4.2 Bảng linh kiện sử dụng trong mạch kích 69

Bảng 4.3 Bảng linh kiện sử dụng trong mạch nguồn Z 70

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH xiii

TÓM TẮT

Nhiệm vụ của đề tài là nghiên cứu và thi công bộ điều khiển giám sát DC link trong hệ thống điện mặt trời dùng phương pháp điều chế độ rộng xung PWM điều khiển đóng ngắt IGBT trong bộ tăng áp cho ra mức điện áp phù hợp

Bộ điều khiển giám sát DC link trong hệ thống điện mặt trời được thi công dựa trên các linh kiện điện tử công suất và được điều khiển bởi vi điều khiển ESP8266 điều chế độ rộng xung sao cho tạo ra được mức điện áp mong muốn Kết hợp với các cảm biến dòng MCU 219 để đọc giá trị điện áp và dòng điện từ pin năng lượng mặt trời và điện áp ngõ ra bộ tăng áp để tiến hành giám sát bằng điện thoại và lưu trữ dữ liệu trên firebase

Luận văn đã thiết kế và thi công hoàn chỉnh mô hình gồm có:

o Khối cảm biến: đọc dữ liệu điện áp và dòng điện ngõ vào và ngõ ra của bộ tăng áp

o Khối kích: tạo xung kích đóng ngắt IGBT

o Khối tăng áp: nhận điện áp từ pin năng lượng mặt trời nâng điện áp lên mức điện áp phù hợp

o Khối nghịch lưu: mô phỏng hiện tượng ngắn mạch phía nghịch lưu

o Khối điều khiển ESP8266: điều chế độ rộng xung PWM

o Khối giám sát: giám sát điện áp và dòng điện ngõ vào và ngõ ra của bộ tăng áp

Nội dung của luận văn bao gồm 6 chương:

o Chương 1: Tổng quan

o Chương 2: Cơ sở lý thuyết

o Chương 3: Tính toán và thiết kế

o Chương 4: Thi công hệ thống

o Chương 5: Kết quả, nhận xét và đánh giá

o Chương 6: Kết luận và hướng phát triển

tư chỉ vào khoảng 6 – 7 MW, chiếm khoảng 0,014% tổng công suất nguồn phát, một con số quá nhỏ Từ đó có thể thấy chỉ cần tăng tỉ lệ điện mặt trời lên 1% tổng công suất nguồn phát, thì tổng công suất điện mặt trời ở Việt Nam sẽ tăng lên khoảng 460

MW, gấp 70 lần so với quy mô thị trường điện mặt trời hiện nay Hệ thống điện gồm

có 3 cấp điện áp: hạ thế, trung thế và cao thế Theo tập đoàn Điện lực Việt Nam, nguồn điện lưới nhỏ hơn 1kV là hạ thế, từ 1kV đến 66kV là trung thế và lớn hơn 66kV là cao thế Cấp điện áp của điện hạ thế từ 220V – 380V, điện trung thế là 15kV

và điện cao thế là 100kV- 220kV -500kV Hiện nay, điện mặt trời hòa lưới điện có các cấp điện áp trung thế và hạ thế Tuy nhiên, điện mặt trời đa phần hòa lưới vào cấp điện áp hạ thế, vì khi cấp vào cấp điện áp trung thế phải đi qua máy biến áp sẽ tốn thêm chi phí lắp đặt và bảo trì Bên cạnh điện mặt trời hòa lưới, còn có một phần điện mặt trời độc lập (không qua hòa lưới) Điện năng lượng mặt trời độc lập là hệ thống chuyển hóa năng lượng từ năng lượng mặt trời thông qua tấm pin quang điện và điện năng được lưu trữ trực tiếp trên ắc quy hoạt động độc lập mà không cần lưới điện Việc sử dụng điện mặt trời độc lập sẽ mang lại rất nhiều lợi ích: tiết kiệm chi phí điện; tận dụng được tối đa diện tích mái, tạo nét thẩm mỹ cho cả ngôi nhà; tự chủ được nguồn điện, dù điện lưới có bị ngắt hay chập chờn thì nguồn điện vẫn không bị ảnh hưởng; an toàn cho người sử dụng, giảm tối đa trường hợp nổ, cháy do sét, trời mưa, nắng gắt; cải thiện môi trường, cứ 20kW công suất điện mặt trời tương đương trồng

70 cây xanh; không lo về giá điện trong các giờ cao điểm; sản xuất điện ngay cả khi trời lạnh, ít nắng; nâng cao đời sống, thương hiệu; dể dàng di chuyển và lắp đặt 2

 Bên bán điện phải chuẩn bị đầy đủ công tơ điện để lắp đặt cho bên mua điện thuộc đối tượng áp dụng hình thức ba giá Trong thời gian bên bán điện chưa

có điều kiện lắp đặt được công tơ ba giá thì vẫn áp dụng giá bán điện theo giờ bình thường

 Trường hợp bên bán điện có đủ điều kiện lắp đặt công tơ ba giá, đã có thông báo trước bằng văn bản cho bên mua điện thuộc đối tượng bắt buộc áp dụng hình thức ba giá về kế hoạch lắp đặt công tơ ba giá, bên mua điện phải phối hợp với bên bán điện để thực hiện việc lắp đặt công tơ ba giá trong thời gian sớm nhất Trường hợp bên mua điện thuộc đối tượng bắt buộc áp dụng hình thức ba giá nhưng từ chối thực hiện việc lắp đặt công tơ ba giá khi đã được bên bán điện báo hai lần, thì sau 15 ngày kể từ ngày thông báo cuối cùng, bên bán điện được áp dụng giá bán điện giờ cao điểm cho toàn bộ sản lượng điện tiêu thụ của bên mua cho đến khi lắp đặt công tơ ba giá

 Trường hợp bên mua điện thuộc đối tượng áp dụng hình thức ba giá, nhưng có các tổ chức, cá nhân dùng chung công tơ không thuộc đối tượng áp dụng hình thức ba giá, bên mua điện phải phối hợp với bên bán điện để tách riêng công

Bảng 1.1 Giá bán lẻ điện sinh hoạt hiện nay

2 Giá bán lẻ điện sinh hoạt dùng cho công tơ thẻ trả trước 2.461

Từ bảng 1.1 có thể thấy, giá bán lẻ điện sinh hoạt thấp nhất là 1.678 đồng/kWh Theo kết quả tính toán tại một trang web về tổng chi phí đầu tư điện mặt trời và thời gian hòa vốn của một hộ gia đình tại Thành phố Hồ Chí Minh được thể hiện qua mô hình 1.1 như sau: 3

3

https://tinhte.vn/threads/nang-luong-dien-mat-troi-hoa-vao-mang-luoi-dien-quoc-gia-la-nhu-the-nao.2553179/

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN

Hình 1.1 Sơ đồ điện mặt trời hòa lưới có lưu điện cho hộ gia đình

Theo sơ đồ, các tấm pin sẽ lắp trên mái nhà, một đồng hồ điện hai chiều được lắp thêm vào để tính lưu lượng điện năng lượng mặt trời sản xuất ra từ tấm pin Đầu tiên, hộ gia đình này sẽ được công ty lắp đặt đăng ký với Sở Khoa học Công nghệ thành phố để được hỗ trợ 2000đ/kWh, sau đó Nhà Nước sẽ lắp thêm một đồng hồ 2 chiều để tính điện mặt trời Vào khoảng năm 2015, việc mua pin năng lượng mặt trời còn gặp rất nhiều khó khăn, bởi Việt Nam chưa sản xuất được nên phải nhập từ nước ngoài, hơn nữa giá pin năng lượng mặt trời cũng không rẽ Tuy nhiên tại thời điểm

đó có hội thảo hỗ trợ 2000đ/kWh điện năng lượng mặt trời, đây là chương trình thí điểm xây dựng cơ chế hỗ trợ đầu tư điện năng lượng mặt trời trên địa bàn thành phố

Hồ Chí Minh đang được Trung tâm tiết kiệm năng lượng TP HCM triển khai thực hiện vào năm 2015 Theo đó, các hộ dân hay doanh nghiệp đầu tư hệ thống điện năng lượng mặt trời khi đăng ký chương trình sẽ được nhân viên kỹ thuật hỗ trợ gắn thiết

bị đo đếm, nối với hệ thống lưới điện Với công suất người dân đầu tư cho dù nguồn điện tạo ra có đủ sử dụng hay dư lên lưới đều được hỗ trợ 2000đ/kWh Tính toán cụ thể như sau:

 Công suất đỉnh của một tấm pin: Wp = 250wh

 Chi phí pin mặt trời: PriPIN = n * XPin = 12 * 4.250.000 = 51.000.000 đồng

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN

Với: n : số tấm pin hộ gia đình đầu tư

XPin : giá của một tấm pin

 Tổng công suất đầu tư: WΣ = n * Wp = 12 * 250 = 3kWh

 Chi phí cho bộ inverter 3kW: Priinverter = 18.890.000 ≈ 19.000.000 đồng

 Tổng chi phí đầu tư:

Σđầu tư = PriPIN + Priinverter = 51.000.000 + 19.000.000 = 70 triệu đồng

 Năng lượng thu được trên một ngày:

Ethu/ngày = d * WΣ = 4 * 3 = 12 kWh/ngày

Với: d: số giờ nắng trung bình trong một ngày

 Năng lượng thu được trong một năm:

Ethu/năm = Ethu/ngày * 360 = 12 * 360 = 4320 kWh

 Số tiền điện tiết kiệm không cần đóng cho Nhà nước trong một năm:

T1 = Ethu/năm * Xđiện = 4320 * 2000 = 8.640.000 đồng

Với: Xđiện : giá điện trung bình trên 1kWh (2000đ/kwh)

Hỗ trợ của Nhà nước về việc sản xuất điện mặt trời với chi phí hỗ trợ 2000đ/kwh,

số tiền hộ gia đình nhận thêm từ hỗ trợ:

 Về tiêu chuẩn:

 Điều 33 của Nghị định quy định về cấp phép hoạt động bán lẻ điện như sau: Người trực tiếp quản lý kinh doanh bán lẻ điện phải có bằng trung cấp trở lên thuộc

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN

chuyên nghành điện, kinh tế, tài chính hoặc chuyên nghành tương tự và có thời gian làm việc trong lĩnh vực kinh doanh mua bán điện ít nhất 5 năm Người trực tiếp vận hành phải được đào tạo chuyên nghành điện hoặc có giấy chứng nhận đào tạo về điện

do cơ sở dạy nghề cấp, được đào tạo an toàn điện theo quy định Có hệ thống hạ tầng công nghệ thông tin phù hợp với yêu cầu của thị trường điện lực

 Điều 31, Khoản 1 Nghị định quy định về điều kiện cấp giấy phép hoạt động phân phối điện như sau: Có trang thiết bị công nghệ, phương tiện phục vụ, nhà xưởng, công trình kiến trúc được xây dựng, lắp đặt, kiểm tra, nghiệm thu đạt yêu cầu theo quy định, đáp ứng các yêu cầu của công tác vận hành, bảo dưỡng, sửa chữa lưới điện phân phối, các trạm biến áp và các thiết bị đồng bộ kèm theo; hệ thống phòng cháy

và chữa cháy đảm bảo yêu cầu theo quy định

 Điều 26 của Nghị định quy định về giá phát điện và giá bán buôn điện như sau: Giá phát điện và giá bán buôn điện theo hợp đồng mua bán điện có thời hạn do bên mua điện và bên bán điện thỏa thuận theo phương pháp do Bộ Công Thương hướng dẫn, nhưng không được vượt quá khung giá đã được cơ quan nhà nước có thẩm quyền phê duyệt

 Về thủ tục pháp lý: Để được cấp giấy phép trong lĩnh vực bán buôn điện, bán lẻ điện, theo Thông tư 36/2018/TT-BCT về “Quy định về trình tự, thủ tục cấp, thu hồi giấy phép hoạt động điện lực” tại Điều 9 quy định [4]:

 Văn bản đề nghị cấp giấy phép hoạt động điện lực theo Mẫu 01 quy định tại Phụ lục ban hành kèm theo của Thông tư này

 Bản sao giấy chứng nhận đăng ký doanh nghiệp, quyết định thành lập hoặc giấy chứng nhận thành lập của tổ chức, cá nhân đề nghị cấp giấy phép

 Danh sách trích ngang người trực tiếp quản lý kinh doanh theo Mẫu 3b quy định tại Phụ lục ban hành kèm theo Thông tư này; bản sao bằng tốt nghiệp hoặc giấy chứng nhận tốt nghiệp, thẻ an toàn điện của người có tên trong danh sách

Theo số liệu thống kê từ năm 2005 – 2017 thì Việt Nam đã có 15 lần điều chỉnh giá điện để dần phản ánh đúng chi phí sản xuất điện [5]

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN

Hình 1.2 Diễn biến giá điện bán lẻ tại Việt Nam giai đoạn 2005 - 2017

Từ hình 1.2, tốc độ tăng giá điện bán lẻ từ năm 2005 – 2017 tăng dần đều từ 800 VNĐ/kWh lên đến gần 1.600 VNĐ/kWh và có khả năng tăng trong các năm tiếp theo Trong khi đó, việc đầu tư vào điện năng lượng mặt trời sẽ giúp tiết kiệm được số tiền phải đóng hàng tháng mà còn thu lại lợi nhuận, thời gian hòa vốn ngắn Vì vậy, việc đầu tư vào hệ thống năng lượng mặt trời là rất cần thiết trong thời đại hiện nay Hơn nữa, hiện nay Nhà nước còn rất khuyến khích các hộ dân, các doanh nghiệp đầu tư điện năng lượng mặt trời, vừa tiết kiệm được tài nguyên, tránh nguy cơ thiếu hụt điện phải nhập khẩu từ nước ngoài mà còn áp dụng được cho các hộ gia đình ở các vùng cao khi chưa có điện lưới

Xu thế của phát triển năng lượng mặt trời trên toàn cầu đang chuyển dần sang phát triển các công nghệ năng lượng mặt trời, trong đó công nghệ điện pin mặt trời

có vai trò quan trọng nhất Do có tính cạnh tranh cao nên đến nay mặc dù một số nước

đã giảm, hay thậm chí bỏ hẳn các chính sách hỗ trợ năng lượng mặt trời, nhưng công nghệ này vẫn không ngừng phát triển Ngày 19/8/2016, Văn phòng Chính phủ thông báo ý kiến kết luận của Thủ tướng Chính phủ tại cuộc họp Thường trực Chính phủ về

cơ chế khuyến khích phát triển các dự án điện mặt trời tại Việt Nam Thủ tướng Chính phủ đồng ý với đề xuất của Bộ Công Thương về việc ban hành cơ chế hỗ trợ phát triển các dự án phát triển điện mặt trời tại Việt Nam Mục tiêu nhằm góp phần nâng công suất nguồn điện mặt trời từ mức không đáng kể như hiện nay lên khoảng 850

MW vào năm 2020, khoảng 4.000 MW vào năm 2025 và khoảng 12.000 MW đến

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN

năm 2030 4

Ngày 11/4/2017, Thủ tướng Chính phủ đã ban hành Quyết định số 11/2017/QĐ-TTg, cho phép các dự án điện mặt trời được miễn thuế nhập khẩu hàng hóa phục vụ sản xuất, được miễn giảm tiền sử dụng đất, thuê đất, thuê mặt nước và bên mua điện (EVN) có trách nhiệm mua toàn bộ sản lượng điện từ các dự án nối lưới, với giá 2.086 đồng/kWh (tương đương 9,35 cent/kWh); thời hạn hợp đồng mua bán điện với các dự án là 20 năm kể từ ngày vận hành thương mại [6]

Trên thế giới, hiện nay điện năng lượng mặt trời đang được đầu tư và phát triển với tốc độ cao Năm 2016, đã có 177GW công suất điện mặt trời được kết nối với lưới điện Năm nước sản xuất điện mặt trời nhiều nhất là: Đức 38,25GW; Trung Quốc 28,33GW; Nhật Bản 23,41GW; Ý 18,62GW và Mỹ 18,32GW Trong đó, Mỹ là đất nước phát triển điện mặt trời khá muộn, nhưng tốc độ và bước đi rất ấn tượng Chỉ trong vòng 4-5 năm gần đây, Mỹ đã vượt qua rất nhiều quốc gia về công suất điện mặt trời để có thể vươn lên vị trí top 5 thế giới Đặc biệt, Mỹ đã xây dựng nhà máy điện mặt trời “khổng lồ” lớn nhất thế giới, đó là Nhà máy Điện mặt trời Ivanpah đưa vào vận hành năm 2013 với công suất đạt gần 400MW, góp phần quan trọng vào việc giảm phát thải khí nhà kính và tăng cường phát triển công nghiệp năng lượng xanh 5

Từ đó có thể thấy, tốc độ phát triển điện năng lượng mặt trời trên thế giới vô cùng nhanh chóng Nhìn về quá khứ, cách đây 15 năm, ngày 8/9/2004, Đức là đất nước đầu tiên đưa vào sử dụng nhà máy điện năng lượng mặt trời tại Espenhain, ngoại ô thành phố Leipzig được xem là lớn nhất thế giới vào thời điểm đó Đến tháng 5/2012, Đức đã lập kỷ lục sản xuất điện mặt trời nhiều nhất thế giới với 22GW điện chỉ trong vài giờ đồng hồ, tương đương với lượng điện của 20 nhà máy điện hạt nhân Từ khi mới khởi điểm điện năng lượng mặt trời sau bảy năm Đức phát triển đột biến, đây có thể là khởi điểm, là hướng đi và là động lực cho các nước khác phát triển điện năng lượng mặt trời

4

https://www.evn.com.vn/d6/news/Nang-luong-mat-troi-Huong-phat-trien-moi-tai-Viet-Nam-141-17-19263.aspx

5 https://solarpower.vn/top-10-quoc-gia-dan-dau-ve-nang-luong-mat-troi/

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN

Hình 1.3 Nhà máy điện tái tạo cỡ lớn tại Hami, Xinjiang Uighur, Trung Quốc

Hình 1.4 “Thành Phố Mặt Trời” ở Ota, Nhật Bản

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN

Hình 1.5 Hệ thống pin quang điện tại Castelbuono, Italy

Ở Việt Nam, tiềm năng phát triển điện năng lượng mặt trời rất lớn, mật độ năng lượng mặt trời trung bình khoảng 4,3 kWh/m2, số ngày nắng nóng trung bình khoảng 2.000 giờ/năm Ngày 29/8/2015, dự án Nhà máy quang điện mặt trời Thiên Tân do Công ty Cổ phần Đầu tư và Xây dựng Thiên Tân làm chủ đầu tư đã chính thức được khởi công xây dựng, nhà máy có công suất 19,2MW với tổng mức đầu tư 800 tỉ đồng, được xây dựng trên diện tích 24 ha tại thôn Đạm Thủy, xã Đức Minh, huyện Mộ Đức, tỉnh Quảng Ngãi bằng nguồn vốn vay trong nước và nước ngoài 6 Đây là dự án xây dựng nhà máy điện mặt trời đầu tiên tại Việt Nam Tiếp theo đó, trong vòng ba tháng đầu năm 2018, hai dự án điện mặt trời với quy mô lớn được khởi công tại Ninh Thuận

đó là: nhà máy điện mặt trời BIM 1, khởi công ngày 23/01/2018, lắp đặt 90.000 tấm pin năng lượng mặt trời trên diện tích 35 ha, hằng năm sẽ sản xuất ra 50 triệu kWh điện; nhà máy điện mặt trời Hồ Bầu Ngứ, được khởi công ngày 31/03, lắp đặt 162.000 tấm pin mặt trời trên diện tích 75 ha, sẽ sản xuất 100 triệu kWh khi hòa vào lưới điện quốc gia 7

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN

Và gần đây, cụm nhà máy điện mặt trời Srêpôk 1 - Quang Minh do Công ty cổ phần đầu tư và phát triển Đại Hải và Công ty cổ phần điện mặt trời Srêpôk đã được khởi công vào ngày 19/10/2018 và đến ngày 31/1/2019 đã đưa vào vận hành thương mại Đây là dự án điện năng lượng mặt trời đầu tiên tại Đắk Lắk được khánh thành và là nhà máy có công suất lớn nhất Việt Nam hiện nay với hơn 151.500 tấm pin loại 330w/tấm trên diện tích 120 ha tại thôn 9, xã Ea Wer, huyện Buôn Đôn, tỉnh Đắk Lắk với tổng mức đầu tư hơn 2.200 tỷ đồng 8 Nhìn chung, điện năng lượng mặt trời tại Việt Nam đang trên đà phát triển, hứa hẹn sẽ khởi sắc và rầm rộ hơn trong những năm tiếp theo

Bức xạ mặt trời là một nguồn tài nguyên vô cùng quan trọng tại Việt Nam Trung bình, tổng bức xạ năng lượng mặt trời ở Việt Nam vào khoảng 5kW/h/m2/ngày

ở các tỉnh miền Trung và miền Nam, và vào khoảng 4kW/h/m2/ngày ở các tỉnh miền Bắc Các tỉnh ở phía Bắc (từ Thừa Thiên – Huế trở ra) bình quân trong năm có khoảng

1800 – 2000 giờ nắng, trong đó các tỉnh Tây Bắc (Lai Châu, Sơn La, Lào Cai) và vùng Bắc Trung Bộ (Thanh Hóa, Nghệ An, Hà Tĩnh) được xem là các vùng có nắng nhiều Các tỉnh ở phía Nam (từ Đà Nẵng trở vào) bình quân có khoảng 2000 - 2600 giờ nắng, lượng bức xạ mặt trời tăng 20% so với các tỉnh phía Bắc, ở vùng này mặt trời chiếu thường xuyên quanh năm kể cả vào mùa mưa

Bảng 1.2 Số liệu về bức xạ mặt trời tại Việt Nam

Vùng Giờ nắng trong

năm

Cường độ bức xạ mặt trời (kWh/m2

http://nangluongvietnam.vn/news/vn/dien-hat-nhan-nang-luong-tai-tao/khanh-thanh-cum-nha-CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN

Từ bảng 1.2, đối với vùng Bắc Trung bộ gồm các tỉnh Thanh Hóa, Nghệ An,

Hà Tĩnh… có năng lượng mặt trời khá lớn Số giờ nắng trung bình cả năm trong khoảng 1700 đến 2000 giờ Như vậy, các tỉnh thành ở Bắc Trung Bộ có thể sử dụng năng lượng mặt trời hiệu quả Còn ở miền Nam từ Đà Nẵng trở vào, năng lượng mặt trời rất tốt và phân bố tương đối điều hòa trong suốt cả năm Trừ những ngày có mưa rào, có thể nói trên 90% số ngày trong năm đều có thể sử dụng năng lượng mặt trời cho sinh hoạt Số giờ nắng trung bình cả năm trong khoảng 2000 đến 2600 giờ Đây

là khu vực ứng dụng năng lượng mặt trời rất hiệu quả 9

Để biết chính xác tổng chi phí đầu tư và thời gian hòa vốn của một hộ gia đình tại Thành phố Hồ Chí Minh, nhóm sẽ tiến hành khảo sát tính toán cụ thể dựa trên mô hình 1.1 như sau:

 Tổng chi phí đầu tư dự án:

∑ đầ𝑢 𝑡ư = 𝑃𝑟𝑖𝑃𝐼𝑁 + 𝑃𝑟𝑖𝑖𝑛𝑣𝑒𝑟𝑡𝑒𝑟 + 𝑃𝑟𝑖𝐵𝑇𝐻𝑁 (1.1) Trong đó: 𝑃𝑟𝑖𝑃𝐼𝑁: chi phí đầu tư pin mặt trời (VNĐ)

𝑃𝑟𝑖𝑖𝑛𝑣𝑒𝑟𝑡𝑒𝑟: chi phí đầu tư bộ inverter (VNĐ)

𝑃𝑟𝑖𝐵𝑇𝐻𝑁: chi phí bảo trì hằng năm (VNĐ)

 Chi phí đầu tư pin năng lượng mặt trời được xác định:

Trong đó: X: số tiền phải trả trên một wát đỉnh (VNĐ)

W Σ: tổng công suất của pin mặt trời (Wp)

 Tổng công suất của pin năng lượng mặt trời được xác định:

Trong đó: W p: công suất đỉnh của một tấm pin mặt trời

n: số lượng tấm pin mặt trời

 Số lượng tấm pin năng lượng mặt trời được xác định:

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN

Trong đó: S h: Diện tích mái cần lắp đặt pin mặt trời (m2)

S t: Diện tích bề mặt 1 tấm pin mặt trời (m2)

 Diện tích của dự án cần lắp đặt pin mặt trời:

Trong đó: D h: Chiều dài bề mặt mái nhà của dự án cần lắp pin (m)

R h: Chiều rộng bề mặt mái nhà của dự án cần lắp pin (m)

 Chi phí đầu tư bộ inverter được xác định:

𝑃𝑟𝑖𝑖𝑛𝑣𝑒𝑟𝑡𝑒𝑟 = 𝑍 ∗ 𝑊𝑖𝑛𝑣𝑒𝑟𝑡𝑒𝑟 (1.6)

Trong đó: W inverter: Công suất bộ inverter (kW)

Z: Số tiền phải trả trên một kW bộ inverter (VNĐ)

 Chi phí bảo trì thực hiện các công việc bảo trì hằng năm được xác định:

𝑃𝑟𝑖𝐵𝑇𝐻𝑁 = 𝑡 ∗ (𝑃𝑟𝑖𝑋𝐷+ 𝑃𝑟𝑖𝑇𝐵) (1.7) Trong đó:

t: Tỉ lệ phần trăm (%) đối với công trình hạ tầng kỹ thuật (t = 0,18 ÷ 0,25)

Pri XD , Pri TB: Chi phí xây dựng, chi phí thiết bị của dự án được tính theo vốn đầu tư của công trình cùng loại và cùng cấp tại thời điểm lập kế hoạch bảo trì công trình

 Năng lượng thu được (Wthu/ngày) trong một ngày được xác định:

𝑊𝑡ℎ𝑢/𝑛𝑔à𝑦 = 𝑑 ∗ 𝑆𝑝 ∗ 𝜆 ∗ 𝜂 (1.8)

Trong đó: d: Số giờ nắng trong ngày (giờ)

S p: Tổng diện tích pin cần lắp đặt, xác định: Sp = n * St (m2)

λ: Bức xạ mặt trời (kWh/m2)

η: hiệu suất pin mặt trời (%)

 Năng lượng thu được trong một năm:

𝑊𝑡ℎ𝑢/𝑛ă𝑚 = 𝑊𝑡ℎ𝑢/𝑛𝑔à𝑦∗ 365 (1.9) Ngày 11/4/2017, Thủ tướng Chính phủ ra quyết định mua điện mặt trời với giá 2.086 đồng/kWh Số tiền tiết kiệm (M) không chi trả tiền điện hàng năm:

 Tổng lợi nhuận thu được:

 Công suất đỉnh của một tấm pin mặt trời: Wp = 320W

 Diện tích mái của dự án cần lắp đặt pin mặt trời: Sh = 32m2

 Diện tích bề mặt 1 tấm pin mặt trời theo công thức (1.5):

Sh = Dh ∗ Rh = 1956 x 992 = 2,948m2

 Số lượng tấm pin năng lượng mặt trời theo công thức (1.4):

n = 𝑆ℎ

𝑆 𝑡 = 32

2,948 ≈ 10,85  Chọn 10 tấm pin năng lượng mặt trời

 Tổng công suất của pin năng lượng mặt trời theo công thức (1.3):

WΣ = Wp * n = 320 x 10 = 3,2kW

Hiện nay, trên thị trường có hai loại vật liệu để có thể chế tạo nên loại pin cho nhu cầu người tiêu dùng như mono, poly hoặc phim tấm mỏng Công suất nhỏ nhất

từ 6W, 12W với giá khoảng 810.000 đồng (mono) và 720.000 đồng (poly) Suy ra,

số tiền phải trả cho 1Wp (X) đối với tấm pin poly 72 Cell này tương đương với 120.000 đồng

 Chi phí đầu tư pin năng lượng mặt trời theo công thức (1.2):

PriPIN = X * WΣ = 120.000 x 3.200 = 384.000.000 đồng

Vì đa phần điện sinh ra cung cấp cho hộ gia đình sử dụng các thiết bị điện trong nhà như: Tivi, tủ lạnh, bếp, đèn, quạt, nên công suất của bộ inverter lớn hơn công suất thực tế 1,5 lần Công suất của bộ inverter:

Winverter = 1,5 x WΣ = 1,5 x 3200 = 4800W

 Số tiền phải trả cho 1kW(Z) bộ inverter tương đương với 11.536.000 đồng

 Chi phí đầu tư bộ inverter theo công thức (1.6):

Priinverter = Z * Winverter = 11.536.000 x 4,8 = 55.372.800 đồng

 Tổng chi phí đầu tư dự án theo công thức (1.1):

Σđầu tư = PriPIN + Priinverter + PriBTHN = 549.216.000 đồng

 Năng lượng thu được (Wthu/ngày) trong một ngày theo công thức (1.8):

 Thời gian hòa vốn theo công thức (1.12):

Thòa vốn = Σđầu tư

Σlợi nhuận = 549.216.000

93.079.406 ≈ 6 năm

Từ việc khảo sát và tính toán trên một hộ gia đình tại Thành phố Hồ Chí Minh

cho thấy với vốn đầu tư lớn nhưng lợi nhuận đem lại cũng không hề nhỏ Hơn nữa,

thời gian hoàn vốn ngắn rất thích hợp đề đầu tư và phát triển dự án pin năng lượng

mặt trời tại Thành phố Hồ Chí Minh

Hiện nay, việc phát triển nối lưới năng lượng mặt trời đã được thực hiện Đa

phần được thực hiện theo hai hướng: hòa lưới không dùng acquy và không hòa lưới

dùng acquy Việc hòa lưới được thực hiện với cấp điện áp hạ thế bởi khi hòa lưới với

cấp trung thế sẽ phải dùng thêm máy biến áp, việc này vừa tốn chi phí lắp mà còn

khó lắp đặt Đối với hòa lưới không dùng acquy được thể hiện qua hình sau 10:

10 http://lakegeorgedinnertheatre.com/tam-pin-mat-troi-hoat-dong-nhu-the-nao/

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN

Hình 1.6 Hòa lưới điện không dùng acquy

Từ hình 1.6, tấm pin năng lượng mặt trời sẽ chuyển ánh sáng thành điện năng

đi qua bộ chuyển đổi dòng điện một chiều thành xoay chiều cung cấp cho các thiết bị trong nhà, một phần điện dư đi qua đồng hồ hai chiều chuyển về lưới điện Nhà nước Đối với mô hình này, hộ dân có thể tiết kiệm được số tiền phải chi trả tiền điện hàng tháng mà còn có thể tạo thêm thu nhập từ số điện dư thừa bán cho điện lực Tuy nhiên, đối với những hộ gia đình kinh tế chưa ổn định thì việc hòa lưới sẽ tốn rất nhiều kinh phí, chưa nghĩ đến việc bán lại điện dư cho Nhà nước đã phải đau đầu với vốn đầu tư cho việc hòa lưới và pin năng lượng mặt trời Chính vì kinh tế gia đình chưa ổn định nên cũng có một số hộ gia đình chọn không hòa lưới mà dùng acquy Nhưng đó chỉ là biện pháp tạm thời trước mắt mà họ có thể nhìn ra bởi nếu khi họ sử dụng lâu dài buộc họ phải xây dựng nơi lưu trữ năng lượng số lượng lớn; hơn nữa, khi

hệ thống không tạo ra đủ năng lượng để sử dụng nguồn điện bình thường họ phải dùng nhiều pin để lưu trữ điều này sẽ tốn thêm một khoảng tiền nữa Mặc dù, đối với việc không hòa lưới dùng acquy sẽ giúp hộ gia đình không tốn chi phí hòa lưới và tự chủ được cung cấp năng lượng Dưới đây là mô hình pin năng lượng mặt trời không hòa lưới dùng acquy:

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN

Hình 1.7 Hệ thống pin năng lượng mặt trời không hòa lưới dùng acquy

Ngoài hai hướng trên, vẫn còn một hướng hòa lưới điện mặt trời nữa đó là hòa lưới dùng acquy Hướng đi này mặc dù tốn thêm chi phí cho bình acquy nhưng nó giúp người dùng dự trữ năng lượng vào những ngày cúp điện Tuy nhiên, hiện nay ở Thành Phố Hồ Chí Minh, bình quân số ngày cúp điện trong một tháng rất ít, chính vì vậy hướng hòa lưới dùng acquy sẽ không tối ưu về chi phí Từ những vấn đề tồn tại của các hướng trên, nhóm sẽ đề ra giải pháp kinh tế - kỹ thuật Giải pháp này như sau: Nhà nước không phải tốn tiền đầu tư sản xuất điện thì nên đầu tư nâng cấp lưới, tạo cơ chế chia sẻ và hài hòa lợi ích của các bên Để giảm chi phí đầu tư cho các xí nghiệp có nhiều phân khu, Nhà nước nên hỗ trợ hòa lưới cho các hộ dân, phần còn lại hộ dân sẽ lo về lắp điện hệ thống điện năng lượng mặt trời Bên cạnh đó, việc thực hiện hòa lưới điện năng lượng mặt trời của các phân khu hiện nay được thực hiện riêng lẽ với nhau như hình 1.8:

MBA

Hình 1.8 Mô hình hòa lưới hệ thống pin mặt trời của các phân khu hiện nay

Việc thực hiện như vậy khiến chi phí đầu tư của xí nghiệp lớn bởi ở mỗi phân khu lại dùng một bộ inverter mà giá tiền một bộ này lên tới gần mấy chục triệu đồng

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN

Vì vậy, nhóm sẽ đề ra giải pháp kỹ thuật, giải pháp này giúp tiết kiệm được chi phí lắp đặt, giảm được thời gian lắp đặt mà giúp tăng tính thẩm mỹ của mái

Hình 1.9 Mô hình hòa lưới hệ thống pin mặt trời dùng chung DC bus

Như vậy, thay vì mỗi phân khu dùng một bộ inverter thì một xí nghiệp sẽ dùng chung một bộ bằng cách gom tất cả điện áp DC của tất cả các phân khu lại để hòa chung một bộ inverter Với biện pháp này chúng ta không cần đồng bộ điện áp tại mỗi phân khu mà chỉ cần thực hiện việc điều khiển để các điện áp DC là như nhau ở mỗi phân khu và kết nối vào DC link Như vậy, vấn đề kỹ thuật chính sẽ là điều khiển giám sát điện áp DC link Vì vậy để giải quyết vấn đề trên, chúng tôi tiến hành thực

hiện đề tài “ Thiết kế, thi công bộ điều khiển giám sát DC link trong hệ thống điện mặt trời”

1.2 MỤC TIÊU

Đề xuất và xây dựng bộ điều khiển giám sát điện áp DC link trong hệ thống điện mặt trời nhằm giảm chi phí, phù hợp điều kiện thực tế tại vùng đô thị của Việt Nam

 NỘI DUNG 1: Khảo sát mạng lưới và thị trường điện ở Việt Nam

 NỘI DUNG 2: Khảo sát về điện năng lượng mặt trời

 NỘI DUNG 3: Khảo sát, thiết kế bộ DC/DC phù hợp

 NỘI DUNG 4: Thiết kế, thi công các khối trong bộ DC/DC

 NỘI DUNG 5: Thiết kế, thi công chương trình hệ thống

 NỘI DUNG 6: Thiết kế, thi công giao diện giám sát và điều khiển hệ thống

 NỘI DUNG 7: Thi công mô hình

 NỘI DUNG 8: Chạy thử nghiệm hệ thống, khảo sát đánh giá hệ thống

 NỘI DUNG 9: Viết báo cáo

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN

1.4 GIỚI HẠN

 Chỉ thực hiện tới DC link

 Nguồn cung cấp cho hệ thống dùng nguồn điện lưới 220VAC

 Điện áp trên DC link phù hợp với việc triển khai nghịch lưu nối lưới tại Việt Nam

 Chi phí thấp hơn chi phí hiện nay

 Có khả năng giám sát, lưu trữ dữ liệu

 Kích thước của mô hình: 1150 x 580 x 770 (mm)

 Chương 2: Cơ Sở Lý Thuyết

Chương này trình bày lý thuyết về pin năng lượng mặt trời, các bộ tăng áp DC/DC, đề xuất bộ tăng áp phù hợp, xây dựng mô hình hệ thống, công thức mô phỏng

và phân tích hiệu năng của hệ thống

 Chương 3: Thiết Kế và Tính Toán

Chương này trình bày các khối trong bộ tăng áp DC/DC Tính toán và lựa chọn linh kiện, thiết kế sơ đồ nguyên lý

 Chương 4: Thi công hệ thống

Chương này trình bày sơ đồ mạch in, lưu đồ, thiết kế giao diện giám sát và điều khiển, viết chương trình và mô phỏng

 Chương 5: Kết Quả, Nhận Xét và Đánh Giá

Chương này trình bày kết quả thi công phần cứng và kết quả hình ảnh mô phỏng

 Chương 6: Kết Luận và Hướng Phát Triển

Trong chương này sẽ đưa ra kết quả đạt được, phân tích những ưu nhược điểm

và đề xuất hướng phát triển đề tài

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1.1.2 Cấu tạo và hoạt động 11

Vật liệu dùng làm pin Mặt trời silic phải là bán dẫn silic tinh khiết Ở dạng tinh khiết, còn gọi là bán dẫn ròng số hạt tải (hạt mang điện) là electron và số hạt tải là lỗ trống (hole) như nhau

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 Nguyên tử Si có 4 electron

ở vành ngoài cùng dùng để liên kết với 4 nguyên tử Si gần đó (cấu trúc kiểu như kim cương) Nếu pha tạp vào Si một ít nguyên tử phôt-pho P có 5 electron ở vành ngoài, electron thừa ra không dùng để liên kết nên dễ chuyển động hơn làm cho bán dẫn pha tạp trở thành có tính dẫn điện electron, tức là bán dẫn loại n (negatif – âm) Ngược lại nếu pha tạp vào Si một ít nguyên tử bo B có 3 electron ở vành ngoài, tức là thiếu một electron mới đủ tạo thành 4 mối liên kết nên có thể nói là tạo thành lỗ trống (hole)

Vì là thiếu electron nên lỗ trống mang điện dương, bán dẫn pha tạp trở thành có tính dẫn điện lỗ trống, tức là bán dẫn loại p (positif -dương) Vậy trên cơ sở bán dẫn tinh khiết có thể pha tạp để trở thành có lớp là bán dẫn loại n, có lớp bán dẫn loại p, lớp tiếp giáp giữa hai loại chính là lớp chuyển tiếp 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

11 https://worldtechsolar.vn/cau-tao-va-nguyen-ly-hoat-dong-cua-pin-mat-troi/

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT

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

Hình 2.1 Cấu tạo pin mặt trời

Nhưng nếu đưa phiến bán dẫn đã tạo lớp tiếp xúc p – n phơi cho ánh sáng mặt trời chiếu vào thì photon của ánh sáng mặt trời có thể kích thích làm cho điện tử đang liên kết với nguyên tử bị bật ra khỏi nguyên tử, đồng thời ở nguyên tử xuất hiện chỗ trống vì thiếu electron, người ta gọi là photon đến tạo ra cặp electron và lỗ trống Nếu cặp electron và lỗ trống này sinh ra ở gần chỗ có tiếp p – n thì hiệu thế tiếp xúc sẽ đẩy electron về một bên (bên bán dẫn n) đẩy lỗ trống về một bên (bên bán dẫn p) Nhưng cơ bản là electron đã nhảy từ miền hoá trị (dùng để liên kết) lên miền dẫn ở mức cao hơn, có thể chuyển động tự do Càng có nhiều photon chiếu đến càng có nhiều cơ hội để electron nhảy lên miền dẫn Nếu ở bên ngoài ta dùng một dây dẫn nối bán dẫn loại n với bán dẫn loại p thì electron từ miền dẫn của bán dẫn loại n sẽ qua mạch ngoài chuyển đến bán dẫn loại p lấp vào các lỗ trống Nhờ nguyên lý trên đã tạo ra pin mặt trời

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Hình 2.2 Các loại pin mặt trời..

 Một tinh thể hay đơn tinh thể module sản xuất dựa trên quá trình Czochralski Đơn tinh thể loại này có hiệu suất tới 16% Nó rất mắc tiền bởi nó được cắt từ các thỏi hình ống, các tấm đơn thể này có các mặt trống ở góc nối các module

 Đa tinh thể làm từ các thỏi đúc, đúc từ silic nung chảy cẩn thận được làm nguội và làm rắn Loại pin này rẻ hơn các loại pin đơn tinh thể, tuy nhiên hiệu suất kém hơn Tuy nhiên chúng có thể tạo thành các tấm vuông che phủ bề mặt nhiều hơn đơn tinh thể bù lại cho hiệu suất của nó thấp

 Dải silic tạo từ các miếng phim mỏng từ silic nóng chảy và có cấu trúc đa tinh thể Loại này thường có hiệu suất thấp nhất, tuy nhiên loại này rẻ nhất trong các loại vì không cần phải cắt từ thỏi silicon Các công nghệ trên là sản suất tấm, nói cách khác, các loại trên có độ dày 300μm tạo thành và xếp lại để tạo nên module

2.1.1.4 Mô hình pin mặt trời

Một tấm pin năng lượng mặt trời PV (Photovoltaic cell) gồm các lớp bán dẫn chịu tác dụng của quang học để biến đổi các năng lượng photon bức xạ mặt trời thành điện năng Theo quan điểm năng lượng điện tử, thì pin năng lượng mặt trời có thể được coi như những nguồn dòng biểu diễn mối quan hệ phi tuyến I(V) như hình 2.3, còn sơ đồ tương đương như hình 2.4

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Hình 2.3 Đặc tính pin mặt trời

Hình 2.4 Sơ đồ tương đương pin mặt trời

Hiệu suất của tấm pin mặt trời lớn nhất khi pin mặt trời cung cấp cho ta công suất cực đại Theo đặc tuyến phi tuyến trên hình 2.3 thì nó sẽ xảy ra khi P(V) là cực

đại tức là P(V) = P max tại điểm (I max V max) được gọi là điểm cực đại MPP (Maximum Point Power) Hệ bám điểm công suất cực đại MPPT (Maximum Point Power Tracking) được sử dụng để đảm bảo rằng pin mặt trời luôn luôn làm việc ở điểm MPPT bất chấp tải được nối vào pin

Dòng điện đầu ra của pin theo [Saurav Satpathy, Aryuanto Soetedjo] được tính như sau:

𝐼 = 𝐼𝑝ℎ− 𝐼𝑠.[𝑒(𝑞 𝐾.𝑇𝑐 𝐴(𝑉+𝐼.𝑅𝑠))− 1] − (𝑉+𝐼.𝑅𝑠

Trong đó: q: điện tích electron = 1.6 x10-19 C

K: hằng số Boltzmann = 1.38 x1023 J/K

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT

𝐼𝑠: là dòng điện ngược bão hòa của pin

𝐾𝐼: hệ số nhiệt độ của dòng điện ngắn mạch

𝑇𝑟𝑒𝑓: nhiệt độ của bề mặt pin (nhiệt độ tham chiếu)

(2.3)

Trong đó:

𝐼𝑅𝑆: là dòng bão hòa ngược ở bề mặt nhiệt độ và bức xạ của mặt trời

𝐸𝑔: năng lượng vùng cấp của chất bán dẫn, phụ thuộc vào hệ số lý tưởng và công nghệ làm pin

Một pin mặt trời có điện áp khoảng 0,6V Do đó muốn có điện áp làm việc cao thì ta mắc nối tiếp các pin lại, muốn có dòng điện lớn thì mắc song song Như vậy, dòng điện một modul tấm pin sẽ là:

𝐼 = 𝑁𝑝 𝐼𝑝ℎ – 𝑁𝑝 𝐼𝑠

[𝑒

[

𝑞.𝑉

𝑁𝑠 + 𝐼.𝑅𝑠𝑁𝑝 𝑘.𝑇𝑐.𝐴 ]

− 1] − A

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT

cách ly gồm một module điện mặt trời PV (Photovoltaic), một bộ biến đổi (converter) DC/DC và một bộ biến đổi DC/AC; còn loại cách ly có thêm biến áp Hệ thống không cách ly do không có biến áp nên hiệu suất cao hơn; còn loại có cách ly hiệu suất thấp hơn Vì vậy, ta chỉ xét loại không cách ly Nhóm nguồn không cách ly gồm có: nguồn xung boost, nguồn xung buck và nguồn xung boost-buck Điện áp thu được của pin năng lượng mặt trời nhỏ để tiến hành nghịch lưu hòa lưới yêu cầu điện áp đủ lớn đi qua bộ nghịch lưu giảm áp, vì vậy ta chỉ xét đến bộ tăng điện áp DC/DC Giới hạn của đề tài chỉ làm tới DC link theo mô hình 2.5

Hình 2.5 Sơ đồ hệ thống pin mặt trời DC link

 Bộ DC/DC tăng áp

Bộ biến đổi DC-DC nó được sử dụng phổ biến hầu hết trên các mạch điện và các hệ thống điện tự động do nó có ưu điểm là khả năng cho hiệu suất cao, tổn hao thấp, ổn định được điện áp đầu ra khi đầu vào thay đổi, cho nhiều đầu ra khi với một đầu vào Bộ DC/DC gồm bộ tăng áp, bộ giảm áp và bộ tăng giảm áp Như đã trình bày ở trên, ta chỉ xét đến bộ tăng áp Bộ tăng áp bao gồm: bộ tăng áp kinh điển Boost,

bộ tăng áp kiểu CUK, bộ tăng áp kiểu nguồn Z

a) Bộ tăng áp kinh điển kiểu Boost

Bộ tăng áp kiểu boost đã được sử dụng rất phổ biến và có sơ đồ nguyên lý như hình 2.6

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Hình 2.6 Sơ đồ nguyên lý mạch boost

Trong đó U in nguồn DC đầu vào, điện cảm L nạp phóng năng lượng tích lũy dưới dạng từ trường do đó giảm độ nhấp nhô dòng vào, điện dung C nạp phóng năng lượng tích lũy dưới dạng điện trường giảm nhấp nhô điện áp trên tải Khóa S và diode

D là các phần tử đóng ngắt được điều khiển để tạo điện áp mong muốn Việc đóng

cắt khóa S được điều khiển bởi một bộ PWM gồm một op-amp có hai ngõ vào là điện

áp điều khiển (u đk ) và sóng mang (u cr) Tín hiệu điều khiển sau khi qua mạch lái

(driver) sẽ đóng ngắt khóa S Hoạt động mạch PWM như sau: khi (u đk ≥ u cr) thì điện

áp ngõ ra op-amp có giá trị mức 1 kết quả khóa S dẫn, ngược lại điện áp ngõ ra có giá trị mức 0 kết quả khóa S ngắt

Nếu gọi 𝑇𝑆 là trạng thái khóa, 𝑇𝑆 = 1 nếu khóa đóng, 𝑇𝑆 = 0 nếu khóa ngắt thì:

𝑢𝑐𝑟,𝑚𝑎𝑥: điện áp cực đại của sóng mang

𝑢𝑐𝑟,𝑚𝑖𝑛: điện áp cực tiểu của sóng mang