Nghiên cứu về năng lượng tái tạo và ứng dụng năng lượng mặt trời cho hệ thống điện diesel xã đảo thạnh an huyện cần giờ TP HCM

Một trong những nguồn năng lượng tái tạo được nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi nhất trên thế giới cũng như ở Việt Nam hiện nay là năng lượng gió và năng lượng mặt trời.. Vì gió và mặt trờ

-

ĐOÀN TUẤN KIỆT

NGHIÊN CỨU NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO

VÀ ỨNG DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI CHO

HỆ THỐNG ĐIỆN DIESEL XÃ ĐẢO THẠNH AN

-

ĐOÀN TUẤN KIỆT

NGHIÊN CỨU VỀ NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO

VÀ ỨNG DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI CHO HỆ THỐNG ĐIỆN DIESEL XÃ ĐẢO THẠNH AN - HUYỆN CẦN GIỜ - TP.HCM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP HCM

Cán bộ hướng dẫn khoa học: TS Ngô Cao Cường

Luận văn Thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Kỹ thuật Công nghệ

TP HCM ngày 28 tháng 9 năm 2013

Thành phần Hội đồng đánh giá Luận văn Thạc sĩ gồm:

1 Chủ tịch: TS Nguyễn Thanh Phương

2 Phản biện 1: TS Huỳnh Châu Duy

3 Phản biện 2: TS Võ Hoàng Duy

4 Ủy viên: TS Huỳnh Quang Minh

5 Ủy viên, thư ký: TS Nguyễn Hùng

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá Luận sau khi Luận văn đã được sửa chữa

(nếu có)

Chủ tịch Hội đồng đánh giá Luận văn

TS Nguyễn Thanh Phương

TP HCM, ngày tháng năm 2013

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ tên học viên: Đoàn Tuấn Kiệt Giới tính: Nam

Ngày, tháng, năm sinh: 23/8/1982 Nơi sinh: Tp.HCM

Chuyên ngành: Kỹ thuật điện MSHV: 118 103 1027

I- TÊN ĐỀ TÀI:

NGHIÊN CỨU NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO VÀ ỨNG DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI CHO HỆ THỐNG ĐIỆN DIESEL XÃ ĐẢO THẠNH AN - HUYỆN CẦN GIỜ - TP.HCM

II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:

- Nội dung: Nghiên cứu về năng lượng tái tạo và ứng dụng năng lượng mặt trời để cung cấp điện cho xã đảo Thạnh An, huyện Cần Giờ

- Phương pháp nghiên cứu: Tổng hợp, phân tích điều kiện thực tế, tính toán và đề xuất phương án

- Kết quả đạt được: Đưa ra được phương án sử dụng điện mặt trời nối lưới cho lưới điện điện diesel hiện hữu của xã đảo Thạnh An, huyện Cần Giờ nhằm nâng cao độ tin cậy, giảm tổn thất và giảm chi phí bù lỗ của nhà nước

III- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 21/06/2012

IV- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: / /

V- CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS Ngô Cao Cường

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các số liệu, kết quả nêu trong Luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất

kỳ công trình nào khác

Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện Luận văn này đã được cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong Luận văn đã được chỉ rõ nguồn gốc

Học viên thực hiện Luận văn

Đoàn Tuấn Kiệt

LỜI CÁM ƠN

Trong quá trình thực hiện luận văn này, tôi đã nhận được sự giúp đỡ, hướng dẫn rất tận tình của Quý Thầy Cô khoa Cơ – Điện – Điện tử, Phòng Quản lý khoa học và Đào tạo Sau Đại học và Ban Giám hiệu Trường Đại Học Kỹ thuật Công nghệ Tp.HCM

Qua đây, tôi xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc và xin được gửi lời cảm ơn chân thành của mình đến Quý Thầy Cô và Ban Giám hiệu nhà trường đã giúp đỡ, tạo điều kiện cho tôi hoàn thành luận văn này

Và tôi đặc biệt gửi lời cảm ơn đến TS Ngô Cao Cường, người đã tận tình giúp

đỡ và hướng dẫn, dìu dắt tôi từng bước trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận văn

Tôi xin gởi lời cảm ơn đến toàn thể các bạn học viên lớp Cao học11SMĐ Trường Đại Học Kỹ thuật Công nghệ Tp.HCM khóa 2011-2013 đã động viên, khích lệ giúp đỡ tôi trong quá trình học tập và hoàn thành luận văn

Xin cảm ơn gia đình, bạn bè đã luôn bên tôi, động viên giúp đỡ tôi

Đoàn Tuấn Kiệt - Tp.Hồ Chí Minh, tháng 9 năm 2013

TÓM TẮT

Năng lượng mặt trời có thể nói là nguồn năng lượng sạch, có trữ lượng rất lớn gần như là vô hạn Trong tương lai, đây sẽ là nguồn năng lượng chính của chúng ta Việc ứng dụng các nguồn năng lượng tái tạo là một hướng đi tất yếu và cấp thiết đối với một địa phương có mức tiêu thụ năng lượng nhiều nhất của cả nước như Tp.HCM

Huyện Cần Giờ là một huyện còn nhiều khó khăn về nhiều mặt của Tp.HCM, đặc biệt là đối với các xã đảo của huyện Hiện tại việc cung cấp điện cho các xã đảo còn rất hạn chế về công suất cũng như thời gian cung cấp và còn một số không nhỏ các hộ dân ở đây chưa được cung cấp điện

Chính vì vậy mục tiêu lớn nhất của luận văn này là tìm ra một phương án khả thi để cải thiện tình trạng cung cấp điện hiện nay, góp phần nâng cao đời sống người dân các xã đảo Bên cạnh đó là giảm thiểu chi phí vận hành và nâng cao khả năng cung cấp điện của hệ thống điện, đầu tư thêm công suất nguồn phát cũng như đổi mới trang thiết bị, lưới điện

Nguồn năng lượng thay thế được chọn để tính toán ở đây là năng lượng mặt trời

ABSTRACT

Solar energy can be said to clean energy, with huge reserves of almost limitless In the future, it will be the main source of our energy The use of renewable energy sources is an indispensable and urgent for a local consumption power most of the country such as HCMC

Can Gio district is still difficult in many aspects of HCM city, particularly on the island communes Currently, the power supply for the island communes is very limited in capacity as well as time and also provides a significant number of families there is no power supply

So the biggest goal of this thesis is to find out a feasible way to improve the power supply situation at present, contribute to improving the livelihoods of island communes Besides reducing operating costs and improving the ability of the system to provide electric power, more invest in capacity source and innovate equipment, power grids

The alternative energy sources was chosen to calculate in this thesis is solar energy

MỤC LỤC

Chương 0: Mở đầu 1

0.1 Lý do chọn đề tài: 2

0.2 Lịch sử nghiên cứu 3

0.3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 3

0.4 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn 4

0.5 Phương pháp nghiên cứu: 4

0.6 Bố cục của luận văn: 5

Chương 1: Năng lượng tái tạo và năng lượng mặt trời 6

1.1 Khủng hoảng năng lượng và năng lượng tái tạo 7

1.2 Ưu thế của điện mặt trời 7

1.3 Bức xạ mặt trời 9

1.3.1 Khái niệm 9

1.3.2 Bức xạ mặt trời ở Việt Nam 10

1.4 Tình hình phát triển điện mặt trời trên thế giới 13

1.5 Mái nhà điện mặt trời trên thế giới 13

Chương 2: Hệ điện mặt trời cơ bản 16

2.1 Giới thiệu chung 17

2.2 Hệ pin mặt trời (máy phát quang điện) 18

2.3 Hệ điều khiển 20

2.3.1 Hệ điều khiển nạp (regulator) 20

2.3.2 Bộ biến điện DC-AC (INVERTOR) 21

2.4 Hệ tồn trữ năng lượng 21

2.5 Hệ thiết bị sử dụng 22

Chương 3: Mái nhà điện mặt trời nối lưới 23

3.1 Giới thiệu chung về mái nhà điện mặt trời nối lưới 24

3.2 Sơ đồ kết nối mái nhà mặt trời 24

3.3 Lợi ích và công dụng của mái nhà mặt trời nối lưới 26

3.4 Lắp đặt mái nhà điện mặt trời 26

3.5 Lượng điện sản xuất ra: 27

3.6 Tuổi thọ của mái nhà mặt 27

3.7 Ai có thể lắp đặt mái nhà mặt trời? 27

3.8 Giá thành mái nhà mặt trời 27

Chương 4: Giới thiệu chung về xã đảo Thạnh An 29

4.1 Địa điểm 30

4.2 Tình hình kinh tế 30

4.3 Điều kiện khí hậu 30

4.4 Hiện trạng sử dụng điện tại khu vực 31

4.4.1 Cấp điện tại hai ấp Thạnh Hoà, ấp Thạnh Bình xã Thạnh An 31

4.4.2 Cấp điện tại ấp Thiềng Liềng 34

Chương 5: Thiết kế mái nhà điện mặt trời hòa lưới cho xã đảo Thạnh An 36

5.1 Mục tiêu 37

5.2 Thống kê kết quả kinh doanh điện năm 2012 tại trạm Diesel Thạnh An 37

5.2.1 Kinh doanh sản xuất điện năm 2012 37

5.2.2 Chiết tính chi phí thực hiện 2012 tại trạm Diesel Thạnh An 38

5.3 Sơ lược tính toán hiệu quả khi lắp hệ mặt trời nối lưới với hệ máy phát diesel 39

5.4 Hệ mặt trời nối lưới cơ bản 40

5.4.1 Nguyên tắc hoạt động của hệ mặt trời nối lưới 40

5.4.2 Sơ đồ kết nối hệ điện mặt trời nối lưới 41

5.5 Xây dựng phương án thiết kế hệ điện mặt trời nối lưới cho xã đảo Thạnh An 44

5.5.1 Phương án xây dựng hệ thống điện mặt trời kết nối với lưới điện máy phát pha của trạm phát điện Diesel xã đảo Thạnh An 44

5.5.2 Xây dựng vị trí lắp đặt các tấm pin mặt trời hoà máy phát Diesel 45

5.6 Thiết kế kỹ thuật các hệ điện mặt trời nối lưới sử dụng ở xã đảo Thạnh An 48

5.6.1 Hệ 15.120Wp 48

5.6.2 Hệ 27.000Wp 56

5.7 Sơ đồ kết nối pin mặt trời vào lưới điện 3 pha: 59

5.8 Hệ các thiết bị trong hệ mặt trời nối lưới sử dụng ở xã đảo Thạnh An 62

5.9 Sơ đồ tổng thể hệ điện mặt trời hoà lưới máy phát 3 pha 62

5.10 Hiệu quả đầu tư hệ mặt trời nối lưới sử dụng ở xã đảo Thạnh An 64

Chương 6: Kết luận và Kiến nghị 66

6.1 Kết luận 67

6.2 Kiến nghị, đề xuất 67

Tài liệu tham khảo 69

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

PV Photovoltaic: Pin quang điện, biến quang năng thành điện năng

DC Direct Current: Điện một chiều

AC Alternating Current: Điện xoay chiều

ĐMT Điện mặt trời

PMT Pin mặt trời

MNMT Mái nhà mặt trời

NLMT Năng lượng mặt trời

NLTT Năng lượng tái tạo

0.1 Lý do chọn đề tài:

Thế giới đang ngày càng phát triển với một tốc độ đáng kinh ngạc Đó là thành quả của quá trình phát minh và đổi mới công nghệ không ngừng của con người Khoa học kỹ thuật phát triển vượt bậc, kéo theo nó là nhu cầu năng lượng cũng không ngừng tăng lên và đang có nguy cơ thiếu hụt năng lượng nếu con người phụ thuộc hoàn toàn vào các nguồn năng lượng truyền thống như than đá, dầu mỏ, khí đốt… Ngoài ra, việc sử dụng các nguồn năng lượng truyền thống là nguyên nhân gây ra ô nhiễm môi trường, hiệu ứng nhà kính, mất cân bằng sinh thái… Một yêu cầu đặt ra

là phải có các nguồn năng lượng khác thay thế Năng lượng hạt nhân đã được phát triển và sử dụng rộng rãi ở nhiều quốc gia trên thế giới Tuy nhiên nó cũng tiềm ẩn nhiều nguy cơ về thảm họa hạt nhân như chúng ta từng phải chứng kiến (thảm hoạ hạt nhân Chernobyl ở Ukraina tháng 4/1986, thảm họa hạt nhân ở Fukushima Nhật tháng 3/2011) Vấn đề đặt ra là cần phải tìm những nguồn năng lượng thay thế một cách hiệu quả, bền vững, an toàn cho môi trường Hay nói cách khác, đó phải là những nguồn năng lượng sạch

Việc nghiên cứu và phát triển các nguồn năng lượng sạch (năng lượng tái tạo) đang được thực hiện ở hầu hết các quốc gia Các công nghệ sử dụng năng lượng sạch trên thế giới hiện nay đã có những bước tiến dài, mang lại những hiệu quả tích cực

và có ý nghĩa to lớn đối với sự phát triển bền vững của nhân loại Năng lượng gió, năng lượng mặt trời, năng lượng thủy triều, năng lượng sóng biển, năng lượng địa nhiệt, năng lượng sinh khối… sẽ là những nguồn cung cấp năng lượng chính cho con người trong tương lai

Ở Việt Nam, việc sử dụng các nguồn năng lượng sạch đã được quan tâm nghiên cứu và đầu tư sử dụng từ lâu Do hạn chế về công nghệ và vốn nên những nghiên cứu và ứng dụng ở nước ta thời gian trước đây chỉ có quy mô nhỏ, mang tính thử nghiệm Tuy nhiên, những năm gần đây, cùng với sự phát triển mạnh mẽ của đất nước, kéo theo là nhu cầu về năng lượng không ngừng tăng cao, đòi hỏi chúng ta phải

có một chiến lược quy hoạch, phát triển nguồn năng lượng đa dạng, bền vững Đó cũng chính là nguyên nhân dẫn đến hàng loạt dự án lớn về năng lượng tái tạo đã và

đang được triển khai thực hiện trên khắp cả nước, nhất là những vùng có điều kiện thuận lợi để ứng dụng hoặc các vùng sâu vùng xa, miền núi, hải đảo mà lưới điện quốc gia không thể kéo đến

Một trong những nguồn năng lượng tái tạo được nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi nhất trên thế giới cũng như ở Việt Nam hiện nay là năng lượng gió và năng lượng mặt trời Vì gió và mặt trời là những nguồn nguyên liệu sạch và gần như là vô tận; việc sử dụng chúng ít gây tác động tiêu cực đến môi trường, có thể khai thác với quy

mô lớn, hiệu quả khai thác ngày càng được nâng cao, vốn đầu tư ban đầu ngày càng giảm…

0.2 Lịch sử nghiên cứu

Trên thế giới, công nghiệp năng lượng tái tạo đã phát triển đến một trình độ nhất định với hiệu quả khai thác, sử dụng ngày càng nâng cao, được ứng dụng rộng rãi ở hầu hết các quốc gia, nhất là các quốc gia có nền khoa học kỹ thuật phát triển hiện đại

Cho đến nay giá thành đầu tư cho năng lượng tái tạo còn khá đắt đỏ trong khi hiệu quả khai thác lại còn kém xa các nguồn năng lượng truyền thống như than đá, khí đốt, dầu mỏ… và năng lượng hạt nhân Tuy nhiên, với những lợi ích lâu dài mà năng lượng tái tạo mang lại, cùng với công nghệ ngày càng hoàn thiện, trong một tương lai không xa, năng lượng tái tạo sẽ trở thành nguồn năng lượng chính yếu của con người

0.3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu của luận văn này là các công nghệ khai thác năng lượng tái tạo, đặc biệt là năng lượng mặt trời

Việt Nam là nước có tiềm năng nắng lớn nhất Đông Nam Á, nên việc sử dụng năng lượng mặt trời tại Việt Nam sẽ có tính khả thi, nên luận văn tập trung vào hệ thống điện mặt trời, tìm hiểu hệ thống điện mặt trời hòa lưới; tính toán thiết kế hệ thống hệ điện mặt trời hòa lưới cho xã đảo Thạnh An, huyện Cần Giờ, Tp.HCM

0.4 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

Hiện nay 95% công suất pin mặt trời sản xuất trên thế giới được sử dụng cho các ứng dụng mái nhà điện mặt trời hòa lưới, nên việc nghiên cứu, tính toán thiết kế cho các hệ thống điện mặt trời hòa lưới cụ thể cho một ứng dụng là vấn đề cần quan tâm giải quyết

Về ý nghĩa thực tiễn, Tp.HCM là trung tâm kinh tế của cả nước, nhu cầu năng lượng ngày một tăng cao, đòi hỏi phải có những nguồn năng lượng mới bổ sung, thay thế nguồn năng lượng truyền thống “Quy hoạch phát triển điện lực thành phố Hồ Chí Minh giai đoạn 2011-2015 có xét đến 2020” của Bộ Công thương, và mới đây UBND thành phố vừa phê duyệt Chương trình Năng lượng xanh Thành phố Hồ CHí Minh đến năm 2015, trong đó đặc biệt chú trọng đến nguồn năng lượng tái tạo, nhất là năng lượng mặt trời, vì đây là nguồn năng lượng tái tạo mà Tp.HCM có tiềm năng khai thác lớn nhất Hơn nữa, việc tìm hiểu và nghiên cứu ứng dụng năng lượng tái tạo cho Tp.HCM là phù hợp, gắn với thực tiễn yêu cầu công việc hiện tại của tôi, tạo điều kiện góp phần hoàn thành tốt nhiệm vụ kinh tế - chính trị - xã hội

0.5 Phương pháp nghiên cứu:

- Tìm hiểu, nắm bắt và tổng hợp kiến thức từ các nguồn tài liệu chính thức đã được xuất bản, phát hành

- Học hỏi thêm từ các thầy cô và các cá nhân có kinh nghiệm trong lĩnh vực năng lượng tái tạo để giải quyết các vấn đề đặt ra trong đề tài

- Tìm hiểu, tham quan thực tế một số dự án Năng lượng tái tạo đã hoàn thành đưa vào sử dụng và đang được triển khai để có thêm kiến thức thực nghiệm

- Tiến hành xây dựng mô phỏng hệ thống điện mặt trời

- Thống kê, khảo sát, thu thập các tài liệu liên quan đến khả năng phát triển năng lượng tái tạo điện mặt trời của huyện Cần Giờ và chủ trương quy hoạch, phát triển năng lượng xanh của Tp.HCM để làm căn cứ đề xuất phương án xây dựng Hệ thống năng lượng điện mặt trời nối lưới…

0.6 Bố cục của luận văn:

Luận văn gồm có phần mở đầu và 6 chương với các nội dung chính được trình

bày ở phần

Chương 0: MỞ ĐẦU

Luận văn nêu lý do chọn đề tài, lịch sử nghiên cứu, đối tượng và phạm vi nghiên cứu, ý nghĩa khoa học và thực tiễn và phương pháp nghiên cứu về đề tài

Chương 1: NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO VÀ NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI

Tổng quan về khủng hoảng năng lượng - Năng lượng tái tạo; Ưu thế của điện mặt trời và Bức xạ mặt trời ở Việt Nam đồng thời cho tổng quan tình hình phát triển điện mặt trời ở Việt Nam và trên thế giới và các mái nhà điện mặt trời trên thế giới

Chương 2: HỆ ĐIỆN MẶT TRỜI CƠ BẢN

Giới thiệu chung về hệ điện mặt trời cơ bản; Hệ pin mặt trời; Hệ điều khiển; Hệ tồn trữ năng lượng; Hệ thiết bị sử dụng

Chương 3: MÁI NHÀ ĐIỆN MẶT TRỜI NỐI LƯỚI

Giới thiệu chung về mái nhà mặt trời nối lưới;Sơ đồ hệ thống mái nhà điện mặt trời nối lưới; Lợi ích và công dụng của mái nhà mặt trời nối lưới lắp đặt mái nhà điện mặt trời Lượng điện sản xuất ra; Tuổi thọ của mái nhà mặt trời Ai có thể lắp đặt mái

nhà mặt trời? Giá thành mái nhà mặt trời

Chương 4: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ XÃ ĐẢO THẠNH AN

Giới thiệu địa điểm được đề xuất thiết kế thi công hệ pin mặt trời với tính chất tình hình kinh tế, Điều kiện khí hậu, Hiện trạng sử dụng điện tại khu vực và phương

án cấp điện sử dụng NLTT cho Thạnh An

Chương 5: THIẾT KẾ MÁI NHÀ ĐIỆN MẶT TRỜI HÒA LƯỚI CHO XÃ ĐẢO THẠNH AN, HUYỆN CẦN GIỜ

Đề ra mục tiêu kinh tế, kỹ thuật và thiết kế kỹ thuật các hệ điện mặt trời nối lưới

sử dụng ở xã đảoThạnh An; Hiệu quả đầu tư hệ mặt trời nối lưới sử dụng ở xã đảo Thạnh An; Ý nghĩa kinh tế, xã hội và môi trường

Chương 6: KẾT LUẬN- KIẾN NGHỊ

Chương 1: Năng lượng tái tạo và năng lượng mặt trời

1.1 Khủng hoảng năng lượng và năng lượng tái tạo

Mười vấn đề lớn của nhân loại trong vòng 50 năm tới đã được ghi nhận theo

thứ tự nghiêm trọng là: (1) năng lượng, (2) nước, (3) thực phẩm, (4) môi trường,

(5) nghèo đói, (6) khủng bố và chiến tranh, (7) bệnh tật, (8) giáo dục, (9) thực hiện dân chủ và (10) bùng nổ dân số

Năng lượng quả thật là mối quan tâm hàng đầu của nhiều chính phủ trên thế giới Nguồn năng lượng chính của nhân loại hiện nay là dầu hỏa Nó quí đến nỗi được người ta cho một biệt hiệu là "vàng đen" Một vài giờ cúp điện hay không có khí đốt cũng đủ làm tê liệt và gây hỗn loạn cho một thành phố Cuộc sống văn minh của nhân loại không thể tồn tại khi thiếu vắng năng lượng

Theo thống kê, hiện nay hơn 85 % năng lượng được cung cấp từ dầu hỏa và khí đốt Nhưng việc thu hoạch từ các giếng dầu sẽ đạt đến mức tối đa trong khoảng năm 2010 - 2015, sau đó sẽ đi xuống vì nguồn nhiên liệu sẽ cạn kiệt cùng năm tháng Người ta cũng tiên đoán nếu dầu hỏa được tiếp tục khai thác với tốc độ hiện nay, kể

từ năm 2050 lượng dầu được sản xuất sẽ vô cùng nhỏ và không đủ cung cấp cho nhu cầu toàn thế giới Như vậy, nguồn năng lượng nào sẽ thay thế cho "vàng đen"?

Các nhà khoa học đã và đang tìm kiếm những nguồn năng lượng vô tận, sạch

và tái sinh (renewable energy) như: năng lượng từ mặt trời, gió, thủy triều, nước (thủy điện), lòng đất (địa nhiệt) v.v

Trong những nguồn năng lượng này có lẽ năng lượng mặt trời đang được lưu tâm nhiều nhất

1.2 Ưu thế của điện mặt trời

Ánh sáng mặt trời là một nguồn năng lượng dồi dào, nhưng khi tính ra con số rất ít người biết đến là mặt trời truyền đến cho ta một năng lượng khổng lồ vượt ra ngoài sự tưởng tượng của mọi người Trong 10 phút truyền xạ, quả đất nhận một năng lượng khoảng 5 x 1020 J (500 tỷ tỷ Joule), tương đương với lượng tiêu thụ của toàn thể nhân loại trong vòng một năm Trong 36 giờ truyền xạ, mặt trời cho chúng ta một năng lượng bằng tất cả những giếng dầu của trái đất

Hơn nữa, nó không phát sinh các loại khí nhà kính (greenhouse gas) và khí gây ô nhiễm Nếu con người biết cách thu hoạch nguồn năng lượng sạch và vô tận nầy thì có lẽ loài người sẽ mãi mãi sống hạnh phúc trong một thế giới hòa bình không còn chiến tranh vì những cuộc tranh giành quyền lợi trên các giếng dầu

Có thể nói ĐMT là loại năng lượng nhiều ưu thế ngày càng thu hút sự quan tâm của con người Từ những đặc tính siêu sạch, vô tận, tự hành ổn định lắp đặt tại chỗ, tùy công suất sử dụng v.v… đã làm cho ĐMT trở nên tiện dụng và có sức cạnh tranh Nếu bỏ qua yếu tố “có sẵn” ở các mạng điện thành phố, tại những vùng xa vùng có chưa sẵn lưới điện và đặc biệt ở khu vực địa hình phức tạp, trên núi hiểm trở, lênh đênh giữa biển khơi thì ĐMT là một dạng năng lượng hoàn toàn có sức thuyết phục Yếu tố môi trường của ĐMT không chỉ dùng ở góc độ sạch đơn thuần, không gây ra chất thải mà còn ở sự yên tĩnh, không gây bất cứ sự ồn ào nào làm phiền toái người sử dụng Một điều hiển nhiên khác là sự trường tồn vĩnh viễn của ĐMT bởi một khi nó mất đi, cũng đồng nghĩa với sự hủy diệt của hành tinh

Yếu tố tự hành của ĐMT ngày càng phù hợp với xu thế phát triển mới của khoa học công nghệ hiện đại Bằng khả năng tự hành, nguồn ĐMT giúp các nhà khoa học thiết kế một thế hệ thiết bị “thông minh” làm việc tự hành không cần sự bận tâm của con người Khả năng dành cho ĐMT một ưu thế tuyệt đối trên những công trình dài chuyển tiếp viễn thông, vệ tinh viễn thông, các phao neon, hải đăng biển, máy bay do thám v.v…

Ở một góc độ khác, có thể nhìn nhận ĐMT như một yếu tố quyết định cho công nghệ thông tin viễn thông toàn cầu, gián tiếp thúc đẩy sự phát triển vượt bậc của xã hội loài người

Điện mặt trời không phụ thuộc vào mạng chung nên có khả năng thiết kế lắp đặt tại chỗ theo nhu cầu của người sử dụng Thậm chí khi nhu cầu gia tăng, ta có thể

dễ dàng tăng công suất giàn panô PMT để đáp ứng một cách hiệu quả và không lãng phí

ta

Theo khảo sát thì khu vực thấp nhất trên trái đất cũng nhận được lượng bức xạ

là 2 kWh/m2 ngày, khu vực cao nhất đạt tới 7 kWh/m2 ngày

Vào những ngày trời quang mây, tổng xạ mặt trời thay đổi theo góc từ thiên đỉnh mặt trời đồng thời phụ thuộc theo tỉ lệ tương ứng với hàm lượng khí dioxit cacbon (CO2), hơi nước và bụi có trong khí quyển Bức xạ trực tiếp của mặt trời gấp khoảng 10 lần so với bức xạ khuếch tán khi mặt trời gần tới vị trí cực đỉnh và gần như bằng nhau khi nó tiến tới đường chân trời Trong điều kiện thuận lợi của khí quyển, cường độ bức xạ cực đại ghi nhận tại mực nước biển là 1 kWh/m2 so với ngoài

vũ trụ là 1.377 kWh/m2 Điều này cho thấy ngoài khoảng không vũ trụ nguồn năng lượng mặt trời tăng thêm khoảng 30% so với trên mặt đất

Giá trị cực đại của ánh sáng mặt trời ngoài tầng khí quyển được gọi là giá trị

AMO (Air mass 0), còn giá trị cực đại của ánh sáng mặt trời trên mặt đất ngay tại mặt nước biển được gọi là giá trị AMI (Air mass 1) (Đây là tiêu cuẩn cơ bản để

chuẩn xác hiệu suất của pin mặt trời (Pin mặt trời) trong các phòng thí nghiệm và trên thị trường

1.3.2 Bức xạ mặt trời ở Việt Nam

Bảng 1-1 và 1-2 bên dưới cho chúng ta thấy tổng bức xạ trung bình ngày suốt

12 tháng tại 12 trạm điển hình phân bố đều trên lãnh thổ Việt Nam Con số này đã

được thống kê ghi nhận trong suốt thời gian dài (từ 3 đến 20 năm), dựa trên số liệu

của Tổng cục Thống kê năm 2013

Bảng 1.1: Tổng lượng bức xạ mặt trời tổng cộng trung bình ngày trong 12 tháng

(kW/m2 ngày)

Khu Vực 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Năm Cao Bằng 2.2 2.4 3.0 4.0 5.3 5.3 5.9 5.8 5.2 4.2 3.2 2.8 4.1

Hà Nội 2.1 2.2 2.3 3.3 5.3 5.5 5.7 5.2 4.8 4.1 3.4 3.0 3.9

Nghệ An 1.8 2.2 2.0 3.3 5.1 5.3 5.7 4.7 4.0 3.1 2.0 2.0 3.4

Đà Nẵng 3.5 4.3 5.2 5.8 6.4 5.9 6.5 5.7 5.2 4.2 3.0 2.5 4.8 TP.HCM 5.1 6.3 6.6 5.7 5.0 4.9 5.1 5.0 4.8 4.5 4.3 4.6 5.2

Cần Thơ 4.7 5.5 5.9 5.6 4.5 4.2 4.6 4.2 4.2 3.9 4.2 4.4 4.7

Bảng 1.2: Số giờ nắng trung bình qua các năm của một số khu vực (giờ/năm)

Khu vực/Năm 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 Lai Châu 1884,0 1600,0 1645,0 2049,9 1913,8 1664,1 1846,5

Sơn La 2063,0 2083,0 1831,0 2208,1 2163,2 1782,8 2068,3

Hình 1.2: Biểu đồ bức xạ mặt trời ở 03 vùng của Việt Nam

Ở các tỉnh phía Nam số giờ nắng rung bình ngày khoảng 6.5 h/ngày Tuy

nhiên có chênh lệch khá lớn giữa các địa phương như Cần Thơ đạt 7.0 h/ngày nhưng

ở Đà Lạt chỉ có 6,1h/ngày Cường độ tổng lượng bức xạ trung bình ngày trong 12

tháng đạt khoảng 5 kWh/m ngày Từ mùa khô chuyển sang mùa mưa, tổng lượng

bức xạ trung bình giảm khoảng 20%

Ở các tỉnh phía Bắc, số giờ nắng trung bình chỉ đạt 4.1 h/ngày và cường độ bức xạ trung bình khoảng 4 kWh/m/ngày

Như vậy, nhìn một cách khái quát lượng bức xạ mặt trời ở các tỉnh phía Bắc giảm 20% so với ởcác tỉnh miền Trung và miền Nam Nếu xem xét cụ thể ở một số tỉnh sự chênh lệch này càng lớn có thể lên đến 50%

Điều quan trọng hơn cả là ở các tỉnh phía Bắc, lượng bức xạ mặt trời không phân bố đều quanh năm Vào mùa đông, mùa xuân mưa phùn kéo dài hàng chục ngày liên tục và nguồn bức xạ mặt trời dường như không đáng kể chỉ còn khoảng 1-2 kWh/m2/ngày

Điều này không xảy ra đói với các tỉnh phía Nam, do có mặt trời chiếu rọi

quanh năm, ổn định cả về mùa mưa, do đó việc sử dụng năng lượng mặt trời ở các

tỉnh phía Nam Việt Nam sẽ mang lại một hiệu quả kinh tế khá lớn

Month

KWh/m day 7

6 5 4 3 2 1

1.4 Tình hình phát triển điện mặt trời trên thế giới

Có thể nói sự phát triển Điện Mặt Trời gắn liền với sự phát triển kỹ thuật và

công nghệ chế tạo pin Mặt Trời

Cho đến nay nhìn chung Pin Mặt Trời được chế tạo từ 5 nhóm vật liệu chính

là: Tinh thể Silic (Si): cadmium Telluride (Cd Te), Copper indium diselenide (Cis)

và vật liệu bán dẫn AI BV rất đắt tiền nhưng điện suất cao nhất thường chỉ được sử

dụng trong mục đích hàng không vũ trụ và quân sự

Vật liệu thông dụng nhất và đang được sản xuất công nghiệp hiện nay trên thế

giới chủ yếu là vật liệu silic vô định hình được các nhà công nghiệp trên toàn thế giới

không ngừng nâng cao và cải thiện

Có thể nói sự phát triển nhanh chóng của thị trường Pin Mặt Trời thế giới

Nhất là trong vòng 15 năm qua, ĐMT có tốc độ tăng trưởng trung bình mỗi năm

khoảng 25% Riêng trong năm 2004, tổng công suất lắp đặt pin mặt trời toàn cấu đạt

927MW, gấp đôi so với năm 2003 (574MW) và gấp 45 lần so với 20 năm trước (năm

1984 chỉ khoảng 20MW), ĐMT trở thành ngành công nghiệp phát triển nhanh nhất

thế giới Từ năm 2004-2008 sản Lượng toàn cầu hằng năm tăng khoảng 6 lần, đạt

tổng công suất 16,9 GW

Thị trường ĐMT càng phát triển sau khi xuất hiện các mái nhà mặt trời Tỉ lệ

mái nhà ĐMT nói chung chiếm 95% công suất lắp đặt ĐMT ở các nước phát triển

1.5 Mái nhà điện mặt trời trên thế giới

Là một mô hình khá hấp dẫn đối với con người tại các nước tiên tiến trên thế

giới Với ưu điểm chủ động cấp điện tại chỗ, không ồn ào, không ô nhiễm, tính an

toàn cao Nhà Mặt Trời đang là xu hướng và là nguồn năng lượng lý tưởng để xây

dựng nhà nghỉ mát, nhà vườn, du thuyền, nhà kéo theo xe hơi đối với những người

có thu nhập cao

Nguyên tắc thiết kế Nhà Mặt Trời căn bản dựa trên hai dạng sử dụng là nhiệt

và điện Phần quang nhiệt dùng để sưởi, đun nước nóng v.v… Phần quang điện cấp

điện cho các tiện nghi như tivi, điện thoại, tủ lạnh, radio cassette, đầu máy video, hệ

làm mát, bơm nước…

Chương trình Nhà Mặt Trời hiện nay đang được triển khai rầm rộ trên thế giới như một tín hiệu tốt chào đón “Kỷ nguyên Mặt trời” ở thế kỷ 21 mở đầu cho thiên niên kỷ thứ 3 của nhân loại

Hình 1.3a: Nhà mặt trời ở Châu Âu Hình 1.3b: Sân vận động Cao Hùng

Nhà Mặt Trời được con người mơ tới từ rất sớm Mặc dù nó đã từng được thiết

kế từ những năm 1920 nhưng chỉ mới thực hiện vào những năm đầu tiên trong thập niên 1970 – 1980 Trung bình công suất giàn PMT khoảng 4000 Wp có thể đáp ứng mọi nhu cầu về điện của mọi gia đình phương Tây

Tại Pháp, chương trình “Nhà Mặt Trời – Nhà của thời nay” đã được khởi xướng

từ năm 1988 bởi “Uy ban hoạt động và phát triển Năng lượng Mặt Trời” 74 ngôi nhà Mặt Trời đã xây dựng ngay năm 1989 và tới nay số lượng lên đến hàng nghìn căn Chương trình “1000 Mái nhà Mặt Trời” đã có ở Đức vào thời kỳ 1990 – 1995 với công suất lắp đặt từ 1–5 kWp và được chính phủ Đức trợ giá 70% Nước Ý hiện nay cũng đang bắt đầu triển khai chương trình “1000 Mái nhà Mặt Trời” vào năm

2000 Cộng đồng Châu Âu chuẩn bị cho mình một chương trình đồ sộ bao gồm 500.000 Nhà Mặt Trời và 500.000 Làng Mặt Trời ở các nước đang phát triển Tổng chi phí cho chương trình 1997 – 2010 này lên đến 3 tỷ USD

Mỹ vẫn luôn là nước đầu tiên trong công nghệ Điện Mặt Trời Vào tháng 6 năm

1997, tổng thống Mỹ Bill Clinton đã khởi động một chương trình của tổng thống

1.000.000 Mái nhà Mặt Trời tại Mỹ Năm đầu tiên của chương trình 1999 được chi 5 triệu USD và tổng chi phí cho chương trình là 5 tỷ USD

Nhật Bản cũng đã bắt đầu phát triển Nhà Mặt Trời với chi phí 11,1 tỷ yên 1997

và tăng lên 14,7 yên vào năm 1998 Chương trình Nhà Mặt Trời ở Nhật năm 1998 cho phép người dân được yêu cầu lắp đặt công suất giàn Pin Mặt Trời tời 10 kWp Song song với Nhà Mặt Trời, từ đầu thập niên 1980 đã bắt đầu xu hướng phát triển các Tòa nhà Mặt Trời ở các nước công nghiệp

- Tòa nhà văn phòng Sanyo 220 kWp PMT

- Rsukasa Electric Industry 8,1 kWp PMT

- Sunstory Museum Osaka 13,2 kWp PMT

- Khu trung tâm thương mại hội chợ Munic 1016 kWp PMT

- Khu Làng Thế vận hội Sydney 2000 – Úc sẽ là một khu phức hợp sử dụng Điện Mặt Trời lớn nhất thế giới với 665 căn Nhà Mặt Trời chào đón thế vận hội đầu tiên của thế kỷ 21

Bảng sau cho thấy tham vọng của chương trình mái nhà mặt trời trên toàn thế giới

Bảng 1-3 Chương trình mái nhà mặt trời trên toàn thế giới

Chương 2:

Hệ điện mặt trời cơ bản

Để có thể triển khai các ứng dụng sử dụng điện mặt trời, nâng cao được hiệu quả sử dụng, tuổi thọ

và chất lượng hệ điện mặt trời, ta cần tìm hiểu cấu trúc và hoạt động của hệ điện mặt trời cơ bản

2.1 Giới thiệu chung

Một hệ điện mặt trời cơ bản bao gồm các thành phần sau:

Hình 2.1: Sơ đồ khối hệ điện mặt trời cơ bản

 Modul Pin mặt trời + cấu trúc cơ khí

 Hệ điều khiển

 Hệ accu tồn trữ

 Hệ thiết bị sử dụng

Có hai dạng chính của Hệ Điện mặt trời:

- Hệ biệt lập (Stand alone)

- Hệ nối vào mạng (grid – connected)

Ở chương này ta đề cập đến hệ Điện mặt trời biệt lập, là loại hình phổ biến nhất được sử dụng rộng rãi trên toàn thế giới

Hệ điện mặt trời biệt lập thường cung cấp điện cho những nơi mà không có điện lưới, như vùng sâu, vùng xa, hải đảo, hệ thống bưu chính viễn thông…, loại này thường phải sử dụng hệ accu tồn trữ kèm theo Dưới đây là hình vẽ một hệ điện mặt trời biệt lập

SỬ DỤNG

HỆ ACCU TỒN TRỮ

HỆ PMT

Sau đây ta sẽ đi sâu vào tìm hiểu các thành phần bên trong hệ thống trong hệ

điện mặt trời biệt lập:

2.2 Hệ pin mặt trời (máy phát quang điện)

Trái tim của hệ thống điện mặt trời là hệ pin mặt trời hay máy phát quang điện (Photovoltaic- PV) Nó bao gồm các modul Pin mặt trời ghép nối với nhau để tạo ra một mạng (carry) pin mặt trời phát điện DC

Hình 2.2: Hình hệ điện mặt trời biệt lập cơ bản

 Các tấm pin mặt trời được lắp đặt trên mái nhà, cũng có thể là mặt tiền miễn

nơi đó có đủ diện tích và nhận được ánh nắng mặt trời tốt nhất Diện tích nơi

lắp đặt tấm pin mặt trời ít hay nhiều là yếu tố quyết định cho công suất cung

cấp điện

 Trung bình 1KWp (Wp: watt đỉnh) pin mặt trời cần khoảng 10m2 diện tích;

1KWp pin mặt trời sản xuất ra khoảng 4 - 5 kWh/ngày, tức khoảng 150

kWh/tháng

 Hiệu suất của tấm pin mặt trời sẽ suy giảm từ 15 - 20% sau 25 - 30 năm sử

dụng Modul Pin mặt trời:

Cấu trúc của một modul Pin mặt trời dựa trên các đơn vị Pin mặt trời được

ghép nối với nhau trong một modul Thông thường Pin mặt trời trong một modul

được ghép nối tiếp với nhau để đạt được thế hở mạch lớn tương ứng với thể loại hoạt

động mà các ứng dụng thông thường yêu cầu

Như chúng ta đã biết một Pin mặt trời đường kính 10cm Si đa tinh thể sẽ cung

cấp công suất 1 -1,5w dưới điều kiện chuẩn.Với công suất này thế hở mạch đạt được

0,5-0,6V Có rất ít ứng dụng hoạt động ở điện thế này, cho nên phải ghép nối các pin

mặt trời nối tiếp với nhau để tăng thế hở mạch Voc Phần lớn Modul Pin mặt trời

dùng trong hệ điện mặt trời biệt lập có một cấu hình tiêu chuẩn sử dụng Accu 12V

Hình 2.3: Hệ thống ghép các modul pin mặt trời

Vì vậy một modul Pin mặt trời thường có từ 33-36 Pin mặt trời được mắc nối tiếp với nhau để có thế hở mạch khoảng 20V ở điều kiện chuẩn Điện thế này đảm bảo để nạp điện vào Accu 12V

Công suất của hệ pin mặt trời phụ thuộc vào công suất thiết kế của toàn hệ thống, được ghép nối từ một hoặc nhiều modul Pin mặt trời

Các thông số của Modul Pin mặt trời được xác định ở nơi sản xuất dưới điều kiện tiêu chuẩn quốc tế sau:

Một hệ Điện mặt trời biệt lập cho những ứng dụng nhỏ và trung bình thường

có sự quá nạp vào Accu và quá tải khi cung cấp điện Do đó cần có một sự điều khiển cân bằng năng lượng cho toàn hệ thống thông qua quá trình “cân đối” của hệ điều khiển nhằm bảo đảm cân bằng điều tải trong toàn bộ hệ thống

Một hệ Điện Mặt trời biệt lập khi thiết kế phải bảo đảm các tính năng tự động,

an toàn cho toàn hệ Một hệ điều khiển phải bảo đảm được các vai trò đó, điều này tạo điều kiện đễ dàng cho người sử dụng và tránh mọi rủi ro cho hệ thống

2.3.1 Hệ điều khiển nạp (regulator)

Regulator có các chức năng sau:

- Chống nạp ngược: Hệ điện mặt trời có bộ lưu điện, khi trời nắng yếu, hoặc

ban đêm, regulator ngăn chặn sự phóng ngược điện áp từ accu trở lại Pin mặt trời làm hỏng pin và tốn năng lượng Người ta thường dùng diode blocking để giải quyết vấn

đề này

- Chống quá nạp: Khi trời quá nắng, điện áp và dòng của Pin mặt trời lên cao

và nếu Accu còn đầy điện có thể xảy ra sự quá nạp cho Accu, dẫn đến việc làm giảm tuổi thọ Accu Regulator sẽ điều khiển tự động khi Accu quá nạp

- Chống sự phóng quá của Accu: Hệ Điện mặt trời có sử dụng Accu, khi trời

mưa, năng lượng nạp cho Accu thiếu trong khi tiêu thụ tải vượt quá công suất làm Accu phóng điện quá mức Trong trường hợp này Regulator có nhiệm vụ ngắt tải ra khỏi Accu để bảo vệ Accu

2.3.2 Bộ biến điện DC-AC (INVERTOR)

Bộ biến đổi nguồn điện DC-AC là thiết bị dùng để biến đổi nguồn điện một chiều DC từ pin mặt trời hoặc Accu thành nguồn xoay chiều AC dùng cho các thiết

bị AC

Invertor là một thành phần cơ bản không thể thiếu của Hệ điện mặt trời công suất vừa và lớn, mặt dù nó tiêu tốn năng lượng Trước đây khi giá thành PMT còn quá cao thì vấn đề sử dụng Invertor có hiệu suất biến điện thấp, gây tổn hao năng lượng lớn Ngày nay mặc dù giá pin mặt trời đã giảm nhiều, tuy nhiên vẫn còn khá đắt do đó vấn đề tiết kiệm điện năng vẫn còn rất quan trọng

Do đó việc nghiên cứu chế tạo bộ biến điện hiệu suất cao dùng cho hệ điện mặt trời nhằm nâng cao được hiệu quả sử dụng của Inverter trong hệ điện mặt trời là một vấn đề cần quan tâm giải quyết trong đề tài “Thiết Kế Inverter thông minh”

2.4 Hệ tồn trữ năng lượng

Do điện mặt trời chỉ sinh ra vào ban ngày khi có ánh nắng, vì vậy để đảm bảo năng lượng cho một hoạt động ổn định và đều đặn một hệ điện mặt trời biệt lập cần phải có lưu điện để tồn trữ năng lượng Trong hệ điện mặt trời phương pháp tồn trữ năng lượng phổ biến, đơn giản nhất là sử dụng bình accu

Accu sử dụng trong Hệ Điện mặt trời cần phải đáp ứng các yêu cầu sau:

- Mức phóng sâu (low rate)

- Hiệu suất nạp cao

- Mức tự phóng thấp

- Tuổi thọ cao

Ngày nay loại accu được sử dụng rộng rãi nhất trong hệ điện mặt trời biệt lập công suất nhỏ là Accu Axit chì loại accu này rất phổ biến, dễ mua và giá cả phải chăng Loại Accu khác như Accu Nikel Cadmium được đưa vào sử dụng trong các

ứng dụng chuyên dùng chất lượng cao (ví dụ như Bưu chính viễn thông…) Loại Accu này có đặc trưng đáp ứng tốt hơn trong Accu axit nhưng giá thành đạt hơn nên được đua vào ứng dụng rộng rãi trong hệ điện mặt trời, nhất là cho điện nông thôn

Trong tương lai, để điện mặt trời được ứng dụng rộng rãi hơn trong cuộc sống một số phương pháp lưu trữ khác hiệu quả hơn cũng đang được nghiên cứu thay thế dần cho các phương pháp hiện thời Trong thời hạn dài loại sản phẩm hydrozen cung cấp một khả năng lưu điện hấp dẫn danh cho điện mặt trời vời ảnh hưởng của môi trường thấp

2.5 Hệ thiết bị sử dụng

Điện mặt trời có những ưu điểm lớn như: sạch, không gây tiếng ồn, là nguồn năng lượng vô tận, không phải chi phí cho nhiên liệu, chi phí bảo dưỡng ít… cho nên rất nhiều ngành ứng dụng muốn sử dụng Điện mặt trời Hiện nay, do những hạn chế

về giá thành và hiệu suất, công suất nên sử dụng Điện mặt trời hiệu quả và phù hợp với các thiết bị sau:

- Điện khí hóa nông thôn

- Các thiết bị liên lạc viễn thông

- Các thiết bị điều khiển từ xa

- Nạp Accu

- Tủ lạnh chứa vaccine

- Các sản phẩm tiêu dùng như máy tính, đồng đồng hồ điện tử …

- Các ngôi nhà Điện mặt trời nối lưới

- Vệ tinh, con tàu vũ trụ sử dụng năng lượng Điện mặt trời

- Tưới nước, bơm nước có công suất lớn

Xu hướng tương lai khi công nghệ phát triển Pin mặt trời có công suất cao hiệu suất lớn hơn, giá thành hạ hơn thì điện mặt trời sẽ được đưa vào ứng dụng rộng rãi cùng với các loại năng lượng khác như thủy điện, điện gió để thay thế các loại nhiên liệu cũ hiện nay đang cạn dần trên trái đất

Chương 3:

Mái nhà điện mặt trời nối lưới

3.1 Giới thiệu chung về mái nhà điện mặt trời nối lưới

Hệ thống mái nhà điện mặt trời nối lưới hay còn gọi là mái nhà mặt trời (gọi tắt là MNMT), là một máy phát quang điện được lắp đặt tại nhà người sử dụng, được nối với lưới điện thông qua bộ phận ghép nối điện

MNMT gồm các modul Pin mặt trời (PMT) là thành phần tạo ra dòng điện một chiều, dòng điện một chiều này được biến thành dòng điện xoay chiều nhờ một hay nhiều bộ biến điện DC-AC Dòng điện xoay chiều này có chất lượng và độ an toàn như điện lưới

Nếu công suất điện sinh ra từ các module pin mặt trời lớn hơn công suất tiêu thụ thì lượng điện thừa sẽ được lưu lại ắc qui Ngược lại, lượng điện tiêu thụ lớn hơn lượng điện sinh ra từ mặt trời thì phần thiếu hụt này sẽ được bổ sung từ lưới điện hoặc

1) Khối năng lượng đầu vào:

Hình 3.1: Sơ đồ mái nhà mặt trời kết nối lưới

Là các tấm pin năng lượng mặt trời với đặc điểm: Dòng điện từ các tấm panel

pin mặt trời là dòng điện một chiều (director current) được biến thành xoay chiều (alternative current) thông qua Sunny Boy Dòng điện này có chất lượng điện và an tòan như lưới điện Ưu tiên tận dụng tối đa nguồn điện mặt trời

2) Khối biến điện DC/AC:

Là thiết bị biến điện DC-AC và thiết bị đồng bộ với nguồn điện khác

- Gồm các Sunny Boy Thiết bị này có chức năng chuyển đổi dòng điện từ PMT thành dòng xoay chiều cung cấp trực tiếp cho tải

- Ưu tiên tận dụng tối đa từ PMT

- Tự động dò các thông tin từ bộ thiết bị kết nối lưới điện (Sunny Island)

- Đồng bộ với lưới điện quốc gia

- Khi mất điện lưới thì thiết bị nối lưới chuyển sang nguồn điện khác hòan tòan

tự động

- Công suất và pha điện không bị giới hạn

- Thời gian chuyển đổi giữa các nguồn điện rất ngắn, không làm gián đọan

3) Khối nguồn điện hỗ trợ:

Nguồn điện nối hệ thống MNMT:

- Điện lưới quốc gia

- Dung lượng ắc qui này phụ thuộc thời gian tiêu thụ điện của các thiết bị sử dụng điện

5) Khối tiêu thụ điện:

Là các thiết bị sử dụng điện thông thường như hệ thống chiếu sáng, ti vi, máy

tính, quạt…

Vậy hệ thống Mái nhà mặt trời nối lưới có ảnh hưởng với điện lưới quốc gia không?

Những hệ thống mái nhà mặt trời hoạt động an toàn tuyệt đối theo tiêu chuẩn

EN DIN (tiêu chuẩn kèm theo thông số thiết bị) và không có bất kỳ ảnh hưởng nào đến điện lưới quốc gia Và việc kết nối giống như các thiết bị sử dụng điện thông thường khác Đồng thời mái nhà điện mặt trời nối lưới sẽ hỗ trợ đắc lực cho lưới điện trong việc giảm tải vào những giờ cao điểm

3.3 Lợi ích và công dụng của mái nhà mặt trời nối lưới

MNMT cấp một phần hay toàn bộ lượng điện cho các thiết bị sử dụng điện trong gia đình, cơ quan, doanh nghiệp… thay cho điện lưới, nhằm phụ tải cho điện lưới quốc gia, không làm gián đoạn các hoạt động của doanh nghiệp khi mất điện lưới Đồng thời điện mặt trời sẽ làm giảm một phần hoá đơn tiền điện hàng tháng cho doanh nghiệp và thay thế một phần điện lưới bằng năng lượng sạch, thân thiện với môi trường, để góp phần bảo vệ và cải thiện môi trường

Lượng điện mặt trời tạo nên một lượng điện từ năng lượng mới, đặc biệt phù hợp cho vùng hay bị cúp điện, sụt áp v.v…

3.4 Lắp đặt mái nhà điện mặt trời

Giàn PMT thường lắp trên mái nhà hoặc mặt tiền của ngôi nhà nơi có diện tích

đủ để lắp đặt Ví dụ: 1KWp PMT cần khoảng 10m2 diện tích mái nhà

Tình hình tài chính và hợp thức hoá của chương trình ‘’Mái nhà mặt trời” phụ thuộc từng nước, từng địa phương Thông thường là người sử dụng MNMT có hợp đồng với công ty điện, đơn vị quản lý lưới điện, phải đảm bảo chất lượng và an toàn cho lưới điện (Trong trường hợp này người sử dụng là người mua và lắp MNMT)

Ở một số nước, nếu muốn người sử dụng điện mặt trời muốn bán điện ngược

ra lưới, có hai cách hợp đồng giữa công ty điện và người sử dụng như sau:

- Cách thứ nhất: Dùng một điện kế để đo dòng điện, khi dòng điện mặt trời

chạy vào lưới thì đồng hồ chỉ dấu âm, khi dòng điện chạy từ lưới ra thì đồng

hồ chỉ chiều dương.Tổng số công suất điện được điện kế tính tự động Giá điện mặt trời bán vào lưới bằng giá điện bán từ lưới tính theo kWh

- Cách thứ hai: là dùng hai điện kế riêng biệt để đo lượng điện bán vào lưới và

mua từ lưới điện Để khuyến khích sử dụng năng lượng mặt trời, thường giá điện mặt trời bán vào lưới được tính cao hơn giá điện mua từ lưới

3.5 Lượng điện sản xuất ra:

Lượng điện được sản xuất ra hàng năm từ MNMT có thể được tính với chính xác khoảng 10% phụ thuộc vào các yếu tố sau:

- Cường độ nắng ở nơi lắp đặt MNMT có thể tính được chính xác dựa vào bản đồ bức xạ mặt trời

- Hệ số điều chỉnh phụ thuộc độ nghiêng của modul, độ che trên modul

- Chất lượng modul PMT và chất lượng của hệ biến điện

- Công suất của MNMT tính theo đơn vị Watt đỉnh (Wp) được đo với điều kiện chuẩn quốc tế

- 1kWp pin mặt trời sản xuất ra khoảng 4-5 kWh/ngày, tức khoảng 150 kWh/ tháng

3.6 Tuổi thọ của mái nhà mặt

Hiệu suất Modul pin mặt trời silic tinh thể suy giảm khoảng từ 15% đến 20% sau 25, 30 năm sử dụng Tuổi thọ của hệ biến điện khoảng 10 năm

3.8 Giá thành mái nhà mặt trời

Giá thành vật tư (gồm modul PMT và bộ biến điện) giảm khoảng 5% năm và chất lượng được tăng lên theo thời gian

Giá lắp đặt phụ thuộc vào vị trí lắp đặt: nhà mới hay cũ, chi phí cho việc cho phép nối vào lưới, khoảng cách từ module PMT đến bộ biến điện

Giá tối thiểu cho một hệ thống MNMT hoàn chỉnh 1KWp (diện tích khoảng 10m2) khoảng 7.000USD, bao gồm vật tư thiết bị, chi phí lắp đặt và thuế VAT

Về nguyên tắc chi phí cho bảo trì bảo dưỡng rất thấp, tuy nhiên điều này phải được nêu ra rõ ràng đối với nhà lắp đặt trong trường hợp cá nhân muốn lắp MNMT