THIẾT KẾ, LẮP ĐẶT VÀ ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ SỬ DỤNG HỆ THỐNG ĐIỆN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI HỊA LƯỚI ÁP MÁI QUY MƠ HỘ GIA ĐÌNH

Trong luận văn có trích dẫn một số tài liệu chuyên ngành điện của Việt Nam, của một số tổ chức khoa học trên thế giới về hệ thống năng lượng mặt trời và các số liệu, kết quả nghiên cứu t

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

LÊ ĐỨC DŨNG

THIẾT KẾ, LẮP ĐẶT VÀ ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ

SỬ DỤNG HỆ THỐNG ĐIỆN NĂNG LƯỢNG

MẶT TRỜI HÒA LƯỚI ÁP MÁI

QUY MÔ HỘ GIA ĐÌNH

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Đà Nẵng, 03/2019

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

LÊ ĐỨC DŨNG

THIẾT KẾ, LẮP ĐẶT VÀ ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ

SỬ DỤNG HỆ THỐNG ĐIỆN NĂNG LƯỢNG

MẶT TRỜI HÒA LƯỚI ÁP MÁI

QUY MÔ HỘ GIA ĐÌNH

Chuyên ngành: Kỹ thuật điện

Mã số: 60520202

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Người hướng dẫn khoa học: TS DƯƠNG MINH QUÂN

Đà Nẵng, 03/2019

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Trong luận văn có trích dẫn một số tài liệu chuyên ngành điện của Việt Nam, của một số tổ chức khoa học trên thế giới về hệ thống năng lượng mặt trời và các số liệu, kết quả nghiên cứu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Tác giả luận văn

Lê Đức Dũng

MỤC LỤC

MỤC LỤC iv

DANH MỤC CÁC BẢNG vii

DANH MỤC CÁC HÌNH viii

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT x

MỞ ĐẦU 1

1 Đặt vấn đề 1

2 Mục đích nghiên cứu 1

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 1

a) Đối tượng nghiên cứu 1

b) Phạm vi nghiên cứu 1

4 Phương pháp nghiên cứu 2

5 Ý nghĩa thực tiễn và khoa học của đề tài 2

6 Cấu trúc của luận văn 2

CHƯƠNG 1 3

TỔNG QUAN VỀ NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI VÀ CÁC CHÍNH SÁCH HỖ TRỢ 3

1.1 Tổng quan và xu hướng phát triển điện mặt trời trên thế giới 3

Tổng quan về năng lượng mặt trời: 3

Xu hướng phát triển điện năng lượng mặt trời 4

Chỉ số giá thị trường thế giới các tấm pin mặt trời: 5

1.2 Các quy định và chính sách hỗ trợ chính phủ và ngành điện về năng lượng mặt trời 5

Các quy định chung và chính sách hỗ trợ chung: 5

Các quy định chung và chính sách hỗ trợ đối với hệ thống điện mặt trời áp mái nhà 7

1.3 Cơ sở lý thuyết về năng lượng mặt trời 8

Giới thiệu về năng lượng mặt trời 8

Bức xạ mặt trời 9

Tính toán bức xạ năng lượng mặt trời 11

Các ứng dụng năng lượng mặt trời 17

1.4 Phân tích tiềm năng, thực trạng ứng dụng nguồn năng lượng mặt trời và hiện trạng sử dụng năng lượng hộ gia đình lắp đặt PV 17

Tiềm năng nguồn năng lượng mặt trời 17

Tình hình phát triển và ứng dụng điện năng lượng mặt trời tại Việt Nam 19

Thực trạng ứng dụng điện năng lượng mặt trời tại tỉnh Quảng Bình 20

1.5 Hiện trạng sử dụng năng lượng hộ gia đình lắp đặt PV 22

Địa điểm thiết kế và lắp đặt: 22

Thông số chính phụ tải 22

Nguồn điện cung cấp: 23

1.6 Kết luận: 24

CHƯƠNG 2 25

CÁC MÔ HÌNH BIẾN ĐỔI NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI THÀNH ĐIỆN NĂNG 25

2.1 Mô hình biến đổi năng lượng mặt trời thành điện năng 25

Mô hình biến đổi độc lập không kết lưới 25

Mô hình biến đổi có kết lưới 27

2.2 Các bước tính toán thiết kế hệ thống biến đổi năng lượng mặt trời thành điện năng 28

Các lưu ý 28

Các thông số cần thiết để thiết kế hệ thống điện mặt trời 28

Các bước thiết kế 29

2.3 Kết luận 33

CHƯƠNG 3 34

THIẾT KẾ HỆ THỐNG 34

PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI VÀ MÔ PHỎNG TRÊN PHẦN MỀM PVSYST 34

3.1 Tính toán và thiết kế hệ thống pin năng lượng mặt trời: 34

Lựa chọn mô hình biến đổi năng lượng mặt trời thành điện năng 34

Xác định vị trí lắp đặt và quy mô công suất 34

3.2 Lựa chọn giải pháp công nghệ: 36

Hệ thống pin 36

a) Lựa chọn loại pin sử dụng 36

b) Bố trí hướng và lắp hệ thống pin mặt trời: 37

c) Hệ thống khung giàn và giá đỡ: 39

Bộ biến đổi điện mặt trời 40

Giải pháp thu thập dữ liệu từ xa: 43

3.3 Tổng hợp phương án tính toán, thiết kế 45

3.4 Kết luận 46

CHƯƠNG 4 47

MÔ PHỎNG HỆ THỐNG PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI, PHÂN TÍCH KẾT QUẢ TÍNH TOÁN CHI PHÍ 47

4.1 Mô phỏng hệ thống pin lắp đặt 47

Giới thiệu phần mềm Pvsyst 47

Mô phỏng hệ thống pin năng lượng mặt trời lắp đặt 47

a) Thông số trắc quang về nhiệt độ bức xạ 47

b) Mô phỏng hệ thống pin lắp đặt 48

c) Thông số tổn thất cài đặt trong phần mềm 48

d) Cấu hình hệ thống trong phần mềm 52

4.2 Kết quả mô phỏng 53

Quá trình làm việc của hệ thống 53

Sản lượng điện và hiệu suất 55

a) Sản lượng điện thu được và hiệu suất 55

b) Tổn thất trong hệ thống 58

c) Sản lượng điện thu được và tổn hao trong toàn hệ thống: 60

4.3 Tổng mức đầu tư hệ thống pin mặt trời 60

Chi phí đầu tư xây dựng 60

Phân tích tính hiệu quả kinh tế của hệ thống pin mặt trời 61

4.4 Kết luận 62

CHƯƠNG 5: LẮP ĐẶT, THU THẬP DỮ LIỆU VÀ ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ HỆ THỐNG PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI 63

5.1 Lắp đặt hệ thống pin năng lượng mặt trời 63

5.2 Thu thập dữ liệu hệ thống pin năng lượng mặt trời và phụ tải tiêu thụ: 65

Các dữ liệu thu thập về hệ thống năng lượng mặt trời: 65

Các dữ liệu thu thập của phụ tải: 68

5.3 Đánh giá hệ thống pin năng lượng mặt trời 70

Đánh giá giữa kết quả mô phỏng của phần mềm PVsyst và thực tế vận hành của hệ thống năng lượng mặt trời đã lắp đặt: 70

Đánh giá về thông số kỹ thuật: 71

Đánh giá về hiệu quả về tài chính: 72

Đánh giá về hiệu quả kinh tế - xã hội: 75

5.4 Kết luận: 76

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 77

DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 79

PHỤ LỤC 80

3.2 Thông số kỹ thuật bộ biến đổi điện mặt trời MG2KTL 41 3.3 Các thông số kỹ thuật chính của hệ thống mặt trời 46

4.2 Thông số cụ thể về sản lượng điện phát ra của nhóm pin 57

4.4 Sản lượng điện năng sản xuất và tổn hao trong toàn hệ thống 60

5.3 Cảnh báo trong quá trình vận hành hệ thống thực tế 72

5.6 Thống kê chốt sản lượng điện và hóa đơn tiền điện chi trả 73 5.7 Kinh phí thu được từ sản lượng điện năng lượng mặt trời hòa lưới 74

1.4 Sự thay đổi nhiệt độ theo độ cao của các tầng khí quyển 9

1.16 PV độc lập cấp điện cho xã Thượng Hóa huyện Bố Trạch 22

2.5 Mô hình hệ thống PV độc lập kết hợp với điện lưới 27

3.1 Mô hình hệ thống cung cấp điện từ năng lượng mặt trời 34

3.4 Hình ảnh thực tế lắp đặt gồm 02 dãy pin nối tiếp (mỗi dãy 4 tấm) 38

3.11 Giải pháp truyền thông giám sát cho hệ thống điện năng lượng

4.2 Dữ liệu về bức xạ và nhiệt độ tại vị trí lắp đặt 48

4.12 Biểu đồ phân bố năng lượng năng lượng bức xạ trong một năm

4.13 Biều đồ phân bố công suất đầu ra của hệ thống pin quang điện và

4.15 Sản lượng điện cung cấp cho tải ở các ngày trong năm 55 4.16 Sản lương điện năng trung bình ngày (trên 1kWp được lắp đặt)

5.12 Biểu đồ sản lượng điện thu được trong mô phỏng và thực tế 71

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

NLMT Năng lượng mặt trời

ĐMT Điện mặt trời

EVN Tập đoàn điện lực Việt Nam

DC Dòng điện một chiều

AC Dòng điện xoay chiều

SPV Công nghệ quang điện

CSP Công nghệ hội tụ năng lượng mặt trời

STE Công nghệ nhiệt năng mặt trời

THIẾT KẾ, LẮP ĐẶT VÀ ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ SỬ DỤNG

HỆ THỐNG ĐIỆN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI HÒA LƯỚI ÁP MÁI

QUY MÔ HỘ GIA ĐÌNH

Học viên: LÊ ĐỨC DŨNG Chuyên ngành: Kỹ thuật điện

Mã số: 60520202 Khóa: K34QB Trường Đại học Bách khoa - ĐHĐN

Tóm tắt: Việc nghiên cứu sử dụng pin năng lượng mặt trời ngày càng được quan

tâm, nhất là trong tình trạng thiếu hụt năng lượng và vấn đề cấp bách về môi trường hiện nay Năng lượng mặt trời được xem như là dạng năng lượng ưu việt trong tương lai, đó là nguồn năng lượng sạch, sẵn có trong thiên nhiên Do vậy năng lượng mặt trời ngày càng được sử dụng rộng rãi ở các nước trên thế giới

Việt nam được xem là một quốc gia có tiềm năng rất lớn về NLMT, đặc biệt ở miền Trung và miền Nam, với cường độ bức xạ mặt trời trung bình khoảng 4,22 kWh/m2 Với ưu thế về vị trí địa lý này, Việt Nam hoàn toàn có thể sử dụng nguồn năng lượng mặt trời đầy tiềm năng này

Tỉnh Quảng Bình là khu vực miền Trung của Việt Nam, nơi có tổng số giờ nắng

và cường độ bức xạ nhiệt cao (trung bình xấp xỉ 4,22 kWh/m2/ngày), được đánh giá là khu vực có tiềm năng rất lớn về năng lượng mặt trời

Đề tài đặt ra vấn đề thiết kế, lắp đặt, vận hành hệ thống điện năng lượng mặt trời hòa lưới áp mái quy mô hộ gia đình đáp ứng nhu cầu sử dụng điện nhưng không phụ thuộc hoàn toàn vào nguồn điện lưới, đồng thời góp phần vào việc nghiên cứu và nhân rộng mô hình sử dụng năng lượng sạch trên địa bàn tỉnh Quảng Bình Từ đó đưa ra các kết quả dữ liệu sử dụng thực tế để đánh giá hệ thống đã thiết kế, lắp đặt

Từ khóa: Năng lượng mặt trời; Hệ thống năng lượng mặt trời lắp mái; hiệu quả;

Pvsys; Nối lưới

DESIGN, INSTALLATION AND EFFICIENCY ASSESSMENT OF THE HOUSEHOLD-SCALE GRID-CONNECTED ROOFTOP PHOTOVOLTAIC

POWER SYSTEM

Abstract: The research on using photovoltaic panels is increasingly being

concerned, especially in the current situation of energy shortage and environmental problems Solar energy is considered a preeminent form of energy in the future, which

is a clean energy source and available in nature Therefore, solar energy is widely used

in countries around the world

Vietnam is seen as a country with great potential for solar energy, especially in the Central and the South, with the average solar radiation intensity of about 4,22 kWh/m2 Having this advantage of geographical location, Vietnam can fully utilize this potential solar energy

QuangBinh province, which is the central region of Vietnam, with high sunshine duration values and heat radiation intensity (approximately 4.22 kWh/m2 per day), is assessed as an area with great potential for solar energy

The project provides problems in design, installation and operation of the household-scale grid-connected rooftop photovoltaic power system to meet the demand for electricity, but does not depend entirely on the main grid, while contributing to research and widely applying the model of clean energy in QuangBinh province Thereby giving the results using real data to evaluate system design and installation

Keywords: Solar energy; Rooftop photovoltaic power system; Efficiency; PV system;

Grid-connected

MỞ ĐẦU

1 Đặt vấn đề

Hiện nay, trước thách thức về thay đổi khí hậu, cạn kiệt nguồn tài nguyên khoáng sản, các nguồn năng lượng tái tạo và năng lượng sạch dần được đưa vào để thay thế cho các nguồn năng lượng khoáng sản Một trong các nguồn năng lượng đó là nguồn năng lượng mặt trời Việc nghiên cứu sử dụng pin năng lượng mặt trời ngày càng được quan tâm, nhất là trong tình trạng thiếu hụt năng lượng và vấn đề cấp bách về môi trường hiện nay Năng lượng mặt trời được xem như là dạng năng lượng ưu việt trong tương lai, đó là nguồn năng lượng sạch, sẵn có trong thiên nhiên Do vậy năng lượng mặt trời ngày càng được sử dụng rộng rãi ở các nước trên thế giới

Việt nam được xem là một quốc gia có tiềm năng rất lớn về NLMT, đặc biệt ở miền Trung và miền Nam, với cường độ bức xạ mặt trời trung bình khoảng 4,22 kWh/m2 Với ưu thế về vị trí địa lý này, Việt Nam hoàn toàn có thể sử dụng nguồn năng lượng mặt trời đầy tiềm năng này

Tỉnh Quảng Bình là khu vực miền Trung của Việt Nam, nơi có tổng số giờ nắng

và cường độ bức xạ nhiệt cao (trung bình xấp xỉ 4,22 kWh/m2/ngày), được đánh giá là

khu vực có tiềm năng rất lớn về năng lượng mặt trời Do đó việc chọn đề tài “Thiết kế,

lắp đặt và đánh giá hiệu quả sử dụng hệ thống điện năng lượng mặt trời hòa lưới

áp mái quy mô hộ gia đình” vừa đáp ứng nhu cầu sử dụng điện nhưng không phụ

thuộc hoàn toàn vào nguồn điện lưới, đồng thời góp phần vào việc nghiên cứu và nhân rộng mô hình sử dụng năng lượng sạch trên địa bàn tỉnh Quảng Bình

2 Mục đích nghiên cứu

- Mục tiêu của đề tài là thiết kế, lắp đặt, vận hành và đánh giá hiệu quả sử dụng

hệ thống điện năng lượng mặt trời hòa lưới áp mái quy mô hộ gia đình, Đánh giá độ ổn định của hệ thống, ảnh hưởng của mô hình đến lưới và phụ tải điện của hộ tiêu thụ

- Giảm thiểu tình trạng lệ thuộc hoàn toàn nguồn năng lượng tiêu thụ từ lưới điện đồng thời từng bước góp phần tăng tỷ trọng sử dụng nguồn năng lượng mặt trời và giảm tác động đến môi trường khu vực tỉnh Quảng Bình

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

a) Đối tượng nghiên cứu

- Đối tượng nghiên cứu: Hệ thống điện mặt trời sử dụng những tấm pin quang điện thu năng lượng mặt trời, thiết bị chuyển đổi nguồn thông minh từ DC sang AC tạo ra dòng điện 220V (dạng sóng sin chuẩn) cung cấp cho hộ tiêu thụ điện Đề tài sử dụng công nghệ mới tạo ra dòng điện cung cấp trực tiếp cho hộ tiêu thụ không dùng ắc quy lưu trữ, khi nguồn điện tạo ra thiếu thì sẽ lấy bổ sung từ điện trên lưới để đưa vào

sử dụng

b) Phạm vi nghiên cứu

- Nghiên cứu xây dựng mô hình điện mặt trời (ĐMT) sử dụng pin quang điện cho những phụ tải vừa và nhỏ quy mô hộ gia đình Hệ thống sẽ đảm bảo một phần điện sử dụng cho hộ tiêu thụ, phần thiếu sẽ cung cấp bổ sung từ lưới điện

- Thời gian nghiên cứu: tháng 5 đến tháng 8 năm 2018

4 Phương pháp nghiên cứu

- Đánh giá tiềm năng năng lượng mặt trời tại Quảng Bình;

- Khảo sát, đánh giá nhu cầu phụ tải điện tại một số hộ gia đình;

- Nghiên cứu lựa chọn giải pháp, công nghệ nhằm khai thác nguồn năng lượng mặt trời để phát điện không dùng ắc quy trong các cơ quan văn phòng và khu hành chính;

- Nghiên cứu, thiết kế hệ thống điện năng lượng mặt trời hòa lưới áp mái quy mô

hộ gia đình;

- Cung cấp thiết bị, lắp đặt, vận hành hệ thống điện năng lượng mặt trời hòa lưới

áp mái quy mô hộ gia đình;

- Nghiên cứu ảnh hưởng của mô hình đến lưới và phụ tải điện tiêu thụ;

- Phân tích hiệu quả kinh tế - xã hội môi trường

5 Ý nghĩa thực tiễn và khoa học của đề tài

- Đáp ứng nhu cầu sử dụng điện, không phụ thuộc hoàn toàn vào nguồn điện lưới cho quy mộ hộ gia đình

- Giảm thiểu tác động đến môi trường, giảm hóa đơn tiêu thụ điện năng cho hộ gia đình

- Góp phần vào việc triển khai và nhân rộng mô hình hệ thống điện năng lượng mặt trời hòa lưới áp mái quy mô hộ gia đình trên địa bàn tỉnh Quảng Bình

6 Cấu trúc của luận văn

Luận văn được trình bày thành 5 chương và đưa ra Kết luận:

Chương 1: Tổng quan về năng lượng mặt trời và các chính sách hỗ trợ

Chương 2: Các mô hình biến đổi nưng lượng mặt trời thành điện năng

Chương 3: Thiết kế hệ thống pin năng lượng mặt trời và mô phỏng trên phần

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI

VÀ CÁC CHÍNH SÁCH HỖ TRỢ

1.1 Tổng quan và xu hướng phát triển điện mặt trời trên thế giới

Tổng quan về năng lượng mặt trời:

Vấn đề sử dụng năng lượng mặt trời (NLMT) đã được các nhà khoa học trên thế giới và trong nước quan tâm Mặc dù tiềm năng của NLMT rất lớn, nhưng tỷ trọng năng lượng được sản xuất từ NLMT trong tổng năng lượng tiêu thụ của thế giới vẫn còn khiêm tốn Các ứng dụng NLMT phổ biến hiện nay bao gồm các lĩnh vực chủ yếu sau:

- Nhiệt mặt trời: sử dụng các thiết bị đun nước nóng, bếp đun bằng các dạng tấm thu NLMT, thiết bị sấy NLMT, thiết bị chưng cất nước dùng NLMT, thiết bị làm lạnh

và điều hoà không khí dùng NLMT hay dùng NLMT chạy các động cơ nhiệt (động cơ Stirling)

- Điện mặt trời: cơ sở là sử dụng các pin mặt trời ở các quy mô khác nhau: quy

mô nhỏ không nối lưới thường là các tấm pin mặt trời tạo ra điện từ năng lượng mặt trời và sử dụng trực tiếp (như dùng trong chiếu sáng, cấp điệns inh hoạt hoặc cho các thiết bị văn phòng, các máy đo tự động, viễn thông,…); quy mô nhỏ có nối lưới thường là các dàn pin mặt trời được lắp đặt trên các mái nhà của hộ gia đình hay công

sở và quy mô lớn nối lưới

Trong một thập kỷ qua, năng lượng mặt trời đã phát triển không ngừng, với cả hai loại công nghệ chính, đó là công nghệ quang điện SPV và công nghệ hội tụ năng lượng mặt trời CSP (concentrated solar power) hay còn gọi là Công nghệ nhiệt năng mặt trời STE (Solar thermal energy) Trong đó, điện mặt trời theo công nghệ quang điện SPV được nhiều nước đầu tư phát triển từ giai đoạn đầu tiên của ngành điện mặt trời

Quang điện mặt trời tiếp tục là một trong những ngành công nghiệp phát triển nhanh nhất thế giới Thị trường quang điện mặt trời thể hiện ba xu hướng rõ ràng

là: Roof-top resident (Điện mặt trời áp mái cho nhà dân) đang ngày càng gia tăng, thể hiện rõ tiện ích và tiết kiệm; Roof-top factory (Điện mặt trời áp mái cho cơ sở sản

suất) đang dần trở nên cần thiết với các doanh nghiệp, tiết kiệm tối đa chi phí sản xuất,

với công suất 20kWp đến 1MWp; Solar Plant (nhà máy điện Năng lượng mặt trời)

với quy mô lớn, công suất 5MWp-1GWp, đang dần đáp ứng nhu cầu điện năng trên toàn Thế giới

Điện mặt trời lắp mái thực chất là các nhà máy điện mặt trời sử dụng pin quang điện Các tấm pin năng lượng mặt trời hoặc ngói năng lượng mặt trời được lắp đặt trên các mái nhà, các tấm pin hoặc ngói năng lượng mặt trời này sẽ hấp thu ánh năng mặt trời và chuyển thành điện năng Dòng điện này được dẫn tới bộ điều khiển (charge controller) là một thiết bị có chức năng có chức năng tự động điều hòa dòng điện từ pin mặt trời và dòng điện nạp cho acquy Thông qua bộ đổi điện DC/AC (Inverter) tạo

ra dòng điện xoay chiều chuẩn 220V/50Hz để chạy các thiết bị điện trong gia đình như đèn chiếu sáng; quạt…nếu còn thừa sẽ được tích trữ lại dưới dạng ắc quy hoặc phát lên lưới

Như vậy, điện mặt trời lắp mái tạo ra một nguồn điện độc lập, xanh sạch và bảo

vệ môi trường và giúp làm giảm hóa đơn tiền điện, thậm chí người dùng có thể không cần tham gia vào mạng lưới điện thực hiện mô hình điện mặt trời lắp mái sẽ góp phần giảm áp lực về điện trong bối cảnh nguồn năng lượng hóa thạch phục vụ cho sản xuất điện đang gặp khó khăn Trong số những nguồn năng lượng tái tạo ở Việt Nam, điện mặt trời có tính khả thi cao, dễ thực hiện, đặc biệt là điện mặt trời lắp mái Xu hướng của thế giới là hướng đến ngôi nhà thông minh, tích tiểu thành đại, lại không cần phải thay đổi điều kiện cơ sở hạ tầng lưới điện hiện nay

Xu hướng phát triển điện năng lượng mặt trời

Với sự phát triển tiến bộ không ngừng về công nghệ, mức chi phí đầu tư ban đầu ngày càng giảm, chi phí vận hành và bảo dưỡng nhỏ nên giá thành sản xuất điện từ mặt trời đang dần cạnh tranh với các nguồn điện từ nhiên liệu hóa thạch (chẳng hạn than nhập khẩu) Hiện nay, điện từ nguồn năng lượng mặt trời đang phát triển mạnh với tốc độ rất cao Năm 2016, đã có 303 GW điện từ mặt trời được kết nối với hệ thống điện, tăng 75.000 MW so với cuối năm 2016 (228.000 MW) và tăng 44,5 lần về công suất lắp đặt trong 10 năm qua (2005-2015) Chỉ trong 5 năm trở lại đây các cường quốc điện mặt trời có tên trong các vị trí từ 1 đến 5 thay đổi liên tục giữa Đức, Tây Ban Nha, Ấn Độ, Trung Quốc, Mỹ [1-4]

Hình 1.1 Xu hướng lắp đặt điện mặt trời trên thế giới giai đoạn 2005-2015 (Nguồn: Báo cáo tình trạng năng lượng tái tạo trên toàn thế giới năm 2015)

Hình 1.2 Xu hướng lắp đặt điện mặt trời trên thế giới giai đoạn 2006-2016 (Nguồn: Báo cáo tình trạng năng lượng tái tạo trên toàn thế giới năm 2016)

Chỉ số giá thị trường thế giới các tấm pin mặt trời:

Giá tấm pin mặt trời đã giảm mạnh từ 3,5 ÷ 4 EUR/Wp năm 2008 xuống còn chỉ 0,41 ÷ 0,57 EUR/Wp vào tháng 12 năm 2016 đã thúc đẩy phát triển mạnh mẽ điện mặt trời ở nhiều nước đang phát triển như Thái Lan, Trung Quốc và kể cả Việt Nam Hình dưới đây cho viết giá tấm pin mặt trời tại thời điểm từ 01/12/2016 theo các vùng lãnh thổ và các nước [1-4]

Bảng 1.1 Chỉ số giá thị trường thế giới các tấm pin mặt trời

http://www.solarserver.com/service/pvx-spot-market-price-index-solar-pv-Bảng 1.2 Chỉ số giá thị trường thế giới các tấm pin mặt trời

http://www.solarserver.com/service/pvx-spot-market-price-index-solar-pv-1.2 Các quy định và chính sách hỗ trợ chính phủ và ngành điện về năng lượng mặt trời

Các quy định chung và chính sách hỗ trợ chung:

* Thông tư 39/2015/TT-BCT ngày 18/11/2015 Quy định về Hệ thống điện phân phối

Điều 41 Yêu cầu đối với hệ thống điện mặt trời đấu nối vào lưới điện phân phối cấp điện áp hạ áp

Hệ thống điện mặt trời được phép đấu nối với lưới điện hạ áp khi đáp ứng các yêu cầu sau:

1 Công suất đấu nối

a) Tổng công suất đặt của hệ thống điện mặt trời đấu nối vào cấp điện áp hạ áp của trạm biến áp hạ thế không được vượt quá 30 % công suất đặt của trạm biến áp đó; b) Hệ thống điện mặt trời có công suất dưới 03 kVA trở xuống được đấu nối vào lưới điện hạ áp 01 (một) pha hoặc 03 (ba) pha;

c) Hệ thống điện mặt trời có công suất từ 03 kVA đến 100 kVA (nhưng không vượt quá 30 % công suất đặt của trạm biến áp hạ thế đấu nối) được đấu nối vào lưới điện hạ áp 03 (ba) pha

2 Hệ thống điện mặt trời phải có khả năng duy trì vận hành phát điện liên tục trong dải tần số từ 49 Hz đến 51 Hz Khi tần số hệ thống điện nằm ngoài dải từ 49 Hz đến 51 Hz thì hệ thống điện mặt trời phải có khả năng duy trì vận hành phát điện trong thời gian tối thiểu 0,2 giây

3 Hệ thống điện mặt trời phải có khả năng duy trì vận hành phát điện liên tục khi điện áp tại điểm đấu nối trong dải từ 85 % đến 110 % điện áp định mức Khi điện áp tại điểm đấu nối nằm ngoài dải từ 85 % đến 110 % điện áp định mức thì hệ thống điện mặt trời phải có khả năng duy trì vận hành phát điện trong thời gian tối thiểu 02 giây

4 Hệ thống điện mặt trời không được gây ra sự xâm nhập của dòng điện một chiều vào lưới điện phân phối vượt quá giá trị 0,5 % dòng định mức tại điểm đấu nối

5 Hệ thống điện mặt trời phải trang bị thiết bị bảo vệ đảm bảo loại trừ sự cố và vận hành an toàn hệ thống điện mặt trời Đối với hệ thống điện mặt trời có công suất

từ 10 kVA trở lên, khách hàng có đề nghị đấu nối phải thống nhất các yêu cầu về hệ thống bảo vệ với Đơn vị phân phối điện

6 Hệ thống điện mặt trời đấu nối vào lưới điện hạ áp phải tuân theo các quy định

về điện áp, cân bằng pha, sóng hài, nhấp nháy điện áp và chế độ nối đất quy định tại Điều 5, Điều 6, Điều 7, Điều 8 và Điều 10 Thông tư này

* Quyết định số 2068/QĐ-TTg ngày 25/11/2015 của Thủ tướng Chính phủ phê duyệt Chiến lược phát triển năng lượng tái tạo của Việt Nam đến năm 2030, tầm nhìn đến năm 2050 Một trong những nội dung chính của Chiến lược là ưu tiên phát triển nhanh điện mặt trời, Định hướng phát triển nguồn điện từ NLMT của Việt Nam được nêu rõ trong Quyết định như sau:

- Phát triển điện mặt trời để cung cấp điện cho hệ thống điện quốc gia;

- Điện năng sản xuất từ năng lượng mặt trời tăng từ khoảng 10 triệu kWh năm

2015 lên khoảng 1,4 tỷ kWh vào năm 2020; khoảng 35,4 tỷ kWh vào năm 2030 Đưa

tỷ lệ điện năng sản xuất từ nguồn NLMT trong tổng sản lượng điện sản xuất từ mức không đáng kể hiện nay lên đạt khoảng 0,5% vào năm 2020, khoảng 6% vào năm

2030

Để có thể đạt được các mục tiêu này, Chính phủ Việt Nam đã đưa ra nhiều ưu đãi đối với các nhà đầu tư Các nhà máy NLTT sẽ nhận được ưu đãi đầu tư, ưu đãi về biểu giá điện và ưu đãi thuế Các nhà đầu tư có thể hưởng các ưu đãi khác như miễn thuế nhập khẩu thiết bị, miễm giảm thuế thu nhập doanh nghiệp và miễn thuế sử dụng đất trong một khoảng thời gian, các ưu đãi về tín dụng đầu tư theo các quy định pháp luật hiện hành về tín dụng đầu tư và tín dụng xuất khẩu của Nhà nước

Các tiêu chuẩn bắt buộc áp dụng áp dụng cho các nhà đầu tư điện từ năng lượng hóa thạch và các đơn vị mua điện trong thời gian tới, đó là:

- Các đơn vị phát điện có công suất lắp đặt các loại nguồn điện lớn hơn 1.000

MW (không kể các nguồn điện đầu tư theo hình thức BOT), tỷ lệ điện sản xuất từ việc

sử dụng các nguồn năng lượng tái tạo (không kể các nguồn thủy điện có công suất lớn hơn 30 MW): Đến năm 2020 không thấp hơn 3%; năm 2030 không thấp hơn 10%

- Các đơn vị phân phối điện có tỷ lệ điện năng sản xuất, điện năng mua được sản xuất từ các nguồn điện sử dụng các nguồn năng lượng tái tạo và khách hàng sử dụng điện cuối cùng tự sản xuất từ nguồn năng lượng tái tạo (không kể các nguồn thủy điện

có công suất lớn hơn 30 MW): Đến năm 2020 không thấp hơn 5%; năm 2030 không thấp hơn 10%

* Quyết định 428/QĐ-TTg ngày 18/3/2016 của Thủ tướng Chính phủ phê duyệt điều chỉnh Quy hoạch phát triển Điện lực quốc gia giai đoạn 2011-2020, có xét đến năm 2030, trong đó có định hướng quy hoạch phát triển nguồn điện mặt trời lên khoảng 850MW vào năm 2020, khoảng 4.000MW vào năm 2025 và khoảng 12.000MW vào năm 2030 Điện năng sản xuất từ nguồn điện mặt trời chiếm tỷ trọng khoảng 0,5% năm 2020, khoảng 1,6% năm 2025, khoảng 3,3% năm 2030

* Quyết định số 11/2017/QĐ-TTg ngày 11/4/2017 của Chính phủ về cơ chế khuyến khích phát triển các dự án điện mặt trời tại Việt Nam.Những điểm đáng lưu ý trong Quyết định là biểu giá và các cơ chế hỗ trợ khác Tóm lược nội dung chính của bản thảo Quyết định đối với dự án điện mặt trời quy mô lớn nối lưới như sau:

i Là các dự án điện mặt trời quy mô công nghiệp nối lưới quốc gia;

ii Bên mua điện có trách nhiệm mua toàn bộ sản lượng điện từ các dự án nối lưới với giá điện tại điểm giao nhận điện là 2.068 đồng/kWh (chưa bao gồm thuế giá trị gia tăng, tương đương với 9,35 Uscents/kWh), Giá bán điện được điều chỉnh theo biến động của tỷ giá đồng/USD

iii Giá điện này chỉ áp dụng cho các dự án điện mặt trời nối lưới có hiệu suất của

tế bào quang điện (solar cell) lớn hơn 16% (module là từ 15%)

iv Việc mua bán điện theo hợp đồng mẫu-không đàm phán Thời hạn của hợp đồng mua bán điện là hai mươi (20) năm kể từ ngày vận hành thương mại Sau 20 năm, hai bên có thể gia hạn thời gian hợp đồng hoặc ký hợp đồng mới theo quy định của pháp luật hiện hành;

v Các ưu đãi khác, gồm: ưu đãi về vốn đầu tư và thuế (thực hiện như đối với dự

án thuộc lĩnh vực ưu đãi đầu tư theo quy định của pháp luật hiện hành về thuế); Ưu đãi

về đất đai (Các dự án điện mặt trời và công trình đường dây và trạm biến áp để đấu nối với lưới điện quốc gia được miễn, giảm tiền sử dụng đất, tiền thuê đất theo quy định của pháp luật hiện hành áp dụng đối với dự án thuộc lĩnh vực ưu đãi đầu tư); Miễn thuế nhập khẩu (nguyên liệu, vật tư, bán thành phẩm trong nước chưa sản xuất được)

vi Quyết định có hiệu lực thi hành kể từ ngày 01/6/2017 đến ngày 30/6/2019

* Thông tư 16/2017/TT-BCT ngày 12/9/2017 của Bộ Công Thương quy định về phát triển dự án và Hợp đồng mua bán điện mẫu áp dụng cho các dự án điện mặt trời

Các quy định chung và chính sách hỗ trợ đối với hệ thống điện mặt trời

áp mái nhà

* Quyết định số 67/QĐ-EVN ngày 28 tháng 2 năm 2018 của Chủ tịch hội đồng thành viênTập đoàn Điện lực Việt Nam về việc phân cấp, ủy quyền ký kết và thực hiện Hợp đồng mua bán điện đối với các dự án điện mặt trời trên mái nhà

* Văn bản số 1337/EVN-KD ngày 21/3/2018 của Tập đoàn Điện lực Việt Nam

về việc hướng dẫn tạm thời đối với các dự án điện mặt trời trên mái nhà

* Văn bản số 2230/EVNCPC-KD ngày 03/04/208 của Tổng Công ty Điện lực miền Trung về việc hướng dẫn tạm thời đối với các dự án điện mặt trời trên mái nhà

1.3 Cơ sở lý thuyết về năng lượng mặt trời [5]

Giới thiệu về năng lượng mặt trời

Mặt trời - ngôi sao trong trung tâm Thái dương hệ và là nguồn cung cấp năng lượng, ánh sáng tự nhiên cho Trái đất.Mặt trời luôn phát ra một nguồn năng lượng khổng lồ và một phần nguồn năng lượng đó truyền bằng bức xạ đến trái đất chúng ta.Trái đất và Mặt trời có mối quan hệ chặt chẽ, chính bức xạ mặt trời là yếu tố quyết định cho sự tồn tại của sự sống trên hành tinh của chúng ta.Năng lượng mặt trời là một trong các nguồn năng lượng sạch được xem là vô tận và nó là nguồn gốc của các nguồn năng lượng khác trên trái đất.Đối với cuộc sống con người, năng lượng mặt trời

là 1 nguồn năng lượng tái tạo quý báu Nguồn năng lượng thay thế này đã và đang được các nhà khoa học đặc biệt quan tâm Con người đã biết tận hưởng nguồn năng lượng quí giá này từ rất lâu, tuy nhiên việc khai thác, sử dụng nguồn năng lượng này một cách hiệu quả nhất thì vẫn là vấn đề mà chúng ta đang quan tâm Việc tiếp cận để tận dụng nguồn năng lượng mới này không chỉ góp phần cung ứng kịp nhu cầu năng lượng của xã hội mà còn giúp tiết kiệm điện năng và giảm thiểu ô nhiễm môi trường Mặt trời là một khối khí hình cầu có đường kính khoảng 1,4 triệu km (lớn hơn

110 lần đường kính Trái đất), cách xa trái đất 150.106km (bằng một đơn vị thiên văn

AU ánh sáng Mặt trời cần khoảng 8 phút để vượt qua khoảng này đến Trái đất) Thành phần gồm các khí có nhiệt độ rất cao, nhiệt độ bề mặt khoảng 5762 oK Bao gồm 92,1

% Hydro và gần 7,8 % Hêli, 0,1 % là các nguyên tố khác

Mỗi giây, mặt trời phát một khối năng lượng khổng lồ vào Thái Dương Hệ Tuy nhiên chỉ một phần nhỏ tổng lượng bức xạ đến được trái đất Tuy nhiên phần năng lượng này được xem là vô cùng lớn, vào khoảng 1.367 MW/m2 ở ngoại tầng khí quyển của Trái Đất Một phần bức xạ mặt trời phản xạ lại về không gian bề mặt các đám mây, 99% bức xạ mặt trời chiếu xuống bề mặt trái đất

Trái đất chuyển động quanh Mặt trời, đồng thời nó cũng tự quay quanh trục của

nó Thời gian quay một vòng quanh Mặt trời của Trái đất mất 365 ngày và 1/4 vòng quanh trục của nó Chuyển động quay quanh Mặt trời tạo nên bốn mùa, chuyển động quay quanh trục tạo nên ngày và đêm trên Trái đất Trục quay của Trái đất không thẳng góc với mặt phẳng quỹ đạo, bởi thế chúng ta có mùa đông và mùa hè

Hình 1.3 Bên ngoài mặt trời

Khí quyển Trái Đất là lớp các chất khí bao quanh hành tinh Trái Đất và được giữ lại bởi lực hấp dẫn của Trái Đất Bầu khí quyển bảo vệ cuộc sống trên Trái Đất bằng cách hấp thụ các bức xạ tia cực tím của mặt trời và tạo ra sự thay đổi về nhiệt

độ giữa ngày và đêm Bầu khí quyển không có ranh giới rõ ràng với khoảng không vũ

trụ nhưng mật độ không khí của bầu khí quyển giảm dần theo độ cao [5]

Các kết quả nghiên cứu gần đây cho thấy lượng Ôzôn trong tầng thấp nhất của khí quyển (tầng đối lưu hình 1.4) ngày càng tăng Nhiệt lượng bức xạ rất mạnh của mặt trời làm tách các phân tử ra để tạo thành các ion và electron Vì thế người ta gọi tầng này là tầng điện ly (Ionosphere) các sóng điện từ bị phản xạ trong tầng này (hình 1.4)

Hình 1.4 Sự thay đổi nhiệt độ theo độ cao của các tầng khí quyển

Càng lên cao khí quyển càng mỏng và không có một ranh giới rõ ràng phân biệt giữa khí quyển của trái đất và không gian Người ta xác định rằng khí quyển chuẩn của trái đất có độ cao 800km.Hai khái niệm quan trọng trong hệ thống tuabin gió

Bức xạ mặt trời

Nguồn năng lượng bức xạ của mặt trời chủ yếu là do phản ứng nhiệt hạch tổng hợp hạt nhân Hydro (4 hạt Hydro tổng hợp thành 1 hạt Heli và bức xạ ra năng lượng) Trong toàn bộ bức xạ của Mặt trời, bức xạ liên quan trực tiếp đến các phản ứng hạt nhân xảy ra trong nhân mặt trời không quá 3% Bức xạ γ ban đầu khi đi qua 5.105

km chiều dày của lớp vật chất Mặt trời bị biến đổi rất mạnh Tất cả các dạng của bức

xạ điện từ đều có bản chất sóng và chúng khác nhau ở bước sóng

Độ dài bước sóng (m)

Hình 1.5 Dải bức xạ điện từ

Bức xạ γ là sóng ngắn nhất trong các sóng đó (hình 1.5), từ tâm Mặt trời đi ra do

sự va chạm hoặc tán xạ mà năng lượng của chúng giảm đi và bây giờ chúng ứng với bức xạ có bước sóng dài Như vậy bức xạ chuyển thành bức xạ Rơnghen có bước sóng dài hơn Gần đến bề mặt Mặt trời nơi có nhiệt độ đủ thấp để có thể tồn tại vật chất trong trạng thái nguyên tử và các cơ chế khác bắt đầu xảy ra

Chùm tia truyền thẳng từ Mặt trời gọi là bức xạ trực xạ Tổng hợp các tia trực xạ

và tán xạ gọi là tổng xạ Mật độ dòng bức xạ trực xạ ở ngoài lớp khí quyển, tính đối với với 1m2 bề mặt đặt vuông góc với tia bức xạ, được tính theo công thức:

4

2 0

C0 = 5,67 W/m2.K4: hệ số bức xạ của vật đen tuyệt đối

T ≈ 5762 oK - nhiệt độ bề mặt Mặt trời (xem giống vật đen tuyệt đối)

Khi truyền qua lớp khí quyển bao bọc quanh Trái đất, các chùm tia bức xạ bị hấp thụ và tán xạ bởi tầng ôzôn, hơi nước và bụi trong khí quyển, chỉ một phần năng lượng được truyền trực tiếp tới Trái đất Đầu tiên ôxy phân tử bình thường O2 phân ly thành ôxy nguyên tử O, để phá vỡ liên kết phân tử đó, cần phải có các photon bước sóng ngắn hơn 0,18μm, do đó các photon (xem bức xạ như các hạt rời rạc - photon) có năng lượng như vậy bị hấp thụ hoàn toàn Chỉ một phần các nguyên tử ôxy kết hợp thành các phân tử, còn đại đa số các nguyên tử tương tác với các phân tử ôxy khác để tạo

thành phân tử ôzôn O3, ôzôn cũng hấp thụ bức xạ tử ngoại nhưng với mức độ thấp hơn

so với ôxy, dưới tác dụng của các photon với bước sóng ngắn hơn 0,32μm, sự phân tách O3 thành O2 và O xảy ra Như vậy hầu như toàn bộ năng lượng của bức xạ tử ngoại được sử dụng để duy trì quá trình phân ly và hợp nhất của O, O2 và O3, đó là một quá trình ổn định Do quá trình này, khi đi qua khí quyển, bức xạ tử ngoại biến đổi thành bức xạ với năng lượng nhỏ hơn

Hình 1.7 Quá trình truyền năng lượng bức xạ mặt trời qua lớp khí quyển của Trái đất

Phần năng lượng bức xạ mặt trời truyền tới bề mặt trái đất trong những ngày quang đãng (không có nhiều mây) ở thời điểm cao nhất vào khoảng 1.000W/m2 (hình 1.7) Yếu tố cơ bản xác định cường độ của bức xạ mặt trời ở một điểm nào đó trên Trái đất là quãng đường nó đi qua Sự mất mát năng lượng trên quãng đường đó gắn liền với sự tán xạ, hấp thụ bức xạ và phụ thuộc vào thời gian trong ngày, mùa, vị trí địa lý Các mùa hình thành là do sự nghiêng của trục trái đất đối với mặt phẳng quỹ đạo của

nó quanh Mặt trời gây ra Góc nghiêng vào khoảng 66,5o (hình 1.8) và thực tế xem như không đổi trong không gian Sự định hướng như vậy của trục quay trái đất trong chuyển động của nó đối với Mặt trời gây ra những dao động quan trọng về độ dài ngày

và đêm trong năm

Hình 1.8 Vị trí của Trái đất và mặt trời thay đổi trong năm

Tính toán bức xạ năng lượng mặt trời

Cường độ bức xạ mặt trời trên mặt đất chủ yếu phụ thuộc 2 yếu tố: góc nghiêng của các tia sáng đối với mặt phẳng bề mặt tại điểm đã cho và độ dài đường đi của các tia sáng trong khí quyển hay nói chung là phụ thuộc vào độ cao của Mặt trời (Góc giữa phương từ điểm quan sát đến Mặt trời và mặt phẳng nằm ngang đi qua điểm đó) Yếu

tố cơ bản xác định cường độ của bức xạ mặt trời ở một điểm nào đó trên Trái đất là quãng đường nó đi qua Sự mất mát năng lượng trên quãng đường đó gắn liền với sự tán xạ, hấp thụ bức xạ và phụ thuộc vào thời gian trong ngày, mùa, vị trí địa lý

Quan hệ giữa bức xạ mặt trời ngoài khí quyển và thời gian trong năm có thể xác định theo phương trình sau:

a) Tính toán góc tới của bức xạ trực xạ

Một số khái niệm cơ bản:

- Hệ số khối không khí m: là t ỷ số giữa khối lượng khí quyển theo phương tia

bức xạ truyền qua và khối lượng khí quyển theo phương thẳng đứng (tức là khi Mặt trời ở thiên đỉnh) Như vậy m =1 khi Mặt trời ở thiên đỉnh, m =2 khi góc thiên đỉnh θz

là 600 Đối với các góc thiên đỉnh từ 0-700 có thể xác định gần đúng m =1/cosθz Còn đối với các góc θz >700 thì độ cong của bề mặt trái đất phải được đưa vào tính toán Riêng đối với trường hợp tính toán bức xạ mặt trời ngoài khí quyển m =0

- Trực xạ: là bức xạ mặt trời nhận được khi không bị bầu khí quyển phát tán Đây

là dòng bức xạ có hướng và có thể thu được ở các bộ thu kiểu tập trung (hội tụ)

- Tán xạ: là bức xạ mặt trời nhận được sau khi hướng của nó đã bị thay đổi do sự

phát tán của bầu khí quyển (trong một số tài liệu khí tượng, tán xạ còn được gọi là bức

xạ của bầu trời, ở đây cần phân biệt tán xạ của mặt trời với bức xạ hồng ngoại của bầu khí quyển phát ra)

- Tổng xạ: là tổng của trực xạ và tán xạ trên một bề mặt (phổ biến nhất là tổng xạ

trên một bề mặt nằm ngang, thường gọi là bức xạ cầu trên bề mặt)

- Cường độ bức xạ (W/m 2 ): là cường độ năng lượng bức xạ mặt trời đến một bề

mặt tương ứng với một đơn vị diện tích của bề mặt Cường độ bức xạ cũng bao gồm cường độ bức xạ trực xạ Etrx, cường độ bức xạ tán xạ Etx và cường độ bức xạ quang phổ Eqp

- Năng lượng bức xạ (J/m 2 ): là năng lượng bức xạ mặt trời truyền tới một đơn vị

diện tích bề mặt trong một khoảng thời gian, như vậy năng lượng bức xạ là một đại lượng bằng tích phân của cường độ bức xạ trong một khoảng thời gian nhất định (thường là 1 giờ hay 1 ngày)

- Giờ mặt trời: là thời gian dựa trên chuyển động biểu kiến của mặt trời trên bầu

trời, với quy ước giờ mặt trời chính ngọ là thời điểm mặt trời đi qua thiên đỉnh của người quan sát Giờ mặt trời là thời gian được sử dụng trong mọi quan hệ về góc mặt trời, nó không đồng nghĩa với giờ theo đồng hồ

Quan hệ hình học giữa một mặt phẳng bố trí bất kỳ trên mặt đất và bức xạ của mặt trời truyền tới, tức là vị trí của mặt trời so với mặt phẳng đó có thể được xác định theo các góc đặc trưng sau (hình 1.9);

- Góc vĩ độ φ: vị trí góc tương ứng với vĩ độ về phía bắc hoặc về phía nam đường

xích đạo trái đất, với hướng phía bắc là hướng dương: - 900 ≤ φ ≤ 900

Hình 1.9 Quan hệ các góc hình học của tia bức xạ mặt trời trên mặt phẳng nghiêng

- Góc nghiêng β: góc giữa mặt phẳng của bề mặt tính toán và phương nằm

ngang 0 ≤ β ≤ 1800 (β > 900 nghĩa là bề mặt nhận bức xạ hướng xuống phía dưới)

- Góc phương vị của bề mặt γ: góc lệch của hình chiếu pháp tuyến bề mặt trên

mặt phẳng nằm ngang so với đường kinh tuyến Góc γ = 0 nếu bề mặt quay về hướng chính nam, γ lấy dấu (+) nếu bề mặt quay về phía tây và lấy dấu (-) nếu bề mặt quay về phía đông -1800 ≤ γ ≤ 1800

- Góc giờ ω: góc chuyển động của vị trí mặt trời về phía đông hoặc phía tây của

kinh tuyến địa phương do quá trình quay của trái đất quanh trục của nó và lấy giá trị

150 cho 1 giờ đồng hồ, buổi sáng lấy dấu (-), buổi chiều lấy dấu (+)

- Góc tới θ: góc giữa tia bức xạ truyền tới bề mặt và pháp tuyến của bề mặt đó

- Góc thiên đỉnh θz: góc giữa phương thẳng đứng (thiên đỉnh) và tia bức xạ tới

Trong trường hợp bề mặt nằm ngang thì góc thiên đỉnh chính là góc tới θ

- Góc cao mặt trời α: góc giữa phương nằm ngang và tia bức xạ truyền tới, tức là

góc phụ của góc thiên đỉnh

- Góc phương vị mặt trời γ s : góc lệch so với phương nam của hình chiếu tia bức

xạ mặt trời truyền tới trên mặt phẳng nằm ngang Góc này lấy dấu âm (-) nếu hình chiếu lệch về phía đông và lấy dấu dương (+) nếu hình chiếu lệch về phía tây

- Góc lệch δ: vị trí góc của mặt trời tương ứng với giờ mặt trời là 12 giờ (tức là

khi Mặt trời đi qua kinh tuyến địa phương) so với mặt phẳng của xích đạo trái đất, với hướng phía bắc là hướng dương -23,450 ≤ δ ≤ 23,450 Góc lệch δ có thể tính toán theo phương trình của Cooper:

Với: n là thứ tự ngày của 1 năm

Quan hệ giữa các loại góc đặc trưng ở trên có thể biểu diễn bằng phương trình giữa góc tới θ và các góc khác như sau:

Cos sin sin cos sin cos sin cos cos cos cos cos

cos sin sin cos cos cos sin sin sin

v Cos cos z cos sin z sin cos

(1.6)

Đối với bề mặt nằm ngang góc tới θ chính là góc thiên đỉnh của mặt trời θz, giá trị của nó phải nằm trong khoảng 00 và 900 từ khi mặt trời mọc đến khi Mặt trời ở thiên đỉnh (β = 0):

b) Bức xạ mặt trời ngoài khí quyển lên mặt phẳng nằm ngang

Tại thời điểm bất kỳ, bức xạ mặt trời đến một bề mặt nằm ngang ngoài khí quyển được xác định theo phương trình:

0 0

E cos cos cos sin sin sin (1.10)

với ωs là góc giờ mặt trời lặn (0) (tức là góc giờ ω khi θz = 900)



 sin sin 

(1.12)

c) Tổng cường độ bức xạ mặt trời lên bề mặt trên Trái đất

Tổng bức xạ mặt trời lên một bề mặt đặt trên mặt đất bao gồm hai phần chính đó

là trực xạ và tán xạ Phần trực xạ đã được khảo sát ở trên, còn thành phần tán xạ thì khá phức tạp Hướng của bức xạ khuếch tán truyền tới bề mặt là hàm số của độ che phủ của mây và độ trong suốt của khí quyển, các đại lượng này lại thay đổi khá nhiều

Hình 1.10 Sơ đồ phân bố các thành phần bức xạ khuếch tán Góc khuếch tán ở mức độ nhất định phụ thuộc độ phản xạ Rg (còn gọi là albedo - suất phân chiếu) của mặt đất Những bề mặt có độ phản xạ cao (ví dụ bề mặt tuyết xốp

có Rg = 0,7) sẽ phản xạ mạnh bức xạ mặt trời lại bầu trời và lầnlượt bị phát tán trở thành thành phần tán xạ chân trời

Như vậy bức xạ mặt trời truyền đến một bề mặt nghiêng là tổng của các dòng bức xạ bao gồm: trực xạ Eb, 3 thành phần tán xạ Ed1, Ed2, Ed3 và bức xạ phản xạ từ các

bề mặt khác lân cận Er:

EΣ = Eb + Ed1 + Ed2 + Ed3 + Er (1.13)

Tuy nhiên việc tính toán các đại lượng tán xạ này rất phức tạp Vì vậy người ta giả thiết là sự kết hợp của bức xạ khuếch tán và bức xạ phản xạ của mặt đất là đẳng hướng, nghĩa là tổng của bức xạ khuếch tán từ bầu trời và bức xạ phản xạ của mặt đất

là như nhau trong mọi trường hợp không phụ thuộc hướng của bề mặt Như vậy tổng

xạ trên bề mặt nghiêng sẽ là tổng của trực xạ Eb Bb và tán xạ trên mặt nằm ngang Ed Khi đó một bề mặt nghiêng tạo một góc β so với phương nằm ngang sẽ có tổng

- (1 + cosβ)/2 = Fcs là hệ số góc của bề mặt đối với bầu trời

- (1 - cosβ)/2 = Fcg là hệ số góc của bề mặt đối với mặt đất

- Rg là hệ số phản xạ bức xạ của môi trường xung quanh

- En là cường độ bức xạ mặt trời tới theo phương bất kỳ

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

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

- Cosθ và cosθz được xác định bởi các phương trình (1.15) trên và các góc được

biểu diễn trên hình 2.11

Trong tính toán kỹ thuật, có thể coi cường độ bức xạ tới mặt đất là hàm của thời

gian τ, tính từ lúc mặt trời mọc, τ = 0 đến khi mặt trời lặn τ =τn/2, với

rad s là tốc độ góc tự xoay của trái đất

En [W/m2] là cường độ bức xạ cực đại trong ngày, lấy trị trung bình cả năm theo

theo số liệu số liệu đo lường thực tế tại vĩ độ cần xét

Hình 2.12 Bức xạ trực xạ trên bề mặt nằm ngang và nghiêng

Các ứng dụng năng lượng mặt trời

Như vậy để việc nghiên cứu sử dụng các thiết bị sử dụng năng lượng mặt trời có tính ứng dụng cao, chúng ta cần phải có thông số đo đạc thống kê đầu vào, từ đó giúp người thiết kế đánh giá hiệu quả kinh tế của hệ thống, xác định kích thước hệ thống và

do đó có thể thiết kế hệ thống sao cho giá thành thấp và hiệu quả tối ưu Các thông số đầu vào này càng chính xác thì việc thiết kế càng chính xác và hiệu suất thiết bị càng cao [6-7]

Chúng ta có thể sử dụng các thông số đo đạc thực tế để tính toán thiết bị, để thiết

kế thì chúng ta cần số liệu bức xạ ít nhất trong một năm, số liệu trong thời gian càng dài thì việc tính toán càng chính xác Để thiết kế một hệ thống sử dụng năng lượng mặt trời cần số liệu đo đạc trong một thời gian khá dài Tuy vậy chỉ có rất ít nước phát triển mới

đủ khả năng thực hiện việc đo đạc này Hơn nữa càng nhiều số liệu thì khối lượng tính toán càng lớn và đòi hỏi khả năng tính toán cao của máy tính

Công nghệ năng lượng mặt trời có 2 hình thức hoạt động, hoặc thụ động, hoặc chủ động tùy thuộc vào cách chúng nắm bắt, chuyển đổi và phân phối năng lượng mặt trời Kỹ thuật năng lượng mặt trời chủ động bao gồm việc sử dụng các tấm quang điện

và năng lượng mặt trời nhiệt thu để khai thác năng lượng Còn kỹ thuật năng lượng mặt trời thụ động có thể minh họa bằng việc hướng một tòa nhà về phía mặt trời, lựa chọn vật liệu có khối lượng nhiệt thuận lợi hoặc ánh sáng phân tán và thiết kế không gian lưu thông không khí tự nhiên trong ngôi nhà đó để khai thác một cách hiệu quả lượng nhiệt thu được từ mặt trời

1.4 Phân tích tiềm năng, thực trạng ứng dụng nguồn năng lượng mặt trời và hiện trạng sử dụng năng lượng hộ gia đình lắp đặt PV

Tiềm năng nguồn năng lượng mặt trời [6-7]

Về tiềm năng bức xạ mặt trời, lượng bức xạ tổng cộng năm ở tỉnh Quảng Bình dao động trong khoảng 1.256,04 ÷ 1.418,86 kWh/m2/năm Khu vực Ba Đồn, huyện Quảng Trạch nằm khuất sau dãy Hoành Sơn có lượng bức xạ tổng cộng lớn nhất Lượng bức xạ phân bố không đều trong năm

Thời kỳ có lượng bức xạ lớn nhất là các tháng IV → VII, với lượng bức xạ mỗi tháng đạt 116,3 ÷ 151,2 kWh/m2 Riêng khu vực Ba Đồn, huyện Quảng Trạch thời kỳ

có lượng bức xạ tổng cộng lớn hơn 116,3 kWh/m2/tháng kéo dài tới tận tháng X Vào thời kỳ còn lại trong năm (tháng VIII đến tháng III năm sau) lượng bức xạ tổng cộng dao động trong khoảng 69,8 - 116,3 kWh/m2/tháng

Bảng 1.3 Lượng bức xạ tổng cộng tháng và năm (kWh/m2) Trạm I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Năm Vinh 54,7 43,0 61,6 100,0 158,2 159,3 175,6 147,7 118,6 95,4 60,5 60,5 1.235,1

Đà

Nẵng 107,0 119,8 160,5 173,3 197,7 177,9 201,2 175,6 152,4 129,1 90,7 76,8 1.764,3 (Nguồn: Khí hậu và thủy văn tỉnh Quảng Bình, NXB Khoa học kỹ thuật Hà Nội, năm

2013.)

Bảng 1.4 Bức xạ tổng cộng tháng và năm tính theo công thức thực nghiệm của

Hới 84,9 83,7 105,8 132,6 129,1 110,5 122,1 100,0 107,0 105,8 91,9 82,6 1.256,0

(Nguồn: Khí hậu và thủy văn tỉnh Quảng Bình, NXB Khoa học kỹ thuật Hà Nội, năm

2013.) Bảng 1.5 Bức xạ tổng cộng trung bình ngày theo tháng và năm(kWh/m2/ngày)

nắng là số giờ có cường độ đạt tới hoặc vượt quá một giá trị nhất định, là đốt cháy giản

đồ nắng Số giờ nắng ở vùng đồng bằng ven biển từ 1.800 - 1.820 giờ, miền núi từ

1.500 ÷ 1.520 giờ Tổng số giờ nắng trong các tháng ở vùng đồng bằng ven biển đều

lớn hơn vùng núi

Thời kỳ có nhiều nắng với trên 100 giờ nắng/tháng kéo dài từ tháng III đến hết tháng X hàng năm Trong đó, ba tháng có nhiều nắng nhất là các tháng V, VI, VII với

số giờ nắng đạt từ 215 ÷ 260 giờ/tháng, tức là có khoảng 7,2 ÷ 8,7 giờ nắng/ngày,

trong đó tháng có giờ nắng cao nhất là tháng V

Thời kỳ có tương đối ít nắng trong năm là các tháng mùa đông, từ tháng XI đến tháng II năm sau, đạt dưới 100 giờ nắng/tháng Tháng có số giờ nắng thấp nhất là

tháng XII (trùng hợp với chuyển động biểu kiến của mặt trời), chỉ có khoảng 62 ÷ 73

giờ nắng, tức là có khoảng 2,2 ÷ 2,6 giờ nắng/ngày Riêng vùng núi vì tháng II có

nhiều sương mù bao phủ nên tổng số giờ nắng trong tháng này thấp nhất Trong năm

số giờ nắng tăng nhanh nhất vào tháng IV, tháng V và giảm tương đối nhanh từ tháng

X đến tháng XI, vì đây là những thời đoạn giao mùa

Bảng 1.6 Số giờ nắng tháng và năm trung bình nhiều năm (giờ)

Tháng I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Năm

* Khả năng khai thác NLMT để sản xuất điện

Khả năng khai thác NLMT để phát điện trên địa bàn tỉnh Quảng Bình có thể áp dụng các hình thức sau:

 Hệ thống điện mặt trời áp mái nhà lắp đặt ở các trụ sở cơ quan, hộ gia đình (Roof-top resident): đây là hệ thống điện mặt trời nối lưới công suất nhỏ Thường các hệ thống này được tận dụng lắp đặt trên mái nhà và tùy theo khả năng đầu tư của đơn vị mà quy mô hệ thống được xác định, nhằm tiết kiệm năng lượng điện lưới và bảo vệ môi trường

 Điện mặt trời áp mái cho cơ sở sản suất (Roof-top factory): đang dần trở nên cần thiết với các doanh nghiệp, tiết kiệm tối đa chi phí sản xuất, với công suất 20kWp đến 1MWp

 Nhà máy điện mặt trời nối lưới (Solar Plant): Trong thời gian qua, có rất nhiều nhà đầu tư trong và ngoài nước đến tỉnh Quảng Bình khảo sát, xin chủ trương lập dự án đầu tư nhà máy điện năng lượng mặt trời nối lưới Hiện nay, trên địa bàn tỉnh

có các Nhà máy năng lượng mặt trời đã được UBND tỉnh Quảng Bình cho chủ trương đầu tư và đang triển khai lập dự án: Nhà máy Điện mặt trời 49,5MW thuộc giai đoạn 1 của Tổ hợp dự án dự án điện năng lượng tái tạo của Tập đoàn Dohwa - Hàn Quốc đầu

tư

 Từ những tiềm năng đã trình bày ở trên, địa điểm được lựa chọn-hộ gia đình tại Phường Bắc Lý - thành phố Đồng Hới - tỉnh Quảng Bình, có những điều kiện tốt để xây dựng hệ thống năng lượng mặt trời áp mái nhà với mục tiêu giảm hóa đơn tiền điện, giảm thiểu sự phụ thuộc năng lượng vào điện lưới, góp phần phát triển xu hướng sử dụng năng lượng sạch và tái tạo

Tình hình phát triển và ứng dụng điện năng lượng mặt trời tại Việt Nam

Sau hơn 1 năm triển khai, Quyết định số 11/2017/QĐ-TTg của Thủ tướng Chính phủ về cơ chế khuyến khích phát triển các dự án điện mặt trời tại Việt Nam (gọi tắt là Quyết định 11) và Thông tư 16/2017/TT-BCT của Bộ Công Thương quy định về phát triển dự án và hợp đồng mua bán điện mẫu áp dụng cho các dự án điện mặt trời (gọi tắt

là Thông tư 16) đã tạo được "cú hích" cho thị trường điện mặt trời tại Việt Nam Đặc biệt, cơ chế dành cho các dự án điện mặt trời quy mô lớn đã rất hấp dẫn các nhà đầu tư [7-8]

Các nhà đầu tư trong nước và nước ngoài ồ ạt tìm đất và đăng ký xin cấp phép dự

án Trong nước có Thiên Tân, Sao Mai, Thành Thành Công

Bản thân EVN cũng có kế hoạch phát triển điện mặt trời tại các hồ thủy điện lớn, cũng như tiên phong trong lắp đặt hệ thống điện mặt trời trên mái nhà

Cộng đồng các công ty Lắp đặt ĐMT hộ gia đình cũng phát triển mạnh: SolarBK, Vũ Phong, VIMETCO, SolarElectric, DAT

Tính đến ngày 18/6/2018, đã có 100 dự án điện mặt trời quy mô lớn được bổ sung vào quy hoạch điện cấp tỉnh/quốc gia Trong đó, tổng công suất đăng ký là 4,7

GW vào năm 2020 và thêm 1,77 GW sau năm 2020

Danh sách một số dự án lớn điển hình ở Việt Nam:

- Thiên Tân - 2019MW (Quảng Ngãi-19.2MW, Ninh Thuận-2000MW)

- Sao Mai Group -210MW (An Giang)

- Xuân Cầu - 2000MW (Tây Ninh)

- Thành Thành Công - 1000MW (Bình Thuận, Gia Lai, Ninh Thuận,

Huế )

- BIM - 200MW (Ninh Thuận)

Với các dự án điện mặt trời lắp mái, tính đến cuối tháng 7/2018, đã có 748 dự án được triển khai trên cả nước, với tổng công suất 11,55 MWp

Chi phí đầu tư cho điện năng lượng Mặt Trời hiện đang có giá rẻ hơn rất nhiều Công nghệ năng lượng tái tạo đang ngày càng đáng tin cậy và rẻ hơn cả nhiên liệu hóa thạch, đặc biệt là khi cân nhắc tới các khía cạnh quan trọng như biến đổi khí hậu, bảo

vệ môi trường và sức khỏe

Tuy nhiên hiện nay, điện mặt trời vẫn còn gặp phải vấn đề liên quan đến giá bán điện; các dự án điện Mặt Trời đấu nối trên mái nhà hiện cũng còn gặp nhiều mâu thuẫn với các quy định về thuế, thiếu các quy trình đấu nối, các chứng nhận về inverter

Thực trạng ứng dụng điện năng lượng mặt trời tại tỉnh Quảng Bình

Tỉnh Quảng Bình đã khai thác NLMT để phát điện trên địa bàn bằng các hình thức như sau:

Nhà máy điện mặt trời nối lưới (Solar Plant): Nhà máy điện Năng lượng mặt trời:

Dự án Nhà máy Điện mặt trời 49,5MW thuộc giai đoạn 1 của Tổ hợp dự án dự án điện năng lượng tái tạo do Tập đoàn Dohwa (Hàn Quốc) đầu tư xây dựng trên địa bàn hai

xã Ngư Thuỷ Bắc và xã Hưng Thuỷ Với quy mô 75ha, công suất thiết kế 49,5MW

Dự án có tổng vốn đầu tư 1.259 tỷ đồng (tương đương 55,6 triệu USD), trong đó vốn

tự có của nhà đầu tư 30% và vốn vay 70% Sử dụng công nghệ hòa lưới trực tiếp (On Grid System)

Hình 1.13 Sơ đồ nguyên lý nhà máy điện mặt trời PV nối lưới

Hình 1.14 Lễ động thổ nhà máy điện mặt trời PV nối lưới

Hệ thống điện mặt trời áp mái nhà lắp đặt ở các trụ sở cơ quan, hộ gia đình

(Roof-top resident): Có 02 hộ gia đình lắp đặt hệ thống điện mặt trời áp mái nhà nối lưới với công suất 5kWp ở Thành phố Đồng Hới và huyện Quảng Ninh Sử dụng công nghệ hòa lưới trực tiếp (On Grid System)

Hình 1.15 PV nối lưới áp mái nhà

Ngoài ra còn có, Dự án Cung cấp điện bằng năng lượng mặt trời tỉnh Quảng Bình

có tổng công suất lắp đặt 763,25 Kwp với mức đầu tư hơn 13,7 USD từ nguồn vốn ODA của Quỹ Hợp tác phát triển kinh tế Chính phủ Hàn Quốc và vốn đối ứng của Chính phủ Việt Nam đã hoàn thành và đưa vào sử dụng Dự án đã cung cấp điện cho 1.294 hộ gia đình, đa số là người dân tộc thiểu số thuộc 46 thôn, bản và 78 cơ quan, đơn vị như UBND xã, đồn biên phòng, trường học, trạm xá… cùng các thiết chế văn hóa dọc trên 170km biên giới Việt - Lào của những xã mà điện lưới Quốc gia không đến được tại các huyện Lệ Thủy, Quảng Ninh, Bố Trạch và Minh Hóa Lắp đặt 385 điểm cấp điện năng lượng mặt trời và bàn giao đưa vào sử dụng hệ thống điện tại các xã: Thượng Trạch, Tân Trạch, Sơn Trạch (Bố Trạch); Trọng Hóa (Minh Hóa); Ngân Thủy (Lệ Thủy) Giải pháp công nghệ là hệ thống điện năng lượng mặt trời độc lập, điện năng lưu trữ trực tiếp trên ắc quy (Off Grid Solar System)

Hình 1.16 PV độc lập cấp điện cho xã Thượng Hóa huyện Bố Trạch

1.5 Hiện trạng sử dụng năng lượng hộ gia đình lắp đặt PV

Địa điểm thiết kế và lắp đặt:

+ Địa điểm: Hộ gia đình tại Phường Bắc Lý thành phố Đồng Hới tỉnh Quảng Bình

+ Vị trí địa lý: 17,48 độ vĩ Bắc; 106,60 độ kinh Đông

+ Diện tích xây dựng : 100 m2

+ Tổng diện tích mái nhà: 120 m2

Thông số chính phụ tải

+ Công suất phụ tải trung bình năm: 0,35 kW

+ Công suất đỉnh trong 1 năm : 4,2 kW

Bảng 1.7 Bảng số liệu thống kê phụ tải trung bình trong 1 ngày

lượng

Công Suất (W)

Tổng công suất (W)

Thời gian

sử dụng trung bình (giờ/ngày)

Tổng điện năng tiêu thụ (Wh)

Nguồn điện cung cấp:

Nguồn điện 1 pha 220VAC 50Hz được cung cấp qua TBA Hữu Nghị 400kVA - 22/0,4kV

1.6 Kết luận:

Giá tấm pin mặt trời đã giảm mạnh đã thúc đẩy phát triển mạnh mẽ điện mặt trời

ở nhiều nước đang phát triển như Thái Lan, Trung Quốc và kể cả Việt Nam.Chính phủ

đã ban hành các quy định và chính sách hỗ trợ cho việc phát triển điện năng lượng mặt trời Tập đoàn Điện lực Việt Nam đã có văn bản chỉ đạo về việc phân cấp, ủy quyền ký kết và thực hiện Hợp đồng mua bán điện đối với các dự án điện mặt trời trên mái nhà; hướng dẫn tạm thời đối với các dự án điện mặt trời trên mái nhà; thủ tục đấu nối và thỏa thuận mua lại điện mặt trời

Vì vậy, nếu điện mặt trời lắp mái triển khai rộng rãi sẽ mang lại lợi ích lớn cho cả người tiêu dùng và xã hội Điện lắp mái dễ dàng đầu tư, lắp đặt nhanh chóng, sửa chữa, bảo dưỡng; nguồn vốn đầu tư không lớn; không tốn diện tích đất mà còn giúp nhà mát hơn về mùa hè Mặt khác, nó bảo đảm không phát khí thải nhà kính, bảo vệ môi trường Ngoài ra, khách hàng lại được hưởng tiền chênh lệch từ giá mua bán điện Nghĩa là mua điện theo giá bậc thang quy định và bán điện với cơ chế giá ưu đãi Còn

về phía nhà nước, ngành điện giảm được gánh nặng tài chính để đầu tư xây dựng thêm nguồn điện, địa phương không lo quy hoạch đất cho năng lượng tái tạo

Tác giả đã giới thiệu về cấu tạo của mặt trời; Bức xạ mặt trời; Các bước tính toán năng lượng bức xạ mặt trời Để từ đó làm cơ sở cho việc đo đạc các thông số trong thực tế nhằm tính toán, thiết kế các thiết bị một cách hiệu quả một số đặc điểm địa lý cũng như các thông số khí tượng của tỉnh Quảng Bình được trình bày qua các thông số khí tượng, có thể thấy với đặc điểm địa lý có nhiều thuận lợi, số giờ nằng trong ngày cao, độ ẩm thấp, nhiệt độ ít thay đổi trong năm Đồng thời tác giả đã thể hiện được hiện trạng sử dụng năng lượng tại hộ gia đình, đo đạc, nắm được các số liệu cần thiết

từ các thiết bị tiêu thụ năng lượng

CHƯƠNG 2 CÁC MÔ HÌNH BIẾN ĐỔI NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI THÀNH ĐIỆN NĂNG

2.1 Mô hình biến đổi năng lượng mặt trời thành điện năng

Mô hình biến đổi độc lập không kết lưới

Mô hình hệ thống biến đổi năng lượng mặt trời thành điện năng đơn giản nhất là một hệ thống độc lập gồm các tấm pin năng lượng mặt trời PV kết nối với nhau và nối trực tiếp cho các phụ tải dùng điện một chiều DC (hình 2.1 (a)) Trong trường hợp phụ tải điện sử dụng điện năng xoay chiều AC thì đầu ra của hệ thống PV sẽ được nối qua thiết bị biến đổi nguồn một chiều thành nguồn xoay chiều AC (Inverter) (hình 2.1 (b))

(a) (b)

Hình 2.1 Hai mô hình sử dụng hệ thống PV độc lập

Nhược điểm của mô hình trên là công suất điện cung cấp cho phụ tải không ổn định và luôn thay đổi theo thời gian trong ngày, đặc biệt vào ban đêm thì phụ tải sẽ không có điện để vận hành Do đó mô hình này chỉ được sử dụng cho các tải có công suất rất nhỏ và chỉ sử dụng trong thời gian có bức xạ mặt trời Mô hình biến đổi độc lập trên hình 2.1 được triển khai cụ thể như hình 2.2

Hình 2.2 Mô hình biến đổi độc lập

PV array: Hệ thống các tấm Pin mặt trời được ghép lại với nhau

PV array Circuit Combiner: Bộ ghép nối

Ground-Fault Protector: Thiết bị bảo vệ chạm đất nguồn một chiều

DC Fused Switch: Cầu dao đóng cắt nguồn một chiều DC

DC/AC Converter: Bộ nghịch lưu, chuyển đổi nguồn điện một chiều thành nguồn điện xoay chiều

AC Fused Switch: Cầu dao đóng cắt nguồn xoay chiều AC

Trong trường hợp muốn lưu trữ lại phần điện năng dư thừa sau khi cung cấp cho phụ tải người ta sẽ sử dụng hệ thống lưu trữ điện năng bằng Ắcquy (hình 2.3) Hệ thống lưu trữ này vừa có tác dụng là kho chứa năng lượng vừa là nguồn điều tiết năng lượng cho phụ tải, mô hình này sẽ cho phép tiết kiệm được nguồn năng lượng tự nhiên nhờ được lưu trữ

Mô hình trên hình 2.1 (a)

Mô hình trên hình 2.1 (b)

Hình 2.3 Hệ thống PV độc lập có nguồn lưu trữ

Trong đó:

- PV array Switch: Công tắc đóng - ngắt mạch kết nối với các tấm Pin mặt trời

- Backup Battery Charger Controller: Bộ điều khiển sạc nguồn cho Ắcquy

- Battery System: Hệ thống Ắcquy lưu trữ

- Critical Load Sub-Panel: Bảng hiện thị giới hạn tải

Khi hệ thống PV có công suất nhỏ hoặc nguồn lưu trữ có công suất nhỏ không đủ cung cấp điện năng về ban đêm thì người ta phải sử dụng nguồn cung cấp năng lượng phụ (nguồn dự phòng) Nguồn dự phòng này thường là các máy phát điện sử dụng nhiên liệu dầu hoặc xăng và được kết nối với hệ thống PV qua khóa chuyển đổi nguồn như hình 2.4

Hình 2.4 Hệ thống PV có nguồn cấp dự phòng

(c)

Mô hình (b)

Load AC (tải AC)

Mô hình (a)

Nhược điểm của mô hình này là vấn đề kết nối làm việc song song giữa hệ thống

PV với hệ thống nguồn dự phòng khi nguồn điện năng PV cấp bị thiếu Thực tế thì nguồn điện do hệ thống PV cung cấp cho các căn hộ hoặc các tòa nhà thường có công suất không lớn nên hệ thống PV này cũng chỉ là một nguồn điện năng bổ trợ cho hệ thống chiếu sáng độc lập và các thiết bị tiêu thụ công suất bé (hình 2.5)

Hình 2.5 Mô hình hệ thống PV độc lập kết hợp với điện lưới

Mô hình biến đổi có kết lưới

Hệ thống PV công suất nhỏ chỉ thể hiện ưu điểm của nó khi được vận hành có liên kết với lưới điện (hình 2.6) Khi được kết lưới hệ thống PV sẽ được vận hành một cách linh hoạt nhờ hệ thống điều khiển tối ưu trào lưu công suất (OPF: Optimal Power Flow) và hệ thống đóng - cắt (C-O: Close - Open) Hệ thống này sẽ được vận hành ở hai chế độ:

- Chế độ mạng điện cung cấp nhận điện từ cả hai nguồn PV và lưới điện: Trong

trường hợp này thiết bị điều khiển trào lưu công suất sẽ chỉ cho phép mạng điện cung cấp của tòa nhà nhận công suất điện từ lưới điện khi nguồn điện do hệ thống PV không

đủ công suất cung cấp Không cho phép luồng công suất của hệ thống PV truyền ngược vào lưới điện

- Chế độ hệ thống PV cung cấp công suất cho lưới điện: Chế độ này thường là

khi nguồn công suất PV khá lớn, lúc đó nguồn này sẽ được kết nối và hòa đồng bộ với lưới điện Hiện tại về mặt kỹ thuật, công nghệ hoàn toàn đảm bảo được khả năng hòa kết lưới nhưng vẫn còn nhiều trở ngại về mặt pháp lý và đặc biệt là nguồn PV tại các tòa nhà còn khá nhỏ

Hình 2.6 Mô hình hệ thống PV liên kết với điện lưới

2.2 Các bước tính toán thiết kế hệ thống biến đổi năng lượng mặt trời thành điện năng

Các lưu ý

Hệ thống điện mặt trời là một hệ thống bao gồm một số các thành phần như: các tấm pin mặt trời (máy phát điện), các tải tiêu thụ điện, các thiết bị tích trữ năng lượng

và các thiết bị điều phối năng lượng,

Thiết kế một hệ thống điện mặt trời bao gồm nhiều công đoạn, từ việc lựa chọn

sơ đồ khối, tính toán dung lượng dàn pin mặt trời và bộ acquy, thiết kế các thiết bị điện

tử điều phối như các bộ điều khiển, đổi điện, đến việc tính toán lắp đặt các hệ giá đỡ pin mặt trời, hệ định hướng dàn pin mặt trời theo vị trí mặt trời, nhà xưởng đặt thiết bị, acquy, Trong phần này chỉ giới thiệu những công đoạn quan trọng nhất như lựa chọn sơ đồ khối, tính toán dung lượng dàn pin mặt trờivà lắp đặt hệ thống [9-10]

Các thông số cần thiết để thiết kế hệ thống điện mặt trời

Để thiết kế, tính toán một hệ thống điện mặt trời trước hết cần một số thông số chính sau đây:

Yêu cầu và các đặc trưng của phụ tải

Đối với các phụ tải, cần phải biết các thông số sau:

- Gồm bao nhiêu thiết bị, các đặc trưng điện của mỗi thiết bị như công suất tiêu thụ, hiệu điện thế và tần sốlàm việc, hiệu suất của các thiết bị điện,

Các số liệu của phụ tải và các thiết bị điện được liệt kê như số lượng, công suất định mức, điện áp định mức, thời gian vận hành, như trong bảng 2.1:

Bảng 2.1 Bảng số liệu thống kê phụ tải

Các

thiết bị

Số lượng

Công suất (P) đơn vị (W)

Số giờ sử dụng (h/ngày)

Lượng điện năng tiêu thụ (Wh)

Thời gian không sử dụng (h/ngày)

Lượng điện năng không dùng đến (Wh)