Thiết kế, đánh giá hiệu quả đầu tư nhà máy điện mặt trời nổi 50MW trên hồ thủy điện krông h’năng

Trong luận văn có sử dụng một số nội dung trích dẫn từ luận văn của một số tác giả, các tài liệu chuyên ngành điện của Việt Nam và của một số tổ chức khoa học trên thế giới về thiết kế h

TRÊN HỒ THỦY ĐIỆN KRÔNG H’NĂNG

Chuyên ngành: Kỹ thuật điện

Mã số: 8520201

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Người hướng dẫn khoa học: TS LƯU NGỌC AN

Đà Nẵng - Năm 2019

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi về thiết kế, đánh giá hiệu quả đầu tư nhà máy điện mặt trời nổi 50MW trên hồ thủy điện Krông H’năng Trong luận văn có sử dụng một số nội dung trích dẫn từ luận văn của một số tác giả, các tài liệu chuyên ngành điện của Việt Nam và của một số tổ chức khoa học trên thế giới về thiết kế hệ thống năng lượng mặt trời nổi, sử dụng phần mềm PVSYST chuyên dụng cho thiết kế, tính toán, mô phỏng hệ thống năng lượng mặt trời

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

Nguyễn Đăng Hùng

TRANG TÓM TẮT TIẾNG VIỆT VÀ TIẾNG ANH

Học viên: Nguyễn Đăng Hùng - Chuyên ngành: Kỹ thuật điện

Mã số: 8520201 Khóa: K34 - KTĐ - Trường Đại học Bách khoa - ĐHĐN

THIẾT KẾ, ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ ĐẦU TƯ NHÀ MÁY ĐIỆN MẶT TRỜI NỔI

50MW TRÊN HỒ THỦY ĐIỆN KRÔNG H’NĂNG

Tóm tắt – Hiện nay, năng lượng mặt trời là nguồn năng lượng tái tạo có trữ lượng dồi dào, đang được

nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực Tại Việt Nam tiềm năng về năng lượng mặt trời rất lớn, nhưng chúng ta vẫn chưa khai thác và phát triển đúng mức nguồn năng lượng này Trong các năm gần đây chính phủ đã có những chính sách ưu tiên để phát triển các nguồn điện tái tạo và đã có một số công trình đưa vào vận hành Trong đó, việc xây dựng các dự án điện mặt trời nổi trên các mặt

hồ thủy điện đang được xem xét đầu tư do tận dụng được diện tích mặt hồ lớn chưa được sử dụng Hồ thủy điện Krông H’năng nằm ở vị trí có bức xạ mặt trời khá tốt, có công trình điện đấu nối sẵn, gần đường quốc lộ, thuận tiện trong thi công xây dựng công trình Mặt khác, với sự phát triển của công nghệ thông tin, việc ứng dụng phần mềm hóa trong thiết kế hệ thống điện đang được sử dụng rộng rãi Đối với hệ thống điện mặt trời, sử dụng phần mềm PVsyst để thiết kế, tính toán và mô phỏng hoạt động của hệ thống điện mặt trời sử dụng tấm pin quang điện là một lựa chọn hợp lý Đồng thời, chúng

ta cần phải đánh giá tính khả thi của dự án dựa trên hai yêu tố kỹ thuật và kinh tế để giúp nhà đầu tư

có cái nhìn tổng thể và đưa ra quyết định đầu tư nhà máy điện mặt trời nổi phù hợp trên hồ thủy điện

Krông H’năng

Từ khóa– Hệ thống năng lượng mặt trời nối lưới; Năng lượng tái tạo; Điện mặt trời nổi;

DESIGN AND EVALUATION OF INVESTMENT EFFICIENCY OF 50MW FLOATING SOLAR POWER PLANT ON THE KRONG H’NANG RESERVOIR

Summary - Currently, solar energy is a renewable energy source with abundant reserves, being studied and widely applied in many fields In Vietnam, the potential of solar energy is huge, but we still have not exploited and developed this energy source properly In recent years, the government has prioritized policies to develop renewable power sources and some projects have been put into operation In particular, the construction of solar power projects floating on hydropower reservoirs is being considered for investment due to the utilization of large areas of unused lakes Krong H’nang hydropower reservoir is located in a location with quite good solar radiation, with a connected electricity project, near the highway, and convenient for construction On the other hand, with the development of information technology, the application of software in electrical system design is widely used For solar power system, using PVsyst software to design, calculate and simulate the operation of solar power system using photovoltaic panels is a reasonable choice At the same time,

we need to assess the feasibility of the project based on two technical and economic factors to help investors have an overall view and make a decision to invest in floating solar power plant on the

Krong H’nang hydropower reservoir

Keywords - Grid connected solar system; Recycled energy; Floating solar power

MỤC LỤC

TRANG BÌA

LỜI CAM ĐOAN

TRANG TÓM TẮT TIẾNG VIỆT VÀ TIẾNG ANH

MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC BẢNG

DANH MỤC CÁC HÌNH

MỞ ĐẦU 1

1 Lý do chọn đề tài 1

2 Mục tiêu nghiên cứu 1

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 2

4 Giới hạn đề tài 2

5 Phương pháp nghiên cứu 2

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

7 Bố cục luận văn 3

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ĐIỆN MẶT TRỜI 4

1.1 Tổng quan về năng lượng mặt trời 4

1.1.1 Bức xạ mặt trời 4

1.1.2 Nguồn gốc năng lượng mặt trời 4

1.1.3 uá trình phát triển và triển khai ứng dụng năng lượng mặt trời 6

1.2 Tình hình ứng dụng điện mặt trời trên thế giới và tại Việt Nam 7

1.2.1 Tình hình phát triển điện mặt trời trên thế giới 7

1.2.2 Tình hình phát triển điện mặt trời tại Việt Nam 11

1.3 Một số công nghệ ứng dụng và sử dụng trong đề tài 12

1.3.1 Pin mặt trời 12

1.3.2 Bộ nghịch lưu inverter 20

1.4 Các mô hình cơ bản của nhà máy điện mặt trời 21

1.4.1 Vận hành độc lập với lưới (Off Grid) 21

1.4.2 Vận hành kiểu lai (Hybrid) 21

1.4.3 Vận hành kết nối với lưới điện (grid tie) 22

1.5 Kết luận 22

CHƯƠNG 2 KHẢO SÁT THỰC TRẠNG HỒ THỦY ĐIỆN KRÔNG H’NĂNG 23

2.1 Tổng quan về hồ thủy điện Krông H’năng 23

2.1.1 Vị trí địa lý 23

2.1.2 Diện tích mặt thoáng 23

2.1.3 Vị trí lắp đặt thiết bị 23

2.1.4 Giao thông 24

2.2 Tiềm năng điện mặt trời lý thuyết tại khu vực 24

2.2.1 Số giờ năng trung bình và tổng xạ theo phương ngang (bức xạ) 24

2.2.2 Nhiệt độ trung bình 24

2.3 Thực trạng lưới điện tại khu vực hồ thủy điện Krông H’năng 24

2.3.1 Lưới điện hạ thế và thông tin liên lạc 24

2.3.2 Lưới điện 22kV, 110kV 25

2.4 Kết luận 25

CHƯƠNG 3 ỨNG DỤNG PHẦN MỀM PVSYST THIẾT KẾ NHÀ MÁY ĐIỆN MẶT TRỜI NỔI TRÊN HỒ THỦY ĐIỆN KRÔNG H’NĂNG 27

3.1 Yêu cầu hạng mục công việc chính cần thực hiện 27

3.2 Giới thiệu sơ lược về phần mềm PVSyst 27

3.3 Định vị địa điểm lấy số liệu khí tượng 28

3.3.1 Nhập số liệu đầu vào 28

3.3.2 Kết quả số liệu của chương trình 28

3.4 Lựa chọn, bố trí các tấm pin PV 28

3.4.1 Góc nghiêng tấm pin 28

3.4.2 Khoảng cách giữa các hàng 30

3.4.3 Tính toán lựa chọn số lượng tấm pin 31

3.4.4 Lựa chọn các tấm PV 32

3.4.5 Thiết kế lựa chọn hệ thống giá đỡ và phao nổi 32

3.5 Lựa chọn Inverter 36

3.6 Lựa chọn, đấu nối cáp DC 37

3.7 Thiết kế phần điện AC 40

3.8 Nhập số liệu đầu vào cho phần mềm PVSyst 41

3.8.1 Nhập thông số hệ thống cho phần mềm 42

3.8.2 Nhập số liệu tổn thất 43

3.9 Kết quả mô phỏng 43

3.9.1 Các thông số mô phỏng 43

3.9.2 Các kết quả chính 43

3.9.3 Biểu đồ tổn thất 45

3.10 Kết luận 47

CHƯƠNG 4 ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ ĐẦU TƯ DỰ ÁN 48

4.1 Mục tiêu đánh giá hiệu quả đầu tư dự án 48

4.2 Tổng hợp thông số dự án 48

4.3 Khái toán tổng mức đầu tư 50

4.4 Đánh giá hiệu quả đầu tư dự án 51

4.5 Kết luận 52

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 53

DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 55 QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN THẠC SĨ (BẢN SAO)

BẢN SAO KẾT LUẬN CỦA HỘI ĐỒNG, BẢN SAO NHẬN XÉT CỦA CÁC PHẢN BIỆN

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1 Các nước có nhà máy điện t pin mặt trời cỡ lớn (công suất trên 1M p) .8

Bảng 1.2 Các nhà máy điện mặt trời PV lớn nhất thế giới (trên 5 M .9

Bảng 1.3 Các nhà máy điện t pin mặt trời lớn nhất thế giới 10

Bảng 3.1 Thông số nhập vào mục Meteo database 28

Bảng 3.2 Thông số kỹ thuật tấm PV 32

Bảng 3.3 Thông số kỹ thuật chính của Inverter 37

Bảng 3.4 Tổng hợp thông số thiết kế nhà máy 38

Bảng 3.5 Bảng tổng hợp số liệu chính để tính toán mô phỏng dự án 41

Bảng 3.6 Giá trị tổn thất nhập vào phần mềm 42

Bảng 3 Tổng hợp kết quả mô phỏng dự án 43

Bảng 3 Tổn thất bức xạ mặt trời trên bề mặt pin quang điện trong 1 năm 46

Bảng 3 Tổn thất bên trong hệ thống pin quang điện trong hệ thống điện năng lượng mặt trời 46

Bảng 4.1 Bảng dữ liệu đầu vào 49

Bảng 4.2 Khái toán tổng mức đầu tư dự án 50

Bảng 4.3 Kết quả phân tích tài chính 52

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1.1 Các vùng năng lượng .13

Hình 1.2 Biểu diễn phương trình cân bằng năng lượng Hv .14

Hình 1.3 Đường đặc trưng theo độ chiếu sáng của pin mặt trời .16

Hình 1.4 Điểm làm việc và điểm công suất cực đại .17

Hình 1.5 Ghép nối tiếp hai module pin mặt trời (a và đường đặc trưng VA của các module và của cả hệ (b .18

Hình 1.6 Ghép song song hai module pin mặt trời (a và đường đặc trưng VA của các module và của cả hệ (b .19

Hình 1 Dàn pin năng lượng mặt trời .20

Hình 2.1 Vị trí hồ thủy điện Krông H’năng .23

Hình 2.2 Vị trí lắp đặt hệ thống pin mặt trời trên hồ .24

Hình 2.3 Sơ đồ lưới điện 22kV, 11 kV .25

Hình 3.1 Giao nhập số liệu và kết quả của chương trình .28

Hình 3.2 Số liệu khí tượng lấy t phần mềm PVsyst .28

Hình 3.3 Góc nghiêng tối ưu phân tích t phần mềm PVsyst .29

Hình 3.4 Khoảng cách lựa chọn giữa các hàng Pin .30

Hình 3.5 Phao dạng lắp ghép sau khi đã tổ hợp .33

Hình 3.6 Phao đúc sẵn chuyên dụng .34

Hình 3 Mặt bằng phao đỡ nổi tấm pin .35

Hình 3 Các mảng phao và pin sau khi được tổ hợp .35

Hình 3 Mô hình kết nối của Inverter trung tâm và Inverter chu i 37

Hình 3.1 Tổng mặt bằng bố trí thiết bị tại nhà máy điện mặt trời nổi trên hồ thủy điện Krông H’năng .39

Hình 3.11 Đấu nối các chu i PV về hộp gom dây .39

Hình 3.12 Đấu nối các hộp gom dây về bộ inverter .40

Hình 3.13 Đấu nối phía AC inverter và máy biến áp 4 22kV .40

Hình 3.14 Sơ đồ nối điện chính trạm 22 11 kV của NMĐMT nổi trên hồ Krông H’năng 41

Hình 3.15 Giao diện phần mềm sau khi nhập dữ liệu đầu vào hệ thống .42

Hình 3.16 Giao diện nhập các giá trị tổn thất .43

Hình 3.1 Kết quả mô phỏng sản lượng dự án .44

Hình 3.1 Lược đồ tổn thất trong năm của dự án .45

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Hiện nay, việc khai thác nguồn năng lượng truyền thống như nước, than đá,… để phục vụ cho nhu cầu phát điện đã bắt đầu giảm hoặc bão hòa do nguồn than đá cũng sẽ đến lúc cạn kiệt, các sông suối có thể đặt nhà máy thủy điện cũng sẽ hết Cùng với đó, việc phát triển điện hạt nhân cũng gặp nhiều khó khăn do nguy cơ bị rò rỉ nhiễm xạ của các nhà máy điện hạt nhân trong tương lai là rất lớn Do đó, việc tìm kiếm và khai thác các nguồn năng lượng sạch như mặt trời, gió, thủy triều để phát điện sẽ là hướng phát triển hợp lý trong thời gian đến

Ở Việt Nam, với nguồn bức xạ mặt trời lớn, được đánh giá có tiềm năng phát triển điện mặt trời thuận lợi, hiệu suất cao nhưng vẫn chưa được đầu tư khai thác đúng mức V a qua Thủ tướng chính phủ đã ban hành quyết định số 11/2017 Đ-TTg ngày 11/4/2017 về cơ chế khuyến khích phát triển các dự án điện mặt trời tại Việt Nam trong đó có đề cập quy hoạch điện mặt trời đến năm 2 2 và tầm nhìn đến 2030 Tuy nhiên, để đạt được mục tiêu và lộ trình phát triển điện mặt trời đề ra, cần hướng đến việc phát triển nhà máy điện mặt trời trên các hồ thủy điện bởi các yêu tố thuận lợi như: sử dụng ít quỹ đất, tăng hiệu suất tấm pin do được làm mát t nước hồ, giảm lượng bốc hơi nước làm tăng hiệu quả phát điện của nhà máy thủy điện, nếu cùng một chủ đầu tư thì sẽ giảm được chi phí đầu tư, quản lý dự án do tận dụng được cơ sở vật chất, đội ngũ nhân viên vận hành sẵn có

Hồ thủy điện Krông H’năng nằm ở khu vực thuận lợi về giao thông gần quốc lộ

2 , dân cư thưa thớt, lưới điện 11 kV đấu nối nhà máy thủy điện Krông H’năng gần khu vực hồ, mực nước chênh lệch nhỏ nên thuận lợi để xây dựng nhà máy điện mặt trời nổi trên hồ đấu nối lưới điện quốc gia

Vì các lý do trên, việc “Thiết kế, đánh giá hiệu quả đầu tư nhà máy điện mặt trời nổi trên hồ thủy điện Krông H’năng” để cung cấp điện sạch cho hệ thông điện quốc là cần thiết Đây cũng là lý do tôi chọn Đề tài này

2 Mục tiêu nghiên cứu

Thiết kế nhà máy điện mặt trời đặt nổi 50MW trên hồ thủy điện Krông H’năng, kết nối với hệ thống lưới điện 110kV nhằm cung cấp nguồn cho hệ thống điện Quốc gia với các mục tiêu cụ thể như sau:

- Khảo sát, tính toán và đưa ra được các phương án nối lưới cho các nhà máy điện mặt trời phù hợp với lưới điện hiện trạng

- Xác định số lượng và vị trí lắp đặt các thiết bị (Tấm pin mặt trời, inveter, máy

biến áp… , lựa chọn thiết bị, thiết kế các giá và phao đỡ cho các tấm pin mặt trời

- Sử dụng phần mềm PVsyst để mô phỏng sơ đồ đấu nối và chạy ra được kết quả cần thiết

- Tính toán, phân tích hiệu quả đầu tư dự án

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

3.1 Đối tượng nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu của đề tài là thiết kế nhà máy điện sử dụng các tấm pin mặt trời đặt nổi trên mặt hồ đấu nối với lưới điện 110kV

- Mô phỏng hệ thống pin năng lượng mặt trời nối lưới bằng phần mềm Pvsyst

- Nghiên cứu, phân tích hiệu quả đầu tư dự án điện mặt trời nổi trên hồ thủy điện Krông H’năng

4 Giới hạn đề tài

Đề tài áp dụng cho việc thiết kế nhà máy điện mặt trời nổi trên hồ thủy điện Krông H’năng đấu nối lưới điện 110kV, mở rộng áp dụng cho các dự án điện mặt trời nổi có quy mô tương tự

5 Phương pháp nghiên cứu

Để giải quyết các mục tiêu nêu trên, luận văn đưa ra phương pháp nghiên cứu như sau:

- Nghiên cứu lý thuyết: các lý thuyết về năng lượng mặt trời, cấu tạo, nguyên lý làm làm việc của hệ thống pin mặt trời

- Xây dựng hệ thống pin năng lượng mặt trời nổi nối lưới tại hồ thủy điện Krông H’năng

- Mô phỏng hoạt động hệ thống pin năng lượng mặt trời nối lưới tại hồ thủy điện Krông H’năng bằng phần mềm PVsys chuyên dụng

- Đánh giá hiệu quả đầu tư dự án

6 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Ý nghĩa khoa học: Ứng dụng được công nghệ mới vào sản xuất, góp phần phát triển năng lượng mặt trời, là nguồn năng lượng tái tạo, sạch và được nhà nước khuyến khích đầu tư Thiết kế, tính toán, mô phỏng được sự hoạt động của hệ thống pin năng lượng mặt trời nối với lưới điện 11 kV uốc gia, t đó có cơ sở đánh giá tính hiệu quả

về mặt kinh tế và kỹ thuật của hệ thống trước khi đầu tư xây dựng

Ý nghĩa thực tiễn: Góp phần phát triển hệ thống điện mặt trời nối lưới tại các mặt

hồ đặc biệt là các mặt hồ thủy điện để đáp ứng nhu cầu về phát triển nguồn năng lượng sạch theo lộ trình của Chính phủ

7 Bố cục luận văn

Mở đầu

Chương 1: Tổng quan về điện mặt trời

Chương 2: Khảo sát thực trạng hồ thủy điện Krông H’năng

Chương 3: Ứng dụng phần mềm PVsyst thiết kế nhà máy điện mặt trời nổi trên

hồ thủy điện Krông H’năng

Chương 4 Đánh giá hiệu quả kinh tế dự án

Kết luận và kiến nghị

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ĐIỆN MẶT TRỜI

1.1 Tổng quan về năng lượng mặt trời

1.1.1 Bức xạ mặt trời

Mặt trời là quả cầu lửa khổng lồ với đường kính trung bình khoảng 1,36 triệu km

và ở cách Trái đất khoảng 15 triệu km Theo các số liệu hiện có, nhiệt độ bề mặt của mặt trời vào khoảng 6 K, trong khi đó nhiệt độ ở vùng trung tâm của mặt trời rất lớn, vào khoảng 1 6 K đến 4 1 6 K Mặt trời được xem là một lò phản ứng nhiệt hạch hoạt động liên tục Do luôn luôn bức xạ năng lượng vào trong vũ trụ nên khối lượng của mặt trời sẽ giảm dần Điều này dẫn đến kết quả là đến một ngày nào đó mặt trời sẽ thôi không tồn tại nữa Tuy nhiên, do khối lượng của mặt trời vô cùng lớn, , nên thời gian để mặt trời còn tồn tại cũng vô cùng lớn Bên cạnh sự biến đổi nhiệt độ rất đáng kể theo hướng kính, một điểm đặc biệt khác của mặt trời là sự phân bố khối lượng rất không đồng đều Ví dụ, khối lượng riêng ở vị trí gần tâm mặt trời vào khoảng 1 g cm3, trong khi đó khối lượng riêng trung bình của mặt trời chỉ vào khoảng 1,41g cm3

Các kết quả nghiên cứu cho thấy, khoảng cách t mặt trời đến Trái đất không hoàn toàn ổn định mà dao động trong khoảng ±1, % xoay quanh giá trị trung bình đã trình bày ở trên Trong kỹ thuật NLMT, người ta rất chú ý đến khái niệm hằng số mặt trời (Solar Constant Về mặt định nghĩa, hằng số mặt trời được hiểu là lượng bức xạ mặt trời (BXMT nhận được trên bề mặt có diện tích 1m2 đặt bên ngoài bầu khí quyển

và thẳng góc với tia tới Tùy theo nguồn tài liệu mà hằng số mặt trời sẽ có một giá trị

cụ thể nào đó, các giá trị này có thể khác nhau tuy nhiên sự sai biệt không nhiều Trong tài liệu này ta thống nhất lấy giá trị hằng số mặt trời là 1353 m2

Có 2 loại bức xạ mặt trời: BXMT đến bên ngoài bầu khí quyển và BXMT đến trên mặt đất Trong mục này ta cần phân biệt ý nghĩa của các ký hiệu được dùng để biểu diễn giá trị của lượng bức xạ khảo sát là G, I và H Đơn vị của G là m2, đơn vị của I và H là J m2, trong đó thời gian tương ứng với các ký hiệu I và H lần lượt là giờ

và ngày Khái niệm ngày trong kỹ thuật NLMT được hiểu là khoảng thời gian t lúc mặt trời mọc cho đến lúc mặt trời lặn

1.1.2 Nguồn gốc năng lượng mặt trời

NLMT có vai trò quan trọng đối với sự tồn tại và tồn tại và phát triển của các yến

tố sự sống trên trái đất

Trước hết, NLMT là nguồn năng lượng khổng lồ có tính tái sinh NLMT được sinh ra do các phản ứng nhiệt hạt nhân tổng hợp các hạt nhân đồng vị Hydro (H để tạo

ra các hạt nhân Heli (He liên tục xảy ra trên mặt trời Công suất bức xạ của mặt trời

là 3, 65.1 26 , tương đương với năng lượng đốt cháy hết 1,32.1 16 tấn than đá tiêu chuẩn Nhưng phần NLMT đến bề mặt trái đất chỉ là 1 ,5 1 16J s hay tương ứng với năng lượng đốt cháy hết 6.1 6 tấn than đá

Ngoài khí quyển trái đất (hay còn gọi là ngoài vũ trụ mật độ NLMT là 1.353W/m2 Nhưng khi tới mặt đất các tia mặt trời phải đi qua lớp khí quyển trái đất (chiều dày khoảng 16km nên bị mất mát khoảng 3 % do các hiện tượng hấp thụ, tán

xạ bởi các phân tử khí, hơi nước của lớp khí quyển Vì vật trên bề mặt trái đất, mật

độ bức xạ mặt trời chỉ còn khoảng 1 m2 Mặc dù ở các vĩ độ khác nhau thì NLMT khác nhau, nhưng nhìn chung NLMT phân bố khắp trên bề mặt trái đất Ở đâu cũng có thể khai thác và ứng dụng nguồn năng lượng này

Bản chất của BXMT là sóng điện t có phổ bước sóng trải t 1 -10 m đến

1014 m, trong đó mắt người có thể nhận biết được giải sóng có bước sóng t ,4 đến 0,7 m và được gọi là áng sáng nhìn thấy (vùng khả kiến Vùng bức xạ điện t có bước sóng nhỏ hơn ,4 m được gọi là vùng sóng tử ngoại Còn vùng có bước sóng lớn hơn , m được gọi là vùng hồng ngoại Do bản chất của sóng điện t nên NLMT là nguồn năng lượng không có phát thải, không gây ô nhiễm môi trường hay được gọi là nguồn năng lượng sạch

Các thành phần của BXMT trên mặt đất:

Ngoài lớp khí quyển trái đất bức xạ mặt trời chỉ có một thành phần Đó là các tia mặt trời đi thẳng phát ra t mặt trời Nhưng khi tới mặt đất, do các hiện tượng tán xạ trong lớp khí quyển quả đất, bức xạ mặt trời bị biến đổi và gồm 3 thành phần:

- Thành phần trực xạ gồm các tia mặt trời đi thẳng t mặt trời đến mặt đất Nhờ các tia trực xạ này mà ta có thể nhìn thấy mặt trời;

- Thành phần nhiễu hay tán xạ gồm các tia mặt trời tới mặt đất t mọi phương trên bầu trời do hiện tường tán xạ của tia mặt trời trên các phân tử khí, hơi nước, các hạt bụi,… Nhờ các tia tán xạ này mà chúng ta vẫn có ánh sáng ngay cả những ngày mây mù, không thể nhìn thấy mặt trời, ở trong nhà, dưới bóng cây,…;

Tổng hai thành phần trên được gọi là tổng xạ của bức xạ mặt trời ở mặt đất Các Trạm Khí tượng thường đo các thành phần này nhiều lần trong một ngày và liên tục trong nhiều năm để có số liệu đánh giá tiềm năng NLMT

T lệ của các thành phần trực xạ và tán xạ trong tổng xạ phụ thuộc vào điều kiện

tự nhiên và trạng thái thời tiết của địa điểm và thời điểm quan sát hay đo đạc Ví dụ ở nước ta, trong các tháng mùa H , t tháng 5 đến tháng , thì thành phần trực xạ chiếm

ưu thế (trên 5 % , còn trong mùa Đông, t tháng 12 đến tháng 2 năm sau thành phần

tán xạ lại chiếm ưu thế

Thành phần phản xạ t mặt nền ở nơi quan sát hay nơi đặt bộ thu NLMT, nó phụ thuộc vào hệ số phản xạ của mặt nền và tổng xạ tới Thành phần này chỉ được phân biệt khi thiết kế, tính toán các bộ thu NLMT Trong trường hợp chung nó là một phần rất nhỏ trong thành phần bức xạ tán xạ

1.1.3 u tr n t tri n tri n i ứng ng năng lượng mặt trời

NLMT trung bình trên bề mặt quả đất nằm trong khoảng 15 đến 3 m2 hay

t 3,5 đến , kWh/m2 ngày

NLMT t lâu đã được con người khai thác sử dụng bằng các phương pháp tự nhiên, trực tiếp và đơn giản như phơi sấy (quần áo, vật dụng; nông, lâm, hải sản; sưởi ấm… Tuy nhiên cách sử dụng NLMT theo các phương cách tự nhiên nói trên có hiệu quả thấp và hoàn toàn thụ động

NLMT có thể sử dụng dưới dạng nhiệt hay biến đổi thành điện Điện t mặt trời

là dạng điện năng được tạo ra khi biến đổi NLMT thành điện năng nhờ hiệu ứng quang điện (photovoltaic effect, viết tắt PV một cách trực tiếp, hoặc nhờ các hệ thống nhiệt điện thông qua hiệu ứng hội tụ tia mặt trời (concentrated solar power, CSP một cách gián tiếp Các hệ thống CSP sử dụng các thấu kính hay các gương hội tụ và hệ thống

“d i theo mặt trời” (solar tracking systems để hội tụ một diện tích lớn các tia mặt trời vào một diện tích nhỏ hơn (gọi là điểm hay đường hội tụ Nguồn nhiệt hội tụ này sau

đó được sử dụng để phát điện Các hệ thống này gọi là hệ nhiệt điện mặt trời Còn các

hệ thống PV biến đổi ánh sáng thành điện năng khi dùng hiệu ứng quang điện được gọi là hệ thống điện PV

Ứng dụng quan trọng đầu tiên của pin mặt trời là nguồn dự phòng (back-up cho

về tinh nhân tạo Vanguard I vào năm 1 5 , nó đã cho phép truyền tín hiệu về quả đất hơn một năm sau khi nguồn ắc qui điện hóa đã bị kiệt Sự hoạt động thành công này của pin mặt trời trên vệ tinh đã được lặp lại trong nhiều về tinh khác của Liên Xô và

Mỹ Vào cuối những năm 1 6 , PV đã trở thành nguồn năng lượng được được sử dụng riêng cho vệ tinh PV đã có một vai trò rất quan trọng công nghệ vệ tinh thương mại và

nó vẫn giữ vị trí đó đối với hạ tầng viễn thong ngày nay

Nhờ sự phát triển của khoa học công nghệ nên hiện nay con người đã biết khai thác NLMT một cách hiệu quả và chủ động hơn nhờ các công nghệ hiện đại

Nhà máy nhiệt điện mặt trời thương mại đầu tiên được xây dựng trong những năm 1 Nhà máy có công suất lớn nhất là 354M xây dựng tại Sa mạc Mo ave ở California (Mỹ Các nhà máy lớn khác như nhà máy Solnova (15 M và Andasol (1 M , cả hai đều ở Tây Ban Nha

Những phát triển giai đoạn đầu của công nghệ năng lượng mặt trời (CN NLMT

bắt đầu trong những năm thập niên 1 đã được kích thích bởi sự kiện rằng than sẽ không lâu nữa sẽ bị cạn kiệt Tuy nhiên, sự phát triển của CN NLMT sau đó bị chậm lại vào thời gian đầu của thế k 2 do phải đối mặt với các vấn đề về giá, tính kinh tế

và tính tiện dụng của than và dầu Năm 1 4, người ta đã ước tính rằng chỉ có 6 hộ ở tất cả khu vực Bắc Mỹ sử dụng hoàn toàn năng lượng cho sưởi ấm và làm lạnh nhờ các

hệ thống thiết bị NLMT Sự cấm vận dầu năm 1 3 và sự khủng hoảng năng lượng năm 1 đã làm thay đổi chính sách năng lượng trên phạm vi thế giới và CN NLMT lại được quan tâm thúc đẩy phát triển Chiến lược triển khai tập trung vào các chương trình tăng tốc như Chương trình sử dụng PV Liên Bang ở Mỹ, Chương trình NLMT ở Nhật Các cố gắng khác gồm có sự xây dựng các cơ sở nghiên cứu ở Mỹ (S RI, nay là

NR L , Nhật (N DO và Đức ( raunhofer Institute for Solar nergy Systems IS Giữa các năm 1 và 1 3 các lắp đặt PV tăng rất nhanh, nhưng đầu những năm 1 do giá dầu giảm nên làm giảm nhịp độ phát triển của PV t 1 4 đến 1 6

T 1 , sự phát triển của PV lại được gia tốc do các vấn đề khó khăn về cung cấp dầu và khí, do sự nóng lên của quả đất, và sự cải thiện của công nghệ sản xuất PV, dẫn đến tính tính tế của PV trở nên tốt hơn Sản xuất PV tăng trung bình 4 % năm t năm

2 và công suất lắp đặt đã đạt đến 1 ,6G vào cuối năm 2 và 14, 3G vào năm 2 Năm 2 1 các nhà máy điện PV lớn nhất trên thế giới là Sania Power Plant

ở Canada

1.2 Tình hình ứng dụng điện mặt trời trên thế giới và tại Việt Nam

1.2.1 T n n t tri n điện mặt trời trên t ế giới

Tới nay, rất nhiều quốc gia đã nghiên cứu và đang ứng dụng thành công nguồn NLMT trong nhiều lĩnh vực của đời sống Tại Hoa Kì, các hoạt động quảng bá NLMT diễn ra rất sôi nổi Hàng năm, các tiểu bang ở miền đông đều mở hội nghị về năng lượng xanh với mục đích giới thiệu công nghệ mới về các thiết bị áp dụng NLMT cho các hộ gia đình và cơ sở kinh doanh nhỏ

Ở Pháp, t những năm của thập niên 6 thế kỉ trước, họ đã rất chú trọng tới việc giải quyết thiếu hụt năng lượng cho quốc gia phát triển Họ đã thành công trong việc thiết kế và lắp đặt các hệ thống biến NLMT thành điện năng cung ứng cho các làng xã

có quy mô 1 hộ Nhờ đó, một số quốc gia vùng Trung Mỹ đã th a hưởng thành tựu này vì dễ lắp ráp và chi phí tương đối rẻ

Đan Mạch được cho là quốc gia sử dụng năng lượng hiệu quả nhất thế giới Ở Đan Mạch, ước tính có tới 3 % các hộ sử dụng tấm thu NLMT Đan Mạch là nước đầu tiên triển khai cơ chế buộc các nhà máy điện lớn phải mua điện xanh t các địa phương với giá cao ( eed - in tariff - IT Với cơ chế này, các địa phương hào hứng sản xuất điện xanh Mô hình đã được 3 nước áp dụng như: Đức, Tây Ba Nha, Nhật

Bản… Đức trở thành nước dẫn đầu thị trường PV thế giới (chiến 45% kể t khi điều chỉnh lại hệ thống giá điện ( eed-in tariff như là một phần của Chương trình “Hành động nguồn năng lượng tái tạo” (Renewable nergy Sources Act Công suất lắp đặt

PV đã tăng t 1 M năm 2 lên gần 415 M vào cuối năm 2 (bảng 1.5 Sau năm 2 , Tây Ban Nha trở thành nước có sự phát triển sôi động nhất Các nước Pháp, Italy, Hàn uốc và Mỹ cũng đã tăng công suất lắp đặt lên rất nhanh trong các năm mới đây nhờ các chương trình kích thích và các điều kiện thị trường địa phương Các nghiên cứu mới đây đã cho thấy rằng, thị trường PV thế giới được dự báo vượt quá 16G vào năm 2 1

ảng 1.1 Các nước có nhà máy điện từ pin mặt trời cỡ lớn

(công suất trên 1MWp )

ảng 1.2 Các nhà máy điện mặt trời PV lớn nhất thế giới (trên 0MW

3 insterwalde Solar Park (Đức) 80,7

Pha 1 hoàn thành

2009, pha 2 và 3,

2010

4 Rovigo PV Power Plant (Italia) 70 Hoàn thành 11 2 1

5 Olmedilla PV Park (Tây Ban Nha) 60 Hoàn thành 2

6 Strasskirchen Solar Park (Đức) 54

8 Puertollano PV Park (Tây Ban

T đó có thể thấy, các nước thi đua khai thác nguồn năng lượng vô tận t mặt trời Về mức độ khai thác và sử dụng NLMT, Việt Nam chỉ đang xếp hạng xấp xỉ với Lào hoặc ở mức gần bằng với Campuchia

Các nhà máy nhiệt điện mặt trời thương mại (CSP đã được xây dựng lần đầu tiên vào những năm 1 Tháp NLMT PS1 , 11M ở Tây Ban Nha, đã hoàn thành vào cuối năm 2 5, là hệ CSP thương mại đầu tiên ở Châu u và một nhà máy khác công suất 3 M được chờ đợi sẽ xây dựng vào năm 2 13 cùng tại vị trí đó Ngoài ra nhà máy Ivanpah Solar Power ở Đông Nam California gần biên giới Nevada được chờ đợi có công suất 3 2M

Công suất lắp đặt pin mặt trời trên toàn thế giới đến năm 2 là 1 3 M p Đức hiện đang dẫn đầu với 3 62M p Trong đó, P (watt-peak) là công suất điện một chiều của pin mặt trời được đo đạc trong các điều kiện tiêu chuẩn (với cường độ sáng: 1000 W/m2, nhiệt độ môi trường: 25OC, quang phổ của nguồn sáng thử nghiệm phải tương tự như quang phổ của BXMT tương ứng với hệ số khối lượng không khí là 1,5) (bảng 1.4)

ảng 1.3 Các nhà máy điện từ pin mặt trời lớn nhất thế giới

Tây Ban Nha

16 6 Olmedilla (Castilla la Mancha) Tây Ban Nha

T giữa các năm 1 các nước dẫn đầu trong lĩnh vực PV đã dịch t Mỹ sang Nhật Bản và Châu u Trong các năm 1 2-1994, Nhật Bản đã tăng nguồn cung cấp kinh phí cho các hoạt động R D, đã xây dựng hướng dẫn về ĐMT nối lưới và đã đưa vào một chương trình bù giá cho ĐMT, và do đó đã thúc đẩy sự lắp đặt các hệ thống

PV cho khu dân cư Kết quả là, sản xuất trên thế giới đã tăng 3 % trong các năm cuối của thập k 1

Các hệ PV cho dân sự (domestic thường được tính công suất theo đơn vị kilowatt-peak, k p (thông thường nằm trong dải t 1 đến 1 k p Mặc dù tiềm năng

NLMT rất lớn Tuy nhiên, đến năm 2 nó mới chỉ cung cấp được dưới , 2% tổng nhu cầu năng lượng của nhân loại

Một vấn đề quan trọng với ĐMT là chi phí lắp đặt còn cao, mặc dù chi phi đó đã giảm nhiều so với các thập niên trước đây Đặc biệt các nước đang phát triển có thể không có đủ quĩ tài chính để xây dựng các nhà máy PV, mặc dù các ứng dụng qui mô nhỏ hiện nay đã có thể thay thế các nguồn khác trong các nước đang phát triển

1.2.2 T n n t tri n điện mặt trời tại Việt N m

1.2.2.1 Tiềm năng điện mặt trời ở Việt Nam

Việt Nam thuộc vùng có bức xạ mặt trời vào loại cao trên thế giới, với số giờ nắng dao động t 1600-2600giờ năm, (trung bình xấp xỉ 5kWh/m2 ngày , được đánh giá là khu vực có tiềm năng rất lớn về năng lượng mặt trời, đặc biệt là tại khu vực miền Trung và miền Nam Theo các nhà chuyên môn thì trong tương lai, nhu cầu sử dụng các thiết bị chạy bằng năng lượng mặt trời ở nước ta là rất lớn, kể cả khu vực thành thị cũng như khu vực nông thôn Pin mặt trời v a có thể thay thế cho thu điện nhỏ khi mùa hanh khô, v a có thể là nguồn năng lượng dự trữ khi điện lưới quốc gia không đủ cung cấp cho người dân

1.2.2.2 Những dự án điện mặt trời ở Việt Nam

Tuy tiềm năng điện mặt trời ở Việt Nam là rất lớn nhưng do chi phí phát triển điện mặt trời hiện nay còn khá cao nên các dự án điện mặt trời ở Việt Nam chủ yếu có quy mô nhỏ lẻ và mang tính chất thử nghiệm Các dự án điện mặt trời này thường là các hệ thống điện mặt trời độc lập cung cấp điện cho các khu vực mà lưới điện quốc gia chưa thể vươn tới như các vùng núi, vùng xa vùng xôi, hải đảo

Các dự án điện mặt trời tiêu biểu có thể kể đến như:

- Dự án điện mặt trời trên đảo Cù Lao Chàm – uảng Nam với 166 tấm pin mặt trời tổng công suất 2 k p

- Trung tâm Hội nghị uốc gia Mỹ Đình Tổng công suất 154kW

- Dự án tại Xã Thượng Trạch, Bố Trạch, uảng Bình Công suất 11k

- Hệ thống điện mặt trời cung cấp điện cho quần đảo Trường Sa

Bên cạnh những dự án điện mặt trời độc lập kể trên, các hệ thống điện mặt trời nối lưới cũng bắt đầu xuất hiện ở Việt Nam, tiêu biểu là hệ thống điện mặt trời trên nóc tòa nhà bộ công thương với công suất 12k Dự án này với mục tiêu trình diễn công nghệ là chính, nhưng nó cũng cho thấy sự hiệu quả của mình

1.3 Một số công nghệ ứng dụng và sử dụng trong đề tài

1.3.1 Pin mặt trời

1.3.1.1 Cấu tạo của pin mặt trời

Cấu tạo bằng Silic

Trong bảng tuần hoàn Silic (Si) có số thứ tự 14- 1s22s22p63s23p2 Các điện tử của

nó được sắp xếp vào 3 lớp vỏ, 2 lớp vỏ bên trong được xếp đầy bởi 1 điện tử Tuy nhiên lớp ngoài cùng của nó chỉ được lấp đầy 1 nửa với 4 điện tử 3s23p2 Điều này làm nguyên tử Si có xu hướng dùng chung các điện tử của nó với các nguyên tử Si khác Trong cấu trúc mạng tinh thể nguyên tử Si liên kết với 4 nguyên tử Si lân cận để lớp

vỏ ngoài cùng có chung điện tử (bền vững)

Để tăng khả năng dẫn điện của bán dẫn silicon người ta thường pha tạp chất vào trong đó Trước tiên ta xem xét trường hợp tạp chất là nguyên tử phospho (P) với t lệ khoảng một phần triệu P có 5 điện tử ở lớp vỏ ngoài cùng nên khi liên kết trong tinh thể Si sẽ dư ra 1 điện tử Điện tử này trong điều kiện bị kích thích nhiệt có thể bứt khỏi liên kết với hạt nhân P để khuếch tán trong mạng tinh thể

Chất bán dẫn Si pha tạp P được gọi là bán dẫn loại N (Negative) vì có tính chất dẫn điện bằng các điện tử tự do Ngược lại, nếu chúng ta pha tạp tinh thể Si bằng các nguyên tử Boron (B) chỉ có 3 điện tử ở lớp vỏ, chúng ta sẽ có chất bán dẫn loại P (Positive) có tính chất dẫn điện chủ yếu bằng các l trống

Khi ta cho 2 loại bán dẫn trên tiếp xúc với nhau Khi đó, các điện tử tự do ở gần mặt tiếp xúc trong bán dẫn loại N sẽ khuyếch tán t bán dẫn loại N - bán dẫn loại P và lấp các l trống trong phần bán dẫn loại P này

Liệu các điện tử tự do của bán dẫn N có bị chạy hết sang bán dẫn P hay không? Câu trả lời là không Vì khi các điện tử di chuyển như vậy nó làm cho bán dẫn N mất điện tử và tích điện dương, ngược lại bán dẫn P tích điện âm Ở bề mặt tiếp xúc của 2 chất bán dẫn bây giờ tích điện trái ngược và xuất hiện 1 điện trường hướng t bán dẫn

N sang P ngăn cản dòng điện tử chạy t bán dẫn N sang P Và trong khoảng tạo bởi điện trường này hầu như không có electron hay l trống tự do

Tinh thể Si tinh khiết là chất bán dẫn dẫn điện rất kém vì các điện tử bị giam giữ bởi liên kết mạng, không có điện tử tự do Chỉ trong điều kiện kích thích quang, hay nhiệt làm các điện tử bị bứt ra khỏi liên kết, các điện tử (tích điện âm) nhảy t vùng hóa trị lên vùng dẫn bỏ lại vùng hóa trị 1 l trống (tích điện dương , thì khi đó chất bán dẫn mới dẫn điện

Hiện nay vật liệu chủ yếu cho pin mặt trời là các silic tinh thể Pin mặt trời t tinh thể silic chia thành 3 loại:

Một tinh thể hay đơn tinh thể module sản xuất dựa trên quá trình czoschralski,

đơn tinh thể này có hiệu suất tới 16% và thường rất đắt tiền Do được cắt t các thỏi hình ống, các tấm đơn thể này có các mặt trống ở góc nối các module

Đa tinh thể t các thỏi đúc – đúc t silic nung chảy cẩn thận được làm nguội và làm rắn Các pin này thường rẻ hơn các đơn tinh thể, tuy nhiên hiệu suất kém hơn Chúng có thể tạo thành các vuông che phủ bề mặt nhiều hơn đơn tinh thể bù lại cho hiệu suất thấp của nó

Một lớp tiếp xúc bán dẫn p – n có khả năng biến đổi trực tiếp năng lượng bức xạ mặt trời thành điện năng nhờ hiệu ứng quan điện bên trong gọi là pin mặt trời Pin mặt trời được sản xuất và ứng dụng phổ biến hiện nay là các pin mặt trời được chế tạo t vật liệu tinh thể bán dẫn silicon (Si) có hóa trị 4 T tinh thể silic tinh khiết, để có vật liệu tinh thể bán dẫn Si loại n, người ta pha tạp chất donor là photpho có hóa trị 5 Còn

có thể có vật liệu bán dẫn tinh thể loại p thì tạp chất acceptor được dùng để pha vào silic là Bo có hóa trị 3 Đối với pin mặt trời t vật liệu tinh thể silic khi bức xạ mặt trời chiếu đến thì hiệu điện thế hở mạch giữa 2 cực khoảng ,55V và dòng điện đoản mạch của nó khi bức xạ mặt trời có cường độ 1.000W/m2 vào khoảng 25 – 30 mA/cm2

1.3.1.2 Nguyên lý hoạt động của pin mặt trời

a Hiện tượng quang điện

n 1.1 C c ùng năng lượng

Hiệu ứng quang điện được phát hiện đầu tiên năm 1 3 bởi nhà vật lý Pháp Alexandre Edmond Becquerel Tuy nhiên tới năm 1 3 thì một pin mặt trời mới tạo thành bởi Charles ritts, ông phủ lên mặt bán dẫn selen một lớp cực mỏng vàng để tạo nên mạch nối Thiết bị chỉ có hiệu suất 1%, Russell Ohl được xem là người tạo ra pin mặt trời đầu tiên 1 46 Sau đó Sven Ason Berglund đã có các phương pháp liên quan đến việc tăng khả năng cảm nhận ánh sáng của pin

Xét một hệ hai mức năng lượng điện tử 1 < E2, bình thường điện tử chiếm mức

năng lượng thấp hơn 1 Khi nhận bức xạ mặt trời, lượng tử ánh sáng photon có năng lượng hv (trong đó h là hằng số Planck, v là tần số ánh sáng bị điện tử hấp thụ và chuyển lên mức năng lượng 2 Ta có phương trình cân bằng năng lượng:

Hv= E2–E1 (1.1) Trong các vật thể rắn, do tương tác rất mạnh của mạng tinh thể lên điện tử vòng ngoài, nên các mức năng lượng của nó bị tách ra nhiều mức năng lượng sát nhau và tạo thành các vùng năng lượng (hình 3.5 Vùng năng lượng thấp bị các năng lượng điện tử chiếm đầy khi ở trạng thái cân bằng gọi là vùng hóa trị, mà mặt trên của nó có chức năng lượng v Vùng năng lượng ở trên tiếp đó hoàn toàn trống hoặc chỉ chiếm một phần gọi là vùng dẫn, mặt dưới của vùng có năng lượng c Cách ly giữa hai vùng hóa trị và vùng dẫn là một vùng có cấp độ rộng với năng lượng là g, trong đó không

có mức năng lượng cho phép nào của điện tử

n 1.2 Bi u iễn ương tr n cân bằng năng lượng

Khi nhận bức xạ mặt trời, photon có năng lượng hv tới hệ thống và bị điện tử ởvùng hóa trị thấp hấp thu và nó có thể chuyển lên vùng dẫn để trở thành điện tử tự do e-, để lại ở vùng hóa trị một l trống có thể như hạt mang điện dương, ký hiệu là h+

L trống này có thể duy chuyển và tham gia vào quá trình dẫn điện Hiệu ứng lượng tử của quá trình hấp thụ photon có thể miêu tả bằng phương trình:

Ev + hv -> e-+h+ (1.2) Trong thực tế các hạt dẫn bị kích thích e- và h+ đều tự phát tham gia vào quá trình phục hồi, chuyển động đến mặt của các vùng năng lượng: điện tử e- giải phóng năng lượng để giải phóng đến mặt của vùng dẫn c, còn l trống h+ duy chuyển đến mặt của v, quá trình phục hồi chỉ xảy ra trong khoảng thời gian rất ngắn 1 -12-10-1 giây và gây ra dao động mạnh (photon Năng lượng bị tổn hao do quá trình phục hồi

sẽ là:

Eph = hv–Eg (1.3) Tóm lại khi vật rắn nhận tia bức xạ mặt trời, điện tử ở vùng hóa trị hấp thụ năng lượng photon hv và chuyển lên vùng dẫn và tạo ra cặp hạt dẫn điện tử - l trống e- -

h+, tức là đã tạo ra một hiệu điện thế Hiện tượng đó gọi là hiệu ứng quang điện bên trong

b Nguyên lý hoạt động của pin mặt trời

Nguyên lý hoạt động của pin mặt trời chính là hiện tượng quang điện xảy ra trên lớp tiếp xúc p-n

Khi một nhóm photon chạm vào mảnh silic, một trong hai điều sẽ xảy ra

Năng lượng photon truyền xuyên qua mảnh silic Điều này thường xuyên xảy ra khi năng lượng của photon thấp hơn năng lượng đủ để đưa các hạt electron lên mức năng lượng cao hơn

Năng lượng của photon được hấp thụ bởi silic Điều này thường xuyên xảy ra khi năng lượng của photon lớn hơn năng lượng đủ để đưa các hạt electron lên mức năng lượng cao hơn

Khi photon được hấp thụ, năng lượng của nó được truyền đến các hạt electron trong mạng tinh thể (thông thường các electron này ở lớp ngoài cùng Khi electron được kích thích, trở thành dẫn điện, các lectron này có thể tự do di chuyển trong bán dẫn Khi đó nguyên tử sẽ thiếu 1 electron gọi là l trống L trống này tạo điều kiện cho các electron của các nguyên tử bên cạnh di chuyển đến điều vào ch trống và điều này tạo điều kiện cho nguyên tử bên cạnh hình thành nên l trống Cứ tiếp tục như vậy electron và l trống di chuyển xuyên suốt mạch bán dẫn và tạo ra dòng điện

Với mạng tinh thể silic, giá trị g = g - EV tương đối thấp (vào 1,1eV , tương đương với năng lượng của tia hồng ngoại (1, eV Do đó, silic có thể hấp thu phần lớn ánh sáng mặt trời (t tia hồng ngoại đến tia tử ngoại Tuy nhiên, do những photon có năng lượng lớn sẽ bị thất thoát phần dư th a ở dạng nhiệt nên phần năng lượng hấp thụ được chuyển đổi thành nhiệt năng lớn hơn năng lượng điện (ngoài ra còn phải kể đến

sự thất thoát gây ra bởi cấu trúc vật liệu, phản xạ bề mặt và sự tinh khiết của silicon… Hiệu suất lý thuyết tối đa của pin mặt trời silicon dơn tinh thể là 31% (với loại pin một lớp silicon

c Đặc tính làm việc của pin mặt trời

 Mạch điện tương đương

Khi được chiếu sáng, nếu ta nối các bán dẫn p và n của một tiếp xúc p-n bằng một dây dẫn, thì pin mặt trời phát ra một dòng quang điện Iph Vì vậy pin mặt trời có thể xem như một nguồn dòng

Lớp tiếp xúc bán dẫn p-n có tính chỉnh lưu tương đương một diode.Tuy nhiên, khi phân cực ngược, do điện trở tiếp xúc có tính giới hạn, nên vẫn có một dòng điện được gọi là dòng rò qua nó Đặc trưng cho dòng rò qua lớp tiếp xúc p-n người ta đưa vào đại lượng điện trở Rsh

Dòng điện chạy trong mạch phải đi qua các lớp bán dẫn p và n, các điện cực, các lớp tiếp xúc,…Đặc trưng cho tổng các điện trở của các lớp đó là một điện trở Rsh nối tiếp trong mạch (có thể coi là nội điện trở của pin mặt trời, phụ thuộc vào độ sâu của lớp bán dẫn , sự tinh khiết và điện trở tiếp xúc)

Như vậy, một pin mặt Trời được chiếu sáng có sơ đồ tương đương như :

n 1.3 Đường đặc trưng t eo độ c iếu s ng củ in mặt trời

( ( )

) ( )

] (1.1) Trong đó:

Iα : dòng quang điện (A/m2)

Id : dòng qua diot (A/m2)

Ish : dòng dò (A/m2)

Is : dòng bão hòa (A/m2)

n : được gọi là th a số lý tưởng phụ thuộc vào các mức độ hoàn thiện

công nghệ pin mặt Trời Gần đúng có thể lấy n = 1

Rs : điện trở nối tiếp (điện trở trong) của pin mặt Trời (Ω m2);

Rsh : điện trở shun (Ω m2

);

q : điện tích của điện tử (C)

Thông thường điện trở sơn Rsh rất lớn vì vậy có thể bỏ qua số hạng cuối trong biểu thức (1.1 Đường đặc trưng sáng V-A của pin mặt trời cho bởi biểu thức có dạng như đường cong trong (hình 1.5 Có ba điểm quan trọng trên đường đặc trưng này: Dòng ngắn mạch Isc

Điện áp hở mạch Voc

Điểm công suất cực đại PM

 Điểm làm việc cực đại

Xét một đường đặc tính V-A của pin mặt Trời đối với một cường độ bức xạ cho trước và ở nhiệt độ xác định Nếu các cực của pin mặt trời được nối với tải tiêu thụ

điện R thì điểm cắt nhau của đường đăc tính V-A của pin mặt Trời và đường đặc trưng của tải trong tọa độ OIV là điểm làm việc của pin mặt Trời Nếu tải tiêu thụ điện của một pin mặt Trời là một tải điện trở Ohm thuần, thì đường đặc trưng tải là một đường thẳng đi qua gốc tọa độ và có độ nghiêng α đối với trục OV và tgα = 1/R (trên hình 1 , (theo định luật Ohm ta có I = V R Trong trường hợp này, công suất pin mặt trời cấp cho tải chỉ phụ thuộc vào giá trị điện trở R

Trong tọa độ OIV, công suất pin mặt Trời cấp cho tải R bằng diện tích hình chữ nhật giới hạn bởi hoành độ và tung độ của điểm làm việc Với các giá trị R khác nhau, các điểm làm việc sẽ khác nhau và do đó tải tiêu thụ cũng khác nhau Tồn tại một giá trị R=ROPT mà tại đó công suất tải tiêu thụ là cực đại Điểm làm việc ứng với công suất

cực đại, điểm A trên Hình 1.4 Điểm làm việc và điểm công suất cực đại, là điểm tiếp

xúc giữa đường đặc tính VA của pin mặt Trời và đường công suất không đổi (đường công suất không đổi IV = const là các đường hypecbol

n 1.4 Đi m l m iệc đi m công suất cực đại

Giá trị điện trở tải tối ưu ROPT được xác định theo định luật Ohm:

(1.2) Điều kiện cường độ bức xạ không đổi và nhiệt độ cho trước ta thấy:

- Nếu điện trở tải nhỏ, R << ROPT, pin mặt trời làm việc trong miền MN là miền mà cường độ dòng điện gần như không đổi và gần bằng dòng đoản mạchISC

- Nếu điện trở tải R lớn, R >> ROPT, pin mặt Trời làm việc trong miền PS với hiệu điện thế gần như không đổi và bằng thế hở mạchVOC

Ta thấy rằng pin mặt Trời chỉ làm việc có hiệu quả khi tải tiêu thụ điện có giá trị

lân cận ROPT Điều này không phải lúc nào cũng dễ dàng đạt được bởi vì điểm làm việc ngay đối với một máy tiêu thụ điện cũng thay đổi Ngoài ra bức xạ mặt Trời và nhiệt độ của môi trường thay đổi liên tục theo thời gian, nên đường đặc tính V-A của pin mặt Trời cũng thay đổi và do đó làm dịch chuyển điểm làm việc ra khỏi điểm làm việc tối ưu

Công suất đỉnh là công suất ra cực đại của pin mặt trời dưới điều kiện cường độ bức xạ và nhiệt độ nhất định Thường được tính dưới điều kiện thử nghiệm chuẩn (STC : Standard Test Condition là cường độ bức xạ 1 m2 và nhiệt độ 25oC Công suất đỉnh thường được đo bằng p ( att peak , để chỉ ra giá công suất đỉnh ở điều kiện phòng thí nghiệm, giá trị này rất khó đạt được dưới điều kiện hoạt động thực tế

d Dàn pin mặt trời

Dàn pin mặt trời (array PV , được ghép nối t các tấm pin mặt trời (module PV ,

là thành phần quan trọng nhất của hệ thống pin năng lượng mặt trời.Chúng có nhiệm

vụ biến đổi năng lượng hấp thụ t mặt trời thành điện năng cung cấp cho phụ tải Tùy theo công suất cần thiết mà kỹ sư thiết kế ghép nối các tấm pin theo các dãy song song hoặc nối tiếp khác nhau

Có hai cách ghép cơ bản:

- Ghép nối tiếp các tấm mođun lại sẽ cho điện áp ra lớn hơn

- Ghép song song các tấm module lại sẽ cho dòng điện ra lớn

Trong thực tế phương pháp ghép h n hợp được sử dụng nhiều hơn để đáp ứng cả yêu cầu về điện áp và dòng điện

 Phương pháp ghép nối tiếp các tấm module mặt trời:

n 1.5 G é nối tiế i mo ule in mặt trời ( ) đường đặc trưng VA củ

c c mo ule củ cả ệ (b)

Giả sử các module đều giống hệt nhau, có đường đặc tính V-A giống hết nhau, các thông số dòng đoản mạch ISC, thế hở mạch VOC bằng nhau Giả sử cường độ chiếu sáng trên các tấm là đồng đều nhau Khi ghép nối tiếp các tấm module này ta sẽ có:

I = I1 = I2 = …, = Ii (1.3)

n

1 i i

VV

(1.4)

n

1 i i n

1 i

i PIV

I.VP

(1.5)

n

1 i opti opt

n

1 i opti opt

iopt opt I , V V , P PI

(1.6)Trong đó:

I, P, V : là dòng điện, công suất và hiệu điện thế của cả hệ

Ii, Vi, Pi : là dòng điện, công suất, hiệu điện thế của module thứ i trong hệ

Iopi, Vopi, Popi : là dòng điện làm việc tối ưu, điện thế làm việc tối ưu, công suất làm việc tối ưu của các module thứ i trong hệ

Iop, Vop, Pop : là dòng điện làm việc tối ưu, điện thế làm việc tối ưu, công suất làm việc tối ưu của hệ

Khi tải có giá trị 0 < R < Các module làm việc như các máy phát tương đương Đường đặc tính vôn - ampe của hệ bằng tổng hình học của hai đường đặc trưng của

m i module

 Ghép song song các module mặt trời:

Ở cách ghép này, ta cũng giả sử các module đều giống hệt nhau, có đường đặc tính V-A giống hết nhau, các thông số dòng đoản mạch Isc thế hở mạch Voc bằng nhau Giả sử cường độ chiếu sáng trên các tấm là đồng đều nhau

n 1.6 G é song song i mo ule in mặt trời ( ) đường đặc trưng VA

củ c c mo ule củ cả ệ (b)

Khi đó ta có:

U = U1 = U2 =…= Ui (1.7)

n

1 i i n

1 i

i PVI

I.VP

(1.8)

n

1 i opti opt

n

1 i opti opt

n

1 i opti opt

iopt

V

(1.10)Đường đặc tính VA của hệ cũng được suy ra bằng cách cộng các giá trị dòng điện I ứng với các giá trị điện thế V không đổi.Trong trường hợp này, các pin cũng làm việc như các máy phát

Trên thị trường hiện nay, các tấm pin năng lượng mặt trời được thiết kế với công suất dao động t 25 p đến 23 p.Tùy theo chủng loại, số lượng cells trên m i tấm pin thường là 1 , 36, 2 hoặc nhiều hơn Hiệu suất tiêu chuẩn của các tấm pin năng lượng mặt trời thương mại vào khoảng 15-18%

n 1.7 D n in năng lượng mặt trời

Các tấm pin mặt trời được lắp đặt ở ngoài trời có thể hứng được ánh sáng mặt trời tốt nhất nên cần thiết kế các tính năng và chất liệu đặt biệt, có thể chịu được sự khắc nghiệt của thời tiết, khí hậu và nhiệt độ…Ngoài ra chất keo và chất nền phải có tính dẫn nhiệt để giúp pin tỏa nhiệt tốt, nâng cao hiệu suất chuyển đổi pin

1.3.2 Bộ ng ịc lưu inverter

DC-AC Inverter là thiết bị nghịch lưu, chuyển đổi dòng điện một chiều t ắc quy

(hoặc tấm pin thành dòng điện xoay chiều cho tải Tùy theo nhu cầu mà Inverter được thiết kế với các cấp công suất khác nhau

Có nhiều loại Inverter, thường được phân biệt qua dạng sáng điện áp đầu ra: dạng sóng hình sin chuẩn (true line , giả since, sóng vuông, sóng bậc thang Các bộ Inverter giả sine, sóng vuông, hoặc bậc thang chỉ dùng cho các tải không có tính cảm (đ n chiếu sáng, tivi, radio Với các tải là động cơ điện, quạt điện…tức là những thiết bị có cuộn cảm thì phải dùng các bộ biến đổi có sóng ra dạng sin chuẩn Các bộ Inverter dùng trong các hệ thống pin mặt trời lớn thường là dạng sin chuẩn (có thể sử dụng cho nhiều loại tải khác nhau

Ngoài ra còn các thiết bị khác như hệ thống rơ le bảo vệ, máy cắt, hệ thống điều khiển tuy nhiên trong phạm vi đề tài này tôi xin chỉ nêu những thiết bị chính về mặt nhất thứ dùng riêng cho hệ thống điện mặt trời nối lưới tại hồ thủy điện Krông H’năng

1.4 Các mô hình cơ bản của nhà máy điện mặt trời

1.4.1 Vận n độc lậ ới lưới (Off Gri )

Hệ thống pin mặt trời vận hành độc lập chỉ dựa vào năng lượng mặt trời để phát

ra điện năng Tùy nhu cầu và mục đích sử dụng mà có thể có hoặc không có ắc quy để

dự trữ năng lượng ui mô và thiết kế của hệ thống này phù hợp cho các tải điện một chiều hoặc xoay chiều công suất nhỏ hoặc ứng dụng cho các vùng không có điện lưới Dạng đơn giản nhất của hệ thống quang điện độc lập là hệ thống liên kết tải trực tiếp, tức là dòng điện một chiều phát ra t module quang điện sẽ được dẫn trực tiếp vào mà không thông qua hệ thống trung gian (như bình ắc quy Đương nhiên là hệ thống này chỉ có tác dụng ban ngày (vào những giờ nắng , cung cấp điện cho các tải nhỏ như hệ thống quạt thông khí, hệ thống bơm nước… Phần thiết kế quan trọng nhất cho hệ thống trực tiếp là tính toán điện trở tải sao cho phù hợp với công suất tối đa của

hệ thống pin mặt trời Đối với một số loại tải như máy bơm nước, người ta gắn một dạng biến thiên điện DC-AC điện t , gọi là hệ thống theo d i công suất tối đa giữa nguồn và tải có thể tận dụng tốt hơn công suất tối đa của nguồn

1.4.2 Vận n i u l i ( ybri )

Hệ thống cục bộ có thể kết hợp với các nguồn khác (điện gió, máy phát điện diesel… như nguồn phát thứ cấp, khi đó ta có hệ thống pin mặt trời liên kết hay hệ thống kiểu lai (hybrid system … Về mặt vận hành, hệ thống liên kết tương tự hệ thống độc lập, tuy nhiên khi không có ánh sáng mặt trời thì nguồn điện của hệ thống vẫn được duy trì nhờ các nguồn thứ cấp

Hệ thống liên kết này đặc biệt thích hợp cho các vùng có tiềm năng cả về năng lượng gió và năng lượng mặt trời Ban ngày, hệ thống pin mặt trời sẽ làm nhiệm vụ cung cấp điện chính, còn ban đêm thì hệ thống điện gió sẽ làm nhiệm vụ cung cấp điện

chính cho tải

1.4.3 Vận n ết nối ới lưới điện (gri tie)

Hệ thống pin năng lượng mặt trời vận hành kết nối với lưới điện có vai trò như một phần của mạng điện khu vực Có hai dạng hệ thống pin mặt trời nối lưới: trực tiếp

và trữ ắc quy Module pin mặt trời và bộ chuyển DC AC là hai thành phần thiết yếu trong cả hai dạng hệ thống nối lưới Module pin măt trời có vai trò chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành dòng điện một chiều, và bộ chuyển DC AC chuyển dòng điện một chiều thành dòng điện xoay chiều

Hệ thống điện pin mặt trời nối lưới trực tiếp tương đối đơn giản hơn và hiệu quả hơn trong vài trường hợp Hệ thống này chuyển đổi tức thời dòng điện một chiều thành xoay chiều và kết nối vào lưới điện Tại đây, hệ thống pin mặt trời chia tải với hệ thống điện lưới và quay ngược đồng hồ điện bất cứ khi nào thặng dư điện Đây là dạng thiết kế có giá thành thấp Tuy nhiên, do hệ thống này không có biện pháp dự phòng nên khi nguồn điện trung tâm bị cắt, thì xảy ra hiện tượng cúp điện đầu tải

Hệ thống sử dụng bình ắc quy để trữ điện thì khắc phục được trường hợp mất điện khi nguồn điện lưới bị cắt Hệ thống bao gồm một bộ ắc quy và các thiết bị điều khiển điện tử phức tạp hơn Một khi nguồn điện lưới bị cắt, điện dự trữ t ắc quy sẽ được sử dụng thay thế cho đến khi cạn nguồn dự trữ Nếu nguồn điện bị cắt vào ban ngày, hệ thống pin mặt trời sẽ liên tục nạp điện vào hệ thống ắc quy, t đó kéo dài khả năng dự trữ điện cho buổi tối

1.5 Kết luận

Năng lượng mặt trời truyền đến trái đất dưới dạng bức xạ Trong những ngày quang đãng (không có mây , phần năng lượng bức xạ mặt trời truyền tới bề mặt trái đất ở thời điểm cao nhất khoảng 1 m2

Một hệ thống điện pin mặt trời cơ bản gồm có ba thành phần là:

- Dàn pin mặt trời (nguồn điện

- Dàn ắc quy (dự trữ điện năng

- Hệ thống điều phối điện năng

Có ba mô hình vận hành cơ bản của hệ thống pin năng lượng mặt trời là:

- Mô hình vận hành độc lập

- Mô hình vận hành kiểu lai

- Mô hình vận hành kết nối lưới điện

Tùy theo yêu cầu và điều kiện cụ thể tại nơi lắp đặt mà ta chọn mô hình vận hành của hệ thống điện pin mặt trời thích hợp, để t đó tính toán và thiết kế hệ thống

CHƯƠNG 2 KHẢO SÁT THỰC TRẠNG HỒ THỦY ĐIỆN KRÔNG H’NĂNG

2.1 Tổng quan về hồ thủy điện Krông H’năng

n 2.1 Vị trí ồ t ủy điện Krông ’năng 2.1.2 Diện tích mặt thoáng

Trong vận hành mực nước hồ giao động t cao trình 243m đến cao trình 255m, trong trường hợp đặc biệt mực nước gia cường lớn nhất ở tần suất ,5% có thể dâng đến cao trình 225,16m Diện tích mặt hồ ở cao trình 243m (mực nước chết là 5,238km2 và diện tích ở cao trình 255m (mực nước dâng bình thường là 13,3 4km2

, đảm bảo đủ diện tích để lắp đặt các hệ thống pin năng lượng mặt trời

2.1.3 Vị trí lắ đặt thiết bị

2.1.3.1 Vị trí lắp đặt tấm pin

Khu vực lòng hồ cửa nhận nước và dọc theo thân đập đất có diện tích vào khoảng

5 ,5 ha Đây là khu vực nước tĩnh, vận tốc dòng chảy nhỏ, không bị ảnh hưởng của bóng che, không ảnh hưởng đến lưu thông của thuyền b , thuận lợi cho việc neo các tấm phao nên được chọn để đặt các phao nổi và các tấm PV trên mặt hồ

n 2.2 Vị trí lắ đặt ệ t ống in mặt trời trên ồ

2.1.3.2 Vị trí lắp đặt trạm inveter và thiết bị phân phối 0,4/22kV, TBA 22/110kV

Bên vai trái của đập dâng hồ thủy điện có một khoảng đất trống bằng phẳng có diện tích vào khoảng 4 ha đảm bảo đủ diện tích để đặt trạm inverter, trạm biến áp

22 11 kV và thiết bị phân phối 22kV, 11 kV Khu đất này trước đây được dùng cho các nhà thầu đặt trụ sở thi công nên khá bằng phẳng

2.1.4 Giao thông

Hồ thủy điện Krông H’năng năm bên cạnh quốc lộ 2 t Phú Yên đi Đăk Lăk nên rất thuận tiện cho việc thi công xây dựng công trình

2.2 Tiềm năng điện mặt trời lý thuyết tại khu vực

2.2.1 Số giờ năng trung b n và tổng xạ t eo ương ng ng (bức xạ)

Theo CXDVN 2:2 BXD, số liệu về số giờ nắng trong năm tại khu vực Phú Yên, Đăk Lăk là 2.46 giờ năm

Theo Meteonorm .1, lượng bức xạ ở khu vực Đăk Lăk là 4,9 kWh/m2/ngày (tương ứng 1.804 kWh/m2 năm

2.2.2 Nhiệt độ trung bình

Nhiệt độ thường cao, với nhiệt độ trung bình năm khoảng 260C Nhiệt độ cao nhất được ghi nhận là 41,40C và thấp k lục là ở khoảng 11, 0C Độ ẩm tương đối hằng năm là 5,6% với ghi nhận thấp nhất là 25%

2.3 Thực trạng lưới điện tại khu vực hồ thủy điện Krông H’năng

2.3.1 Lưới điện hạ thế và thông tin liên lạc

Các công trình đầu mối khu vực lòng hồ được cung cấp điện t hệ thống điện tự

dùng của nhà máy thông qua đường dây 6kV, các TBA 6,3 ,4kV

Hệ thống thông tin liên lạc thông suốt, thuận tiện với hệ thống thông tin nội bộ sử dụng mạng cáp quang và hệ thống thông tin được cung cấp t các nhà mạng Viettel, VNPT

2.3.2 Lưới điện 22kV, 110kV

Công trình thủy điện Krông H’năng được kết lưới điện quốc gia thông qua đường dây 11 kV Krông H’năng – aKar đấu nối đến TBA 11 kV aKar, huyện M’Đăk, tỉnh Đăk Lăk

Hình 2.3 Sơ đồ lưới điện 22 V, 110 V

2.4 Kết luận

Lựa chọn một địa điểm thích hợp là yếu tố quyết định trong việc phát triển thành công một dự án quang điện mặt trời Nhìn chung, quá trình lựa chọn địa điểm thi công phải xem xét các điều kiện ràng buộc và tác động của chúng lên giá thành sản xuất điện Các điều kiện chính cần được đánh giá bao gồm:

- uỹ đất

- Nguồn quang năng

- Khí hậu địa phương

- Địa hình

- Địa kỹ thuật

- Khả năng tiếp cận

- Nguồn nước

- Nguy cơ thảm họa thiên nhiên

- Kết nối lưới điện

Theo phân tích cho thấy rằng dự án đề xuất trên hồ công trình thủy điện Krông H’năng là đảm bảo về các mặt: khí hậu địa phương, địa hình và địa kỹ thuật, tính tiếp cận và nguồn nước

Còn lại 5 yếu tố cần được đánh giá là:

- uỹ đất

- Nguồn quang năng

- Nguy cơ thảm họa thiên nhiên

- Khả năng tiếp cận và nguồn nước

- Kết nối lưới điện sẵn có

1 Quỹ đất: Dự án sử dụng mặt hồ thủy điện Krông H’năng để lắp đặt hệ thống

pin mặt trời nên dự án sử dụng quỹ đất rất ít, các công trình còn lại chủ yếu sử dụng diện tích đất trong khu vực nhà máy thủy điện Krông H’năng

2 Nguồn quang năng: Theo Meteonorm, bức xạ mặt trờitại khu vực Đăk Lăk là

4,9 k h m2 ngày (tương ứng 1.804 k h m2 năm là phù hợp để xây dựng dự án điện mặt trời

3 Nguy cơ thảm họa thiên nhiên: Các thảm họa thiên nhiên như lụt, bão, động

đất, sóng thần, và cháy làm tăng nguy cơ hư hỏng hoặc ng ng hoạt động của nhà máy quang điện mặt trời Nguy cơ lớn nhất đối với nhà máy quang điện mặt trời

ở xã Cư Prao, huyện M’Đrăk, tỉnh Đăk Lăk là lũ lụt Lũ lụt có thể làm tăng nguy

cơ làm mất ổn định của hệ thống phao giá đỡ lắp trên hồ Nguy cơ về bão với gió tốc độ cao vượt quá tiêu chuẩn thiết kế có thể thổi bay nhà máy quang điện mặt trời Dựa theo các thông kê các năm qua thì ảnh hưởng bão ở khu vực này tương đối thấp Những nguy cơ này có thể được giảm thiểu bằng cách thiết kế các hệ thống ổn định hệ thống pin mặt trời

4 Khả năng tiếp cận và nguồn nước: Công trình năm bên cạnh Quốc lộ 29 và

nguồn nước sẵn t hồ thủy điện nên rất thuận lợi

5 Kết nối lưới điện có sẵn: Với lưới điện cấp điện áp 110kV và kết cấu hiện có

của đường dây đấu nối NMTĐ Krông H’năng đảm bảo đủ điều kiện truyền tải hết công suất khi dự án điện mặt trời trên hồ thủy điện Krông H’năng đấu nối lưới điện quốc gia

Kết luận: T các phân tích đánh giá cho thấy rằng địa điểm đề xuất trên hồ thủy

điện Krông H’năng thuộc xã Cư Prao, huyện M’Đrăk, tỉnh Đăk Lăk là phù hợp để phát triển dự án điện mặt trời

CHƯƠNG 3 ỨNG DỤNG PHẦN MỀM PVSYST THIẾT KẾ NHÀ MÁY

ĐIỆN MẶT TRỜI NỔI TRÊN HỒ THỦY ĐIỆN KRÔNG H’NĂNG

3.1 Yêu cầu hạng mục công việc chính cần thực hiện

Trong phạm vi đề tài này chỉ tập trung vào phần công nghệ mang tính đặc trưng của dự án năng lượng mặt trời nổi như hệ thống phao nổi, Pin, Inverter và 1 số sơ đồ kết nối tổng quan, do đó, chúng tôi chủ yếu giải quyết các hạng mục công việc chính như sau:

- Tính toán lựa chọn thiết bị cho nhà máy điện mặt trời nổi trên hồ thủy điện Krông H’năng sử dụng công nghệ tấm pin quang điện đặt trên các phao, giá đỡ đồng thời cũng là các máng đi cáp và đường giao thông vận hành, bảo dưỡng

- Tính toán, lựa chọn thiết bị cho các trạm Inverter nối với nhà máy điện mặt trời nổi

- Tính toán, lựa chọn thiết bị cho các trạm biến áp ,4 22kV đặt ngoài trời để đấu nối t các trạm Inverter đến đường dây 22kV

- Tính toán lựa chọn thiết bị cho trạm biến áp nâng áp 22 11 kV với 2 ngăn lộ bố trí theo 1 thanh góp

3.2 Giới thiệu sơ lược về phần mềm PVSyst

Phần mềm PVsyst được ra đời vào năm 1 4, do hai tác giả đồng sáng lập là ông André Mermoud và ông Michel Villoz

Các chức năng của phần mềm là nghiên cứu, tính toán, thiết kế hệ thống năng lượng mặt trời, bao gồm hệ thống điện năng lượng mặt trời nối lưới, hệ thống điện năng lượng mặt trời độc lập, hệ thống bơm năng lượng mặt trời và hệ thống điện năng lượng mặt trời lưới DC

Những tính năng của phần mềm PVsyst đối với việc thiết kế hệ thống điện năng lượng mặt trời:

- Có thể chọn vị trí lắp đặt hệ thống năng lượng mặt trời ở bất kỳ vị trí nào trên toàn thế giới, với việc thống kê dữ liệu khí tượng t các nguồn uy tín, để phục vụ cho việc đánh giá trữ lượng năng lượng mặt trời ở khu vực đó

- Chọn hệ thống pin quang điện, hệ thống biến tần, hệ thống dự trữ, hệ thống dây điện, hệ thống máy bơm…với những số liệu cụ thể, đánh giá khả năng của các hệ thống thông qua những vùng đặc tính làm việc tối ưu của nó

- Tính toán các tổn thất trong hệ thống một cách chi tiết

- Đánh khả năng đáp ứng của hệ thống năng lượng mặt trời đối với phụ tải

- Tính toán kinh tế của hệ thống năng lượng mặt trời t đó kết luận có nên thực hiện dự án hay không

3.3 Định vị địa điểm lấy số liệu khí tượng

3.3.1 Nhập số liệu đầu vào

Nhập các số liệu đầu vào cần thiết vào mục Meteo database

ảng 3.1 Thông số nhập vào mục Meteo database

Tọa độ vị trí điểm dữ liệu 12

o45’ vĩ bắc,

108o1 ’ kinh đông

Nguồn dữ liệu khí tượng

thủy văn Meteonorm 7.1 Dữ liệu khảo sát t năm 1991 đến 2 10

n 3.1 Gi o n ậ số liệu ết quả củ c ương tr n 3.3.2 Kết quả số liệu củ c ương tr n

n 3.2 Số liệu í tượng lấy từ ần mềm PVsyst

3.4 Lựa chọn, bố trí các tấm pin PV

3.4.1 Góc nghiêng tấm pin

Ứng với t ng địa điểm cụ thể tương ứng sẽ có một dãi góc nghiêng tối ưu để nhận được lượng bức xạ mặt trời tối đa Về lý thuyết góc nghiêng tối ưu sẽ tương đương với vĩ độ của nơi lắp đặt Tuy nhiên, cần lưu ý các yếu tố về tổn thất bụi bẩn,