hệ thống năngTHIẾT KẾ LẮP ĐẶT HỆ THỐNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI MÁI NHÀ CÔNG SUẤT 422kWp TẠI CÔNG TY TNHH MTV NHIỆT ĐIỆN THỦ ĐỨC lượng mặt trời Công ty Nhiệt Điện Thủ Đức nằm ở phía Đông Bắc Thành phố Hồ Chí Minh, cách trung tâm thành phố 12 km, có tổng diện tích 16,3ha, được đưa vào vận hành từ năm 1966. Địa chỉ: Km số 9, Xa lộ Hà Nội, quận Thủ Đức, Thành phố Hồ Chí Minh. Đây là một trong những Công ty điện lâu đời nhất ở miền Nam hiện vẫn còn hoạt động tốt và sẵn sàng phát điện lên lưới điện Quốc gia. Vị trí của Công ty trong khu vực: Phía Đông giáp Công ty Cổ phần Cơ điện Thủ Đức. Phía Tây giáp kênh đào Bắc. Phía Nam giáp Đường số 1 và là đường vào công chính của Công ty. Đối diện bên kia đường là Công ty Thép Thủ Đức (VIKIMCO). Phía Bắc giáp xí nghiệp Công trình thủy 622.
Trang 1
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
THIẾT KẾ LẮP ĐẶT HỆ THỐNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI MÁI
NHÀ CÔNG SUẤT 422kWp TẠI CÔNG TY TNHH MTV NHIỆT ĐIỆN THỦ ĐỨC
TP.HCM, 12/2020
Trang 2MỤC LỤC
Chương 1 TỔNG QUÁT 1
1.1 Giới thiệu về Công ty Nhiệt Điện Thủ Đức 1
1.2 Căn cứ để lập dự án 4
1.3 Sự cần thiết phải đầu tư 7
Chương 2 ĐẶC ĐIỂM KHU VỰC DỰ ÁN 9
2.1 ĐẶC ĐIỂM TỰ NHIÊN 9
2.1.1 Đặc điểm tự nhiên 9
2.1.2 Đặc điểm khí hậu 10
2.2 ĐẶC ĐIỂM TIỀM NĂNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI 11
2.2.1 Đặc điểm tiềm năng năng lượng mặt trời khu vực dự án 11
2.2.2 Đặc điểm tiềm năng năng lượng mặt trời tại vị trí dự án 14
2.3 ĐẶC ĐIỂM CÁC MÁI NHÀ CÓ TIỀM NĂNG LẮP ĐẶT HỆ THỐNG NLMT 15
2.3.1 Nguyên tắc lựa chọn vị trí lắp đặt 15
2.3.2 Lựa chọn vị trí lắp đặt 16
2.4 HIỆN TRẠNG CUNG CẤP VÀ NHU CẦU SỬ DỤNG ĐIỆN, DỰ BÁO NHU CẦU PHỤ TẢI TRONG TƯƠNG LAI CỦA CÁC TÒA NHÀ DỰ KIẾN LẮP ĐẶT HỆ THỐNG NLMT 17
2.4.1 Hiện trạng cung cấp điện 17
Chương 3 QUY MÔ DỰ ÁN - GIẢI PHÁP CÔNG NGHỆ - ĐẤU NỐI HỆ THỐNG NLMT VÀO LƯỚI ĐIỆN 19
3.1 QUY MÔ DỰ ÁN 19
3.1.1 Các thông số chính của dự án như sau: 19
3.1.1.1 Tên dự án 19
3.1.1.2 Chủ đầu tư 19
3.1.1.3 Tổ chức tư vấn lập Báo cáo Kinh tế - Kỹ thuật 19
3.1.1.4 Qui mô, công suất 19
3.1.1.5 Các hạng mục đầu tư chính 19
3.1.1.6 Địa điểm dự án 19
3.1.1.7 Diện tích sử dụng đất 19
3.1.1.8 Hình thức quản lý dự án 20
3.1.1.9 Các mốc thời gian của dự án 20
3.1.2 Mục tiêu của dự án 20
3.1.3 Quy mô đầu tư 20
3.2 CÁC GIẢI PHÁP CÔNG NGHỆ 24
3.2.1 Khái niệm cơ bản về Pin PV 24
3.2.2 Nguyên lý hoạt động của Hệ thống NLMT 25
3.2.3 Nguyên lý hoạt động của hệ thống NLMT hoà lưới (Hình 3.2 & 3.5) 27
3.2.4 Nguyên lý hoạt động của hệ thống NLMT độc lập (Hình 3.3.) 29
3.2.5 Nguyên lý hoạt động của hệ thống NLMT lai (hybrid) (Hình 3.4) 29
3.2.6 Cấu hình hệ thống NLMT nối lưới (Hình 3.7) 32
3.2.6.1 Mảng Pin PV 32
3.2.6.2 Bộ biến tần DC/AC (Grid tie String Inverter) 36
3.2.6.3 Bộ đóng cắt lưới và phụ tải, các thiết bị bảo vệ và chống sét 41
3.2.6.4 Hệ thống tự động giám sát, thu thập/phân tích dữ liệu và cảnh báo tình trạng hoạt động của Hệ thống NLMT (Hình 3.11.) 42
3.2.6.5 Tủ điện AC Combiner Box 44
3.2.6.6 Công-tơ 2 chiều (Smart meter) 44
3.2.6.7 Lựa chọn dây dẫn 44
Trang 33.3 ĐẤU NỐI HỆ THỐNG NLMT VÀO LƯỚI ĐIỆN 46
3.4 TÍNH TOÁN SẢN LƯỢNG ĐIỆN NĂNG CỦA HỆ THỐNG NLMT 422KWP 47
Chương 4 QUY MÔ VÀ TỔ CHỨC XÂY DỰNG 48
4.1 QUY MÔ XÂY DỰNG 48
4.2 PHƯƠNG ÁN XÂY DỰNG 49
4.2.1 Yêu cầu chung về xây lắp 49
4.2.2 Giải pháp kỹ thuật xây dựng 49
4.2.3 Giải pháp lắp đặt Chuỗi Pin PV, các bộ String Inverters, Data manager và Tủ điện AC Combiner Box 50
4.2.3.1 Phương án mặt bằng bố trí lắp đặt tấm pin 58
4.2.3.2 Phương án lắp đặt String Inverters & Tủ điện AC Combiner Box 58
4.2.4 Dự kiến lựa chọn thiết bị 59
PHÂN TÍCH KINH TẾ TÀI CHÍNH 61
4.3 Tổng mức đầu tư 62
4.3.1 Cơ sở tính toán 62
4.3.2 Nội dung tổng mức đầu tư 62
4.4 Lựa chọn công nghệ 63
4.5 Phân tích hiệu quả kinh tế xã hội 64
4.5.1 Phương pháp chung 64
4.5.2 Tính toán hiệu quả kinh tế của dự án 66
4.5.3 Hiệu quả kinh tế 67
4.5.4 Hiệu quả Kinh tế - Xã hội khác 67
Chương 5 KẾT LUẬN 68
TÀI LIỆU THAM KHẢO 69
Trang 4LIỆT KÊ BẢNG
Bảng 2.1 Danh mục các mái nhà dự kiến lắp đặt hệ thống NLMT 9
Bảng 2.2 Dữ liệu khí hậu của Thành Phố Hồ Chí Minh 11
Bảng 2.3 Số giờ nắng trong năm 2012-2016 khu vực TP.Hồ Chí Minh 12
Bảng 2.4 Đặc tính nhiệt độ và lượng mưa các tháng trong năm 12
Bảng 2.5 Bức xạ và cường độ bức xạ theo tháng và ngày tại TP.HCM 12
Bảng 2.6 Danh sách dự kiến thực hiện xây dựng lắp đặt hệ thống NLMT 17
Bảng 3.1 Quy mô công suất Hệ thống NLMT lắp đặt trên mái các tòa nhà 20
Bảng 3.2 Thông số kỹ thuật của tấm Pin PV Jinkosolar TR 72M-535W 22
Bảng 3.3 Thông số kỹ thuật của Inverter 22
Bảng 3.4 Hiệu suất của công nghệ quang điện 35
Bảng 3.5 Bảng so sánh giữa 3 loại Inverter 37
Bảng 4.1 Tải trọng tiêu chuẩn của Hệ thống NLMT 51
Bảng 4.2 Phương án lắp đặt Hệ thống NLMT 53
Bảng 4.3 Đặc tính khung giá đỡ 56
Bảng 4.5 Bảng giá các vật tư thiết bị chủ yếu của Dự án 61
Bảng 5.1 Bảng tính chi tiết tổng mức đầu tư dự án 63
Bảng 5.2 Tổng hợp tổng mức đầu tư dự án 63
Bảng 5.3 Kết quả tính toán Hiệu quả kinh tế của dự án 66
LIỆT KÊ HÌNH Hình 1.1 Bản đồ vị trí Công ty Nhiệt điện Thủ Đức 2
Hình 1.2 Mặt bằng Nhà máy Nhiệt điện Thủ Đức 4
Hình 2.1 Vị trí mặt bằng các mái nhà dự kiến lắp đặt hệ thống NLMT 10
Hình 2.2 Biểu diễn bức xạ tổng cộng tháng 13
Hình 2.3 Tiềm năng năng lượng mặt trời tại vị trí dự án 14
Hình 2.4 Vị trí mặt bằng các mái nhà dự kiến lắp đặt Hệ thống NLMT 16
Hình 3.1 Nguyên lý cơ bản hoạt động của Pin PV 24
Hình 3.2 Sơ đồ hệ thống NLMT hoà lưới 26
Hình 3.3 Sơ đồ hệ thống NLMT độc lập 26
Hình 3.4 Sơ đồ hệ thống NLMT lai ghép (hybrid) 26
Hình 3.5 Sơ đồ nguyên lý hệ thống NLMT nối lưới điện 28
Hình 3.6 Biểu đồ phụ tải điện tự dùng trong ngày điển hình của Công ty NĐTĐ 30
Hình 3.7 Sơ đồ mô phỏng hệ thống NLMT nối lưới 31
Hình 3.8 So sánh hiệu quả các công nghệ khác nhau 33
Hình 3.9 Cấu hình PV inverter 38
Hinh 3.10 Sơ đồ khối Bộ biến tần tích hợp với thiết bị đóng cắt, bảo vệ, chống sét của hãng SMA Germany 41
Hình 3.11 Bộ giám sát hoạt động của Hệ thống NLMT 43
Hình 3.12 Màn hình hiển thị các thông số hoạt động của Hệ thống NLMT 44
Hình 3.13 Sơ đồ nguyên lý Hệ thống NLMT nối lưới điện 46
Hình 4.1 Góc nghiêng và hướng tối ưu khi lắp đặt Pin PV 51
Hình 4.2 Mặt bằng bố trí lắp đặt hệ thống PV – Kho 4 - vị trí số 22 54
Hình 4.3 Mặt bằng bố trí lắp đặt hệ thống PV – Kho 5 - vị trí số 23 54
Hình 4.4 Mặt bằng bố trí lắp đặt hệ thống PV - nhà xe máy- vị trí số 27 55
Hình 4.5 Mặt bằng bố trí lắp đặt hệ thống PV - xe oto - vị trí số 2 56
Hình 4.6 Khung giá lắp đặt trên mái bằng Bê-tông với góc nghiêng cần thiết 57
Hình 4.7 Thanh Ray (Rail) với các phụ kiện lắp đặt Pin PV áp mái tole 57
Hình 4.8 String Inverter lắp đặt trong nhà hoặc ngay trên mái nhà 58
Trang 5Hình 5.1 Biểu đồ dòng tiền của Dự án có chiết khấu 66
PHỤ LỤC PHỤ LỤC 1 70
Các số liệu tính toán kinh tế và kết quả tính toán kinh tế của Dự án 70
PHỤ LỤC 2 70
Thông tin về Công ty Nhiệt Điện Thủ Đức 71
Trang 6BẢNG VIẾT TẮT
Trong đề án này có sử dụng các từ viết tắt sau:
1 NĐTĐ: Nhiệt điện Thủ Đức
2 CNTT: Công nghệ thông tin
3 CBCNV: Cán bộ công nhân viên
4 EVN (Vietnam Electricty): Tập đoàn Điện lực Việt Nam
5 NLMT: Năng lượng mặt trời
6 MBA: Máy biến áp
Trang 7Chương 1. TỔNG QUÁT 1.1 Giới thiệu về Công ty Nhiệt Điện Thủ Đức
Công ty Nhiệt Điện Thủ Đức nằm ở phía Đông Bắc Thành phố Hồ Chí Minh,cách trung tâm thành phố 12 km, có tổng diện tích 16,3ha, được đưa vào vận hành từnăm 1966
Địa chỉ: Km số 9, Xa lộ Hà Nội, quận Thủ Đức, Thành phố Hồ Chí Minh
Đây là một trong những Công ty điện lâu đời nhất ở miền Nam hiện vẫn cònhoạt động tốt và sẵn sàng phát điện lên lưới điện Quốc gia
Vị trí của Công ty trong khu vực:
- Phía Đông giáp Công ty Cổ phần Cơ điện Thủ Đức.
- Phía Tây giáp kênh đào Bắc.
- Phía Nam giáp Đường số 1 và là đường vào công chính của Công ty Đối diện
bên kia đường là Công ty Thép Thủ Đức (VIKIMCO)
- Phía Bắc giáp xí nghiệp Công trình thủy 622.
Trang 8Hình 1.1 Bản đồ vị trí Công ty Nhiệt điện Thủ Đức
Công ty Nhiệt điện Thủ Đức là một đơn vị trực thuộc Tập đoàn Điện lực ViệtNam với bề dày kinh nghiệm trên 50 năm quản lý vận hành và lắp đặt các tổ máy phátđiện, thực hiện các công tác đại tu, bảo trì nhiều chủng loại thiết bị điện và thiết bị cơnhiệt đã thật sự là một nơi đáng tin cậy cho nhiều đơn vị sản xuất trên địa bàn ThànhPhố Hồ Chí Minh cũng như các tỉnh lân cận Với định hướng mở rộng hình thức kinhdoanh trên các lĩnh vực phù hợp với năng lực của mình, Công ty Nhiệt điện Thủ Đức
đã thực hiện được nhiều công trình lắp đặt thiết bị điện, thực hiện công tác sửa chữalớn và bảo trì lò hơi, tuabin, các động cơ với nhiều mức công suất khác nhau cho một
số nhà máy điện, nhà máy đường và các đơn vị sản xuất khác Ngoài ra, Công tychúng tôi cũng sẵn sàng hỗ trợ tư vấn, đào tạo nhân lực trong các lĩnh vực vận hành vàsửa chữa máy móc, thiết bị (điện và cơ-nhiệt) cho tất cả các đơn vị có yêu cầu
Hiện nay, Công ty Nhiệt Điện Thủ Đức là một đơn vị kinh doanh đa ngànhnghề với các chức năng chính là:
- Sản xuất, kinh doanh điện năng;
- Sản xuất nước cất, khí hydro; cung cấp nhiệt năng công nghiệp;
- Các dịch vụ sửa chữa, lắp đặt: thiết bị điện, các trạm biến áp, các nhà máyđiện, các tuabin khí Vận hành thuê các nhà máy điện;
- Các dịch vụ: giữ hộ dầu; cho thuê bồn chứa, xe cẩu, phương tiện vận chuyển
và sửa chữa, cân chỉnh đồng hồ áp lực, van an toàn, thiết bị kiểm nhiệt;
- Đào tạo và phát triển nguồn nhân lực về quản lý vận hành, bảo dưỡng và sửachữa thiết bị nhà máy điện;
- Các lĩnh vực kinh doanh khác phù hợp với quy định của pháp luật
Trang 9Công ty Nhiệt điện Thủ Đức có tổng diện tích 16,3 ha Cơ sở hạ tầng của Công
ty bao gồm 36 tòa nhà lớn nhỏ (Hình 1.2.)
Chi tiết thông tin về Công Ty Nhiệt Điện Thủ Đức xem Phụ lục 6
Trang 10Hình 1.2 Mặt bằng Nhà máy Nhiệt điện Thủ Đức
Trang 111.2 Căn cứ để thực hiện đồ án thiết kế :
Dự án “Lắp đặt hệ thống sản xuất điện năng lượng mặt trời mái nhà kho 4, 5, nhà xegắn máy, nhà xe ô tô công suất 400kWp” được lập dựa trên các cơ sở pháp lý sau:
- Luật Đầu tư số 67/2014/QH13 ngày 26/11/2014 của Quốc hội nước CHXHCN
Việt Nam và các văn bản của Chính phủ hướng dẫn Luật Đầu tư;
- Luật Điện lực số 28/2004/QH11 ngày 03/12/2004 và Luật sửa đổi, bổ sung một
số điều của Luật điện lực số 24/2012/QH13, ngày 20 tháng 11 năm 2012 của Quốchội nước CHXHCN Việt Nam; và các văn bản của Chính phủ hướng dẫn Luật Điệnlực;
- Luật Xây dựng số 50/2014/QH13 ngày 18/06/2014 của Quốc hội nước
CHXHCN Việt Nam và các văn bản của Chính phủ hướng dẫn Luật Xây dựng;
- Nghị định số 59/2015/NĐ-CP ngày 18 tháng 06 năm 2015 của Chính phủ về
quản lý dự án đầu tư xây dựng;
- Quyết định số 13/2020/QĐ-TTg ngày 6/4/2020 của Thủ tướng Chính phủ về
Cơ chế khuyến khích phát triển các dự án điện mặt trời tại Việt Nam Quyết định này
có hiệu lực thi hành kể từ ngày 22 tháng 5 năm 2020 Những điểm đáng lưu ý trongQuyết định là biểu giá và các cơ chế hỗ trợ khác Tóm lược nội dung chính của Quyếtđịnh như sau:
i Hệ thống điện mặt trời mái nhà là hệ thống điện mặt trời có các tấm quang điệnđược lắp trên mái nhà của công trình xây dựng và có công suất không quá1MW, đấu nối trực tiếp hoặc gián tiếp vào lưới điện có cấp điện áp từ 35kV trởxuống của Bên mua điện;
ii Giá mua điện tại điểm giao nhận điện là 8,38 UScents/kWh (giá điện này chưabao gồm thuế giá trị gia tăng);
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%) Giá mua điệnđược điều chỉnh theo biến động của tỷ giá đồng/USD;
iv Việc mua bán điện theo hợp đồng mẫu-không đàm phán Thời hạn của hợpđồng mua bán điện là hai mươi (20) năm kể từ ngày vận hành thương mại Sau
Trang 1220 năm, hai bên có thể gia hạn thời gian hợp đồng hoặc ký hợp đồng mới theoquy 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 ánthuộc lĩnh vực ưu đãi đầu tư theo quy định của pháp luật hiện hành về thuế); Ưuđãi 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 đấttheo quy định của pháp luật hiện hành áp dụng đối với dự án thuộc lĩnh vực ưuđãi đầu tư); Miễn thuế nhập khẩu (nguyên liệu, vật tư, bán thành phẩm trongnước chưa sản xuất được)
- Thông tư số 16/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 điệnmặt trời;
- Nghị định 59/2015/NĐ-CP ngày 18/06/2015 về Quản lý dự án đầu tư xây dựng;
- Nghị định 32/2015/NĐ-CP ngày 25/03/2015 của Chính phủ về quản lý chi phí
đầu tư xây dựng công trình;
- Thông tư 25/2016/TT-BCT ngày 31/11/2016 của Bộ Công thương Quy định Hệ
thống truyền tải điện;
- Thông tư 18/2020/TT-BCT quy định về phát triển dự án và hợp đồng mua bán
điện mẫu áp dụng cho các dự án điện mặt trời
- 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 ưutiên phát triển nhanh điện mặt trời, Định hướng phát triển nguồn điện từ nănglượng mặt trời 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
Trang 13+ Để có thể đạt được các mục tiêu này, Chính phủ Việt Nam đã đưa ra nhiều ưuđãi đối với các nhà đầu tư Các nhà máy năng lượng tái tạo sẽ nhận được ưu đãiđầu 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 doanhnghiệp và miễn thuế sử dụng đất trong một khoảng thời gian, các ưu đãi về tíndụng đầu tư theo các quy định pháp luật hiện hành về tín dụng đầu tư và tín dụngxuất khẩu của Nhà nước
+ Các tiêu chuẩn bắt buộc áp dụng cho các nhà đầu tư điện từ năng lượng hóathạch 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 từviệc sử dụng các nguồn năng lượng tái tạo (không kể các nguồn thủy điện cócông suất lớn hơn 30 MW): Đến năm 2020 không thấp hơn 3%; năm 2030 khôngthấp hơn 10%
+ Các đơn vị phân phối điện có tỷ lệ điện năng sản xuất, điện năng mua được sảnxuất từ các nguồn điện sử dụng các nguồn năng lượng tái tạo và khách hàng sửdụng điện cuối cùng tự sản xuất từ nguồn năng lượng tái tạo (không kể cácnguồn thủy điện có công suất lớn hơn 30 MW): Đến năm 2020 không thấp hơn5%; năm 2030 không thấp hơn 10%
- Căn cứ vào các ý kiến chỉ đạo của Chính phủ và lãnh đạo Tập đoàn Điện lực
Việt Nam:
+ Đóng góp vào định hướng chung của EVN và chính phủ về phát triển nănglượng tái tạo theo Quyết định số 13/2020/QĐ-TTg ngày 6/4/2020 của Thủ tướngChính phủ về Cơ chế khuyến khích phát triển các dự án điện mặt trời tại ViệtNam
+ Căn cứ vào chỉ đạo của Lãnh đạo Tập đoàn Điện lực Việt Nam trong Công văn
Số 5740/EVN-ĐT ngày 07/11/2018 v/v lắp đặt hệ thống điện mặt trời tại Công tyNhiệt điện Thủ Đức
- Căn cứ vào các thuận lợi về kinh nghiệm, điều kiện tự nhiên, nguồn nhân lực
và phụ tải tiêu thụ tại Công ty
Trang 14- Số liệu Khí tượng về chế độ nắng, bức xạ mặt trời của khu vực thành phố Hồ
Chí Minh và khu vực dự án
- Căn cứ vào các dự án 36kWp lắp đặt năm 2018, dự án 524kWp lăp đặt năm
2019 tại Công ty TNHH MTV Nhiệt Điện Thủ Đức
+ Căn cứ Công văn số 2641/EVN-KD ngày 23/5/2019 của Tập đoàn Điện lực
Việt Nam về việc thực hiện điện mặt trời trên mái nhà của các GENCO và các đơn vị phát điện trực thuộc EVN.
1.3 Sự cần thiết phải đầu tư
- Hiện nay, tiềm năng khai thác kinh tế nguồn thuỷ điện ở Việt Nam đã tới giới
hạn Theo Quy hoạch điện VII hiệu chỉnh đã được phê duyệt, sau năm 2017 khôngcòn các dự án nhà máy thuỷ điện kể cả thuỷ điện nhỏ được xây dựng nữa ngoại trừmột số dự án nhà máy thuỷ điện được triển khai tại Lào và Campuchia Từ năm 2019Việt Nam phải phát triển 4 dự án nhà máy thuỷ điện tích năng để đến năm 2030 đạt5.700MW bù đắp vào công suất bị thiếu hụt
- Các dự án nhà máy điện chạy dầu không được khuyến khích phát triển do giá
thành điện cao trong khi các nhà máy điện chạy khí có nhiều khả năng bị chậm tiến
độ và chưa có hướng phát triển do hạn chế về nguồn cung
- Trong khi đó, các dự án nhà máy nhiệt điện than đang dần hạn chế phát triển
do nguồn nhiên liệu than đang dần cạn kiệt và giá thành có xu hướng tăng cao Ngoài
ra, các tác động của việc đốt than như ô nhiễm không khí, ô nhiễm nguồn nước, gâyphát thải khí nhà kính, làm trầm trọng hơn hiện tượng biến đổi khí hậu, ảnh hưởngtrực tiếp tới sức khỏe con người là rất rõ ràng
- Ngược lại với giá than, giá công nghệ sử dụng năng lượng mặt trời cho sản
xuất điện đang có xu hướng giảm Việt Nam được đánh giá là nước có nguồn nănglượng mặt trời khá tốt với khoảng 2.000 ÷ 2.500 giờ nắng và cường độ bức xạ trungbình khoảng 4,5kWh/m2/ngày Đối với các tỉnh miền Trung và miền Nam, nănglượng mặt trời có sẵn quanh năm, cường độ bức xạ khá ổn định trung bình khoảng ≥5kWh/m2/ngày và có thể kết luận rằng, bức xạ mặt trời là một nguồn tài nguyên tolớn cho các tỉnh miền Trung và miền Nam trong quá trình phát triển bền vững
Trang 15- Hướng đến việc xây dựng ngành công nghiệp điện mặt trời Việt Nam lên hàng
đầu khu vực và cạnh tranh thế giới về công nghệ và sản lượng vào năm 2025, các nhàquản lý và các nhà khoa học Việt Nam đã đưa ra chiến lược phát triển kích cầu côngnghiệp điện mặt trời Việt Nam, đã vạch ra các mục tiêu cụ thể là khai thác hiệu quảđiện mặt trời đảm bảo an ninh năng lượng quốc gia trong mọi tình huống và cùng vớilưới điện quốc gia điện khí hóa 100% toàn bộ lãnh thổ Việt Nam vào năm 2020
- Điện mặt trời là đích tới của loài người trong 20-30 năm tới, Việt Nam cần
phải trở thành một nước có nền công nghiệp năng lượng mặt trời tiên tiến, cạnh tranhthế giới, dựa trên chính tiềm năng năng lượng mặt trời dồi dào Chính vì vậy việc đầu
tư và xây dựng thêm trạm điện mặt trời trên mái nhà của các tòa nhà tại Nhà máyNhiệt điện Thủ Đức với công suất 422kWp nối lưới điện trong mạng lưới điện tựdùng của các tòa nhà tại Công ty Nhiệt Điện Thủ Đức trong thời điểm hiện nay là rấtcần thiết, không những góp phần tăng nguồn phát điện tại chỗ bằng sử dụng nguồnnăng lượng sạch mà còn góp phần thúc đẩy phát triển kinh tế cho Nhà máy NhiệtĐiện Thủ Đức nối riêng và khu vực nói chung
Trang 16Chương 2. ĐẶC ĐIỂM KHU VỰC DỰ ÁN 2.1 ĐẶC ĐIỂM TỰ NHIÊN
- Nhà máy nhiệt điện Thủ Đức (nay là Công ty Nhiệt điện Thủ Đức) nằm ở phía
Đông bắc Thành phố Hồ Chí Minh, cách trung tâm thành phố 12 km, có tổngdiện tích 16,3 ha
- Địa chỉ: km 9 Xa lộ Hà Nội, phường Trường Thọ, quận Thủ Đức, Thành phố Hồ
Chí Minh
- Đây là một trong những nhà máy điện lâu đời nhất ở miền Nam hiện vẫn còn hoạt
động tốt, và vẫn phát điện lên lưới điện Quốc gia
- Nhà máy điện Thủ Đức đã được đổi tên thành Công ty trách nhiệm hữu hạn một
thành viên Nhiệt điện Thủ Đức với chức năng chính là phát điện lên lưới điệnquốc gia Hiện nay, Công ty Nhiệt điện Thủ Đức là một đơn vị trực thuộc Tậpđoàn Điện lực Việt Nam
2.1.1 Đặc điểm tự nhiên
Vị trí xây dựng trạm điện mặt trời trên mái nhà của các tòa nhà thuộc Công ty NhiệtĐiện Thủ Đức
- Phía Đông giáp Công ty Cổ phần Cơ điện Thủ Đức.
- Phía Tây giáp kênh đào Bắc.
- Phía Nam giáp Đường số 1 và là đường vào công chính của Công ty Đối diện
bên kia đường là Công ty Thép Thủ Đức (VIKIMCO)
- Phía Bắc giáp xí nghiệp Công trình thủy 622.
Bảng 2.1 Danh mục các mái nhà dự kiến lắp đặt hệ thống NLMT
STT Vị trí lắp đặt Ký hiệu Diện tích mái m 2 Hướng
Trang 17Hình 2.1 Vị trí mặt bằng các mái nhà dự kiến lắp đặt hệ thống NLMT
2.1.2 Đặc điểm khí hậu
- Nằm trong vùng nhiệt đới, Thành phố Hồ Chí Minh không có bốn mùa : xuân,hạ
, thu, đông Nhiệt độ cao đều và mưa quanh năm (mùa khô ít mưa) Trong năm,Thành phố Hồ Chí Minh có 2 mùa là biến thể của mùa hè: mùa mưa – khô rõrệt Mùa mưa được bắt đầu từ tháng 5 tới tháng 11 (khí hậu nóng ẩm, nhiệt độcao mưa nhiều), còn mùa khô từ tháng 12 tới tháng 4 năm sau (khí hậu khô, nhiệt
độ cao và mưa ít) Trung bình, Thành phố Hồ Chí Minh có 160 tới 270 giờnắng/tháng, nhiệt độ trung bình 27 °C, cao nhất lên tới 40 °C, thấp nhất xuống13,8 °C Hàng năm, thành phố có 330 ngày nhiệt độ trung bình 25 tới 28 °C.Lượng mưa trung bình của thành phố đạt 1.949 mm/năm, trong đó năm 1908 đạtcao nhất 2.718 mm, thấp nhất xuống 1.392 mm vào năm 1958 Một năm, ở thànhphố có trung bình 159 ngày mưa, tập trung nhiều nhất vào các tháng từ 5 tới 11,chiếm khoảng 90%, đặc biệt hai tháng 6 và 9 Trên phạm vi không gian thànhphố, lượng mưa phân bố không đều, khuynh hướng tăng theo trục Tây Nam –Ðông Bắc Các quận nội thành và các huyện phía bắc có lượng mưa cao hơn khuvực còn lại
Trang 18- Thành phố Hồ Chí Minh chịu ảnh hưởng bởi hai hướng gió chính là gió mùa Tây
– Tây Nam và Bắc – Ðông Bắc Gió Tây – Tây Nam từ Ấn Độ Dương, tốc độtrung bình 3,6 m/s, vào mùa mưa Gió Gió Bắc – Ðông Bắc từ biển Đông, tốc độtrung bình 2,4 m/s, vào mùa khô Ngoài ra còn có gió mậu dịch theo hướng Nam– Đông Nam vào khoảng tháng 3 tới tháng 5, trung bình 3,7 m/s Có thể nóiThành phố Hồ Chí Minh thuộc vùng không có gió bão Cũng như lượng mưa, độ
ẩm không khí ở thành phố lên cao vào mùa mưa (80%), và xuống thấp vào mùakhô (74,5%) Bình quân độ ẩm không khí đạt 79,5%/năm
Bảng 2.2 Dữ liệu khí hậu của Thành Phố Hồ Chí Minh
2.2 ĐẶC ĐIỂM TIỀM NĂNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI
2.2.1 Đặc điểm tiềm năng năng lượng mặt trời khu vực dự án
TP.HCM nằm trong tọa độ địa lý khoảng 10,384-11,156 vĩ độ Bắc và 107,109 kinh độ Đông, ở vị trí trung tâm vùng Đông Nam Bộ và nằm trong vùng cókhí hậu nhiệt đới gió mùa cận Xích đạo Đặc điểm chung của khí hậu-thời tiếtTPHCM là nhiệt độ cao đều trong năm và có hai mùa mưa - khô, mùa mưa từ tháng
106,363-5 11, mùa khô bắt đầu vào tháng 11 và thường kéo dài đến tháng 106,363-5 của năm sau.Yếu tố khí hậu, thời tiết luôn biến đổi và có sự khác biệt lớn theo từng năm, có nămmùa mưa kết thúc sớm, nắng nóng kéo dài dẫn đến tình trạng khô hạn, mực nước dựtrữ tại các kênh mương, ao hồ nhiều nơi bị khô kiệt
Trang 19Bảng 2.3 Số giờ nắng trong năm 2012-2016 khu vực TP.Hồ Chí Minh
Bảng 2.4 Đặc tính nhiệt độ và lượng mưa các tháng trong năm
Nhiệt độ TB cao nhất (°C) 32 33 34 34 33 32 31 32 31 31 30 31 Nhiệt độ TB thấp nhất (°C) 21 22 23 24 25 24 24 23 23 22 22 22 Lượng mưa trung bình (mm) 14 4 12 42 220 331 313 267 334 268 115 56
TP.HCM có lượng bức xạ dồi dào, trung bình khoảng 1.581kWh/m2/năm, cao nhất
là 6,3kWh/m2/ngày vào tháng hai và thấp nhất là 3,3kWh/m2/ngày vào tháng bẩy
Số giờ nắng trung bình trong tháng dao động từ 100-300 giờ Vào mùa khô, số giờnắng lên tới 300 giờ (tháng 3) và đối với mùa mưa, số giờ nắng khoảng 150 giờ(tháng 10)
Bảng 2.5 Bức xạ và cường độ bức xạ theo tháng và ngày tại TP.HCM
Bức xạ tổng cộng
(kWh/m2/tháng) 141,9 176,8 186,1 168,6 129,1 103,5 103,5 111,6 103,5 116,3 119,8 121,0 1581,7Cường độ bức xạ
(kWh/m2/ngày) 4,6 6,3 6,0 5,6 4,2 3,5 3,3 3,6 3,5 3,8 4,0 3,9 4,3
Trang 212.2.2 Đặc điểm tiềm năng năng lượng mặt trời tại vị trí dự án
Hình 2.3 Tiềm năng năng lượng mặt trời tại vị trí dự án
Từ số liệu của NASA so sánh với số liệu của trạm khí tượng Thành phố Hồ ChíMinh, ta thấy giá trị trung bình có sự chênh lệch không đáng kể mặc dù khoảng thờigian tính toán có khác nhau
Bộ số liệu thu thập ở trên từ trạm khí tượng Thành phố Hồ Chí Minh, số liệu củatổng cục thống kê và số liệu thu thập từ NASA được đánh giá và phân tích thôngqua cường độ bức xạ và số giờ nắng trung bình trong ngày Tuy nhiên, số liệu vềcường độ bức xạ ở đây được thu thập trong điều kiện không bị ảnh hưởng của bóngrâm
Trên cơ sở đó, việc tính toán lượng điện năng sinh ra bởi Hệ thống NLMT được
mô phỏng và tính toán bằng Phần mềm chuyên dụng như PVSyst hay các công
cụ Online của các hãng sản xuất thiết bị NLMT tùy thuộc vào vị trí lắp đặt (Kinh độ/Vĩ độ), hướng (Azimuth) và góc nghiêng (Tilt) của tấm Pin.
Trang 222.3 ĐẶC ĐIỂM CÁC MÁI NHÀ CÓ TIỀM NĂNG LẮP ĐẶT HỆ THỐNG NLMT
2.3.1 Nguyên tắc lựa chọn vị trí lắp đặt
Khi nghiên cứu lựa chọn địa điểm xây dựng dự án cần tuân thủ những nguyên tắcsau:
- Lựa chọn vùng đặt địa điểm khái quát sơ bộ, sau đó mới chọn địa điểm cụ thể
- Khi lựa chọn địa điểm, các tiêu chuẩn về kỹ thuật bao giờ cũng được xem xéttrước (địa hình, địa chất phù hợp) tiêu chuẩn này thường tham khảo các dự án đãthực hiện cạnh đó, rồi mới đến các tiêu chuẩn kinh tế vì tính tối ưu của kinh tế chỉ
có thể thực hiện được nếu các tiêu chuẩn kỹ thuật cho phép
- Địa điểm được chọn phải phù hợp với quy hoạch chung, bảo đảm an ninh, khônggây ô nhiễm môi trường
- Môi trường tự nhiên của địa điểm phù hợp với yêu cầu đặt ra của dự án
- Địa điểm được chọn có diện tích đủ rộng để dễ bố trí hệ thống tấm Pin PV của dự
án và dễ mở rộng dự án sau này (Công suất tối thiểu của dự án tối thiểu 10 kWptương ứng với diện tích mái khoảng 75 m2 trở lên)
- Khi lựa chọn địa điểm phải đảm bảo không có bóng rợp của các vật thể xungquanh để không ảnh hưởng đến hoạt động vận hành của dự án đảm bảo đủ sảnlượng điện và chất lượng điện
- Địa điểm nên gần nguồn điện lưới quốc gia 22 kV hoặc 0,4 kV
- Địa điểm được chọn nên có cơ sở hạ tầng thuận lợi nhất là về điện, nước, giaothông vận tải, thông tin liên lạc…
- Địa điểm nên có điều kiện thuận lợi trong hợp tác với các cơ sở sản xuất trongvùng, đồng thời bảo đảm ưu thế cạnh tranh với các doanh nghiệp cùng loại
- Phải xét đến tính kinh tế của địa điểm
- Nên có nhiều phương án địa điểm để chọn được phương án tối ưu Khi so sánh cácphương án địa điểm, tùy theo đặc điểm của từng dự án mà có thể áp dụng cácphương pháp so sánh sau: phương pháp dùng một chỉ tiêu kinh tế tổng quát, phươngpháp tìm điểm trọng tâm… hoặc ứng dụng bài toán vận tải khi lựa chọn địa điểmcho dự án
Trang 23Trên đây là các nguyên tắc lựa chọn địa điểm cho dự án sản xuất điện mặt trời.
Trang 24Bảng 2.6 Danh sách dự kiến thực hiện xây dựng lắp đặt hệ thống NLMT
mái, m 2 Hướng (*)
(*) Hướng Bắc (B); Hướng Nam (N); Hướng Đông (Đ); Hướng Tây (T)
2.4 HIỆN TRẠNG CUNG CẤP VÀ NHU CẦU SỬ DỤNG ĐIỆN, DỰ BÁO NHU CẦU PHỤ TẢI TRONG TƯƠNG LAI CỦA CÁC TÒA NHÀ DỰ KIẾN LẮP ĐẶT
HỆ THỐNG NLMT
2.4.1 Hiện trạng cung cấp điện
Để sản xuất điện năng các Công ty điện tiêu thụ một phần năng lương điện năng đểcác cơ cấu tự dùng đảm bảo cho máy phát điện có thể làm việc được
Trong Công ty nhiệt điện hơi nước, điện năng tự dùng để chuẩn bị nhiên liệu vậnchuyển nhiên liệu vào lò đốt, đưa nước vào nồi hơi, bơm nước tuần hoàn, bơmngưng tụ, quạt gió, quạt khói, thắp sáng, điều khiển tín hiệu và liên lạc…
Điện tự dùng trong Công ty chiếm khoảng (5-8%) tổng điện năng sản xuất củaCông ty Để truyền động các tải tự dùng như bơm, quạt… trong Công ty nhiệt điệndùng các động cơ điện có điện áp 2400V và 416V, có các máy biến áp giảm ápdùng để cung cấp nguồn điện cho hệ thống tự dùng
Tập hợp các máy công tác truyền động bằng động cơ điện, lưới điện, thiết bị phânphối, máy biến áp giảm áp, các máy diesel dự phòng (Gồm 3 máy Buda, Monarch,Emerson), hệ thống điều khiển, tín hiệu, thắp sáng…tạo thành hệ thống tự dùng củaCông ty điện Công ty điện chỉ có thể làm việc bình thường trong điều kiện hệ thống
tự dùng làm việc tin cậy
Trang 25 Các cơ cấu tự dùng của Công ty chia làm 3 loại tùy theo mức độ quan trọng:
+ Loại 1: Gồm những cơ cấu tự dùng quan trọng nhất Nếu các cơ cấu này ngừng
làm việc có thể dẫn đến ngừng tổ máy hoặc ngừng cả Công ty, vì vậy cơ cấunày không cho phép mất điện Ví dụ: Bơm tuần hoàn, bơm nước ngưng, bơmtiếp nước, quạt gió, bơm dầu đen…
+ Loại 2: Kém quan trọng hơn cho phép ngừng làm việc trong thời gian ngắn để
đổi thiết bị dự phòng Ví dụ: bơm nước làm mát, …
+ Loại 3: Các bơm phụ như bơm rút hơi nhớt, bơm châm nước lò…
Lưới tự dùng của các tổ máy hơi nước là sơ đồ một thanh góp có phân đoạn bởimáy cắt phân đoạn
Lưới tự dùng có 2 nguồn cung cấp:
+ Nguồn thường trực lấy từ máy phát điện qua các máy cắt 941, 942 & 943 khi
máy vận hành
+ Nguồn dự phòng lấy từ lưới điện bên ngoài qua các máy cắt 931, 932 & 933
khi máy ngừng Khi tổ máy hơi nước ngừng thì điện tự dùng sẽ được lấy từlưới 22kV bên trạm 220kV Thủ Đức qua máy cắt 484 và được MBA TD4Sgiảm áp xuống 2400V
Các tuabin khí 4 và 5 sử dụng nguồn tự dùng 22KV từ trạm 220KV Thủ Đức quamáy cắt 484
Tuy nhiên, tổ máy hơi nước S1 thường dùng nguồn tự dùng 110KV bằng cách đóngmáy cắt 131 và mở các máy cắt 501
Phụ tải của các tòa nhà trong nhà máy:
Trong nhà máy hệ thống điện tự dùng được bố trí một mạng lưới điện 0,4 kV phủkhắp toàn bộ khu vực nhà máy Phụ tải của từng tòa nhà như phụ tải động lực, chiếusáng cũng được kết nối với hệ thống này
Hình 2.5 Sơ đồ tự dùng 3 tổ máy hơi nước nhà máy Nhiệt điện Thủ Đức
Trang 26Chương 3. QUY MÔ ĐỒ ÁN - GIẢI PHÁP CÔNG NGHỆ - ĐẤU
NỐI HỆ THỐNG NLMT VÀO LƯỚI ĐIỆN 3.1 QUY MÔ ĐỒ ÁN
3.1.1 Các thông số chính của đồ án như sau:
Phòng kỹ thuật Công ty nhiệt điện Thủ Đức
3.1.1.4 Qui mô, công suất
Hệ thống năng lượng mặt trời công suất 422kWp
Trang 27Hệ thống NLMT sẽ được lắp đặt áp mái trên các mái nhà hiện hữu của Công tynhiệt điện Thủ Đức
3.1.1.8 Hình thức quản lý
Công ty nhiệt điện Thủ Đức tự quản lý
3.1.1.9 Các mốc thời gian của dự án
Thời gian thực hiện dự án: 2021
3.1.1.10 Tổng mức đầu tư
6.823.058.637 đồng (Sáu tỷ, tám trăm hai mươi ba triệu, không trăm năm mươitám nghìn, sáu trăm ba mươi bảy đồng)
3.1.1.11 Nguồn vốn đầu tư
Vốn đầu tư phát triển của Công ty (Trích khấu hao hàng năm)
3.1.2 Mục tiêu
Mục tiêu của đồ án NLMT tại công ty theo sự định hướng phát triển của Tập đoànĐiện lực Việt Nam với mục đích tuyên truyền, quảng bá về việc sử dụng công nghệphát điện sạch từ nguồn năng lượng tái tạo, thân thiện với môi trường
3.1.3 Quy mô đầu tư
Với diện tích dự kiến lắp đặt hệ thống NLMT tại toà nhà NMNĐ Thủ Đức, Quy môcông suất dự kiến khoảng 424 kWp Cụ thể các vị trí xây dựng Hệ thống NLMT nhưtrình bày trong Bảng 3.1 dưới đây
Bảng 3.1 Quy mô công suất Hệ thống NLMT lắp đặt trên mái các tòa nhà
STT Vị trí lắp đặt hiệu Ký
Diện tích mái
Trang 28Tổng 2492,6 788 422
(*) Hướng Bắc (B); Hướng Nam (N); Hướng Đông (Đ); Hướng Tây (T)
Thông số kỹ thuật và thành phần của hệ thống NLMT như sau:
- Tổng công suất toàn bộ dự án: 422 kWp.
- Tổng số tòa nhà lắp đặt: 05 tòa nhà
- Tổng số tấm pin: 788 tấm Pin PV công nghệ đơn tinh thể
- Công suất tấm Pin PV 535 Wp/tấm
- String inverter công suất định mức 50kWac & 110kWac (theo các đặc tính kỹ
thuật và tham khảo thị trường hiện nay)
- Đặc tính kỹ thuật điển hình của Pin PV (Sharp NUSC360 – Germany) và Inverter
(SMA Solar Technology – Germany) như trong Bảng 3.2 & 3.3 (Catalogue, Phụlục 2)
- Kết quả tính toán cho ta Số lượng Pin PV max./min cho một String là
Ns.max./min = 19/5 tấm
- Số lượng MPPT/String có thể kết nối vào 1 Inverter loại 50kWac là 6/12;
- Số lượng MPPT/String có thể kết nối vào 1 Inverter loại 100kWac là 2/6;
- Số lượng String Inverter Grid tie 3P cần thiết cho Dự án loại 50kWac là 1 bộ;
- Số lượng String Inverter Grid tie 3P cần thiết cho Dự án loại 110kWac là 3 bộ;
- 04 tủ đấu nối trong đó có lắp đặt 03 MCB 4P 0,4 kV 200A, 01 MCB 4P
0,4kV-100A,
- 01 tủ Tổng 01 MCCB 4P tổng 0,4kV 600A và chống sét;
- Các loại cáp điện và cáp tín hiệu, các phụ kiện khác;
Lối đi sử dụng cho việc vệ sinh, vận hành và bảo dưỡng hệ thống NLMT gồm có:Các con đường (khoảng cách) ngăn cách các mảng pin có chiều rộng mặt đường là1,0 m Các con đường này có chức năng tạo khoảng không tránh bóng râm giữa cácmảng pin, chuyên chở vật tư, vật liệu khi thi công lắp đặt, theo dõi và vệ sinh các tấmpin trong quá trình đi vào vận hành sau này
Trang 29Bảng 3.2 Thông số kỹ thuật của tấm Pin PV Jinkosolar TR 72M-535W
17 Suy giảm hiệu suất theo nhiệt độ
Trang 30Bảng 3.3 Thông số kỹ thuật của Inverter Sunny Tripower 25000TL & Core 1 STP 50-40 Stt Thông số kỹ thuật STP 110-60 CORE 2 STP 110-60 CORE 1
61727
IEC61216, 61209,61727
11 Thông số đầu vào DC
3.2 CÁC GIẢI PHÁP CÔNG NGHỆ
Trang 31Phần giải pháp công nghệ chủ yếu giới thiệu về công nghệ Pin PV, các hệ thốngNLMT và lựa chọn lắp đặt hệ thống NLMT thích hợp đối với dự án của Công tyNĐTĐ.
3.2.1 Khái niệm cơ bản về Pin PV
Pin PV là một thiết bị biến đổi NLMT trực tiếp thành điện năng Pin PV có nhiềuhình dạng khác nhau, song dưới bất kỳ dạng thức nào nó cũng có hai chức năng cơbản:
- Hấp thụ năng lượng của các hạt photon từ dòng bức xạ mặt trời để tạo ra các điệntích tự do
- Tạo ra vùng điện trường để các điện tích ngược dấu đi về các hướng nhất định, từ
đó tạo ra dòng điện
Hình 3.1 Nguyên lý cơ bản hoạt động của Pin PV
Pin PV được tạo từ các phần tử nhỏ, mà người ta thuờng gọi là tế bào mặt trời (Solarcell) Các tế bào này được sản xuất ra từ nhiều loại vật liệu khác nhau, trong phòngthí nghiệm cũng như ở thị trường thương mại, song điều quan tâm nhất trong việc sảnxuất ứng dụng là hiệu suất và giá thành
Pin PV là thiết bị giúp chuyển hóa trực tiếp năng lượng ánh sáng mặt trời (quangnăng) thành năng lượng điện (điện năng) dựa trên hiệu ứng quang điện Hiệu ứngquang điện là khả năng phát ra điện tử (electron) khi được ánh sáng chiếu vào của vậtchất
Silicon được biết đến là một chất bán dẫn "Chất bán dẫn là vật liệu trung gian giữachất dẫn điện và chất cách điện Chất bán dẫn hoạt động như một chất cách điện ở
Trang 32nhiệt độ thấp và có tính dẫn điện ở nhiệt độ phòng" Với tính chất như vậy, silicon làmột thành phần quan trọng trong cấu tạo của pin năng lượng mặt trời.
Ánh sáng mặt trời bao gồm các hạt rất nhỏ gọi là photon được tỏa ra từ mặt trời Khi
va chạm với các nguyên tử silicon của pin năng lượng mặt trời, những hạt photontruyền năng lượng của chúng tới các electron rời rạc, kích thích làm cho electronđang liên kết với nguyên tử bị bật ra khỏi nguyên tử, đồng thời ở nguyên tử xuất hiệnchỗ trống vì thiếu electron
Pin PV hoạt động như thế nào?
Tuy nhiên giải phóng các electron chỉ mới là một nửa công việc của pin năng lượngmặt trời, sau đó nó cần phải dồn các electron rải rác này vào một dòng điện Điều nàyliên quan đến việc tạo ra một sự mất cân bằng điện trong Pin PV, có tác dụng giốngnhư xây một con dốc để các electron chảy theo cùng một hướng
Sự mất cân bằng này có thể được tạo ra bởi tổ chức bên trong của silicon Nguyên tửsilicon được sắp xếp cùng nhau trong một cấu trúc ràng buộc chặt chẽ Bằng cách épmột số lượng nhỏ các nguyên tố khác vào cấu trúc này, sẽ có hai loại silicon khácnhau được tạo ra: loại n và loại p Chất bán dẫn loại n (bán dẫn âm - Negative) có tạpchất là các nguyên tố thuộc nhóm V, các nguyên tử này dùng 4 electron tạo liên kết
và một electron lớp ngoài liên kết lỏng lẻo với nhân, đấy chính là các electron dẫnchính Chất bán dẫn loại p (bán dẫn dương - Positive) có tạp chất là các nguyên tốthuộc nhóm III, dẫn điện chủ yếu bằng các lỗ trống
Khi hai loại bán dẫn này được đặt cạnh nhau trong một pin năng lượng mặt trời,electron dẫn chính của loại n sẽ nhảy qua để lấp đầy những khoảng trống của loại p.Điều này có nghĩa là silicon loại n tích điện dương và silicon loại p được tích điện
âm, tạo ra một điện trường và dòng điện trong Pin PV
3.2.2 Nguyên lý hoạt động của Hệ thống NLMT
Hệ thống NLMT thường có 3 dạng chủ yếu sau:
- Hệ thống NLMT hoà lưới (nối với lưới điện);
- Hệ thống NLMT độc lập;
- Hệ thống NLMT lai ghép giữa 2 dạng trên hoặc kết hợp với các nguồn nănglượng khác (gió, thuỷ điện nhỏ, khí sinh học hoặc diezen)
Trang 33Hình 3.2 Sơ đồ hệ thống NLMT hoà lưới
Hình 3.3 Sơ đồ hệ thống NLMT độc lập
Hình 3.4 Sơ đồ hệ thống NLMT lai ghép (hybrid)
Trang 343.2.3 Nguyên lý hoạt động của hệ thống NLMT hoà lưới (Hình 3.2 & 3.5)
a) Cấu tạo của hệ thống
Các tấm Pin PV, Inverter nối lưới, lưới điện và các phụ tải đang sử dụng
b) Nguyên lý hoạt động
Điện thu được từ các tấm Pin PV (Solar panel) là điện 1 chiều (DC) Qua bộ hòa lướiđiện (Grid Tie Inverter) có nhiệm vụ đổi nguồn từ điện DC sang điện AC cùng pha(1P hoặc 3P) cùng tần số với điện lưới và hòa chung với điện lưới
+ Khi công suất tải = suất hòa lưới Lúc này thì tải tiêu thụ điện hoàn toàn từ nguồnđiện thu được của dàn Pin PV
+ Khi công suất tải tiêu thụ lớn > hơn công suất hòa lưới thì tải sẽ lấy thêm lưới bùvào phần thiếu hụt
+ Khi công suất tải tiêu thụ nhỏ < hơn công suất hòa lưới thì điện từ bộ inverter hòalưới sẽ trả ra lưới
Trang 35Hình 3.5 Sơ đồ nguyên lý hệ thống NLMT nối lưới điện
c) Ứng dụng
Thích hợp cho những nơi sử dụng tải nhiều vào ban ngày như: văn phòng công sở,Trường học, Công ty, xí nghiệp, khu trung tâm hành chính…nhằm giảm thiểu phụthuộc điện lưới, giảm tiền điện sử dụng
Trang 363.2.4 Nguyên lý hoạt động của hệ thống NLMT độc lập (Hình 3.3.)
a) Cấu tạo của hệ thống
Các tấm Pin PV (Solar panel);
Mạch điều khiển sạc pin năng lượng mặt trời: có chức năng bảo vệ ắc quy, và tấmpin (solar charger controller);
Acquy lưu trữ năng lượng: có thể dùng nhiều loại acquy nhưng tốt nhất vẫn nênlựa chọn dòng acquy năng lượng mặt trời (battery);
Inverter kích đổi điện 12/24/48V DC lên 220V AC (Inverter)
b) Nguyên lý hoạt động
Hệ thống các tấm Pin PV sẽ nhận bức xạ mặt trời Sau đó chuyển hóa thành nguồnđiện một chiều (DC) Dòng điện DC được đi qua bộ điều khiển sạc pin năng lượngmặt trời Nguồn điện DC sau đó sẽ được nạp vào bình ắc quy để lưu trữ điện Điệnnăng được lưu trong acquy Từ đó nếu ta sử dụng trực tiếp từ bình ắc quy với các phụtải dùng điện DC thì cứ cắm vào 2 cọc âm dương của bình Trong trường hợp muốn
sử dụng điện 220V AC thì phải qua bộ Inverter kích đổi điện 12/24/48V DC lên220V AC Nguồn điện được kích lên 220V AC từ đó khách hàng hoàn toàn có thể sửdụng nguồn điện từ ngõ ra 220V AC
c) Ứng dụng
Thích hợp cho vùng không có điện lưới quốc gia như: nông thôn, hải đảo, vùng sâuvùng xa, miền núi… Hoặc những nơi có điện nhưng điện lưới không ổn định …Hoặc nhà phố ở khu đô thị muốn có hệ thống NLMT dùng dự phòng khi cúp điện
3.2.5 Nguyên lý hoạt động của hệ thống NLMT lai (hybrid) (Hình 3.4)
a) Cấu tạo của hệ thống
Hệ thống NLMT lai hybrid là sự kết hợp giữa hệ thống NLMT độc lập và hệ thốngNLMT hòa lưới
b) Nguyên lý hoạt động
Với nguồn cung cấp ưu tiên là nguồn điện từ các tấm Pin PV Năng lượng thu được
từ các tấm Pin PV này sẽ được nạp vào bình acquy Khi acquy đạt đến ngưỡng đầy
do người sử dụng cài đặt Lúc này bộ kích điện chuyển đổi DC/AC sẽ chạy Hệ thốngNLMT lai Hybrid sẽ tự động chuyển sang sử dụng điện tạo ra từ năng lượng mặt trời
Trang 37Sau một thời gian sử dụng khi điện lưu trữ trong ắc quy đạt đến ngưỡng thấp dongười sử dụng cài đặt ban đầu, hệ thống sẽ tự động chuyển qua điện lưới cung cấpcho phụ tải Thời gian chuyển mạch <10ms Hệ thống điện mặt trời lai Hybrid bảođảm nguồn cung cấp liên tục cho phụ tải.
c) Ứng dụng
Thích hợp cho những nơi sử dụng tải nhiều vào ban ngày như: văn phòng công sở,trường học, Công ty, xí nghiệp, khu trung tâm hành chính…nhằm giảm thiểu phụthuộc điện lưới, giảm tiền điện sử dụng
Lựa chọn và mô phỏng sơ đồ hoà lưới của hệ thống NLMT tại Công ty NĐTĐ
Hình 3.6 Biểu đồ phụ tải điện tự dùng trong ngày điển hình của Công ty NĐTĐ
Phân tích nhu cầu thực tế sử dụng điện cho phụ tải tự dùng tại Công ty NĐTĐ (Hình3.6), ta thấy công suất cần thiết cho phụ tải là 700-800kW Với việc nghiên cứu điềukiện môi trường, cơ sở hạ tầng để ứng dụng công nghệ điện mặt trời cho Công tyNĐTĐ như đã phân tích trên đây cho thấy có thể trang bị thêm Hệ thống điện mặttrời với công suất 422kW cùng với hệ thống 524kW có sẵn
Phụ tải tự dùng của Công ty NĐTĐ là cao (max.700kW) trong khoảng thời gian từ1h-7h và 20h-24h và thấp (min.250kW) trong khoảng thời gian 8h-19h, trong khi đóBức xạ Mặt trời thì ngược lại sẽ đạt cực đại trong khoảng thời gian từ 10h-14h vàkhoảng thời gian còn lại sẽ thấp hơn hay zero Tương tự, sự phân bổ công suất trongngày của Hệ thống điện mặt trời 422kW sẽ tỷ lệ nghịch với sự biến thiên nhu cầu phụtải tự dùng của Công ty NĐTĐ, tức là khi phụ tải cao thì công suất cấp điện của Hệthống điện mặt trời lại thấp và ngược lại Hơn nữa, tổng công suất của hệ thống này
Trang 38422kW là công suất định mức ở điều kiện chuẩn (Standard conditions with Solarirradiance 1000W/m2, temperature 25oC and AM 1.5), còn ở điều kiện thực tế chỉ đạtkhoảng 80% công suất bao gồm cả tổn thất công suất của hệ thống,0.8x422W=338kW Xem Hình 3.6 Đường đỏ là mô phỏng phân bổ năng lượng mặttrời trong ngày tương ứng với đường xanh là tổng nhu cầu của phụ tải cho thấy sựtương quan giữa 2 đại lượng Cung -Cầu này, trong thời gian từ khoảng 10h đến 14hcông suất của Hệ thống năng lượng mặt trời cao hơn nhu cầu phụ tải và trong khoảngthời gian còn lại trong ngày thì năng lượng mặt trời không đủ cung cấp cho nhu cầuphụ tải Để bù vào lượng điện thiếu hụt này lựa chọn tối ưu là Hệ thống NLMT nốilưới nhờ cơ sở hạ tầng hiện hữu của Công ty NĐTĐ đã được kết nối với lưới điện0,4kV, 22kV & 110kV với các TBA tương ứng không cần thiết phải trang bị thêm hệthống Acquy tốn kém nhằm giảm chi phí đầu tư và nâng cao hiệu quả kinh tế của dựán.
Hình 3.7 Sơ đồ mô phỏng hệ thống NLMT nối lưới
Kết luận: Lựa chọn Hệ thống NLMT nối lưới (Hình 3.2) với 3 chế độ làm việc:
Khi công suất của Hệ thống NLMT cao hơn nhu cầu phụ tải tự dùng, nguồn điện mặttrời sẽ cung cấp đầy đủ cho phụ tải tự dùng và phần còn lại sẽ phát ra lưới;
Trang 39Khi công suất của Hệ thống NLMT thấp hơn nhu cầu phụ tải tự dùng thì nguồn điệncung cấp cho phụ tải tự dùng sẽ là điện mặt và phần còn lại sẽ lấy từ điện lưới;
Khi công suất của Hệ thống NLMT bằng nhu cầu phụ tải tự dùng, nguồn điện mặttrời sẽ chỉ cung cấp cho phụ tải tự dùng
3.2.6 Cấu hình hệ thống NLMT nối lưới (Hình 3.7)
Hệ thống NLMT nối lưới bao gồm các thành phần chính sau:
Các công nghệ Pin PV chia thành ba loại: silicon tinh thể, thế hệ mỏng thứ hai và cáccông nghệ mới nổi và thế hệ thứ ba Mô tả của các loại khác nhau và một số cácchính tiểu thể loại
Chọn công nghệ tốt nhất cho một dự án phụ thuộc vào một số yếu tố, bao gồm hiệuquả, giá cả, sự sẵn có trên thị trường, thời gian và các điều khoản bảo đảm thực hiện,đáp ứng với điều kiện khí hậu
Các mô tả sau đây so sánh một vài yếu tố giữa các công nghệ khác nhau, để cungcấp một số thông tin trong việc lựa chọn tốt nhất cho dự án năng lượng mặt trời Pin
PV với hiệu quả cao hơn có thể tạo ra nhiều năng lượng hơn, và thuận lợi cho máinhà, nơi không gian bị hạn chế Trong trường hợp này, so sánh hiệu quả của các côngnghệ khác nhau (ví dụ, tinh thể silicon so với bông mỏng) sẽ rất hữu ích
Hình 3.8 cho thấy sự so sánh hiệu quả của các công nghệ khác nhau, được biên soạnbởi Phòng thí nghiệm năng lượng tái tạo quốc gia Hoa Kỳ Những dữ liệu này đượccập nhật đến năm 2020
Trang 40Hình 3.8 So sánh hiệu quả các công nghệ khác nhau