MỤC LỤC Chương 0: Khái quát lượng mặt trời Ưu điểm lượng mặt trời .2 Năng lượng mặt trời nước ta Chương I: Thiết bị hệ thống lượng mặt trời Giới thiệu pin mặt trời Các sơ đồ hệ thống cung cấp NLMT Bộ điều khiển sạc Inverter .9 Ac-quy .9 Chương II: Lựa chọn thiết bị cho hệ thống Vị trí, đặc điểm Văn phòng nhà xưởng tính tốn điện tiêu thụ 10 Lựa chọn sơ đồ 10 Tính số Wp lựa chọn pin mặt trời .10 Lựa chọn điều khiển sạc ac-quy 11 Lựa chọn inverter 11 Chương III: Tính tốn kinh tế Giá thành chi phí 12 Tài liệu tham khảo 13 Chương 0: Ưu điểm lượng mặt trời Ngày với tình hình dân số cơng nghiệp phát triển không ngừng, lượng thể rõ vai trò quan trọng trở thành yếu tố thiếu sống Tuy nhiên nhu cầu sử dụng lượng ngày gia tăng nguồn lượng truyền thống khai thác sử dụng hàng ngày dần cạn kiệt trở nên khan Một số nguồn lượng sử dụng nguồn nguyên liệu hoá thạch (dầu mỏ, than đá…) cho thấy tác động xấu đến mơi trường, gây nhiễm bầu khí gây hiệu ứng nhà kính, thủng tầng ozơn, nguyên nhân làm trái đất ấm dần lên Các khí thải từ việc đốt nguyên liệu gây mưa axit, gây hại cho môi trường sống người Còn nguồn lượng thuỷ điện (vốn coi loại lượng sạch) khơng đáp ứng nhu cầu tiêu thụ điện tình trạng mức nước hồ chứa thường xuyên xuống mực nước chết Trước tình hình đó, vấn đề phải tìm nguồn lượng để đáp ứng nhu cầu sử dụng lượng lớn mạnh hàng ngày, thay nguồn lượng có hại cho mơi trường cạn kiệt trở nên cấp thiết, đòi hỏi nhiều quan tâm So với nguồn lượng khai thác sử dụng lượng gió, lượng hạt nhân… Năng lượng mặt trời coi nguồn lượng rẻ, vô tận, nguồn lượng không gây hại cho môi trường thu hút quan tâm nhiều nhà khoa học, nhà nghiên cứu trở thành nguồn lượng tốt tương lai Hệ thống quang điện sử dụng lượng mặt trời (Hệ pin mặt trời) có nhiều ưu điểm khơng cần ngun liệu, khơng gây nhiễm mơi trường, phải bảo dưỡng, không gây tiếng ồn… Pin mặt trời ứng dụng nhiều nơi giới Chúng đặc biệt thích hợp cho vùng lưới điện khơng đến Pin mặt trời sử dụng nhiều sản xuất đời sống Một ứng dụng đơn giản pin mặt trời sống hàng ngày đồng hồ, máy tính … Ngồi pin mặt trời ứng dụng thiết bị vận chuyển tơ, máy tính cầm tay, điện thoại di động, thiết bị bơm nước… Ngày nay, nhà có gắn lượng mặt trời trở thành phổ biến có xu hướng tăng dần tương lai Năng lượng mặt trời nước ta Năng lượng mặt trời Việt Nam có tiềm to lớn khai thác ứng dụng Việt Nam có lợi nước nằm giải phân bổ ánh nắng mặt trời nhiều năm đồ xạ mặt trời giới Theo giáo sư, tiến sĩ khoa học Nguyễn Tiến Khiêm, nguyên Viện trưởng Viện Cơ học, Viện Khoa học Công nghệ Việt Nam, tất nguồn lượng tái tạo, lượng mặt trời phong phú biến đổi thời kỳ biến đổi khí hậu Ứng dụng lượng mặt trời ỏ Việt Nam phong phú với đa dạng sản phẩm như: Máy nước nóng, điện mặt trời, đèn, Tuy nhiên, nhu cầu sử dụng lượng mặt trời nhiều Với bờ biển dài 3.000km, có hàng nghìn đảo có cư dân sinh sống nhiều nơi đưa điện lưới đến Vì vậy, ứng dụng lượng mặt trời Việt Nam nguồn lượng chỗ để thay cho dạng lượng truyền thống, đáp ứng nhu cầu vùng dân cư kế sách có ý nghĩa mặt kinh tế, an ninh quốc phòng Tuy nhiên, ứng dụng lượng mặt trời Việt Nam chưa phát triển cách có kế hoạch tầm vĩ mô Nếu so với số nước châu Phi hay Nam Á có hồn cảnh, Việt Nam sau họ Chương I: Giới thiệu pin mặt trời Pin mặt trời gọi pin quang điện thiết bị ứng dụng hiệu ứng quang điện bán dẫn (thường gọi hiệu ứng quang điện – quang dẫn) để tạo dòng điện chiều từ ánh sáng mặt trời Loại pin mặt trời thông dụng loại sử dụng Silic tinh thể Tinh thể Silic tinh khiết chất bán dẫn điện điện tử bị giam giữ liên kết mạng, khơng có điện tử tự Khi bị ánh sáng hay nhiệt độ kích thích, điện tử bị bứt khỏi liên kết, điện tử tích điện âm nhảy từ vùng hoá trị lên vùng dẫn để lại lỗ trống tích điện dương vùng hố trị Lúc chất bán dẫn dẫn điện Có loại pin mặt trời làm từ tinh thể Silic: o Một tinh thể hay đơn tinh thể module Đơn tinh thể có hiệu suất tới 16% Loại thường đắt tiền cắt từ thỏi hình ống, đơn thể có mặt trống góc nối mơdule o Đa tinh thể làm từ thỏi đúc từ Silic nung chảy, sau làm nguội làm rắn Loại pin thường rẻ loại đơn tinh thể, lại có hiệu suất Tuy nhiên chúng tạo thành vuông che phủ bề mặt nhiều loại đơn tinh thể bù cho hiệu suất thấp o Dải Silic tạo từ miếng phim mỏng từ Silic nóng chảy có cấu trúc đa tinh thể Loại thường có hiệu suất thấp loại rẻ loại khơng cần phải cắt từ thỏi Silicon Đặc tính làm việc pin mặt trời thể qua hai thông số điện áp hở mạch lớn VOC lúc dòng Dòng điện ngắn mạch ISC điện áp Phương trình đặc trưng vol-ampere pin quang điện Dòng Isc tỉ lệ thuận với cường độ chiếu sáng, điện Uoc tỉ lệ nghịch với nhiệt độ mơi trường thời điểm ngày pin mặt trời có đường đặc tính U-I khác dẫn đến công suất lớn khác Để đặc trưng cho khả cung cấp cơng suất pin ta có đại lượng Wp Wp công suất lớn pin công suất rọi mặt trời 1kW/m2 nhiệt độ môi trường 25OC Các sơ đồ hệ thống cung cấp NLMT a Sơ đồ off-grid Hệ thống hoạt động độc lập, tính tốn để hoạt động hồn toàn lượng mặt trời kể ngày khơng có nắng trang bị thêm máy phát dự phòng nhiều ngày khơng nắng Ngun lý hoạt động là: dòng điện phát từ panel ánh nắng sạc vào acquy thông qua điều khiển sạc nhằm lấy lượng công suất lớn điện DC từ acquy chuyển qua phân phối trung tâm chuyển thành điện AC đưa đến thiết bị điện Ưu điểm: o Ứng dụng nhiều đảo, vùng xa xơi khơng có điện lưới vươn tới o Có điện vào lúc Khuyết điểm: o Phức tạp, giá thành tương đối cao o Acquy cần phải trì, thay b Sơ đồ on-grid Hệ thống pin lượng mặt trời nhận xạ mặt trời chuyển hóa thành nguồn điện chiều (DC) Nguồn điện DC chuyển đổi thành nguồn điện xoay chiều (AC) thông qua Grid Tie Inverter ( chuyển đổi điện nối lưới) Với chuyển đổi đảm bảo nguồn lượng tạo từ hệ pin mặt trời chuyển đổi chế độ tốt nhằm tối ưu hóa nguồn lượng từ hệ pin mặt trời cung cấp điện cho tải Bên cạnh việc inverter có chế độ thơng minh, tự dò tìm đồng pha nhằm kết nối điện tạo từ hệ pin mặt trời điện lưới Chế độ làm việc thông minh inverter với việc ưu tiên sử dụng lượng điện từ hệ pin mặt trời để cung cấp trực tiếp cho tải sử dụng giúp tối ưu hóa lượng từ hệ pin mặt trời Nguyên lý hoạt động hệ thống hòa lưới : điện thu từ pin ( Solar Panel) điện chiều, qua hòa lưới ( Grid Tie Inverter ), có chức đổi từ điện DC – AC pha tần số với điện lưới, sau hệ thống hòa chung với điện lưới: o Khi cơng suất hòa lưới cơng suất tải tải tiêu thụ điện hoàn toàn từ pin mặt trời o Khi công suất tải tiêu thụ lớn công suất hòa lưới tải lấy thêm lưới bù vào o Khi công suất tải tiêu thụ nhỏ công suất hòa lưới điện từ hòa lưới trả lưới Khơng tính tiền hòa dư EVN chưa cho đồng hồ quay ngược Ưu điểm: o Sơ đồ đơn giản, dễ lắp đặt o Không sử dụng ac-quy o Giá thành rẻ Khuyết điểm o Chỉ lắp đặt vùng có lưới điện o Sử dụng điện lưới hoàn toàn vào ban đêm o Khi điện từ lưới, thiết bị dụng c Sơ đồ hybrid Hệ thống tương tự hệ thống nối lưới nhiên thiết kế thêm hệ thống dự trữ nhỏ vừa cung cấp cho tải ưu tiên để điện lưới dùng Các tải ưu tiên thường có cơng suất nhỏ cần điện ổn định đèn, quạt, module mạng, hệ thống camera an ninh, máy tính … Hệ thống kết hợp hệ thống hòa lưới giúp tiết kiệm điện, với hệ thống độc lập để ln có lượng điện dự trữ cho thiết bị quan trọng điện Nguyên tắc hoạt động hệ thống : khởi động Ắc quy ưu tiên nạp đầy từ pin mặt trời Hệ thống kiểm tra tình trạng ắc quy để đảm bảo ắc quy đầy điện Khi ắc quy đầy hệ thống chuyển qua hòa lưới, giúp giảm lượng điện tiêu thụ, hòa lưới sử dụng tất tải ( tải ưu tiên tải thông thường Khi điện chuyển mạch ( ATS ) chuyển qua ưu xài tải ưu tiên từ lượng điện dự trữ ắc quy, tồn hệ pin mặt trời chuyển qua sạc cho ắc quy, có điện trở lại hệ thống chuyển qua hòa lưới bình thường Ưu điểm: o Giá thành thấp so với sơ đồ off-grid o Đơn giản o Có điện vào lúc o Tuổi thọ ac-quy cao Khuyết điểm: o Acquy cần trì thay Bộ điều khiển sạc Là thiết bị thực chức điều tiết sạc cho ac-quy, bảo vệ cho acquy chống nạp tải xả sâu nhằm nâng cao tuổi thọ bình ac-quy Mạch bảo vệ điều khiển thực việc ngắt mạch nạp vào ac-quy điều khiển xác nhận bình ac-quy nạp đầy ngắt ac-quy khỏi phụ tải điện áp ac-quy thấp Vào ban đêm điều khiển sạc chống dòng chảy ngược từ ac-quy đến pin mặt trời mà gây nóng pin làm pin giảm tuổi thọ Bộ điều khiển sạc cho biết dung lượng điện lại bình, giúp ta có kế hoạch sử dụng thiết bị điện hay sử dụng máy phát dự phòng Ngồi điều khiển sạc dò tìm điểm công suất max pin mặt trời nhằm nhận tối đa công suất tương ứng với nắng ngày Acquy Là thiết bị lưu trữ điện để sử dụng vào ban đêm lúc trời khơng ánh sáng Ac-quy thường sử dụng hệ thống điện mặt trời Chì-acid loại xả sâu Có thơng số: o Max depth discharge: 80 % o Energy density: 35 (Wh/kg) o Cycle life: .2000 (cycles) o Calendar life : 7-10 (years) o Cost: 100 ($/kWh) o Đặc tính sử dụng:  Dòng điện xả nhỏ dung lượng ac-quy cao  Nhiệt độ thấp dung lượng ac-quy giảm  Suất xả điện C/20 25OC làm chuẩn cho hệ thống PV Inverter biến điện nghịch lưu, Inverter chuyển đổi dòng điện DC từ ac-quy thành dòng điện sine AC để cung cấp cho tải ba sơ đồ hệ thống cung cấp, ta có ba loại inverter: o off-grid : thực chức là:  Chuyển dòng DC từ ac-quy thành AC cho tải  Chuyển dòng điện AC từ máy phát dự phòng cho tải  Xạc cho ac-quy từ máy phát dự phòng o on-grid: thực chức là:  chuyển dòng DC từ pin mặt trời thành dòng AC chuẩn hòa vào lưới điện o hybrid: thực hai chức là:  nạp acquy để dự phòng điện lưới  chuyển dòng điện DC từ pin mặt trời thành dòng AC chuẩn để hòa lưới 10 Chương II: Vị trí, đặc điểm văn phòng nhà xưởng tính tốn điện tiêu thụ: a Vị trí, đặc điểm Khơng gian: Địa chỉ: Tân Bình Tọa độ: Nhiệt độ trung bình: Cường độ xạ: Năng lượng xạ: 3,5m x 5m x 3,5m 345, Phạm Văn Bạch, phường 15, quận 10° 49' 16.9" N, 106° 38' 18.34" E 27OC 1762kW/m2 5,2kWh/ngày b Tính tốn phụ tải STT Tên thiết bị Công suất (W) Số lượng Thời gian h/đ (giờ) Máy điều hòa Bóng huỳnh quang máy vi tính tivi Máy in để bàn 1119 10 Điện tiêu thụ (kWh/ngày) 11,19 40 10 0,8 195 10 7,84 100 120 10 0,25 0,09 Tổng: 20,92 Lựa chọn sơ đồ Yêu cầu thiết kế:  Cung cấp điện liên tục  Giá thành không cao  Thiết kế đơn giản  Phí bảo trì vừa phải  Chọn hệ thống hybrid với mức bù cho hệ điện lưới ½, dung lượng ac-quy đủ dùng tạm tiếng Tính số Wp lựa chọn pin mặt trời Với : 5,2 lượng xạ mặt trời ngày (kWh/m2) ½ tỉ lệ phân phối sử dụng điện pin mặt trời lưới điện 1,3 hệ số bù cho hiệu suất hệ thống 11   Chọn pin mono, 300 Wp (tổng cộng xấp xỉ 2700 Wp) Thông số tấm: Công suất tiêu thụ 300 Wp Điện áp hở mạch ( Voc) 43.68 V Dòng hở mạch ( Isc) 9.36 A Điện áp danh định ( Vmp) 36.40 V Dòng danh định ( Imp) 8.24 A Kích thước Cân nặng 1956*990*50 mm 24 Kg  Xếp thành lưới X 4.Lựa chọn ac-quy a Ac-quy yêu cầu:  Điện áp : 48V  Dung lượng tổng: = 0,769 (kAh)  Với 20,92 phụ tải ngày (kWh)  0,85 hiệu suất ac-quy  0,8 mức xả tối đa ac-quy  3/10 ac-quy phải bù tối đa điện lưới ngày sử dụng 10  Lựa chọn ac-quy mã LGL200-12N hiệu Long ( Đài Loan ) dung lượng 200Ah bình mắc nối tiếp tạo điện áp 48V 5.Lựa chọn inverter hybrid Yêu cầu:  Điện áp sạc: 48V  Công suất từ pin mặt trời: 2,615 kWp  Dòng điện sạc: 2700 / 48 *1,2 = 67,5 (A) ( với 2700 công suất pin mặt trời, 48 điện áp sạc, 1,2 hệ số trữ )  Chọn SUPCU-3000-48V Sukam tích hợp điều khiển sạc hòa lưới 12 TECHNICAL SPECIFICATIONS Type Single Phase Solar Power Conditioning Unit Technology DSP Based PWM Technology Solar PCU Rating 3KVA PV Charge Controller Rating 3KWp Input Parameters Nominal I/P Voltage 48V Input Voltage Range 44V-60V ±2% 13 Low Battery cut off 44V ±2% High Battery shutdown 65V ±2% Output Parameters Voltage Regulation at nominal voltage 230 ± 5% Frequency Regulation 50Hz ± 0.2Hz Efficiency (typical)at linear load >85% (linear load) Waveform Pure Sine Wave Total Load 2kW@UPF Overload 200% for 8seconds Power usage Priority From Photovoltaic Array Crest Factor 3:1 GRID CHARGER Grid I/P Voltage Range WW-155 VAC-280VAC±10V and NW-185 VAC-265VAC±10V Charging Current Max 30Amp + 2Amp ( Factory settable) SOLAR CHARGE CONTROLLER Charging Current Imax > 30A 14 Float Voltage 54V ±2% Operating Temp 0°C to + 45°C Storage Temp 0°C to + 55°C Relative Humidity 0-95% Non-Condensing Dimension 351 x 617 x 320 mm Weight 61 kg 15 Chương III: Tính tốn kinh tế Giá thành chi phí stt Tên thiết bị Số lượng Giá (VNĐ) Pin mặt trời acquy inverter 6.000.000 8.800.000 20.119.000 Giá thành (VNĐ) 54.000.000 35.200.000 20.119.00 Tổng:109.319 000 Giá điện 6kV 1.577 đồng/kWh  Tiền đầu tư tương đương 69321 kWh  Mỗi tháng sử dụng điện từ hệ thống điện mặt trời 22*20,92/2 = 230,12kWh  301,2 tháng ( 25 năm hoàn vốn ) 16 ... lượng không gây h i cho môi tr ờng thu h t quan tâm nhiều nhà khoa h c, nhà nghiên cứu tr thành nguồn lượng tốt tương lai H thống quang điện sử dụng lượng mặt tr i (H pin mặt tr i) có nhiều... an ninh, máy tính … H thống k t h p h thống h a lưới giúp tiết kiệm điện, với h thống độc lập để ln có lượng điện dự tr cho thiết bị quan tr ng điện Nguyên tắc hoạt động h thống : khởi động... ứng nhu cầu vùng dân cư k sách có ý nghĩa mặt kinh tế, an ninh quốc phòng Tuy nhiên, ứng dụng lượng mặt tr i Việt Nam chưa phát triển cách có k hoạch tầm vĩ mô Nếu so với số nước châu Phi hay