Đề tài Tìm hiểu và trình bày thiết kế một hệ thống điện mặt trời áp mái

Nội dung text: Đề tài Tìm hiểu và trình bày thiết kế một hệ thống điện mặt trời áp mái

1. Đề tài:tìm hiểu và trình bày thiết kế một hệ thống điện mặt trời áp mái HỌC PHẦN​ CÁC NGUỒN NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO EE3101–– RENEWABLE ENERGY MÃ LỚP 118841 GVHD: TS. Lê Thị Minh Châu
2. Nhóm sinh viên: Nhóm 7 1. Vương Hồng Phương 20181248 Tìm tài liệu 2. Kim Ngọc Tùng 20181298 Tìm tài liệu 3. Trần Trang Ninh 20181240 Tìm tài liệu 4. Hoàng Anh Thăng 20181264 Tìm tài liệu 5. Dương Huy Thành 20181268 Tìm tài liệu 6. Hồ Đức Hoàng 20181159 Tìm tài liệu 7. Trịnh Đức Minh Nghĩa 20181234 Tìm tài liệu 8. Trần Tiến Châu 20181093 Tìm tài liệu 9. Nguyễn Tiến Trung 20181285 Powerpoint, mô phỏng pvsyst 10. Hoàng Ngọc Chuyên 20181098 Powerpoint, mô phỏng pvsyst 11. Hoàng Văn Chiến 20181096 Powerpoint, mô phỏng pvsyst, thuyết trình
3. Lời mở đầu • Điện năng lượng mặt trời là hệ thống sử dụng pin mặt trời để thu các dòng bức xạ điện tử xuất phát từ mặt trời sau đó biến đổi thành điện năng. Điện năng thu được từ pin mặt trời sẽ được đưa trực tiếp xuống bộ biến đổi inverter. Tại đây từ dòng điện một chiều sẽ được biến đổi thành dòng điện xoay chiều. Nó tích ứng phù hợp và sử dụng cho các thiết bị trên tải tiêu thụ điện. • Điện mặt trời được coi là nguồn nguyên liệu xanh, sạch, đẹp. Nó không hề thải ra bất kỳ khí thải độc hại gây ô nhiễm môi trường. Đây được coi là giải pháp năng lượng hàng đầu được các nước trên thế giới phát triển. Dự tính trong tương lai gần nguồn năng lượng này sẽ thay thế các giải pháp năng lượng truyền thống khác.
4. Tổng quát • Năng lượng mặt trời đang là nguồn năng lượng sạch ít gây ảnh hưởng đến môi trường. • Theo báo cáo (2009): Cơ quan năng lượng tái tạo Quốc tế (IRENA) thì tổng công suất lắp đặt điện mặt trời trên thế giới đạt 627 GW,khu vực Châu Á chiếm 56,4% với tổng công suất 353 GW trong đó Trung Quốc có 205 GW và đứng đầu trên toàn thế giới về lắp đặt điện mặt trời Tổng công suất điện mặt trời trên thế giới
5. Tổng quát • Việt Nam là nước nằm trong dải phân bố ánh nắng mặt trời trong năm tương đối mạnh trên bản đồ bức xạ mặt trời.Vì vậy Việt Nam được xếp vào nhóm các quốc gia có tiềm năng khai thác hệ thống điện mặt trời • Số giờ nắng trung bình năm của Việt Nam vào khoảng 2000-5000 h với tổng bức xạ mặt trời là 150Kcal/cm^2. Hình:cường độ bức xạ mặt trời của Việt Nam
6. Tổng quát Thành phố Hồ Chí Minh đã bổ sung số lượng hệ thống lớn nhất trong cả nước với 210 hệ thống RTS mới lắp đặt, hầu hết trong số đó là hệ thống cho hộ gia đình. Tỉnh Ninh Thuận đã có tổng công suất lắp đặt mới lớn nhất cả nước với 6.88 MWp, phần lớn là các hệ thống ĐMT áp mái công nghiệp. Năm 2019 Việt Nam đã có hơn 80 nhà máy xây dựng và đưa vào đóng điện với lưới điện quốc gia với tổng công suất điện mặt trời đạt 4,8 GW .Dự tính đến năm 2025 đạt 14.45 GW,năm 2030 đạt 20,05 GW. Các nước trên thế giới cũng đang đẩy mạnh điện mặt trời và theo khảo sát của EVN,sản lượng điện mặt trời quý I năm 2020 đạt 2,31 tỉ kWh,tăng 28 lần so với cùng kỳ 2019.Phục vụ việc cung cấp điện an toàn,ổn định. Đến cuối tháng 3, 2020, trên cả nước có 27.845 hệ thống điện mặt trời áp mái (ĐMT) với tổng công suất lắp đặt 573.24 MWp (cuối tháng 3, 2020: 26.293 hệ thống/ 519,37 MWp). Trong tháng 4, 2020, 1,552 hệ thống với tổng công suất 53,88 MWp được lắp đặt mới trên cả nước.
7. Thiết kế hệ thống điện mặt trời áp mái • Trong bối cánh cần thêm các nguồn năng lượng sạch cung cấp cho sản xuất,khinh doanh tiêu dùng trên toàn quốc ,bên cạnh đó là thời gian để cải tạo,phát triển khu vực phía Nam nhắm đưa thêm các nhà máy điện mặt trời vào hoạt động,điện mặt trời áp mái được coi là giải pháp hữu hiệu để giải quyết các vấn đề bởi tính khả thi về mặt kỹ thuật,không phụ thuộc vào lưới truyền tải • Ngoài tạo ra năng lượng điện để cung cấp cho toàn bộ hệ thống thiết bị, phụ tải sử dụng trong hộ gia đình, dịch vụ kinh doanh hay nhà máy sản xuất, điện năng dư thừa được tạo ra bởi hệ thống điện mặt trời áp mái còn được bán lại cho EVN với mức giá 1.943 VND/kwh (8,38 USCent/kwh).
8. tCác dạng điện năng lượng mặt rời Điện năng lượng mặt trời có 3 loại cơ bản : • - Hệ thống điện năng lượng mặt trời độc lập. • - Hệ thống điện năng lượng mặt trời hòa lưới. • - Hệ thống điện năng lượng mặt trời hỗn hợp (Hybrid). Hệ thống năng lượng mặt trời : • Hệ thống quang điện mặt trời bao gồm các phần chính:tấm pin mặt trời,bộ điều khiển sạc,biến tần,thiết bị tích trữ,thiết bị bảo vệ kết nối với nhau tạo ra điện năng hoạt động độc lập hoặc kết hợp với lưới điện • Hệ thống điện mặt trời áp mái theo quyết định của Bộ Công Thương là hệ thống điện mặt trời có các tấm quang điện được lắp trên mái nhà và có công suất không quá 1 MW Khi nói đến bất kỳ hệ thống điện mặt trời nào, chúng ta cũng sẽ có những điểm chung như sau : • Giàn pin bao gồm các tấm pin mặt trời được đặt trên mái nhà hoặc trên nền đất. • Inverter • Tủ điện đóng cắt bảo vệ • Điểm hòa lưới
9. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hệ thống điện năng lượng mặt trời Hệ thống điện năng lượng mặt trời độc lập:Hệ thống điện năng lượng mặt trời độc lập là giải pháp điện mặt trời giúp tạo ra năng lượng điện và cung cấp cho nhu cầu sử dụng một cách độc lập mà không phụ thuộc vào nguồn điện khác. Những nơi nên lắp đặt mô hình điện mặt trời áp mái độc lập • Nơi không có điện lưới quốc gia. • Nơi địa hình hiểm trở gây khó khăn hoặc • Chi phí quá cao để lắp lưới điện quốc gia. Sơ đồ Hệ thống các tấm pin sẽ hấp thụ nguồn năng lượng từ ánh sáng mặt trời để chuyển hóa thành điện năng dưới dạng dòng điện DC. Dòng điện DC sinh ra từ các tấm pin sẽ được bộ biến tần (Inverter) chuyển đổi và ổn áp với một mức điện áp một chiều nhất định để sạc vào hệ thống ắc quy hoặc pin lưu trữ (thường là 48V). Đồng thời, dòng điện một chiều (DC) được bộ Inverter chuyển đổi thành dòng điện xoay chiều AC để cung cấp cho hệ thống các thiết bị tiêu thụ điện tại khu vực lắp đặt của khách hàng.
10. Ưu-nhược Điện Ưu điểm: mặt trời áp mái • Có thể sử dụng điện mà không cần đến lưới điện quốc gia. độc lập • Có thể lắp đặt ở bất cứ đâu. Nhược điểm: • Chi phí lắp đặt,bảo dưỡng bảo trì các thiết bị tốn kém • Điện năng tích trữ có thể không đủ dùng
11. Hệ thống điện năng lượng mặt trời hòa lưới: Khác biệt so với hệ thống điện năng lượng mặt trời độc lập, hệ thống điện năng lượng mặt trời hòa lưới không có bộ ắc quy lưu trữ và được đấu nối hòa chung với mạng điện lưới của EVN. Ban ngày có thể dùng trực tiếp điện mặt trời còn ban đêm có thể sử dụng điện lưới Dòng điện một chiều DC được tạo ra bởi hệ thống các tấm pin sẽ được chuyển đổi trực tiếp thành dòng điện xoay chiều AC thông qua bộ Inverter hòa lưới. Dòng điện xoay chiều AC sau khi đi ra khỏi bộ biến tần sẽ được ưu tiên cung cấp cho toàn bộ hệ thống các phụ tải điện trong nhà hoặc trong toàn bộ khu vực lắp đặt của chủ đầu tư.
12. Ưu điểm • Cấu trúc đơn giản, dễ dàng lắp đặt Ưu-nhược điểm • Độ bền cao, tuổi thọ sử dụng lâu dài. Điện mặt trời áp mái nối lưới • Giúp giảm tải cho lưới điện quốc gia trực tiếp • Nếu dùng không hết có thể bán ngược lại cho điện lực quốc gia với giá 2086đ/kW Nhược điểm • Phụ thuộc vào điện lưới quốc gia
13. Hệ thống điện năng lượng mặt trời Hybrid (hỗn hợp) :Đây là hệ thống điện mặt trời có khả năng phục vụ nhu cầu sử dụng điện của khách hàng một cách tốt nhất. Hệ thống này vừa có khả năng lưu trữ điện năng để dự phòng cho trường hợp bị ngắt điện lưới và vừa có khả năng bán lại điện dư thừa cho EVN nhờ được hòa vào điện lưới. Điểm khác biệt của hệ thống điện mặt trời Hybrid so với hệ thống hòa lưới là có thêm hệ thống ắc quy hoặc pin lưu trữ lại một lượng điện năng nhất định trước khi bán lượng điện dư thừa lên hệ thống của EVN. Là hệ thống có khả năng đáp ứng nhu cầu của khách hàng một cách tốt nhất nhưng nhược điểm của hệ thống điện mặt trời Hybrid là chi phí đầu tư cao hơn khá nhiều so với hệ thống hòa lưới thông thường.
14. Ưu-nhược điểm của Ưu điểm: hệ thống điện mặt • Độ bền cao, tuổi thọ sử dụng lâu dài. trời áp mái vừa lưu • Giúp giảm tải cho lưới điện quốc gia trữ vừa hòa lưới • Có thể sử dụng điện mà không cần đến lưới điện quốc gia. Nhược điểm: • chi phí lắp đặt cao • Tốn chi phí bảo trì,bảo dưỡng các thiết bị
15. Các loại thiết bị điện mặt trời áp mái Tấm pin thu năng lượng mặt trời Đây là một trong những thành phần chính của hệ thống, các tấm pin có nhiệm vụ hấp thụ ánh nắng mặt trời và biến đổi chúng thành điện năng. Điện từ pin mặt trời là dòng điện một chiều DC. Mỗi tấm pin sẽ có một công suất đỉnh(wp) khác nhau dùng để đo công suất tối đa đạt được tại điều kiện 25 độ C với cường độ bức xạ mặt trời là 1000W/m^2 • Pin mặt trời là thiết bị điện tử chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành điện năng thông qua hiện tượng quang điện. • Pin mặt trời gồm có 6 phần: Khung đỡ Kính cường lực dày từ 2 đến 4 mm Các lớp màng EVA Các tế bào quang điện mặt trời Tấm nền phía sau polyme Hộp kết nối
16. Các loại thiết bị điện mặt trời áp mái • Có 2 loại pin mặt trời chính là pin Mono-si và pin Poly- si đều được sử dụng các công nghệ cao -Pin Mono-si có hiệu suất quang điện 17-24% -Pin Poly-si có hiệu suất quang điện 16-20% -Pin được sử dụng các công nghệ cao và mỗi tấm pin sẽ có công suất đỉnh khác nhau -Việc lắp đặt pin mặt trời phải căn cứ vào các yếu tố :phụ tải,diện tích ,cường độ bức xạ,nhiệt độ,độ ẩm Hình:Pin mono-si và Pin Poly-si
17. Các loại thiết bị điện mặt trời áp mái Hệ thống dự trữ (ắc quy hoặc pin sạc) Thiết bị này vô cùng quan trọng trong hệ thống điện năng lượng mặt trời độc lập. Bởi nó giúp lưu trữ nguồn điện để sử dụng trong những ngày ánh sáng yếu, ban đêm hoặc những ngày mưa gió khi nguồn điện lưới bị ngắt để bảo đảm an toàn. • Acquy :thường được sử dụng trong hệ thống điện mặt trời độc lập và hệ thống điện mặt trời nối lưới có tích trữ để tích trữ năng lượng cung cấp cho phụ tải. • Có 2 loại acquy thường được sử dụng là acquy chì-axit và acquy lithium-ion • Pin acquy chì-axit không bền bỉ bằng pin acquy lithium-ion nhưng giá thành rẻ và đa dạng nên được dùng rộng rãi Hình:Pin acquy chì-axit Hình:Pin acquy lithium-ion
18. Các loại thiết bị điện mặt trời áp mái • Bộ chuyển đổi Inverter: Dòng điện 1 chiều (DC) được tích điện ở ắc quy hoặc pin sạc sẽ đi qua bộ chuyển đổi nguồn AC/DC, để chuyển đổi dòng điện một chiều DC sang dòng điện xoay chiều (AC). Dòng điện này được dùng như nguồn điện lưới quốc gia, để thắp sáng bóng đèn và sử dụng cho các thiết bị điện trong gia đình Mỗi biến tần có số đầu ra mppt( đầu ra mà công suất biến tần đạt cực đại ) khác nhau để có thể kết nối với các string pin Hình:Quá trình biến đổi điện áp AC-DC Hình:Biến tần điện mặt trời
19. các loại thiết bị điện mặt trời áp mái • Bộ điều khiển nạp là thiết bị có chức năng kiểm soát tự động quá trình phóng-nạp của acquy thông qua hiệu điện thế trên các điện cực giúp cho acquy có tuổi thọ lâu hơn • Công suất của bộ điều khiển nạp thường bằng từ 1.3-2 lần công suất phụ tải được cấp nguồn từ acquy Thiết bị chống sét là thiết bị nhằm hạn chế sự quá áp đột biến lan truyền trên đường dây bằng cách chuyển hướng dòng điện đi nơi khác một cách an toàn Với vị trí hay bị sét đánh nên sử dụng thiết bị kim thu sét,với mức thấp hơn ta tại phía các thiết bị như tủ điện,giàn pin ta dùng thiết bị chống sét AC-DC phù hợp với hệ thống Hình:thiết bị chống sét DC và AC
20. Các loại thiết bị điện mặt trời áp mái • Công tơ 2 chiều :là loại thiết bị đo công suất,điện năng,điện áp,dòng điện đo lượng điện mua và bán của chủ sở hữu • Công tơ có thể lưu trữ các chỉ số điện năng tiêu thụ được cung cấp bởi công ty điện lực Việt Nam,lưu trữ chỉ số điện năng từ hệ thống mặt trời đã lắp • Việc lắp đặt công tơ 2 chiều phải tuân theo nguyên tắc của điện lực quốc gia để có thể mua và bán điện lên lưới Hình :Công tơ điện 2 chiều
21. Hiệu quả của điện mặt trời áp mái • Các dự án điện mặt trời được thực hiện cơ chế mua bán điện theo chiều giao và chiều nhận riêng biệt của công tơ điện đo đếm 2 chiều • Nhờ quy mô nhỏ, lắp đặt phân tán nên điện mặt trời áp mái thường được đấu nối vào lưới điện hạ áp và trung áp, không cần đầu tư thêm hệ thống lưới điện truyền tải. • Phần mái nhà được cách nhiệt bằng hệ thống tấm pin năng lượng mặt trời giúp giảm nóng cho ngôi nhà, khu sản xuất, văn phòng và giảm công suất tiêu thụ điện của máy lạnh • Hệ thống này có tuổi thọ kéo dài trên 25 năm giúp mang lại hiệu quả lâu dài về mặt kinh tế và môi trường.
22. Thiết kế hệ thống điện mặt trời áp mái Khảo sát trường đại học Bách Khoa bằng PV syst ,ta có cường độ bức xạ tại khu vực là 1390 kwh/m^2. Với diện tích mái 300m^2 ta có thể thiết kế hệ thống điện mặt trời nối lưới không tích trữ 52 kwp
23. Khảo sát các điều kiện tự nhiên tại khu vực
24. Chọn thiết bị cho hệ thống Chọn tấm pin mono-si là pin TSM-340DD14A 340wp,hiệu suất PV 18% của trina-solar có điện áp tối đa là 32,6V/tấm,điện áp hở mạch là 49,5V/tấm,dòng điện 9A/tấm,dòng ngắn mạch 9.5A/tấm Hệ thống cần 152 tấm pin,chia thành 8 string ,mỗi string 19tấm=>Umpp:620V,Impp:9A,Uhm:940V
25. Chọn thiết bị cho hệ thống Ta chọn inverter SG49K5J của Sungrow có công suất 49.5kw thỏa mãn công suất từ 0.8 đến 1 lần công suất giàn pin,điện áp hoạt động của biến tần là 250-1000V>648V của chuỗi pin.Biến tần có 4 ngõ ra MPPT(ngõ ra mà công suất cực đại) kết nối với 8 string cùng hướng về phía nam.
26. Chọn thiết bị cho hệ thống Chọn dây dẫn DC chuyên dụng cho điện mặt trời có lõi 4mm^2 có dòng điện định mức là 55A>Itt=1,56*9.5A thỏa mãn điều kiện mang tải tối đa Chọn dây dẫn AC Dòng điện chạy trên dây dẫn từ inverter đến tủ 52000 phân phối là: = =79(A),chọn dây dẫn AC có dòng định 3∗380 mức là 85A
27. Chọn thiết bị cho hệ thống Chọn thiết bị bảo vệ phía DC Hệ thống gồm 8 chuỗi ,trước khi đi vào inverter sẽ thông qua tủ bảo vệ DC có chứa các thiết bị bảo vệ quá dòng Mỗi string phải được bảo vệ một thiết bị thỏa mãn điều kiện 1,5*9.5 14,25 chọn aptomat C60NA có Idm=15A,Uđm=1000V
28. Chọn thiết bị cho hệ thống Chọn thiết bị bảo vệ phía AC Chọn aptomat A9K24363 sau inverter của hãng scheneider có Iđm=63A,dòng cắt Icắtđm=6(kA) Aptomat A9K24363
29. Chọn thiết bị cho hệ thống Chọn chống sét,Bách Khoa rất ít khi có sét nên ta chọn mức chống sét loại 2 Chọn chống sét DC Có Uhm_String=19*49,5=940V Inverter có điện áp đầu vào tối đa là 1000v,dựa theo tiêu chuẩn IEC điện áp tối đa inverter chịu được là 6000V nên ta chọn chống sét DS50PV-10CD của CITEL có Uđm=1200,Up=3600V<6000V
30. Chọn thiết bị cho hệ thống Chọn chống sét AC: Phía AC của inverter là mạng điện 3 pha trung tính để cung cấp cho trường học,I tải=79A,chống sét đánh lan truyền được đặt cạnh aptomat AC ta chọn chống sét A9L65601 của scheneider có số cực:3P+N, Uđm=400V, Imax=65kA
31. 2 thiết bị chính được dùng cho hệ thống
32. Báo cáo sản lượng của hệ thống điện mặt trời áp mái tại Bách Khoa -Globhor:bức xạ mặt trời chiếu ngang globeff:hiệu quả sau tất cả tổn thất ánh sáng Diffhor:chiếu xạ khuếch tán ngang -EArray :công suất đầu ra của giàn pin -T-Amb:nhiệt độ môi trường -Egrid:công suất đưa vào lưới -GlobInc:bức xạ đo được tại bộ thu -PR:tỉ suất năng suất
33. Các tổn hao công suất của hệ thống điện mặt trời áp mái tại Bách Khoa -IAM factor on global :yếu tố IAM trên bản đồ -PV loss due to temper:tổn thất PV do nhiệt độ -Effective irradiance on collectors:bức xạ hiệu quả bộ thu -Module quality loss:tổn hao Pin -PV conversion:chuyển đổi PV -mismatch loss,modules and strings:kết nối không khớp giữa các pin và string -Array nominal energy :công suất phản kháng giàn pin -ohmic wiring loss:tổn hao điện trở trên dây -Pv loss due to irradiance level :tổn thất mật độ bức xạ -Inverter loss during operation:tổn thất của inverter trong làm việc thực
34. Danh mục tài liệu tham khảo: • 3GV6nGXRfs • chieu/?fbclid=IwAR2C5VwSvJBQZE5FDWITfbhACTOgjS3sO9f9E46evqXRv_Y2UZPTgRvTfxc • dong?fbclid=IwAR2UE_UW3IYAczS2AzbE_H9DNqO867ubqma5XCAjAawytd-N6Vt74GBSGos • VHsPoqGpItn7RM0y4EqryLJfQVaq1Mn9Yl6uA3uLvxaXjkE • VHsPoqGpItn7RM0y4EqryLJfQVaq1Mn9Yl6uA3uLvxaXjkE • fcNP18LwC49eqej-hwZkm8f7CKGqf1tlc80EJxUfeujgQw7U • vinh-phuc-?fbclid=IwAR2Uvv3ExsNPSAXbMAn- z_ZaC1MJ_cU9dSrfK_fDQW4EKtGHVokUOTRAt2U • zHnsgreLtpKul4miKSgE9XCdzvEBIbY5Z3qHixktv0nYGis