Đồ án môn học Thiết kế hệ thống mặt trời mái áp tòa A trường Đại học Sư phạm kỹ thuật
Đồ án môn học Thiết kế hệ thống mặt trời mái áp tòa A trường Đại học Sư phạm kỹ thuật của Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh với những kiến thức và thông tin bổ ích giúp sinh viên tham khảo, ôn luyện và phục vụ nhu cầu học tập của mình cụ thể là có định hướng ôn tập, nắm vững kiến thức môn học và làm bài tốt trong những bài kiểm tra, bài tiểu luận, bài tập kết thúc học phần, từ đó học tập tốt và có kết quả cao cũng như có thể vận dụng tốt những kiến thức mình đã học vào thực tiễn cuộc sống. Mời bạn đọc đón xem!
Môn: Thiết kế máy
Trường: Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh
Thông tin:
Tác giả:
Thông tin :
Môn:
Trường:
Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh
Tác giả:
Tài liệu liên quan:
Preview text:
lOMoARcPSD| 37054152
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC ĐỒ ÁN MÔN HỌC ĐỀ TÀI:
THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỆN MẶT TRỜI ÁP MÁI
TÒA NHÀ KHU A TRƯỜNG ĐH SPKT TP.HCM
GVHD: TS. NGUYỄN XUÂN VIÊN SVTH: PHAN THÀNH SIÊU MSSV: 18154046 PHAN THÁI BÌNH MSSV: 18154004 ĐỖ DUY TÀI MSSV: 18154047
Thành Phố Thủ Đức, tháng 06 năm 2021 lOMoARcPSD| 37054152 MỤC LỤC
PHỤ LỤC HÌNH ẢNH............................................................................................4
I. GIỚI THIỆU ĐỀ
TÀI..........................................................................................6
1.1. Lý do chọn đề tài.....................................................................................................6
1.2 Nội dung đề tài.........................................................................................................7
1.3. Phương pháp nguyên cứu........................................................................................7 II. CƠ SỞ LÍ
THUYẾT...........................................................................................8
2.1. Giới thiệu về năng lượng mặt trời...........................................................................8
2.2. Ứng dụng năng lượng mặt trời hiện nay..................................................................8
2.3. Tính toán bức xạ năng lượng mặt trời.....................................................................9
2.4 Pin mặt trời.............................................................................................................10
2.4.1 Hiệu ứng quang điện........................................................................................11
2.4.2 Cấu tạo pin mặt trời.........................................................................................12
2.4.3 Nguyên lý làm việc pin mặt trời......................................................................14
2.4.4 Các công nghệ pin năng lượng mặt trời, ưu và nhược điểm............................16
2.5. Inverter..................................................................................................................18
2.5.1. Các loại inverter và ưu nhược điểm................................................................18
2.5.2 Lựa chọn inverter............................................................................................22
2.5.3 Điện áp đầu vào và công suất của inverter......................................................23
2.6 Cấu trúc hệ thống hòa lưới.....................................................................................24
2.6.1 Thiết kế hệ thống PV nối lưới..........................................................................24
2.6.2. Điều kiện để hòa lưới điện năng lượng mặt trời.............................................25
2.6.3. Quy trình đấu nối điện....................................................................................25
2.7 Giới thiệu các phần mềm sử dụng..........................................................................26
2.7.1 Phần mềm SketchUp.......................................................................................26
2.7.2 Phần mềm Pvsyst............................................................................................27
2.7.3 Phần mềm AutoCad.........................................................................................28
III. THIẾT KẾ TIỀN KHẢ THI..........................................................................29
3.1. Lựa chọn vị trí.......................................................................................................29
3.1.1. Các yêu cầu....................................................................................................29
3.1.2. Chọn vị trí......................................................................................................29 lOMoARcPSD| 37054152
3.2. Phương án lắp đặt..................................................................................................30
3.2.1. Các phương án & yêu cầu của từng phương án..............................................30
3.2.2. Chọn phương án.............................................................................................35
3.3. Khả năng đổ bóng.................................................................................................35
3.4. Diện tích mái.........................................................................................................36
3.5. Công suất...............................................................................................................36
IV. THIẾT KẾ HỆ THỐNG.................................................................................37
4.1. Các loại PV và lựa chọn tốt nhất cho hệ thống......................................................37
4.2. Lựa chọn Inverter..................................................................................................40
4.2.1. Các yêu cầu lựa chọn inverter........................................................................40
4.2.2. Lựa chọn inverter...........................................................................................40
4.3. Cấu hình hệ thống.................................................................................................41
4.3.1. Tấm quang năng và inverter...........................................................................41
4.3.2. Các tổn thất của hệ thống...............................................................................44 V. MÔ PHỎNG ĐỔ
BÓNG..................................................................................47
5.1. Thiết kế hệ thống bằng SketchUp..........................................................................47
5.2. Mô phỏng đổ bóng bằng PVsyst............................................................................49 VI. TÍNH TOÁN CHI
PHÍ...................................................................................50VII. SƠ ĐỒ THI
CÔNG.......................................................................................51
7.1. Sơ đồ mái..............................................................................................................51
7.2. Sơ đồ lắp đặt PV....................................................................................................54
7.3. Sơ đồ kết nối String...............................................................................................56
7.4. Sơ đồ máng cáp.....................................................................................................57
7.5. Sơ đồ nguyên lý của hệ thống................................................................................59
VIII. KẾT QUẢ MÔ PHỎNG..............................................................................60
IX. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN.....................................................64
9.1 Kết luận..................................................................................................................64
9.2 Hướng phát triển.....................................................................................................65 lOMoARcPSD| 37054152 PHỤ LỤC HÌNH ẢN
Hình 2.1 Hiệu ứng quang điện 12
Hình 2.2 Cấu tạo pin năng lượng mặt trời 13
Hình 2.3 Hình electron và lỗ trống 15
Hình 2.4 Kết quả nghiên cứu về hiệu quả của tế bào trong bốn thập kỷ 16 Hình 2.5 Inverter chuỗi 19 Hình 2.6 Inverter vi mô 20 Hình 2.7 Inverter trung tâm 21
Hình 3.1 Các vị trí che bóng dù 1 chút cũng làm giảm sản lượng điện 29
Hình 3.2 Khu A trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TPHCM 30
Hình 3.3 Cách lắp đặt trên mặt đất 31
Hình 3.4 Cách lắp tấm pin áp sát mái trên mái tole 32
Hình 3.5 Cách lắp đặt tấm pin bằng giàn khung trên mái tôn. 33
Hình 3.6 Lắp đặt tấm pin áp sát mái ngói 34
Hình 3.7 Lắp đặt tấm pin bằng giàn khung sắt trên mái ngói 34
Hình 3.8 Mái lắp đặt tấm pin tại khu A 35
Hình 4.1 Đường đặc tính V - A của module quan điện Canadian CS3W-440P 38
Hình 4.2 Đặc tính V-A của module quang điện Canadian CS3W-440P ở điều kiện bức xạ tiêu chuẩn 1000 W/m^2 39
Hình 4.3 Cấu hình Inverter Huawei Sun2000 33KTL - A - PF 41
Hình 4.4 Phân bố điện áp đầu ra của mảng PV 42
Hình 4.5 Cấu hình tấm PV và Inverter cho mái 1 42
Hình 4.6 Nhiệt độ hoạt động của PV với dãy bức xạ 43
Hình 4.7 Vùng làm việc danh nghĩa của hệ thống PV và biến tần sau khi định cỡ 44
Hình 4.8 hệ số tổn thất nhiệt U 45
Hình 5.1 Hình chiếu cạnh của tòa nhà khu A 47
Hình 5.2 Hình chiếu đứng của tòa nhà khu A 47
Hình 5.3 Hình chiếu bằng của tòa nhà khu A 48 Hình 5.4 Phối cảnh tòa nhà khu A nhìn từ trên xuống 48 Hình 5.5 Sun path diagram 49
Hình 7.1 Sơ đồ hệ thống mái khu A trong CAD 2D 51
Hình 7.2 Độ nghiêng của mái lắp đặt 53
Hình 7.3 Thiết kế rail nhôm và lắp đặt PV 56
Hình 7.4 Sơ đồ kết nối các tấm pin và kết nối các String. 56 Hình 7.5 Máng cáp 57
Hình 7.6 Sơ đồ máng cáp. 58 lOMoARcPSD| 37054152
Hình 7.7 Sơ đồ nguyên lý của hệ thống. 59 Hình 8.1 Biểu đồ sự sản xuất định mức 60
Hình 8.2 Biểu đồ tỉ số hiệu suất 61
Hình 8.3 Giản đồ tổn thất điện năng trong hệ thống 62
Hình 8.4 Khả năng giảm phát thải CO2 của hệ thống 63
I. GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI
1.1. Lý do chọn đề tài
Năng lượng là bài toán quan trọng và phức tạp mà mọi quốc gia đều phải đối mặt, điều
này càng khó khăn hơn đối với các quốc gia đang phát triển như Việt Nam. Từ số liệu
phát triển nguồn điện có thể thấy rằng, cơ cấu nguồn điện đã bị mất cân đối. Hiện nay,
nguồn thủy điện chiếm tỉ trọng lớn (chiếm khoảng 38%) nên trong điều kiện biến đổi khí
hậu hiện nay đã liên tục gây ra tình trạng thiếu điện vào mùa khô, đặc biệt những năm ít
nước dẫn đến các nhà máy nhiệt điện than phải vận hành quá tải dẫn đến giảm tuổi thọ
của thiết bị. Vấn đề này chưa thể khắc phục trong khoảng 3 đến 5 năm tới.
Với vị trí địa lý của Việt Nam nằm trong giới hạn giữa xích đạo và chí tuyến Bắc,
thuộc vùng nội chí tuyến có ánh nắng mặt trời chiếu sáng quanh năm, nhất là khu vực
Nam Bộ. Với tổng số giờ nắng trong năm dao động trong khoảng 1.400 - 3.000 giờ tăng
dần từ Bắc vào Nam. Tuy nhiên hiện nay việc khai thác và sử dụng nguồn năng lượng này
còn hạn chế. Vì khi đầu tư dự án điện mặt trời cần quỹ đất lớn và chi phí đầu tư còn cao.
Vậy nên điện mặt trời áp mái sẽ là giải pháp tốt cho vấn đề năng lượng ở Việt Nam.
Sự phát triển của nền kinh tế đã kéo theo tốc độ đô thị hóa nhanh chóng, hàng loạt các
tòa nhà cao tầng được đầu tư xây dựng cũng là một trong những nguyên nhân cơ bản khiến
Việt Nam đang đứng trước nguy cơ mất cân đối nghiêm trọng giữa cung và cầu nguồn
năng lượng. Trong khi đó tiết kiệm năng lượng tiêu thụ trong các cơ quan, trường học
hiện nay vẫn chưa được quan tâm nhiều.
Vị trí trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh thuộc miền Nam của
Việt Nam. Vùng này quanh năm dồi dào nắng. Trong các tháng 1, 3, 4 thường có nắng từ
7 giờ đến 17 giờ. Cường độ bức xạ trung bình thường lớn hơn 3.489 kWh/m2/ngày, trung
bình xấp xỉ 5.5 kWh/m2/ngày. Được đánh giá là khu vực có tiềm năng về năng lượng mặt trời. lOMoARcPSD| 37054152
Với các lý do trên đề tài “Thiết kế hệ PV áp mái 35kWp nối lưới’’ tại trường Đại học
Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh vừa là một giải pháp tiết kiệm, sử dụng hiệu
quả năng lượng đồng thời cũng góp phần thực hiện công tác bảo vệ môi trường, giảm lượng
khí thải gây hiệu ứng ảnh hưởng đến tình hình biến đổi khí hậu toàn cầu hiện nay.
1.2 Nội dung đề tài
Đề tài sử dụng phần mềm Sketchup, Pvsyst, AutoCad để xây dựng mô hình và mô
phỏng hệ thống PV nối lưới sử dụng pin mặt trời. Như chúng ta đã biết nguồn năng lượng
mặt trời là nguồn năng lượng sạch trữ lượng vô hạn, đang là mục tiêu nghiên cứu nhiều
nước trên thế giới nhằm thay thế nguồn năng lượng hóa thạch có nguy cơ cạn kiệt, gây ô
nhiễm môi trường. Trong quá trình làm việc, pin mặt trời phụ thuộc vào nhiều yếu tố ảnh
hưởng như cường độ ánh sáng, nhiệt độ môi trường, hiện tượng bóng râm,… Mặt khác,
công suất sinh ra do tấm pin mặt trời phụ thuộc vào bức xạ mặt trời và nhiệt độ. Nhằm
nâng cao hiệu suất sử dụng thực hiện nối lưới, đòi hỏi các giải thuật điều khiển, đảm bảo
pin mặt trời làm việc luôn làm việc ở điểm cực đại khi tải thay đổi.
1.3. Phương pháp nguyên cứu
Tìm hiểu xây dựng mô hình, tổng hợp phân tích số liệu, thiết kế dàn pin, sơ đồ điện.
Tìm hiểu các đề tài liên quan, tính toán chọn phương án phù hợp với thực tế để xây
dựng hệ thống điện mặt trời tối ưu.
Dựa trên tính toán xây dựng mô hình mô phỏng sau đó đánh giá và kiểm tra.
Khảo sát địa hình lắp đặt đưa ra phương pháp lắp đặt pin khác nhau, để đạt hiệu suất
tốt nhất. Phân tích được các số liệu thực tế khi lắp đặt, để tính toán chi phí đầu tư.
II. CƠ SỞ LÍ THUYẾT
2.1. Giới thiệu về năng lượng mặt trời
Năng lượng mặt trời là nguồn sạch, to lớn, vô tận, có ở khắp nơi mà chúng ta có thể
khai thác. Nó mang lại nhiều giá trị cho con người. Những năm gần đây các nước trên thế
giới đang cùng nhau khai thác và đưa nguồn năng lượng sạch này vào sử dụng. Quá trình
khai thác không gây ảnh hưởng tiêu cực nào đến môi trường. Mà ngược lại năng lượng mặt
trời mang lại rất nhiều lợi ích khác lOMoARcPSD| 37054152
Mặt trời luôn phát ra một nguồn năng lượng khổng lồ và một phần nguồn năng lượng
đó truyền bằng bức xạ đến trái đất chúng ta. Trái đất và Mặt trời có mối quan hệ chặt chẽ,
chính bức xạ mặt trời là yếu tố quyết định cho sự tồn tại của sự sống trên hành tinh của chúng ta.
Điện mặt trời là nguồn năng lượng lớn nhất mà con người tận dụng và đưa vào sử dụng
được. Đặc biệt đây là nguồn năng lượng tái tạo vô cùng sạch, đáng tin cậy và chúng ta có
thể khai thác thoải mái mà không bao giờ sợ cạn kiệt. Việc khai thác thành công nguồn
năng lượng mặt trời không những không ảnh hưởng tiêu cực đến môi trường mà còn mang
lại vô vàn các tác dụng tích cực khác.
Phương pháp chủ động sử dụng các thiết bị đặc biệt để thu giữ bức xạ nhiệt mặt trời
và sử dụng cho hệ thống quạt và máy bơm để phân phối nhiệt. Trong hai cách thì khai thác
năng lượng mặt trời bằng phương pháp thụ động có lịch sử dài hơn hẳn trong khi phương
pháp chủ động mới phát triển từ thế kỷ 2.
2.2. Ứng dụng năng lượng mặt trời hiện nay
Năng lượng mặt trời hiện nay được khai thác thành công và ứng dụng theo hai phương
pháp chính. Đó là nhiệt mặt trời và điện mặt trời. Mỗi loại ứng dụng có một cách khai thác
cũng như phục vụ cho nhu cầu sử dụng riêng.
Nhiệt mặt trời: Nhiệt mặt trời là quá trình chuyển hóa năng lượng mặt trời thành nhiệt
năng. Nó được sử dụng chủ yếu trong các lò sưởi, đun nóng, tạo hơi nước hay các hệ thống nước nóng hiện nay.
Điện mặt trời: Có thể hiệu điện mặt trời là quá trình chuyển đổi năng lượng mặt trời
thành điện năng. Hệ thống tạo ra điện mặt trời có thể thay thế nguồn điện lưới để phục vụ
cho quá trình sinh hoạt và sản xuất kinh doanh của con người.
2.3. Tính toán bức xạ năng lượng mặt trời
Khi truyền qua lớp khí quyển bao bọc quanh trái đất các chùm tia bức xạ bị hấp thụ và
tán xạ bởi tầng ôzôn, hơi nước và bụi trong khí quyển, chỉ một phần năng lượng được
truyền trực tiếp tới trái đất.
Yếu tố cơ bản xác định cường độ bức xạ mặt trời trên mặt đất chủ yếu phụ thuộc các
yếu tố: góc nghiêng của các tia sáng đối với mặt phẳng bề mặt tại điểm đã cho và độ dài
đường đi của các tia sáng trong khí quyển, sự mất mát năng lượng trên quãng đường đó lOMoARcPSD| 37054152
gắn liền với sự tán xạ, hấp thụ bức xạ và phụ thuộc vào thời gian trong ngày, mùa, vị trí địa lý.
Để tính tổng năng lươn g bức xa ̣ta tính theo các bước sau: ̣
Bước 1: Tính bức xạ trung bình (H ) theo phương nằm ngang ngoài khíquyển. 0
Từ lưu đồ trong công thức tính bức xạ trung bình theo phương nằm ngang ngoài khí
quyển (H , kW/m2 /ngày) được trình bày như sau 0
H = I [1.0 + 0,033 cos( 360/365 )] 0 SC Z
Bước 2: Tính tổng bức xạ trung bình (H) trong khíquyển theo phương nằm ngang.
Ta có công thức tính hệ số giữa tổng năng lượng bức xạ Mặt trời trong khí quyển và
ngoài khí quyển là: H/H = + ( / ) Trong đó: 0
H= tổng bức xạ nhiệt trung bình của một tháng Trong trên bề mặt nằm ngang.
H = bức xạ nhiệt trung bình của một tháng ngoài khí quyển trên bề mặt nằm ngang. 0
n= số giờ nắng trung bình của một tháng do thực tế được N
= số giờ nắng trung bình tối đa.
Bước 3 Tính tỉ số bức xạ Rb giữa bề mặt nghiêng góc so với bề mặt nằm ngang.
Ta biết rằng các số liệu cho trong các sổ tay bức xạ đều là trên mặt phẳng nằm ngang,
nhưng trong thực tế bộ thu lại được đặt trên mặt phẳng nghiêng, góc nghiêng phụ thuộc
vào vĩ độ, vĩ độ càng lớn góc nghiêng càng lớn (ở Bắc bán cầu đặt nghiêng về phía nam và
ngược lại ) để bộ thu nhận được giá trị bức xạ là lớn nhất. Chính vì vậy khi tính toán cần
phải có hệ số chuyển đổi bức xạ theo phương nằm ngang sang mặt phẳng nghiêng bằng hệ thức sau: R = I′ / I = I b b b Ni /INz = i /z
R được gọi là hệ số chuyển đổi trực xạ b
Cuối cùng, tính tổng năng lượng bức xạ Mặt Trời: H = R × H ( kWh/m2/ngày) T
2.4 Pin mặt trời
Pin mặt trời, tấm năng lượng mặt trời hay tấm quang điện Solar Panel bao gồm nhiều
tế bào quang điện (solar cells) là phần tử bán dẫn có chứa trên bề mặt một số lượng lớn các
cảm biến ánh sáng là điốt quang, thực hiện biến đổi năng lượng ánh sáng thành năng lượng
điện. Cường độ dòng điện, hiệu điện thế hoặc điện trở của pin mặt trời thay đổi phụ thuộc
bởi lượng ánh sáng chiếu lên chúng. Tế bào quang điện được ghép lại thành khối để trở
thành pin mặt trời (thông thường 60 hoặc 72 tế bào quang điện trên một tấm pin mặt trời). lOMoARcPSD| 37054152
Tế bào quang điện có khả năng hoạt động dưới ánh sáng mặt trời hoặc ánh sáng nhân tạo.
Chúng có thể được dùng như cảm biến ánh sáng (ví dụ cảm biến hồng ngoại), hoặc các
phát xạ điện từ gần ngưỡng ánh sáng nhìn thấy hoặc đo cường độ ánh sáng
Sự chuyển đổi này thực hiện theo hiệu ứng quang điện. Hoạt động của pin mặt trời
được chia làm ba giai đoạn:
Đầu tiên năng lượng từ các photon ánh sáng được hấp thụ và hình thành các cặp
electron-hole trong chất bán dẫn.
Các cặp electron-hole sau đó bị phân chia bởi ngăn cách tạo bởi các loại chất bán dẫn
khác nhau (p-n junction). Hiệu ứng này tạo nên hiệu điện thế của pin mặt trời. Pin mặt trời
sau đó được nối trực tiếp vào mạch ngoài và tạo nên dòng điện.
Các pin năng lượng Mặt trời có nhiều ứng dụng trong thực tế. Do giá thành còn đắt,
chúng đặc biệt thích hợp cho các vùng mà điện lưới khó vươn tới như núi cao, ngoài đảo
xa, hoặc phục vụ các hoạt động trên không gian; cụ thể như các vệ tinh quay xung quanh
quỹ đạo Trái Đất, máy tính cầm tay, các máy điện thoại cầm tay từ xa, thiết bị bơm nước..
Các Pin năng lượng Mặt trời được thiết kế như những modul thành phần, được ghép lại với
nhau tạo thành các tấm năng lượng Mặt trời có diện tích lớn, thường được đặt trên nóc các
tòa nhà nơi chúng có thể có ánh sáng nhiều nhất, và kết nối với bộ chuyển đổi của mạng
lưới điện. Các tấm pin Mặt Trời lớn ngày nay được lắp thêm bộ phận tự động điều khiển
để có thể xoay theo hướng ánh sáng, giống như loài hoa hướng dương hướng về ánh sáng Mặt Trời.
Pin mặt trời làm việc theo nguyên lý là biến đổi trực tiếp năng lượng bức xạ mặt trời
thành điện năng nhờ hiệu ứng quang điện.
2.4.1 Hiệu ứng quang điện
Hiệu ứng quang điện là một hiện tượng điện - lượng tử, trong đó các điện tử được thoát
ra khỏi nguyên tử (quang điện trong) hay vật chất (quang điện thường) sau khi hấp thụ
năng lượng từ các photon trong ánh sáng làm nguyên tử chuyển sang trạng thái kích thích
làm bật electron ra ngoài. Hiệu ứng quang điện đôi khi được người ta dùng với cái tên hiệu
ứng Hertz, do nhà khoa học Heinrich Hertz tìm ra. lOMoARcPSD| 37054152
Albert Einstein đã sử dụng Thuyết lượng tử để lý giải hiện tượng quang điện. Theo
liên hệ Planck–Einstein, mỗi photon có tần số f sẽ tương ứng với 1 lượng tử có năng lượng: E = h . f
Năng lượng mà lượng tử hấp thụ dùng cho hai việc: Thoát ra khỏi liên kết với bề mặt
kim loại, cung cấp cho điện tử một động năng ban đầu E
Hình 2.1 Hiệu ứng quang điện
Trong nhiều vật, liệu hiệu ứng quang điện ngoài không xảy ra mà chỉ xảy ra hiện tượng
quang điện trong (thường xảy ra với các chất bán dẫn). Khi chiếu các bức xạ điện từ vào
các chất bán dẫn, nếu năng lượng của photon đủ lớn (lớn hơn độ rộng vùng cấm của chất,
năng lượng này sẽ giúp cho điện tử dịch chuyển từ vùng hóa trị lên vùng dẫn, do đó làm
thay đổi tính chất điện của chất bán dẫn (độ dẫn điện của chất bán dẫn tăng lên do chiếu
sáng). Hoặc sự chiếu sáng cũng tạo ra các cặp điện tử - lỗ trống cũng làm thay đổi cơ bản
tính chất điện của bán dẫn. Hiệu ứng này được sử dụng trong các photodiode,
phototransistor, pin mặt trời..
2.4.2 Cấu tạo pin mặt trời
Pin mặt trời được chia thành 8 phần bao gồm: khung nhôm, kính cường lực, lớp màng
EVA, solar cell, tấm nền pin, hộp đấu dây, cáp điện, jack kết nối MC4 lOMoARcPSD| 37054152
Hình 2.2 Cấu tạo pin năng lượng mặt trời
Khung nhôm: có chức năng tạo ra một kết cấu đủ cứng cáp để tích hợp solar cell và các
bộ phận khác lên. Với thiết kế cứng cáp nhưng vẫn đảm bảo trọng lượng đủ nhẹ, khung
nhôm có thể bảo vệ và cố định các thành phần bên trong trước tải trọng gió lớn và ngoại
lực tác động bên ngoài. Một số hãng ví dụ như Canadian Solar, thậm chí khung nhôm còn
được anode hóa và gia cố thanh ngang để tăng độ cứng cáp cho tấm pin. Màu sắc phổ biến của khung nhôm là bạc.
Kính cường lực: giúp bảo vệ solar cell khỏi các tác động của thời tiết như nhiệt độ,
mưa, tuyết, bụi, mưa đá (đường kính 2,5cm trở xuống) và các tác động va đập khác từ bên
ngoài. Kính cường lực được thiết kế có độ dày từ 2-4mm (đa số là khoảng 3.23.3mm) để
đảm bảo vừa đủ khả năng bảo vệ và duy trì được độ trong suốt cho tấm pin mặt trời (ánh
sáng ít bị phản xạ, khả năng hấp thụ tốt).
Lớp màng EVA (ethylene vinyl acetate) còn được được gọi là chất kết dính, là 2 lớp
màng polymer trong suốt được đặt trên và dưới lớp solar cell có tác dụng kết dính solar
cell với lớp kính cường lực phía trên và tấm nền phía dưới. Lớp này còn có tác dụng hấp
thụ và bảo vệ solar cell khỏi sự rung động, tránh bám bụi và hơi ẩm. Vật liệu EVA có khả
năng chịu đựng nhiệt độ khắc nghiệt và có độ bền cực kỳ cao.
Lớp Solar cell (tế bào quang điện). Pin mặt trời được cấu tạo từ nhiều đơn vị nhỏ hơn
là solar cell. Những loại pin năng lượng mặt trời thông dụng như mono và poly được làm
từ silic, một loại chất bán dẫn phổ biến. Trong một cell, tinh thể silic bị kẹp giữa hai lớp lOMoARcPSD| 37054152
dẫn điện (ribbon và các thanh busbar). Một tế bào quang điện sử dụng hai lớp silic khác nhau, loại N và loại P.
Tấm nền pin (phía sau), có chức năng cách điện, bảo vệ cơ học và chống ẩm. Vật liệu
được sử dụng có thể là polymer, nhựa PP, PVC, PET. Tấm nền có độ dày khác nhau tùy
vào hãng sản xuất. Phần lớn tấm nền sẽ có màu trắng.
Hộp đấu dây (junction box) nằm ở phía sau cùng, là nơi tập hợp và chuyển năng lượng
điện được sinh ra từ tấm pin năng lượng mặt trời ra ngoài. Vì đây là điểm trung tâm nên
được thiết kế bảo vệ khá chắc chắn.
Cáp điện DC, loại cáp điện chuyên dụng cho điện năng lượng mặt trời, có khả năng
cách điện một chiều DC cực tốt, kèm với đó là khả năng chống chịu tốt trước sự khắc nghiệt
của thời tiết (tia cực tím, bụi, nước, ẩm.) và tác động cơ học khác.
Jack kết nối MC4, là đầu nối điện thường được dùng để kết nối các tấm pin mặt trời.
“MC” trong MC4 là viết tắt của nhà sản xuất Multi-Contact. Loại jack kết nối này giúp bạn
dễ dàng kết nối các tấm pin và dãy pin bằng cách gắn jack từ các tấm pin liền kề với nhau bằng tay.
2.4.3 Nguyên lý làm việc pin mặt trời
Để giải thích nguyên lý làm việc của pin năng lượng mặt trời thì phải lại giải thích
nguyên lý của một đơn vị nhỏ hơn là solar cell (Pin mặt trời được cấu tạo từ nhiều solar
cell). Như đã đề cập ở phần cấu tạo tấm pin năng lượng mặt trời, một tế bào quang điện sử
dụng hai lớp silic khác nhau, loại N có các electron dư thừa và loại P có các khoảng trống
cho các electron dư thừa, gọi là lỗ trống. lOMoARcPSD| 37054152
Hình 2.3 Hình electron và lỗ trống
Tại nơi tiếp xúc giữa 2 loại silic (P/N Junction), electron có thể di chuyển qua tiết diện
P/N để lại điện tích dương ở một mặt và tạo ra điện tích âm ở mặt còn lại. Ánh sáng là một
dòng các hạt nhỏ li ti gọi là các hạt photon (bắn ra từ mặt trời). Khi một trong các hạt này
va đập vào solar cell với đủ năng lượng, nó có thể đánh bật một electron khỏi liên kết để lại một lỗ trống.
Electron mang điện tích âm và lỗ trống mang điện tích dương nay có thể di chuyển tự
do, nhưng bởi vì trường điện từ tại tiếp diện P/N nên chúng chỉ có thể đi theo một hướng.
Electron bị hút về mặt N và lỗ trống bị hút về mặt P. Các electron di động được thu thập
ở các lá kim loại tại đỉnh solar cell (ribbon và các thanh busbar). Từ đây chúng đi vào
mạch tiêu thụ thực hiện chức năng điện trước khi quay trở về lá nhôm ở mặt sau.
Điện được tạo ra từ tấm pin năng lượng mặt trời là điện một chiều (DC). Để có thể sử
dụng cho các tải, thiết bị bình thường thì cần phải chuyển điện DC thành AC (điện xoay
chiều). Và đó là chức năng của inverter.
Hiện tại, nhiều loại pin năng lượng mặt trời mới đang được nghiên cứu, phát triển.
Trong số đó có những loại mà cấu tạo và nguyên lý hoạt động của nó rất khác so với những gì đã nêu phía trên.
2.4.4 Các công nghệ pin năng lượng mặt trời, ưu và nhược điểm
Công nghệ mô-đun PV thuộc ba loại: silicon tinh thể thế hệ thứ nhất, màng mỏng thế
hệ thứ hai và các công nghệ mới thế hệ thứ ba. lOMoARcPSD| 37054152
Việc lựa chọn công nghệ nào là công nghệ tốt nhất cho một dự án phụ thuộc vào một
số yếu tố, bao gồm hiệu quả, giá cả, tính sẵn có trên thị trường, độ dài và các điều khoản
đảm bảo hiệu suất, cũng như phản ứng với các điều kiện khí hậu.
Ví dụ, một mô-đun có hiệu suất cao hơn có thể tạo ra nhiều năng lượng hơn trên mỗi
khu vực mô-đun và do đó hữu ích cho các mái nhà nơi không gian bị hạn chế. Trong trường
hợp như vậy, việc so sánh hiệu quả của các công nghệ khác nhau (ví dụ, silicon tinh thể so
với màng mỏng) sẽ hữu ích. Hình 2.9 cho thấy sự so sánh về hiệu quả của các công nghệ
khác nhau, do Phòng thí nghiệm Năng lượng Tái tạo Quốc gia Hoa Kỳ biên soạn. Những
dữ liệu này được cập nhật đến năm 2013.
Hình 2.4 Kết quả nghiên cứu về hiệu quả của tế bào trong bốn thập kỷ
Tế bào silicon tinh thể (tức là tế bào thế hệ thứ nhất) chúng có xu hướng đắt hơn nhưng
cũng hiệu quả hơn so với công nghệ màng mỏng. Hiệu suất mô-đun của công nghệ silicon
tinh thể thường dao động từ 14% đến 22% (Greenpeace và EPIA 2011). Công nghệ đắt
tiền nhất nhưng hiệu quả nhất là silicon đơn tinh thể.
Công nghệ màng mỏng (tức là tế bào thế hệ thứ hai), công nghệ màng mỏng hiện đang
là lĩnh vực phát triển nhanh nhất của ngành công nghiệp PV. Chúng được sản xuất bằng
cách lắng vật liệu nền lên thủy tinh, thép không gỉ hoặc nhựa. Chúng có giá thành thấp hơn
so với silicon tinh thể, điều này khiến chúng trở nên hấp dẫn đối với các ứng dụng quy mô
tiện ích, nơi hiệu quả thấp hơn có thể được bù đắp bằng việc sử dụng các mảng lớn và nơi
không phải là vấn đề quan trọng đối với không gian mái nhà. Bên cạnh chi phí thấp hơn
của nó, có một số lợi thế khác. Một thuộc tính là tính linh hoạt của chúng. Các mô-đun lOMoARcPSD| 37054152
không cứng bằng công nghệ đơn tinh thể và đa tinh thể, và do đó có thể được “đúc” để phù
hợp với các bề mặt không phẳng. Ngoài ra, vì màng mỏng có thể được lắng đọng trên các
chất nền nhẹ hơn như nhựa, chúng có thể là lựa chọn tốt hơn cho các mái nhà không có khả
năng chịu trọng lượng của các mô-đun tinh thể nặng hơn.
Công nghệ màng mỏng có hệ số nhiệt độ tương đối thấp (khoảng 0,2% mỗi độ C) có
nghĩa là công nghệ này sẽ hoạt động tốt hơn ở những vùng khí hậu nóng hơn. Ngoài ra,
một số mô-đun màng mỏng có thể được đặt trực tiếp lên mái nhà hoặc tích hợp trong cấu
trúc tòa nhà. Đây được gọi là xây dựng PV tích hợp (BIPV - Building-Integrated PhotoVoltaics)
Một nhược điểm quan trọng đối với công nghệ màng mỏng là sự phụ thuộc của chúng
vào các vật liệu đất hiếm (như indium và tellurium), chỉ có sẵn ở một số địa điểm. Xuất
khẩu đối với những nguyên liệu này được kiểm soát chặt chẽ bởi các quốc gia có thể tìm
thấy nguyên liệu. Các chuyên gia đã dự đoán rằng nguồn cung cấp vật liệu đất hiếm hạn
chế có thể dẫn đến thiếu hụt nguồn cung, có thể khiến giá tăng đột biến (Quantum Solar Power 2012)
Có rất nhiều công nghệ PV mới (tức là các tế bào thế hệ thứ ba), đang nổi lên trên thị
trường. Chúng bao gồm tế bào quang điện (CPV) và pin mặt trời hữu cơ. Các công nghệ
mới đang được phát triển bao gồm màng mỏng vô cơ tiên tiến và tế bào nhiệt điện. Công
nghệ cho tế bào thế hệ thứ ba có xu hướng kém phát triển hơn và đắt hơn so với tế bào thế
hệ thứ nhất và thứ hai. Tuy nhiên, hoạt động tốt hơn trong điều kiện ánh sáng mờ hoặc thay đổi.
Ống kính CPV thu ánh sáng từ một khu vực rộng lớn và tập trung ánh sáng mặt trời
trực tiếp vào các tế bào năng lượng mặt trời nhỏ. Một tế bào nhỏ hơn có nghĩa là các tế bào
tốn kém hơn và hiệu quả cao hơn có thể được sử dụng, dẫn đến hiệu suất của mô-đun
khoảng 25% (Greenpeace và EPIA 2011). Tuy nhiên, bởi vì nó chỉ có thể chụp được bức
xạ trực tiếp, một hệ thống theo dõi năng lượng mặt trời là cần thiết và phù hợp hơn ở những
khu vực có tỷ lệ ánh sáng khuếch tán thấp hơn là ở những vùng khí hậu nhiệt đới ẩm.
Các pin mặt trời hữu cơ có thể là hoàn toàn hữu cơ hoặc cũng có thể chứa các vật liệu
vô cơ. Nguyên liệu hữu cơ mua sắm rẻ hơn và quy trình sản xuất có khả năng chi phí thấp.
Tuy nhiên, hiệu quả chỉ khoảng 2% –4% đối với DSSC (Hòa bình xanh và EPIA 2011).
Chúng cũng không ổn định theo thời gian. lOMoARcPSD| 37054152 2.5. Inverter
2.5.1. Các loại inverter và ưu nhược điểm
Ba loại inverter năng lượng mặt trời đang được sử dụng phổ biến: inverter chuỗi, trung
tâm và vi mô. Chúng có thể được phân biệt bằng cấu hình dây của chúng:
Inverter chuỗi là một biến tần trung tâm đóng vai trò là đầu vào của nguồn năng lượng
điện được tạo ra bởi chuỗi những tấm pin năng lượng, từ đó chạy đến từng đơn vị riêng lẻ.
Những tấm pin mặt trời được liên kết với nhau thành chuỗi và điểm cuối là kết nối vào biến
tần. Một biến tần chuỗi có thể có nhiều đầu vào.
Ưu điểm: Bộ biến tần chuỗi là lựa chọn hiệu quả nhất về chi phí đầu tư, nếu bạn đáp
ứng một số điều kiện nhất định thì nó có thể hoạt động tối ưu.
Nhược điểm: Người xưa có câu “một con ngựa đau, cả tàu bỏ cỏ”. Câu nói này hoàn
toàn đúng đối với công nghệ này vì trong một chuỗi những tấm pin nếu có một tấm pin bị
giảm hiệu suất tạo điện thì sẽ kéo theo những tấm pin khác trong chuỗi cũng giảm hiệu suất. Hình 2.5 Inverter chuỗi
Inverter vi mô Đây là loại biến tần kết hợp với một tấm pin năng lượng mặt trời duy
nhất để quản lý và đảm nhiệm công việc chuyển đổi dòng điện DC thành dòng điện AC
cho tấm pin riêng lẻ đó. Trong các hệ thống biến tần vi mô, không có biến tần chuỗi.
Thay vào đó, mỗi tấm pin sẽ được nối với biến tần micro của chính nó.
Ưu điểm: công nghệ này là sự liên kết của từng cặp tấm pin và inverter khác nhau,
nên việc 1 tấm pin nào đó bị giảm hiệu suất sẽ không làm ảnh hưởng đến những tấm pin khác. lOMoARcPSD| 37054152
Nhược điểm: giá thành của bộ biến tần vi mô là đắt nhất. Hình 2.6 Inverter vi mô
Inverter trung tâm là loại phổ biến nhất, đặc biệt đối với các nhà máy quy mô vừa và
lớn. Việc lắp đặt biến tần trung tâm đơn giản hơn so với biến tần chuỗi và vi, nhưng biến
tần trung tâm cần thời gian sửa chữa lâu hơn vì cần có chuyên gia. Ngược lại, bộ đảo chuỗi
có thể nhanh chóng được thay thế hoặc bảo trì
Ưu điểm: giá rẻ, sử dụng lâu trên thị trường, có khả năng tạo ra công suất cao.
Nhược điểm: yếu tố rủi ro cao hơn do điện áp một chiều được tạo ra có đánh giá cao,
có thể đe dọa tính mạng của cả người vận hành và chủ sở hữu, chi phí thay thế cao hơn lOMoARcPSD| 37054152 Hình 2.7 Inverter trung tâm
Trong việc lựa chọn inverter chuỗi, vi mô và trung tâm. Bộ inverter chuỗi có thể là lựa
chọn tốt hơn cho các mái nhà được che một phần trong ngày hoặc cho các mảng có chứa
các mô-đun với các thông số kỹ thuật hoặc hướng khác nhau, có thể theo dõi và tối đa hóa
công suất đầu ra cho từng mô-đun hoặc chuỗi, thay vì cho toàn bộ mảng (IFC 2012)
Ngoài ra, hệ thống điện mặt trời sẽ yêu cầu bộ inverter nối lưới nếu hệ thống được kết
nối lưới. Bộ biến tần hòa lưới đồng bộ hóa pha AC từ nhà máy điện mặt trời với pha tiện
ích và tự động tắt khi lưới điện không cấp điện. “Bảo vệ chống đảo” này bảo vệ các công
nhân điện sửa chữa đường dây điện. Nó cũng bảo vệ thiết bị và đồ dùng khỏi nguồn điện dao động.
Biến tần hòa lưới phải tuân thủ những điều sau: Tiêu chuẩn UL 1741 về An toàn của
Biến tần, Bộ chuyển đổi, Bộ điều khiển và Thiết bị Hệ thống Kết nối để Sử dụng với Nguồn
Năng lượng Phân tán được xuất bản bởi Underwriters Laboratories Inc. vào ngày 28 tháng
1 năm 2010; và tiêu chuẩn IEEE 1547 để kết nối tài nguyên phân tán với hệ thống điện.
2.5.2 Lựa chọn inverter
Về công suất, bộ biến tần hòa lưới phải có khả năng chuyển đổi toàn bộ công suất của
mảng điện mặt trời và có chất lượng điện cấp tiện ích.
Đối với số lượng inverter, cách lắp đặt điện mặt trời nhỏ có công suất 1 kilowatt trở
xuống sẽ chỉ yêu cầu một inverter duy nhất, trong khi các lắp đặt lớn hơn sẽ yêu cầu một
số inverter do các hạn chế sau:
Độ tin cậy. Nhiều inverter đáng tin cậy hơn một hệ thống inverter duy nhất. Nếu
inverter đơn bị lỗi, toàn bộ hệ thống sẽ bị hỏng. Nếu một trong số nhiều inverter bị lỗi, thì
chỉ có điện dẫn qua inverter đó bị mất.
Hiệu quả. Inverter có công suất lớn hiệu quả hơn inverter nhỏ hơn. Kích thước của
inverter phải phù hợp với mảng mà nó sẽ xử lý.
Phân đoạn mảng PV năng lượng mặt trời và đặc điểm che nắng. Việc tô bóng một phần
của chuỗi mô-đun PV trong một mảng làm giảm đầu ra của cả chuỗi. Việc phân đoạn mảng
PV sẽ cô lập các mô-đun được tô bóng khỏi phần còn lại của mảng PV, làm giảm hiệu ứng
đổ bóng. Số bộ nghịch lưu có thể được so khớp với số lượng nhóm mảng dựa trên đặc điểm lOMoARcPSD| 37054152
tô bóng của mảng. Công suất của inverter phải phù hợp với kích thước của mảng con mà
nó được chỉ định xử lý.
Không gian hạn chế. Ít inverter lớn hơn sẽ chiếm ít không gian hơn so với một số
inverter nhỏ. Tuy nhiên, với không gian hạn chế trên các mái nhà, không gian đủ lớn có
thể không có sẵn cho các căn hộ lớn hơn. Các inverter lớn cũng sẽ yêu cầu thiết bị đặc biệt
để lắp đặt, chẳng hạn như xe nâng, cần trục hoặc khối xích mà không gian hoặc cấu trúc
không đủ khả năng chứa.
Điều kiện môi trường. Inverter được đặt lý tưởng trong các phòng điều khiển công suất
với phần còn lại của các bánh răng công tắc của thiết bị. Các dàn nóng có thể phù hợp nếu
không gian trong nhà bị hạn chế. Cần có lớp phủ bảo vệ bổ sung cho inverter trong môi trường ăn mòn
2.5.3 Điện áp đầu vào và công suất của inverter
Inverter nào phù hợp với hệ thống phụ thuộc vào cấu hình và đầu ra mảng PV. Bao
gồm điện áp hoạt động, dòng điện và công suất đầu ra của mảng, phải luôn nằm trong phạm
vi hoạt động của bộ inverter.
Thông thường, các nhà sản xuất inverter cung cấp các hướng dẫn định cỡ chuỗi hoặc
các chương trình hướng dẫn trực tuyến thực hiện các phép tính:
Tính toán điện áp tối đa coi rằng điện áp đầu ra từ mô-đun năng lượng mặt trời tăng
khi nhiệt độ giảm với tốc độ được xác định bởi hệ số nhiệt độ. Biến tần kết nối lưới thường
được thiết kế để xử lý mạch hở lên đến 600 (Voc)
Điều kiện điểm tra điện áp tối đa như sau : Voc-pv < VDCmax-inv
Voc-pv : Điện áp hở mạch tối đa của giàn pin
VDCmax-inv : Điện áp DC cho phép tối đa ở ngõ vào của inverter.
Điều kiện này đảm bảo các linh kiện sẽ không bị hỏng hóc do quá áp ngõ vào từ dàn
pin năng lượng mặt trời.
Để cung cấp đầy đủ điện năng, điều quan trọng là inverter phải có khả năng xử lý
nguồn điện đầu vào. Nếu nguồn điện đầu vào cho inverter vượt quá khả năng công suất
đầu ra của inverter, thì năng lượng dư thừa sẽ bị tiêu tán hoặc mất đi khi đi qua inverter. lOMoARcPSD| 37054152
Sản lượng điện từ inverter phải phù hợp với yêu cầu kết nối của lưới điện và của hệ
thống điện nội bộ. Nhà sản xuất inverter thường sẽ thiết lập inverter để phù hợp với các
yêu cầu này trước khi vận chuyển và lắp đặt, đồng thời cũng sẽ tham gia vào quá trình vận
hành để đảm bảo cấu hình và sử dụng phù hợp.
Chúng ta lựa chọn inverter theo điều kiện sau : Pinv = Ppv / 1.2
Hệ thống 16 tấm pin 345W sẽ có tổng công suất là 5.52kWp từ đó ta tính công suất
inverter như sau : Pinv = 5.52 / 1.2 = 4.6 (kW), lựa chọn cấp inverter gần nhất là 5kW
P : Tổng công suất của dàn pin (công suất tấm pin x số lượng tấm pin) P pv inv : Công suất của Inverter
2.6 Cấu trúc hệ thống hòa lưới
2.6.1 Thiết kế hệ thống PV nối lưới
Hệ thống pin Mặt Trời nối lưới phù hợp cho nơi không có lưới điện, có lưới điện nhưng
muốn có hệ thống điện riêng. Ngoài ra mang đến sự yên tĩnh và trong lành thay cho máy
phát / động cơ dùng nhiên liệu đốt (xăng, dầu, khí,…) ồn ào, ô nhiễm và độc hại. Tự chủ
nguồn điện, không phụ thuộc vào điện lưới, dù lưới điện gặp sự cố, mọi sinh hoạt vẫn
không bị ảnh hưởng, không nối với lưới điện nên rất linh hoạt, có thể lắp đặt ở mọi nơi và
quan trọng sử dụng năng lượng sạch là bảo vệ môi trường.
Pin Mặt Trời: Tùy vào điện áp và dòng điện cũng như yêu cầu từ phụ tải mà chúng ta
muốn lấy để nạp vào ắc quy hoặc sử dụng mà các tấm pin phải được kết nối với nhau một cách hợp lý.
Bộ điều khiển sạc: là một thiết bị trung gian giữa hệ các tấm pin mặt trời và hệ các
bình ắc quy lưu trữ. Nhiệm vụ chính của nó là “điều khiển” việc sạc bình ắc quy từ nguồn
điện sinh ra từ pin mặt trời.
Bộ đổi nguồn DC/ AC: Nhiệm vụ chính cả bộ đổi nguồn là chuyển đổi điện một chiều
từ các tấm pin năng lượng mặt trời hoặc từ pin lưu trữ thành điện xoay chiều cung cấp trực tiếp cho tải.
Các tấm pin năng lượng mặt trời sẽ hấp thụ bức xạ năng lượng mặt trời và chuyển hóa
thành dòng điện 1 chiều (DC). Nguồn điện này sẽ được chuyển hóa thành dòng điện xoay
chiều thông qua bộ inverter - được trang bị thuật toán MPPT (Maximum power point
tracking) nhằm tối ưu hóa hiệu suất chuyển đổi. lOMoARcPSD| 37054152
Nguồn điện AC từ hệ thống pin mặt trời sau đó sẽ được hòa vào hệ thống điện của
tòa nhà và nguồn điện lưới. Nhờ có inverter mà hệ thống sẽ ưu tiên sử dụng điện từ năng
lượng mặt trời trước:
Vào ban ngày, khi lượng bức xạ mặt trời tốt, tòa nhà sẽ sử dụng 100% điện năng từ điện mặt trời.
Vào buổi chiều, tối: Nếu điện năng từ điện mặt trời tạo ra nhỏ hơn nhu cầu điện của tòa
nhà, điện năng sẽ được lấy bổ sung từ điện lưới để bù vào lượng thiếu.
2.6.2. Điều kiện để hòa lưới điện năng lượng mặt trời
Điều kiện gồm các thủ tục và hồ sơ kỹ thuật, tài liệu kỹ thuật về tấm pin quang điện,
bộ inverter, giấy chứng nhận, các biên bản kiểm định, thí nghiệm thông số kỹ thuật đáp
ứng được quy định hiện hành, kết quả kiểm nghiệm theo thông tư 39/2015/TT-BCT Quy
định về hệ thống điện phân phối của Bộ Công thương.
2.6.3. Quy trình đấu nối điện
Xác định các thông số dự án
Công suất của hệ thống điện mặt trời
Thông số kỹ thuật của các tấm pin quang điện;
Bộ biến đổi điện từ một chiều sang xoay chiều (bộ inverter);
Các thiết bị đóng cắt và bảo vệ. Đảm bảo các tiêu chuẩn điện áp, tần số, sóng hài tại
điểm lắp đặt đo đếm. Yêu cầu kỹ thuật chi tiết được quy định tại: Thông tư 39/2015/TTBCT
ngày 18/11/2015 của Bộ Công thương; Các quy định cụ thể về tiêu chuẩn kỹ thuật đấu nối
hệ thống điện mặt trời của Việt Nam (TCVN); Tiêu chuẩn kỹ thuật đấu nối hệ thống điện
mặt trời của IEC; Các quy định vận hành của hệ thống điện khi đấu nối vào lưới điện Tổng công ty.
Các tiêu chuẩn của Việt Nam về điện năng lượng mặt trời.
Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 7447-7-712:2015 (IEC 60364-7-712:2002) về Hệ thống
nguồn quang điện sử dụng năng lượng mặt trời (PV).
Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 10896:2015 (IEC 61646:2008) về Mô-đun quang điện
màng mỏng mặt đất (PV) – Chất lượng thiết kế và phê duyệt kiểu.
Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 11855-1:2017 (IEC 62446-1:2016) về Hệ thống quang điện lOMoARcPSD| 37054152
2.7 Giới thiệu các phần mềm sử dụng
2.7.1 Phần mềm SketchUp
SketchUp là một phần mềm thiết kế mô hình 3D trên máy tính cho một phạm vi rộng
các ngành nghề vẽ 3D như kiến trúc, thiết kế nội thất, kiến trúc cảnh quan, kỹ thuật dân
dụng và cơ khí,. Nhanh, đơn giản, dễ sử dụng là ba từ mà người học đồ họa dùng cho phần
mềm này. Với phần mềm này ta có thể nhanh chóng phác họa ý tưởng với hình ảnh 3D
bằng các thao tác đơn giản. Ưu điểm:
Phác họa ý tưởng nhanh chóng với sketchup
Sketchup rất phù hợp cho giai đoạn đầu lên ý tưởng sơ bộ cho việc thiết kế kiến trúc,
xây dựng bằng các tính năng và công cụ trực quan. Với sketchup bạn có thể tạo nên một
mô hình đồ họa 3D nhanh chóng và dễ dàng, rất phù hợp cho sinh viên hay nhân viên bình
thường muốn thiết kế. Layout trong sketchup
Tương tự như các phần mềm 3D khác, SketchUp vẫn có thể kết xuất hồ sơ thiết kế với
các mặt bằng, mặt đứng, mặt cắt khi dùng Layout trong SketchUp.
Thiết kế chính xác với SketchUp
Với phần mềm SketchUp bạn vẫn có thể thiết kế các kích thước của các mặt chính xác
100% tương tự như các phần mềm thiết kế khác.
Kho thư viện thiết kế 3D Warehouse
Là một cộng đồng chuyển chia sẻ các mẫu thiết kế từ khắp nơi trên thế giới mà Google
đã tạo ra. Bạn có thể chia sẻ các mẫu thiết kế của mình cũng như tìm kiếm các mẫu khác
trên 3D Warehouse. Đó cũng chính là một trong những lý do giúp cho sketchup là một
phần mềm thiết kế 3D và 2D nhanh chóng. Khi bạn đang thiết kế nhưng lại bí ý tưởng thì
có thể lên 3D Warehouse để tham khảo 1 số mẫu thiết kế thích hợp.
Sự trực quan của SketchUp lOMoARcPSD| 37054152
Khi trình bày mẫu thiết kế, bạn có thể dùng walkthrough để đi vào các chi tiết không
gian bên trong mà bạn tạo ra. Mức độ chi tiết xem được phụ thuộc vào mức độ chi tiết bản thiết kế
Bên cạnh đó, một ứng dụng hữu hiệu của phần mềm này là thiết kế mẫu nhà. Sau khi
thiết kế xong mô hình, người dùng có thể kết hợp sử dụng Google Earth để dán mẫu nhà
vừa thiết kế lên hình ảnh khu vực có lô đất đó, để xem nó phù hợp với toàn cảnh hay không. Nhược điểm:
Khả năng thao tác Render trực tiếp là không có. Người sử dụng phải dùng plugin
Vray thì mới render được. Chính vì vậy, khiến cho tốc độ ren khá chậm và chỉ bằng 3DS Max.
2.7.2 Phần mềm Pvsyst
PVsyst là phần mềm chuyên dùng để nghiên cứu, định cỡ và phân tích dữ liệu của các
hệ thống năng lượng mặt trời hoàn chỉnh. Phần mềm áp dụng với các hệ thống nối lưới,
độc lập, bơm và DC-lưới PV .
PVsyst là một trong những phần mềm khá đặt biệt. Nó sẽ không bị ảnh hưởng bởi virus
và mã độc. Ngoài ra còn có các ưu và nhược điểm như:
Ưu điểm: Bạn có thể dễ dàng thực hiện một đánh giá nhanh về hệ thống sản xuất. Tạo
ra những nghiên cứu được đưa ra đầy đủ. Hay phân tích các hệ thống nối lưới, độc lập, bơm.
Nhược điểm: Phiên bản trải nghiệm yêu cầu đăng ký, một số phiên bản giới hạn công
suất thiết kế của hệ thống lớn, chưa có sơ đồ đơn tuyến và phương pháp đi dây, không cho
người dùng import hình ảnh từ google map
2.7.3 Phần mềm AutoCad
AutoCAD là phần mềm ứng dụng CAD để vẽ (tạo) bản vẽ kỹ thuật cho thiết kế 2D
hay 3D, được phát triển bởi tập đoàn Autodesk. Autocad là một trong những ứng dụng thiết
kế trên máy tính mạnh mẽ nhất, với công cụ này bạn có thể vẽ đồ họa 2D, 3D. Việc sử
dụng Autocad trong thiết kế kết cấu khung giàn cho hệ thống năng lượng mặt trời, giúp
chúng ta đưa ra các đánh giá chính xác về khối lượng công việc và dự toán vật tư. Ưu điểm: lOMoARcPSD| 37054152
Linh hoạt góc nhìn, trực quan hơn với các mô hình 3D, dễ dàng di chuyển, phóng to thu nhỏ chi tiết.
Dễ dàng bóc tách và hợp nhất các chi tiết, phát hiện lỗi nhanh chóng và thực hiện sửa lỗi ngay trên bản vẽ.
Có thể lưu trữ và tái sử dụng các bản vẽ bằng đĩa cứng hoặc CD. Độ chính xác được
tối ưu hơn rất nhiều so với khi vẽ bằng tay. Không cần phải triển khai nhiều bản vẽ đối với các mô hình 3D.
Gửi file bản vẽ nhanh chóng. Phân tích, mô phỏng và kiểm tra trên những mô hình 3D
nhanh chóng và tiện lợi hơn so với các bản vẽ bằng giấy. Nhược điểm:
Phải bỏ ra thời gian và chi phí lớn cho một dự án CAD, việc đào tạo người dùng cần
thời gian dài và chi phí lớn, chi phí duy trì và nâng cấp CAD lớn, thời gian để chuyển bản vẽ từ tay sang CAD. lOMoARcPSD| 37054152
III. THIẾT KẾ TIỀN KHẢ THI
3.1. Lựa chọn vị trí 3.1.1. Các yêu cầu
Trước khi tiến hành lắp đặt, bạn phải cân nhắc vị trí của tấm pin. Ta nên lắp mặt tấm
pin hướng vuông góc với hướng chiếu của mặt trời. Hướng tấm pin nên hướng về hướng
Nam, đặt ở khu vực bán cầu Bắc, độ dốc phụ thuộc vào vĩ độ khu vực lắp đặt. Hãy tránh
những hướng có vật cản tạo bóng che lên tấm pin, loại bỏ vật cản nếu cần thiết
Lưu ý: Mưa hoặc gió làm bụi bẩn bám trên tấm pin, hiện trạng mái nhà,… việc lắp cho
tấm pin nghiêng khoảng 10 – 15 độ sẽ tạo độ dốc phù hợp khiến nước mưa cuốn trôi bụi
bẩn và đảm bảo các yêu cầu an toàn kết cấu.
Hình 3.8 Các vị trí che bóng dù 1 chút cũng làm giảm sản lượng điện
3.1.2. Chọn vị trí
Vị trí được chọn trong đề tài này trong khuôn viên trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật
TPHCM. Sau khi khảo sát các vị trí trong trường như tòa nhà trung tâm, sân mái vòm, khu
A, khu B, Khu D,.. Trong đó, chúng em đã chọn được khu A làm vị trí thực hiện đề tài. Lý
do là vì khu A có mái rộng, hướng cận Nam, xung quanh có cây cối nhưng chỉ che một
phần, góc nghiêng mái phù hợp. lOMoARcPSD| 37054152
Hình 3.9 Khu A trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TPHCM
3.2. Phương án lắp đặt
3.2.1. Các phương án & yêu cầu của từng phương án
Tùy thuộc vào địa hình lắp đặt mà chúng ta sẽ có các phương án lắp đặt pin khác
nhau tuy nhiên bạn cần chú ý không nên lắp pin theo hướng thẳng đứng hoặc quá
dốc gây ảnh hưởng đến thời gian hứng nắng, không nên lắp quá phẳng dẫn đến việc
bị đọng nước hoặc bụi bẩn trên tấm pin mặt trời. Góc lắp lý tưởng nhất là nghênh 10 đến 15 độ. a.
Lắp đặt trên mặt đất :
Đối với khu vực đất hoặc trên mái bê tông thì phải được thiết kế khung giàn và phương
thức gắn các tấm pin như sau:
• Khung giàn tấm pin được thiết kế sao cho tấm pin quay về hướng chính Nam, góc
nghiêng của tấm pin so với phương ngang bằng với vĩ độ khu vực lắp pin.
• Khung giàn phải được thiết kế chắc chắn, có thể chịu được tải trọng gió theo khí
hậu của khu vực lắp pin.
• Khung đỡ của tấm pin được thiết kế 04 lỗ để bắt vít vào khung giàn. lOMoARcPSD| 37054152
• Phải lấy dấu khoan lỗ để bắt tấm pin trước khi cố định lên khung giàn để dễ dàng cho quá trình lắp đặt.
Hình 3.10 Cách lắp đặt trên mặt đất b.
Lắp trên mái tole:
Những điểm cần chú ý khi lắp đặt trên mái tole:
• Tùy thuộc vào mức độ đổ bóng, hướng mái, độ nghiêng mái mà phương án lắp đặt
là áp sát mái tôn hay dựng giàn khung trên mái tôn.
• Chú ý đến vấn đề chống thấm trên mái tole khi thực hiện quá trình khoan để gia cố
các thanh đỡ của khung giàn
• Sử dụng bass nẹp để cố định tấm pin và khung giàn đỡ khi lắp áp sát mái, các bass
nẹp không được quá cao so với mặt pin vì sẽ gây đổ bóng vào các cell làm giảm hiệu suất hệ thống.
Lắp áp sát mái tole: Rail nhôm được bố trí vuông góc với xà gồ mái tôn và các tấm
pin được cố định với giàn khung lOMoARcPSD| 37054152
Hình 3.11 Cách lắp tấm pin áp sát mái trên mái tole
Lắp giàn khung trên mái tôn: Lắp đặt tấm pin bằng giàn khung trên mái tôn cũng
tương tự như lắp đặt trên mái bê tông. Các bảng liên kết giàn khung với xà gồ mái cần được
làm cẩn thận, đảm bảo chống thấm và gia cố chắc chắn. lOMoARcPSD| 37054152
Hình 3.12 Cách lắp đặt tấm pin bằng giàn khung trên mái tôn. c.
Lắp trên mái ngói:
• Tùy thuộc vào mức độ đổ bóng, hướng mái, độ nghiêng mái mà phương án lắp đặt
là áp sát mái ngói hay dựng giàn khung trên mái ngói
• Chú ý đến vấn đề chống thấm trên mái ngói khi thực hiện lắp đặt giàn khung
• Sử dụng bass nẹp để cố định tấm pin và khung giàn đỡ khi lắp áp sát mái, các bass
nẹp không được quá cao so với mặt pin vì sẽ gây đổ bóng vào các cell làm giảm hiệu suất hệ thống.
Lắp áp sát mái ngói: Các nẹp bass kẹp cố định tấm pin với khung giàn giống với thi
công lắp đặt tấm pin áp sát mái trên mái tôn.
Hình 3.13 Lắp đặt tấm pin áp sát mái ngói Lắp
đặt giàn khung trên mái ngói:
• Đối với phương án lắp đặt giàn khung trên mái ngói, cần đảm bảo xà gồ mái đủ lớn
để chịu được tải trọng của giàn khung.
• Phương pháp chống thấm và gia công cơ khí cần được đảm bảo ở mức độ cao. lOMoARcPSD| 37054152
Hình 3.14 Lắp đặt tấm pin bằng giàn khung sắt trên mái ngói
3.2.2. Chọn phương án
Mái khu A của trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TPHCM thuộc loại mái tole. Như
vậy, chúng ta có 2 phương án lắp đặt là lắp áp sát mái tole và lắp giàn khung trên mái tôn.
Góc lắp lý tưởng nhất là nghiêng 10 đến 15 độ để hứng nắng tốt, giảm bụi bẩn, đọng
nước. Mái tole của khu A, với độ nghiêng mái trên là 15 độ, mái dưới là 10 độ. Phù hợp
với góc lắp lý tưởng, nên chọn phương án lắp áp sát mái tole để tiết kiệm chi phí giàn khung.
3.3. Khả năng đổ bóng
Sau khi đi khảo sát mái khu A, nhóm nhận thấy xung quanh có nhiều cây cao. Mái khu
A sẽ bị ảnh hưởng 1 phần vào các khung giờ khác nhau. Nếu bị đổ bóng 1 phần nhỏ cũng
sẽ ảnh hưởng nhiều đến công suất đầu ra của cả hệ thống.
Tuy nhiên, có 2 mái là mái 1 và mái 2 như trên hình thì không bị ảnh hưởng do đổ bóng
của cây. Vì vậy, nhóm quyết định chọn mái 1 và mái 2 để thực hiện đề tài. lOMoARcPSD| 37054152
Hình 3.15 Mái lắp đặt tấm pin tại khu A
Sau đó, nhóm dùng phần mềm PVSyst để hỗ trợ đổ bóng và xác định được cụ thể hiệu
suất tổn thất của 2 mái lắp đặt là mái 1 và mái 2. 3.4. Diện tích mái
Mái lắp đặt có diện tích khoảng 211,6 m2, mỗi mái khoảng 105,8 m2 (46m x 2,3m),
nghiêng ~ 15 độ . Với diện tích này có thể lắp tấm pin dọc theo chiều rộng của mái (
chiều dài tấm pin khoảng 1,9m-2,2m ), mỗi mái sẽ có 1 hàng tấm pin. Để lắp phù hợp
với INVERTER thì có 2 phương án, đó là 44 tấm hoặc 40 tấm vì sẽ chia làm 4 string cho mỗi mái.
Nhưng chiều rộng của tấm pin khoảng 1,05m và khoảng cách của 2 tấm pin khoảng
30mm. Nếu lắp 44 tấm sẽ chiếm chiều dài khoảng 1,05 x 44 +(0,03 x 43) = 47,49m , sẽ
lớn hơn chiều dài của mái lắp đặt (46m). Vì vậy, nên chọn phương án lắp đặt 40 tấm pin
khoảng 43m phù hợp với mái lắp đặt. 3.5. Công suất
Hiện nay, trên thị trường có đa dạng tấm pin với nhiều loại công suất. Các loại tấm
pin phổ biến hiện này có công suất từ 400-450W, và nhóm quyết định chọn loại tấm pin
có công suất là 440W. Từ mục 3.3 số tấm pin là 40 và tấm pin có công suất là 450W. lOMoARcPSD| 37054152
Như vậy, công suất lắp đặt của mỗi mái là 40 x 440W = 17,6kW, tổng công suất lắp đặt trên 2 mái là 35,2kW.
IV. THIẾT KẾ HỆ THỐNG
4.1. Các loại PV và lựa chọn tốt nhất cho hệ thống
Công nghệ sản xuất PV cell được chia làm 3 loại: crystalline silicon, thin-film và công nghệ emerging and novel.
Để lựa chọn đâu là công nghệ phù hợp nhất với dự án của mình thì phải dựa vào số
lượng các yếu tố khác nhau, bao gồm hiệu suất, giá, sự sẵn có trên thị trường, thời gian và
điều khoản bảo hành, hình dạng cũng như phản ứng với điều kiện thời tiết.
Đối với hệ thống áp mái, diện tích mái là cố định do đó chúng ta phải chọn tấm pin có
hiệu suất cao nhất có thể tạo ra nhiều năng lượng nhất so với cùng một diện tích.
Bảng1 : Hiệu suất của các công nghệ sản xuất PV
Từ những yêu cầu đã nêu ở trên, nhóm em quyết định chọn module Canadian 440W
HIKU CS3W 440MS với các thông số cơ bản ở điều kiện STC sau:
Điện áp hoạt động ( Vmp ): 4.7 V
Điện áp hở mạch ( Voc ): 48.7 V
Dòng ngắn mạch ( Isc ): 11.48 A lOMoARcPSD| 37054152
Dòng hoạt động ( Imp ): 1.82 A
Hiệu suất của module: 19.9%
Nhiệt độ: - 40 độ C ~ + 85 độ C
Kích thước: 2108x1048x40 mm lOMoARcPSD| 37054152
Hình 4.16 Đường đặc tính V - A của module quan điện Canadian CS3W-440P
Khi cường độ bức xạ thay đổi trong điều kiện nhiệt độ module quang điện tiêu chuẩn
thì đường cong đặc tính V-A thay đổi, giá trị cường độ dòng điện đầu ta giảm mạnh còn
điện áp thì giảm nhỏ. Giá trị công suất cực đại giảm theo giá trị cường độ bức xạ lOMoARcPSD| 37054152
Hình 4.17 Đặc tính V-A của module quang điện Canadian CS3W-440P ở điều kiện bức xạ tiêu chuẩn 1000 W/m^2
Khi nhiệt độ tấm quang điện thay đổi trong điều kiện cường độ bức xạ tiêu chuẩn thì
đường cong đặc tính V-A thay đổi, giá trị cường độ dòng điện đầu ra rất nhỏ còn điện áp
thì giảm. Giá trị của công suất cực đại giảm theo dự tăng nhiệt độ của tấm quang điện.
Khi nhiệt độ pin quang điện và cường độ bức xạ tại khu vực lắp đặt thay đổi so với
điều kiện tiêu chuẩn thì hiệu suất của module quang điện cũng thay đổi. Sự thay đổi của
nhiệt độ ảnh hưởng đến điện áp đầu ra của module. Sự thay đổi về cường độ bức xạ sẽ làm
thay đổi dòng điện đầu ra của module.
4.2. Lựa chọn Inverter
4.2.1. Các yêu cầu lựa chọn inverter
Lựa chọn công suất inverter sao cho đảm bảo công suất đầu ra của hệ PV được chuyển
đổi hoàn toàn thành điện AC. lOMoARcPSD| 37054152
1. Độ tin cậy: Nhiều inverter sẽ an toàn hơn so với một inverter, chúng ta có thể phân
bố được rủi ro hư hỏng của hệ thống.
2. Hiệu suất: Inverter với công suất lớn sẽ có hiệu suất cao hơn inverter có công suất nhỏ.
3. Chia mảng PV và yếu tố đổ bóng: Chia theo mảng để quản lý giúp chúng ta giảm
thiểu ảnh hưởng đổ bóng lên toàn bộ hệ thống. Số lượng mảng và điện áp đầu ra
của mảng phải thỏa cấu hình của inverter
4.2.2. Lựa chọn inverter
Từ nhu cầu phụ tải, diện tích mái khả dụng nhóm chúng em đã lựa chọn được số lượng
tấm pin cần thiết cho hệ thống. Nhóm em quyết định chọn Inverter Huawei SUN2000
33KTL - A - PF với các cấu hình sau: Số lượng MPPT: 4 Số lượng string/MPPT: 2
Dòng điện vào MPPT cực đại: 22A
Điện áp đầu vào DC: 200 - 1000V
Điện áp khởi động: 250V Hiệu suất: 98.6% Điện áp AC: 230V Dòng AC cực đại: 48A
Vùng nhiệt độ hoạt động: - 25 độ C tới 60 độ C lOMoARcPSD| 37054152
Hình 4.18 Cấu hình Inverter Huawei Sun2000 33KTL - A - PF
4.3. Cấu hình hệ thống
4.3.1. Tấm quang năng và inverter
Hệ thống gồm 80 tấm PV, chia ra làm 2 mái mỗi mái 40 tấm PV. Mỗi mái có 4 string
mỗi string gồm 10 tấm PV với tổng diện tích lắp đặt là 160 ㎡ Điện áp mỗi string:
Với dãy điện áp từ 356.5 đến 464.5V đủ để kích hoạt Inverter. Đảm bảo inverter hoạt
động bình thường và liên tục, khi sáng sớm, hoặc khi bị bóng che.
Hình 4.19 Phân bố điện áp đầu ra của mảng PV lOMoARcPSD| 37054152
Hình 4.20 Cấu hình tấm PV và Inverter cho mái 1
Hình 4.21 Nhiệt độ hoạt động của PV với dãy bức xạ lOMoARcPSD| 37054152
Hình 4.22 Vùng làm việc danh nghĩa của hệ thống PV và biến tần sau khi định cỡ
Dãy điện áp đầu ra của string phù hợp với dãy điện áp làm việc của Inverter nên ta có
thể chọn được Inverter Huawei SUN2000-33KTL-A PF.
4.3.2. Các tổn thất của hệ thống
4.3.2.1. Hệ số tổn thất nhiệt U của mảng PV:
• Hệ số xác định nhiệt độ môi trường khi nhiệt độ tấm PV thay đổi. Công thức: U = Uc + Uv * v
• Uc: Thành phần cố định
• Uv: Yếu tố tỉ lệ với vận tốc gió
• v: Vận tốc gió tại khu vực thiết kế
Theo PVsyst với cấu hình của hệ thống hiện tại thì giá trị của Uc = 20 (W/m^2K) và Uv = 0 (W/m^2K). lOMoARcPSD| 37054152
Hình 4.23 hệ số tổn thất nhiệt U
4.3.2.2. Tổn thất điện trở dây điện
Phần trăm mất mát ở điều kiện STC là 1.5%
4.3.2.3. Tổn thất chất lượng, hiệu ứng suy giảm cảm ứng ánh sáng, sự không phù hợp của tấm quang điện
Tổn thất chất lượng module PV (Module quality). Giá trị này quyết định giá trị hiệu
suất thực tế của module có sai số so với nhà cung cấp đã công bố hay không. Tuy nhiên
đối với nhà sản xuất có uy tín trên thị trường thì họ đã kiểm tra sau nhiều lần thử nghiệm.
Tổn thất hiệu ứng suy giảm ánh sáng (LID - Light Induced Degradation). Do tạp chất
Oxi trong Silic của quá trình Czochralski. Dưới tác dụng ánh sáng, những tạp chất này kết
hợp với nhau và chiếm các điện tử tự do và lỗ trống của hiệu ứng quang điện. Giá trị này
không được cung cấp bởi nhà sản xuất nhưng theo PYsyst thì giá trị tổn thất đó nằm trong
khoảng từ 1% đến 3% hoặc nhiều hơn.
Tổn thất không phù hợp của các pin và tấm pin quang điện ( Array Mismatch Loss)
Theo định luật Ôm, các pin nối tiếp hoặc module pin nối tiếp thì dòng điện dòng điện
của từng pin hoặc module bằng dòng tổng. Mà thường đặc điểm của các module không bao
giờ giống nhau hoàn toàn. Nó có độ lệch về dòng điện nhỏ. Tuy nhiên, trong phần này ta
mới chỉ biết số pin trên 1 module nên việc tính toán cho cả hệ thống pin là không thể. Phần
kết quả tính toán cụ thể được thể hiện sau khi định cỡ hệ thống. Để có số liệu tổn thất tương
đối ta chỉ chọn giá trị này theo mặc định bởi phần mềm.
4.3.2.4. Tổn thất vết bẩn của hệ thống PV
Tổn thất vết bẩn là do bụi bẩn lâu ngày, nước mưa, sương mù ở địa điểm ta lắp đặt hệ
thống pin quang điện, giá trị này phụ thuộc vào môi trường xung quanh. lOMoARcPSD| 37054152
Trong phần này, Vì đã tối ưu mặt này khi thiết kế lắp đặt do đó nhóm em chọn giá trị tổn
thất theo tháng với tháng 9,10,11,12,1 giá trị tổn thất là ~ 1%, còn các tháng còn lại giá trị tổn thất là ~ 0%.
4.3.2.5. Tổn thất suy giảm chất lượng module
Đây là giá trị được nhà sản xuất cam kết bảo hành. 4.3.2.6. Tổn thất phụ
Tổn thất phụ là phần điện năng được dùng để vận hành, giám sát hệ thống, hệ thống làm mát…
V. MÔ PHỎNG ĐỔ BÓNG
5.1. Thiết kế hệ thống bằng SketchUp
Mô hình hóa tòa nhà Khu A trong Sketchup. Tòa nhà khu A được bao xung quanh bởi
nhiều cây cối, qua phân tích tính toán, nhóm đã đưa ra phương án tối ưu nhất để lắp hệ
thống năng lượng mặt trời được mô hình hóa trực quan như các hình dưới đây:
Hình 5.24 Hình chiếu cạnh của tòa nhà khu A lOMoARcPSD| 37054152
Hình 5.25 Hình chiếu đứng của tòa nhà khu A
Hình 5.26 Hình chiếu bằng của tòa nhà khu A
Hình 5.27 Phối cảnh tòa nhà khu A nhìn từ trên xuống
5.2. Mô phỏng đổ bóng bằng PVsyst
Đưa vào PVsyst mô phỏng đổ bóng. lOMoARcPSD| 37054152 Hình 5.28 Sun path diagram
Hiện tượng đổ bóng xảy ra ít và không ảnh hưởng nhiều đến hệ thống. Đổ bóng
thường xảy ra vào lúc sáng sớm (trước 7h) và lúc chiều tối sau (16h) khi này cường độ ánh
sáng đã giảm dần và hiện tượng đổ bóng cũng không gây ra sụt áp, giảm công suất của hệ thống quá nhiều.
VI. TÍNH TOÁN CHI PHÍ lOMoARcPSD| 37054152
VII. SƠ ĐỒ THI CÔNG 7.1. Sơ đồ mái
Sơ đồ mái khu A, được đo đạc trên Google Earth ra được các số liệu về kích thước của
khu A và vẽ lại bằng phần mềm 3D SKETCHUP. Sau đó chuyển qua tệp CAD 2D để dễ
dàng thiết kế hơn như hình dưới đây: lOMoARcPSD| 37054152
Hình 7.29 Sơ đồ hệ thống mái khu A trong CAD 2D
Nhóm cũng dựa trên Google Earth, để đo độ nghiêng của mái khu A. Trong đó, mái
lắp đặt có độ nghiêng là 15 độ, được thể hiện như hình dưới đây : lOMoARcPSD| 37054152
Hình 7.30 Độ nghiêng của mái lắp đặt
7.2. Sơ đồ lắp đặt PV
Đầu tiên trong quá trình thiết kế lắp đặt của dự án hệ thống năng lượng mặt trời là thiết
kế vị trí của Rail nhôm. Dựa theo nhiều bản vẽ thiết kế lớn, thì khoảng cách của Rail nhôm
là 530mm tính từ đầu tấm pin. Do mái lắp đặt nghiêng 15 độ nên khoảng cách của Rail lOMoARcPSD| 37054152
nhôm nhìn từ trên xuống là 530mm/cos(15)=512mm. Từ đó, nhóm đã thiết kế ra bản vẽ
lắp đặt Rail nhôm và lắp đặt pin mặt trời. lOMoARcPSD| 37054152 lOMoARcPSD| 37054152
Hình 7.31 Thiết kế rail nhôm và lắp đặt PV
7.3. Sơ đồ kết nối String
Trong đề tài này, tổng số tấm pin là 80 và được chia ra làm 8 Strings nối vào 4 MPPT
để phù hợp với inverter được lựa chọn trong đề tài này. Cứ mỗi 10 tấm pin sẽ được kết nối
lại thành 1 Strings và cứ 2 Strings thì sẽ kết nối vào 1 MPPT.
Trong hình dưới đây, là sơ đồ kết nối các tấm pin lại với nhau và sau khi đã kết nối lại
thì tạo thành các Strings kết nối với inverter.
Hình 7.32 Sơ đồ kết nối các tấm pin và kết nối các String.
7.4. Sơ đồ máng cáp
Hệ thống máng cáp là hệ thống giúp bảo vệ các dây điện tránh khỏi những tác động
của môi trường. Từ đó, sẽ giúp dây dẫn bền hơn và tránh các sự cố bị chập điện gây hỏng
hệ thống năng lượng mặt trời. lOMoARcPSD| 37054152 Hình 7.33 Máng cáp
Trong một hệ thống điện năng lượng mặt trời, hệ thống máng cáp cũng rất quan trọng.
Vì giá trị sử dụng của hệ thống lên đến gần 20 năm, nên việc bảo vệ dây dẫn từ các tấm
pin đến inverter là cần thiết.
Máng cáp được sử dụng trong đề tài này có kích thước là 50x50mm và 100x50mm. Số
dây dẫn của 1 một mái sẽ được bảo vệ bởi máng cáp có kích thước là 50x50mm. Sau khi
gộp các dây dẫn của 2 mái lại với nhau để đưa xuống inverter sẽ được bảo vệ với máng cáp
có kích thước là 100x50mm. Cụ thể, chiều dài của máng cáp 50x50mm là 41,5 x 2 m +
29,5 m và chiều dài của máng cáp 100x50mm là 2,5m. Được thể hiện như hình dưới đây: lOMoARcPSD| 37054152
Hình 7.34 Sơ đồ máng cáp.
7.5. Sơ đồ nguyên lý của hệ thống
Trong hệ thống này, nhóm chọn inverter có 4 MPPT và 2 string/ 1 MPPT. Mỗi string
sẽ bao gồm 10 tấm pin đấu nối tiếp lại với nhau. Sau đó, đưa vào inverter như sơ đồ nguyên
lý của hệ thống. Inverter có chức năng biến đổi nguồn điện đầu vào DC (từ các tấm pin)
thành nguồn điện xoay chiều 3 pha có tần số phù hợp. Trong sơ đồ, trước khi điện DC của lOMoARcPSD| 37054152
các String sẽ được bảo vệ bởi các CB, để tránh xảy ra sự cố chập điện dẫn đến cháy các
tấm pin. Tương tự vậy, sau khi qua inverter điện AC cũng được bảo vệ bởi MCCB 3 pha
rồi mới đưa đến các tải tiêu thụ. Như vậy, các thiết bị như tấm pin, inverter, tải sẽ được các
thiết bị đóng cắt bảo vệ. Điều đó sẽ giúp tránh được các sự cố thiệt hại tài sản không đáng có.
Hình 7.35 Sơ đồ nguyên lý của hệ thống.
VIII. KẾT QUẢ MÔ PHỎNG
• Thống số chính của hệ thống:
• Vị trí: Tòa nhà khu A trường ĐH SPKT TP.HCM (1.85N,106.77E)
• Loại hệ thống: Hệ thống nối lưới;
• Hướng dàn module quang điện: 2 hướng; Độ nghiêng/góc phương vị = 10/15 và 10/-165;
• Tấm quang điện: Canadian CS3W - 440P; 440Wp
• Số lượng tấm pin: 80 tấm;
• Biến tần: Huawei SUN2000 - 33KTL - A PF; 30kWac;
• Công suất danh nghĩa của hệ thống: 35.2 kWp; Kết quả mô phỏng chính:
• Tỉ số hiệu suất: PR = Eac/GlobInc.Pnom = 77.61%;
• Tổng số vốn đầu tư: 316.934.500 VNĐ ( chưa tính công lắp đặt ) lOMoARcPSD| 37054152
• Sản lượng điện hàng năm: 48.64 MWh/year; Một vài nhận xét:
Hình 8.36 Biểu đồ sự sản xuất định mức
Trong biểu đồ trên ta thấy giá trị tổn thất trung bình ngày của hệ thống pin quang điện
là 1.01 kWh/kWp/day, giá trị tổn thất trung bình trên inverter và dây điện là bình thường
.05 kWh/kWp/day. Sản lượng điện tạo ra sau biến tần là 3.79 kWh/kWp/day cho thấy hệ
thống có sản lượng điện năng tốt. lOMoARcPSD| 37054152
Hình 8.37 Biểu đồ tỉ số hiệu suất
Trong biểu đồ trên ta thấy tỉ số chuyển đổi là 77.6%, sự thay đổi giá trị nhiệt độ ảnh
hưởng rất lớn đến tỉ số này.
Hình 8.38 Giản đồ tổn thất điện năng trong hệ thống
Tổn thất do đỗ bóng của các vật thể xung quanh hệ thống là .77% tương đối nhỏ, chúng
ta có thể chấp nhận được.
Tổn thất do bụi bẩn chiếm .39% do thiết kế dàn pin tận dụng được độ nghiêng để giảm
bụi bẩn bám vào bề mặt, chủ yếu bám bẩn xảy ra vào mùa khô, khi không có lượng mưa
phù hợp giúp giảm bẩn tấm quang điện.
Hiệu suất chuyển đổi của tấm quang điện là 19.94%. lOMoARcPSD| 37054152
Tổn thất do nhiệt độ tấm quang điện gây ra là khá lớn chiếm 1.04% làm ảnh hưởng
nhất định đến sản lượng điện năng đầu ra của hệ thống. Giá trị này sẽ giảm đi khi chúng ta
tận dụng khoảng không dưới mái để giải nhiệt cho dàn pin quang điện.
Tổn thất của inverter trong quá trình vận hành là 2.04%. Các tổn thất khác ở inverter
là không có. Như vậy là lựa chọn biến tần đã đáp ứng và phù hợp với hệ thống.
Hình 8.39 Khả năng giảm phát thải CO2 của hệ thống
Tổng khối lượng phát thải CO2 để tạo ra được hệ thống năng lượng mặt trời ở trên là 63 tấn CO2.
Tổng khối lượng CO2 giảm phát thải trong vòng đời hệ thống là 452 tấn CO2 trong vòng 30 năm hoạt động.
IX. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 9.1 Kết luận
Năng lượng tái tạo hay năng lượng tái sinh là năng lượng từ những nguồn liên tục mà
theo chuẩn mực của con người là vô hạn như năng lượng mặt trời, gió, mưa, thủy triều,
sóng và địa nhiệt. Các nguồn năng lượng tái tạo tồn tại khắp nơi trên nhiều vùng địa lý,
ngược lại với các nguồn năng lượng khác chỉ tồn tại ở một số quốc gia. Việc đưa vào sử
dụng năng lượng tái tạo nhanh và hiệu quả có ý nghĩa quan trọng trong an ninh năng lượng,
giảm thiểu biến đổi khí hậu, và có lợi ích về kinh tế. Việc ứng dụng và thúc đẩy phát triển
điện mặt trời là một trong những giải pháp quan trọng góp phần giải quyết vấn đề khủng
hoảng điện năng trong hiện tại và tương lai
Để biến những tiềm năng này thành hiện thực, nhà nước đã ban hành chiến lược phát
triển năng lượng mặt trời và các giải pháp để thực hiện hóa mục tiêu đó. Sau hơn 10 năm lOMoARcPSD| 37054152
triển khai chính sách phát triển năng lượng mặt trời, hàng triệu kWh điện mặt trời đã được
hòa lưới điện quốc gia, nhiều hộ gia đình và tổ chức đã sử dụng các thiết bị năng lượng
mặt trời vào chiếu sáng, đun nấu, sấy khô, làm mát… Những kết quả này đã góp phần vào
an ninh năng lượng của quốc gia, góp phần cung cấp điện cho các hoạt động sản xuất và
sinh hoạt của người dân, góp phần giảm phát khí thải ra môi trường. Tuy nhiên những kết
quả này chưa tương xứng với tiềm năng phát triển năng lượng mặt trời ở Việt Nam. Thực
trạng này do nhiều nguyên nhân khách quan và chủ quan, trong đó các nguyên nhân chủ
yếu là do chính sách phát triển điện mặt trời chưa được thiết kế cụ thể và việc thực hiện
chính sách phát triển điện mặt trời chưa được quan tâm đúng mức.
Đối với mục tiêu đề tài đồ án: “Thiết kế hệ PV áp mái 35kWp nối lưới’’ tại trường Đại
học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh đã đạt được kết quả:
Đồ án đã hệ thống được những vấn đề về thiết kế mô hình lắp đặt hệ thống điện mặt
trời áp mái nối lưới, nghiên cứu kinh nghiệm về phát triển điện mặt trời ở một số nước trên
thế giới và rút ra được những phương thức lựa chọn cho hệ thống pin mặt trời ở Việt Nam.
Lựa chọn được vị trí thực hiện đề tài và hướng phù hợp để đặt tấm pin năng lượng mặt trời,
các loại PV và inverter tốt nhất cho hệ thống.
Tính toán được cấu hình, tổn thất, mô phỏng đổ bóng bằng SketchUp và PVsyst, vẽ sơ
đồ thi công cho hệ thống
Phân tích được các số liệu thực tế khi lắp đặt, để tính toán chi phí đầu tư. Tiết kiệm chi
phí, giảm đi sự tiêu thụ điện năng từ hệ thống điện lưới. Tận dụng nguồn năng lượng sạch
có sẵn để bảo vệ môi trường.
Tối ưu tổn thất, mô phỏng chi tiết đổ bóng để tránh sự tổn hao trong hệ thống điện
9.2 Hướng phát triển
Để tối ưu hóa sản xuất điện mặt trời, hiệu suất cao nhất của Inverter hòa lưới phải càng
gần 100% càng tốt. Sự tổn hao năng lượng điện trong quá trình chuyển đổi DC/AC làm
ảnh hưởng tới hiệu suất của inverter hòa lưới. Những bộ Inverter hòa lưới hàng đầu của
ngành công nghiệp đạt được mức hiệu suất từ 98% với loại 3 pha và 96% trở lên với loại 1 pha.
Tiêu chí để chọn inverter phải dựa vào chất lượng và độ tin cậy, dịch vụ hỗ trợ và chế
độ bảo hành, tính năng và đặc điểm cuối cùng là hệ thống giám sát, theo dõi.
Tối ưu hóa năng lượng từ các tấm pin năng lượng thu được từ các tấm pin năng lượng
mặt trời: inverter hoạt động theo thuật toán MPPT giúp tối ưu hóa việc sản xuất năng lượng
của các tấm pin cải thiện hiệu suất của hệ thống năng lượng mặt trời. lOMoARcPSD| 37054152
Phân phối điện hiệu quả để tối ưu chi phí điện: inverter luôn ưu tiên sử dụng hết lượng
điện mặt trời từ hệ thống, nếu thiếu hụt thì sẽ sử dụng điện lưới quốc gia
Giám sát và bảo vệ hệ thống: inverter theo dõi sản lượng của hệ thống 24/7, giúp tự
ngắt khi gặp sự cố, bảo vệ an toàn cho hệ thống.
Mô phỏng chi tiết hơn về tổn thất có thể có của nhà máy. Do chưa có số liệu thực tế
nhóm chưa xác định được chính xác những giá trị tổn thất của nhà máy. Chủ yếu dựa vào
những mặc định được PVsyst tính toán và cài đặt sẵn.
Mô phỏng đổ bóng. Có thể mở rộng để mô phỏng chi tiết hơn về tình trạng đổ bóng
lên hệ thống của mình. Từ đó có thể dự phòng và khắc phục tình trạng sụt áp trên mỗi string.
TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]
Asian Development Bank (2014). “Handbook for rooftop solar development in Asia”. [2]
PVsyst. “Grid-connected V7 tutorial”. [3]
Huawei. Huawei Inverter SUN2000 – 33KTL – A – PF. [4]
CanadianSolar. Hiku CS3W – 440P. [5]
Cục thông tin khoa học & công nghệ quốc gia. “Kỷ nguyên đang đến của năng lượngtái tạo”. [6]
Đặng Đình Thống. “Pin Mặt Trời và ứng dụng”. NXB Khoa học Kỹ thuật, 2005. [7]
Nguyễn Duy Thiện. “Kỹ thuật sử dụng năng lượng Mặt Trời”. NXB Xây dựng, 2001 [8]
TCVN 11855-1-2017. IEC-62446. Hệ thống quang điện PV[9] “Kỷ yếu EVN năm 2021”.
[10] Thông tư 39/2015/TT-BCT của Bộ Công Thương.
[11] Đặng Phi Long, PSG.TS. Võ Viết Cường. “Quy trình thiết kế lắp đặt hệ thống PVkhông nối lưới”.