tính toán và thiết kế hệ thống điện năng lượng mặt trời cho trung tâm thương mại lotte mart quận 7 tp hcm

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (12.16 MB, 78 trang )

Trang 1<div class="page_container" data-page="1">

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 01/2024KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆPNGÀNH NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO

TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỆN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI CHO TRUNG TÂM THƯƠNG MẠI

LOTTE MART QUẬN 7, TP.HCM

GVHD: TS. NGUYỄN XUÂN VIÊN SVTH: TỪ VĂN PHƯƠNG

BÙI LÊ TÂN KHOA

S K L 0 1 2 3 9 5

</div>Trang 2<div class="page_container" data-page="2">

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM

KHOA CƠ KHI ĐỘNG LỰC ********

</div>Trang 6<div class="page_container" data-page="6">

Lời cảm ơn

Lời đầu tiên, chúng em xin gửi lời cảm ơn đến tồn thể thầy cơ và cán bộ của trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM đã giúp đỡ chúng em hồn thành chương trình học tập của mình trong suốt 4 năm học tại trường. Đặc biệt toàn thể giảng viên của khoa Cơ Khí Động Lực nói chung và chuyên ngành Năng lượng tái tạo nói riêng đã luôn ở bên cạnh chỉ dẫn, truyền đạt cho chúng em vô vàn kiến thức mới mà chưa được biết đến từ chuyên ngành cho tới đời sống xã hội trong suốt thời gian theo học và thực hiện đồ án tốt nghiệp này.

Chúng em cũng xin chân thành cảm ơn thầy Trưởng ngành Nguyễn Xuân Viên đã tận tình giảng dạy trong suốt thời gian vừa qua và thầy đã hướng dẫn trực tiếp, luôn theo sát và hướng dẫn tận tâm trong thời gian thực hiện báo cáo tốt nghiệp của chúng em.

Và cuối cùng chúng em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến gia đình, bạn bè ln chia sẻ động viên chúng em rất nhiều trong thời gian thực hiện đồ án lần này.

</div>Trang 7<div class="page_container" data-page="7">

Tóm tắt

Đề tài nghiên cứu về tính tốn và thiết kế hệ thống năng lượng mặt trời cho Trung tâm thương mại Lotte Mart Quận 7 TP. HCM. Khảo sát thực tế, phân tích số liệu, đề ra phương án lắp đặt. Sử dụng những phần mềm kỹ thuật, phần mềm chuyên ngành để thiết kế hệ thống, lựa chọn thiết bị và tính tốn sơ bộ tài chính. Tính tốn được hiệu suất chuyển đổi và lượng điện thu được hàng năm do hệ thống mang lại.

</div>Trang 8<div class="page_container" data-page="8">

iii

Mục lục Lời cảm ơn ... i

1.2 Phương pháp nghiên cứu ... 2

1.3 Đối tượng nghiên cứu ... 2

1.4 Bố cục ... 2

1.5 Giới hạn ... 2

Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT ... 3

2.1. Các bước tính tốn thiết kế cho hệ thống pin năng lượng mặt trời... 3

2.2. Các yếu tố bên ngoài ảnh hưởng đến sản lượng của hệ thống năng lượng mặt trời ... 5

2.2.1. Nhiệt độ ... 5

2.2.2. Lượng bức xạ mặt trời ... 6

2.2.3. Hướng và góc nghiêng ... 7

2.2.4. Hiện tượng đổ bóng... 8

2.3. Tấm Pin Năng lượng mặt trời ... 8

2.3.1. Cấu tạo tấm pin ... 9

2.3.2. Phân loại ... 11

2.4. Inverter (biến tần) ... 12

2.4.1. Các loại inverter ... 12

2.4.2. Lựa chọn inverter ... 14

2.5. Cấu trúc của 1 hệ thống điện mặt trời hòa lưới bám tải ... 16

2.5.1. Tổng quan về hệ thống điện mặt trời hòa lưới bám tải ... 16

2.5.2. Điều kiện để hòa lưới điện năng lượng mặt trời ... 16

</div>Trang 9<div class="page_container" data-page="9">

3.5.1. Lựa chọn inverter và tấm pin phù hợp nhất cho hệ thống ... 22

3.5.2. Lựa chọn thiết bị bảo vệ AC ... 27

</div>Trang 10<div class="page_container" data-page="10">

4.4. Sơ đồ bố trí string ... 46

4.5. Sơ đồ máng cáp ... 47

4.6. Sơ đồ nguyên lý của hệ thống ... 48

4.7. Sơ đồ đơn tuyến của hệ thống ... 49

4.8. Sơ đồ nguyên lý hệ thống tiếp địa ... 50

4.9. Sơ đồ bố trí nhà trạm Inverter ... 50

Chương 5. KẾT QUẢ MÔ PHỎNG VÀ THỜI GIAN THU HỒI VỐN ... 52

5.1. Kết quả mô phỏng ... 52

5.1.1. Các sản lượng cơ bản của mỗi kWp ... 52

5.1.2. Hiệu suất chuyển đổi ... 53

</div>Trang 12<div class="page_container" data-page="12">

vii

Danh mục hình ảnh

Hình 2. 1 Đường cong đặc trưng I-V của pin mặt trời dưới các nhiệt độ khác nhau ... 6

Hình 2. 2 Đường cong đặc trưng I-V của pin mặt trời dưới các cường độ ánh sáng mặt trời khác nhau ... 7

Hình 2. 3 Các vị trí che bóng làm giảm hiệu suất tấm pin ... 8

Hình 2. 4 Cấu tạo tấm pin ... 10

Hình 2. 5 Cấu tạo tế bào quang điện ... 11

Hình 2. 6 Inverter hịa lưới ABB và Growatt ... 12

Hình 2. 7 Inverter hybrid deye ... 14

Hình 2. 8 Phần mềm Pvsyst ... 17

Hình 2. 9 Phần mềm AutoCAD ... 19

Hình 2. 10 Phần mềm Sketchup ... 20

Hình 3. 1 Trung tâm thương mại Lotte Mart Quận 7 ... 21

Hình 3. 2 Thiết kế của giàn khung đỡ tấm pin được thiết kế bằng Autocad ... 22

Hình 3. 3 Module QCells 460Wp Q Peak Duo-XL-G9.3-460 ... 24

Hình 3. 4 Cấu hình của Module QCells 460W Q Peak Duo-XL-G9.3-460 trên Pvsyst .... 24

Hình 3. 5 Cấu hình Inverter ABB PVS-100-TL trên Pvsyst ... 26

Hình 3. 6 Kích thước của Inverter ABB PVS-100-TL trên Pvsyst ... 26

Hình 3. 7 Inverter ABB PVS-100-TL ... 27

Hình 3. 8 MCCB 3P 200A LS ... 29

Hình 3. 9 Cấu hình tấm pin và inverter trên Pvsysts ... 30

Hình 3. 10 Hệ số tổn thất nhiệt trên Pvsyst ... 31

Hình 3. 11 Hệ số tổn thất chất lượng tấm pin trên Pvsyst ... 31

Hình 3. 12 Hệ số tổn thất hiệu ứng suy giảm cảm ứng ánh sáng ... 32

Hình 3. 13 Hệ số tổn thất khi đấu nối trên Pvsyst ... 32

Hình 3. 14 Hệ số tổn thất vết bẩn của hệ thống trên Pvsyst ... 33

Hình 3. 15 Hệ số tổn thất suy giảm chất lượng module trên Pvsyst ... 33

Hình 3. 16 Biểu đồ đổ bóng của hệ thống ... 34

Hình 4. 1 Mặt bằng hiện trạng của dự án khi dựng 2D ... 39

Hình 4. 2 Mặt bằng hiện trạng của dự án khi dựng 3D ... 40

Hình 4. 3 Thiết kế của giàn khung ... 40

</div>Trang 13<div class="page_container" data-page="13">

Hình 4. 13 Chi tiết lắp đặt tấm pin mặt trời ... 45

Hình 4. 14 Mơ phỏng trên Pvsyst ... 46

Hình 4. 15 Sơ đồ bố trí string ... 46

Hình 4. 16 Sơ đồ bố trí máng cáp ... 47

Hình 4. 17 Chi tiết đi máng cáp ... 48

Hình 4. 18 Sơ đồ nguyên lý của hệ thống ... 49

Hình 4. 19 Sơ đồ đơn tuyến của hệ thống ... 49

Hình 4. 20 Sơ đồ nguyên lý hệ thống tiếp địa ... 50

Hình 4. 21 Chi tiết lắp đặt Inverter – Mặt trước ... 50

Hình 4. 22 Chi tiết lắp đặt Inverter – Mặt hơng ... 51

Hình 5. 1 Đồ thị sản lượng trên mỗi kWp lắp đặt... 52

Hình 5. 2 Đồ thị biểu thị hiệu suất chuyển đổi ... 53

Hình 5. 3 Biểu đồ những tổn thất của hệ thống ... 54

Hình 5. 4 Biểu đồ sản lượng điện thực tế qua các năm vận hành ... 55

Hình 5. 5 Biểu đồ sản lượng điện các tháng năm 2021 ... 56

Hình 5. 6 Biểu đồ sản lượng điện các tháng của năm 2022 ... 56

Hình 5. 7 Biểu đồ sản lượng điện các tháng của năm 2023 ... 57

Hình 5. 8 Biểu đồ sản lượng điện các tháng của trung tâm thương mại Lotte Mart ... 58

</div>Trang 14<div class="page_container" data-page="14">

Danh mục bảng

Bảng 3. 1 Các thông số cơ bản ở điều kiện STC ... 23

Bảng 3. 2 Các thông số cơ bản của Inverter ABB PVS-100-TL ... 25

Bảng 3. 3 Thơng số của MCCB ... 28

Bảng 3. 4 Chi phí vật tư ... 35

Bảng 5. 1 Giá điện do EVN cung cấp ... 57

Bảng 5. 2 Chi phí đầu tư và thu hồi vốn ... 60

</div>Trang 15<div class="page_container" data-page="15">

Những vừa qua năng lượng là một bài tốn khó cũng như vơ cùng phức tạp cho nhiều nước trên thế giới nhất là các nước đang phát triển trong đó có ta. Với các thống kê EVN cơ cấu cơng suất nguồn điện tồn hệ thống, tính đến cuối năm 2022 thủy điện chiếm 29%, nhiệt điện than chiếm đến 32,5% và năng lượng tái tạo chiếm 26,5% qua đó cho thấy được thủy điện và nhiệt điện vẫn chiếm một phần vô cùng lớn, vào những mùa khô thiếu điện trầm trọng đặc biệt hơn những năm ít nước, nhà máy nhiệt điện phải hoạt động hết công suất dẫn đến nguồn than ngày càng cạn kiệt ngoài ra các thiết bị của nhà máy giảm tuổi thọ đáng kể.

Như đã được đề cập trước đó, Việt Nam là một đất nước đang trong đà phát triển, điều này gây ra sự mất cân bằng năng lượng giữa nhu cầu và nguồn cung năng lượng. Mặt khác, việc tiết kiệm năng lượng trong các cơ sở giáo dục, nhà máy, trung tâm mua sắm,...chưa được chú trọng đúng mức. Tình trạng này đặt nước ta trước nguy cơ thiếu hụt năng lượng.

Trung tâm thương mại Lotte Mart Q7 TP.HCM là một trung tâm lớn của thành phố cần lượng điện năng rất lớn để đáp ứng các nhu cầu thiết yếu của trung tâm. Ngồi ra, mặt bằng mái vơ cùng rộng rãi mà khơng sử dụng đến. Thêm vào đó trung tâm nằm ở miền nam là một nơi có nắng dồi dào quanh năm. 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. Với các lý do trên đề tài “Thiết kế hệ thống điện năng lượng mặt trời áp mái hòa lưới bám tải 1,2MW’’ tại Trung tâm thương mại Lotte Mart Q7 TP.HCM là giải pháp tiết kiệm,

</div>Trang 16<div class="page_container" data-page="16">

sử dụng năng lượng hiệu quả và góp phần thực hiện vào việc bảo vệ môi trường, giảm thiểu quá trinh hiệu ứng nhà kính ảnh hưởng đến biến đổi khí hậu trên toàn cầu.

1.2 Phương pháp nghiên cứu

Tìm hiểu thiết kế mơ hình, tổng hợp và thu thập số liệu, thiết kế hệ thống pin, sơ đồ điện.

Khảo sát thực địa mặt bằng mái, khả năng đổ bóng của mặt bằng mái từ đó đưa ra phương án lắp đặt phù hợp nhất để tấm pin đạt hiệu suất cao.

Phân tích các số liệu, tính tốn vật tư lắp đặt để đưa ra dự đốn chi phí đầu tư. Tính tốn xây dựng mơ phỏng, đánh giá và kiểm tra hệ thống.

Tìm hiểu các tài liệu liên quan để xây dựng một hệ thống phù hợp với địa hình mặt bằng mái cũng như vị trị của mái để tối ưu nhất cho hệ thống.

Xem xét lại toàn bộ cơ sở lý thuyết về hệ thống pin năng lượng mặt trời để đưa vào ứng dụng.

1.3 Đối tượng nghiên cứu

Mái trung tâm thương mại Lotte Mart Q7, TP.HCM.

</div>Trang 17<div class="page_container" data-page="17">

Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1. Các bước tính tốn thiết kế cho hệ thống pin năng lượng mặt trời

Hệ thống pin năng lượng mặt trời được tính tốn theo các bước sau đây: Bước 1: Khảo sát

- Tổng hợp và đánh giá mức tiêu thụ điện hàng ngày, chế độ làm việc, thời gian làm việc hàng ngày.

- Khảo sát vị trí mặt bằng, lựa chọn góc và hướng nghiêng cho phù hợp để hệ thống có thể hấp thụ lượng bức xạ và tạo ra công suất tốt nhất.

Bước 2: Tính tốn mức tiêu thụ điện năng của phụ tải điện

- Để tính được lượng điện năng tiêu thụ hàng ngày ta sử dụng công thức:

𝐴𝑛𝑔 = ∑ 𝑃𝑖 ×

𝑇𝑟𝑜𝑛𝑔 đó: 𝐴𝑛𝑔 𝑙à 𝑙ượ𝑛𝑔 đ𝑖ệ𝑛 𝑛ă𝑛𝑔 𝑡𝑖ê𝑢 𝑡ℎụ 𝑡𝑟𝑜𝑛𝑔 𝑛𝑔à𝑦 (𝑊ℎ) 𝑃𝑖 𝑙à 𝑐ô𝑛𝑔 𝑠𝑢ấ𝑡 𝑡𝑖ê𝑢 𝑡ℎụ 𝑐ủ𝑎 𝑡ả𝑖 𝑡ℎứ 𝑛ℎấ𝑡 (𝑊)

𝑡𝑖 𝑙à 𝑡ℎờ𝑖 𝑔𝑖𝑎𝑛 𝑡𝑖ê𝑢 𝑡ℎụ 𝑐ủ𝑎 𝑡ả𝑖 𝑡ℎứ 𝑛ℎấ𝑡 (ℎ) Bước 3: Tính tốn số lượng tấm pin cho hệ thống

Dựa vào diện tích mặt bằng có thể lắp đặt cùng với nhu cầu sử dụng mà lựa chọn cơng suất và tính tốn số lượng tấm pin cho phù hợp với khả năng lắp đặt.

Bước 4: Tính tốn để lựa chọn Inverter

- Cơng suất: Để lựa chọn inverter cho phù hợp ta cần xét theo điều kiện sau: 𝑃𝑝𝑖𝑛 ≤ 1.2 × 𝑃𝑖𝑛𝑣

</div>Trang 18<div class="page_container" data-page="18">

4 Trong đó:

- Lựa chọn dây:

Khi lựa chọn dây dẫn thì cần áp dụng các chỉ tiêu đánh giá sau: Điện áp định mức tối thiểu: 𝑉đ𝑚 = 𝑉𝑜𝑐

Dòng điện định mức tối thiểu: 𝐼đ𝑚 = 1,25 × 𝐼𝑠𝑐

Điện áp định mức cáp: Phải lớn hơn điện áp tối thiểu (𝑉𝑜𝑐)

Khả năng chịu tải của cáp: Phải lớn hơn dịng điện tối thiểu (1,25 × 𝐼𝑠𝑐) Tổn thất điện áp: Tổn thất điện áp nên nhỏ hơn 3%

Bước 6: Bảo vệ nối đất, chống sét

Trong hệ thống điện năng lượng mặt trời, bảo vệ nối đất và chống sét đóng vai trị quan trọng để đảm bảo an toàn và bảo vệ hệ thống khỏi các nguy cơ liên quan đến sét và sự cố điện. Dưới đây, chúng ta sẽ xem xét một số yếu tố quan trọng liên quan đến bảo vệ nối đất và chống sét trong hệ thống điện năng lượng mặt trời:

- Bảo vệ nối đất:

Nối đất hệ thống: Đây là quá trình kết nối các thành phần của hệ thống (các tấm pin, inverter, thiết bị điện) với điểm nối đất. Điểm nối đất thường được kết nối với hệ thống nối đất chung của toà nhà hoặc tạo ra riêng biệt. Mục đích của việc nối đất hệ thống là tạo ra một đường dẫn an toàn cho dòng điện trong trường hợp sự cố như rò điện, giảm nguy cơ điện giật và đảm bảo an toàn cho người sử dụng.

Tiếp địa tường nhà: Đối với hệ thống điện mặt trời được cài đặt trên mái nhà, việc tiếp địa tường nhà là rất quan trọng. Điều này bao gồm kết nối dây tiếp địa từ hệ thống đến cấu trúc bê tông hoặc kim loại của tường nhà để tạo ra một đường dẫn dễ dàng cho dòng

</div>Trang 19<div class="page_container" data-page="19">

Hệ thống tiếp địa: Hệ thống tiếp địa bao gồm các dây tiếp địa và thanh tiếp địa được kết nối với các thành phần của hệ thống điện mặt trời và đường dẫn sét. Nhiệm vụ của hệ thống tiếp địa là dẫn sét vào đất một cách an toàn và giảm thiểu nguy cơ gây hư hỏng cho hệ thống.

Thiết bị bảo vệ chống sét: Thiết bị bảo vệ chống sét, như bộ phận bảo vệ chống sét (SPD), được sử dụng để giảm thiểu tác động của sét lên hệ thống. SPD có khả năng chấp nhận và xử lý lượng năng lượng sét một cách an toàn, giúp bảo vệ các thiết bị điện và hệ thống điện mặt trời khỏi các sự cố gây hư hỏng.

2.2. Các yếu tố bên ngoài ảnh hưởng đến sản lượng của hệ thống năng lượng mặt trời 2.2.1. Nhiệt độ

Hiệu suất tấm pin mặt trời: Tấm pin mặt trời thường có hiệu suất cao nhất ở một nhiệt độ cụ thể, thường là xung quanh 25-30℃. Tùy thuộc vào vị trí lắp đặt tấm pin, nhiệt độ có thể làm giảm hiệu suất đầu ra của PV. Khi nhiệt độ tấm pin tăng cao thì dịng điện

Độ bền và tuổi thọ: Nhiệt độ cao có thể gây ra tác động tiêu cực đến độ bền và tuổi thọ của tấm pin mặt trời. Khi nhiệt độ tăng cao sẽ ảnh hưởng đến các thành phần cũng như các hợp chất bên trong tấm pin gây hư hỏng và giảm tuổi thọ của tấm pin.

Hệ thống điều khiển: Ngoài tác động lên tấm pin mặt trời, nhiệt độ cũng có ảnh hưởng đến hoạt động của hệ thống điều khiển và inverter. Nếu nhiệt độ quá cao, sự mất mát điện năng có thể tăng lên và ảnh hưởng đến hiệu suất của hệ thống điều khiển. Điều này có thể gây ảnh hưởng tiêu cực đến khả năng điều khiển và tạo ra điện năng chính xác, ảnh hưởng đến hoạt động tổng thể của hệ thống.

Tăng tổn thất điện năng: Nhiệt độ cao có khả năng tăng tổn thất điện năng trong dây dẫn và các thành phần khác của hệ thống điện mặt trời. Tổn thất này đồng nghĩa với việc

</div>Trang 20<div class="page_container" data-page="20">

mất điện năng, gây giảm hiệu suất tổng thể của hệ thống. Quản lý nhiệt độ là một yếu tố cần thiết để giảm tổn thất điện năng và đảm bảo hoạt động hiệu quả của hệ thống điện mặt trời.

Hình 2. 1 Đường cong đặc trưng I-V của pin mặt trời dưới các nhiệt độ khác nhau

2.2.2. Lượng bức xạ mặt trời

Sản lượng điện: Lượng bức xạ mặt trời là yếu tố quan trọng, là nguồn năng lượng chính đối với hệ thống điện năng lượng mặt trời. Hệ thống điện năng lượng mặt trời cần có đủ lượng bức xạ mặt trời để hoạt động hiệu quả.

Hiệu suất chuyển đổi: Quá ít bức xạ mặt trời có thể làm giảm hiệu suất của hệ thống và làm giảm lượng điện được tạo ra. Quá nhiều bức xạ mặt trời cũng có thể gây ra tình trạng quá tải và làm tăng nhiệt độ trong hệ thống.

</div>Trang 21<div class="page_container" data-page="21">

Hướng đặt tấm pin mặt trời thường được xác định dựa trên hướng ánh sáng mặt trời tại vị trí cụ thể. Trên bán cầu bắc, hướng tốt nhất để đặt tấm pin mặt trời là hướng về phía Nam, trong khi trên bán cầu nam, hướng tốt nhất là hướng về phía Bắc. Điều này giúp tấm pin mặt trời tiếp nhận ánh sáng mặt trời trong thời gian dài nhất trong ngày.

Góc nghiêng của tấm pin mặt trời cũng quan trọng, vì nó ảnh hưởng đến lượng bức xạ mặt trời nhận được. Góc nghiêng được tính từ mặt phẳng ngang và có thể điều chỉnh để tối ưu hố hiệu suất. Góc nghiêng thích hợp sẽ tối đa hóa lượng ánh sáng mặt trời tiếp xúc với tấm pin mặt trời, từ đó tăng hiệu suất chuyển đổi năng lượng thành điện. Khi góc

</div>Trang 22<div class="page_container" data-page="22">

Mất cân bằng điện áp: Khi tấm pin mặt trời bị đổ bóng, điện áp của các tế bào ở những chỗ bị đổ bóng sẽ giảm điện áp cịn các tế bào khơng bị đổ bóng điện áp sẽ khơng thay đổi. Hiện tượng có thể gây ra mất cân bằng điện áp trong hệ thống và làm giảm hiểu suất của chuỗi tấm pin đó dẫn đến giảm hiểu suất chuyển đổi.

Để giảm tác động của hiện tượng đổ bóng, có một số giải pháp có thể áp dụng trong hệ thống năng lượng mặt trời. Một giải pháp phổ biến là lựa chọn vị trí lắp đặt hợp lý cho hệ thống, tránh các khu vực có nguy cơ đổ bóng cao như gần cây cối hay tịa nhà cao.

Hình 2. 3 Các vị trí che bóng làm giảm hiệu suất tấm pin

2.3. Tấm Pin Năng lượng mặt trời

Pin mặt trời hay pin quang điện có tên tiếng Anh là Solar Panel, nó bao gồm nhiều tế bào quang điện (được gọi là solar cells). Một tấm pin năng lượng mặt trời thông thường

tạo và giảm thiểu sự phụ thuộc vào nguồn năng lượng truyền thống gây ô nhiễm. Với tiềm

</div>Trang 23<div class="page_container" data-page="23">

năng lớn và khả năng phát triển không ngừng, pin mặt trời đang trở thành một phần quan trọng trong việc xây dựng một tương lai bền vững và xanh hơn cho hành tinh chúng ta. . Quá trình hoạt động của pin Mặt Trời có thể được chia thành ba giai đoạn cơ bản:

- Giai đoạn đầu tiên là khi năng lượng từ các photon của ánh sáng Mặt Trời được hấp thụ bởi vật liệu pin, thường là chất bán dẫn như silicon, tạo thành các cặp electron-hole. Đây là q trình kích thích các điện tử trong vật liệu pin và tạo ra sự chuyển động của chúng. - Tiếp theo, các cặp electron-hole bị phân tách bởi một ngăn cách tạo bởi các lớp chất bán dẫn khác nhau, thường là p-n junction. Hiệu ứng này tạo ra hiệu điện thế trong pin Mặt Trời, tạo điều kiện cho dòng điện chảy qua pin.

- Cuối cùng, pin Mặt Trời được kết nối trực tiếp vào mạch ngồi, tạo ra dịng điện liên tục. Điện năng này có thể được sử dụng trực tiếp hoặc lưu trữ trong hệ thống pin hoặc công nghệ lưu trữ năng lượng như ắc quy để sử dụng sau này.

Pin Mặt Trời có nhiều ứng dụng trong thực tế. Mặc dù giá thành vẫn còn đắt, nhưng chúng đặc biệt phù hợp cho các vùng mà điện lưới khó tiếp cận như khu vực núi cao, đảo xa hay trong các hoạt động trên không gian. Ví dụ cụ thể bao gồm việc sử dụng pin Mặt Trời cho các vệ tinh quay xung quanh quỹ đạo Trái Đất, máy tính cầm tay, điện thoại di động từ xa và các thiết bị bơm nước.

2.3.1. Cấu tạo tấm pin

Pin mặt trời được chia thành 8 phần bao gồm: khung nhơm, kính cường lực, lớp màng EVA, Solar cell, tấm nền pin, hộp đấu dây, cáp điện, jack kết nối MC4.

</div>Trang 24<div class="page_container" data-page="24">

Hình 2. 4 Cấu tạo tấm pin

- Khung nhơm: Có chức năng tạo ra một bộ khung, một kết cấu vững chắc và cứng cáp để có thể tích hợp solar cell cùng với các bộ phận khác. Với thiết kế rất cứng cáp nhưng phần khung này vẫn phải đảm bảo về trọng lượng đủ nhẹ, bộ khung có thể bảo vệ và cố định các thành bên trong trước các ngoại lực bên ngồi tác động như gió lớn,…Màu sắc phổ biến của khung nhơm là màu bạc.

- Kính cường lực: Để có thể bảo vệ các cell pin khỏi các yếu tố của thời tiết như mưa, tuyết, bụi, mưa đá, gió, nhiệt độ,…hay các tác động va đập khác từ bên ngồi, do đó kính cường lực được thiết kế vô cùng tỉ mỉ, kĩ càng.

- Lớp màng EVA (Ethylene vinyl acetate): Hay còn được gọi là chất kết dính. Đây là lớp màng polymer trong suốt được đặt trên và dưới solar cell, chúng có tác dụng kết dính solar cell với lớp kính cường lực ở phía trên và tấm nền nằm phía dưới. Thơng thường, vật liệu EVA có khả năng chịu được nhiệt độ khắc nghiệt và có độ bền cực kỳ cao.

- Lớp Solar Cell (Tế bào quang điện): Tấm pin mặt trời được cấu tạo từ nhiều đơn vị nhỏ hơn là solar cell. Những loại pin năng lượng mặt trời hiện nay trên thị trường như mono và poly được làm từ silic (đơn tinh) hoặc gallium arsenide (đa tinh), là một loại chất bán dẫn phổ biến. Trong một cell, tinh thể silic nằm giữa hai lớp dẫn điện kim loại (ribbon, busbar). Một tế bào quang điện gồm có hai lớp silic khác nhau, loại N và loại P.

</div>Trang 25<div class="page_container" data-page="25">

Hình 2. 5 Cấu tạo tế bào quang điện

- Tấm nền pin: Bảo đảm an tồn, có chức năng cách điện, bảo vệ cơ học và chống ẩm. Vật liệu sử dụng để làm tấm nền pin có thể là polymer, nhựa PP, PVF, PET,…Tấm nền pin có độ dày khác nhau phụ thuộc vào nhà sản xuất. Phần lớn tấm nền pin thường có màu trắng. Một số tấm nền pin cũng có thể có các tính năng bổ sung như lớp chống phản xạ để tăng hiệu suất hấp thụ ánh sáng, hoặc lớp chống tia cực tím (UV) bảo vệ solar cell khỏi tác động của tia UV.

chuyển năng lượng điện sau khi được chuyển hóa từ tấm pin năng lượng mặt trời ra ngồi. Vì đây là điểm trung tâm nên được thiết kế bảo vệ vô cùng chắc chắn.

- Cáp điện DC: Là loại cáp điện chuyên dụng dành cho điện năng lượng mặt trời. Loại cáp này có khả năng cách điện 1 chiều DC cực kỳ tốt, bên cạnh đó là khả năng chống chịu tốt trước những sự thay đổi khắc nghiệt của thời tiết và 1 số tác động khác.

- Jack kết nối MC4: Là thiết bị đầu nối điện thường được dùng để kết nối các tấm pin mặt trời. Loại jack kết nối này giúp kết nối các tấm pin và dãy pin một cách dễ dàng.

</div>Trang 26<div class="page_container" data-page="26">

làm rắn. Loại pin này có giá rẻ hơn các loại pin mặt trời đơn tinh thể, tuy nhiên hiệu suất kém hơn.

miếng phim rất mỏng. Loại này thường có hiệu suất thấp nhất và có giá rẻ nhất trong các loại vì khơng cần phải cắt từ thỏi silicon nóng chảy. Tấm pin màng mỏng có độ mỏng và độ linh hoạt cao, cho phép chúng được uốn cong hoặc điều chỉnh để phù hợp với các bề

2.4. Inverter (biến tần) 2.4.1. Các loại inverter

Hiện tại, inverter năng lượng mặt trời được phân làm 3 loại đó là Inverter hòa lưới (On – grid), Inverter độc lập (Off – grid), Inverter Hybrid.

Inverter hòa lưới (On – grid):

- Inverter hòa lưới là một thành phần quan trọng trong hệ thống năng lượng mặt trời. Nhiệm vụ chính của nó là chuyển đổi năng lượng từ tấm pin mặt trời thành điện xoay chiều (AC) để cung cấp cho các thiết bị sử dụng điện.

- Bằng cách kết nối và xử lý năng lượng từ nhiều chuỗi tấm pin mặt trời, đảm bảo hiệu suất hoạt động tối ưu của hệ thống. Với vai trò trung tâm trong hệ thống điện mặt trời, inverter hịa lưới đóng góp quan trọng vào việc tận dụng và sử dụng hiệu quả nguồn năng lượng mặt trời.

Hình 2. 6 Inverter hịa lưới ABB và Growatt

</div>Trang 27<div class="page_container" data-page="27">

13 - Ưu điểm:

Inverter độc lập (Off – grid):

- Là loại inverter được sử dụng trong hệ thống không phụ thuộc vào lưới điện nhà nước. Năng lượng được thu và lưu trữ trong ắc quy để cung cấp cho các thiết bị điện.

- Điều này cho phép hệ thống được lắp đặt ở những nơi khơng có điện lưới, những vùng khơng được kết nối với lưới điện.

- Hệ thống điện mặt trời độc lập này mang lại sự độc lập và tự chủ về năng lượng, đồng thời giúp mở rộng phạm vi sử dụng năng lượng mặt trời đến những vùng địa lý khó khăn. - Ưu điểm:

Ln làm chủ nguồn điện, khơng lo tình trạng mất điện lưới. Sử dụng năng lượng sạch góp phần bảo vệ mơi trường. Tiết kiệm chi phí lâu dài.

- Nhược điểm

Chi phí đầu tư cao.

Lưu trữ năng lượng mặt trời hạn chế.

Inverter hybrid:

- Inverter Hybrid là loại biến tần được sử dụng trong hệ thống điện mặt trời có tính năng lưu trữ, kết hợp cả inverter On-grid (hòa lưới) và inverter Off-Grid (độc lập).

- Khi khơng có điện, sẽ sử dụng nguồn điện được lưu trữ

- Điều này mang lại tính linh hoạt và đáng tin cậy, đồng thời tối ưu hóa và đảm bảo nguồn điện liên tục trong trường hợp mất điện lưới.

</div>Trang 28<div class="page_container" data-page="28">

Chi phí đầu tư cao.

Đơn vị lắp đặt cần có chun mơn cao. Cần phải cài đặt thơng số chính xác.

</div>Trang 29<div class="page_container" data-page="29">

- Tiếp theo, hãy xác định công suất đầu ra (AC) mà bạn cần để cung cấp cho các thiết bị trong nhà. Inverter phải có cơng suất đầu ra đủ để đáp ứng nhu cầu sử dụng điện của bạn. - Loại inverter cũng là một yếu tố quan trọng. Có hai loại inverter phổ biến là inverter on-grid (kết nối lưới) và inverter off-grid (không kết nối lưới). Nếu bạn muốn kết nối hệ thống điện mặt trời của mình với lưới điện quốc gia, bạn cần một inverter on-grid. Ngược lại, nếu bạn muốn hoạt động độc lập hoặc có hệ thống lưu trữ năng lượng, bạn cần một inverter off-grid.

- Hiệu suất của inverter cũng là một yếu tố quan trọng. Hiệu suất cao giúp chuyển đổi năng lượng từ tấm pin mặt trời sang điện AC hiệu quả hơn và tiết kiệm năng lượng.

- Độ tin cậy của inverter cũng cần được xem xét. Chọn inverter từ các nhà sản xuất có uy tín và đáng tin cậy để đảm bảo rằng inverter hoạt động ổn định trong thời gian dài và có tuổi thọ cao.

- Tính năng bảo vệ của inverter cũng quan trọng. Đảm bảo inverter có các tính năng bảo vệ như bảo vệ quá áp, quá dòng, chống sét, và bảo vệ ngược dịng để đảm bảo an tồn cho hệ thống và thiết bị.

- Cuối cùng, hãy xem xét ngân sách của bạn và so sánh giá cả của các inverter khác nhau. Tuy nhiên, hãy nhớ rằng việc chọn một inverter giá rẻ nhưng không đáng tin cậy có thể gây ra sự cố và chi phí bảo trì cao hơn trong tương lai.

- Quan trọng nhất, trước khi lựa chọn inverter, hãy tham khảo ý kiến chuyên gia hoặc nhà cung cấp hệ thống điện mặt trời để đảm bảo rằng inverter phù hợp với yêu cầu cụ thể của bạn và hệ thống điện mặt trời của bạn.

- 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:

 Hiệu quả: Inverter có cơng suất lớn hiệu quả hơn inverter nhỏ hơn. Kích thước của inverter phải phù hợp với mảng mà nó sẽ xử lý.

 Khơng gian hạn chế: Sử dụng ít inverter lớn hơn sẽ chiếm ít khơng gian hơn so với sử dụng nhiều inverter nhỏ.

 Điều kiện mơi trường: Inverter được đặt lý tưởng trong các phịng điều khiển. Các dàn nóng có thể phù hợp nếu khơng gian trong nhà bị hạn chế. Cần có lớp phủ bảo vệ bổ sung cho inverter trong môi trường ăn mòn.

</div>Trang 30<div class="page_container" data-page="30">

- Pin mặt trời: Đây là phần quan trọng nhất của hệ thống, nơi năng lượng mặt trời được chuyển đổi thành điện năng. 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 sẽ được kết nối với nhau một cách hợp lý.

- Bộ biến tần: Vì năng lượng điện mặt trời được tạo ra ở dạng DC (điện một chiều), cần sử dụng bộ biến tần để chuyển đổi thành AC (điện xoay chiều) phù hợp với hệ thống lưới điện công cộng. Bộ biến tần thực hiện chuyển đổi từ DC sang AC và điều chỉnh dòng điện và tần số để phù hợp với yêu cầu của lưới điện.

- Đồng hồ đo lưu lượng điện: Đây là thiết bị dùng để đo lường và ghi lại lượng điện được tạo ra từ năng lượng mặt trời và lượng điện được đưa vào lưới điện công cộng.

Các tấm pin năng lượng mặt trời, chức năng của chúng là hấp thụ bức xạ năng lượng mặt trời và chuyển đổi thành dòng điện một chiều (DC). Dòng điện này sau đó được chuyển đổi thành dịng điện xoay chiều (AC) thông qua bộ biến tần, được trang bị thuật toán MPPT (Maximum Power Point Tracking) để tối ưu hóa hiệu suất chuyển đổi.

Dịng điện xoay chiều từ hệ thống pin năng lượng mặt trời được hòa vào hệ thống điện của tòa nhà và lưới điện. Hệ thống sử dụng inverter để ưu tiên sử dụng điện năng từ nguồn năng lượng mặt trời trước.

Ban ngày khi lượng bức xạ mặt trời đủ mạnh, tòa nhà sẽ sử dụng 100% lượng điện năng từ điện mặt trời.

Vào buổi chiều và ban đêm, nếu điện năng từ điện mặt trời không đủ đáp ứng nhu cầu điện của tòa nhà, hệ thống sẽ lấy điện từ lưới để bù vào lượng còn thiếu.

2.5.2. Điều kiện để hòa lưới điện năng lượng mặt trời

Điều kiện bao gồm các thủ tục và hồ sơ kỹ thuật, tài liệu kỹ thuật liên quan đến tấm pin quang điện, bộ inverter, giấy chứng nhận, các biên bản kiểm định và thí nghiệm, cùng các

</div>Trang 31<div class="page_container" data-page="31">

thông số kỹ thuật được quy định trong hiện tại, cũng như kết quả kiểm nghiệm dựa trên Thông tư 39/2015/TT-BCT của Bộ Công Thương, đề ra quy định về hệ thống điện phân phối.

2.5.3. 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 biến tần (Inverter)

- Các thiết bị đóng cắt và bảo vệ.

Tuân theo các tiêu chuẩn của Việt Nam về điện mặt trời. Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 7447-7-712:2015 (IEC 60364-7-712:2002) - Phần 7-712: Yêu cầu đối với hệ thống lắp đặt đặc biệt hoặc khu vực đặc biệt - Hệ thống nguồn quang điện sử dụng năng lượng mặt trời (PV). Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 10896:2015 (IEC 61646:2008) về Module 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 (PV) - Yêu cầu thử

2.6. Giới thiệu các phần mềm sử dụng 2.6.1. Pvsyst

Hình 2. 8 Phần mềm Pvsyst

- PVsyst là một phần mềm mơ phỏng và phân tích hiệu suất hệ thống năng lượng mặt trời. Nó là một cơng cụ mạnh mẽ được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp năng lượng mặt trời để thiết kế, mô phỏng và đánh giá hiệu suất của các hệ thống điện mặt trời.

</div>Trang 32<div class="page_container" data-page="32">

Mô phỏng hiệu suất: PVsyst sử dụng mơ hình tốn học phức tạp để mơ phỏng hiệu suất của hệ thống năng lượng mặt trời. Nó tính tốn các yếu tố như hiệu suất mơ-đun, mất mát do sương mù, mất mát do cát bụi, mất mát do nhiệt độ và mất mát do ảnh hưởng bóng cây. Các yếu tố này được tính tốn dựa trên dữ liệu thời tiết và hình ảnh hình học của hệ thống. Tối ưu hóa hiệu suất: PVsyst cung cấp các cơng cụ tối ưu hóa để giúp người dùng tìm ra các cấu hình tối ưu cho hệ thống năng lượng mặt trời. Người dùng có thể thử nghiệm và so sánh các cấu hình khác nhau để xem xét các yếu tố như hiệu suất, sản lượng và lợi tức kinh tế.

Đánh giá tài chính: PVsyst hỗ trợ tính tốn và đánh giá các chỉ số tài chính quan trọng như giá trị hiện tại ròng (NPV), tỷ suất sinh lời nội bộ (IRR), thời gian hoàn vốn (Payback period) và lợi nhuận ròng (Net Profit). Điều này giúp các nhà đầu tư và nhà phát triển dự án đánh giá khả năng tài chính của hệ thống năng lượng mặt trời.

- PVsyst đã được phát triển và cải tiến liên tục trong nhiều năm và được sử dụng rộng rãi trên tồn thế giới. Nó là một công cụ hỗ trợ quan trọng trong việc phân tích và đánh giá hiệu suất hệ thống năng lượng mặt trời và hỗ trợ quyết định thiết kế và đầu tư trong ngành công nghiệp năng lượng mặt trời.

- Nhược điểm:

Phiên bản trải nghiệm cần phải trả phí. Chưa hỗ trợ sơ đồ đơn tuyến và đi dây.

</div>Trang 33<div class="page_container" data-page="33">

19 Khó tích hợp với các phần mềm khác.

2.6.2. Autocad

Hình 2. 9 Phần mềm AutoCAD

- AutoCAD là một phần mềm thiết kế và vẽ kỹ thuật 2D và 3D phổ biến được phát triển bởi Autodesk. AutoCAD được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, bao gồm kiến trúc, xây dựng, cơ khí, điện, và nhiều ngành cơng nghiệp khác.

- AutoCAD cung cấp một loạt các cơng cụ và tính năng cho việc tạo, chỉnh sửa và trình bày các bản vẽ kỹ thuật. Dưới giao diện đồ họa trực quan, người dùng có thể thiết kế các bản vẽ chi tiết, mơ hình, sơ đồ kỹ thuật, bản vẽ các bộ phận và hệ thống, và nhiều nội dung khác.

- AutoCAD là một phần mềm hữu ích và phổ biến trong thiết kế và vẽ kỹ thuật. Với tính năng đa dạng, mơ phỏng 3D, tích hợp và tùy chỉnh, nó hỗ trợ người dùng trong việc tạo ra các bản vẽ và mơ hình chất lượng cao, đáp ứng yêu cầu của nhiều ngành công nghiệp khác nhau. Đặc biệt trong thiết kế hệ thống năng lượng mặt trời AutoCAD giúp chúng ta đưa ra các đánh giá chính xác về khối lượng cơng việc và dự đoán vật tư cần thiết.

</div>Trang 34<div class="page_container" data-page="34">

20 - Nhược điểm:

Đòi hỏi thời gian và kỹ năng để học. Giá cả đắt đỏ.

Yêu cầu cấu hình cao.

2.6.3. Sketchup

Hình 2. 10 Phần mềm Sketchup

- SketchUp là một phần mềm mơ hình hóa 3D được phát triển bởi Trimble Inc. Nó được thiết kế để giúp người dùng tạo ra mơ hình 3D nhanh chóng và dễ dàng trong các lĩnh vực như kiến trúc, xây dựng, nội thất, cảnh quan và thiết kế sản phẩm.

- Ưu điểm:

Dễ học và sử dụng

Tạo mơ hình nhanh chóng Tính linh hoạt và tương thích - Nhược điểm:

Giới hạn tính năng trong phiên bản miễn phí Khơng phù hợp cho các dự án phức tạp Hạn chế trong phân tích và mơ phỏng

</div>Trang 36<div class="page_container" data-page="36">

3.4. Công suất

Hiện nay, trên thị trường có đa dạng các loại tấm pin có công suất cũng như hãng khác nhau. Các tấm pin phổ biến hiện nay có cơng suất từ 450-600Wp đến từ các hãng như Qcell, Trina, AE Solar, Jinko, Astronergy,…Sau thời gian tính tốn tổng thể thì nhóm quyết định chọn tấm pin có cơng suất 460Wp của Qcell để thực hiện cho dự án này.

Vậy với diện tích tấm pin là 2163mm x 1030mm, khoảng cách giữa các tấm pin là 20mm và các dãy (string) là 350mm thì lắp được 2618 tấm pin ở các phần diện tích mái khơng bị đổ bóng. Tổng cơng suất cho dự án là: 2618 x 460 = 1204,2 (kW).

3.5. Thiết kế hệ thống

3.5.1. Lựa chọn inverter và tấm pin phù hợp nhất cho hệ thống

Lựa chọn tấm pin:

</div>Trang 37<div class="page_container" data-page="37">

Hiện nay, có ba loại công nghệ pin năng lượng mặt trời phổ biến nhất trên thị trường: Polycrystalline Silicon, Thin-Film, Monocrystalline Silicon. Mỗi loại có ưu điểm và nhược điểm riêng, và lựa chọn theo yêu cầu cụ thể của dự án.

Để lựa chọn loại công nghệ pin năng lượng mặt trời phù hợp nhất với dự án thì chúng ta cần xem xét đến các yếu tố khác nhau cụ thể như là hiệu suất, giá thành, chính sách bảo hành, hình dạng và khả năng chống chịu với thời tiết,…

Trong hệ thống áp mái, diện tích mái được xác định cố định, do đó, việc lựa chọn tấm pin với hiệu suất cao nhất là cần thiết để tối đa hóa lượng năng lượng được sản xuất trên một diện tích nhất định.

Từ những yêu cầu và yếu tố trên, nhóm tụi em đã quyết định chọn module QCells 460Wp Q Peak Duo-XL-G9.3-460 với các thông số cơ bản ở điều kiện STC sau:

Bảng 3. 1 Các thông số cơ bản ở điều kiện STC

Điện áp hoạt động (𝑉𝑚𝑝𝑝) 44,89V Điện áp hở mạch (𝑉𝑜𝑐) 53,25V

</div>Trang 38<div class="page_container" data-page="38">

Hình 3. 3 Module QCells 460Wp Q Peak Duo-XL-G9.3-460

Hình 3. 4 Cấu hình của Module QCells 460W Q Peak Duo-XL-G9.3-460 trên Pvsyst

Lựa chọn inverter:

Sau khi khảo sát nhu cầu phụ tải, diên tích mái có thể lắp đặt, cơng suất lắp đặt, nhóm em quyết định lựa chọn Inverter ABB PVS-100-TL với các cấu hình cơ bản sau:

</div>Trang 39<div class="page_container" data-page="39">

Dòng điện đầu ra AC tối đa 145A

Tần số lưới định mức/ dải hoạt động 50 Hz / 60 Hz Số pha đầu vào/ số pha kết nối 3/ 3+PE or 4+PE

Hiệu suất chuẩn Châu Âu 98,2%

</div>