ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

HÀ THANH XUÂN

THIẾT KẾ VÀ ĐÁNH GIÁ
HIỆU QUẢ KINH TẾ HỆ THỐNG ĐIỆN MẶT TRỜI ÁP
MÁI TẠI TRẠM BIẾN ÁP 500KV PLEIKU - GIA LAI

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT ĐIỆN

Đà Nẵng - Năm 2020


ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

HÀ THANH XUÂN

THIẾT KẾ VÀ ĐÁNH GIÁ
HIỆU QUẢ KINH TẾ HỆ THỐNG ĐIỆN MẶT TRỜI ÁP
MÁI TẠI TRẠM BIẾN ÁP 500KV PLEIKU - GIA LAI

Chuyên ngành
Mã số

: Kỹ thuật điện
: 8520201

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Ngườı hướng dẫn khoa học: TS. LƯU NGỌC AN

Đà Nẵng, Năm 2020


i

LỜI CAM ĐOAN
Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của riêng tơi. Trong luận văn có
trích dẫn một số tài liệu chuyên ngành điện của Việt Nam và một số tổ chức khoa học
trên thế giới về thiết kế hệ thống năng lượng mặt trời áp mái, sử dụng phần mềm
PVsyst chuyên dụng cho thiết kế, tính tốn, mơ phỏng hệ thống năng lượng mặt trời.
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là rất trung thực và chưa từng được ai
công bố bất kỳ trong cơng trình khác.
Tác giả luận văn

Hà Thanh Xn


ii
THIẾT KẾ VÀ ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ KINH TẾ HỆ THỐNG ĐIỆN MẶT
TRỜI ÁP MÁI TẠI TRẠM BIẾN ÁP 500KV PLEIKU – GIA LAI
Học viên: Hà Thanh Xuân. Chuyên ngành: Kỹ thuật điện
Mã số: 85202001- Khóa: K37.KTĐ.KT; Trường Đại học Bách khoa Đà Nẵng –
ĐHĐN
Tóm tắt:
- Theo dự báo tình hình năng lượng điện tại Việt Nam của viện Năng lượng quốc gia, nhu cầu
điện dùng của Việt Nam tăng hơn 10%/năm cho đến năm 2020. Trong khi đó các nguồn năng lượng dự
trữ như than đá, dầu mỏ, khí thiên nhiên …. đều có hạn, khiến cho nhân loại đứng trước nguy cơ thiếu
hụt. Việc tìm kiếm và khai thác các nguồn năng lượng mới như năng lượng gió, năng lượng mặt trời,

năng lượng địa nhiệt ….. là hướng quan trọng để phát triển nguồn năng lượng.
- Nguồn năng lượng điện mặt trời là một trong những nguồn thay thế, bởi đây là nguồn năng
lượng được coi là vô tận, không gây ô nhiễm môi trường. Tuy nhiên, việc thiết kế hệ thống điện mặt
trời khá phức tạp, các thơng số giữa tính tốn thiết kế và trong thực tế có hệ số sai số lớn làm ảnh
hưởng đến chất lượng và tuổi thọ của hệ thống, hiệu suất chuyển đổi và tăng chi phí đầu tư … Vì vậy,
việc sử dụng phần mềm PVsyts để thiết kế đánh giá hiệu quả kinh tế là một giải pháp nhằm giải quyết
các vấn đề đó.
Từ khóa: Nguồn năng lượng mới, hệ thống điện mặt trời, thiết kế đánh giá hiệu quả kinh tế.

DESIGN AND EVALUATION OF ECONOMIC EFFICIENCY OF THE SOLAR
SYSTEM IN ABC NON-SCHOOL - DA NANG CITY
Summary - According to the forecast of electric energy situation in Vietnam of the National
Energy Institute, Vietnam's electricity demand increases by more than 10% / year by 2020.
Meanwhile, energy reserves such as coal and oil mines, natural gas ... are limited, making humanity at
risk of shortages. Finding and exploiting new energy sources such as wind, solar, geothermal energy ...
is an important way to develop energy sources.
Solar energy sources are one of the alternative sources, because this is an energy source that is
considered endless, does not pollute the environment. However, the design of solar power system is
quite complicated, the parameters between design calculations and in fact have a large error factor
affecting the quality and life of the system, conversion efficiency and increasing investment costs.
Therefore, using PV Syst software to design and evaluate economic efficiency is a solution to solve
these problems.
Keywords: New energy source, solar power system, design evaluation of economic efficiency


iii

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN...................................................................................................................................... i
TÓM TẮT................................................................................................................................................... ii

MỤC LỤC.................................................................................................................................................. iii
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VIÊT TẮT.................................................................................. vi
DANH MỤC CÁC BẢNG................................................................................................................. vii
DANH MỤC CÁC HÌNH................................................................................................................ viii
MỞ ĐẦU...................................................................................................................................................... 1
1. Lý do chọn đề tài........................................................................................................................... 1
2. Phạm vi và phương pháp nghiên cứu.................................................................................... 4
3. Nội dung đề tài............................................................................................................................... 4
CHƯ NG 1. T NG QUAN VỀ NĂNG LƯ NG MẶT TRỜI VÀ HỆ THỐNG
ĐIỆN NĂNG LƯ NG MẶT TRỜI................................................................................................ 5
1.1. Tổng quan năng lượng tái tạo....................................................................................................... 5
1.1.1. Khái niệm................................................................................................................................. 5
1.1.2. Các dạng năng lượng tái tạo.............................................................................................. 5
1.2. Năng lượng mặt trời......................................................................................................................... 6
1.2.1. Nguồn năng lượng mặt trời................................................................................................ 6
1.2.2. Sản xuất điện năng từ năng lượng mặt trời................................................................ 12
1.2.3. Tiềm năng năng lượng mặt trời tại Việt Nam........................................................... 13
1.3. Hệ thống pin mặt trời..................................................................................................................... 15
1.3.1. Pin mặt trời. Solar Cell..................................................................................................... 15
1.3.2. Hệ thống pin quang điện................................................................................................... 19
1.4. Kết luận Chương 1.......................................................................................................................... 24
CHƯ NG 2. C
SỞ TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỆN NĂNG
LƯ NG MẶT TRỜI............................................................................................................................ 25
2.1. Mơ hình hệ thống điện mặt trời nối lưới................................................................................ 25
2.1.1. Sơ đồ hệ thống điện mặt trời nối lưới có dự trữ...................................................... 25
2.1.2. Sơ đồ hệ thống điện mặt trời nối lưới khơng có hệ thống dự trữ...................... 26
2.2. Tính tốn thiết kế hệ thống điện năng lượng mặt trời....................................................... 28
2.3. Số liệu tính tốn hệ thống điện năng lượng mặt trời nối lưới tại trạm biến áp
500kV Pleiku – Gia Lai......................................................................................................................... 30

2.3.1. Địa điểm thiết kế.................................................................................................................. 30
2.3.2. Thông số phụ tải tại trạm biến áp 500kV Pleiku – Gia Lai................................. 33
2.3.3. Thông số trạm biến áp tự dùng tại trạm biến áp 500kV Pleiku.........................35


iv
2.3.4. Lựa chọn phương án và công suất của hệ thống điện mặt trời........................... 35
2.4. Kết luận Chương 2.......................................................................................................................... 37
CHƯ NG 3. NG DỤNG PHẦN MỀM CHU N DỤNG PVsyst THIẾT KẾ
TỐI ƯU HỆ THỐNG ĐIỆN NĂNG LƯ NG MẶT TRỜI.............................................. 38
3.1. Giới thiệu về phần mềm PVsyst................................................................................................ 38
3.2. Nghiên cứu cài đặt thông số trên phần mềm PVsyst......................................................... 39
3.2.1. Định vị địa điểm thiết kế để lấy số dữ liệu khí tượng........................................... 39
3.2.2. Lựa chọn mơ hình............................................................................................................... 40
3.2.3. Cài đặt định hướng hệ thống pin quang điện............................................................ 40
3.2.4. Cài đặt công suất lắp đặt của hệ thống pin quang điện trong phần mềm.......41
3.2.5. Chọn module pin quang điện.......................................................................................... 42
3.2.6. Chọn biến tần cho hệ thống điện năng lượng mặt trời.......................................... 46
3.2.7. Định cỡ hệ thống điện năng lượng mặt trời trong phần mềm PVsyst.............52
3.2.8. Các thiết bị phụ trợ khác................................................................................................... 54
3.2.9. Thiết bị bảo vệ...................................................................................................................... 55
3.2.10. Công tơ 2 chiều.................................................................................................................. 58
3.2.11. Hệ thống chống sét nối đất, cứu hỏa......................................................................... 59
3.3. Mơ phỏng và phân tích kết quả.................................................................................................. 61
3.3.1. Mơ phỏng............................................................................................................................... 61
3.3.2. Phân tích kết quả mơ phỏng............................................................................................ 64
3.4. Kết luận Chương 3.......................................................................................................................... 71
CHƯ NG 4. TÍNH TỐN HIỆU QUẢ KHI XÂY DỰNG HỆ THỐNG ĐIỆN
MẶT TRỜI TẠI TRẠM BIẾN ÁP 500KV PLEIKU........................................................... 72
4.1. Cơ sở lập mức đầu tư của dự án (Phụ lục kèm theo)......................................................... 72

4.2. Tính tốn kinh tế.............................................................................................................................. 72
4.2.1. Chi phí đầu tư và vay vốn................................................................................................ 72
4.2.2. Thơng số phân tích lợi nhuận.......................................................................................... 72
4.3. Phân tích hiệu quả đầu tư............................................................................................................. 74
4.3.1. Phương pháp chung............................................................................................................ 74
4.3.2. Cơ sở và cách tính tốn hiệu quả kinh tế như sau................................................... 75
4.4. Phân tích kinh tế của dự án.......................................................................................................... 76
4.4.1 Phân tích hiệu quả kinh tế bằng phần mềm PVsyst, kết quả như sau:.............76
4.4.2. Phân tích hiệu quả kinh tế bằng phần mềm file excel, kết quả như sau:........80
4.4.3. Phân tích hiệu quả kinh tế dự án.................................................................................... 84
4.4.4. Về kết quả kinh doanh của dự án.................................................................................. 86
4.4.5. Kết quả phân tích thời gian thu hồi vốn...................................................................... 93


v
4.5. Kết luận Chương 4.......................................................................................................................... 93
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.......................................................................................................... 94
TÀI LIỆU THAM KHẢO
QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN (Bản sao)


vi

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT

Ký
A

D


G

Inv

I

Mod

ON

P

S


vii

DANH MỤC CÁC BẢNG
Số hiệu
bảng
1.1.
1.2.

Số liệu bức xạ các ở

Bảng số liệu về tiềm
Pleiku

1.3.


Kế hoạch phát triển

2.1.

Dữ liệu thời tiết tại

2.2.

Năng lượng bức xạ

2.3.

Thiết bị tiêu thụ cô

2.4.

Sản lượng sử dụng

3.1.

Bảng so sánh các lo

3.2.

Thông số kỹ thuật I

3.3.

Một số thông số cơ


3.4.

3.5.

Thông số kỹ thuật đ
AC hiện trạng

Thông số kỹ thuật đ
tủ inverter

3.6.

Điện năng sử dụng

3.7.

Thơng số chính của

3.8.

Tổn thất bức xạ mặ

3.9.

Tổn thất bên trong
NLMT

4.1.

Tổng hợp mức tăng


4.2.

Kết quả đánh giá ki

4.3.

Kết quả phân tích t

4.4.

Kết quả phân tích l

4.5.

Tổng hợp dự tốn c


4.6.
4.7.
4.8.

Tổng hợp các thành
excel
Kết quả doanh thu

Dự toán kết quả sản
file excel

4.9.


Kết quả dịng tích l

4.10.

Kết quả tính tốn th


viii

DANH MỤC CÁC HÌNH
Số hiệu
hình
1.1.
1.2.

1.3.

Góc nhìn mặ

Q trình tru
trái đất.

Quan hệ các

phẳng nghiê

1.4.

Các thành ph


1.5.

Biểu đồ thể

1.6.

Bản đồ bức

1.7.

Cấu tạo của

1.8.

Các vùng nă

1.9.

Nguyên l ho

1.10.

Cấu tạo của

1.11.

Sơ đồ mạch

1.12.


Đường cong

Pmp-Vmp của

1.13.

Các Module

1.14.

Các Module

1.15.

Các Module

1.16.

Sơ đồ nguyê

1.17.

Sơ đồ nguyê
lưới.

2.1.

Sơ đồ mô hì


2.2.

Biểu đồ điện

2.3.

Sơ đồ mơ hì

Biểu đồ điện


2.4.

dự trữ

2.5.

Trạm biến áp

2.6.

Đồ thị sử dụ

2.7.

Mơ hình bố

3.1.

Giao diện ch


3.2.

Dữ liệu khí t
Gia Lai


Số hiệu
hình
3.3.

Mơ hình thiế

trong PVsys

3.4.

Cài đặt các t

3.5.

Cài đặt cơng

3.6.

Lựa chọn m

3.7.

Thơng số ch


3.8.

Mơ hình mạ

3.9.

Đặc tính V-A
nhiệt độ pin

3.10.

Thơng số ch

3.11.

Đặc tính hiệ

3.12.

Chọn biến tầ
mềm.

3.13.

Các thơng số

3.14.

Số lượng biế


3.15.

3.16.

Số lượng tấm
mềm.
Kết quả giá
PVsyst.

3.17.

Điện năng sử

3.18.

Kết quả mô

3.19.
4.1.

Kết quả mô
năm

Mức tăng gi


1

MỞ ĐẦU

1. Lý do chọn đề tài
Ngày nay, với nhu cầu sử dụng điện năng ngày càng tăng, cùng với vấn đề ô
nhiễm môi trường, sự cạn kiệt nguồn tài nguyên …. thì việc sử dụng các nguồn năng
lượng mới và năng lượng tái tạo trở nên cấp bách. Trong đó, nguồn năng lượng mặt
trời được xem là dạng năng lượng ưu việt trong tương lai, đó là dạng năng lượng sẵn
có, siêu sạch và miễn phí. Do vậy năng lượng mặt trời đã và ngày càng được sử dụng
rộng rãi ở các nước trên thế giới cũng như ở nước ta, đóng góp một phần đáng kể để
giải quyết những vấn đề đã nêu ở trên.
a.Tiềm năng và xu hướng phát triển năng lượng mặt trời tại Việt Nam
Việt Nam là một trong số rất nhiều quốc gia có tiềm năng để phát triển năng
lượng tái tạo nói chung, năng lượng điện mặt trời nói riêng, đây sẽ là nguồn năng
lượng lớn có thể khai thác bổ sung cho nguồn điện lưới quốc gia, thay thế các nguồn
năng lượng truyền thống.
Để khai thác tốt các tài nguyên năng lượng sạch và bền vững cũng như hạn chế
những bất cập các dạng năng lượng có ảnh hưởng đến mơi trường, Chính phủ đã có
các quyết định như sau:
- Quyết định số 2068/QĐ-TTg, ngày 25/11/2015 của Thủ tướng Chính phủ, phê

duyệt Chiến lược phát triển năng lượng tái tạo đến năm 2030, có xét tới năm 2050,
trong đó đặc biệt chú trọng khai thác sử dụng năng lượng mặt trời.
- Quyết định số 428/QĐ-TTg, ngày 18/3/2016 của Thủ tướng Chính phủ, phê

duyệt điều chỉnh quy hoạch phát triển điện lực Quốc gia giai đoạn 2011-2020 có xét
đến năm 2030. Theo đó đưa tổng công suất nguồn điện mặt trời từ mức không đáng kể
lên khoảng 850MW vào năm 2020, khoảng 4.000 MW vào năm 2025 và khoảng
12.000MW vào năm 2030.
Với mục tiêu trên, tính đến hết ngày 31/12/2019 đã có 90 nhà máy điện mặt trời,
với tổng công suất khoảng 4.696 MW đã được Trung tâm Điều độ Hệ thống điện Quốc
gia kiểm tra điều kiện và đóng điện thành cơng. Như vậy đến nay nguồn điện mặt trời
đã chiếm tỷ lệ 8.39% công suất đặt của hệ thống điện Việt Nam.

Theo đó, dự kiến, trong năm 2020, tiếp tục đóng điện đưa vào vận hành thêm 28
nhà máy điện mặt trời, với tổng công suất 1.529 MW, nâng tổng số nhà máy điện mặt
trời trong toàn hệ thống lên 118 nhà máy.
Thực hiện chiến lược phát triển năng lượng tái tạo của Chính phủ, Tập đồn Điện
lực Việt Nam đã chủ trương xây dựng chiến lược phát triển điện mặt trời:
+ Nghị quyết số 145/NQ-HĐTV ngày 24/5/2017 của Tập đoàn Điện lực Việt
Nam về định hướng nghiên cứu phát triển Điện mặt trời trong EVN.


2
+ Văn bản số 2220/EVN-ĐT ngày 2/6/2017 của Tập đoàn Điện lực Việt Nam về

định hướng nghiên cứu phát triển Điện mặt trời trong EVN.
+ Văn bản số 2483/EVN-KD thông qua chủ trương lắp đặt điện mặt trời áp mái

tại trụ sở các Tổng công ty Điện lực, các Công ty Điện lực và các Điện lực; nhà điều
hành các trạm biến áp từ 110kV trở lên của các Tổng công ty Điện lực và Tổng công ty
Truyền tải điện Quốc gia.
b. Tiềm năng và yêu cầu thực tế về năng lượng mặt trời áp mái trên các trạm
biến áp Công ty Truyền tải điện 3 quản lý vận hành.
Với mục tiêu triển khai lắp đặt hệ thống năng lượng mặt trời áp mái trên các nhà
2

điều hành của 16 trạm biến áp 220kV – 500kV, với tổng diện tích mái khoảng 7.909m
chưa sử dụng do Công ty Truyền tải điện 3 quản lý vận hành nhằm tiết kiệm điện tự
dùng từ nguồn lưới điện và bán lại cho EVN nếu dư thừa.
Trạm biến áp 500kV Pleiku - Gia Lai là một trong những trạm biến áp 500kV
trong hệ thống điện Việt Nam. Trạm biến áp 500kV Pleiku được thiết kế lắp đặt xây

dựng trên diện tích 16 ha tại Thị trấn Phú Hòa - Huyện hư Pảh – tỉnh Gia Lai, Nhà

điều hành Trạm biến áp 500kV Pleiku có quy mơ 02 tầng, tổng diện tích xây dựng
2

2

1.526m ; có tầng thượng cao, bằng phẳng, diện tích mái 763m , khơng bị che chắn bởi
cao trình cây cối, thích hợp cho việc lắp đặt hệ thống năng lượng mặt trời áp mái phục
vụ cho quá trình sử dụng điện trong trạm biến áp.
c. Cơng nghệ PV và các chính sách khuyến khích phát triển.
- Cơng nghệ PV đã phát triển mạnh mẽ trên thế giới trong những năm gần đây,

giá thành liên tục giảm.
- Nguồn năng lượng sạch, giảm phát thải và thân thiện môi trường.
- Quyết định số 11/2017/QĐ-TTg ngày 11/4/2017 của Thủ tướng Chính phủ về

cơ chế khuyến khích phát triển các dự án điện mặt trời tại Việt Nam.
- Thông tư số 16/2017/TT-BCT ngày 12/9/2017 của Bộ Công Thương quy định

về phát triển dự án và Hợp đồng mua bán điện mẫu áp dụng cho các dự án điện mặt
trời.
- Quy định hệ thống điện phân phối ban hành kèm Thông tư số 39/TT-BCT ngày

18/11/2015 của Bộ Cơng Thương.
Theo đó trong thời gian qua Chính Phủ và các Bộ ngành đã ban hành các Quyết
định và Thông tư hướng dẫn, điều chỉnh cụ thể như:
+ Quyết định số 02/2019/QĐ- TTg ngày 08/01/2019 sửa đổi bổ sung một số điều
của Quyết định số 11 /2017 QĐ- TTg của Thủ tướng Chính phủ.
+ Quyết định số 280/2019/QĐ- TTg ngày 13/3/2019 phê duyệt chương trình quốc
gia về sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả giai đoạn 2019-2030 của Thủ



3
tướng Chính phủ; mục tiêu đến giai đoạn 2025, giảm tổn thất điện năng xuống thấp
hơn 6,6%. giai đoạn đến 2030, giảm tổn thất điện năng xuống thấp hơn 6%.
+ Thông tư số 05/2019/TT-BCT ngày 11/3/2019 của Bộ Công Thương sửa đổi,

bổ sung một số điều của Thông tư số 16/2017/TT-BCT.
+ Tập đoàn Điện lực Việt Nam ban hành văn bản số 1532/EVN-KD ngày

27/03/2019 về việc hướng dẫn thực hiện đối với các dự án điện mặt trời trên mái nhà.
Với những lý do ở trên cho thấy việc nghiên cứu đề tài “Thiết kế và đánh giá
hiệu quả kinh tế hệ thống điện mặt trời áp mái tại trạm biến áp 500kV Pleiku – Gia
Lai” là một yêu cầu thiết phục vụ cho nhu cầu điện tự dùng của trạm biến áp 500kV
Pleiku phù hợp với chủ trương tiết kiệm năng lượng của Tập đoàn Điện lực Việt Nam,
đồng thời đáp ứng mục tiêu chiến lược phát triển nguồn điện mặt trời và chương trình
quốc gia về sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả tại Việt Nam mà Thủ tướng
Chính phủ đã phê duyệt.
d. Ý nghĩa của đề tài.
Thông qua nội dung đánh giá và thực hiện chiến lược phát triển năng lượng tái
tạo của Chính phủ, EVN đã chủ trương trong việc phát triển năng lượng mặt trời.
Đề tài: “Thiết kế và đánh giá hiệu quả kinh tế hệ thống điện mặt trời áp mái
tại trạm biến áp 500kV Pleiku – Gia Lai” với mục tiêu tiết kiệm điện tự dùng cho
trạm biến áp, tạo tiền đề lắp đặt hệ thống điện mặt trời áp mái trên nhà điều hành của
các trạm biến áp 220kV – 500kV thuộc Công ty Truyền tải điện 3.
e. Mục tiêu của đề tài
Thực hiện chiến lược phát triển nguồn năng lượng tái tạo của Tập đoàn Điện lực
Việt Nam, các mục tiêu cụ thể bao gồm:
- Tổng công ty Truyền tải điện Quốc gia triển khai chủ trương lắp đặt hệ thống
điện mặt trời áp mái trên mái nhà điều hành của các trạm biến áp truyền tải 220kV –
500kV nhằm tiết kiệm điện năng tự dùng từ nguồn lưới điện, giảm tổn thất điện năng,

giảm tiền mua điện để phục vụ việc quản l vận hành.
- Thiết kế, tính toán hệ thống điện mặt trời áp mái nối lưới để phục vụ công tác

quản l vận hành trong trạm biến áp 500kV Pleiku – Gia Lai. (Tổng công suất phục vụ
công tác quản lý vận hành trong trạm biến áp 500kV Pleiku là khoảng 38.000kWh ÷
40.000kWh/tháng; 464.116kWh/năm).
- Ứng dụng kết quả nghiên cứu để góp phần hồn thiện nội dung thiết kế, triển

khai thực hiện tại 16 trạm biến áp 220kV – 500kV, với tổng diện tích mái 7.909m
chưa sử dụng do Công ty Truyền tải điện 3 quản l vận hành.

2


4
2. Phạm vi và phương pháp nghiên cứu

a. Mục tiêu nghiên cứu
- Thiết kế, tính tốn hệ thống điện mặt trời áp mái nối lưới để phục vụ công tác
quản l vận hành trong trạm biến áp 500kV Pleiku – Gia Lai.
- Xác định và lựa chọn thiết bị, số lượng và vị trí lắp đặt các thiết bị (Tấm pin

mặt trời, inverter, …. , lựa chọn các thiết bị. Sử dụng phần mềm PVsyst để mô phỏng
sơ đồ và chạy ra được kết quả cần thiết.
b. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
* Đối tượng nghiên cứu
Thiết kế và đánh giá hiệu quả kinh tế hệ thống điện mặt trời áp mái tại trạm biến
áp 500kV Pleiku – Gia Lai.
* Phạm vi nghiên cứu
Sử dụng phần mềm PVsyst để thiết kế và mô phỏng hệ thống điện mặt trời áp

mái tại trạm biến áp 500kV Pleiku – Gia Lai.
c. Phương pháp nghiên cứu
Để giải quyết các mục tiêu trên, luận văn đưa ra phương pháp nghiên cứu như
sau:
- Nghiên cứu lý thuyết: Các lý thuyết về năng lượng mặt trời, cấu tạo, nguyên lý

làm việc của hệ thống pin mặt trời.
- Thiết kế hệ thống điện mặt trời áp mái nối lưới trong trạm biến áp 500kV

Pleiku – Gia Lai.
- Mô phỏng hệ thống pin năng lượng mặt trời áp mái nối lưới bằng phần mềm

PVsyst, tính tốn hiệu quả kinh tế.
d. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Kết quả của đề tài giúp đánh giá tiềm năng về năng lượng mặt trời, các thông số
kỹ thuật của hệ thống năng lượng mặt trời nối lưới, tính khả thi của hệ thống. Từ đó,
kết luận tư vấn trạm biến áp 500kV Pleiku – Gia Lai xây dựng hệ thống điện mặt trời
áp mái nối hệ thống lưới điện sao cho tối ưu nhất.
3. Nội dung đề tài
Chương 1: Tổng quan về năng lượng mặt trời và hệ thống điện năng lượng mặt
trời.
Chương 2: Cơ sở tính toán thiết kế hệ thống điện năng lượng mặt trời
Chương 3: Ứng dụng phần mềm PVsyst thiết kế hệ thống điện năng lượng mặt
trời nối lưới.
Chương 4: Đánh giá hiệu quả kinh
tế. Kết luận và kiến nghị.


5


CHƯ NG 1
T

NG QUAN VỀ NĂNG LƯ NG MẶT TRỜI VÀ HỆ THỐNG ĐIỆN
NĂNG LƯ NG MẶT TRỜI

Nội dung tổng quát của Chương 1 là giới thiệu nguồn năng lượng tái tạo đang
được con người sử dụng, trong đó đặc biệt giới thiệu chi tiết nguồn năng lượng mặt
trời – nguồn năng lượng được nghiên cứu trong luận văn.
1.1. Tổng quan năng lượng tái tạo
. . . hái niệm
Năng lượng tái tạo là năng lượng từ những nguồn liên tục mà được hiểu là vô
hạn như: năng lượng mặt trời, gió, mưa, thủy triều, sóng và địa nhiệt.
Vơ hạn có hai nghĩa: Một là năng lượng tồn tại nhiều đến mức mà khơng thể trở
thành cạn kiệt vì sự sử dụng của con người hoặc là năng lượng tự tái tạo trong thời
gian ngắn và liên tục trong các quy trình cịn tiếp diễn trong một thời gian dài trên Trái
Đất.
1.1.2. ác ạng năng lượng tái tạo
1.1.2.1. ăng lượng mặt trời
Năng lượng mặt trời thu được trên rái Đất là năng lượng của dòng bức xạ điện từ
xuất phát từ mặt trời đến Trái Đất. Chỉ cần khu vực có ánh sáng mặt trời đều có thể sử
dụng hệ thống điện mặt trời, không phụ thuộc vào độ cao và giới hạn địa lý.
Có thể trực tiếp thu lấy năng lượng này thông qua hiệu ứng quang điện, chuyển
năng lượng các photon của mặt trời thành điện năng như trong pin mặt trời. Năng
lượng của các photon cũng có thể được hấp thụ để làm nóng các vật thể, tức là chuyển
thành nhiệt năng, sử dụng cho bình đun nước mặt trời, hoặc làm sôi nước trong các
máy nhiệt điện của tháp mặt trời, hoặc vận động các hệ thống nhiệt như máy điều hịa
mặt trời. Ngồi ra năng lượng từ các photon có thể được hấp thụ và chuyển hóa thành
năng lượng trong các liên kết hóa học của các phản ứng quang học.
Các nguồn năng lượng có sẵn ở khắp mọi nơi và do đó có thể cung cấp điện ở gần

mà không cần vận chuyển đường dài. Tránh được tổn thất điện năng gây ra bởi đường
dây tải điện và lãng phí nguồn nhân lực và ít tác động đến mơi trường.
1.1.2.2. ăng lượng gió
Năng lượng gió là động năng của khơng khí di chuyển trong bầu khí quyển Trái
Đất. Năng lượng gió là một hình thức gián tiếp của năng lượng mặt trời. Năng lượng
gió được con người khai thác từ các tua bin gió.
1.1.2.3. ăng lượng đ a nhiệt
Địa nhiệt là nguồn năng lượng có sẵn trong lòng đất. Cụ thể hơn, nguồn năng


6
lượng nhiệt này tập trung ở khoảng vài km dưới bề mặt Trái Đất, phần trên cùng của
vỏ Trái Đất. Cùng với sự tăng nhiệt độ khi đi sâu vào vỏ Trái Đất, nguồn nhiệt lượng
liên tục từ lòng đất này được ước đoán tương đương với một khoảng năng lượng cỡ 42
triệu MW.
Địa nhiệt là dạng năng lượng sạch và bền vững. So với các dạng năng lượng tái
tạo khác như gió, thủy điện hay điện mặt trời, địa nhiệt không phụ thuộc vào các yếu
tố thời tiết và khí hậu.
1.1.2.4. ăng lượng đại dương
Năng lượng thủy triều hay điện thủy triều là năng lượng điện thu được từ năng
lượng chứa trong khối nước chuyển động do thủy triều. Hoạt động theo sự biến thiên
cột nước giữa biển và vùng cửa vịnh.
Năng lượng nhiệt đại dương: Có thể xem như một nhà máy nhiệt hoạt động với
nguồn nóng trên bề mặt và nguồn lạnh dưới tầng sâu tương tự như các máy nhiệt trong
các nhà máy nhiệt điện, nhưng máy nhiệt đại dương lại không cần dùng một loại nhiên
liệu nào cả.
Năng lượng sóng biển: Đây cũng là một nguồn năng lượng rất lớn và hấp dẫn.
Tiềm năng năng lượng sóng biển phụ thuộc vào vị trí địa lý, thậm chí ngay ở một vị trí
đã cho năng lượng sóng biển cũng biến đổi theo thời gian từng giờ, từng ngày và từng
mùa. Tùy theo nguyên lý hoạt động mà các thiết bị khai thác sóng biển được nghiên

cứu, thiết kế và chế tạo theo tầng loại khác nhau.
1.1.2.5. ăng lượng sinh khối
Sinh khối là một thuật ngữ có nghĩa bao hàm rất rộng dùng để mô tả các vật chất
có nguồn gốc sinh học vẫn có thể được sử dụng như một nguồn năng lượng hoặc do
các thành phần hóa học của nó.
Các cơng nghệ nhiệt hóa: Cơng nghệ sinh hóa sử dụng các phản ứng lên men sinh
khối như lên men rượu, lên men kỵ khí nhờ các chủng loại vi sinh để biến đổi sinh
khối ở áp suất và nhiệt độ thấp thành các loại nhiên liệu khí (khí sinh học) hoặc lỏng
ethanol, methanol… .
Các cơng nghệ biến đổi sinh hóa: Ngược lại cơng nghệ nhiệt hóa sử dụng các q
trình nhiệt độ cao để biến đổi sinh khối nhờ các quá trình đốt cháy, nhiệt phân, khí hóa,
chất lỏng.
1.2. Năng lượng mặt trời
1.2. . gu n năng lượng mặt trời
1.2.1.1. hái niệm
Năng lượng mặt trời là năng lượng của dòng bức xạ điện từ xuất phát từ mặt trời,
cộng với một phần nhỏ năng lượng của các hạt ngun tử khác phóng ra từ ngơi sao


7
này. Dòng năng lượng này sẽ tiếp tục phát ra cho đến khi phản ứng nhiệt hạch trong
mặt trời hết nhiện liệu, vào khoảng 5 tỷ năm nữa.
1.2.1.2. ăng lượng bức ạ mặt trời thành ph n bức ạ
Đặc trưng của bức xạ mặt trời truyền trong không gian bên ngồi mặt trời là một
-1

phổ rộng trong đó cực đại của bức xạ nằm trong dải 10 -10 µm và hầu như một nửa
tổng năng lượng mặt trời tập trung trong khoảng bước sóng 0,38 - 0,78 µm đó là vùng
nhìn thấy của phổ.
Chùm tia truyền thẳng từ mặt trời gọi là bức xạ trực xạ. Tổng hợp các tia trực xạ

và tán xạ gọi là tổng xạ. Mật độ dịng bức xạ trực xạ ở ngồi lớp khí quyển, tính đối
2

với 1m bề mặt đặt vng góc với tia bức xạ, được tính theo cơng thức:
q = φD_T .C0.(T/100)

4

Ở đây: φD_T là hệ số góc bức xạ giữa trái đất và mặt trời.

β là góc nhìn mặt trời và β ≈ 32’
2

4

C0 = 5,67 W/m .K – hệ số bức xạ của vật đen tuyệt đối.
o

T ≈ 5762 K – nhiệt độ bề mặt mặt trời

Vậy:
Do khoảng cách giữa trái đất và mặt trời thay đổi theo mùa trong năm nên β cũng
thay đổi, do đó q cũng là hằng số mặt trời.
Yếu tố cơ bản xác định cường độ của bức xạ mặt trời ở một điểm nào đó trên trái
đất là quãng đường nó đi qua. Sự mất mát năng lượng trên quãng đường đó gắn liền
với sự tán xạ, hấp thụ bức xạ và phụ thuộc vào thời gian trong ngày, mùa, vị trí địa lý.

Hình 1.1. Góc nhìn mặt trời

q=



8
Khi truyền qua lớp khí quyển bao quanh trái đất, các chùm tia bức xạ bị hấp thụ
và tán xạ bởi tầng ozơn, hơi nước và bụi trong khí quyển, chỉ một phần năng lượng
được truyền xuống trái đất.
Phần năng lượng bức xạ mặt trời truyền tới bề mặt trái đất trong những ngày
2

quang đãng khơng có mây ở thời điểm cao nhất vào khoảng 1000W/m .

Hình 1.2. Quá trình truyền năng lượng bức xạ mặt trời qua lớp khí quyển trái đất.
Các mùa hình thành là do sự nghiêng của trục trái đất đối với mặt phẳng quỹ đạo
0

của nó quanh mặt trời gây ra. Góc nghiêng vào khoảng 66,5 và thực tế xem như
không đổi trong không gian. Sự định hướng như vậy của trục quay trái đất trong
chuyển động của nó đối với mặt trời gây ra những sự dao động quan trọng về độ dài
ngày đêm trong năm.
1.2.1.3. Tính tốn năng lượng mặt trời
- Cường độ bức xạ mặt trời trên trái đất chủ yếu phụ thuộc hai yếu tố: Góc

nghiêng của các tia sáng đối với mặt phẳng bề mặt tại điểm đã cho và độ dài đường đi
của tia sáng trong khí quyển hay nói chung là phụ thuộc vào độ cao của mặt trời (góc
giữa phương từ điểm quan sát đến mặt trời và mặt phẳng nằm ngang đi qua điểm đó .
- Quan hệ giữa bức xạ mặt trời ngồi khí quyển và thời gian trong năm có thể xác
định theo phương trình sau:

Eng = Eo(1+0,033cos


, W/m

2

(1.3)

Trong đó, Eng là bức xạ ngồi khí quyển được đo trên mặt phẳng vng góc với
tia bức xạ vào ngày thứ n trong năm.


9
- Tính tốn góc tới của bức xạ trực xạ và bức xạ mặt trời ngồi khí quyển lên mặt

phẳng nằm ngang:
+ Trực xạ là bức xạ mặt trời nhận được khi khơng bị bầu khí quyển phát tán.
+ Tán xạ là bức xạ mặt trời nhận được sau khi hướng của nó đã bị thay đổi do sự
phát tán của bầu khí quyển.
+ Tổng xạ là tổng của trực xạ và tán xạ trên một bề mặt (phổ biến nhất là tổng xạ
trên một bề mặt nằm ngang, thường gọi là bức xạ cầu trên bề mặt).
2

+ Cường độ bức xạ (W/m là cường độ năng lượng bức xạ mặt trời đến một bề
mặt tương ứng với một đơn vị diện tích bề mặt.
2

ăng lượng bức xạ (J/m là năng lượng bức xạ mặt trời truyền tới một đơn vị
diện tích bề mặt trong một khoảng thời gian, như vậy năng lượng bằng tích phân của
cường độ bức xạ trong một khoảng thời gian.
+


+ Giờ mặt trời là thời gian dựa trên chuyển động biểu kiến của mặt trời trên bầu

trời, với quy ước giờ mặt trời chính ngọ là thời điểm mặt trời đi qua thiên đỉnh của
người quan sát. Giờ mặt trời là thời gian được sử dụng trong quan hệ về góc mặt trời,
nó khơng đồng nghĩa với giờ trong đồng hồ
- Quan hệ hình học giữa một mặt phẳng bố trí bất kỳ trên mặt đất và bức xạ của
mặt trời truyền tới, tức là vị trí của mặt trời so với mặt phẳng đó có thể được xác định
theo các góc đặc trưng như Hình 1.3 .

Hình 1.3. Quan hệ các góc hình học của tia bức xạ mặt trời trên mặt phẳng nghiêng.
+ Góc vĩ độ Φ là vị trí góc tương ứng với vĩ độ về phía bắc hoặc về phía nam

đường đường xích đạo trái đất, với hướng bắc là hướng dương.
o

-90 ≤ Ф ≤ 90

o


10
+ Góc nghiêng β là góc giữa mặt phẳng của bề mặt tính tốn và phương nằm

ngang.
1 ≤ β ≤ 90

o

+ Góc phương v của bề mặt γ là góc lệch của hình chiếu pháp tuyến bề mặt trên


mặt phẳng nằm ngang so với đường kinh tuyến. Góc γ = 0 nếu bề mặt quay về hướng
chính nam, γ lấy dấu (+) nếu bề mặt quay về hướng tây và lấy dấu (-) nếu bề mặt quay
về phía đơng.
o

o

-180 ≤ γ ≤ 180
+ Góc giờ ω là góc chuyển động của vị trí mặt trời về phía đơng hoặc phía tây
của kinh tuyến địa phương do quá trình quay của trái đất quanh trục của nó và lấy giá
o

trị 15 cho 1 giờ đồng hồ, buổi sáng lấy dấu (-), buổi chiều lấy dấu (+).
+ Góc tới θ là góc giữa tia bức xạ truyền tới bề mặt và pháp tuyến của bề mặt đó.
+ Góc thiên đỉnh θz là góc giữa phương thẳng đứng thiên đỉnh) và tia bức xạ tới.
Trong trường hợp bề mặt nằm ngang thì góc thiên đỉnh chính là góc tới θ.
+ Góc cao mặt trời α là góc giữa phương nằm ngang và tia bức xạ truyền tới, tức
là góc phụ của góc thiên đỉnh.
+ Góc phương v mặt trời γz là góc lệch so với phương nam của hình chiếu tia bức

xạ mặt trời truyền tới trên mặt phẳng nằm ngang.
+ Góc lệch δ là vị trí góc của mặt trời tương ứng với giờ mặt trời là 12 giờ (tức là
khi mặt trời đi qua kinh tuyến địa phương so với mặt phẳng của xích đạo trái đất, với
hướng phía bắc là hướng dương.
- Quan hệ giữa các loại góc đặc trưng ở trên có thể biểu diễn bằng phương trình
giữa góc tới và góc khác:
cosθ = cosθz.cosβ + sinθz.sinβ.cos γz- γ
- Năng lượng bức xạ mặt trời trên mặt phẳng nằm ngang trong một giờ được xác
định:


E

0.gio

=

- Tổng cường độ bức xạ mặt trời lên bề mặt trên trái đất:

Tổng bức xạ mặt trời lên một bề mặt đặt trên mặt đất bao gồm hai thành phần
chính đó là trực xạ và tán xạ. Tán xạ tổng hợp từ 3 thành phần:
+ Thành ph n tán xạ đẳng hướng: phần tán xạ nhận được đồng đều từ tồn bộ

vịm trời.
+ Thành ph n tán xạ xung quanh tia: phần tán xạ bị phát tán của bức xạ mặt trời

xung quanh tia mặt trời.
+ Thành ph n tán xạ chân trời: phần tán xạ tập trung gần đường chân trời.

11


11
- Góc khuếch tán ở mức độ nhất định phụ thuộc độ phản xạ Rg (còn gọi là albedo

– suất phân chiếu) của mặt đất.

đẳng
hướng

Hình 1.4. Các thành ph n bức xạ lên bề mặt nghiêng.

Như vậy bức xạ mặt trời truyền đến một bề mặt nghiêng là tổng của các dòng
bức xạ bao gồm: trực xạ Eb, 3 thành phần tán xạ Ed1, Ed2, Ed3 và bức xạ phản xạ từ bề
mặt khác lân cận Er:
E∑ = Eb + Ed1 + Ed2 + Ed3 + Er
Trong tính tốn kỹ thuật, có thể coi cường độ bức xạ tới mặt đất là hàm của thời
gian τ, tính từ lúc mặt trời mọc
τ =0 đến khi mặt trời lặn τ = τn/2, với τn=24h =
24.3600s như sau:
φτ

= ω. τ là góc nghiêng tia nắng so với mặt đất.
2

ω=
2

=

τn

En[W/m ] là cường độ bức xạ cực đại trong ngày, lấy trị trung bình cả năm theo
số liệu đo lường thực tế tại vĩ độ cần xét.
1.2.1.4. hai thác năng lượng mặt trời
- Khai thác trực tiếp nhiệt năng từ năng lượng mặt

trời: + Bếp nấu dùng năng lượng mặt trời.
+ Hệ thống cung cấp nước nóng dùng năng lượng mặt
trời. + Hệ thống sấy dùng năng lượng mặt trời.
+ Hệ thống chưng cất nước dùng năng lượng mặt
trời. + Động cơ stirling dùng năng lượng mặt trời.

+ Thiết bị lạnh dùng năng lượng mặt
trời. + Nhà máy nhiệt điện mặt trời.


12
- Khai thác trực tiếp điện năng từ năng lượng mặt

trời: + Sử dụng hệ thống pin quang điện.
1.2.2. ản u t điện năng t năng lượng mặt trời
1.2.2.1. Các phương pháp khai thác
Hiện nay việc sản xuất điện năng từ năng lượng mặt trời tập trung chủ yếu vào
hai phương pháp sau:
- Điện mặt trời tập trung
Các hệ thống điện mặt trời tập trung (CSP-Concentrated Solar Power) sử dụng
ống kính, gương và các hệ thống theo dõi để tập trung một khu vực rộng lớn của ánh
sáng mặt trời vào một chùm nhỏ. Nhiệt tập trung sau đó được sử dụng như một nguồn
năng lượng cho một nhà máy nhiệt điện thông thường.
- Pin quang điện
Là thiết bị chuyển đổi trực tiếp năng lượng mặt trời sang điện năng bằng cách sử
dụng hiệu ứng quang điện.
1.2.2.2. T nh h nh sản uất điện t pin quang điện các nước trên thế giới
Trong bối cảnh hiện nay, khi các nguồn năng lượng hóa thạch dần cạn kiệt, tình
trạng ơ nhiễm môi trường ngày càng tăng, ảnh hưởng của biến đổi khí hậu diễn biến
ngày càng gay gắt, yêu cầu phát triển năng lượng để đáp ứng nhu cầu thì khơng hề
giảm. Trước thực trạng đó, năng lượng tái tạo nói chung và điện mặt trời nói riêng
được nhiều nước trên thế giới lựa chọn nghiên cứu đầu tư xây dựng. Tiềm năng bức xạ
mặt trời khác nhau tại mỗi vị trí cụ thể trên bản đồ thế giới. Do vậy, mỗi quốc gia có
mỗi chiến lược phát triển khác nhau, nhất là ở các nước phát triển với tiêu chí sử dụng
nguồn năng lượng sạch để thay thế dần nguồn năng lượng truyền thống.


Hình 1.5. iểu đồ thể hiện sự phát triển của điện năng trên thế giới.