Tải bản đầy đủ - 0 (trang)
CHƯƠNG II: ĐI SÂU VÀO HỆ THỐNG ĐIỆN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI HÒA LƯỚI KHÔNG LƯU TRỮ

CHƯƠNG II: ĐI SÂU VÀO HỆ THỐNG ĐIỆN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI HÒA LƯỚI KHÔNG LƯU TRỮ

Tải bản đầy đủ - 0trang

Đồ án tốt nghiệp



Hệ thống điện năng lượng mặt trời hòa lưới bám tải



xạ mặt trời là một nguồn tài nguyên to lớn cho các tỉnh miền Trung và miền Nam

nói chung trong q trình phát triển bền vững.



+ Hiện trạng năng lực công nghiệp điện mặt trời Việt Nam

Tuy còn non trẻ song ngành cơng nghiệp ĐMT Việt Nam cũng đã đạt được

những thành tựu bước đầu đáng kể. Trong đó, các hệ thống Điện NLMT đã lắp đặt

khá nhiều nơi như: tp Hồ Chí Minh, Vũng Tàu, Đồng Nai, Ninh Thuận, Bình

Thuận,...

+ Định hướng phát triển cơng nghiệp điện mặt trời Việt Nam đến năm 2025

Việc đánh giá tiềm năng điện mặt trời là một bước quan trọng để phát triển điện mặt trời tại

Việt Nam. Quá trình này sẽ giúp xác định được danh sách các dự án điện mặt trời đến năm

2020 và các vùng thuận lợi để phát triển cho giai đoạn đến năm 2025 và 2030, các tiêu chí

để phát triển dự án. Quá trình đánh giá cũng sẽ đem lại những thơng tin chuyên sâu về tiềm

năng điện mặt trời và thực trạng phát triển hiện nay tại Việt Nam.



Bà Sonia Lioret, Trưởng dự án Năng lượng tái tạo và Hiệu quả năng lượng của Tổ chức

Hợp tác phát triển điện gió Đức cho rằng: Việt Nam có tài nguyên điện mặt trời khá dồi

dào. Bức xạ mặt trời ở mức tương đương với các nước trong khu vực, bao gồm những thị

trường điện mặt trời đang phát triển như Trung Quốc, Thái Lan và Philippines cũng như

những thị trường đã rất phát triển như Italy, Tây Ban Nha. Vì vậy năng lượng mặt trời có

thể là giải pháp đối với nhu cầu năng lượng đang ngày càng tăng ở Việt Nam. Bà Sonia

Lioret đánh giá, tiềm năng phát triển và đầu tư của điện mặt trời trong các khu thương mại

và công nghiệp của Việt Nam là rất lớn. Các chỉ số đều cho thấy nền kinh tế Việt Nam sẽ

tiếp tục tăng trưởng ở mức 5-6% hàng năm.



Tuy nhiên, một số ý kiến của các chuyên gia cũng cho rằng, việc đầu tư cho năng lượng tái

22



Đồ án tốt nghiệp



Hệ thống điện năng lượng mặt trời hòa lưới bám tải



tạo khơng hề đơn giản và gặp nhiều hạn chế tại các nước đang phát triển như Việt Nam,

đặc biệt về vốn đầu tư và công nghệ. Đối với các nước nghèo, nhìn chung vấn đề khơng

chỉ nằm trong yếu tố tài chính. Để giải quyết có hiệu quả, điều cần thiết là vấn đề chính

sách phát triển năng lượng mặt trời và phát triển ứng dụng cơng nghệ.



Hiện Chính phủ Việt Nam đã đề ra mục tiêu đưa điện mặt trời thành một trong những

nguồn năng lượng tái tạo chủ chốt. Công suất lắp đặt điện mặt trời ở mức 6-7 MW vào

cuối năm 2015. Dự kiến công suất này sẽ tăng lên 850 MW vào năm 2020 (tương ứng với

1,6% tổng sản lượng điện của Việt Nam) và 12.000 MW vào năm 2030 (tương ứng với

3,3% tổng sản lượng điện).

Hướng đến việc xây dựng ngành công nghiệp ĐMT Việt Nam lên hàng

đầu khu vực và cạnh tranh thế giới về công nghệ và sản lượng vào năm 2025, các

nhà quản lý và các nhà khoa học đã đưa ra chiến lược phát triển kích cầu cơng

nghiệp ĐMT Việt Nam, dự thảo đề cương Chương trình điện mặt trời siêu cơng suất

2010-2025. Dự thảo đã vạch ra các mục tiêu cụ thể của Chương trình là khai thác

hiệu quả ĐMT đảm bảo an ninh năng lượng quốc gia trong mọi tình huống (250

MWp = 456,25 tỷ KWh/năm), và cùng với lưới Quốc gia điện khí hóa 100% tồn

bộ lãnh thổ Việt Nam vào năm 2025.

Năng lượng là nhu cầu sống còn của nhân loại trong tương lai. Năng lượng

cho phát triển trong cho thế kỷ 21 phải là năng lượng sạch, đó là những nguồn

NLTT mà tiềm năng vơ tận chính là NLMT. ĐMT là đích tới của lồi người trong

20 – 30 năm tới, đó cũng là một thời gian tối thiểu để xây dựng và phát triển nền

công nghiệp điện mặt trời của Việt Nam.

1.2. Tìm hiểu chung về tấm pin năng lượng mặt trời

Tấm pin Panel mặt trời (solar cells panel) biến đổi quang năng hấp thụ từ

mặt trời để biến thành điện năng. Một số thông tin cơ bản về tấm pin mặt trời Hiệu

suất: từ 15% - 18% Công suất: từ 25Wp đến 175 Wp Số lượng cells trên mỗi tấm

pin : 72 cells Kích thước cells: 5 – 6 inchs Loại cells: monocrystalline và

23



Đồ án tốt nghiệp



Hệ thống điện năng lượng mặt trời hòa lưới bám tải



polycrystalline Chất liệu của khung nhôm Tuổi thọ trung bình của tấm pin : 30 năm

Có khả năng kết nối thành các trạm điện mặt trời công suất lớn khơng hạn chế, có

thể hòa lưới (grid), hoặc hoạt động độc lập như 1 hệ thống back-up điện. Trong một

ngày nắng, mặt trời cung cấp khoảng 1 kW/m² đến mặt đất (khi mặt trời đứng bóng

và quang mây, ở mực nước biển). Công suất và điện áp của một hệ thống sẽ phụ

thuộc và cách chúng ta nối ghép các tấm pin Panel mặt trời lại với nhau.Các tấm

pin Panel mặt trời được lắp đặt ở ngồi trời để có thể hứng được ánh nắng tốt nhất

từ mặt trời nên được thiết kế với những tính năng và chất liệu đặc biệt, có thể chịu

đựng được sự khắc nghiệt của thời tiết, khí hậu, nhiệt độ…



1.3. Hướng đặt



Hình 2.2: Vị trí đặt tấm pin năng lương mặt trời

Yêu cầu này xuất phát từ việc thu nhập các số liệu về bức xạ mặt trời và

các số liệu về thời tiết khí hậu khác. Bức xạ mặt trời phụ thuộc vào từng địa điểm

24



Đồ án tốt nghiệp



Hệ thống điện năng lượng mặt trời hòa lưới bám tải



trên mặt đất và các điều kiện tự nhiên của từng địa điểm đó. Các số liệu về bức xạ

mặt trời và khí hậu, thời tiết được các trạm khí tượng ghi lại và xử lý trong các

khoảng thời gian rất dài, hàng chục, có khi là hàng trăm năm. Vì các thơng số này

biết đổi rất phức tạp, nên với mục đích thiết kế đúng hệ thống Pin mặt trời cần phải

lấy các số liệu ở các trạm khí tượng đã hoạt động trên mười năm. Khi thiết kế hệ

thống Pin mặt trời , rõ ràng để cho hệ thống cung cấp đủ năng lượng cho tải trong

suốt cả năm ta phải chọn giá trị cường độ bức xạ của tháng thấp nhất trong năm làm

cơ sở. Tất nhiên khi đó ở các tháng mùa hè năng lượng của hệ sẽ dư thừa và có thể

gây lãng phí lớn nếu khơng dùng thêm các tải phụ. Ta khơng thể dùng các bộ tích

trữ năng lượng như Acquy để tích trữ điện năng trong các mùa hè để dùng trong các

tháng mùa đơng vì khơng kinh tế. Để giải quyết vấn đề trên người ta dùng thêm

nguồn dự phòng ( máy phát diezen…) cấp điện thêm cho những tháng có cường độ

bức xạ mặt trời thấp hoặc sử dụng công nghệ nguồn tổ hợp (hybrib system

technology). Trong trường hợp này có thể chọn cường độ bức xạ trung bình trong

năm để tính tốn và do đó giảm được dung lượng dàn Pin mặt trời.

Ngồi ra còn một thơng số khác liên quan đến bức xạ mặt trời là số ngày khơng

có nắng trung bình trong năm. Nếu khơng tính đến thơng số này vào mùa mưa có

thể có một số ngày khơng có nắng Acquy sẽ bị kiệt và tải phải ngừng hoạt động.

Muốn tải làm việc liên tực trong các ngày khơng có nắng cần phải tăng thêm dung

lượng Acquy dự trữ điện năng.

Vị trí lắp đặt hệ thống Pin mặt trời còn để xác định góc nghiêng của dàn Pin mặt

trời sao cho khi đặt cố định hệ thống có thể nhận được tổng cường độ bức xạ lớn

nhất. Nếu gọi β là góc nghiêng của dàn Pin mặt trời so với mặt phẳng ngang (hình

1.9) thì thơng thường ta chọn :

β = ϕ +/- 10°

với ϕ là vĩ độ nơi lắp đặt. Còn về hướng thì nếu ở bán cầu Nam thì quay về hướng

Bắc, nếu ở bán cầu Bắc thì quay về hướng Nam. Ngồi ra việc đặt nghiêng dàn pin

còn có ý nghĩa khác là khả năng tự làm sạch. Khi có mưa do mặt dàn Pin nghiêng

nên nước mưa sẽ tẩy bụi bẩn bám trên mặt Pin, làm tăng khả năng hấp thụ năng

lượng mặt trời của dàn Pin.

Ở các vị trí lắp đặt khác nhau, nhiệt độ mơi trường cũng khác nhau nên nhiệt

độ làm việc của Pin mặt trời cũng khác nhau. Thông thường nhiệt độ làm việc của

25



Đồ án tốt nghiệp



Hệ thống điện năng lượng mặt trời hòa lưới bám tải



Pin mặt trời cao hơn nhiệt độ làm việc của nơi trường ( 23 ÷ 300C) và tùy thuộc vào

tốc độ gió. Vì khi nhiệt độ tăng hiệu suất của Pin mặt trời ηM giảm và có thể biểu

diễn bằng quan hệ sau :

ηM(T) = ηM(Tc).{1+Pc.(T-Tc)}

Trong đó:

ηM(T) là hiệu suất của module ở nhiệt độ T

ηM(Tc) là hiệu suất của module ở nhiệt độ chuẩn Tc = 250C

Pc là hệ số nhiệt của module. Trong tính toán thực tế thường lấy hệ số gần

đúng Pc = -0.005/0C



Hình 2.3: Cường độ bức xạ của mặt trời theo hướng đặt



1.4. Nguyên lý hoạt động của pin năng lượng 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 biến đổi quang điện.

1.4.1.Hiệu ứng quang điện

Hiệu ứng quang điện được phát hiện đầu tiên vào năm 1839 bởi nhà vật lý

Pháp Alexandre Edmond Becquerel. Tuy nhiên cho đến năm 1883 một pin năng

lượng mới được tạo thành, bởi Charles Fritts, ông phủ lên mạch bán dẫn selen một

lớp cực mỏng vàng để tạo nên mạch nối. Thiết bị chỉ có hiệu suất 1%, Russell Ohl

26



Đồ án tốt nghiệp



Hệ thống điện năng lượng mặt trời hòa lưới bám tải



xem là người tạo ra pin năng lượng mặt trời đầu tiên năm 1946. Sau đó Sven Ason

Berglund đã có các phương pháp liên quan tới việc tăng khả năng cảm nhận ánh

sáng của pin.

Xét một hệ 2 mức năng lượng điện tử (hình 1) E 1 < E2, bình thường điện tử chiếm

mức năng lượng thấp hơn E1. Khi nhận bức xạ mặt trời, lượng tử ánh sáng photon

có năng lượng hv (trong đó h là hằng số Planck,v là tần số ánh sáng) bị điện tử hấp

thụ và chuyển lên mức năng lượng E2. Ta có phương trình cân bằng năng lượng:



Hình 2.4: Hệ 2 mức năng lượng

Hv = E2 – E1

Trong các vật thể rắn, do tương tác rất, mạnh của mạng tinh thể lên điện tử vòng

ngồi, nên các mức năng lượng của nó bị tách ra nhiều mức năng lượng sát nhau và

tạo thành các vùng năng lượng (hình 2). Vùng năng lượng thấp bị các điện tử chiếm

đầy khi ở trạng thái cân bằng gọi là vùng hóa trị, mà mặt trên của nó là mức năng

lượng Ev. Vùng năng lượng phía trên tiếp đó hồn tồn trống hoặc chỉ bị chiếm

một phần gọi là vùng dẫn, mặt dưới của vùng có năng lượng là Ec. Cách ly giữa hai

vùng hóa trị và vùn dẫn là một vùng cấp có độ rộng với năng lượng là Eg, trong đó

khơng có mức năng lượng cho phép nào của điện tử. Khi nhận bức xạ mặt trời,

photon có năng lượng hv tới hệ thống và bị điện tử ở vùng có hóa trị thấp hấp thu và

trở thành điện tử tự do e -, để lại ở vùng hóa trị một lỗ trống có thể xem như hạt

mang điện dương, kí kiệu là h +. Lỗ trống này có thể di chuyển và tham gia vào quá

trình dẫn điện.

Hiệu ứng lượng tử của quá trình hấp thụ photon có thể mơ tả bằng phương

trình:

Ev +hv  e- + h+ (1.2)

27



Đồ án tốt nghiệp



Hệ thống điện năng lượng mặt trời hòa lưới bám tải



Điều kiện để điện tử có thể hấp thu năng lượng của photon và chuyển từ

vùng hóa trị lên vùng dẫn, tạo ra cặp điện tử - lổ trống là hv = hc/λ >= Ec – Ev. Từ

đó có thể tính được bước sóng tới hạn λc của ánh sáng để có thể tạo ra cặp e- và h+:

λc =



hc

h

1,24

= c =

( µm )

Ec − Ev Eg

Eg



Trong thực tế các hạt dẫn bị kích thích e - và h+ đều tự phát tham gia vào quá

trình phục hồi, chuyển động đến mặt của các vùng năng lượng: điện tử e - giải phóng

năng lượng để chuyển đến mặt của vùng dẫn Ec, còn lỗ trống h + chuyển đến mặt

của Ev, quá trình phục hồi chỉ xảy ra trong khoảng thời gian rất ngắn 10 -12 - 10-1giây

và gây ra dao động mạnh ( photon). Năng lượng bị tổn hao do quá trình phục hồi sẽ

là Eph = hv – Eg.

Tóm lại khi vật rắn nhận tia bức xạ mặt trời, điện tử ở vùng hóa trị hấp thụ

năng lượng photon hv và chuyển lên vùng dẫn tạo ra cặ hạt dẫn điện tử - lỗ trống e - h+, tức là đã tạo ra một điện thế. Hiện tượng đó gọi là hiệu ứng quang điện bên

trong.



Hình 2.5: Nguyên lý hoạt động của pin mặt trời

28



Đồ án tốt nghiệp



Hệ thống điện năng lượng mặt trời hòa lưới bám tải



1.5. Cấu tạo pin mặt trời

Hiện nay nguyên liệu chủ yếu cho pin mặt trời là các silic tinh thể. Pin mặt

trời từ các tinh thể silic chia thành 3 loại:

* Đơn tinh thể module sản xuất dựa trên quá trình Crochralski. Đơn tinh thể

loại này có hiệu suất lên tới 16%. Chúng thường rất đắt tiền do được cắt từ các thỏi

hình ống, các tấm đơn thể này có mặt trống ở góc nối các module.

* Đa tinh thể làm từ các thỏi đúc – đúc từ silic nung chảy cẩn thận được làm

nguội và làm rắn. Các pin này thường rẻ hơn các pin đơn tinh thể, tuy nhiên hiệu

suất kém hơn. Nhưng chúng có thể tạo thành các tấm vng che phủ bề mặt nhiều

hơn loại đơn tinh thể bù lại cho hiệu suất thấp của nó.

* Dãy silic tạo từ các tấm phim mỏng từ silic nóng chảy và có cấu trúc đa

tinh thể. Loại này thường có hiệu suất thấp nhất, tuy nhiên nó rẻ nhất trong các loại

vì không cần phải cắt từ thỏi silicon.

Một lớp tiếp xúc bán dẫn p-n có khả năng biến đổi trực tiếp năng lượng bức

xạ năng lượng mặt trời nhờ hiệu ứng quang điện bên trong gọi là pin mặt trời. Pin

mặt trời được sản xuất và ứng dụng phổ biến hiện nay là các pin mặt trời được chế

tao từ vật liệu tinh thể bán dẫn Silicon (Si) có hóa trị 4. Tinh thể Si tinh khiết, để có

vật liệu tinh thể bán dẫn Si loại n, người ta pha tạp chất donor là photpho có hóa trị

5. Còn vật liệu tinh thể bán dẫn loại p thì tạp chất acceptor được dùng để pha vào Si

là Bo có hóa trị 3. Đối với Pin mặt trời từi tinh thể Si, khi bức xạ mặt trời chiếu đến

thì hiệu điện thế hở mạch giữa 2 cực khoảng 0.55V và dòng ngắn mạch của nó khi

bức xạ mặt trời có cường độ 1000W/m2 vào khoảng 25-30mA/c.

Hiện nay người ta đã chế tạo Pin mặt trời bằng Si vơ định hình (a-Si). So

với Pin mặt trời tinh thể Si thì Pin mặt trời a-Si giá thành rẻ hơn nhưng hiệu suất

thấp hơn và kém ổn định.

Công nghệ chế tạo Pin mặt trời gồm nhiều cơng đoạn khác nhau, ví dụ để

chế tạo Pin mặt trời từ Si đa tinh thể cần qua các cơng đoạn như hình 6 cuối cùng ta

được module.



29



Đồ án tốt nghiệp



Hệ thống điện năng lượng mặt trời hòa lưới bám tải



Hình 2.6: Quá trình tạo Module



Hình 2.7: Cấu tạo Module

II.BỘ CHUYỂN ĐỔI DC-AC (INVERTER HỊA LƯỚI)

Chuyển đổi dòng điện DC từ tấm pin thành điện xoay chiều AC, cùng pha,

cùng tần số với điện lưới quốc gia.Được thiết kế với nhiều cấp cơng suất từ 0.3kVA

– 10kVA.

- Inverter có nhiều loại và cách phân biệt chúng bằng dạng sóng của điện áp

đầu ra : dạng sóng hình sin, giả sin, sóng vng, sóng bậc thang…



2.1 Loại Inverter cho hệ thống năng lượng mặt trời hòa lưới

2.1.1: Thơng số kỹ thuật

30



Đồ án tốt nghiệp



Hệ thống điện năng lượng mặt trời hòa lưới bám tải



Hình 2.8 : Sơ đồ inventer hòa lưới công suất thấp

Model:



300Wpv



Dải điện áp đầu vào: DC 24V - 48V

Điện áp MPPT:



28V – 36V



Dòng điện DC max: 20A

Điện áp đầu ra:



AC 190V – 260



Tần số:



50Hz / 60Hz (Tự động điều khiển)



Hệ số công suất:



97.5%



Hiệu suất ổn định:



> 88%



Nhiệt độ làm việc:



-25 ℃ - 65 ℃



Hiển thị LED:



Màu đỏ và xanh



Làm mát:



Quạt làm mát



Chế độ chờ:



1-2W



Kích thước:



21 x 16.5 x 5.3cm



Trọng lượng:



1.3kg



31



Đồ án tốt nghiệp



Hệ thống điện năng lượng mặt trời hòa lưới bám tải



Hình 2.9 : Bộ hòa lưới công suất lớn (Hybrid)

Công suất



3,0 kw



Hệ thống pin mặt trời phù hợp

Dạng sóng ngõ ra

Điện áp vào



3000wp



sin chuẩn



250vdc - 450 vdc



Dòng điện danh định ( ngõ ra )

Điện áp ra



220v



Tần số ra



50 Hz



Hiệu suất



98,4%



Kích thước



137* 438 * 480 mm



Chế độ hiển thị

Ngôn ngữ



13A



LED LIGHT APP



Đa ngôn ngữ



Chuẩn truyền thông RS232 , usb

Độ ồn 25 dB

Chế độ làm mát



Quạt gió



Nhiệt độ hoạt động -25°C ~ 60°C

Độ ẩm 98,4%

Cấp bảo vệ



IP65



Trọng lượng 30 kg

32



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

CHƯƠNG II: ĐI SÂU VÀO HỆ THỐNG ĐIỆN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI HÒA LƯỚI KHÔNG LƯU TRỮ

Tải bản đầy đủ ngay(0 tr)

×