Seite 1
BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC LÊ MINH ĐẠO THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỆN MẶT TRỜI ÁP MÁI VỚI BỘ HÒA LƯỚI THÔNG MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NĂNG LƯỢNG HÀ NỘI, 2022
Inhalt des Dokuments
Seite 2
BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC LÊ MINH ĐẠO THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỆN MẶT TRỜI ÁP MÁI VỚI BỘ HÒA LƯỚI THÔNG MINH Chuyên ngành : Kỹ Thuật năng lượng Mã số : 8520135 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NĂNG LƯỢNG Người hướng dẫn khoa học: TS. Nguyễn Hữu Đức TS. Lê Quang Sáng HÀ NỘI, 2022
Seite 3
Lời cảm ơn Lời đầu tiên, tôi muốn gửi lời cảm ơn chân thành đến thày Nguyễn Hữu Đức và thày Lê Quang Sáng đã chỉ bảo cho tôi nhiều kiến thức chuyên môn về hệ thống điện năng lượng mặt trời để tôi có góc nhìn rõ hơn về những nguồn năng lượng mới. Từ đó, tôi đã tập trung nghiên cứu và xây dựng được một hệ thống điện mặt trời áp mái áp dụng ngay vào thực tiễn. Tôi cũng xin cảm ơn các thầy cô trong khoa Kỹ thuật năng lượng đã truyền đạt cho tôi những kiến thức bổ ích chuyên sâu về chuyên ngành, cảm ơn các thày cô Phòng Đào tạo sau Đại học Trường Đại học Điện lực đã giúp đỡ tôi suốt quá trình học tập và hoàn thành luận văn thạc sĩ. Tiếp theo, tôi xin cảm ơn anh Bùi Duy Linh – đang công tác tại Trung tâm điều độ hệ thống điện Quốc gia đã cung cấp các tài liệu, thông tin EVN phát hành, góp ý và đưa ra những lời khuyên giá trị để tôi có thể hoàn thành luận văn. Sau cùng, tôi xin tỏ lòng biết ơn đến cha mẹ, người thân và bạn bè đã luôn bên cạnh ủng hộ, động viên tôi trong cuộc sống cũng như trong thời gian hoàn thành luận văn thạc sĩ. Xin chân thành cảm ơn tất cả mọi người!” Hà Nội, ngày 20 tháng 10 năm 2022 Tác giả Lê Minh Đạo 3
Seite 4
Lời cam đoan Tôi xin cam đoan đã sử dụng các tài liệu tham khảo của các tác giả, các nhà khoa học và các luận văn được trích dẫn trong phụ lục “Tài liệu tham khảo” cho việc nghiên cứu và viết luận văn. Tôi xin cam đoan luận văn về đề tài “Thiết kế hệ thống điện mặt trời áp mái với bộ hòa lưới thông minh” là công trình nghiên cứu cá nhân của tôi trong thời gian qua. Mọi số liệu sử dụng phân tích trong luận văn và kết quả nghiên cứu là do tôi tự tìm hiểu, phân tích một cách khách quan, trung thực, có nguồn gốc rõ ràng và chưa được công bố dưới bất kỳ hình thức nào. Tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm nếu có sự không trung thực trong thông tin sử dụng trong công trình nghiên cứu này.” Tôi xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 20 tháng 10 năm 2022 Tác giả Lê Minh Đạo 4
Seite 5
MỤC LỤC Lời cảm ơn......................................................................................................................................... 3 Lời cam đoan...................................................................................................................................... 4 DANH MỤC VIẾT TẮT ................................................................................................................... 7 DANH MỤC BẢNG BIỂU ............................................................................................................... 8 DANH MỤC HÌNH ẢNH ................................................................................................................. 9 I. MỞ ĐẦU ...................................................................................................................................... 12 1. Lý do chọn đề tài...................................................................................................................... 12 2. Mục đích nghiên cứu................................................................................................................ 12 3. Đối tượng, phạm vi nghiên cứu................................................................................................ 12 4. Phương pháp nghiên cứu.......................................................................................................... 12 II. NỘI DUNG ................................................................................................................................. 13 CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU TỔNG QUAN ..................................................................................... 13 1.1 Năng lượng tái tạo - Điện Mặt trời......................................................................................... 13 1.2 Bức xạ Mặt trời và phương pháp tận dụng bức xạ Mặt trời................................................... 14 1.2.1 Bức xạ Mặt trời............................................................................................................... 14 1.2.2 Phương pháp tận dụng bức xạ Mặt trời........................................................................... 17 1.3 Công nghệ pin năng lượng mặt trời ....................................................................................... 19 1.3.1 Hệ thống điện mặt trời áp mái......................................................................................... 21 1.3.2 Các nghiên cứu về điện năng lượng mặt trời .................................................................. 22 1.4 Kết luận.................................................................................................................................. 22 CHƯƠNG 2. CẤU TRÚC CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN MẶT TRỜI ÁP MÁI ................................... 23 2.1 Các thành phần của hệ thống điện mặt trời áp mái................................................................ 23 2.1.1 Tấm pin mặt trời và thiết bị phụ trợ................................................................................ 24 2.1.2 Hệ thống lưu trữ điện...................................................................................................... 26 2.1.3 Inverter thông minh......................................................................................................... 27 2.1.4 Khung giá đỡ, cáp và thiết bị chống sét.......................................................................... 29 2.1.5 Công tơ điện 2 chiều ....................................................................................................... 31 2.2 Nguyên lý hoạt động.............................................................................................................. 31 2.2.1 Hệ thống điện Mặt trời độc lập (Off-Grid)...................................................................... 31 2.2.2 Hệ thống điện Mặt trời hòa lưới (On-Grid)..................................................................... 32 2.3 Các giải pháp cải thiện chất lượng hệ thống điện mặt trời.................................................... 34 2.3.1 Lựa chọn tấm pin năng lượng mặt trời............................................................................ 34 2.3.2 Đối với Inverter thông minh............................................................................................ 41 5
Seite 6
2.3.3 Nâng cao tiêu chuẩn bảo vệ khi hệ thống điện mặt trời gặp sự cố.................................. 57 CHƯƠNG 3. THIẾT KẾ VÀ ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ KINH TẾ CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN MẶT TRỜI ÁP MÁI KẾT HỢP INVERTER THÔNG MINH ................................................................ 61 3.1 Phương án thiết kế hệ thống điện năng lượng mặt trời áp mái .............................................. 61 3.1.1 Tiêu chuẩn nối lưới đối với điện mặt trời áp mái............................................................ 61 3.1.2 Quy trình tính toán vị trí và lắp đặt hệ thống.................................................................. 65 3.1.3 Tính tổng năng lượng nhận được:................................................................................... 67 3.1.4 Tính tổng lượng điện tiêu thụ trung bình đối với một hộ gia đình.................................. 68 3.1.5 Quy trình thủ tục đăng ký sử dụng và kinh doanh điện mặt trời..................................... 73 3.2 Bản vẽ thiết kế hệ thống điện mặt trời áp mái với Inverter thông minh ................................ 76 3.3 Mô tả hoạt động chi tiết của hệ thống khi hoàn thành lắp đặt và đấu lưới............................. 77 3.4 Bài toán kinh tế khi đầu tư vào hệ thống điện mặt trời.......................................................... 79 3.4.1 Chi phí lắp đặt hệ thống điện mặt trời............................................................................. 79 3.4.2 Tổng tiền nhận được từ hệ thống năng lượng mặt trời.................................................... 80 3.4.3 Bài toán minh họa ........................................................................................................... 81 3.4.4 Kết luận tính kinh tế của hệ thống điện mặt trời............................................................. 83 CHƯƠNG 4. NGHIÊN CỨU CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG ĐỂ ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN MẶT TRỜI ÁP MÁI........................................................................................ 84 4.1 Sự tác động của dao động điện áp đến hệ thống điện năng lượng mặt trời............................ 84 4.1.1 Công suất phản kháng..................................................................................................... 84 4.1.2 Công suất phản kháng trong hệ thống điện mặt trời ....................................................... 87 4.2 Phương pháp bù công suất phản kháng trong hệ thống điện năng lượng mặt trời................. 89 4.2.1 Bộ bù công suất phản kháng cố định............................................................................... 89 4.2.2 Đối với Bộ bù công suất phản kháng biến đổi................................................................ 90 4.3 Kết luận chương 4.................................................................................................................. 94 CHƯƠNG 5. KẾT LUẬN................................................................................................................ 95 5.1 Kết quả và kiến nghị .............................................................................................................. 95 5.1.1 Tính ứng dụng thực tế:.................................................................................................... 95 5.1.2 Ý nghĩa khoa học: ........................................................................................................... 96 5.2 Hạn chế và định hướng mở rộng............................................................................................ 96 TÀI LIỆU THAM KHẢO................................................................................................................ 98 6
Seite 7
DANH MỤC VIẾT TẮT AC Alternating Current Dòng điện một chiều DC Direct current Dòng điện xoay chiều VAR Volt ampere reactive Đơn vị đo phản kháng MPP Max Power Point Điểm công suất tối đa MPPT Max Power Point Tracker Thuật toán bám điểm công suất tối đa SPWM Sinusoidal Pulse Width Điều chế độ xung hình sin Modullation LVRT Low Voltage Ride Through Chạy qua điện áp thấp AD Autonomy Day Ngày dự phòng DOD Deep Of Discharge level Mức xả sâu PV Photovoltaic Tấm pin quang điện P&O Perturb and Observe Phương pháp P O IC Increases Current Phương pháp dẫn điện tăng dần EVN Vietnam Electricity Tập đoàn Điện lực Việt Nam NLMT Năng lượng mặt trời Năng lượng mặt trời A-Si Amorphous Silicon Silic vô định hình CdTe Cadmium Telluride GIS Gas Insulation Switchgear Trạm biến áp 7
Seite 8
DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2.1 Logic chuyển đổi SPWM Bảng 3.1 So sánh tiêu chuẩn tần số Việt Nam với quốc tế Bảng 3.2 Tiêu chuẩn định lượng nhấp nháy quốc tế Bảng 3.3 Tiêu chuẩn mất cân bằng pha quốc tế Bảng 3.4 Tiêu chuẩn thiết bị Inverter thông minh Bảng 3.5 Minh họa về thông số sử dụng điện của một hộ gia đình. Bảng 3.6 Tính số W-giờ các tấm pin mặt trời phải cung cấp cho toàn tải Bảng 3.7 Thông số kỹ thuật tấm pin mặt trời 400Wp hãng JinkoSolar Bảng 3. 8 Tổng chi phí lắp đặt sử dụng hệ thống điện mặt trời Bảng 3. 9 Bảng giá bán điện theo giờ dành cho nhóm hộ gia đình năm 2019 Bảng 3.10 Bảng thống kê tiền điện phải trả cho EVN theo trung bình tháng Bảng 3. 11 Thống kê phụ tải của hộ gia đình Bảng 3.12: Số tiền cần đầu tư 8
Seite 9
DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1: Bức xạ mặt trời Hình 1.2: Bản đồ bức xạ Mặt trời ở Việt Nam Hình 1.3: Hệ thống nước nóng năng lượng mặt trời Hình 1.4: Bếp năng lượng mặt trời Hình 1.5: Tế bào quang điện Hình 1.6: Điện mặt trời mái nhà tại tp. Hồ Chí Minh Hình 2.1: Thành phần của hệ thống điện Mặt trời Hình 2.2: Cấu tạo tấm pin năng lượng mặt trời Hình 2.3: Nguyên lý làm việc của pin Mặt trời Hình 2.4: Inverter thông minh Hình 2.5: Đặc tuyến I-V và P-V của pin mặt trời thay đổi theo điều kiện bức xạ Hình 2.6: Kết cấu khung giá đỡ tấm pin Hình 2.7: Mô hình hệ thống điện mặt trời độc lập Hình 2.8: Hệ thống điện Mặt trời hòa lưới không dự trữ (On-Grid) Hình 2.9: Pin mặt trời đơn tinh thể Monocrystalline Hình 2.10: Pin mặt trời đa tinh thể Hình 2.11 : So sánh hiệu suất giữa các loại pin mặt trời Hình 2.12: Các tình huống thực tế xảy ra khi sử dụng Hình 2.13: Các điểm nóng (Hotspot) là các đốm sáng Hình 2.14: Dòng điện qua Cell 2 sẽ bị sụt giảm trở thành tải tiêu thụ Hình 2.15: Bypass bỏ qua các cell bị che khuất nên hoạt động bình thường Hình 2.16: So sánh giữa công nghệ Bypass diot mới và cũ Hình 2.17: Cấu trúc liên kết hệ thống Hình 2.18: Cấu trúc liên kết ba pha của Inverter Hình 2.19 Biểu đồ tác động của công suất phản kháng Hình 2.20: Thuật toán MPPT Hình 2.21a: Sơ đồ cấu trúc của thuật toán P & O Hình 2.21b: Sơ đồ cấu trúc của thuật toán IC 9
Seite 10
Hình 2.22a: SPWM Tham chiếu dạng sóng hình sin và tam giác (ma = 1) Hình 2.22b: SPWM Tham khảo dạng sóng hình sin và tam giác Hình 2.23 a Dạng sóng điện áp 𝑉𝐴𝐵 không lọc và được lọc (Ba chu kỳ) Hình 2.23 b Dạng sóng điện áp 𝑉𝐴𝐵 không lọc và được lọc (Nửa chu kỳ) Hình 2.24 Sự phát triển tiêu chuẩn kết nối theo các năm. Hình 2.25 Chức năng của Inverter thông minh Hình 2.26: Micro Inverter 600w 220v Mppt Solar Grid Hình 2.27: String inverter Hình 2.28: Central inverter Generac PWRcell Inverter 9kWh Hình 2.29 Thị phần các nhà sản xuất inverter năm 2019 Hình 2.30 Các giải pháp chống sét hệ thống điện mặt trời Hình 3.1: Lượng bức xạ mặt trời theo năm tại quận Hải An - TP. Hải Phòng Hình 3.2 Các loại công nghệ lắp đặt khung dàn Pin mặt trời Hình 3.3 Góc nghiêng lắp đặt tấm pin Hình 3.4 Tính toán sản lượng điện theo mô phỏng phần mềm PVsyst Hình 3.5a: Thông số cấu hình Inverter Hình 3.5b: Lựa chọn kích thước dây dẫn Hình 3.6a Quy trình đăng ký kiểm tra và mua bán điện giai đoạn 1 Hình 3.6b Quy trình đăng ký kiểm tra và mua bán điện giai đoạn 2 Hình 3.7 Chi tiết giàn khung hệ thống điện mặt trời nối lưới Hình 3.8 Sơ đồ nguyên lý cấu tạo hệ thống Hình 3.9 Nguyên lý đấu nối các tấm pin Hình 3.10: Sơ đồ cấu trúc điều khiển hệ thống điện mặt trời Hình 4.1: Công suất phản kháng Hình 4.2: Sơ đồ nối điện điển hình khi có hệ thống NLMT. Hình 4.3: Đồ thị P-Q tại điểm giao nhận khi có Solar Hình 4.4: Đồ thị P-Q tại điểm giao nhận khi sau khi phát Q thêm từ hệ Solar Hình 4.5: Đồ thị P-Q tại điểm giao nhận khi sau khi phát Q thêm từ hệ khác Hình 4.6 Tụ điện cố định và bộ điều chỉnh 10
Die ersten 10 Seiten werden angezeigt. Laden Sie das Dokument herunter, um alles zu sehen.
Kommentare (0)
Noch keine Kommentare. Seien Sie der Erste!