CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỆN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI ÁP MÁI NỐI LƯỚI 1. Khái quát về nguồn năng lượng mặt trời 1. Khái niệm về nguồn năng lượng mặt trời Năng lượng mặt trời bao gồm bức xạ ánh sáng và năng lượng nhiệt từ mặt trời được con người khai thác, lưu trữ và chuyển đổi thành điện năng thông qua tấm pin năng lượng mặt trời (PV Panel). Đây được xem như là nguồn năng lượng sạch vô tận được thiên nhiên ban tặng cho loài người.
Năng lượng mặt trời gần như không có ảnh hưởng tiêu cực đến môi trường, là một nguồn nguyên liệu sạch, thân thiện, góp phần bảo vệ môi trường và giảm thiểu hiệu ứng nhà kính. Sử dụng năng lượng mặt trời Trong phạm vi của luận văn này, tác giả chỉ quan tâm đến phương pháp sử dụng các thiết bị để thu bức xạ từ ánh sáng mặt trời từ đó chuyển đổi thành điện năng cung cấp cho các thiết bị điện xoay chiều hoặc phát ra hệ thống lưới điện phân phối. Năng lượng mặt trời được chuyển thành điện năng thông qua hệ thống quang điện hay hiểu đơn giản là tấm pin năng lượng mặt trời (PV) thường được gắn trên mái nhà hoặc trên mặt đất, hay bất cứ nơi nào có ánh sáng mặt trời. Các hệ thống quang điện có kích cỡ khác nhau tùy vào mục đích sử dụng, cung cấp điện cho một phần ngôi nhà hay nhiều ngôi nhà, dây chuyền sản xuất, nhà máy,.
Các thành phần cần có của một hệ thống quang điện để chuyển hóa quang năng thành điện năng: + Tấm pin năng lượng mặt trời: Thường được lắp đặt trên mái nhà hoặc sân, những nơi nhận được nhiều ánh sáng. Đây là bộ phận chính để chuyển đổi tia nắng thành điện. Tấm pin sẽ hấp thu quang năng và chuyển đổi thành năng lượng điện một chiều DC thông qua các tế bào quang điện. Tấm pin năng lượng mặt trời + Biến tần: Chuyển đổi dòng điện một chiều DC thành dòng điện xoay chiều AC.
Bộ biến tần (Inverter) + Thiết bị lưu trử và ổn định điện năng từ năng lượng mặt trời: Để lưu trử năng lượng điện do tấm pin quang điện thu được, người ta thường sử dụng các hệ thống lưu trữ. Phổ biến nhất hiện nay là ắc quy do giá thành rẻ, dễ lắp đặt, thay thế. Ắc quy Vì thời gian nghiên cứu có hạn, do đó tác giả chỉ tập trung vào các hệ thống điện năng lượng mặt trời áp mái nối lưới. Do vậy, cụm từ “hệ thống điện mặt trời” trong phạm vi luận văn này được hiểu là hệ thống điện mặt trời mái nhà nối lưới.
Tình hình phát triển của hệ thống điện mặt trời 1. Tình hình phát triển của hệ thống điện mặt trời từ 2018 đến nay Từ năm 2017 trở về trước, do giá thành thiết bị cũng như sự hiểu biết của các đơn vị còn chưa cao cộng với đó là việc chưa ra đời các chính sách hỗ trợ cụ thể cho các chủ đầu tư hệ thống điện mặt trời. Do vậy, các hệ thống điện mặt trời nối lưới trên lãnh thổ Việt Nam nói chung, cũng như tỉnh Bình Định nói riêng là không đáng kể. Dấu mốc quan trọng cho sự phát triển của các hệ thống điện mặt trời là quyết định số 11/2017/QĐ-TTg [2] của Thủ tướng Chính Phủ về cơ chế khuyến khích phát triển điện mặt trời ở Việt Nam.
Đây được xem là cơ sở pháp lý đầu tiên, đánh dấu cho sự phát triển mạnh mẽ của các hệ thống điện mặt trời nối lưới sau này. Các chủ đầu tư trên địa bàn tỉnh Bình Định cũng không nằm ngoài xu thế đó. Theo số liệu thống kê, đến cuối tháng 3/2020 trên địa bàn tỉnh Bình Định đã có 565 khách hàng lắp đặt điện mặt trời áp mái với tổng công suất lắp đặt là 3.638,52 kWp, sản lượng phát lên lưới ước đạt 1. Tiềm năng phát triển năng lượng mặt trời 1.1 Tiềm năng phát triển điện năng lượng mặt trời ở Việt Nam Trung bình, tổng bức xạ năng lượng mặt trời ở Việt Nam vào khoảng 5kW/h/m2/ngày ở các tỉnh miền Trung và miền Nam, và vào khoảng 4kW/h/m2/ngày ở các tỉnh miền Bắc.
Từ dưới vĩ tuyến 17, bức xạ mặt trời không chỉ nhiều mà còn rất ổn định trong suốt thời gian của năm, giảm khoảng 20% từ mùa khô sang mùa mưa. Số giờ nắng trong năm ở miền Bắc vào khoảng 1500 –1700 giờ trong khi ở miền Trung và miền Nam Việt Nam, con số này vào khoảng 2000 – 2600 giờ mỗi năm. Theo nghiên cứu khảo sát lượng bức xạ mặt trời []: Các tỉnh ở phía Bắc (từ Thừa Thiên – Huế trở ra) bình quân trong năm có chừng 1800 – 2100 giờ nắng. Trong đó, các vùng Tây Bắc (Lai Châu, Sơn La, Lào Cai) và vùng Bắc Trung Bộ (Thanh Hóa, Nghệ An, Hà Tĩnh) được xem là những vùng có nắng nhiều.
7 Các tỉnh ở phía Nam (từ Đà Nẵng trở vào), bình quân có khoảng 2000 – 2600 giờ nắng, lượng bức xạ mặt trời tăng 20% so với các tỉnh phía Bắc. Ở vùng này, mặt trời chiếu gần như quanh năm, kể cả vào mùa mưa. Do đó, đối với các địa phương ở Nam Trung bộ và Nam bộ, nguồn bức xạ mặt trời là một nguồn tài nguyên to lớn để khai thác sử dụng. Việt Nam có nguồn năng lượng mặt trời dồi dào cường độ bức xạ mặt trời trung bình ngày trong năm ở phía bắc là 3,69 kWh/m2 và phía nam là 5,9 kWh/m2.
Lượng bức xạ mặt trời tùy thuộc vào lượng mây và tầng khí quyển của từng địa phương, giữa các địa phương ở nước ta có sự chênh lệch đáng kể về bức xạ mặt trời. Cường độ bức xạ ở phía Nam thường cao hơn phía Bắc. Bản đồ bức xạ Việt Nam Trong đó: + Cường độ bức xạ vùng Tây Bắc – Nhiều nắng vào các tháng 8. Thời gian có nắng dài nhất vào các tháng 4; 5 và 9; 10.
Các tháng 6; 7 rất hiếm nắng, mây và mưa rất nhiều. Lượng tổng xạ 8 trung bình ngày lớn nhất vào khoảng 5,234 kWh/m2 ngày và trung bình trong năm là 3,489 kWh/m2/ngày. – Vùng núi cao khoảng 1500m trở nên thường ít nắng. Mây phủ và mưa nhiều, nhất là vào khoảng tháng 6 đến tháng 1.
Cường độ bức xạ trung bình thấp (< 3,489 kWh/m2/ ngày). + Cường độ bức xạ vùng Bắc Bộ và Bắc Trung Bộ – Ở Bắc Bộ, nắng nhiều vào tháng 5. Còn ở Bắc Trung bộ càng đi sâu về phía Nam thời gian nắng lại càng sớm, nhiều vào tháng 4. – Tổng bức xạ trung bình cao nhất ở Bắc Bộ khoảng từ thàng 5, ở Bắc Trung Bộ từ tháng 4.
Số giờ nắng trung bình thấp nhất là trong tháng 2; 3 khoảng 2h/ngày, nhiều nhất vào tháng 5 với khoảng 6 – 7h/ngày và duy trì ở mức cao từ tháng 7. + Cường độ bức xạ vùng Trung Bộ – Từ Quảng Trị đến Tuy Hòa, thời gian nắng nhiều nhất vào các tháng giữa năm với khoảng 8 – 10h/ngày. Trung bình từ tháng 3 đến tháng 9, thời gian nắng từ 5 – 6 h/ngày với lượng tổng xạ trung bình trên 3,489 kWh/m2/ngày (có ngày đạt 5,815 kWh/m2/ngày). + Cường độ bức xạ vùng phía Nam – Ở vùng này, quanh năm dồi dào nắng.
Trong các tháng 1; 3; 4 thường có nắng từ 7h sáng đến 17h. Cường độ bức xạ trung bình thường lớn hơn 3,489 kWh/m2/ngày. Đặc biệt là các khu vực Nha Trang, cường độ bức xạ lớn hơn 5,815 kWh/m2/ngày trong thời gian 8 tháng/năm. Tóm lại, Việt Nam là nước có tiềm năng về năng lượng mặt trời, trải dài từ vĩ độ 8’’ Bắc đến 23’’ Bắc, nằm trong khu vực có cường độ bức xạ mặt trời tương đối cao, với trị số tổng xạ khá lớn từ 100 – 175 kcal/cm2.năm, do đó việc sử dụng NLMT ở nước ta sẽ đem lại hiệu quả kinh tế lớn.
Giải pháp sử dụng năng lượng mặt trời hiện đang được cho là giải pháp tối ưu nhất. Đây là nguồn năng lượng sạch, không gây ô nhiễm môi trường và có trữ lượng vô cùng lớn do tính tái tạo cao. Đồng thời, phát triển ngành công nghiệp sản xuất pin mặt trời sẽ góp phần thay thế các nguồn năng lượng hóa thạch, giảm phát khí thải 9 nhà kính, bảo vệ môi trường. Vì thế, đây được coi là nguồn năng lượng quý giá, có thể thay thế những dạng năng lượng truyền thống đang ngày càng cạn kiệt.
Từ lâu, nhiều nơi trên thế giới đã sử dụng năng lượng mặt trời như một giải pháp thay thế những nguồn tài nguyên truyền thống. Tiềm năng phát triển điện năng lượng mặt trời tại tỉnh Bình Định Bình Định là tỉnh duyên hải Nam Trung bộ, nằm trong vùng kinh tế trọng điểm miền Trung. Lãnh thổ của tỉnh trải dài 110 km theo hướng Bắc – Nam, diện tích tự nhiên: 6.071,3 km², diện tích vùng lãnh hải: 36. Phía Bắc giáp tỉnh Quảng Ngãi, điểm cực Bắc có tọa độ: 14°42'10 Bắc, 108°55'4 Đông.
Năm 2018, Bình Định là đơn vị hành chính Việt Nam đông thứ 17 về số dân, xếp thứ 25 về Tổng sản phẩm trên địa bàn (GRDP), xếp thứ 28 về GRDP bình quân đầu người, đứng thứ 43 về tốc độ tăng trưởng GRDP.800 người dân, GRDP đạt 74.729 tỉ Đồng (tương ứng với 3,2460 tỉ USD), GRDP bình quân đầu người đạt 48,69 triệu đồng (tương ứng với 2.115 USD), tốc độ tăng trưởng GRDP đạt 7,32%.1 : Số liệu về bức xạ mặt trời tại Việt Nam Giờ nắng Cường độ BXMT Vùng Ứng dụng trong năm (kWh/m2, ngày) Đông Bắc 1600 – 1750 3,3 – 4,1 Trung bình Tây Bắc 1750 – 1800 4,1 – 4,9 Trung bình Bắc Trung Bộ 1700 – 2000 4,6 – 5,2 Tốt Tây Nguyên và Nam 2000 – 2600 4,9 – 5,7 Rất tốt Trung Bộ Nam Bộ 2200 – 2500 4,3 – 4,9 Rất tốt Trung bình cả nước 1700 – 2500 4,6 Tốt Dựa vào bảng 1.1 có thể thấy rằng, tỉnh Bình Định nằm trong khu vực có lượng bức xạ trung bình là 5.3 kWh/m2/ngày cao hơn mức bình quân chung của cả nước là 3 – 5 kWh/m2/ ngày, số giờ nắng trung bình là 7 giờ/ngày. 10 Trừ những ngày có mưa rào, có thể nói trên 90% số ngày trong năm đều có thể sử dụng năng lượng mặt trời cho sinh hoạt. Số giờ nắng trung bình cả năm trong khoảng 2000 đến 2600 giờ. Vì vậy, tiềm năng đối với năng lượng mặt trời của tỉnh Bình Định là rất lớn.
Trong thời gian qua, trên địa bàn tỉnh đã có một số nhà đầu tư thực hiện đầu tư nhà máy điện mặt trời có công suất lớn như: nhà máy điện mặt trời Fujiwara Bình Định công suất đặt 50MW, nhà máy điện mặt trời Cát Hiệp công suất đặt 50MW.