mở đầu cho ngành công nghiệp điện gió Việt Nam. + Đối với điện mặt trời: Các hệ thống phát năng lượng điện mặt trời ở nước ta chưa phát triển được thành nhà máy phát điện. Tuy nhiên cũng đã có một số hệ thống phát điện năng lượng mặt trời công suất nhỏ như hệ thống năng lượng pin mặt trời đặt tại Trường ĐHKTCN Thái nguyên do tổ chức phi chính phủ Singapor tài trợ, mái nhà điện mặt Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.vn 8 trời của TS. Nguyễn Thị Tố thành phố Hồ Chí Minh, bộ pin mặt trời Usolar (thiết bị nhập ngoại từ Hoa Kỳ) … Việc khai thác nguồn năng lượng mặt trời ở nước ta còn nhiêu hạn chế, khai thác và sử dụng năng lượng mặt trời ở nước ta còn đang ở qui mô nhỏ lẻ và tập trung chủ yếu vào việc nghiên cứu, sử dụng trực tiếp năng lượng mặt trời (hệ thống đun nước nóng), các nghiên cứu về hệ thống pin mặt trời và hòa vào lưới điện hầu như chưa có.Nguồn năng lượng từ mặt trời có thể khai thác được ở nhiều nơi, ngay cả trong trung tâm các thành phố.
Có nhiều hướng khai thác năng lượng mặt trời phục vụ cho sinh hoạt con người, trong đó xu hướng biến đổi năng lượng mặt trời thành điện năng chiếm xu thế chủ đạo. Năng lƣợng mặt trời [1, 7, 8] Năng lượng mặt trời thu được trên trái đất là năng lượng của dòng bức xạ điện từ xuất phát từ mặt trời đến Trái đất. Mặt trời là quả cầu lửa khổng lồ, trong lòng nó diễn ra phản ứng nhiệt hạch với nhiệt độ rất cao lên tới hàng triệu 0C. Trái đất sẽ tiếp tục nhận được dòng năng lượng này cho đến khi phản ứng hạt nhân trên mặt trời cạn kiệt, ước chừng của các Nhà khoa học là khoảng 5 tỷ năm nữa.
Như vậy năng lượng mặt trời được coi là như vô tận so với chuẩn mực của đời sống con người. Mặt trời liên tục bức xạ ra không gian xung quanh với mật độ công suất khoảng 1353 W/m2 , đó chính là nguồn gốc của mọi sự sống trên trái đất. Khi xuyên qua khí quyển của trái đất một phần năng lượng mặt trời bị hấp thụ. Kết quả tính toán cho thấy năng lượng mặt trời phân bố trên bề mặt trái đất với mật độ năng lượng trung bình, cứ mỗi mét vuông hàng năm nhận được năng lượng từ mặt trời tương đương với khoảng 1,5 thùng dầu.
Các nghiên cứu của con người đem lại có thể trực tiếp thu lấy năng lượng này thông qua hiệu ứng quang điện, chuyển năng lượng của bức xạ mặt trời (BXMT) thành điện năng (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, ứng dụng cho bình đun nước mặt trời, các nhà máy nhiệt điện Mặt trời, các hệ thống máy điều hòa mặt trời, v. Trường hợp khác, năng lượng của các photon có thể được hấp thụ và chuyển hóa thành năng lượng trong các liên kết hóa học của các phản ứng quang hóa, v. Tiềm năng của năng lƣợng mặt trời trên thế giới: Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.vn 9 Tiềm năng về năng lượng mặt trời của các nước trên thế giới là rất lớn.
Tuy nhiên, phân bố không đều, mạnh nhất ở vùng xích đạo và những khu vực khô hạn, giảm dần về phía hai địa cực. Tiềm năng kinh tế của việc sử dụng năng lượng Mặt trời phụ thuộc vào vị trí địa điểm trên Trái đất, phụ thuộc vào đặc điểm khí hậu, thời tiết cụ thể của vùng miền. Theo số liệu thống kê bức xạ trung bình của một địa điểm trên thế giới vào khoảng 2000 kWh/m2/năm, bảng 1. 2 Bảng tổng hợp tiềm năng của năng lượng Mặt trời Chỉ số chất lượng Công suất có thể Bức xạ Mặt trời Khu vực trung bình DNI khai thác [1000 TWh] [kWh/tháng/năm] [1000 TWh/năm] North America 11,500 2410 1,150 South America 13,500 2330 1,350 Africa/Europe/Asia 73,500 2600 7,350 Pacific 23,000 2950 2,300 Total 121,500 12,150 Tiềm năng của năng lƣợng mặt trời ở Việt Nam: Về mặt vị trí địa lý, Việt Nam được hưởng một nguồn năng lượng mặt trời vô cùng lớn.
Trải dài từ vĩ độ 23023’ Bắc đến 8027’ Bắc, Việt Nam nằm trong khu vực có cường độ bức xạ mặt trời tương đối cao. Trong đó, nhiều nhất phải kể đến thành phố Hồ Chí Minh, tiếp đến là các vùng Tây Bắc (Lai Châu, Sơn La, Lào Cai) và vùng Bắc Trung Bộ (Thanh Hóa, Nghệ An, Hà Tĩnh), bảng 1. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www. 3 Số liệu về bức xạ năng lượng Mặt trời của các vùng ở Việt Nam Vùng Giờ nắng Bức xạ Khả năng trong năm kcal/cm2/năm ứng dụng Đông Bắc 1500-1700 100-125 Thấp Tây Bắc 1750-1900 125-150 Trung bình Bắc Trung Bộ 1700-2000 140-160 Tốt Tây Nguyên, Nam TB 2000-2600 150-175 Rất tốt Nam Bộ 2200-2500 130-150 Rất tốt Trung bình cả nước 1700-2500 100-175 Tốt 1.
Mô hình sử dụng năng lƣợng mặt trời trong hệ thống cung cấp điện Như đã phân tích, đặc điểm chung của các nguồn điện sử dụng năng lượng tái tạo đó là phân tán, công suất nhỏ và đang được hoàn thiện dần về chất lượng điện năng cung cấp. Hiện tại, các nguồn điện điện thuộc dạng này chủ yếu được khai thác dưới các hình thức sau: Mạng điện độc lập, mạng điện có kế nối lưới và dần dần tiến đến trong tương lai gần là mạng điện thông minh. Đối với những vùng sâu vùng xa, nơi mà điện lưới quốc gia không có điều kiện vươn tới, như những khu vực biên giới hải đảo thì việc thiết lập một mạng điện độc lập là giải pháp duy nhất. Trước đây, nguồn cung cấp cho mạng điện độc lập chủ yếu là máy phát điện diesel với công suất từ vài chục đên một vài trăm kW.
Ngày nay, việc sử dụng các nguồn năng lượng tái tạo cho mạng điện độc lập đang được phổ cập. Ví dụ như: hệ pin mặt trời, điện sức gió, điện đại dương, V. Mô hình mạng điện độc lập nguồn năng lượng tái tạo được phát triển đa dạng cả về loại nguồn và cấu trúc sơ đồ, đa dạng về công suất từ nhỏ đến vừa phù hợp cho cắc đối tượng ứng dụng khác nhau, thậm chí dùng riêng cho một phụ tải hay một hộ gia đình. Ví dụ như trên các hình vẽ sau; Sơ đồ trên hình 1.
4 mô tả một mạng điện với nguồn được sử dụng ở đây là dạng pin mặt trời gồm các module kết nối thành hệ nguồn PV Array có điện áp và công suất phù hợp. Pin sản sinh ra điện một chiều qua bộ điều khiển nạp cho ắc quy có dung lượng 3116 Wh/ ngày. Từ ắc quy, một nhánh cấp trực tiếp cho tủ lạnh chạy điện dc, một nhánh khác thông qua biến tần dc/ac cấp cho các tải xoay chiều trong gia đình. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.1: Mô hình điện mặt trời cho hộ gia đình 1.
Định hƣớng nghiên cứu Đề tài tập trung vào việc xây dựng cấu trúc điều khiển và nghiên cứu thiết kế bộ điều khiển nhằm nâng cao chất lượng sử dụng năng lượng mặt trời trong hệ thống điện (có kể đến nối lưới) bằng bộ điều khiển mờ và có so sánh chất lượng điều khiển mờ với bộ điều khiển PID. Kết luận chƣơng Chương 1 đã giải quyết được một số vấn đề sau: - Giới thiệu những vấn đề cơ bản về năng lượng tái tạo. - Phân tích tổng quan về tiềm năng và việc sử dụng năng lượng mặt trời. - Lựa chọn phương pháp điều khiển mờ để điều khiển hệ thống phát điện sử dụng năng lượng mặt trời.
Trên cơ sở các nghiên cứu bước đầu về hệ thống phát điện sử dụng năng lượng mặt trời, trong chương 2 sẽ đi sâu nghiên cứu về cấu trúc điều khiển cho hệ thống phát điện sử dụng năng lượng mặt trời. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.vn 12 CHƢƠNG 2 CẤU TRÚC ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG ĐIỆN MẶT TRỜI NỐI LƢỚI 2. Mô tả hệ thống điện mặt trời nối lƣới 2. Sơ đồ khối hệ thống Hệ thống phát điện sử dụng năng lượng mặt trời (còn gọi là hệ thống phát điện sử dụng năng lượng tái tạo) là một hệ thống cho phép năng lượng khai thác nguồn năng lượng mặt trời thông qua một bộ biến đổi điện tử công suất để biến thành điện xoay chiều 1 pha hoặc 3 pha có tần số 50Hz (hoặc 60Hz) cung cấp trực tiếp cho tải hoặc nối với lưới điện quốc gia hoặc lưới điện khu vực.
Hệ thống này rất linh hoạt trong lắp đặt và sử dụng và là một bộ phận không thể thiếu được của lưới điện thông minh. Trong phạm vi đề tài, chỉ tập trung nghiên cứu hệ thống phát điện sử dụng năng lượng mặt trời biến đổi thành điện xoay chiều nối với lưới điện 1 pha tần số 50Hz. Những kết quả nghiên cứu của hệ thống này cũng dễ dàng áp dụng cho hệ thống 3 pha.1 minh họa một hệ thống phát điện sử dụng năng lượng mặt trời nối lưới một pha [11, 12]: Hình 2.1: Hệ thống phát điện sử dụng năng lượng mặt trời nối lưới Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.vn 13 Từ sơ đồ hệ thống máy phát điện sử dụng năng lượng mặt trời nối lưới ở trên, ta có thể xây dựng được sơ đồ khối như hình 2.2: Tải một chiều Bức xạ mặt trời Điện mặt trời Sửa áp một chiều Tìm điểm công MPP BĐ suất tối đa Tải xoaychiều DC/DC Nhiệt độ MPPT Modul PV DC bus DC/AC Lƣới Hình 2.2: Sơ đồ khối hệ thống phát điện sử dụng năng lượng mặt trời Các khối trong sơ đồ hình 2.2, cụ thể như sau: - Khối Modul quang điện (PV) làm nhiệm vụ biến đổi năng lượng mặt trời thành điện năng một chiều với công suất điện phụ thuộc vào bức xạ mặt trời và nhiệt độ làm việc của pin. - Khối dò điểm công suất tối đa với giải thuật tìm điểm công suất cực đại của modul PV ứng với giá trị xác định của bức xạ mặt trời và nhiệt độ.
- Khối biến đổi một chiều - một chiều (DC-DC) có nhiệm vụ biến đổi điện áp một chiều tương ứng với điểm công suất cực đại thành điện áp một chiều có giá trị phù hợp và ổn định để hòa với điện gió thông qua thanh cái một chiều DC bus. - Bộ biến đổi một chiều – xoay chiều (DC/AC) có nhiệm vụ biến đổi điện áp một chiều ở thanh cái một chiều DC bus thành điện áp xoay chiều có các thông số phù hợp với lưới.