CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU 1. Lý do chọn đề tài Hiện nay nguồn năng lượng từ Mặt Trời ngày càng phát triển mạnh bởi vì nó được xem là nguồn năng lượng tái tạo có nhiều ưu điểm nhưng không phát sinh nhiều chi phí nhiên liệu, không gây ô nhiễm môi trường, đòi hỏi bảo trì ít, không lo bị cạn kiệt và không phát ra tiếng ồn so với các nguồn năng lượng khác. Pin mặt trời là giải pháp năng lượng sạch thay thế phổ biến hiện nay. Các thiết bị chạy bằng năng lượng mặt trời, ví dụ pin sạc, bình nước nóng, quạt, pin dự phòng đã trở nên quen thuộc với người dân trên thế giới.
Với đề tài “Thiết Kế, Thi Công Mô Hình Trạm Sạc Năng Lượng Mặt Trời” chúng tôi nghiên cứu, mô phỏng, tính toán công suất, lựa chọn thiết bị cho một trạm sạc đáp ứng nhu cầu thực tế và một mô hình trạm sạc. Mục tiêu nghiên cứu Thiết kế thi công mạch sạc MPPT để khai khác năng lượng mặt trời tối ưu. Thực hiện đề tài này góp phần thúc đẩy việc nghiên cứu và sử dụng Năng Lượng Mặt Trời để sạc điện cho các thiết bị điện khác nhau. Mô phỏng hoạt động hệ thống pin năng lượng mặt trời trên phần mềm PV*SOL Premium 2020 chuyên dụng.
Phương pháp nghiên cứu Mô phỏng. Đọc, tổng hợp phân tích tài liệu. Thi công phần cứng. Những lợi ích về phát triển xã hội và bảo vệ môi trường Đây là đề tài nghiên cứu và thiết kế ra những thiết bị sử dụng năng lượng mặt trời để chuyển đổi thành điện năng.
Do đó, đề tài này sẽ có những lợi ích về các lĩnh vực phát triển xã hội và bảo vệ môi trường. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Đối tượng: Trạm sạc năng lượng mặt trời, hệ thống năng lượng mặt trời. Phạm vi nghiên cứu: - Thiết kế, tính toán trạm sạc năng lượng mặt trời. - Thi công mô hình trạm sạc điện năng lượng mặt trời.
- Mô phỏng trạm sạc trên phần mềm PV*SOL Premium 2020. 2 CHƯƠNG II: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU 2. Bức xạ mặt trời Có 2 loại bức xạ mặt trời: bức xạ mặt trời đến bên ngoài bầu khí quyển và bức xạ mặt trời đến trên mặt đất. Nguồn gốc năng lượng mặt trời: Năng lượng mặt trời có vai trò quan trọng đối với sự tồn tại và tồn tại và phát triển của các yến tố sự sống trên trái đất.1: Bản đồ chiếu xạ trực tiếp mặt trời của Việt Nam 3 Hình 2.2: Bản đồ bức xạ mặt trời của thế giới 2.
Giới thiệu về tiềm năng về năng lượng mặt trời ở Việt Nam. Tiềm năng điện mặt trời tại Việt Nam - Năng lượng mặt trời (NLMT): Nước ta có nguồn NLMT khá dồi dào: + Vùng Đông Bắc: thấp nhất, mật độ 250 ÷ 400 cal/cm2.ngày; số giờ nắng 1600 – 1900 giờ/ngày. + Vùng Tây Bắc và Bắc Trung Bộ: trung bình so với cả nước; mật độ 300 – 500 cal/cm2. + Từ Đà Nẵng trở vào: cao, phân bố tương đối đồng đều trong cả năm; 350 – 510 cal/cm2.1: Số liệu về bức xạ năng lượng mặt trời ở Việt nam Vùng Giờ nắng trong Bứcxạ Ứng dụng năm (Kcal/cm2/năm) 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 và 2000 - 2600 150 - 175 Rất tốt Nam Trung Bộ Nam Bộ 2200 - 2500 130 - 150 Rất tốt Trung bình cả 1700 - 2500 100 - 175 Tốt nước So với thế giới Việt Nam có nguồn Năng Lượng Mặt Trời loại cao.
Tiềm năng năng lượng mặt trời được đánh giá cao khi Việt Nam là quốc gia có thời gian nắng nhiều trong năm với cường độ bức xạ lớn ở các khu vực miền Trung, miền Nam. Các tỉnh Tây Bắc (Lai Châu và Sơn La) số giờ nắng trong năm khoảng 1897 - 2102 giờ/năm. Các tỉnh phía Bắc còn lại và một số tỉnh từ Thanh Hóa đến Quảng Bình khoảng 1400 - 1700 giờ/năm. Các tỉnh từ Huế vào miền Nam khoảng 1900 - 2700 giờ/năm.
Theo đánh giá, những vùng có số giờ nắng từ 1.800 giờ/năm trở lên thì được coi là có tiềm năng để khai thác sử dụng. Đối với Việt Nam, thì tiêu chí này phù hợp với nhiều vùng, nhất là các tỉnh phía Nam. Theo EVN, tính đến giữa tháng 4/2019, toàn hệ thống điện chỉ có 4 nhà máy điện mặt trời với tổng công suất chưa tới 150 MW. Chỉ trong vòng hơn 2 tháng, đến 30/6/2019 đã có trên 4.464 MW điện mặt trời đã hòa lưới, trong số đó có 72 nhà máy điện mặt trời thuộc quyền điều khiển của Trung tâm Điều độ hệ thống điện quốc gia (A0) với tổng công suất 4.189 MW và 10 nhà máy điện thuộc quyền điều khiển của các Trung tâm điều độ miền với tổng công suất 275 MW.
Như vậy, nguồn điện mặt trời đã chiếm tỷ lệ 8,28% công suất đặt của hệ thống điện Việt Nam. 5 Dự kiến, từ nay đến cuối năm 2019, A0 sẽ tiếp tục đóng điện đưa vào vận hành thêm 13 nhà máy điện mặt trời, với tổng công suất 630 MW, nâng tổng số nhà máy điện mặt trời trong toàn hệ thống lên 95 nhà máy. Đây là sự bổ sung quý giá đối với hệ thống trong điều kiện nguồn điện đang khó khăn, tuy nhiên một số lượng lớn các nhà máy điện mặt trời đi vào vận hành trong thời gian ngắn đã và đang gây không ít khó khăn, thách thức cho công tác vận hành hệ thống điện. Nguyên nhân là do tính chất bất định, phụ thuộc vào thời tiết của loại hình nguồn điện này.
Bên cạnh đó, việc phát triển nóng và ồ ạt các dự án điện mặt trời tập trung tại một số tỉnh như Ninh Thuận, Bình Thuận, Đắk Lắk đã gây ra hiện tượng quá tải lưới 110 kV, 220 kV tại các khu vực trên. Các đề tài nghiên cứu trong nước Lĩnh vực thiết kế thi công mạch sạc điện năng lượng mặt trời được nhiều tác giả nghiên cứu. Trong đó có tiêu biểu các công trình sau: [1] Đề tài “Nghiên Cứu Thuật Toán Điều Khiển Sạc Tối Ưu Của Hệ Thống Pin Năng Lượng Mặt Trời” của Huỳnh Lâm Ngọc Tâm, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. HCM năm 2013 [2] Đề tài “Tính Toán Thiết Kế Hệ Thống Năng Lượng Mặt Trời Sử Dụng Cho Trạm Sạc Xe Điện” của Nguyễn Hữu Như Danh, Trường Đại học Bách Khoa Đà Nẵng năm 2017.
[3] Đề tài “Xe năng lượng mặt trời công suất nhỏ phục vụ giải trí ở Việt Nam” của Nguyễn Hữu Hường, Nguyễn Lê Duy Khải, Nguyễn Trọng Trí, Trường Đại học Bách khoa, ĐHQG-HCM năm 2013. [4] Đề tài “So sánh hai thuật toán INC và P&O trong điều khiển bám điểm công suất cực đại của hệ thống pin mặt trời cấp điện độc lập” của Nguyễn Viết Ngư, Lê Thị Minh Tâm, Trần Thị Thường, Nguyễn Xuân Trường, Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Hưng Yên. [5] Tại Việt Nam, trạm năng lượng mặt trời công cộng dường như chưa xuất hiện. Tuy nhiên trường Đại học quốc tế RMIT cơ sở Nam Sài Gòn là ngôi trường đầu tiên cho lắp đặt trạm năng lượng mặt trời công cộng để tận dụng nguồn tài nguyên "trời phú", đồng thời nhằm khiến ngôi trường trở nên thân thiện với môi trường hơn.
Đề xuất mô hình nghiên cứu Trong đề tài này nhóm chúng tôi thực hiện mạch sạc gồm các tính năng sau: 6 - Điều khiển việc sạc acquy từ nguồn điện sinh ra từ pin mặt trời. - Từ acquy có thể sạc được cho các thiết bị khác. Maximum Power Point Tracking (MPPT) MPPT (Maximum Power Point Tracking) là một thuật toán mà bộ điều khiển sạc sử dụng giúp cho các tấm pin mặt trời kết nối vào nó nhằm hấp thụ tối đa năng lượng mặt trời. Khi tia nắng mặt trời thay đổi thì điểm MPP của tấm pin sẽ thay đổi theo, khi đó hiệu suất của tấm pin sẽ bị thay đổi.
Lúc này thì bộ điều khiển sạc phát huy tác dụng. Bộ điều khiển sạc sẽ điều chỉnh sao cho mối quan hệ V-I luôn ở mức cực đại, ép tấm pin phải làm việc tại điểm công suất tối đa của tấm pin phù hợp với mọi điều kiện mà nó có thể đạt được. Công suất đầu ra của một tế bào quang điện liên quan đến điện áp hoạt động của bộ điều khiển sạc MPPT. Chỉ khi được vận hành ở điện áp phù hợp nhất, công suất đầu ra của nó sẽ có giá trị cực đại duy nhất.
So sánh Bộ Solar Charger Controller loại PWM và loại bộ Solar Charger Controller MPPT Nhiệm vụ cơ bản nhất của bộ điều khiển Charge là điều chỉnh điện áp ra của PV Panel thành điện áp thích hợp để nạp cho acquy. Để làm điều này, trước đây người ta dung nguyên tắc PWM (điều rộng xung) và sau này là MPPT (làm việc ở điểm công suất lớn nhất).3: Nguyên tắc PWM 7 Nguyên tắc PWM thường được dùng trong các mạch ổn áp, nếu PV Panel có điện áp 17V trong khi điện áp charge cho acquy chỉ có 13.6V, người ta sẽ sử dụng 1 mạch transistor để đóng cắt liên tục làm nó chỉ cấp điện trong 80% thời gian (17V * 80% = 13. Có thể hiểu được điều này khi xem hình vẽ trên. Tuy nhiên phương pháp PWM trên có một nhược điểm quá lớn: nó phung phí 20% năng lượng của PV Panel trong trường hợp trên.
Và dễ thấy rằng nếu dùng bộ Charger Controller loại PWM cho các PV Panel có điện thế cao hơn 17V thì mức độ phung phí càng tăng nhiều. Trong tình hình giá thành PV Panel hiện nay còn cao, các Solar Charger Controller PWM hiện nay ít được sử dụng. Các Solar Charger Controller hiện nay thường dùng phương pháp MPPT. Phương pháp này thoát ra khỏi quan niệm điều áp cũ kỹ của PWM để đưa vào quan điểm khác: làm sao sử dụng tối ưu hiệu suất của PV Panel.
Do vậy nó khá phức tạp và tốn kém. Nguyên tắc của nó là dùng các mạch vi- xử-lý để theo dỏi điểm làm việc có công suất cực đại của PV Panel, ép PV Panel luôn làm việc ở điểm này để lấy tối đa năng lượng của PV Panel (điểm MPP của PV panel cũng luôn thay đổi do ánh nắng thay đổi). Sau đó đưa năng lượng này sang 1 mạch Charge bình Ac quy, vì mạch này độc lập nên có thể thiết kế có nhiều chế độ Charge, tối ưu hóa việc nạp bình về thời gian nạp và cách nạp để kéo dài tuổi thọ bình. Một ưu điểm khác là vào ban đêm, khi điện áp của PV Panel bằng không, năng lượng được dự trữ ở Acquy có điện thế lớn có khuynh hướng chạy ngược về Panel thì nó cách ly ra chúng ra hoàn toàn, vừa bảo vệ PV Panel vừa bảo vệ năng lượng dự trữ ở bình.