Nghiên cứu ứng dụng năng lượng mặt trời và thủy điện nhỏ cho vùng xa lưới điện

LỜI CAM ĐOAN

LỜI CẢM TẠ

TÓM TẮT

ABSTRACT

1. MỞ ĐẦU: GIỚI THIỆU CHUNG

1.1. Mục tiêu và nhiệm vụ

1.2. Phương pháp nghiên cứu

1.3. Giới hạn đề tài

1.4. Điểm mới của luận văn

1.5. Tính cấp thiết, ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận văn

1.6. Phạm vi ứng dụng

1.7. Bố cục của luận văn

2. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN PIN MẶT TRỜI KẾT HỢP THỦY ĐIỆN NHỎ

2.1. Tình hình phát triển pin mặt trời kết hợp thủy điện nhỏ trong nước

2.2. Tình hình phát triển pin mặt trời trên thế giới

2.3. Ưu điểm của Trạm pin mặt trời kết hợp thủy điện nhỏ

2.4. Nhược điểm của Trạm pin mặt trời kết hợp thủy điện nhỏ

3. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

3.1. Giới thiệu về pin năng lượng mặt trời

3.2. Cấu tạo pin mặt trời

3.3. Nguyên lý hoạt động của pin mặt trời

3.4. Tính công suất dàn pin mặt trời Wp

3.5. Tính số modun mắc song song và nối tiếp

3.6. Dung lượng của bộ acquy tính theo ampe-giờ (Ah)

3.7. Các bộ biến đổi bán dẫn trong hệ thống pin mặt trời làm việc độc lập

3.7.1. Bộ biến đổi DC/DC

3.7.2. Các cách điều khiển bộ biến đổi DC/DC

3.7.3. Bộ biến đổi DC/AC

3.8. Phương pháp dò tìm điểm làm việc tối ưu MPPT

3.8.1. Giới thiệu chung

3.8.2. Nguyên lý dung hợp tải

3.8.3. Thuật toán xác định điểm làm việc có công suất lớn nhất MPPT

3.9. Phương pháp nhiễu loạn và quan sát P&O

3.10. Phương pháp điều khiển MPPT

3.10.1. Phương pháp điều khiển PI

3.10.2. Phương pháp điều khiển trực tiếp

3.10.3. Phương pháp điều khiển đo trực tiếp tín hiệu ra

3.10.4. Giới hạn của MPPT

3.11. Kết nối hệ thống pin năng lượng mặt trời với lưới điện

3.11.1. Sự cần thiết kết nối hệ thống pin năng lượng mặt trời với lưới điện

3.11.2. Các điều kiện hòa nguồn năng lượng mặt trời với lưới điện

3.11.2.1. Điều kiện về biên độ điện áp

3.11.2.2. Điều kiện về tần số

3.11.2.3. Điều kiện về thứ tự pha

3.11.2.4. Điều kiện về góc lệch pha

3.12. Tổng quan về hệ thống boost điện áp DC

3.12.1. Mô hình mạch Boost PFC 1 nhánh

3.12.2. Sự biến thiên điện áp đầu ra

3.12.3. Sự biến thiên dòng điện trong cuộn dây và chế độ dòng liên tục

3.12.4. Mô hình mạch Boost PFC n nhánh

3.13. Cơ sở lý thuyết hệ thống nghịch lưu

3.13.1. Các phương pháp điều chế

3.14. Giới thiệu hệ thống thủy điện nhỏ

3.14.1. Tiềm năng thủy điện nhỏ

3.14.2. Sơ đồ điện nhà máy thủy điện nhỏ

4. CHƯƠNG 3: GIẢI THUẬT DÒ CÔNG SUẤT CỰC ĐẠI PIN MẶT TRỜI

4.1. Kỹ thuật điều khiển hệ thống Boost điện áp DC

4.2. Giải thuật điều khiển hệ thống Boost điện áp DC

4.3. Kết quả mô phỏng hệ thống Boost DC

4.4. Mô hình và mô phỏng giải thuật P&O

4.5. Mô hình mô phỏng một phần tử pin mặt trời

4.6. Nghiên cứu Solar cell

4.7. Khi điện trở nối tiếp Rs thay đổi

4.8. Khi Is thay đổi

4.9. Khi thay đổi nhiệt độ T

4.10. Phân tích giải thuật P&O

4.11. Mô phỏng giải thuật P&O

5. CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ MÔ PHỎNG

5.1. Giới thiệu Trạm pin mặt trời 100 kW tại Xã Trang tỉnh Gia Lai

5.2. Cấu hình hệ thống

5.3. Thủy điện nhỏ ở Gia Lai

5.4. Lưới điện phân phối (dây phân phối 0,4 KV) và phụ tải

5.5. Mô phỏng hệ thống

6. CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN

6.1. Những kết quả đạt được

6.2. Đóng góp của đề tài

6.3. Hướng phát triển tiếp theo của đề tài

TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Giới thiệu chung

Nghiên cứu ứng dụng năng lượng mặt trời kết hợp với thủy điện nhỏ tại các vùng xa lưới điện là một giải pháp quan trọng nhằm đảm bảo cung cấp điện cho những khu vực chưa được kết nối với hệ thống điện quốc gia. Việc sử dụng năng lượng tái tạo không chỉ giúp giảm thiểu ô nhiễm môi trường mà còn góp phần vào việc phát triển bền vững. Đặc biệt, trong bối cảnh năng lượng xanh ngày càng được ưu tiên, việc kết hợp giữa năng lượng mặt trời và thủy điện nhỏ sẽ tạo ra một hệ thống điện độc lập, có khả năng cung cấp điện liên tục cho các hộ dân. Hệ thống này không chỉ đáp ứng nhu cầu sử dụng điện mà còn giúp nâng cao chất lượng cuộc sống cho người dân ở những vùng xa lưới điện.

1.1. Tính cấp thiết của nghiên cứu

Việt Nam đang đối mặt với tình trạng thiếu hụt điện năng, đặc biệt là ở các vùng sâu, vùng xa. Việc phát triển năng lượng tái tạo như năng lượng mặt trời và thủy điện nhỏ là cần thiết để đảm bảo an ninh năng lượng. Hệ thống điện kết hợp này không chỉ giúp cung cấp điện cho các hộ dân mà còn giảm thiểu sự phụ thuộc vào nguồn năng lượng hóa thạch. Theo nghiên cứu, việc áp dụng công nghệ mới trong lĩnh vực năng lượng sẽ giúp tối ưu hóa hiệu suất và giảm chi phí sản xuất điện. Hơn nữa, việc sử dụng năng lượng sạch sẽ góp phần bảo vệ môi trường và phát triển bền vững.

II. Tổng quan về năng lượng mặt trời và thủy điện nhỏ

Năng lượng mặt trời là nguồn năng lượng vô tận và sạch, có thể được khai thác thông qua các tấm pin quang điện. Thủy điện nhỏ cũng là một nguồn năng lượng tái tạo quan trọng, đặc biệt ở những khu vực có điều kiện địa hình thuận lợi. Việc kết hợp giữa hai nguồn năng lượng này sẽ tạo ra một hệ thống điện hiệu quả, có khả năng cung cấp điện liên tục cho các hộ dân. Hệ thống này có thể hoạt động độc lập hoặc hòa vào lưới điện quốc gia, tùy thuộc vào nhu cầu sử dụng. Việc áp dụng công nghệ mới trong việc quản lý và điều khiển hệ thống sẽ giúp tối ưu hóa hiệu suất và giảm thiểu tổn thất năng lượng. Hơn nữa, việc sử dụng năng lượng tái tạo sẽ giúp giảm thiểu ô nhiễm môi trường và bảo vệ tài nguyên thiên nhiên.

2.1. Tình hình phát triển năng lượng mặt trời và thủy điện nhỏ

Trong những năm gần đây, năng lượng mặt trời và thủy điện nhỏ đã được phát triển mạnh mẽ tại Việt Nam. Nhiều dự án đã được triển khai nhằm khai thác nguồn năng lượng này, đặc biệt là ở các vùng nông thôn và miền núi. Các trạm điện mặt trời kết hợp với thủy điện nhỏ đã chứng minh được tính khả thi và hiệu quả trong việc cung cấp điện cho các hộ dân. Theo thống kê, số lượng các dự án năng lượng tái tạo ngày càng tăng, cho thấy sự quan tâm của chính phủ và các nhà đầu tư đối với lĩnh vực này. Việc phát triển năng lượng xanh không chỉ giúp đảm bảo an ninh năng lượng mà còn góp phần vào việc bảo vệ môi trường.

III. Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu này sử dụng phương pháp mô phỏng và phân tích để đánh giá hiệu quả của hệ thống điện kết hợp giữa năng lượng mặt trời và thủy điện nhỏ. Phần mềm Matlab - Simulink được sử dụng để mô phỏng các thông số kỹ thuật và hiệu suất của hệ thống. Các thông số như công suất, điện áp, và dòng điện được theo dõi và phân tích để xác định điểm công suất cực đại (MPP) của hệ thống. Việc áp dụng thuật toán P&O (Perturb and Observe) giúp tối ưu hóa hiệu suất của hệ thống, đảm bảo cung cấp điện liên tục cho các hộ dân. Kết quả mô phỏng sẽ được so sánh với dữ liệu thực tế để đánh giá tính khả thi và hiệu quả của hệ thống.

3.1. Đánh giá hiệu quả hệ thống

Đánh giá hiệu quả của hệ thống điện kết hợp giữa năng lượng mặt trời và thủy điện nhỏ là một phần quan trọng trong nghiên cứu này. Các chỉ tiêu như độ ổn định của điện áp, công suất đầu ra, và khả năng đáp ứng nhu cầu sử dụng điện sẽ được phân tích. Kết quả từ mô phỏng sẽ cung cấp cái nhìn tổng quan về khả năng hoạt động của hệ thống trong các điều kiện khác nhau. Việc đánh giá này không chỉ giúp xác định tính khả thi của dự án mà còn cung cấp thông tin quý giá cho các nhà đầu tư và các cơ quan quản lý trong việc phát triển các dự án năng lượng tái tạo trong tương lai.

Luận văn thạc sĩ về ứng dụng năng lượng mặt trời và thủy điện nhỏ tại các vùng xa lưới điện