CHƯƠNG 1. Tình hình điện mặt trời hiện nay 1. Tình hình trên thế giới Với tình hình cạn kiệt các nguồn nhiên liệu hóa thạch (nguồn năng lượng tiêu thụ chiếm gần 80% trên thế giới) vì thế đã có những đòi hỏi cho sự tìm kiếm những nguồn năng lượng tái tạo bền vững có thể thay thế. Và trong đó là nguồn điện năng lượng mặt trời, năng lượng mặt trời là một nguồn năng lượng phân bố rộng rãi, bền vững và có thể tái tạo.
Và nhiều người tin rằng điện năng lượng mặt trời có khả năng thay thế nguồn năng lượng hóa thạch trong tương lai gần. Tuy sản lượng tạo ra từ điện mặt trời chỉ khoản 3,6% so với các nguồn sản xuất khác, nhưng nó vẫn có thể khẳng định được vị thế của mình trong các công nghệ năng lượng tái tạo khác, các thiết bị điện mặt trời chiếm gần 31% so với các loại năng lượng tái tạo đã được lắp đặt vào năm 2022 (IRENA, 2023). Với công suất lắp đặt là 1053 GW vào năm 2022 và xếp thứ 2, trước đó là thủy điện với công suất 1392 GW( IRENA, 2023)[1] Hình 1. 1: Tổng công suất lắp đặt từ năm 2013 – 2022 của các châu lục 1 Theo thống kê của IRENA ta có thể thấy được công suất lắp đặt ngày càng đi lên, so với năm 2021 thì ta thấy tăng lên đáng kể, khoản 22% (192GW).
Và 3 nước Trung Quốc, Hoa Kỳ và Nhật bản là 3 quốc gia có công suất lắp đặt cao nhất với sự tăng trưởng lớn mạnh của Trung Quốc Hoa Kỳ và Ấn Độ với mức tăng trưởng lần lượt là 86,1 GW, 17,8GW, và 13,5GW (IRENA, 2023). 1: Xếp hạng tổng công suất điện mặt trời đã được lắp đặt tính đến năm 2022 Xếp hạng Nước Công suất lắp đặt (GW) 1 Trung Quốc 392.5 12 Tây Ban Nha 18. 2: Công suất lắp đặt ĐMT của các châu lục cùng dự đoán cho năm 2030 và 2050 Dựa trên Hình 1.2 cho thấy sự đóng góp công suất lắp đặt của từng lục địa từ năm 2018, và sau đó dựa trên sự phân tích của REmap và Irena. Với tổng lượng lắp đặt từ 2018 là 481GW, và dự đoán vào năm 2030 sẽ tăng lên 6 lần (lên đến 2841 GW) và gần 18 lần vào năm 2050 (hơn 2841 GW) trong đó điện áp mái chiếm 40% và quy mô trang trại điện mặt trời là 60%.
Châu Á sẽ vẫn tiếp tục dẫn đầu thị trường điện mặt trời với khoảng 65% tổng công suất lắp đặt trên toàn thế giới vào năm 2030.Trong đó Trung Quốc vẫn được dự đoán là anh cả trong lĩnh vực. Và đến năm 2050 tuy Châu Á vẫn dẫn đầu với khoản 57% công suất lắp đặt nhưng đã có những sự tăng trưởng đáng kể từ Châu Phi và Nam Mỹ. Tình hình ở Việt Nam Theo dự toán của Bộ Công Thương, hiện nay mước tiêu thụ điện tại Việt Nam đang tăng khoảng 10% trên mỗi năm. Nhưng những nguồn năng lượng chủ yếu trong nước đã gần tới hạn, do đó phụ thuộc rất nhiều vào việc nhập nhiên liệu đốt than và khí.
Cùng với đó là việc khí hậu biến đổi, làm cho các hồ thủy điện thiếu nước để sản xuất điện, cùng với các dự án nhiệt điện không theo tiến độ, đã có những áp lực vô hình cho việc đảm bảo nguồn cung cấp điện. Từ đó cũng tạo động lực và thúc đẩy cho chính phủ chuyển hướng qua các nguồn năng lượng có thể tái tạo, đặc biệt hơn ở đây là năng lượng mặt trời. 3: Sản lượng điện tạo ra từ NLMT vào năm 2022 theo GlobalSolarAtlas Bức xạ mặt trời (GHI) đây là một thước đo trong lĩnh vực điện mặt trời để có thể đo lượng bức xạ mặt trời từ tất cả các hướng trên bề mặt phẳng nằm ngang và nhận ánh sáng. GHI cũng bao gồm cả lượng bức xạ mặt trời trực tiếp và lượng bức xạ nhận được từ phản xạ từ các bề mặt xung quanh.
Đơn vị thường dùng cho GHI là (W/m2) hoặc (kW/m2). Từ các thông số GHI thì ta có thể đánh giá được tiềm năng phát triển các dự án điện mặt trời tại khu vực. 4 Nước ta được tọa lạc ở một khu vực rất thích hợp với việc lắp đặt các dự án năng lượng mặt trời (Hình 1.4 thể hiện lượng bức xạ mặt trời phân bố ở Việt Nam) với những động thái từ việc lắp đặt hệ thống năng lượng mặt trời ngày càng tốt, đã có nhiều dự án ĐMT có công suất đa dạng đã được hoàn thành và đưa vào vận hành. 4: Bản đồ thể hiện mật độ bức xạ ở Việt Nam 5 Và hiện nay thì cũng đã có nhiều khách hàng tư nhân cũng như các chủ đầu tư đã lắp đặt các hệ thống điện mặt trời chủ yếu là ở khu vực Nam Trung Bộ, đặt biệt là 2 thành phố lớn là Bình Thuận và Ninh Thuận nơi tập trung các nhà máy điện mặt trời lớn.
Tuy miền bắc có lượng bức xạ không tốt như các vùng Nam Trung Bộ nhưng vẫn có nhiều khách hàng quyết định lắp đặt hệ thống điện mặt trời và dưới đây là Hình 1.5 thể hiện tiềm năng cho các dự án điện năng lượng mặt trời ở Việt Nam. 5: Tiềm năng phát triển điện mặt trời ở Việt Nam 6 1. Lý do chọn đề tài Điện mặt trời áp mái (Rooftop solar) là hình thức lắp đặt hệ thống năng lượng mặt trời trên mái nhà hay các bề mặt có sẵn của tòa nhà. Hệ thống này tận dụng ánh sáng mặt trời và chuyển đổi nó thành điện năng.
Điện mặt trời áp mái thường được sử dụng để cung cấp điện cho các hộ gia đình, cơ sở thương mại, công nghiệp nhỏ và các tòa nhà văn phòng. Hệ thống điện mặt trời áp mái không chỉ giúp tiết kiệm chi phí sử dụng điện mà còn giúp giảm lượng khí thải carbon, đóng góp vào bảo vệ môi trường. Việc lắp đặt hệ thống điện mặt trời áp mái có thể thực hiện thông qua các biến thể như hệ thống năng lượng mặt trời on-grid (kết nối với lưới điện) hoặc off-grid (không kết nối với lưới điện, sử dụng hệ thống lưu trữ năng lượng). Tuy nhiên vào cuối năm 2020 thì việc ồ ạt lắp đặt hệ thống điện mặt trời đã làm quá tải hệ thống truyền tải điện.
Qua thời gian này thì EVN cũng không có những chính sách cho các nhà đầu tư có thể bán những lượng điện dư thừa lên lưới. Do đó sẽ gây ra lãng phí nguồn năng lượng, vì vậy chúng em lựa chọn đề tài tính toán lựa chọn công suất hệ thống điện mặt trời dựa trên tải tiêu thụ tại nhà máy sữa Vinamilk ở Lâm Đồng. Để có thể tối ưu lượng điện tạo ra để tránh gây lãng phí và tạo ra hệ thống có kinh tế hiệu quả với chủ đầu tư. Mục tiêu đề tài Mục tiêu chúng em đề ra ở nghiên cứu này là thiết kế lắp đặt cho hệ thống điện mặt trời ở trang trại, dự toán chi phí cho việc lắp đặt hệ thống, cùng với đó là những phương án giúp tối ưu hệ thống hơn.
Từ đó cho chủ đầu tư thấy được tiềm năng của dự án. Nội dung nghiên cứu Tìm hiểu thông tin cơ bản về NLMT Tìm hiểu và đánh giá kinh tế của dự án ĐMT. Từ kết quả mô phỏng Homer Pro có thể cho ta biết về công suất lắp đặt, và đánh giá hệ thống về tính kinh tế. Dự toán sản lượng bằng phần mềm PVsyst.
Thiết kế lắp đặt bằng phần mềm Auto Cad, Sketchup. Tính toán, lựa chọn thiết bị cho dự án. Giới hạn đề tài Đề tài nghiên cứu của chúng em sẽ không phân tích và nghiên cứu sâu về vấn đề kết nối kỹ thuật, hay hệ thống điện chi tiết hoặc cấu tạo phần chịu lực. Và chỉ dừng lại ở việc đánh giá tính khả thi của việc thiết kế dự án sao cho hiệu suất hệ thống được tối ưu nhất.
Và đối với phần kinh tế, chúng em không đi sâu về thị trường và dừng lại ở việc tính toán chi phí cho dự án, và cho thấy được tiềm năng việc thu hồi vốn. Các hệ thống điện năng lượng mặt trời 2. Hệ độc lập (off grid solar system) Hình 2. 1: Hệ độc lập Định nghĩa cho hệ độc lập là hệ thống không hòa cùng lưới điện quốc gia, và nó sẽ cung cấp điện cho hầu hết các thiết điện trong nhà, trang trại, xà lang, tàu bè, biển đảo,.
hoặc những nơi không có lưới điện. Thông qua các tấm PV, hệ thống này chuyển đổi năng lượng mặt trời thành nguồn điện DC, từ đó có thể lưu trữ vào pin và được chuyển thành nguồn điện AC thông qua một bộ biến tần để sử dụng các thiết bị tải trong nhà. Khi lượng điện được sinh ra nhiều hơn so với mức tiêu thụ thì phần điện dư thừa sẽ chuyển sang sạc hệ thống lưu trữ (ắc quy). Vào ban đêm, khi không có ánh sáng mặt trời, dòng điện 1 chiều được lưu trữ trong ắc quy sẽ được bộ inverter tạo thành dòng điện xoay chiều để cấp nguồn cho tải tiêu thụ.
Hệ hòa lưới (on grid solar system) Hình 2. 2: Hệ hòa lưới Hệ thống điện mặt trời hòa lưới là hệ thống hoạt động song song cùng lưới điện quốc gia và cũng đóng vai trò cung cấp điện cho tải sử dụng. Để tối ưu lượng điện mặt trời được sản xuất giúp mình tiết kiệm hơn. Các trường hợp hoạt động của hệ thống hòa lưới: Trường hợp 1: Khi lượng điện từ hệ thống được tạo ra nhiều hơn so với tải tiêu thụ, thì lượng điện tạo ra từ hệ thống sẽ cung cấp 100% cho tải tiêu thụ, và phần dư sẽ hòa vào lưới điện và ta sẽ có thể bán lượng điện dư bằng đồng hồ 2 chiều.
Tuy nhiên hiện nay đã dừng các chính sách mua bán điện lên lưới vì thế ta cần phải lắp các thiết bị chống phá ngược để đảm bảo lượng điện dư sẽ không phát lên lưới. Trường hợp 2: Khi tải tiêu thụ sử dụng nhiều hơn so với lượng điện được tạo ra từ hệ thống, thì lượng điện thiếu sẽ được cung cấp từ lưới điện. Trường hợp 3: Với tính năng chống phát ngược (Anti – Islanding) thì khi cúp điện, hệ thống ĐMT sẽ không hoạt động. Nhằm giúp bảo vệ các thiết bị điện đang được sử dụng và cũng có thể đảm bảo lưới điện được an toàn Trường hợp 4: Lượng điện tiêu thụ vào ban đêm sẽ hoàn toàn được cung cấp từ điện lưới vì không có lượng điện được tạo ra từ hệ thống ĐMT.
Hệ hòa lưới có lưu trữ Hình 2.