Thiết kế hệ thống điện năng lượng mặt trời ở Công ty Tuntex Sóc Trăng

Đồ án thiết kế hệ thống điện mặt trời hòa lưới bám tải tại Công ty Tuntex Sóc Trăng - ĐH SPKT TP.HCM

• Tác giả: Nguyễn Bình Nguyên
• Người hướng dẫn: ThS. Nguyễn Thành Công
• Trường học: Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Cơ khí động lực
• Đề tài: Thiết kế hệ thống điện năng lượng mặt trời ở Công ty Tuntex Sóc Trăng
• Loại tài liệu: Đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: TP. Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Tổng quan thiết kế hệ thống điện mặt trời hòa lưới Tuntex

Nhu cầu chuyển dịch năng lượng xanh trong ngành may mặc công nghiệp ngày càng tăng cao. Dự án thiết kế hệ thống điện mặt trời hòa lưới tại Công ty Tuntex Sóc Trăng đáp ứng tiêu chuẩn tiết kiệm năng lượng hiện đại. Khu vực Sóc Trăng sở hữu lượng bức xạ mặt trời dồi dào suốt năm. Điều kiện khí hậu này tạo tiền đề thuận lợi cho việc khai thác nguồn điện sạch áp mái. Hệ thống hoạt động theo nguyên lý hòa lưới bám tải trực tiếp vào nguồn điện nội bộ. Khi bức xạ mặt trời chiếu vào bề mặt pin, hiệu ứng quang điện sinh ra dòng điện một chiều. Bộ biến tần nhận dòng điện này và chuyển đổi thành dòng điện xoay chiều tương thích với lưới điện xưởng may. Toàn bộ lượng điện sinh ra được cung cấp ngay cho dây chuyền sản xuất. Giải pháp này giúp cắt giảm áp lực chi phí tiền điện trong giờ cao điểm. Việc lắp đặt trên mái tôn sẵn có giúp tối ưu hóa diện tích mặt bằng doanh nghiệp. Hệ thống bảo đảm vận hành an toàn, liên tục và không làm gián đoạn quy trình dệt may. Đây là mô hình kỹ thuật điển hình cho các nhà máy tại khu vực đồng bằng sông Cửu Long.

1.1. Mục tiêu và phạm vi ứng dụng điện mặt trời áp mái

Mục tiêu trọng tâm của dự án là tự chủ một phần năng lượng cho dây chuyền sản xuất của Công ty Tuntex Sóc Trăng. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào toàn bộ diện tích mái nhà xưởng sản xuất dệt may. Địa điểm này có khả năng tiếp nhận bức xạ tự nhiên rất lớn mỗi ngày. Hệ thống tính toán công suất lắp đặt tối ưu dựa trên nhu cầu phụ tải thực tế của nhà máy. Giải pháp hòa lưới bám tải ngăn chặn việc phát ngược điện lượng dư thừa lên lưới điện quốc gia. Cách tiếp cận này tuân thủ các quy định hiện hành của ngành điện lực Việt Nam. Đồng thời, công trình hướng tới việc đáp ứng các chứng chỉ xanh quốc tế trong chuỗi cung ứng hàng may mặc.

1.2. Nguyên lý vận hành của hệ thống hòa lưới bám tải

Hệ thống hòa lưới bám tải vận hành hoàn toàn tự động thông qua cảm biến đo dòng và bộ điều khiển thông minh. Các chuỗi tấm pin mặt trời hấp thụ ánh sáng và tạo ra dòng điện một chiều DC. Biến tần chuỗi biến đổi dòng DC thành dòng xoay chiều AC ba pha có cùng điện áp và tần số với lưới điện. Thiết bị đo đếm giám sát liên tục lượng điện tiêu thụ của toàn bộ nhà xưởng. Khi phụ tải tăng cao, biến tần phát công suất tối đa để cấp điện cho máy móc. Nếu phụ tải giảm xuống, bộ điều khiển sẽ tự động tiết chế công suất ngõ ra từ các biến tần. Cơ chế này bảo đảm sản lượng điện mặt trời không vượt quá nhu cầu tiêu thụ tức thời.

II. Phân tích phụ tải và kỹ thuật điện mặt trời hòa lưới Tuntex

Quá trình thiết kế đòi hỏi đánh giá tỉ mỉ về hồ sơ tiêu thụ điện năng và kết cấu công trình. Nhà máy may Tuntex Sóc Trăng vận hành nhiều dây chuyền may công nghiệp, hệ thống làm mát và trạm khí nén. Các thiết bị này duy trì mức tiêu thụ điện ổn định trong khung giờ làm việc ban ngày. Dữ liệu đo đếm cho thấy phụ tải ban ngày tương đồng với biểu đồ phát của bức xạ mặt trời. Tuy nhiên, mái tôn nhà xưởng đặt ra bài toán phức tạp về khả năng chịu tải tĩnh và động. Trọng lượng của hàng nghìn tấm pin, cáp dẫn và phụ kiện tạo tải trọng phân bố lên khung vì kèo. Nếu không tính toán cơ học cẩn thận, mái tôn có thể bị biến dạng hoặc võng kết cấu. Ngoài ra, góc nghiêng mái và hướng đón sáng quyết định trực tiếp đến hiệu suất thu quang năng. Hiện tượng bóng đổ từ các ống thông gió và khối nhà liền kề cũng gây tổn hao năng lượng đáng kể. Việc phân tích chính xác các yếu tố cản trở giúp bảo đảm hệ thống vận hành bền vững và an toàn tuyệt đối.

2.1. Đánh giá nhu cầu phụ tải và bức xạ mặt trời tại Sóc Trăng

Dữ liệu đo đạc chỉ ra rằng phụ tải tiêu thụ tại nhà máy may đạt đỉnh điểm vào ban ngày. Khung thời gian từ 8 giờ đến 16 giờ trùng khớp hoàn toàn với chu kỳ bức xạ mặt trời cực đại. Tỉnh Sóc Trăng có cường độ bức xạ trung bình đạt trên 4,8 kWh/m²/ngày với số giờ nắng cao trong năm. Sự trùng khớp này là điều kiện lý tưởng để hệ thống điện mặt trời hấp thụ và bù đắp năng lượng trực tiếp. Tỷ lệ phụ tải nội bộ lớn giúp toàn bộ sản lượng phát ra được tiêu thụ hết tại chỗ mà không bị cắt giảm công suất. Nhờ đó, bài toán kinh tế đạt điểm hòa vốn nhanh và tối ưu hóa hiệu quả vận hành.

2.2. Khảo sát bóng che và khả năng chịu lực của mái tôn xưởng

Mặt bằng mái tôn nhà xưởng Công ty Tuntex đòi hỏi khảo sát kết cấu nghiêm ngặt trước khi lắp ráp. Mô hình 3D trên SketchUp và PVSyst giúp nhận diện các chướng ngại vật gây đổ bóng như ống khói, quả cầu hút gió và góc bờ tường. Những điểm bị bóng che làm sụt giảm điện áp chuỗi pin và gây hiện tượng điểm nóng cục bộ. Bên cạnh đó, tổng khối lượng hàng nghìn tấm quang điện tạo áp lực lớn lên xà gồ đỡ mái. Thay vì làm giàn khung cồng kềnh, giải pháp kỹ thuật là lắp đặt tấm pin trực tiếp lên sóng tôn bằng kẹp chuyên dụng. Phương án này đi kèm việc gia cố các điểm giao xà gồ yếu, bảo đảm mái chịu được sức gió bão cấp cao.

III. Giải pháp thiết kế hệ thống điện mặt trời hòa lưới Tuntex

Giải pháp kỹ thuật lựa chọn cấu hình thiết bị công nghiệp cao cấp nhằm tối đa hóa sản lượng điện. Dự án sử dụng 2.458 tấm pin đơn tinh thể JAM72S20 với công suất danh định 450W mỗi tấm. Tổng công suất lắp đặt của giàn pin đạt xấp xỉ 1.106 kWp. Giàn quang điện được phân chia thành 142 chuỗi pin riêng biệt để phối ghép với biến tần. Cụ thể gồm 93 chuỗi lắp 18 tấm và 49 chuỗi lắp 16 tấm. Hệ thống trang bị 10 bộ biến tần Huawei SUN2000-100KTL-M1 công suất 100 kW mỗi máy. Thiết bị sở hữu dải điện áp MPPT rộng cùng khả năng quản lý thông minh từng chuỗi pin. Dòng điện ngắn mạch và điện áp hở mạch cực đại đều nằm trong ngưỡng an toàn cho phép của biến tần. Toàn bộ dây dẫn DC sử dụng cáp chuyên dụng chống tia cực tím được luồn trong máng mạ kẽm. Hệ thống tiếp địa và chống sét lan truyền được bố trí đồng bộ bảo vệ thiết bị điện tử. Mô hình PVSyst mô phỏng cho thấy hiệu suất chuyển đổi toàn hệ thống đạt mức rất cao.

3.1. Lựa chọn thiết bị tấm pin JAM72S20 và biến tần Huawei

Tấm pin quang điện JA Solar JAM72S20 công suất 450W sử dụng tế bào quang điện đơn tinh thể hiệu suất vượt trội. Công nghệ Half-cell giúp giảm tổn thất nội trở và tăng khả năng thu nhận ánh sáng tán xạ. Biến tần chuỗi Huawei SUN2000-100KTL-M1 được chọn nhờ độ tin cậy vận hành trong môi trường công nghiệp. Thiết bị tích hợp nhiều bộ theo dõi điểm công suất cực đại độc lập. Sự kết hợp này giảm thiểu tối đa hiện tượng lệch pha và suy hao công suất giữa các chuỗi pin khác nhau. Hệ thống giám sát từ xa cho phép theo dõi sản lượng từng nhánh tấm pin qua mạng truyền thông RS485. Nhờ đó, công tác quản lý vận hành diễn ra minh bạch và dễ dàng phát hiện sự cố.

3.2. Cấu hình chuỗi pin và bố trí cơ khí bảo vệ an toàn

Hệ thống gồm 142 chuỗi pin với cách chia 93 chuỗi 18 tấm và 49 chuỗi 16 tấm. Cấu hình này bảo đảm điện áp hoạt động tối đa không vượt quá giới hạn 1.100V của biến tần. Giải pháp cơ khí lắp tấm pin trực tiếp lên mái tôn bằng kẹp nhôm anode hóa chống ăn mòn. Cách lắp này triệt tiêu nhu cầu dựng khung giàn thép nặng nề, giảm tải trọng phân bố trên trần xưởng. Các vị trí xà gồ đỡ chính được gia cố đinh vít và liên kết chịu lực bổ sung. Tuyến cáp dẫn DC gom vào máng cáp kim loại có nắp đậy kín chống chuột và nắng mưa. Hệ thống bảo vệ gồm aptomat ngắt mạch DC, AC cùng van chống sét lan truyền Type II đạt chuẩn công nghiệp.

IV. Hiệu quả ứng dụng hệ thống điện mặt trời hòa lưới Tuntex

Hệ thống điện mặt trời hòa lưới tại Công ty Tuntex Sóc Trăng mang lại giá trị kinh tế và môi trường bền vững. Kết quả tính toán mô phỏng khẳng định công trình cung cấp nguồn điện ổn định cho phân xưởng dệt may. Nhà máy giảm trực tiếp lượng điện năng tiêu thụ từ lưới điện quốc gia trong giờ cao điểm sản xuất. Chi phí vận hành của doanh nghiệp được cắt giảm rõ rệt mỗi tháng. Lợi ích môi trường thể hiện qua việc giảm phát thải hàng nghìn tấn khí carbon dioxide mỗi năm. Điều này hỗ trợ đắc lực cho công ty trong việc đạt các chứng chỉ xanh quốc tế. Khách hàng xuất khẩu ngày nay đánh giá rất cao quy trình sản xuất sạch và bền vững. Mặt khác, hệ thống áp mái còn đóng vai trò cách nhiệt tự nhiên, làm giảm nhiệt độ bên trong xưởng may từ 3 đến 5 độ C. Không gian làm việc trở nên mát mẻ hơn, tạo môi trường thuận lợi cho người lao động. Dự án là mô hình mẫu mực để các doanh nghiệp sản xuất tại khu vực Tây Nam Bộ học tập và nhân rộng.

4.1. Lợi ích kinh tế và tối ưu chi phí tiền điện nhà máy

Hệ thống sản sinh lượng điện tương đương hàng nghìn kilowatt giờ mỗi ngày để cấp cho phụ tải. Việc bù đắp nguồn điện tại chỗ giúp nhà máy cắt giảm đáng kể hóa đơn tiền điện hàng tháng từ điện lực. Đặc biệt, lượng điện mặt trời đạt đỉnh trùng với thời điểm các nhà xưởng hoạt động với công suất tối đa. Điều này giúp doanh nghiệp tránh mua điện giá cao trong các khung giờ cao điểm ban ngày. Thời gian thu hồi vốn của dự án ước tính được rút ngắn đáng kể nhờ chi phí bảo trì thấp và độ bền thiết bị cao. Khoản tiết kiệm tài chính được tái đầu tư vào dây chuyền công nghệ may và cải thiện đời sống công nhân viên.

4.2. Khả năng nhân rộng mô hình tại các khu công nghiệp

Mô hình hòa lưới bám tải áp mái của Công ty Tuntex là tiền đề ứng dụng rộng rãi cho các nhà máy công nghiệp. Giải pháp này phù hợp với định hướng phát triển khu công nghiệp sinh thái và trung hòa carbon. Các doanh nghiệp tận dụng mặt bằng mái sẵn có để tự chủ nguồn năng lượng mà không chiếm dụng đất canh tác. Cơ chế hòa lưới không phát điện dư thừa tháo gỡ triệt để các rào cản kỹ thuật với lưới điện truyền tải địa phương. Khâu thiết kế module hóa linh hoạt cho phép tùy biến mở rộng quy mô theo nhu cầu phụ tải thực tế. Dự án mang lại cơ hội tiếp cận tín dụng xanh và nâng cao uy tín thương hiệu trên trường quốc tế.

Nội dung chính

Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Sự tăng trưởng kinh tế nhanh chóng kéo theo nhu cầu tiêu thụ năng lượng gia tăng mạnh mẽ, dẫn đến nguy cơ cạn kiệt nguồn nhiên liệu hóa thạch và làm gia tăng tình trạng ô nhiễm môi trường. Trước áp lực đó, việc nghiên cứu khai thác các nguồn năng lượng tái tạo, đặc biệt là năng lượng mặt trời, trở thành hướng tiếp cận tất yếu nhằm bổ sung nguồn cung cấp điện sạch và bảo vệ hệ sinh thái. Việt Nam nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới cận xích đạo với số giờ nắng và cường độ bức xạ dồi dào, là điều kiện lý tưởng cho việc triển khai các hệ thống điện quang điện (photovoltaic - PV).

Tại khu vực Tây Nam Bộ, Công ty Cổ phần Tuntex Sóc Trăng tọa lạc tại Lô H, Khu công nghiệp An Nghiệp, Xã An Hiệp, Huyện Châu Thành, Tỉnh Sóc Trăng. Khu vực này có tiềm năng bức xạ lớn với tổng số giờ nắng dao động từ 2.200 đến 2.500 giờ/năm (theo khảo sát chi tiết tại địa điểm đạt 2.300 - 2.600 giờ/năm), bức xạ mặt trời trung bình ngày đạt từ 4,8 kWh/m²/ngày. Tuy nhiên, bối cảnh thực tiễn thời điểm nghiên cứu (tháng 7 năm 2023) ghi nhận cơ chế giá mua điện mặt trời mới (giá FIT 3) của Tập đoàn Điện lực Việt Nam (EVN) vẫn chưa được ban hành. Do đó, các doanh nghiệp lắp đặt hệ thống điện mặt trời mái nhà không thể bán lượng điện dư thừa lên lưới quốc gia. Để giảm chi phí tiền điện phục vụ sản xuất mà vẫn tuân thủ quy định hiện hành, giải pháp lắp đặt hệ thống điện mặt trời hòa lưới bám tải (Zero Export) được tác giả lựa chọn làm đề tài nghiên cứu kỹ thuật.

Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu của đồ án bao gồm:

1. Tìm hiểu nguyên lý vận hành của hệ thống điện năng lượng mặt trời hòa lưới bám tải và ứng dụng thực tiễn trong các cơ sở sản xuất.
2. Khảo sát tiền dự án về mặt bằng và điều kiện khí tượng tại nhà xưởng Công ty Tuntex Sóc Trăng.
3. Tính toán công suất hệ thống dựa trên phụ tải tiêu thụ thực tế và diện tích mặt bằng mái thông qua phần mềm Google Earth.
4. Tính toán, lựa chọn cấu hình các thiết bị chính và phụ trợ: tấm pin PV, bộ biến tần (Inverter), dây dẫn DC/AC, máng cáp, kết cấu bu lông, kẹp chuyên dụng và thiết bị bảo vệ.
5. Thiết kế hệ thống nối đất tiếp địa và các cơ chế bảo vệ an toàn cho toàn bộ hệ thống hòa lưới bám tải.
6. Mô phỏng hiệu năng hệ thống, đánh giá sản lượng điện và phân tích ảnh hưởng của bóng che bằng các phần mềm chuyên ngành: AutoCAD, SketchUp và PVsyst.

Đối tượng nghiên cứu của đồ án là hệ thống điện mặt trời áp mái hòa lưới có cơ chế kiểm soát công suất bám tải (Zero Export) công suất định mức 1,1 MWp. Phạm vi không gian được giới hạn tại mái các khu xưởng C, D và E của Công ty Tuntex Sóc Trăng với tổng diện tích mặt bằng lắp đặt khả dụng là 12.307 m² (trên tổng diện tích 17.665 m² của 4 khối nhà xưởng A, B, C, D). Phạm vi nội dung tập trung vào tính toán thiết kế kỹ thuật điện, gia cố kết cấu cơ khí mái và mô phỏng năng lượng; đồ án không đi sâu vào khía cạnh nghiên cứu dây chuyền sản xuất hay đánh giá tính khả thi tài chính và kinh doanh của doanh nghiệp.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Cơ sở lý thuyết của đồ án dựa trên các nguyên lý biến đổi quang điện và điện tử công suất:

• Tấm pin quang điện (PV Module): Thiết bị chuyển đổi năng lượng photon ánh sáng thành dòng điện một chiều (DC) dựa trên hiệu ứng quang điện trong chất bán dẫn p-n. Cấu tạo gồm 8 thành phần: khung nhôm định hình, kính cường lực bảo vệ, màng liên kết EVA (Ethylene Vinyl Acetate), tế bào quang điện (solar cells), tấm nền bảo vệ (backsheet), hộp nối dây (junction box), cáp chuyên dụng và đầu nối chuẩn MC4. Các công nghệ pin phổ biến gồm Monocrystalline (đơn tinh thể), Polycrystalline (đa tinh thể) và Thin-film (màng mỏng).
• Bộ chuyển đổi Inverter: Thiết bị biến đổi nguồn điện DC thành AC đồng pha, đồng tần số và đồng điện áp với lưới điện, tích hợp thuật toán bám điểm công suất cực đại (MPPT - Maximum Power Point Tracker).
• Nguyên lý hòa lưới bám tải (Zero Export): Hệ thống cung cấp điện song song với điện lưới, ưu tiên tiêu thụ nguồn điện mặt trời tại chỗ. Điểm khác biệt cốt lõi là việc bổ sung thiết bị đo đếm thông minh (Smart Meter) và bộ điều khiển để giám sát dòng công suất tại điểm đấu nối. Khi công suất phát của tấm pin lớn hơn công suất phụ tải tiêu thụ ($P_{PV} > P_{tải}$), bộ điều khiển sẽ phát tín hiệu yêu cầu Inverter giảm công suất phát tức thời, triệt tiêu hoàn toàn lượng điện phát ngược lên lưới điện của EVN. Đồ án cũng phân tích hiện tượng "bám tải" (load sticking) trong biến tần khi mất cân bằng công suất hoặc cài đặt không tương thích, dẫn đến hiện tượng quá nhiệt và giảm tuổi thọ thiết bị.

Các công thức toán học và tiêu chuẩn kỹ thuật được áp dụng:

• Tính toán điện năng tiêu thụ ngày $A_{ng} = \sum_{i=1}^n P_i t_i$ và điện năng tháng $A_{th} = A_{ng} \times N_{th}$.
• Xác định số lượng tấm pin: $N_{PV} = \frac{A_n}{P_{opt.PV} \times \eta \times 365 \times h_n}$.
• Tối ưu tỷ lệ công suất DC/AC giữa dàn pin và Inverter: $P_{PV} \le 1,2 \times P_{inv}$.
• Điều kiện kiểm tra dải điện áp làm việc MPPT: $U_{mppt.inv_min} < U_{mpp_pv} < U_{mppt.inv_max}$.
• Kiểm tra điện áp hở mạch giới hạn: $U_{oc_pv} < U_{dcmax_inv}$ và dòng ngắn mạch ngõ vào: $I_{mpp} < I_{max_input_inv}$.

Phương pháp nghiên cứu thực tế gồm:

• Phương pháp định lượng: Thu thập dữ liệu bức xạ từ cơ sở dữ liệu Meteonorm; đo đạc kích thước mái xưởng; tính toán giải tích các thông số điện áp, dòng điện, tiết diện dây dẫn, tổn thất sụt áp và mô phỏng hiệu suất trên PVsyst.
• Phương pháp phân tích - tổng hợp: Bóc tách từng hệ thống con (quang điện, cơ khí, biến đổi, đóng cắt bảo vệ, điều khiển bám tải), sau đó tổng hợp thành bản thiết kế hệ thống đồng bộ.
• Phương pháp phân tích logic: Trình tự thiết kế đi từ khảo sát thực địa, chọn thiết bị chính, thiết kế kết cấu cơ khí, thiết kế mạch DC/AC, thiết kế hệ thống tiếp địa đến mô phỏng bóng che 3D.
• Công cụ phần mềm: Google Earth (đo đạc mặt bằng mái qua ảnh vệ tinh), AutoCAD (triển khai bản vẽ mặt bằng bố trí và sơ đồ nguyên lý), SketchUp kết hợp plugin Skellion (dựng mô hình 3D nhà xưởng và dàn pin, xuất tệp .3ds) và PVsyst (nhập tệp 3D, mô phỏng bức xạ, tính toán tổn thất và phân tích bóng đổ).

Thiết kế và triển khai kỹ thuật hệ thống

Hệ thống được thiết kế theo mô hình điện mặt trời áp mái công nghiệp với cấu hình kỹ thuật cụ thể:

Hạng mục thiết bị	Thông số kỹ thuật chi tiết	Số lượng / Đơn vị
Tấm pin quang điện	JA Solar JAM72S20-450/MR (Mono Half-cell 144 cell, kích thước 2120 × 1052 × 40 mm, $P_{max} = 450$ Wp, $V_{mpp} = 41,52$ V, $I_{mpp} = 10,96$ A, $V_{oc} = 49,7$ V, $I_{sc} = 11,36$ A, hiệu suất 20,8%)	2.458 tấm
Bộ biến tần (Inverter)	Huawei SUN2000-100KTL-M1 (Công suất AC hiệu dụng 100 kW, công suất cực đại 110 kVA, 10 cổng MPPT, điện áp vào tối đa 1.100 V, dải điện áp MPPT 200 - 1.000 V, hiệu suất 98,6%, khối lượng 90 kg)	10 bộ
Tổng công suất hệ thống	Công suất đỉnh DC: $P_{sys} = 2.458 \times 450 = 1.106.100$ W (1.106,1 kWp). Tổng công suất Inverter AC: $10 \times 100 = 1.000$ kW	Tỷ lệ DC/AC: 1,106
Cấu trúc chuỗi (String)	Gồm 142 chuỗi pin (93 chuỗi gồm 18 tấm/chuỗi và 49 chuỗi gồm 16 tấm/chuỗi). Đấu nối tiếp trong mỗi chuỗi	142 chuỗi
Thiết bị kiểm soát Zero Export	Đồng hồ đo đếm thông minh DTSD1352 kết hợp bộ thu thập dữ liệu Logger COM100, kết nối truyền thông cáp tín hiệu RS485	01 hệ thống
Thiết bị đóng cắt và bảo vệ	Cầu chì DC FCHFE 1.000 VDC - 25A; Aptomat khối MCCB Schneider 4P 250A dòng cắt 36 kA; Máy biến áp THIBIDI 1.250 kVA	Đồng bộ theo tủ AC/DC

Quy trình tính toán và kiểm tra an toàn kỹ thuật:

• Kiểm tra điện áp chuỗi cực đại: Với chuỗi dài 18 tấm, điện áp hở mạch cực đại $U_{max} = 18 \times 49,7 = 894,6$ V. Giá trị này nằm trong dải làm việc MPPT và nhỏ hơn ngưỡng chịu đựng tối đa của biến tần ($894,6\text{ V} < 1.100\text{ V}$), đảm bảo không gây đánh thủng linh kiện.
• Kiểm tra dòng ngắn mạch cực đại: Với 2 chuỗi đấu vào một đầu vào MPPT, $I_{max} = 2 \times 11,36 = 22,72$ A. Giá trị này nhỏ hơn dòng ngắn mạch tối đa cho phép trên ngõ vào Inverter ($22,72\text{ A} < 40\text{ A}$).
• Giải pháp kết cấu cơ khí: Mái nhà xưởng Tuntex là tôn dạng sóng, hướng mặt bằng nghiêng 135° Đông Nam. Nhóm nghiên cứu chọn phương án lắp đặt trực tiếp tấm pin lên bề mặt mái tôn thông qua hệ thống kẹp biên (kẹp cuối), kẹp giữa và bu lông cường độ cao loại 8, loại bỏ hệ khung giá đỡ nâng cao nhằm giảm tải trọng tác động lên mái và tiết kiệm chi phí vật tư. Đồng thời, kết cấu giàn xà gồ mái hiện hữu được gia cố bổ sung bằng hệ ty giằng xà gồ để nâng cao khả năng chịu lực dưới tác động của gió bão.
• Thiết kế hệ thống điện và tiếp địa: Hệ thống dây dẫn DC sử dụng cáp chuyên dụng chống tia UV, kiểm tra sụt áp theo tiêu chuẩn. Tuyến cáp AC sử dụng dây Cadivi CVV dẫn về tủ điện hạ thế. Hệ thống tiếp địa an toàn được thiết kế riêng biệt cho từng khu xưởng C, D, E và khu vực bố trí Inverter, sử dụng dây tiếp địa PE chuyên dụng kết nối về bãi cọc nối đất nhằm phân tán dòng sét và bảo vệ chống quá áp.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan về hệ thống năng lượng mặt trời hòa lưới bám tải

Chương 1 giới thiệu tính cấp thiết của việc phát triển nguồn năng lượng tái tạo tại Việt Nam trong bối cảnh các nguồn năng lượng hóa thạch dần cạn kiệt. Tác giả phân tích tiềm năng bức xạ mặt trời tại Sóc Trăng với số giờ nắng trung bình năm từ 2.200 đến 2.500 giờ và cường độ bức xạ đạt trên 4,8 kWh/m²/ngày. Chương này nêu rõ nguyên nhân áp dụng giải pháp hòa lưới bám tải (Zero Export) bắt nguồn từ việc chính sách giá FIT 3 chưa được phê duyệt, khiến doanh nghiệp không thể bán điện dư thừa lên lưới. Tác giả xác định rõ mục tiêu, phương pháp, đối tượng và phạm vi nghiên cứu, tập trung vào mặt bằng mái khu xưởng của Công ty Tuntex Sóc Trăng.

Chương 2: Cơ sở lý thuyết

Chương 2 trình bày chi tiết lý thuyết nền tảng về hệ thống điện quang điện:

• Cấu tạo 8 lớp và nguyên lý tạo dòng điện một chiều của tấm pin quang điện; so sánh 3 dòng pin: Mono (hiệu suất cao nhất), Poly và màng mỏng Thin-film (hiệu suất 7% - 18%).
• Khái niệm, nguyên lý biến đổi DC/AC của bộ biến tần Inverter, chức năng dò điểm công suất cực đại MPPT và phân loại 3 dòng Inverter (tối ưu hóa DC, biến tần chuỗi, biến tần vi mô).
• Nguyên lý vận hành của hệ thống hòa lưới truyền thống so với hệ thống hòa lưới bám tải Zero Export. Phân tích nguyên nhân và tác hại của hiện tượng bám tải (load sticking) trong Inverter khi tải biến động đột ngột.
• Các công thức toán học xác định số lượng tấm pin, công suất dàn pin, tỷ lệ phối ghép công suất DC/AC, kiểm tra dải điện áp MPPT, dòng điện và điện áp cực đại.
• Ba phương pháp đấu nối tấm pin: nối tiếp, song song và hỗn hợp.
• Giới thiệu chức năng và giao diện của các phần mềm ứng dụng: Google Earth, AutoCAD, SketchUp và PVsyst (giao diện Grid-Connected, cơ sở dữ liệu khí tượng Meteonorm, NASA-SSE).

Chương 3: Thiết kế hệ thống điện năng lượng mặt trời hòa lưới bám tải

Chương 3 là nội dung kỹ thuật trọng tâm của đồ án:

• Khảo sát thực địa nhà máy Tuntex tại KCN An Nghiệp, xác định giờ nắng trung bình ngày $h_n = 1726 / 365 \approx 4,72$ giờ; tổng diện tích lắp đặt tại 3 mái khu C, D, E là 12.307 m² trên mặt bằng mái tôn sóng hướng 135° Đông Nam.
• Lựa chọn 2.458 tấm pin JA Solar JAM72S20-450/MR (công suất DC đạt 1.106,1 kWp) và 10 bộ Inverter Huawei SUN2000-100KTL-M1 (tổng công suất AC đạt 1.000 kW). Dàn pin được phân bổ thành 142 chuỗi (93 chuỗi 18 tấm và 49 chuỗi 16 tấm).
• Kiểm toán điều kiện vận hành an toàn: điện áp chuỗi tối đa 894,6 V (< 1.100 V), dòng ngõ vào MPPT 22,72 A (< 40 A), thỏa mãn tỷ lệ công suất $P_{sys} \le 1.200$ kW.
• Thiết kế cơ khí: không dùng khung giàn chịu lực mà bắt kẹp trực tiếp lên sóng tôn, bổ sung hệ ty giằng gia cố xà gồ mái.
• Thiết kế hệ thống điện DC và AC: chọn cáp DC, kiểm tra sụt áp, chọn cáp AC Cadivi CVV, tủ phân phối AC, cầu chì FCHFE 1.000 VDC - 25A, MCCB Schneider 4P 250A 36kA, máy biến áp THIBIDI 1.250 kVA.
• Thiết kế hệ thống Zero Export: đồng hồ Smart Meter DTSD1352 kết nối Logger COM100 qua cáp RS485; thiết kế hệ thống tiếp địa an toàn cho khu C, D, E và cụm Inverter.

Chương 4: Mô phỏng và ảnh hưởng của mái che lên hệ thống điện mặt trời

Chương 4 thực hiện mô phỏng kỹ thuật và phân tích tổn thất trên phần mềm PVsyst:

• Thiết lập các thông số mô phỏng: vị trí địa lý, dữ liệu khí tượng Meteonorm, thông số kỹ thuật tấm pin JA Solar 450W và Inverter Huawei 100kW, góc nghiêng dàn pin theo độ dốc mái thực tế.
• Khai báo các nguồn suy hao: tổn thất do nhiệt độ, tổn thất dây dẫn DC và AC, tổn thất do bụi bẩn, chất lượng tấm pin.
• Dựng mô hình 3D nhà xưởng bằng SketchUp kết hợp công cụ Skellion, xuất tệp định dạng .3ds để tích hợp vào không gian 3D của PVsyst.
• Chạy mô phỏng tính toán sản lượng điện đầu ra hàng ngày, phân phối công suất theo các tháng trong năm và phân tích chi tiết mức độ suy giảm hiệu suất do ảnh hưởng của bóng đổ cục bộ.

Chương 5: Kết luận và hướng phát triển

Chương 5 tổng kết các kết quả đạt được, chỉ ra ưu điểm của hệ thống (chủ động nguồn điện tại chỗ, không phát ngược lưới, kết cấu nhẹ) và nhược điểm (phụ thuộc vào thời tiết, chi phí đầu tư ban đầu). Đưa ra các định hướng mở rộng hệ thống trong tương lai khi các điều kiện kỹ thuật và pháp lý thay đổi.

Kết quả và đóng góp

Về kết quả kỹ thuật định lượng:

• Xác lập hoàn chỉnh bản vẽ thiết kế và cấu hình cho hệ thống điện mặt trời áp mái 1.106,1 kWp tại Công ty Tuntex Sóc Trăng, gồm 2.458 tấm pin JA Solar 450W và 10 bộ Inverter Huawei 100 kW.
• Cấu hình 142 chuỗi pin (93 chuỗi 18 tấm, 49 chuỗi 16 tấm) được kiểm chứng toán học phù hợp tuyệt đối với giới hạn kỹ thuật của Inverter: điện áp hở mạch chuỗi cực đại 894,6 V nằm an toàn dưới ngưỡng 1.100 V; dòng điện cực đại 22,72 A không vượt quá giới hạn 40 A của mỗi ngõ vào MPPT.
• Bố trí tối ưu diện tích 12.307 m² trên mái tôn sóng của 3 phân xưởng C, D, E hướng 135° Đông Nam.
• Thiết lập giải pháp kỹ thuật Zero Export hoàn chỉnh với sự kết hợp của Smart Meter DTSD1352, bộ điều khiển Logger COM100 truyền thông qua chuẩn RS485, đảm bảo 100% điện năng tạo ra được tự tiêu thụ tại chỗ, ngăn chặn hoàn toàn dòng phát ngược lên lưới EVN.

Về đóng góp thực tiễn và giải pháp kỹ thuật:

• Đưa ra giải pháp lắp đặt cơ khí thực dụng: không đầu tư hệ khung giàn thép tốn kém mà liên kết trực tiếp tấm pin lên sóng tôn bằng phụ kiện bu lông loại 8, kẹp giữa, kẹp cuối; đồng thời gia cố hệ kết cấu mái bằng ty xà gồ, giúp giảm tải trọng tĩnh lên kết cấu nhà xưởng cũ và tiết kiệm chi phí đầu tư.
• Đóng góp quy trình thiết kế tích hợp liên phần mềm: phối hợp số liệu vệ tinh Google Earth để khảo sát sơ bộ, AutoCAD để triển khai mặt bằng 2D, SketchUp kết hợp plugin Skellion để dựng mô hình 3D, và PVsyst để phân tích bóng che, suy hao và dự báo sản lượng điện. Mô hình này cung cấp phương án tham khảo khả thi cho các nhà máy công nghiệp trong giai đoạn chuyển tiếp cơ chế chính sách năng lượng.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của đồ án:

• Phạm vi nghiên cứu kỹ thuật thuần túy, chưa thực hiện tính toán chi tiết về chỉ số tài chính, tổng mức đầu tư (CAPEX), chi phí vận hành bảo dưỡng (OPEX), thời gian hoàn vốn và giá thành điện quy dẫn (LCOE) cho Công ty Tuntex.
• Dữ liệu mô phỏng bức xạ và bóng che phụ thuộc vào mô hình khí tượng tổng hợp Meteonorm, chưa được đối sánh với chuỗi số liệu đo đạc bức xạ thực địa liên tục nhiều năm tại trạm khí tượng địa phương.
• Do cơ chế Zero Export, trong những thời điểm nắng gắt nhưng phụ tải nhà máy hoạt động ở mức thấp, hệ thống Inverter buộc phải điều chỉnh giảm công suất phát (curtailment), dẫn đến việc lãng phí một phần sản lượng quang điện tiềm năng.

Hướng nghiên cứu và phát triển tiếp theo được tác giả đề xuất:

1. Chuyển đổi sang hệ thống hòa lưới truyền thống: Khi Nhà nước ban hành chính sách giá điện mới (cơ chế giá FIT tiếp theo), hệ thống có thể dễ dàng chuyển sang bán điện dư cho EVN bằng cách ngắt bỏ chức năng Zero Export trên bộ điều khiển.
2. Tích hợp hệ thống lưu trữ năng lượng (BESS): Nghiên cứu bổ sung hệ thống pin tích năng để nạp lượng điện dư thừa vào ban ngày và xả cấp cho phụ tải vào ban đêm hoặc giờ cao điểm, hạn chế việc phải cắt giảm công suất Inverter.
3. Ứng dụng trí tuệ nhân tạo (AI) và tự động hóa: Đưa các thuật toán học máy vào việc dự báo phụ tải tiêu thụ, giám sát suy hao thời gian thực, chẩn đoán lỗi tấm pin và tự động hóa điều khiển bám tải tối ưu.
4. Nghiên cứu mô hình cho thuê hệ thống năng lượng mặt trời hòa lưới bám tải: Khảo sát tính khả thi của các mô hình hợp tác kinh doanh hoặc cho thuê tài chính hệ thống quang điện áp mái giữa đơn vị đầu tư và doanh nghiệp sử dụng điện.

Giá trị tham khảo

Đồ án là tài liệu tham khảo chuyên ngành hữu ích cho:

• Sinh viên các ngành Năng lượng tái tạo, Kỹ thuật điện, Hệ thống năng lượng và Cơ điện tử đang thực hiện đồ án môn học hoặc khóa luận tốt nghiệp về thiết kế nhà máy điện quang điện áp mái công nghiệp (C&I).
• Kỹ sư thiết kế, tư vấn kỹ thuật tại các doanh nghiệp EPC điện mặt trời cần tài liệu tham khảo về quy trình tính toán kiểm tra dải MPPT, phối ghép chuỗi pin với Inverter công suất lớn, và bố trí thiết bị chống phát ngược Zero Export.
• Các nội dung có giá trị tham khảo cao nhất trong đồ án bao gồm: quy trình phối hợp công cụ SketchUp - Skellion - PVsyst để dựng mô hình 3D phục vụ phân tích bóng đổ; bảng tính toán chi tiết phân bố chuỗi pin cho 10 Inverter Huawei 100 kW; sơ đồ nguyên lý đấu nối hệ thống tiếp địa và hệ thống chống phát ngược sử dụng đồng hồ thông minh DTSD1352 kết nối qua chuẩn truyền thông RS485.

Câu hỏi thường gặp

1. Tổng công suất đỉnh của hệ thống pin và tổng công suất định mức của dàn Inverter là bao nhiêu? Hệ thống sử dụng 2.458 tấm pin JA Solar JAM72S20-450/MR công suất 450 Wp, đạt tổng công suất DC là 1.106,1 kWp (1.106.100 W). Hệ thống sử dụng 10 bộ Inverter Huawei SUN2000-100KTL-M1 công suất 100 kW, đạt tổng công suất AC định mức là 1.000 kW, tạo nên tỷ lệ phối ghép công suất DC/AC ở mức 1,106.

2. Giải pháp chống phát ngược (Zero Export) của hệ thống được cấu thành từ những thiết bị nào và hoạt động ra sao? Hệ thống chống phát ngược được cấu thành từ đồng hồ thông minh Smart Meter DTSD1352, bộ thu thập điều khiển dữ liệu Logger COM100 và hệ thống cáp truyền thông tín hiệu chuẩn RS485. Thiết bị đo đếm công suất tiêu thụ tại điểm hòa lưới; khi công suất phát của dàn pin vượt quá nhu cầu phụ tải của nhà máy Tuntex, Logger COM100 sẽ truyền tín hiệu điều khiển yêu cầu các Inverter Huawei giảm công suất phát đầu ra tương ứng, ngăn không cho dòng điện thừa phát ngược vào lưới điện quốc gia.

3. Dàn pin quang điện được phân chia thành bao nhiêu chuỗi (string) và liên kết với Inverter như thế nào? Toàn bộ 2.458 tấm pin được chia thành 142 chuỗi (string), gồm 93 chuỗi lắp 18 tấm/chuỗi và 49 chuỗi lắp 16 tấm/chuỗi. Các tấm pin trong cùng một chuỗi được mắc nối tiếp để đạt dải điện áp làm việc phù hợp, sau đó các chuỗi được phân bổ đấu nối song song vào 10 cổng MPPT độc lập của 10 bộ Inverter Huawei 100 kW.

4. Vì sao tác giả không thiết kế hệ khung giàn nâng đỡ chuyên dụng mà chọn lắp đặt trực tiếp trên mái tôn? Mái xưởng Tuntex là tôn dạng sóng đã qua thời gian sử dụng. Việc lắp đặt giàn khung thép nâng cao sẽ làm gia tăng đáng kể tải trọng tĩnh lên kết cấu mái và làm tăng chi phí đầu tư vật tư. Tác giả chọn phương án bắt kẹp trực tiếp tấm pin lên gờ sóng tôn bằng kẹp biên, kẹp giữa và bu lông loại 8, đồng thời bổ sung hệ ty giằng xà gồ để gia cố khả năng chịu lực cho hệ giàn mái hiện hữu.

5. Cơ sở dữ liệu khí tượng nào được sử dụng để tính toán bức xạ và sản lượng điện trong đồ án? Tác giả sử dụng cơ sở dữ liệu khí tượng Meteonorm tích hợp sẵn trong phần mềm PVsyst. Dữ liệu này cung cấp các thông số tổng xạ phương ngang (GHI), tán xạ (HDI) và nhiệt độ môi trường tại tọa độ của nhà máy Tuntex Sóc Trăng, ghi nhận số giờ nắng trung bình ngày đạt xấp xỉ 4,72 giờ ($h_n = 1726 / 365$).

Kết luận

Đồ án "Thiết kế hệ thống điện năng lượng mặt trời ở Công ty Tuntex Sóc Trăng" đã giải quyết trọn vẹn bài toán kỹ thuật thiết kế hệ thống quang điện áp mái 1,1 MWp có kiểm soát bám tải (Zero Export) trong bối cảnh chính sách giá điện FIT 3 chưa được áp dụng. Công trình kết hợp chặt chẽ giữa tính toán lý thuyết giải tích, kiểm tra điều kiện giới hạn điện học theo tiêu chuẩn biến tần và ứng dụng công cụ mô phỏng 3D trên AutoCAD, SketchUp và PVsyst. Kết quả nghiên cứu đưa ra một phương án kỹ thuật khả thi, giúp doanh nghiệp tối ưu hóa chi phí điện năng sản xuất tại chỗ và bảo đảm tính linh hoạt để chuyển đổi mô hình đấu nối khi cơ chế mua bán điện mới được ban hành.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1: Tổng quan hệ thống điện năng lượng mặt trời hòa lưới bám tải 21 • Chương 2: Cơ sở lý thuyết • Chương 3: Thiết kế hệ thống điện năng lượng mặt trời • Chương 4: Mô phỏng và ảnh hưởng của bóng che lên hệ thống điện năng lượng mặt trời • Chương 5: Kết luận và hướng phát triển 22 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2. Tấm pin năng lượng mặt trời Tấm pin mặt trời là những tấm có bề mặt lớn để nhận được bức xạ mặt trời và biến nó thành điện DC(một chiều), chuyển đổi quang năng thành điện năng.1 Cấu tạo pin năng lượng mặt trời Các tấm pin PV bao gồm tám thành phần chính như sau: Hình 2.1 Cấu tạo tấm pin mặt trời a. Khung nhôm Khung nhôm đóng một thành phần đóng nhiệm vụ quan trọng vì nhiệm vụ bảo vệ các góc cạnh của tấm pin. Khung nhôm thiết kế rất nhẹ, chắc chắn và có khả năng chịu được trọng tải lớn và áp lực cực cao từ gió lớn và ngoại lực.

Kính cường lực Bảo vệ lớp tế bào PV khỏi thời tiết và các ảnh hưởng từ các mảnh nhỏ hoặc mưa đá trong không khí. Kính thường là kính cường lực có độ bền cao và được tạo ra để chống tải trọng cơ học và giãn nở vì nhiệt độ. Lớp màng EVA EVA (Ethylene Vinyl acetate) là một loại nhựa polyme đặc biệt được thiết kế để bao bọc các tế bào của các linh kiện điện tử. Các vật liệu EVA phải có khả năng chịu đựng sự nóng lên và độ ẩm cao, nó có một tác động lớn đến tuổi thọ của chúng bằng cách ngăn chặn sự vào cuộc của hơi nước và các hạt giống.

Tấm nền Tấm nền là tấm dưới cùng của tấm pin, hoạt động như một rào cản độ ẩm, bảo vệ cách điện và cơ học. Vật liệu tấm nền được làm từ nhiều loại polyme với tác bảo vệ chống tia cực tím, ổn định nhiệt. Hộp nối dây Hộp nối dây là một hộp nhỏ chịu thời tiết nằm ở phía sau của tấm pin. nơi tập hợp năng lượng điện một chiều từ tấm pin và chuyển nó ra cáp điện.

Cáp điện Cáp điện một chiều chuyên cho hệ thống PV, dùng để chuyền dòng điện một chiều. Cổng kết nối MC4 Các tấm PV được liên kết với nhau bằng cách bịt các lỗ của chúng và sử dụng các bộ phận khác nhau của MC4 để bịt các lỗ của chúng. Thuật ngữ MC4 được hiểu là 4mm, và nó được sử dụng để chỉ các đầu mối của các loại hình học khác nhau. Do tác động của thời tiết khắc nghiệt, các liên kết phải có khả năng chịu đựng được, an toàn, chống tia cực tím và duy trì liên kết mạnh mẽ với một điện trở nhất định ở cả áp lực thấp và cao đến 1000V.2 Nguyên lý hoạt động của pin năng lượng mặt trời Khi các tia sáng mặt trời mang những hạt photon tác động lên bề mặt tấm pin.

Khi đó sẽ tạo ra dòng electron tự do mang điện tích âm vào các ô trống tích dương. Hợp nhất từ trường của lớp mang điện bán dẫn P và N di chuyển thành dòng, gọi là điện một chiều.2 Nguyên lý hoạt động của pin mặt trời 24 2.3 Phân loại pin năng lượng mặt trời a. Pin năng lượng mặt trời Mono Tấm pin Mono, còn được gọi là tấm pin mặt trời đa tinh thể, có các tế bào quang điện màu đen với các cạnh tròn. Chúng có hiệu suất biến đổi cao hơn so với các tấm Poly, và chúng được làm từ các thanh silicon và được cắt thành các lát mỏng.

Nó được gọi là "đơn tinh thể" để chỉ ra rằng tế bào silicon được sử dụng là silicon đơn tinh thể. Bởi vì pin được làm từ các tinh thể đơn lẻ nên electron di chuyển tự do hơn. Do đó, các tấm đơn tinh thể thường hiệu quả hơn các tấm đa tinh thể.3 Tấm pin Mono b. Pin năng lượng mặt trời Poly Tấm pin Poly còn được gọi là tấm pin mặt trời đa tinh thể.

Các tấm pin mặt trời đa tinh thể có các tế bào quang điện màu xanh lam và các mặt thẳng. Chúng kém hiệu quả hơn so với các tế bào đơn tinh thể, được làm bằng silicon, nhưng do các nhà sản xuất nấu chảy nhiều lát silicon lại với nhau nên có nhiều tinh thể hơn trong mỗi tế bào, do đó các electron ít tự do di chuyển hơn.4 Tấm pin Poly c. Pin mặt trời dạng phim mỏng (Thin – Film) Pin mặt trời dạng phim mỏng được tạo ra từ vật liệu chính như CdTe , a - Si hoặc CGIS, các tấm pin mặt trời màng mỏng là các tế bào thế hệ thứ hai rất nhẹ và linh hoạt. Các tấm pin mặt trời có thành phần hóa học khác nhau và số lượng tinh thể khác nhau, dẫn đến khả năng hoạt động khác nhau và phạm vi hiệu quả khác nhau.

Hiệu quả của hệ thống Màng thay đổi phụ thuộc vào loại polymeric material trong các tế bào, tuy nhiên, chúng thường có xu hướng đi đến hiệu suất khoảng 7% và tối đa 18%, tấm pin có tuổi thọ ngắn nhất từ 10 đến 20 năm.5 Tấm pin phim mỏng 26 2. Bộ chuyển đổi Inverter 2.1 Khái niệm Inverter Nhiệm vụ của điện tử công suất là biến dòng DC (một chiều) thành dòng AC (xoay chiều) Hiện tại, inverter có các chức năng là: giám sát mảng năng lượng mặt trời thông qua thuật toán phát hiện điểm công suất cực đại MPPT để có được công suất tối đa, kết nối lưới trực tiếp. Có 3 loại inverter phổ biến, đó là: Bộ nguồn tối ưu hóa DC, bộ biến tần chuỗi và bộ biến tần vi mô.2 Nguyên lý hoạt động của Inverter Nhờ các tế bào quang điện, điện năng được chuyển thành điện DC từ bức xạ mặt trời. Inverter biến dòng DC (một chiều) thành dòng AC (xoay chiều).

Hệ thống điện năng lượng mặt trời hòa lưới 2.1 Khái niệm chung Hệ thống hòa lưới là một hệ thống vận hành thu năng lượng từ bức xạ mặt trời thông qua các tấm pin PV, chuyển đổi thành điện năng, sau đó kết nối trực tiếp với hệ thống lưới điện hiện có. Hệ thống PV lắp đặt trên mái nhà hay nhà xưởng hay còn gọi là điện mặt trời áp mái.6 Mô hình hệ thống điện năng lượng mặt trời hòa lưới 27 2.2 Cấu tạo hệ thống điện năng lượng mặt trời hòa lưới Hệ thống PV hoàn chỉnh bao gồm: Các tấm pin năng lượng mặt trời, bộ chuyển đổi năng lượng (inverter), đồng hồ điện hai chiều và các thiết bị ngắt kết nối. Các bộ phận đều đóng một vai trò khác nhau và đều có chức năng riêng để giúp hệ thống PV hoạt động một cách hiệu quả nhất.3 Nguyên lý hoạt động của hệ thống điện năng lượng mặt trời hòa lưới Các tấm pin PVsẽ hấp thụ bức xạ năng lượng mặt trời để biến dòng DC (một chiều) thành dòng AC (xoay chiều) sau đó thông qua bộ Inverter với công nghệ MPPT nhằm nâng cao hiệu suất chuyển đổi. Tiếp đó nguồn điện AC từ inverter sẽ được hòa đồng bộ vào lưới điện của tòa nhà, cung cấp điện năng song song với nguồn điện từ lưới EVN, hệ thống sẽ ưu tiên sử dụng nguồn điện năng lượng mặt trời trước.

Khi vào ban ngày khi có bức xạ mặt trời tốt nhất, điện năng tạo ra từ pin ≥ tải tiêu thụ thì điện năng từ pin mặt trời sẽ ưu tiên sử dụng toàn bộ cho tòa nhà và không sử dụng điện từ điện lưới. Vào buổi chiều tối khi lượng bức xạ thấp đi, điện năng tạo ra từ tấm pin < tải tiêu thụ thì điện năng sẽ được lấy bổ sung từ điện lưới để bù vào lượng thiếu hụt.7 Nguyên lý hoạt động hệ thống điện năng lượng mặt trời hòa lưới 28 2.4 Hệ thống điện mặt trời hòa lưới bám tải (Zero Export) a. Zero Export là gì? Zero Export (Không xuất lên lưới) là cách để ngăn chặn việc nguồn điện từ tấm pin dư thừa xuất lên lưới điện, giúp ta nâng cao tối ưu và tiêu thụ, chỉ cung cấp đủ nhu cầu của người sử dụng. Zero export không chỉ giúp ích cho hộ gia đình mà còn thích hợp cho các cơ quan, xí nghiệp muốn bớt hóa đơn tiền điện từ EVN.8 Sơ đồ kết nối Zero Export b.

Cấu tạo hệ thống điện mặt trời hòa lưới bám tải Một hệ thống điện năng lượng mặt trời hòa lưới bám tải hoàn chỉnh bao gồm: • Hệ thống PV. • Inverter(Biến tần) • Đồng hồ thông minh. • Dây AC, DC, giá đỡ,… c. Nguyên lý hoạt động của Zero Export Xuất lên lưới điện = Năng lượng từ tấm pin sản xuất > Tải tiêu thụ Zero export là giải pháp ngăn chặn lượng điện năng dư thừa xuất lên lưới, giúp ta tối ưu hóa điện năng.

Giải pháp này không chỉ giúp ích cho các gia đình mà còn phù hợp với các cơ sở sản xuất muốn giảm tiền điện của EVN. Phân tích hiện tượng bám tải trong inverter Hiện tượng bám tải (load sticking) trong inverter xảy ra khi một nguồn tải không 29 hoạt động một cách bình thường và gây ra các vấn đề hoạt động cho inverter. Đây là một vấn đề phổ biến trong hệ thống điện mặt trời và các hệ thống inverter khác. Nguyên nhân chính của hiện tượng bám tải trong inverter có thể bao gồm: Tải không đủ hoặc không hoạt động: Khi một tải không hoạt động đúng cách, inverter có thể gặp khó khăn trong việc điều chỉnh công suất và tần số đầu ra.

Sự mất cân bằng giữa công suất đầu vào và đầu ra: Nếu công suất đầu vào của inverter không tương ứng với công suất đầu ra được yêu cầu, inverter có thể gặp khó khăn trong việc duy trì điện áp và tần số đầu ra ổn định. Thiết kế không phù hợp: Một thiết kế inverter không phù hợp hoặc không đáp ứng yêu cầu của tải có thể dẫn đến hiện tượng bám tải. Các vấn đề về kích thước, công suất, kiểm soát và bảo vệ có thể ảnh hưởng đến khả năng của inverter để xử lý các tình huống bám tải.9 Hiện tượng bám tải của Inverter Hiện tượng bám tải trong inverter có thể gây ra các vấn đề như tăng cường hao mòn của linh kiện, gia tăng nhiệt độ làm việc của inverter, giảm tuổi thọ của hệ thống và thậm chí gây hỏng hoặc hỏng hóc inverter. Để giảm hiện tượng bám tải trong inverter, ta có thể thực hiện các biện pháp sau: 30 • Đảm bảo rằng tải hoạt động đúng cách và đáp ứng yêu cầu công suất của inverter.

• Lựa chọn invertercó công suất và khả năng đáp ứng tải phù hợp. • Đảm bảo rằng cài đặt inverter được thiết lập đúng để đảm bảo hoạt động ổn định và điều chỉnh công suất đầu ra một cách chính xác.