Chương 1 nêu lý do chọn đề tài, mục đích nghiên cứu, đối tượng nghiên cứu và phương pháp nghiên cứu của đồ án. Chương 2 đưa ra cơ sở lý thuyết về khái niệm năng lượng mặt trời, điện mặt trời và đưa ra khái niệm, đánh giá về các hệ thống điện mặt trời. Nêu cấu tạo, nguyên lý hoạt động của các thành phần trong hệ thống điện mặt trời Hybrid 10KWp kết hợp lưu trữ 10KWh. Để từ đó đưa ra các cơ sở lý thuyết tính toán các thành phần trong hệ thống.
2 Chương 3 áp dụng cơ sở lý thuyết tính toán các thành phần trong hệ thống của chương hai để tính toán và chọn lựa thiết bị theo các tiêu chuẩn. Cuối cùng đưa ra dự toán chi phí và đưa ra thiết kế của hệ thống Chương 4 đánh giá hệ thống năng lượng mặt trời Hybrid 10KWp kết hợp lưu trữ 10KWh thông qua các số liệu đã thu thập được từ tháng ba. Từ đó đưa ra các đánh giá về mặt kỹ thuật và hiệu quả về mặt kinh tế. Cuối cùng đánh giá các lỗi thường gặp phải khi vận hành hệ thống.
Chương 5 đưa ra kết luận và phần mở rộng về đồ án.1 Năng lượng mặt trời và điện năng lượng mặt trời Năng lượng mặt trời là nguồn năng lượng đầu tiên trên thế giới và được con người tận dụng trước cả khi học cách tạo ra lửa. Năng lượng mặt trời được hiểu là năng lượng bức xạ và nhiệt xuất phát từ mặt trời. Năng lượng mặt trời và các tài nguyên thứ cấp của nó như sức gió, sức sóng, sức nước, sinh khối. Tạo nên hầu hết năng lượng tái tạo trên trái đất.
Con người và các sinh vật trên trái đất sẽ không thể tồn tại nếu không có mặt trời và nguồn năng lượng từ mặt trời. Năng lượng mặt trời là nguồn năng lượng tái tạo với trữ lượng dồi dào, có thể gọi là vô tận, sạch, thân thiện với môi trường. Việc sử dụng năng lượng mặt trời thay thế các nguyên liệu hóa thạch còn góp phần giảm ô nhiễm môi trường và hiệu ứng nhà kính. Chính vì vậy, con người ngày càng cải tiến các công nghệ khai thác hiệu quả nguồn tài nguyên thiên nhiên này.
Và một ứng dụng của năng lượng mặt trời đang được phổ biến trên hầu khắp thế giới hiện nay là điện năng lượng mặt trời. Điện năng lượng mặt trời là nguồn năng lượng sạch, sử dụng tế bào quang điện để chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành điện năng dựa trên cơ chế hiệu ứng quang điện trong vật lý. Đây là nguồn năng lượng tái tạo sạch, đáng tin cậy và mang lại nhiều giá trị cho con người. Việc khai thác thành công nguồn năng lượng mặt trời không ảnh hưởng đến môi trường mà còn mang lại rất nhiều lợi ích cho xã hội.1 Tổng quan năng lượng mặt trời.[7] Nguyên lý hoạt động của điện năng lượng mặt trời là nguồn điện được chuyển hóa từ ánh nắng mặt trời thông qua các mô-đun quang điện.
Dựa trên hiệu ứng quang điện của các chất bán dẫn bên trong mô-đun quang điện. Để khai thác được nguồn năng lượng mặt trời chúng ta kết nối nhiều thiết bị lại tạo thành một hệ thống điện mặt trời. Từ đó biến đổi quang năng của mặt trời thành điện năng cung cấp cho quá trình sinh hoạt và sản xuất.2 Hệ thống năng lượng Mặt trời độc lập (Off-Grid) Hệ thống điện năng lượng mặt trời Off-Grid là hệ thống tạo ra nguồn điện từ hệ PV và lưu trữ để cung cấp điện cho các tải mà không cần nối với lưới điện quốc gia. Các mô-đun quang điện sẽ chuyển đổi bức xạ mặt trời thành dòng điện một chiều DC.
Sau đó dòng điện DC từ hệ PV sẽ được nạp vào bộ lưu trữ thông qua máy biến tần Off- Grid hoặc sẽ được chuyển đổi trực tiếp dòng điện DC thành điện AC để cung cấp cho tải. Bên cảnh đó, máy biến tần Off-Grid sẽ chuyển đổi dòng điện DC từ bộ lưu trữ thành dòng điện xoay chiều AC phục vụ cho các hoạt động sinh hoạt, sản xuất.3 Hệ thống điện mặt trời Off-Grid Cấu tạo của hệ thống điện năng lượng mặt trời độc lập bao gồm: mô-đun quang điện, bộ lưu trữ, máy biến tần Off-Grid. Điện năng lượng mặt trời Off Gird phù hợp với những nơi không có điện lưới, điện không ổn đỉnh, thường xuyên mất điện. Điện năng lượng mặt trời độc lập giúp bạn tự chủ nguồn điện, không phụ thuộc vào lưới điện.
Vì vậy khi nguồn điện từ lưới bị mất hay không ổn định thì nguồn điện của bạn cũng sẽ không bị ảnh hưởng. Hệ thống dễ dàng di chuyển và lắp đặt, không bị phụ thuộc vào lưới điện. Ưu điểm: Hệ thống đơn giản và thường dùng trong các khu vực chưa có lưới điện hoặc nơi thường xuyên bị cắt điện liên tục. Nhược điểm: Vì hệ thống không có lưới điện nên phụ thuộc rất nhiều vào năng lượng chiếu sáng của mặt trời hơn những hệ thống khác.
Công suất lắp đặt thấp, giới hạn tải tiêu thụ.3 Hệ thống năng lượng Mặt trời hoà lưới (On-Grid) Hình 2.2 Hệ thống điện mặt trời On-Grid Cũng giống như hệ thống Off-Grid, hệ thống On-Grid cũng biến đổi từ năng lượng bức xạ Mặt Trời thành dòng điện một chiều DC. Sau đó, thiết bị biến tần sẽ chuyển đổi dòng điện một chiều DC thành dòng điện xoay chiều AC dùng trong sinh hoạt và sản xuất. Nguồn điện AC từ điện năng lượng mặt trời sẽ được kết nối với tủ điện chính của khu vực, cung cấp điện song song với lưới điện quốc gia. Nếu điện năng lượng mặt trời thấp hơn nhu cầu điện sinh hoạt của tải, sẽ ưu tiên sử dụng điện năng lượng mặt trời sau đó mới sử dụng điện từ lưới điện quốc gia.
Nếu sản lượng điện năng lượng mặt trời bằng với nhu cầu tiêu thụ của tải, sẽ ưu tiên sử dụng điện năng lượng mặt trời. Còn khi điện năng lượng mặt trời lớn hơn điện sinh hoạt hệ thống sẽ bán điện cho EVN theo giá mua điện hiện hành. Trường hợp điện năng lượng mặt trời không hoạt động hoặc trường hợp sản lượng điện không đủ cung cấp cho tải, hệ thống sẽ lấy điện từ lưới điện để cung cấp cho tải sử dụng. Ưu điểm: Hệ thống nối với lưới điện, có thể sử dụng điện mặt trời vào ban ngày, điện dư thì được bán lại cho công ty điện lực theo chính sách hiện hành.
Buổi tối hoặc điện từ 7 hệ thống PV không đủ cung cấp cho tải, thì sẽ sử dụng điện từ công ty điện lực cung cấp. Ứng dụng rộng rãi cho các mô hình như: hộ dân, cơ quan, đơn vị sản xuất. Nhược điểm: Trong trường hợp mất điện lưới thì hệ thống ngừng hoạt động và các thông số điện không được ổn định.4 Hệ thống năng lượng mặt trời hoà lưới có lưu trữ Điện năng lượng mặt trời Hybrid là giải pháp sử dụng bộ lưu trữ (Ắc quy hoặc pin Lithium) vừa hòa lưới điện quốc gia để duy trì nguồn điện liên tục 24/7 cho các thiết bị quan trọng phải có điện liên tục. Hệ thống sẽ ưu tiên sử dụng năng lượng mặt trời chuyển hóa thành điện xoay chiều (AC) dùng trong sinh hoạt, đồng thời sạc cho bộ lưu trữ.
Nếu sản lượng điện năng lượng mặt trời sản xuất dư sẽ đẩy lên lưới điện quốc gia và ngược lại tải sẽ lấy điện từ lưới điện quốc gia. Trường hợp mất điện lưới, hệ thống sẽ sử dụng nguồn điện trong bộ lưu trữ để cung cấp cho các thiết bị điện.4 Hệ thống điện mặt trời Hybrid Ưu điểm: Điện năng lượng mặt trời Hybrid cho phép lưu trữ phần điện năng dư thừa vào ban ngày (ưu tiên lữu trữ, sau đó mới đến đẩy lưới). Đảm bảo cung cấp điện liên tục 8 24/7 tuỳ thời gian lưu trữ của hệ thống Hybrid. Hệ thống cũng giúp kéo dài tuổi thọ của bộ lưu trữ, giảm chi phí bảo trì, thay thế.
Nhược điểm: Chi phí đầu tư cao nhất trong 3 hệ thống, thời gian hoàn vốn dài hơn và cài đặt phức tạp. Tuổi thọ bộ lưu trữ chỉ từ 7 – 10 năm, nguồn điện dự phòng có thể giới hạn số lượng thiết bị chạy cùng một thời điểm.5 Đánh giá chung ba hệ thống điện năng lượng mặt trời Off-grid On-grid Hybrid - Mô-đun quang - Mô-đun quang - Mô-đun quang điện điện điện Thành phần chính - Inverter Hybrid - Inverter Off-grid - Inverter Off-grid - Bộ lưu trữ - Bộ lưu trữ - Lưới điện - Lưới điện Hiệu quả kinh tế Thấp Cao Khá cao Không giới hạn tải Tối ưu nguồn Về tải tiêu thụ Giới hạn tải tiệu thụ. Về dự phòng Có Không Có Thích hợp cho hộ Thích hợp cho vùng Thích hợp cho hộ gia đình, văn chưa có lưới điện: gia đình, nhà xưởng, phòng nhà máy biên giới, hải đảo. vùng có lưới điện ổn Ứng dụng sản xuất, giúp tiết Là nguồn cấp điện định giúp tiết kiệm kiệm năng lượng chính cho tải nhỏ và năng lượng và chi và dự phòng cho vừa.1 So sánh các hệ thống điện mặt trời Ngoài ra hệ thống On Grid có chi phí thấp nhất, thời gian hoàn vốn ngắn nhất, chi phí bảo trì bảo dưỡng thấp nhất, tính ổn định của hệ thống cao nhất.
Hai hệ thống còn lại có khả năng dự phòng khi xảy ra sự cố mất điện. Hệ thống On-Grid được ứng dụng vào khu vực có mạng lưới điện tương đối ổn định nhu cầu sử dụng chủ yếu vào ban ngày, hệ thống Off- Grid thích hợp cho vùng sâu vùng xa chưa có điện lưới. Đối với hệ thống Hybrid phù 9 hợp với cả hai khu vực trên, và các khu vực sử dụng điện sản xuất, điện công nghiệp và những khu vực có nhu cầu sử dụng điện phân bố đều trong ngày.2 Cấu tạo của các thiết bị trong hệ thống và các tiêu chuẩn lựa chọn.1 Mô-đun quang điện Mô-đun quang điện được chia làm 8 bộ phận gồm: khung nhôm, kính cường lực, lớp màng EVA, solar cell, tấm nền pin (phía sau), hộp đấu dây (junction box), cáp điện, Jack kết nối MC4.5 Cấu tạo mô-đun quang điện [8] Khung nhôm: có chức năng tạo ra một kết cấu chắc chắn để tích hợp solar cell và các bộ phận khác lên. Với thiết kế chắc chắn nhưng vẫn đảm bảo trọng lượng đủ nhẹ, khung nhôm có thể bảo vệ và cố định các thành phần bên trong trước tải trọng gió lớn và ngoại lực tác động bên ngoài.
Một số hãng ví dụ như Canadian Solar, thậm chí khung nhôm còn được anode hóa và gia cố thanh ngang để tăng độ cứng cáp cho mô-đun. Màu sắc phổ biến của khung nhôm là bạc. 10 Kính cường lực: giúp bảo vệ solar cell khỏi các tác động của thời tiết như nhiệt độ, mưa, tuyết, bụi, mưa đá (đường kính 2,5cm trở xuống) và các tác động va đập khác từ bên ngoài.