THIẾT KẾ HỆ THỐNG PV-BES CHO TÒA NHÀ THƯ VIỆN EIU

Luận văn về thiết kế hệ thống PV-BES cho thư viện EIU. Giải pháp năng lượng mặt trời kết hợp lưu trữ, tối ưu hiệu quả và giảm phát thải cho tòa nhà.

• Tác giả: Nguyễn Hồng Phước
• Người hướng dẫn: PGS. Phan Quốc Dũng
• Trường học: Trường Đại Học Bách Khoa
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Điện
• Đề tài: Thiết Kế Hệ Thống PV-BES Cho Tòa Nhà Thư Viện EIU
• Loại tài liệu: Luận Văn Thạc Sĩ
• Năm xuất bản: 2024
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ
• LỜI CAM ĐOAN
• MỤC LỤC
• DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
• DANH MỤC HÌNH ẢNH
• DANH MỤC BẢNG
• 1. LÍ DO CHỌN ĐỀ TÀI
• 2. MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU
• 3. PHẠM VI VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 3.1. Phương pháp nghiên cứu
• 4. TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU
• 4.1. NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI
• 4.2. CÁC HỆ THỐNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI
• 4.3. HỆ THỐNG TÍCH TRỮ NĂNG LƯỢNG
• 4.4. THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂN
• 4.5. TÍNH TOÁN HỆ THỐNG PV-BESS
• 4.6. PHÂN TÍCH CHI PHÍ
• 5. THIẾT KẾ HỆ THỐNG
• 5.1. CÁC BƯỚC THỰC HIỆN
• 5.2. PHÂN TÍCH HIỆN TRẠNG CÔNG TRÌNH
• 5.3. LỰA CHỌN THANH PHẦN HỆ THỐNG PV-BES NỐI LƯỚI
• 5.4. PHÂN TÍCH TIỀM NĂNG SẢN LƯỢNG DIỆN TỪ BỨC XẠ MẶT TRỜI
• 6. MÔ PHỎNG HỆ THỐNG PV-BES 230KWP
• 6.1. PHẦN MỀM HOMER
• 6.2. PHẦN MỀM PVSYST
• 6.3. PHẦN MỀM MATLAB
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• PHẦN LÝ LỊCH TRÍCH NGANG

Tóm tắt

I. Tổng Quan Thiết Kế Hệ Thống PV BES Cho Thư Viện EIU

Nhu cầu về năng lượng tái tạo ngày càng cấp thiết, đặc biệt là năng lượng mặt trời. Việc sử dụng hệ thống năng lượng mặt trời trên mái nhà đang trở thành xu hướng. Luận văn này tập trung vào thiết kế hệ thống PV-BES kết nối lưới điện, quản lý năng lượng, yếu tố kinh tế và giảm phát thải ròng. Mục tiêu là nghiên cứu phương pháp thiết kế, điều khiển, mô phỏng bằng các phần mềm chuyên dụng như HOMER, MATLAB, PVSyst, và đánh giá tiềm năng. Đây cũng là nguồn tài liệu hỗ trợ học sinh, sinh viên tiếp cận lĩnh vực năng lượng mặt trời.

1.1. Tầm quan trọng của năng lượng tái tạo và hệ thống PV BES

Trong bối cảnh giá nhiên liệu hóa thạch tăng cao, năng lượng tái tạo, đặc biệt là điện mặt trời, trở nên quan trọng hơn bao giờ hết. Quyết định số 500/QĐ-TTg của Thủ tướng Chính phủ nhấn mạnh tiềm năng lớn của điện mặt trời ở Việt Nam và ưu tiên phát triển điện mặt trời trên mái nhà. Hệ thống PV-BES đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo nguồn cung cấp điện ổn định và giảm phát thải carbon.

1.2. Ứng dụng hệ thống PV BES cho thư viện EIU

Thư viện EIU là một công trình quan trọng, tiêu thụ một lượng điện đáng kể. Việc triển khai hệ thống PV-BES tại đây không chỉ giúp giảm chi phí điện mà còn góp phần vào mục tiêu phát triển bền vững của trường. Bài viết này sẽ trình bày chi tiết quy trình thiết kế, lựa chọn thiết bị và đánh giá hiệu quả kinh tế của hệ thống.

II. Thách Thức Giải Pháp Năng Lượng Cho Thư Viện EIU

Trong kỷ nguyên công nghiệp 4.0, giải pháp năng lượng bền vững được chính phủ Việt Nam và thế giới quan tâm. Các quốc gia ASEAN cam kết giảm sử dụng than. Việt Nam hướng tới phát thải ròng bằng không vào năm 2050. Hệ thống năng lượng mặt trời trên mái nhà kết hợp pin lưu trữ trở nên phổ biến. Việc tích hợp hệ thống quang điện (PV) và hệ thống tích trữ năng lượng (BESS) cho dân dụng và xe điện là lĩnh vực nghiên cứu quan trọng. Hệ thống PV-BESS giúp giảm chi phí điện, tăng độ tin cậy, tính độc lập của lưới điện và giảm phát thải khí nhà kính.

2.1. Hiện trạng sử dụng năng lượng và vấn đề tại thư viện EIU

Để đánh giá tiềm năng của hệ thống PV-BES tại thư viện EIU, cần phân tích hiện trạng sử dụng năng lượng của tòa nhà. Điều này bao gồm việc xác định tổng công suất tiêu thụ, biểu đồ phụ tải theo thời gian và các thiết bị tiêu thụ nhiều điện năng. Dữ liệu này sẽ là cơ sở để tính toán công suất cần thiết cho hệ thống.

2.2. Giải pháp tích hợp hệ thống PV BES để giảm chi phí điện

Hệ thống PV-BES có thể giúp thư viện EIU giảm chi phí điện bằng cách tự sản xuất điện từ năng lượng mặt trời và lưu trữ năng lượng dư thừa để sử dụng vào giờ cao điểm. Đồng thời, hệ thống cũng có thể cung cấp nguồn điện dự phòng trong trường hợp mất điện lưới.

2.3. Ưu tiên cấp nguồn cho tải tích hợp nguồn năng lượng mặt trời áp mái

Đề tài này đánh giá tính khả thi của hệ thống PV-BESS-230kWp được lắp đặt tại Tòa nhà thư viện EIU, Bình Dương, Việt Nam. Việc ưu tiên cấp nguồn cho tải, tích hợp nguồn năng lượng mặt trời áp mái đóng vai trò quan trọng để tối ưu hóa nguồn tài nguyên năng lượng sẵn có.

III. Hướng Dẫn Chi Tiết Thiết Kế Hệ Thống PV BES Nối Lưới

Nghiên cứu tập trung vào mô hình năng lượng mặt trời áp mái kết hợp pin lưu trữ và kết nối lưới điện dân dụng. Thiết kế hệ thống PV-BES quy mô nhỏ tập trung vào quản lý năng lượng, ưu tiên cấp nguồn cho tải, tích hợp nguồn năng lượng mặt trời áp mái, lưu trữ năng lượng, chuyển đổi điện và kết nối với lưới điện. Đồng thời, mô phỏng tính toán tiềm năng của hệ thống năng lượng mặt trời PV-BES 230kWp tại tòa nhà Thư viện EIU - Bình Dương, Việt Nam. Mục đích nghiên cứu là giúp giảm lượng khí thải carbon, thúc đẩy tính bền vững và giảm chi phí năng lượng.

3.1. Lựa chọn thành phần chính cho hệ thống PV BES

Việc lựa chọn các thành phần chính cho hệ thống PV-BES như tấm pin mặt trời, bộ biến tần, bộ điều khiển sạc và pin lưu trữ là rất quan trọng. Cần xem xét các yếu tố như hiệu suất, tuổi thọ, chi phí và khả năng tương thích để đưa ra lựa chọn phù hợp.

3.2. Phương pháp tính toán công suất hệ thống PV BES

Việc tính toán công suất hệ thống là một phần quan trọng không thể thiếu để đảm bảo đủ nguồn cung cấp điện cho các thiết bị điện trong quá trình sử dụng. Việc lựa chọn công suất hệ thống PV-BES phù hợp phụ thuộc vào nhiều yếu tố, bao gồm nhu cầu sử dụng điện, tiềm năng năng lượng mặt trời và ngân sách đầu tư.

3.3. Thiết kế hệ thống điện và kết nối lưới cho PV BES

Thiết kế hệ thống điện cho PV-BES cần tuân thủ các tiêu chuẩn an toàn điện và đảm bảo khả năng kết nối với lưới điện một cách an toàn và hiệu quả. Cần xem xét các yếu tố như bảo vệ quá tải, ngắn mạch và chống sét.

IV. Mô Phỏng Hệ Thống PV BES 230kWp bằng Phần Mềm Chuyên Dụng

Đề tài này đánh giá tổng thể ứng dụng thực tiễn thông qua các giai đoạn cụ thể bao gồm: thiết kế toàn bộ hệ thống, lựa chọn các thành phần phù hợp, chẳng hạn như các tấm pin năng lượng mặt trời, bộ tích trữ, bộ biến đổi công suất và kết nối lưới điện. Thiết kế cấu hình và thuật toán điều khiển cho hệ thống PV-BES nối lưới điện. So sánh, đánh giá hoạt động đáp ứng các khía cạnh khác nhau của hệ thống, bao gồm điều khiển dòng điện, sạc và xả pin, và đồng bộ với lưới điện, tối ưu công suất.

4.1. Sử dụng phần mềm HOMER để tối ưu hóa cấu hình hệ thống

HOMER là một phần mềm chuyên dụng để thiết kế và phân tích hệ thống năng lượng tái tạo. Phần mềm này có thể giúp tối ưu hóa cấu hình hệ thống, lựa chọn thiết bị phù hợp và đánh giá hiệu quả kinh tế của dự án.

4.2. Đánh giá hiệu suất và chi phí bằng PVSyst

PVSyst là một phần mềm chuyên dụng để mô phỏng và đánh giá hiệu suất của hệ thống điện mặt trời. Phần mềm này có thể giúp tính toán sản lượng điện, tổn thất năng lượng và chi phí đầu tư của dự án PV-BES.

4.3. Mô phỏng điều khiển hệ thống bằng MATLAB

MATLAB là một phần mềm mạnh mẽ để mô phỏng và phân tích hệ thống điều khiển. Phần mềm này có thể giúp thiết kế và kiểm tra các thuật toán điều khiển cho hệ thống PV-BES, đảm bảo hoạt động ổn định và hiệu quả.

V. Phân Tích Kết Quả Đánh Giá Hiệu Quả Kinh Tế Hệ Thống

Nghiên cứu đề xuất mô hình tích hợp khai thác năng lượng được tạo ra để giúp giảm lượng khí thải carbon, thúc đẩy tính bền vững và giảm chi phí năng lượng. Việc sử dụng năng lượng tái tạo đã trở thành một chủ đề ngày càng quan trọng trên thế giới ngày nay, vì nhu cầu về các nguồn năng lượng bền vững ngày càng trở nên cấp bách. Năng lượng mặt trời là nguồn năng lượng phong phú nhất và là nguồn năng lượng tái tạo đang phát triển nhanh nhất.

5.1. Phân tích sản lượng điện và giảm phát thải carbon

Sau khi mô phỏng, cần phân tích sản lượng điện thực tế của hệ thống PV-BES và so sánh với nhu cầu sử dụng điện của thư viện EIU. Đồng thời, cần đánh giá mức giảm phát thải carbon mà hệ thống mang lại.

5.2. Đánh giá chi phí đầu tư và thời gian hoàn vốn

Để đánh giá tính khả thi về kinh tế của dự án, cần tính toán chi phí đầu tư ban đầu, chi phí vận hành và bảo trì, và so sánh với lợi ích kinh tế từ việc giảm chi phí điện. Thời gian hoàn vốn là một chỉ số quan trọng để đánh giá hiệu quả đầu tư.

5.3. Đề xuất giải pháp quản lý năng lượng bền vững cho thư viện

Dựa trên kết quả phân tích, cần đề xuất các giải pháp quản lý năng lượng bền vững cho thư viện EIU, bao gồm việc sử dụng hệ thống PV-BES một cách hiệu quả, áp dụng các biện pháp tiết kiệm năng lượng và nâng cao nhận thức về sử dụng năng lượng tiết kiệm cho người dùng.

VI. Tương Lai Xu Hướng Phát Triển Hệ Thống PV BES

Trong giai đoạn 2013- 2022, điện mặt trời và điện gió liên tục phát triển hàng đầu, thu hút lần lượt 46% và 32% đầu tư vào năng lượng tái tạo toàn cầu. năng lượng gió ngoài khơi đã tăng lên, thu hút 8% tổng vốn đầu tư, tiếp theo là nhiệt mặt trời ở mức 5%. Các công nghệ năng lượng tái tạo khác (bao gồm thủy điện, sinh khối, nhiên liệu sinh học, năng lượng địa nhiệt và biển) chỉ thu hút được 7% tổng vốn đầu tư trong giai đoạn 2013-2022, trong đó sản xuất thủy điện một phần tương đối đáng kể trong tổng số [3].

6.1. Các công nghệ pin lưu trữ tiên tiến

Công nghệ pin lưu trữ đang phát triển nhanh chóng. Bên cạnh pin lithium-ion, các công nghệ mới như pin flow, pin solid-state và pin kim loại-khí hứa hẹn sẽ mang lại hiệu suất cao hơn, tuổi thọ dài hơn và chi phí thấp hơn.

6.2. Tích hợp trí tuệ nhân tạo vào hệ thống quản lý năng lượng

Trí tuệ nhân tạo (AI) có thể được sử dụng để dự đoán nhu cầu sử dụng điện, tối ưu hóa hoạt động của hệ thống PV-BES và phát hiện các sự cố tiềm ẩn. Điều này giúp nâng cao hiệu quả và độ tin cậy của hệ thống.

6.3. Phát triển hệ thống PV BES quy mô lớn cho các khu đô thị

Hệ thống PV-BES không chỉ phù hợp cho các hộ gia đình và doanh nghiệp mà còn có thể được triển khai ở quy mô lớn cho các khu đô thị. Điều này giúp giảm sự phụ thuộc vào lưới điện quốc gia và tạo ra một hệ thống năng lượng phân tán và bền vững hơn.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh nhu cầu về nguồn năng lượng bền vững ngày càng cấp thiết, năng lượng mặt trời nổi lên như một giải pháp ưu việt với tiềm năng lớn tại Việt Nam. Theo báo cáo ngành, điện mặt trời và điện gió chiếm lần lượt 46% và 32% tổng vốn đầu tư vào năng lượng tái tạo toàn cầu giai đoạn 2013-2022. Đặc biệt, hệ thống năng lượng mặt trời áp mái kết hợp bộ lưu trữ năng lượng (PV-BES) đang được quan tâm do khả năng giảm chi phí điện, nâng cao độ tin cậy và giảm phát thải khí nhà kính. Luận văn này tập trung thiết kế hệ thống PV-BES công suất 230kWp cho tòa nhà Thư viện Đại học Quốc tế Miền Đông (EIU), tỉnh Bình Dương, nhằm tối ưu hóa quản lý năng lượng, đảm bảo hiệu quả kinh tế và môi trường.

Mục tiêu nghiên cứu bao gồm: thiết kế hệ thống PV-BES nối lưới, phát triển thuật toán điều khiển tối ưu, mô phỏng hiệu suất bằng phần mềm chuyên dụng như HOMER, MATLAB, PVSyst, và đánh giá tiềm năng năng lượng cũng như chi phí đầu tư. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào tòa nhà thư viện EIU với dữ liệu thực tế về bức xạ mặt trời, phụ tải điện và cấu trúc mái nhà trong năm 2024. Kết quả nghiên cứu góp phần thúc đẩy ứng dụng năng lượng tái tạo trong các công trình dân dụng, đồng thời cung cấp tài liệu tham khảo cho sinh viên và nhà nghiên cứu trong lĩnh vực kỹ thuật điện và năng lượng tái tạo.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình sau:

• Lý thuyết năng lượng mặt trời và quang điện (PV): Năng lượng mặt trời được chuyển đổi thành điện năng qua hiệu ứng quang điện, với công suất cực đại (kWp) phụ thuộc vào bức xạ mặt trời và hiệu suất tấm pin. Công thức tính công suất điện và năng lượng sản xuất được áp dụng theo chuẩn quốc tế, có tính đến hệ số tổn thất do biến đổi môi trường và thiết bị.

• Mô hình hệ thống PV-BES nối lưới: Hệ thống bao gồm tấm pin mặt trời, bộ lưu trữ năng lượng (BESS), bộ biến tần và kết nối với lưới điện dân dụng. Mô hình này cho phép tối ưu hóa nguồn năng lượng, giảm chi phí điện và phát thải khí nhà kính.

• Thuật toán điều khiển MPPT (Maximum Power Point Tracking) - P&O (Perturb and Observe): Thuật toán này liên tục điều chỉnh điện áp đầu ra của tấm pin để khai thác công suất tối đa dưới các điều kiện bức xạ và nhiệt độ thay đổi. Thuật toán P&O được cải tiến để giảm dao động công suất sau khi đạt điểm tối đa.

• Điều khiển inverter ba pha: Sử dụng lý thuyết công suất tức thời để điều khiển dòng điện và điện áp, đảm bảo đồng bộ với lưới điện, kiểm soát công suất hoạt động và công suất phản kháng, nâng cao chất lượng điện năng.

• Phân tích chi phí đầu tư: Chi phí được phân bổ theo tấm pin (50%), biến tần (25%), hệ thống cân bằng (17%) và nhân công lắp đặt (8%). Thời gian hoàn vốn được tính dựa trên tổng chi phí đầu tư và lợi ích tài chính hàng năm từ tiết kiệm điện và bán điện.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng phương pháp kết hợp giữa cơ sở lý thuyết và mô phỏng thực nghiệm:

• Nguồn dữ liệu: Thu thập dữ liệu bức xạ mặt trời, phụ tải điện thực tế của tòa nhà thư viện EIU, thông số kỹ thuật của tấm pin JA Solar JAM72-S03-400-PR, bộ lưu trữ pin lithium-ion và biến tần.

• Phương pháp chọn mẫu: Lựa chọn tòa nhà thư viện EIU làm đối tượng nghiên cứu do có dữ liệu thực tế đầy đủ và cấu trúc mái phù hợp cho lắp đặt hệ thống PV-BES.

• Phương pháp phân tích: Sử dụng phần mềm HOMER để mô phỏng cấu trúc hệ thống và đánh giá hiệu suất, PVSyst để phân tích chi tiết sản lượng điện và tổn thất, MATLAB để phát triển và kiểm thử thuật toán điều khiển MPPT và quản lý năng lượng.

• Timeline nghiên cứu: Nghiên cứu bắt đầu từ tháng 1/2024, hoàn thành thiết kế và mô phỏng vào tháng 5/2024, bảo vệ luận văn tháng 6/2024.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Hiệu suất hệ thống PV-BES: Mô phỏng cho thấy hệ thống PV-BES 230kWp tại tòa nhà thư viện EIU có thể sản xuất trung bình khoảng 280 kWh/ngày, đáp ứng khoảng 75% nhu cầu điện hàng ngày của tòa nhà với tổng công suất tiêu thụ khoảng 230 kWh/ngày.

2. Chi phí đầu tư và thời gian hoàn vốn: Tổng chi phí đầu tư ước tính khoảng 2,7 tỷ đồng, tương đương 12 triệu đồng/kWp. Thời gian hoàn vốn dự kiến từ 4 đến 5 năm, dựa trên giá điện bình quân 2000 VNĐ/kWh và các khoản tiết kiệm từ việc sử dụng điện mặt trời.

3. Hiệu quả thuật toán điều khiển MPPT: Thuật toán P&O cải tiến giúp duy trì công suất đầu ra gần điểm công suất tối đa, giảm dao động công suất xuống dưới 2%, nâng cao hiệu quả khai thác năng lượng mặt trời.

4. Tác động môi trường: Hệ thống PV-BES giúp giảm phát thải khí nhà kính, ước tính giảm khoảng 30-40 tấn CO2 mỗi năm so với sử dụng điện lưới truyền thống.

Thảo luận kết quả

Kết quả mô phỏng và phân tích cho thấy hệ thống PV-BES là giải pháp khả thi về mặt kỹ thuật và kinh tế cho tòa nhà thư viện EIU. Việc lựa chọn tấm pin JA Solar với hiệu suất 20,5% và hệ số nhiệt độ thấp giúp tối ưu hóa sản lượng điện trong điều kiện khí hậu Bình Dương. So với các nghiên cứu tương tự trong khu vực, thời gian hoàn vốn 4-5 năm là hợp lý và cạnh tranh, phù hợp với xu hướng giảm chi phí đầu tư của công nghệ năng lượng mặt trời.

Thuật toán điều khiển MPPT P&O cải tiến đã khắc phục được nhược điểm dao động công suất thường gặp, giúp hệ thống vận hành ổn định hơn, đặc biệt trong điều kiện bức xạ thay đổi theo giờ và mùa. Biểu đồ mô phỏng công suất đầu ra theo giờ trong ngày minh họa rõ sự phù hợp giữa sản lượng điện và phụ tải tiêu thụ, đảm bảo hiệu quả sử dụng năng lượng.

Việc tích hợp bộ lưu trữ năng lượng lithium-ion giúp tăng khả năng tự cung cấp điện, giảm phụ thuộc vào lưới điện và nâng cao độ tin cậy hệ thống. Tuy nhiên, chi phí pin vẫn là thách thức lớn, đòi hỏi các giải pháp tài chính và chính sách hỗ trợ để thúc đẩy đầu tư.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Triển khai hệ thống PV-BES quy mô tương tự tại các tòa nhà công cộng: Khuyến khích các trường đại học, bệnh viện và cơ quan hành chính tại Bình Dương và các tỉnh lân cận áp dụng hệ thống PV-BES để giảm chi phí điện và phát thải khí nhà kính trong vòng 3-5 năm tới.

2. Phát triển thuật toán điều khiển năng lượng thông minh: Nâng cấp thuật toán MPPT và quản lý pin để tối ưu hóa hiệu suất vận hành, giảm hao tổn và kéo dài tuổi thọ pin, thực hiện trong giai đoạn 1-2 năm tiếp theo bởi các nhóm nghiên cứu và doanh nghiệp công nghệ.

3. Chính sách hỗ trợ tài chính và ưu đãi thuế: Đề xuất các chính sách ưu đãi thuế, hỗ trợ vay vốn lãi suất thấp cho các dự án năng lượng mặt trời áp mái kết hợp lưu trữ, nhằm giảm gánh nặng chi phí đầu tư ban đầu, thúc đẩy đầu tư trong 2-3 năm tới.

4. Tăng cường đào tạo và nâng cao nhận thức: Tổ chức các khóa đào tạo, hội thảo cho sinh viên, kỹ sư và nhà quản lý về thiết kế, vận hành và bảo trì hệ thống PV-BES, nhằm nâng cao năng lực và thúc đẩy ứng dụng rộng rãi trong 1-2 năm tới.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Sinh viên và nghiên cứu sinh ngành Kỹ thuật Điện và Năng lượng tái tạo: Luận văn cung cấp kiến thức thực tiễn về thiết kế, mô phỏng và điều khiển hệ thống PV-BES, hỗ trợ học tập và nghiên cứu chuyên sâu.

2. Kỹ sư thiết kế và thi công hệ thống năng lượng mặt trời: Tài liệu chi tiết về lựa chọn thiết bị, phân tích chi phí và mô phỏng hiệu suất giúp kỹ sư tối ưu hóa thiết kế và vận hành hệ thống.

3. Nhà quản lý và hoạch định chính sách năng lượng: Cung cấp cơ sở dữ liệu và phân tích kinh tế kỹ thuật để xây dựng chính sách hỗ trợ phát triển năng lượng tái tạo và giảm phát thải khí nhà kính.

4. Doanh nghiệp cung cấp giải pháp năng lượng tái tạo: Tham khảo quy trình thiết kế, thuật toán điều khiển và mô phỏng để phát triển sản phẩm, dịch vụ phù hợp với thị trường Việt Nam.

Câu hỏi thường gặp

1. Hệ thống PV-BES là gì và có lợi ích gì?
   Hệ thống PV-BES là sự kết hợp giữa tấm pin năng lượng mặt trời (PV) và bộ lưu trữ năng lượng (BESS), giúp khai thác năng lượng mặt trời hiệu quả, lưu trữ điện để sử dụng khi cần, giảm chi phí điện và phát thải khí nhà kính.

2. Tại sao chọn tấm pin JA Solar cho hệ thống?
   Tấm pin JA Solar có hiệu suất 20,5%, hệ số nhiệt độ thấp 0,26%, phù hợp với điều kiện khí hậu Việt Nam, đồng thời có giá thành cạnh tranh và được đánh giá cao về độ bền.

3. Thuật toán MPPT P&O hoạt động như thế nào?
   Thuật toán P&O liên tục điều chỉnh điện áp đầu ra của tấm pin để tìm điểm công suất tối đa, đảm bảo khai thác tối đa năng lượng mặt trời dưới các điều kiện bức xạ và nhiệt độ thay đổi.

4. Thời gian hoàn vốn của hệ thống PV-BES là bao lâu?
   Thời gian hoàn vốn ước tính từ 4 đến 5 năm, dựa trên chi phí đầu tư khoảng 2,7 tỷ đồng và lợi ích tài chính từ tiết kiệm điện và bán điện với giá điện bình quân 2000 VNĐ/kWh.

5. Hệ thống PV-BES có thể áp dụng cho các công trình khác không?
   Có, hệ thống có thể áp dụng cho các tòa nhà công cộng, doanh nghiệp và hộ gia đình có nhu cầu sử dụng điện lớn, giúp giảm chi phí và phát thải, đồng thời nâng cao độ tin cậy nguồn điện.

Kết luận

• Thiết kế hệ thống PV-BES 230kWp cho tòa nhà thư viện EIU đáp ứng hiệu quả khoảng 75% nhu cầu điện hàng ngày, góp phần giảm phát thải khí nhà kính.
• Thuật toán điều khiển MPPT P&O cải tiến giúp tối ưu hóa công suất đầu ra, giảm dao động và nâng cao hiệu suất hệ thống.
• Tổng chi phí đầu tư khoảng 2,7 tỷ đồng, thời gian hoàn vốn dự kiến 4-5 năm, phù hợp với xu hướng giảm chi phí công nghệ năng lượng mặt trời.
• Hệ thống có tính ứng dụng cao, phù hợp triển khai tại các công trình dân dụng và công cộng khác trong khu vực.
• Đề xuất các giải pháp kỹ thuật, chính sách hỗ trợ và đào tạo nhằm thúc đẩy phát triển năng lượng tái tạo bền vững tại Việt Nam.

Để tiếp tục phát triển, các nhà nghiên cứu và doanh nghiệp nên tập trung vào nâng cao hiệu quả thuật toán điều khiển, giảm chi phí lưu trữ năng lượng và mở rộng ứng dụng hệ thống PV-BES. Mời quý độc giả và các bên liên quan tham khảo và áp dụng kết quả nghiên cứu nhằm góp phần xây dựng tương lai năng lượng xanh, bền vững.

Trích đoạn nội dung tài liệu

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA -------------------- NGUYỄN HỒNG PHƯỚC THIẾT KẾ HỆ THỐNG PV-BES CHO TÒA NHÀ THƯ VIỆN EIU Chuyên ngành : Kỹ thuật Điện. Mã số: 8520201 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 6 năm 2024 Công trình được hoàn thành tại: Trường Đại học Bách Khoa –ĐHQG -HCM Cán bộ hướng dẫn khoa học: PGS.

Phan Quốc Dũng Cán bộ chấm nhận xét 1: TS. Nguyễn Chấn Việt Cán bộ chấm nhận xét 2: TS. Trần Quốc Hoàn Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp. HCM ngày 16 tháng 6 năm 2024.

Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: 1. Chủ tịch: PGS. Trương Hoàng Khoa 3. Phản biện 1: TS.

Nguyễn Chấn Việt 4. Phản biện 2: TS. Trần Quốc Hoàn 5. Ủy viên: TS.

Văn Tấn Lượng Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có). CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ PGS. Nguyễn Văn Nhờ TS. Nguyễn Quang Nam ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự do - Hạnh phúc TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: NGUYỂN HỒNG PHƯỚC MSHV:2270219 Ngày, tháng, năm sinh: 01/06/1993 Nơi sinh: Bình Dương Chuyên ngành: Kỹ Thuật Điện Mã số : 8520201 I.

TÊN ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ HỆ THỐNG PV-BES CHO TÒA NHÀ THƯ VIỆN EIU “DESIGN OF PV-BES FOR EIU LIBRARY BUILDING” NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: - Tìm hiểu về phương pháp thiết kế hệ thống năng lượng mặt trời áp mái kết nối lưới điện và bộ tích trữ năng lượng - Tìm hiểu về thuật toán điều khiển hệ thống PV-BES. - Phân tích hiện trạng và tính toán lựa chọn các thành phần hệ thống. - Mô phỏng thiết kế bằng các phần mềm chuyên dụng cho hệ thống PV-BES. - Đánh giá kết quả và giải pháp tiềm năng.

NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 15/01/2024. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 20/05/2024. CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS. PHAN QUỐC DŨNG Tp.

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO PGS. Phan Quốc Dũng TS. Nguyễn Nhật Nam TRƯỞNG KHOA ĐIỆN- ĐIỆN TỬ TS. Nguyễn Quang Nam LỜI CẢM ƠN Trong suốt quá trình tham gia khóa đào tạo sau đại học, tôi đã nhận được rất nhiều sự quan tâm, giúp đỡ của quý Thầy Cô, gia đình và bạn bè.

Đó là động lực rất lớn để tôi vượt qua những khó khăn và hoàn thành chương trình học tập tại trường. Em xin chân thành cảm ơn thầy hướng dẫn PGS.TS Phan Quốc Dũng đã luôn động viên, giảng dạy, hướng dẫn tận tình và truyền đạt cho em những kiến thức quý báu để em thực hiện đề tài này. Để hoàn thành luận văn này, Em xin trân trọng cảm ơn quý Thầy, Cô của Khoa Điện - Điện tử, Bộ môn Kỹ thuật Điện, Bộ môn Cung cấp điện và phòng Đào tạo Sau Đại Học, đã giảng dạy, hỗ trợ và tạo điều kiện thuận lợi trong suốt quá trình học tập tại Trường Đại Bách Khoa TP. Em cũng xin trân trọng cảm ơn quý Thầy Cô của Bộ môn Kỹ thuật Điện, Khoa Kỹ thuật, Trường Đại học Quốc tế Miền Đông (EIU) đã luôn động viên, hỗ trợ nguồn dữ liệu của tòa nhà Thư viện EIU và tạo điều kiện thuận lợi ở trong công việc suốt quá trình vừa công tác vừa học tập và hoàn thành đề tài luận văn này.

Em xin kính chúc quý Thầy Cô luôn dồi dào sức khỏe, vui vẻ, công tác thuận lợi và nhiều thành công rực rỡ trên sự nghiệp trồng người cho nhiều thế hệ tương lai. Trân trọng! Tp. Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2024 Học viên thực hiện Nguyễn Hồng Phước i TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ Khi nhu cầu về các nguồn năng lượng bền vững ngày càng trở nên cấp thiết, với nhiều nguồn năng lượng tái tạo khác nhau như năng lượng mặt trời, gió và thủy điện, một nguồn đang được chú ý trên thị trường điện Việt Nam trong những năm gần đây là hệ thống năng lượng mặt trời trên mái nhà. Đề tài luận văn này tập trung ứng dụng thiết kế hệ thống PV-BES kết nối lưới điện dân dụng, đặc biệt là quản lý năng lượng, xem xét các yếu tố kinh tế và hiệu quả đầu tư giảm phát thải ròng.

Các mục tiêu nghiên cứu các phương pháp thiết kế, điều khiển chính cho hệ thống PV-BES, từng bước tính toán dựa trên cơ sở lý thuyết đã học, từ đó tiến hành mô phỏng bằng các phần mềm chuyên dụng như HOMER, MATLAB, PVSyst,… và phân tích tiềm năng, đánh giá kết quả để đề xuất giải pháp hiệu quả cao về năng lượng, đảm bảo lợi ích kinh tế và môi trường cho nhà đầu tư. Bên cạnh đó, đề tài cũng là nguồn tài liệu hỗ trợ học tập cho học sinh, sinh viên dễ dàng tiếp cận và nghiên cứu về lĩnh vực năng lượng mặt mời. ABSTRACT As the demand for sustainable energy sources becomes increasingly urgent, with various renewable energy sources such as solar, wind, and hydroelectric power, one source that has been gaining attention in the Vietnamese electricity market in recent years is the rooftop solar energy system. This thesis focuses on the application of designing a grid-connected PV-BES system for residential electricity, particularly energy management, considering economic factors and the effectiveness of investment in reducing net emissions.

The research objectives include studying the design methods and main controls for the PV-BES system, step by step calculations based on the theoretical foundation learned, followed by simulation with specialized softwares (like HOMER, MATLAB, PVSyst,…) and analysis of potential, evaluating results to propose high-efficiency energy solutions, ensuring economic and environmental benefits for investors. Additionally, this topic also serves as a resource to support students’ learning, making it easy for them to access and research the field of solar energy. ii LỜI CAM ĐOAN Luận văn thạc sĩ này được thực hiện tại Trường Đại Học Bách Khoa Tp. Hồ Chí Minh.

Là công trình do tôi nghiên cứu, thực hiện dưới sự hướng dẫn trực tiếp của PGS. Phan Quốc Dũng. Tôi xin cam đoan phần trình bày dưới đây là đúng sự thật về quá trình nghiên cứu thực hiện đề tài của bản thân tôi. Các dữ liệu đã được giả định hoặc điều chỉnh để đảm bảo tính bảo mật, kết quả và các kết luận trong luận văn là trung thực.

Việc tham khảo các nguồn tài liệu đã được thực hiện trích dẫn và ghi nguồn tài liệu tham khảo đúng quy định. Trường hợp có khiếu nại gì liên quan tới luận văn tôi hoàn toàn chịu trách nhiệm. Người thực hiện Nguyễn Hồng Phước iii MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN. i TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ.

ii LỜI CAM ĐOAN. iii MỤC LỤC. iv DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT. vi DANH MỤC HÌNH ẢNH.

vii DANH MỤC BẢNG. LÍ DO CHỌN ĐỀ TÀI. MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU. PHẠM VI VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU.

PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .3 2 TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU. NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI. CÁC HỆ THỐNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI. HỆ THỐNG TÍCH TRỮ NĂNG LƯỢNG.

THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂN. TÍNH TOÁN HỆ THỐNG PV-BESS. PHÂN TÍCH CHI PHÍ .25 4 THIẾT KẾ HỆ THỐNG. CÁC BƯỚC THỰC HIỆN.

PHÂN TÍCH HIỆN TRẠNG CÔNG TRÌNH. LỰA CHỌN THANH PHẦN HỆ THỐNG PV-BES NỐI LƯỚI. PHAN TICH TIỀM NANG SẢN LƯỢNG DIỆN TỪ BỨC XẠ MẶT TRỜI.43 5 MÔ PHỎNG HỆ THỐNG PV-BES 230KWP. PHẦN MỀM HOMER.

PHẦN MỀM PVSYST. PHẦN MỀM MATLAB.74 TÀI LIỆU THAM KHẢO .78 PHẦN LÝ LỊCH TRÍCH NGANG .81 v DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT Từ viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt BES Battery Energy Storage Bộ lưu trữ năng lượng BMS Battery Management System Hệ thống quản lý lưu trữ DG Diesel generator Máy phát điện EES Electrical Energy Storage Bộ lưu trữ năng lượng điện EIU Eastern International Trường Đại học Quốc tế University Miền Đông EVN Vietnam Electricity Tập đoàn Điện lực Việt Nam GHG Greenhouse Gas Phát thải khí nhà kính LIB Lithium-ion Battery LPF Lithium iron phosphate battery (LiFePO4 battery) MPPT Maximum Power Point Theo dõi điểm công suất tối Tracking đa NLMT Năng lượng mặt trời NOCT Normal Operating Cell Temperature P&O Perturb and Observe PV Photovoltaic Panel Pin quang điện UPS Uninterruptible Power Supply WT Wind turbine Điện gió vi DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 2-1 Cam kết Đóng góp do quốc gia tự quyết định (NDC) của Việt Nam và các quốc gia ASEAN tính đến đầu năm 2022 [4].5 Hình 2-2 Ví dụ Mô hình hệ thống tích hợp Hybrid-BESS cho khu dân cư [6] .6 Hình 2-3 Hệ thống quản lý năng lượng gia đình dựa trên PV và BESS [10] .8 Hình 2-4 Minh họa sơ đồ hệ thống nối lưới kết hợp bộ dự trữ năng lượng [14] .9 Hình 3-1 Dải sóng bức xạ năng lượng Mặt Trời [15]. 11 Hình 3-2 Bức xạ trực tiếp và khuếch tán trong không gian [15] .12 Hình 3-3 Lượng bức xạ thu được của bề mặt nằm ngang trong mùa đông so với mùa hè [15] .12 Hình 3-4 Ảnh hưởng của góc nghiêng tấm thu bức xạ năng lượng Mặt Trời [15] .13 Hình 3-5 Biểu đồ tiềm năng sản lượng quang điện theo tháng tại Việt Nam, năm 2020 [16] .13 Hình 3-6 Chuyển đổi năng lượng bức xạ thành điện năng [17].14 Hình 3-7 Minh họa sơ đồ Hệ thống nối lưới kết hợp bộ dự trữ năng lượng .16 Hình 3-8 Sơ đồ hệ thống BESS nối lưới công suất 62.17 Hình 3-9 Dự báo chi phí của công nghệ EES [20] .18 Hình 3-10 Đường cong PV theo thuật toán điều khiển P&O điển hình [21] .20 Hình 3-11 Đặc tính ngõ ra của PV mô-đun, đường cong I-U và P-U [22] .20 Hình 3-12 Sơ đồ thuật toán điều khiển P&O [21] .21 Hình 3-13 Sơ đồ phần cứng và cấu trúc điều khiển chung của hệ thống PV kết nối lưới ba pha với bộ lọc LCL [23] .22 Hình 4-1 Sơ đồ tổng quát quy trình thiết kế hệ thống PV-BES cho tòa nhà thư viện EIU .30 Hình 4-2 Sơ đồ tổng quát khuôn viên EIU .30 Hình 4-3 Ảnh thực tế của khu vực khảo sát và định vị mô phỏng .31 Hình 4-4 Hình ảnh tòa nhà Block 4 & 5 .31 Hình 4-5 Sơ đồ tầng mái Block 4 - Tòa nhà thư viện EIU .32 vii Hình 4-6 Hình ảnh thực tế của mái tòa nhà Block 4, tháng 3 năm 2024 .33 Hình 4-7 Sơ đồ 1 sợi của hệ thống phân phối điện trung tâm của EIU .33 Hình 4-8 Đánh giá Thương hiệu Tấm Pin Mặt Trời Tốt Nhất Cho Ngôi Nhà Năm 2023 (Forbes Home Rating) .38 Hình 4-10 Sơ sồ dòng năng lượng của ba chế độ vận hành hệ thống theo qui ước thứ tự nguồn cấp .42 Hình 4-11 Dữ liệu bản đồ phân bố bức xạ mặt trời theo GPS[30] .45 Hình 4-12 Đồ thị phân bố vùng hoạt động bức xạ mặt trời theo Giờ và phương vị mặt trời, hạ chí và đông chí [30] .