CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 GIỚI THIỆU HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN Hệ thống năng lượng là tập hợp các nhà máy điện, lưới điện và lưới nhiệt được nối với nhau liên tục trong quá trình sản xuất, chúng có liên hệ mật thiết với nhau. Hệ thống điện là hệ thống năng lượng không có lưới nhiệt. Hay nói cách khác, hệ thống điện là hệ thống bao gồm các khâu sản xuất, truyền tải, phân phối và cung cấp điện đến các hộ tiêu thụ Điện năng là một dạng năng lượng rất phổ biến và quan trọng đối với cuộc sống,điện năng được sản xuất từ các nhà máy được truyền tải và cung cấp cho các hộ tiêu thụ. Trong việc truyền tải tới các hộ tiêu thụ việc thiết kế cung cấp điện là một khâu rất quan trọng.
Với thời đại hiện nay, nền kinh tế nước ta đang phát triền mạnh mẽ theo sự hội nhập của thế giới,đời sống xã hội của người dân được nâng cao nên những tiện nghi trong cuộc sống đòi hỏi mức tiêu thụ về điện năng tăng cao, do đó việc thiết kế cung cấp điện không thể thiếu trong xu thế hiện nay. Việc thiết kế cung cấp điện cần phải đáp ứng được các yêu cầu sau: - Độ tin cậy cấp điện: mức độ tin cậy cung cấp điện phụ thuộc vào yêu cầu phụ tải. với công trình quan trọng cấp quốc gia phải đảm bảo liên tục câp điện ở mức cao nhất, những đối tượng như nhà máy, xí nghiệp, tòa nhà cao tầng…tốt nhất là dùng máy phát điện dự phòng khi mất điện sẽ dùng máy phát - Chất lượng điện: được đánh giá qua hai tiêu chí tần số và điện áp, điện áp trung và hạ chỉ cho phép khoảng ±5% do thiết kế dảm nhiệm, còn chỉ tiêu tần số do cơ quan điện lực quốc gia điều hành. - An toàn điện: công trình cấp điện phải có tính an toàn cao cho người vận hành, người sử dụng thiết bị và cho toàn bộ công trình.
- Kinh tế: trong quá trình thiết kế ta phải đưa ra nhiều phương án rồi chọn lọc trong các phương án đó có hiệu quả kinh tế cao.2 GIỚI THIỆU NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI Trong thái dương hệ mặt trời có nguồn năng lượng lớn nhất. Nó là khối vật chất khổng lồ với hoạt động hạt nhân xảy ra liên tục. Mặt trời cung cấp trực 7 tiếp hoạt gián tiếp, cho loài người và mọi dạng sống trên trái đất. Mặt trời quyết định khí hậu và thời tiết.
không có mặt trời trái đất là vùng đất chết đóng băng vĩnh cửu. Điện năng lượng măt trời là ý tưởng tuyệt vời. Lấy năng lượng từ mặt trời và chuyển thành điện năngcung cấp cho các trang thiết bị là mong ước của chúng ta, sẽ không còn hóa đơn tiền điện, không còn phụ thuộc vào công ty điện lực và bạn sẽ có nguồn năng lượng tái tạo, xanh sạch và bảo vệ môi trường. Tạo ra năng lượng mặt trời nhờ vào ánh sáng mặt trời chiếu vào các panel pin mặt trời tạo ra nguồn điện 1 chiều DC qua các bộ biến tần chỉnh hành các nguồn điện xoay chiều AC cung cấp cho các thiết bị điện.
Panel mặt trời tạo ra điện là do hiệu ứng quang điện giữa 2 lớp bán dẫn, 1 lớp thiếu electron. Khi các electron này bị các photon kích thích lám cho chúng chuyển từ lớp bán dẫn này sang bán dẫn kia, nên tạo ra điện tích. Các panel này thường là Si được cắt thành các tấm mỏng xếp kết hợp vừa song song và nối tiếp. Nối tiếp thì tăng hiệu suất của pin, mắc song song thì tăng áp cung cấp cho phụ tải.
Nguồn năng lượng mặt trời ngày nay thường được ứng dụng ích vì giá thành vẫn còn cao. Nên được chỉ ứng ụng ở những nơi chưa có điện lưới kéo tới hoặc cung cấp cho 1 vài phòng, hay ứng dụng làm bình nước nóng, thiết bị bán hàng tự động.3 SỰ PHÁT TRIỂN ỨNG DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI Sự phát triển nhanh về công nghệ và liên tục cải tiến của các nhà thiết kế nên giá có giảm đi liên tục từ đầu năm 2009 tạo nên tiến bộ rõ rệt trong lĩnh vực công nghệ năng lượng sạch. Trước những năm 2007 thì việc ứng dụng nguồn năng lượng mặt trời là điều coi là không thực tế. Ngày nay thì nó có tính khả thi cao.
Thậm chí còn hiệu quả về cả kinh tế và công nghệ. Các tấm pin panel ngày càng nhỏ gọn hơn và đa dạng hơn về định mức công suất, chi phí ngày càng thấp hơn. Đối nhiều ứng dụng, năng lượng mặt trời dang trở thành phương cách cung cấp điện năng có hiệu quả kinh tế cao hơn nhiều phương pháp khác. Với tiến độ phát triển của nghành công nghệ điện hiện nay thì dự đoán đến năm 2025 thì năng lượng mặt trời sẽ thành nguồn điện rẽ nhất, rẽ hơn các năng lượng được sản xuất trong các nhà máy: nhiệt năng, thủy năng.
Chúng 8 ta sẽ chứng kiến năng lượng mặt trời tích hợp vào các vật dụng, máy móc hằng ngày. Năng lượng mặt trởi là thiết bị cấp điện dễ sử dụng, thải cacbon hấp.Năng lượng này sẽ cung cấp được những nơi như: sa mạc, các vùng sâu vùng xa. Dần thay thế các nguồn điện khác và trở thành nguồn cung cấp điện chính trong tương lại. 9 CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYÉT 2.1 CẤU HÌNH HỆ THỐNG ĐIỆN MẶT TRỜI 2.1HỆ THỐNG ĐỘC LẬP/ NGOÀI LƯỚI ĐIỆN Trạm điện mặt trời độc lập là kiểu hệ thống điện mặt trời thông dụng nhất trên phạm vi toàn cầu.
Mục đích chính là cung cấp điện cho những nơi chưa có lưới điện kéo tới hay không có nguồn năng lượng khác. - Hệ thống điện độc lập thường rất nhỏ, công suất đỉnh không quá 1kw. - Hệ thống điện độc lập muốn có kế hoạch về hệ thống điện lớn hơn và quan trọng hơn thì người thiết kế cần có kiến thức cơ bản và kinh nghiệm trong thiết kế nguồn năng lượng mặt trời, nên cần bắt đầu với thiết kế nhỏ và đơn giản. Hình 1: Sơ đồ nguyên lý của hệ thống điện mặt trời độc lập Nguyên lý hoạt động: Từ giàn pin mặt trời (solar cells), ánh sáng được biến đổi thành điện năng, tạo ra dòng điện một chiều (DC Power).
Dòng điện này được dẫn tới bộ điều khiển (charge controller) là một thiết bị có chức năng có chức năng tự động 10 điều hòa dòng điện từ pin mặt trời và dòng điện nạp cho acquy (Battery) ở chế độ tối ưu nhất. Khi acquy (Battery) đầy thì bộ điều khiển (charge controller) sẽ ngưng sạc hoạt sạc ở chế độ duy trì. Khi acquy (Battery) cạn thì tự động vào chế độ nạp lại. Thông qua bộ đổi điện DC/AC (Inverter) tạo ra dòng điện xoay chiều chuẩn 220V/50Hz để chạy các thiết bị trong gia đình như đèn chiếu sáng, quạt, tivi, máy tính, tủ lạnh, máy bơm.
- Ưu điểm: Hệ thống này sẽ đơn giản, dễ thiết kề và thường dùng trong các khu vực chưa có lưới điện hoặc nơi thường xuyên bị cắt điện liên tục. - Nhược điểm: + Hệ thống này vì không có lưới điện hoặc điện áp dự phòng nên phụ thuộc rất nhiều vào cường độ chiếu sáng của mặt trời hơn những hệ thống điện mặt trời khác. + Hệ thống này phải cung cấp điện năng hơn công suất phụ tải mà nó cung cấp để có điện dự trữ xài vào ban đêm khi mà các dãy pannel không thể tạo ra điện năng. + Mà yếu tố quyết định chính là các photon trong ánh nắng mặt trời, photon sẽ tăng khi cường độ chiếu sáng tăng.
Để khắc phục sự phụ thuộc này ta cần tính toán kỹ lưỡng thiết kế năng lượng mặt trời của hệ thống này. Như địa điểm lắp đặt các dãy pannel mặt trời, hướng của các dãy pannel, điểu chỉnh góc đặt dãy pannel, dự đoán tránh bóng che. Công suất của dãy pannel cung cấp phải lớn hơn công suất phụ tải hệ thống, để còn điện năng dư đưa vào bình acquy để có điện năng sử dụng vào ban đêm.2 HỆ THỐNG ĐIỆN MẶT TRỜI NỐI VỚI LƯỚI ĐIỆN Hệ thống này thường được thông dụng ở châu Âu và Hoa Kỳ, do lợi ích rõ rệt về giảm chi phí lắp đặt và có thêm thu nhập nhờ bán điện lại cho công ty điện lực. Hệ thống điện này thường hoạt động ở các khu có hệ thống lưới điện ổn định.
Đặc biệt có hiệu quả nhất ở nơi có khí hậu nóng, nhiều ánh nắng, nơi nhu cầu điện năng cao điểm trùng với những giờ nắng nóng. 11 Hình 2: sơ đồ nguyên lý của hệ thống điện nối với lưới điện Mô tả hoạt động: chuyển mạch SW ở vị trí OB - Khi không có mặt trời: (Buổi tối hoặc khi bị mây che) Các Solar panel sẽ không sản sinh ra điện nên các phụ tải sẽ sử dụng điện từ lưới một cách bình thường. Lúc này chỉ số của W0 sẽ thể hiện đúng chỉ số tiêu thụ điện năng của phụ tải mà bạn đang sử dụng (W2): W2 = W0 - Khi trời có nắng: Các solar panel sẽ có địên và lúc này GTSIA sẽ biến đổi điện năng DC từ các solar panel trên thành điện AC có tần số, pha và điện áp trùng với điện lưới. Điện năng từ mặt trời sẽ được hòa với điện lưới qua chỉ số của đồng hồ W1.
Như vậy chí số mua điện từ lưới (W0) sẽ bằng hiệu của mức tiêu thụ của phụ tải (W2) với điện năng do hệ thống điện mặt trời tạo ra (W1). Trong trường hợp công suất của phụ tải là nhỏ hơn công suất của điện mặt trời đưa ra W2 < W1, ta thấy điện năng sẽ được “bơm” và gửi ngược trở lại lưới và chỉ số trên W0 sẽ mang trị số âm (giảm). - Khi mất điện lưới, hệ thống GTSIA ngưng họat động đảm bảo sự an toàn cho lưới điện. Chuyển mạch SW ở vị trí OA: Được sử dụng khi nhà nước chấp nhận mua điện từ các hộ gia đình có hệ thống điện mặt trời nối lưới.
12 * Ưu điểm: - Hệ thống nối với lưới điện, bạn có thể sử dụng điện mặt trời vào ban ngày, điện dư thì dẫn vào lưới điện bán cho công ty điện lực. Buổi chiều hoặc tối thì bạn lại sử dụng điện từ công ty điện lực cung cấp. vì vậy hệ thống này thường ít phụ thuộc vào công ty điện lực, giảm được điện mà nhà máy sản xuất bằng các phương thức gây ô nhiễm môi trường. - Không sử dụng bình acquy: giảm đáng kể chi phí đầu tư và bảo dưỡng cho hệ thống acquy.
- Khai thác điện năng hiệu quả nhất: từ nguồn năng lượng mặt trời (hoặc gió) do có cơ cấu nổi bật là thu nhận, biến đổi và bổ xung trực tiếp ngay vào lưới điện không bị tổn hao trên accu dự trữ.