Chương 1: Tổng quan về hệ thống điện mặt trời 3. Hybrid – Hệ thống kết nối lưới điện với bộ lưu trữ pin 1. Hệ thống điện mặt trời hòa lưới (On-grid) Hệ thống điện mặt trời hòa lưới là hệ thống sử dụng phổ biến nhất hiện nay, nguồn điện mặt trời tạo ra được ưu tiên dùng cho các thiết bị điện. Khi nhu cầu sử dụng điện lớn hơn lượng điện từ hệ thống điện năng lượng mặt trời tạo ra, hệ thống sẽ lấy điện lưới quốc gia để sử dụng.
Khác biệt so với hệ thống điện năng lượng mặt trời độc lập, hệ thống điện năng lượng mặt trời hòa lưới không có bộ ắc quy lưu trữ và được đấu nối hòa chung với mạng điện lưới của EVN. Hệ thống điện mặt trời hòa lưới ▪ Ưu điểm • Chi phí đầu tư ban đầu thấp • Hệ thống lắp đặt đơn giản • Có thể bán điện dư thừa cho điện lưới Quốc gia • Vận hành tự động, ít phải bảo trì • Giảm tải cho điện lưới quốc gia ▪ Nhược điểm • Khi điện lưới mất thì hệ thống điện mặt trời cũng tự ngắt để đảm bảo an toàn SVTH: Nguyễn Đăng Khoa 6 Chương 1: Tổng quan về hệ thống điện mặt trời • Khó lắp đặt đối với những nơi đang không mua điện trực tiếp từ điện lực nhà nước (EVN). ▪ Ứng dụng • Nơi có điện lưới ổn định. • Muốn giảm chi phí tiền điện bằng cách vừa giảm lượng điện lưới sử dụng, đồng thời vừa bán lại điện dư thừa cho điện lực.
Hệ thống điện mặt trời độc lập (Off-grid): Với hệ thống điện mặt trời độc lập, hệ thống sẽ sản xuất ra điện sau đó dẫn điện đến các bình ắc quy để lưu trữ điện. Hệ thống này hoạt động độc lập, hoàn toàn không phụ thuộc vào nguồn điện lưới Quốc gia. Hệ thống điện mặt trời độc lập ▪ Ưu điểm: • Điện vẫn hoạt động trong trường hợp điện lưới mất • Không phụ thuộc vào hệ thống điện lưới nên thường sử dụng cho các thiết bị điện lưu động ▪ Nhược điểm: • Chi phí đầu tư hệ thống cao vì phải có thêm các thiết bị lưu trữ năng lượng như ắc quy, bộ điều khiển sạc, biến tần độc lập SVTH: Nguyễn Đăng Khoa 7 Chương 1: Tổng quan về hệ thống điện mặt trời • Do bộ ắc quy hoạt động liên tục nên sẽ bị giảm tuổi thọ sử dụng, nên phải thay thường xuyên • Hiệu suất thấp do hao hụt điện năng lớn vì qua nhiều thiết bị chuyển đổi. • Hệ thống phức tạp dẫn đến có thể phát sinh về hư hỏng trong quá trình vận hành.
▪ Ứng dụng: • Hệ thống điện mặt trời độc lập phù hợp với địa điểm không có điện lưới Quốc gia hoặc nơi có nguồn điện lưới không ổn định như miền núi • Các thiết bị lưu động sử dụng điện hoặc các đèn giao thông công cộng. Hệ thống điện mặt trời hỗn hợp (Hybrid): Đây chính là sự kết hợp giữa 2 hệ thống điện mặt trời độc lập và hòa lưới. Hệ thống điện mặt trời hybrid vừa có thể hoà lưới điện quốc gia, vừa có ắc quy để lưu trữ điện phục vụ cho các nhu cầu cần thiết. Hệ thống điện mặt trời Hybrid có khả năng phục vụ nhu cầu sử dụng điện của khách hàng một cách tốt nhất.
Hệ thống này vừa có khả năng lưu trữ điện năng để dự phòng cho trường hợp bị ngắt điện lưới và vừa có khả năng bán lại điện dư thừa cho EVN nhờ được hòa vào điện lưới. Hệ thống điện mặt trời hỗn hợp ▪ Ưu điểm • Luôn đảm bảo nguồn điện để tiêu thụ • Có thể sử dụng ở mọi địa điểm lắp đặt SVTH: Nguyễn Đăng Khoa 8 Chương 1: Tổng quan về hệ thống điện mặt trời ▪ Nhược điểm • Chi phí đầu tư khá cao do có nhiều thiết bị tổ hợp cùng nhau. • Nguyên lý hoạt động khá phức tạp khiến công tác lắp đặt, cài đặt khó khăn. • Phải thay ắc-quy liên tục vì tuổi thọ của ắc-quy ngắn, chỉ khoảng 2-3 năm.
• Hiệu suất thấp do hao hụt điện năng lớn do qua nhiều thiết bị chuyển đổi. • Hệ thống phức tạp, dẫn đến có thể phát sinh hư hỏng trong quá trình vận hành. ▪ Ứng dụng • Nơi hoặc khu vực đặc biệt, cần duy trì nguồn điện liên tục. • Được lắp đặt ở cả các địa điểm có điện lưới hoặc không có điện lưới 1.
Nội dung của đề tài Tôi đã chọn đề tài tìm hiểu về điện năng lượng mặt trời hòa lưới có tích trữ vì nó đại diện cho một hướng phát triển quan trọng trong lĩnh vực năng lượng tái tạo. Sự kết hợp giữa năng lượng mặt trời và hệ thống lưu trữ mang lại nhiều lợi ích đáng kể, từ việc tối ưu hóa sử dụng nguồn năng lượng đến việc cung cấp nguồn điện ổn định và liên tục. Bên cạnh đó, đề tài này còn mở ra cơ hội khám phá về công nghệ, quản lý hệ thống, khía cạnh kinh tế và pháp lý, cũng như tích hợp vào hạ tầng điện hiện có. Tôi tin rằng việc nghiên cứu sâu hơn về điện năng lượng mặt trời hòa lưới có tích trữ không chỉ mang lại kiến thức mới mà còn đóng góp vào sự phát triển bền vững của ngành năng lượng và xã hội.
Chương 1: Tổng quan Chương 2: Tìm hiểu cấu tạo và nguyên lý của hệ thống điện mặt trời hòa lưới Chương 3: Kết luận và kiến nghị SVTH: Nguyễn Đăng Khoa 9 Chương 2: Tìm hiểu về cấu tạo và nguyên lý hoạt động TÌM HIỂU VỀ CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG 2. Giới thiệu chung về hệ thống pin mặt trời hòa lưới có tích trữ Nhiên liệu hóa thạch theo tính toán của các nhà khoa học và môi trường học sẽ cạn kiệt trong vòng 50 năm nữa nếu cứ sử dụng với tốc độ hiện nay. Việc tìm năng lượng thay thế là bài toán cấp bách của toàn nhân loại. Mô hình hệ thống pin mặt trời hòa lưới có tích trữ Hình 2.1 Mô hình hệ thống pin mặt trời hòa lưới có tích trữ Stt Tên thiết bị Ghi chú Monocrystalline (đơn tinh thể ) Polycrytalline (đa 1 Solar Cells Panel tinh thể) Lựa chọn tùy mức điện thế và công suất của hệ 2 Solar Regulator thống 3 DC-AC Inverter Dạng sóng ra : Step Wave hoặc Sine Wave 4 Battery (ắc-quy) Bình khô, kín khí, không cần bảo dưỡng.
SVTH: Nguyễn Đăng Khoa 10 Chương 2: Tìm hiểu về cấu tạo và nguyên lý hoạt động 5 Khung, gá Chuyên dụng cho hệ thống Chuyên dụng cho hệ thống (ngoài trời và trong 6 Dây cáp nhà) 7 Phụ kiện lắp đặt Linh, phụ kiện đồng bộ khác 2. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động * Sơ đồ hệ thống Hình 2. Sơ đồ đấu nối hệ thống hoà lưới Từ giàn pin mặt trời, ánh sáng được biến đổi thành điện năng, tạo ra dòng điện một chiều (DC). Dòng điện này được dẫn tới bộ điều khiển là một thiết bị điện tử có chức năng điều hoà tự động các quá trình nạp điện vào ắc-quy và phóng điện từ ắc- quy ra các thiết bị điện một chiều (DC).
Trường hợp công suất giàn pin đủ lớn, trong mạch điện sẽ được lắp thêm bộ đổi điện để chuyển dòng một chiều thành dòng xoay chiều (AC), chạy được thêm nhiều thiết bị điện gia dụng (đèn, quạt, radio, TV…). SVTH: Nguyễn Đăng Khoa 11 Chương 2: Tìm hiểu về cấu tạo và nguyên lý hoạt động * Tấm pin mặt trời (Solar Panel) - Hướng đặt Điều khiển tấm pin theo mùa (xuân, hạ, thu, đông) cũng là 1 vấn đề chúng ta đã biết, với mỗi mùa khác nhau, tại 1 địa điểm nhất đinh, mặt trời sẽ có 1 góc chiếu khác nhau. Hướng quay của Trái Đất theo năm - Cấu tạo pin: Hình 2. Thành phần của pin năng lượng mặt trời SVTH: Nguyễn Đăng Khoa 12 Chương 2: Tìm hiểu về cấu tạo và nguyên lý hoạt động Pin mặt trời hay pin quang điện có tên tiếng Anh là Solar panel, nó bao gồm nhiều tế bào quang điện (gọi là solar cells).
Tế bào quang điện này là các phần tử bán dẫn có chứa trên bề mặt nhiều các cảm biến của ánh sáng là đi ốt quang, nó làm biến đổi năng lượng của ánh sáng thành năng lượng điện. Các chỉ số cường độ dòng điện, hiệu điện thế hay điện trở của tấm pin thay đổi phụ thuộc vào lượng ánh sáng chiếu lên chúng. Các tế bào quang điện này được ghép lại thành một khối để trở thành pin mặt trời (thông thường sẽ từ 60 hoặc 72 tế bào quang điện trên một tấm pin). Pin mặt trời Solar panel được chia làm ba loại: Đơn tinh thể module sản xuất dựa trên quá trình Czochralski.
Đơn tinh thể loại này có hiệu suất lên tới 16%. Chúng thường có giá thành cao do được cắt từ các thỏi hình ống, các tấm đơn thể này có các mặt trống ở góc nối các module. Tấm pin đơn tinh thể Đa tinh thể: làm từ các thỏi đúc-đúc từ silic nung chảy cẩn thận sau đó được làm nguội và làm rắn. Các loại pin này có giá rẻ hơn các đơn tinh thể, tuy nhiên hiệu suất kém hơn.
Tuy nhiên chúng có thể tạo thành các tấm vuông che phủ bề mặt nhiều hơn đơn tinh thể bù lại cho hiệu suất thấp của nó. SVTH: Nguyễn Đăng Khoa 13 Chương 2: Tìm hiểu về cấu tạo và nguyên lý hoạt động Hình 2. Tấm pin đa tinh thể Dải silic tạo từ các miếng phim mỏng từ silic nóng chảy và có cấu trúc đa tinh thể: Loại này thường có hiệu suất thấp nhất và có giá rẻ nhất trong các loại vì không cần phải cắt từ thỏi silicon. Các công nghệ trên là sản suất tấm, nói cách khác, các loại trên có độ dày 300 μm tạo thành và xếp lại để tạo nên module.
Tấm pin màng mỏng SVTH: Nguyễn Đăng Khoa 14 Chương 2: Tìm hiểu về cấu tạo và nguyên lý hoạt động 2. Bộ điều khiển sạc Hệ thống hỗn hợp cần phải có bộ điều khiển sạc cho acquy, dưới đây là hình các bộ sạc Hình 2. Ccác bộ điều khiển sạc cơ bản Dựa trên cơ sở so sánh điện áp của IC khuếch đại thuật toán đối chiếu với lưu lượng điện trong bình mà mạch dưới đây có khả năng nạp tự động điều chỉnh lượng điện áp nạp cho bình: Hình 2. Sơ đồ mạch bộ điều khiển sạc SVTH: Nguyễn Đăng Khoa 15 Chương 2: Tìm hiểu về cấu tạo và nguyên lý hoạt động Nguyên lý hoạt động rất đơn giản như sau : Điotzen tạo điện áp tham chiếu ở đây sử dụng điotzen 6V.
Nhờ điot này mà điện áp tham chiếu vào chân 2 luôn được giữ cố định dù bình đã vơi điện .