Chương 1: Tổng quan về hệ thống năng lượng mặt trời Chương 2: Hệ thống điện mặt trời hòa lưới Chương 3: Kết luận và kiến nghị SVTH: Trần Hữu Lợi 10 Chương 2: Hệ thống điện mặt trời hòa lưới CHƯƠNG 2 HỆ THỐNG ĐIỆN MẶT TRỜI HÒA LƯỚI 2. Cấu trúc hệ thống điện mặt trời PV 2. Hệ thống điện mặt trời nối với lưới điện Hệ thống này thường được thông dụng ở Việt Nam, 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 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.
Mô hình và nguyên lý hoạt động: Hình 2. Hệ thống điện mặt trời nối với lưới điện Mô tả hoạt động: Lượng điện cung cấp trực tiếp vào hệ thống điện trong nhà và cấp ngược ra tải điện lưới quốc gia, khi lượng điện từ Pin NLMT phát ra dư dùng. Ngược lại, nếu hệ thống phát không đủ dùng thì sẽ lấy điện lưới bù vào và hệ thống sẽ ngắt điện khi điện lưới bị mất. Tránh sự cố khi hệ thống Pin NLMT phát ngược lên lưới gây nguy hiểm cho người bảo trì hệ thống điện lưới.
SVTH: Trần Hữu Lợi 11 Chương 2: Hệ thống điện mặt trời hòa lưới Hình 2. Hoạt động của hệ thống điện mặt trời nối với lưới điện • Ưu điểm: Hệ thống nối với lưới điện, chúng ta 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 chúng ta lại sử dụng điện từ công ty điện lực cung cấp. Không sử dụng bình acquy: giảm đáng kể chi phí đầu tư và bảo dưỡng cho hệ thống acquy.
Bền vững, lâu dài: Do máy luôn được vận hành song song với lưới điện nên mọi đột biến của tải hay điện áp trên đường dây và nguồn điện đều không thể tác động trực tiếp vào máy. Tuổi thọ của hệ thống là tuổi thọ của các linh kiện điện tử cao cấp có thể lên tới 25 năm.ứng dụng rộng rãi cho mọi nơi như: các hộ dân, cơ quan, đơn vị đang có điện lưới quốc gia. Việc lắp đặt và sử dụng đơn giản, chi phí bảo trì bảo dưỡng thấp, gần như bằng không, nên thời gian thu hồi vốn được rút ngắn tối đa và chắc chắn theo dự tính đầu tư ban đầu. • Nhược điểm: Hệ thống này nếu điện lưới bị cắt thì điện năng từ các panel mặt trời cũng bị cắt, để đảm bảo an toàn cho lưới điện.
Vì hệ thống này giống như hệ thống máy phát nối với lưới điện. SVTH: Trần Hữu Lợi 12 Chương 2: Hệ thống điện mặt trời hòa lưới 2. Hệ thống độc lập/ ngoài lưới điện Trạm điện mặt trời độc lập cung cấp điện cho những nơi chưa có lưới điện kéo tới hay không có nguồn năng lượng khác. Hệ thống độc lập/ ngoài lưới điện Hình 2.
Hệ thống độc lập/ ngoài lưới điện SVTH: Trần Hữu Lợi 13 Chương 2: Hệ thống điện mặt trời hòa lưới 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 tự động 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 sử dụng vào ban đêm khi mà các dãy pannel không thể tạo ra điện năng.
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. Hệ thống lai: hòa lưới có lưu trữ Hệ thống mặt trời nối với lưới điện và đề phòng sự cố còn gọi là hệ thống tương tác lưới kết hợp với hệ thống mặt trời nối với lưới điện và dãy các acquy.
Cũng như hệ thống nối với lưới điện, chúng ta sử dụng điện năng từ các panel mặt trời khi trời nắng và bán điện dư cho công ty điện lực. Nhưng khác với hệ thống nối với lưới điện, dãy các acquy sẽ cung cấp điện ngay khi lưới điện bị cắt đột ngột, do đó hệ thống của chúng ta sẽ liên tục có điện. SVTH: Trần Hữu Lợi 14 Chương 2: Hệ thống điện mặt trời hòa lưới Sơ đồ nguyên lý: Hình 2. Hệ thống nối với lưới điện dự phòng Hình 2.
Hệ thống nối với lưới điện dự phòng • Nguyên lý hoạt động: Đây là sự tích hợp của hai hệ thống thành một hệ thống liên hoàn bao gồm: Hệ thống on - grid (hệ thống nối lưới): Sản xuất điện năng từ các tấm pin mặt trời (Solar Panel) thành điện 220V AC /50Hz để hòa vào điện lưới SVTH: Trần Hữu Lợi 15 Chương 2: Hệ thống điện mặt trời hòa lưới Hệ thống off - grid (hệ thống độc lập): Lưu trữ điện năng từ các tấm pin mặt trời (Solar Panel) vào acquy để sẵn sàng biến đổi thành điện 220VAC /50Hz để cung cấp cho tải khi không có điện lưới. Khi khởi động hệ thống, Acquy (battery) luôn được ưu tiên nạp điện từ Mặt trời cho đến khi đầy. Lúc này hệ thống On Grid chưa làm việc. Khi acquy đầy, hệ thống sẽ tự động biến đổi điện DC từ Sola Panel thành điện AC 220V để hòa với điện lưới.
(Điện áp ra của hệ thống có tần số, pha trùng với điện lưới có thể là 1 pha hoặc 3 pha) Khi mất điện lưới, hệ thống sẽ tự động lấy điện DC từ Acquy và Solar để biến đổi thành điện AC 220V cung cấp cho tải ưu tiên. Hệ thống điện mặt trời hòa lưới có dự trữ ➢ Ưu điểm: Hệ thống này có thể cung cấp điện liên tục dù lưới điện có bị gặp sự cố. ➢ Nhược điểm: Hệ thống này ghép từ hệ thống độc lập và hệ thống nối với lưới điện nên cấu tạo phức tạp, chi phí tốn kém hơn rất nhiều và bảo trì khó khăn. SVTH: Trần Hữu Lợi 16 Chương 2: Hệ thống điện mặt trời hòa lưới 2.
Giới thiệu hế thống điện mặt trời hòa lưới Điện mặt trời nối lưới hay còn gọi là điện mặt trời hòa lưới là hệ thống được sử dụng rộng rãi ở các hộ gia đình, văn phòng, toàn nhà, nhà xưởng, nhà máy, các trường học, bệnh viện, trung tâm thương mại, siêu thị, nhà ga, sân bay và các nhà máy sản xuất điện mặt trời. Điện mặt trời hoà lưới Cấu trúc của điện mặt trời hoà lưới gồm 4 thành phần: - Pin mặt trời - Bộ tăng áp DC-DC (DC booster) - Bộ chỉnh lưu DC-AC (inverter) - Bộ điều khiển MPPT SVTH: Trần Hữu Lợi 17 Chương 2: Hệ thống điện mặt trời hòa lưới Hình 2. Cấu trúc điện mặt trời hoà lưới với bộ nghịch lưu nguồn áp và bộ tăng áp NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI HÒA LƯỚI. ♦ Các tấm pin mặt trời hấp thụ bức xạ từ ánh sáng mặt trời và chuyển hóa bức xạ mặt trời thành dòng điện một chiều (DC) ♦ Inverter chuyển đổi dòng điện một chiều (DC) thành dòng điện xoay chiều (AC) ♦ Điện xoay chiều (AC) từ Hệ thống điện mặt trời và từ lưới điện sẽ đồng thời cung cấp điện cho các tải tiêu thụ trong gia đình, tòa nhà văn phòng, nhà xưởng.
♦ Khi lượng điện phát ra từ hệ thống điện mặt trời lớn hơn lượng điện tiêu thụ của các thiết bị tiêu thụ điện, phần điện dư sẽ được phát lên lưới điện quốc gia để bán lại cho EVN , đồng hồ 2 chiều sẽ ghi nhận lượng điện phát lên lưới. ♦ Khi lượng điện phát ra từ hệ thống điện mặt trời nhỏ hơn lượng điện tiêu thụ của các thiết bị tiêu thụ điện, thiết bị sẽ tự động lấy thêm điện từ lưới điện của EVN, và hàng tháng khách hàng phải thanh toán tiền điện này cho EVN. Khi mất điện lưới, hệ thống sẽ bị tắt. Pin mặt trời 2.
Khái niệm về pin mặt trời Pin quang điện (hay còn gọi là pin mặt trời, như hình) là công nghệ sản xuất ra điện năng từ các chất bán dẫn dưới tác dụng của ánh sáng mặt trời. Khi ánh sáng chiếu tới các tế bào quang điện, nó sẽ sản sinh ra điện năng. Khi không có ánh sáng, các tế bào này ngưng sản xuất điện. Quá trình chuyển đổi này còn được gọi là hiệu ứng quang điện.
SVTH: Trần Hữu Lợi 18 Chương 2: Hệ thống điện mặt trời hòa lưới Hình 2. Pin quang điện 2. Hiệu ứng quang điện Hiện tượng: khi bề mặt của một tấm kim loại được chiếu bởi bức xạ điện từ có tần số thích hợp (lớn hơn một tần số ngưỡng đặc trưng cho mỗi kim loại), các điện tử sẽ hấp thụ năng lượng từ các photon và chuyển lên vùng dẫn tạo thành các điện tử tự do e- đồng thời để lại các lỗ trống mang điện dương, các hạt mang điện này di chuyển tạo ra dòng điện (gọi là dòng quang điện). Khi các điện tử bị bật ra khỏi bề mặt của tấm kim loại, ta có hiệu ứng quang điện ngoài (external photoelectric effect), như hình.
Hiệu ứng quang điện 2. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của pin mặt trời ➢ Cấu tạo Pin mặt trời có cấu tạo tương tự như một diode bán dẫn gồm có 2 lớp bán dẫn n và p tiếp xúc nhau, nhưng có diện tích bề mặt rộng.