Tính toán thiết kế hệ thống điện mặt trời 55kWp cho hộ nuôi tôm tại Bến Tre

Đồ án tính toán thiết kế hệ thống điện mặt trời 55 kWp cho hộ nuôi tôm tại Bến Tre - ĐH SPKT TP.HCM

• Tác giả: Huỳnh Trung Hiếu
• Người hướng dẫn: ThS. Lê Bá Tân
• Trường học: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Năng lượng tái tạo
• Đề tài: Tính toán thiết kế hệ thống điện mặt trời 55kWp cho hộ nuôi tôm tại Bến Tre
• Loại tài liệu: Đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Tổng quan thiết kế hệ thống điện mặt trời 55 kWp tại Bến Tre

Tỉnh Bến Tre sở hữu tiềm năng bức xạ năng lượng mặt trời dồi dào với số giờ nắng trung bình đạt 5,1 giờ mỗi ngày. Điều kiện tự nhiên thuận lợi tạo nền tảng vững chắc để triển khai các dự án điện quang năng. Ngành nuôi tôm thâm canh tại địa phương đòi hỏi nguồn năng lượng lớn. Thiết bị sục khí và trạm bơm hoạt động liên tục trong ngày. Mô hình điện mặt trời hòa lưới công suất 55 kWp giải quyết triệt để bài toán chi phí điện năng. Hệ thống tận dụng không gian mặt nước hồ lắng và mái che công trình để bố trí giàn pin quang điện. Cấu trúc hệ thống bao gồm chuỗi tấm pin mặt trời hiệu suất cao, bộ chuyển đổi inverter hòa lưới, tủ phân phối MDB-PV và công tơ đo đếm điện hai chiều. Toàn bộ lượng điện tạo ra được ưu tiên cấp nguồn tức thời cho phụ tải cơ điện của vuông tôm. Nguồn điện dư thừa tự động đẩy ngược lên lưới điện phân phối quốc gia. Giải pháp này giúp cắt giảm gánh nặng hóa đơn điện hàng tháng cho chủ đầm tôm. Công trình nâng cao chỉ số an toàn điện và thúc đẩy mục tiêu phát triển kinh tế tuần hoàn bền vững.

1.1. Tiềm năng năng lượng mặt trời tại vùng đất Bến Tre

Bến Tre thuộc khu vực đồng bằng sông Cửu Long với bức xạ mặt trời dồi dào quanh năm. Tổng số giờ nắng trung bình trong năm dao động từ 2.400 đến 2.700 giờ. Cường độ bức xạ nhiệt trung bình đạt xấp xỉ 4,8 đến 5,2 kWh/m2/ngày. Điều kiện thời tiết ít mây và cường độ ánh sáng ổn định tạo lợi thế phát điện vượt trội. Mùa khô kéo dài cung cấp sản lượng điện đạt đỉnh trùng với cao điểm vụ nuôi tôm. Hệ thống pin quang điện thu nạp quang năng chuyển hóa thành dòng điện một chiều với hiệu quả cao. Việc khai thác nguồn bức xạ sạch này bảo vệ tài nguyên địa phương và giảm thiểu áp lực cho lưới điện khu vực.

1.2. Xu hướng chuyển đổi xanh trong nghề nuôi tôm công nghiệp

Nghề nuôi tôm nước lợ đang chuyển dịch mạnh mẽ từ phương thức truyền thống sang mô hình thâm canh công nghệ cao. Quy trình vận hành mới đòi hỏi điện năng chạy liên tục cho quạt nước, sục khí đáy và bơm cấp thoát nước. Chi phí tiền điện chiếm tỷ trọng lớn trong tổng chi phí sản xuất mỗi vụ thu hoạch. Sự phụ thuộc hoàn toàn vào điện lưới quốc gia tiềm ẩn rủi ro khi xảy ra sự cố gián đoạn nguồn cấp. Xu hướng ứng dụng năng lượng mặt trời giúp hộ nông dân chủ động nguồn cung tại chỗ. Mô hình kết hợp điện mặt trời với nuôi thủy sản tạo bước đột phá kép, tối ưu diện tích đất và giảm phát thải carbon ra môi trường sinh thái.

II. Phân tích nhu cầu điện mặt trời 55 kWp cho hộ nuôi tôm

Khảo sát thực tế cơ sở hạ tầng hộ nuôi tôm ghi nhận hai nhóm phụ tải chính tiêu thụ năng lượng. Nhóm phụ tải nuôi trồng thủy sản gồm 4 máy bơm nước công suất 2,2 kW và 5 dàn quạt sục khí công suất 4,0 kW. Hệ thống động cơ này vận hành liên tục nhiều giờ nhằm duy trì hàm lượng oxy hòa tan cho hồ nuôi. Nhóm phụ tải sinh hoạt gia đình bao gồm hệ thống chiếu sáng, điều hòa không khí, tủ lạnh và thiết bị gia dụng cơ bản. Tổng công suất sử dụng tối đa tính toán trong một giờ cao điểm nắng đạt 43,38 kW. Dựa trên số giờ nắng trung bình 5,1 giờ tại địa phương, điện năng tiêu thụ ban ngày cần bù đắp là 221,24 kWh. Việc vận hành dàn máy bơm và motor công suất lớn gây áp lực lớn lên hệ thống dây dẫn và máy biến áp khu vực. Chi phí mua điện giá bậc thang theo giờ cao điểm làm suy giảm đáng kể tỷ suất lợi nhuận trên mỗi héc-ta mặt nước. Thách thức kỹ thuật đặt ra là thiết kế quy mô công suất 55 kWp nhằm cân đối hoàn hảo với đỉnh phụ tải ban ngày. Cấu hình này giúp triệt tiêu công suất đỉnh và ngăn chặn hiện tượng quá tải đường dây nội bộ.

2.1. Đặc thù tiêu thụ điện của phụ tải trạm bơm và quạt nước

Phụ tải nuôi trồng thủy sản mang tính chất chu kỳ đặc thù theo quy trình sinh trưởng của đàn tôm. Các động cơ máy bơm và cánh quạt nước thường vận hành kéo dài từ trưa đến chiều tối. Dòng khởi động của motor điện cảm ứng lớn gấp nhiều lần dòng định mức gây sụt áp đường dây. Việc thiết bị chạy liên tục ở khung giờ nắng gắt làm tăng vọt hóa đơn tiền điện công nghiệp. Khi xảy ra sự cố điện lưới cục bộ, nguy cơ thiếu hụt oxy hòa tan đe dọa trực tiếp sự sống của tôm nuôi. Nguồn điện mặt trời phân tán giúp ổn định điện áp cục bộ và giảm phụ tải lưới trong các khung giờ cao điểm tiêu thụ.

2.2. Khảo sát diện tích mặt bằng lắp đặt hồ lắng và hồ nuôi

Khảo sát địa hình thực địa tại trại nuôi tôm xác định hai phương án vị trí lắp đặt pin. Mặt bằng hồ lắng có diện tích khả dụng 968,13 m2 với góc nghiêng lý tưởng 6 độ theo hướng Tây Nam. Mặt bằng hồ nuôi chính sở hữu diện tích lớn 8.862,87 m2 cùng góc nghiêng dàn khung 5 độ. Hướng Tây Nam tiếp nhận lượng bức xạ dồi dào suốt các khung giờ từ trưa tới xế chiều. Khảo sát cũng phát hiện một số bóng cây che khuất cục bộ gần khu vực hồ nuôi. Do đó, phương án bố trí pin trên mặt hồ lắng và kết hợp mái che nhà kho là giải pháp tối ưu. Vị trí này đảm bảo khoảng cách an toàn, tránh bụi bẩn và giảm thiểu điện trở truyền tải tới tủ phân phối.

III. Phương pháp thiết kế hệ thống điện mặt trời 55 kWp vuông tôm

Quá trình thiết kế hệ thống điện mặt trời 55 kWp khởi đầu bằng việc chọn lọc linh kiện kỹ thuật tiêu chuẩn cao. Dự án lựa chọn các tấm pin quang điện đơn tinh thể JAM72S20 công suất 450Wp của JA Solar. Module pin tích hợp công nghệ Half-cell và Multi-busbar giúp giảm tổn thất nhiệt và nâng cao khả năng hấp thụ ánh sáng yếu. Để đạt tổng công suất danh định 55 kWp, hệ thống sử dụng chính xác 122 tấm pin quang điện. Các chuỗi tấm pin ghép nối tiếp và song song tương thích với dải điện áp đầu vào của biến tần Inverter hòa lưới ba pha. Trung tâm điều phối trang bị bộ biến tần công nghiệp hiệu suất chuyển đổi trên 98,5%. Biến tần chuyển đổi dòng một chiều DC thành dòng xoay chiều AC đồng pha với lưới điện hạ thế. Tủ điện phân phối MDB-PV tích hợp các thiết bị đóng cắt tự động MCB, MCCB và chống sét lan truyền SPD loại 2. Hệ thống dây cáp chuyên dụng solar chống suy hao và chống tia UV kết nối chặt chẽ các thành phần.

3.1. Lựa chọn tấm quang điện JAM72S20 và thiết bị Inverter

Tấm quang điện JAM72S20 công suất 450Wp đáp ứng hoàn hảo tiêu chuẩn khắt khe về độ bền môi trường biển. Cấu tạo kính cường lực chống phản xạ kết hợp khung nhôm mạ anode chịu tải trọng gió bão tốt. Khả năng kháng muối mặn và chống ăn mòn hóa học bảo vệ tuổi thọ module trên 25 năm hoạt động. Biến tần hòa lưới công suất 50-60 kW sở hữu nhiều ngõ MPPT độc lập. Công nghệ bám điểm công suất tối đa tối ưu hóa việc phát điện khi thời tiết xuất hiện mây che cục bộ. Thiết bị Inverter tích hợp mô-đun giám sát từ xa qua mạng Wi-Fi và mạng 4G, hỗ trợ theo dõi thông số dòng điện liên tục.

3.2. Thiết kế tủ điện phân phối MDB PV và giải pháp đấu nối

Tủ điện phân phối MDB-PV được bố trí kiên cố bên trong khu nhà kho của hộ nuôi tôm. Vị trí này cách ly thiết bị khỏi hơi nước mặn và tác động ăn mòn từ môi trường đầm nuôi. Tủ điện trang bị khối thiết bị đóng cắt tự động MCCB bảo vệ quá tải và ngắn mạch. Các khối chống sét lan truyền chuyên dụng bảo vệ an toàn cho cả hai nhánh mạch AC và DC. Hệ thống tiếp địa đồng bộ đạt điện trở tản đất tiêu chuẩn dưới 4 Ohm. Cáp điện mặt trời hạ thế dẫn từ inverter đấu nối trực tiếp vào thanh cái tổng trước công tơ hai chiều. Cơ chế vận hành tự động ưu tiên nguồn quang điện để cấp cho máy bơm và động cơ sục khí.

IV. Đánh giá ứng dụng hệ thống điện mặt trời 55 kWp ở Bến Tre

Hệ thống điện mặt trời công suất 55 kWp khẳng định giá trị kinh tế và kỹ thuật vượt trội đối với nghề nuôi tôm công nghiệp tại Bến Tre. Mỗi năm, hệ thống sản sinh ước tính hơn 80.000 kWh điện năng sạch. Toàn bộ lượng điện này bù đắp phần lớn năng lượng tiêu thụ cho máy bơm nước và dàn motor quạt sục khí ban ngày. Chủ đầm tôm tiết kiệm từ 150 đến 200 triệu đồng chi phí tiền điện mỗi năm. Thời gian hoàn vốn đầu tư dự tính dao động trong khoảng 4 đến 5 năm vận hành. Trong suốt vòng đời hơn 25 năm của tấm pin, dự án đem lại dòng tiền thặng dư đáng kể và nâng cao lợi nhuận tổng thể. Về mặt môi trường, dự án cắt giảm hàng chục tấn khí thải CO2 mỗi năm. Mái pin trên hồ lắng còn đóng vai trò như lớp che chắn tự nhiên giúp điều hòa nhiệt độ nước nuôi thủy sản. Mô hình này mở ra hướng đi bền vững cho các vùng nuôi trồng thủy sản ven biển Đồng bằng sông Cửu Long. Khả năng nhân rộng mô hình giúp củng cố an ninh năng lượng nông thôn và xây dựng nền nông nghiệp xanh hiện đại.

4.1. Hiệu quả kinh tế và thời gian thu hồi vốn đầu tư

Hệ thống điện mặt trời 55 kWp mang lại lợi ích tài chính rõ rệt cho cơ sở nuôi tôm. Sản lượng điện tự dùng trực tiếp giúp cắt giảm chi phí điện lưới ở khung giá kinh doanh cao điểm. Chi phí vận hành và bảo trì trạm điện mặt trời tương đối thấp, chỉ chiếm tỷ lệ nhỏ hàng năm. Dòng tiền tiết kiệm từ tiền điện chi trả nhanh chóng chi phí đầu tư thiết bị ban đầu. Thời gian thu hồi vốn ngắn chỉ từ 4 đến 5 năm giúp hộ gia đình giảm áp lực vay vốn. Sau điểm hòa vốn, toàn bộ sản lượng điện tạo ra trở thành lợi nhuận ròng trực tiếp suốt 20 năm tiếp theo.

4.2. Khả năng nhân rộng mô hình điện mặt trời thủy sản

Mô hình điện mặt trời kết hợp nuôi tôm tại Bến Tre có tiềm năng nhân rộng mạnh mẽ trên toàn quốc. Các tỉnh ven biển miền Tây Nam Bộ có điều kiện tự nhiên và cơ cấu phụ tải tương đồng. Thiết kế 55 kWp dễ dàng chuẩn hóa thành các module công suất linh hoạt theo quy mô từng đầm nuôi. Việc tận dụng mặt nước hồ lắng không gây xung đột diện tích đất canh tác nông nghiệp. Giải pháp này giúp giảm nhiệt độ bề mặt nước và kìm hãm sự bùng phát của tảo độc hại. Các chính sách khuyến khích năng lượng tái tạo tạo đòn bẩy thúc đẩy bà con nuôi tôm ứng dụng công nghệ điện mặt trời.

Nội dung chính

Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Nuôi trồng thủy sản, đặc biệt là nuôi tôm nước lợ, giữ vai trò quan trọng trong cơ cấu xuất khẩu nông - thủy sản của Việt Nam. Tuy nhiên, quá trình nuôi tôm thâm canh đòi hỏi mức tiêu thụ năng lượng liên tục và rất lớn để vận hành đồng thời các hệ thống phụ tải cơ điện như máy bơm nước, motor quạt nước sục khí, máy lọc nước và thiết bị ủ ấm nhằm duy trì môi trường sống cho tôm. Theo số liệu thống kê từ Tổng Công ty Điện lực được trích dẫn trong đồ án, tổng lượng điện tiêu thụ cho hoạt động nuôi tôm tại các địa phương thuộc miền Trung và miền Nam trong năm 2020 đạt khoảng 12 tỷ kWh. Báo cáo của Tổng cục Thủy sản năm 2022 cũng ghi nhận diện tích nuôi tôm nước lợ tại khu vực miền Nam đạt 428 nghìn ha, với mức tiêu thụ điện trung bình lên đến 28,03 kW/ha.

Thực tế vận hành tại các vùng nuôi tôm ven biển cho thấy mạng lưới điện quốc gia thường xuyên đối mặt với tình trạng quá tải, thiếu ổn định hoặc chưa vươn tới được những khu vực đầm tôm nằm sát cửa biển. Để duy trì hoạt động liên tục, các chủ trang trại buộc phải sử dụng máy phát điện chạy dầu diesel, dẫn đến gánh nặng lớn về chi phí nhiên liệu và phát sinh lượng khí thải gây ô nhiễm môi trường. Bên cạnh áp lực chi phí vận hành, ngành thủy sản Việt Nam còn chịu sức ép từ các thị trường quốc tế lớn. Liên minh châu Âu (EU) hiện là thị trường xuất khẩu thủy sản lớn thứ hai của Việt Nam, chiếm khoảng 1/5 tổng sản lượng xuất khẩu. Khi Hiệp định Thương mại tự do EU - Việt Nam (EVFTA) có hiệu lực từ ngày 01/08/2020, thủy sản Việt Nam đứng trước cơ hội mở rộng thị phần nhưng phải tuân thủ nghiêm ngặt các bộ tiêu chuẩn quốc tế như ASC, GlobalGAP, FOS. Các tiêu chuẩn này đều yêu cầu tiêu chí về trách nhiệm môi trường, trong đó việc ưu tiên sử dụng năng lượng sạch là điều kiện quan trọng để đạt chứng nhận xuất khẩu.

Trước yêu cầu thực tiễn đó, đồ án "Tính toán thiết kế hệ thống điện mặt trời 55 kWp cho hộ nuôi tôm tại Bến Tre" được thực hiện bởi nhóm tác giả thuộc chuyên ngành Năng lượng tái tạo, Khoa Cơ khí Động lực, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh nhằm giải quyết bài toán cấp điện sạch tại chỗ cho vuông tôm.

Mục tiêu nghiên cứu của đề tài bao gồm:

1. Nghiên cứu tổng quan về nguồn bức xạ mặt trời và các mô hình hệ thống điện năng lượng mặt trời.
2. Tính toán, thiết kế hệ thống điện mặt trời công suất 55 kWp cho vuông tôm kết hợp sử dụng các phần mềm chuyên dụng như PVSyst, AutoCAD, SketchUp để mô phỏng, phân tích hiệu suất và tối ưu hóa thiết kế kỹ thuật.
3. Đề xuất các phương án thiết kế kết cấu cơ khí khác nhau cho hệ thống điện mặt trời tại vuông tôm, tạo cơ sở cho chủ đầu tư lựa chọn giải pháp phù hợp với điều kiện mặt bằng thực tế.

Nhiệm vụ nghiên cứu được xác định qua các bước cụ thể:

1. Trình bày tổng quan về năng lượng mặt trời, phương pháp khai thác và các dạng ứng dụng nhiệt, quang điện.
2. Khảo sát tiềm năng và thực trạng phát triển điện mặt trời trên thế giới và tại Việt Nam; phân tích cấu tạo, nguyên lý của các cấu hình hệ thống điện mặt trời nối lưới.
3. Khảo sát thực địa vị trí dự án để thu thập thông tin về mặt bằng, bóng râm và phụ tải tiêu thụ điện.
4. Áp dụng các tiêu chuẩn kỹ thuật hiện hành để tính toán, lựa chọn tấm pin quang điện (PV), bộ biến tần (Inverter), dây dẫn, thiết bị đóng cắt và hệ thống chống sét - tiếp địa.
5. Thể hiện hồ sơ thiết kế kỹ thuật qua phần mềm AutoCAD, SketchUp và mô phỏng năng suất phát điện trên PVSyst.
6. Tính toán kinh tế, thống kê danh mục vật tư thiết bị và xác định thời gian hoàn vốn cho dự án.
7. Đưa ra các kiến nghị kỹ thuật nhằm tối ưu hóa diện tích lắp đặt và đáp ứng nhu cầu của chủ hộ.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

• Đối tượng nghiên cứu: Hệ thống điện năng lượng mặt trời nối lưới quy mô công suất 55 kWp phục vụ phụ tải sản xuất nuôi tôm và sinh hoạt.
• Phạm vi không gian: Khu nuôi tôm Ba Lai Vỉnh Phúc, đường Bắc Nam, huyện Ba Tri, tỉnh Bến Tre (tọa độ địa lý: 10.6395414). Tổng diện tích khu vực khảo sát là 9831 m2, bao gồm diện tích mặt hồ lắng 968,13 m2 và diện tích hồ nuôi 8862,87 m2.
• Phạm vi thời gian: Đề tài được triển khai thực hiện trong thời gian từ ngày 22/04/2023 đến ngày 15/07/2023.

---

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Cơ sở lý thuyết của đồ án tập trung vào nguyên lý chuyển đổi bức xạ mặt trời thành điện năng thông qua hiệu ứng quang điện và nguyên lý vận hành của hệ thống điện mặt trời hòa lưới (On-grid). Các mô hình hệ thống được tổng hợp gồm ba dạng: hệ thống hòa lưới trực tiếp, hệ thống độc lập có lưu trữ (Off-grid) và hệ thống kết hợp (Hybrid). Trong bối cảnh Quyết định số 13/2020/QĐ-TTg của Thủ tướng Chính phủ hết hiệu lực từ ngày 31/12/2020 và chưa có biểu giá mua điện mới (FIT), đồ án tập trung nghiên cứu giải pháp hòa lưới bám tải (Zero Export). Cơ chế này kết hợp giữa bộ biến tần Inverter và đồng hồ đo đếm công suất tải (Solar meter) để điều chỉnh linh hoạt công suất phát của các tấm quang điện theo thời gian thực, đảm bảo cung cấp điện năng trực tiếp cho các phụ tải của đầm tôm mà không phát ngược lượng điện dư thừa lên lưới điện quốc gia của Tập đoàn Điện lực Việt Nam (EVN).

Cấu tạo phần cứng của hệ thống điện mặt trời nối lưới được phân tích chi tiết qua các thành phần:

• Tấm quang điện: Cấu tạo từ tế bào quang điện silic (Solar cell) tinh khiết được đóng gói chân không giữa lớp kính cường lực mặt trước và tấm nền polymer (PP, PVF, PET) mặt sau thông qua màng liên kết EVA (Ethylene Vinyl Acetate), bảo vệ bởi khung nhôm định hình, hộp đấu dây (Junction box), dây cáp DC chuyên dụng và giắc cắm tiêu chuẩn MC4 (Multi-Contact 4 mm).
• Bộ biến tần hòa lưới (Inverter): Thiết bị chuyển đổi dòng điện một chiều (DC) thành dòng điện xoay chiều (AC), tích hợp các khối chức năng gồm bộ chỉnh lưu, tuyến dẫn DC, cuộn kháng xoay chiều (AC Reactor), cuộn kháng một chiều (DC Reactor), bộ nghịch lưu, điện trở hãm để xả năng lượng dư thừa, module công suất IGBT và bộ theo dõi điểm công suất cực đại (MPPT).
• Tủ điện phân phối chính (MDB-PV): Lắp đặt ở phía AC của Inverter, trang bị cầu dao tự động MCB, MCCB khối, khởi động từ (Contactor), thiết bị chống sét lan truyền Type 1+2, biến dòng đo lường, thanh cái (Busbar) và đồng hồ đo công suất Solar meter. Đối với phía DC, biến tần tích hợp sẵn công tắc ngắt DC switch cho phép bảo vệ an toàn mà không cần bổ sung tủ điện DC riêng biệt.
• Công tơ điện hai chiều: Thiết bị đo đếm điện năng xoay chiều phục vụ giám sát và giao nhận điện năng giữa trạm biến áp địa phương và hộ tiêu thụ.

Phương pháp nghiên cứu thực tế bao gồm bốn phương pháp:

• Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: Thu thập, tổng hợp các tài liệu kỹ thuật, tiêu chuẩn ngành năng lượng tái tạo, nguyên lý vận hành thiết bị quang điện và biến tần.
• Phương pháp quan sát và khảo sát thực địa: Trực tiếp đo đạc kích thước mặt bằng ao nuôi tôm tại Ba Tri, kiểm tra hướng bức xạ, góc nghiêng bề mặt, xác định vật cản che bóng (bóng cây ven bờ) và khảo sát vị trí lắp đặt phòng máy Inverter tại nhà kho của hộ gia đình.
• Phương pháp nghiên cứu định lượng: Thu thập danh mục thiết bị, công suất định mức và thời gian vận hành hàng ngày của toàn bộ phụ tải điện; tính toán cân bằng năng lượng dựa trên chỉ số bức xạ và số giờ nắng trung bình tại Bến Tre (5,1 giờ nắng/ngày).
• Phương pháp chuyên gia: Tham khảo ý kiến đóng góp từ các giảng viên hướng dẫn chuyên ngành để thẩm định tính khả thi của sơ đồ mạch điện, giải pháp tiếp địa an toàn và phương án kết cấu giàn khung, phao nổi.

Nguồn dữ liệu sử dụng:

• Số liệu khảo sát phụ tải thực tế tại hộ nuôi tôm thuộc huyện Ba Tri, tỉnh Bến Tre.
• Dữ liệu khí tượng về cường độ bức xạ mặt trời tại tọa độ 10.6395414 ở Bến Tre.
• Thông số kỹ thuật từ Datasheet của tấm pin quang điện JA Solar JAM72S20-450/MR và bộ biến tần Growatt MAX 50KTL3 LV.

---

Thiết kế kỹ thuật và triển khai mô phỏng

Quy trình tính toán hệ thống tuân thủ 5 bước kỹ thuật: thu thập dữ liệu ban đầu, tính toán phụ tải tiêu thụ, lựa chọn cấu hình hệ thống hòa lưới, tính toán số lượng module tấm pin và xác định sơ đồ đấu nối chuỗi (string) tương thích với dải điện áp của bộ biến tần.

Bảng tổng hợp phụ tải tiêu thụ tại hộ nuôi tôm được ghi nhận như sau:

STT	Tên thiết bị phụ tải	Khu vực	Số lượng	Công suất định mức (W)	Thời gian chạy (h/ngày)	Điện năng tiêu thụ (Wh/ngày)
1	Máy bơm nước	Vuông tôm	4	2.200	-	-
2	Motor quạt nước tạo oxy	Vuông tôm	5	4.000	-	-
3	Motor quạt nước bổ sung	Vuông tôm	5	2.200	-	-
4	Đèn chiếu sáng	Sinh hoạt	8	20	4,5	720
5	Quạt điện	Sinh hoạt	4	65	6,0	1.560
6	Tủ lạnh	Sinh hoạt	1	90	24,0	2.160
7	Máy giặt	Sinh hoạt	2	490	1,0	980
8	Ti vi	Sinh hoạt	1	115	5,0	575
9	Nồi cơm điện	Sinh hoạt	1	700	2,0	1.400
10	Máy lạnh	Sinh hoạt	2	750	4,0	6.000

Tổng công suất phụ tải hoạt động đồng thời cực đại trong 1 giờ nắng được xác định là: $P_{\text{1giờ}} = (2200 \times 4) + (4000 \times 5) + (2200 \times 5) + (20 \times 8) + (65 \times 4) + 90 + (490 \times 2) + 115 + 700 + (750 \times 2) = 43.380\text{ W} = 43,38\text{ kW}$.

Với số giờ nắng trung bình tại tỉnh Bến Tre là 5,1 giờ/ngày, tổng điện năng tiêu thụ tính toán dựa trên số giờ nắng trong ngày đạt: $A_{\text{ngày}} = 43,38\text{ kW} \times 5,1\text{ h} = 221,238\text{ kWh/ngày}$.

Để đáp ứng mức tiêu thụ trên và bù trừ các hệ số suy giảm hiệu suất, đồ án chọn công suất lắp đặt danh định cho toàn hệ thống là 55 kWp. Thiết bị chính được lựa chọn gồm tấm quang điện đơn tinh thể JAM72S20-450/MR công suất 450 Wp của hãng JA Solar và bộ biến tần hòa lưới 3 pha Growatt MAX 50KTL3 LV có dải điện áp làm việc rộng, tích hợp nhiều bộ theo dõi MPPT độc lập.

Tác giả đã nghiên cứu và thiết kế 4 phương án kết cấu gá lắp hệ thống pin quang điện phù hợp với điều kiện ao hồ:

Phương án	Tên giải pháp kết cấu	Vị trí bố trí	Đặc điểm cấu tạo kỹ thuật
Phương án I	Giàn khung cố định	Trên bờ / mái khu vực ao	Khung giàn thép mạ kẽm, thanh rail nhôm định hình, kẹp biên, kẹp cliplock và thang lồng kiểm tra.
Phương án II	Hệ thống giá đỡ dạng trụ	Lòng hồ nuôi / hồ lắng	Hệ thống trụ thép cắm cố định xuống đáy hồ, khung giá đỡ nâng module pin lên trên mặt nước.
Phương án III	Hệ thống phao nổi thương mại	Mặt nước hồ nuôi / hồ lắng	Tấm phao nhựa công nghiệp đúc sẵn chuyên dụng, liên kết module bằng bu lông và ốc chống rỉ.
Phương án IV	Hệ thống phao nổi từ thùng phi	Mặt nước hồ nuôi / hồ lắng	Khung đỡ liên kết với các thùng phi nhựa tái chế đã qua xử lý để tạo lực nổi trên mặt nước.

Về thiết kế hệ thống điện và an toàn: Các module quang điện được đấu nối thành các chuỗi (string) bằng cáp Solar Cable chuyên dụng bọc cách điện XLPE, nối với đầu nối MC4 dẫn về bộ biến tần. Hệ thống nối đất an toàn bao gồm dây đồng PE liên kết khung nhôm của các chuỗi pin, tiếp địa vỏ máy biến tần và bãi cọc tiếp địa đóng sâu xuống lòng đất.

Triển khai mô phỏng chuyên ngành:

• Mô phỏng trên phần mềm PVSyst: Nhập dữ liệu bức xạ tại Ba Tri, thông số tấm pin JAM72S20-450/MR và biến tần Growatt MAX 50KTL3 LV. Kết quả mô phỏng xuất ra các biểu đồ công suất, tỷ số hiệu suất PR (Performance Ratio), biểu đồ năng lượng hòa lưới và sơ đồ cây tổn thất (tổn thất do nhiệt độ, phản xạ ánh sáng, điện trở dây dẫn, bụi bẩn và đổ bóng cục bộ).
• Mô phỏng không gian trên AutoCAD và SketchUp: Thiết kế bản vẽ 2D chi tiết hình chiếu đứng, hình chiếu cạnh, hình chiếu bằng cho từng bộ phận giá đỡ, trụ nâng, module phao; xây dựng mô hình trực quan 3D thể hiện toàn bộ cách bố trí chuỗi pin trên diện tích mặt hồ 9831 m2.

---

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan

Chương 1 giới thiệu vai trò của năng lượng tái tạo, phân tích nhu cầu cấp thiết về năng lượng trong hoạt động nuôi tôm thâm canh tại miền Trung và miền Nam Việt Nam. Tác giả trích dẫn các số liệu thực tế về sản lượng điện tiêu thụ (12 tỷ kWh năm 2020) và mật độ tiêu thụ điện bình quân (28,03 kW/ha năm 2022). Chương này nêu rõ rào cản từ các tiêu chuẩn chất lượng quốc tế của thị trường xuất khẩu EU (EVFTA, ASC, GlobalGAP, FOS), đồng thời phân tích chi tiết ưu điểm của điện mặt trời đối với vuông tôm (giảm chi phí điện, hạ nhiệt độ nước hồ khi trời nắng gắt, hạn chế đục nước khi mưa to, cắt giảm khí thải CO2) và các nhược điểm (phụ thuộc thời tiết, chi phí đầu tư ban đầu, diện tích lắp đặt lớn, đòi hỏi bảo trì thường xuyên). Tác giả xác định rõ mục tiêu, nhiệm vụ, phương pháp nghiên cứu và giới hạn phạm vi nghiên cứu tại huyện Ba Tri, tỉnh Bến Tre trong thời gian từ 22/04/2023 đến 15/07/2023.

Chương 2: Cơ sở lý thuyết về năng lượng mặt trời và hệ thống điện năng lượng mặt trời

Chương 2 trình bày tổng quan lý thuyết về bức xạ mặt trời, các phương pháp khai thác chủ động và bị động. Tác giả phân tích tiềm năng và thực trạng phát triển điện mặt trời trên thế giới và tại Việt Nam qua các chính sách điều hành như Quyết định số 11/2017/QĐ-TTg, Quyết định số 13/2020/QĐ-TTg và dự thảo Quy hoạch điện VIII. Chương này phân loại 3 mô hình hệ thống: hòa lưới (On-grid), độc lập (Off-grid), kết hợp (Hybrid) và đi sâu vào giải pháp hòa lưới bám tải Zero Export. Về cấu tạo thiết bị, tác giả mô tả chi tiết các lớp vật liệu của tấm pin quang điện (khung nhôm, kính cường lực, màng EVA, tế bào silic, tấm nền polymer, hộp đấu nối, cáp DC, đầu nối MC4), cấu trúc bên trong bộ biến tần Inverter (bộ chỉnh lưu, cuộn kháng AC/DC Reactor, bộ nghịch lưu, module IGBT, điện trở hãm), tủ điện MDB-PV và công tơ đo đếm điện năng hai chiều.

Chương 3: Tính toán, thiết kế và mô phỏng hệ thống điện NLMT nối lưới cho vuông tôm

Chương 3 là chương trọng tâm của đồ án, trình bày quy trình tính toán hệ thống qua 5 bước logic. Tác giả đưa ra bảng thông tin khảo sát thực địa tại trại nuôi tôm Ba Tri (diện tích 9831 m2, hướng Tây Nam 5° - 6°), lập bảng thống kê phụ tải tiêu thụ điện của trang trại và hộ gia đình để tính ra công suất cực đại trong một giờ nắng là 43,38 kW và điện năng tiêu thụ ngày là 221,238 kWh. Tác giả chọn tấm pin JAM72S20-450/MR và bộ biến tần Growatt MAX 50KTL3 LV; đồng thời thiết kế chi tiết 4 phương án kết cấu: giàn khung cố định, trụ nâng cắm hồ, phao nổi công nghiệp và phao nổi từ thùng phi nhựa tái chế. Chương này cũng trình bày thiết kế tủ điện MDB-PV, hệ thống cọc tiếp địa an toàn, tính toán chi phí vật tư và bài toán thời gian hoàn vốn cho hệ thống 55 kWp. Toàn bộ thông số thiết kế được đưa vào phần mềm PVSyst để phân tích tổn thất, xác định tỷ số PR và dùng phần mềm AutoCAD, SketchUp để xuất hồ sơ bản vẽ kết cấu 2D/3D chi tiết.

Chương 4: Thảo luận về các phương án thiết kế hệ thống điện mặt trời cho hộ nuôi tôm

Chương 4 tập trung thảo luận, đối chiếu ưu nhược điểm kỹ thuật và kinh tế giữa các phương án lắp đặt trên mặt hồ nuôi và hồ lắng. Nội dung phân tích làm rõ khả năng chịu lực gió bão vùng ven biển, mức độ ổn định của hệ thống neo giằng phao nổi, mức độ tác động che bóng mặt nước đối với sự phát triển của vi sinh vật và nhiệt độ ao tôm. Đồng thời, tác giả so sánh sự chênh lệch chi phí đầu tư giữa phương án dùng phao nhựa công nghiệp đúc sẵn và phương án tự chế phao từ thùng phi nhựa cũ, giúp chủ đầu tư có góc nhìn toàn diện để lựa chọn phương án khả thi.

Chương 5: Kết luận và đề nghị

Chương 5 tóm tắt các kết quả đạt được của đồ án tốt nghiệp, khẳng định việc hoàn thành đầy đủ mục tiêu tính toán, thiết kế, mô phỏng kỹ thuật và phân tích kinh tế cho hệ thống điện mặt trời 55 kWp tại Bến Tre. Phần đề nghị đưa ra các lưu ý thực tế khi thi công lắp đặt hệ thống cơ điện trong môi trường nước lợ, công tác bảo dưỡng tấm pin định kỳ và khuyến nghị các trang trại nuôi tôm chủ động ứng dụng năng lượng sạch để gia tăng giá trị thương phẩm xuất khẩu.

---

Kết quả và đóng góp

Kết quả kỹ thuật và số liệu cụ thể:

• Xác lập được số liệu phụ tải chính xác của cơ sở nuôi tôm tại Ba Tri với công suất cực đại đồng thời trong giờ nắng đạt 43,38 kW và tổng điện năng tiêu thụ trong ngày theo giờ nắng là 221,238 kWh/ngày.
• Hoàn thành bộ hồ sơ tính toán, thiết kế kỹ thuật cho hệ thống điện mặt trời hòa lưới quy mô công suất 55 kWp, lựa chọn chủng loại tấm pin JA Solar JAM72S20-450/MR (450 Wp) và bộ biến tần Growatt MAX 50KTL3 LV.
• Thiết kế hoàn chỉnh 4 phương án kết cấu cơ khí (giàn khung cố định trên bờ, trụ nâng cắm hồ, phao nổi chuyên dụng công nghiệp và phao nổi tái chế từ thùng phi), được thể hiện qua các bản vẽ kỹ thuật 2D trên AutoCAD và mô hình trực quan 3D trên SketchUp.
• Thiết kế hệ thống bảo vệ gồm tủ điện MDB-PV tích hợp chống sét lan truyền Type 1+2, công tắc DC switch tích hợp trên biến tần và mạng lưới cọc tiếp địa an toàn chống rò rỉ điện.
• Xuất được báo cáo mô phỏng hiệu suất từ phần mềm PVSyst, xác định rõ sản lượng điện phát vào lưới nội bộ, tỷ số hiệu suất hệ thống (PR) và sơ đồ phân tích các thành phần tổn thất.
• Thiết lập bảng dự toán chi phí đầu tư chi tiết cho từng phương án kết cấu và tính toán thời gian hoàn vốn cho hệ thống 55 kWp.

Giải pháp và kiến nghị của tác giả:

• Kiến nghị áp dụng chế độ hòa lưới bám tải (Zero Export) nhằm đảm bảo hệ thống tự tiêu thụ toàn bộ điện năng tại chỗ, giảm phụ thuộc vào lưới điện quốc gia mà không vi phạm các quy định hiện hành về việc xuất điện dư thừa lên lưới EVN.
• Tận dụng diện tích mặt nước của hồ lắng (968,13 m2) và hồ nuôi (8862,87 m2) để bố trí hệ thống phao nổi hoặc trụ đỡ, giúp tiết kiệm triệt để quỹ đất xây dựng xung quanh vuông tôm.
• Tận dụng bóng mát của các tấm pin để giảm nhiệt độ nước ao vào các thời điểm nắng gắt, hạn chế hiện tượng đục nước do mưa lớn tác động trực tiếp xuống mặt hồ.
• Kiến nghị giải pháp tái tạo thùng phi nhựa cũ làm phao nổi để cắt giảm chi phí vật tư cơ khí ban đầu cho những hộ nuôi tôm có nguồn lực tài chính hạn chế.

Đóng góp của đồ án:

• Đưa ra giải pháp kỹ thuật tích hợp điện mặt trời chuyên biệt cho mô hình nuôi tôm nước lợ tại tỉnh Bến Tre trong giai đoạn chuyển giao chính sách năng lượng tái tạo.
• Cung cấp phương pháp luận hoàn chỉnh từ khảo sát, tính toán phụ tải, lựa chọn thiết bị hòa lưới bám tải đến mô phỏng chuyên ngành bằng bộ công cụ PVSyst, AutoCAD và SketchUp, có thể áp dụng làm tài liệu tham khảo cho các dự án điện mặt trời nông - thủy sản tương tự tại khu vực đồng bằng sông Cửu Long.

---

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của đồ án:

• Hệ thống được thiết kế theo cấu hình hòa lưới không có bộ lưu trữ năng lượng (On-grid Zero Export), do đó việc phát điện phụ thuộc hoàn toàn vào bức xạ mặt trời; hệ thống không thể tự cấp điện vào ban đêm hoặc trong các khoảng thời gian thời tiết mưa bão kéo dài nếu không có điện lưới hỗ trợ.
• Số liệu khảo sát phụ tải và không gian chỉ được thu thập trên một mô hình hộ nuôi tôm cụ thể tại huyện Ba Tri, Bến Tre trong phạm vi thời gian 2 tháng (từ 22/04/2023 đến 15/07/2023), chưa khảo sát biến thiên phụ tải theo toàn bộ chu kỳ mùa vụ nuôi tôm của cả năm.
• Môi trường nước lợ và hơi muối ven biển có tính ăn mòn hóa học cao, tuy nhiên đồ án chưa tiến hành các thử nghiệm thực tế dài hạn về tốc độ ăn mòn vật liệu cơ khí của khung giàn và độ bền lão hóa của phao thùng phi tái chế.

Hướng nghiên cứu tiếp:

• Nghiên cứu mở rộng tích hợp hệ thống lưu trữ năng lượng pin Lithium hoặc ắc quy (cấu hình Hybrid) nhằm chủ động cấp nguồn liên tục 24/24 cho các thiết bị sục khí khẩn cấp khi xảy ra sự cố mất điện lưới vào ban đêm.
• Thử nghiệm thực tế và đo đạc dài hạn độ bền cơ lý của kết cấu phao thùng phi tái chế trong môi trường nước mặn nhằm hoàn thiện quy chuẩn thi công an toàn cho người dân.

---

Giá trị tham khảo

Đồ án có giá trị ứng dụng và tham khảo đối với các đối tượng:

• Sinh viên, học viên thuộc các chuyên ngành Năng lượng tái tạo, Kỹ thuật điện, Kỹ thuật Cơ khí Động lực và Cơ điện tử: Sử dụng làm tài liệu tham khảo trực tiếp về phương pháp khảo sát phụ tải, quy trình tính toán hệ thống quang điện nối lưới và kỹ năng ứng dụng phần mềm PVSyst, AutoCAD, SketchUp trong thiết kế kỹ thuật.
• Kỹ sư thiết kế và nhà thầu thi công hệ thống điện mặt trời: Tham khảo cấu hình hệ thống hòa lưới bám tải (Zero Export) và các giải pháp kết cấu cơ khí giàn khung, phao nổi chuyên biệt trên mặt ao hồ.
• Chủ các trang trại nuôi trồng thủy sản và cơ quan quản lý nông nghiệp: Tham khảo số liệu tiêu thụ điện, bảng tính kinh tế hoàn vốn và tiềm năng ứng dụng năng lượng sạch nhằm đáp ứng các tiêu chuẩn chứng nhận môi trường quốc tế phục vụ xuất khẩu.

Phần đáng tham khảo nhất trong công trình là Chương 3, nơi trình bày chi tiết các bước tính toán tải đồng thời thực tế, bảng thông số kỹ thuật datasheet của pin và Inverter, cùng hệ thống bản vẽ chi tiết các phương án kết cấu giàn khung và phao nổi trên mặt ao.

---

Câu hỏi thường gặp

1. Hệ thống điện mặt trời trong đồ án được thiết kế với công suất bao nhiêu và phục vụ cho đối tượng nào? Hệ thống được tính toán thiết kế với công suất danh định là 55 kWp, phục vụ cung cấp điện cho các phụ tải sản xuất của vuông tôm (máy bơm nước, motor quạt nước sục khí) kết hợp với phụ tải sinh hoạt của một hộ nuôi tôm tại huyện Ba Tri, tỉnh Bến Tre.

2. Tổng diện tích khảo sát của dự án là bao nhiêu và được phân chia như thế nào? Tổng diện tích mặt bằng khảo sát của cơ sở nuôi tôm là 9831 m2, trong đó diện tích mặt nước hồ lắng dự kiến sử dụng là 968,13 m2 và diện tích mặt nước hồ nuôi là 8862,87 m2.

3. Đồ án lựa chọn những thiết bị chính nào cho hệ thống 55 kWp? Tác giả lựa chọn tấm pin quang điện đơn tinh thể JAM72S20-450/MR công suất 450 Wp của JA Solar và bộ biến tần hòa lưới 3 pha Growatt MAX 50KTL3 LV có tích hợp sẵn công tắc ngắt DC switch và các bộ theo dõi công suất cực đại MPPT.

4. Tại sao đồ án lại áp dụng giải pháp hòa lưới bám tải (Zero Export)? Do Quyết định số 13/2020/QĐ-TTg của Thủ tướng Chính phủ hết hiệu lực từ ngày 31/12/2020 và chưa có cơ chế giá điện mới để bán cho EVN, giải pháp Zero Export kết hợp bộ biến tần và Solar meter được sử dụng để điều tiết công suất phát điện tự tiêu thụ tại chỗ, tránh phát ngược điện dư thừa lên lưới điện quốc gia.

5. Tác giả đã đưa ra những phương án kết cấu lắp đặt nào cho hệ thống tấm pin? Đồ án thiết kế và mô phỏng 4 phương án kết cấu: Phương án I dùng giàn khung cố định trên bờ có thanh rail và thang lồng; Phương án II dùng giá đỡ dạng trụ cắm cố định xuống lòng hồ; Phương án III dùng hệ thống phao nổi nhựa công nghiệp đúc sẵn; Phương án IV dùng hệ thống phao nổi tái tạo từ thùng phi nhựa đã qua sử dụng.

---

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp "Tính toán thiết kế hệ thống điện mặt trời 55 kWp cho hộ nuôi tôm tại Bến Tre" đã giải quyết trọn vẹn bài toán cung cấp điện năng tại chỗ cho đầm nuôi tôm ven biển thông qua giải pháp hòa lưới bám tải Zero Export. Công trình thể hiện quy trình tính toán kỹ thuật chặt chẽ, kết hợp nhuần nhuyễn giữa cơ sở lý thuyết phụ tải với các công cụ mô phỏng chuyên ngành gồm PVSyst, AutoCAD và SketchUp. Bốn phương án kết cấu giàn khung và phao nổi được đề xuất đã mang lại các giải pháp thiết kế linh hoạt, góp phần tối ưu hóa diện tích mặt nước và hỗ trợ định hướng phát triển bền vững cho ngành nuôi trồng thủy sản.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1: Tổng quan. Chương 2: Cơ sở lý thuyết về năng lượng mặt trời và hệ thống điện năng lượng mặt trời. Chương 3: Tính toán, thiết kế và mô phỏng hệ thống điện NLMT nối lưới cho vuông tôm. Chương 4: Thảo luận về các phương án thiết kế hệ thống điện mặt trời cho hộ nuôi tôm.

Chương 5: Kết luận và kiến nghị. 17 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI VÀ HỆ THỐNG ĐIỆN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI.1 Cơ sở lý thuyết về năng lượng mặt trời.1 Khái niệm về năng lượng mặt trời. Năng lượng mặt trời là năng lượng được phát ra từ mặt trời và truyền đến Trái Đất dưới dạng ánh sáng và nhiệt. Năng lượng mặt trời có thể được sử dụng để tạo ra điện, nước nóng và đáp ứng các nhu cầu sử dụng năng lượng khác.

Năng lượng mặt trời là một nguồn năng lượng tái tạo, vô tận và không gây ra khí thải ô nhiễm môi trường, do đó nó được coi là một giải pháp cho các vấn đề về năng lượng và môi trường. Các công nghệ sử dụng năng lượng mặt trời bao gồm tấm pin mặt trời, hệ thống thu nhiệt và các hệ thống tập trung nhiệt.1 Năng lượng mặt trời.2 Phương pháp khai thác năng lượng mặt trời. Có hai phương pháp khai thác năng lượng mặt trời dạng điện năng chủ yếu là phương pháp chủ động và bị động. 18 – Phương pháp chủ động có khả năng thu nạp nguồn năng lượng từ bức xạ mặt trời nhờ các thiết bị chuyên dụng.

Nguồn điện năng lượng mặt trời sau đó sẽ được phân phối bằng máy bơm hoặc hệ thống quạt. Phương pháp này mới được đưa vào sử dụng từ thế kỷ 20. – Phương pháp bị động áp dụng cơ chế thu giữ nhiệt trong cấu trúc nguyên vật liệu từ các công trình xây dựng. Đây là phương pháp đã được phát triển từ lâu đời.3 Ứng dụng của năng lượng mặt trời.

Các sinh vật trên Trái Đất tồn tại và phát triển chịu ảnh hưởng rất lớn từ nguồn năng lượng mặt trời. Ánh sáng mặt trời là nguồn năng lượng quan trọng cung cấp cho sinh vật và hệ sinh thái, đồng thời mặt trời cũng là nguồn cung cấp năng lượng cho nhiều mục đích trong sinh hoạt và sản xuất. Năng lượng mặt trời có hai ứng dụng chính là nhiệt mặt trời và điện mặt trời. Nhiệt mặt trời: là quá trình chuyển đổi bức xạ mặt trời thành nhiệt năng.

Các hệ thống nhiệt mặt trời sử dụng tấm thu nhiệt để hấp thụ nhiệt năng từ ánh sáng mặt trời và chuyển nó thành năng lượng nhiệt dùng để sưởi ấm nước hoặc không gian, đun nước nóng cho gia đình, cũng như sử dụng trong các quy trình công nghiệp sấy khô, sưởi ấm, làm nóng chất lỏng Điện mặt trời: là quá trình chuyển đổi trực tiếp bức xạ mặt trời thành điện năng bằng cách sử dụng tấm quang điện. Các tấm quang điện hoạt động dựa trên hiệu ứng quang điện, trong đó ánh sáng mặt trời tạo ra dòng điện khi va vào bề mặt của chúng. Điện năng được tạo ra từ các tấm quang điện có thể được sử dụng để cung cấp điện cho hộ gia đình, doanh nghiệp và cơ quan.2 Cơ sở lý thuyết về hệ thống điện mặt trời.1 Tiềm năng và thực trạng phát triển của điện mặt trời. Tiềm năng – Đối với thế giới.

Năng lượng mặt trời là một nguồn cung ứng bền vững và vô tận cho Trái Đất. Bức xạ mặt trời là một lượng năng lượng đáng kể, và mặt trời có khả năng cung cấp năng lượng 19 suốt quãng thời gian dài mà không gây cạn kiệt. Điều này làm cho năng lượng mặt trời trở thành một lựa chọn hấp dẫn để thay thế các nguồn năng lượng hóa thạch không tái tạo, giúp giảm thiểu tác động xấu đến môi trường và biến đổi khí hậu. Khai thác và sử dụng năng lượng mặt trời có thể được thực hiện ở mọi nơi trên thế giới, không chỉ ở vùng xích đạo mà còn ở các vùng vĩ độ cao hơn.

Trong những năm gần đây, năng lượng mặt trời đã trở thành nguồn điện tái tạo phát triển nhanh nhất trên toàn cầu. Các dự án điện mặt trời lớn đã được triển khai trên khắp các lục địa, từ châu Á, châu Âu, Bắc Mỹ đến châu Phi và châu Đại Dương. Đặc biệt, các quốc gia như Trung Quốc, Mỹ, Ấn Độ, và các quốc gia châu Âu đã dẫn đầu trong việc triển khai công nghệ năng lượng mặt trời và xây dựng các dự án điện mặt trời với quy mô lớn. Theo ước tính, năng lượng mặt trời mà Trái Đất nhận được trong một giờ có thể đáp ứng nhu cầu năng lượng của toàn thế giới trong một năm.

Điều này chứng tỏ rằng tiềm năng của năng lượng mặt trời là vô hạn và có thể đáp ứng nhu cầu năng lượng của con người trong thời gian dài. – Đối với Việt Nam Lợi thế về tiềm năng năng lượng mặt trời tại Việt Nam đã khơi nguồn cho việc triển khai các dự án điện mặt trời trên khắp đất nước. Việc khai thác và sử dụng năng lượng mặt trời có thể được triển khai ở nhiều quy mô khác nhau, từ các dự án lớn như điện mặt trời trên mặt đất đến các hệ thống nhỏ hơn như hệ thống năng lượng mặt trời áp mái. Để triển khai năng lượng mặt trời hiệu quả, các tỉnh có tiềm năng năng lượng mặt trời cao như Khánh Hòa, Ninh Thuận, Bình Thuận, Đắk Lắk, Gia Lai và Tây Ninh đã đẩy mạnh phát triển các dự án điện mặt trời trên diện rộng.

Những khu vực này không chỉ có ánh sáng mặt trời dồi dào mà còn có diện tích đất rộng phù hợp cho việc lắp đặt các tấm pin mặt trời. Các dự án điện mặt trời lớn đã được triển khai, góp phần đáng kể vào sản xuất điện quốc gia và giảm thiểu lượng khí thải từ nguồn năng lượng hóa thạch. Ngoài ra, việc triển khai hệ thống năng lượng mặt trời áp mái trên các công trình và tòa nhà cũng đã nhận được sự quan tâm và hỗ trợ từ các chính phủ địa phương. 20 Việt Nam đã đưa ra nhiều chính sách hỗ trợ và khuyến khích sử dụng năng lượng mặt trời, bao gồm chính sách hỗ trợ tài chính, giảm thuế và quỹ hỗ trợ phát triển năng lượng tái tạo.

Điều này tạo ra một môi trường thuận lợi cho các nhà đầu tư và doanh nghiệp tham gia vào việc triển khai dự án năng lượng mặt trời tại Việt Nam. Triển khai năng lượng mặt trời ở Việt Nam còn có tiềm năng để phát triển các công nghệ và ngành công nghiệp liên quan. Việc sản xuất tấm pin mặt trời, thiết bị và hệ thống năng lượng mặt trời tại địa phương có thể tạo ra việc làm và đóng góp vào phát triển kinh tế địa phương. Đồng thời, việc nghiên cứu và phát triển công nghệ năng lượng mặt trời cũng góp phần nâng cao năng lực khoa học và công nghệ của đất nước.

Thực trạng phát triển – Đối với thế giới Sản lượng điện năng lượng mặt trời trên toàn cầu đã tăng đáng kể vào năm 2021, đạt khoảng 179 TWh, tương đương mức tăng trưởng 22% so với năm 2020. Điện mặt trời đang trở thành xu hướng đầu tư và lựa chọn hàng đầu cho việc phát điện của nhiều quốc gia trên thế giới trong tương lai. Hiện nay, điện mặt trời chiếm 3,6% tổng sản lượng điện năng toàn cầu. Trung Quốc đóng góp 38% mức tăng trưởng sản lượng điện mặt trời vào năm 2021.

Mức tăng trưởng đứng thứ hai (17% tổng số) được ghi nhận tại Hoa Kỳ. Đây là dấu hiệu cho thấy sự phục hồi sau giai đoạn trì trệ do đại dịch Covid-19. Tuy nhiên, để đạt được mục tiêu sản lượng 7400 TWh điện mặt trời vào năm 2030, cần có mức tăng trưởng điện năng trung bình hàng năm khoảng 25% trong giai đoạn 2022 - 2030. Các chính sách hỗ trợ mạnh mẽ cho điện mặt trời đang thúc đẩy tốc độ tăng trưởng công suất trên toàn cầu.

Trung Quốc đã đưa ra kế hoạch 5 năm lần thứ 14 vào tháng 6 năm 2022, với mục tiêu đạt 33% sản lượng điện từ nguồn năng lượng tái tạo vào năm 2025, trong đó điện mặt trời chiếm 18%. Ủy ban Châu Âu đề xuất tăng mục tiêu sử dụng năng lượng tái tạo lên 40% vào năm 2030, trong đó điện mặt trời chiếm 45%. Trong COP26 tại Glasgow vào tháng 11 năm 2021, Ấn Độ công bố mục tiêu đạt 50% thị phần điện mặt trời trong tổng công suất vào năm 2030. 21 – Đối với Việt Nam Năm 2019, tổng công suất điện mặt trời của Việt Nam đạt 5 GWp, trong đó các nhà máy điện mặt trời nối lưới chiếm 4,5 GWp và hệ thống điện mặt trời áp mái chiếm 0,5 GWp.

Điều này là kết quả từ việc triển khai dự án nhanh chóng nhằm tận dụng các chính sách khuyến khích phát triển dự án điện mặt trời tại Việt Nam, như Quyết định số 11/2017/QĐ-TTg của Thủ tướng Chính phủ. Cuối năm 2020, công suất điện mặt trời nối lưới đã đạt 9 GW, trong đó hai tỉnh Ninh Thuận và Bình Thuận chiếm gần 3,5 GW. Hiện tại, công suất lắp đặt điện mặt trời là trên 13 GW. Theo Dự thảo quy hoạch điện VIII, công suất lắp đặt điện mặt trời dự kiến sẽ tăng từ 17 GW giai đoạn 2020 - 2025 đến khoảng 20 GW vào năm 2030.

Dự kiến tỷ trọng điện mặt trời sẽ chiếm 17% vào năm 2025 và 14% vào năm 2030 trong cơ cấu các nguồn điện. Tuy nhiên, vào năm 2021, việc hết hạn của Quyết định số 13/2020/QĐ-TTg từ ngày 31/12/2020 đã ảnh hưởng đến các nhà đầu tư, dẫn đến tạm dừng một số dự án và một số dự án khác đang chờ giá điện mới để bán cho EVN. Điều này đã gây tác động lớn đến nguồn điện sản xuất, làm lãng phí điện năng và ảnh hưởng đến việc hoàn vốn cho các nhà đầu tư.2 Phân loại các hệ thống điện mặt trời. Có 3 hình thức lắp điện năng lượng mặt trời gồm: Hệ thống điện mặt trời hòa lưới (On Grid), hệ thống điện mặt trời độc lập (Off Grid) và hệ thống điện mặt trời kết hợp (Hybrid).1 Hệ thống điện mặt trời hòa lưới (On-grid): Hệ thống điện mặt trời hòa lưới, hay còn gọi là hệ thống điện mặt trời liên kết lưới, là một loại hệ thống điện mặt trời được kết nối với lưới điện chính của địa phương để cung cấp điện cho các thiết bị trong gia đình.

Hệ thống điện mặt trời hòa lưới là một giải pháp tiết kiệm năng lượng và bảo vệ môi trường, giúp giảm thiểu chi phí sử dụng điện và đóng góp vào nỗ lực giảm thiểu khí thải carbon. Đây là hệ thống sử dụng phổ biến nhất hiện nay.