Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu
Trước thực trạng biến đổi khí hậu toàn cầu và sự cạn kiệt dần của các nguồn năng lượng hóa thạch truyền thống, việc chuyển dịch cơ cấu năng lượng sang các nguồn năng lượng tái tạo đã trở thành xu hướng tất yếu. Tại Việt Nam, nhu cầu sử dụng năng lượng phục vụ hoạt động sản xuất công nghiệp tại các nhà máy ngày càng gia tăng cùng với xu hướng điều chỉnh tăng của biểu giá điện. Đầu tư lắp đặt hệ thống điện năng lượng mặt trời áp mái tại các nhà xưởng không chỉ trực tiếp cắt giảm chi phí tiền điện hàng tháng, giảm nhiệt độ cho không gian bên dưới mái tôn mà còn hỗ trợ doanh nghiệp xây dựng tiêu chuẩn sản xuất xanh và nâng cao năng lực cạnh tranh trên thị trường.
Mặc dù tiềm năng quang điện tại Việt Nam rất lớn, quá trình triển khai thực tế trước đây gặp nhiều trở ngại liên quan đến chính sách mua bán điện và thủ tục pháp lý. Đến đầu tháng 10 năm 2024, Chính phủ đã ban hành các cơ chế, nghị định mới nhằm tháo gỡ rào cản pháp lý và khuyến khích phát triển mô hình điện mặt trời tự sản, tự tiêu cho khối sản xuất kinh doanh. Xuất phát từ bối cảnh thực tiễn này, đề tài “Tính toán, thiết kế và mô phỏng hệ thống điện năng lượng mặt trời áp mái cho nhà máy BEESCO ở Bình Phước” được thực hiện bởi nhóm tác giả thuộc Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh.
Mục tiêu nghiên cứu của đồ án bao gồm ba nội dung chính:
- Tìm hiểu và nghiên cứu tổng quan về năng lượng tái tạo nói chung và công nghệ điện năng lượng mặt trời nói riêng.
- Phân tích, nhận định và tính toán các thông số kỹ thuật then chốt của dự án, bao gồm: quy mô công suất lắp đặt, sản lượng điện dự kiến, phương án đấu nối điện, bóc tách khối lượng vật tư và đánh giá sơ bộ chi phí đầu tư.
- Thiết kế chi tiết hệ thống trên mặt bằng thực tế, chuẩn hóa quy trình thiết kế kỹ thuật và áp dụng đồng bộ hệ thống quy chuẩn, tiêu chuẩn kỹ thuật hiện hành.
Đối tượng nghiên cứu của đồ án tập trung vào:
- Cấu trúc, nguyên lý hoạt động và các thành phần thiết bị của hệ thống điện mặt trời áp mái công nghiệp.
- Thông số kỹ thuật của các chủng loại vật tư chuyên dụng (mô-đun quang điện, bộ biến tần, cáp dẫn điện, hệ thống khung giàn giá đỡ, thiết bị phụ trợ).
- Bộ công cụ phần mềm chuyên ngành phục vụ tính toán, mô hình hóa không gian và mô phỏng hiệu suất (PVsyst, Aurora Solar, AutoCAD, SketchUp).
Phạm vi nghiên cứu:
- Không gian: Toàn bộ mái nhà xưởng E với diện tích khoảng 16.000 m² thuộc Nhà máy Beesco Vina, đặt tại Khu công nghiệp Chơn Thành 2, huyện Chơn Thành, tỉnh Bình Phước (nhà máy có 5 xưởng A, B, C, D, E và khu vực bãi đỗ xe). Phương án hòa lưới kết nối trực tiếp vào 2 trạm biến áp hiện hữu tại xưởng D và xưởng E.
- Thời gian: Số liệu phụ tải điện được thu thập và phân tích từ lịch sử vận hành các năm 2020, 2021, 2022 và cập nhật theo 36 chu kỳ trong năm; thời điểm thực hiện và hoàn thành đồ án tốt nghiệp vào tháng 01/2025.
Cơ sở lý thuyết và phương pháp
Đồ án xây dựng trên nền tảng hệ thống văn bản quy chuẩn kỹ thuật quốc gia (TCVN) và tiêu chuẩn quốc tế (IEC) chuyên ngành điện mặt trời:
- Tiêu chuẩn mô-đun quang điện (PV): TCVN 12232-2018 (IEC 61730) về yêu cầu an toàn kết cấu mô-đun PV; TCVN 11855-2017 (IEC 62446) về thử nghiệm, tài liệu kỹ thuật và bảo trì hệ thống quang điện.
- Tiêu chuẩn bộ nghịch lưu (Inverter): TCVN 12231:2018 (IEC 62109) về an toàn bộ biến đổi nguồn điện; IEC 61727 về đặc tính giao diện lưới; IEC 62116 về quy trình thử nghiệm chống vận hành độc lập (anti-islanding); IEC 61683 về đo lường hiệu suất; IEC 61000-6-3 về tương thích điện từ (EMC).
- Tiêu chuẩn thiết kế hệ thống: TCVN 7447-7-712-2015 (IEC 60364-7-712) quy định hệ thống nguồn quang điện mặt trời hạ áp; IEC 62548 về tiêu chuẩn thiết kế mảng quang điện.
- Tiêu chuẩn thiết bị đóng cắt và hạ thế: TCVN 7994-2009 (IEC 60439-1) và TCVN 6592-2-2009 (IEC 60947-2) cho tủ đóng cắt và áptômát hạ áp; TCVN 4255-2008 (IEC 60529) về cấp bảo vệ vỏ ngoài (IP).
- Tiêu chuẩn dây dẫn, nối đất và an toàn PCCC: TCVN 9207-2012, TCVN 9208-2012, TCVN 7997-2009 về lắp đặt cáp điện lực; TCVN 9385-2012, TCVN 9358-2012, TCVN 4756-1989 về hệ thống chống sét và tiếp địa; Văn bản hướng dẫn số 3288/C07-P4 của Cục Cảnh sát PCCC và CNCH, TCVN 3890:2009 và Nghị định 79/2014/NĐ-CP về an toàn PCCC cho điện mặt trời mái nhà.
Các công thức toán học và nguyên lý tính toán áp dụng trong thiết kế kỹ thuật:
- Công suất cực đại một chiều (DC):
$$P_{DC} = P_{PV} \times n_{\text{tấm pin}}$$
- Công suất xoay chiều (AC) và số lượng bộ biến tần:
$$P_{AC} = \frac{P_{DC}}{\text{Hệ số } DC/AC}$$
$$n_{\text{inverter}} = \frac{P_{AC}}{P_{\text{inverter}}}$$
- Điện áp chuỗi quang điện:
$$V_{\text{string}} = V_{mp} \times N_{\text{tấm pin}}$$
- Sụt áp đường dây một chiều (DC):
$$V_d = I_{mp} \times R_{\text{dây}} = I_{mp} \times 2 \times L \times r$$
- Sụt áp đường dây xoay chiều ba pha (AC):
$$\Delta U = \sqrt{3} \times I_b \times (R \cos\phi + X \sin\phi) \times L$$
- Kích thước mặt cắt máng cáp:
$$S_{\text{máng}} = S_{\text{dây}} \times n_{\text{dây}} \times 1,5$$
- Dòng tính toán và lựa chọn thiết bị đóng cắt (MCCB/ACB):
$$I_b = \frac{P_{AC}}{\sqrt{3} \times U \times 1000 \times \cos\phi}$$
$$I_r = I_b \times 1,25 \quad \text{và} \quad I_n \ge I_r$$
Phương pháp nghiên cứu thực tế được triển khai theo quy trình kỹ thuật 5 bước:
- Khảo sát hiện trạng: Ghi hình hiện trường bằng flycam, máy ảnh kỹ thuật số; đo đạc thực tế kết cấu mái Seamlock; thu thập thông số máy biến áp, tủ phân phối MSB, hồ sơ phụ tải và hóa đơn tiền điện từ EVN.
- Phân tích phụ tải: Phân rã dữ liệu tiêu thụ điện năng của nhà máy thành 36 kỳ trong năm, chia chi tiết theo 3 khung giờ (bình thường, cao điểm, thấp điểm) cho ngày làm việc (24/6) và ngày nghỉ.
- Mô hình hóa không gian 2D/3D: Dựng mô hình nhà xưởng E trên SketchUp và AutoCAD; phân tích góc nghiêng 5 độ, hướng mái và tính toán khoảng cách an toàn đổ bóng quanh các tum hút gió thông gió đỉnh mái.
- Thiết kế sơ bộ và mô phỏng trên Aurora Solar và PVsyst: Bố trí layout tấm pin, chia chuỗi MPPT, xác định bức xạ khí tượng khu vực Bình Phước, chạy mô phỏng thất thoát năng lượng và sản lượng điện.
- Bóc tách khối lượng và thiết kế chi tiết: Lập bảng kê vật tư cáp DC/AC, máng cáp, hệ mounting, trạm inverter, tủ phân phối, hệ thống tiếp địa và hệ thống phụ trợ.
Thiết kế và triển khai hệ thống kỹ thuật
Lựa chọn thiết bị chính
- Tấm pin quang điện: Sử dụng dòng pin Jinko Tiger Neo N-type 72HL4 (mã JKM590 N-72HL4-BDV), công suất đỉnh 590 Wp. Tấm pin sử dụng tế bào quang điện N-type Mono-crystalline 144 cell (6x24), kích thước 2278 x 1134 x 35 mm, trọng lượng 27 kg. Điện áp tại điểm công suất cực đại ($V_{mp}$) đạt 43,05 V, dòng điện cực đại ($I_{mp}$) đạt 13,83 A, điện áp mạch hở ($V_{oc}$) đạt 52,63 V, dòng ngắn mạch ($I_{sc}$) đạt 14,84 A. Tấm pin tích hợp công nghệ đa thanh cái SMBB và Hot 2.0, bảo hành sản phẩm 12 năm và bảo hành suy giảm công suất tuyến tính 30 năm.
- Bộ biến tần chuỗi (String Inverter): Lựa chọn Inverter Sungrow SG125CX-P2 có công suất định mức 125 kW (125 kVA tại nhiệt độ 50°C), hiệu suất tối đa đạt 98,5% (hiệu suất chuẩn 98,3%). Thiết bị trang bị 12 bộ theo dõi điểm công suất cực đại (MPPT) độc lập, dòng vào cực đại mỗi MPPT là 36 A, dải điện áp làm việc hiệu quả từ 650 V đến 800 V. Biến tần đáp ứng cấp bảo vệ IP66, làm mát cưỡng bức thông minh và tích hợp chức năng ngắt mạch hồ quang AFCI 2.0.
- Hệ thống kết cấu giá đỡ (Mounting System): Sử dụng giải pháp Holcom MR2 chuyên dụng cho hệ mái tôn Seamlock (khoảng cách sóng tôn 400 mm). Liên kết sử dụng kẹp Seamlock kẹp trực tiếp vào gờ sóng tôn, không khoan đục lỗ nhằm bảo đảm khả năng chống thấm tuyệt đối cho mái nhà xưởng. Hệ khung gồm thanh rail nhôm định hình dài 4,2 m, kẹp giữa (mid-clamp dày 20 mm), kẹp biên (end-clamp) và chân đế chữ L, đáp ứng tiêu chuẩn tải trọng gió lên tới 60 m/s (TCVN 6781-1-1:2017, JIS C 8955:2017).
- Hệ thống cáp điện và thiết bị đóng cắt: Cáp một chiều (DC) sử dụng cáp chuyên dụng Leader 4,0 mm², lõi đồng đóng thiếc cách điện kép, chịu nhiệt làm việc 120°C, chống tia UV và ozone. Cáp xoay chiều (AC) sử dụng cáp đồng đơn lõi Cu/XLPE/PVC chống cháy do Công ty Dây cáp điện Việt Nam (Cadivi) sản xuất.
Giải pháp bố trí mặt bằng và hạ tầng phụ trợ
- Bố trí mảng pin trên mái xưởng E: Tổng diện tích mái khoảng 16.000 m² được thiết kế lắp đặt 3.888 tấm pin Jinko 590 Wp. Nhằm đáp ứng quy chuẩn PCCC (VB 3288/C07-P4), các tấm pin được phân bổ thành từng cụm có diện tích không vượt quá 40 x 40 m, khoảng cách thông thủy giữa các cụm pin tối thiểu 1,5 m; khoảng cách từ mảng pin tới mép rìa mái là 1,5 m. Để triệt tiêu hoàn toàn bóng che từ tum lấy gió hiện hữu, khoảng cách lắp đặt từ tấm pin đến chân tum gió được duy trì tối thiểu 3,0 m trên cả hai mái dốc.
- Hạ tầng an toàn và vận hành:
- Thang lồng tiếp cận: Bố trí 03 cụm thang lồng leo lên mái (đáp ứng tiêu chuẩn công trình công nghiệp nhóm F5 với khoảng cách không quá 200 m theo chu vi mái), kết cấu chịu tải trọng tối thiểu 110 kg, tích hợp cửa khóa chống xâm nhập trái phép và lan can bảo vệ cao 1,0 m tại sàn tiếp cận.
- Sàn thao tác (Walkway): Bố trí các tuyến đường đi chính dọc theo chiều dài mái bằng vật liệu thép mạ kẽm nhúng nóng (HDG Grating) hoặc sàn composite kháng hóa chất (FRP Grating) chống trơn trượt và không dẫn nhiệt.
- Dây cứu sinh (Lifeline): Lắp đặt hệ thống dây cáp cứu sinh dọc theo đỉnh mái dốc, đáp ứng tải trọng thử nghiệm tĩnh tối thiểu 90 kg theo mọi phương tác động.
- Hệ thống vệ sinh tấm pin: Xây dựng mạng lưới cấp nước rửa pin chuyên dụng với bồn trữ nước 1.000 L, máy bơm tăng áp Panasonic duy trì áp lực làm việc tối thiểu 4 bar. Tuyến ống chính bố trí các cụm van lấy nước cách nhau từ 20 đến 25 m, kèm đồng hồ đo lưu lượng nước tiêu thụ.
- Hệ thống giám sát và chống phát ngược (Zero Export & Monitoring): Tích hợp bộ thu thập dữ liệu trung tâm Sungrow Data Logger, cảm biến đo bức xạ nhiệt bề mặt Kipp & Zonen RT1, truyền tín hiệu qua mạng cáp Alantek RS485 và Cat6 về tủ điều khiển phân phối (Communication Box).
Nội dung chính theo từng chương
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
Chương 1 làm rõ tính cấp thiết của việc phát triển điện mặt trời trong bối cảnh tái cơ cấu năng lượng và chi phí vận hành nhà xưởng. Nội dung phân tích các nghị định, chính sách thúc đẩy năng lượng tái tạo ban hành vào tháng 10/2024 tại Việt Nam. Tác giả xác lập 3 mục tiêu nghiên cứu cụ thể, chỉ rõ đối tượng nghiên cứu gồm cấu tạo hệ thống, thiết bị quang điện và các phần mềm kỹ thuật (PVsyst, Aurora Solar, SketchUp, AutoCAD), đồng thời giới hạn phạm vi nghiên cứu tại mái xưởng E Nhà máy Beesco Vina tại Bình Phước.
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Chương này tổng hợp cơ sở lý thuyết về bức xạ mặt trời, phân tích các yếu tố suy giảm hiệu suất (nhiệt độ môi trường, bức xạ tán xạ, góc dốc, bụi bám bề mặt). Nội dung xác lập quy trình thiết kế kỹ thuật chuẩn gồm 5 giai đoạn: Khảo sát hiện trạng, Thiết kế sơ bộ - Thẩm định kết cấu, Thiết kế cơ sở, Bóc tách khối lượng và Bàn giao. Chương 2 liệt kê chi tiết các bộ tiêu chuẩn Việt Nam và tiêu chuẩn quốc tế áp dụng cho tấm pin, inverter, tủ điện hạ áp, hệ thống cáp, tiếp địa chống sét và an toàn PCCC. Đồng thời, chương cung cấp đầy đủ các biểu thức toán học xác định công suất DC, công suất AC, điện áp chuỗi, độ sụt áp cáp DC/AC, tiết diện máng cáp và dòng định mức của khí cụ đóng cắt.
CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỆN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI ÁP MÁI CHO NHÀ MÁY BEESCO
Chương 3 trình bày toàn bộ số liệu khảo sát thực địa của Nhà máy Beesco Vina (quy mô 5 nhà xưởng A, B, C, D, E). Phân tích cấu trúc hệ thống điện hiện hữu gồm: Trạm biến áp xưởng E (1 máy biến áp 2.000 kVA, máy cắt không khí ACB 3.200 A, 1 cọc thu lôi) và Trạm biến áp xưởng D (2 máy biến áp công suất 3.000 kVA và 2.000 kVA, 2 máy cắt ACB 5.000 A và 3.200 A, 1 máy phát điện dự phòng 300 kVA). Tác giả thực hiện phân tích biểu đồ phụ tải 1 năm từ số liệu hóa đơn điện giai đoạn 2020-2022, quy đổi về 36 kỳ vận hành (giờ bình thường, cao điểm, thấp điểm) phù hợp lịch làm việc 24/6 của nhà máy.
Trên cơ sở phân tích kỹ thuật, chương 3 chốt lựa chọn 3.888 tấm pin Jinko Tiger Neo N-type 590 Wp và 15 bộ biến tần Sungrow SG125CX-P2. Các tính toán kỹ thuật xác lập:
- Tổng công suất DC: $P_{DC} = 590 \times 3888 = 2.293.920 \text{ Wp} = 2,29392 \text{ MWp}$.
- Tổng công suất AC: chọn tỷ lệ DC/AC là 1,22, cho ra $P_{AC} = 2.293.920 / 1,22 \approx 1.880 \text{ kW}$.
- Số bộ biến tần: $1880 / 125 = 15,04 \rightarrow$ bố trí 15 bộ biến tần Sungrow SG125CX-P2.
- Chuỗi quang điện: Điện áp làm việc tối ưu của tấm pin là 43,05 V, ở điều kiện nhiệt độ môi trường 40°C với hệ số nhiệt độ -0,25%/°C, dải chuỗi tối ưu từ 15 đến 20 tấm. Tác giả chọn cố định 18 tấm/chuỗi để kết nối vào 12 MPPT của inverter.
- Bố trí tổng thể: Xác lập vị trí nhà trạm Inverter tập trung gần điểm đấu nối, thiết kế tuyến máng cáp AC nối về trạm điện xưởng E và xưởng D; thiết kế hệ khung Holcom MR2 kẹp Seamlock, hệ thống tiếp địa giàn khung, 3 thang lồng tiếp cận mái và hệ thống rửa pin áp lực cao.
CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ
Chương 4 tổng hợp các kết quả tính toán thiết kế kỹ thuật, thể hiện qua hồ sơ bản vẽ mặt bằng bố trí mảng pin, sơ đồ nguyên lý đấu nối chuỗi quang điện, sơ đồ đấu nối một sợi hòa lưới và sơ đồ mạng truyền thông giám sát Zero Export. Chương trình bày dữ liệu mô phỏng hiệu suất trên phần mềm PVsyst dựa trên cơ sở dữ liệu khí tượng địa phương tỉnh Bình Phước, trích xuất biểu đồ tổn thất hệ thống, sản lượng điện phát ra hàng tháng và tổng hợp tính toán kinh tế hoàn vốn của dự án.
CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI
Chương 5 tóm tắt các mục tiêu đã đạt được trong việc tính toán thiết kế hệ thống điện mặt trời áp mái 2,29 MWp. Tác giả khẳng định tính khả thi của giải pháp kỹ thuật và đưa ra các đề xuất nghiên cứu mở rộng trong tương lai nhằm hoàn thiện khả năng quản lý năng lượng cho toàn bộ tổ hợp sản xuất.
Kết quả và đóng góp
Kết quả tính toán thiết kế chính
Hệ thống các thông số kỹ thuật cốt lõi được tác giả tính toán và hoàn thiện trong đồ án được tổng hợp ở bảng sau:
| Thông số thiết kế |
Giá trị tính toán và lựa chọn |
| Địa điểm lắp đặt |
Mái tôn Seamlock xưởng E, Nhà máy Beesco Vina, KCN Chơn Thành 2, Bình Phước |
| Tổng diện tích mái lắp đặt |
Khoảng 16.000 m² (góc nghiêng mái ~5 độ) |
| Chủng loại mô-đun quang điện |
Jinko Solar Tiger Neo N-type 72HL4 (JKM590 N-72HL4-BDV) |
| Công suất cực đại mô-đun ($P_{max}$) |
590 Wp |
| Tổng số lượng tấm pin |
3.888 tấm |
| Tổng công suất DC hệ thống |
2.293.920 Wp (tương đương 2,29392 MWp) |
| Tỷ lệ cấu hình công suất (DC/AC) |
1,22 |
| Tổng công suất định mức AC |
1.880 kW (tương đương 1,88 MW) |
| Chủng loại bộ biến tần |
Sungrow SG125CX-P2 (công suất định mức 125 kW/bộ) |
| Số lượng bộ biến tần |
15 bộ biến tần |
| Cấu hình chuỗi pin (String sizing) |
18 tấm/chuỗi (tổng cộng 216 chuỗi pin) |
| Hệ thống giàn đỡ (Mounting) |
Holcom MR2 (kẹp Seamlock, thanh rail nhôm định hình 4,2 m) |
| Cáp một chiều / Cáp xoay chiều |
Cáp DC Leader 4,0 mm² chịu nhiệt 120°C / Cáp AC Cadivi Cu/XLPE/PVC |
| Điểm đấu nối hòa lưới |
Đấu nối hạ thế vào 2 điểm: Trạm biến áp xưởng E và Trạm biến áp xưởng D |
| Hạ tầng phụ trợ an toàn |
03 thang lồng tiếp cận (F5), sàn thao tác Grating, dây cứu sinh, rửa pin 4 bar |
Giải pháp và kiến nghị kỹ thuật
- Bố trí nhà trạm Inverter tập trung gần các trạm biến áp xưởng D và E nhằm giảm thiểu tối đa chiều dài tuyến cáp xoay chiều AC tiết diện lớn, giúp hạn chế tổn hao sụt áp dưới 2% và tiết kiệm chi phí đầu tư dây dẫn.
- Lựa chọn giải pháp kẹp tôn sóng chuyên dụng Holcom MR2 không đục lỗ xuyên mái, triệt tiêu nguy cơ dột nước và bảo vệ toàn vẹn tuổi thọ lớp tôn mái Seamlock của nhà máy.
- Bố trí các dãy pin cách ly hành lang tum gió 3,0 m và duy trì khoảng cách giữa các khối pin 1,5 m nhằm tuân thủ chặt chẽ yêu cầu khoảng lùi PCCC theo Văn bản số 3288/C07-P4, đảm bảo lối tiếp cận chữa cháy và bảo trì thông thoáng.
- Trang bị hệ thống điều khiển phát điện Zero Export kết hợp giám sát thời gian thực để ngăn ngừa công suất đẩy ngược lên lưới trong các chu kỳ phụ tải thấp điểm hoặc ngày lễ.
Đóng góp của đề tài
- Chuẩn hóa quy trình 5 bước trong thiết kế dự án điện mặt trời áp mái công nghiệp (C&I) từ khảo sát, giải bài toán phụ tải 36 kỳ thực tế, bố trí không gian 3D đến mô phỏng sản lượng trên PVsyst.
- Đề xuất mô hình tính toán chi tiết việc phối hợp giữa mặt bằng kiến trúc mái tôn công nghiệp với các quy định khắt khe về an toàn PCCC, an toàn tải trọng gió và quy chuẩn vận hành bảo dưỡng thực tế tại Việt Nam.
Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp
- Hạn chế:
- Phạm vi tính toán thiết kế của đồ án mới chỉ triển khai trên diện tích mái của nhà xưởng E (16.000 m²), chưa khai thác hết tiềm năng diện tích mái của 4 xưởng còn lại (xưởng A: 9.500 m², xưởng B: 5.400 m², xưởng C: 9.500 m², xưởng D: 9.700 m²) và khu vực bãi đỗ xe (8.000 m²).
- Hệ thống điện mặt trời thiết kế theo dạng hòa lưới tự tiêu thụ trực tiếp không có hệ thống lưu trữ điện năng (BESS), do đó việc cung ứng điện phụ thuộc hoàn toàn vào chu kỳ bức xạ ban ngày, chưa giải quyết được nhu cầu điện năng vào khung giờ cao điểm buổi tối của các ca làm việc 24/6.
- Hướng nghiên cứu tiếp theo:
- Mở rộng khảo sát kết cấu và tính toán thiết kế bổ sung hệ thống điện mặt trời trên các mái nhà xưởng A, B, C, D và hệ thống giàn che bãi đỗ xe của Nhà máy Beesco.
- Nghiên cứu mô hình tích hợp hệ thống lưu trữ năng lượng pin (BESS) kết hợp giải pháp điều khiển EMS thông minh để tối ưu hóa biểu đồ phụ tải giờ cao điểm.
- Nghiên cứu ứng dụng các giải pháp robot vệ sinh tấm pin tự động trên hệ mái dốc thay thế cho hệ thống đường ống cấp nước và xịt rửa bán thủ công hiện hành.
Giá trị tham khảo
- Đối tượng thụ hưởng:
- Sinh viên, học viên chuyên ngành Năng lượng tái tạo, Kỹ thuật điện, Hệ thống năng lượng và Cơ khí động lực tham khảo làm tài liệu học tập, đồ án môn học hoặc khóa luận tốt nghiệp về thiết kế trạm quang điện công nghiệp.
- Kỹ sư thiết kế, chuyên viên kỹ thuật tại các doanh nghiệp tổng thầu EPC điện mặt trời tham khảo quy trình khảo sát mặt bằng, phân tích biểu đồ phụ tải và lập hồ sơ thiết kế kỹ thuật thực tế.
- Nội dung có giá trị tham khảo cao:
- Phương pháp phân tích dữ liệu hóa đơn điện thành 36 kỳ phụ tải chi tiết theo 3 khung giá (bình thường, cao điểm, thấp điểm) gắn với lịch vận hành thực tế của nhà máy.
- Quy trình phối hợp đa phần mềm: AutoCAD (bản vẽ 2D kỹ thuật), SketchUp (dựng không gian 3D vật cản), Aurora Solar (phân tích bóng đổ) và PVsyst (mô phỏng năng lượng và tổn thất).
- Toàn bộ phương pháp luận và các bước tính chọn dây dẫn DC/AC, độ sụt áp, chọn dung lượng thiết bị đóng cắt tủ phân phối và thiết kế hệ thống phụ trợ (thang lồng, sàn thao tác, trạm rửa tấm pin).
Câu hỏi thường gặp
1. Tại sao đồ án chỉ lựa chọn lắp đặt hệ thống pin quang điện trên mái xưởng E mà không triển khai trên các mái xưởng khác?
Xưởng E có diện tích mặt bằng mái lớn nhất trong toàn bộ nhà máy (khoảng 16.000 m² so với 5.400 m² – 9.700 m² của các xưởng A, B, C, D), kết cấu mái tôn Seamlock đồng nhất và nằm liền kề với hai trạm biến áp lớn của xưởng E (2.000 kVA) và xưởng D (5.000 kVA). Việc tập trung lắp đặt trên mái xưởng E giúp đạt ngay quy mô công suất mong muốn (2,29 MWp) trong khi tối ưu hóa được vị trí nhà trạm Inverter và giảm thiểu chiều dài đường cáp AC đấu nối về hai trạm điện.
2. Công nghệ tấm pin Jinko 590 Wp và biến tần Sungrow 125 kW có những thông số kỹ thuật nào quyết định đến hiệu quả của hệ thống?
Tấm pin Jinko Tiger Neo N-type 590 Wp ứng dụng tế bào đơn tinh thể N-type kết hợp đa thanh cái SMBB và Hot 2.0, mang lại hiệu suất chuyển đổi cao, suy giảm hiệu suất theo nhiệt độ thấp (-0,29%/°C đối với $P_{max}$) và tuổi thọ bảo hành công suất tuyến tính đến 30 năm. Biến tần Sungrow SG125CX-P2 sở hữu hiệu suất chuyển đổi cực đại 98,5%, cấp bảo vệ IP66, tích hợp sẵn 12 kênh MPPT độc lập giúp linh hoạt tối ưu hóa việc phân chuỗi và giảm thiểu tổn thất do bóng che cục bộ trên mái dốc.
3. Số lượng tấm pin trên mỗi chuỗi (string) được tính toán và chốt là bao nhiêu tấm?
Căn cứ vào điện áp làm việc cực đại của tấm pin ($V_{mp} = 43,05\text{ V}$), điện áp hở mạch ($V_{oc} = 52,63\text{ V}$), dải điện áp làm việc hiệu quả của biến tần Sungrow (650 V – 800 V) và xét đến biên độ nhiệt độ môi trường thực tế tại Bình Phước (khoảng 40°C), dải số lượng tấm pin tính toán tối ưu nằm trong khoảng từ 15 đến 20 tấm/chuỗi. Tác giả đã chốt cấu hình chuẩn là 18 tấm/chuỗi nhằm tạo sự đồng đều trong phân chia mảng pin, thuận tiện cho việc gom tuyến cáp DC và đấu nối vào 12 MPPT của bộ biến tần.
4. Mặt bằng bố trí các tấm pin trên mái xưởng E đã xử lý vấn đề bóng che và an toàn PCCC như thế nào?
Để triệt tiêu bóng che từ các tum lấy gió nhô cao trên mái xưởng E, toàn bộ các mảng pin đều được đặt lùi cách chân tum thông gió tối thiểu 3,0 m trên cả hai mái dốc. Về an toàn PCCC theo Văn bản 3288/C07-P4, hệ thống mảng pin được chia thành các cụm có kích thước không vượt quá 40 x 40 m, duy trì khoảng cách giữa các khối tối thiểu 1,5 m và cách mép biên của mái 1,5 m nhằm đảm bảo lối thoát nạn, cứu hộ và thao tác kỹ thuật khi xảy ra sự cố.
5. Điểm đấu nối hòa lưới của hệ thống điện mặt trời được kết nối vào vị trí nào của hệ thống điện nhà máy?
Hệ thống điện mặt trời được hòa lưới ở cấp điện áp hạ thế tại hai vị trí trạm điện hiện hữu gồm: Trạm biến áp xưởng E (trang bị 1 máy biến áp 2.000 kVA, máy cắt ACB 3.200 A) và Trạm biến áp xưởng D (trang bị 2 máy biến áp 3.000 kVA và 2.000 kVA, các máy cắt ACB 5.000 A và 3.200 A). Hai tuyến cáp xoay chiều AC từ tủ điện tổng Solar được kéo theo hệ thống thang máng cáp chuyên dụng trực tiếp về thanh cái chính của hai phòng điện này.
Kết luận
Đồ án tốt nghiệp đã hoàn thành trọn vẹn việc tính toán, thiết kế chi tiết và mô phỏng hệ thống điện năng lượng mặt trời áp mái quy mô 2,29392 MWp (1,88 MW AC) lắp đặt trên 16.000 m² mái xưởng E Nhà máy Beesco Vina tại Bình Phước. Bằng việc phối hợp đồng bộ giữa mô-đun quang điện hiệu suất cao Jinko 590 Wp, 15 bộ biến tần chuỗi Sungrow 125 kW và hệ giàn kẹp Seamlock Holcom MR2 không đục lỗ xuyên mái, thiết kế đã bảo đảm sự an toàn cơ lý tính cho mái nhà xưởng và tuân thủ nghiêm ngặt các quy chuẩn kỹ thuật điện và an toàn PCCC hiện hành. Kết quả nghiên cứu không chỉ mang lại giá trị thực tiễn trực tiếp cho bài toán tiết giảm chi phí điện năng và xanh hóa sản xuất của doanh nghiệp mà còn cung cấp một tài liệu kỹ thuật có tính hệ thống cao cho việc thiết kế các dự án điện mặt trời áp mái công nghiệp quy mô lớn.