Bộ công THNG
Tập đoàn điện lực việt nam
Viện năng lợng Báo cáo: đề tài nghiên cứu khoa học cấp bộ
M số: I - 149
ứng dụng các trạm phát điện bằng pin mặt
trời công suất nhỏ cho Trờng dân tộc nội
trú, trạm y tế x Tân Trạch và Thợng Trạch
huyện Bố Trạch, tỉnh Quảng Bình.
Chủ nhiệm đề tài: Vũ Thị Giáng
Tham gia: Vũ Hồng Sơn
Nguyễn Văn An
7181
17/3/2009
Hà Nội, 11 2008
Bộ công thNG
Tập đoàn điện lực việt nam
Viện năng lợng
y tế x Tân Trạch và Thợng Trạch huyện Bố
Trạch, tỉnh Quảng Bình.
Chủ nhiệm đề tài: Vũ Thị Giáng
Tham gia: Vũ Hồng Sơn
Nguyễn Văn An
Hà Nội, 11 2008
mục lục
Mở đầu .4
Chơng I : Lựa chọn địa điểm lắp đặt các trạm điện pin mặt
trời tại Quảng Bình 3
Chơng II: Nghiên cứu thiết kế lắp đặt các trạm điện pin
mặt trời tại Quảng Bình 8
II.1 Những điền cơ bản cần biết về trạm điện pin mặt trời 8
II.1.1 Sơ đồ khối 8
II.1.2 Các thông số kỹ thuật của trạm điện pin mặt trời 11
II.1.3 Tích trữ năng lợng từ trạm điện pin mặt trời 12
II.1.4 Bộ điều khiển 13
II.1.5 Bộ biến đổi điện 14
II.1.6 Vị trí lắp đặt 14
Chơng III: Kết quả ứng dụng trạm điện pin mặt trời công
do cơ bản là chi phí cho mỗi trạm pin còn khá đắt, đặc biệt là giá thành các
tấm pin còn khá cao do phải nhập từ nớc ngoài. Tính đến nay, số lợng trạm
pin mặt trời đợc lắp đặt và khai thác ở Việt Nam vẫn còn rất khiêm tốn. Tổng
công suất khai thác năng lợng bằng trạm pin mặt trời mới chỉ đạt cha tới 2
MW.
Năm 2005, Viện Năng lợng đã thực hiện Dự án sản xuất thử nghiệm các
thiết bị phụ của trạm pin mặt trời bằng các sản phẩm tự chế tạo ở trong nớc,
vừa để thay thế các thiết bị nhập ngoại của trạm pin mặt trời bị hỏng, vừa góp
phần giảm giá thành cho những trạm sẽ đợc xây dựng thêm sau này, nhằm
đáp ứng nhu cầu ứng dụng rộng rãi các trạm pin mặt trời cho các vùng xa xôi
hẻo lánh cũng nh tạo thêm điều kiện mở rộng khai thác một dạng năng lợng
tiềm tàng và sạch sẽ, góp phần bảo vệ môi trờng nói chung.
Báo cáo này nằm trong chuỗi các đề tài nghiên cứu triển khai và ứng
dụng năng lợng mới nhằm quảng bá và hớng dẫn cụ thể việc ứng dụng pin
mặt trời vào đời sống cho các loại hình phụ tải khác nhau rất cần có điện
nhng lại nằm ngoài khả năng cung ứng của lới điện, nh một số vùng không
thuận tiện giao thông của tỉnh Quảng Bình. Trên cơ sở này, Bộ Công Thơng
đã duyệt cho Viện Năng lợng thực hiện đề tài NCKH:
Tên đề tài: "Nghiên cứu áp dụng pin mặt trời phục vụ đời sống của
nhân dân các dân tộc ở những bản ở vùng sâu, vùng xa không có khả năng
cung cấp điện lới của tỉnh Quảng Bình"
Đề tài nghiên cứu sẽ giải quyết các nội dung sau:
Nghiên cứu thiết kế, chế tạo và lắp đặt các trạm pin mặt trời, tổng công
suất khoảng 1,5kWp.
Hớng dẫn lắp đặt, vận hành, t vấn, góp ý để đạt chất lợng tốt.
2
Chuyển giao lắp đặt, thiết bị nhập và chế tạo trong nớc, lắp ráp, hiệu
chỉnh, chạy thử ở chế độ tự động.
Thu thập số liệu và đánh giá tính khả năng cấp điện (chiếu sáng, ti vi, tủ
Về dân số hành chính, Quảng Bình có 1 thành phố, 6 huyện với 141 xã,
10 phờng và 8 thị trấn. Dân số của năm 2007 khoảng 832.000 ngời trong đó
dân số đô thị chiếm khoảng 14%. Trên địa bàn tỉnh Quảng Bình có 13 dân tộc
anh em sinh sống trong đó: Dân tộc Kinh 89%, Hà Nhì 5,6%, còn lại 11% là
các dân tộc khác.
Về tài nguyên khoáng sản, Quảng Bình có nguồn tài nguyên khoáng
sản khá phong phú và đa dạng. Nhng đặc biệt, có hai nguồn tài nguyên dồi
dào, góp phần thúc đẩy nền kinh tế là du lịch, đánh bắt nuôi trồng thủy sản và
công nghiệp vật liệu xây dựng ở địa phơng. Với bờ biển dài 126 km với
vùng đặc quyền lãnh hải khoảng 20.000 km
2
. Dọc theo bờ biển có 5 cửa sông
chính: Roòn, Gianh, Dinh, Lý Hòa, Nhật Lệ tạo ra nguồn cung cấp phù du
sinh vật có giá trị cho việc phát triển nguồn lợi thuỷ sản. Ngoài khơi có 5 đảo
nhỏ tạo những vịnh có vị trí đẹp và thuận tiện cho các hoạt động kinh tế biển
nh Hòn La. Bờ biển có nhiều bãi tắm đẹp. Vùng biển có một số ng trờng
có nhiều loại hải sản quý hiếm có giá trị kinh tế cao với khả năng khai thác
4
ớc tính 40.000 tấn/năm, cho phép phát huy thế mạnh của biển để phát triển
kinh tế tổng hợp biển
Địa hình của Quảng Bình hẹp dốc từ Tây sang Đông, chủ yếu 85% diện tích
tự nhiên là đồi núi, toàn bộ diện tích đợc chia thành 4 vùng sinh thái cơ bản:
- Vùng núi cao
- Vùng đồi và Trung du
- Vùng đồng bằng
- Vùng cát và ven biển
Quảng Bình nằm ở vùng nhiệt đới gió mùa, khí hậu mang đặc trng của
khí hậu phía bắc và phía nam. Khí hậu trong năm chia làm 2 mùa rõ rệt: Mùa
ma từ tháng 9 đến tháng 3, mùa khô từ tháng 4 đến tháng 8. Nhiệt độ trung
2 Xã Thượng Trạch 18 353 Ma Coong, Mường, Cà Rai 100
3 Xã Sơn Trạch 01 27 Vân Kiều 100
II Huyện Lệ Thủy
1 Xã Kim Thủy 04 162 Vân Kiều 100
2 Xã Lâm Thủy 02 54 Vân Kiều 100
III Huyện Quảng Ninh
1 Xã Trường Sơn 05 85 Vân Kiều 100
IV Huyện Tuyên Hóa
1 Xã Tuyên Hóa 01 34 Mã Liềng 100
2
Xã Lâm Hóa 01 25 Mã Liềng 100
V Huyện Minh Hóa
1 Xã Dân Hóa 05 159 Khùa, Mày 100
2
Xã Trọng Hóa 07 145 Khùa, Mày, Mã Liềng 100
Tổng 46 1103 6
Trong khi đó, hiện nay trên địa bàn Quảng Bình, việc ứng dụng năng
lợng mặt trời còn rất hạn chế, có khoảng 30 trạm pin mặt trời, công suất mỗi
trạm từ 100Wp đến 425Wp (P = 100Wp - 425Wp) đợc lắp đặt từ năm 2005
đến năm 2008 cho một số đồn biên phòng. Tình trạng hiện tại của các trạm
pin mặt trời này nh sau:
- Các tấm pin vẫn hoạt động tốt.
- Chân giá và dây điện vẫn còn đạt yêu cầu kỹ thuật.
- Bộ điều khiển còn tốt.
- Đèn chiếu sáng bị hỏng tới 80% nhng đã đợc thay thế.
tập thể nh một cụm dân c, một trạm y tế, một trờng nội trú
hay một đơn vị biên phòng, công suất khoảng vài trăm W.
Dới đây sẽ trình bày cụ thể hơn quá trình nghiên cứu thiết kế, lắp đặt
một trạm pin mặt trời tại một số điểm theo hai loại công suất trạm nh trên tại
tỉnh Quảng Bình.
8
Chơng II
Nghiên cứu thiết kế lắp đặt các trạm điện
pin mặt trời tại Quảng Bình
II.1 Những điều cơ bản cần biết về trạm điện pin mặt trời (PMT)
II.1.1 Sơ đồ khối
Một trạm điện PMT đơn giản với công suất khá bé, khoảng chừng 100W cấp
điện cho các phụ tải dùng trực tiếp điện một chiều (DC) gồm có ba bộ phận cơ
bản là tấm PMT, bộ điều khiển và ăc quy.
Hình II.1 và II.2 trình bày tổng quát một Sơ đồ khối và các bộ phận chính của
ắc quy
1 12V
Cầu chì
Hộp đấu
panen
9
Hình II.2 Thiết bị của trạm pin mặt trời hộ gia đìnhTrạm điện PMT có công suất hơn hơn một chút, cỡ vài trăm W, cấp
điện cho phụ tải dùng điện xoay chiều (AC). Ngoài ba bộ phận chính nh trên,
trạm còn phải có thêm bộ biến đổi điện từ DC thành AC và ngợc lại. Loại
trạm này thờng đợc dùng cho phụ tải điện lớn hơn một hộ gia đình đơn lẻ,
chẳng hạn nh một cụm dân c , một trạm y tế, một trờng học hay một đơn
vị biên phòng.
Hình II.3 và II.4 trình bày tổng quát Sơ đồ khối và các bộ phận chính của một
trạm PMT dùng cho tập thể.
Hình II.4 :
Thiết bị của trạm pin mặt trời tập thể
Dàn pin MT mặt trời
20 tấm KC 50
Bộ điều khiển 112V
Đèn 12V DC
Tivi
Đ
ầu VIDEO
ộ
đổi điện
V
220kV
Bộ ắc qui
6 x 100 Ah-12V
Hộp nối
Cầu chì
Radio
11
II.1.2 Các thông số kỹ thuật của tấm PMT
Thành phần quan trọng nhất của một trạm điện PMT là các tấm PMT.
PMT đợc chế tạo theo một công nghệ đặc biệt, có khả năng hấp thụ nguồn
năng lợng từ ánh sáng mặt trời và chuyển hóa thành nguồn năng lợng điện
, ở nhiệt độ chuẩn T
c
= 25
0
C. Ngoài
các đo đạc này, mô đun cũng còn phải đạt các tiêu chuẩn khác nh: độ cách
điện, độ bền cơ học (chịu đợc gió cấp 12 hay130km/giờ, chịu đợc ma đá)
và chịu độ ẩm tốt.
12
II.1.3 Tích trữ năng lợng từ trạm điện PMT
Hệ thống năng lợng pin mặt trời cần phải có thành phần tích trữ
năng lợng. Ban ngày lúc nắng điện năng từ dàn pin mặt trời đợc gom vào
một bộ phận có vai trò tích trữ năng lợng. Ban đêm hoặc khi những lúc
không có nắng, dòng điện từ bộ tích trữ năng lợng sẽ đợc lấy ra để cung
cấp cho phụ tải.
Có hai phơng pháp phổ biến để tích trữ năng lợng của trạm PMT,
đó là hòa điện của trạm PMT vào lới điện địa phơng hoặc nạp dòng điện
từ trạm PMT vào các bình ắc quy. Các bình ăc quy chính là bộ tích trữ năng
lợng hay gọi tắt là bộ trữ điện.
Đa số các ứng dụng PMT hiện nay đợc thực hiện ở các vùng xa xôi,
hẻo lánh, không có lới điện. Vì vậy chỉ có thể dùng các bình ắc quy để
tích trữ năng lợng của trạm PMT vào thời gian không có nắng.
Các thông số kỹ thuật của bộ ắc qui phải phù hợp với các thông số kỹ
thuật của nguồn điện PMT nh điện áp, dung lợng, v.v
Trong thực tế ứng dụng, điện áp của các phụ tải tiêu thụ thờng là
12V, 24V, 36V, 48V điện một chiều (DC). Khi đó bộ ắc qui cũng cần phải
có các điện áp tơng ứng.
tải vẫn tiêu thụ điện hàng ngày, điện năng của ắc qui sẽ bị phóng tới mức cạn
kiệt - còn gọi là trạng thái quá đói, và trạng thái này cũng dẫn đến h hỏng ắc
qui. Thông thờng ắc qui chỉ đợc phép phóng điện đến giới hạn 0,6 - 0,7
dung lợng của nó.
Để tránh các trạng thái quá no hay quá đói nói trên, trong nguồn điện
PMT phải sử dụng bộ điều khiển. Nó là một cơ cấu điện có khả năng theo dõi
điện áp của bộ ắc qui. Khi dung lợng bộ ắc qui đạt đến trạng thái no (100%
dung lợng) thì bộ điều khiển tự động cắt dòng điện nạp từ dàn PMT. Đến khi
dung lợng ắc qui giảm xuống dới trạng thái no, bộ điều khiển lại tự động
đóng mạch nạp điện cho bộ ắc qui. Khi ắc qui bị phóng điện đến giới hạn dới
(tức là ắc qui chỉ còn lại 30 - 40% dung lợng), để tránh trạng thái quá đói, bộ
điều khiển sẽ tự động cắt mạch tiêu thụ điện của các tải, không cho ắc qui
phóng điện tiếp. ắc qui có dung lợng cao hơn giới hạn nguy hiểm thì bộ
điều khiển lại tự động đóng mạch phóng điện cấp điện cho các phụ tải.
Nói tóm lại, bộ điều khiển cũng là một cơ cấu đóng cắt, nhng nó đợc
chế tạo có khả năng đóng cắt tự động. Nó có nhiệm vụ bảo vệ bộ ắc qui đợc
14
an toàn nhằm đảm bảo thời gian phục vụ lâu dài. Ngoài ra, bộ điều khiển còn
làm nhiệm vụ điều chỉnh nguồn điện PMT nạp vào ắc quy.
II.1.5 Bộ biến đổi điện
Bộ biến đổi điện cũng là một thiết bị điện có chức năng biến đổi điện
một chiều có điện áp thấp từ bộ ắc qui hay dàn PMT thành điện xoay chiều có
điện áp cao hơn (ví dụ 220V- 50Hz) để cấp điện cho các phụ tải làm việc với
điện xoay chiều. Vì dòng điện xoay chiều công nghiệp là hình Sin nên sẽ sử
dụng bộ biến đổi điện có dạng sóng ở đầu ra cũng là hình Sin.
II.1.6 Vị trí lắp đặt
Các tấm PMT phải đợc lắp ở nơi thông thoáng, không bị che khuất
các bóng râm của cây cối hay các toà nhà, đảm bảo cho trạm pin làm việc
trong suốt những giờ nắng trong hàng ngày, đảm bảo thiết bị làm việc trong cả
B
Đ
D
N
T
Tấm
p
in
Tấm pin
= 22
0
B
N
15
Bộ điều khiển phải đợc lắp đặt ở nơi dễ quan sát và tiện sử dụng. Khi
lắp đặt phải tắt công tắc ở bộ điều khiển, thực hiện nối dây điện từ trạm pin
mặt trời vào bộ điều khiển, sau đó nối dây điện từ bộ điều khiển vào các đầu
cực của ắc quy (chú ý khi đấu phải đúng cực dơng của bộ điều khiển đấu với
cực dơng của ắc quy, đầu âm của bộ điều khiển nối với cực âm của ắc quy ).
Các đèn tuýp phải đợc lắp ở vị trí toả ánh sáng đợc khắp phòng, phục
vụ nhu cầu sinh hoạt trong toàn bộ của gia đình hay tập thể. Khi đấu cũng
phải chú ý đến cực dơng hoặc âm của đèn và cực dơng âm của phần tải ở bộ
điều khiển.
Bức xạ và số giờ nắng của Quảng Bình đợc Cơ quan Khí tợng-Thuỷ
văn Trung ơng cung cấp nh trong các bảng sau:
Bảng III.1 Tổng bức xạ trung bình theo tháng và năm trên tỉnh Quảng Bình
Đơn vị (cal/cm
2
ngày)
tháng I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Năm
E ( Bức xạ) 234 205 288 459 510 496 594 487 436 336 275 244 376,7
Bảng III. 2 số giờ năng trung bình tháng và năm trên tỉnh Quảng Bình
Đơn vị (h)
tháng I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Năm
Đồng Hới
91,9 70,2 97,6 161,0 228,1 131,8 220,1 176,0 174,6 139,7 93,7 78,6 1750,3
Với những số liệu về số giờ nắng cũng nh mức độ bức xạ trung bình
tháng và trung bình năm nh trên có thể khẳng định rằng Quảng Bình rất có
tiềm năng khai thác nguồn năng lợng mặt trời vô tận bằng các trạm điện
PMT. Những số liệu này cũng sẽ đợc dùng làm cơ sở để tính toán thiết kế
các trạm điện pin mặt trời trên địa bàn Quảng Bình.
17
III.2 Nghiên cứu thiết kế cụ thể loại trạm PMT cho hộ gia đình
Việc tính toán thiết kế một trạm điện PMT cần đợc tiến hành qua các
bớc sau:
III.3.1 Xác định nhu cầu tiêu thụ công suất của hộ gia đình
Để cấp điện cho một hộ gia đình phải dựa trên cơ sở nhu cầu tiêu thụ
điện năng của căn hộ và mức độ bức xạ trung bình tại các khu vực có căn hộ
đó. Vì vậy, trớc hết phải xác định nhu cầu tiêu thụ điện của hộ sử dụng trạm
2
40
40
Vô tuyến màu 50 01 4 200
Đài 3 01 4 12
Tổng cộng 292Wh/ngày
Từ bảng III.3 thấy rằng nhu cầu sử dụng điện của hộ gia đình này là
292Wh/ngày.
18
III.3.2 Xác định công suất trạm PMT hộ gia đình
Công suất của trạm PMT để cung cấp điện năng cho hộ gia đình này
đợc tính theo công thức sau:
9,085,098,0
1000
ììì
ì
=
E
L
P
=
w89
9,085,098,04380
1000292
ììì
355Wh/ngày.
19
III.3.3 Xác định dung lợng ăc quy cho trạm PMT hộ gia đình
Từ các công thức tính toán trong phần II.3 và các dữ liệu đã có liên
quan đến trạm PMT này. Khi tính toán chọn bộ tích điện, cần lu ý dự tính
dung lợng ắc qui sao cho có thể đảm bảo đủ điện năng cấp hộ gia đình này
sử dụng khoảng 4 đến 5 ngày. Cụ thể, dung lợng C của ắc qui sẽ đợc xác
định nh sau:
xB
DxU
NxL
C =
= Ahx
x
x
1001,1
128,0
2923
= (5)
Trong đó:
C: là dung lợng ắc qui, đơn vị là Am pe. Giờ (Ah).
N: hệ số trữ cho số ngày để dùng mà không phải mang đến nạp điện,
chọn N = 3. Có nghĩa là sau 3 ngày dùng hộ tiêu dùng mới phải mang
ắc qui đến để nạp điện.
L: nhu cầu phụ tải hộ gia đình, đơn vị Wh,
B: là hệ số dự phòng của ắc qui, hệ số này đợc tính bằng 1,1
3 Bộ đổi điện VN
DC = AC ; 12VDC =>220VAC
300VA Bộ 01 Hoạt động tốt
4
ắc qui không bảo dỡng
12V- 100 Ah (Nam Triều Tiên)
cái 01 Hoạt động tốt
5 Chân giá đỡ tấm pin
Bộ 01
6 Dây điện các loại 7 Đèn tuýp 0,6m 20W và tiết kiệm
10W
Bộ 03 Hoạt động tốt
8
Các vật liệu: đinh, băng dính vv
Copyright: Tài liệu đại học ©