Luận văn tốt nghiệp Trường ðH KTCN Thái Nguyên
ðặng Thị Phương Thanh – Cao học K13 Nghành TB,M và NMð
1
LỜI CAM ðOAN Tác giả xin cam ñoan luận văn này là công trình do tôi tổng hợp và
nghiên cứu. Trong luận văn có sử dụng các tài liệu tham khảo như ñã nêu
trong phần tài liệu tham khảo.
Tác giả luận văn ðặng Thị Phương Thanh Luận văn tốt nghiệp Trường ðH KTCN Thái Nguyên
ðặng Thị Phương Thanh – Cao học K13 Nghành TB,M và NMð
1.5.3. Công nghệ khai thác ñịa nhiệt 26
1.6. Năng lượng thủy triều và sóng biển 27
1.6.1. Sự hình thành năng lượng thủy triều và sóng biển 27
1.6.2. Tiềm năng năng lượng thủy triều và sóng biển 27
1.6.3. Công nghệ khai thác 28
CHƯƠNG II: HỆ NGUỒN PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI 31
2.1. Cấu tạo và nguyên lý hoạt ñộng của pin Mặt trời 31
2.1.1 Cấu tạo của pin Mặt trời 31
2.1.2. Nguyên lý hoạt ñộng của pin Mặt trời 32
2.2. Các ñặc trưng quang ñiện của pin Mặt trời 34
2.2.1. ðặc tính V-I của PV 35
2.2.2. Những ñiểm ñặc biệt của ñặc tính V-I 37
2.3. Ghép nối mdule pin Mặt trời 42
2.4. Các mô tả toán học pin Mặt trời 44
2.5. Ghép nối các module tạo thành hệ thống mảng (Array) 48
2.5.1. Ghép nối tiếp các module PV giống nhau 48
2.5.2. Khi ghép nối tiếp các module không giống nhau 50
2.5.3 Ghép song song các module PV giống nhau 52
2.5.4 Khi ghép song song các module không giống nhau 53
2.6 Kết luận 57
CHƯƠNG III: MẠNG ðIỆN CỤC BỘ NGUỒN PIN MẶT TRỜI 58
3.1 Tổng quan về hệ thống ñiện 58
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Luận văn tốt nghiệp Trường ðH KTCN Thái Nguyên
ðặng Thị Phương Thanh – Cao học K13 Nghành TB,M và NMð
4
3.2. Mạng ñiện cục bộ nguồn pin Mặt trời 59
3.2.1 Mạng ñiện cục bộ gia ñình 59
3.2.2 Mạng PV có kết nối lưới quốc gia 60
KẾT LUẬN 94
TÀI LIỆU THAM KHẢO 95
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Luận văn tốt nghiệp Trường ðH KTCN Thái Nguyên
ðặng Thị Phương Thanh – Cao học K13 Nghành TB,M và NMð
6
LỜI NÓI ðẦU
Ngày nay do nhu cầu dùng ñiện tăng cao, việc sản xuất ñiện năng và
cung cấp ñủ ñiện năng cho phụ tải ngày càng là một vấn ñề cấp thiết của
toàn xã hội. ðặc biệt trong những thập niên gần ñây các nguồn năng lượng
Chương 3: Mạng ñiện cục bộ nguồn pin năng lượng Mặt trời
Chương 4. Một số kết quả mô phỏng bằng Matlab-Simulik
Kết luận.
Em xin trân thành cảm ơn thầy giáo TS. Ngô ðức Minh ñã dành
nhiều thời gian cho sự chỉ bảo và hướng dẫn giúp em hoàn thành bản luận
văn này.
Thái Nguyên, ngày tháng 2012
Học viên ðặng Thị Phương Thanh Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Luận văn tốt nghiệp Trường ðH KTCN Thái Nguyên
T Transistor (ðiện trở)
TB Thiết bị
EMC Tương thích ñiện từ
PV
Photo Voltaics ( pin quang ñiện)
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Luận văn tốt nghiệp Trường ðH KTCN Thái Nguyên
ðặng Thị Phương Thanh – Cao học K13 Nghành TB,M và NMð
9
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1.1: Các nguồn năng lượng tái tạo trên thế giới năm 2006………… 13
Hình 1.2: Sự hình thành năng lượng gió………………………………… 18
Hình 1.3: Tốc ñộ triển khai năng lượng gió giai ñoạn 1997-2010 trên thế
giới………………………………………………………………………….19
Hình 1.4a: Sơ ñồ máy phát ñiện sức gió của máy phát nối lưới……………21
Hình 1.4b: Sơ ñồ nối lưới không ñồng bộ nguồn kép………… ………….21
Hình 1.5: Nhà máy ñiện thủy triều Rance, CH Pháp ……………………….30
Hình 1.6: Trạm phát ñiện sử dụng dòng hải lưu SeaGen, Bắc Ailen……….30
Hình 2.1: Cấu tạo pin Mặt trời 32
Hình 2.2: Nguyên lý hoạt ñộng của pin Mặt trời. 34
Hình 2.3: Sơ ñồ thay thế lớp tiếp giáp 35
Hình 2.4: Sơ ñồ tương ñương và ñặc tính V- I…………………………… 36
Hình 2.5: Sơ ñồ tương ñương Pin mặt trời 38
Hình 2.6: ðặc tính V-A của pin Mặt trời phụ thuộc vào BXMT 39
Hình 2.7a: Quá trình ảnh hưởng bởi G
a
41
Hình 3.4: Sơ ñồ khai thác pin năng lượng Mặt trời 62
Hình 3.5: Sơ ñồ nguyên lý bộ biến ñổi DC- DC 64
Hình 3.6: Sơ ñồ nguyên lý bộ tăng thế DC-DC và các sơ ñồ tương ñương khi
K ñóng và mở 65
Hình 3.7: Dòng ñiện trên tải sau bộ ñổi ñiện DC/DC 66
Hình 3.8: Các sơ ñồ chuyển mạch Transistor 67
Hình 3.9: Cấu trúc hệ thống DC/DC có khối MPPT 69
Hình 3.10: Các mạch cung cấp tín hiệu tỷ lệ với công suất ñầu vào của máy
phát. a) Bằng bộ nhân analog b) Bằng sơn………………………….69
Hình 3.11: ðiều chế và giải mã cho quá trình duy trì ñiểm công suất cực ñại
(MPPT) 70
Hình 3.12: Sơ ñồ mạch MPPT vi phân 70
Hình 3.13: Sơ ñồ mạch ñiều chế xung rộng 71
Hình 3.14: Sơ ñồ nghịch lưu 1 pha 72
Hình 3.15: Dòng ñiện qua tải và ñiện áp ra của nghịch lưu 1 pha 73
Hình 3.16: Sơ ñồ nghịch lưu 1 pha 73
Hình 3.17: ðiện áp ra của nghịch lưu 3 pha và ñiện áp ño trên tải 74
Hình 3.18: Cấu trúc của mạch lực bộ nghịch lưu 3 pha…………………….75
Hình 3.19: ðiện áp và dòng ñiện của nghịch lưu SVM cấp cho tải 76
Hình 3.20: Sử dụng mạng ñiện nguồn PMT 76
Hình 4.1: Cấu trúc mô phỏng xác ñịnh ñặc tính V-A của hệ PV………… 88
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Luận văn tốt nghiệp Trường ðH KTCN Thái Nguyên
ðặng Thị Phương Thanh – Cao học K13 Nghành TB,M và NMð
11
Hình 4.2: Các ñặc tính V-A và PV với các mức E khác nhau: 300 ,500 ,700
,800 ,1000 W/m
2
Luận văn tốt nghiệp Trường ðH KTCN Thái Nguyên
ðặng Thị Phương Thanh – Cao học K13 Nghành TB,M và NMð
12
DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1: Bảng tổng hợp tiềm năng của năng lượng Mặt trời 16
Bảng 1.2: Số liệu về bức xạ năng lượng mặt trời của các vùng ở Việt Nam.17
Bảng 1.3: Sự phát triển của turbine gió từ 1985 ñến 2004 20
Bảng 1.4: Quan hệ công suất theo lưu lượng, chiều cao cột nước 24Error!
Bookmark not defined.
Bảng 1.5: Nhiệt ñộ ñịa nhiệt của một số ñịa ñiểm ở Việt Nam 26
Bảng 2.1: Danh nghĩa và ñiều kiện tiêu chuẩn 45
Bảng 3.1: Tín hiệu và các lệnh ñiều khiển 63
Bảng 3.2: Kết quả tính toán thiết kế 86
ðặng Thị Phương Thanh – Cao học K13 Nghành TB,M và NMð
14
Trong ñó:
770 GW Thủy ñiện lớn 235 GWh Sinh khối nhiệt 105 GWh Mặt trời ñiện nhiệt
74 GW NL Gió 73 GW Thủy ñiện nhỏ 45 GW NL Sinh khối ñiện
39 Tỷ lít etanol/năm 33 GWh NL ðịa nhiệt 0,3, 0,4 GW Pin Mặt trời
Các nguồn năng lượng hóa thạch ñã ñược khai thác và sử dụng từ rất lâu
và ñang dần cạn kiệt. Cùng với sự tăng trưởng về kinh tế, nhu cầu về năng
lượng cho sản xuất và ñời sống ngày càng gia tăng do ñó việc tìm kiếm các
công nghệ sử dụng năng lượng tái tạo như thủy ñiện, năng lượng gió, năng
lượng Mặt trời, năng lượng sinh khối, năng lượng ñịa nhiệt… có ý nghĩa sống
còn ñối với nhân loại và ñược sự quan tâm rộng rãi trên quy mô toàn thế giới.
Trong những năm cuối của thế kỷ XX và những năm gần ñây do khủng
hoảng năng lượng, cho nên công tác nghiên cứu, thăm dò, khai thác và sử
dụng năng lượng tái tạo ñược nhiều quốc gia chú ý và ñạt ñược thành tựu
ñáng kể. ðặc ñiểm chung của các nguồn năng lượng mới là mặc dù chúng có
mặt khắp nơi trên trái ñất dưới dạng nước, gió, ánh sáng Mặt trời, rác thải…
nhưng chúng thường phân tán, khó khai thác. Việc khai thác trên quy mô
công nghiệp ñòi hỏi công nghệ cao và vốn ñầu tư lớn. Việc khai thác trên quy
mô hộ gia ñình cũng rất thiết thực và ñem lại hiệu quả to lớn.
Cho ñến nay với sự nỗ lực vượt bậc của các Nhà khoa học trên toàn Thế
giới và sự phát triển ñồng bộ của các lĩnh vực khoa học, các nghiên cứu về tự
nhiên môi trường,… rất nhiều dạng năng lượng mới ñã ñược ñưa vào khai
thác sử dụng một cách khá hiệu quả. Ví dụ như: năng lượng gió, năng lượng
Mặt trời, thủy ñiện nhỏ, năng lượng từ ñại dương, dầu thực vật phế thải dùng
ñể chạy xe, năng lượng từ tuyết, nguồn năng lượng ñịa nhiệt, khí Mêtan
hydrate, năng lượng từ sự lên men sinh học. Tuy nhiên, ở Việt Nam hiện nay
tức là chuyển thành nhiệt năng, sử dụng cho bình ñun nước Mặt trời, hoặc làm
sôi nước trong các máy nhiệt ñiện của tháp Mặt trời, hoặc vận ñộng các hệ
thống nhiệt như máy ñiều hòa Mặt trời.
Năng lượng của các photon có thể ñược hấp thụ và chuyển hóa thành
năng lượng trong các liên kết hóa học của các phản ứng quang hóa
1.2.2. Tiềm năng năng lượng Mặt trời
- Tiềm năng trên thế giới:
Tiềm năng về năng lượng Mặt trời của các nước trên thế giới không
ñều, mạnh nhất ở vùng xích ñạo và những khu vực khô hạn, giảm dần về phía
hai ñịa cực. Tiềm năng kinh tế của việc sử dụng năng lượng Mặt trời phụ
thuộc vào vị trí ñịa ñiểm trên trái ñất, phụ thuộc vào ñặc ñiểm khí hậu, thời
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Luận văn tốt nghiệp Trường ðH KTCN Thái Nguyên
ðặng Thị Phương Thanh – Cao học K13 Nghành TB,M và NMð
16
tiết cụ thể của vùng miền. Theo số liệu thống kê bức xạ trung bình của một
ñịa ñiểm trên thế giới vào khoảng 2000 kWh/m
2
/năm, bảng 1.1
Khu vực
Bức xạ Mặt trời
[1000 TWh]
Chỉ số chất lượng
trung bình DNI
[kWh/tháng/năm]
Công suất có thể
khai thác
17
quốc phòng. Tuy nhiên, việc ứng dụng năng lượng Mặt trời ở Việt Nam cho
ñến nay chưa phát triển.
Vùng
Giờ nắng
trong năm
Bức xạ
kcal/cm
2
/năm
Khả năng
ứng dụng
ðông Bắc 1500-1700 100-125 Thấp
Tây Bắc 1750-1900 125-150 Trung bình
Bắc Trung Bộ 1700-2000 140-160 Tốt
Tây Nguyên, Nam TB 2000-2600 150-175 Rất tốt
Nam Bộ 2200-2500 130-150 Rất tốt
Trung bình cả nước 1700-2500 100-175 Tốt
Bảng 1.2 Số liệu về bức xạ năng lượng Mặt trời của các vùng ở Việt Nam.
1.2.3. Công nghệ sử dụng năng lượng Mặt trời
Bức xạ Mặt trời (BXMT) gửi tới trái ñất dưới dạng sóng bức xạ, năng
lượng sóng phụ thuộc bước sóng (phổ sóng), không phải là truyền nhiệt ñến
trái ñất. Muốn khai thác năng lượng Mặt trời (NLMT) phải có thiết bị hấp thụ
năng lượng của các sóng bức xạ, từ ñó hình thành nhiều công nghệ khai thác
khác nhau dựa trên các nguyên tắc chủ yếu sau:
- BXMT - ñiện năng – phụ tải ñiện
- BXMT - nhiệt năng – phụ tải nhiệt
- BXMT - nhiệt năng – ñiện năng – phụ tải ñiện
chuyển trong bầu khí quyển Trái ðất.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Luận văn tốt nghiệp Trường ðH KTCN Thái Nguyên
ðặng Thị Phương Thanh – Cao học K13 Nghành TB,M và NMð
19
1.3.2. Tiềm năng gió
- Tiềm năng về năng lượng gió của một số nước trên thế giới:
Năng lượng gió ñược nghiên cứu và triển khai với tốc ñộ rất nhanh
trong khoảng 10 năm gần ñây. Biểu ñồ trên hình 1.3 cho thấy tốc ñộ triển khai
năng lượng gió giai ñoạn 1997-2010 trên thế giới.
Hình 1.3 Tốc ñộ triển khai năng lượng gió giai ñoạn
1997-2010 trên thế giới.
Các turbine gió hiện ñại bắt ñầu ñược sản xuất từ năm 1979 ở ðan
Mạch với công suất từ 20-30 kW. Từ năm 2000 ñến 2006 công suất các
turbine gió tăng lên 4 lần. Ngày nay tổng công suất turbine gió trên Thế giới
ước tính ñạt 93.849 MW, trong ñó châu Âu chiếm tới 65%. ðan Mạch là
nước sử dụng năng lượng gió rộng rãi nhất, chiếm 1/5 sản lượng ñiện quốc
gia.
Theo Hội Năng lượng gió Hoa Kỳ năm 2008 sản lượng ñiện gió chiếm
1% tổng ñiện năng. Ấn ðộ ñứng thứ tư trên thế giới về năng lượng gió với
8.000 MW, công suất ñặt năm 2007 chiếm 3% sản lượng ñiện.
- Tiềm năng năng lượng gió của Việt Nam:
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Luận văn tốt nghiệp Trường ðH KTCN Thái Nguyên
ðặng Thị Phương Thanh – Cao học K13 Nghành TB,M và NMð
20
của Tổng Cục Khí tượng Thủy văn theo bảng 1.3
Năm Công suất (kW) ðường kính rotor (m)
1985 50 15
1989 300 30
1992 500 37
1994 600 46
1998 1500 70
2003 3000-3600 90-104
2004 4500-5000 112-128
Bảng 1.3 Sự phát triển của turbine gió từ 1985 ñến 2004
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Luận văn tốt nghiệp Trường ðH KTCN Thái Nguyên
ðặng Thị Phương Thanh – Cao học K13 Nghành TB,M và NMð
21
1.3.3. Công nghệ sử dụng năng lượng gió
Như vậy gió là dòng chuyển dời của khối không khí mang năng lượng
mà các thiết bị thu chủ yếu nhận ñược dưới dạng ñộng năng. Từ ñó hình thành
nhiều công nghệ khai thác năng lượng gió (NLG):
- NLG – chuyển ñộng tịnh tiến – thuyền buồm, xe buồm, tàu lượn
- NLG – chuyển ñộng quay – Máy xay gió
- NLG – chuyển ñộng quay – Máy phát ñiện.
ðối với ngành Mạng, thiết bị và nhà mát ñiện, chủ yếu quan tâm về công
nghệ khai thác năng lượng gió như sau: NLG – chuyển ñộng quay – Máy phát
ñiện. ðặc của công nghệ này gồm:
- Turbine gió: Công suất P của turbine gió phụ thuộc vào sải cánh của
rôto, vào tỷ trọng không khí và tốc ñộ gió và cho bằng công thức:
32
2
chú ý rộng rãi trên toàn thế giới, ñóng góp quan trọng cho cân bằng năng
lượng của mỗi quốc gia.
1.4.2. Tiềm năng và tình hình khai thác ở Việt Nam [1]
Ở Việt Nam, với ñặc ñiểm ñịa lý của ñất nước có nhiều ñồi núi, cao
nguyên và sông hồ, lại có mưa nhiều nên hàng năm mạng lưới sông suối vận
chuyển ra biển hơn 870 tỷ m
3
nước, tương ứng với lưu lượng trung bình
khoảng 37.500 m
3
/giây, rất thuận lợi cho việc phát triển các nhà máy thủy
ñiện.
Vì vậy, cùng với việc tiếp tục triển khai xây dựng các nhà máy thủy
ñiện có công suất lớn, do Tập ñoàn Ðiện lực Việt Nam làm chủ ñầu tư, như
Sơn La công suất 2400MW, Tuyên Quang 342 MW, Bản Vẽ 320MW, Ðại
Ninh 300MW, nhiều doanh nghiệp trong và ngoài ngành ñiện cũng mạnh
dạn tự ñầu tư xây dựng các nhà máy thủy ñiện công suất vừa và nhỏ, với gần
300 dự án có tổng công suất lắp máy khoảng 2.500 MW ñến 3.000 MW,
tương ứng với lượng ñiện hàng năm khoảng 10 tỷ kW giờ.
Ði ñầu trong việc phát triển thủy ñiện vừa và nhỏ là Tổng công ty Sông
Ðà. Với thế mạnh của một tổng công ty ñã tham gia xây dựng nhiều công
trình thủy ñiện trọng ñiểm của quốc gia như: Thác Bà, Hòa Bình, Trị An,
YaLy Bằng kinh nghiệm của mình, Tổng công ty ñang từng bước tự khẳng
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Luận văn tốt nghiệp Trường ðH KTCN Thái Nguyên
ðặng Thị Phương Thanh – Cao học K13 Nghành TB,M và NMð
23
ñịnh là nhà ñầu tư lớn các dự án năng lượng ñiện, với việc tự ñầu tư nhiều
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Luận văn tốt nghiệp Trường ðH KTCN Thái Nguyên
ðặng Thị Phương Thanh – Cao học K13 Nghành TB,M và NMð
24
Công suất P (W) Chiều cao H (m) Lưu lượng Q (l/s)
10 3-5 2
300 4-7 3
500 3-5 8
600 3-5 10
800 3-5 15
1000 4-6 20
1200 4-6 25
1500 5-8 30
Bảng 1.4 Quan hệ công suất theo lưu lượng, chiều cao cột nước
1.5. Năng lượng ñịa nhiệt
1.5.1. Sự hình thành năng lượng ñịa nhiệt
Nhiệt năng của Trái ðất gọi là ñịa nhiệt, là năng lượng nhiệt mà Trái
ðất có ñược thông qua các phản ứng hạt nhân âm ỉ dưới lòng ñất. Nhiệt năng
này làm nóng chảy các lớp ñất ñá trong lòng Trái ðất, gây ra hiện tượng di
dời thềm lục ñịa và sinh ra núi lửa. Các phản ứng hạt nhân trong lòng Trái
ðất sẽ tắt dần và nhiệt ñộ lòng trái ðất sẽ nguội dần, nhanh hơn nhiều so với
tuổi thọ của Mặt trời.
ðịa nhiệt có thể ñược xem là nguồn năng lượng sản xuất công nghiệp
quy mô vừa, trong các lĩnh vực như:
- Nhà máy ñiện ñịa nhiệt
- Trung tâm ñịa nhiệt
1.5.2. Tiềm năng năng lượng ñịa nhiệt
- Tiềm năng ñịa nhiệt thế giới:
chuyên gia ñịa chất ñã ñánh giá ñịa hóa học trên 60 nguồn nước nóng và ñã
chọn 6 ñịa ñiểm thuộc các tỉnh Quảng Ngãi, Bình ðịnh, Khánh Hòa và Bà
Rịa-Vũng Tàu có khả năng phát triển các nhà máy ñiện ñịa nhiệt với tổng
công suất 200 MW. ðặc ñiểm nhiệt ñộ ñịa nhiệt của các ñịa ñiểm ñược cho
trong bảng 1.5. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Copyright: Tài liệu đại học ©