TÊN ĐỀ TÀI

THIẾT KẾ HỆ THỐNG PIN MẶT TRỜI
CHO KTX ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG


TRANG 2

PHẦN I: THIẾT KẾ HỆ THỐNG PIN MẶT TRỜI
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ NĂNG
LƯỢNG MẶT TRỜI
1.1 GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ NGUỒN NĂNG
LƯỢNG MẶT TRỜI:
1.1.1
GIỚI THIỆU VỀ THỰC TRẠNG TIÊU THỤ NĂNG
LƯỢNG:
Tổng tiêu thụ năng lượng của con người trên thế giới hiện tại (tính tổng cộng tất cả các
loại năng lượng như dầu hỏa, than đá, thủy điện, v.v.) khoảng 15 nghìn tỷ Watt. Trong
số 15 nghìn tỷ Watt công suất năng lượng mà con người đang dùng, thì có đến 37% là
từ dầu hỏa, 25% là than đá, và 23% là khí đốt (tổng cộng ba thứ này đã đến 85%), là
những nguồn năng lượng cạn kiệt nhanh chóng và không phục hồi lại được. Với tốc độ
khai thác hiện tại, thì các nguồn năng lượng hóa thạch sẽ gần như hết đi trong thế kỷ
21. Tương lai năng lượng của thế giới không thể nằm ở những nguồn này, mà phải
nằm ở những nguồn năng lượng tái tạo (renewable energy).
1.1.2
TIỀM NĂNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI:
Theo các nhà khoa học ước tính, công suất năng lượng mà mặt trời chiếu xuống trái
đất là vào khoảng 174 triệu tỷ Watt, nhưng trái đất chỉ hấp thụ được một nửa. Nguồn
dự trữ năng lượng mặt trời (có thể chuyển thành năng lượng hữu dụng) được ước tính
tương đương với công suất khoảng 86 triệu tỷ Watt. Tổng tiêu thụ năng lượng của con
người trên thế giới hiện tại (tính tổng cộng tất cả các loại năng lượng như dầu hỏa,

cúp điện là một vấn đề và hệ thống mặt trời có thể hoạt động như một phương
án dự phòng hiệu quả về chi phí.
 Khi một hệ thống điện mặt trời là lựa chọn an toàn và tiện lợi nhất. ví dụ, việc
cài đặt hệ thống chiếu sáng mặt trời điện áp thấp trong vườn hoặc cung cấp.


Khi bạn có thể trở nên đảm bảo tự cung cấp cho công suất điện của chính bạn.

 Trong quá trình lắp đặt, công suất mặt trời cung cấp công suất miễn phí mà
không gây bất cứ nguy hiểm hay ô nhiễm tới môi trường xung quanh.

THIẾT KẾ HỆ THỐNG PIN MẶT TRỜI VÀ MÔ HÌNH PIN MẶT TRỜI


TRANG 4

CHƯƠNG 2: CẤU HÌNH HỆ THỐNG PIN MẶT TRỜI
2.1 HỆ THỐNG ĐỘC LẬP/ NGOÀI LƯỚI ĐIỆN: (STANDALONE)
Trạm điện mặt trời độc lập là kiểu hệ thống mặt trời thông dụng nhất trên toàn cầu
nhằm cung cấp điện cho những nơi chưa có lưới điện kéo tới hay không có nguồn
năng lượng khác.Pin mặt trời phát công suất, năng lượng là được chứa ở trong ac quy
và sau đó được sử dụng theo yêu cầu
Hệ thống điện độc lập thường rất nhỏ, công suất đỉnh không quá 1KW.
Hệ thống điện đôc lập muốn có kế hoạch về hệ thống điện lớn hơn và quan trọng hơn
là người thiết kế cần có kiến thức vững cũng như có kinh nghiệm trong việc thiết kế
lắp đặt.
2.1.1

Sơ đồ nguyên lí:


râm. Và quan trọng là công suất của hệ thống phải lớn hơn công suất tải tiêu thụ để
tích trữ cho việc sử dụng điện năng vào ban đêm.
2.2. HỆ THỐNG ĐIỆN MẶT TRỜI NỐI VỚI LƯỚI ĐIỆN:
Hệ thống này thường sử dụng ở Châu Âu, phía nam nước Mỹ và Canada , cũng như đã
bắt đầu phát triển ở Việt Nam. Do lợi ích rõ rệt về giảm chi phí lắp đặt và có thêm thu
nhập khi bán lại điện năng cho điện lực. Hệ thống này thường sử dụng cho các hệ
thống lưới điện ổn định.đặc biệt có hiêụ quả cao nhất ở nơi có khí hậu nóng, nhiều ánh
nắng.

2.2.1

Sơ đồ nguyên lí:

THIẾT KẾ HỆ THỐNG PIN MẶT TRỜI VÀ MÔ HÌNH PIN MẶT TRỜI


TRANG 6

Hình 3: SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ CỦA HỆ THỐNG MẶT TRỜI NỐI LƯỚI ĐIỆN
Nguyên lí hoạt động:
a)chuyển mạch SW tới vị trí OB.
Khi trời có nắng: các solar panel sẽ hấp thụ bức xạ mặt trời để tạo ra dòng điện DC và
qua inverter để chuyển đổi dòng điện DC sang AC cùng tần số, pha và điện ápvới điện
lưới.điện năng từ mặt trời sẽ được hòa vào lưới qua chỉ số của đồng hồ điện mặt trời
W1.giúp chúng ta sẽ giảm chi phí tiêu thụ điện năng từ lưới điện.
W0=W2-W1
Khi không có mặt trời: (vào buổi tối) các solar panel sẽ không sản sinh ra điện năng để
cung cấp cho phụ tải hoặc rất ít không đáng kể nên phụ tải sẽ sử dụng điện năng gần
như toàn bộ từ lưới điện.
W2=W0

2.3. HỆ THỐNG ĐIỆN MẶT TRỜI NỐI VỚI LƯỚI ĐIỆN VÀ DỰ
PHÒNG:
Hệ thống điện mặt trời nối với lưới điện và dự phòng còn được gọi là hệ thống tương
tác lưới- kết hợp với hệ thống mặt trời nối với lưới điện và dãy các acquy. Giống hệ
thống điện mặt trời nối với lưới điện thì sử dụng điện năng từ hệ thống khi hệ thống có
THIẾT KẾ HỆ THỐNG PIN MẶT TRỜI VÀ MÔ HÌNH PIN MẶT TRỜI


TRANG 7

năng lượng và phần điện năng dư thừa sẽ được bán cho điện lực nhưng hệ thống này
có ưu điểm là khi hệ thống lưới điện bị mất điện thì acquy sẽ cung cấp điện cho
tải(cung cấp điện liên tục).
4.1.1

Sơ đồ nguyên lí:

Hình 4: Sơ đồ nguyên lý của hệ thống mặt trời nối lưới và điện dự phòng
Nguyên lí:
THIẾT KẾ HỆ THỐNG PIN MẶT TRỜI VÀ MÔ HÌNH PIN MẶT TRỜI


TRANG 8

Đây là hệ thống tích hợp giữa hai hệ thống nên:
Hệ thống nối lưới: sản xuất điện năng từ các tấm panel pin mặt trời rồi qua bộ chuyển
đổi inverter thành điện áp 220V AC/50Hz để hào lưới điện.
Hệ thống độc lập: lưu trữ điện năng từ hệ thống pin mặt trời vào acquy để phòng
trường hợp lưới điện gặp sự cố mất điện.khi ay đầy thì điện năng sẽ được chuyển lên
lưới điện để bán cho điện lực.


TRANG 9

CHƯƠNG 3: CẤU TẠO HỆ THỐNG PIN MẶT TRỜI
3.1. PANEL MẶT TRỜI:
Là phần cốt lõi của hệ thống pin mặt trời.chức năng biến đổi quang năng hấp thụ từ
mặt trời thành điện năng.
Pin mặt trời từ tinh thể silic có 3 loại:
-

Pin mặt trời (PMT) đơn tinh thể Pin năng lượng mặt trời mono đơn tinh thể
hay còn gọi là Monocrystalline. Chúng được cắt từ các thỏi silic hình ống, các
tấm đơn tinh thể này có các mặt trống ở góc nối các module. Một tinh thể hay
tinh thể đơn (module) sản xuất dựa trên quá trình Czochralski. Đó là quy trình
điều chế silic đơn tinh thể. Silic là một nguyên liệu quan trọng trong việc chế
tạo các vi mạch bán dẫn.

Hình 5 : Tấm pin mặt trời đơn tinh thể
-

PMT poly đa tinh thể hay còn gọi là polycrystalline. Loại Poly được làm từ các
thỏi đúc – đúc từ silic nung chảy cẩn thận được làm nguội và làm rắn.

THIẾT KẾ HỆ THỐNG PIN MẶT TRỜI VÀ MÔ HÌNH PIN MẶT TRỜI


TRANG 10

Hình 6: Tấm pin mặt trời đa tinh thể
-

-

Tất cả sản phẩm đều được kiểm tra và phải vượt qua được quy trình kiểm tra
PID (Potential Induced Degradation). PID là vấn đề gây lo lắng hàng đầu trong
hệ thống pin năng lượng mặt trời, nó gây ảnh hưởng và làm sụt giảm công suất
ngõ ra của hệ thống pin năng lượng mặt trời.
 Thông số kĩ thuật của tấm Pin:

Công suất max
Dòng ngắn mạch (Isc)
Điện áp hở mạch (Voc)
Dòng danh định max (Impp)
Điện áp danh định max (Vmpp)
Bù số công suất
Kich thước
Nặng

Mono 35W
2.67
21.6 v
1.89 A
18.5 V
+-3
675*395*35mm
2 kg

Hình 7: tấm pin mặt trời đa thực tế
 Cấu tạo của tấm Pin:
Vật liệu xuất phát để làm pin Mặt trời silic phải là bán dẫn silic tinh khiết, trong
cấu trúc mạng tinh thể nguyên tử Si liên kết với 4 nguyên tử Silic lân cận để lớp vỏ

 Hiện tượng điểm nóng:
Xảy ra khi việc ghép nối các tấm Pin không giống nhau, tức là khi cá thông số
I, V, P của các module Pin khác nhau. Đây là hiện tượng tấm Pin yếu hơn( tức
là pin kém chất lượng hơn so với các pin khác trong dàn hoặc khi nó bị che
nắng trong khi cac pin khác trong dàn vẫn được chiếu sáng) sẽ hấp thụ hoàn

THIẾT KẾ HỆ THỐNG PIN MẶT TRỜI VÀ MÔ HÌNH PIN MẶT TRỜI


TRANG 13

toàn công suất điện do các tấm pin khỏe hơn phát ra và làm cho công suất điện
mạch ngoài bằng 0. Phần năng lượng điện tấm pin yếu nhận được từ tấm pin
khỏe hơn sẽ biến thành nhiệt, làm nóng tấm pin lên dẫn tới hư hỏng.
Biện pháp:
Để tránh điểm nóng này khi thiết kế phải ghép các tấm Pin mặt trời cùng loại,
có cùng các thông số đặc trưng trong 1 dàn Pin mặt trời. Vị trí đặt dàn Pin phải
tránh các bóng che do cây cối, nhà cửa hay các vật cản khác trong những ngày
có nắng cũng như bảo vệ tránh bụi bẩn phủ bám lên 1 vùng nào đấy của tấm pin
và có thể sử dụng các diode bảo vệ.
3.2. BỘ ĐIỀU KHIỂN SẠC (CHARGE CONTROLLER) :
là thiết bị có chức năng điều tiết sạc cho acquy, bảo vệ acquy chống quá tải và xả quá
nhiều để giúp nâng cao tuổi thọ của acquy.
Trong trường hợp nạp năng lượng quá mức cho acquy sẽ làm cho acquy bị hỏng và
việc giải phóng hết điện từ acquy sẽ làm các acquy bị hư hại một cách nhanh chóng.
Bộ điều khiển giúp ta biết được tình trạng nạp và xả năng lượng của pin mặt trời vào
acquy giúp người sử dụng kiểm soát được quá trình cung cấp năng lượng cho tải.
Bộ điều khiển sạc có mạch bảo vệ giúp thực hiện việc ngắt mạch khi sạc đầy pin hoặc
điện áp sạc vào acquy thấp hơn ngưỡng cho phép.
điện áp sạc vào acquy thấp hơn ngưỡng cho phép.


ắc quy nước thường thông dụng là loại 12v , 6 ngăn .mỗi ngăn được coi là một
bình ắc quy riêng , các ngăn này nối lại với nhau thông qua cầu nối điện tạo nên nguồn
điện tổng thể cho ắc quy . Thông thường khi sử dụng ắc quy nước bạn sẽ thấy dung
dịch trong bình cạn dần . đây là dung dịch axit loãng nên cứ khi nào nước cạn thì bạn
cần phải thêm axit vào trong bình . cần chú ý với loại bình ắc quy này vì khi sạc bình
sẽ bị nóng lên nên một phần axit sẽ bị bay hơi .
THIẾT KẾ HỆ THỐNG PIN MẶT TRỜI VÀ MÔ HÌNH PIN MẶT TRỜI


TRANG 16

-

ắc quy miễn bảo dưỡng (MF - Maintenance Free):

Đây là dòng sản phẩm có cùng công dụng như dòng ắc quy nước, nhưng giúp cho
người dùng rảnh tay hơn một chút. Miễn bảo dưỡng tức là chúng ta không cần phải
châm nước bảo dưỡng định kỳ như dòng sản phẩm trên. Chỉ việc xài và khi hỏng thì ...
đem vứt. đây là dòng ắc quy a-xít chì, canxi được thiết kế cho mục đích khởi động. Ở
trong ắc quy này phải có nước (dung dịch a-xít) và bản cực. Do nó không cần phải
châm nước nên dàn nút châm nước được quy ẩn xuống dưới mặt phẳng của ắc quy.
Điện cực của ắc quy này cũng rất to phù hợp với nhu cầu khởi động. đây là dòng ắc
quy khởi động - tuyệt nhiên không nên dùng cho những ứng dụng phóng sâu như thắp
sáng,chích cá.Điều kiện nạp bình và sử dụng cũng quy định nghiệm ngặt hơn so với
bình ắc quy nước truyền thống.
-

ắc quy kín khí (AGM - Absorbent Glass Mat) với van điều áp (VRLA Valve Regulated Lead Acid):


-

ắc quy deep cicle:

THIẾT KẾ HỆ THỐNG PIN MẶT TRỜI VÀ MÔ HÌNH PIN MẶT TRỜI


TRANG 17

Battery dùng cho hệ thống điện năng lượng mặt trời là loại deep-cycle. Loại
này cho phép xả đến mức bình rất thấp và cho phép nạp đầy nhanh. Nó có khả
năng nạp xả rất nhiều lần (rất nhiều cycle) mà không bị hỏng bên trong, do vậy
khá bền, tuổi thọ cao
Phân loại ac quy trên thị trường:
acquy cho ô tô, tàu thuyền:

Hình 11 : Hình ảnh acquy hang dong nai N70Z

Chủng loại: N70Z (R/L)
Điện thế (V): 12
Dung lượng (Ah): 75
Kích thước (mm)
 Dài: 303
 Rộng: 171
 Cao: 200
 Tổng cao: 224
 Icc (CCA) (A): 380
 Rr,e (RC) (phút): 116
 Dung tích axit (L): 5.6
THIẾT KẾ HỆ THỐNG PIN MẶT TRỜI VÀ MÔ HÌNH PIN MẶT TRỜI


Hình 13 : Hình ảnh acquy hãng dongnai dân dụng

Chủng loại: N25
Điện thế (V): 12
Dung lượng (Ah): 25
Kích thước (mm)
 Dài: 246
 Rộng: 96
 Cao: 160
 Tổng cao: 180
 Icc (CCA) (A): 75
THIẾT KẾ HỆ THỐNG PIN MẶT TRỜI VÀ MÔ HÌNH PIN MẶT TRỜI


TRANG 20

 Dung tích axit (L): 2.00
 Số tấm cực/hộc: 9
 Dung tích axit (L): 2.00
 Số tấm cực/hộc: 9
Giá thành : khoảng 650.000 đồng/ bình.
-ắc quy công nghiệp:

Hình 14 : Hình ảnh acquy hãng PINACO

Chủng loại: PS 12-200 G
Điện thế (V): 12
Dung lượng (Ah): 200
Kích thước (mm)

có Wh của battery

THIẾT KẾ HỆ THỐNG PIN MẶT TRỜI VÀ MÔ HÌNH PIN MẶT TRỜI


TRANG 22

– Với mức xả sâu (Deep of Discharge DOD) là 0.6, ta chia số Wh của battery cho 0.6
sẽ có dung lượng battery

THIẾT KẾ HỆ THỐNG PIN MẶT TRỜI VÀ MÔ HÌNH PIN MẶT TRỜI


TRANG 23

CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN CÔNG SUẤT TẢI
4.1. TÍNH CÔNG SUẤT BỨC XẠ MẶT TRỜI:
4.1.1 TÍNH THÔNG SỐ CÁC GÓC CỦA MẶT TRỜI CHIẾU XUỐNG
ĐỊA ĐIỂM ĐẶT DÀN PIN:
a)góc nhìn của trái đất đối với mặt trời:
góc nhìn của trái đất đối với mặt trời khoảng 32
b)góc lệch giữa trục trái đất và mặt phẳng hoàng đạo:
Xác định qua công thức coopr:

Trong đó:
n : số thứ tự ngày trong năm tính từ ngày 1/1;
c)góc giờ mặt trời :

Hình 16 Các góc mặt trời trên mặt phẳng nghiêng
THIẾT KẾ HỆ THỐNG PIN MẶT TRỜI VÀ MÔ HÌNH PIN MẶT TRỜI



TRANG 25

Hình 17 : Bức xạ trực xạ trên bề mặt nằm ngang a) và nghiêng b)
 Bài toán tính tổng xạ ngày lên 1 bề mặt nghiêng tạo góc β so với phương
nằm ngang, nghiêng về hướng Nam gồm các số liệu:
Vị trí lắp đặt: Ký túc xá ĐH Tôn Đức Thắng, quận 7,tp.Hồ Chí Minh
ϕ= 10,733N;106.40E
Số ngày nắng trung bình trong 1 ngày T=6.6 giờ
Tổng bức xạ ngày trung bình trên mặt ngang E=4.8 (kWh/m2/ngày)
Góc nghiêng β=ϕ+10ᵒ=21ᵒ
Cường độ bức xạ mặt trời từng giờ đến mặt nghiêng khảo sát:

ρ suất phản chiếu môi trường xung quanh là 0.2
Vào thời điểm ví dụ ngày 21/6 suy ra n=172
Suy ra

Tổng bức xạ trung bình trên mặt ngang

THIẾT KẾ HỆ THỐNG PIN MẶT TRỜI VÀ MÔ HÌNH PIN MẶT TRỜI