,

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HCM

ĐỒ ÁN NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO

THIẾT KẾ HỆ THỐNG PIN NĂNG
LƯỢNG
MẶT TRỜI CHO XƯỞNG CƠ KHÍ
Sinh viên thực hiện:
 Phạm Hữu Nghĩa
 Nguyễn Đào Ngọc Tiến
 Phan Anh Tú

Giảng viên hướng dẫn:
PGS. Võ Viết Cường



NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
…………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………

CHƯƠNG 1:


TỔNG QUAN
1.1 Lý do chọn đề tài:
1.1.1 Năng lượng tái tạo là xu hướng phát triển của ngành công nghiệp năng lượng thế giới.
Năng lượng giữ vai trò cực kỳ quan trọng trong tự nhiên và sự sống của con người. Tuy nhiên, việc
khai thác và sử dụng các nguồn năng lượng hiện nay đang ở mức báo động do tình trạng khai thác
triệt để các nguồn năng lượng hóa thạch, sử dụng thiếu hiệu quả và không quan tâm đến vấn đề bảo
tồn và tái tạo trong suốt nhiều thế kỷ qua. Hậu quả là các nguồn năng lượng hóa thạch bị cạn kiệt, đi
kèm với hiện tượng biến đổi khí hậu do khai thác và tận dụng không hiệu quả, thiếu quan tâm đến vấn
đề môi trường. Vấn đề này khiến tất cả các quốc gia phải nghiên cứu khai thác các nguồn năng lượng
thay thế và các nguồn NLTT. Đây là vấn đề cấp bách của thế giới nói chung và Việt Nam nói riêng.
Xu hướng phát triển của NLTT được thể hiện qua các thông tin sau:
Điện tái tạo chiếm 70% tổng công suất phát điện bổ sung cho toàn cầu năm 2017, mức tăng lớn nhất về
năng lượng tái tạo trong lịch sử hiện đại, theo báo cáo hiện trạng năng lượng tái tạo toàn cầu 2018
(GSR) của REN21 [1]. Nhưng trong lĩnh vực sưởi ấm, làm mát và giao thông vận tải – chiếm khoảng
4/5 nhu cầu năng lượng toàn cầu – tiếp tục tụt hậu so với ngành điện. Báo cáo GRS được công bố hôm
nay, là báo cáo tổng quan hàng năm toàn diện nhất về hiện trạng phát triển năng lượng tái tạo trên toàn
thế giới.

Hình 1.1 Biều đồ khả năng năng lượng tái tạo 2007-2017 [1]
Công suất lắp đặt mới của điện mặt trời (PV) đạt mức kỷ lục: điện mặt trời tăng 29% so với năm
2016, đạt 98 GW. Tổng công suất phát điện bổ sung từ điện mặt trời vào hệ thống điện nhiều hơn so


với tổng công suất cộng dồn từ cả ba nguồn than, khí tự nhiên và điện hạt nhân. Điện gió cũng góp

đặt được 10 panel, công suất điện cực đại thu được khoảng trên 3 kWp, đủ dùng cho các thiết bị điện
thông dụng trong một gia đình.
Ưu điểm của điện mặt trời áp mái:




Không tốn diện tích đất.
Giúp tăng cường chống nóng hiệu quả cho các công trình.
Có quy mô nhỏ, lắp đặt phân tán nên được đấu nối vào lưới điện hạ áp và trung áp hiện hữu,



không cần đầu tư thêm hệ thống lưới điện truyền tải.
Được lắp đặt nhiều ở các mái nhà trong thành phố, khu công nghiệp nên có tác dụng làm
giảm quá tải lưới điện truyền tải từ các nguồn điện truyền thống, thường đặt ở xa các trung
tâm đông dân. Ví dụ khi có 150 ngàn hộ tại khu vực TP.HCM đầu tư từ 3 - 5 kW điện mặt trời
áp mái, có thể tạo ra công suất điện tại chỗ khoảng 600 MW trong giờ cao điểm trưa, tương



đương công suất một nửa nhà máy nhiệt điện than như Vĩnh Tân I hoặc Duyên Hải I.
Điện mặt trời áp mái với quy mô nhỏ, thích hợp để khuyến khích nhiều cá nhân, tổ chức tham
gia đầu tư kinh doanh với vốn không lớn, đạt mục tiêu xã hội hóa - huy động các nguồn vốn.

1.1.3 Viêt Nam được đánh gái rất cao về tiềm năng khai thác điện mặt trời


Việt năm được đánh giá là nước có tiểm năng phát triển năng lượng mặt trời do vị trì địa lý nằm
gần xích đạo, cường độ bức xạ mặt trời quanh năm đạt từ 4 đến 5.2 kWh/m 2/ngày ở hầu hết các tỉnh

1.500 – 1.700
1.750 – 1.900
1.700 – 2.000

150 – 175

2.000 – 2.600

130 – 150
130 – 152

2.200 – 2.500
1.830 – 2.450

Để đạt được các mục tiêu này, ngày 11 tháng 4 năm 2017, Thủ tướng Chính phủ ban hành
Quyết định số 11/2017/QĐ-TTg về cơ chế khuyến khích phát triển các dự án điện mặt trời tại Việt
Nam. Theo đó, EVN sẽ mua điện từ các hệ thống PV với giá 9,35 $cent/kWh thông qua hệ thống đo
đếm Net Metering. Với quyết định này, chắc chắn sẽ tạo ra một “làn sóng” mới cho toàn xã hội đầu
tư vào các hệ thống PV với quy mô lớn cũng như quy mô hộ gia đình.
Thực hiện Quyết định số 11/2017/QĐ-TTg, ngày 12 tháng 9 năm 2017, Bộ Công Thương ban
hành Thông tư số16/2017/TT-BCT quy định về phát triển dự án và Hợp đồng mua bán điện mẫu áp
dụng cho các dự án điện mặt trời. Việc ban hành Thông tư giúp minh bạch hóa thủ tục đầu tư phát
triển điện mặt trời tại Việt Nam, thúc đẩy đầu tư phát triển nguồn điện mặt trời, bổ sung công suất
cho hệ thống điện, từng bước tăng tỷ trọng của năng lượng tái tạo trong hệ thống điện quốc gia,
giảm sự phụ thuộc vào nguồn năng lượng hóa thạch đang dần cạn kiệt, đảm bảo an ninh năng
lượng, giảm phát thải khí nhà kính, bảo vệ môi trường và phát triển bền vững.


1.1.4 Thành phố Hồ Chí Minh và tiềm năng phát triển năng lượng mặt trời ở các xưởng cơ
khí:

23
9

5
19
5

Tháng
6
7
17 18
1
0

8
17
2

9
16
2

10
18
2

11
20
0


thiết bị bán dẫn quang (còn gọi là các tế bào quang điện (solar cell), pin quang điện, hay pin năng
lượng mặt trời). Các phần tử này được cấu tạo bởi các diode bán dẫn loại p (bán dẫn điện dương) và
loại n (bán dẫn điện âm), bố trí thành từng lớp xếp chồng lên nhau, tạo môi trường hình thành hiệu
ứng quang điện, chuyến hóa trực tiếp quang năng mặt trời thành điện năng.
Pin quang điện mặt trời (PV) làm nhiệm vụ chuyển hóa trực tiếp ánh sáng mặt trời thành điện
năng theo hiệu ứng quang điện. Hiệu ứng quang điện được các nhà khoa học tại Tập đoàn Điện
thoại Bell tìm ra năm 1954, trên cơ sở nghiên cứu và phát triển ứng dụng cho hiệu ứng này, các
công nghệ pin quang điện dần phát triển cho đến ngày nay. Hiện nay có nhiều cách phân loại pin
quang điện mặt trời, tuy nhiên cách phân loại phổ biến và cụ thể nhất hiện nay là phân loại theo vật
liệu chế tạo. Theo đó, các công nghệ pin mặt trời hiện nay bao gồm:


Công nghệ pin bán dẫn tinh thể silicon (c-Si): chiếm khoảng 85-90% thị phần pin mặt trời toàn
cầu với hiệu suất chuyển đổi năng lượng trung bình khoảng 25%. Công nghệ pin tinh thể được



chia thành hai nhóm lớn:
 Công nghệ pin đơn tinh thể (sc-Si).
 Công nghệ pin đa tinh thể (mc-Si).
Công nghệ pin màng mỏng (thin-film): hiện chiếm khoảng 10-15% thị phần bán lẻ pin mặt trời
toàn cầu với hiệu suất thấp hơn công nghệ pin tinh thể silicon nhưng không nhiều. Cộng nghệ



này được chi thành ba họ lớn:
 Họ pin tinh thể vô định hình và vi tinh thể silicon (a-Si/µc-Si).
 Họ pin Cadmium-Telluride (CdTe).
 Họ Copper-Indium-Diselenide (CIS) và Copper-Indium-Gallium-Diselenide (CIGS).
Ngoài ra còn nhiều công nghệ pin mới đang trong quá trình nghiên cứu hoặc phát triển nhưng

loại tấm pin mặt trời hiệu quả nhất. Tuy nhiên, để đạt được
hiệu quả tối đa, họ cần phải đối mặt với mặt trời ở một góc
độ cụ thể. Để đạt được điều đó, bên trong bảng điều khiển
năng lượng mặt trời có thể được tìm thấy một máy theo dõi
năng lượng mặt trời theo mặt trời.

c) Polycrystalline và Monocrystalline


TIÊU
CHÍ
Tên
đầy đủ

PIN MONO
Monocrystalline

Pin Mono với các tế bào năng lượng
mặt trời được làm bằng
monocrystalline silicon (Mono-Si),
còn được gọi là silicon đơn tinh thể
Nguyên với độ tinh khiết cao. Chính vì vậy,
liệu tạo nhìn bằng mắt thường sẽ thấy tấm pin
thành đều màu và đồng nhất.

Giá cả

Các tế bào năng lượng mặt trời của
pin mono được tạo nên từ các phôi
silicon có hình trụ. Bốn mặt các phôi

Nhược
điểm

Các
nhà
sản
xuất
chính

Hiệu quả hơn

Kém hơn

Màu đen sẫm đồng nhất.
Những cell pin hình vuông được vạt
góc xếp liền nhau tạo những khoảng
trống hình thoi xen kẽ.

Màu xanh đậm.
Những cell pin được xếp khít với
nhau như một mảng lớn nguyên
vẹn.

Trên 25 năm

Trên 25 năm

Được làm từ silicon với độ tinh khiết
cao nên hiệu suất sử dụng cao. Tỉ lệ
hiệu suất của các tấm pin mono




LG



2.3 Kết luận:



Hanwha



Kyocera



Hyundai



SolarWorld



Trina

Hyundai

N PV
N nt . PV

Với:
 Vlv.sys : điện áp làm việc của hệ thống [V].
 Vlv.PV : điện áp làm việc của 1 module pin NLMT, [V]. Lưu ý rằng: giá trị nên chọn thấp hơn
Vopt mà nhà sản xuất cung cấp (Vopt là điện áp đỉnh mà module pin NLMT có thể phát ra).

 Nnt.PV: số module pin NLMT cần thiết mắc nối tiếp trong 1 dãy.
 Nss.PV: số dãy pin NLMT mắc song song nhau.
Thông số dàn pin:
- Số lượng: 180 module
- Điện áp hở mạch: Uoc = 47.149 V
- Dòng điện: Isc=9.551 A
- Dòng và áp tại điểm công suất dàn pin cực đại là: Ump = 39.46 V; Imp = 8.87 A
Hệ thống gồm có:
- Dàn Pin Mặt trời gồm 5 dãy pin đặt song song với nhau, gồm 12 chuỗi pin. Một chuỗi gồm
15 modul mắc nối tiếp nhau. Công suất dàn pin là: 350*180= 63 KWP.

b) Đối tượng ứng dụng:


Diện tính mái: 532 m2; Diện tích lắp đặt PV: 360m2 tại mái hướng Nam

2.5 Công nghệ Inverter:
a) Khái quát công nghệ Inverter:
Trong hệ thống năng lượng mặt trời của bạn, bạn cần các bộ biến tần để lấy tín hiệu điện áp
thấp, dòng điện cao từ các tấm PV và chuyển đổi chúng thành 120VAC hoặc 240VAC, tương thích
trực tiếp với điện lưới. Biến tần có giá khoảng 0,70 đô la mỗi watt, hoặc khoảng 2,600 đô la cho
một ứng dụng thông thường. Từ quan điểm độ tin cậy, nhìn chung chúng là liên kết yếu trong bất kỳ

Mỗi tấm trong chuỗi phải cùng góc đặc. Bảo hành từ 5 đến 10 năm.

c) Micro Inverters
Một biến tần vi chức năng trong
một mạch song song. Nói một cách đơn
giản, một biến tần tiêu chuẩn sẽ giới hạn
việc sản xuất điện của mỗi bảng bằng
bảng sản xuất thấp nhất trên mái nhà của
bạn. Mặt khác, một biến tần siêu nhỏ sẽ
tận dụng tối đa lợi thế của việc sản xuất
từng bảng điều khiển riêng lẻ. Nó sẽ
chuyển đổi năng lượng được tạo ra bởi
mỗi bảng thành điện áp lưới.
 Ưu điểm:
Ưu điểm cốt lõi của việc sử dụng biến tần vi mô là về mặt lý thuyết bạn có thể mang lại nhiều
năng lượng mặt trời hơn. Điện áp của mỗi tấm pin không phụ thuộc vào nhau.Ít bị ảnh hưởng bởi
bóng râm và tận dụng được nhìu góc đặt.
Trong những tình huống, các tấm pin mặt trời sẽ sản xuất một lượng điện khác nhau vào các
thời điểm khác nhau trong ngày, nhưng các bộ biến đổi vi mô sẽ đảm bảo bạn thu được tất cả năng
lượng. Tối ưu hóa được hệ thống.
Độ tin cậy của bộ biến tần vi mô đã bắt kịp ngành công nghiệp cho thấy sự tin tưởng của các
nhà sản xuất đối với các sản phẩm của họ. Biến tần vi mô thường có bảo hành 25 năm.
Cung cấp thêm một kỹ năng giám sát hệ thống. Bạn có khả năng theo dõi quá trình sản xuất
của từng bảng riêng lẻ. Dễ dàng mở rộng hệ thống của mình trong tương lai.
 Nhược điểm:
Nhược điểm chính của biến tần vi mô là giá cả. Chúng thường đắt hơn 1000 đô la hoặc đắt
hơn một bộ biến tần chuỗi trên hệ thống lắp đặt năng lượng mặt trời dân dụng tiêu chuẩn 5kW.
Số lượng nhiều bằng số tấm pin.
Ít nhất là khi một biến tần chuỗi thất bại, toàn bộ hệ thống dừng lại và điều này rất dễ nhận



 Đầu ra công suất định mức CEC: Điều này cho bạn biết công suất đầu ra tối đa từ biến tần
và thay đổi theo nhiệt độ hoạt động.
 Công suất đầu vào PV tối đa được đề xuất: Điều này không bao giờ được vượt quá bởi đầu


ra công suất từ các bảng kết hợp hoặc đầu ra bị cắt, điều đó có nghĩa là biến tần của bạn chạy không
hiệu quả. Nói cách khác, bạn phải khớp biến tần với mảng bảng điều khiển đúng cách. Sử dụng PV
Watts (nhập vào PV PVtsts vào công cụ tìm kiếm của bạn) để tìm hiểu xem biến tần của bạn có đủ
lớn cho mảng mà bạn đang xem xét hay không.
 Điện áp mạch mở tối đa: Điện áp mạch mở cực đại của mảng PV phải luôn luôn nhỏ hơn
giới hạn biến tần của bộ biến tần hoặc có thể xảy ra. Tính số này cho một mảng nhất định là một
vấn đề kỹ thuật phức tạp.
 Điện áp khởi động PV: Điều này cho bạn biết khi nào biến tần sẽ bắt đầu hoạt động. Vào
buổi sáng, khi mặt trời lên, các tấm PV bắt đầu phát điện, nhưng bộ biến tần đòi hỏi một lượng tối
thiểu trước khi chúng bắt đầu đưa năng lượng của mình vào lưới điện. Đây là một đặc điểm kỹ
thuật quan trọng vì nó liên quan đến hiệu quả tổng thể của một hệ thống. Bạn muốn hệ thống của
bạn chạy càng lâu càng tốt trong suốt một ngày.
 Phạm vi theo dõi điểm công suất tối đa (MPPT): Các mạch MPPT cho phép biến tần thu
được nhiều năng lượng nhất trong suốt một ngày.
Kết luận:
Với những ưu và nhược điểm của các loại Inverters khác nhau cộng với hệ thống ta cần lắp đặt. Ta
chọn công nghệ String -Inverters cho hệ thống.

 Lựa chọn công nghệ Inverter:
Khái niệm về hệ thống PV được xác định bởi thành phần hệ thống Inverter. Điều này dẫn tới
khái niệm hệ thống tập trung và phân tán. Sự kết nối module để tạo thành các chuỗi và sự kết nối
song song các chuỗi này cần được phối hợp tối ưu với inverter.
Chọn Inverter SOFAR 60000TL 3 PHASE
Datasheet



Full load DC voltage range

530 – 800V

Max.input curremt pet string

12A

Maxnimun DC input short circuit per MPPT

48A

Hiệu suất tối đa 98,6%
Phạm vi hoạt động điện áp đầu vào
rộng từ 250V đến 960V.
Thiết bị bảo vệ tăng áp DC
Bộ kết hợp PV tích hợp
Chi phí bảo trì thấp
Nắp có thể tháo rời để cài đặt dễ
dàng
Vỏ nhôm không rỉ
Giải pháp giám sát linh hoạt
Công suất phản kháng có thể điều
chỉnh
Tự giảm công suất khi quá tần số

Hình 2.3.2 Thông số Inverter SOFAR 60000TL


lưới.
Trong công nghệ này, điện từ máy phát là dàn pin mặt trời được biến đổi thành dòng xoay
chiều có hiệu điện thế và tần số phù hợp nhờ các bộ biến đổi điện (Inverter) và được hòa vào mạng
lưới điện công nghiệp. Khi sử dụng điện người ta lại lấy điện từ lưới. Mạng lưới điện có vai trò như
m ột “ngân hàng”, tích trữ điện năng lúc dàn pin mặt trời phát điện và cung cấp trở lại người tiêu
dùng khi cần thiết. Nhờ ngân hàng điện này mà việc sử dụng luôn ổn định và rất tiết kiệm điện
Hình 2: Sơ đồ nguyên lý điều khiển hệ thống


Trong đó: MPPT Controller là bộ điều khiển công suất cực đại từ dàn Pin mặt trời. Bộ này có
tác dụng điều khiển cho năng lượng từ dàn pin mặt trời luôn MAX trong mọi điều kiện không ổn
định về thời tiết, khí hậu, thời gian sáng tối, cường độ bức xạ… Tín hiệu đầu ra của bộ điều khiển
MPPT trực tiếp điều khiển đóng mở van của bộ DC – DC.
2.6 Lựa chọn tiết diện dây / cáp theo điều kiện phát nóng.
Khi có dòng điện chạy qua cáp và dây dẫn sẽ bị phát nóng. Nếu nhiệt độ tăng quá cao thì chúng có
thể bị hư hỏng cách điện hoặc giảm tuổi thọ và độ bền cơ học của kim loại dẫn điện.
Khi dây / cáp được chọn theo điều kiện phát nóng sẽ đảm bảo cách điện của dây dẫn không bị phá
hủy do nhiệt độ của dây dẫn đạt đến trị số nguy hiểm cho cách điện của dây. Để đạt yêu cầu này thì
dòng điện phát nóng cho phép của dây / cáp phải lớn hơn dòng điện làm việc lâu dài cực đại chạy
trong dây dẫn. Do vậy mả nhà chế tạo quy định nhiệt độ cho phép với mỗi loại dây/cáp.
Do thực tế dây/ cáp được lựa chọn lắp đặt khác với điều kiện định mức do các nhà chế tạo
dây/cáp quy định nên dòng phát nóng cho phép cần phải quy dổi về dòng phát nóng cho phép thực
tế bằng cách nhân với hệ số hiệu chỉnh K. Hệ số hiệu chỉnh K được xác định trên cơ sở loại dây cáp
, phương pháp lắp đặt , nhiệt độ môi trường thực tế tại nơi lắp đặt …Do đó tiết diện dây dẫn và cáp
được chọn phải thõa mản các điều kiện sau :

: Dòng làm việc cực đại.
: Tích các hệ số hiệu chỉnh.

Đối với dây / cáp trên không (hay không chôn trong đất):