ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

LÊ QUANG HIẾU

THIẾT KẾ VÀ ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ KINH TẾ
HỆ THỐNG ĐIỆN MẶT TRỜI TẠI
TRƯỜNG MẦM NON ABC – TP ĐÀ NẴNG

Chuyên ngành: Kỹ thuật điện
Mã số: 8520201

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Đà Nẵng – Năm 2019


Công trình được hoàn thành tại
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Người hướng dẫn khoa học: TS. LƯU NGỌC AN

Phản biện 1: TS. ĐOÀN ANH TUẤN

Phản biện 2: TS. VŨ PHAN HUẤN

Luận văn đã được bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt
nghiệp thạc sĩ kỹ thuật điện họp tại Trường Đại học Bách Khoa
Đà Nẵng vào ngày 09 tháng 3 năm 2019.

Có thể tìm hiểu luận văn tại:

đánh giá hiệu quả kinh tế hệ thống điện mặt trời tại trường mầm
non ABC – TP Đà Nẵng” là một yêu cầu mang tính cấp thiết trong
bối cảnh nguồn năng lượng truyền thống dần cạn kiệt và năng lượng
tái tạo đang là xu hướng hiện nay.
2. Mục tiêu nghiên cứu
Mục tiêu chính của đề tài là thiết kế, tính toán hệ thống điện
năng lượng mặt trời nối lưới để hỗ trợ nhu cầu sử dụng điện tại
trường mầm non ABC – TP Đà Nẵng
Xác định và lựa chọn thiết bị, số lượng và vị trí lắp đặt các
thiết bị (Tấm pin mặt trời, inveter, …), lựa chọn các thiết bị. Sử
dụng phần mềm PVsyst để mô phỏng sơ đồ và chạy ra được kết quả
cần thiết.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu của đề tài này là thiết kế hệ thống điện
mặt trời nối lưới sử dụng tại trường mầm non ABC


2
Phạm vi nghiên cứu trong luận văn này, tác giả sử dụng phần
mềm PVsyst để thiết kế và mô phỏng hệ thống điện năng lượng mặt
trời có kết nối lưới điện.
4. Phương pháp nghiên cứu
Để giải quyết các mục tiêu nêu trên, luận văn đưa ra phương
pháp nghiên cứu như sau:
- Nghiên cứu lý thuyết: Các lý thuyết về năng lượng mặt trời,
cấu tạo, nguyên lý làm làm việc của hệ thống pin mặt trời
-Xây dựng thiết kế hệ thống pin năng lượng mặt trời nổi nối
lưới tại sử dụng tại trường mầm non ABC.
- Mô phỏng hệ thống pin năng lượng mặt trời nối lưới bằng
phần mềm PVsyst, tính toán hiệu quả kinh tế.

á ạng n ng ư ng tái tạ
. . . . Năng lượng mặt trời
. . . . Năng lượng gió
. . . . Năng lượng đ a nhiệt
. . . . Năng lượng đại dương
. . . . Năng lượng sinh h i
1.2. Năng lượng m t trời
1.2.1 Ngu n n ng ư ng mặt trời
. . . . hái niệm
Năng lượng Mặt Trời là năng lượng của dòng bức xạ điện từ
xuất phát từ Mặt Trời, cộng với một phần nhỏ năng lượng của các hạt
hạ nguyên tử khác phóng ra từ ngôi sao này. Dòng năng lượng này sẽ
tiếp tục phát ra cho đến khi phản ứng nhiệt hạch trong Mặt Trời hết
nhiên liệu, vào khoảng 5 tỷ năm nữa.
. . . . Năng lượng bức ạ mặt trời thành h n bức ạ
Đặc trưng của bức xạ mặt trời truyền trong không gian bên
ngoài Mặt trời là một phổ rộng trong đó cực đại của bức xạ nằm
trong dải 10-1 - 10 µm và hầu như một nửa tổng năng lượng mặt trời
tập trung trong khoảng bước sóng 0,38 – 0,78 µm đó là vùng nhìn
thấy của phổ.


4

. . . . Tính toán năng lượng mặt trời
Quan hệ giữa bức xạ mặt trời ngoài khí quyển và thời gian
trong năm có thể xác định theo phương trình sau:
Eng = Eo(1+0,033cos
, W/m2
Trong đó, Eng là bức xạ ngoài khí quyển được đo trên mặt

ản u t điện n ng t n ng ư ng mặt trời
. . . . Các hương há hai thác
Hiện nay việc sản xuất điện năng từ năng lượng mặt trời tập
trung chủ yếu vào 2 phương pháp sau :


5

iện mặt trời tậ trung :
Các hệ thống điện mặt trời tập trung (CSP-Concentrated Solar
Power) sử dụng ống kính, gương và các hệ thống theo dõi để tập
trung một khu vực rộng lớn của ánh sáng mặt trời vào một chùm nhỏ.
Nhiệt tập trung sau đó được sử dụng như một nguồn năng lượng cho
một nhà máy nhiệt điện thông thường.
in quang điện :
Là thiết bị chuyển đổi trực tiếp năng lượng mặt trời sang điện
năng bằng cách sử dụng hiệu ứng quang điện.
. . . . Tình hình s n u t điện t in quang điện các nước trên thế
giới
Trong năm 2015, công suất lắp đặt của hệ thống pin quang
điện tăng 25 so với năm 2014, hơn 50 G được bổ sung đưa công
suất lắp đặt trên toàn cầu lên khoảng 227 G . Châu Á đã nắm toàn
bộ thị trường, chiếm 60 số lượng bổ sung toàn cầu. Các nước
Trung uốc, Nhật Bản và Hoa K là ba thị trường hàng đầu. Tiếp đó
là vương quốc Anh, các nước thuộc Top 10 bổ sung sản xuất năng
lượng mặt trời là n Độ, Đức, Hàn uốc, c, Pháp, Canada. Đến
cuối năm 2015, mọi châu lục ( trừ Châu Nam Cực) đã lắp đặt ít nhất
1 G , có 22 nước có công suất lắp đặt lớn hơn 1 G .
Ti m n ng n ng ư ng mặt trời tại iệt N m
Vị trí địa lý đã ưu ái cho Việt Nam một nguồn năng lượng tái

. . . . T m in mặt trời olar odul
Được cấu tạo từ các pin mặt trời hay còn gọi là tế bào quang
điện và một số phụ kiện đi k m
. . . . ặc tính làm việc của in mặt trời
ạch điện tương đương:
Ở mạch tương đương, dòng chuyển đến tải bằng dòng IL phát
ra bởi cường độ chiếu sáng, nhỏ hơn dòng diode ID và dòng rò shunt
ISH. Điểm làm việc MPP (Maximum Power Point):
Nhiệt độ không gian xung quanh và cường độ chiếu sáng
thường xuyên thay đổi. Điều đó có nghĩa là đặc tuyến PV thường
xuyên thay đổi và điểm làm việc cho tải bất k cũng thay đổi nhà sản
xuất cung cấp đường cong I-V cho mỗi PV.
- ệ thống in qu ng điện
- Thành h n chính của hệ th ng
ng in mặt trời Array Solar Panels)
Là hệ thống gồm các tấm pin mặt trời được nối nối tiếp hoặc
nối song song tùy thuộc vào yêu cầu kỹ thuật ở phía đầu ra.
ộ chu ển đổi C –DC (Converter)
Là thiết bị biến đổi nguồn điện một chiều để có điện áp phù
hợp cung cấp cho tải một chiều hoặc nạp vào bộ trữ điện.


7

Nguyên lý cấu tạo: điều khiển bằng xung đến các IGBT,
MOS ET hoặc linh kiện bán d n có chức năng tương tự thông qua
các PIC vi xử lý để cung cấp điện áp và dòng điện đầu ra phù hợp.
ộ biến t n nv rt r
+ Biến t n là thiết b biến đổi nguồn một chiều thành nguồn
oa chiều.

-

C u tạo
Hệ thống năng lượng mặt trời nối lưới có dự trữ cấu tạo gồm
các phần tử chính sau:
Hệ thống pin mặt trời : Gồm các tấm pin mặt trời được ghép song
song và nối tiếp với nhau tùy yêu cầu của hệ thống năng lượng mặt
trời.
Tủ đấu nối DC: Gồm các thiết bị đóng cắt, cầu chì bảo vệ, thiết bị đo
đếm nguồn điện một chiều.
Hệ thống biến tần : Gồm một hay nhiều biến tần quang điện.
Tủ đấu nối AC: Gồm các thiết bị đóng cắt, bảo vệ, thiết bị đo đếm
nguồn điện xoay chiều.
Tủ phân phối điện chính: Gồm các thiết bị đo lường, giám sát và điều
khiển hệ thống.
Hệ thống biến tần-sạc: Gồm một hoặc nhiều biến tần hoạt động hai
chiều.
Hệ thống acquy: Gồm nhiều acquy kết nối song song và nối tiếp với
nhau tùy yêu cầu của hệ thống.


9

trữ

ơ đ hệ thống điện mặt trời nối ưới không ó hệ thống ự

C u tạo
Tương tự như hệ thống điện mặt trời nối lưới có dự trữ nhưng
lược bỏ đi hệ thống biến tần-sạc và hệ thống acquy dự trữ.

Trong đó:
E [Wh/m2] cường độ bức xạ trên mặt phẳng đặt nghiêng
một góc so với mặt phẳng ngang, giá trị này đo được thực tế tại
điểm đặt hệ thống PV .
m là hiệu suất của pin ở nhiệt độ T. được tính như sau:
=1 Pc (T T0
m
Với :
T là nhiệt độ làm việc thường xuyên của tấm pin.
Pc là hệ số nhiệt độ của pin mặt trời.
ước 4: Tính s module mắc song song và n i tiếp:
Các giá trị đặc trưng cơ bản của module:
+ U làm việc tối ưu: Vm
+ I làm việc tối ưu : Im
+ Công suất đỉnh : Pm
P
Số module cần dùng trong hệ thống: N= ( P)
Pm

Với N=NS .NP
Số module mắc nối tiếp: NS =

V
Vm

+ Trong đó V: điện áp yêu cầu của hệ thống pin mặt trời.
N
Số module mắc song song: NP = N
S


mô 4 tầng lầu, diện tích hơn 5.000m2, được phân chia thành 20 nhóm
lớp. Mỗi lớp học có diện tích lên tới 50m2 cùng trang thiết bị tiêu
chuẩn chất lượng cao; Trường có 5 sảnh chơi trong nhà dành cho trẻ,
2 phòng hội trường, 1 sân chơi ngoài trời. Đặc biệt, trường có 1 hồ
bơi tiêu chuẩn hiện đại.
.=> Tổng diện tích mái của trường mầm non Chất lượng
cao ABC - Ngô Quyền là 750 m2
2.3.1.2. Tiềm năng về năng lượng mặt trời tại trường m m non ch t
lượng cao ABC
Trường mầm non ABC các mái nhà cao bằng phẳng , diện tích
lớn, không bị che chắn bởi cao trình cây cối thích hợp cho việc lắp
đặc các tấm pin mặt trời.
2.3.1.3. Chính sách phát triển năng lượng mặt trời tại đ a hương


12

Quyết định số 11 2017 Đ-TTg của Thủ tướng Chính phủ
được ban hành ngày 11/4/2017 về cơ chế khuyến khích phát triển các
dự án điện mặt trời tại Việt Nam.
Thông ố h tải tại trường mầm non ABC
Trường có các thiết b với công su t tiêu th như

u:

Bảng công su t tiêu th tại trường mầm non ABC
STT

Thiết bị


Các đồ thị phụ tải: Nguồn EVN CPC
Thông ố trạm iến á tại trường mầm n n AB
Trạm biến áp:
Gồm 1 máy biến áp:
Công suất SBA= 320 kVA
2
ự h n hương án và ông u t
hệ thống điện mặt trời
. . . . a ch n hương án lắ đặt
Dựa vào phân tích ưu nhược điểm của 2 mô hình điện mặt trời
nối lưới, tác giả quyết định chọn phương án lắp đặt hệ thống điện mặt
trời nối lưới không dự trữ với các tấm pin mặt trời được tích hợp trên
mái nhà.


13

. . . . a ch n c ng su t lắ đặt
iện tích lắ đặt h dụng
Pd = .E0 . p .Sd =0,95.1000.0,16.404,25= ( P 61,5(k P
E0 =1000 m2 là cường độ bức xạ tiêu chuẩn.
iều iện ràng buộc của lưới điện
Tổng công suất đặt máy biến áp tại trường là: SBA=320(kVA)
Công suất điện xoay chiều lắp đặt tối đa của hệ thống :
Sac SBA 320 (kVA
Hệ số công suất của hệ thống quang điện: cosφ=1.
Suy ra công suất tác dụng : Pac < 320kW
Đối với hệ thống năng lượng mặt trời đầu ra thì hiệu suất toàn
hệ thống (công suất điểm đấu nối lên lưới /công suất đặt của hệ thống
pin quang điện) trong khoảng 75 đến 85%. Ta chọn hiệu suất

Với khu vực thiết kế là đã có hệ thống điện lưới quốc gia
trước, trường mầm non chỉ hoạt động vào ban ngày, công suất sử
dụng không đồng đều. Ngoài ra, khi tính toán lựa chọn công suất để
lắp đặt hệ thống điện năng lượng mặt trời có thể đáp ứng đủ phần
điện năng của phụ tải. Vì vậy, chọn mô hình hệ thống điện năng
lượng mặt trời nối lưới để thiết kế.
ài đặt đ nh hướng hệ thống in qu ng điện
Cài đặt định hướng trên phần mềm PVsyst như sau:

ài đặt công su t lắ đặt c a hệ thống in qu ng điện trong
phần m m
Trong chương 2, ta đã chọn công suất lắp đặt của hệ thống pin
quang điện theo điều kiện ràng buộc về công suất nối lưới. Công suất


15

của hệ thống pin quang điện là Ppv=61.5 k p. Đây là giá trị cài đặt
cho hệ thống pin quang điện, tuy nhiên nó chỉ trợ giúp cho phần cài
đặt và ta có thể thay đổi trong quá trình định cỡ tối ưu hệ thống.

3.2.5. Ch n m

u

in qu ng điện

3.2.5.1. Các yêu c u để ch n modul in quang điện
Khi chọn loại module pin quang điện cần phải đảm bảo các
yêu cầu sau:

- Các tiêu chuẩn lựa chọn biến tần: IEC 61683:1999, IEC
61721:2004, IEC 62109-1&2:2011-2012, IEC 62116:2008.
7 Đ nh cỡ hệ thống điện n ng ư ng mặt trời trong phần m m
PVsyst
. .7. . Xác đ nh s lượng biến t n và hệ th ng in quang điện

Định cỡ hệ thống là việc điều chỉnh số lượng các tấm pin
quang điện, số lượng biến tần sao cho phù hợp để hệ thống đạt hiệu
suất và tuổi thọ cao.
Th ng s tổn th t trạm biến á .
Phần này không cài đặt vào phần mềm bởi phần điện năng tạo
ra chủ yếu cung cấp cho tải ở phía hạ áp, hệ thống quang điện chỉ
bơm lên lưới một phần nhỏ điện năng nên tổn thất rất nhỏ và không
thể tính được bởi trong phần mềm này.
Ch n loại d

điện


17

Đối với loại dây điện hệ thống năng lượng mặt trời, ngoài việc
đảm bảo khả năng d n dòng thì bỏ dây d n yêu cầu về cách điện,
chịu được nhiệt, bức xạ.
Chọn loại dây theo tiêu chuẩn của IEC 60228.
Trong thiết kế này tác giả chọn loại dây Cáp ruột đồng, cách
điện XLPO. XLPO còn được gọi là Polyolefin liên kết chéo, là một
hình thức cách nhiệt được tạo ra thông qua cả nhiệt và áp suất cao
sản phẩm cáp điện của công ty cổ phần dây cáp điện Việt Nam sản
xuất.

+ Loại hệ thống: Hệ thống nối lưới;
Định hướng pin quang điện: 2 hướng;
+ Độ nghiêng Góc phương vị =28o/-45o và 28o/45o;
+ Tấm pin quang điện: Kiểu: Sunmodule SW 300 mono;
PPVdanh nghĩa = 300Wp;
+ Số lượng tấm pin: 198 tấm; PPVtổng_danh nghĩa = 59.4kWp;
+ Biến tần: Kiểu: Sunny Tripower 60-10; PIVTdanh nghĩa = 60
kWac;
Phụ tải: PL=54.054 M h năm;
Kết quả mô phỏng chính:
+ Sản xuất hệ thống: Sản lượng điện năng được tạo ra: Eac
= 84.3 M h năm;
+ Sản xuất cụ thể trên 1 đơn vị: 1420 k h k p năm;
+ Tỉ số hiệu suất: PR = Eac/GlobInc.Pnom = 82.4%;
+ Tổng vốn đầu tư: 102980 USD
+ Tiền phải trả hàng năm theo phầm mềm: ( Vay 100%;
15 năm; lãi suất đều 8%) bằng 12031 USD năm;
Chi phí điện năng: 0,14 USD/kWh
Nhận xét:
Đáp ứng đủ nhu cầu công suất cho phụ tải trong các tháng
trong năm, ngoài ra còn có lượng điện năng đưa lên lưới bởi phụ tải
sử dụng điện năng nhỏ hơn điện năng mà hệ thống tạo ra.
3.3.2.3. Tổn th t điện năng trong hệ th ng điện năng lượng mặt trời
n i lưới.


19

Giản đồ tổn thất điện năng của hệ thống điện năng lượng mặt trời nối
lưới.

nghĩa
Tổn thất biến tần do ngưỡng điện áp
0%
Điện năng hữu ích tại đầu ra biến tần
Điện năng đầu ra của hệ thống điện năng
lượng m t trời
Điện năng cung cấp cho phụ tải
Điện năng đưa vào lưới

84.3 MWh
84.3MWh
23.8 MWh
60.6 MWh

Nhận xét:
+ So sánh với các hệ thống có công suất tương đương
trên thế giới thì hệ thống mà ta đang thiết kế có hiệu suất ở
mức trung bình.
+ Tổn thất do nhiệt độ tấm pin quang điện là lớn, làm
ảnh hưởng nhất định đến sản lượng điện tạo ra của hệ thống.
Giá trị này có thể giảm đi nếu lúc thực hiện dự án, người ta
thiết kế các ống đối lưu nằm giữa mái nhà và mảng pin quang
điện đặt trên mái.
+ Giá trị tổn thất do ngưỡng điện áp của hệ thống biến
tần là nhỏ 0,3%, giá trị này chỉ tồn tại trong năm đầu tiên bởi
hệ thống mà ta đang thiết kế có hiệu suất của hệ thống pin
quang điện giảm qua từng năm, làm công suất đầu vào biến tần
giảm.
3.3.2.4. Phân tích tài chính.
Đầu tư và giá trị hệ thống.

án tương tự nên luận văn đã được hoàn thành. Trong đó bao gồm
tổng quan về năng lượng mặt trời, tìm hiểu các hệ thống điện năng
lượng mặt trời và phân tích, đánh giá để đưa ra phương án thiết kế
hợp lý, và đặc biệt là đã sử dụng thành công phần mềm PVsyst để
thiết kế cho hệ thống điện mặt trời tại trường Mầm non ABC sử dụng
cho trường và phát lên lưới điện.
- Với việc sử dụng phần mềm PVsyst thiết kế hệ thống điện
năng lượng mặt trời nổi nối lưới ta có các kết luận sau:
- Phần mềm đã giải quyết những khó khăn trong việc thiết kế
hệ thống năng lượng mặt trời nối lưới như định hướng lắp đặt tối ưu
hệ thống pin quang điện, tính toán các thông số tổn thất và định cỡ
tối ưu các thiết bị trong hệ thống năng lượng mặt trời nối lưới tại địa
điểm thiết kế.
- Dựa vào kết quả mô phỏng trong phần mềm ta có thể phân
tích đánh giá các thông số của hệ thống từ đó đưa ra các giải pháp để
nâng cao chất lượng và sản lượng điện năng hệ thống.
+ Những ưu điểm và nhược điểm nếu lắp đặt hệ thống:
Ưu điểm:
+ Đáp ứng nhu cầu sử dụng điện, giảm quá tải hệ thống lưới
điện tại địa phương. Khi mà phụ tải ở đây tăng nhanh chóng, các
công trình xây dựng ở đây mọc lên từng ngày làm cho công tác quy
hoạch và phát triển lưới điện tại địa phương gặp nhiều khó khăn.
+ Tăng cường nguồn tự chủ năng lượng cho những ngày
thiếu điện. Tạo điểm nhấn cho trường
Nhược điểm:
+ Xảy ra hiện tượng dao động công suất trên hệ thống điện
lưới nếu cường độ bức xạ mặt trời thay đổi nhanh do đám mây bay
ngang qua chùm tia chiếu xuống tấm pin quang điện.
- Nh ng thuận lợi và hó hăn hi
d ng hệ th ng điện năng lượng

. Kiến nghị
Thực trạng hiện nay, chi phí để đầu tư hệ thống năng lượng
mặt trời còn lớn và đạt hiệu quả kinh tế chưa cao. Trong tương lai
gần chính quyền thành phố Đà Nẵng và Chính phủ, các sở ban ngành
cần sớm áp dụng các cơ chế khuyến khích đẩy mạnh sử dụng năng
lượng mặt trời vào các cơ quan, trường học, bệnh viện, doanh nghiệp,
khu nghĩ dưỡng …. đưa thành phố thành đô thị xanh, sạch đẹp đứng
đầu cả nước. Nâng cao nguồn tự chủ năng lượng cho các doanh
nghiệp trong thành phố trong tình trạng có thể thiếu điện trong thời
gian sắp đến.