ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

LÊ ĐỨC DŨNG

THIẾT KẾ, LẮP ĐẶT VÀ ĐÁNH GIÁ
HIỆU QUẢ SỬ DỤNG HỆ THỐNG ĐIỆN NĂNG LƯỢNG
MẶT TRỜI HÒA LƯỚI ÁP MÁI QUY MÔ HỘ GIA ĐÌNH
Chuyên ngành: Kỹ thuật điện
Mã số: 60520202
TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ: KỸ THUẬT ĐIỆN

Đà Nẵng - Năm 2019


1

Công trình được hoàn thành tại
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Người hướng dẫn khoa học: TS. Dương Minh Quân

Phản biện 1: TS. Trịnh Trung Hiếu
Phản biện 2: TS. Lê Thị Tịnh Minh

Luận văn được bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt
nghiệp thạc sĩ Kỹ thuật điện họp tại Trường Đại học Bách
khoa vào ngày 09 tháng 03 năm 2019

Có thể tìm hiểu luận văn tại:
 Trung tâm Học liệu, Đại học Đà Nẵng tại Trường Đại học

lượng sạch trên địa bàn tỉnh Quảng Bình.
2. Mục đích nghiên cứu
- Mục tiêu của đề tài là thiết kế, lắp đặt, vận hành và đánh giá
hiệu quả sử dụng hệ thống điện năng lượng mặt trời hòa lưới áp mái
quy mô hộ gia đình, Đánh giá độ ổn định của hệ thống, ảnh hưởng
của mô hình đến lưới và phụ tải điện của hộ tiêu thụ.
- Giảm thiểu tình trạng lệ thuộc hoàn toàn nguồn năng lượng
tiêu thụ từ lưới điện đồng thời từng bước góp phần tăng tỷ trọng sử
dụng nguồn năng lượng mặt trời và giảm tác động đến môi trường
khu vực tỉnh Quảng Bình.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
a) Đối tượng nghiên cứu


2
- Đối tượng nghiên cứu: Hệ thống điện mặt trời sử dụng những
tấm pin quang điện thu năng lượng mặt trời, thiết bị chuyển đổi
nguồn thông minh từ DC sang AC tạo ra dòng điện 220V (dạng sóng
sin chuẩn) cung cấp cho hộ tiêu thụ điện. Đề tài sử dụng công nghệ
mới tạo ra dòng điện cung cấp trực tiếp cho hộ tiêu thụ không dùng
ắc quy lưu trữ, khi nguồn điện tạo ra thiếu thì sẽ lấy bổ sung từ điện
trên lưới để đưa vào sử dụng.
b) Phạm vi nghiên cứu
- Nghiên cứu xây dựng mô hình điện mặt trời (ĐMT) sử dụng
pin quang điện cho những phụ tải vừa và nhỏ quy mô hộ gia đình. Hệ
thống sẽ đảm bảo một phần điện sử dụng cho hộ tiêu thụ, phần thiếu
sẽ cung cấp bổ sung từ lưới điện.
- Thời gian nghiên cứu: tháng 5 đến tháng 8 năm 2018.
4. Phương pháp nghiên cứu
- Đánh giá tiềm năng năng lượng mặt trời tại Quảng Bình;

Chương 4: Mô phỏng hệ thống pin năng lượng mặt trời, phân
tích kết quả. Tính toán chi phí
Chương 5: Lắp đặt, thu thập dữ liệu và đánh giá hiệu quả hệ
thống pin năng lượng mặt trời


4
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI
VÀ CÁC CHÍNH SÁCH HỖ TRỢ
1.1. Tổng quan và xu hướng phát triển điện mặt trời trên thế
giới.
Tổng quan về năng lượng mặt trời:
Xu hướng phát triển điện năng lượng mặt trời.
Với sự phát triển tiến bộ không ngừng về công nghệ, mức chi
phí đầu tư ban đầu ngày càng giảm, chi phí vận hành và bảo dưỡng
nhỏ nên giá thành sản xuất điện từ mặt trời đang dần cạnh tranh với
các nguồn điện từ nhiên liệu hóa thạch (chẳng hạn than nhập khẩu).
Hiện nay, điện từ nguồn năng lượng mặt trời đang phát triển mạnh
với tốc độ rất cao. Năm 2016, đã có 303 GW điện từ mặt trời được
kết nối với hệ thống điện, tăng 75.000 MW so với cuối năm 2016
(228.000 MW) và tăng 44,5 lần về công suất lắp đặt trong 10 năm
qua (2005-2015).

Hình 1.1. Xu hướng lắp đặt điện mặt trời trên thế giới giai đoạn
2005-2015

Hình 1.2. Xu hướng lắp đặt điện mặt trời trên thế giới giai đoạn
2006-2016
Chỉ số giá thị trường thế giới các tấm pin mặt trời:
Giá tấm pin mặt trời đã giảm mạnh từ 3,5 ÷ 4 EUR/Wp năm


- 7,0%

China

0,46

0,0%

- 6,1%

Southeast Asia,
Taiwan

0,40

+2,6%

0,0%

1.2. Các quy định và chính sách hỗ trợ chính phủ và ngành điện
về năng lượng mặt trời.
Các quy định chung và chính sách hỗ trợ chung:
* Thông tư 39/2015/TT-BCT ngày 18/11/2015.
* Quyết định số 2068/QĐ-TTg ngày 25/11/2015.
* Quyết định 428/QĐ-TTg ngày 18/3/20162.
* Quyết định số 11/2017/QĐ-TTg ngày 11/4/2017.
* Thông tư 16/2017/TT-BCT ngày 12/9/2017.
* Quyết định số 67/QĐ-EVN ngày 28 tháng 2 năm 2018.
* Văn bản số 1337/EVN-KD ngày 21/3/2018 của Tập đoàn

a) Tính toán góc tới của bức xạ trực xạ
b) Bức xạ mặt trời ngoài khí quyển lên mặt phẳng nằm ngang
c) Tổng cường độ bức xạ mặt trời lên bề mặt trên Trái đất
Các ứng dụng năng lượng mặt trời
1.4. Phân tích tiềm năng, thực trạng ứng dụng nguồn năng lượng
mặt trời và hiện trạng sử dụng năng lượng hộ gia đình lắp đặt
PV
Tiềm năng nguồn năng lượng mặt trời
Bảng 1.3. Bức xạ tổng cộng trung bình ngày theo tháng và
năm(kWh/m2/ngày)
T10 T11 T12

Cả
năm

3,63 4,33 4,91 5,02 4,68 4,59 4,33 4,04 3,49 3,08 2,91

4,03

3,62 4,02 4,70 5,08 5,41 5,16 5,33 5,11 4,94 4,18 3,54 3,44

4,54

Nguồn

T1

NASA

3,3


V

VI

VII

VIII

IX

X

XI

XII

Năm

Tuyên 70,2 57,0 97,9 146,9 196,6 197,3 213,7 176,9 119,7 101,4 71,7 61,0
Hóa
1510,3
Ba Đồn
87,2 66,7 108,2 168,4 229,1 221,4 239,1 201,7 165,4 139,6 95,9 85,4 1808,1
Đồng Hới
99,5 74,3 104,2 167,6 231,7 221,2 237,1 197,8 167,3 138,9 99,8 81,8 1821,2

Tình hình phát triển và ứng dụng điện năng lượng mặt trời
tại Việt Nam:
Thực trạng ứng dụng điện năng lượng mặt trời tại tỉnh

+ Vị trí địa lý: 17,48 độ vĩ Bắc; 106,60 độ kinh Đông.
+ Diện tích xây dựng
: 100 m2
+ Tổng diện tích mái nhà: 120 m2
Thông số chính phụ tải
+ Công suất phụ tải trung bình năm: 0,35 kW
+ Công suất đỉnh trong 1 năm
: 4,2 kW
Bảng 1.5. Bảng số liệu thống kê phụ tải trung bình trong 1 ngày
STT

Tên Thiết Bị

Số
lượng

Công
Suất
(W)

Tổng
công
suất
(W)

Thời gian
sử dụng
trung bình
(giờ/ngày)


1248

3

Máy giặt

1

410

328

1

328

4

Bóng đèn 1.2m

10

36

288

6

1728


Quạt treo

5

55

220

3

660

8

Máy lạnh 1.5HP

3

1000

1800

1

1800

9

Quạt thông gió


10

8

24

192

12

Máy tính xách tay

1

160

128

2

256

13

Sạc iPad

1

10


24

115,2

16

Máy bơm nước

1

60

48

1

48

17

Quạt Đứng

5

55

220

2



9
20

Camera hồng ngoại

2

15

24

Tổng cộng

51

2.838

4.110,4

24

576
10.788

+ Điện năng tiêu thụ trung bình hàng năm: 266 kWh (năm
2016); 332 kWh (năm 2017).
Bảng 1.6. Bảng số liệu thống kê phụ tải thực tế.
Tháng



2016

215

2017

278

4

2016

209

2017

323

5

2016

219

2017

352

6


2016

354

2017

345

10

2016

266

2017

295

11

2016

317

2017

310

12



10
CHƯƠNG 2: CÁC MÔ HÌNH BIẾN ĐỔI NĂNG LƯỢNG MẶT
TRỜI THÀNH ĐIỆN NĂNG
2.1. Mô hình biến đổi năng lượng mặt trời thành điện năng
Mô hình biến đổi độc lập không kết lưới
Mô hình biến đổi có kết lưới
2.2. Các bước tính toán thiết kế hệ thống biến đổi năng lượng
mặt trời thành điện năng
Các lưu ý
Các thông số cần thiết để thiết kế hệ thống điện mặt trời
Các bước thiết kế
2.3. Kết luận


11
CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ HỆ THỐNG
PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI VÀ MÔ PHỎNG TRÊN
PHẦN MỀM PVSYS
3.1. Tính toán và thiết kế hệ thống pin năng lượng mặt trời:
Lựa chọn mô hình biến đổi năng lượng mặt trời thành điện
năng
Hệ thống điện mặt trời kết hợp với lưới để đảm bảo cung cấp
điện cho phụ tải trong trường hợp điều kiện khí tượng không đủ.
Xác định vị trí lắp đặt và quy mô công suất
Qua khảo sát, chọn vị trí lắp đặt dàn pin năng lượng mặt trời
trên mái nhà. Mặt bằng mái nhà có diện tích 12x10 = 120 m2, diện
tích lắp đặt khả dụng có thể lắp đặt dàn pin khoảng 80m2.


270 P

Công suất cực đại
Điện áp tại điểm công
suất đỉnh
Dòng điện tại công suất
đỉnh
Điện áp hở mạch

270 W

Dòng ngắn mạch
Hiệu suất quang năng môđun
Ngưỡng nhiệt độ vận
hành

30.8 V
8.75 A
37.9 V
9.32 A
16.50%
-40°C ~ +85°C

Số lượng tấm Pin mặt trời dự kiến lắp đặt:
Đối với hệ thống năng lượng mặt trời thiết kế như đã trình bày ở
trên, cô suất cần lắp khoảng 2,16kWp, số lượng pin cần thiết:
Npin = Qwp / Pđmpin = 2.160/270 = 8 tấm
Dựa vào đó, diện tích sơ bộ cần thiết để lắp đặt hệ thống pin:
S = Spin× 240 = (1,650×0,992) × 8 = 13 m2
b) Bố trí hướng và lắp hệ thống pin mặt trời:


Điện áp DC tối đa (V)

450

Điện áp khởi động (V)// điện
áp làm việc tối thiểu (V)

120/100

Điện áp hoạt động MPPT(V)

100-410

Số lượng MPPT

1/1

Dòng điện danh định (A)

16

Cầu dao DC

Tùy chọn
Đầu ra (AC)

Công suất danh định (W)

2000


Giải pháp thu thập dữ liệu từ xa:

Hình 3.8. Công tơ điện tử 1 pha DT01M80

Hình 3.9. Mô hình hệ thống RF Spider


15
3.3. Tổng hợp phương án tính toán, thiết kế
Bảng 3.3. Các thông số kỹ thuật chính của hệ thống mặt trời
STT

Hạng mục
Tấm pin năng lượng mặt
trời 270W

1

2
3
4

Nhà sản xuất

Số lượng

CANADIAN
SOLAR


Emec- Shchneder

5

Khung giàn đỡ tấm pin
NLMT

1

6

Thiết bị ngoại vi

1

3.4. Kết luận


16
CHƯƠNG 4: MÔ PHỎNG HỆ THỐNG PIN NĂNG LƯỢNG
MẶT TRỜI, PHÂN TÍCH KẾT QUẢ. TÍNH TOÁN CHI PHÍ.
4.1. Mô phỏng hệ thống pin lắp đặt
Giới thiệu phần mềm Pvsyst
Mô phỏng hệ thống pin năng lượng mặt trời lắp đặt
a) Thông số trắc quang về nhiệt độ bức xạ

Hình 4.2. Dữ liệu về bức xạ và nhiệt độ tại vị trí lắp đặt
b) Mô phỏng hệ thống pin lắp đặt

Hình 4.3. Mô phỏng góc nghiên lắp đặt hệ thống pin.



19

Hình 4.16. Sản lương điện năng trung bình ngày (trên 1kWp được
lắp đặt) qua các tháng
Bảng 4.2. Thông số cụ thể về sản lượng điện phát ra của nhóm pin
Tháng 1

GlobHor
kWh/m2
83,5

DiffHor
kWh/m2
53,00

T Amb
0
C
17,8

GlobInc
kWh/m2
96,1

GlobEff
kWh/m2
93,2


Tháng 4

118,6
155,2

77,50
81,62

21,98
25,82

119,1
144,7

115,2
138,2

211,0
247,0

202,4
237,8

0,787
0,761

Tháng 5

184,9


0,743

Tháng 7

189,3

79,02

30,45

156,9

149,0

261,5

251,9

0,744

Tháng 8

186,2

80,81

29,20

166,6


73,19

24,81

134,5

130,5

234

225,3

0,775

Tháng 11

99,8

65,23

21,79

114,3

110,8

204,3

196,2


1486

2672,8

2569,9

0,769

b) Tổn thất trong hệ thống


20

Hình 4.19. Biểu đồ tổn thất
c) Sản lượng điện thu được và tổn hao trong toàn hệ thống:
Từ các kết quả thu đượng ở trên, sản lượng điện năng và tổn hao
trong toàn hệ thống được tổng hợp trong bảng sau:
Bảng 4.4. Sản lượng điện năng sản xuất và tổn hao trong toàn hệ
thống
Tháng 1
Tháng 2
Tháng 3
Tháng 4
Tháng 5
Tháng 6
Tháng 7
Tháng 8
Tháng 9
Tháng 10


237,8

9,2

0,761

263,9

254,2

9,7

0,748

245,0

235,9

9,1

0,743

261,5

251,9

9,6

0,744


Tháng 12
Năm

204,3

196,2

8,1

0,795

158,9

151,8

7,1

0,802

2672,8

2569,9

102,9

0,769

4.3. Tổng mức đầu tư hệ thống pin mặt trời
Chi phí đầu tư xây dựng
Bảng 4.5. Tổng chi phí đầu tư xây dựng

27.648.000

2

Bộ inverter hòa lưới 2 kW

1

10.000.000

10.000.000

3

Tủ điện AC
Khung giàn đỡ tấm pin
NLMT

1

1.000.000

1.000.000

1

4.896.000

4.896.000


4

Tổng cộng

45.544.000

VAT 10%

4.554.400

Tổng sau thuế

50.098.400

Hình 4.20. Tỉ trọng đầu tư


22
Chi phí vận hành và bảo dưỡng:
Tổng chi phí cho việc vệ sinh tấm pin và bảo dưỡng là 500.000
đồng/năm.
Phân tích tính hiệu quả kinh tế của hệ thống pin mặt trời
Hệ số đầu vào
Suất đầu tư

21.085.185

VNĐ/kWp

Hệ số lạm phát

17.886.339

VNĐ

Thời gian hoàn vốn không chiết khấu

8

năm

Thời gian hoàn vốn có chiết khấu

13

năm

4.4. Kết luận


23
CHƯƠNG 5: LẮP ĐẶT, THU THẬP DỮ LIỆU VÀ ĐÁNH GIÁ
HIỆU QUẢ HỆ THỐNG PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI
5.1. Lắp đặt hệ thống pin năng lượng mặt trời.
5.2. Thu thập dữ liệu hệ thống pin năng lượng mặt trời và phụ
tải tiêu thụ:
Các dữ liệu thu thập về hệ thống năng lượng mặt trời:

Hình 5.4. Tần số ngày 08/08/2018
Tần số hệ thống pin năng lượng mặt trời nằm trong phạm vi
cho phép 49÷51Hz.