ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

TRẦN XUÂN THỊNH

THIẾT KẾ VÀ ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ KINH TẾ
HỆ THỐNG ĐIỆN MẶT TRỜI TẠI NHÀ Ở HỌC VIÊN HỌC VIỆN CHÍNH TRỊ KHU VỰC 3

C
C
R
UT.L

D

Chuyên ngành
Mã số

: Kỹ thuật điện
: 8520201

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT ĐIỆN

Đà Nẵng - Năm 2020


Cơng trình được hồn thành tại
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Người hướng dẫn khoa học: TS. LƯU NGỌC AN


cối, thích hợp cho việc lắp đặc các tấm pin mặt trời phục vụ cho quá
trình sử dụng năng lượng điện tái tạo vào thời gian ban đêm trong quá
trình nghĩ dưỡng của học viên, thay thế cho hệ thống điện lưới góp ích
một phần làm giảm khả năng thiếu hụt điện trong thời gian sắp đến.
Với lí do ở trên cho thấy việc nghiên cứu đề tài “Thiết kế và
đánh giá hiệu quả kinh tế hệ thống điện mặt trời tại khu nhà ở học
viên-học viện chính trị 3” 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.

C
C
R
UT.L

D

2. Mục tiêu nghiên cứu
Mục tiêu chính của đề tài là thiết kế, tính tốn hệ thống điện
năng lượng mặt trời nối lưới để hỗ trợ nhu cầu sử dụng điện tại khu
nhà ở học viên-học viện chính trị 3 – 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 khu nhà ở học viên-học viện chính trị 3.
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

năng lượng mặt trời.
Chương 2: Cơ sở tính tốn thiết kế hệ thống điện năng lượng
mặt trời.
Chương 3: Ứng dụng phần mềm PV- Syst thiết kế kế hệ thống
điện năng lượng mặt trời nối lưới.
Kết luận và kiến nghị.


3
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI VÀ
HỆ THỐNG ĐIỆN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI
1.1. Giới thiệu năng lượng tái tạo
1.1.1. Định nghĩa
1.1.2. Các dạng năng lượng tái tạo
a) Năng lượng mặt trời
b) Năng lượng địa nhiệt
c) Năng lượng gió
d) Năng lượng sinh khối
e) Năng lượng đại dương
1.2. Năng lượng mặt trời
1.2.1. Nguồn năng lượng mặt trời
a) Khái niệm
b) Năng lượng bức xạ mặt trời, thành phần bức xạ
c) Tính toán năng lượng mặt trời

C
C
R
UT.L


c) Ưu điểm và nhược điểm của hệ thống điện mặt trời nối lưới
có dự trữ

C
C
R
UT.L

2.1.2. Sơ đồ hệ thống điện mặt trời nối lưới khơng có hệ thống
dự trữ

D

a) Cấu tạo
b) Ngun lý hoạt động
c) Ưu điểm và nhược điểm của hệ thống điện mặt trời nối lưới
khơng có hệ thống dự trữ
2.2. Tính toán thiết kế hệ thống điện năng lượng mặt trời
Các bước cơ trong việc thiết kế hệ thống điện mặt trời nối
lưới:
 Bước 1: Tính phụ tải điện theo yêu cầu:
 Bước 2: Tính năng lượng điện mặt trời cần thiết Ec:
 Bước 3: Tính cơng suất của dàn pin mặt trời:
 Bước 4: Tính số module mắc song song và nối tiếp:
 Bước 5: Tính dung lượng của hệ thống acquy (chỉ sử dụng
trong hệ thống điện
 Bước 6: Chọn hệ thống biến đổi nguồn điện.


5


D

 p  17,9% , hiệu suất hướng và góc lắp đặt ε=95% thì cơng suất đặt
tối đa của hệ thống pin mặt trời ở điều kiện tiêu chuẩn là:

Pd   .E0 . p .Sd = 0,95.1000.0,179.604=102,7 (KWp)


6
E0 =1000W/m2 là cường độ bức xạ tiêu chuẩn.
 Điều kiện ràng buộc của lưới điện
Tổng công suất đặt của hệ thống điện mặt trời đấu nối vào cấp
điện áp hạ áp của trạm biến áp hạ thế không được vượt q cơng suất
đặt của trạm biến áp đó (theo thông tư số 16 ban hành ngày 12 tháng
9 năm 2017 sửa đổi bổ sung và quy định của Bộ Công thương, ban
hành ngày 18 tháng 11 năm 2015, số 39/2015/TT-BCT
Tổng công suất đặt máy biến áp tại trường là: S BA  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 tồn
hệ thống (cơng suất điểm đấu nối lên lưới /công suất đặt của hệ
thống pin quang điện) trong khoảng 75% đến 85%. Ta chọn hiệu suất
H = 85% .

C
C
R

 Phân tích lựa chọn vị trí và hướng lắp đặt tấm pin:
 Tính tốn số tấm pin mắc nối tiếp và song song:
Số module cần dùng trong hệ thống:
N

P(WP)
Pm



103000
 343
300

Số module mắc nối tiếp trong hệ thống:

Ns 

Vinverter 570  800 600


 22
Vm
27
27

C
C
R
UT.L

mềm PVsyst
Kết luận: Khi nhiệt độ pin quang điện và cường độ bức xạ tại
khu vực lắp đặt thay đổi so với điều kiện tiêu chuẩn thì hiệu suất của
module pin quang điện cũng thay đổi. Sự thay đổi của nhiệt độ ảnh
hưởng đến điện áp đầu ra của module. Sự thay đổi về cường độ bức
xạ sẽ làm thay đổi dòng điện đầu ra của module.

C
C
R
UT.L

3.2.6. Chọn biến tần cho hệ thống điện năng lượng mặt trời
a) Các yêu cầu khi chọn biến tần nối lưới
 Yêu cầu kỹ thuật khi chọn biến tần nối lưới:
- Đảm bảo làm việc ổn đinh theo đặc tính V-A phía đầu ra
của hệ thống pin quang điện. Nghĩa là biến tần làm việc với nhiều
đặc tính V-A thay đổi so với điều kiện tiêu chuẩn của hệ thống quang
điện, thiết bị theo dõi và bắt điểm công suất cực đại trong biến tần có
độ nhạy cao.
- Đảm bảo yêu cầu về điện áp, cơng suất, tần số, cosφ ở phía
đầu ra của biến tần để có thể hịa vào lưới điện quốc gia.
- Các thành phần sóng hài, dịng điện DC phía đầu ra đảm bảo
theo tiêu chuẩn để nối lưới.
- Hiệu suất của biến tần cao, hiện nay hiệu suất biến đổi biến
tần có thể đến 99% trong điều kiện tiêu chuẩn.
 Các tiêu chuẩn liên quan đến chọn biến tần nối lưới trong
hệ thống điện năng lượng mặt trời nối lưới phải đảm bảo theo yêu

D

UT.L

D

3.2.7. Định cỡ hệ thống điện năng lượng mặt trời trong phần
mềm PVsyst
a) Xác định số lượng biến tần và hệ thống pin 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.


10
Trước tiên, chọn số lượng biến tần: Công suất của hệ thống
biến tần được xem là công suất đặt của hệ thống vì tổn thất phía sau
biến tần là rất nhỏ.Vì vậy khi lựa chọn biến tần phải đảm bảo u cầu
giới hạn cơng suất đấu nối vào phía hạ áp của trạm biến áp.
Số lượng biến tần: N = 2 cái
Trong phần mềm, ta nhập số biến tần vào ô “Nb.of inverter”
như hình bên dưới.
Tiếp theo là chọn số lượng module pin quang điện nối tiếp và
song song.
 Kết quả của quá trình định cỡ hệ thống quang điện được
biểu diễn bên dưới.
Trong hình bên dưới mặt dù phần mềm báo là tổn thất quá tải
biến tần, tuy nhiên ta có thể chấp nhận giá trị đó bởi trong phần này
phần mềm chỉ tính tốn từ các giá trị trung bình. Để đánh giá trị quá
tải ta phải phân tích trong phần kết quả mơ phỏng.
Bảng 3.1. Mợt số thông số cơ bản của hệ thống.



88.4 kWdc

Công suất định mức của hệ thống biến tần

120 kWac

 Những vấn đề chính trong định cỡ hệ thống.
Nhận xét:
- Trong hình đặc tính V-A mảng pin quang điện “Array
Voltage Sizing” ta có thể thấy vùng điện áp, dịng điện ứng với điểm
công suất cực đại của hệ thống pin quang điện nằm trong giới hạn


11
làm việc cho phép của hệ thống biến tần.
- Trong hình vùng cơng suất phân phát đầu ra của hệ thống
biến tần “Power sizing: Inverter output distribution” ta thấy giá trị
công suất danh nghĩa của hệ thống biến tần đáp ứng được công suất
danh nghĩa của hệ thống pin quang điện.
 Thông số tổn thất trạm biến áp.
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 khơng
thể tính được bởi trong phần mềm này.
 Chọn loại dây điện
Đối với loại dây điện hệ thống năng lượng mặt trời, ngồi việc
đảm bảo khả năng dẫn dịng thì bỏ dây dẫn yêu cầu về cách điện,
chịu được nhiệt, bức xạ.
Chọn loại dây theo tiêu chuẩn của IEC 60228.

+ Báo cáo các thông số của hệ thống .
+ Các bản thông số chi tiết đầu vào và đầu ra của hệ thống.
+ Các đồ thị đặc tính chi tiết của hệ thống.
3.3.2. Phân tích kết quả mơ phỏng
a) Kết quả chính trong báo cáo của phần mềm PVsyst
 Thơng số chính của hệ thống:
+ Loại hệ thống: Hệ thống nối lưới;
+ Định hướng pin quang điện: 1 hướng;
+ Độ nghiêng/Góc phương vị =11o/0o;
+ Tấm pin quang điện: Kiểu: Sunmodule SW 300 mono;
PPVdanh nghĩa = 300Wp;
+ Số lượng tấm pin: 330 tấm; PPVtổng_danh nghĩa = 88.4kWp;
+ Biến tần: Kiểu: Sunny Tripower 60-10; PIVTtổng_danh nghĩa =
120 kWac;
+ Phụ tải: PL=2160.7 MWh/năm;
 Kết quả mô phỏng chính:
+ Sản xuất hệ thống: Sản lượng điện năng được tạo ra: Eac
= 148 MWh/năm;
+ Sản xuất cụ thể trên 1 đơn vị: 1496 Kwh/kwp/năm
+ Tỉ số hiệu suất: PR = Eac/Globinc.Pnom = 82.4%
 Nhận xét:
Vì sản lượng điện năng tạo ra trong năm thấp hơn rất nhiều
so với điện năng tiêu thụ trong năm nên không đáp ứng đủ nhu cầu
công suất cho phụ tải

D

C
C
R

UT.L

Bảng 3.3. Tổn thất bên trong hệ thống pin quang điện trong hệ thống
điện năng lượng mặt trời.

D

Hiệu suất chuyển đổi của loại module pin
quang điện

17,90%

Tổng điện năng danh nghĩa của hệ thống pin quang điện

174.1 MWh

thu được
Hiệu quả của mức chiếu xạ ánh sáng

-0,6%

Tổn thất nhiệt độ pin quang điện

-11,5%

Tổn thất không phù hợp giữa các tấm pin

+0,4%

quang điện

Điện năng đầu ra của hệ thống điện năng lượng mặt

148.1MWh

trời
Điện năng cung cấp cho phụ tải
Điện năng đưa vào lưới

148.1 MWh
0 MWh

Nhận xét:
+ So sánh với các hệ thống có cơng 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.
3.4. Kết luận chương 3
Trên cơ sở tính tốn các thơng số đầu vào ở chương 2,
chương này tác giả đưa các thông số vào để cài đặt phần mềm Pvsyst
để mô phỏng sự hoạt động của hệ thống . Ta thấy kết quả sản lượng
điện năng tạo ra hằng năm là 148MWh và các tổn thất điện năng
trong hệ thống điện nối lưới. Mơ hình này có thể nhân rộng ra các cá
nhân , đơn vị khác để khai thác, tận dụng nguồn năng lượng vơ tận,
sẵn có và thân thiện với mơi trường.

C
C
R

0,7% vì chất lượng của nhà sản xuất được cho là cao.

D

C
C
R
UT.L

4.2. Phân tích hiệu quả đầu tư
4.2.1. Phương pháp chung
Mục tiêu đánh giá kinh tế tài chính dự án là tính tốn, lựa
chọn phương án tối ưu, đánh giá, so sánh các chỉ tiêu kinh tế tổng
hợp của dự án để có các kết luận về mặt kinh tế của dự án; xem xét
tính khả thi về mặt tài chính của dự án và tính hiệu quả của quyết
định đầu tư:
Dịng tiền trong phân tích kinh tế - tài chính bao gồm:
 Dịng thu của dự án:
+ Tiền điện tiết giảm
+ Tiền bán điện
+ Giá mua bán chứng chỉ CO2 (CER)
 Dòng chi của dự án:
+ Vốn đầu tư


16
+ Trả vốn và lãi vay
 Hiệu quả đầu tư của dự án được đánh giá qua các chỉ tiêu
sau:
+ Hệ số hoàn vốn nội tại (IRR)

R
UT.L


17
nay chưa có giá chính thức
 Giá mua điện của tịa nhà
Giá điện sinh hoạt theo đơn vị hành chính sự nghiệp, cấp
điện áp dưới 6kV là 1.902 đ/kWh
 Giá mua bán chứng chỉ CO2 (CER)
Tạm tính giá thị trường chứng chỉ giảm phát thải được chứng
nhận (CERs) trên thế giới là 23,28 EURO/tấn CO2 (giá CER lấy tại
trang http://market.businessinsider vào ngày 15/02/2019)
 Chi phí bảo dưỡng
Chi này tương đối nhỏ nên trong phân tích hiệu quả kinh thế
tạm thời khơng tính chi phí này
 Thời gian phân tích
Sơ đồ tài chính giả định tồn bộ thời gian xây dựng và lắp
đặt, chạy thử hệ thống kéo dài 1 năm. Thời gian vận hành kinh tế của
hệ thống là 25 năm
 Cách tính hiệu quả kinh tế
Hiệu quả kinh tế mang lại bao gồm: Tiền điện tiết giảm; tiền
điện phát ngược lên lưới điện; tiết giảm khí thải CO2. Căn cứ tính
tốn là: Đơn giá tiền điện áp dụng cho mục điện phục vụ đơn vị hành
chính sự nghiệp cấp điện áp dưới 6kV; đơn giá tiền điện phát ngược
lên lưới theo quy định tại Quyết định số 11/2017/QĐ-TTg và giá
mua bán tín chỉ CO2 (CER)
Cơ sở và cách tính toán hiệu quả kinh tế như sau:
+ Tổng sản lượng điện hệ thống ĐMT tạo ra là 148 MWh/năm
+ Tổng tiết giảm CO2 tính tốn được là 77, 32 tấn CO2 (hệ số

Tủ điện + thiết bị bảo vệ, chơng
sét

6.480$

2

2.173$

1 bộ

Tổng

Tổng chi
phí
60.060$
12.960$
2.173$
75.193$

C
C
R
UT.L

Ghi
chú

Bảng báo giá cơng ty
cổ phần Đơng Nam


200
mét

1Cx2,5 mm2 (Cu/PVC)
Cáp đồng Cadivi từ tấm
pin đến Inverter – CV
1Cx6 mm2 (Cu/PVC)
Cáp đồng XLPE 4x35mm2
từ inverter đến tủ điện tổng

4.552$
231$

144$

1.056$
17,6$

60 mét

(nối lưới)
Tổng cộng (CPXD)

Ghi chú

5.983$

điện việt nam(CADIVI)


Khảo sát thị trường
0,822%(Gxd+Gtb)

Tổng
chi phí
2.242$
6.680$
667$
9.589$

Tổng mức đầu tư cơng trình chính là tổng cộng các chi phí
thiết bị, chi phí xây dựng, chi phí khác:
TMDT = CPXD + CPTB + CPK = 75.193 + 5.983 + 9.589 =
90.765 $
Theo khảo sát thị trường hiện nay, chi phí để lắp đặt và hoàn
thiện cho 1kwp pin năng lượng mặt trời khoảng 913$. Với công suất
lắp đặt tại khu nhà ở học viên thì tổng chí phí cần thanh tốn là: 913
$/1kwp x 103kwp = 94.039 $
So sánh với mức dự toán trên là tương đối phù hợp với giá thị
trường hiện nay.
b) Phân tích hiệu quả kinh tế dự án
Để tính tốn hiệu quả kinh tế và thời gian thu hồi vốn tác giả
đưa các thơng số tính tốn vào file excel
 Tổng vốn đầu tư dự án: 90.765 $ ( với 1 $ = 23.070 VND)
= 90.765 * 23.070 = 2.093.948.550 (đồng)
 Sản lượng điện tạo ra: Eac = 148 MWh/năm
 Lượng phát thải giảm được = Eac * hệ số phát thải đường
cơ sở 0,5603 tco2/MWh = 148 * 0,5603 = 82,92 (tco2) từ đó suy ra
số tiền giảm khí thải (1 CER = 23,28 EUR), 1 EUR = 25.500 VND =
82,92 * 23,28 * 25.500 = 49.224.628 ( đồng)

kể nên tác giả bỏ qua chi phí này
Dịng tiền sau thuế = dịng tiền chi phí tiết giảm – dịng tiền
chi phí vận hành – thuế ( miễn giảm thuế nên tác giả bỏ qua) = dịng
tiền chi phí tiết giảm – dịng tiền chi phí vận hành.
Vốn thu hồi từ năm = nguồn thu = dòng tiền sau thuế + khấu hao
Suy ra giá trị ròng vốn thu hằng năm = Vốn thu hồi từng năm
* hệ số kính tế

C
C
R
UT.L

D

Hệ sơ kinh tế được tính như sau:

1
với ( r = 8% lãi
(1  r ) n

suất ngân hàng, n số năm)
Kết quả chương trình excel ta thu được như sau:


21
Bảng 4.4. Bảng kết quả thu hồi vốn
Nguồn thu
Năm


731
807
891
982

Khấu
hao

Cộng

140
140
140
140
140
140
140
140
140
140
140
140
140
140
140

358
387
418
452

1.121

Hệ số

Giá trị
ròng
Vốn
thu hồi

Tổng vốn
còn lại dự
án chưa
thu hồi

0,926
0,857
0,794
0,735
0,681
0,630
0,583
0,540
0,500
0,463
0,429
0,397
0,368
0,340
0,315


-2.996

C
C
R
UT.L

Dựa vào bảng kết quả thu hồi vốn ta thấy 6 năm 4 tháng sẽ thu
hồi vốn
Cụ thể các thơng số tính tốn xem phụ lục

D

4.3. Kết luận chương 4
Chương này tác giả khái tốn tương đối tổng mức đầu tư và
tính hiệu quả kinh tế xây dựng hệ thống pin mặt trời nối lưới không
dự trữ cho khu nhà ở học viên. Tổng mức đầu tư tính tốn ra được
tương đối phù hợp với thự tế hiện nay, khoảng 21 triệu đồng/Kwp.
Khối lượng, giá thành và kết quả tính tốn được từ file excel chỉ là
tham khảo. Thời gian thu hồi vốn là 6 năm 4 tháng phù hợp với mức
trung bình tính tốn của dự án, thực tế cịn phụ thuộc nhiều yếu tố
như lạm phát, lãi vay, thời tiết hàng năm…


22
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
1. Các vấn đề thực hiện trong luận văn
- Sau một thời gian tìm tịi, học hỏi và nghiên cứu, vận dụng
các kiến thức chuyên ngành và kiến thức bên ngoài cũng như các dự
án tương tự nên luận văn đã được hồn thành. Trong đó bao gồm

UT.L


23
+ 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.
Những thuận lợi và khó khăn khi xây dựng hệ thống điện năng
lượng mặt trời tại khu nhà ở học viên:
Tḥn lợi:
+ Khơng có chi phí đất đai.
+ Hệ thống điện lưới gần với khu vực xây dựng hệ thống
PV.
+ Việc lắp đặt hệ thống pin quang điện trên mái nhà sẽ
giảm được chi phí đầu tư móng, giá đỡ cho dàn pin quang điện.
+ Cơ sở hạ tầng tại đây đã có sẵn, thuận lợi cho công tác
xây dựng và quản lý hệ thống điện năng lượng mặt trời.
Khó khăn:
+ Việc định hướng lắp đặt thực tế hệ thống pin quang điện
là phức tạp bởi lựa chọn hướng mái tối ưu nhất, cần phải đo đạc và
phân tích hiệu suất thu bức xạ cao nhất cho cả năm. Tuy nhiên, phần
định hướng lắp đặt hệ thống pin quang điện trong chương 3 đã đánh
giá hiệu suất rõ ràng nên có thể dựa vào đó để lắp đặt hệ thống pin
quang điện.
+ Hệ thống pin quang điện là phân tán nên việc đấu nối là
phải nghiên cứu kỹ để giảm tổn thất không phù hợp về công suất và
điện áp của hệ thống pin quang điện. có thể làm tăng thêm chi phí
dây điện đấu nối hệ thống pin quang điện để đưa về tủ đấu nối
chung.
+ Việc xây dựng hệ thống PV phải giữ được mỹ quan của