ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

PHẠM THỊ HUÊ

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG HỆ THỐNG PHÁT ĐIỆN
NĂNG LƢỢNG MẶT TRỜI CHO THÀNH PHỐ LÀO CAI VÀ ĐỀ XUẤT
GIẢI PHÁP QUẢN LÝ, KINH DOANH NĂNG LƢỢNG MẶT TRỜI

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
KỸ THUẬT ĐIỆN

Thái Nguyên - năm 2020


ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

PHẠM THỊ HUÊ
NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG HỆ THỐNG PHÁT ĐIỆN NĂNG LƢỢNG MẶT
TRỜI CHO THÀNH PHỐ LÀO CAI VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP QUẢN LÝ,
KINH DOANH NĂNG LƢỢNG MẶT TRỜI
CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN
Mã số: 8 52 02 01

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
KỸ THUẬT ĐIỆN

NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC:
PGS.TS. Nguyễn Nhƣ Hiển



i


THÔNG TIN CHUNG
Họ và tên: Phạm Thị Huê
Điện thoại: 0919709906

; Email: [email protected]

Đơn vị công tác: Trường Cao đẳng Lào Cai.
Ngành đào tạo: Kỹ thuật điện
Lớp: K21 KTĐ;

Khóa học: 2018-2020

Mã ngành : 8.52.02.01
Cơ sở đào tạo: Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp
Cán bộ hướng dẫn: PGS.TS. Nguyễn Nhƣ Hiển
Điện thoại: 0868015995; 0913588906 Email: [email protected]
Tên đề tài: "Nghiên cứu ứng dụng hệ thống phát điện sử dụng năng lƣợng mặt
trời cho thành phố Lào Cai và đề xuất giải pháp quản lý, kinh doanh cho năng
lƣợng mặt trời"

ii


LỜI CAM ĐOAN
Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của bản thân. Các nghiên cứu
và kết quả được trình bày trong luận văn là trung thực và chưa từng được công bố


năm 2020


MỤC LỤC
THÔNG TIN CHUNG ............................................................................................ II
LỜI CAM ĐOAN ................................................................................................... III
LỜI CẢM ƠN ......................................................................................................... IV
MỤC LỤC ................................................................................................................. V
DANH MỤC CÁC CHỮ VI T TẮT................................................................. VIII
DANH MỤC BẢNG, BIỂU ................................................................................... IX
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ ........................................................... X
MỞ ĐẦU ....................................................................................................................1
1. Tính cấp thiết của đề tài ......................................................................................1
2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu. .....................................................................1
2.1. Đối tượng nghiên cứu: .................................................................................1
2.2. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài ....................................................................1
3. Phương pháp nghiên cứu ....................................................................................2
4. Kết cấu của luận văn ...........................................................................................2
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU ..................................3
1.1. Giới thiệu về hệ thống điện tỉnh Lào Cai và thành phố Lào Cai .....................3
1.1.1. Giới thiệu về hệ thống điện tỉnh Lào Cai .................................................3
1.1.2. Giới thiệu khái quát về điện lực thành phố Lào Cai .................................4
1.2. Vai trò, đặc điểm và hiện trạng cấp điện của các tỉnh Tây Bắc .......................5
1.2.1. Vai trò và đặc điểm...................................................................................5
1.2.2. Hiện trạng cấp điện cho khu vực Tây Bắc ...............................................6
1.2.3. Tiềm năng năng lượng mặt trời tại các tỉnh Tây Bắc ...............................7
1.2. Vai trò của năng lượng mặt trời của thành phố Lào Cai .................................9
1.3. Một số lưu ý về năng lượng mặt trời tại thành phố Lào Cai .........................10
1.3.1. Tư vấn về lắp điện mặt trời: ...................................................................10

2.3.5. Lọc sóng hài............................................................................................31
2.3.5.1. Khái niệm về sóng hài .....................................................................31
2.3.5.2. Nguyên nhân phát sinh sóng hài .....................................................33
2.3.5.3. Tác hại sóng hài ..............................................................................33
2.3.5.4. Giải pháp lọc sóng hài .....................................................................33
2.3.6. Nguồn điện một chiều (Ắc quy) .............................................................34
2.3.6.1. Giới thiệu chung về Ắc quy ............................................................34
vi


2.3.6.2.Tiêu chuẩn ắc quy: TCVN : 4472 : 93 .............................................35
2.3.7. Hệ thống điều khiển................................................................................37
2.3.7.1. Điều khiển điện áp một chiều..........................................................38
2.3.7.2. Điều khiển nghịch lưu một pha .......................................................38
2.4. Kết luận chương 2 ..........................................................................................40
2.4.1. Căn cứ để chọn hệ thống điện mặt trời lai:.............................................40
CHƢƠNG 3: NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT MỘT SỐ GIẢI PHÁP QUẢN LÝ,
KINH DOANH NĂNG LƢỢNG MẶT TRỜI CHO THÀNH PHỐ LÀO CAI 43
3.1. Đánh giá khái quát .........................................................................................43
3.1.1. Ưu, nhược điểm của năng lượng mặt trời ..............................................43
3.1.2. Các văn bản pháp quy về điện mặt trời mái nhà ....................................45
3.2. Quan điểm và định hướng phát triển NL tái tạo ở VN đến 2030 và tầm nhìn
đến 2050 ................................................................................................................46
3.2.1. Giai đoạn từ nay đến 2030 ......................................................................47
3.1.2. Định hướng đến 2050 .............................................................................47
3.3. Thực trạng phát triển NL mặt trời ở Việt Nam và thành phố Lào Cai ..........50
3.3.1. Thực trạng phát triển NL mặt trời ở Việt Nam ......................................50
3.3.2. Tình hình phát triển điện mặt trời ở Thành phố Lào Cai .......................53
3.4. Đề xuất một số giải pháp QL và KD NLMT ở thành phố Lào Cai ...............55
3.4.1. Công tác tuyên truyền .............................................................................55


BXMT

Bức xạ mặt trời

DC

Một chiều

AC

Xoay chiều

MN

Miền núi

QL

Quản lý

KD

Kinh doanh

viii


DANH MỤC BẢNG, BIỂU
Bảng 1.1: Số liệu bức xạ của cả nước .........................................................................8

Hình 2.19: Sơ đồ cách tạo ra tín hiệu sin PWM........................................................31
Hình 2.20: Mơ dạng tín hiệu méo gây bởi song hài ..................................................32
Hình 2.21: Cấu tạo Ắc quy........................................................................................35
Hình 2.22: Cấu trúc điều khiển điện áp một chiều sử dụng bộ điều khiển PI ..........38
Hình 2.23: Sơ đồ khối nghịch lưu một pha ...............................................................38
Hình 2.24: Mạch vịng điều khiển dịng điện ............................................................39
Hình 2.25: Mạch vịng điều khiển cơng suất ............................................................39
Hình 2.26: Sơ đồ điều khiển hệ thống pin mặt trời nối lưới có lưu trữ ....................40

x


MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Đề tài nghiên cứu khảo sát tiềm năng phát triển khai thác nguồn năng lượng
mặt trời tại tỉnh Lào Cai bằng việc thiết kế hệ thống điều khiển nhằm khai thác được
nguồn năng lượng mặt trời đưa vào phục vụ sản xuất và đời sống, nhất là áp dụng
cho các cơ quan cấp sở của tỉnh Lào Cai nhằm góp phần giảm tiêu hao năng lượng
hóa thạch, đồng thời giảm phát thải khí gây hiệu ứng nhà kính. Nguồn năng lượng
mặt trời phong phú với nguồn bức xạ nắng trung bình là 4kW/h/m2/ngày. Bên cạnh
đó việc sử dụng năng lượng mặt trời như là một nguồn năng lượng tại chỗ để thay
thế cho các dạng năng lượng truyền thống đáp ứng nhu cầu năng lượng của các
vùng dân cư không tập trung là một kế sách có ý nghĩa về mặt kinh tế, an ninh quốc
phịng và phát triển văn hố giáo dục,…
Từ những đánh giá quan trọng trên chúng ta cần phải tiến hành nghiên cứu
tiềm năng khai thác nguồn năng lượng mặt trời tại tỉnh Lào Cai cũng như nghiên
cứu thiết kế hệ thống điều khiển hệ thống này để cung cấp cho một số phụ tải tại
tỉnh Lào Cai, thực hiện thí điểm tại Thành phố Lào Cai.
Vì vậy tơi chọn đề tài: "Nghiên cứu ứng dụng hệ thống phát điện sử dụng
năng lƣợng mặt trời và đề xuất giải pháp quản lý, kinh doanh cho năng lƣợng

đạo Công ty đặt ra và hướng đến tương lai.
Với thực trạng tổ chức sản xuất hiện nay Công ty Điện lực Lào Cai hiện
đang quản lý: Trạm trung gian: 5 trạm/9 máy, dung lượng 47.500 kVA; Trạm biến
áp phân phối 1.270 trạm/1.272 máy, dung lượng 26.874,85 kVA; 2.222 km đường
dây trung áp; 3.279 km đường dây hạ áp; Tụ bù trung áp 40 bộ dung lượng 23.700
kVAR, tụ bù hạ áp 3.084 bộ dung lượng 67.075 kVAR; với tổng số 20 đường dây
trung áp 35 kV, trong đó số đường dây đã khép vòng 6 đường dây cấp điện từ 15
xuất tuyến.
Nằm trên địa bàn một tỉnh miền núi, bên cạnh hoạt động sản xuất, kinh
doanh, một trong những mục tiêu lớn Công ty Điện lực Lào Cai hướng tới là làm
sao “phủ” lưới điện đến 100% các hộ nghèo trên địa bàn tỉnh. Do đó, những năm
qua, những đường dây cũ nát, cột tre, cột gỗ đã dần được thay thế bằng cột bê tông
vững chắc, nguồn điện về nơng thơn bảo đảm an tồn và chất lượng. Cơng ty Điện
lực Lào Cai phấn đấu đưa điện lưới quốc gia sẽ về khắp các bản, làng. Đưa điện về
vùng sâu, vùng xa là một trong những mục tiêu mà Công ty Điện lực Lào Cai đã và
đang quyết liệt triển khai với mục đích tất cả người dân trên địa bàn Lào Cai sẽ
được sử dụng điện lưới, kể cả những địa bàn xa xôi nhất.

3


1.1.2. Giới thiệu khái quát về điện lực thành phố Lào Cai
- Nguồn điện
Thành phố Lào Cai hiện đang được cấp điện trực tiếp từ lưới điện Quốc Gia
thông qua hai trạm biến áp 220KV và 110 KV:
+ Trạm 220 KV Lào Cai 220/110 KV - 1x125MVA.
+ Trạm 110 KV Lào Cai 110/35/22/10 KV - 1x25MVA.
- Lưới điện
+ Lưới 220KV: Từ trạm 220KV Lào Cai có hai tuyến 220KV đi Tân Kiều và
Yên Bái: Tuyến 220KV Lào Cai - Tân Kiều (Trung Quốc) dây dẫn ACSR 300.

di tích lịch sử và nhiều dân tộc có truyền thống văn hóa dân tộc đặc sắc rất thuận lợi
cho phát triển du lịch. Nằm ở khu vực giáp biên giới 3 nước Việt Nam – Lào –
Trung Quốc, các tỉnh Tây Bắc có thế mạnh kinh tế biên với cả Lào và Trung Quốc,
đồng thời là tâm điểm giao thương và khu vực hợp tác giữa các nước thuộc Tiểu
vùng sơng Mê Cơng mở rộng. Chính phủ Việt Nam cũng đã có chính sách đầu tư
riêng cho Tây Bắc, nhưng với những bất lợi như địa hình hiểm trở, cơ sở hạ tầng
thiếu và yếu kém, dân cư phân tán với nhiều dân tộc thiểu số, trình độ dân trí thấp,
kinh tế chậm phát triển, đời sống nhân dân còn nhiều khó khăn, Tây Bắc vẫn là
vùng kinh tế khó khăn và tỷ lệ hộ đói nghèo thuộc diện cao nhất cả nước.
Các tỉnh thuộc Tây Bắc (trong đó có tỉnh Lào Cai) là địa bàn chiến lược đặc
biệt quan trọng về kinh tế – xã hội, an ninh quốc phịng và là nơi có nhiều tiềm
năng, lợi thế về tài nguyên khoáng sản, du lịch, kinh tế cửa khẩu, và năng lượng tái
tạo như thủy điện nhỏ, năng lượng mặt trời,... Do dân cư khu vực Tây Bắc tập trung
nhiều ở vùng sâu vùng xa, địa hình hiểm trở, cơ sở hạ tầng còn thiếu nên việc cấp
điện cho phụ tải khu vực này cịn gặp rất nhiều khó khăn. Vì vậy việc nghiên cứu
tìm ra giải pháp hợp lý cung cấp điện năng cho khu vực Tây Bắc là một nhu cầu có
tính cấp thiết cao.
Là địa bàn chiến lược đặc biệt quan trọng về kinh tế – xã hội, an ninh quốc
phịng và là nơi có nhiều tiềm năng, lợi thế về tài nguyên khoáng sản, du lịch, kinh
tế cửa khẩu và năng lượng tái tạo như thủy điện nhỏ, năng lượng mặt trời,... Do dân
cư khu vực Tây Bắc tập trung nhiều ở vùng sâu vùng xa, địa hình hiểm trở, cơ sở hạ
tầng cịn thiếu nên việc cấp điện cho phụ tải khu vực này cịn gặp rất nhiều khó

5


khăn. Vì vậy việc nghiên cứu tìm ra giải pháp hợp lý cung cấp điện năng cho khu
vực Tây Bắc là một nhu cầu có tính cấp thiết cao.
1.2.2. Hiện trạng cấp điện cho khu vực Tây Bắc
Theo đặc điểm cung cấp năng lượng, các tỉnh Tây Bắc phân chia thành 2 khu

đầu tư cao (ngoại trừ thuỷ điện nhỏ), nguồn năng lượng phụ thuộc thiên nhiên,
không ổn định là rào cản lớn khi triển khai giải pháp này. Cho đến nay phần lớn các
dự án cấp điện từ nguồn năng lượng tái tạo đều ở quy mô nhỏ, phân tán, chưa được
xã hội hố, chủ yếu do tài trợ của chính phủ, của các tổ chức quốc tế.
Như vậy, có thể thấy rằng tình hình cung cấp và sử dụng điện tại khu vực
Tây Bắc nói chung cịn gặp nhiều khó khăn, các giải pháp cung cấp điện hiện nay
đều không đảm bảo được chất lượng và sự ổn định cao. Đối với các địa phương xa
lưới điện quốc gia thì giải pháp khả thi nhất là sử dụng các nguồn NLTT có tiềm
năng như NLMT, thủy điện nhỏ,… để cung cấp điện năng phục vụ nhu cầu của
đồng bào, chiến sĩ tại khu vực này.
1.2.3. Tiềm năng năng lượng mặt trời tại các tỉnh Tây Bắc
Các trạm khí tường vùng núi phía Bắc như Cao Bằng, Lai Châu đã tiến hành
đo trong nhiều năm các số liệu khí tượng phục vụ cho ngành khí tượng thủy văn
như số liệu về bức xạ mặt trời, số giờ nắng, nhiệt độ, độ ẩm, áp suất khí quyển, tốc
độ gió, lượng mưa,… Các số liệu về đo bức xạ MT bao gồm cường độ trực xạ, tán
xạ, tổng xạ, tổng lượng tổng xạ, số giờ nắng trung bình ngày, tháng.
Khu vực Tây Bắc được đánh giá có tiềm năng năng lượng mặt trời vào loại
khá trong tồn quốc do khơng bị ảnh hưởng nhiều bởi gió mùa và hồn tồn có thể
ứng dụng hiệu quả các công nghệ sử dụng năng lượng mặt trời tại khu vực Tây Bắc.
Bức xạ mặt trời trung bình năm từ 4,1 – 4,9 kWh/m2/ngày. Số giờ nắng trung bình
cả năm đạt từ 1800 – 2100 giờ nắng, các vùng có số giờ nắng cao nhất thuộc các
tỉnh Điện Biên, Sơn La. Số liệu bảng 2 cho thấy, thời điểm trong năm khai thác hiệu
quả nhất NLMT tại khu vực Tây Bắc là vào tháng 3 đến tháng 9, trong khi vào các
tháng mùa đông hiệu quả khai thác NLMT là rất thấp.

7


Số liệu bức xạ của cả nước ta như sau:
Bảng 1.1: Số liệu bức xạ của cả nước

Tốt

2000-2600

4,9 – 5,7

Rất tốt

Nam Bộ

2200-2500

4,3 – 4,9

Rất tốt

Trung bình cả nước

1700-2500

4,6

Tốt

Vùng

Tây Nguyên và Nam
Trung Bộ

Ứng dụng

phần điện năng có thể được bán lại cho nhà nước và kiếm được thêm một khoàn
tiền cố định từ việc lắp đặt tấm pin năng lượng mặt trời. Vào mùa hè hoặc đơng nhu
cầu sử dụng điện tăng cao vì để chạy các thiết bị như máy lạnh, quạt nước, lò sưởi
dễ gây nên tình trạng sụt điện vì quá tải hoặc mất điện thường xuyên vào những
tháng hanh khô trong năm do mạng lưới điện quốc gia thiếu hụt điện nghiêm trọng
điều này ảnh hưởng rất nhiều đến sinh hoạt hàng ngày của gia đình hoặc cản trở
9


công việc kinh doanh. Những lúc như thế này nếu lắp đặt điện năng lượng mặt trời
thì có thể n tâm vì ln có nguồn điện năng để sử dụng và không bị phụ thuộc
vào nguồn điện của quốc gia. Ngoài ra, vấn đề thẩm mỹ của tấm pin năng lượng
mặt trời khơng chỉ đẹp mắt mà nó cịn giúp ngơi nhà bạn chống nóng một cách rất
hiệu quả.
1.3. Một số lƣu ý về năng lƣợng mặt trời tại thành phố Lào Cai
Khi muốn sử dụng một hệ thống năng lượng mặt trời thì trước hết, cần giải
quyết tốt một số vấn đề sau:
1.3.1. Tư vấn về lắp điện mặt trời:
Cần có các đơn vị chun mơn và đội ngũ kỹ thuật để tư vấn về cách thức
lắp pin năng lượng mặt trời hồn tồn miễn phí.
1.3.2. Chi phí lắp 1 hệ thống điện năng lượng mặt trời hồn chỉnh:
Mơ hình điện mặt trời áp mái cho gia đình sẽ được tính như sau: Với cơng
suất lắp đặt từ 2  5kW, mỗi kW cần diện tích khoảng 6  7m2, mỗi ngày sản xuất
được từ 4  6kWh (tùy chất lượng tấm pin, các thành phần khác trong hệ thống và
điều kiện nắng) sẽ có suất đầu tư từ 20  25tr/1kWh cho các sản phẩm tốt và từ 25 
30tr cho các sản phẩm cao cấp có tiêu chuẩn và chất lượng vượt trội, thời gian bảo
hành cũng lâu hơn. Số tiền mua pin mặt trời chiếm khoảng 60  70% giá trị hợp
đồng, số phần trăm còn lại bao gồm: Các thiết bị sử dụng trong tủ điện, dây dẫn
chuyên dụng cho điện mặt trời. Tiếp đến là điều kiện mái thi công, chất lượng thi
công, bảo hành bảo dưỡng.

năng lượng mặt trời nói riêng sẽ góp phần thúc đẩy thành phố Lào Cai ngày càng
phát triển về mọi mặt.

11


CHƢƠNG 2
NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC HỆ ĐIỆN MẶT TRỜI
NỐI LƢỚI CĨ LƢU TRỮ
2.1. Giới thiệu:
Ứng dụng cơng nghệ chuyển hóa quang năng thành điện năng đã trở thành
xu thế mới để dần thay thế các nguồn điện sử dụng tài nguyên môi trường. Hệ thống
điện mặt trời mái nhà với công suất nhỏ, tiện dụng, điện mặt trời (ĐMT) lắp trên
mái nhà khơng chỉ giúp tiết kiệm chi phí, mà cịn góp phần giảm áp lực về đầu tư
nguồn điện, giảm ơ nhiễm mơi trường. Ưu thế của nó thể hiện như sau:
- Điện mặt trời mái nhà là giải pháp năng lượng mặt trời cho hộ gia đình,
doanh nghiệp, ... là nguồn năng lượng tái tạo thực sự, chuyển hóa quang năng thành
điện năng, tận dụng ánh sáng mặt trời, thân thiện với môi trường.
- Sử dụng nguồn "nguyên liệu" gần như là vô tận - ánh sáng mặt trời, sử
dụng trong gia đình, doanh nghiệp giúp giảm sâu hóa đơn tiền điện hàng tháng.
- Chi phí bảo trì, bảo dưỡng cực thấp. Người dùng chỉ cần giữ hệ thống sạch
sẽ (vệ sinh 2-3 lần/năm). Hệ thống điện mặt trời mái nhà khơng có các bộ phận
chuyển động gây hao mịn, do đó chi phí bảo dưỡng gần như là khơng có.
- Cơng nghệ phát triển điện mặt trời phát triển rất nhanh và không ngừng tiến
bộ. Những đổi mới của công nghệ càng ngày sẽ càng làm cho hiệu quả của các tấm
pin mặt trời tăng lên.
2.1.1. Nguyên lý hoạt động
- Năng lượng mặt trời được hấp thụ bởi tấm pin và chuyển hóa thành nguồn
điện 1 chiều.
- Inverter chuyển dòng điện 1 chiều từ hệ thống tấm pin sang dòng điện xoay