ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

ĐỖ MINH LỘC

ĐÁNH GIÁ DỰ ÁN NĂNG LƯỢNG

MẶT TRỜI 47,5MW NỔI TRÊN MẶT HỒ ĐA MI

Chuyên ngành: Kỹ Thuật Điện

Mã số: 60.52.02.02

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Đà Nẵng - Năm 2018

Công trình được hoàn thành tại

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Người hướng dẫn khoa học: TS. LƯU NGỌC AN

Phản biện 1: TS. TRỊNH TRUNG HIẾU

Phản biện 2: GS.TS. NGUYỄN HỒNG ANH

Luận văn được bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp

thạc sĩ kỹ thuật họp tại Trường Đại học Bách khoa Đà Nẵng vào

ngày 03 tháng 03 năm 2018

* Có thể tìm hiểu luận văn tại:

- Trung tâm Học liệu, Đại học Đà Nẵng tại Trường Đại học

Bách khoa

- Thư viện Khoa Điện, Trường Đại học Bách khoa - ĐHĐN

1

MỞ ĐẦU

1. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI

1.1. Cơ sở khoa học và thực tiễn của đề tài

Nhằm đạt mục tiêu của Chính phủ đề ra cho ngành Năng lượng

Việt Nam, phấn đấu để tới năm 2020, Việt Nam phải đạt được sản

lượng điện 265 tỷ kWh và tới năm 2030 phải đạt tới 570 tỷ kWh (năm

2017 mới chỉ khoảng 174 tỷ kWh điện thương phẩm). Qua 30 năm đổi

mới đất nước, ngành Năng lượng nói chung và ngành điện nói riêng

hàng năm đều tăng trưởng trên 10% năm. Ngành điện đã đáp ứng

được tốc độ tăng trưởng đó. Tuy nhiên, hiện nay những năng lượng

hóa thạch như than, khí đốt ngày càng cạn kiệt, các nguồn thủy điện

lớn hầu hết được khai thác, để cân đối mục tiêu trên, từ nay đến năm

2020, trong vòng hơn 3 năm nữa phải tìm ra nguồn điện để bổ sung

thêm gần 100 tỷ kWh điện; Bổ sung thêm khoảng 300 tỷ kWh đến

2030. Từ nhận định trên, các nguồn điện từ năng lượng mới như gió,

mặt trời… cần được khai thác mạnh mẽ.

Năng lượng tái tạo nói chung và năng lượng mặt trời nói riêng

đã được thế giới coi trọng trong nhiều thập kỷ qua và được đánh giá

có tiềm năng to lớn. Đất nước chúng ta nằm trong ở khu vực nhiệt đới,

do đó, nguồn năng lượng mặt trời có quanh năm đặc biệt là khu vực

Miền nam.

Có thể nói rằng, nguồn Năng lượng từ bức xạ mặt trời là vô tận.

Để phát triển điện mặt trời, Thủ tướng Chính phủ đã 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 quyết định này, dự án điện

mặt trời được miễn thuế nhập khẩu đối với hàng hóa nhập khẩu để tạo

tài sản cố định cho dự án. Các dự án điện mặt trời, công trình đường

dây và trạm biến áp để đấu nối với lưới điện được miễn, giảm tiền sử

dụng đất, tiền thuê đất, tiền thuê mặt nước theo quy định của pháp luật

hiện hành áp dụng cho dự án thuộc lĩnh vực ưu đãi đầu tư. Bên mua

điện có trách nhiệm mua toàn bộ sản lượng điện từ các dự án nối lưới

với giá mua điện tại điểm giao nhận điện là 2.086 đồng/kWh (chưa

bao gồm thuế giá trị gia tăng), đương đương 9,35 Uscents/kWh đối

2

với các dự án đưa vào vận hành trước ngày 30 tháng 06 năm 2019 áp

dụng cho cả vòng đời dự án là 20 năm. Giá điện này chỉ áp dụng cho

các dự án nối lưới có hiệu suất của tế bào quang điện (Solar Cell) lớn

hơn 16% hoặc mô đun lớn hơn 15% [3].

Như vậy có thể thấy rằng, Chính phủ hết sức quan tâm thúc đẩy

phát triển nguồn điện nói chung và nguồn năng lượng mặt trời nói

riêng. Tuy nhiên, thực tiễn cho thấy rằng đến nay nguồn điện từ năng

lượng mặt trời được đưa vào sử dụng vẫn còn rất khiêm tốn, đến nay

vẫn chưa có Dự án điện mặt trời với quy mô hàng chục MW nối lưới

được đưa vào vận hành, một trong các lý do chính đó là kinh nghiệm

thực tế về thiết kế, xây dựng và quản lý vận Dự án này còn nhiều hạn

chế.

Do vậy, việc chọn nội dung đề tài: “ĐÁNH GIÁ DỰ ÁN

NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI 47,5MW NỔI TRÊN HỒ ĐA MI”

mang tính cấp thiết nhằm đảm bảo cung cấp điện trong giai đoạn hiện

nay và các năm tiếp theo, phù hợp với mục tiêu chiến lược phát triển

nguồn điện nói chung cũng như nguồn năng lượng điện mặt trời tại

Việt Nam mà Thủ tướng Chính phủ đã phê duyệt.

1.2. Ý nghĩa của đề tài

Thông qua nội dung đánh giá về dự án năng lượng điện mặt trời

nổi trên hồ Thủy điện Đa Mi, Đề tài phân tích đánh giá các yếu tố kỹ

thuật đối với dự án, tạo tiền đề phát triển mạnh mẽ năng lượng điện

mặt trời, góp phần thực hiện lộ trình xây dựng và phát triển nguồn

năng lượng điện tái tạo tại Việt Nam theo Quyết định mà Thủ tướng

Chính phủ đã phê duyệt, góp phần giảm phát thải và bảo vệ môi

trường sống của chúng ta.

2. MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI

Nghiên cứu, phân tích đánh giá các yếu tố kỹ thuật đối với Dự

án điện mặt trời nổi tại hồ Thủy điên Đa Mi với quy mô 47,5 MW nối

lưới. Các mục tiêu cụ thể bao gồm:

- Đánh giá tiềm năng bức xạ năng lượng mặt trời trong khu vực và

trên thế giới.Thu thập, phân tích tổng hợp số liệu quan trắc khí tượng

tại vị trí dự án.

3

- Đánh giá tổn thất, tính toán lựa chọn các thiết bị chính của nhà

máy.

- Lựa chọn vị trí, bố trí thiết bị và mô phỏng bằng phần mềm chuyên

dụng PVsys để đánh giá tính khả thi và hiệu quả của dự án.

Ứng dụng kết quả nghiên cứu để góp phần hoàn thiện nội dung

thiết kế, triển khai thực hiện dự án cũng như làm tài liệu tham khảo để

triển khai xây dựng các dự án tương tự trên mặt hồ thủy điện, thủy lợi

đang có nhiều tiềm năng ở nước ta.

3. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU

3.1. Đối tượng nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu của đề tài là phân tích đánh giá các yếu tố

kỹ thuật của Dự án.

3.2. Phạm vi nghiên cứu

Phạm vi nghiên cứu của đề tài bao gồm:

- Đánh giá tiềm năng bức xạ mặt trời tại vị trí của dự án.

- Tìm hiểu, lựa chọn các công nghệ PV, inverter phổ biến và đáp

ứng được các quy định hiện hành.

- Nghiên cứu việc thiết kế bố trí các mô đun PV và inverter.

- Nghiên cứu hệ thống công nghệ phao nổi trên mặt hồ.

- Lựa chọn vị trí, bố trí thiết bị, mô phỏng bằng phần mềm PVsys

để đánh giá ở khía cạnh kỹ thuật của dự án.

4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

- Nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực nghiệm.

- Xem xét ứng dụng phù hợp với thực tiễn.

5. BỐ CỤC LUẬN VĂN

Chương 1: Cở sở lý thuyết Năng lượng mặt trời.

Chương 2: Đánh giá tiềm năng bức xạ mặt trời.

Chương 3: Nghiên cứu thiết kế lựa chọn và bố trí mô đun PV, inverter

và hệ thống phao nổi.

Chương 4: Mô phỏng, đánh giá các yếu tố kỹ thuật của dự án.

Kết luận và kiến nghị.

4

CHƯƠNG 1

CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI

1.1. CƠ SỞ LÝ LUẬN VỀ NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI

1.2. TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ PIN QUANG ĐIỆN

1.2.1. Lý thuyết pin quang điện

1.2.2. Mạch điện tương đương

1.2.3. Điện áp hở mạch và dòng ngắn mạch

1.2.4. Đường I – V và P – V

1.2.5. Công nghệ pin quang điện

1.2.6. Module PV và mảng PV

1.2.7. Tính toán chuỗi các modules PV

1.2.7.1. Nối nối tiếp

1.2.7.2. Nối song song

1.2.7.3. Tính toán nối theo mảng

1.2.8. Hệ thống PV độc lập và kết lưới

1.2.8.1. Hệ thống PV độc lập (off – grid)

1.2.8.2. Hệ thống PV có kết lưới (on – grid)

1.2.8.3. Hệ thống PV tập trung có kết lưới

1.3. CÁC LOẠI PV PHỔ BIẾN HIỆN NAY

Kết luận chương 1:

Nội dung chương 1, đã tìm hiểu và nghiên cứu về quỹ đạo mặt trời. Đây là cơ sở cho việc nghiên cứu về hướng và góc lắp đặt tấm pin mặt trời đối với mỗi dự án cụ thể nhằm thu được tổng lượng bức xạ mặt trời trung bình lớn nhất trong năm vận hành. Tìm hiểu nguyên lý làm việc của pin mặt trời và các loại pin được sản xuất phổ biến hiện nay trên

thế giới. Tìm hiểu phân tích các phương án ghép nối thành các mảng

pin lắp đặt cho các dự án điện mặt trời. Theo số liệu tổng hợp phân

tích ở trên, tùy vào vị trí và điều kiện cụ thể của từng dự án để lựa

chọn loại PV phù hợp. Đối với vùng nhiệt đới (nhiệt độ trung bình

hàng năm cao) sử dụng loại Poly – Crystalline kinh tế hơn bởi vì:

- Được sản xuất nhiều phổ biến ở các hãng sản xuất lớn trên thế giới,

- Sự suy giảm hiệu suất theo nhiệt độ ít hơn các loại khác.

- Giá thành thấp hơn khoảng 5 đến 7% so với cùng công suất tại thời

hiện nay.

- Hiệu suất đã được cải thiện hơn do công nghệ xản xuất được phát

triển.

5

CHƯƠNG 2

ĐÁNH GIÁ TIỀM NĂNG BỨC XẠ MẶT TRỜI

2.1. XU HƯỚNG PHÁT TRIỀN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI

2.2. THU THẬP, PHÂN TÍCH ĐÁNH GIÁ NGUỒN BỨC XẠ

MẶT TRỜI TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM

2.2.1. Tiềm năng năng lượng mặt trời tỉnh Bình Thuận

2.2.2. Bức xạ năng lượng mặt trời khu vực dự án

2.2.3. Kết quả khảo sát khu vực dự án

2.2.4. Giới thiệu tổng quan về Dự án năng lượng mặt trời

Đa Mi

2.2.4.1. Quy mô dự án

2.2.4.2. Địa điểm xây dựng

Kết luận chương 2:

- Số liệu nghiên cứu chỉ ra rằng địa điểm xây dựng dự án có tiềm

năm bức xạ mặt trời khá tốt, trung bình khoảng 5kWh/m2/ngày, cao

hơn bình quân trong cả nước. Điều kiện để thi công và đấu nối lưới

điện thuận lợi.

- Đặc biệt hệ thống điện mặt trời nổi trên mặt nước có nhiều ưu điểm

như giúp tăng hiệu suất nhà máy, tác động tích cực đến môi trường,

giảm chi phí đền bù đất...

- Về mặt kỹ thuật, dự án dự kiến xây dựng nhà máy điện mặt trời với

công suất 47,5MW, thuận lợi về mặt bằng thi công, giao thông phù

hợp với các chính sách phát triển điện mặt trời của Chính phủ và Bộ

Công Thương.

- Số liệu quan trắc tại khu vực hồ Đa Mi cao hơn so với số liệu thu

thập từ các nguồn dữ liệu khác đã được công bố.

- Với số liệu bức xạ như phân tích như trên, khu vực dự án được

đánh giá có tiềm năng thuận lợi để phát triển điện mặt trời sử dụng

công nghệ tấm pin quang điện.

6

CHƯƠNG 3

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ, LỰA CHỌN BỐ TRÍ CÁC MÔ ĐUN

PV, INVERTER VÀ HỆ THỐNG PHAO NỔI

3.1. NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ LỰA CHỌN, BỐ TRÍ MÔ ĐUN PV

3.1.1. Thiết kế lắp đặt pin mặt trời PV

3.1.1.1. Góc nghiêng tấm pin

3.1.1.2. Bố trí cấu hình lắp đặt các tấm pin

3.1.1.3. Khoảng cách giữa các hàng pin

3.1.1.4. Thiết kế phần điện DC

3.1.2. Phương án bố trí mảng pin

3.1.2.1. Số tấm pin nối tiếp tối đa trong một chuỗi

3.1.2.2. Số tấm pin nối tiếp tối thiểu trong một chuỗi

3.2. NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN INVERTER

3.2.1. Phân loại Inverter

3.2.1.1. Inverter trung tâm (Central inverter)

3.2.1.2. Inverter chuỗi (String inverter)

3.2.1.3. Inverter siêu nhỏ (Micro inverter)

3.2.2. Tính toán công suất mảng pin/inverter

3.3. NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ LỰA CHỌN HỆ PHAO NEO

3.3.1. Dạng phao nối kết hợp giàn khung thép tạo góc nghiêng

3.3.2. Dạng phao chuyên dụng tạo góc nghiêng

3.3.3. Phân loại chung các loại vật liệu nhựa phổ biến

3.3.4. Chọn lựa chủng loại vật liệu sử dụng cho phao

3.3.5. Xem xét lựa chọn phương án phao

3.3.5.1. Phao đúc sẵn

3.3.5.2. Phao lắp ghép

3.3.6. Tải trọng thiết kế

3.3.7. Yêu cầu thiết kế đối với hệ thống phao

Kết luận chương 3:

7

Trong chương 3, đã tìm hiểu nghiên cứu đề xuất phương án

lựa chọn các loại thiết bị chính của dự án điện mặt trời như: pin,

inverter và hệ thống phao nổi đảm bảo đáp ứng được các yêu cầu kỹ

thuật theo quy định tại thông tư 39/2015 của Bộ Công Thương quy

định về lưới điện phân phối, Quyết định số 11/2017 của Thủ tướng

Chính phủ về khuyến khích phát triển năng lượng điện mặt trời. Đồng

thời phân tích đánh giá các ưu khuyết điểm của từng chủng loại công

nghệ thiết bị hiện nay để các Nhà đầu tư có cơ sở tham khảo lựa chọn

tối ưu về kinh tế - kỹ thuật theo đặc thù của từng dự án điện mặt trời

nổi cụ thể.

8

CHƯƠNG 4

MÔ PHỎNG, PHÂN TÍCH ĐÁNH GIÁ CÁC YẾU TỐ KỸ

THUẬT CỦA DỰ ÁN

4.1. PHÂN TÍCH SỐ LIỆU DỰ ÁN

Trong nội dung luận văn này, tác giả tập trung vào đánh giá dự

án về khía cạnh kỹ thuật với việc phân tích lựa chọn vị trí, địa điểm,

công nghệ và thiết bị từ đó đưa ra thiết kế tối ưu phù hợp với ràng

buộc về vốn đầu tư và hiệu quả của dự án; đồng thời sử dụng phần

mềm PVsyst để hỗ trợ cho quá trình tính toán thiết kế tối ưu cho dự

án. Các thông số đầu vào cho việc đánh giá dự án như sau:

- Vị trí địa lý dự án.

- Dữ liệu khí tượng.

- Các điều kiện về môi trường thiết kế: Suất phản chiếu, nhiệt độ

môi trường thấp nhất, nhiệt độ làm việc cao nhất.

- Khai báo các giá trị tổn thất: tổn thất nhiệt độ, tổn thất dây dẫn AC

và DC, bụi bẩn, ánh sáng, chất lượng tấm pin, sai khác hệ thống, tự

dùng, hệ số suy giảm…

- Quy mô, đặc điểm và tính năng của môđun PV được đề xuất.

- Quy mô, đặc điểm kỹ thuật và đặc tính của inverter đề xuất.

4.1.1. Lựa chọn vị trí dự án.

Hồ thủy điện Đa Mi có tổng diện tích mặt thoáng trên 600ha,

với quy mô dự án điện mặt trời Đa Mi 47,5MW dự kiến sẽ chiếm diện

tích khoảng 45ha để đặt các tấm pin trên mặt hồ.

9

Hình 4.1: Vị trí mặt bằng lắp đặt mảng pin trên mặt hồ Đa Mi

Với kết quả khảo sát, nghiên cứu tại hiện trường vị trí lựa chọn

đảm bảo các yêu cầu:

- Giảm thiểu sự ảnh hưởng của dòng chảy tự nhiên trong lòng hồ;

- Hạn chế bị che khuất bởi địa hình;

- Thuận lợi cho việc bố trí, đấu nối trạm điện và lưới điện 110kV;

- Thuận tiện trong việc bố trí mặt bằng, đường giao thông phục vụ

thi công.

Để đảm bảo tối ưu trong các điều kiện trên, địa điểm xây dựng

dự án lựa chọn ở phía Đông - Nam của mặt hồ theo hình 4.1.

4.1.2. Quan trắc, tổng hợp phân tích số liệu bức xạ tại vị trí

dự án

Chúng ta nhận thấy rằng, giá trị bức xạ mặt trời tại vị trí dự án

là yếu tố quyết định đến tính khả thi của một dự án năng lượng mặt

trời, đây là số liệu đầu vào chủ yếu để tạo ra sản lượng điện phát

được trung bình trong năm. Tiềm năng năng lượng mặt trời thường

được đánh giá dựa trên 3 thông số:

- Trực xạ (Direct Normal Irradiation - DNI): là phần năng lượng

nhận được từ mặt trời tới một bề mặt luôn hướng về mặt trời tại mọi

thời điểm (mặt phẳng đón bức xạ luôn vuông góc với tia tới từ mặt

trời). Thành phần trực xạ thường được quan tâm khi thiết kế hệ thống

quang điện bám theo (tracking) hoặc dùng cho công nghệ nhiệt mặt

trời tập trung (CSP);

10

- Tán xạ phương ngang (Diffuse Horrizontal Irradiation – DHI): là

phần năng lượng tán xạ từ bức xạ mặt trời tới một bề mặt nằm theo

phương ngang, phần tán xạ có thể từ bầu khí quyển, mặt đất hoặc các

vật thể xung quanh khác;

- Tổng xạ phương ngang (Global Horrizontal Irradiation – GHI): là

toàn bộ năng lượng bức xạ mặt trời tới một bề mặt nằm theo phương

ngang, bao gồm tán xạ phương ngang và thành phần phương ngang

của trực xạ. Giá trị tổng xạ GHI sẽ được sử dụng chính để đánh giá

năng lượng của một nhà máy quang điện mặt trời.

Hiện nay, có nhiều nguồn số liệu bức xạ được các tổ chức trên

thế giới tiến hành đo đạc từ vệ tinh được tổng hợp và công bố chẳng

hạn như:

- Theo số liệu tính toán từ phần mềm Meteonorm 7, số liệu này được

tổng hợp và nội suy từ các trạm đo bức xạ trên thế giới kết hợp với số

liệu bức xạ đo của vệ tinh.

- Theo số liệu thu thập từ nguồn dữ liệu công khai của NASA (tại

trang web: https://eosweb.larc.nasa.gov/sse/),

- Theo số liệu thu thập từ nguồn dữ liệu SolarGIS (tại trang web:

http://solargis.com/).

Tuy nhiên, các số liệu này mang tính lý thuyết, mật độ mạng

lưới quan trắc rộng cho nên mức độ chính xác sẽ không cao. Hơn nữa,

đến thời điểm hiện nay chưa có một dự án năng lượng điện mặt trời

nào ở Việt Nam với quy lớn để kiểm chứng độ chính xác của số liệu

bức xạ từ các nguồn dữ liệu nói trên. Từ thực tế đó, việc lắp đặt các

trạm đo bức xạ tại chính vị trí xây dựng dự án là cần thiết (đặc biệt đối

với các dự án qui mô lớn hàng chục MW). Từ tháng 05/2016, chủ đầu

tư dự án đã cho lắp đặt thành công trạm quan trắc số liệu bức xạ với số

liệu chi tiết được phân tích và tổng hợp được mô tả ở “Bảng 2.10” ở

Chương 2 như sau:

11

Bảng số liệu tổng hợp bức xạ mặt trời tại hồ Đa Mi

Tháng

Bức xạ T.B

ngày/tháng

(kWh/m2/ngày)

Tổng bức

xạ/tháng

(kWh/m2)

Tổng Số giờ

nắng trong

tháng (giờ)

Nhiệt độ

T.bình

(t0C)

05/2016 6,5 182 228 29.5

06/2016 6,4 185 217 28.3

07/2016 6,3 154 219 28.0

08/2016 5,9 169 201 27.3

09/2016 6,2 127 212 28.5

10/2016 5,0 164 200 27.7

11/2016 5,6 179 204 28.3

12/2016 4,1 205 165 26.3

01/2017 5,5 190 224 28.1

02/2017 6,4 201 213 29.3

03/2017 6.7 190 256 31.6

04/2017 6.8 196 242 31.6

Tổng - 2.142 2581 -

4.1.3. Nghiên cứu lựa chọn tấm pin

Tiêu chí lhiên cứ pin trước hết phải đảm bảo về mặt hiệu suất tối

thiểu theo quyết định số 11/2017 của Thủ tướng chính phủ về cơ chế

khuyến khích phát triển các dự án năng lượng điện mặt trời tại Việt

Nam, đồng thời đảm bảo tiết kiệm diện tích lắp đặt nhằm giảm chi phí

đầu tư hệ thống phao nổi, đảm bảo chất lượng và tuổi thọ cao.

Kết quả tổng hợp tính toán với các loại pin phổ biến hiện nay

theo bảng 4.2. Loại 60 cell có công suất phổ biến đến 275 Wp và loại

72 cell có công suất phổ biến đến 330Wp. Hiện nay, một số hãng sản

xuất pin hàng đầu thế giới cũng đã xản xuất với công suất lớn hơn

nhưng chưa được phổ biến nên tính cạnh tranh còn chưa cao.

12

Bảng 4.1: So sánh các loại pin về thông số kỹ thuật

Loại pin Công suất

(Wp)

Hiệu suất

(%)

Số lượng

tấm pin

Tổng diện

tích tấm pin

(ha)

60 cell

255 15,58 186.264 30,49

260 15,89 182.688 29,90

265 16,19 179.256 29,34

270 16,50 175.920 28,79

275 16,80 172.728 28,27

72 cell

305 15,72 155.740 30,22

310 15,98 153.220 29,73

315 16,23 150.800 29,26

320 16,49 148.440 28,80

325 16,75 146.160 28,36

330 17,01 143.940 27,93

335 17,26 141.800 27,51

Để đáp ứng được các yêu cầu trên, phương án chọn pin là loại 72 cell

330Wp với hiệu suất 17,01%.

4.1.4. Nghiên cứu lựa chọn inverter

Tiêu chí lựa chọn hệ thống inverter cho hệ thống điện mặt trời

đảm bảo hiệu suất, chất lượng, tuổi thọ cao.

Ngoài ra, việc thiết kế, lựa chọn inverter phải đáp ứng được các

yêu cầu kỹ thuật trong các chế độ vận hành theo quy định tại điều 40

của thông tư 39/2016 của Bộ Công thương về lưới điện phân phối.

Theo đó, các bộ inverter phải được thiết kế đảm bảo các chức năng

chính bao gồm:

- Điều chỉnh công suất tác dụng.

- Điều chỉnh công suất phản kháng.

13

- Tự động điều khiển chạy/dừng inverter.

Hình 4.2: Các chức năng chính của bộ inverter trung tâm

Qua nghiên cứu các bộ inverter hiện nay đối với các nhà sản

xuất lớn trên thế giới như: SMA, ABB, SUNGROW… đều đã thiết kế

và sản xuất các loại inverter với các tính năng đáp ứng được yêu cầu

trên và được mô tả ở hình 4.2.

Sơ đồ nguyên lý đấu nối điện của một nhà máy điện mặt trời

được thiết kế và mô tả theo hình 4.4

Hình 4.4: Sơ đồ đấu nối PV-INVERTTER-MBA

- Điện áp hở mạch của tấm pin tại 13oC: 𝑉𝑂𝐶@13𝑜𝐶 = 48,6𝑉

- Số tấm pin nối tiếp tối đa: nmax ≤ 1500/48,6 = 30,9

Số tấm pin nối tiếp tối đa là 30 tấm

14

Các tấm pin được nối thành chuổi nối tiếp, mỗi chuổi 30 tấm

pin. Các chuổi được nối song song nhau và đấu nối vào hộp nối DC.

Từ hộp nối, nguồn điện từ tấm pin được đưa vào bộ inverter để

chuyển đổi thành nguồn điện xoay chiều 3 pha 50hz.

4.1.5. Phân tích các giá trị tổn thất trong lắp đặt nhà máy

Hiệu suất của nhà máy năng lượng điện mặt trời đạt được tối ưu

bằng cách giảm tổn thất hệ thống, giảm tổng cộng năng lượng qua tất

cả các khâu. Xét riêng đối với PV thì ngoài chất lượng của chúng, các

yêu cầu liên quan đến việc lắp đặt đối với tấm PV như góc nghiêng,

hướng lắp đặt, khoảng cách giữa chúng cũng như giảm thiểu việc chạy

cáp và tổn thất điện liên quan.

Tổn thất bụi bẩn: góc nghiêng càng lớn thì tổn thất bụi bẩn càng

nhỏ, do hiệu quả của việc vệ sinh tấm pin bằng nước mưa tự nhiên.

Theo khuyến cáo của tổ chức thương mại thế giới IFC thì góc nghiêng

tấm pin tối thiểu là 10° so với phương ngang;

Tổn thất do bóng che nội bộ: góc nghiêng càng lớn thì khoảng

cách giữa các tấm pin càng tăng với cùng một tổn thất bóng che, từ đó

làm tăng diện tích lắp đặt. Để giảm các tổn thất trên, cần có việc lựa

chọn góc nghiêng cùng với khoảng cách giữa các dãy pin cho phù

hợp.

Lựa chọn góc nghiêng: Đối với Dự án nhà máy điện mặt trời

nổi tại hồ thủy điện Đa Mi nằm ở vĩ độ 11,3° Bắc. Qua tính toán từ

phần mềm PVsyst, góc nghiêng tối ưu để đón lượng bức xạ cực đại là

từ 12-16°, góc phương vị hướng chính Nam (0°), Với cùng một giá trị

bức xạ tối ưu nhận được, ta chọn giá trị góc nghiêng nhỏ để giảm tổn

thất bóng che nội bộ giữa các tấm pin. Ngoài ra chọn góc nghiêng nhỏ

cũng sẽ giảm tác động của gió bão tới kết cấu hệ thống, nhất là với hệ

thống lắp đặt nổi trên mặt nước. Vì vậy, chọn góc nghiêng tấm

PV là 12°.

Góc giới hạn bóng che α được quan tâm khi tính toán khoảng

cách giữa các hàng. Khi góc mặt trời nhỏ hơn góc giới hạn α thì một

15

phần tấm pin sẽ bị che gây ra tổn hao. Nguyên tắc tiên quyết để lựa

chọn khoảng cách giữa các hàng là sẽ không có bóng che nội bộ tại

lúc thiên đỉnh (giữa trưa) của ngày mặt trời thấp nhất trong năm (ngày

Đông chí 21/12), và hệ thống có tổn thất bóng che nội bộ thấp hơn 1%

là hợp lý. Qua tính toán, kết quả lựa chọn khoảng cách giữa các hàng

pin tối thiểu là 0,5m. Các thông số chính như sau:

Hình 4.5: Khoảng cách lựa chọn giữa các hàng pin

- Độ rộng 1 hàng giá đỡ: 1m (bằng độ rộng của 1 tấm pin).

- Khoảng cách pitch (giữa 2 mép dưới của 2 hàng pin kề nhau):

1,5m; Trong đó khoảng cách 0,5 mét sử dụng cho lối đi trong công tác

lắp đặt, bảo trì bảo dưỡng các PV trong quá trình vận hành.

- Góc nghiêng: 12o.

- Góc giới hạn bóng che: 21,7o.

- Tỉ lệ chiếm đất - GCR: 67%.

4.2. PHÂN TÍCH, ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ MÔ PHỎNG BẰNG

PHẦN MỀM PVSYST

16

4.2.1. Tổng hợp số liệu đầu vào mô phỏng

Từ những phân tích, đánh giá và lựa chọn các thông số, ta có

được bảng các số liệu chính để mô phỏng tính toán dự án.

Bảng 4.5: Tổng hợp số liệu chính để mô phỏng dự án

Thông số Giá trị Ghi chú

Số liệu bức xạ Số liệu đo Đo trong

một năm.

Tọa độ vị trí điểm dữ liệu 11,24973o, 107,84446

o

Cao độ dự án 326 mét Cao trình

Góc nghiêng 12o

Hướng đặt PV Chính nam

Khoảng cách pitch 1,5m

Góc giới hạn bóng che 21,7o

Tỉ lệ chiếm đất - GCR 67%

Suất phản chiếu (albedo) 0,08 Môi trường

là mặt nước

Điện áp tối đa của mảng

pin

1.500V Tiêu chuẩn

IEC

Tổn thất do bóng che 1% JinkoSolar

Tấm pin PV 72 cell - 330Wp

Inverter 2,5MW - 1500V-

50/60Hz SMA

17

4.2.2. Kết quả mô phỏng trong phần mềm PVSys

Ứng dụng phần mềm PVSys để tiến hành mô phỏng kết quả

tính toán thiết kế.

Hình 4.6: Quá trình mô phỏng thông số kỹ thuật của pin và inverter

Kết quả tính toán các thông số về nhà máy điện mặt trời nổi tại hồ Đa

Mi thể hiện ở bảng sau.

18

Bảng 4.6: Bảng tổng hợp kết quả tính toán mô phỏng dự án

Thông số Kết quả

Số lượng PV 72 cell - 330Wp 143.940 tấm

Số PV nối tiếp 30 tấm

Tổng số chuỗi song song 4.798 chuổi

Số lượng inverter 2.500kW 17 bộ

Công suất lắp đặt 47.500 kW

Tổng diện tích tấm pin 279.294m2

Sản lượng điện năm đầu tiên 84,8MWh

Hệ số PR (Performance ratio) 81,43%

Sản lượng điện đặc trưng nhà máy 1.786 kWh/kWp/năm

Nhận xét đánh giá:

Sản lượng điện phát được năm đầu tiên là 84,8MWh, Hệ số PR (tỉ

số hiệu suất) = 81,4% thể hiện hiệu suất của dự án rất tốt, các nhà

máy điện mặt trời hiện nay thường có hệ số PR dưới 80%. Số

lượng tấm pin sử dụng cho dự án khoảng 144 nghìn tấm 72 cell -

330Wp (công suất pin hiện tương đối phổ biến trên thị trường) và

17 bộ inverter trung tâm, công suất mỗi bộ là 2.500kW.

19

Hình 4.7: Biểu đồ và số liệu sản lượng điện phát ra của nhà máy

20

Trên hình 4.7 thể hiện sản lượng điện phát ra trong 1 năm. Sản

lượng điện phát cao nhất vào tháng hai, các tháng 7 đến tháng 10 là

thời kỳ nhà máy phát sản lượng điện thấp hơn các tháng còn lại, riêng

tháng 09 (là tháng giữa mùa mưa đối với khu vực dự án) là tháng có

sản lượng điện thấp nhất trong năm. Dựa vào biểu đồ sản lượng điện

phát hàng tháng để làm cơ sở để lập kế hoạch thực hiện công tác bảo

trì bảo dưỡng thiết bị nhà máy phù hợp, đảm bảo tối ưu cho dự án.

Hình 4.8: Biểu đồ tổn thất trong một năm của nhà máy điện mặt trời.

21

Theo biểu đồ tổn thất ở trên chúng ta thấy rằng:

- Với việc tạo góc nghiêng khi lắp đặt tấm pin so với phương ngang

đã làm tăng 2,5% về bức xạ trên bề mặt các tấm pin.

- Hiệu suất chuyển đổi quang điện đạt trên 17% (ở điều kiện chuẩn),

mức tương đối phổ biến với các loại PV hiện nay trên thị trường.

Tổn thất do nhiệt độ là tổn thất có giá trị cao nhất trong biểu đồ

tổn thất. Tuy nhiên, với việc tận dụng khả năng làm mát tự nhiên từ

môi trường mặt hồ thông qua việc thiết kế hệ thống phao phù hợp để

tăng cường đối lưu gió tự nhiên, tăng diện tích tiếp xúc của mặt dưới

của tấm pin được thông thoáng trên mặt nước cho nên giá trị tổn thất

này được giảm thấp với khoảng 8,8%; đó là một trong những ưu điểm

của dự án mặt trời nổi.

Kết luận chương 4:

Trong phạm vi chương 4 đã nghiên cứu tìm hiểu ứng dụng phần

mềm chuyên dụng PVSys, đây là phần mềm chuyên dụng được ứng

dụng khá phổ biến đã được tổ chức tài chính thế giới IFC khuyên

dùng để mô phỏng kết quả dự án năng lượng điện mặt trời. Đã nghiên

cứu phân tích, tổng hợp tất cả các số liệu đầu vào để mô phỏng đánh

giá kết quả dự án bao gồm các số thông số chính như sau: góc và

hướng lắp đặt các tấm pin, phương án ghép nối và số lượng pin trên

mỗi chuổi nối tiếp, số lượng chuổi pin mắc song song thành mảng.

Phân tích tính toán các giá trị tổn thất về dây dẫn DC, AC; các yếu tố

tổn thất do môi trường và tổn tất do chất lượng của tấm pin và các

thiết bị liên quan khác. Kết quả mô phỏng cho biết được sản lượng

điện phát bình quân năm đầu tiên và các năm tiếp theo của vòng đời

dự án, biểu đồ phân bổ sản lượng điện các tháng trong năm, công suất

DC lớn nhất của dự án để từ đó làm cơ sở để phân tích đánh giá hiệu

quả và tính khả thi của dự án.

22

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

Cùng với các kết quả phân tích số liệu bức xạ thực đo tại vị trí

dự án so với các kết quả số liệu thu thập được từ các tổ chức trên thế

giới (Solagis, Nasa, Meteonorm) cho thấy tính khả thi về lý thuyết của

dự án rất khả quan. Bên cạnh đó, từ kết quả khảo sát thực địa cho thấy

rằng các yếu tố về tiềm năng kỹ thuật rất thuận lợi cho việc triển khai

xây dựng dự án, với nhiều ưu điểm như sau:

Môi trường làm mát tốt là yếu tố làm tăng hiệu suất của dự án,

môi trường trong sạch, nguồn nước phục vụ vệ sinh tấm PV thuận lợi

sẽ giảm chi phí bảo trì bảo dưỡng khi dự án đưa vào vận hành.

Vị trí đấu nối vào lưới điện thuộc cụm nhà máy Thủy điện Hàm

Thuận - Đa Mi có tổng công suất lên tới 475MW nên thuận lợi cho

việc phối hợp điều độ tối ưu lưới điện ở khu vực, nội dung này sẽ mở

ra hướng nghiên cứu mới về việc điều độ tối ưu lưới điện với phương

thức kết hợp giữa nguồn thủy điện và năng lượng mặt trời.

Số liệu quan trắc về bức xạ được đo trực tiếp tại vị trí dự án cho

thấy tiềm năng bức xạ tốt để khẳng định tính khả thi của Dự án.

Mặt bằng, cơ sở hạ tầng giao thông sẳn có nên rất thuận lợi cho

việc thi công xây dựng dự án.

1. Những nội dung đã thực hiện trong luận văn

Trong nội dung của luận văn, Tác giả đã thực hiện những nội

dung công việc như sau:

- Tìm hiểu cấu tạo, nguyên lý hoạt động của pin năng lượng mặt trời

và thành phần cơ bản của hệ thống pin năng lượng mặt trời. Loại

pin lựa chọn phù hợp cho dự án là loại Poly - 72cell, 330Wp có

hiệu suất 17,01%. Số lượng pin trong mỗi chuổi là 30 tấm.

- Tìm hiểu cấu tạo, nguyên lý hoạt động Solar inverter. Loại inverter

phù hợp dự án là loại Central inverter, điện áp đầu vào 1500VDC

có khả năng điều chỉnh tần số và công suất vô công.

23

- Tìm hiểu các hệ thống phao neo sử dụng cho hệ thống điện mặt

trời nổi. Loại phù hợp cho dự án trong điều kiện thực tế hiện nay là

loại phao tạo gốc nghiêng 120.

- Thu thập, đo đạc, phân tích các số liệu bức xạ tại khu vực dự án.

Tổ chức quan trắc và tổng hợp phân tích, đánh giá số liệu bức xạ

thực đo trong một năm thực đo, kết quả số liệu bức xạ trung bình

khoảng 5,8kWh/m2/ngày, rất tiềm năng để xây dựng nhà máy điện

mặt trời.

- Tính toán lựa chọn các thông số kỹ thuật của dự án, ứng dụng phần

mềm PVsys để mô phỏng hỗ trợ cho quá trình thiết kế, đánh giá

tính khả thi và hiệu quả của dự án.

- Với việc ứng dụng phần mềm PVsyst để mô phỏng kết quả của Dự

án cho thấy:

+ Phần mềm đã giải quyết những khó khăn trong việc thiết kế hệ

thống điện 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.

+ 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 hiệu suất dự án.

+ Với số liệu bức xạ quan trắc được trong 1 năm từ tháng 05/2016

đến 4/2017 cùng với các thiết bị chính được tính toán chọn lựa ở trên

thì sản lượng điện phát năm đầu khoảng 84 triệu kWh, tỉ số PR =

81,43%. Đây là số liệu tiên quyết để tính toán kinh tế đối với dự án.

2. Hướng mở rộng của đề tài

- Nghiên cứu, xây dựng mở rộng quy mô dự án trên hồ thủy điện Đa

Mi và Hàm Thuận.

- Nghiên cứu, xây dựng phương thức vận hành tối ưu kết hợp giữa

cụm thủy điện Hàm Thuận - Đa Mi và dự án năng lượng mặt trời.

- Tính toán, đánh giá ổn định hệ thống điện trong khu vực khi tiếp

tục phát triển tăng công suất đấu nối điện mặt trời lên lưới khu vực

Hàm Thuận và Đa Mi.

24

3. Kiến nghị

Từ thực trạng hiện nay, năng lượng hóa thạch như than, khí đốt

ngày càng cạn kiệt, các nguồn thủy điện hầu hết được khai thác, để

cân đối mục tiêu đáp ứng đủ điện cho nền kinh tế trong tương lai thì

các nguồn điện từ năng lượng mới như gió, mặt trời… cần được khai

thác mạnh mẽ. Từ kết quả phân tích đã trình bày trong luận văn, kiến

nghị Dự án điện mặt trời trên mặt hồ thủy điện Đa Mi cần được sớm

tiếp tục nghiên cứu về tiềm năng kinh tế trên cơ sở giá điện đã được

chính phủ quy định để sớm triển khai xây dựng dự án, đây là một

hướng đi tích cực trong việc phát triển năng lượng tái tạo, góp phần

giảm phát thải khí C02, giảm thiểu tác động đến môi trường, đất đai

vốn khá phức tạp trong thực tiễn hiện nay. Ngoài ra, việc sớm triển

khai thực hiện Dự án sẽ là cơ sở và tiền đề để triển khai xây dựng phát

triển mạnh mẽ các dự án tương tự trên mặt hồ thủy điện, thủy lợi đang

có nhiều tiềm năng ở nước ta./.