Báo cáo đề tài NCKH-2009 Chƣơng 5: Thiết kế mái nhà mặt trời nối lƣới
Th.s Nguyễn Thị Ngọc Anh Trang 40
CHƢƠNG 5: THIẾT KẾ KỸ THUẬT HỆ THỐNGMÁI NHÀ MẶT
TRỜI NỐI LƢỚI VÀ LẬP BẢNG DỰ TOÁN KINH PHÍ-
KHẢ NĂNG HOÀN VỐN KHI LẮP ĐẶT TẠI
TRƢỜNG ĐH KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ
5.1. MỤC TIÊU:
Hiện nay trước tình nguồn điện trong nước ngày càng thiếu hụt trầm trọng. Đặc
biệt khủng hỏang năng lượng tòan cầu ngày càng gây gắt. Các nhà máy thủy điện thường
xuyên trong tình trạng qúa tải và mùa khô lượng nước không đủ gây tình trạng mất điện
trên diện rộng. Khi cắt điện làm ảnh hưởng không nhỏ đến sinh họat hàng ngày như
trường học thì học sinh thường xuyên nghỉ học, các dịch vụ công ích, các cơ sở y tế bị
gián đoạn, …Do đó việc khai thác năng lượng tại chỗ (năng lượng mặt trời) là xu hướng
tất yếu đã được ứng dụng rộng rãi ở các nước trên thế giới như Mỹ, Đức, Anh, Nhật ..
Đối với Việt Nam, là nơi có nguồn tài nguyên bức xạ dồi dào, việc ứng dụng công
nghệ Năng Lượng Mặt Trời (NLMT) ngay tại chỗ sẽ góp phần đáng kể phụ tải điện lưới
quốc gia, khắc phục tình trạng mất điện, sử dụng nguồn năng lượng thân thiên và cải thiện
môi trường.
Vì vậy việc Nghiên cứu hệ thống mái nhà điện mặt trời kết nối lưới– lập bảng
dự toán kinh phí và khả năng hoàn vốn khi triển khai ứng dụng tại trường ĐẠI HỌC
KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP. HCM nhằm thực hiện các mục tiêu sau:
1. Ưu tiên khai thác tối đa nguồn điện mặt trời, cung cấp riêng cho các nhu cầu ưu
tiên của trường học như văn phòng, phòng học,….
2. Không còn phải lo tình trạng mất điện thường xuyên vì đã có nguồn điện mặt trời.
Đảm bảo nguồn điện nhất định cấp cho 1 phòng ban được liên tục ngay khi điện
lưới bị cúp (Ở đây thực hiện thiết kế cho phòng Kế hoạch tài chính của Trường).
3. Giảm một phần chi phí sử dụng điện lưới hàng tháng, góp phần phụ tải lưới điện
quốc gia vào các giờ cao điểm.
Báo cáo đề tài NCKH-2009 Chƣơng 5: Thiết kế mái nhà mặt trời nối lƣới
Th.s Nguyễn Thị Ngọc Anh Trang 41
4. Các thiết bị họat động hòan tòan tự động, an tòan rất tiện cho người sử dụng. Tuổi
thọ và độ ổn định của các thiết bị rất cao.
5. Không gây tiếng ồn, thân thiện với môi trường. Nâng cao ý thức sử dụng nguồn
năng lượng xanh, sạch góp phần bảo vệ và cải thiện môi trường.
6. Là biểu tượng nguồn năng lượng siêu sạch của một trường đại học, là mô hình để
cho sinh viên tiếp cận, nghiên cứu, và học tập các công nghệ điện mặt trời.
Báo cáo đề tài NCKH-2009 Chƣơng 5: Thiết kế mái nhà mặt trời nối lƣới
Th.s Nguyễn Thị Ngọc Anh Trang 42
Báo cáo đề tài NCKH-2009 Chƣơng 5: Thiết kế mái nhà mặt trời nối lƣới
Th.s Nguyễn Thị Ngọc Anh Trang 43
5.2. THIẾT KẾ:
Như trên đã trình bày, để có một hệ điện mặt trời hoạt động hiệu quả thì cần phải
có một sự tương xứng giữa các thành phần trong hệ. Để thiết kế một hệ Điện mặt trời
người thiết kế cần phải quan tâm tới các thông số cần thiết sau:
- Vị trí địa lý để biết được thời gian nắng, cường độ bức xạ mặt trời.
- Nhu cầu năng lượng: tải hằng ngày.
- Đặc trưng của modul Pin mặt trời, các thiết bị điện, Accu….
Từ đó xác định:
- Công suất Pin mặt trời, Số modul.
- Sơ đồ kết nối hệ thống: xác định vị trí lắp đặt, hướng Pin mặt trời….
- Khẳng định độ tin cậy, tuổi thọ của hệ thống….
5.2.1. Vị trí địa lý:
Trường ĐHKTCN nằm ở vị trí 144/24ĐBP P.25, Q. Bình Thạnh thuộc khu vực
phía Nam là khu vực có thời gian nắng khá cao (4-5h nắng), và có cường độ bức xạ tốt,
trung bình khoảng 5,2KWh/m2. Nên việc sử dụng mái nhà điện mặt trời là dự án khả thi.
5.2.2. Nhu cầu năng lƣợng:
Thống kê các thiết bị sử dụng điện tại Phòng kế hoạch – Tài chính:
Thiết bị Máy lạnh Máy tính Quạt Đèn Máy in Máy scan Tủ lạnh
Số lƣợng 1 7 4 8 5 1 1
=> Yêu cầu cung cấp công suất tiêu thụ điện cơ bản:
Thiết bị Laptop Máy tính bàn
(sử dụng LCD)
Máy in kim Đèn Quạt
Số lƣợng 1 1 1 2 2
Báo cáo đề tài NCKH-2009 Chƣơng 5: Thiết kế mái nhà mặt trời nối lƣới
Th.s Nguyễn Thị Ngọc Anh Trang 44
Sử dụng bảng tra cứu công suất tải sử dụng, ta có:
LOAD WATTS HRS/DAY WH/DAY WH/WEEK
(* 5.5DAY)
Laptop (Máy tính xách tay) 35 8 280 1540
Computer (CPU) 90 8 720 3960
LCD monitor (Màn hình LCD) 35 8 280 1540
Máy in kim 100 6 600 3300
Lights (Đèn) 40 x 2 8 640 3520
Ceiling fan (Quạt trần) 40 x 2 8 640 3520
Tổng cộng 420 W 3160 WH/DAY 1738WH/WEEK
- Công suất sử dụng đồng thời cho các thiết bị gồm : 1 Laptop + 1 Máy tính bàn + 1 Máy
in kim + 2 đèn + 2 quạt là: Pdt = 420W
- Tổng tải sử dụng tổng cộng liên tục mỗi ngày là:
Ptt = Pdt *8h = 3.160Wh/day ≈ 3,2KWh/day.
- Vậy hệ thống sẽ cung cấp bình quân mỗi tháng:
3,2KWh/ ngàyx 30 ngày = 96 KWh/ tháng.
5.2.3. Thông số kỹ thuật đặc trƣng của modul Pin mặt trời, các thiết bị điện, hệ tồn trữ:
a. Pin mặt trời:
Gồm nhiều loại với công suất sử dụng khác nhau. Tùy theo nhu cầu sử dụng ta sẽ
lựa chọn cấu hình phù hợp. Ở đây ta có thể sử dụng pin mặt trời SolarRed-Sun được sản
xuất tại Việt Nam hoặc Solarworld của Đức. Các thông số chính của pin mặt trời:
- Công suất cực đại (Maximum power) - Pmax
- Điện thế hở mạch (Open circuit voltage) - Voc
- Điểm công suất cực đại (Maximum power point voltage) - Vmpp
- Dòng ngắn mạch (Short circuit current) - Isc
- Điểm dòng công suất cực đại (A Maximum power point current) - Impp
Báo cáo đề tài NCKH-2009 Chƣơng 5: Thiết kế mái nhà mặt trời nối lƣới
Th.s Nguyễn Thị Ngọc Anh Trang 45
b. SMA Sunny Boy:
Sunny Boy mã số SB700U (công suất 700W) là một Solar inverter được kết nối
với ngõ ra DC của pin mặt trời, có nhiệm vụ biến đổi DC-AC, đặc biệt là nó có khả năng
dò và tạo ra AC sin giống lưới (tần số, biên độ, pha) để hoà chung với lưới. Hình dáng
bên ngoài và thông số kỹ thuật chính như sau:
Công suất ngõ vào DC tối đa là 780W
Điện áp DC ngõ vào tối đa là 250 V
Thang điện áp DC ngõ vào hoạt động là 119 VDC – 250 VDC
Dòng DC vào tối đa 7A
Công suất AC ngõ ra 700 W
Dòng AC ngõ ra tối đa 3,5A
Điện áp AC ngõ ra 220 VAC – 50 Hz
Đặc biệt hiệu suất của inverter lên đến 93,6 %
Bảo vệ đảo cực DC , ngắn mạch AC ngõ ra …..
Báo cáo đề tài NCKH-2009 Chƣơng 5: Thiết kế mái nhà mặt trời nối lƣới
Th.s Nguyễn Thị Ngọc Anh Trang 46
c. SMA Sunny Island:
Hệ thống sử dụng Sunny Island mã số SI 2224 (công suất 2,2KW; 24V) là trung
tâm điều chính, gồm một inverter, bộ sạc accu. Hình dáng bên ngoài và thông số kỹ thuật
chính như sau:
- Điện áp AC ngõ ra 230V – 50Hz.
- Công suất AC ngõ ra 2,2 KW ở 250C
- Điện áp AC ngõ vào 230V – 50Hz
- Dòng ngõ vào tối đa là 25A.
- Accu ngõ vào 24 VDC.
- Dòng sạc Accu tối đa là 90A
- Hiệu suất nạp Accu 90%
- Dung lượng Accu có thể kết nối từ 100 Ah đến 10.000 Ah
- Đặc biệt hiệu suất của inverter lên đến 93,6 %
- Inverter này có bảo vệ: chống đảo cực DC, ngắn mạch AC ngõ ra, quá tải AC ngõ
ra ….
Báo cáo đề tài NCKH-2009 Chƣơng 5: Thiết kế mái nhà mặt trời nối lƣới
Th.s Nguyễn Thị Ngọc Anh Trang 47
Bộ biến điện Inverter sóng sine chuẩn là “trái tim” của mạng Madicub. Nó không
những mở rộng khả năng sử dụng của ĐMT với tất cả các loại thiết bị mà nó còn tạo ra
sức cạnh tranh với điện lưới quốc gia.
Ở điều kiện Việt Nam hiện nay, công nghệ tại chỗ đã cho phép thiết kế các bộ
Invertercos công suất thường trực tới 10KVA và công suất đỉnh tới 15KVA. Khi thiết kế
cho nhu cầu công nghiệp, cần sử dụng loại 3 pha và công suất lớn tuỳ theo nhu cầu.
Inverter nhất thiết phải sử dụng loại sóng sine chuẩn có độ méo dưới 3%. Nguồn điện ra
ổn áp, tần số ổn định để đảm bảo chất lượng điện của mạng Madicub tương đương điện
lưới.Trong hai năm 2004 – 2005 hơn 200 máy dòng Smart đã được xuất thử nghiệm qua
CHLB Đức. Từ đây, các máy Smart được các công ty S.P.I phân phối ra thị trường thế
giới.
Bộ biến điện Inverter sóng sine chuẩn là “trái tim” của mạng Madicub. Nó
không những mở rộng khả năng sử dụng của ĐMT với tất cả các loại thiết bị mà nó còn
tạo ra sức cạnh tranh với điện lưới quốc gia.
Ở điều kiện Việt Nam hiện nay, công nghệ tại chỗ đã cho phép thiết kế các bộ
Invertercos công suất thường trực tới 10KVA và công suất đỉnh tới 15KVA. Khi thiết kế
cho nhu cầu công nghiệp, cần sử dụng loại 3 pha và công suất lớn tuỳ theo nhu cầu.
Inverter nhất thiết phải sử dụng loại sóng sine chuẩn có độ méo dưới 3%. Nguồn điện ra
ổn áp, tần số ổn định để đảm bảo chất lượng điện của mạng Madicub tương đương điện
lưới.Trong hai năm 2004 – 2005 hơn 200 máy dòng Smart đã được xuất thử nghiệm qua
CHLB Đức. Từ đây, các máy Smart được các công ty S.P.I phân phối ra thị trường thế
giới.
d. Hệ tồn trữ:
Theo yêu cầu kỹ thuật của Sunny Island thì hệ tồn trữ sử dụng loại Axid hoặc
NiCd, loại kín khí, có dung lượng từ 100-10.000Ah. Ở đây, do nhu cầu tồn trữ không
nhiều, và để tiết kiệm kinh phí, ta chỉ sử dụng 2 bình loại 100Ah/12V, mắc nối tiếp để
được 100Ah/24V.
Báo cáo đề tài NCKH-2009 Chƣơng 5: Thiết kế mái nhà mặt trời nối lƣới
Th.s Nguyễn Thị Ngọc Anh Trang 48
Đây là bộ điều khiển sạc ĐMT trung tâm có khả năng điều khiển dòng sạc PMT
vào hệ tồn trữ 100A/48VDC hoặc 60VDC. Bộ điều khiển này luôn phải ưu tiên sạc điện từ
dàn PMT hoặc từ các nguồn năng lượng mới khác như gió, thuỷ điện nhỏ vv… Nó có khả
năng ngắt sạc khi điện thế hệ tồn trữ tăng vọt quá ngưỡng qui định và tái sạc trở lại ở
mức ngưỡng ưu tiên nhằm khai thác tối đa nguồn điện từ dàn PMT. Bộ điều khiển sạc
trung tâm sử dụng công nghệ sạc tần số cao, nếu có hiệu suất cao (98%) để sạc từ nguồn
điện lưới hay máy phát phụ trợ.
Nguyên tắc cần thiết sao cho dung lượng hệ tồn trữ luôn gấp 10 lần dòng sạc tối
đa từ tổ hợp sạc. Nếu tổ hợp sạc có dòng sạc tối đa là 100A/48VDC thì dung lượng hệ tồn
trữ cần thiết kế là 1000Ah/48VDC. Hệ tồn trữ trên nên được sử dụng các loại ắc qui đặc
chủng có đời sống lâu khoảng 15 năm và không ô nhiễm môi trường. Trong trường hợp
sử dụng các loại ắc qui thông thường phải chú ý thiết kế hầm chứa và điều kiện thông
thoáng tốt bảo đảm an toàn cho người sử dụng do sự bay hơi của dung dịch axít trong
quá trình nạp.
5.2.4. Tính toán công suất:
a. Tính công suất sử dụng đồng thời:
Do công suất sử dụng đồng thời cho các thiết bị là: Pdt = 420W, nên ta chọn
Sunny Island có mã số SI 2224 (sử dụng công suất đồng thời tối đa là 2,2KWp), đây là
loại công suất nhỏ nhất được cung cấp trên thị trường.
b. Tính công suất pin sử dụng :
Ta có:
Tổng tải AC (P) = Tải AC danh định của thiết bị (Ptt) : Hiệu suất biến điện DC-AC (ŋac)
(Trong đó ŋ ac của Sunny Boy là 93,6% )
Tổng tải AC (P) = 3,2KWh/ngày : 93,6% ≈ 34Kwh/ngày.
- Công suất giàn PMT, số lượng pin:
Gọi : - Tổng tải AC: P (KWh/ngày)
Báo cáo đề tài NCKH-2009 Chƣơng 5: Thiết kế mái nhà mặt trời nối lƣới
Th.s Nguyễn Thị Ngọc Anh Trang 49
- Công suất pin MT : Pmt (Wp)
- Thời gian nắng : t (với t= 4- 5h nắng/ngày đối với miền Nam)
Ta có: P = Pmt * t
Công suất pin MT (Pmt) = 3,4KWh/ngày : 4,5h nắng/ngày = 755Wp
Ta chọn hệ thống pin có công suất khoảng 755 Wp.
Chọn pin thông dụng trên thị trường loại 50Wp/3.1A, ta sẽ dùng 16 tấm pin.
Chọn hệ thống Sunny Boy SB 700 (có công suất ngõ vào DC tối đa là 780W)
Do dãy điện áp ngõ vào của SB 700 là 119V-250V, nên khi dùng 16 tấm, chia thành 2
cụm, mỗi cụm 8 tấm nối tiếp, sau đó mắc 2 cụm song song với nhau để điện áp hở mạch
Voc = 8* 21V= 168V.
Với sơ đồ kết nối như sau :
50
Dàn thép đỡ pin mặt trời :
- Giàn pin năng lượng mặt trời được lắp trên sân thượng, với độ nghiêng giàn 250.
- Các tấm pin sẽ được kết nối trên vỉ thép lại V6, vi thép có kích thước :
(P :R = 358mm x 1000mm), mỗi vỉ thép kết nối trên 3 chân đế thép chữ I loại 140.
50Wp
+ - + - + - + - + - + - + - + -
+ - + - + - + - + - + - + - + -
800Wp/ 168VDC
Hình 5-2 : Sơ đồ nối dây giàn Pin mặt
trời
Báo cáo đề tài NCKH-2009 Chƣơng 5: Thiết kế mái nhà mặt trời nối lƣới
Th.s Nguyễn Thị Ngọc Anh Trang 50
- Các tấm pin cách nhau 10mm, bắt vào giàn thép bằng ốc inox, giàn thép này có
khả năng chịu được sức gió 150km/h và độ bền lâu dài trên 50 năm.
- Các chân thép I140 được bắt vào tích-kê sắt vào sán bê tông sân thượng và đổ bê
tông cao 30cm.
Báo cáo đề tài NCKH-2009 Chƣơng 5: Thiết kế mái nhà mặt trời nối lƣới
Th.s Nguyễn Thị Ngọc Anh Trang 51
c. Tính hệ Accu sử dụng :
Ta có :
Dung tích Accu = (Tải hằng ngày x số ngày tồn trữ)/ (Thế Accu x ŋ ac x Phóng điện tối đa)
Trong đó: ŋ ac : Hiệu suất nạp Accu % ( từ 75 – 90%), ta chọn 90%
Phóng điện tối đa: ( 20- 80 % dung tích), ta chọn 60% để đảm bảo tuổi thọ Accu.
Số ngày tồn trữ điện : 1 ngày.
Thế Accu = 24V
Dung tích Accu = (3,4KWh/ngày x 1ngày) / (24V x 90% x 60%) = 262Ah
Ta có thể dùng 6 bình 100Ah/12V thông dụng trên thị trường, chia thành 3 cụm,
mỗi cụm 2Accu nối tiếp nhau, sau đó mắc 3 cụm song song để được 300Ah/24V, thõa
yêu cầu cho một ngày sử dụng.
- Các mất mát trong hệ thống Điện mặt trời:
Các mất mát trên hệ thống chủ yếu tập trung chủ yếu tập trung vào các thiết bị do
hiệu suất và tiêu thụ điện của các thiết bị đó, tỏa nhiệt trên dây dẫn với dòng DC rất lớn,
mất mát do các hiệu ứng của modul Pin mặt trời như bức xạ, nhiệt độ, bụi che, mất mát
do Accu…
Báo cáo đề tài NCKH-2009 Chƣơng 5: Thiết kế mái nhà mặt trời nối lƣới
Th.s Nguyễn Thị Ngọc Anh Trang 52
5.2.5. Sơ đồ kết nối:
Hệ thống mái nhà điện mặt trời nối lưới gồm các thành phần sau:
- Hệ thống pin mặt trời.
- Hệ thống Sunny boy SB700U
- Hệ thống điều khiển trung tâm Sunny Island SI 2224.
- Hệ tồn trữ Accu 24V/100Ah.
Trong sơ đồ trên các modul pin mặt trời được ghép nối tiếp và song song với nhau
để đạt được điện áp hở mạch VOC trong khoảng 119VDC –250VDC. Với điện áp đầu vào
khá cao như vậy sẽ làm giảm dòng điện trên dây dẫn từ các modul pin mặt trời xuống tới
Hình 5-2: Sơ đồ kết nối của mái nhà mặt trời kết nối lưới.
Báo cáo đề tài NCKH-2009 Chƣơng 5: Thiết kế mái nhà mặt trời nối lƣới
Th.s Nguyễn Thị Ngọc Anh Trang 53
Sunny Boy. Với công suất tối đa của Sunny Boy SB 700 dòng này là 3,5A . Điều này có
nghĩa là dây dẫn không cần tiết diện lớn .
Ngõ ra AC của Sunny Boy được nối chung với ngõ ra AC của Sunny Island và nối
chung với tải sử dụng.
Điện lưới được nối với ngõ vào AC của Sunny Island
Accu 24 VDC được nối với ngõ DC của Sunny Island, nó sẽ được sạc vào hoặc lấy
điện ra một cách tự động do Sunny Island điều phối .
5.2.6. Mô tả hoạt động:
Bây giờ chúng ta khảo sát các trường hợp sau:
- Khi có điện lƣới: khi đó Sunny Island sẽ đóng điện lưới ra tải qua Relay. Khi
điện áp pin mặt trời vào Sunny Boy nằm trong dãy hoạt động 139VDC – 320VDC, nó sẽ dò
dạng sóng của lưới điện về tần số, biên độ và tận dụng hết toàn bộ công suất của pin mặt
trời phát ra để tạo ra điện AC giống như lưới, rồi hoà chung vào lưới. Như vậy khi đó tải
sẽ sử dụng hết công suất điện của pin mặt trời để cho ra tải, nếu thiếu công suất cho tải
thì điện lưới sẽ được bù vào. Khi đó nếu Accu chưa đầy Sunny Island sẽ tạo ra dòng DC
để sạc cho nó để bảo đảm rằng Accu luôn luôn ở trạng thái đầy. Tuy nhiên để Accu nâng
cao tuổi thọ, sau định kỳ một thời gian Sunny Island sẽ cho Acuu xả hết điện rồi sạc lại.
Đây là bộ điều khiển sạc ĐMT trung tâm có khả năng điều khiển dòng sạc PMT
vào hệ tồn trữ 100A/48VDC hoặc 60VDC. Bộ điều khiển này luôn phải ưu tiên sạc điện từ
dàn PMT hoặc từ các nguồn năng lượng mới khác như gió, thuỷ điện nhỏ vv… Nó có khả
năng ngắt sạc khi điện thế hệ tồn trữ tăng vọt quá ngưỡng qui định và tái sạc trở lại ở
mức ngưỡng ưu tiên nhằm khai thác tối đa nguồn điện từ dàn PMT. Bộ điều khiển sạc
trung tâm sử dụng công nghệ sạc tần số cao, nếu có hiệu suất cao (98%) để sạc từ nguồn
điện lưới hay máy phát phụ trợ.
Nguyên tắc cần thiết sao cho dung lượng hệ tồn trữ luôn gấp 10 lần dòng sạc tối
đa từ tổ hợp sạc. Nếu tổ hợp sạc có dòng sạc tối đa là 100A/48VDC thì dung lượng hệ tồn
trữ cần thiết kế là 1000Ah/48VDC. Hệ tồn trữ trên nên được sử dụng các loại ắc qui đặc
Báo cáo đề tài NCKH-2009 Chƣơng 5: Thiết kế mái nhà mặt trời nối lƣới
Th.s Nguyễn Thị Ngọc Anh Trang 54
chủng có đời sống lâu khoảng 15 năm và không ô nhiễm môi trường. Trong trường hợp
sử dụng các loại ắc qui thông thường phải chú ý thiết kế hầm chứa và điều kiện thông
thoáng tốt bảo đảm an toàn cho người sử dụng do sự bay hơi của dung dịch axít trong
quá trình nạp.
- Khi điện lƣới bị cúp: Sunny Island sẽ lấy điện từ Accu tạo ra điện AC chuẩn
230 VDC – 50 Hz và đảo relay để đưa điện AC này ra tải thay cho điện lưới. Thông
thường do có sự khác biệt đôi chút về biên độ và tần số của lưới điện và của điện AC do
Sunny Island tạo ra, cho nên ngay lúc đó Sunny Boy sẽ ngắt ngõ ra AC và dò lại (vì trước
đó Sunny Boy đang tạo ra AC giống AC của lưới) . Khi dò xong Sunny Boy sẽ tạo ra AC
giống như AC của Suuny Island tạo ra và hoà chung vào. Vậy trong trường hơp này tải
sẽ sử dụng hết công suất của pin mặt trời tạo ra, thiếu thì lấy Accu bù vào . Nếu công
suất của pin mặt trời tạo ra lớn hơn công suất tải, phần dư này sẽ được sạc vào Accu. Nếu
điện lưới bị cúp quá lâu mà công suất pin mặt trời không đủ cho tải, Accu sẽ cạn dần và
đến khi nó hết điện thì Sunny Island sẽ ngắt AC ngỏ ra tải. Sunny Island sẽ chờ một trong
hai nguồn : điện lưới hoặc mặt trời có lại để khởi động lại hệ thống.
Khi điện luới bị cúp, công suất ngõ ra của Sunny Island SI 2224 tối đa là 2,2KW.
Trong trường hợp ban đêm không có điện mặt trời thì công suất của tải lúc đó phải nhỏ
hơn 2,2 Kw. Nếu nhu cầu tải lớn hơn ta có thể dùng 2 hoặc nhiều bộ SI 2224 ghép lại
thành Mạng điện mặt trời nối lưới công suất lớn hơn như hình vẽ:
Báo cáo đề tài NCKH-2009 Chƣơng 5: Thiết kế mái nhà mặt trời nối lƣới
Th.s Nguyễn Thị Ngọc Anh Trang 55
Khi đó 1 bộ sẽ là Master, các bộ còn lại sẽ là Slave. Ngõ ra AC của tất cả các bộ sẽ
nối chung với nhau. Bộ Master sẽ tạo ra AC chuẩn và các bộ khác sẽ dò AC này vào tạo
ra AC giống như vậy để hoà vào.
Trong trường hợp pin mặt trời có công suất lớn hơn công suất ngõ vào của Sunny
Boy, ta sẽ dùng thêm 2 hoặc nhiều bộ Sunny Boy để đủ cho công suất của pin mặt trời.
Khi đó tất cả ngõ ra AC của các bộ Sunny Boy cũng được nối chung với nhau, và nối
chung với ngõ ra AC của Sunny Island cũng như tải. Mỗi bộ Sunny Boy tự động dò AC
và tự động hoà vào.
Đây cũng chính là ưu điểm về việc nâng cấp mở rộng hệ thống.
Sunny Boy được chế tạo theo công nghệ MPPT (Max Power Point Tracking), nó
sẽ tự động dò điểm công suất cực đại của pin mặt trời nên hiệu suất chuyển đổi công suất
từ pin mặt trời ra điện AC đạt được là cao nhất.
Hình 5-3: Sơ đồ kết nối mạng mái nhà mặt trời kết nối lưới công suất lớn.
Báo cáo đề tài NCKH-2009 Chƣơng 5: Thiết kế mái nhà mặt trời nối lƣới
Th.s Nguyễn Thị Ngọc Anh Trang 56
Như vậy với hệ thống như trên ta sẽ làm được một hệ điện mặt trời nối lưới đạt
được hiệu suất cao nhất và không bị giới hạn về công suất của pin mặt trời đầu vào cũng
như tải ngõ ra.
Hệ thống sẽ luôn luôn ưu tiên sử dụng hết công suất của pin mặt trời để sử dụng
cho tải, thiếu mới lấy lưới bù vào. Điều này sẽ làm giảm hoá đơn tiền điện hàng tháng
cho người sử dụng bằng nguồn năng lượng sạch.
Với hệ thống trên, Accu cũng không thật sự cần nhiều vì pin mặt trời sản xuất ra
điện bao nhiêu thì nó sẽ cho tải sử dụng hết. Điều này rất quan trọng vì Accu giá thành
khá cao, mà tuổi thọ thuờng chỉ 2-3 năm lại phải thay thế rất tốn kém. Chỉ khi nào những
nhu cầu đặt biệt phải lưu trữ nhiều thì ta mới sử dụng nhiều Accu. Còn bình thường khi
cúp điện ta vẫn có điện mặt trời để sử dụng, do đó không nên đầu tư quá nhiều Accu, có
thể tiết kiệm được kinh phí đến 30% giá thành hệ thống.
Trong trường hợp ở những nơi không có lưới điện ta vẫn có thể sử dụng hệ này
bằng cách dùng máy phát điện. Khi đó AC ra của máy phát sẽ nối vào AC vào của Sunny
Island. Trong trường hợp này hệ sẽ ưu tiên dùng hết công suất của pin mặt trời rồi mới
dùng đến công suất của máy phát điện.
- Đối với các hệ thống có công suất lớn, ta có thể sử dụng thêm nhiều nguồn năng lượng
như: năng lượng gió, nhà máy thủy điện, máy phát….để kết nối với hệ thống như hình vẽ.
Khi đó cần bổ sung thêm thiết bị Sunny Webbox kết nối máy tính với hệ thống mạng, để
xây dựng thành một hệ thống Scada có thể giám sát, thu thập và lưu trữ các dữ liệu của
toàn hệ thống.
Báo cáo đề tài NCKH-2009 Chƣơng 5: Thiết kế mái nhà mặt trời nối lƣới
Th.s Nguyễn Thị Ngọc Anh Trang 57
Sunny Island Sunny Island
Sunny Boy Windy Boy
AC-Bus
aeroSmart5
Verbraucher
Generator
Sunny Island Sunny Island
Sunny Boy Windy Boy
AC-Bus
aeroSmart5
Verbraucher
Generator
Sunnny Web Box
Computer
Hình: Hệ thống Scada trong mái nhà điện mặt trời nối lưới
RS 485 Tải
Báo cáo đề tài NCKH-2009 Chƣơng 5: Thiết kế mái nhà mặt trời nối lƣới
Th.s Nguyễn Thị Ngọc Anh Trang 58
5.3. DỰ TRÙ KINH PHÍ:
Đơn vị tính: 1000 đ
STT Các chi phí ĐVT Số Lƣợng Đơn giá Thành Tiền
1 Pin mặt trời Wp 800 110 88.000
2 Bộ biến điện
DC/AC+ sạc lưới
hệ
1 89.520
89.520
3 Hệ thống ắc qui dung
lượng 300-24
bình
2
3.000
6.000
4 Dây cáp các loại m 100 50 5.000
5 Dàn sắt đỡ PMT Hệ 1 40.000 40.000
6 Nhân công lắp đặt Hệ 1 30.000 30.000
Tổng Cộng 258.520
Báo cáo đề tài NCKH-2009 Chƣơng 5: Thiết kế mái nhà mặt trời nối lƣới
Th.s Nguyễn Thị Ngọc Anh Trang 59
5.4. PHÂN TÍCH HIỆU QUẢ ĐẦU TƢ:
5.4.1. Các thông số đầu vào :
MNMT nối lưới sẽ được sử dụng ít nhất 20 năm
Lượng điện năng bổ sung từ MNMT một tháng : Pmt= 96KWh
Chi phí đầu tư tòan bộ công trình : 258.520.000VNĐ
Giá điện của công ty điện lực : 2.500đ/kWh
Mức giá thuê máy phát : Sthue = 500.000Đ/ngày
Giá xăng : Sx = 17.000Đ
Tiêu hao nhiên liệu của máy phát : Sng = 3 lít/giờ x 17.000Đ/lít = 51.000Đ
5.4.2. Tính tóan hiệu quả đầu tư :
Khi trang bị MNMT, số tiền tiết kiệm được trong 1 tháng:
Stk1= Pmt x 2.500= 96 x 2.500= 240.000đ
Số tiền tiết kiệm từ máy phát điện 4 lần trong 1 tháng:
Stk2= Sthue x 4 = 600.000đ
Số tiền tiết kiệm từ nhiên liệu chạy phát điện 4 lần trong 1 tháng:
Stk3= Sng x 4lần x 8giờ = 1.632.000đ
Chi phí bảo dưỡng tính cho 1 tháng là
Sbd= 258.520.000 x 0,0006 = 155.112đ
Vậy tổng số tiền tiết kiệm trong một tháng là :
Stk = (Stk1 + Stk2 + Stk3) - Sbd
= 240.000đ + 600.000đ +1.632.000đ – 155.112đ = 2.316.888đ
Thời gian khấu hao tài sản là :
Tkh= 258.520.000/Stk= 111 tháng = 11 years
Kết luận :
Với vốn đầu tư cho MNMT nối lưới là 258.520.000đ, nhà trường sẽ hòan vốn sau
11 năm, tuổi thọ của MNMT > 20 năm.
Lợi ích của nhà trường sau thời gian khấu hao là:
Slich = 12x Stk x (20-11)= 250.223.904đ
Báo cáo đề tài NCKH-2009 Chƣơng 5: Thiết kế mái nhà mặt trời nối lƣới
Th.s Nguyễn Thị Ngọc Anh Trang 60
KẾT LUẬN
Đề tài thực hiện Nghiên cứu mái nhà điện mặt trời nối lưới, tính toán thiết kế và
phân tích hiệu quả đầu tư khi triển khai tại trường Đại học Kỹ Thuật Công Nghệ không
chỉ có ý nghĩa khoa học, mà còn có ý nghĩa tiên phong trong việc tìm hiểu về công nghệ
mới- công nghệ mái nhà điện mặt trời nối lưới.
Việc đề xuất thực hiện tại Trường ĐH Kỹ Thuật Công Nghệ nhằm đảm bảo nguồn
năng lượng ổn định cho Phòng ban ưu tiên của trường trong mọi hoàn cảnh là góp phần
phụ tải điện lưới quốc gia vào các giờ cao điểm, đồng thời đây là bước đi đúng đắn với xu
hướng phát triển của thế giới,
Dự án còn mang một ý nghĩa to lớn về việc quảng bá thương hiệu cho trường ĐH
Kỹ Thuật Công Nghệ, một đơn vị đi đầu trong lĩnh vực sử dụng nghệ điện mặt trời, sạch,
xanh, không gây ô nhiễm, phù hợp với chương trình Khoa học công nghệ trọng điểm về
“Phát triển năng lượng tái tạo, sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả” để đảm bảo an
ninh năng lượng quốc gia.
Qua đây tôi xin chân thành cảm ơn Công ty TNHH Đức Anh Quân đã tạo mọi điều
kiện thuận lợi để tôi có thể nghiên cứu thực tế hệ thống thiết bị Sunny Boy và Sunny
Island của Quý Công ty. Đồng thời tôi cũng xin cảm ơn TS. Lê Hoàng Tố, giám đốc
Trung Năng Lượng Mới đã cung cấp các tài liệu và góp nhiều ý kiến quý báu để tôi hoàn
thành đề tài nghiên cứu này.