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.
21
Embed
CHƢƠNG 5: THIẾT KẾ KỸ THUẬT HỆ THỐNGMÁI NHÀ MẶT VÀ … · - Công suất sử dụng đồng thời cho các thiết bị gồm : 1 Laptop + 1 Máy tính bàn +
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
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)