Phương Pháp Thiết Kế Hệ Thống Điện Năng Lượng Mặt Trời

Để thiết kế một hệ solar, chúng ta lần lượt thưc hiện các bước sau:

Tính tổng lượng tiêu thụ điện của tất cả các thiết bị mà hệ thống solar phải cung cấp

Tính tổng số Watt-hour sử dụng mỗi ngày của từng thiết bị. Cộng tất cả lại chúng ta có tổng số Watt-hour toàn tải sử dụng mỗi ngày.

Tính số Watt-hour các tấm pin mặt trời phải cung cấp cho toàn tải mỗi ngày

Do tổn hao trong hệ thống, số Watt-hour của tấm pin trời cung cấp phải cao hơn tổng số Watt-hour của toàn tải. Số Watt-hour các tấm pin mặt trời (PV modules) = 1.3 x tổng số Watt-hour toàn tải sử dụng

Tính toán kích cở tấm pin mặt trời cần sử dụng

Để tính toán kích cở các tấm pin mặt trời cần sử dụng, ta phải tính Watt-peak (Wp) cần có của tấm pin mặt trời. Lượng Wp mà pin mặt trời tạo ra lại tùy thuộc vào khí
hậu của từng vùng trên thế giới. Cùng 1 tấm pin mặt trời nhưng đặt ở nơi này thì mức độ hấp thu năng lượng sẽ khác với khi đặt nó nơi khác. Để thiết kế chính xác,
người ta phải khảo sát từng vùng và đưa ra một hệ số gọi là “panel generation factor”, tạm dịch là hệ số phát điện của pin mặt trời. Hệ số “panel generation factor” này là tích số của hiệu suất hấp thu (collection efficiency) và độ bức xạ năng lượng mặt trời (solar radiation) trong các tháng ít nắng của vùng, đơn vị tính của nó là  (kWh/m2/ngày).

Mức hấp thu năng lượng mặt trời tại Việt Nam là khoảng 4.58 kWh/m2/ngày cho nên lấy tổng số Watt-hour các tấm pin mặt trời chia cho 4.58 ta sẽ có tổng số Wp
của tấm pin mặt trời. Mỗi PV mà ta sử dụng đều có thông số Wp của nó, lấy tổng số Wp cần có của tấm pin mặt trời chia cho thông số Wp của nó ta sẽ có được số lượng tấm pin mặt trời cần dùng.

Kết quả trên chỉ cho ta biết số lượng tối thiểu số lượng tấm pin mặt trời cần dùng. Càng có nhiều pin mặt trời, hệ thống sẽ làm việc tốt hơn, tuổi thọ của battery sẽ
cao hơn. Nếu có ít pin mặt trời, hệ thống sẽ thiếu điện trong những ngày râm mát, rút cạn kiệt battery và như vậy sẽ làm battery giảm tuổi thọ. Nếu thiết kế nhiều pin mặt trời thì làm giá thành hệ thống cao, vượt quá ngân sách cho phép, đôi khi không cần thiết. Thiết kế bao nhiêu pin mặt trời lại còn tùy thuộc vào độ dự phòng của hệ thống. Thí dụ một hệ solar có độ dự phòng 4 ngày, ( gọi là autonomy day, là những ngày không có nắng cho pin mặt trời sản sinh điện), thì bắt buộc lượng battery phải tăng hơn và kéo theo phải tăng số lượng pin mặt trời. Rồi vấn đề sử dụng pin loại nào là tối ưu, là thích hợp vì mỗi vùng địa lý đều có thời tiết khác nhau. Tất cả đòi hỏi thiết kế phải do các chuyên gia có kinh nghiệm thiết kế nhiều năm cho các hệ solar trong vùng.

Tính toán bộ inverter

Đối với hệ solar stand-alone, bộ inverter phải đủ lớn để có thể đáp ứng được khi tất cả tải đều bật lên, như vậy nó phải có công suất bằng 125% công suất tải. Nếu tải
là motor thì phải tính toán thêm công suất để đáp ứng thời gian khởi động của motor.

Chọn inverter có điện áp vào danh định phù hợp với điện áp danh định của battery.

Đối với hệ solar kết nối vào lưới điện, ta không cần battery, điện áp vào danh định của inverter phải phù hợp với điện áp danh của hệ pin mặt trời.

Tính toán battery

Battery dùng cho hệ solar là loại deep-cycle. Loại này cho phép xả đến mức bình rất thấp và cho phép nạp đầy nhanh. Loại này có khả năng nạp xả rất nhiều lần ( có nhiều cycle) mà không bị hỏng bên trong, do vậy khá bền, tuổi thọ cao.

Số lượng battery cần dùng cho hệ solar là số lượng battery đủ cung cấp điện cho những ngày dự phòng (autonomy day) khi các tấm pin mặt trời không sản sinh ra
điện được. Ta tính dung lượng battery như sau:

  • Hiệu suất của battery chỉ khoảng 85% cho nên chia số Wh của tải tiêu thụ với 0.85 ta có Wh của battery
  • Với mức deep of discharge DOD (mức xả sâu) là 0.6, ta chia số Wh của battery cho 0.6 sẽ có dung lượng battery

Dung lượng Battery (Ah) = tổng Wh tiêu thụ mỗi ngày / (Hiệu suấ battery x mức DOD x điện thế battery )

Dung lượng Battery (Ah) = tổng Wh tiêu thụ mỗi ngày / ( 0,8 x 0,6 x điện thế battery)

Kết quả trên cho ta biết dung lượng battery tối thiểu cho hệ solar không có dự phòng. Khi hệ solar có số ngày dự phòng (autonomy day) ta phải nhân dung lượng battery cho số autonomy-day để có số lượng battery cần cho hệ thống.

Thiết kế solar charge controller

Solar charge controller có điện thế vào phù hợp với điện thế của pin mặt trời và điện thế ra tương ứng với điện thế của battery. Vì solar charge controller có nhiều loại cho nên bạn cần chọn loại solar charge controller nào phù hợp với hệ solar của bạn. Đối với các hệ pin mặt trời lớn, nó được thiết kế thành nhiều dãy song song và mỗi dãy sẽ do một solar charge controller phụ trách. Công suất của solar charge controller phải đủ lớn để nhận điện năng từ PV và đủ công suất để nạp battery.

Thông thường ta chọn Solar charge controller có dòng Imax = 1.3 x dòng ngắn mạch của PV

Ví dụ cụ thể:

Tính hệ solar cho 1 hộ dân vùng sâu có yêu cầu sử dụng như sau:

  • 1 bóng đèn 18 Watt sử dụng từ 6-10 giờ tối.
  • 1 quạt máy 60 Watt mỗi ngày sử dụng khoảng 2 giờ.
  • 1 tủ lạnh 75 Watt chạy liên tục

Xác định tổng lượng điện tiêu thụ mỗi ngày = (18 W x 4 giờ) + (60 W x 2 giờ) + (75 W x 12 giờ) = 1,092 Wh/day
(tủ lạnh tự động ngắt khi đủ lạnh nên xem như chạy 12 giờ nghỉ 12 giờ)

Tính pin mặt trời (PV panel)
PV panel = 1,092 x 1.3 = 1,419.6 Wh/day.
Tổng Wp của PV panel = 1,419.6 / 4.58 = 310Wp
Chọn loại PV có 110Wp thì số PV cần dùng là 310 / 110 # 3 tấm

Tính inverter

Tổng công suất sử dụng = 18 + 60 + 75 = 153 W
Công suất inverter = 153 x 125% # 190W
Chọn inverter 200W trở lên

Tính toán Battery

Với 3 ngày dự phòng, dung lượng bình = 178 x 3 = 534 Ah
Như vậy chọn battery deep-cycle 12V/600Ah cho 3 ngày dự phòng.

Dung lượng Battery (Ah) = 1,092 / (0,85 x 0,6 x 12) = 178

Tính solar charge controller

Thông số của mỗi PV module: Pm = 110 Wp, Vm = 16.7 Vdc, Im = 6.6 A, Voc = 20.7 A, Isc = 7.5 A
Như vậy solar charge controller = (3 tấm PV x 7.5 A) x 1.3 = 29.25 A

Chọn solar charge controller có dòng 30A/12 V hay lớn hơn.

Sưu tầm

Bạn có muốn nhận bộ tài liệu: Hướng dẫn thiết kế lắp đặt điện theo tiêu chuẩn IEC ?
Tải ngay: https://vnk.edu.vn/ebook-huong-dan-thiet-ke-lap-dat-dien-theo-iec/

Phương pháp thiết kế hệ thống điện năng lượng mặt trời
5 (100%) 3 votes