Tài liệu Hệ thống phát điện kết hợp năng lượng gió và năng lượng mặt trời

Trường đại học Bách Khoa – Đại học quốc gia TP HCM Chương trình kĩ sư chất lượng cao Việt Pháp -------  ------- BÀI BÁO CÁO MÔN NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO Đề tài : Hệ thống phát điện kết hợp năng lượng gió và năng lượng mặt trời Lớp: VP08VT Nhóm 4: Nguyễn Tấn Phát MSSV: 40801521 Nguyễn Hồng Phúc 40801594 Nguyễn Phúc Thuận 40802160 Phan Nhật Vũ 50802678 GVHD: Nguyễn Phúc Khải Đại Học Bách Khoa TP HCM 5/2012 Mục lục -------------- Phần A: Tổng quan.......................................................................................................trang 3 I. II. III. IV. V. VI. Đặt vấn đề...................................................................................................trang 3 Nguồn năng lượng gió................................................................................trang 5 Nguồn năng lượng mặt trời.........................................................................trang 8 Kết hợp năng lượng gió và năng lượng mặt trời.......................................trang 11 Bộ điều khiển hỗn hợp năng lượng gió và năng lượng mặt trời...............trang 12 Các bước cài đặt hệ thống.........................................................................trang 12 Phần B: Các ví dụ hệ thống phát điện kết hợp năng lượng gió và mặt trời................trang 17 I. II. III. Máy phát điện SOLAR WIND.................................................................trang 17 Máy phát điện SOLAIR............................................................................trang 21 Máy phát điện FLOW...............................................................................trang 23 Nguồn..........................................................................................................................trang 25 Trang 2 A. TỔNG QUAN I. Đặt vấn đề Kỷ nguyên mới: Năng lượng chủ yếu là gió và mặt trời? “Những nghiên cứu và phát triển liên tục các nguồn năng lượng thay thế sẽ nhanh chóng thúc đẩy sự xuất hiện một kỷ nguyên mới trong Lịch sử loài người, trong đó hai nguồn điện tái sinh là điện gió và điện mặt trời sẽ đóng góp áp đảo trong ngành năng lượng”. Một nhà khoa học đã từng được giải Nobel đã nói như vậy tại Hội nghị lần thứ 240 của Hội Hoá học Mỹ”. Tiến sĩ Walter Kohn, người được trao giải Nobel Hoá học năm 1998 và đang làm việc tại Trường ĐH California, phân hiệu tại Santa Barbara, đã lưu ý rằng dầu mỏ và khí thiên nhiên, hiện nay vẫn đang cung cấp khoảng 60% tổng năng lượng toàn cầu và được dự đoán là từ nay cho đến 10 – 30 năm sau vẫn chiếm một tỷ trọng cao nhất. Sau đó, hai nguồn nhiên liệu này sẽ giảm tỷ lệ một cách nhanh chóng. Nguồn năng lượng được sử dụng chủ yếu trong thời gian tới sẽ là mặt trời… (Ảnh: Internet). Nobel gia Walter Kohn nhận định: “Khuynh hướng này đã tạo ra hai thách thức toàn cầu chưa từng có tiền lệ. Một là nó đe doạ sự thiếu hụt năng lượng trên quy mô toàn thế giới. Hai là nó tạo ra nguy cơ không thể chấp nhận được là sự nóng lên toàn cầu và những hậu quả của nó”. Trang 3 Ông chỉ ra rằng các thách thức đó đòi hỏi phải tìm ra nhiều giải pháp khác nhau mà theo ông: “Giải pháp tốt nhất là tiếp tục áp dụng những tiến bộ khoa học và kỹ thuật cung cấp các nguồn năng lượng thay thế phong phú, an toàn, sạch và không thải cácbon. Vì những thách thức đó mang tính toàn cầu, nên công tác khoa học và công nghệ phải huy động được sự hợp tác quốc tế ở mức tối đa và bắt đầu ngay lập tức”. Trong thập kỷ qua, sản lượng điện mặt trời tăng 90% và phong điện tăng 10%. TS Kohl hy vọng hai nguồn năng lượng vô tận này sẽ tiếp tục tăng mạnh trong thập kỷ tới và sau đó nữa để đưa nhân loại bước vào một kỷ nguyên mới trong lịch sử, trong đó năng lượng mặt trời và năng lượng gió chiếm vị trí chủ đạo. Một vấn đề quan trọng khác, có ý nghĩa không kém nhưng còn ít được quan tâm là cần giảm việc tiêu thụ điện tính theo đầu người tại các nước phát triển. Ông nói: … và gió. (Ảnh: Internet). "Một tấm gương rất tiêu cực là tiêu thụ xăng dầu ở Mỹ cao hơn mức trung bình của thế giới đến 5 lần” – ông nói – “Thật không thể hiểu được, các nước kém phát triển lại đặt mục tiêu đưa mức sống lên ngang bằng những nước đã phát triển cao theo mô hình sẵn có mà lẽ ra họ phải tìm mọi cách để ổn định dân số đang tăng lên nhanh chóng của mình”. Kohn lưu ý rằng ông rất ấn tượng với việc các sinh viên trong Trường ông đã góp chung một quỹ tập thể để trang bị các pin mặt trời cung cấp toàn bộ điện cho khu nhà thi đấu: “Khi những người trẻ tuổi đã chủ động đứng ra giải quyết những vấn đề năng lượng và nóng lên toàn cầu thì đó quả là điều kỳ diệu. Đó là một sự cam kết xã hội đầy ý nghĩa trong thời đại của chúng ta”. Trang 4 II. Nguồn năng lượng gió Năng lượng gió là động năng của không khí di chuyển trong bầu khí quyển Trái Đất. Năng lượng gió là một hình thức gián tiếp của năng lượng mặt trời. Sử dụng năng lượng gió là một trong các cách lấy năng lượng xa xưa nhất từ môi trường tự nhiên và đã được biết đến từ thời kỳ Cổ đại. Sự hình thành năng lượng gió Bức xạ Mặt Trời chiếu xuống bề mặt Trái Đất không đồng đều làm cho bầu khí quyển, nước và không khí nóng không đều nhau. Một nửa bề mặt của Trái Đất, mặt ban đêm, bị che khuất không nhận được bức xạ của Mặt Trời và thêm vào đó là bức xạ Mặt Trời ở các vùng gần xích đạo nhiều hơn là ở các cực, do đó có sự khác nhau về nhiệt độ và vì thế là khác nhau về áp suất mà không khí giữa xích đạo và 2 cực cũng như không khí giữa mặt ban ngày và mặt ban đêm của Trái Đất di động tạo thành gió. Trái Đất xoay tròn cũng góp phần vào việc làm xoáy không khí và vì trục quay của Trái Đất nghiêng đi (so với mặt phẳng do quỹ đạo Trái Đất tạo thành khi quay quanh Mặt Trời) nên cũng tạo thành các dòng không khí theo mùa. Trang 5 Bản đồ vận tốc gió theo mùa Do bị ảnh hưởng bởi hiệu ứng Coriolis được tạo thành từ sự quay quanh trục của Trái Đất nên không khí đi từ vùng áp cao đến vùng áp thấp không chuyển động thắng mà tạo thành các cơn gió xoáy có chiều xoáy khác nhau giữa Bắc bán cầu và Nam bán cầu. Nếu nhìn từ vũ trụ thì trên Bắc bán cầu không khí di chuyển vào một vùng áp thấp ngược với chiều kim đồng hồ và ra khỏi một vùng áp cao theo chiều kim đồng hồ. Trên Nam bán cầu thì chiều hướng ngược lại. Ngoài các yếu tố có tính toàn cầu trên gió cũng bị ảnh hưởng bởi địa hình tại từng địa phương. Do nước và đất có nhiệt dung khác nhau nên ban ngày đất nóng lên nhanh hơn nước, tạo nên khác biệt về áp suất và vì thế có gió thổi từ biển hay hồ vào đất liền. Vào ban đêm đất liền nguội đi nhanh hơn nước và hiệu ứng này xảy ra theo chiều ngược lại. Vật lý học về năng lượng gió Năng lượng gió là động năng của không khí chuyển động với vận tốc . Khối lượng đi qua một mặt phẳng hình tròn vuông góc với chiều gió trong thời gian là: với ρ là tỷ trọng của không khí, V là thể tích khối lương không khí đi qua mặt cắt ngang hình tròn diện tích A, bán kinh r trong thời gian t. Vì thế động năng E (kin) và công suất P của gió là: Điều đáng chú ý là công suất gió tăng theo lũy thừa 3 của vận tốc gió và vì thế vận tốc gió là một trong những yếu tố quyết định khi muốn sử dụng năng lượng gió. Công suất gió có thể được sử dụng, thí dụ như thông qua một tuốc bin gió để phát điện, nhỏ hơn rất nhiều so với năng lượng của luồng gió vì vận tốc của gió ở phía sau một tuốc bin không thể giảm xuống bằng không. Trên lý thuyết chỉ có thể lấy tối đa là 59,3% năng lượng tồn tại trong luồng gió. Trị giá của tỷ lệ giữa công suất lấy ra được từ gió và công suất tồn tại trong gió được gọi là hệ số Betz (xem Định luật Betz), do Albert Betz tìm ra vào năm 1926. Trang 6 Có thể giải thích một cách dễ hiểu như sau: Khi năng lượng được lấy ra khỏi luồng gió, gió sẽ chậm lại. Nhưng vì khối lượng dòng chảy không khí đi vào và ra một tuốc bin gió phải không đổi nên luồng gió đi ra với vận tốc chậm hơn phải mở rộng tiết diện mặt cắt ngang. Chính vì lý do này mà biến đổi hoàn toàn năng lượng gió thành năng lượng quay thông qua một tuốc bin gió là điều không thể được. Trường hợp này đồng nghĩa với việc là lượng không khí phía sau một tuốc bin gió phải đứng yên. Sử dụng năng lượng gió Năng lượng gió đã được sử dụng từ hằng trăm năm nay. Con người đã dùng năng lượng gió để di chuyển thuyền buồm hay khinh khí cầu, ngoài ra năng lượng gió còn được sử dụng để tạo công cơ học nhờ vào các cối xay gió. Ý tưởng dùng năng lượng gió để sản xuất điện hình thành ngay sau các phát minh ra điện và máy phát điện. Lúc đầu nguyên tắc của cối xay gió chỉ được biến đổi nhỏ và thay vì là chuyển đổi động năng của gió thành năng lượng cơ học thì dùng máy phát điện để sản xuất năng lượng điện. Khi bộ môn cơ học dòng chảy tiếp tục phát triển thì các thiết bị xây dựng và hình dáng của các cánh quạt cũng được chế tạo đặc biệt hơn. Ngày nay người ta gọi đó tuốc bin gió, khái niệm cối xay gió không còn phù hợp nữa vì chúng không còn có thiết bị nghiền. Từ sau những cuộc khủng hoảng dầu trong thập niên 1970 việc nghiên cứu sản xuất năng lượng từ các nguồn khác được đẩy mạnh trên toàn thế giới, kể cả việc phát triển các tuốc bin gió hiện đại. Sản xuất điện từ năng lượng gió Vì gió không thổi đều đặn nên năng lượng điện phát sinh từ các tuốc bin gió chỉ có thể được sử dụng kết hợp chung với các nguồn năng lượng khác để cung cấp năng lượng liên tục. Tại châu Âu, các tuốc bin gió được nối mạng toàn châu Âu, nhờ vào đó mà việc sản xuất điện có thể được điều hòa một phần. Một khả năng khác là sử dụng các nhà máy phát điện có bơm trữ để bơm nước vào các bồn chứa ở trên cao và dùng nước để vận hành tuốc bin khi không đủ gió. Xây dựng các nhà máy điện có bơm trữ này là một tác động lớn vào thiên nhiên vì phải xây chúng trên các đỉnh núi cao. Mặt khác vì có ánh sáng Mặt Trời nên gió thổi vào ban ngày thường mạnh hơn vào đêm và vì vậy mà thích ứng một cách tự nhiên với nhu cầu năng lượng nhiều hơn vào ban Trang 7 ngày. Công suất dự trữ phụ thuộc vào độ chính xác của dự báo gió, khả năng điều chỉnh của mạng lưới và nhu cầu dùng điện. Người ta còn có một công nghệ khác để tích trữ năng lượng gió. Cánh quạt gió sẽ được truyền động trực tiếp để quay máy nén khí. Động năng của gió được tích lũy vào hệ thống nhiều bình khí nén. Hệ thống hàng loạt bình khí nén này sẽ được luân phiên tuần tự phun vào các turbine để quay máy phát điện. Như vậy năng lượng gió được lưu trữ và sử dụng ổn định hơn (dù gió mạnh hay gió yếu thì khí vẫn luôn được nén vào bình, và người ta sẽ dễ dàng điểu khiển cường độ và lưu lượng khí nén từ bình phun ra), hệ thống các bình khí nén sẽ được nạp khí và xả khí luân phiên để đảm bảo sự liên tục cung cấp năng lượng quay máy phát điện (khi 1 bình đang xả khí quay máy phát điện thì các bình khác sẽ đang được cánh quạt gió nạp khí nén vào). Nếu cộng tất cả các chi phí bên ngoài (kể cả các tác hại đến môi trường thí dụ như vì thải các chất độc hại) thì năng lượng gió bên cạnh sức nước là một trong những nguồn năng lượng rẻ tiền nhất. III. Nguồn năng lượng Mặt Trời Năng lượng mặt trời, bức xạ ánh sáng và nhiệt từ Mặt trời, đã được khai thác bởi con người từ thời cổ đại bằng cách sử dụng một loạt các công nghệ phát triển hơn bao giờ hết. Bức xạ mặt trời, cùng với tài nguyên thứ cấp của năng lượng mặt trời như sức gió và sức sóng, sức nước và sinh khối, làm thành hầu hết năng lượng tái tạo có sẵn trên trái đất. Chỉ có một phần rất nhỏ của năng lượng mặt trời có sẵn được sử dụng. Điện mặt trời nghĩa là phát điện dựa trên động cơ nhiệt và pin quang điện. Sử dụng năng lượng mặt trời chỉ bị giới hạn bởi sự khéo léo của con người. Một phần danh sách các ứng dụng năng lượng mặt trời sưởi ấm không gian và làm mát thông qua kiến trúc năng lượng mặt trời, qua chưng cất nước uống và khử trùng, chiếu sáng bằng ánh sáng ban ngày, nước nóng năng lượng mặt trời, nấu ăn năng lượng mặt trời, và quá trình nhiệt độ cao nhiệt cho công nghiệp purposes. Để thu năng lượng mặt trời, cách phổ biến nhất là sử dụng tấm năng lượng mặt trời. Công nghệ năng lượng mặt trời được mô tả rộng rãi như là hoặc năng lượng mặt trời thụ động hoặc năng lượng mặt trời hoạt động tùy thuộc vào cách chúng nắm bắt, chuyển đổi và phân phối năng lượng mặt trời. Kỹ thuật năng lượng mặt trời hoạt động bao gồm việc sử dụng các tấm quang điện và năng lượng mặt trời nhiệt thu để khai thác năng lượng. Kỹ thuật năng lượng mặt trời thụ động bao gồm các định hướng một tòa nhà về phía Mặt Trang 8 trời, lựa chọn vật liệu có khối lượng nhiệt thuận lợi hoặc tài sản ánh sáng phân tán, và thiết kế không gian lưu thông không khí tự nhiên. Năng lượng từ mặt trời Khoảng một nửa số năng lượng mặt trời đến đạt đến bề mặt của trái đất. Trái đất nhận được 174 petawatts (PW) của bức xạ mặt trời đến (sự phơi nắng) ở phía trên không khí. Khoảng 30% được phản xạ trở lại không gian trong khi phần còn lại được hấp thụ bởi các đám mây, đại dương và vùng đất. phổ của ánh sáng năng lượng mặt trời ở bề mặt của trái đất là chủ yếu lây lan qua nhìn thấy được và cận hồng ngoại phạm vi với một vai nhỏ trong các cận tử ngoại Bề mặt Trái đất, biển và bầu không khí hấp thụ bức xạ mặt trời, và điều này làm tăng nhiệt độ của chúng. Không khí ấm có chứa nước bốc hơi từ các đại dương tăng lên, gây ra lưu thông khí quyển hoặc đối lưu. Khi không khí đạt đến một độ cao, nơi nhiệt độ thấp, hơi nước ngưng tụ thành mây, mưa lên trên bề mặt của trái đất, hoàn thành chu kỳ nước. [[Tiềm ẩn nhiệt ngưng tụ nước khuếch đại đối lưu, sản xuất các hiện tượng khí quyển như gió, cơn bão và chống cơn bão s. Ánh sáng mặt trời bị hấp thụ bởi các đại dương và các vùng đất giữ bề mặt ở nhiệt độ trung bình là 14 ° C. Bằng cách quang hợp cây xanh chuyển đổi năng lượng mặt trời vào năng lượng hóa học, trong đó sản xuất thực phẩm, gỗ và sinh khối từ nhiên liệu có nguồn gốc hóa thạch Yearly Solar fluxes & Human Energy Consumption Solar 3,850,000 EJ Wind 2,250 EJ Biomass 3,000 EJ Primary energy use (2005) 487 EJ Electricity (2005) 56.7 EJ Tổng số năng lượng mặt trời được hấp thụ bởi bầu khí quyển, đại dương của Trái đất và vùng đất là khoảng 3.850.000 exajoules (EJ) mỗi năm <- - SMIL trích dẫn một thông lượng hấp thụ năng lượng mặt trời của 122 PW. Nhân con số này bằng số giây trong một năm sản lượng 3.850.000 EJ. -> Trong năm 2002, đây là năng lượng trong một giờ so với thế giới được sử dụng trong một năm . Trang 9 Đèn năng lượng mặt trời có tính phí trong ngày và ánh sáng vào lúc hoàng hôn là một cảnh tượng phổ biến dọc theo lối đi Mặc dù ánh sáng ban ngày tiết kiệm thời gian quảng cáo là một cách để sử dụng ánh sáng mặt trời để tiết kiệm năng lượng, nghiên cứu gần đây đã được hạn chế và báo cáo kết quả trái ngược nhau: một số nghiên cứu báo cáo tiết kiệm, nhưng cũng giống như nhiều cho thấy không có hiệu lực hoặc thậm chí bị lỗ, đặc biệt là khi xăng tiêu thụ được đưa vào tài khoản. Sử dụng điện bị ảnh hưởng rất nhiều bởi khí hậu, địa lý và kinh tế, làm cho nó khó có thể khái quát từ các nghiên cứu đơn lẻ Nhiệt mặt trời Công nghệ nhiệt mặt trời có thể được sử dụng cho đun nước nóng, sưởi ấm không gian, làm mát không gian và quá trình sinh nhiệt. Nước nóng Hệ thống nước nóng năng lượng mặt trời sử dụng ánh sáng mặt trời để làm nóng nước. Trong vĩ độ địa lý thấp (dưới 40 độ) 60-70% sử dụng nước nóng với nhiệt độ lên đến 60 ° C có thể được cung cấp bởi hệ thống sưởi ấm mặt trời. Các loại phổ biến nhất của máy nước nóng năng lượng mặt trời được sơ tán thu ống (44%) và thu gom tấm kính phẳng (34%) thường được sử dụng nước nóng trong nước; và các nhà sưu tập không tráng nhựa (21%) sử dụng chủ yếu để làm nóng bể bơi. Đến năm 2007, tổng công suất lắp đặt của các hệ thống nước nóng năng lượng mặt trời là khoảng 154 GW Trung Quốc là nhà lãnh đạo thế giới trong việc triển khai của họ với 70 GW đã được cài đặt. năm 2006 và mục tiêu dài hạn của 210 GW vào năm 2020. Israel và Síp là các nhà lãnh đạo bình quân đầu người trong việc sử dụng các hệ thống nước nóng năng lượng mặt trời với hơn 90% hộ gia đình sử dụng chúng. Tại Hoa Kỳ, Canada và Úc làm nóng bể bơi là ứng dụng ưu thế của nước nóng năng lượng mặt trời với công suất lắp đặt 18 GW vào năm 2005 Hệ thống sưởi ấm, làm mát và thông gió Tại Hoa Kỳ, hệ thống sưởi ấm, thông gió và điều hòa không khí (HVAC) chiếm 30% (4,65 EJ) năng lượng được sử dụng trong các tòa nhà thương mại và gần 50% (10,1 EJ) Trang 10 năng lượng sử dụng trong các tòa nhà dân cư. Công nghệ sưởi ấm, làm mát và thông gió năng lượng mặt trời có thể được sử dụng để bù đắp một phần năng lượng này. Nhiệt khối là vật liệu bất kỳ có thể được sử dụng để lưu trữ nhiệt nóng từ Mặt trời trong trường hợp của năng lượng mặt trời. Các vật liệu nhiệt khối phổ biến bao gồm đá, xi măng và nước. Chúng đã được sử dụng trong lịch sử ở vùng khí hậu khô hạn và khu vực ôn đới ấm để giữ mát các tòa nhà bằng cách hấp thụ năng lượng mặt trời vào ban ngày và bức xạ nhiệt đã lưu trữ để không khí mát vào ban đêm. Tuy nhiên, chúng cũng có thể được sử dụng trong khu vực ôn đới lạnh để duy trì sự ấm áp. Kích thước và vị trí của nhiệt khối phụ thuộc vào nhiều yếu tố như điều kiện khí hậu, chiếu sáng bằng ánh sáng ngày và bóng râm. Khi kết hợp đúng cách, nhiệt khối duy trì nhiệt độ không gian trong một phạm vi thoải mái và làm giảm sự cần thiết để sưởi ấm phụ trợ và thiết bị làm mát. Một ống khói năng lượng mặt trời (hoặc ống khói nhiệt, trong bối cảnh này) là một hệ thống thông gió năng lượng mặt trời thụ động bao gồm một trục thẳng đứng kết nối nội thất và ngoại thất của một tòa nhà. Do sự nóng lên của ống khói, không khí bên trong được đun nóng gây ra một updraft kéo không khí thông qua tòa nhà. Hiệu suất có thể được cải thiện bằng cách sử dụng kính và vật liệu nhiệt khối theo cách bắt chước nhà kính. Rụng lá cây và thực vật đã được phát huy như một phương tiện để kiểm soát năng lượng mặt trời sưởi ấm và làm mát. Khi trồng ở phía nam của một tòa nhà, lá của chúng cung cấp bóng mát trong mùa hè, trong khi các cành trụi lá cho phép ánh sáng đi trong mùa đông. Kể từ trần, cây trụi lá tạo bóng râm 1/3 đến 1/2 của bức xạ mặt trời, có một sự cân bằng giữa lợi ích của bóng mát mùa hè và mất mát tương ứng của sưởi ấm mùa đông. Trong khí hậu với tải làm nóng đáng kể, cây rụng lá không nên được trồng ở phía nam của một tòa nhà bởi vì chúng sẽ can thiệp với tính có sẵn năng lượng mặt trời mùa đông. Tuy nhiên, chúng có thể được sử dụng ở phía đông và phía tây để cung cấp một mức độ bóng mát mùa hè mà không làm ảnh hưởng đến tăng năng lượng mặt trời mùa đông. IV. Kết hợp năng lượng gió và năng lượng mặt trời Một máy phát điện tua bin gió lai năng lượng mặt trời là một giải pháp thay thế nguồn năng lượng đáng tin cậy. Nó sử dụng năng lượng mặt trời kết hợp với năng lượng gió để tạo ra một nguồn năng lượng độc lập mà là cả hai đáng tin cậy và nhất quán. Năng lượng mặt trời và năng lượng gió là hai trong số những nguồn năng lượng có trữ lượng lớn nhất trên hành tinh. Cả hai đều là những nguồn năng lượng tái tạo dồi dào quanh năm ở tất cả các lĩnh vực. Trong khi năng lượng mặt trời hoặc năng lượng gió sự dụng một mình có thể biến động nhưng khi được sử dụng chung với nhau nó cung cấp một nguồn năng lượng đáng tin cậy. Ở nhiều khu vực, khi mặt trời mạnh nhất là lúc tốc độ gió thấp và ngược lại khi tốc Trang 11 độ gió cao nhất là ánh nắng mặt trời là yếu nhất (vào mùa đông). Giải pháp hoàn hảo là kết hợp hai nguồn năng lượng để tạo ra một dòng chảy năng lượng không đổi. Hệ thống hybrid này cân bằng các biến động về năng lượng để cung cấp cho một dòng chảy năng lượng ổn định cao hơn. Máy phát điện tua bin gió lai năng lượng mặt trời sử dụng tấm pin mặt trời thu ánh sáng và chuyển đổi nó thành năng lượng cùng với các tua-bin gió thu thập năng lượng từ gió. Bộ điều khiển phụ trách việc sạc năng lượng trước khi nó được lưu trữ trong các ngân hàng pin. Một biến tần, nằm trong ngân hàng pin, thay đổi dòng điện từ DC đến AC. AC, hoặc xen kẽ hiện nay, là loại năng lượng được sử dụng trong hầu hết các gia đình và các doanh nghiệp. Lai năng lượng mặt trời máy phát điện tua bin gió cung cấp điện chi phí thấp. Điện là đáng tin cậy bởi vì nó kết hợp năng lượng mặt trời và gió. Các chi phí hoạt động thấp so với các nguồn không tái tạo. Việc sử dụng hai nguồn năng lượng mặt trời và gió - cùng nhau giúp cho việc cung cấp cho một nguồn năng lượng ổn định cho pin. V. Bộ Điều Khiển Hỗn Hợp Năng lượng gió và năng lượng mặt trời Mô tả chung về bộ điều khiển hỗn hợp năng lượng gió và năng lượng mặt trời Bộ điều khiển hỗn hợp năng lượng gió và năng lượng mặt trời cao cấp được đặc biệt thiết kế cho hệ thống hỗn hợp năng lượng mặt trời/năng lượng gió quy mô nhỏ đầu trên, phù hợp với hệ thống đèn đường hỗn hợp năng lượng gió và năng lượng mặt trời và phù hợp với hệ thống kiểm soát hỗn hợp năng lượng gió và năng lượng mặt trời. Nó cũng điều khiển máy phát điện gió và pin mặt trời để sạc vào ắc quy một cách an toàn và hiệu quả. Bộ điều khiển hỗn hợp năng lượng mặt trời và năng lượng gió cao cấp là thành phần hạt nhân của hệ thống phát điện không kết nối với lưới điện. Hoạt động của bộ điều khiển sẽ ảnh hưởng đến tuổi thọ và khả năng ổn định của toàn hệ thống, đặc biệt là tuổi thọ của ắc quy . Trang 12 Giải thích mô hình của bộ điều khiển hỗn hợp năng lượng gió và năng lượng mặt trời Tính năng hoạt động của bộ điều khiển hỗn hợp năng lượng mặt trời và năng lượng gió. ◆ Đáng tin cậy: Thiết kế cấu trúc đơn giản, đơn bộ hóa và thông minh với chức năng mạnh mẽ và hoạt động ổn định; Cấu kiện chất lượng cao và quy trình sản xuất nghiêm ngặt tạo cho bộ điều khiển phù hợp với môi trường khắc nghiệt. Nó cũng có tuổi thọ và sự vận hành đáng tin cậy. ◆ Phương thức sạc PWM, cấu trúc sạc dòng hạn chế và điện áp hạn chế: Bộ điều khiển sẽ sạc vào ắc quy với dòng hạn chế và điện áp hạn chế khi điện trong ắc quy còn thấp. Bộ điều khiển sẽ sạc vào ắc quy với dòng hạn chế và điện áp hạn chế nếu điện trong ắc quy còn nhiều. Điều này gia tăng tuổi thọ của ắc quy. Điện năng vượt quá sẽ bị chuyển ra ngoài tải bởi PWM. ◆ Hai đầu ra dòng xoay chiều: Có nhiều chế độ điều khiển đầu ra tùy chọn cho mỗi đầu ra dòng xoay chiều, bao gồm: (1) liên tục mở, (2) liên tục tắt, (3) liên tục nửa công suất, (4) điều khiển đèn mở, điều khiển đèn tắt, (5) điều khiển đèn mở và điều khiển thời gian tắt, (6) điều khiển đèn mở, điều khiển thời gian và nửa công suất, điều khiển đèn tắt, (7) điều khiển đèn mở, điều khiển thời gian và nửa công suất, điều khiển thời gian tắt. Thông qua màn hình LCD và nút bấm, người sử dung có thể cài đặt 3 chế độ khác nhau điều khiển đầu ra, bao gồm: (1) liên tục mở, (2) điều khiển đèn mở, điều khiển đèn tắt, (3) điều khiển đèn mở và điều khiển thời gian tắt. Trang 13 ◆ Hiển thị LCD: Dữ liệu hoạt động và trạng thái hệ thống được hiển thị trên màn hình LCD. Bao gồm: điện áp ắc quy, điện áp tuabin gió, điện áp tấm quang điện, công suất tuabin gió, công suất tấm quang điện, dòng tuabin gió, dòng tấm quang điện, dòng của tải, chế độ điều khiển đầu ra, thời gian tắt của tải đầu ra, điện áp điểm điều khiển đèn mở, điện áp điểm điều khiển đèn tắt, chỉ ra đèn ở chế độ dành cho ban ngày hay ban đêm, trạng thái điện của ắc quy, trạng thái của tải, cũng nhưng điện áp cao, điện áp thấp, quá tải, đoản mạch, … ◆ Chức năng bảo vệ: bao gồm: chống sạc ngược pin mặt trời, kết nối ngược pin mặt trời, sạc quá vào ắc quy, xả quá khỏi ắc quy, kết nối ngược ắc quy, đoản mạch tải, quá tải, sét, dòng hạn chế tuabin gió, phanh tay và phanh tự động tuabin gió. ◆ Chức năng giao tiếp từ xa tùy chọn: Phần mềm có thể theo dõi giám sát tình trạng của hệ thống điều khiển theo thời gian thực, như điện áp ắc quy, điện áp tuabin gió, điện áp pin mặt trời, dòng sạc vào ắc quy, dòng sạc của tuabin gió, điện áp sạc vào ắc quy, công suất sạc vào ắc quy, công suất sạc của pin mặt trời, công suất sạc của tuabin gió, số vòng quay trên phút của tuabin gió, … Người dùng có thể điều chỉnh các thông số thông qua phần mềm. Trong khi đó phần mềm cũng có thể điều khiển tình trạng hoạt động của tuabin gió và tải. ◆ Mô đun sạc điện áp thấp tùy chọn: chức năng này có thể cho phép điện từ tuabin gió sạc vào ắc quy dưới điện áp thấp. Trở kháng đầu vào và điểm điện áp bắt đầu sạc của tuabin gió có thể được điều chỉnh thông qua giao tiếp cổng nối tiếp tùy thuộc vào những đặc điểm khác của tuabin gió khác khau. ◆ Chức năng dấu tắt tùy chọn: khi ắc quy xả quá mực, thiết bị sẽ tự động chuyển sang dùng điện lưới và sử dụng điện lưới chạy tải để đảm bảo sự ổn định của hệ thống điện. Nếu ắc quy xả quá mức lần thứ 2 trong cùng 1 ngày, bộ điều khiển sẽ không tự động phục hồi. Chỉ khi điện áp của ắc quy hồi trở lại tới điểm hồi phục và đèn chiếu sáng tắt một lần (đèn sẽ bật vào ngày hôm sau), nó sẽ tự động chuyển sang dùng ắc quy cho tải. ◆ Phần mềm giám sát của bộ điều khiển hỗn hợp năng lượng gió và năng lượng mặt trời Phần mềm giám sát của bộ điều khiển hỗn hợp năng lượng gió và năng lượng mặt trời Người dùng có thể kiểm tra hoặc cài đặt các thông số và xem tình trạng quá trình hoạt động của hệ thống. Người dùng cũng có thể điều khiển tình trạng hoạt động của tuabin gió. Trong đó, phần mềm này có nhiều ưu điểm, đó là: dễ sử dụng, hiệu quả cao, đa chức năng, đa ngôn ngữ, …i Trang 14 Hệ thống giám sát mạng là một phần mềm giám sát rất rộng. Phần mềm này được sản xuất cho bộ điều khiển hỗn hợp năng lượng gió và năng lượng mặt trời cao cấp cho phép cài đặt thông số và điều khiển, giám sát các thông số điện. VI. Các bước cài đặt hệ thống kết hợp năng lượng gió và năng lượng mặt trời 1. Đặt các tuabin gió ở một vị trí thích hợp và nối dây đầu ra để điều chỉnh thiết kế để xử lý các biến động điện áp và dòng điện tua-bin gió sản xuất. Nhiều tua-bin gió có các cài đặt trước. Hãy chắc chắn rằng năng lượng đầu ra là tương thích với điện áp pin dự trữ. Nếu nó không phù hợp, bạn sẽ phải cài đặt một máy biến áp riêng biệt để thay đổi mức điện áp phù hợp. 2. Kết nối đầu ra từ điều tuabin hoặc biến một công tắc trên một trung tâm nguồn DC, được thiết kế để tổ chức đầu vào năng lượng từ các nguồn khác nhau và chỉ đạo các ngân hàng pin và biến tần. Thực hiện theo các sơ đồ hệ thống dây điện trung tâm nguồn. 3. Cài đặt các tấm pin mặt trời ở một vị trí đầy nắng và kết nối chúng với nhau theo thông số kỹ thuật của nhà sản xuất. Điều này thường liên quan đến việc đơn giản cắm các tấm với nhau. Kết nối các bảng để điều chỉnh phí quang điện (PV) và kết nối bộ điều khiển phụ trách một công tắc trên trung tâm nguồn DC. 4. Cấu hình các ngân hàng pin để tối ưu hóa cho lượng điện năng bạn đang tạo ra và yêu cầu của bạn tải. Điều này được thực hiện bằng hệ thống dây điện nối tiếp, song song, hoặc cả hai. Mắc nối tiếp tăng điện áp của ngân hàng, và mắc song song để kéo dài tuổi thọ pin. Điện áp tiêu biểu cho các hệ thống năng lượng tái tạo là 12, 24, 48, 60 và 72 volt. 5. Kết nối các ngân hàng pin để một relay ở trung tâm nguồn DC để năng lượng đầu vào cho các ngân hàng là từ turbin gió và PV; đầu ra từ ngân hàng đến biến tần. Thực hiện theo các sơ đồ hệ thống dây điện trung tâm nguồn. 6. Kết nối đầu ra từ các trung tâm nguồn đến một biến tần, mà sẽ chuyển đổi DC hiện tại hộ gia đình 110V/220V AC hiện tại. Các biến tần có thể được nối song song với một máy phát điện trở lại cho hệ thống ngoài điện lưới, hoặc với việc cung cấp từ công ty điện lực. Kết nối các biến tần trực tiếp vào bảng điều khiển nhà điện. Trang 15 Sơ đồ một hệ thống kết hợp năng lượng gió và năng lượng mặt trời Trang 16 B. CÁC VÍ DỤ HỆ THỐNG PHÁT ĐIỆN KẾT HỢP NĂNG LƯỢNG GIÓ VÀ NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI: I. HỆ THỐNG PHÁT ĐIỆN SOLAR WIND 1. Giới thiệu: Solarwin là một hệ thống tua bin gió trục thẳng được kết hợp với pin mặt trời. Khi có nắng những không có gió thì vẫn thu được điện và ngược lại. Cho thấy sự kết hợp này mang đến sự tối ưu. 2. Cấu tạo: Tua bin Bluenergy Solarwind công suất 5kW có hai van gió đường xoắn ốc theo trục dọc và phủ pin mặt trời. Thay vì sử dụng kính, các tấm pin đưuọc phủ lớp Teflon sạch. Tua bin này có thể hoạt động ở điều kiện tốc độ gió chậm là 4 dặm/giờ nhưng nó có thể làm việc ở điều kiện tốc độ gió lên tới 90 dặm/giờ vượt xa khả năng của tuabin có trục nằm ngang. Nó làm việc không có tiếng ồn. Một điểm thú vị nữa là nhờ tua bin quay mà pin mặt trời được làm mát, tăng hiệu suất sinh điện năng. Trang 17 3. Các yếu tố thành phần: - Công nghệ đóng gói pin mặt trời: Cốt lõi công nghệ Bluenergy là ý tưởng rằng các tế bào năng lượng mặt trời không nên được đóng kín phía sau thủy tinh và bọc nhôm tấm pin mặt trời hiện nay, nhưng thay vì được bao phủ bởi lớp của fluoropolymer tinh khiết (một bộ phim rõ ràng). Ý tưởng này được chuyển đổi thành một quá trình trưởng thành về mặt kỹ thuật được cấp bằng sáng chế, trong đó cung cấp các lợi thế khác biệt trong sản xuất và sử dụng các tế bào năng lượng mặt trời. Đóng gói các bụi bẩn kháng, không phản xạ và chịu tác động. Dấu ấn Bluenerg, nhánh hình cây của nó quá trình đặc biệt trên fluoropolymer tạo ra một khu vực nhỏ thu ánh sáng mặt trời từ mọi góc độ và điều tiết ánh sáng vào các tế bào mà không có việc sử dụng của quang học phụ hoặc các thiết bị theo dõi cồng kềnh. Tua-bin "xoắn kép" cánh gió hình phục vụ như là nền tảng cho các pin. Công nghệ này được chứng minh. - Đôi cánh xoắn hình gió: Một phân tích phần tử hữu hạn được thực hiện bởi các công ty Bayer của Đức vào năm 2002 cho thấy cách tốt nhất để sử dụng trong gia đình của Foam Polyurethane và composite carbon được gọi là Baydur ® cho Solarwind ™ Turbines lên đến 10 kW. Nhờ chu kỳ đúc nhanh khoảng 90 giây, đúc hình dạng 3D với độ cứng và sức mạnh nội tại cao cao có thể được sản xuất. Khuôn nhôm được sử dụng trong quá trình sản xuất, có nghĩa là không có đại lý phát hành là cần thiết, kết quả trong một quá trình sản xuất rất an toàn và thân thiện với môi trường. Với hệ thống này, các bộ phận đúc mạnh mẽ, cực kỳ nhẹ và cứng có thể được sản xuất nhanh chóng trong một quá trình đúc ướt. - Máy phát điện Máy phát điện ba pha xoay chiều đồng bộ nam châm vĩnh cửu đã được quy định. Máy phát điện có nam châm đất hiếm được áp dụng trên rotor của nó, cung cấp hiệu quả cao. Các cuộn dây cố định của rotor liên tục được kích hoạt thông qua các nam châm, do đó máy phát điện ngay lập tức cung cấp năng lượng ngay cả ở vòng quay mỗi phút. Những máy phát điện được thiết kế đặc biệt cho các thiết bị hỗ trợ gió, và đang được xây dựng với yêu cầu chính xác của tuabin Bluenergy Solarwind - Hệ thống chuyển năng lượng mặt trời hiện tại Công nghệ trượt vòng cung cấp cho việc chuyển giao của dòng điện được sản xuất bởi các tế bào năng lượng mặt trời đóng gói. Trượt-vòng có một thiết kế mạnh mẽ và cấu tạo từ kim loại quý giá để sử dụng trong một thời gian dài, tối thiểu hóa chi phí. - Biến tần Trang 18 Các biến tần kết hợp điện năng lượng mặt trời và gió tạo ra điện vào trong một dòng. Đầu ra của dòng là AC chuẩn dễ dàng chuyển đổi giữa các tiêu chuẩn quốc gia khác nhau. - Trục tua bin - Vòng bi Trục là một rỗng lại thi thép cột, bằng cách sử dụng một hệ thống không có ma sát để làm giảm trở kháng, tăng hiệu quả. Hệ thống duy nhất cho phép tuabin quay ổn định, vì vậy mà ngay cả trong những cơn gió rất cao, sự quá tải giảm và vẫn hoàn toàn cân bằng. 4. Ưu điểm: + Ưu điểm về kĩ thuật: - Một máy phát điện sử dụng được cả hai năng lượng gió và mặt trời, thiết kế đẹp, thẩm mĩ. - Năng lượng đều, ổn định trong cả năm (mùa đông ít ánh nắng nhưng nhiều gió, mùa hè nhiều nắng) - Hoàn toàn không có tiếng ồn ngoài tiếng gió nhờ cạnh xoắn và tốc độ quay của tuabin không vượt quá tốc độ gió - Thiết bị an toàn cho người động vật và tự nhiên - Tận dụng gió từ mọi hướng, làm việc được ở cả gió nhẹ và trong cả bão. - Quay gần bằng tốc độ gió, ở trạng thái cân bằng với chế độ tự điều hòa ổn định - Không có sự rò rỉ dầu, đóng băng - Bề mặt pin mặt trời có một hệ thống Dendrite hấp thu ánh sáng mặt trời từ mọi góc, - tạo ra điện năng nhiều hơn so do không mất thời gian để các tấm pin quay về phí mặt trời như một số loại thiết bị thông thường - Các tấm pin được nối song song làm giảm sự tổn hao và tạo sự chắc chắn, tin cậy các kết nối điện. - Pin mặt trời được làm mát bởi sự quay, giữ được hiệu suất sản sinh điện. - Lấy dòng điện trực tiếp từ van gió quay trong máy phát không cần kết nối - + Ưu điểm sản phẩm: Bắt đầu sạc với tốc độ gió nhỏ khoảng 4 dăm/giờ Không tắt khi có bão lớn. Sản xuất khoảng hơn 50% lượng điện so với loại tuabin trục ngang truyền thống. + Ưu điểm về chi phí: Chi phí thấp Máy phát điển để ở dưới đất dễ quan sát, lưu trữ, sửa chữa, thay thế thiết bị ð Chi phí sửa thấp hơn so với tuabin trục ngang Trang 19 - Chi phí xây dựng thấp hơn - Chi phí bảo hiểm thấp hơn - Tất cả thiết bị đều ở hoặc gần mặt đất, ko có rủi ro cánh quạt bị bể 5. Sự phát triển của hệ thống: - Với sự kết hợp việc sử dụng ngăng lượng gió và mặt trời làm chi phí rẻ đi so với việc xây dựng hai hệ thống thu hai loại năng lượng riêng biêt. - Ở Mỹ, tốc độ gió gần như không đáng kể vào mùa hè trong khi ánh sáng mặt trời lại vào khoảng thời gian mạnh nhất. Trong mùa đông tốc độ gió lớn nhất trong khi mặt trời lại bị ẩn sau mây, trong suốt một cơn bão. Với 1 hệ thống lai gió mặt trời (Solar Wind) chúng ta sẽ có năng lượng gần như liên tục cả năm, trong thời gian dài - Hơn nữa một nhóm các nhà khoa học ở Đại học bang Washington hy vọng rằng Hệ thống này sẽ tạo ra một tỉ tỉ gigawatts năng lượng bằng việc sử dụng 8400 kilomet chiều rộng solar sail để thu năng lượng trong hệ thống solar wind - Theo nhóm khoa học này, 1000 căn nhà sẽ được thắp sáng bằng việc sản xuất năng lượng từ chúng. - Một tỉ gigawatts được tạo ra bởi một vệ tinh có 1000 met dây cáp vwois 1 sail 8400 km ngang. - Các nhà khoa học nhận thấy rằng nếu một số vấn đề cấp phát được giải quyết tốt, năng lượng từ Solar Wind sẽ tạo ra một lượng năng lượng ngoài sức mong đợi II. MÁY PHÁT ĐIỆN SOLAIR: 1. Giới thiệu máy phát điện Solair Trang 20