Tài liệu Nghiên cứu phân tích và đánh giá ảnh hưởng của điện mặt trời mái nhà đối với công tác quản lý vận hành lưới điện phân phối thị xã an nhơn

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUY NHƠN NGUYỄN PHƯỚC THẮNG LUẬN VĂN THẠC SĨ ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU PHÂN TÍCH VÀ ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA ĐIỆN MẶT TRỜI MÁI NHÀ ĐỐI VỚI CÔNG TÁC QUẢN LÝ VẬN HÀNH LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI THỊ XÃ AN NHƠN Chuyên ngành: Kỹ Thuật điện Mã số: 8520201 Khóa: 24 Người hướng dẫn: TS. Ngô Minh Khoa Bình Định, 11/2022 i MỤC LỤC MỤC LỤC .......................................................................................................... i DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ................................................................. iv DANH MỤC BẢNG BIỂU .............................................................................. v DANH MỤC HÌNH VẼ ................................................................................... vi MỞ ĐẦU ........................................................................................................... 1 1. Lý do chọn đề tài ....................................................................................... 1 2. Tổng quan về tình hình nghiên cứu ........................................................... 2 3. Mục đích và nhiệm vụ nghiên cứu đề tài................................................... 3 4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ............................................................. 3 5. Phương pháp nghiên cứu ........................................................................... 3 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỆN MẶT TRỜI ................... 4 1.1. Mở đầu .................................................................................................... 4 1.2. Cấu tạo của hệ thống ĐTM..................................................................... 4 1.2.1. Tấm pin năng lượng mặt trời ........................................................... 4 1.2.2. Bộ biến tần (Inverter) ....................................................................... 5 1.2.3. Bộ lưu trữ năng lượng (ắc-quy) ....................................................... 6 1.3. Nguyên tắc hoạt động của pin mặt trời................................................... 7 1.3.1. Hệ thống pin mặt trời độc lập........................................................... 9 1.3.2. Hệ thống pin mặt trời nối lưới........................................................ 11 1.3.3. Hệ thống năng lượng mặt trời nối lưới có dự trữ ........................... 12 1.4. Kết luận chương 1 ................................................................................. 14 CHƯƠNG 2 THỰC TRẠNG VẬN HÀNH CỦA LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI THỊ XÃ AN NHƠN ........................................................................................ 15 2.1. Mở đầu .................................................................................................. 15 2.2. Nguồn cấp điện liên kết lưới điện phân phối ở Thị xã An Nhơn ......... 16 ii 2.3. Ứng dụng công nghệ vào vận hành lưới điện ....................................... 16 2.4. Kết luận chương 2 ................................................................................. 18 CHƯƠNG 3 PHÂN TÍCH VÀ ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA ĐIỆN MẶT TRỜI MÁI NHÀ ĐỐI VỚI LƯỚI ĐIỆN HIỆN HỮU ................................... 19 3.1. Mở đầu .................................................................................................. 19 3.2. Sóng hài và các giải hạn chế sóng hài đối với hệ thống ĐMT ............. 20 3.2.1. Khái niệm về sóng hài (Harmonics) .............................................. 20 3.2.2. Các ảnh hưởng tiêu cực của sóng hài (Harmonics) ....................... 21 3.2.3. Các quy định về sóng hài và giải pháp hạn chế sóng hài ............... 24 3.2.4. Giải pháp khắc phục ảnh hưởng của sóng hài................................ 25 3.3. Mô hình hóa lưới điện phân phối trên phần mềm PSS/Adept .............. 25 3.3.1. Giới thiệu phần mềm PSS/Adept ................................................... 25 3.3.2. Mô hình hóa lưới điện phân phối thị xã An Nhơn ......................... 26 3.4. Ảnh hưởng của ĐMTMN đối với XT471/NTA thuộc lưới điện thị xã An Nhơn............................................................................................................. 27 3.4.1. Ảnh hưởng đến dao động công suất, tần số và điện áp .................. 27 3.4.2. Ảnh hưởng đến chế độ vận hành HTĐ khi có các hệ thống ĐMT 31 3.4.3. Xuất hiện trào lưu công suất ngược ............................................... 32 3.4.4. Gây quá điện áp .............................................................................. 35 3.4.5. Về tổn thất công suất ...................................................................... 36 3.4.6. Thay đổi công suất phản kháng...................................................... 38 3.5. Hiệu quả mang lại ................................................................................. 39 3.5.1. Hiệu quả giảm tổn thất điện năng .................................................. 39 3.5.2. Hiệu quả về tăng độ tin cậy cung cấp điện và giảm suất đầu tư .... 40 3.6. Kết luận chương 3 ................................................................................. 41 CHƯƠNG 4 GIẢI PHÁP HẠN CHẾ ẢNH HƯỞNG CỦA ĐMTMN ĐỐI VỚI CÔNG TÁC VẬN HÀNH LƯỚI ĐIỆN ......................................................... 43 iii 4.1. Mở đầu .................................................................................................. 43 4.2. Phát triển lưới điện để đáp ứng nhu cầu của nguồn điện...................... 43 4.3. Xác lập chế độ vận hành khi có sự tham gia của hệ thống điện mặt trời khi hòa vào lưới điện ................................................................................... 46 4.4. Sử dụng hệ thống tích trữ nguồn năng lượng (BESS) .......................... 46 4.5. Kết luận ................................................................................................. 48 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ......................................................................... 50 1. Kết luận .................................................................................................... 50 2. Kiến nghị.................................................................................................. 51 TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................. i PHỤ LỤC ......................................................................................................... iii iv DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT HTĐ Hệ thống điện LĐPP Lưới điện phân phối MBA Máy biến áp CLĐN Chất lượng điện năng TBA Trạm biến áp CSPK Công suất phản kháng CSTD Công suất tác dụng ĐMT Điện mặt trời ĐMTMN Điện mặt trời mái nhà NLTT Năng lượng tái tạo CCN Cụm công nghiệp KCN Khu công nghiệp ĐG Điện gió TTCS Tổn thất công suất PĐ Phân đoạn MC Máy cắt DCL Dao cách ly VVC Điều khiển Volt-Var EVN Tập đoàn Điện lực Việt Nam MPPT Bám điểm công suất cực đại v DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 3.1. Qui định về sóng hài điện áp trên lưới trung áp. ............................ 24 Bảng 3.2. Qui định về độ méo dạng điện áp theo IEEE-519/2014 ................. 25 Bảng 3.3. Qui định về tần số để duy trì vận hành phát điện. .......................... 29 Bảng 3.4. Tổng hợp chi tiết kết quả tính toán PSS/ADEPT trong 2 trường hợp vào dịp nghỉ lễ. ................................................................................................ 34 Bảng 4.1. Khối lượng đầu tư xây dựng và cải tạo lưới điện năm 2022 .......... 44 vi DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1. Tấm pin năng lượng mặt trời. ........................................................... 5 Hình 1.2. Hình ảnh của bộ biến tần (Inverter) .................................................. 6 Hình 1.3. Ắc-quy ............................................................................................... 7 Hình 1.4. Cấu tạo module. ................................................................................ 8 Hình 1.5. Nguyên lý hệ thống điện mặt trời mái nhà độc lập. .......................... 9 Hình 1.6. Nguyên lý hệ thống điện mặt trời mái nhà nối lưới. ....................... 11 Hình 1.7. Nguyên lý hệ thống điện mặt trời nối lưới có dự trữ. ..................... 13 Hình 3.1. Hình ảnh sóng hài bậc cao. ............................................................. 21 Hình 3.2. Sơ đồ kết lưới điện lực An Nhơn quản lý. ...................................... 26 Hình 3.3. Sơ đồ kết lưới xuất tuyến 471/NTA. ............................................... 27 Hình 3.4. Ảnh hưởng của bức xạ mặt trời đến hệ thống. ................................ 28 Hình 3.5. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hệ thống. ........................................... 28 Hình 3.6. Duy trì điện áp đấu nối hệ thống. .................................................... 30 Hình 3.7. Biểu đồ PBCS khi có sự tham gia của ĐMT vào dịp nghỉ lễ. ........ 33 Hình 3.8. Biểu đồ phân bố công suất khi không có sự tham gia của ĐMT. ... 34 Hình 3.9. Biểu đồ điện áp trong một ngày. ..................................................... 36 Hình 3.10. Biểu đồ tổn thất công suất ............................................................. 37 Hình 3.11. Biểu đồ tổn thất điện năng. ........................................................... 39 Hình 3.12. Biểu đồ công suất trong 1 ngày. .................................................... 40 Hình 4.1. Hệ thống tích trữ nguồn năng lượng (BESS). ................................. 48 1 MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Việt Nam có lãnh thổ trải dài trên nhiều vĩ tuyến, địa hình đa dạng và phức tạp, nên có sự khác biệt khá lớn về khí hậu giữa các vùng miền. Hằng năm, nước ta hứng chịu tác động của nhiều loại hình thiên tai có nguồn gốc khí tượng thủy văn gây cản trở sự phát triển kinh tế - xã hội. Đặc biệt, trong những năm gần đây, khí hậu diễn biến bất thường kèm theo các thiên tai mang tính cực đoan đã gây thiệt hại nghiêm trọng đến tính mạng, tài sản của người dân và ảnh hưởng đáng kể đến nền kinh tế đất nước. Để góp phần hạn chế tác động của biến đổi khí hậu như: hạn chế sử dụng nguồn năng lượng gây ô nhiễm môi trường, cắt giảm khí thải, sử dụng các nguồn năng lượng sạch - các nguồn NLTT trở nên cấp bách và càng ngày càng có tính nghĩa vụ đối với các quốc gia. Năng lượng tái tạo ngày càng phát triển mạnh mẽ và đang dần trở thành một nguồn năng lượng bền vững trong hệ thống điện cũng như thực hiện đúng theo nội dung của Nghị quyết số 55-NQ/TW ngày 11/02/2020 của Bộ Chính trị về định hướng Chiến lược phát triển năng lượng quốc gia của Việt Nam đến năm 2030, tầm nhìn đến năm 2045. Quyết định số 11/2017/QĐ-TTg ngày 11/4/2017 và Quyết định số 13/2020/QĐ-TTg ngày 06/4/2020 của Thủ tướng Chính phủ đã khuyến khích các doanh nghiệp đầu tư vào hệ thống điện mặt trời [1]. Tuy nhiên việc đưa vào vận hành nhiều hệ thống ĐMTMN đấu nối vào lưới điện 110kV, 35kV và 22kV đã ảnh hưởng đến việc vận hành của lưới điện như: tổn thất điện năng, công suất thừa, quá tải đường dây tải điện … Do vậy, đề tài này tập trung trình bày nghiên cứu về tác động của điện mặt trời mái nhà lên hệ thống điện phân phối khi hòa lưới (điện áp, tổn thất, sóng 2 hài…). Các tác động tiêu cực cũng như lợi ích của hệ thống điện mặt trời áp mái đến lưới điện hiện hữu. 2. Tổng quan về tình hình nghiên cứu Năng lượng mặt trời là nguồn năng lượng lớn nhất và có thể xem là nguồn tài nguyên vô tận mà con người có thể khai thác. Theo dự báo, điện năng lượng mặt trời trong tương lai có thể thay thế các hình thức sản xuất điện khác từ việc đốt nguyên liệu hóa thạch cũng như hạn chế thủy điện làm thay đổi hệ sinh thái… Với nhiều lợi ích mang lại, hiện nay nhiều quốc gia trên thế giới đã ngày càng quan tâm và đẩy mạnh phát triển nguồn năng lượng này như : Trung Quốc, Mỹ, Nhật Bản… Theo Cơ quan Năng lượng quốc tế (IEA), năng lượng tái tạo chiếm đến 2/3 các nguồn năng lượng mới trên thế giới, trong đó đi đầu là năng lượng mặt trời. Cụ thể, công suất năng lượng mặt trời đã tăng 50% trong năm 2020, phát triển nhanh nhất trong số các nguồn năng lượng mới. Điều này khiến cho các nhà khoa học đánh giá đây là một kỷ nguyên mới của thế giới. Hiện nay ở Việt Nam trong khi các dự án nguồn thủy điện lớn đã được khai thác tối đa, các dự án nhiệt điện than phải đối mặt với áp lực về môi trường thì việc phát triển các nguồn năng lượng tái tạo, trong đó có năng lượng mặt trời, đang là hướng đi mới tại Việt Nam. Theo Hiệp hội Năng lượng sạch Việt Nam, nước ta là một trong những Quốc gia có ánh nắng mặt trời nhiều nhất trong biểu đồ bức xạ mặt trời thế giới, cụ thể tại các tỉnh Tây Nguyên và Nam Trung Bộ, số giờ nắng đạt từ 2.000 2.600 giờ/năm. Bức xạ mặt trời trung bình 150 kcal/m2, chiếm khoảng 2.0005.000 giờ/năm [2] Với các chính sách ưu đãi của Chính phủ, điện mặt trời đã có sự phát triển bùng nổ trong 2 năm 2019, 2020 góp phần bổ sung nguồn điện quan trọng, đảm bảo cung cấp điện cho hệ thống điện quốc gia. Tính đến cuối năm 2020, tổng 3 công suất lắp đặt điện mặt trời trên cả nước đã đạt khoảng 19.400 MWp (tương đương 16.500 MW), chiếm khoảng 25% tổng công suất lắp đặt nguồn điện của hệ thống điện Quốc gia. Trong Quy hoạch điện VII (điều chỉnh) [3] cũng nêu rõ yêu cầu đẩy nhanh tiến độ các dự án nguồn điện sản xuất từ năng lượng tái tạo, trong đó có năng lượng mặt trời bao gồm cả nguồn năng lượng tập trung lắp đặt trên mặt đất và các nguồn riêng lẻ lắp đặt trên nóc nhà. Trong Đề án quy hoạch điện VIII trình Chính phủ phê duyệt tiếp tục được xây dựng trên cơ sở định hướng tại Nghị quyết 55-NQ/TW ngày 11/2/2020 của Bộ Chính trị tiếp tục xem xét, phát triển thủy điện, năng lượng tái tạo và năng lượng mới (điện gió, điện mặt trời, điện sinh khối, điện rác…) với quy mô phù hợp. Xem xét lộ trình giảm các nguồn điện than, phát triển các nguồn điện khí LNG một các hợp lý. Tuy nhiên, do tính chất bất định và phát triển nhanh trong một thời gian ngắn, điện mặt trời đã gây những khó khăn nhất định trong công tác vận hành hệ thống điện. 3. Mục đích và nhiệm vụ nghiên cứu đề tài - Nghiên cứu các nguyên tắc hoạt động của pin mặt trời. - Nghiên cứu sóng hài và các giải pháp khắc phục ảnh hưởng của sóng hài. - Sử dụng phần mềm PSS-Adept để tính toán ảnh hưởng của lưới điện và đề xuất các giải pháp hạn chế ảnh hưởng của hệ thống ĐTMMN. 4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu - Đối tượng: Lưới điện phân phối thị xã An Nhơn, tỉnh Bình Định. - Phạm vi nguyên cứu: Ảnh hưởng của ĐTMMN khi phát lên xuất tuyến 471/NTA. 5. Phương pháp nghiên cứu - Nghiên cứu lý thuyết. - Nghiên cứu mô phỏng trên phần mềm chuyên dụng. 4 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỆN MẶT TRỜI 1.1. Mở đầu Năng lượng mặt trời bao gồm bức xạ ánh sáng và năng lượng nhiệt từ mặt trời được con người khai thác, lưu trữ và chuyển đổi thành điện năng thông qua tấm pin năng lượng mặt trời (PV Panel). Những tấm pin hấp thụ trực tiếp bức xạ từ ánh sáng mặt trời, chuyển hóa quang năng thành điện năng. Đây được xem như là nguồn năng lượng sạch vô tận được thiên nhiên ban tặng cho loài người. Nguồn điện được tạo ra chủ yếu nhờ vào ánh sáng mặt trời nên đây được xem là nguồn năng lượng xanh sạch và thân thiện với môi trường. Hơn nữa, mặt trời còn cung cấp nguồn năng lượng vô tận và khó có thể cạn kiệt. Theo xu hướng phát triển, năng lượng mặt trời gần như không có ảnh hưởng nhiều đến môi trường, là một nguồn nguyên liệu sạch, thân thiện, góp phần bảo vệ môi trường và giảm thiểu hiệu ứng nhà kính. 1.2. Cấu tạo của hệ thống ĐTM 1.2.1. Tấm pin năng lượng mặt trời Hiện nay vật liệu chủ yếu để làm các tấm pin mặt trời là silic tinh thể. Pin mặt trời từ tinh thể silic chia ra thành 3 loại: + Một tinh thể hay đơn tinh thể module sản xuất dựa trên quá trình Czochralski. Đơn tinh thể loại này có hiệu suất tới 16%. Chúng thường rất đắt tiền do được cắt từ các thỏi hình ống, các tấm đơn thể này có các mặt trống ở góc nối các module. + Đa tinh thể làm từ các thỏi đúc - đúc từ silic nung chảy cẩn thận được làm nguội và làm rắn. Các pin này thường rẻ hơn các đơn tinh thể, tuy nhiên hiệu suất kém hơn. Tuy nhiên chúng có thể tạo thành các tấm vuông che phủ bề mặt nhiều hơn đơn tinh thể bù lại cho hiệu suất thấp của nó. 5 + Dải silic tạo từ các miếng phim mỏng từ silic nóng chảy và có cấu trúc đa tinh thể. Loại này thường có hiệu suất thấp nhất, tuy nhiên loại này rẻ nhất trong các loại vì không cần phải cắt từ thỏi silicon. Hình 1.1. Tấm pin năng lượng mặt trời. 1.2.2. Bộ biến tần (Inverter) Đây là thiết bị điện tử chuyển đổi dòng điện 1 chiều (DC) thành dòng điện xoay chiều (AC). Các tấm pin mặt trời tạo ra dòng điện 1 chiều từ mặt trời, nhưng hầu hết các thiết bị gia dụng lại hoạt động bằng dòng điện xoay chiều. Chính vì vậy, vai trò của bộ biến tần (Solar Inverter) trong hệ thống năng lượng mặt trời là cực kỳ quan trọng, nó sẽ biến nguồn điện một chiều DC từ việc các tấm pin hấp thụ thành dòng điện xoay chiều AC để phù hợp với các thiết bị điện trong gia đình của bạn. Hiện tại, inverter năng lượng mặt trời được phân làm 3 loại: chuỗi (String inverter), Inverter vi mô (Micro inverter) và Inverter chuỗi kết hợp tối ưu hoá (Power Optimizer). 6 Hình 1.2. Hình ảnh của bộ biến tần (Inverter) 1.2.3. Bộ lưu trữ năng lượng (ắc-quy) Ắc-quy (Battery) để lưu trữ năng lượng điện do tấm pin quang điện thu được, người ta thường sử dụng các hệ thống lưu trữ để sử dụng vào ban đêm hoặc lúc trời không còn ánh nắng, dạng khô, kín khí, không cần bảo dưỡng. Ắc-quy có nhiều loại, kích thước và dung lượng khác nhau, tùy thuộc vào công suất và đặc điểm của hệ thống pin năng lượng mặt trời. Hệ thống có công suất càng lớn thì cần sử dụng ắc-quy có dung lượng lớn hoặc dùng nhiều bình ắcquy kết nối lại với nhau. Các loại ắc-quy (Battery) thường dùng hiện nay là pin axít chì, pin Nickel Cadmium (Ni-Cd). 7 Hình 1.3. Ắc-quy 1.3. Nguyên tắc hoạt động của pin mặt trời Pin năng lượng mặt trời là hệ thống quang điện được tạo ra từ các mô-đun quang điện (PV) gồm các tế bào quang điện (Solar cell) kết nối với nhau ở các điện áp và công suất khác nhau. Chúng đóng vai trò hấp thu năng lượng và chuyển đổi quang năng thành điện năng, cung cấp cho các hoạt động phục vụ sinh hoạt, sản xuất. Vật liệu pin năng lượng mặt trời (Solar panel) bao gồm nhiều tế bào quang điện (solar cells) - là phần tử bán dẫn có thành phần chính là silic tinh khiết - có chứa trên bề mặt một số lượng lớn các cảm biến ánh sáng là đi ốt quang. Các tế bào quang điện này được bảo vệ bởi một tấm kính trong suốt ở mặt trước và một vật liệu nhựa ở phía sau. Cường độ dòng điện, hiệu điện thế hoặc điện trở của pin mặt trời thay đổi phụ thuộc bởi lượng ánh sáng chiếu lên chúng. Tế bào quang điện được ghép lại thành khối để tạo tấm pin mặt trời. 8 Hình 1.4. Cấu tạo module. Khi một photon chạm vào mảnh silic, một trong hai điều sau sẽ xảy ra: - Photon truyền trực tiếp xuyên qua mảnh silic. Điều này thường xảy ra khi năng lượng của photon thấp hơn năng lượng đủ để đưa các hạt electron lên mức năng lượng cao hơn. - Năng lượng của photon được hấp thụ bởi silic. Điều này thường xảy ra khi năng lượng của photon lớn hơn năng lượng để đưa electron lên mức năng lượng cao hơn. Khi photon được hấp thụ, năng lượng của nó được truyền đến các hạt electron trong màn tinh thể. Khi electron được kích thích, trở thành dẫn điện. Các electron này có thể tự do di chuyển trong bán dẫn. Khi đó nguyên tử sẽ thiếu 1 electron và đó gọi là “lỗ trống”. Lỗ trống này tạo điều kiện cho các electron của nguyên tử bên cạnh di chuyển đến điền vào “lỗ trống”, và điều này tạo ra lỗ trống cho nguyên tử lân cận có “lỗ trống”. Cứ tiếp tục như vậy “lỗ trống” di chuyển xuyên suốt mạch bán dẫn. Electron mang điện tích âm và lỗ trống mang điện tích dương nay có thể di chuyển tự do, nhưng bởi vì trường điện từ tại tiếp diện P/N nên chúng chỉ có thể đi theo một hướng. Electron bị hút về mặt N và lỗ trống bị hút về mặt P. 9 Các electron di động được thu thập ở các lá kim loại tại đỉnh solar cell (ribbon và các thanh busbar). Từ đây chúng đi vào mạch tiêu thụ thực hiện chức năng điện trước khi quay trở về lá nhôm ở mặt sau. Electron là thứ duy nhất di chuyển trong solar cell và quay về nơi xuất phát. Chẳng có thứ gì hao mòn hay cạn kiệt nên solar cell có tuổi thọ lên tới hàng chục năm. Một photon chỉ cần có năng lượng lớn hơn năng lượng đủ để kích thích electron lớp ngoài cùng dẫn điện. Tuy nhiên, nhiệt độ của mặt trời thường tương đương 6000°K, vì thế nên phần lớn năng lượng mặt trời đều được hấp thụ bởi silic. Tuy nhiên hầu hết năng lượng mặt trời chuyển đổi thành năng lượng nhiệt nhiều hơn là năng lượng điện sử dụng được. 1.3.1. Hệ thống pin mặt trời độc lập Hệ thống điện năng lượng mặt trời độc lập là hệ thống sử dụng nguồn năng lượng mặt trời để tạo ra dòng điện và được lưu vào trong một ắc-quy dự trữ. Dòng điện này tự hoạt động để cung cấp điện cho các thiết bị sinh hoạt mà không cần kết nối với hệ nguồn điện lưới và cần thêm một máy phát điện dự phòng. Nói một cách khác, hệ thống điện mặt trời độc lập hoàn toàn tách biệt với hệ thống lưới điện. Hình 1.5. Nguyên lý hệ thống điện mặt trời mái nhà độc lập. 10 Với nguyên lý hoạt động độc lập hoàn toàn, hệ thống điện năng lượng mặt trời độc lập được ứng dụng rộng rãi trên nhiều vùng tại nhiều Quốc gia, ứng dụng cụ thể cho các vùng không có điện lưới, vùng hải đảo xa xôi và vùng có điện nhưng không ổn định. Hệ thống điện mặt trời độc lập gồm pin mặt trời, ắc-quy dự trữ, bộ điều khiển sạc ắc-quy, biến tần và máy phát điện dự phòng (tùy chọn). Với nguyên lý hoạt động như trên hệ thống điện năng lượng mặt trời độc lập có ưu, nhược điểm sau: - Ưu điểm: + Không phụ thuộc vào lưới điện: Hệ thống năng lượng mặt trời không nối lưới sẽ khả thi hơn hoặc có thể rẻ hơn rất nhiều so với việc đầu tư cơ sở hạ tầng để dẫn đường dây điện đến một số khu vực hẻo lánh, xa xôi với điện lưới quốc gia. Với việc làm chủ nguồn năng lượng không lo ngại bị ngừng cung cấp điện do sự cố mất điện đột ngột từ lưới điện quốc gia. + Độc lập, tự chủ về nguồn điện: Khi tấm pin mặt trời sản xuất điện vào ban ngày, toàn bộ điện năng sẽ được lưu lại vào ắc-quy dự trữ để dùng vào ban đêm, không để lãng phí thất thoát. Tuy nhiên, ắc-quy điện chỉ có thể lưu trữ một lượng năng lượng nhất định và trong những ngày thời tiết xấu có thể bị thiếu hụt điện sinh hoạt. Do đó, chúng ta cần phải trang bị thêm một máy phát điện dự phòng để đảm bảo nguồn năng lượng không bị gián đoạn. - Nhược điểm: + Chi phí lắp đặt cao nhất: Để có được khả năng tự chủ, độc lập nguồn điện, đối với hệ thống điện năng lượng mặt trời độc lập chúng ta phải đầu tư thêm ắc-quy dự trữ và máy phát điện bên cạnh các thành phần bắt buộc như pin mặt trời, bộ biến tần. Chi phí sẽ tăng cao so với sử dụng loại hình điện mặt trời nối lưới, đi kèm với chi phí bảo dưỡng, thay mới ắc-quy (thời gian sử dụng của ắc-quy chỉ tầm 10 năm trong khi pin mặt trời có thời hạn 20 năm). 11 - Hạn chế dung lượng lưu trữ: Khả năng lưu trữ điện sẽ tùy thuộc vào dung lượng ắc-quy. Hệ thống có công suất càng lớn thì cần sử dụng ắc-quy có dung lượng lớn hoặc dùng nhiều bình ắc-quy kết nối lại với nhau. Hệ thống ắc-quy này thường xuyên phải được kiểm tra và bảo dưỡng để đảm bảo được tuổi thọ và chất lượng. 1.3.2. Hệ thống pin mặt trời nối lưới Hệ thống điện năng lượng mặt trời nối lưới là hệ thống điện hoạt động kết hợp giữa điện năng mặt trời và điện lưới quốc gia. Hệ thống điện năng lượng mặt trời nối lưới được cấu tạo từ những tấm pin năng lượng mặt trời, bộ chuyển đổi điện năng Inverter và các phụ kiện đi kèm như giàn khung, giá đỡ, dây điện, phụ kiện. Hình 1.6. Nguyên lý hệ thống điện mặt trời mái nhà nối lưới. Những tấm pin có công dụng hấp thụ ánh sáng mặt trời và chuyển hóa ánh sáng thành dòng điện một chiều. Dòng điện một chiều này thông qua bộ chuyển đổi inverter sẽ chuyển dòng điện một chiều (DC) thành dòng điện xoay chiều (AC) có cùng công suất, cùng tần số với điện hòa lưới. Cả hai dòng điện hòa lưới và điện năng lượng mặt trời sẽ hoạt động song song. Tuy nhiên hệ thống sẽ tự động ưu tiên sử dụng nguồn điện mặt trời chỉ khi hệ thống điện mặt trời 12 không sản sinh và cung cấp đủ nguồn điện sử dụng thì sẽ chuyển sang sử dụng nguồn điện lưới. - Ưu điểm của hệ thống trên: + Hệ thống điện năng lượng mặt trời hòa lưới có cấu tạo đơn giản và không quá cầu kỳ phức tạp. + Mô hình điện năng tối ưu hóa chi phí đầu tư nhưng mang đến hiệu quả kinh tế cao. + Hệ thống điện năng không cần nhiều chi phí bảo trì, bảo dưỡng và sửa chữa các thiết bị bên trong. + Điện năng lượng mặt trời hòa lưới thân thiện với môi trường và chống nóng tốt cho mái nhà. + Nguồn điện năng được tạo ra rất an toàn đối với sức khỏe người dùng. - Nhược điểm của hệ thống trên: + Phụ thuộc vào lưới điện quốc gia hiện có. Hệ thống điện mặt trời nối lưới không có bình ắc-quy để lưu trữ. Vì vậy hệ thống chỉ hoạt động được khi có điện lưới, nếu mất điện lưới hệ thống cũng ngừng hoạt động. 1.3.3. Hệ thống năng lượng mặt trời nối lưới có dự trữ Điện mặt trời hòa lưới có lưu trữ hay còn gọi là hệ thống điện mặt trời kết hợp là sử dụng các tấm pin mặt trời được kết nối với nhau theo một cách khoa học để chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành điện năng. Điện mặt trời sản xuất ra được ưu tiên cho thiết bị tại hộ gia đình, nhà xưởng, nếu còn dư sẽ được nạp vào hệ thống pin lưu trữ để sử dụng khi mất điện hoặc vào ban đêm. Nếu điện mặt trời sản xuất ra không đủ cho tải sử dụng, hệ thống sẽ tự động bổ sung lượng điện còn thiếu từ điện lưới, sau đó mới dùng đến điện ở pin lưu trữ để đảm bảo các thiết bị hoạt động bình thường, không bị mất điện. Ngoài ra nếu nguồn năng lượng không sử dụng hết sẽ được phát lên lưới điện để bán lại cho Công ty Điện lực. Hệ thống điện mặt trời trên phù hợp với những khu vực có 13 đảm bảo an ninh chất lượng dịch vụ cao như các trạm phát sóng viễn thông, trạm gác bảo vệ có hệ thống camera an ninh,… và những nơi cần duy trì nguồn điện, các khu vực điện yếu. Hình 1.7. Nguyên lý hệ thống điện mặt trời nối lưới có dự trữ. - Ưu điểm: + Đảm bảo cung cấp điện: Hệ thống không phụ thuộc nhiều vào điện lưới nên khi lưới điện gặp sự cố, mọi hoạt động và nhu cầu sử dụng điện sẽ không bị ảnh hưởng. Luôn có điện để duy trì hoạt động liên tục của thiết bị ngay cả khi mất điện lưới. + Hệ thống hoạt động hoàn toàn tự động, đảm bảo nguồn điện liên tục, thời gian chuyển mạch nhanh. + Linh hoạt trong việc điều chỉnh điện mặt trời - điện lưới - pin lưu trữ để tối ưu hóa về mặt tài chính. + Nếu biến tần độc lập (off-grid) phải có pin lưu trữ mới hoạt động được thì biến tần Hybrid có ưu điểm là không có pin lưu trữ vẫn hoạt động.