VIỆN VẬT LÝ TP.HCM – VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HƯỚNG DẪN & THIẾT KẾ KỸ THUẬT ðơn vị thực hiện : Solarlab – Viện Vật Lý Tp.HCM Viện Khoa Học & Công Nghệ Việt Nam Tp.HCM, tháng 10 năm 2009 HỆ THỐNG NỐI LƯỚI THƠNG MINH PV - MADICUB I. GIỚI THIỆU Phát điện bằng công nghệ ĐMT nối lưới (BIPV) là một công nghệ tiên tiến đang được phổ biến tại các nước phát triển. Hiện ở các quốc gia này, tỷ lệ ĐMT nối lưới đang vươn lên chiếm khoảng 95% tùy chính sách nhà nước. Ưu điểm của hệ thống ĐMT nối lưới là giảm được 30% giá thành nhờ không sử dụng hệ thống Accu tồn trữ. Lượng điện sản sinh từ dàn PMT sẽ được biến đổi trực tiếp thành điện 220VAC, 50Hz cung cấp thẳng cho tải. Công suất ĐMT được đưa trực tiếp vào lưới điện, khi công suất ĐMT không đủ cho tải hệ thống, PV Inverter sẽ tự động lấy điện lưới bù vào. Đây là giải pháp công nghệ cho tòa nhà cao tầng, các mái nhà mặt trời tự sản xuất điện để sử dụng và tương tác với lưới điện quốc gia theo một cơ chế ra vào thông minh. Công nghệ ĐMTNL hoàn toàn sạch sẽ là một “ứng cử viên” sáng giá cho phát triển năng lượng bền vững ở Việt nam. Tuy nhiên công nghệ BIPV còn nhiều điều bất cập với điều kiện thực tế ở Việt nam cũng như chưa thể áp dụng vì thiếu khung pháp lý rõ ràng. Trong lúc chờ đợi, Solarlab đưa ra công nghệ SIPV ( Smart Intergrated Photovoltaic) tích hợp cơng nghệ BIPV và cơng nghệ OGPV (Off-Grid PV) vừa thích ứng các điều kiện pháp lý hiện hành vừa đáp ứng với các điều kiện hạ tầng còn yếu kém vềâ điện của Việt Nam. Mặc dù vậy SIPV vẫn phát huy được tất cả các ưu điểm của BIPV và dễ dàng biến đổi thành BIPV khi điều kiện pháp lý cho phép. Cơng nghệ SIPV của Solarlab cho phép : Hòa lưới ðMT mà khơng phải xin phép; Ưu tiên khai thác tối đa ðMT; Mua điện giá rẻ lúc thấp điểm; Phụ tải lưới điện Tp. Giờ cao điểm. Bảo đảm nguồn điện 24/24 khi lưới quốc gia có sự cố hay bị cắt điện. Giảm thiểu hệ thống tồn trữ năng lượng giảm giá thành và giảm ơ nhiễm mơi trường Cơng nghệ SIPV cần được hồn thiện: - Kỹ thuật hòa đồng bộ vào lưới quốc gia - Hồn thiện chế tạo Inverter nối lưới của Việt nam - Hồn thiện cơng nghệ tích hợp Madicub cục bộ vào lưới - Nâng cao hiệu xuất của hệ thống đạt chỉ số TKNL của các tòa nhà thơng minh - Hồn thiện độ tin cậy và hoạt động tự hành của hệ thống Madicub-SIPV. II. NGUN LÝ HOẠT ðỘNG 1. Ngun tắc hoạt động của sơ đồ khối khi hệ thống hòa với lưới điện như sau: - Bình thường hệ thống lưới điện sẽ được nối qua hệ thống cầu dao đảo; hệ thống này ln được đóng cung cấp nguồn điện lưới vào hệ thống PV-Madicub; khi hệ thống PV- Madicub bị sự cố thì hệ thống cầu dao này mới ñược chuyển về vị trí cung cấp ñiện trực tiếp cho hệ thống tải hiện tại của Tuấn Ân Nguồn năng lượng sản sinh ra từ dàn PMT 8.4KWp ñược chia làm 2 cụm, mỗi cụm có công suất 4.2KWp ñiện áp ra 48VDC/65Amax ñược nối với 02 PV-Madicub 4.2KWp/3.5KWmax chuyển ñổi thành 220VAC/50hz hòa vào mạng ñiện của tập ñoàn Tuấn Ân.Hiện nay, do Việt Nam chưa có chính sách cho các nguồn năng lượng mới bán vào nguồn ñiện lưới quốc gia, ñồng thời nhằm ñảm bảo nguồn năng lượng cung cấp cho một số tải ưu tiên 24/24h nên chúng ta thiết kế thêm hệ thống Madicub dự phòng. ðây cũng là ưu ñiểm nổi trội mới nhất của hệ thống này mà trên thế giới chưa từng có. - Hệ thống 02 Madicub dự phòng 4.5KW sẽ cung cấp cho hệ thống tải ưu tiên từ nguồn ñiện lưới và nguồn ñiện phát ra từ dàn PMT hòa với nhau thông qua hệ thống UPS offline, hệ thống này chỉ chuyển về chế ñộ làm việc dự phòng khi hệ thống tồn trữ ñầy hoặc khi bị mất ñiện. - Toàn bộ quá trình mua ñiện từ nguồn ñiện lưới quốc gia, nguồn năng lượng phát ra từ dàn PMT và lượng ñiện cung cấp từ hệ thống backup ra hệ thống tải sẽ ñược hiển thị, theo dõi qua hệ thống công tơ mét. Hình 1: Sơ ñồ khối hoạt ñộng khi hoà lưới PV-Madicub 2. Nguyên tắc hoạt ñộng của sơ ñồ khối khi hệ thống thừa công suất PMT như sau: - Bình thường hệ thống này làm việc như khi hòa lưới cho ñến khi nhu cầu tiêu thụ ñiện năng của tòa nhà Tuấn Ân giảm ñi so với nguồn ñiện phát ra từ dàn PMT 8.4KWp, hệ thống sensor dò dòng ñiện tiêu thụ của toàn bộ hệ thống tải của tòa nhà Tuấn Ân sẽ nhận biết và ñưa tín hiệu ñiều khiển nguồn ñiện dư thừa phát ra từ dàn PMT nạp vào hệ thống tồn trữ Accu 48VDC/1600Ah thông qua hệ thống sạc mặt trời 6 kênh công suất của mỗi kênh sạc là 1.5KW/48VDC/50Amax. Hình 2: Sơ ñồ hoạt ñộng khi thừa công suất PMT 3. Nguyên tắc hoạt ñộng của sơ ñồ khối khi hệ thống tồn trữ ñầy như sau: Hình 3: Sơ ñồ hoạt ñộng khi hệ tồn trữ ñầy - Khi nguồn năng lượng dư thừa từ dàn PMT nạp vào hệ thống tồn trữ accu ñầy, ñể ñảm bảo tuổi thọ của hệ thống tồn trữ nguồn năng lượng tích trữ này phải ñược xả ñi ñến một mức nhất ñịnh thông qua hệ thống Battery full control. Khi ñó hệ thống ñiều khiển ñiện áp của hệ tồn trữ sẽ nhận ñược tín hiệu bình ñã ñược nạp ñầy, hệ thống này sẽ cung cấp tín hiệu ñiều khiển tắt nguồn ñiện lưới hòa với nguồn phát ra từ dàn PMT cung cấp cho hệ thống tải ưu tiên và chuyển hệ thống qua nguồn ñiện dự phòng 48VDC/1600Ah cung cấp vào hệ thống Madicub dự phòng chuyển ñổi thành nguồn ñiện 220VAC/50Hz cung cấp tức thì cho hệ thống tải ưu tiên mà vẫn ñảm bảo nguồn ñiện cấp cho tải một cách liên tục thông qua hệ thống UPS offline. 4. Nguyên tắc hoạt ñộng của sơ ñồ khối khi hệ thống mất nguồn ñiện lưới như sau: - Khi hệ thống ñang hoạt ñộng hòa lưới bình thường mà ñột ngột mất nguồn ñiện lưới thì toàn bộ nguồn năng lượng phát ra từ dàn PMT sẽ ñược nạp vào hệ tồn trữ và hệ thống Madicub dự phòng sẽ lập tức biến ñổi nguồn năng lượng từ hệ tồn trữ 48VDC/1600Ah thành nguồn ñiện 220VAC/50Hz cung cấp cho hệ thống tải ưu tiên một cách liên tục cho ñến khi nguồn năng lượng phát ra từ dàn PMT và nguồn năng lượng tích trữ còn khoảng 50%. Hình 4: Sơ ñồ hoạt ñộng khi mất nguồn ñiện lưới quốc gia 5. Nguyên tắc hoạt ñộng của sơ ñồ khối khi mưa lên tục nhiều ngày: - Trong trường hợp mưa liên tục nhiều ngày mà hệ tồn trữ accu chưa ñược nạp ñầy, nhằm phục vụ cho việc cung cấp nguồn ñiện cho hệ thống tải ưu tiên. Khi ñó ta phải khởi ñộng hệ thống sạc ñiện lưới 2KW/48VDC/50Ah sạc vào hệ tồn trữ cho tới khi ñầy hệ thống sạc này sẽ duy trì cho hệ thống tồn trữ luôn luôn trong trạng thái sẵn sàng cho việc dự phòng. Hình 5: Sơ ñồ hoạt ñông khi trời mưa liên tục III. THIẾT KẾ & TÍNH NĂNG KỸ THUẬT 3.1 Thiết kế : Hệ thống nối lưới PV-Madicub bao gồm các khối : • Khối năng lượng ñầu vào • Khối biến ñiện PV-Madicub 48VDC/220VAC, 4.5KW • Khối biến ñiện Madicub- Offgrid 48VDC/220VAC , 4.5KW • Khối tồn trữ năng lượng • Khối ñiều khiển sạc mặt trời • Khối sạc ñiện lưới • Khối UPS ( Under-interupted Power System ) • Khối hiển thị 3.1.1 Khối năng lượng ñầu vào : Nguồn năng lượng cung cấp cho mạng PV-Madicub sử dụng các nguồn năng lượng tại chỗ bao gồm : Pin mặt trời, máy nổ và ñiện lưới ðiện mặt trời là nguồn cung cấp năng lượng ưu tiên, các nguồn khác chỉ là phụ trợ tùy thuộc vào từng khu vực. ðầu ra của PV- Madicub là nguồn ñiện ổn áp 220V ± 3%, tần số 50Hz, sóng sin chuẩn tương ñương chất lượng ñiện lưới quốc gia. PMT ðiện lưới Máy nổ 3.1.2 Khối ñiều khiển sạc mặt trời và sạc lưới: Có chức năng ñiều khiển sạc từ nguồn năng lượng PMT vào hệ thống tồn trữ năng lượng. - Ưu tiên sạc từ dàn PMT - ðảm bảo tỉ số sạc 1/10 dung lượng accu - Hiệu suất sạc : trên 90% - Bảo vệ toàn diện : chống quá sạc, bảo vệ accu thấp ngược cực Chức năng hiển thị: - CH1…CH6 : Ngõ vào mặt trời. - CB1,CB2 : Cầu dao bảo vệ hệ thống PV-Madicub. - +B1, -B1 : Ngõ vào hệ tồn trữ 1. - +B2, -B2 : Ngõ vào hệ tồn trữ 2. - +B1, -ST1 : Ngõ ra hệ PV-Madicub 1. - +B2, -ST2 : Ngõ ra hệ PV-Madicub 2. Sạc từ ñiện lưới quốc gia, nguồn ñiện ñầu vào là 220VAC và các thông số sạc ñược thiết kế 2000W theo nhu cầu thực tiễn. ðặc biệt chế ñộ sạc theo mùa nhằm tăng hiệu quả của toàn hệ thống. Về mùa khô lượng ñiện mặt trời dồi dào, ngưỡng sạc ñiện lưới hẹp từ 22,5VDC – 26VDC nên hạn chế tối ña việc dùng ñiện lưới, mùa mưa lượng bức xạ và số giờ nắng giảm nên ngưỡng sạc ñược ñiều chỉnh rộng nhằm nhận ñược sự hỗ trợ của ñiện lưới ñể tăng khả năng hoạt ñộng ổn ñịnh của mạng PV-Madicub. Hình 7: Hệ sạc lưới Chức năng hiển thị: - +B1, -B1 : Ngõ vào hệ tồn trữ 1. - +B2, -B2 : Ngõ vào hệ tồn trữ 2. - L1, L2 , N : Ngõ vào ñiện lưới 2 pha. - CB1, CB2 : Cầu dao bảo vệ. 3.1.3 Khối biến ñiện PV-Madicub : Là thiết bị chuyển ñổi nguồn DC trực tiếp sản sinh ra từ dàn PMT thành nguồn ñiện AC với hiệu suất cao, dạng sóng sin chuẩn , ổn áp ñiện thế ra với tần số ổn ñịnh. - Công suất liên tục : 3.5KVA - Công suất ñỉnh : 4.2KVA - Dạng sóng sin thực : hệ số méo ± 3% - ðiện thế ñầu vào : 41VDC – 85VDC - ðiện thế ñầu ra : 220VAC ± 3% ; 50Hz - Hiệu suất : trên 92% - Bảo vệ toàn diện : chống quá tải, quá nhiệt. Hình 6: Hệ sạc mặt trời Chức năng hiển thị: - Solar In : Ngõ vào mặt trời . - L1, N : Ngõ vào ñiện lưới. - Domino : Các ngõ nối với mặt hiển thị 3.1.4 Khối biến ñiện Madicub offgrid : Là thiết bị chuyển ñổi nguồn DC từ hệ tồn trữ 48VDC thành nguồn ñiện AC với hiệu suất cao, dạng sóng sin chuẩn , ổn áp ñiện thế ra với tần số ổn ñịnh. - Công suất liên tục : 4.5KVA - Công suất ñỉnh : 8KVA - Dạng sóng sin thực : hệ số méo ± 3% - ðiện thế ñầu vào : 41VDC – 58VDC - ðiện thế ñầu ra : 220VAC ± 3% ; 50Hz - Hiệu suất : trên 92% - Bảo vệ toàn diện : chống quá tải, quá nhiệt, chập mạch Chức năng hiển thị: - +B1, -B1 : Ngõ vào hệ tồn trữ . - Fuse 6x30A : Cầu chì bảo vệ DC. - CB1 : Cầu dao bảo vệ. - Line out : Ngõ ra ñiện áp 220VAC. - Line in : Ngõ vào ñiện lưới quốc gia. 3.1.5 Khối tồn trữ năng lượng : Hệ tồn trữ năng lượng sử dụng loại accu kín khí ngoại nhập có hệ số tự xả thấp 800Ah – 2VDC, trọng lượng 50kg, tuổi thọ 7 năm, dung lượng accu phải ñảm bảo gấp 10 lần dòng sạc nhằm nâng tuổi thọ cho hệ thống accu. 3.1.6 Khối UPS : UPS là một hệ thống thiết bị chuyển ñổi giữa mạng ñiện lưới quốc gia và hệ thống mạng PV-Madicub trong khoảng thời gian rất ngắn khoảng 3 - 10s nhằm ñảm bảo nguồn ñiện cung cấp một cách liên tục cho hệ thống tải ưu tiên không bị gián ñoạn, không gây sốc cho các thiết bị ñang sử dụng ñiện trên mạng Madicub như : hệ thống chiếu sáng, máy vi tính , vv 3.1.7 Khối hiển thị Là hệ thống quản lý, hiển thị toàn bộ quá trình làm việc của hệ thống PV-Madicub, giúp người vận hành theo dõi và vận hành hệ thống một cách hiệu quả nhất. Chức năng hiển thị: - ðèn Kênh 1…Kênh 6: Sáng báo hiệu có mặt trời vào. - ðèn Mặt trời 1, Mặt trời 2: Sáng báo hiệu 02 tổ PMT ñang hoạt ñộng. Hình 8: Hệ PV-Madicub Hình 9: Hệ Madicub Offgrid - ðèn PV-Madicub 1, 2: Sáng báo hiệu hệ thống PV-Madicub ñang hoà lưới và ñang ở trạng thái chờ sạc vào hệ tồn trữ. - ðèn Madicub Offgrid : Sáng báo hiệu hệ thống Madicub Offgrid ñang hoạt ñộng ở chế ñộ cấp ñiện cho các thiết bị ưu tiên. - ðèn sạc lưới: Sáng báo hiệu hệ thống sạc lưới ñang trong quá trình nạp ñiện vào hệ tồn trữ. - Hệ tồn trữ 1,2: Các ñèn hiển thị trạng thái của 02 hệ tồn trữ. - ðèn Fualt: Sáng báo hiệu hệ thống Madicub Offgird bị lỗi ( Quá tải, bình yếu) - ðèn sạc mặt trời 1,2: Sáng báo hiệu hệ thống tồn trữ ñang ñược sạc từ nguồn ñiện dư thừa từ dàn PMT. - ðiện kế ðMT nối lưới: Hiển thị ñiện áp, tần số, công suất sản sinh ra từ dàn PMT thông qua hệ thống PV-Madicub hoà vào mạng lưới ñiện Tuấn Ân. - ðiện kế ðMT dự phòng: Hiển thị ñiện áp, tần số, công suất của hệ thống Madicub dự phòng. Hệ thống này chỉ hiển thị khi hệ thống Madicub dự phòng làm việc ở chế ñộ cấp ñiện dự phòng (khi mất ñiện hoặc khi hệ tồn trữ ñầy) - ðiện kế ñiện lưới quốc gia: Hiển thị ñiện áp, tần số, công suất ñiện năng mua vào từ hệ thống lưới ñiện quốc gia. - Biến trở Chỉnh dòng dò tải: ðiều chỉnh thông số ñiện năng tiêu thụ của hệ thống mạng tải của tập ñoàn Tuấn Ân cho phép hệ thống PV-Madicub hoạt ñộng. - Công tắc PV1, PV2: Công tắc kích hoạt hệ thống PV-Madicub nối lưới. - Công tắc Madicub1, Madicub2: Công tắc kích hoạt hệ thống Madicub dự phòng. Hình 10: Hệ thống hiển thị CÁC THAO TÁC KHI SỬ DỤNG HỆ THỐNG PV-MADICUB I. Các thao tác khi vận hành hệ thống ðMT nối lưới PV-Madicub. Trước khi vận hành hệ thống, chú ý tất cả các công tắc, CB ñều phải ở vi trí tắt. Các bước mở máy như sau: 1. Bật 02 CB-100A hệ tồn trữ lên (Phía trước bên dưới tủ ñiều khiển). 2. Bật 06 CB-50A mặt trời vào lên (Phía trên bên trái tử ñiều khiển). 3. Bật 02 CB-100A trên mặt hệ thống sạc mặt trời lên. 4. Bật 02 công tắc PV-Madicub lên (Trên mặt ñiều khiển) quan sát ñèn led hiển thị PV- Madicub sáng lên và chờ khoảng 1 phút, sau ñó: 5. Bật 02 CB cung cấp 02 pha nguồn ñiện lưới vào (Phía trên bên phải tủ ñiều khiển). 6. Bật 02 CB-100A trên 2 hệ thống Madicub dự phòng lên. 7. Bật 02 công tắc Madicub lên (trên mặt ñiểu khiển). 8. Chuyển cầu dao ñảo về vị trí ñiện mặt trời. II. Các thao tác khi hệ thống ðMT nối lưới PV-Madicub không hoà lưới hoặc ñèn Fault sáng. + Khi hệ thống PV-Madicub không hoà lưới.Khi ñó ñèn Led PV-Madicub sẽ không sáng, ñồng thời ñiện kế ñiện mặt trời nối lưới sẽ không hiển thị. Khi ñó ta phải: 1. Kiểm tra xem có ñiện mặt trời vào không. 2. Kiểm tra hệ thống cầu chì có nhảy không. 3. Kiểm tra xem hệ thống CB có bị tác ñộng về vị trí tắt không. Nếu tất cả ñều tốt, thì ta chỉ cần tắt công tắc PV1, PV2 ñi và sau ñó mở lại. Nếu hệ thống vẫn không hoạt ñộng thì ta kết luận hệ thông nối lưới bị hỏng. Hình 11: Hệ thống PV-Madicub [...]... qui Ni-Cad đắt hơn rất nhiều lần so với GEL và ắc qui thông thường Cân bằng giữa các chỉ tiêu kinh tế và kỹ thuật, chúng tôi đưa ra phương án lựa chọn tối ưa nhất là loại bình GEL c qui GEL loại 2VDC, 800Ah kín khí, không cần bảo trì đònh kỳ, không cần thêm nước dung môi Tuổi thọ trung bình 5 năm Do đặc thù đảm bảo kỹ thuật điện áp đầu vào cho thiết bò đồng bộ cho hệ thống sạc trung tâm, bộ biến điện. .. cho hệ thống sạc trung tâm, bộ biến điện DC/AC điện áp đầu vào 48VDC nên số lượng bình là 48bình - Hệ thống ắc qui gồm 48 bình được kết nối như sau: chia thành 2 nhóm mỗi nhóm gồm 24 bình nối nối tiếp với điện áp 48VDC-800Ah 02 nhóm nối song song thành 1 tổ, có dung lượng 48VDC/1600Ah như hình sau: Hình 12 Sơ đồ kết nối hệ thống ắc qui c Cách b trí máy PV - Madicub ... các thi t b s d ng đi 2 T t cơng t c Madicub 1, 2 đi 3 Ki m tra xem h th ng t n tr còn đ y hay khơng 4 Ki m tra xem h th ng c u chì có b đ t khơng, CB-100A trên máy có nh y khơng N u t t c v n còn t t, ta ch vi c kh i đ ng l i h th ng cơng t c Madicub 1, Madicub 2 H SƠ PIN M T TR I & CÁCH K T N I a Cách n i dàn PMT Dàn pin m t tr i (PMT) c a h th ng n i lư i PV -Madicub g m 48 t m PMT 175Wp t ng cơng... vô cùng quan trọng Loại ắc qui GEL sử dụng chất điện phân như các loại bình ắc qui thông thường, tuy nhiên chất điện phân này được pha trộn với một hoạt chất để trở nên đông đặc, dạng sệt Loại bình ắc qui GEL này nổi bật hơn tất cả các loại bình sử dụng chất điện phân dạng lỏng và có độ bền cao, kín khí không c n bảo quản, tạo ít gas trong phòng chứa và không sợ rỉ dung dụng axít Xét về giá thành của... Thơng s k thu t và sơ đ b ng PMT đư c th hi n như sau: Dàn PMT g m 6 kênh đư c n i v i 6 kênh n p 48VDC M i kênh m c song song v i 4 c m panơ PMT có cơng su t t ng c ng 1400Wp đ t dòng ng n m ch c c đ i Isc = 20A và dòng s c t ng c ng x p x 60Amax trên m i t b Cách n i h t n tr : Do điều kiện đặc thù của công trình là không gây ô nhiễm môi trường, không ảnh hưởng đến sức khỏe con người và đặc biệt giảm . thống PV -Madicub. - +B1, -B1 : Ngõ vào hệ tồn trữ 1. - +B2, -B2 : Ngõ vào hệ tồn trữ 2. - +B1, -ST1 : Ngõ ra hệ PV -Madicub 1. - +B2, -ST2 : Ngõ ra hệ PV -Madicub 2. Sạc từ ñiện lưới quốc. ñịnh của mạng PV -Madicub. Hình 7: Hệ sạc lưới Chức năng hiển thị: - +B1, -B1 : Ngõ vào hệ tồn trữ 1. - +B2, -B2 : Ngõ vào hệ tồn trữ 2. - L1, L2 , N : Ngõ vào ñiện lưới 2 pha. - CB1, CB2. Hình 8: Hệ PV -Madicub Hình 9: Hệ Madicub Offgrid - ðèn PV -Madicub 1, 2: Sáng báo hiệu hệ thống PV -Madicub ñang hoà lưới và ñang ở trạng thái chờ sạc vào hệ tồn trữ. - ðèn Madicub Offgrid