- Trang Chủ
- Điện - Điện tử
- Đánh giá dung sai công suất của các tấm pin quang điện thương mại trong điều kiện vận hành thực tế
Xem mẫu
- HỘI NGHỊ KHOA HỌC TOÀN QUỐC VỀ CƠ KHÍ – ĐIỆN – TỰ ĐỘNG HÓA
(MEAE2021)
Đánh giá dung sai công suất của các tấm pin quang điện
thương mại trong điều kiện vận hành thực tế
Ngô Xuân Cường 1, *, Đỗ Như Ý 2, Nguyễn Thị Hồng 3
1 Khoa Kỹ thuật và Công nghệ - Đại học Huế, Việt Nam,
email: ngoxuancuong@hueuni.edu.vn
2 Khoa Cơ điện, Đại học Mỏ - Địa chất, Việt Nam, email
donhuy.humg@gmail.com
3 Khoa Nhiệt lạnh -Xây dựng, Trường Cao đẳng Công nghiệp Huế, Việt Nam, email nthong@hueic.edu.vn
THÔNG TIN BÀI BÁO TÓM TẮT
Quá trình:
Các thông số kỹ thuật của tấm pin quang điện thường được nhà sản xuất
Nhận bài 17/6/2021 đưa ra trong điều kiện tiêu chuẩn và điều kiện nhiệt độ pin làm việc định
Chấp nhận 18/8/2021 mức, trong điều kiện vận thành thực tế các thông số này thay đổi liên tục phụ
Đăng online 20/12/2021 thuộc vào yếu tố thời tiết như bức xạ, nhiệt độ, thành phần phổ của bức xạ,
Từ khóa: pin quang điện, góc tới của bức xạ và các thông số khác. Các tấm pin quang điện thương mại
dung sai công suất, đa tinh có cùng công suất định mức nhưng có các giá trị dung sai công suất khác
thể .
nhau, dung sai lớn là một trong các nguyên nhân dẫn đến việc giảm đáng kể
sản lượng điện của các chuỗi pin quang điện. Bài báo này phân tích công
suất và sản lượng của bốn tấm pin quang điện thương mại giống nhau loại
đa tinh thể làm việc dưới cùng các điều kiện lắp đặt và thời tiết, từ đó đánh
giá dung sai công suất dưới điều kiện làm việc thực tế của chúng. Các kết quả
thí nghiệm đã chỉ ra rằng, sản lượng điện sinh ra bởi các tấm pin quang điện
giống nhau loại đa tinh thể được nghiên cứu có sự chênh lệch trung bình lớn
nhất vào khoảng 6.1%, và dung sai công suất trung bình cao nhất 7,686%..
© 2020 Trường Đại học Mỏ - Địa chất. Tất cả các quyền được bảo đảm.
1. Mở đầu Các hệ thống quang điện ngày nay được xây
dựng theo cấu hình song song nối tiếp cố định các
Trong những năm qua, sự phát triển không tấm pin quang điện đơn. Do được cấu hình như
ngừng của các nhà máy điện tái tạo trong hệ thống vậy, nên dòng điện và điện áp của các chuổi hay
điện là do các quá trình tự do hóa của thị trường mãng được quyết định bởi các tế bào quang điện
điện Việt Nam và các chính sách của chính phủ hiệu suất thấp nhất.
nhằm giảm phát thải khí carbon. Cho đến nay, vật liệu bán dẫn chủ yếu được sử
Trong tình hình đó, các hệ thống quang điện có dụng trong các tấm pin quang điện là silicon, đặc
cơ hội phù hợp nhất với lợi thế quan trọng là biệt là silicon đơn và đa tinh thể. Trong loại tấm
chúng có thể tạo ra năng lượng điện rất gần với pin quang điện này, các ma trận của tế bào được
phụ tải điện qua đó có thể tránh được tổn thất đóng gói để hoạt động ngoài trời đáng tin cậy
truyền tải. trong hơn 25 năm, chú ý đến các yếu tố như độ
Hơn nữa, các hệ thống quang điện không phát cứng để chịu tải cơ học, bảo vệ khỏi các tác nhân
ra khí thải ô nhiễm, không rung động và tính mô thời tiết và độ ẩm, bảo vệ khỏi tác động, cách điện
đun hóa của chúng, có thể tuân theo hình thái của cho sự an toàn của con người. Các lớp khác nhau
vị trí lắp đặt và do đó chúng gây ra tác động môi mà tấm pin được tạo thành sau đó được xếp chồng
trường thấp hơn so với các hệ thống năng lượng lên nhau. Một mặt phẳng thủy tinh cường lực
tái tạo khác. được sử dụng để tăng độ cứng cơ học và bảo vệ,
54
- HỘI NGHỊ KHOA HỌC TOÀN QUỐC VỀ CƠ KHÍ – ĐIỆN – TỰ ĐỘNG HÓA
(MEAE2021)
các tế bào quang điện được ghép nối và được kẹp của tấm pin mặt trời, các ô bóng mờ một phần và
bởi chất đóng gói (phổ biến nhất là keo EVA) và màu sắc không đồng nhất của chất đóng gói [4].
mặt sau của tấm pin không được chiếu sáng, Việc cải thiện sản xuất tấm pin có thể đạt được
thường được phủ bởi một tấm nhựa composite nhờ vào sự lựa chọn thích hợp của các tế bào, tuy
với tác dụng cản ẩm và các chất ăn mòn khác. nhiên có nghĩa là chi phí sản xuất tấm pin sẽ tăng
Quá trình sản xuất tấm pin quang điện, như bất lên. Vì lý do này, đôi khi nên chấp nhận mức giảm
kỳ quy trình sản xuất nào, bao gồm một số giai công suất sinh ra từ bằng cho đến thấp hơn 5%
đoạn xác định sự thay đổi không thể tránh khỏi công suất có được từ tất cả các tế bào quang điện
giữa các đặc tính của từng tấm pin trong đầu ra từ giống nhau.
toàn bộ quy trình sản xuất. Trên cơ sở này, các nhà Bài báo [5] đã đánh giá hiệu suất của hệ thống
sản xuất tấm pin quang điện xác định dung sai quang điện, đặc biệt chú ý đến các hiệu ứng dung
công suất tối đa cho tấm pin quang điện của họ sai, bài báo cho thấy tỷ lệ dung sai công suất có thể
phân phối (thường từ 3% đến 10%) [1], dung sai đáng kể như thế nào, về mặt giảm công suất đầu
này xác định sự không đồng nhất giữa các đặc tính ra, khi hệ thống quang điện hoạt động trong điều
I - V của các tấm pin quang điện do cùng một nhà kiện che bóng một phần.
sản xuất sản xuất, điều này dẫn đến làm giảm hiệu Từ các phân tích ở trên, nghiên cứu này thiết
suất của hệ thống quang điện bao gồm một số tấm lập hệ thống điện mặt trời hòa lưới áp mái thực
pin được kết nối nối tiếp và song song. nghiệm để phân tích công suất và sản lượng của
Viện Fraunhofer về Hệ thống Năng lượng Mặt bốn tấm pin quang điện thương mại giống nhau
trời ISE đã thử nghiệm 1.776 tấm pin PV để đạt loại đa tinh thể làm việc dưới cùng các điều kiện
tiêu chuẩn IEC và khoảng 20% tấm pin không đạt lắp đặt và thời tiết, từ đó đánh giá dung sai công
trong thử nghiệm, và 8% bị lỗi từ nhà sản xuất [2]. suất dưới điều kiện làm việc thực tế của chúng. Các
Hiệu ứng không phù hợp “MISMATCH” cho biết sự kết quả thực nghiệm cho phép định lượng giá trị
sai lệch về điện giữa các tế bào quang điện của công suất và dung sai công suất thực tế, qua đó cho
toàn bộ tấm pin. Nguyên nhân của sự sai lệch là do thấy tầm quan trọng của việc lựa chọn các tấm pin
các yếu tố bên trong hoặc bên ngoài tế bào đơn lẻ có dung sai giảm và với mục đích cung cấp các chỉ
[2, 3]. dẫn hữu ích cho các nhà thiết kế nhà máy quang
Các yếu tố bên ngoài có thể kể đến là: chất bẩn điện.
ở phần trước của tế bào; sự suy thoái của các vật 2. Mô hình thực nghiệm
liệu được sử dụng để bao bọc tế bào; việc che bóng
một phần của một tế bào quang điện hoặc sự che Bảng 1. Thông số kỹ thuật của tấm pin quang điện
bóng không đồng đều của một nhóm tế bào quang SUN330-72P.
điện có thể do các đám mây gây ra hoặc do một lớp Thông số Giá trị
khói. Điều này có thể gây ra sự gia nhiệt của một Công suất đỉnh 330Wp
phần nhỏ của tế bào quang điện (hiện tượng Dung sai công 5%
hotspot) có thể dẫn đến vỡ và cháy tấm pin quang suất
điện. Điện áp tại Pmp 37.8V
Các yếu tố bên trong bao gồm: các đặc điểm Dòng tại Pmp 8.73A
bên ngoài không đồng nhất của tế bào, do sản xuất Điện áp hỡ mạch 45.5V
không đối xứng, sự suy thoái của lớp nở tế bào, các
Dòng ngắn mạch 9.22A
khuyết tật sản xuất, có thể phá vỡ tế bào. Tất cả
Hiệu suất tấm 17.09%
những yếu tố này dẫn đến việc giảm hiệu suất của
pin
tấm pin, có nghĩa là công suất tạo ra của một tấm
Loại tế bào Đa tinh thể
pin nhỏ hơn tổng công suất được tạo ra của các tế
156.75x156.75mm
bào quang điện đơn lẻ. Các yếu tố có thể xác định
Số diode bypass 3
bằng mắt thường như: bong bóng, vết nứt trong tế
Tất cả giá trị điện được đo tại điều kiện tiêu chuẩn
bào, ăn mòn các dây nối tế bào, tách lớp mặt sau
55
- HỘI NGHỊ KHOA HỌC TOÀN QUỐC VỀ CƠ KHÍ – ĐIỆN – TỰ ĐỘNG HÓA
(MEAE2021)
Để nghiên cứu đánh giá dung sai công suất các định được tìm thấy là xấp xỉ bằng vĩ độ của vị trí
tấm pin quang điện dưới điều kiện làm việc thực lắp đặt [6, 7].
tế, nghiên cứu đã đề xuất mô hình hệ thống điện Hệ thống được lắp đặt và đi vào thí nghiệm từ
mặt trời hòa lưới áp mái với công suất 1,32kWp 28/12/2020, điện năng sinh ra từ hệ thống điện
gồm có 4 tấm pin quang điện thương mại loại đa mặt trời hòa lưới áp mái được đưa thẳng vào lưới
tinh thể SUN330-72P, thông số kỹ thuật của chúng điện thông qua đồng hồ điện tử 2 chiều do điện lực
trình bày bảng 1, và một vi biến tần hòa lưới HY- địa phương cung cấp, để ghi nhận sản lượng điện
1200-Pro với 4 cổng vào MPPT, thông số trên phát lên lưới. Thêm vào đó sản lượng điện do 4
bảng 2. tấm pin quang điện sinh ra được hệ thống đo
lường và lưu trữ tích hợp sẵn bên trong vi biến tần
Bảng 2. Thông số kỹ thuật của vi biến tần hòa lưới
hòa lưới ghi nhận, và các thông số được lưu trữ
HY-1200-Pro.
trên nền tảng dữ liệu của nhà sản xuất, cho phép
Thông số Giá trị người sử dụng lấy thông tin về xử lý. Tần suất lưu
Hãng Huayu dữ liệu của phần mềm kể trên là 5-6 phút 1 lần, và
Loại HY-1200-Pro chỉ có tín hiệu trong khoảng thời gian có ánh sáng
Số đầu vào MPPT 4 mặt trời.
Công suất đầu vào được đề 4 × 210~400W
xuất
Điện áp khởi động 20V
Điện áp DC đầu vào cực đại 60V
Dải điện áp MPPT 25~55V
Dải điện áp DC hoạt động 20~60V
Dòng điện ngắn mạch DC 13A
cực đại
Dòng điện đầu vào cực đại 4 × 10.4 A
Công suất đầu ra đỉnh 1200W Hình 1. Hệ thống quang điện hòa lưới áp mái.
Dòng điện đầu ra cực đại 4.34A 3. Kết quả và thảo luận
Điện áp định mức/phạm vi 230Vac/
a.c.184~265V Chúng tôi thu thập các phép đo từ ngày 1 tháng
Tần số định mức/ phạm vi 50.0/47.5~51.5Hz 1 năm 2021 đến ngày 31 tháng 5 năm 2021 (5
Hệ số công suất >0.95 tháng) và chọn 01 ngày nắng nghiên cứu điển hình
Hiệu suất biến tần đỉnh 96.5% cụ thể.
Hiệu suất MPPT tỉnh 99% Trên hình 2 đưa ra tổng sản lượng điện sinh ra
bởi các tấm pin quang điện và được ký hiệu tương
Tiêu thu điện vào buổi đêm
- HỘI NGHỊ KHOA HỌC TOÀN QUỐC VỀ CƠ KHÍ – ĐIỆN – TỰ ĐỘNG HÓA
(MEAE2021)
điện của tấm pin thấp nhất, có nghĩa là công suất
sinh ra của chúng bằng 4 lần công suất sinh ra của
tấm pin quang điện thấp nhất, đồng nghĩa với hao
phí đi 2.2% sản lượng thu được.
Bảng 3. Công suất lớn nhất (W) sinh ra bởi tấm PV.
Tháng PV1 PV2 PV3 PV4
1/2021 253.5 254.88 263.44 252.8
2/2021 293.56 300.3 315.95 303.93
3/2021 298.08 306.9 312.96 299.39
4/2021 278.05 277.2 289 269.8 Hình 3. Sự phân phối dung sai công suất.
5/2021 278.1 281.24 304 287.56 Sự phân phối dung sai của các tấm pin quang
Tấm PV2 có sản lượng ít nhất, chúng tôi chọn điện nghiên cứu được mô tả trên biểu đồ boxplot
nó làm công suất cơ sở để tính toán. Trên bảng 3 của chúng trên hình 3. Để có cái nhìn cụ thể về
đưa ra công suất lớn nhất sinh ra bởi các tấm PV, dung sai công suất trong một ngày cụ thể, chúng
kết quả chỉ ra rằng công suất lớn nhất sinh ra lớn tôi lựa chọn 1 ngày nắng điển hình ít mây không
nhất vào tháng 2 với công suất đỉnh 315.95W. mây trong các tháng để kiểm tra. Trên hình 4a thể
Để tính toán dung sai công suất cho các tấm hiện công suất sinh ra của các tấm pin quang điện,
pin, chúng tôi lựa chọn tấm pin có sản lượng điện hình 4b thể hiện dung sai công suất của chúng
sinh thấp nhất làm cơ sở và tính toán theo công theo giờ. Rõ ràng rằng dung sai công suất lớn nhất
thức sau: thu được khoảng sáng sớm và chiều muộn, khi
𝑃 bức xạ mặt mặt trời nhỏ và góc tới của bức xạ ánh
𝐷𝑆 = 100 (1) sáng lên bề mặt các tấm pin không đồng điều, điều
𝑃𝑐𝑠
này làm ảnh hưởng hiệu suất và điện năng sinh ra
trong đó, DS là dung sai công suất, %; P, Pcs là của các tấm pin quang điện, tuy nhiên trọng số của
công suất trong cùng 1 thời điểm của tấm pin của khoảng thời gian này khá nhỏ, nên nó ít ảnh
được tính và tấm pin cơ sở tương ứng, W; hưởng lên dung sai công suất trung bình đã tính
Từ các kết quả thu được, dung sai công suất thu toán.
được trình bày trong bảng 4, giá trị trung bình 260
dung sai công suất tổng thể là 3.818%, và giá trị 240 16/5/2021
dung sai công suất trung bình cao nhất là 7.686% 220
đối với tấm PV3. 200
180
Power, W
Bảng 4. Dung sai công suất (%) của các tấm pin 160
140
quang điện. 120
100 PV1
Tháng DSPV3 DSPV4 DSPV1 80 PV2
1/2021 8.537 2.346 0.272 60
2/2021 9.208 4.967 2.049 40 PV3
20
3/2021 7.872 2.972 0.981 0
PV4
4/2021 7.153 3.091 2.112 5 7 9 11 13 15 17 19
5/2021 6.163 1.148 -0.664 Time, h
Trung bình 7.686 2.843 0.925 (a)
57
- HỘI NGHỊ KHOA HỌC TOÀN QUỐC VỀ CƠ KHÍ – ĐIỆN – TỰ ĐỘNG HÓA
(MEAE2021)
50 Tài liệu tham khảo
PV3 16/5/2021 [1] Cipriani, G., Di Dio, V., Marcotulli, A., & Miceli,
40
PV4 R. (2014, October). Manufacturing tolerances
30 effects on PV array energy production. In 2014
Dung sai, %
PV1
International Conference on Renewable
20 Energy Research and Application (ICRERA)
(pp. 952-957). IEEE.
10
[2] Kumar, E. S., & Sarkar, B. (2013, April).
0 Investigation of the common quality and
reliability issues in the photovoltaic panels. In
-10 2013 International Conference on Energy
5 7 9 11 13 15 17 19 Efficient Technologies for Sustainability (pp.
Time, h 320-325). IEEE..
(b) [3] Di Dio, V., La Cascia, D., Miceli, R., & Rando, C.
Hình 4. a) Công suất của các tấm pin trong ngày (2009, June). A mathematical model to
điển hình; b) Dung sai công suất của các tấm pin. determine the electrical energy production in
photovoltaic fields under mismatch effect. In
4. Kết luận 2009 International Conference on Clean
Dung sai công suất lớn là một trong các nguyên Electrical Power (pp. 46-51). IEEE.
nhân dẫn đến việc giảm đáng kể sản lượng điện [4] Munoz, M. A., Alonso-García, M. C., Vela, N., &
của các chuỗi tấm pin quang điện. Bài báo này Chenlo, F. (2011). Early degradation of silicon
phân tích công suất và sản lượng của bốn tấm pin PV modules and guaranty conditions. Solar
quang điện thương mại giống nhau loại đa tinh thể energy, 85(9), 2264-2274.
làm việc dưới cùng các điều kiện lắp đặt và thời [5] Miceli, R., Cipriani, G., Di Dio, V., & Marcotulli,
tiết, từ đó đánh giá dung sai công suất dưới điều A. (2015). Incidence of PV module rated power
kiện làm việc thực tế của chúng. Kết quả thu được tolerances on PV system energy production.
chỉ ra rằng, chênh lệch sản lượng điện sinh ra lớn International Journal of Renewable Energy
nhất vào khoảng 6.1%, các tấm pin quang điện Research (IJRER), 5(2), 491-500.
PV1, PV2, PV4 có tổng sản lượng sinh ra gần tương [6] Ngo, X. C., Nguyen, T. H., Do, N. Y., Nguyen, D.
đương nhau khoảng 190 kWh tương đương với M., Vo, D. V. N., Lam, S. S., ... & Le, Q. V. (2020).
3.81 giờ nắng/ngày, tấm PV3 là tấm có sản lượng Grid-connected photovoltaic systems with
sinh ra lớn nhất 201.8 kWh tương đương với 4.05 single-axis sun tracker: case study for central
giờ nắng/ngày. Vietnam. Energies, 13(6), 1457.
Thêm vào đó, giá trị trung bình dung sai công [7] Benghanem, M. (2011). Optimization of tilt
suất tổng thể là 3.818%, và giá trị dung sai công angle for solar panel: Case study for Madinah,
suất trung bình cao nhất là 7.686% đối với tấm Saudi Arabia. Applied Energy, 88(4), 1427-
PV3 so với dung sai công suất nhà sản xuất cung 1433.
cấp 5%, rõ ràng rằng có sự tăng lên của dung sai
công suất của các tấm pin quang điện thương mại
so với thông số nhà sản xuất, điều này sẽ dẫn đến
ảnh hưởng công suất của các tấm pin mắc nối tiếp
hoặc song song hay rộng hơn là công suất của cả
hệ thống quang điện. Các kết quả của bài báo
khuyến cáo việc lựa chọn các tấm pin quang điện
có dung sai công suất nhỏ, để làm tăng hiệu suất
tổng thể cho cả hệ thống quang điện.
58
nguon tai.lieu . vn
