GIẢI PHÁP ĐIỆN MẶT TRỜI ĐỘC LẬP

(OFF-GRID SOLAR SYSTEM)

giai-phap-doc-lap-1

Giải pháp hệ thống điện NLMT độc lập là giải pháp dùng năng lượng mặt trời biến thành điện để sử dụng cho các thiết bị sử dụng điện mà không cần kết nối với lưới điện quốc gia và hoàn toàn tự chủ về nguồn điện.

Giải pháp hệ thống điện NLMT độc lập được ứng dụng cho những nơi mà điện lưới chưa được kéo tới hoặc những nơi thiếu điện.

Nguyên lý hoạt động của hệ thống điện NLMT độc lập.

  • Các tấm pin năng lượng mặt trời (solar panel) hấp thụ ánh nắng mặt trời và tạo ra dòng điện một chiều (DC).
  • Dòng điện một chiều DC này đi qua bộ điều khiển sạc rồi tới hệ thống ắc quy lưu trữ để nạp đầy điện cho hệ thống Ắc quy này.
  • Nguồn điện từ hệ thống ắc quy lưu trữ được đưa tới bộ chuyển đổi điện (bộ biến tần-inverter) để biến đổi dòng điện một chiều DC thành dòng điện xoay chiều AC với điện áp, pha và tần số trùng với điện áp, pha và tần số của các thiết bị sử dụng.

Các thành phần chính của hệ thống điện NLMT độc lập.

giai-phap-doc-lap-2

  1. Hệ thống các tấm pin năng lượng mặt trời ( Solar Panels PV ).
  2. Hệ thống lưu trữ ( Ắc Quy ).
  3. Bộ điều khiển sạ
  4. Bộ chuyển đổi điện áp DC – AC ( Inverter ).

Các tấm Pin NLMT

Được tạo thành từ nhiều tế bào quang điện mắc nối tiếp với nhau. Tấm pin năng lượng mặt trời là thiết bị có chức năng chuyển hóa quang năng thành điện năng (hấp thụ năng lượng từ ánh sáng mặt trời chuyển đổi thành dòng điện DC). Có 2 loại Pin NLMT chính được dùng:

giai-phap-doc-lap-3

+Tấm Pin Mono ( đơn tinh thể):

Được cấu thành từ tế bào quang điện đơn tinh thể Silic. Đặc điểm là cho hiệu suất cao hơn vì các tế bào chứa đơn tinh thể nên các electron tạo ra dòng điện có nhiều chỗ để di chuyển hơn. Tiết kiệm không gian lắp đặt vì các chúng mang lại sản lượng điện cao nhất. Do đó, các tấm pin năng lượng mặt trời đơn tinh thể có hiệu quả hơn loại đa tinh thể. Nhưng đổi lại thì giá thành tương đối cao. Pin Mono được sử dụng tại các khu vực với bức xạ mặt trời thấp, ít nắng và không liên tục.Tất cả các loại pin mặt trời sản xuất lượng điện giảm khi nhiệt độ tăng. Tuy nhiên, vấn đề này ít nghiêm trọng hơn ở tấm Mono so với Poly. Tuy nhiên, trong thực tế sự khác biệt là rất nhỏ.

+ Tấm Pin Poly (đa tinh thể): 

Được tạo nên từ silicon đa tinh thể đơn.Vì có nhiều tinh thể trong tế bào nên các khoảng trống ít hơn làm cho các phân tử điện electron di chuyển cũng khó khăn hơn. Do đó các tấm pin năng lượng mặt trời Poly có hiện suất thấp hơn Pin Mono. Quá trình sản xuất Pin Poly đơn giản và ít tốn kém hơn nên giá thành cũng thấp hơn so với Pin Mono. Giá thành thấp nên được sử dụng rộng rãi trên thị trường, tuy hiệu xuất có giảm hơn so với Pin Mono. Được sử dụng tại các khu vực có bức xạ ánh sáng mặt trời trung bình và lớn.

Bộ điều khiển sạc của hệ thống điện NLMT độc lập

giai-phap-doc-lap-4

Bộ điều khiển sạc của hệ thống điện năng lượng mặt trời độc lập  là thiết bị kết nối giữa hệ thống các tấm pin và hệ thống ắc quy lưu trữ. Được lập trình tự động thực hiện chức năng điều tiết sạc cho hệ thống ắc-quy, bảo vệ cho hệ ắc-quy chống nạp quá tải và xả quá sâu nhằm nâng cao tuổi thọ của bình ắc-quy. Ngoài ra, bộ thiết bị này còn có các chức năng khác như chống quá tải, chống ngược mạch, tự động ngắt xả pin để hệ thống tấm pin và hệ thống ắc quy bền hơn, sử dụng hiệu quả và lâu dài.

Để  sử dụng  cho hệ thống điện NLMT độc lập, có hai loại bộ điều khiển sạc pin thường dùng là bộ điều khiển độ rộng xung (PWM) và bộ điều khiển theo dõi điểm tối đa (MPPT).

  • Bộ điều khiển sạc công nghệ PWM.

Bộ điều khiển sạc PWM (Pulse-Width Modulating) sử dụng các thuật toán phức tạp để xác định lượng điện tích đi vào ắc quy và từ từ giảm dần khi ắc quy đầy.

Điều khiển sạc PWM về cơ bản nó giống như switch chuyển đổi kết nối hệ thống pin năng lượng mặt trời vào tổ hợp ắc quy.

PWM sử dụng các mạch điện tử transitor đóng cắt liên tục với tần số cao để ổn áp sạc cho ắc quy, phương pháp này có nhược điểm lớn là làm hao phí khoảng trên dưới 20% lượng điện sạc từ hệ thống giàn pin năng lượng mặt trời.

  • Bộ điều khiển sạc công nghệ MPPT.

Bộ điều khiển MPPT (Maximum Power Point Tracker ) thực tế là một bảng điều khiển năng lượng mặt trời , nó sẽ theo dõi , giám sát đầu ra để có thể tự động khớp điện áp mà nó tạo ra với điện áp của ắc quy nhằm tối đa hóa hiệu suất sạc.

MPPT là phương pháp dò tìm điểm làm việc có công suất tối ưu của hệ thống nguồn điện pin mặt trời qua việc điều khiển chu kỳ đóng mở khoá điện tử dùng trong bộ DC/DC.

Công nghệ điều khiển sạc theo dõi điểm tối đa MPPT sẽ giúp ta thu được nhiều năng lượng hơn từ hệ thống giàn pin năng lượng mặt trời . Hiệu quả của phương pháp này vượt trội hơn khoảng từ 10% đến 40% khi các tấm pin có nhiệt độ thấp khoảng dưới 45ºC, hoặc rất cao khi nhiệt độ trên 75ºC, hoặc khi cường độ bức xạ ánh sáng từ mặt trời thấp .

Bộ chuyển đổi điện (Inverter, biến tần)

Bộ chuyển đổi điện (Inverter) là thiết bị làm nhiệm vụ chuyển đổi điện một chiều DC từ hệ thống Pin NLMT  thành điện xoay chiều AC (cùng pha, tần số, điện áp với các thiết bị được sử dung)  để cho các thiết bị sử dụng.

Tùy vào công suất hệ thống mà chọn Inverter phù hợp tránh quá tải.

Là thành phần quyết định đến hiệu suất của toàn hệ thống, là trái tim của hệ thống nên việc chọn Inverter chất lượng và phù hợp với hệ thống được xem là quan trọng nhất.

 

Hệ khung giàn đỡ hệ thống các tấm pin, cắt sét lan truyền, tiếp địa, cáp điện và các phụ kiện trong hệ thống.

 

Ưu nhược điểm của giải pháp hệ thống điện NLMT độc lập

 

Hệ thống điện năng lượng mặt trời độc lập phù hợp sử dụng đối với những nơi có nguồn điện không ổn định, chập chờn vào giờ cao điểm (khiến cho các thiết bị nhanh hư hỏng) hay bị mất điện thường xuyên, những nơi vùng sâu, vùng xa, hay các trạm nghiên cứu chưa có lưới điện hoặc như tàu, thuyền ….. Hoặc hộ gia đình, cơ quan, văn phòng  mong muốn có nguồn lưu trữ dự phòng cho các trường hợp khẩn cấp.

Những ưu điểm của hệ thống :

  • Tự chủ hoàn toàn về nguồn điện, không phụ thuộc vào lưới điện quốc gia.
  • Chi phí có thể rẻ hơn việc mở rộng đường dây điện ở một số khu vực hẻo lánh.
  • Được thiết kế theo dạng module nên dễ dàng nâng cấp công suất cho hệ thống khi cần phát sinh sau này.
  • An toàn thân thiện không sợ bị điện giật (nếu chỉ sử dụng nguồn điện 1 chiều DC).Không gây ồn ào, ảnh hưởng đến môi trường như các thiết bị phát điện khác.
  • Là nguồn năng lượng sạch, góp phần bảo vệ môi trường sống giảm thải khí CO2 ra môi trường. Theo ước tính mỗi 1 kWh điện tạo ra từ mặt trời sẽ giúp giảm thải 0.688 Kg/CO2 ra môi trường.
  • Cấu hình điện áp hệ ắc quy linh động: 12V, 24V, 36V, 48V hay 60V.
  • Giải pháp đã có các chức năng bảo vệ: quá dòng, quá áp, quá tải, ngược cực…
  • Inverter hoạt động hoàn toàn tự động, có màn hình theo dõi kiểm soát hệ thống và có các cảnh báo lỗi kịp thời khi có sự cố.
  • Hệ thống có thể giám sát từ xa thông qua điện thoại thông minh, máy tính… kết nối với internet  giúp người vận hành dễ dàng giám sát hoạt động của toàn bộ hệ thống điện NLMT.

Những nhược điểm của hệ thống :

  • Chi phí đầu tư ban đầu tương đối cao, cao nhất so với hai giải pháp còn lại. Trong đó hệ Ắc-quy chiếm tới 50% đến 65% của toàn hệ thống.
  • Chi phí đầu tư ban đầu cao dẫn tới thời gian hòan vốn tương tối dài. Tuy nhiên nếu đầu từ hệ thống NLMT độc lập (do thực sự cần thiết) thì khách hàng không phải quan tâm nhiều vào thời gian hòa vốn.
  • Công tác vận hành, bảo trì, bảo dưỡng yêu cầu cao hơn nên cần đơn vị có chuyên môn dẫn đến chi phí cao. Thường xuyên bảo dưỡng định kỳ hệ Ắc-quy vì thời gian nạp, xả điện là có giới hạn và phải kiểm tra định kỳ để đảm bảo lượng điện lưu trữ đáp ứng nhu cầu sử dụng.
  • Sau khi vận hành một thời gian cần thay mới hệ thống Ắc quy do tuổi thọ ắc quy ngắn hơn rất nhiều so với các thiết bị khác trong hệ thống