Trong bài viết này chúng ta sẽ cùng nhau tìm hiểu điện mặt trời là gì và vai trò của nó. Ngày nay, năng lượng mặt trời được ứng dụng thực tế và hiệu quả trong việc chuyển đổi tạo ra điện năng. Năng lượng mặt trời không chỉ đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo nguồn cung cấp năng lượng bền vững mà còn có những tác động tích cực đến cả kinh tế và môi trường. Cùng Venergy tìm hiểu kỹ về chúng ngay dưới đây.
Năng lượng mặt trời là gì?
Năng lượng mặt trời là năng lượng thu được từ ánh sáng và nhiệt tỏa ra bởi Mặt Trời. Ánh sáng mặt trời được chuyển đổi thành điện năng thông qua các tấm pin mặt trời, điện thu được từ quá trình này gọi là điện năng lượng mặt trời. Năng lượng hay điện từ mặt trời còn được sử dụng trực tiếp để sưởi ấm, làm khô, cung cấp nhiệt cho các quá trình khác.
Năng lượng mặt trời có rất nhiều ứng dụng trong cuộc sống hàng ngày và công nghiệp. Dưới đây là một số ứng dụng phổ biến:
- Sản xuất điện: Lắp đặt pin năng lượng mặt trời trên mái nhà để cung cấp điện; hệ thống điện mặt trời lớn được kết nối vào lưới điện quốc gia để cung cấp điện cho cộng đồng…
- Sưởi ấm: Máy nước nóng năng lượng mặt trời; dùng tấm thu nhiệt từ ánh nắng mặt trời để làm ấm không gian sống…
- Nông nghiệp: Sử dụng bơm năng lượng mặt trời để bơm nước tưới tiêu cho cây trồng; sử dụng nhiệt năng từ mặt trời để sấy khô các sản phẩm nông nghiệp; làm nhà kính để tạo ra môi trường thích hợp cho cây trồng…
- Giao thông vận tải: Sử dụng pin mặt trời để cung cấp năng lượng cho xe điện, đèn đường năng lượng mặt trời…
Năng lượng từ mặt trời là nguồn năng lượng sạch, không gây ô nhiễm môi trường, có thể khai thác vô hạn, giúp giảm phụ thuộc vào lưới điện quốc gia và giảm thiểu rủi ro do biến động giá nhiên liệu.
Cấu tạo của hệ thống điện mặt trời
Các thành phần cơ bản cấu tạo nên hệ thống điện năng lượng mặt trời bao gồm: Các tấm pin mặt trời, Biến tần chuyển đổi điện (inverter), Bộ lưu điện năng lượng mặt trời (thường là ắc quy hoặc pin lithium). Mỗi bộ phận này đóng một vai trò quan trọng khác nhau giúp tạo nên một hệ thống điện mặt trời hoạt động hiệu quả nhất, cụ thể:
- Pin năng lượng mặt trời: Có chức năng thu nhận ánh sáng và chuyển đổi thành điện năng. Thành phần chính trong pin mặt trời là silic tinh khiết – có chứa trên bề mặt một số lượng lớn các cảm biến ánh sáng là điốt quang có nhiệm vụ thu nhận và chuyển hóa ánh sáng thành điện năng (tồn tại ở dạng điện 1 chiều).
- Bộ biến tần Inverter: Có nhiệm vụ chuyển đổi nguồn điện một chiều DC của pin mặt trời sang điện xoay chiều AC để sử dụng cho các thiết bị điện.
- Bộ lưu điện năng lượng mặt trời: Vì điện mặt trời không được sản xuất liên tục do thời gian chiếu sáng cố định, bởi vậy các bình ắc quy khi này được sử dụng để lưu trữ nguồn điện. Khi điện lưới bị mất hoặc hệ thống điện mặt trời không sản xuất ra điện (vào ban đêm) thì các bình ắc quy lưu trữ này sẽ cung cấp cho các tải tiêu thụ thay cho điện lưới.
Phân loại hệ thống điện mặt trời
Hiện tại có 3 hình thức lắp điện năng lượng mặt trời. Đó là hệ thống điện mặt trời hòa lưới – On Grid, hệ thống điện mặt trời độc lập – Off Grid và hệ thống điện mặt trời kết hợp (Hybrid).
Hệ thống điện mặt trời hòa lưới (On Grid)
Đây là hệ thống điện mặt trời được sử dụng phổ biến nhất hiện nay. Nguồn điện được tạo ra từ hệ thống điện hòa lưới được ưu tiên dùng cho các thiết bị điện. Khi nhu cầu sử dụng điện cao hơn lượng điện từ hệ thống điện mặt trời tạo ra, hệ thống sẽ lấy điện lưới quốc gia để sử dụng.
Khi hệ thống sản xuất điện dư thừa so với mức tiêu thụ thì lượng điện dư thừa sẽ đẩy lại mạng lưới điện quốc gia. Số điện dư này sẽ được ghi lại thông qua đồng hồ 2 chiều và EVN sẽ thanh toán cho số điện này.
Hệ thống điện mặt trời độc lập
Hệ thống này hoàn toàn không phụ thuộc vào nguồn điện lưới. Khi sử dụng hệ thống điện mặt trời độc lập, nó sẽ sản xuất ra điện sau đó dẫn điện đến các bình ắc quy để lưu trữ điện.
Hệ thống điện mặt trời kết hợp
Hệ thống này chính là sự kết hợp giữa 2 hệ thống On-grid và Off-grid. Nó vừa có thể hoà lưới điện quốc gia, vừa có ắc quy dự trữ điện để phục vụ cho các nhu cầu cần thiết.
Sơ đồ lắp đặt hệ thống điện mặt trời
Để hoàn thiện hệ thống điện mặt trời, người ta thường lắp đặt như sau:
- Những tấm pin mặt trời được lắp đặt trên giá đỡ và được cố định trên mái nhà/mặt đất/mặt nước.
- Các tấm pin mặt trời được kết nối với nhau qua các cổng MC4
- Giàn pin được kết nối với tủ điện DC
- Tủ điện DC kết nối với inverter
- Inverter kết nối với tủ điện AC
- Tủ điện AC nối tiếp với các tải tiêu thụ, đồng hồ điện 2 chiều và lưới điện quốc gia
Các thiết bị được kết nối với nhau để tạo thành hệ thống điện năng lượng mặt trời hoàn chỉnh.
Nguyên lý hoạt động của hệ thống điện mặt trời
Ban ngày khi có nắng, inverter Hybrid sẽ lấy năng lượng từ các tấm pin mặt trời để cung cấp cho các thiết bị tiêu thụ. Nếu còn dư, điện sẽ nạp vào pin lưu trữ. Nếu năng lượng từ pin mặt trời không đủ cung cấp, inverter sẽ xả điện từ pin lưu trữ (nếu pin còn đủ năng lượng) và nếu vẫn thiếu, điện lưới sẽ bù vào.
Vào buổi chiều và tối, inverter sẽ xả điện từ pin lưu trữ để cung cấp cho các thiết bị tiêu thụ (có thể cài đặt giới hạn công suất xả để bảo vệ pin nếu dung lượng pin lưu trữ nhỏ). Nếu năng lượng xả từ pin không đủ, điện lưới sẽ bù thêm. Khi pin lưu trữ đạt ngưỡng ngắt xả cài đặt, điện lưới sẽ hoàn toàn đảm nhận việc cung cấp điện. Nếu hệ thống pin lưu trữ và các tấm pin mặt trời đủ lớn, năng lượng lưu trữ ban ngày sẽ đủ để cung cấp cho các thiết bị tiêu thụ suốt đêm và sáng hôm sau.
Cách sử dụng tấm pin năng lượng mặt trời
Chúng ta có thể xem thêm thông tin về pin năng lượng mặt trời và sau đó bắt tay vào tìm hiểu cách sử dụng tấm pin năng lượng mặt trời như dưới đây.
Lưu ý trong quá trình vận chuyển và cất giữ
- Cần cẩn thận xử lý mỗi tấm pin: lúc mở hộp, vận chuyển và cất giữ chúng.
- Không được để trẻ em hay những người không liên quan đến gần vị trí lắp đặt hoặc khu vực kho chứa các tấm pin mặt trời.
- Không vận chuyển khi đặt tấm pin ở thế thẳng đứng.
- Cần hai người để bê tấm pin, tay nâng khung tấm pin. Không cầm vào cáp kết nối để nâng tấm pin.
- Không để tấm pin bị rơi hoặc đặt đồ vật lên chúng (ví dụ như không đặt công cụ, dụng cụ lên tấm pin).
- Không nâng tấm pin bằng cách xách dây hoặc hộp nối của nó.
- Không đứng lên, dẫm lên hoặc làm xước tấm pin.
- Không xếp các tấm pin chồng lên nhau.
- Không đánh dấu các tấm pin bằng các loại dụng cụ sắc nhọn.
- Không thay đổi hệ thống dây nhánh điốt.
- Giữ các điểm tiếp xúc điện luôn khô ráo và sạch sẽ.
- Bảo quản lưu kho các tấm pin trong không gian khô ráo và thông gió.
Lưu ý trong quá trình lắp đặt tấm pin
Chúng ta cùng tìm hiểu về lắp đặt pin năng lượng mặt trời:
- Trước khi lắp đặt tấm pin cần liên hệ các cơ quan có thẩm quyền để xác định quyền, lắp đặt và kiểm tra để đảm bảo tuân thủ các quy định.
- Kiểm tra các quy tắc xây dựng hiện hành để đảm bảo kiến trúc công trình, cấu trúc dự án đủ độ bền và chịu tải để lắp đặt tấm pin (mái nhà, hiên nhà, giá đỡ…).
- Đảm bảo khu vực mái được lắp đặt tấm pin phải lắp chống cháy đạt chuẩn.
Về điều kiện môi trường
- Không được lắp đặt các tấm pin gần nơi có khí ga hay hơi dễ cháy (ví dụ: trạm nạp, thuồng chứa chất đốt, thiết bị sơn…)
- Không được lắp tấm pin gần lửa hoặc vật liệu dễ cháy.
- Không để tấm pin tiếp xúc với các nguồn sáng tập trung nhân tạo.
- Không ngâm tấm pin trong nước hay tiếp xúc với nước đặc biệt là nước muối (ví dụ như đài phun nước, nước biển).
- Nếu tấm pin tiếp xúc với muối và lưu huỳnh có thể bị ăn mòn.
Yêu cầu trong lắp đặt
- Đảm bảo thông số kỹ thuật của tấm pin đáp ứng yêu cầu của toàn bộ hệ thống.
- Đảm bảo các thành phần khác của hệ thống không ảnh hưởng cơ học hoặc dẫn điện gây hại cho các tấm pin.
- Có thể đấu nối trực tiếp cho các tấm pin để tăng điện áp hoặc đấu song song để tăng cường độ dòng điện. Để đấu nối tiếp cần nối cáp từ đầu cực dương của tấm pin đến đầu cực âm của tấm pin tiếp theo. Để đấu song song cần nối cáp từ cực dương của tấm pin này đến cực dương của tấm pin kia.
- Số lượng điốt nhanh khác nhau tùy theo dòng.
- Cần kết nối số lượng tấm pin phù hợp với thông số điện áp của bộ biến tần sử dụng cho hệ thống. Các tấm pin không được đấu nối với nhau để tạo ra điện áp cao hơn điện áp cho phép của hệ thống.
- Để giảm và tránh các hiệu ứng không tốt cho mảng, khuyến nghị các tấm pin có cùng công suất phải được kết nối vào cùng một chuỗi.
- Cần có biện pháp để giảm thiểu rủi ro trong trường hợp bị sét đánh gián tiếp, tránh hình thành các vòng lặp khi thiết kế hệ thống.
- Cố định các tấm pin chắc chắn ở vị trí phụ hợp, chịu được trọng tải, bao gồm cả tải trọng gió và tuyết.
- Mưa có thể chảy qua các lỗ nhỏ ở mặt dưới của tấm pin. Cần đảm bảo các khe hở này không bị bịt kín sau khi lắp.
Tối ưu hướng và độ nghiêng
- Để đạt được hiệu suất tối đa hàng năm ta cần xác định hướng và độ nghiêng tối ưu cho hệ thống tấm pin. Tấm pin chỉ đạt công suất cực đại khi ánh sáng mặt trời chiếu vuông góc vào tấm pin.
Tránh bị che bóng
- Dù tấm pin chỉ bị che một phần nhỏ cũng có thể gây giảm năng suất (từ bụi, cặn bẩn, rong, rêu…). Một tấm pin được coi là không bị che bóng khi toàn bộ bề mặt của nó không bị cản trở bởi bất cứ gì trong cả năm. Ngay cả vào ngày ngắn nhất trong năm.
Hệ thống thông gió đảm bảo
- Cần đảm bảo đủ khe hở giữa các tấm pin và bề mặt lắp đặt để có dòng không khí lưu thông làm mát quanh các mặt của tấm pin. Điều này giúp tiêu tan hơi âm ngưng tụ quanh đó. Các khe hở phải đảm bảo từ ¼ inch trở lên, đây là điều kiện cần thiết cho phép khung giãn nở bởi nhiệt.
Tiếp đất
- Các tấm pin đều đạt chứng nhận an toàn cấp II, nhưng vẫn cần khuyến nghị nên nối đất. Đảm bảo tuân thủ các quy định về an toàn điện của khu vực và quốc gia.
- Cần thợ điện có chuyên môn thực hiện việc nối đất.
- Các khung tấm pin cần được nối với nhau bằng cáp có vòng móc cáp. Dùng vòng đệm có răng cưa hoặc vít chuyên dụng để nối.
- Cố định tất cả các điểm kết nối dẫn điện. Cần xử lý chống ăn mòn bằng anot hóa, phun sơn hoặc mạ kẽm để ngăn ngừa các mối nối có chứa sắt, kẽm bị gỉ hoặc bị ăn mòn. Cần xử lý tốt thép không gỉ.
Bình luận