Cấu tạo của hệ thống điện mặt trời – Lợi ích khi dùng điện mặt trời

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 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.