Những tấm pin mặt trời có tạo ra dòng điện AC hoặc DC không? – Giải Đáp Từ Chuyên Gia

Truyền tải điện thông thường dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ, và phương pháp phát điện phổ biến nhất trên toàn cầu sử dụng nguyên lý này. Máy phát điện chuyển đổi năng lượng điện từ thành dòng điện xoay chiều, và được áp dụng trong các ngành công nghiệp như thủy điện, nhiệt điện, và năng lượng gió.

Tuy nhiên, điện mặt trời hoạt động theo cơ chế khác. Tấm pin mặt trời không phụ thuộc vào chuyển động cơ học, mà tương tác với một loại chuyển đổi năng lượng khác. Chúng chuyển đổi trực tiếp năng lượng từ bức xạ điện từ (có thể được hiểu là các hạt photon từ mặt trời) thành dòng điện một chiều bằng cách di chuyển các electron từ cấu trúc nguyên tử của vật liệu bán dẫn như silic trong trạng thái không dẫn đến trạng thái dẫn. Quá trình này được gọi là hiệu ứng quang điện (PV – Photovoltaic).

Để có được nguồn điện AC từ hệ thống điện mặt trời, việc sử dụng một biến tần là điều cần thiết. Ngày nay, hầu hết các thiết bị được thiết kế để chạy bằng điện xoay chiều, ví dụ như động cơ, thiết bị gia dụng, thiết bị điện tử, v.v. Đó là lý do tại sao rất có thể muốn có một nguồn điện AC có sẵn từ các tế bào quang điện của chúng ta, cuối cùng cần phải có thiết bị phù hợp để có được nó

Khi nói đến lắp điện mặt trời, có nhiều cách lắp đặt hệ thống và đưa vào vận hành. Tuy nhiên, một sơ đồ cơ bản nhất thường được sử dụng ở hình trên, được tạo thành từ:

Tuy nhiên, phạm vi trong phần này tập trung vào cơ chế chuyển đổi DC-sang-AC

Biến tần chuyển đổi DC sang AC

Như đã đề cập, biến tần là một thiết bị quan trọng trong hệ thống điện mặt trời và nó thuộc vào nhóm các thiết bị công suất điện tử phổ biến trong lưới điện hiện đại. Chức năng chính của biến tần là chuyển đổi dòng điện một chiều từ các tấm pin mặt trời thành nguồn điện xoay chiều có thể sử dụng để cung cấp năng lượng cho các thiết bị điện. Quá trình này được thực hiện bằng cách sử dụng các công tắc điện tử để đảo chiều tín hiệu đầu vào một chiều qua lại với nhau, tạo ra tín hiệu đầu ra xoay chiều với tần số và điện áp phù hợp cho hệ thống.

Các biến tần đầu tiên được phát triển trong thế kỷ 19 có thiết kế cơ khí. Tuy nhiên, trong thời đại hiện đại, các công tắc đảo chiều tín hiệu điện một chiều được tạo thành từ các linh kiện bán dẫn và thiết bị điện tử trạng thái rắn, được làm từ vật liệu bán dẫn như silic và arsenide của gallium. Những linh kiện này có khả năng điều khiển dòng điện đáp ứng theo các điều kiện hoạt động cụ thể.

Bộ lọc và các thiết bị điện tử khác có thể được sử dụng để làm sạch tín hiệu và điều chỉnh dòng điện xoay chiều thành dạng sóng hình sin thuần túy, từ đó cải thiện chất lượng dòng điện và giảm chi phí bảo trì và vận hành.

Các biến tần hiện đại ngày nay cũng có thể thực hiện các chức năng bổ sung như giám sát thông minh của hệ thống. Điều này cho phép theo dõi hai chiều của dòng điện và thông tin về năng lượng giữa nguồn điện mặt trời và lưới điện. Điều này cung cấp các kênh liên lạc với các nhà khai thác hệ thống mạng lưới, cho phép kiểm soát các điều kiện vận hành quan trọng của lưới điện để điều chỉnh hoạt động của hệ thống điện mặt trời và tăng cường tương tác giữa người sử dụng và lưới điện.

Có thể tận dụng điện một chiều DC sản xuất tấm năng lượng mặt trời không?

Trong thời gian qua, việc sử dụng thiết bị AC trong tiêu thụ năng lượng đã phổ biến trong nhiều năm. Tuy nhiên, hiện nay, chúng ta đang chứng kiến sự tăng lên của các xu hướng công nghệ mới và ứng dụng DC đang nhanh chóng xuất hiện.

Các ứng dụng DC hiện đại bao gồm điện tử công suất, xe điện, năng lượng tái tạo, lưu trữ năng lượng và hệ thống truyền tải điện áp cao (HVDC). Những ứng dụng này đã được đánh giá cao vì hiệu quả và sự tiết kiệm so với các ứng dụng AC truyền thống.

Trong lĩnh vực năng lượng mặt trời, phát triển công nghệ DC có ý nghĩa quan trọng, vì hệ thống PV tạo ra dòng điện một chiều và không cần chuyển đổi sang AC nếu các thiết bị tiêu thụ tương thích với dòng điện một chiều. Điều này giúp tránh mất mát năng lượng trong quá trình chuyển đổi.

Hệ thống lưới điện thông minh đang áp dụng các ứng dụng điện DC và đang tạo ra một sự thay đổi trong việc cung cấp điện với mục tiêu phát triển các công nghệ thay thế, hiệu quả, kinh tế và thân thiện với môi trường.

Sự phát triển của các lĩnh vực này sẽ đóng vai trò quan trọng trong tương lai, khi kết hợp cả công nghệ điện AC và DC trong các hệ thống sử dụng năng lượng mặt trời.

So sánh dòng điện DC và AC

Để bắt đầu, ta có thể nhận thấy rằng việc sử dụng hệ thống nguồn điện DC có nhiều lợi ích trong một số trường hợp. Một trong những lợi ích chính là tránh mất điện trong quá trình chuyển đổi từ dòng điện DC sang AC, và điều này giúp giảm chi phí của biến tần hoặc công nghệ chuyển nguồn.

Tuy nhiên, hệ thống nguồn điện DC thường chỉ hoạt động ở mức điện áp thấp như 6V, 12V, 24V, 48V. Điều này phụ thuộc vào sự sẵn có của thiết bị lưu trữ nguồn DC trên thị trường. Vì vậy, thường những hệ thống nguồn DC được lựa chọn là 6V hoặc hệ thống 12V-24V-48V.

Hệ thống nguồn điện AC yêu cầu một bước chuyển đổi bổ sung để chuyển đổi nguồn điện DC thành nguồn điện xoay chiều 1 pha hoặc 3 pha có thể sử dụng.

Trong hệ thống năng lượng mặt trời, có hai loại hệ thống điện mặt trời AC chính:

• Hệ thống năng lượng mặt trời độc lập (Off-Grid) hoặc hòa lưới có lưu trữ (Hybrid): Các hệ thống này chuyển đổi năng lượng mặt trời thành điện xoay chiều và sử dụng ắc quy làm thiết bị lưu trữ.
• Hệ thống hòa lưới không lưu trữ (On-Grid): Các hệ thống này chuyển đổi năng lượng mặt trời thành điện xoay chiều trực tiếp theo thời gian thực, nhưng không có hệ thống lưu trữ năng lượng và không thể lưu trữ năng lượng được tạo ra.

Một số thiết bị như đèn LED, quạt công suất nhỏ, vv. thường chỉ sử dụng nguồn điện DC. Tuy nhiên, nhiều thiết bị thông thường như máy lạnh, tủ lạnh, vv. sử dụng nguồn điện xoay chiều (AC) không có sẵn trên thị trường dưới dạng nguồn điện DC. Vì vậy, đối với các hệ thống yêu cầu hoạt động của các thiết bị công suất lớn như vậy, việc lựa chọn hệ thống nguồn điện xoay chiều từ năng lượng mặt trời là cần thiết. Điều này đảm bảo tính khả thi của hệ thống và giúp tiết kiệm chi phí.

Một vấn đề khác là hệ thống điện DC với cường độ dòng điện cao trong trường hợp hệ thống công suất lớn. Ví dụ, một hệ thống năng lượng mặt trời 10000W hoạt động trên xe buýt 12V DC sẽ có cường độ dòng điện tương đương 834 Ampe. Điều này gây khó khăn và tăng chi phí quản lý hệ thống điện với cường độ dòng điện cao như vậy. Nó cũng làm tăng chi phí cho cáp điện, thiết bị đóng cắt và các yếu tố khác, mà không mang lạimức độ hiệu quả chi phí cao.

Hơn nữa, cần lưu ý rằng cáp điện DC thường có giá đắt hơn cáp điện AC cùng kích thước. Điều này góp phần làm tăng chi phí hệ thống.

Tóm lại, tấm pin mặt trời tạo ra dòng điện DC và cần sử dụng các thiết bị chuyển đổi như biến tần để chuyển đổi năng lượng mặt trời thành nguồn điện AC để sử dụng trong các thiết bị và hệ thống điện xoay chiều.

Mọi chi tiết xin liên hệ:

CÔNG TY TNHH THƯƠNG MẠI VÀ KỸ THUẬT VENERGY

MST: 0108746192 cấp ngày 20/05/2019 do Sở KHĐT TP.Hà Nội.

Trụ sở: NV 4.9, Khu chức năng Đô thị Tây Mỗ, P.Tây Mỗ, Q.Nam Từ Liêm, TP. Hà Nội.

Hotline: Mr.Nam: 0966.866.766 – Mr.Trung: 0947.33.0000

Sales: Mr.Thắng: 092.3333.963

Email: nam@venergy.vn – trung@venergy.vn