Thiết kế hệ thống điện mặt trời hòa lưới cho nhu cầu tiêu thụ gia đình công suất 6,4 kW

Pin mặt trời, cấu tạo và nguyên lý hoạt động

Pin mặt trời có ưu điểm là gọn nhẹ có thể lắp bất kỳ ở đâu có ánh sáng mặt trời, đặc biệt là trong lĩnh vực tàu vũ trụ. Ngày nay con người đã ứng dung pin mặt trời trong lĩnh vực hàng không vũ trụ để chạy xe và trong sinh hoạt thay thế dần nguồn năng lượng truyền thống.

Cấu tạo của Pin mặt trời

- Ngoài Si, hiện nay người ta đang nghiên cứu và thử nghiệm các loại vật liệu khác có nhiều triển vọng như Sunfit cadmi- đồng(CuCds), galium- arsenit (GaAs)…. - Công nghệ chế tạo pin mặt trời gồm nhiều công đoạn khác nhau, ví dụ để chế tạo pin mặt trời từ Silicon đa tinh thể cần qua nhiều công đoạn như hình 3.6 cuối cùng ta được module.

Hoạt động của Pin mặt trời

Khi nhận bức xạ mặt trời, lượng tử ánh sáng photon có năng lượng hv (trong đó h là hằng số Planck, v là tần số ánh sáng) bị điện tử hấp thụ và chuyển lên mức năng lượng E 2. - Trong các vật thể rắn, do tương tác rất mạnh của tinh thể lên điện tử vòng ngoài, nên các mức năng lượng của nó bị tách ra nhiều mức năng sát nhau và tạo thành các vùng năng lượng (hình 2). Vùng năng lượng thấp bị các điện tử chiếm đầy khi ở trạng thái cân bằng gọi là vùng hóa trị, mà mặt trên của nó có mức năng lượng E v.

Cách ly giữa 2 vùng hóa trị và vùng dẫn là một vùng có độ rộng với năng lượng là E g , Trong đó không có mức năng lượng cho phép nào của điện tử. - Khi nhận bức xạ mặt trời, photon có năng lượng hv tới hệ thống và bị điện tử ở vùng hóa trị hấp thu và nó có thẻ chuyển lên vùng dẫn để trở thành điện tử tự do (e − ), để lại ở vùng hóa trị một lỗ trống có thể coi như hạt mang điện dương, ký hiệu là (h + ). - Trong thực tế các hạt dẫn bị kích thích  −   + đều tự phát tham gai vào quá trình phục hồi, chuyển động đến mặt của các vùng năng lượng: điện tử e.

- Tóm lại khi vật rắn nhận tia bức xạ mặt trời, điện tử ở vùng hóa trị hấp thụ năng lượng photon hv và chuyển lên vùng dẫn tạo ra cặp hạt dẫn điện tử - lỗ trống e −   + , tức là đã tạo ra một điện thế.

Cấu trúc điện mặt trời độc lập

Các tấm pin năng lượng mặt trời có nhiệm vụ hấp thụ bức xạ mặt trời và chuyển thành dòng điện một chiều (DC). Dòng điện DC này được nạp vào hệ thống lưu trữ (ắc quy) thông qua bộ điều khiển sạc. Dòng điện một chiều được chuyển đổi thành dòng điện xoay chiều sử dụng cho các thiết bị điện dân dụng thường ngày.

Hệ thống độc lập được ứng dụng rộng rãi trên nhiều vùng tại nhiều quốc gia. Ứng dụng cụ thể cho các vùng không có điện lưới, vùng hải đảo xa xôi.

Cấu trúc điện mặt trời nối lưới

• Các tấm pin năng lượng mặt trời sẽ hấp thụ bức xạ năng lượng mặt trời và chuyển hóa thành dòng điện 1 chiều (DC). • Nguồn điện AC từ hệ thống pin mặt trời sau đó sẽ được hòa vào hệ thống điện của tòa nhà và nguồn điện lưới. + Vào ban ngày, khi lượng bức xạ mặt trời tốt, tòa nhà sẽ sử dụng 100% điện năng từ điện mặt trời.

+ Vào buổi chiều, tối: Nếu điện năng từ điện mặt trời tạo ra nhỏ hơn nhu cầu điện của tòa nhà, điện năng sẽ được lấy bổ sung từ điện lưới để bù vào lượng thiếu. Cũng như bất cứ hệ thống điện mặt trời nào, hệ thống điện năng lượng mặt trời hòa lưới có lưu trữ cho phép bạn lấy năng lượng từ ánh sáng mặt trời để chuyển đổi thành điện năng. Khi mặt trời lặn, ngôi nhà hoặc cơ sở kinh doanh của bạn sẽ sử dụng điện đã được lưu trữ ở hệ thống pin (Ắc quy).

Nếu trog lúc này các thiết bị điện hoạt động vượt mức điện lượng điện dự trữ trong pin thì gia đình bạn có thể lấy điện từ điện lưới để sử dụng.

Các thành phần cơ bản của hệ thống điện mặt trời độc lập 2.3.1 Pin mặt trời

Các tấm pin mặt trời RED SUN được lắp đặt ở ngoài trời để có thể hứng được ánh nắng tốt nhất từ mặt trời nên được thiết kế với những tính năng và chất liệu đặc biệt, có thể chịu đựng được sự khắc nghiệt của thời tiết, khí hậu, nhiệt độ…. Là thiết bị thực hiện chức năng điều tiết sạc cho ắc-quy, bảo vệ cho ắc-quy chống nạp quá tải và xả quá sâu nhằm nâng cao tuổi thọ của bình ắc-quy, và giúp hệ thống pin mặt trời sử dụng hiệu quả và lâu dài. - Để đảm bảo cho hệ thống pin mặt đặt đúng vị trí tốt nhất (nắng nhiều nhất và lâu nhất) và hiệu suất sử dụng hệ thống luôn được ổn định lâu dài, chúng ta cần dùng đến bộ khung gá và dây cáp chuyên dụng.

Dòng điện này được truyền dẫn tới bộ điều khiển sạc NLMT (Solar Charger Controller), bộ điều khiển sạc này có chức năng điều khiển tự động quá trình nạp điện vào ắc quy và phóng điện từ ắc quy ra các thiết bị điện một chiều (DC). Ngoài ra hệ thống còn phụ thuộc nhiều vào tích trữ ở Ắcquy nên chi phí đầu tư thêm cho ắcquy cũng tương đối lớn, thu hồi vốn trong thời gian dài, và vấn đề liên quan đến việc thu gom ắc quy nếu không có sự hợp tác chặt chẽ của khách hàng thì sẽ gây ảnh hưởng đến môi trường. "panel generation factor" này là tích số của hiệu suất hấp thu (collection efficiency) và độ bức xạ năng lượng mặt trời (solar radiation) trong các tháng ít nắng của vùng, đơn vị tính của nó là (kWh/m2/ngày).

Thí dụ một hệ solar có độ dự phòng 4 ngày, (gọi là autonomy day, là những ngày không có nắng cho pin mặt trời sản sinh điện), thì bắt buộc lượng battery phải tăng hơn và kéo theo phải tăng số lượng pin mặt trời.

CHUYÊN ĐỀ MỞ RỘNG

• Khảo sát số liệu thực tế về 1 công trình đang sử dụng điện mặt trời 4.1: Địa điểm

– Inverter (Bộ hòa lưới) chuyển đổi dòng điện DC (một chiều) từ những tấm Pin NLMT thành dòng điện AC (xoay chiều) cùng pha, cùng tần số và điện áp để hòa vào lưới, cung cấp cho gia đình. – Nếu đủ nắng, Pin sẽ sản xuất ra điện đủ dùng cho gia đình, hệ thống sẽ ưu tiên sử dung điện năng lượng mặt trời. – Nếu lượng điện từ Pin NLMT phát ra mà không sử dụng hết thì sẽ đươc đẩy ra lưới, điện lực sẽ thực hiện việc lắp đặt công tơ 2 chiều miễn phí, để thực hiện việc đo đếm lượng điện dư thừa từ hệ thống điện NLMT.

-Hệ thống sẽ tự động ngủ đông khi trời tối và hoạt động vào sáng ngày hôm sau khi có ánh nắng trở lại (Islanding protect). – Hệ thống hoạt động hoàn toàn tự động, có chức năng giám sát từ xa để theo dừi sản lượng điện thức tế hàng ngày qua Smart Phone hoặc mỏy tớnh, cỏc sự cố về điện điều được hệ thống cập nhật và gởi thông báo đến người sử dụng ngay lập tức. – Dành cho các hộ gia đình, nhà hàng, khách sạn, văn phòng, công ty có mức tiêu thụ điện cao vào ban ngày, đặc biệt là vào giờ cao điểm.

– Được hổ trợ đăng ký lắp đặt miễn phí công tơ 2 chiều, để thực hiện cơ chế mua bán điện từ hệ thống này với giá đề xuất của bộ công thương.