* Giới thiệu tổng quát.
Hiện nay có hai công nghệ nguồn điện pin mặt Trời thông dụng. Đó là hệ nguồn
điện pin mặt Trời nối lưới và hệ nguồn độc lập. Trong hệ nguồn pin mặt Trời nối lưới,
điện năng một chiều từ dàn pin mặt Trời được biến đổi thành dòng điện xoay chiều và
được hòa vào mạng lưới điện công nghiệp. Công nghệ này
được xử dụng phổ biến ở các nước phát triển như: Mỹ,
Nhật Bản, Pháp, Đức… Ưu điểm của loại nguồn này là
không phải dùng bộ trữ điện năng, là một thành phần
chiếm tỷ trọng chi phí lớn, phải chăm sóc bảo dưởng
phức tạp và gây ô nhiễm môi trường.
Đối với các khu vực không có lưới điện hoặc sử
dụng với quy mô nhỏ, ta có thể dùng công nghệ nguồn
pin mặt Trời độc lập. Phần lớn các ứng dụng nguồn điện
mặt Trời ở khu vực nông thôn, vùng sâu ở các nước đang
phát triển thì ta nên sử dụng công nghệ nguồn độc lập.
Dưới đây chúng ta sẽ nghiên cứu loại hệ nguồn
pin mặt Trời độc lập.
1. Hệ thống nguồn điện pin mặt Trời tổng quát.
Một hệ thống năng lượng pin mặt Trời độc lập được định nghĩa là một tổ hợp của các thành phần sau đây:
- Dàn pin mặt Trời hay máy phát điện mặt Trời; - Bộ tích trữđiện năng;
- Các thiết bịđiều khiển, biến đổi điện, tạo cân bằng năng lượng trong hệ; - Các tải (thiết bị) tiêu thụđiện.
Sơ đồ khối của một hệ thống năng lượng pin mặt Trời tổng quát được thể hiện qua hình 3.1**.
Dàn pin mặt Trời gồm một hoặc một số modun pin mặt Trời ghép (song song, nối tiếp hay hổn hợp) để có công suất điện, hiệu điện thế phù hợp với yêu cầu của các tải. Dàn pin mặt Trời là thành phần chính của một hệ nguồn điện mặt Trời và chiếm
đến khoảng 60% tổng chi phí đầu tư. Dàn pin mặt Trời nhận năng lượng ánh sáng mặt Trời và biến đổi trực tiếp thành điện năng một chiều cung cấp cho các tải tiêu thụđiện.
Thông thường các tải tiêu thụ điện như các thiết bị thông tin, đèn chiếu sáng, tivi, radio,… cần có nguồn điện làm việc liên tục hoặc vào các thời gian không có nắng. Trong lúc đó, pin mặt Trời chỉ phát điện lúc có nắng. Vì vậy cần phải có một bộ
tích trữ năng lượng điện (ví dụ: bộ ac-quy). Ngoài ra các bộ tích trữ năng lượng điện còn ổn định điện thế cho cấp tải. Trong một số trường hợp đặc biệt, ví dụ tải là máy bơm nước, không cần phải hoạt động lúc không có nắng, thì hệ có thể không cần thành phần tích trữ năng lượng này.
Để điều khiển tự động quá trình dàn pin mặt Trời nạp điện cho ac-quy và quá trình ac-quy phóng điện cấp cho các tải tiêu thụ, tránh các trạng thái có hại như ac-
Hệ pin mặt Trời
quy bị nạp điện “quá no” hoặc phóng điện “quá đói”, ta cần phải dùng các bộ điều khiển kiển soát một các tựđộng các quá trình phóng nạp cho ac-quy.
Các thiết bị tiêu thụ điện nói chung cần dòng điện xoay chiều, hiệu điện thế
220V hoặc 110V, tần số 50 ÷ 60 Hz. Trong lúc đó điện từ dàn pin mặt Trời và bộ ac- quy chỉ là điện một chiều. Vì vậy, để có dòng điện xoay chiều người ta phải đưa vào hệ
các thiết bị biến đổi điện. Tất cả các thiết bị điều khiển quá trình phóng nạp điện cho ac-quy, thiết bị biến đổi điện,… đều có nhiệm vụ chung là phối hợp, điều tiết sự cung cấp và cân bằng năng lượng trong hệ thống: nên chúng được gọi chung là thành phần cân bằng năng lượng, viết tắt là: BOS (Balance of Syetem).
Các thiết bị trong thành phần BOS cũng gây ra các tổn thất năng lượng điện. Vì vậy đối với hệ năng lượng pin mặt Trời, việc lựa chọn loại thiết bị, chất lượng và kích cỡ các thiết bị này cũng là một vấn đề rất quan trọng trong công tác thiết kế và lắp đặt hệ thống.
Chèn hình
2. Dàn pin mặt Trời.
* Như chúng ta đã biết về các modun pin mặt Trời có công suất và hiệu
điện thế đã được thiết kế trước. Để có công suất và hiệu điện thế yêu cầu cho một hệ thống năng lượng cụ thể nào đó, thì phải ghép nối nhiều modun lại với nhau. Có hai cách ghép nối cơ bản là ghép nối tiếp và ghép song song. Để có một hiệu điện thế lớn ta có thể ghép nối tiếp các modun lại với nhau, còn để có một dòng điện lớn thì ta có thể ghép song song các modun với nhau. Trong thực tế dạng thường thấy nhất là ghép hổn hợp các modun lại với nhau.
+ Ghép nối tiếp các modun pin mặt Trời giống nhau.
+ Ghép nối tiếp các modun pin mặt Trời không giống nhau. + Ghép song song các modun pin mặt Trời giống nhau.
+ Ghép song song các modun pin mặt Trời không giống nhau. * Ghi chú: Các thông số cơ bản cần biết của pin mặt Trời: - Công suất làm việc cực đại Pmax (Wp) - Dòng điện ngắn mạch Isc (A) - Thế hở mạch VOC (V) - Dòng điện làm việc tối ưu IOPT (A) - Thế làm việc tối ưu VOPT (V) - Hiệu suất cực đại η (%) - Vùng nhiệt độ làm việc cho phép (0C)
+ Các đặc trưng điện phải đo được ở điều kiện tiêu chuẩn quốc tế. Cụ thể là: Nguồn bức xạđểđo phải có phổ như phổ bức xạ mặt Trời, có mật độ 1000 W/m2 và ở
nhiệt độ chuẩn Tc = 250C. Ngoài các đo đạc trên, các modun còn phải đạt các tiêu chuẩn khác như: độ cách điện, độ bền cơ học, chịu được độẩm,…
3. Tích trữ năng lượng cho hệ pin mặt Trời.
* Có hai phương pháp phổ biến để tích trữ năng lượng trong hệ pin mặt Trời. + Phương pháp thứ nhất là hòa điện pin mặt Trời vào lưới điện địa phương. Lưới điện địa phương ở đây có thể là lưới điện công nghiệp hoặc lưới điện tổ hợp từ
các máy phát điện khác như: thủy điện, động cơ gió,… Trong phương pháp này, lưới
điện địa phương đóng vai trò như một “bể chứa”, nhằm tích trữ năng lượng điện dư do hệ pin mặt Trời phát ra khi lúc có nắng và được dùng lúc cần thiết. Tích trữ kiểu hòa vào lưới điện địa phương này có thể thực hiện lâu dài và rất kinh tế, nhưng phương pháp này chỉ thực hiện ở những nơi có lưới điện.
+ Phương pháp thứ hai là dùng một bộ acquy để tích trữ năng lượng điện của hệ pin mặt Trời. Phương pháp này được ứng dụng rất mạnh mẽ cho khu vực nông thôn, những vùng xa xôi, hẻo lánh,… không có lưới điện.
* Một số loại acquy thường dùng cho một hệ thống pin mặt Trời. + Acquy chì – axit.
+ Acquy Niken – Cadmi (Ni-Cd). + Acquy Niken – Sắt (Ni-Fe).