7. Bố cục đề tài
1.3. Tổng quan của hệ thống điện năng lượng mặt trời
1.3.2. Cấu trúc chung của hệ thống, dự án điện mặt trời mái nhà
1.3.2.1. Tấm pin mặt trời (Solar panel)
Tấm pin mặt trời (solar panel) gồm nhiều tế bào quang điện (solar cells) - là phần tử bán dẫn có chứa trên bề mặt một số lượng lớn các cảm biến ánh sáng là diode quang, thực hiện biến đổi năng lượng ánh sáng thành năng lượng điện. Cường độ dòng điện, hiệu điện thế hoặc điện trở của pin mặt trời thay đổi phụ thuộc bởi lượng ánh sáng chiếu lên chúng. Tế bào quang điện được ghép lại thành khối để trở thành tấm pin mặt trời (thông thường 60 hoặc 72 tế bào quang điện trên một tấm pin mặt trời). Tế bào quang điện có khả năng hoạt động dưới ánh sáng mặt trời hoặc ánh sáng nhân tạo. Chúng có thể được dùng như cảm biến ánh sáng hoặc các phát xạ điện từ gần ngưỡng ánh sáng nhìn thấy hoặc đo cường độ ánh sáng.
17
Hình 1.3: Tế bào pin mặt trời
Nguyên lý làm việc của tế bào quang điện mặt trời tạo ra điện là do hiệu ứng quang điện giữa 2 lớp bán dẫn, 1 lớp thiếu electron. Khi các electron này bị các photon kích thích làm cho chúng chuyển từ lớp bán dẫn này sang bán dẫn kia, nên tạo ra điện tích. Các panel này thường là Silic được cắt thành các tấm mỏng xếp kết hợp vừa song song và nối tiếp.
Nối các panel với nhau có thể tạo ra 1 mảng panel mặt trời. Nối nhiều panel như vậy với nhau giúp bạn tạo ra dòng điện cường độ cao hơn hoặc điện áp cao hơn. Mắc nối tiếp các panel giống nhau như hình 1.4 cho phép mảng panel tạo ra điện áp lớn hơn.
Hình 1.4: Mắc nối tiếp các panel với nhau
Trong mảng panel mắc nối tiếp, ta cộng điện áp của từng panel với nhau và cộng công suất (watt) của chúng để tính điện áp và cơng suất cực đại mảng panel đó có thể tạo ra.
Mắc song song các panel giống nhau như hình 1.5 cho phép mảng panel cung cấp công suất lớn trong khi vẫn giữ nguyên giá trị điện áp của từng panel. Trong mảng panel mắc song song, bạn lấy giá trị điện áp trung bình của tất cả các panel và cộng công suất (watt) của từng panel để tính cơng suất cực đại của mảng panel điện mặt trời.
18
Hình 1.5: Mắc song song các mảng panel với nhau 1.3.2.2. Bộ biến tần (Inverter)
Điện năng do hệ thống điện mặt trời tạo ra là điện một chiều (DC). Để cung cấp điện cho phụ tải xoay chiều hoặc kết nối lưới điện xoay chiều (AC) điện áp cao, cần có bộ biến tần để chuyển đổi dịng điện từ DC sang AC và tăng điện áp đến giá trị điện áp phù hợp.
Theo truyền thống, thường có một bộ biến tần trung tâm trong hệ thống điện mặt trời, mắc trực tiếp với mảng panel trong hệ thống nối với điện lưới hoặc nối vào dãy acquy trong hệ thống điện mặt trời độc lập.
Hiện nay trên thị trường có 2 loại biến tần hịa lưới điện năng lượng mặt trời. Đó chính là bộ biến tần hịa lưới có lưu trữ và bộ hịa lưới khơng lưu trữ:
Bộ biến tần hịa lưới có lưu trữ: Đi kèm với hệ thống là bình ắc quy dự trữ. Khi
pin mặt trời hoạt động và tạo ra năng lượng sẽ được ưu tiên nạp đầy ắc quy dự trữ. Sau đó mới hịa vào điện lưới và cung cấp điện bình thường. Khi mất điện tất cả các tải điện ưu tiên sẽ chuyển sang sử dụng nguồn điện từ ắc quy dự trữ. Lúc này hệ thống pin mặt trời sẽ cung cấp điện để sạc ắc quy tạo ra nguồn điện liên tục. Khi có điện trở lại pin mặt trời sẽ sạc đầy ắc quy và hịa vào điện lưới như bình thường.
Bộ biến tần hịa lưới khơng lưu trữ: Khơng có hệ thống ắc quy đi kèm. Khi pin
mặt trời tạo ra nguồn điện dư nó sẽ chuyển thẳng lên điện lưới mà khơng được lưu trữ. Chính vì vậy mà khi điện lưới bị cắt hệ thống cũng sẽ ngừng cung cấp điện cho các tải.
1.3.2.3. Các bộ phận khác
a. Ắc quy
Đối với hệ thống độc lập hoặc hệ thống bổ sung điện lưới, acquy lưu giữ điện năng và cung cấp nguồn điện với công suất ổn định cho thiết bị.
Các acquy dự trữ phần điện năng dư do hệ thống pin mặt trời phát ra, và cung cấp cho phụ tải khi mất điện hoặc vào ban đêm khi khơng có nắng chiếu vào các tấm
19 pin mặt trời tạo ra điện năng.
Ắc quy sử dụng trong hệ thống điện năng lượng mặt trời chủ yếu là acid-chì “chu kỳ sâu”, hình dáng tương tự acquy dùng trên xe hơi nhưng khác về thiết kế bên trong. Thiết kế này cho phép chúng phóng điện và tái nạp điện hàng ngàn lần.
Năng lượng điện được lưu giữ trong các acquy, có thể nối các acquy với nhau để tạo thành dãy acquy, nhiều acquy mắc nối tiếp sẽ làm tăng điện lượng và điện áp của dãy acquy, nhiều acquy mắc song song sẽ làm tăng điện lượng nhưng vẫn duy trì điện áp khơng đổi.
b. Bộ điều khiển sạc ắc quy
Nếu khơng dùng ắc quy thì khơng cần dùng bộ điều khiển sạc. Nếu sử dụng các ắc quy, hệ thống điện mặt trời cần có bộ điều khiển sạc để quản lý dòng điện vào và ra khỏi ắc quy.
Nếu hệ thống nạp điện quá mức cho ắc quy, ắc quy có thể bị hỏng. Tương tự nếu hệ thống phóng hết điện lượng từ các ắc quy, các ắc quy sẽ bị hư hại một cách nhanh chóng. Bộ điều khiển sạc chính là thiết bị điều khiển các q trình nạp và phóng điện acquy. Nhưng trong một số trường hợp, hệ thống điện mặt trời cỡ nhỏ thì khơng u cầu bộ điều khiển sạc vì tấm panel mặt trời này quá nhỏ để làm hư ắc quy khi ắc quy đó được nạp đầy.
Hệ thống điện mặt trời đều yêu cầu sử dụng bộ điều khiển sạc để quản lý các q trình nạp và phóng điện của ắc quy, bảo đảm duy trì ắc quy ln ln ở trạng thái tốt.