7. Bố cục đề tài
1.3. Tổng quan của hệ thống điện năng lượng mặt trời
1.3.3. Các mơ hình chung của hệ thống, dự án điện mặt trời mái nhà hiện nay
nay
1.3.3.1. Mơ hình hệ thống điện mặt trời mái nhà độc lập
Hệ thống điện mặt trời độc lập: là hệ thống điện mặt trời sử dụng cho nhu cầu cả ngày lẫn đêm cho một hệ thống các thiết bị điện độc lập, chỉ dùng điện lấy được từ năng lượng mặt trời.
Hệ thống này bao gồm các tấm pin mặt trời, bộ điều khiển nạp, acquy lưu trữ, có hoặc khơng có bộ đổi điện DC – AC tùy thuộc vào phụ tải tiêu thụ. Đây là hệ thống phổ biến nhất hiện nay ở Việt Nam vì đáp ứng được các nhu cầu sử dụng điện tại các khu vực chưa có điện, điện chập chờn, khi mất điện hoặc đơn giản là sử dụng điện mặt trời cho một số ít các thiết bị trong gia đình. Mơ hình của hệ thống điện năng lượng mặt trời độc lập được thể hiện như hình 1.6
20
Hình 1.6: Hệ thống điện mặt trời mái nhà phổ biến hiện nay.
Nguyên lý hoạt động: từ các tấm pin mặt trời, ánh sáng được biến đổi thành điện năng, tạo ra dòng điện một chiều DC. Dòng điện này được dẫn tới bộ điều khiển sạc là một thiết bị có chức năng tự động điều hòa dòng điện từ pin mặt trời và dòng điện nạp cho ắc quy ở chế độ tối ưu nhất. Khi ắc quy đầy thì bộ điều khiển sạc sẽ ngưng sạc hoặc sạc ở chế độ duy trì. Khi ắc quy cạn thì tự động vào chế độ nạp lại. Thông qua bộ biến tần tạo ra dòng điện xoay chiều chuẩn 220V/50Hz để chạy các thiết bị trong gia đình.
❖ Ưu điểm:
– Hệ thống này sẽ đơn giản, dễ thiết kế và thường dùng trong các khu vực chưa có lưới điện hoặc nơi thường xuyên bị cắt điện liên tục.
– Tự chủ nguồn điện mà khơng cần phụ thuộc vào điện lưới. Vì vậy khi nguồn điện lưới có bị cắt, bị chập chờn thì nguồn điện chúng ta đều khơng bị ảnh hưởng.
– Hệ thống dễ dàng di chuyển và lắp đặt mọi nơi mà không bị vướng mắc như điện lưới. Khơng cịn nỗi lo giá điện tăng cao.
❖ Nhược điểm:
– Hệ thống này vì khơng có lưới điện hoặc điện áp dự phòng nên phụ thuộc rất nhiều vào cường độ chiếu sáng của mặt trời hơn những hệ thống điện mặt trời khác.
– Hệ thống này phải cung cấp điện năng hơn công suất phụ tải mà nó cung cấp để có điện dự trữ xài vào ban đêm khi mà các dãy pannel không thể tạo ra điện năng (chỉ tạo ra 1 ít điện năng khi ánh trăng trịn). Mà yếu tố quyết định chính là các photon trong ánh nắng mặt trời, photon sẽ tăng khi cường độ chiếu sáng tăng.
– Để khắc phục sự phụ thuộc này ta cần tính tốn kỹ lưỡng như địa điểm lắp đặt các dãy pannel, hướng của các dãy pannel, điểu chỉnh góc đặt dãy pannel, dự đốn
21
tránh bóng che. Cơng suất của dãy pannel cung cấp phải lớn hơn công suất phụ tải hệ thống, để cịn điện năng dư đưa vào bình acquy để có điện năng sử dụng vào ban đêm.
1.3.3.2. Mơ hình hệ thống điện năng lượng mặt trời mái nhà có kết nối lưới
Hệ thống này thường được sử dụng nhiều quốc gia, do lợi ích rõ rệt về giảm chi phí lắp đặt và có thêm thu nhập nhờ bán điện lại cho Công ty Điện lực. Hệ thống điện này thường hoạt động ở các khu có hệ thống lưới điện ổn định. Đặc biệt có hiệu quả nhất ở nơi có khí hậu nóng, nhiều ánh nắng, nơi nhu cầu điện năng cao điểm trùng với những giờ nắng nóng. Mơ hình của hệ thống điện năng lượng mặt trời có kết nối lưới được thể hiện như hình 1.7.
Hình 1.7: Mơ hình hệ thống điện mặt trời có kết nối lưới
Nguyên lý hoạt động:
– Khi khơng có mặt trời: (Buổi tối hoặc khi bị mây che) Các Solar panel sẽ không sản sinh ra điện nên các phụ tải sẽ sử dụng điện từ lưới một cách bình thường. Lúc này chỉ số của W0 sẽ thể hiện đúng chỉ số tiêu thụ điện năng của phụ tải mà bạn đang sử dụng. (W2): W2 = W0.
– Khi trời có nắng: Các solar panel sẽ có điện và lúc này GTSIA sẽ biến đổi điện năng DC từ các solar panel trên thành điện AC có tần số, pha và điện áp trùng với điện lưới. Điện năng từ mặt trời sẽ được hòa với điện lưới qua chỉ số của đồng hồ W1. Như vậy chỉ số mua điện từ lưới (W0) sẽ bằng hiệu của mức tiêu thụ của phụ tải (W2) với điện năng do hệ thống điện mặt trời tạo ra (W1). W0 = W2 - W1.
– Trong trường hợp công suất của phụ tải là nhỏ hơn công suất của điện mặt trời đưa ra W2 < W1, ta thấy điện năng sẽ được “bơm” và gửi ngược trở lại lưới và chỉ số trên W0 sẽ mang trị số âm (giảm)
22
– Khi mất điện lưới, hệ thống GTSIA ngưng họat động đảm bảo sự an toàn cho lưới điện.
❖ Ưu điểm:
– Hệ thống nối với lưới điện, có thể sử dụng điện mặt trời vào ban ngày, điện dư thì dẫn vào lưới điện bán cho cơng ty điện lực. Buổi chiều hoặc tối thì sử dụng điện từ cơng ty điện lực cung cấp. Vì vậy hệ thống này thường ít phụ thuộc vào cơng ty điện lực, giảm được điện mà nhà máy sản xuất bằng các phương thức gây ô nhiễm môi trường.
– Khơng sử dụng bình acquy: giảm đáng kể chi phí đầu tư và bảo dưỡng cho hệ thống acquy
– Bền vững, lâu dài: Do máy luôn được vận hành song song với lưới điện nên mọi đột biến của tải hay điện áp trên đường dây và nguồn điện đều không thể tác động trực tiếp vào máy. Tuổi thọ của hệ thống là tuổi thọ của các linh kiện điện tử cao cấp có thể lên tới 25 năm.
– Ứng dụng rộng rãi cho mọi nơi như: các hộ dân, cơ quan, đơn vị đang có điện lưới quốc gia.
❖ Nhược điểm:
– Hệ thống này nếu điện lưới bị cắt thì điện năng từ các panel mặt trời cũng bị cắt, để đảm bảo an tồn cho lưới điện. Vì hệ thống này khi kết nối nguồn năng lượng điện sản xuất từ năng lượng điện từ các dãy pannel mặt trời với lưới điện quốc gia thì nó giống như hệ thống máy phát nối với lưới điện. Khi đưa công suất điện lên lưới cần phải trung hòa điện và tần sồ để trùng với lưới điện.
– Vì chỉ ban ngày mới có nắng nên buổi tối sẽ khơng dùng được năng lượng mặt trời, mà phải dùng hoàn toàn từ điện lưới.
1.3.3.3. Mơ hình hệ thống điện năng lượng mặt trời mái nhà kết nối lưới có dự phịng
Hệ thống điện năng lượng mặt trời kết nối lưới có dự phòng còn gọi là hệ thống tương tác lưới - kết hợp hệ thống mặt trời nối với lưới điện và dãy các acquy. Cũng như hệ thống nối với lưới điện, sử dụng điện năng từ các panel mặt trời khi trời nắng và bán dư cho công ty điện lực. Nhưng khác với hệ thống nối với lưới điện, dãy các acquy sẽ cung cấp điện ngay khi lưới điện bị cắt đột ngột, do đó hệ thống sẽ liên tục có điện. Mơ hình của hệ thống điện năng lượng mặt trời nối lưới có dự phịng được thể hiện như hình 1.8.
23
Hình 1.8: Mơ hình của hệ thống điện năng lượng mặt trời nối lưới có dự phịng
❖ Ngun lý hoạt động:
Đây là sự tích hợp của hai hệ thống thành một hệ thống liên hoàn bao gồm: – Hệ thống nối lưới: Sản xuất điện năng từ các tấm pin mặt trời thành điện 220VAC /50Hz để hòa vào điện lưới.
– Hệ thống độc lập: Lưu trữ điện năng từ các tấm pin mặt trời vào ắc quy để sẵn sàng biến đổi thành điện 220VAC /50Hz để cung cấp cho tải khi khơng có điện lưới.
– Khi khởi động hệ thống, ắc quy luôn được ưu tiên nạp điện từ mặt trời cho đến khi đầy. Lúc này hệ thống nối lưới chưa làm việc.
– Khi acquy đầy, hệ thống sẽ tự động biến đổi điện DC từ các tấm pin thành điện AC 220V để hòa với điện lưới. (Điện áp ra của hệ thống có tần số, pha trùng với điện lưới có thể là 1 pha hoặc 3 pha).
– Khi mất điện lưới, hệ thống sẽ tự động lấy điện DC từ ắc quy và các tấm pin mặt trời để biến đổi thành điện AC 220V cung cấp cho tải ưu tiên.
❖ Ưu điểm: Hệ thống này có thể cung cấp điện liên tục dù lưới điện có bị gặp
sự cố.
❖ Nhược điểm: Hệ thống này ghép từ hệ thống độc lập và hệ thống nối với lưới
điện nên cấu tạo phức tạp, chi phí tốn kém hơn rất nhiềuvà bảo trì khó khăn, u cầu người lắp phải có kinh nghiệm và trình độ chun mơn.