Để có thể tích trữ điện năng vào ACU một cách an toàn và tránh làm hư hại ACU người ta sử dụng bộ điều khiển sạc[2]. Trước đây, khi chưa có khái niệm về PNLMT người ta chủ yếu trữ điện vào ACU bằng bộ điều khiển sạc AC – DC (220VAC - 12VDC/24VDC/48VDC). Và kể từ khi PNLMT ra đời, bộ sạc ACU được thiết kế thêm cho phù hợp với việc nạp trực tiếp điện năng tạo ra từ PNLMT mà không cần chuyển đổi AC – DC nữa (PNLMT tạo ra nguồn điện DC < = 24V).
Bộ điều khiển sạc sẽ đảm nhận nhiệm vụ chuyển toàn bộ năng lượng mà PNLMT tạo ra nạp đầy vào ACU theo đúng dung lượng và điện áp của ACU, tự động ngắt khi ACU đến ngưỡng đầy (UMax) và tự động nạp lại khi điện áp ACU đến ngưỡng nạp (UMin). Như vậy, ACU sẽ được nạp và phóng một cách an toàn để kéo dài tuổi thọ.
Các thông số kỹ thuật cần được quan tâm:
Ngưỡng điện thế cắt VMax:
Ngưỡng điện thế cắt Vmax là giá trị hiệu điện thế trên hai cực của bộ ACU đã được nạp điện đầy, dụng lượng đạt 100%, khi đó nếu tiếp tục nạp điện cho acquy thì ACU sẽ bị quá đầy, dung dịch ACU sẽ bị sôi dẫn đến sự bay hơi dung dịch dẫn điện và làm hư hỏng các bản cực. Vì vậy khi có dấu hiệu accu đã được nạp đầy, hiệu điện thế trên các cực bộ ACU đạt đến V=Vmax, thì bộ điều khiển sẽ tự động cắt hoặc hạn chế dòng nạp điện từ dàn pin Mặt Trời. Sau đó khi hiệu điện thế bộ accu giảm xuống dưới giá trị ngưỡng, bộ điều khiển lại tự động đóng mạch nạp lại.
Ngưỡng điện thế cắt - nạp VMin:
Ngưỡng điện thế nạp Vmin là giá trị hiệu điện thế trên hai cực bộ ACU, khi ACU đã phóng điện đến giá trị cận dưới của dung lượng accu (ví dụ: đối với ACU Chì – axit, khi trong ACU chỉ còn lại 30% dung lượng). Nếu tiếp tục sử dụng thì ACU sẽ bị phóng điện quá kiệt dẫn đến hư hỏng ACU. Vì vậy, Khi bộ điều
khiển nhận thấy hiệu điện thế bộ ACU V ≤ Vmin thì nó sẽ tự động cắt mạch tải tiêu thụ và tiến hành nạp điện vào ACU. Sau đó nếu hiệu điện thế bộ ACU tăng lên trên giá trị ngưỡng trên (đầy), bộ điều khiển lại tự động cắt nạp.
Đối với ACU C hì – axit, hiệu điện thế chuẩn trên các cực của một bình là V=12V, thì thông thường người ta chọn Vmax= 14,0÷14,5V, còn Vmin = 10,5÷11,0V.
3 HỆ THỐNG ĐIỆN MẶT TRỜI 1 Phân loại hệ thống điện Mặt Trời
Hệ thống điện Mặt Trời đa dạng được chia theo mục đích sử dụng, một số hệ thống điện Mặt Trời cơ bản:
1.3.1.1. Hệ thống điện Mặt Trời độc lập (off grid solar system)
Hình 1.16: Hệ thống điện Mặt Trời độc lập
Nguyên lý hoạt động: Hệ thống pin năng lượng Mặt Trời sẽ nhận bức xạ Mặt Trời và chuyển hóa thành nguồn điện một chiều (DC). Nguồn điện DC này sẽ được nạp vào bình ắc quy (để lưu trữ điện) thông qua bộ điều khiển sạc (có chức năng bảo vệ ắc quy là tấm pin). Sau đó điện từ ắc quy sẽ được nghịc lưu lên điện xoay chiều (AC) thông qua bộ kích điện cung cấp cho các thiết bị tiêu thụ điện.
Ưu điểm:
+ Phù hợp với những vùng chưa có điện lưới.
+ Độc lập với điện lưới, nên có thể sử dụng cho các ứng dụng lưu động.
Nhược điểm:
+ Chi phí đầ tư ban đầu cao.
+ Hiệu suất chuyển điện đổi thấp.
Ứng dụng:
+ Sử dụng cho vùng không có điện lưới hoặc có điện lưới nhưng không ổn định.
1.3.1.2. Hệ thống điện Mặt Trời nối lưới (on grid solar system)
Hình 1.17: Hệ thống điện Mặt Trời hòa lưới
Nguyên lý hoạt động: Điện (DC) từ pin Mặt Trời sẽ được chuyển đổi nhờ bộ kích điện hòa lưới, cùng pha cùng tần số với điện lưới rồi được hòa vào điện lưới.
Khi năng lượng Mặt Trời đủ lớn thì tải sẽ được ưu tiên cung cáp điện năng từ pin, khi điện từ các tấm không đủ thì một phần năng lượng từ điện lưới sẽ được bù vào.
Ưu điểm:
+ Phù hợp với vùng có điện lưới không ổn định.
+ Hiệu suất chuyển đổi cao hơn so với hệ thống điện Mặt Trời độc lập.
Nhược điểm:
+ Chỉ hoạt động khi có điện lưới, nếu mất điện lưới hệ thống sẽ ngừng hoạt động.
Ứng dụng:
+ Sử dụng ở những vùng có điện lưới không ổn định.
1.3.1.3. Hệ thống điện Mặt Trời hòa lưới có lưu trữ Nguyên lý hoạt động:
+ Điện (DC) từ pin sẽ được đưa qua bộ kích điện hòa lưới để hòa vào lưới đồng thời nạp vào ắc quy. Nếu mất điện lưới và điện từ tấm pin cung cấp không đủ thì điện từ bình ắc quy sẽ qua bộ kích điện thành điện xoay chiều cung cấp cho tải. Đây là hệ thống kết hợp từ hai hệ thống trên nên kết hợp ưu nhược điểm của hai hệ thống kể trên.
Ứng dụng:
+ Dùng cho các đối tượng đòi hỏi được cung cấp điện liên tục như: phòng họp, phòng hội nghị,…
2 Một số hệ thống điện Mặt Trời đã đưa vào hoạt động trên thế giới
1.3.2.1. Hệ thống điện Mặt Trời hộ gia đình hòa lưới tại Nhật Dự luật trợ giá (FiT) cho ngành năng lượng tại Nhật
Sau sự kiện nổ lò phản ứng hạt nhân, Nhật Bản quyết định hoàn toàn không sử dụng điện từ năng lượng hạt nhân nữa.
Năm 2011, quốc hội Nhật Bản đã lên kế hoạch xây dựng FiT cho ngành Mặt Trời tại quốc gia này. FiT cho ngành năng lượng Mặt Trời cho phép chính phủ hỗ trợ giá điện sản xuất từ năng lượng Mặt Trời khi các doanh nghiệp tư nhân muốn đầu tư vào ngành năng lượng Mặt Trời trong nước.
Nội dung của FiT cho ngành năng lượng Mặt Trời là, chính phủ Nhật Bản sẽ mua mức giá điện sản xuất từ năng lượng Mặt Trời cao hơn so với giá thị trường, khoảng 40 Yen/kWh (0,50 USD/kWh) cho các dự án xây dựng các trung tâm điện năng lượng Mặt Trời có công suất trên 10kW (cho dự án xây dựng các trung tâm chuyên dụng tách biệt với khu dân cư) và khoảng 42 Yen/kWh (0.53 USD/kWh) cho các dự án có công suất <10kW (cho dự án xây dựng các công trình dân cư, văn phòng, có công năng sản xuất điện từ năng lượng Mặt Trời).
Hình 1.18: Mô hình điện Mặt Trời hộ gia đình tại Nhật Bản
Đây là một thành công không nhỏ trong lộ trình chuyển đổi ngành năng của Nhật Bản từ phụ thuộc chính vào năng lượng hóa thạch và năng lượng hạt nhân sang đáp ứng đến 20 -35% nhu cầu năng lượng trong nước bằng năng lượng tái tạo.
1.3.2.2. Hệ thống điện Mặt Trời hộ gia đình tại Đức
Chính phủ Đức cũng có nhiều chính sách khuyến khích phát triển điện Mặt Trời hộ gia đình.
Điện năng lượng Mặt Trời sẽ trở nên đặc biệt hấp dẫn đối với người tiêu dùng trực tiếp. Ngày nay, người dân Đức phải trả trung bình 25 cent Euro/kWh từ điện lưới, nhưng họ chỉ phải trả trung bình 10 cent Euro/kWh nếu sử dụng điện Mặt Trời trên mái nhà. Nếu giá điện sẽ tiếp tục tăng trung bình hàng năm thì tới năm 2025 người dân Đức phải trả 40 cent Euro cho mỗi kWh sử dụng điện từ điện lưới quốc gia. Theo tính toán một cách bình thường, thì khi đó giá thành mỗi Kwh của điện Mặt Trời chỉ còn là 7-8 cent Euro.
Hình 1.19: Điện Mặt Trời hộ gia đình tại Đức
2 Mô hình điện Mặt Trời tại Việt Nam
Việt Nam có tiềm năng phát triển năng lượng Mặt Trời vô cùng to lớn, Các dự án điện mặt trời phát triển vô cùng đa dạng:
Từ những năm 1990, khi nhiều thôn xóm ngoại thành chưa có lưới điện quốc gia, Phân viện Vật lý TP Hồ Chí Minh đã triển khai các sản phẩm từ điện mặt trời.
Tại một số huyện như: Bình Chánh, Cần Giờ, Củ Chi, điện mặt trời được sử dụng khá nhiều trong một số nhà văn hoá, bệnh viện… Đặc biệt, công trình điện mặt trời trên đảo Thiềng Liềng, xã Cán Gáo, huyện Cần Giờ cung cấp điện cho 50% số hộ
dân sống trên đảo.
Năm 1995, hơn 180 nhà dân và một số công trình công cộng tại buôn Chăm, xã Eahsol, huyện Eahleo tỉnh Đắk Lắk đã sử dụng điện mặt trời. Gần đây, dự án phát điện ghép giữa pin mặt trời và thuỷ điện nhỏ, công suất 125 kW được lắp đặt tại xã Trang, huyện Mang Yang, tỉnh Gia Lai, và dự án phát điện lai ghép giữa pin mặt trời và động cơ gió với công suất 9 kW đặt tại làng Kongu 2, huyện Đăk Hà, tỉnh Kon Tum, do Viện Năng lượng (EVN) thực hiện.
Từ thành công của Dự án này, Viện Năng lượng (EVN) và Trung tâm Năng lượng mới (Trường Đại học Bách khoa Hà Nội) tiếp tục triển khai ứng dụng giàn pin mặt trời nhằm cung cấp điện cho một số hộ gia đình và các trạm biên phòng ở đảo Cô Tô (Quảng Ninh), đồng thời thực hiện Dự án “Ứng dụng thí điểm điện mặt trời cho vùng sâu, vùng xa” tại xã Ái Quốc, tỉnh Lạng Sơn. Dự án được hoàn thành
vào tháng11/2002.
Tuy vậy nhưng vẫn còn nhiều rào cản:
Theo ông Nguyễn Đức Cường – Phụ trách Trung tâm Năng lượng tái tạo và CDM - Viện Năng lượng (EVN), “rào cản” lớn nhất của vấn đề này bắt nguồn từ kinh phí. Dù năng lượng mặt trời ở dạng “nguyên liệu thô”, nhưng chi phí đầu tư để khai thác, sử dụng lại rất cao do công nghệ, thiết bị sản xuất đều nhập từ nước ngoài. Phần lớn những dự án điện mặt trời đã và đang triển khai đều sử dụng nguồn vốn tài trợ hoặc vốn vay nước ngoài. Do đó, mới chỉ có một vài tổ chức, viện nghiên cứu và các trường đại học tham gia, còn phía doanh nghiệp, cá nhân vẫn chưa đầu tư vào việc ứng dụng, sản xuất cũng như sử dụng các thiết bị năng lượng mặt trời.
Nhà nước nên có chính sách hỗ trợ các doanh nghiệp tham gia đầu tư, phát triển ngành năng lượng mới này lên quy mô công nghiệp. Cần sớm ban hành Nghị định phát triển năng lượng tái tạo, quy định rõ vấn đề, phạm vi cần hỗ trợ, chỉ tiêu định lượng… Phía các nhà sản xuất, nên quan tâm thường xuyên đến các dịch vụ sau bán hàng, bảo trì, bảo dưỡng, có giải pháp thuận lợi trong việc lắp đặt thiết bị tại các ngôi nhà đã hoàn thiện, để sản phẩm có tính cạnh tranh cao hơn và mở rộng được thị trường tiêu thụ.
Hình 1.20: Phát triển điện Mặt Trời tại Việt Nam a) Hệ thống điện mặt trời tại đảo Hoàng Sa.
b) Lắp đặt hệ thống điện mặt trời tại trạm biên phòng Cô Tô, Quảng Ninh b)
a)
CHƯƠNG 2