Để hòa điện từ hệ thống điện năng lượng mặt trời vào lưới quốc gia thì chúng ta sử dụng Thiết bị đồng bộ AC, Hòa lưới điện, Chuyển đổi đồng bộ AC 220V:
- Đây là thiết bị hoàn hảo cho việc đưa năng lượng mặt trời, Năng lượng gió, Năng lượng sinh thái dần thay thế năng lượng hóa thạch (dầu, nguyên tử...). Vì xem xét vào thực tế của đất nước ta hiện nay khi mà nguồn điện được tạo ra chủ yếu nhờ vào thủy điện. Đặc điểm của thủy điện là chỉ dồi dào vào mùa mưa còn mùa nắng thì hoàn toàn khô cạn. Nhưng mặt trời thì ngược lại mùa mưa rất ít ánh sáng còn mùa nắng thì rất dồi dao, việc ứng dụng 2 đặc điểm này sẽ tạo ra nguồn năng lượng liên tục quanh năm là điều rất khả thi và hoàn toàn không gây ô nhiễm, giảm đi sự nóng lên của trái đất. Khi vào mùa nắng ngoài trời nóng chay người nhưng trong nhà ta thì mát lạnh.
- Thíết bị hòa mạng mang lại lợi ích như thế nào: nâng cao hiệu suất thi năng lượng tránh hiện tượng dư thừa năng lượng vô ích, nếu ta nạp vào ắc-quy thì ắc-quy cũng sẽ đầy, các thiết bị điện có lúc dùng lúc không...Những lúc như vậy việc xảy ra dư thừa năng lượng vô ích. Khi hòa vào lưới điện thì khi thừa năng lượng sẽ chia sẻ cho nơi khác hay đưa vào sản xuất, khi ta cần lại có điện sử dụng.
- Bộ hòa lưới điện: là thiết bị lấy năng lượng mặt trời hòa chung vào lưới điện để chia sẻ cho mọi người hay những nơi sản xuất. Khi mà thời gian tạo ra năng lượng khi có mặt trời chúng ta lại không dùng đến còn những lúc ta cần dùng thì không có ánh sáng. Nếu ta lấy năng lượng mặt trời mà dự trữ vào ắc-quy thì sẽ rất tốn kém, hiệu quả không cao.
- Thời điểm hòa lưới điện cho ta thấy tần số dao động nội ổn định và chạy sang phải, còn tần số nguồn điện lưới quóc gia chận hơn đôi chút nên sau khi hòa vào lưới điện quốc gia ta không còn thấy tín hiệu chạy sang phải nữa mà trôi theo tần số nguồn điện lưới. Quá trình này kể từ khi khởi động thiết bị cho đến khi hòa nhịp vào mạng chỉ có 2s.
- Để làm được điều này là nhờ kỹ thuật xử lý bám theo và kỹ thuật chuyển mạch tạo ra sóng sin đồng bộ với nguồn điện quốc gia đưa năng lượng hòa vào mạng điện quốc gia để sử dụng. - Các tình huống mà một bộ hòa mạng phải đảm bảo về kỹ thuật cũng như về công nghệ để đưa
vào thực tế ứng dụng:
Khi quá tải trầm trọng thiết bị sẽ ngắt ngay lập tức và vào chế độ tản nhiệt. Tình huống này xảy ra nếu đường Backup được thiết kết là nguồn cung cấp vào, khi mất điện thì ta đang sử dụng các thiết bị tiêu thụ công suất lớn như: bếp điện, máy lạnh. Khi đó thiết bị sẽ tắt ngay lập tức và sẽ đóng trở lại sau 5 phút, nếu vẫn còn tình trạng này thiết bị lại tiếp tục ngắt... cứ mỗi lần mở nguồn không thành công thì thời gian nghỉ sẽ tăng thêm 5 phút. Vì hệ thống điện hiện tại không có đường dây Backup riêng nên phải dùng chung với hệ thống dây điện chính, do vậy sẽ có vài giờ trở ngại như không thể cung cấp nguồn cho các máy tính, tắt các thiết bị công suất lớn...
Đường backup light: Hoạt động 2 chế độ, chế độ mặc định là chế độ backup để bạn có thể dẫn đường riêng vào trong các máy tính, khi mất điện đường Backup quá tải nhưng Backup light vẫn có điện để máy tính hoạt động bình thường, muốn hoạt động ở chế độ backup light để thắp sáng đèn khi mất điện thì phải cài đặt từ máy tính.
Thiết bị: do lấy nguồn điện từ panel mặt trời rồi hòa vào mạng điện, nên phải để gần panel mặt trời thì giảm đi chi phí dây dẫn, hiệu suất cao nên phải lắp đặt trên cao. Do đó cần có một ngõ để giám sát qua máy tính hay đưa vào Board mạch xử lý trung tâm bên ngoài để mở rộng chức năng hoạt động của thiết bị đáp ứng nhiều ứng dụng.
(Xem lại phần III để hiểu rõ hơn vấn đề này – cảm ơn!)
VII. ƯU VÀ NHƯỢC ĐIỂM CỦA NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI
1. Ưu điểm:
Giúp bạn tiết kiệm tiền:
Sau khi đầu tư ban đầu đã được thu hồi, năng lượng mặt trời là thiết thực miễn phí.
Thời kỳ hoàn vốn cho đầu tư này có thể rất ngắn tùy thuộc cách sử dụng điện được sản xuất ra (có thể bán cho các hộ lân cận, hoặc cho nhà nước khi sản xuất dư điện...)
Giúp bạn tiết kiệm tiền trên hóa đơn điện hàng tháng
Năng lượng mặt trời không đòi hỏi bất cứ loại nhiên liệu nào, không bị ảnh hưởng bởi giá cả nhiên liệu ngày càng tăng cao
Tiết kiệm trong một thời gian dài (từ 25-30 năm)
• Thân thiện với môi trường:
Năng lượng mặt trời sạch, có thể tái tạo góp phần xây dựng một thế giới phát triển bền vững. Đưa năng lượng mặt trời đến những nơi vùng xâu, vùng xa, biên giới, hải đảo,...những nơi hẻo lánh, khó tiếp cận nhằm đảm bảo an ninh năng lượng , giúp phát triển kinh tế- xã hội cho toàn vùng.
2. Nhược điểm:
Chi phí quá cao là bất lợi chính ở những nước nghèo khi muốn xã hội hóa năng lượng mặt trời
Hiệu suất đạt được của tấm thu năng lượng mặt trời vẫn còn khá thấp, chưa đạt đến kỳ vọng của con người
Việc lắp đặt các tấm thu năng lượng mặt trời ở một vùng rộng lớn sẽ gây ra những hệ quả không tốt cho thiên nhiên và sinh thái tại nơi đó.
Năng lượng mặt trời phụ thuộc khá lớn vào thời tiết, khí hâu.
VIII. SỬ DỤNG ĐIỆN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI TẠI VIỆT NAM
Pin mặt trời là phương pháp sản xuất điện trực tiếp từ năng lượng mặt trời (NLMT) qua thiết bị biến đổi quang điện. Pin mặt trời (PMT) 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. Ứng dụng NLMT dưới dạng này được phát triển với tốc độ rất nhanh, nhất là ở các nước phát triển. Ngày nay ứng dụng NLMT để chạy xe thay thế dần nguồn năng lượng truyền thống. Tuy nhiên giá thành thiết bị pin mặt trời còn khá cao, trung bình hiện nay khoảng 5 - 10 USD/Wp, nên ở những nước đang phát triển, pin mặt trời hiện mới chỉ có khả năng duy nhất là cung cấp năng lượng điện sử dụng cho các vùng sâu, vùng xa, nơi đường điện quốc gia chưa có.
Ở Việt Nam, với sự hỗ trợ của nhà nước (các bộ, ngành) và một số tổ chức quốc tế đã thực hiện thành công việc xây dựng các trạm pin mặt trời có công suất khác nhau phục vụ nhu cầu sinh hoạt và văn hóa của các địa phương vùng sâu, vùng xa, các công trình nằm trong khu vực
không có lưới điện. Tuy nhiên hiện nay pin mặt trời vẫn đang còn là món hàng xa xỉ đối với các nước nghèo như chúng ta.
Đi đầu trong việc phát triển ứng dụng này là ngành bưu chính viễn thông. Các trạm pin mặt trời phát điện sử dụng làm nguồn cấp điện cho các thiết bị thu phát sóng của các bưu điện lớn, trạm thu phát truyền hình thông qua vệ tinh. Ở ngành bảo đảm hàng hải, các trạm pin mặt trời phát điện sử dụng làm nguồn cấp điện cho các thiết bị chiếu sáng, cột hải đăng, đèn báo sông. Trong ngành công nghiệp, các trạm pin mặt trời phát điện sử dụng làm nguồn cấp điện dự phòng cho các thiết bị điều khiển trạm biến áp 500 kV, thiết bị máy tính và sử dụng làm nguồn cấp điện nối với điện lưới quốc gia. Trong sinh hoạt của các hộ gia đình vùng sâu, vùng xa, các trạm pin mặt trời phát điện sử dụng để thắp sáng, nghe đài, xem vô tuyến. Trong ngành giao thông đường bộ, các trạm pin mặt trời phát điện dần được sử dụng làm nguồn cấp điện cho các cột đèn đường chiếu sáng. Để hiểu được hết tác dụng, hiệu quả và tầm quan trọng của hệ thống pin mặt trời phát điện, chúng ta có thể tìm hiểu sơ đồ nguyên lý hệ thống điện pin mặt trời nối lưới điển hình dưới đây:
Công trình ứng dụng
Khu vực phía Nam ứng dụng các dàn PMT phục vụ thắp sáng và sinh hoạt văn hoá tại một số vùng nông thôn xa lưới điện. Các trạm điện mặt trời có công suất từ 500 - 1.000 Wp được lắp đặt ở trung tâm xã, nạp điện vào ắc qui cho các hộ gia đình sử dụng. Các dàn PMT có công suất từ 250 - 500 Wp phục vụ thắp sáng cho các bệnh viện, trạm xá và các cụm văn hoá xã. Đến nay có khoảng 800 - 1.000 dàn PMT đã được lắp đặt và sử dụng cho các hộ gia đình, công suất mỗi dàn từ 22,5 - 70 Wp. Khu vực miền Trung có bức xạ mặt trời khá tốt và số giờ nắng cao, rất thích hợp cho việc ứng dụng PMT. Hiện tại ở khu vực miền Trung có hai dự án lai ghép với PMT có công suất lớn nhất Việt Nam, đó là:
- Dự án phát điện ghép giữa PMT và thuỷ điện nhỏ, công suất 125 kW được lắp đặt tại xã Trang, huyện Mang Yang, tỉnh Gia Lai, trong đó công suất của hệ thống PMT là 100 kWp (kilowatt peak) và của thuỷ điện là 25 kW. Dự án được đưa vào vận hành từ cuối năm 1999, cung cấp điện cho 5 làng. Hệ thống điện do Điện lực Mang Yang quản lý và vận hành.
Sơ đồ hệ thống điện gia đình- Dự án phát điện lai ghép giữa PMT và động cơ gió phát điện với công suất là 9 kW, trong đó PMT là 7 kW. Dự án trên được lắp đặt tại làng Kongu 2, huyện Đak Hà, tỉnh Kon Tum, do Viện Năng lượng thực hiện. Công trình đã được đưa vào sử dụng từ tháng 11/2000, cung cấp điện cho một bản người dân tộc thiểu số với 42 hộ gia đình. Hệ thống điện do sở Công thương tỉnh quản lý và vận hành.
- Các dàn pin đã lắp đặt ứng dụng tại các tỉnh Gia Lai, Quảng Nam, Bình Định, Quảng Ngãi và Khánh Hoà, hộ gia đình công suất từ 40 - 50 Wp. Các dàn đã lắp đặt ứng dụng cho các trung tâm cụm xã và các trạm y tế xã có công suất từ 200 - 800 Wp. Hệ thống điện sử dụng chủ yếu để thắp và truyền thông; đối tượng phục vụ là người dân, do dân quản lý và vận hành.
Ở khu vực phía Bắc, việc ứng dụng các dàn PMT phát triển với tốc độ khá nhanh, phục vụ các hộ gia đình ở các vùng núi cao, hải đảo và cho các trạm biên phòng. Công suất của dàn pin dùng cho hộ gia đình từ 40 - 75 Wp. Các dàn dùng cho các trạm biên phòng, nơi hải đảo có công suất từ 165 - 300 Wp. Các dàn dùng cho trạm xá và các cụm văn hoá thôn, xã là 165 - 525 Wp. Tại Quảng Ninh có hai dự án PMT do vốn trong nước (từ ngân sách) tài trợ:
- Dự án PMT cho đơn vị bộ đội tại các đảo vùng Đông Bắc. Tổng công suất lắp đặt khoảng 20 kWp. Dự án trên do Viện Năng lượng và Trung tâm Năng lượng mới Trường đại học Bách khoa Hà Nội thực hiện. Hệ thống điện sử dụng chủ yếu để thắp sáng và truyền thông, đối tượng phục vụ là bộ đội, do đơn vị quản lý và vận hành.
- Dự án PMT cho các cơ quan hành chính và một số hộ dân của huyện đảo Cô Tô. Tổng công suất lắp đặt là 15 kWp. Dự án trên do Viện Năng lượng thực hiện. Công trình đã vận hành từ tháng 12/2001.
Công ty BP Solar của Úc đã tài trợ một dự án PMT có công suất là 6.120 Wp phục vụ cho trạm xá, trụ sở xã, trường học và khoảng 10 hộ gia đình. Dự án trên được lắp đặt tại xã Sĩ Hai, huyện Hà Quảng, tỉnh Cao Bằng.Dự án “Ứng dụng thí điểm điện mặt trời cho vùng sâu, vùng xa” tại xã Ái Quốc, tỉnh Lạng Sơn đã hoàn thành vào tháng 11/2002. Tổng công suất dự án là 3.000 Wp, cung cấp điện cho trung tâm xã và trạm truyền hình, chủ yếu để thắp sáng và truyền thông; đối tượng phục vụ là người dân, do dân quản lý và vận hành.Trung tâm Hội nghị Quốc gia sử dụng ĐMT: Tổng công suất pin mặt trời 154 kWp là công trình ĐMT lớn nhất ở Việt Nam. Hệ thống pin mặt trời hòa vào mạng điện chung của Trung tâm Hội nghị quốc gia.
Trạm pin mặt trời nối lưới Viện Năng lượng công suất 1.080 Wp bao gồm 8 môđun.
Trạm pin mặt trời nối lưới lắp đặt trên mái nhà làm việc Bộ Công thương, 54 Hai Bà Trưng, Quận Hoàn Kiếm, Hà Nội. Công suất lắp đặt 2.700 Wp.
Lắp đèn năng lượng mặt trời trên đường phố Đà Nẵng sử dụng nguồn năng lượng mặt trời. Hệ thống thu góp điện năng được “dán” thẳng trên thân trụ đèn. Bên trong trụ có tám bình ắc qui dùng để tích năng lượng.
Hai cột đèn năng lượng mặt trời kết hợp năng lượng gió đầu tiên được lắp đặt thành công tại Ban quản lý dự án Công nghệ cao Hòa Lạc. Hai cột đèn trị giá 8.000 USD, do Công ty cổ phần tập đoàn quốc tế Kim Đỉnh lắp đặt. Hiện tại, hai cột đèn này có thể sử dụng trong 10 h mỗi ngày, có thể thắp sáng bốn ngày liền nếu không có nắng và gió.
Tóm lại
• Tổng công suất lắp đặt: Khoảng 1,45 MWp.
• Số địa phương lắp đặt: 40 tỉnh và thành phố; Bộ Bưu chính Viễn thông, Bộ Quốc phòng, Bộ Giao thông, v.v.
• Mục đích sử dụng: Sinh hoạt (chiếu sáng, TV, đài, bơm nước, v.v.), thông tin liên lạc, tín hiệu giao thông, v.v.
• Nguồn kinh phí:
- Kinh phí viện trợ không hoàn lại, thông qua các dự án hợp tác quốc tế: 30 - 35%. - Kinh phí các doanh nghiệp: 40 - 45%.
- Chính phủ (trung ương, địa phương): 20 - 30%.
- Những khó khăn chính trong quá trình triển khai ứng dụng * Về kỹ thuật
- Người sử dụng không tuân theo qui trình vận hành. Đấu tắt không qua bộ điều khiển khi ắc qui yếu, làm ắc qui cạn kiệt, dẫn đến mau hỏng.
- Trong 100 dàn đầu tiên cho các hộ gia đình lắp tại tỉnh Tiền Giang và Trà Vinh, vì công suất mỗi dàn quá nhỏ (22,5 Wp), nhu cầu dùng lại lớn nên ắc qui luôn luôn ở trạng thái cạn kiệt và dẫn đến hỏng hàng loạt ắc qui.
Trước mắt, PMT chỉ ứng dụng ở các vùng sâu, vùng cao và hải đảo, nơi không thể đưa lưới điện quốc gia đến được. Song phần lớn thu nhập của người dân vùng này thấp, trong khi giá thành đầu tư ban đầu của PMT hiện tại còn rất cao.
* Giá thành của PMT
Giá thành lắp đặt dàn PMT bình quân chung trong cả nước vào khoảng 12 - 14 USD/Wp (áp dụng cho hộ gia đình và dàn tập thể). Giá thành trên không bao gồm chi phí vận chuyển.Chi phí vận chuyển vào khoảng 5 - 7% giá trị thiết bị.
Kinh nghiệm triển khai ứng dụng
Để việc triển khai ứng dụng đạt được hiệu quả tốt, cần tiến hành những bước sau:
- Các sở khoa học công nghệ hoặc các sở công nghiệp của các tỉnh nên mở các lớp tập huấn và tuyên truyền, quảng cáo.
- Phối hợp với các cơ quan địa phương mở lớp tập huấn cho các cán bộ kỹ thuật địa phương về lắp đặt, vận hành, bảo dưỡng và sửa chữa nhỏ.
- Sau khi lắp đặt, cần hướng dẫn cặn kẽ cho các hộ sử dụng về qui định vận hành, bảo quản và bảo dưỡng thiết bị.
- Trên cơ sở kết quả ứng dụng thí điểm, nghiên cứu thiết kế kỹ thuật lắp đặt phù hợp với trình độ dân trí và hợp lý về qui mô công suất để đáp ứng nhu cầu và khả năng kinh tế của dân địa