Hệ thống điện mặt trời hòa lưới không chỉ đáp ứng nhu cầu tiết kiệm chi phí sử dụng điện mà còn góp phần cải thiện tình trạng thiếu điện của điện lưới quốc gia.
Ứng dụng công nghệ chuyển mạch, kỹ thuật vi xử lý tiên tiến và kết hợp với các tấm thu năng lượng mặt trời (solar panel), bộ biến đổi năng lượng mặt trời GTSIA (Grid-Tie Solar Inverter AST) có chức năng biến đổi năng lượng mặt trời (hay năng lượng gió) thành điện xoay chiều (220V-50Hz) hòa trực tiếp vào lưới điện quốc gia.
GTSIA là hệ thống được thiết kế và chế tạo hoàn toàn tại Việt Nam. Đây là thành tựu vượt bậc về công nghệ thiết kế và chế tạo của một công ty trong nước, mở ra khả năng sử dụng năng lượng tái tạo theo hướng mới, thân thiện với môi trường.
Hệ thống điện mặt trời hòa lưới gồm các thành phần chính: tấm thu năng lượng mặt trời, bộ biến đổi năng lượng mặt trời GTSIA, lưới điện và các phụ tải (xem hình 1).
Hệ thống điện mặt trời hòa lưới AST (theo chuẩn EC)
Hình 1: Sơ đồ nguyên lý hoạt động của hệ thống điện mặt trời hòa lưới
Với thiết kế phù hợp với đặc trưng khí hậu của Việt Nam, hệ thống hoạt động theo nguyên lý như sau:
Khi không có nắng: (buổi tối hay khi mây che) các solar panel sẽ không sản sinh ra điện nên các phụ tải sẽ sử dụng điện từ lưới như cách thông 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 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 chí 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 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).
Bộ biến đổi năng lượng mặt trời GTSIA
Khi mất điện lưới, hệ thống GTSIA ngưng hòa vào lưới điện để đảm bảo an toàn cho lưới điện. Đây là một bộ phận quan trọng của hệ thống điện mặt trời hòa lưới. GTSIA có các ưu điểm:
Bộ GTSIA không sử dụng bình ắc quy: do đó loại bỏ được việc phải sử dụng các vật tư gây ô nhiễm môi trường như: chì, Lithium... đồng thời giảm được đáng kể chi phí đầu tư và bảo dưỡng cho hệ thống bình ắc quy này.
Bộ GTSIA là thiết bị khai thác điện năng hiệu quả nhất từ nguồn năng lượng mặt trời (hay gió) do có cơ cấu nổi bật là thu nhận, biến đổi và bổ sung trực tiếp vào lưới điện không bị tổn hao trên ắc quy dự trữ.
Bộ GTSIA bền vững: 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 từ 25 - 40 năm và lâu hơn nữa.
Bộ GTSIA có thể ứng dụng rộng rãi: các hộ dân, cơ quan, đơn vị đang có điện lưới quốc gia.
Bộ GTSIA về bản chất là một dạng máy phát điện đồng bộ với lưới điện. Do đó nếu được triển khai với số lượng lớn sẽ trở thành một hệ thống cung cấp nguồn được lắp đặt và phân bố ngay tại nơi tiêu thụ. Điều này sẽ làm giảm tiêu hao điện năng trên hệ thống truyền tải điện công cộng.
Việc lắp đặt và sử dụng đơn giản, chi phí bảo trì bảo dưỡng thấp, gần như bằng không, nên thời gian thu hồi vốn được rút ngắn tối đa và chắc chắn theo dự tính đầu tư ban đầu.
Hệ thống GTSIA luôn sẵn sàng để mở rộng công suất tại bất kỳ thời điểm hay địa điểm nào và với bất kỳ mức độ đầu tư thêm là như thế nào.
Về khía cạnh tài chính: với chi phí đầu tư ban đầu ở mức chấp nhận được, chủ đầu tư có thể giảm mức tiêu thụ trên lưới lên đến 1400KW/năm, một khoản tiết kiệm không nhỏ cho gia đình. Cùng với xu hướng tăng giá điện, giá solar panel ngày càng giảm cũng là một yếu tố thuận lợi cho việc triển khai hệ thống,
Bộ xoay solar panel
| Hình 2: Mô hình lắp đặt solar panel | Bộ xoay solar panel là một hệ thống trục và mâm xoay cơ khí được dùng để lắp dàn khung solar panel ở phía trên và được gắn trên hệ thống chân cột ở phía dưới. Toàn bộ hệ thống cơ khí trên được điều khiển bởi bộ Solar Position Tracking Controller (xem hình 3). Bộ xoay solar panel gồm 2 trục quay: một trục quay theo phương nằm ngang để điều khiển độ nghiêng của dàn solar (từ -650 đến +650), một trục xoay theo phương thẳng đứng để thay đổi được phương vị (từ 00 đến 1800). |
Bộ xoay được điều khiển bởi bộ Solar Position Tracking Controller và các mô tơ, bánh răng để đảm bảo các tấm solar luôn vuông góc với tia sáng mặt trời ở mọi thời điểm nhằm thu được tối đa năng lượng mặt trời trên mỗi tấm solar panel. Trên cơ sở đó, bộ xoay giúp nâng cao tối đa điện năng thu được cho hệ thống điện mặt trời.
Solar Position Tracking Controller ngoài việc điều khiển các tấm solar panel luôn vuông góc với mặt trời còn có đặc tính là khi không có nắng (ban đêm) hay khi gió lớn sẽ tự động đưa dàn solar panel về vị trí nằm ngang (song song với mặt đất) để giảm tác động của gió tăng tính an toàn của hệ thống.
Bộ xoay có thể chịu được trọng lượng 800kg với bão cấp 8-9, có tuổi thọ trên 25 năm, với điện năng tiêu thụ rất nhỏ (không quá 40W/ngày).
Lưu ý: hệ thống chân cột và dàn khung solar panel được thiết kế và lắp đặt theo kích thước của các solar panel và điều kiện cụ thể của mặt bằng nơi lắp đặt.
Hình 3: Bộ xoay |
Hình 4: Solar Position Tracking Controller
|
|
Hình 5: Nhông và môtơ trục đứng
|
Hình 6: Nhông và môtơ trục ngang
|
Hiện trạng sử dụng hệ thống điện mặt trời hòa lưới trong điều kiện hiện tại Việt Nam
Hiện nay do hệ thống quản lý của điện lực nước ta là chưa chấp nhận việc mua lại điện năng dư thừa từ các hộ tiêu thụ có trang bị hệ thống điện mặt trời hòa lưới – Do đồng hồ điện không quay ngược giảm chỉ số – nên tại các thời điểm mà hệ thống điện mặt trời nối lưới của chúng ta cung cấp nhiều hơn mức tải tiêu thụ thì điện năng dư từ điện mặt trời khi “gửi” lên lưới sẽ tạm thời bị chúng ta coi là “phí uổng”.
Tuy nhiên, vẫn có lựa chọn phù hợp trong lúc này là chỉ lắp đặt công suất nhỏ hơn hoặc bằng công suất của tải sử dụng (trước mắt là chỉ nhằm giảm điện năng tiêu thụ từ lưới). Thực chất là ta vẫn phải mua điện từ lưới nhưng sẽ mua ít hơn tùy theo công suất của hệ mặt trời nối lưới. Như vậy chúng ta đã được sử dụng một cách triệt để theo mục đích trước mắt. Đồng thời góp phần giảm bớt gánh nặng của ngành điện lực trong giờ cao điểm.
Hệ thống điện mặt trời nối lưới đặc biệt thích hợp cho các đơn vị có nhu cầu sử dụng điện cao vào các giờ cao điểm từ 7 giờ sáng đến 5 giờ chiều như khách sạn, siêu thị hay nhà máy…