Sơ đồ đấu nối cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hệ thống điện năng lượng mặt trời – Năng Lượng Solar

Năng lượng mặt trời là nguồn năng lượng tái tạo vô tận mà thiên nhiên ban tặng cho loài người chúng ta. Nó đang dần trở nên quen thuộc với mọi người trên toàn thế giới.

Tại Việt Nam, hệ thống năng lượng mặt trời phát triển mạnh trong những năm gần đây. cùng Năng Lượng Solar tìm hiểu sơ đồ đấu nối điện năng lượng mặt trời, cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hệ thống điện năng lượng mặt trời qua bài viết sau.

Điện năng lượng mặt trời là gì ?

Hệ thống điện mặt trời là quá trình chuyển đổi quang năng của mặt trời thành điện năng thông qua hệ thống các tấm pin năng lượng mặt trời (hay còn gọi là tế bào quang điện , Solar Panel,Solar cell modules hay photovoltaic modules), cơ chế hoạt động của pin mặt trời là dựa trên hiệu ứng quang điện trong vật lý học. Sau đó, bộ biến tần biến đổi dòng điện một chiều từ pin mặt trời thành dòng điện xoay chiều. Dòng điện này thích ứng với tất cả các thiết bị sử dụng điện từ tải tiêu thụ

Nói cách khác, hệ mặt trời đang hấp thụ ánh sáng mặt trời để biến thành điện năng. Nguồn điện này thay thế lưới điện nhà nước, cung cấp năng lượng cho các tải tiêu thụ.

Hệ thống điện mặt trời gồm 3 loại chính như sau:

• Hệ thống điện mặt trời độc lập
• Hệ thống điện mặt trời hòa lưới (nối lưới) có dự trữ
• Hệ thống điện mặt trời hòa lưới không dự trữ

Cấu tạo của hệ thống điện năng lượng mặt trời hòa lưới áp mái

1. Tấm pin năng lượng mặt trời Solar Panel
2. Inverter hòa lưới
3. Hệ thống giám sát từ xa qua internet. smart phone
4. Hệ thống khung đỡ, Hệ thống cắt sét lan truyền và tiếp địa, Cáp điện và các hệ vật tư,phụ kiện trong hệ thống
5. Đồng hồ đo đếm điện 2 chiều

Tấm pin năng lượng mặt trời

Tấm pin mặt trời là thành phần quan trọng nhất trong sơ đồ hệ thống điện mặt trời. Nó có nhiệm vụ tiếp nhận và hấp thụ ánh sáng mặt trời. Sau đó biến đổi thành dòng một chiều đưa vào hệ thống.

Các tấm pin mặt trời được làm từ vật liệu đặc biệt. Nó được lắp đặt ngoài trời, những vị trí có thể đón được nhiều ánh sáng mặt trời nhất. Các tấm pin mặt trời siêu bền với tuổi thọ lên đến hơn 25 năm. Đặc biệt, nó có thể chịu được những tác động khắc nghiệt của sự thay đổi thời tiết.

Thường nắng đẹp vào một ngày với thời tiết thuận lợi. Một tấm pin mặt trời cung cấp 1kW / m2 điện. Hiệu suất tổng thể của các tấm pin mặt trời sẽ do cách chúng ta lắp đặt và kết nối các tấm pin với nhau.

Bộ điều khiển sạc mặt trời

Đây cũng là một phần quan trọng không kém trong sơ đồ hệ thống điện mặt trời. Nó có nhiệm vụ điều khiển việc khai thác điện từ các tấm pin năng lượng mặt trời sạc pin ổn định điện áp cho nguồn điện. Đảm bảo rằng pin không bao giờ bị quá tải hoặc xả quá sâu. Giúp bảo vệ an toàn cho cell để tăng tuổi thọ pin lưu trữ. Ngoài ra, nó còn giúp hệ thống tấm pin năng lượng mặt trời hoạt động hiệu quả hơn và trong thời gian dài hơn

Bộ sạc năng lượng mặt trời cũng chỉ cho chúng ta cách sạc pin từ các tấm pin mặt trời. Điều này cho phép người dùng kiểm soát trạng thái của hệ thống và tải.

Công dụng cuối cùng của bộ điều khiển sạc năng lượng mặt trời là bảo vệ lực hút không vượt quá điện áp cho phép. Đảm bảo rằng nó luôn nằm trong khoảng từ 13,8V đến 10,5V. Mạch điều khiển tự động ngắt khi pin đầy hoặc điện áp không đảm bảo ở mức cho phép.

Bộ chuyển đổi dòng điện inverter

Bộ chuyển đổi dòng điện inverter có nhiệm vụ nhận điện 1 chiều từ các tấm pin mặt trời. Khi đó dòng điện một chiều được biến đổi thành dòng điện xoay chiều. Dòng điện xoay chiều này có tần số phù hợp với lưới điện của tiểu bang. Dòng điện này cung cấp nguồn điện trực tiếp cho các phụ tải tiêu dùng hàng ngày rất tiện lợi.

Có hai hình thức chuyển đổi biến tần cơ bản: biến đổi sóng điện hình sin mô phỏng và chuyển đổi sóng điện hình sin thực sự. Mỗi loại đều có những ưu nhược điểm khác nhau và được ứng dụng cho nhiều dòng máy điện khác nhau.

Hệ thống chuyển đổi nguồn tự động ATS

Thiết bị này chỉ sử dụng cho các sơ đồ hệ thống điện mặt trời nối lưới. Còn hệ thống điện mặt trời độc lập thì không. Nó được sử dụng để chuyển đổi nguồn năng lượng mặt trời và nguồn điện lưới tùy thuộc vào trạng thái tiêu thụ điện năng khi phối hợp cả hai nguồn điện.

Khi hệ thống năng lượng mặt trời đã sạc đầy pin lưu trữ, thiết bị này sẽ tự động giúp chuyển điện thành điện lưới. Hoặc nếu hệ thống năng lượng mặt trời không đủ cung cấp điện cho phụ tải, nó sẽ tự động chuyển sang hòa lưới. Nếu hệ thống của bạn không sử dụng bộ chuyển đổi tự động ATS. Bạn có thể sử dụng các loại công tắc điều khiển bằng tay khác.

Bình ắc quy lưu trữ

Ắc quy chỉ sử dụng cho hệ thống điện mặt trời hòa lưới có bộ lưu điện độc lập và nguồn điện mặt trời. Ắc quy có nhiệm vụ tích trữ điện để sử dụng sạc vào ban đêm hoặc những ngày nắng.

Hiện nay trên thị trường có rất nhiều hãng và dung lượng pin khác nhau. Tùy từng hệ thống mà chọn cho mình hệ thống ắc quy phù hợp. Hệ thống điện mặt trời công suất lớn phải chọn loại ắc quy có dung lượng lớn. Nếu không, bạn nên kết nối nhiều pin với nhau.

Phần mềm giám sát hệ thống điện mặt trời từ xa bằng smartphone

Hệ thống cho phép giám sát hoạt động của toàn hệ thống tại chỗ hoặc từ xa qua điện thoại thông minh, máy tính… Việc kết nối Internet giúp người vận hành dễ dàng theo dõi hoạt động của toàn bộ hệ thống năng lượng mặt trời.

Tất cả các thông số hoạt động của hệ thống như: công suất, nguồn điện phát ra, trạng thái hoạt động… phân tích vận hành sẽ liên tục cập nhật và đưa ra các khuyến nghị cần thiết để hệ thống hoạt động tốt nhất. Người vận hành có thể giám sát hoạt động của hệ thống mọi lúc, mọi nơi

Tùy thuộc vào loại biến tần, công ty có ứng dụng Android và IOS riêng, nhưng nhìn chung quy định các thông số nhất định.

Các chức năng chính của hệ thống giám sát:

• Năng lượng tạo ra của hệ thống pin mặt trời nối lưới (kW);
• Dòng điện của hệ tấm pin năng lượng (A).
• Trạng thái các inverter.
• Dòng điện AC.
• Hệ số công suất AC (AC Power Factor)
• Lượng giảm phát thải CO2 (kg);
• Công suất tải yêu cầu (kWh);
• Trạng thái các tấm pin.
• Điện áp AC.
• Tổng sản lượng điện tích lũy được trong ngày, trong tháng, trong năm.
• Biểu đồ công suất phát điện mỗi ngày.
• Điện áp của hệ tấm pin năng lượng (V).
• Thể hiện các thông số năng lượng bằng các biểu đồ.
• Lắp đặt màn hình giám sát hệ thống năng lượng mặt trời tại khu vực tiếp tân với mục đích tuyên truyền, quảng bá về việc sử dụng công nghệ phát điện sạch từ nguồn năng lượng tái tạo, thân thiện với môi trường.

Sơ đồ, nguyên lý hoạt động của hệ thống điện mặt trời hòa lưới

Nguyên lý hoạt động của hệ thống điện mặt trời về cơ bản sẽ hoạt động theo mô hình sau. Các tấm pin mặt trời sẽ thu năng lượng quang tử trực tiếp từ mặt trời và chuyển thành dòng một chiều.

Điện này sau đó được đưa trực tiếp đến bộ biến tần. Ở đây dòng điện một chiều được biến đổi thành dòng điện xoay chiều. Nó phù hợp với công suất và tần suất tiêu thụ điện và tải mạng.

Với sơ đồ hệ thống điện mặt trời độc lập. Điện này được sạc trực tiếp vào pin và các tải tiêu thụ được cung cấp năng lượng.

Với hệ thống điện mặt trời hòa lưới không cần lưu trữ. Điện năng sau khi được biến đổi thành dòng điện xoay chiều. Nó được hòa trực tiếp vào lưới điện và ưu tiên cho các phụ tải điện mặt trời.

Với hệ thống điện mặt trời hòa lưới có lưu trữ. Điện năng này được sạc đầy vào pin lưu trữ và chuyển vào lưới điện. Các phụ tải điện mặt trời được ưu tiên. Nếu mất điện, điện mặt trời sẽ không đủ điện cho phụ tải. Hệ thống tự động lấy điện từ pin lưu trữ cung cấp cho tải tiêu thụ.

Nguyên lý hoạt động của hệ thống điện năng lượng mặt trời độc lập ?

Khác với hệ thống điện năng lượng mặt trời nối lưới thì hệ thống điện mặt trời độc lập bao gồm 4 thành phần cụ thể như sau:

• Các Tấm pin năng lượng mặt trời (Solar panel)
• Mạch điều khiển sạc pin năng lượng mặt trời: có chức năng bảo vệ ắc quy, và tấm pin. (solar charger controller)
• Acquy lưu trữ năng lượng lượng: có thể dùng nhiều loại acquy nhưng tốt nhất vẫn nên lựa chọn dòng acquy năng lượng mặt trời (battery)
• Inverter kích đổi điện 12V DC lên 220V AC. (Inverter)

Sơ đồ cấu tạo và Nguyên lý hoạt động hệ thống điện mặt trời độc lập

Cấu tạo của hệ thống điện mặt trời độc lập như trên nhưng không có phần nối lưới và đồng hồ.

Nguyên lý hoạt động

Hệ thống các tấm pin năng lượng mặt trời sẽ nhận bức xạ mặt trời. Sau đó chuyển hóa thành nguồn điện một chiều (DC). Dòng điện DC được đi qua bộ điều khiển sạc pin năng lượng mặt trời.

Nguồn điện DC sau đó sẽ được nạp vào bình ắc quy để lưu trữ điện. Điện năng được lưu trong acquy. Từ đó nếu ta sử dụng trực tiếp từ bình ắc quy với các phụ tải dùng điện DC thì cứ cắm vào 2 cọc âm dương của bình.

Trong trường hợp muốn sử dụng điện 220V AC thì phải qua bộ Inverter kích đổi điện 12V DC lên 220V AC. Nguồn điện được kích lên 220Volt sine chuẩn hoặc sine mô phỏng tùy theo nhãn hiệu inverter. Từ đó bạn hoàn toàn có thể sử dụng nguồn điện từ ngõ ra 220V AC.

Hy vọng qua bài viết trên bạn có thể nắm được cấu tạo, sơ đồ nguyên lý hoạt động của hệ thống điện năng lượng mặt trời hòa lưới áp mái (nối lưới), và nguyên lý họt động cuẩ hệ thông điện năng lượng mặt trời độc lập.

Từ khóa liên quan:

• Sơ đồ đấu đây điện mặt trời
• Sơ đồ đi dây điện mặt trời
• Mô hình điện năng lượng mặt trời
• Cách sử dụng điện năng lượng mặt trời
• Điện áp ra của pin mặt trời
• Bản vẽ pin năng lượng mặt trời