Điện mặt trời hòa lưới

Điện mặt trời hòa lưới là một trong những năng lượng sạch, xanh, bảo vệ môi trường, tiết kiệm và là 1 trong những xu hướng hot nhất trong tương lai. Trong khi các nguồn năng lượng truyền thống như than đá, dầu mỏ đang dần cạn kiệt, giá thành cao, nguồn cung không ổn định, nhiều nguồn năng lượng thay thế đang được các nhà khoa học quan tâm, đặc biệt là nguồn năng lượng mặt trời. Việc tiếp cận để tận dụng nguồn năng lượng mới này không chỉ góp phần cung ứng kịp nhu cầu năng lượng của xã hội mà còn giúp tiết kiệm điện năng và giảm thiểu ô nhiễm môi trường.

Sử dụng nguồn năng lượng tại chỗ

Theo giáo sư, tiến sĩ khoa học Nguyễn Tiến Khiêm, nguyên Viện trưởng Viện Cơ học, Viện Khoa học Công nghệ Việt Nam, trong tất cả các nguồn năng lượng tái tạo, năng lượng mặt trời là phong phú và ít biến đổi nhất trong thời kỳ biến đổi khí hậu hiện nay.

Việt Nam với lợi thế là một trong những nước nằm trong giải phân bổ ánh nắng mặt trời nhiều nhất trong năm trên bản đồ bức xạ mặt trời của thế giới, với dải bờ biển dài hơn 3.000km, có hàng nghìn đảo hiện có cư dân sinh sống nhưng nhiều nơi không thể đưa điện lưới đến được.

Vì vậy, sử dụng năng lượng mặt trời hòa lưới như một nguồn năng lượng tại chỗ để thay thế cho các dạng năng lượng truyền thống, đáp ứng nhu cầu của các vùng dân cư này là một kế sách có ý nghĩa về mặt kinh tế, an ninh quốc phòng. Tuy nhiên, việc ứng dụng năng lượng mặt trời ở Việt Nam cho đến nay chưa phát triển.

Điện mặt trời hòa lưới tiềm năng mới, giải pháp mới cho vấn đề năng lượng Việt Nam
Điện mặt trời hòa lưới tiềm năng mới, giải pháp mới cho vấn đề năng lượng Việt Nam

Nếu so với một số nước ở châu Phi hay Nam Á có cùng hoàn cảnh, Việt Nam vẫn còn đi sau họ.

Tại Thái Lan, Malaysia, Trung Quốc, Hàn Quốc từ nhiều năm nay đã coi hướng phát triển năng lượng tái tạo như một quốc sách vì thế năng lượng mặt trời ở đây có sự tăng trưởng rất mạnh và chiếm một tỷ lệ đáng kể trong cơ cấu phân bổ điện năng.

Tại Mỹ, Hungary, Đức, Thụy Sỹ từ nhiều năm nay cũng đã tăng nhanh tốc độ xây dựng các nhà máy sản xuất pin mặt trời, trong đó chủ yếu xây dựng các nhà máy sản xuất pin màng mỏng vô định hình.

Hiện nay, trên thế giới đang sử dụng ba dạng pin mặt trời là tấm pin mặt trời tinh thể, đa tinh thể và màng mỏng vô định hình. Trong đó, pin màng mỏng vô định hình (Amorphous Silicon (a-Si)) được đặc biệt quan tâm bởi qua thời gian vận hành loại pin này đã thể hiện tính ổn định và cho hiệu suất cao.

Bằng những thí nghiệm khác, các nhà khoa học còn xác định được pin a-Si có thể làm việc được trong điều kiện trời có mây mù và cả trong môi trường không khí có nhiệt độ cao mà các pin khác không làm việc được. Điều này đã làm sáng tỏ vì sao trong bảng kết quả thí nghiệm ở trên pin a-Si cho sản lượng điện nhiều hơn hai loại pin tinh thể.

Điện mặt trời hòa lưới phù hợp với điều kiện Việt Nam

Tại Việt Nam, Viện Cơ học đã thí nghiệm trong điều kiện mây mù nhiều ngày liền vào mùa đông Pin a-Si vẫn làm việc tốt, nếu khai thác pin a-Si làm đèn chiếu sáng, chỉ cần 1 ngày nắng khoảng 10 giờ thì đèn có thể thắp sáng cho 6-7 ngày mưa tiếp theo. Tính ưu việt này của pin a-Si rất phù hợp với điều kiện thời tiết ở các vùng biển Việt Nam đó là nắng lắm, mưa nhiều và sương mù lớn.

Pin a-Si lại là một hệ thống các module khép kín có các lớp đệm bảo vệ không bị nước mưa hoặc hơi nước mặn ngấm vào, nên vẫn đảm bảo được độ bền trong môi trường khai thác ở các vùng biển đảo. Một ưu việt nữa của pin a-Si là các nhà khoa học đã cải tiến công nghệ để thu được một dạng pin mặt trời với giá thành đầu tư chỉ còn 1USD/1wp so với 5-6 USD/1wp đối với pin crystalline.

Giáo sư, tiến sĩ khoa học Nguyễn Tiến Khiêm đã khẳng định về tính ưu việt cơ bản của pin mặt trời màng mỏng vô định hình a-Si. Đó là pin mặt trời a-Si làm việc có hiệu quả trong các điều kiện khác nhau, từ môi trường nhiệt độ cao đến mùa băng tuyết, trong những vùng bức xạ mặt trời lớn cũng như vùng hay có sương mù và trong điều kiện ẩm ướt nhiệt đới.

Vì vậy, hiệu quả tổng cộng cao hơn các loại pin mono và polycrystal; đặc biệt là giá thành đầu tư thấp, công nghệ đơn giản phù hợp với điều kiện của Việt Nam. Hiện Viện Cơ học đang tìm các nguồn vốn hỗ trợ để chuyển giao công nghệ chế tạo loại pin mặt trời mới này vào Việt Nam, cụ thể là mong muốn xây dựng một nhà máy chế tạo pin mặt trời a-Si với công suất 6MW/năm.

Ngoài ra, giáo sư Nguyễn Đức Nghĩa, Chủ nhiệm Bộ môn Hóa học Nano, Trường đại học Công nghệ-Đại học Quốc gia Hà Nội cùng với các cộng sự cũng đã nghiên cứu công nghệ chế tạo, tính chất pin mặt trời hữu cơ theo hai hướng khoa học.

Đó là pin mặt trời hữu cơ sử dụng chất mầu nhạy sáng (Dye-sensitized Solar Cells) theo cơ chế mô phỏng quang hợp của cây xanh và pin mặt trời hữu cơ vật liệu lai (Quantum dot-Conjgated Polymer).

Qua nghiên cứu công nghệ chế tạo cho thấy, đã mở ra nhiều triển vọng cho việc làm chủ công nghệ chế tạo pin mặt trời hữu cơ trong tương lai.

Theo giáo sư, tiến sĩ khoa học Nguyễn Tiến Khiêm, vì nhân loại đã sử dụng quá nhiều các nguồn năng lượng hóa thạch nên môi trường bị ô nhiễm trầm trọng, gây hiệu ứng nhà kính, nguồn năng lượng chủ yếu sẽ cạn kiệt và hết trong vài thập niên tới.

Vì vậy, việc nghiên cứu triển khai áp dụng năng lượng thay thế trong đó có năng lượng mặt trời là điều hết sức cần thiết.

Nguyên lý hoạt động hệ thống hòa lưới

Nguyên lý hoạt động của hệ thống sản xuất điện mặt trời
Nguyên lý hoạt động của hệ thống sản xuất điện mặt trời

Điện năng lượng mặt trời thu được từ tấm pin (Solar Panel) là điện 1 chiều, qua bộ hòa lưới (Inverter ), có chức năng đổi từ điện DC – AC cùng pha cùng tần số với điện lưới, sau đó hệ thống sẽ hòa chung với điện lưới quốc gia. Hệ thống này không cần dùng ắc quy.

– Khi công suất hòa lưới bằng công suất tải thì tải tiêu thụ điện hoàn toàn từ pin mặt trời.

– Khi công suất tải tiêu thụ lớn hơn công suất hòa lưới thì tải sẽ lấy thêm lưới bù vào. Buổi tối sẽ dùng nguyên điện lưới nhà nước vì không có ánh nắng mặt trời.

Mô tả hoạt động của hệ thống:

* Đây là sự tích hợp của hai hệ thống thành một hệ thống liên hoàn bao gồm:

* Hệ thống Sản xuất điện năng từ Mặt trời thành điện 220VAC/50Hz bổ sung vào điện lưới (On grid).

* Hệ thống sản xuất điện năng từ Pin mặt trời và được lưu trữ vào hệ thống Ắc quy – Hệ thống biến đổi nguồn điện lưu trữ từ Ắc quy thành điện 220V AC/50Hz (Off grid).

* Khi khởi động hệ thống Ắc quy lưu trữ Battery Bank luôn được ưu tiên nạp điện từ Pin mặt trời cho đến khi đầy. Lúc này Grid-Tie Solar Inverter (GTSI) chưa làm việc.

* Khi Battery Bank được nạp đầy, bộ Inverter-Solar Charger (ISC) sẽ ngưng nạp và bộ GTSI sẽ hoạt động: Biến đổi điện DC từ Pin mặt trời thành điện AC 220V có điện áp, tần số – pha trùng với điện lưới và được hòa trực tiếp vào lưới điện – Việc bán điện sẽ được thông qua đồng hồ W1.

* Khi có điện lưới, điện năng cho tải thông thường và tải ưu tiên sẽ được cấp qua đồng hồ điện W2 (điện mua) – do ISC lúc này đang ở chế độ On grid.

* Khi mất điện lưới, ISC sẽ lấy điện DC từ Battery Bank và trực tiếp từ Pin mặt trời để biến đổi thành điện AC 220V cung cấp cho tải ưu tiên. Đồng thời GTSI sẽ ngưng làm việc.

* Như vậy, số tiền mà khách hàng thực trả định kỳ cho nhà đèn chỉ tương ứng với chỉ số tiêu thụ là W2-W1. Đó chính là hiệu quả mà hệ thống đem lại.

Tuy nhiên, quý khách vẫn có thể sử dụng từng hệ thống trên một cách độc lập tùy theo nhu cầu cụ thể. Hoặc là chỉ sử dụng điện trực tiếp từ Pin mặt trời và nạp Ắc quy dự phòng, hoặc là chỉ hòa vào lưới điện để bán điện (khi ở Việt Nam cho phép hòa vào lưới điện quốc gia như các nước khác). Với hệ thống chỉ hòa vào lưới điện thì sẽ không cần đầu tư cho bộ Ắc quy và một số thiết bị khác, khi đó chi phí đầu tư sẽ giảm xuống phân nửa.

Ưu nhược điểm của hệ thống hòa lưới so với hệ thống sử dụng máy phát điện độc lập.

Ưu điểm: Tiết kiệm được một phần lớn chi phí mua ắc quy và mua máy phát điện. Không sợ thiếu điện vì nếu không đủ điện dùng sẽ tự động lấy lưới điện của Nhà nước bù vào.

Nhược điểm: Vì chỉ ban ngày mới có nắng nên buổi tối sẽ không dùng được năng lượng mặt trời, mà phải dùng hoàn toàn điện lưới của Nhà nước. Ngoài ra, trong thời gian sử dụng, nếu điện lưới Nhà nước mất thì điện năng lượng mặt trời cũng sẽ không sử dụng được.

Leave a comment