Điện mặt trời ngày nay được biết đến qua các ứng dụng hàng ngày. Từ những chiếc đèn năng lượng mặt trời đến các hệ thống điện mặt trời mái nhà. Vậy điện mặt trời là gì? Nguyên lý hoạt động và ứng dụng của năng lượng mặt trời như thế nào? Chúng ta cùng tìm hiểu qua bài viết dưới đây.

Các bạn quan tâm hoặc cần biết thêm các thông tin về cấu hình và giá thành các hệ thống điện mặt trời một cách nhanh nhất, hãy liên hệ trực tiếp hotline của MAG theo số điện thoại bên dưới:

Điện Mặt Trời Là Gì?

Điện mặt trời hay điện năng lượng mặt trời là sự biến đổi năng lượng ánh sáng mặt trời thành điện năng thông qua ứng dụng hiệu ứng quang điện. Nguồn điện ban đầu được tạo ra là dòng một chiều (DC) và có thể lưu trữ trong acquy. Chúng ta có thể sử dụng nguồn điện này cung cấp cho các thiết bị điện hoạt động.

Điện mặt trời là một phát minh rất hữu dụng. Sẽ không có hóa đơn tiền điện, không lệ thuộc vào công ty điện lực, và bạn sẽ có nguồn năng lượng miễn phí, hầu như bất tận và không ảnh hưởng xấu đến môi trường.Tuy nhiên, để thu được nguồn năng lượng mặt trời sử dụng bạn sẽ cần có công nghệ, tài chính cần thiết. Đối với các gia đình thì chi phí lắp điện mặt trời có lẽ sẽ là rào cản lớn nhất.

Nguyên lý hoạt động của điện mặt trời

Tấm pin năng lượng mặt trời (panel) tạo ra điện năng thông qua hiệu ứng quang điện. Hiện tượng này được phát hiện vào đầu Thế Kỷ XIX. Khi đó các nhà khoa học nhận thấy một số vật liệu tạo ra dòng điện khi tiếp xúc với ánh sáng.

Hai lớp vật liệu bán dẫn ghép với nhau để tạo ra hiệu ứng này. Một lớp bị thiếu điện tích âm, một lớp thiếu điện tích dương. Khi trời nắng, các lớp vật liệu này hấp thụ photon, kích thích các electron, làm cho một số hạt electron “nhảy” từ lớp này sang lớp kia, tạo ra điện tích.

Tế Bào Quang Điện

Vật liệu bán dẫn được dùng để chế tạo tế bào quang điện là Si, được cắt thành các tấm rất mỏng. Một số tấm silic được hợp kim hóa với nguyên tố thích hợp để tạo ra sự không cân bằng electron trong các tấm này. Sau đó, các tấm được xếp với nhau để tạo thành tế bào. Các dải kim loại lắp vào tế bào để dẫn dòng điện.

Khi photon đi đến tế bào quang điện, sẽ xảy ra một trong ba khả năng: photon được tế bào hấp thụ, photon bị phản xạ ra xa, hoặc đi qua tế bào. Khi Si hấp thụ photon, dòng điện được tạo ra. Càng nhiều photon (cường độ ánh sáng càng mạnh) được tế bào hấp thụ, cường độ dòng điện càng lớn.

Tế bào quang điện tạo ra điện năng nhiều vào các ngày nắng, nhưng cũng có thể tạo ra điện năng vào ngày nhiều mây. Một số hệ thống thậm chí còn có thể tạo ra dòng điện nhỏ vào đêm trăng sáng. Các tế bào quang điện riêng rẽ tạo ra điện năng tương đối nhỏ. Để có công suất điện đủ mạnh, cần nối các tế bào này với nhau, tạo thành các module, còn được gọi là panel mặt trời hay các tấm pin năng lượng. Nhưng thuật ngữ chính xác, về mặt khoa học, là module quang điện.

Ứng dụng của điện mặt trời

Từ khi biết đến điện mặt trời, con người đã không ngừng cải tiến, nghiên cứu tìm cách sử dụng nguồn năng lượng này. Hiên nay, công nghệ đã có sự tiến bộ đưa điện mặt trời gần hơn với cuộc sống.

Một số ứng dụng nổi bật phải kể đến như:

• Sử dụng cho vệ tinh nhân tạo và tàu vũ trụ.
• Các hệ thống phát điện mặt trời cho gia đình, doanh nghiệp.
• Tạo nguồn năng lượng cho các thiết bị hoạt động (xe, tàu, máy bán hàng tự động, đèn thắp sáng, quạt..).

Các loại hệ thống điện năng lượng mặt trời

Hệ thống điện năng lượng mặt trời là tập hợp một loạt các thiết bị và linh kiện. Chúng có thể tạo ra điện từ ánh sáng, biến đổi thành dòng điện xoay chiều. Từ đó, cung cấp cho các thiết bị điện sử dụng hoặc phát lên lưới điện.

Hiện nay có 4 cấu hình hệ thống điện mặt trời phổ biến nhất:

Hệ thống độc lập (ngoài lưới điện)

Hệ thống Điện mặt trời độc lập là hệ thống có khả năng hoạt động không cần phụ trợ từ điện lưới. Hệ thống tạo ra dòng điện một chiều rồi lưu trữ vào trong acquy. Khi sử dụng, bộ điều khiển chuyển dòng điện từ acquy sang dòng AC để cung cấp cho thiết bị. Đây là hệ thống lâu đời nhất và hoạc động động lập không phụ thuộc vào điện lưới. Các hệ thống điện độc lập ngày nay thường có quy mô nhỏ và có thêm hỗ trợ từ máy phát điện bổ sung thêm thiếu hụt.

Hệ thống dạng này có ưu điểm chủ động về nguồn phát điện tuy nhiên chi phí khá cao. Các hệ thống quy mô nhỏ thường chỉ đáp ứng được một phần điện năng tiêu thụ cho thiết bị. Ngoài ra, hệ thống acquy lưu trữ cũng cần thường xuyên bảo trì và thay thế.

Hệ Thống Điện Mặt Trời Nối Với Lưới Điện

Hệ thống điện mặt trời nối với lưới điện còn gọi là hệ thống hòa lưới. Chúng không sử dụng hệ lưu trữ mà dùng điện tạo ra cung cấp luôn cho các thiết bị hoạt động vào ban ngày. Đây thuộc loại cấu hình điện mặt trời đơn giản và dễ sử dụng nhất thời điểm hiện tại.

Nguyên lý hoạt động:

Các trường hợp hoạt động của hệ thống nối lưới:

• Khi công suất điện tạo ra = tải tiêu thụ: Tải tiêu thụ hết.
• Khi công suất điện tạo ra > tải tiêu thụ: Tải tiêu thụ một phần, lượng điện dư sẽ được đẩy ngược lên lưới điện và được đo đếm bằng công tơ điện 02 chiều.
• Khi công suất điện tạo ra < tải tiêu thụ; Điện năng lượng mặt trời tạo ra được ưu tiên sử dụng cho tải tiêu thụ. Lượng điện thiếu hụt sẽ được điện lưới cung cấp để đảm bảo công suất tải tiêu thụ luôn hoạt động bình thường.
• Ban đêm – khi không tạo ra điện: Tải tiêu thụ lấy trực tiếp từ điện lưới để sử dụng.

Hệ thống nối với lưới điện kết hợp dự phòng

Hệ thống nối với lưới điện kết hợp dự phòng còn gọi là hệ thống điện mặt trời tương tác lưới. Đây là một sự kết hợp giữa 2 chức năng lưu trữ điện đồng thời sử dụng điện lưới khi thiếu hụt. Hệ tương tác lưới có các bộ phận tương tự hệ độc lập nhưng khác về bộ điều khiển và bộ nối lưới.

Ưu điểm của hệ tương tác lưới là bạn vừa có thể lưu trữ điện vừa có thể đầy điện dư lên lưới điện để bán lại. Tất nhiên, giá bán điện phụ thuộc vào công ty điện lực và quy định của chính phủ. Hệ tương tác tuy có nhiều ưu điểm nhưng vẫn hạn chế vì giá lắp đặt quá tốn kém.

Hệ thống bổ sung điện lưới

Hệ bổ sung điện lưới có chút khác biệt ở nguyên lý hoạt động so với hệ tương tác. Hệ này có thể lấy điện từ lưới nạp vào acquy và bổ sung khi thiếu nhưng không cho phép phát điện mặt trời lên lưới. Điều này quyết định bởi chức năng của bộ điều khiển hệ thống.

Các bộ phận trong hệ thống điện mặt trời

Các bộ phận dùng chung cho mọi hệ thống gồm có:

• Tấm pin năng lượng mặt trời
• Khung giá lắp tấm pin
• Dây dẫn điện DC và AC
• Các công tắc cô lập (cầu chì, cầu dao)
• Bảo vệ sự cố chạm mát

Các bộ phận trong hệ thống nối với lưới điện:

Ngoài các thiết bị chung kể trên hệ thống hòa lưới còn có:

• Hệ thống chống sét
• Thiết bị nối lưới
• Inverter nối lưới

Các bộ phận trong hệ thống điện mặt trời độc lập:

Thiết bị bổ sung gồm có:

• Hệ thống acquy lưu trữ
• Inverter độc lập, có chức năng sạc và xả điện cho acquy.

Các bộ phận cho hệ tương tác lưới:

• Inverter tương tác có chức năng xả, sạc và phát điện lên lưới
• Thiết bị nối lưới
• Hệ thống chống sét

Thiết bị cho hệ bổ sung lưới nói chung giống với hệ tương tác. Điểm khác nhau là ở chức năng của inverter không cho phép phát điện lên lưới nhưng cho phép sạc acquy từ điện lưới.

Các bước cơ bản để lắp hệ thống điện mặt trời

Việc lắp đặt hệ thống điện mặt trời đã có đội ngũ kỹ thuật tiến hành. Tuy nhiên nếu bạn nắm được quy trình và những yêu cầu về lắp điện mặt trời dưới đây sẽ giúp bạn kiểm tra và đánh giá được chất lượng. Các bước được tiến hành lần lượt như sau:

Bước 1: Chuẩn bị dụng cụ
Ngoài các dụng cụ cầm tay thông dụng như tô vít, kìm, búa, kéo, cưa, băng keo…Bạn cần có bút kiểm tra hở mạch, đồng hồ vạn năng VOM, hoặc Volt kế. Một số dụng cụ hoặc vật liệu bổ sung:
– Dây thít hoặc kẹp để cố định dây điện.
– Bột hoặc sáp làm sạch để làm sạch bề mặt tấm pin mặt trời.
– Keo làm kín các mối điện, ngăn hơi nước xâm nhập, tăng bền và làm đẹp cho mối nối.

Bước 2: Chuẩn bị địa điểm
– Bạn cần chuẩn bị nền móng trước khi lắp đặt nếu lắp đặt trên mặt đất. Nếu lắp trên mái nhà cần gia cố, tăng độ bền cho mái, chuẩn bị khung đỡ nếu cần.

Bước 3: Kiểm tra các tấm pin năng lượng mặt trời
– Kiểm tra xem mặt kính có bị sứt mẻ gì không. Dùng đồng hồ vạn năng đo điện áp DC của tấm pin. Lưu ý, các tấm pin khi đo hở mạch có điện áp cao hơn nhiều khi kết nối trong mạch kín.
– Sử dụng bột sáp hoặc dung dịch thích hợp làm sạch mặt kính. Các hợp chất này giúp nước mưa, bụi bẩn không bị bám lại trên bề mặt gây ảnh hưởng tới hiệu suất.

Bước 4: Lắp đặt và kết nối tấm pin
– Lắp thanh gá.
– Cố định tấm pin.
– Kết nối dây dẫn giữ tấm pin và bộ điều khiển.

Tư vấn điện mặt trời