Hệ thống điện mặt trời tương tác lưới là sự kết hợp của 2 loại hình hòa lưới và lưu trữ. Hệ thống thường được sử dụng cho những nơi không có điện lưới, trạm viễn thống, bệnh viện…
Điện mặt trời tương tác lưới là gì ?
Hệ thống điện mặt trời tương tác lưới là hệ thống điện mặt trời nối với lưới điện và dự phòng sự cố. Thiết kế này kết hợp hệ thống điện mặt trời nối với lưới điện và dãy các acquy lưu trữ.
Cũng như hệ thống nối với lưới điện, bạn sử dụng điện năng từ các panel mặt trời khi trời nắng và bán điện dư cho công ty điện lực. Nhưng khác với hệ thống nối vào lưới điện, dãy acquy sẽ cung cấp điện ngay khi điện lưới bị cắt đột ngột, do đó hệ thống của bạn sẽ liên tục có điện. Nói chung, bạn sẽ thiết lập “các mạch bảo vệ” trong ngôi nhà của mình, liên tục nhận điện năng trong khi điện lưới bị sự cố. Điều này bảo đảm duy trì công suất điện cơ bản cung cấp cho đèn chiếu sáng, máy tính… trong khi công suất dự phòng không bị lãng phí cho các nhu cầu không thiết yếu, chẳng hạn tivi, máy điều hòa không khí..
Đặc điểm của hệ thống tương tác lưới
Ưu điểm:
Phù hợp với những nơi thường xuyên mất điện. Những hệ thống chạy 24/24 (trạm viễn thông, bệnh viện, máy chủ dữ liệu…).
Nhược điểm:
Giá thành cao (vì phải kết hợp cả 02 phương án hòa lưới và lưu trữ). Tuổi thọ bình ắc quy thấp sẽ cần thay thế theo chu kỳ.
Nguyên lý hoạt động
Hấp thụ ánh sáng và chuyển hóa thành dòng điện DC
Tấm pin năng lượng mặt trời (PV) nhận bức xạ mặt trời và chuyển hóa thành dòng điện một chiều (DC). Dòng điện DC này sẽ được tối ưu hóa hiệu suất sạc vào ắc quy thông qua bộ sạc với công nghệ sạc MPPT (Maximum Power Point Tracking). Với bộ sạc này sẽ đảm bảo nguồn năng lượng được tạo ra từ hệ PV sẽ được sạc vào ắc quy ở chế độ tốt nhất (hiệu suất sạc cao, chế độ ngưng sạc khi ắc quy đầy, chế độ bảo vệ ắc quy …).
Lưu trữ điện vào ắc quy
Hệ thống ắc quy sẽ lưu trữ điện năng DC từ hệ thống PV. Từ đó, cung cấp năng lượng cho toàn bộ hệ thống tải quan trọng sử dụng trong trường hợp lưới điện mất.
Hoạt động vào ban ngày
Vào ban ngày khi trời nắng tốt, inverter sẽ chuyển hóa nguồn năng lượng DC tạo ra từ pin mặt trời thành điện AC cung cấp cho phụ tải quan trọng. Khi phụ tải quan trọng không sử dụng hết thì inverter sẽ tự động cung cấp cho các phụ tải không quan trọng khác hoặc bán trở lại lưới điện.
Hoạt động khi mất điện lưới
Khi lưới bị mất điện, nguồn điện DC dự trữ từ ắc quy sẽ ngay lập tức được inverter chuyển hóa thành điện AC cung cấp cho phụ tải quan trọng và không gây gián đoạn điện làm tải ngừng hoạt động.
Thiết kế hệ thống điện mặt trời tương tác lưới
- Xác định dung lượng tải sử dụng
- Lựa chọn acquy cung cấp cho hệ thống
- Lựa chọn pin năng lượng mặt trời phù hợp
- Lựa chọn bộ sạc chuẩn cho hệ thống
- Lựa chọn Inverter Hybrid / Off – Grid
Xác định dung lượng tải sử dụng
Tải tiêu thụ đồng nghĩa với tất cả thiết bị điện. Từ sạc điện thoại, điều hòa, bơm nước, bóng đèn và nhiều thứ khác. Để xác định lượng điện năng tiêu thụ hàng ngày của ta sử dụng công thức:
Điện năng (Wh) = (W x h x số ngày sử dụng) / 7.
Trong đó:
- W là công suất tổng
- h là thời gian sử dụng mỗi ngày
- 7 là số ngày trong tuần
Các bạn có thể lập bảng tính để tiết kiệm thời gian như ví dụ sau:
Nếu dự án của bạn nhiều thiết bị hơn hãy liệt kê chi tiết vào bảng tính. Bạn sẽ rất nhanh tróng tính ra lượng điện năng tiêu thụ làm cơ sở để thiết kế hệ thống.
Lựa chọn dung lượng acquy cho hệ tương tác lưới
Các yếu tố sau đây ảnh hưởng đến dung lượng acquy mà bạn đang cần xác định:
1. Hiệu suất của Inverter
Hầu hết Inverter cho hệ thống điện mặt trời lưu trữ có hiệu suất khoảng 90%.
2. Số ngày tự dùng
Là số ngày hệ thống không cần sạc lại giàn ác quy hay sử dụng máy phát điện dự phòng. Số ngày càng lớn lượng acquy sẽ càng nhiều. Chi phí đầu tư và bảo trì cung từ đó tăng cao theo lượng acquy. Dự án điện mặt trời tương tác lưới cần ít nhất 1 ngày tự dùng.
3. Nhiệt độ và điện áp hoạt động của giàn acquy
Nhà sản xuất acquy cho biết ảnh hưởng của nhiệt độ lên acquy. Bạn có thể xem số liệu trong catolog và sử dụng hệ số suy giảm nhiệt độ để tính toán.
Độ xả sâu (DOD) yếu tố quyết định tuổi thọ của acquy
Giá trị DOD càng cao, lượng điện năng xả ra từ acquy cung cao tương ứng. DOD càng nhỏ thì số chu kỳ càng lớn, acquy sẽ sử dụng được lâu hơn.
Ví dụ: Một acquy có dung lượng 400Ah, vòng đời khoảng 3.200 chu kỳ sả – xạc khi DOD bằng 50%. Số chu kỳ này giảm suống còn khoảng 2.100 khi DOD là 80%.
Tóm lại, bạn càng xả sâu acquy thì tuổi thọ của nó sẽ cang thấp. Mức an toàn à không nên để DOD vượt quá 80%.
Xác định dung lượng giàn acquy cho hệ thống
Bước 1. Xác định mức tiêu thụ điện trung bình hàng ngày.
Giả sử một ngày gia đình tiêu thụ 5780 Wh tương ứng 5,78 Kwh điện.
Bước 2. Chia giá trị bước cho hệ số hiệu suất của inverter.
5.78 Kwh ÷ 0.9 = 6.42 Kwh
Bước 3. Nhân giá trị bước 2 với số ngày tự cấp mong muốn
Giả sử ta muốn có 3 ngày tự cấp: 6.42 Kwh x 3 ngày = 19.62 Kwh
Bước 4. Chia giá trị bước 3 cho giá trị bù nhiệt độ nhà sản xuất cung cấp. Đa số giá trị ở 10oC là 0.9.
19.62 ÷ 0.9 = 21.8 Kwh
Bước 5. Chia giá trị bước 4 cho độ xả sâu cho phép. Giả sử ở đây là 75%.
21.8 ÷ 0.75 = 29.1 Kwh
Bước 6. Chia giá trị bước 5 cho giá trị điện áp danh định mong muốn của giàn acquy. Giả sử ở đây là 48 V.
29.1 ÷ 48 = 0.606 kAh hoặc 606 Ah
Như vậy bạn đã tính được dung lượng của giàn acquy cho gia đình sử dụng 5.78 Kwh điện là 606 AH.
Cách đấu nối giàn acquy
Khi bạn măc nối tiếp acquy, điện áp sẽ tăng trong khi dung lượng không đổi. Để tăng dung lượng bạn cần nối acquy song song với nhau. Nếu lắp 1 string acquy duy nhất thì khi 1 acquy hoặc 1 cell bị lỗi hỏng hệ thống sẽ dừng hoạt động cho đến khi phần hỏng được thay thế. Đó là lý do tại so nên chia giàn acquy làm 2 string song song. Nếu 1 string gặp sự cố, string còn lại vẫn giúp hệ thống hoạt động bình thường.
Để xác định số lượng acquy cần thiết trong 1 string, hãy chia điện áp của giàn acquy cho điện áp từng acquy riêng lẻ.
Từ ví dụ bên trên. Công suất giàn acquy cần thiết là 606 Ah ở 48 V. Bạn muốn chia acquy làm 2 string. Loại acquy bạn lựa chọn có thông số là 300 Ah hoặc 350 Ah / 6V. Để tạo thành giàn acquy 48 V thì số lượng acquy trong mỗi string sẽ là:
48V ÷ 6V = 8 Acquy cho mỗi string
Lựa chọn công suất giàn pin điện mặt trời hệ tương tác lưới
Nhiệm vụ của giàn pin trong hệ điện mặt trời tương tác lưới là sản xuất nhiều điện nhất có thể. Điện năng để cung cấp cho tải, lượng dư sạc cho acquy và đẩy lên lưới. Công suất của giàn pin được lựa chọn theo nhu cầu đầu tư, diện tích và lượng điện tiêu thụ.
Cách tính toán công suất giàn pin
Bước 1. Tính tổng điện năng cấp cho tải
Lấy giá trị trong ví dụ trước đó là 6.54 kWh (của cả DC tải và AC).
Bước 2. Nhân hiệu suất acquy và hiệu suất giàn pin.
Lấy hiệu suất acquy là 85% và của giàn pin là 75% ta được:
85% x 75% = 64%
Bước 3. Nhân giá trị từ bước 2 với TSRF (hệ số năng lượng mặt trời). Với điều kiện tối ưu giàn pin lấy TSRF bằng 1.
0.64 x 1 = 0.64
Bước 4. Chia tổng giá trị năng lượng bước 1 cho giá trị hiệu suất bước 3.
6.54 kWh ÷ 0.64 = 10.22 kWh
Bước 5. Chia giá trị bước 4 cho hệ số giờ nắng đỉnh. Lấy giá trị bằng 4.
10.22 ÷ 4 = 2.56 KW = 2560 W
Kết luận: Như vậy giàn pin có công suất 2.56 Kw phù hợp cho hệ điện mặt trời tương tác cho ví dụ trên.
