Giàn Solar panel lắp trên Tòa nhà Viện Tài nguyên và Môi trường Đại học Quốc gia TP HCM

Tuy nhiên, với sự phát triển của khoa học kỹ thuật hiện đại, nhiều giải pháp, công nghệ năng lượng mới đã được phát triển, gióp phần quan trọng giảm tải áp lực phát triển của toàn ngành năng lượng và EVN. Hệ thống năng lượng mặt trời (NLMT) là một trong số đó.

Dòng điện của khoa học

Nói đến NLMT, đầu tiên phải kể đến pin mặt trời, nguồn điện năng vô tận và miễn phí hoàn toàn. Pin mặt trời được ghép nối từ nhiều tế bào quang điện, thiết bị bán dẫn chứa lượng lớn các diod p-n. Dưới ánh sáng mặt trời nó có khả năng tạo ra dòng điện, sự chuyển đổi này gọi là hiệu ứng quang điện. Tùy theo nhu cầu sử dụng, công suất thiết bị điện có thể ghép nối nhiều tấm pin thành hệ thống pin mặt trời. Pin NLMT có dạng đơn tinh thể (hiệu suất cao nhất) hoặc đa tinh thể (hiệu suất trung bình) hoặc màng mỏng (hiệu suất thấp nhất). Tùy loại pin có hiệu suất 15-18%, công suất 3-200Wp và có tuổi thọ trung bình khoảng 25-30 năm.

Hệ thống điện từ NLMT hoạt động theo nguyên lý sau: Từ hệ thống pin mặt trời, ánh sáng được biến đổi thành điện năng, tạo ra dòng điện một chiều (DC). Dòng điện này được truyền dẫn tới bộ điều khiển xạc NLMT. Đây là một thiết bị điện tử có chức năng điều khiển tự động quá trình nạp điện vào ắc-quy và phóng điện từ ắc-quy ra các thiết bị điện một chiều (DC). Trường hợp công suất hệ thống pin mặt trời và điện được tích trữ trong các ắc-quy đủ lớn, trong hệ thống sẽ có thêm bộ kích điện để biến đổi dòng điện một chiều (DC) thành dòng điện xoay chiều (AC) 220V, có thể sử dụng cho hầu hết các thiết bị điện gia đình (đèn, quạt, máy tính, TV…).

Hệ thống điện mặt trời có nhiều mô hình theo các công năng và yêu cầu của người cần đầu tư nên có thể chia làm 4 loại. Thứ nhất là hệ thống có khả năng cung cấp điện không có hệ ắc-quy lưu trữ, chỉ dùng khi có nắng và chạy với công suất nhỏ. Hệ thống này có ưu điểm là có thể tiết giảm lượng điện tiêu thụ cho các thiết bị điện mặc định như hệ thống đèn chiếu sáng, quạt máy, bình nước nóng, máy lọc nước… thích hợp cho các văn phòng, công ty.

Hệ thống thứ 2 có khả năng cung cấp điện với hệ ắc-quy lưu trữ để dùng khi không đủ năng lượng mặt trời. Hệ thống này sẽ cung cấp điện dự trữ trong một khoảng nhất định (tùy thuộc trữ lượng của hệ thống ác-quy) cho hệ thống điện của gia đình khi bị cắt điện lưới.

Loại thứ 3 có thể hòa lưới điện quốc gia, cung cấp điện lên lưới như 1 máy phát điện. Đây là hệ thống cung cấp điện cho gia đình một cách hoàn toàn tự động. Lượng điện tiêu thụ sẽ được điều chỉnh tăng, giảm theo nhu cầu của hệ thống điện gia đình khi kết hợp nguồn điện lưới và nguồn điện dự trữ do hệ thống pin mặt trời cung cấp.

Cuối cùng là hệ thống có thể hoạt động độc lập như 1 hệ thống cung cấp điện toàn diện cho nhu cầu sử dụng của gia đình. Tùy khả năng kinh tế của gia đình, văn phòng công sở có thể lựa chọn loại hệ thống NLMT để đầu tư đưa vào sử dụng một cách hợp lý với mức đầu tư từ 36 triệu đồng đến 200 triệu đồng.

Ích nước, lợi nhà

Hiện nay trên thị trường có nhiều Công ty nhận dịch vụ lắp đặt, cung cấp hệ thống điện NLMT, khách hàng nên lưu ý xuất xứ của thiết bị và chế độ bảo hành cho từng thiết bị (dao động 10-50 năm) để tránh tình trạng thiết bị kém chất lượng. Một hệ thống điện mặt trời có 5 thành phần cơ bản gồm tấm pin mặt trời, bộ điều khiển sạc mặt trời, bộ kích điện DC - AC, bộ chuyển mạch tự động và hệ thống ắc-quy. Pin mặt trời thường bảo hành 25-50 năm, các thiết bị còn lại bảo hành 5-10 năm.

Trong một ngày nắng, mặt trời cung cấp khoảng 1kW/m² đến mặt đất. Tùy thuộc hiệu suất của pin mặt trời (15-18%) sẽ cung cấp công suất và điện áp cho hệ thống bằng cách nối ghép các tấm pin mặt trời với nhau. Các tấm pin mặt trời được lắp đặt với nguyên tắc có thể hứng được ánh nắng tốt nhất từ mặt trời nên được thiết kế với những tính năng và chất liệu đặc biệt, có thể chịu đựng được sự khắc nghiệt của thời tiết, khí hậu, nhiệt độ…

Đi kèm hệ thống pin là bộ điều khiển sạc mặt trời (solar charger controller). Đây là thiết bị điều khiển việc sạc điện từ tấm pin NLMT cho ắc-quy, ổn áp cho dòng điện, bảo vệ cho ắc-quy chống nạp quá tải và xả quá sâu, đảm bảo và nâng cao tuổi thọ của bình ắc-quy. Thiết bị này còn giúp hệ thống pin mặt trời sử dụng hiệu quả và lâu dài. Bộ điều khiển còn cho biết tình trạng nạp điện của tấm pin mặt trời vào ắc-quy giúp cho người sử dụng kiểm soát được các phụ tải. Bộ điều khiển còn thực hiện việc bảo vệ nạp vượt điện thế hơn 13,8V hoặc điện thế thấp dưới 10,5V. Mạch bảo vệ của bộ điều khiển sẽ thực hiện việc ngắt mạch khi bộ điều khiển xác nhận bình ắc-quy đã được nạp đầy hoặc điện áp của tấm pin mặt trời quá thấp.

Thành phần quan trọng nhất của hệ thống NLMT là bộ kích điện. Đây là một thiết bị biến đổi điện áp một chiều (DC) của bình ắc-quy (12-24V - 48V hoặc lên đến 240V) thành điện áp xoay chiều (AC) có tần số phù hợp với lưới điện Việt Nam đang sử dụng là 220V, 50Hz. Bộ kích điện được thiết kế với nhiều loại công suất 300-10kVA có thể sử dụng cho từng thiết bị hay cả hệ thống điện trong gia đình. Thiết bị chuyển mạch tự động (option) dùng để chuyển mạch từ điện lưới và điện từ năng lượng mặt trời tùy trạng thái khi dùng phối hợp giữa hệ thống điện mặt trời với điện lưới.

Những hệ thống điện mặt trời thông minh có thể vừa cấp điện cho lưới sau khi đã nạp đầy ắc-quy hoặc chuyển sang sử dụng điện lưới khi điện mặt trời không đủ cung cấp. Đơn giản nhất có thể dùng loại cầu dao chuyển mạch thủ công hoặc muốn tự động hoàn toàn, phải dùng tủ điều khiển ATS. Ăc-quy (battery) là thiết bị lưu trữ điện để sử dụng vào ban đêm hoặc lúc trời ít hoặc không còn ánh nắng. Ăc-quy có nhiều loại như ắc quy nước axít, ắc-quy miễn bảo dưỡng MF, ắc-quy kín khí VRLA, ắc-quy khô (gel, cadimi, niken) với kích thước và dung lượng (tính bằng AH) hoàn toàn khác nhau, tùy thuộc vào công suất và đặc điểm của hệ thống pin mặt trời người sử dụng cần tư vấn và tính toán của chuyên gia để đầu tư thích hợp.

Anh Phương, Giám đốc Công ty Giải pháp Năng lượng Việt - một chuyên gia hàng đầu về ứng dụng công nghệ NLMT cho biết: “Đầu tư cho năng lượng mặt trời có thể làm từng bước tùy theo nhu cầu sử dụng điện năng của từng hộ gia đình. Một hệ thống đơn giản nhất chi phí gần 40 triệu đồng sẽ cung cấp 2kWh điện/ngày vào khoảng 1/5 nhu cầu điện của một hộ gia đình 5-8 người. Hệ thống này sẽ giảm ít nhất 1/5 lượng điện năng phụ trội (60kWh/300kWh điện) vào những tháng cao điểm tương đương giảm 1/3 chi phí tiền điện…”.

Theo tính toán của các chuyên gia NLMT, nếu một gia đình sử dụng trung bình 300 kWh điện/tháng nếu tài chính cho phép cần đầu tư một hệ thống điện NLMT khoảng 200 triệu đồng sẽ hoàn chỉnh một hệ thống tự cung cấp điện cho toàn bộ ngôi nhà. Sở hữu một nguồn điện sạch, vô tận và hoàn toàn chủ động đã thành hiện thực theo đúng phương trâm “ích nước, lợi nhà”.