[Chi Tiết] Sơ đồ Năng Lượng Mặt Trời 3 Hệ Thống Phổ Biến Nhất

Bạn có bao giờ tự hỏi vì sao ánh sáng mặt trời có thể biến thành điện năng giúp thắp sáng đèn hay những thiết bị điện khắc không? Đó chính là “điện mặt trời”, một trong những nguồn năng lượng xanh, sạch và bền vững định hình tương lai năng lượng của chúng ta. Để tìm hiểu rõ hơn về nguồn năng lượng đầy tiềm năng này, chúng ta không thể bỏ qua việc tìm hiểu cấu tạo, nguyên lý hoạt động và đặc biệt là sơ đồ điện năng lượng mặt trời, giúp chúng ta hiểu các hệ thống hoạt động ,kết nối và mang lại điện năng như thế nào. Cùng DMT Solar tìm hiểu chi tiết trong bài viết này nhé!

Cấu tạo một hệ thống điện mặt trời cơ bản

Trước khi tìm hiểu sâu hơn về sơ đồ điện năng lượng mặt trời chúng ta cần nắm được các thành phần cấu tạo nên hệ thống và vai trò của mỗi bộ phận như thế nào. Cùng DMT Solar tìm hiểu những bộ phận không thể thiếu trong hệ thống điện mặt trời.

• Tấm pin năng lượng mặt trời (solar panel? PV modules): Đây được xem là “trái tim” của hệ thống, là nơi hấp thụ và chuyển đổi ánh nắng mặt trời thành điện năng (DC - một chiều). Hiện nay phố biển với tấm pin Polycrystalline và Mono. 
• Inverter (biến tần): Inverter giúp chuyển đổi dòng điện một chiều (DC) từ pin thành dòng điện (AC - điện xoay chiều được hầu hết gia đình, doanh nghiệp sử dụng phổ biến hiện nay).
• Hệ thống dây dẫn: Bào gồm các loại dây cáp điện chuyên dụng, chịu nhiệt, UV cùng một số thiết bị khác như aptomat (ngắt mạch), cầu chì, chống sét,.....Đóng vai trò cực kỳ quan trọng trong hệ thống, giúp hệ thống hoạt động trơn tru và đảm bảo an toàn cho hệ thống cũng như người sử dụng.
• Khung đỡ: Giúp đảm bảo các tấm pin được cố định chắc chắn và liên kết với nhau. Hệ thống thống thường được thiết kế tối ưu nhất để tấm pin có độ nghiêng nhất định giúp nhận được nhiều nắng cũng như chịu được mọi điều kiện thời tiết khắc nghiệt.
• Hệ thống lưu trữ (Ắc quy/ pin) - Tùy chọn: Không phải hệ thống nào cũng cần có, nhưng đây là một phần thiết yếu đối với những hệ thống có lưu trữ.

Sơ điện mặt trời ba mô hình hệ thống phổ biến nhất hiện nay

Sau khi nắm rõ được hệ thống điện mặt trời được cấu tạo từ những thành phần ở trên, để dễ hình dung cách chúng kết nối với nhau và vận hành ra sao? Chungs ta cùng tìm hiểu 3 sơ đồ điện mặt trời phổ biến nhất hiện nay: Hòa lưới (on-grid), độc lập (off-grid), hòa lưới có lưu trữ (hybrid)

1. Sơ đồ hệ thống điện năng lượng mặt trời hòa lưới (On-grid)

Ở Việt Nam hiện nay, mô hình này có chi phí đầu tư thấp nhưng mang lại hiệu quả kinh tế cao và được xem là hệ thống được nhiều dùng ưa chuộng và phổ biến nhất hiện nay, đặc biệt tài đô thị và các khu nhà xưởng.

Nguyên lý hoạt động

Hệ thống các tấm pin năng lượng chuyển đổi ánh sáng tạo ra dòng điện DC, được dẫn qua inverter chuyển thành dòng điện xoay chiều AC cung cấp cho tải tiêu thụ trong nhà, xưởng,....Nếu lượng điện mà hệ thống sản xuất ra nhiều hơn lượng điện mà tải tiêu thụ, khi này điện dư thừa sẽ đi qua công tơ điện hai chiều và được đẩy lên điện lưới quốc gia (tức là bán điện cho điện lực). Khi hệ thống sản xuất ra ít hơn (ngày mây mù, hay trời tối) tải tiêu thụ thì hệ thống sẽ tự động lấy điện từ lưới để bù đắp. 

Tại Việt Nam hiện nay, các dự án điện năng lượng mặt trời từ sau năm 2021, chính quyền chưa đưa ra chính sách mới về việc mua lại điện dư thừa từ hệ thống điện mặt trời của bạn.

Từ đó, hầu hết các hệ thống điện mặt trời hoà lưới hiện nay, inveter thường được tích hợp thêm tính năng "Zero Export" hoặc "bám tải". Bạn có thể hiểu đơn giản rằng, tính năng này sẽ hoạt động khi hệ thống tấm pin sắp sản xuất điện dư thừa và đẩy lên lười, inverter sẽ cắt giảm công suất của thống (giảm lượng điện từ tấm pin) giúp đảm bảo lượng điện tạo ra vừa đủ với tải tiêu thụ mà không bị đẩy ngược lên lưới.

Ưu điểm của hệ thống hòa lưới

• Chi phí đầu tư thấp: Tuỳ vào từng thời điểm mà giá vật tư của hệ thống sẽ khác nhau, nhưng giá lắp đặt điện mặt trời hoà lưới hiện nay khá dễ tiếp cận so với trước đây hay những loại hệ thống khác.
• Hiệu quả kinh tế cao: Không yêu cầu hệ thống lưu trữ như hệ thống độc lập, giúp giảm phần lớn chi phí đầu từ ban đầu khi lắp đặt điện mặt trời.
• Thời gian hoàn vốn nhanh: Mặc dù không thể bán được điện, nhưng khi lắp đặt hệ thống này bạn sẽ tiết kiệm được 5-70% chi phí hoá đơn tiền điện, từ đó bạn chỉ mất 3-5 năm là đã có thể hoàn vốn đầu tư ban đầu mà hệ thống này vẫn tiếp tục sản sinh ra điện cho bạn ít nhất thêm 5 năm nữa hoặc lâu hơn. Hệ thống này đặc biệt phù hợp cho những gia đình, nhà xương chủ yếu sử dụng điện vào ban ngày khi mà hệ thống sản xuất ra điện.
• Vận hành đơn giản: Qua phần nguyên lý ở trên bạn có thể nhận thấy hệ thống điện mặt trời hoà lưới hoạt động khá đơn giản (tấm pin chuyển thành điện DC - inverter chuyển đổi thành điện AC - các thiết bị sử dụng hoạt động) , từ đó ít hỏng hóc và bảo trì hơn. Đảm bảo tấm pin của bạn được vệ sinh định kỳ hệ thống sẽ hoạt động tốt nhất.

Nhược điểm của hệ thống hoà lưới

Không thể hoạt động khi không có nguồn điện lưới: Inverter của hệ thống hòa lưới sẽ được lập trình mặc định nhận biết khi mất điện (mất tần số, điện áp) sẽ ngừng sản xuất điện từ hệ thống để bảo vệ thiết bị và an toàn cho nhân viên sửa chữa điện (điện từ hệ thống truyền ngược lên lưới khi sửa điện).

2. Sơ đồ hệ thống điện mặt trời độc lập (Off-grid)

Hệ thống này thường được lắp đặt ở những nơi không có nguồn điện lưới, hoặc thường xuyên bị mất điện, vùng sâu vùng xa, hải đảo, hệ thống bơm nước tưới tiêu, nhà di động,...

Nguyên lý hoạt động

Hệ thống này hoạt động khá giống với hệ hòa lưới ở trên, ở hệ hòa lưới điện dư thừa sẽ được đẩy lên lưới thì ở hệ độc lập điện năng dư thừa sẽ được sạc vào pin lưu trữ, hệ thống ắc quy. Ban đêm hoặc khi trời không có nắng, inverter độc lập sẽ lấy điện DC từ pin lưu trữ sau đó chuyển thành dòng điện AC và cung cấp cho các thiết bị hoạt động.

Ưu điểm của hệ thống điện mặt trời độc lập

• Hoàn toàn tự chủ nguồn năng lượng: Đây là ưu điểm lớn nhất của hệ thống điện mặt trời độc lập, không phụ thuộc vào nguồn lưới điện, tự sản xuất, lưu trữ và cung cấp cho toàn bộ điện năng cho nhu cầu sử dụng.
• Khả năng ổn định cao: Là nguồn cung cấp ổn định cho các hoạt động quan trọng, không ảnh hưởng bởi sự cố điện lưới chung. 
• Tiết kiệm 100% hoá đơn tiền điện: Việc hệ thống chuyển đổi năng lượng, sử dụng tải ban ngày và lưu trữ dư thừa sử dụng ban đêm. Từ đó bạn không tiêu tốn thêm tiền cho hoá đơn tiền điện trong suốt vòng đời của hệ thống.
• Có thể lắp đặt ở bất cứ đâu: Có thể lắp đặt ở mọi nơi có đủ nắng, không phụ thuộc vào hạ tầng lưới điện như hệ thống hòa lưới.

Nhược điểm của điện năng lượng mặt trời độc lập

• Khoản đầu tư ban đầu cao: So với những hệ thống khác, chi phí đầu tư ban đầu cho điện mặt trời độc lập tương đối cao. Do bạn có thêm hệ thống lưu trữ đó là ắc quy, pin lưu trữ, bộ điều khiển sạc và biến tần độc lập (thường có giá cao hơn inverter hòa lưới).
• Hiệu suất sử dụng năng lượng: Vào thời điểm pin năng lượng mặt trời sản xuất nhiều điện năng, lượng điện dư thừa sau khi hệ thống cung cấp cho tải và nạp đầy cho pin sẽ không được sử dụng hay đẩy lên lưới gây lãng phí.
• Hệ thống phức tạp: Hệ thống cần được tính toán chính xác nhu cầu sử dụng điện, hiệu suất tấm pin, số giờ nắng, dung lượng pin lưu trữ,...tránh không đủ điện hay dư thừa quá nhiều. 
• Hệ thống lưu trữ cần được bảo trì: Dù hệ thống lưu trữ sử dụng pin hay ắc quy thì chúng đều có tuổi thọ giới hạn và cần được bảo trì hoặc thay thế định kì, đây cũng là một khoản chi phí tương đối lớn với hệ thống điện mặt trời.

3. Sơ đồ hệ thống điện mặt trời hoà lưới có lưu trữ (Hybrid)

Hệ thống hòa lưới lưu trữ hay hybrid là sự kết hợp hoàn hảo nhưng ưu điểm của hệ thống hòa lưới và độc lập. Hệ thống này gần như loại bỏ mọi nhược điểm của 2 hệ thống trên. Chúng cho phép người dùng vừa có thể sử dụng điện từ mặt trời, vừa có thể sử dụng điện lưới và lưu trữ năng lượng sử dụng khi cần.

Nguyên lý hoạt động

Chính vì là sự kết hợp của 2 hệ thống trên, nên hệ hybrid vẫn kết nối với điện lưới của hòa lưới và hệ thống lưu trữ của điện mặt trời độc lập. 

Tấm pin đóng vai trò chuyển đổi ánh sáng thành điện năng DC, truyền tải tới bộ biến tần đặc biệt (hybrid inverter). Điện mặt trời luôn được ưu tiên sử dụng cho các tải tiêu thụ trong nhà bạn trước tiên, sau đó phần điện năng dư thừa sẽ được nạp cho pin lưu trữ.

Khi pin lưu trữ đã được sạc đầy, phần điện dư thừa sẽ được đẩy lên lưới điện quốc gia như hệ thống hòa lưới (khi có chính sách), hoặc inverter sẽ điều chỉnh giảm công suất sản xuất (chức năng Zero Export) để tránh lãng phí hoặc đẩy ngược điện lên lưới gây thiệt hại.

Ưu điểm của hệ hybrid

• Tối ưu hoá và tự chủ nguồn điện: Tận dụng tối đa nguồn năng lượng từ mặt trời và luôn có nguồn điện sử dụng kể ngay cả khi nguồn điện lưới gặp vấn đề nhờ điện được lưu trữ trong pin hay ắc quy.
• Giảm gánh nặng lưới điện quốc gia: Với nguyên lý hoạt động như trên, bạn có thể thấy nguồn điện lưới gần như đã trở thành một nguồn năng lượng phụ, chỉ khi hệ thống năng lượng không tạo ra đủ điện hay nguồn lưu trữ hết mới sử dụng đến nguồn điện lưới.
• Tiết kiệm chi phí tiền điện: Với hệ thống này bạn vừa có thể đảm bảo luôn luôn có điện sử dụng mà hóa đơn tiền điện được giảm đáng kể do hạn chế sử dụng điện cả ngày lẫn đêm.

Nhược điểm điện mặt trời hybrid

• Chi phí đầu tư cao: Giá thành lắp đặt hệ thống này cao hơn đáng kể so với hoà lưới và độc lập, do cần có bộ biến tần Hybrid phức tạp và hệ thống lưu trữ đắt tiền.
• Thiết kế và lắp đặt phức tạp: Hệ thống hybrid yêu cầu tính toán kỹ lưỡng về công suất hệ thống cũng như am hiểu kiến thức chuyên môn sâu rộng.
• Cần được bảo trì: Cũng giống với hệ thống độc lập, pin lưu trữ hay ắc quy cần được bảo trì hay thay thế định kỳ để có thể đảm bảo hiệu suất tối đa của hệ thống.

Nguyên lý hoạt động chung của điện mặt trời

Dù là hệ thống điện năng lượng mặt trời độc lập, hybrid, hoà lưới, zero-export,...Cũng đều có chung nguyên lý hoạt động cơ bản theo tuần tự chung như sau: 

Các tấm pin năng lượng mặt trời hấp thụ ánh sáng mặt trời. Sau đó bên trong tấm pin xảy ra hiệu ứng quang điện, chuyển đổi quang năng thành điện một chiều (DC). Sau đó dòng điện dẫn đến bộ biến tần (inverter), chuyển đổi dòng điện DC thành dòng điện xoay chiều (AC) với điện áp và tần số phù hợp với mạng điện lưới dân dụng tại Việt Nam. Dòng điện xoay chiều (AC) sẽ được cung cấp trực tiếp cho các tải tiêu thụ điện trong nhà bạn hoặc nhà xưởng.

Phần nguồn điện dư thừa, với mỗi hệ thống sẽ có những cách sử dụng riêng mà DMT Solar đã nói đến trong phần sơ đồ điện mặt trời của những hệ phổ biến hiện nay.

Với những chia sẻ kiến thức chuyên sâu trên đẩy, DMT Solar hy vọng bạn đã có cái nhìn tổng quan và chi tiết hơn về sơ điện năng lượng mặt trời của từng loại hệ thống cũng những nguyên lý hoạt động chung của điện mặt trời. Nếu có bất cứ câu hỏi hay thắc mắc nào hãy liên hệ ngay để được giải đáp nhé!