Điện mặt trời hoạt động như thế nào? Từ ánh nắng đến điện sử dụng trong nhà
Điện mặt trời không chỉ là những tấm pin trên mái nhà. Để điện từ ánh nắng có thể sử dụng trong gia đình hoặc nhà xưởng, hệ thống còn cần bộ biến tần, thiết bị bảo vệ và cách đấu nối phù hợp. Bài viết dưới đây giải thích nguyên lý theo từng bước, đồng thời làm rõ những hiểu nhầm thường gặp.
Hình minh họa do Phúc Thịnh Solar biên soạn; không thay thế bản thiết kế kỹ thuật của một công trình cụ thể.
1. Tấm pin biến ánh sáng thành điện như thế nào?
Mỗi tấm pin quang điện (photovoltaic module, viết tắt PV) gồm nhiều tế bào quang điện làm từ vật liệu bán dẫn. Khi photon trong ánh sáng chiếu vào tế bào, năng lượng ánh sáng có thể tạo ra các hạt mang điện. Cấu trúc điện của tế bào giúp thu nhận dòng điện ở hai cực.
Điện tạo ra từ tấm pin là điện một chiều (DC). Lưu ý tấm pin phản ứng với ánh sáng, không cần nhiệt để tạo điện. Trời nắng nóng chưa chắc có hiệu quả tốt hơn một ngày trời mát nhưng bức xạ mạnh; nhiệt độ tế bào tăng thường làm giảm công suất thực tế.
Một hệ thống 10 tấm pin, mỗi tấm 650 Wp, có công suất danh định 6,5 kWp tại điều kiện thử nghiệm tiêu chuẩn (STC). Đây không phải mức công suất mà hệ thống đảm bảo phát liên tục suốt ngày.
2. Vai trò của inverter
Phần lớn thiết bị gia đình dùng điện xoay chiều (AC). Inverter chuyển điện DC từ tấm pin thành điện AC phù hợp với hệ thống điện. Inverter còn thực hiện nhiều chức năng như dò điểm công suất tối đa (MPPT), theo dõi điện áp/dòng điện và bảo vệ an toàn.
Không phải mọi inverter giống nhau:
Inverter hòa lưới: thường làm việc cùng điện lưới, ưu tiên điện mặt trời để giảm điện phải mua vào thời điểm có nắng.
Inverter hybrid: có thể phối hợp tấm pin, lưới điện và pin lưu trữ khi được cấu hình đúng.
Inverter độc lập: dùng cho hệ thống không phụ thuộc điện lưới, cần thiết kế nguồn phát và khả năng tích trữ phù hợp.
3. Điện tạo ra được dùng ở đâu?
Ở hệ thống hòa lưới thông dụng, điện mặt trời có thể cung cấp cho phụ tải đang hoạt động. Nếu tải sử dụng nhiều hơn công suất điện mặt trời, phần thiếu được lấy từ lưới. Nếu tạo ra nhiều hơn nhu cầu, điện dư có thể được hạn chế, lưu vào pin hoặc đưa lên lưới tùy cấu hình và điều kiện áp dụng.
Không nên mặc định điện dư được bán lên lưới. Cơ chế đấu nối và xử lý điện dư phải được kiểm tra theo quy định, hợp đồng và trạng thái đấu nối thực tế.
Ví dụ, gia đình đang sử dụng điều hòa, tủ lạnh, máy bơm và thiết bị văn phòng vào buổi trưa có thể tận dụng điện mặt trời trực tiếp tốt hơn một gia đình hầu như không có người ở nhà ban ngày.
4. Ban đêm và ngày nhiều mây thì sao?
Ban đêm, tấm pin không có nguồn sáng để phát điện đáng kể. Hệ thống không có pin lưu trữ vẫn có thể lấy điện từ lưới nếu lưới hoạt động bình thường.
Khi trời nhiều mây, tấm pin vẫn có thể tạo điện từ ánh sáng tán xạ nhưng công suất thường thấp hơn lúc nắng tốt. Bụi bẩn, bóng che, hướng và độ nghiêng, nhiệt độ tế bào, hiệu quả inverter đều tác động tới sản lượng.
Pin lưu trữ có chức năng tích trữ điện, không phải là một dạng tấm pin tạo điện. Khả năng dùng điện ban đêm phụ thuộc dung lượng khả dụng, hiệu suất, công suất xả và nhu cầu tải.
5. Tại sao mất điện lưới, hệ hòa lưới thông thường lại dừng?
Hệ hòa lưới thông dụng có chức năng chống đảo lưới. Khi lưới mất điện, inverter phải ngừng phát vào lưới để bảo vệ người bảo trì và bảo đảm an toàn hệ thống. Do đó, có tấm pin không đồng nghĩa với có điện khi mất lưới.
Muốn duy trì một số phụ tải quan trọng lúc mất điện, cần thiết kế nhánh dự phòng với inverter và thiết bị chuyển mạch phù hợp. Không phải hybrid nào cũng mặc định cấp điện cho toàn bộ ngôi nhà khi mất lưới; kỹ sư phải tính cả công suất khởi động, nhánh tải ưu tiên và thời gian dự phòng.
6. Một hệ thống PV an toàn gồm những gì?
Ngoài tấm pin và inverter, thiết kế cần xét đến dây dẫn DC/AC, thiết bị đóng cắt, chống sét lan truyền, tiếp địa, kết cấu khung, thông gió, đường đi dây và phương án bảo trì. Các yêu cầu phụ thuộc quy mô công trình, tiêu chuẩn áp dụng và hướng dẫn của hãng.
Đặc biệt với nhà mái tôn hoặc mái cũ, khảo sát kết cấu và chống thấm là bước cần làm trước khi chốt số lượng tấm pin.
7. Lắp bao nhiêu kWp mới phù hợp?
Đừng chọn công suất chỉ từ số tiền điện một tháng. Cần xem tối thiểu bốn dữ liệu:
Sản lượng điện theo tháng từ hóa đơn.
Đồ thị hoặc ước lượng phụ tải theo giờ, đặc biệt ban ngày.
Diện tích hữu dụng và điều kiện mái, bóng che.
Có cần điện dự phòng và lưu trữ hay không.
Khi có thông tin đó, đơn vị thiết kế mới có cơ sở tính công suất phù hợp, ước lượng sản lượng và hiệu quả tài chính. Việc lắp nhiều hơn chưa chắc giúp hoàn vốn nhanh hơn nếu phần điện tăng thêm không được tự sử dụng hiệu quả.
Kết luận
Hệ thống điện mặt trời hoạt động theo chuỗi ánh sáng → tấm pin tạo DC → inverter tạo AC → thiết bị sử dụng điện. Với hybrid, pin lưu trữ là một thành phần bổ sung cho bài toán sử dụng điện theo thời gian và dự phòng.
Phúc Thịnh Solar khuyến khích khách hàng bắt đầu từ nhu cầu điện và điều kiện công trình, sau đó mới chọn công suất, inverter và cấu hình lưu trữ.
Nguồn tham khảo
Ảnh bìa minh họa từ Pexels; không phải công trình do Phúc Thịnh Solar thi công.
