Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hệ thống điện mặt trời

Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hệ thống điện mặt trời

Trên thế giới, rất nhiều gia đình, đơn vị đã chọn việc lắp đặt hệ thống năng lượng mặt trời. Động lực của họ là giảm chi phí dài hạn trong khi giảm thiểu được một lượng lớn khí thải carbon. Năng lượng mặt trời sạch, tái tạo và giá cả phải chăng rõ ràng đang là xu hướng năng lượng của tương lai, chúng được ứng dụng rộng rãi, nhanh chóng trên khắp Bắc Mỹ, Châu Âu, Trung Quốc và thậm chí cả Ấn Độ….Và ở Việt Nam đang dần ứng dụng công nghệ này.

Năng lượng mặt trời được cho là dạng năng lượng tái tạo sạch nhất, đáng tin cậy nhất hiện có và nó có thể được sử dụng dưới nhiều hình thức để giúp cung cấp thành năng lượng điện để sử dụng cho gia đình hoặc doanh nghiệp của bạn. Các tấm pin quang điện mặt trời (PV) chuyển đổi các ánh nắng mặt trời thành điện năng bằng các electron trong các tế bào silicon sử dụng các photon ánh sáng từ mặt trời. Điện này sau đó có thể được sử dụng để cung cấp năng lượng để sử dụng.

Theo Yale Environment 360, công suất năng lượng mặt trời được mở rộng thêm 29,3% trong năm 2017 và tăng trưởng dự kiến ​​sẽ tiếp tục trong những năm tới. Sự phát triển nhanh chóng này chủ yếu xuất phát từ những cải tiến về hiệu quả và chi phí ngày càng giảm xuống

Vì vậy, những gì cần thiết để tạo ra một hệ thống năng lượng mặt trời hiệu quả để sử dụng? Những thiết bị bạn cần? Bạn sẽ đầu tư và tiết kiệm được gì? Khi nào thì hòa vốn?

Một hệ thống năng lượng mặt trời là gì?

Các hệ thống gắn trên mái nhà hấp thụ và chuyển đổi các photon chứa năng lượng của ánh sáng mặt trời tự nhiên thành dạng điện năng có thể sử dụng, đây được gọi là hệ thống năng lượng mặt trời PV hoặc quang điện.

Lắp đặt tại nhà một hệ thống điện mặt trời chất lượng cao có thể giảm hoặc loại bỏ sự phụ thuộc vào lưới điện công cộng để cung cấp điện cho việc sinh hoạt hằng ngày như đèn, các thiết bị sử dụng điện, máy làm mát… Kết quả là bạn có một nguồn năng lượng sạch, có thể tái tạo, cần ít bảo trì và sẽ hoàn lại khoản đầu tư ban đầu chỉ sau vài năm.

Về lâu dài, một hệ sẽ đi kèm với bảo hành 25 năm, sẽ cung cấp vài chục năm sử dụng năng lượng miễn phí.

Các thành phần chính của một hệ thống là gì?

Các thành phần của hệ thống điện năng lượng mặt trời gia đình là:

1. Khung giá đỡ:

Trong hầu hết các hệ thống, các tấm pin mặt trời được đặt trên mái nhà. Một địa điểm lý tưởng sẽ không có bóng râm trên các tấm pin, đặc biệt là trong giờ nắng chính từ 9 giờ sáng đến 3 giờ chiếu; lắp đặt hướng về phía nam thường sẽ cung cấp tiềm năng tối ưu cho hệ thống của bạn. Cây cối hoặc các yếu tố khác tạo ra bóng râm che khuất các tấm pin trong ngày sẽ làm giảm đáng kể sản lượng điện. Trong một tấm pin, nếu chỉ cần một trong số 36 tế bào của nó bị che, sản lượng điện sẽ giảm hơn một nửa.

Không phải mọi mái nhà đều có hướng hoặc góc nghiêng chính xác để tận dụng năng lượng của mặt trời. Các hệ thống PV không theo dõi phải được nghiêng theo một góc để hấp thụ lượng năng lượng tối đa quanh năm, sử dụng để tối ưu hóa sản xuất năng lượng cho các thời điểm cụ thể trong ngày hoặc cho các mùa cụ thể trong năm.

2. Tấm pin:

Các tấm pin còn được gọi là mô-đun, chứa các tế bào quang điện được làm từ silicon, có vai trò biến đổi ánh sáng mặt trời thành điện thay vì nhiệt.

Các tế bào quang điện bao gồm một màng silicon dương và âm được đặt dưới một thủy tinh mỏng. Khi các photon của ánh sáng mặt trời chiếu xuống các tế bào này, chúng đánh bật các electron khỏi silicon. Các electron tự do tích điện âm được ưu tiên thu hút vào một phía của tế bào silicon, tạo ra một điện áp có thể được thu thập và chuyển đổi. Dòng điện này được tập hợp bằng cách nối pin mặt trời riêng lẻ lại với nhau để tạo thành một mảng quang điện mặt trời.

Tùy thuộc vào kích thước của quá trình lắp đặt, nhiều chuỗi cáp quang mặt trời chấm dứt trong một hộp điện, được gọi là bộ kết hợp hợp nhất. Chứa trong hộp là các cầu chì được thiết kế để bảo vệ các dây cáp mô-đun riêng lẻ, cũng như các kết nối cung cấp năng lượng cho biến tần. Điện được sản xuất ở giai đoạn này là DC (dòng điện trực tiếp) và phải được chuyển đổi thành AC (dòng điện xoay chiều) phù hợp để sử dụng trong nhà hoặc doanh nghiệp của bạn.

  • Hai loại pin phù hợp nhất cho việc lắp đặt năng lượng mặt trời là đơn tinh thể và đa tinh thể. Chúng được lắp đặt tương tự mặc dù pin mono hiệu quả hơn và đắt hơn một chút so với pin Poly
  • Số lượng và vị trí của các tấm pin mặt trời phụ thuộc vào yêu cầu năng lượng điện sử dụng, diện tích bề mặt mái có thể sử dụng, khí hậu và ánh sáng mặt trời ở vị trí của bạn, từ đó đánh giá hiệu quả của các tấm pin mặt trời
  • Một đơn vị lắp đặt năng lượng mặt trời chuyên nghiệp có thể giúp tính toán số lượng tấm pin mặt trời để tạo ra hệ thống hiệu quả nhất về chi phí

3. Inverter (biến tần):

Biến tần thường được đặt ở vị trí dễ tiếp cận, gần với các mô-đun. Trong một ứng dụng, biến tần thường được gắn vào bên ngoài của ngôi nhà gần bảng điện chính hoặc bảng phụ. Vì các bộ biến tần có thể tạo ra một ít tiếng ồn, vì vậy nên được xem xét khi chọn vị trí.

Biến tần biến điện một chiều được tạo ra bởi các tấm pin thành điện áp xoay chiều 120 volt có thể được sử dụng ngay lập tức bằng cách kết nối trực tiếp biến tần với bộ ngắt mạch chuyên dụng trong bảng điện.

Biến tần, đồng hồ sản xuất điện và đồng hồ điện lưới được kết nối để năng lượng được tạo ra trước tiên sẽ được tiêu thụ bởi các tải điện hiện đang hoạt động. Sự cân bằng năng lượng được tạo ra bởi hệ thống đi qua bảng điện và ra trên lưới điện. Bất cứ khi nào hệ thống sản xuất nhiều điện hơn mức tiêu thụ thì ngay lập tức đồng hồ điện của bạn sẽ quay ngược!

Biến tần có ba loại:

  • Biến tần chuỗi hoặc tập trung: ít tốn kém nhất, nhưng có thể không hiệu quả.
  • Bộ biến đổi vi mô: đắt tiền hơn, được gắn vào mỗi bảng điều khiển năng lượng mặt trời cho phép hoạt động trơn tru ngay cả khi một số bảng được tô bóng.
  • Tối ưu hóa điện: được cài đặt trong mỗi bảng, các DC trực tiếp này đến một biến tần trung tâm để chuyển đổi sang AC. Ít tốn kém hơn các bộ biến đổi vi mô, nhưng hơi nhiều hơn loại chuỗi.

4. Bộ điều khiển sạc:

Không có bộ điều khiển sạc, hệ của bạn thiếu sự ổn định. Bộ điều khiển sạc là một nhân tố quan trọng trong hệ của bạn, đảm bảo rằng hệ thống không bị quá tải.

5. Đồng hồ điện:

Hầu hết các tấm pin được kết nối với lưới điện. Điều này thường được gọi là một hệ thống hòa lưới. Ngay cả khi bạn có pin dự phòng, thì chúng vẫn gắn liền với lưới điện công cộng. Do đó, sử dụng đồng hồ tiện ích để đo và điều chỉnh năng lượng được thu thập bởi các tấm pin của bạn.

6. Thiết bị khác:

  • Hệ thống giám sát: Để xác minh hiệu suất của hệ thống PV của bạn, một hệ thống giám sát sẽ cho chủ nhà biết lượng điện được tạo ra mỗi giờ. Hệ có thể xác định các thay đổi hiệu suất tiềm năng.
  • Hệ thống lưu trữ: Pin có thể được cài đặt để lưu trữ năng lượng cho việc sử dụng sau này hoặc đơn giản là qua đêm. Ngoài ra, ở một số nơi cho phép năng lượng điện dư thừa (không sử dụng hết) sẽ được chuyển đến lưới điện để bán cho công ty điện.

Hệ thống sản xuất ra điện như thế nào?

Về cơ bản, có năm bước trong quy trình sản xuất năng lượng mặt trời, bắt đầu khi ánh sáng mặt trời chiếu vào các tấm pin và kết thúc bằng việc cung cấp năng lượng dư thừa trở lại lưới điện.

Đầu tiên, các tấm pin thu thập ánh sáng, được gọi là photon, giúp loại bỏ các electron khỏi vật chủ nguyên tử của chúng. Quá trình này là cách tạo ra dòng năng lượng trực tiếp.

Như đã đề cập trước đây, các gia đình và doanh nghiệp được cung cấp điện xoay chiều, thay vì DC điện. Luồng năng lượng được tạo ra bởi các tế bào của tấm pin được gửi đến biến tần, biến đổi DC thành dòng điện xoay chiều (AC) có thể sử dụng được.

Bước tiếp theo liên quan đến đồng hồ điện của bạn, thường được đặt ở bên ngoài nhà của bạn. Sau khi đo năng lượng được tạo ra bởi hệ thống, nó cung cấp năng lượng dư trở lại lưới điện.

Thật sự Công nghệ năng lượng mặt trời có vẻ giống như một phép thuật vậy. Thông qua những thông tin chia sẽ này thì bạn đã hiểu rõ hơn về chúng, các tấm pin hoạt động bằng cách chuyển đổi các photon thành năng lượng DC và sau đó thành năng lượng AC để tạo ra điện sinh hoạt.

Lắp đặt Hệ thống điện mặt trời có giá bao nhiêu?

Như đã đề cập, một vài yếu tố có thể được đánh giá để xác định hệ thống phù hợp với nhu cầu nào. Bạn cần biết rằng các thiết bị có thể không phải là thành phần đắt nhất vì việc cài đặt chuyên nghiệp đòi hỏi thời gian, đào tạo, chuyên môn và tài liệu. Ngoài ra, hãy nhớ rằng trong khi thời gian hoàn vốn thông thường có thể khoảng 6-7 năm, một số nhà sản xuất cung cấp bảo hành 25 năm. Hãy tính toán xem chi phí lắp đặt với chi phí ban đầu cộng với những khoản tiết kiệm dài hạn khi sử dụng để giúp bạn đưa ra quyết định.

Lợi ích của năng lượng mặt trời

Xem: bảng giá cáp năng lượng mặt trời Imatek