Điện mặt trời là gì?

Điện mặt trời là gì?
5 (100%) 4 votes

ĐIỆN MẶT TRỜI LÀ GÌ ?

Các mô-đun quang điện (Photo Voltaic) tạo ra điện từ ánh sáng mặt trời, hiệu quả và độ bền cao do không có bộ phận chuyển động, có thể chạy các thiết bị điện, sạc pin hoặc cung cấp năng lượng cho lưới điện.

Chỉ cần 4 năm chúng ta có thể lấy lại vốn khi hòa lưới điện mặt trời

Chỉ cần 4 năm chúng ta có thể lấy lại vốn khi hòa lưới điện mặt trời

PV Array là bộ thu năng lượng – máy phát điện mặt trời thông qua hiệu ứng quang điện. Được phát hiện vào năm 1839 bởi nhà vật lý người Pháp Alexandre-Edmund Becquerel, hiệu ứng quang điện mô tả cách thức mà các tế bào PV tạo ra điện từ năng lượng nằm trong các photon của ánh sáng mặt trời. Khi ánh sáng mặt trời chiếu vào một tế bào PV, tế bào hấp thụ một số photon và năng lượng của photon được chuyển thành một electron trong vật liệu bán dẫn. Với năng lượng từ photon, electron có thể thoát ly ra khỏi vị trí thông thường của nó trong nguyên tử bán dẫn để trở thành một phần của dòng điện trong mạch điện.

Hầu hết các tế bào PV thuộc một trong hai loại cơ bản là Silicon tinh thể hoặc màng mỏng (thin film). Các Mô-đun Silicon tinh thể có thể được tạo thành từ Silicon đơn tinh thể, đa tinh thể hoặc băng Silicon. Thin-film là một thuật ngữ bao gồm một loạt các công nghệ khác nhau, gồm Silicon vô định hình và một loạt các biến thể sử dụng các chất bán dẫn khác như Cadmium telluride hoặc CIGS (Đồng Indium Gallium diselenide). Mặc dù công nghệ màng mỏng đang được nghiên cứu và phát triển mạnh mẽ, các mô-đun tinh thể hiện vẫn chiếm hơn 80% thị trường.

Để sử dụng năng lượng từ PV Array, cần có các bộ phận phụ trợ khác như bộ biến tần, bộ điều khiển sạc và pin lưu trữ, tạo nên hệ thống điện mặt trời. Các loại hệ thống điện mặt trời bao gồm:

HỆ THỐNG PV TRỰC TIẾP (DIRECT PV SYSTEM)

Đây là cấu hình đơn giản nhất của hệ thống năng lượng mặt trời, với các thành phần tối thiểu (về cơ bản là PV và tải). Do không có pin lưu trữ và không được nối với lưới điện, hệ thống chỉ cung cấp năng lượng khi có quang năng. Hệ thống nầy chỉ thích hợp cho một vài ứng dụng chọn lọc như bơm nước và thông gió – khi mặt trời chiếu sáng thì quạt hoặc bơm mới chạy.

HỆ THỐNG PV ĐỘC LẬP (OFF-GRID PV SYSTEM)

Mặc dù thường phổ biến ở những nơi xa xôi không có điện lưới, các hệ thống độc lập có thể hoạt động ở bất cứ đâu. Các hệ thống này hoạt động độc lập với lưới điện để cung cấp điện cho hộ gia đình. Các hệ thống này yêu cầu phải có pin lưu trữ năng lượng điện mặt trời để sử dụng vào ban đêm hoặc lúc trời có nhiều mây vào ban ngày, bộ điều khiển sạc để bảo vệ nạp xả pin, biến tần để chuyển đổi công suất từ DC sang AC để sử dụng các thiết bị gia dụng AC, thiết bị đóng cắt bảo vệ an toàn điện liên quan.

HỆ THỐNG PV HOÀ LƯỚI CÓ DỰ TRỮ (GRID-TIED WITH BACKUP PV SYSTEM)

Hệ thống này giống với một hệ thống độc lập trong thiết kế các thành phần, nhưng bổ sung thêm phần hòa lưới điện, làm giảm nhu cầu cho hệ thống Solar khi cung cấp năng lượng cho tất cả phụ tải cùng lúc.

HỆ THỐNG PV HOÀ LƯỚI KHÔNG ACCU LƯU TRỮ (BATTERYLESS GRID-TIED PV SYSTEM)

Đây là hệ thống PV phổ biến nhất hiện nay còn được gọi là hệ thống On-grid. Hệ thống thu năng lượng mặt trời và hoà trực tiếp vào lưới điện, cung cấp năng lượng cho việc sử dụng điện của hộ dân dụng hoặc của doanh nghiệp. Các thành phần của hệ thống bao gồm PV, biến tần và thiết bị bảo vệ an toàn điện yêu cầu (cầu chì / cầu dao / giám sát). Điện cung cấp từ hệ thống điện mặt trời hoà lưới không khác gì so với điện lưới. Nhược điểm của các hệ thống batteryless này là chúng không cung cấp năng lượng khi mất điện lưới – khi lưới điện lưới không hoạt động, các hệ thống này không thể hoạt động được.)

* Vì sao sử dụng điện năng lượng mặt trời?

Cần có cái nhìn vĩ mô khi xem xét đánh giá chi phí năng lượng. Các loại nhiên liệu hoá thạch truyền thống đã và đang có tác động tiêu cực đến môi trường, kinh tế và xã hội. Chi phí xử lý các chất gây ô nhiễm (khí, chất rắn và chất lỏng) xuất phát từ việc khai thác, chế biến và vận chuyển nhiên liệu hóa thạch tác động đến sức khỏe cộng đồng và môi trường của chúng ta ngày càng tích lũy tăng dần. Điện sản xuất ra từ than đá và khí đốt sẽ không bao giờ đối trọng được với năng lượng và nguồn lực để tạo ra và xử lý hậu quả tiêu cực của nó. Không giống như các nguồn năng lượng truyền thống, các hệ thống PV tiếp tục sản xuất điện sạch trong nhiều thập kỷ sau khi đạt được điểm hoàn vốn năng lượng trong vòng 5 năm hoặc ít hơn – đây thực sự là sự kỳ diệu của công nghệ PV.

Điện lưới được trả tiền sau khi bạn sử dụng, với các khoản thanh toán kéo dài mãi mãi. Ngược lại, phần lớn các chi phí hệ thống PV được thanh toán tại thời điểm hệ thống được lắp đặt và sau đó năng lượng cơ bản là miễn phí. Tuỳ theo các điều kiện kinh tế cụ thể, tỷ lệ hoàn vốn của hệ thống PV phụ thuộc vào ba yếu tố – nguồn năng lượng mặt trời – giá điện – các chính sách ưu đãi của chính phủ. Lạm phát cũng như giá điện tăng hàng năm sẽ làm cho hệ thống sử dụng năng lượng tái tạo (Renwable Energy) hoàn vốn nhanh hơn. Dữ liệu từ báo cáo của Viện Điện Edison cho thấy từ năm 1929 đến năm 2005, mức tăng giá điện bình quân hàng năm là 2,94% / năm. Và theo Dự báo năng lượng ngắn hạn tháng 6 năm 2008 của Cơ quan Thông tin Năng lượng, tỷ lệ tăng giá điện được dự báo trung bình 3,7% trong năm 2008 và 3,6% trong năm 2009.

Độc lập về năng lượng là yếu tố chính trong các lý do muốn có một hệ thống PV Off-Grid nơi có sẵn lưới điện. Các hệ thống điện độc lập không phải tuân theo các điều khoản hoặc chính sách của cơ quan điện lực địa phương, không lệ thuộc vào việc mất điện của lưới khu vực. Với vùng sâu vùng xa và hải đảo, có thể thấy rõ ràng đầu tư hệ thống Off-Grid ít tốn kém hơn đầu tư đường dây kết nối với điện lưới.

Khi cân nhắc các lựa chọn năng lượng (giữa lưới điện và năng lượng mặt trời, gió hoặc nguồn thủy điện), rõ ràng năng lượng mặt trời là một dạng năng lượng rất phổ cập bởi vì mặt trời tỏa sáng ở khắp mọi nơi, tiềm năng sử dụng năng lượng mặt trời có sẵn cho tất cả mọi người. Ngoài ra, khi so sánh với máy phát điện (nhiên liệu rắn, lỏng, khí, hoặc thậm chí gió hoặc thủy điện) hệ thống PV không có bộ phận chuyển động nên chúng cực kỳ đáng tin cậy và yêu cầu bảo dưỡng rất ít.

* Đầu tư hệ thống điện năng lượng mặt trời như thế nào

Có nhiều ứng dụng khác nhau cho các hệ thống PV tùy thuộc vào tình huống cụ thể và mục tiêu RE của bạn. Do có các chương trình khuyến khích và tính chất đơn giản, hệ thống PV hoà lưới điện là loại hệ thống phổ biến nhất được triển khai lắp đặt hiện nay.

So với hệ Off-Grid, hệ thống hoà lưới không accu rất đơn giản, dễ hiểu và thiết kế, chỉ với hai thành phần chính là mô-đun PV và biến tần cấp nguồn AC vào hệ thống lưới điện để bù một phần hoặc tất cả điện tiêu thụ từ lưới. Các hệ thống này rẻ hơn, dễ cài đặt và bảo trì hơn, đồng thời hoạt động hiệu quả hơn các hệ thống dựa trên accu lưu trữ có công suất tương đương. Hạn chế chính của hệ hoà lưới là khi lưới điện bị hỏng, chúng không thể cung cấp năng lượng để sử dụng. Nếu lưới điện khu vực đáng tin cậy và mất điện là không thường xuyên, các hệ thống hoà lưới có thể thời gian hoàn vốn tốt nhất với mức đầu tư thấp nhất.

Mục tiêu chính của một hệ thống PV hoà lưới là để bù đắp tất cả hoặc một phần việc sử dụng điện lưới. Tuy nhiên, việc cần thiết đầu tiên trong việc sử dụng năng lượng mặt trời không phải là việc xác định quy mô hệ thống PV mà là thực hiện biện pháp giảm tiêu thụ điện thông qua các giải pháp tiết kiệm điện hiệu quả. Một khi các biện pháp tiết kiệm năng lượng đã được thực hiện, việc tính toán quy mô hệ thống PV để bù đắp cho việc sử dụng năng lượng có thể tiến hành. Số liệu sử dụng năng lượng hàng năm, thu thập từ hoá đơn tiền điện, có thể được sử dụng để xác định quy mô PV. Tuy nhiên, một số yếu tố khác sẽ ảnh hưởng đến quy mô hệ thống PV như diện tích lắp PV bị hạn chế trong khu vực dân cư đặc biệt là khu vực bị che bóng. Mô-đun PV có thể được gắn trên mái nhà, mặt đất hoặc một trụ đỡ. Bất kể phương pháp lắp đặt nào được sử dụng, khu vực không có bóng râm, trừ khoảng trống cần thiết để bảo trì hoặc mái nhà được yêu cầu bởi hướng dẫn của cơ quan PCCC địa phương, sẽ giới hạn quy mô PV Array. Trong trường hợp hệ thống gắn trên mái nhà, thông thường 50% đến 80% của mặt phẳng mái sẽ có sẵn để lắp các mô-đun PV. Một yếu tố ảnh hưởng nữa là hạn chế ngân sách.

Hệ thống Off-Grid có thể là tham vọng lãng mạn đối với một số người nhưng lại là sự cần thiết thiết thực cho người khác. Thiết kế một hệ thống PV độc lập khác nhau đáng kể với việc thiết kế một hệ thống hòa lưới điện trực tiếp không accu. Một hệ thống độc lập phải có khả năng đáp ứng các yêu cầu năng lượng mỗi ngày trong năm. Xác định mức sử dụng năng lượng hàng ngày và theo mùa cùng với việc xem xét quang năng thu được hàng ngày và theo mùa của mặt trời, cho phép các nhà thiết kế ước tính quy mô của PV, Pin lưu trữ, điều khiển sạc và biến tần.

Với các hệ thống PV hoà lưới ngày càng trở nên phổ biến, điều quan trọng đối với các chuyên gia RE và các chủ đầu tư hệ thống là hiệu suất thực tế của hệ thống. Sản xuất điện năng lượng mặt trời bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố như hướng và độ nghiêng lắp đặt tấm PV, khả năng điều chỉnh theo mùa…. Việc lập kế hoạch và thiết kế phù hợp giúp tận dụng tối đa hệ hiệu năng khai thác hệ thống PV và cải thiện tỷ lệ hoàn vốn. Việc lắp đặt các mô-đun ở nơi có ánh nắng, không có bóng râm và hướng chúng về phía mặt trời có thể được coi là thông thường đối với nhiều người, nhưng việc định đúng hướng và độ nghiêng để có hiệu suất tối ưu không thể trực quan. Sản lượng của PV Array tỷ lệ thuận với ánh sáng mặt trời trực tiếp mà nó nhận được. Mặc dù các mô-đun PV có thể sản xuất năng lượng điện ở vị trí râm mát hoặc không ở hướng tối ưu, việc lắp đặt như thế sẽ làm chi phí hệ thống tăng rất cao. Bất kể hệ thống được thiết kế tốt như thế nào, việc lắp đặt không đúng cách có thể dẫn đến hiệu suất kém. Hệ thống PV sau khi lắp đặt sẽ được đưa vào hoạt động trong nhiều thập kỷ nên các vật liệu và phương pháp để lắp đặt chúng cần được lựa chọn phù hợp.

Tự lắp đặt hệ thống PV quy mô nhà dân dụng cần có những kỹ năng và công cụ nhất định, điều quan trọng là phải cân nhắc lợi ích cũng như những rủi ro tiềm năng. Lắp đặt một hệ thống PV chắc chắn không phải khó khăn như công nghệ tên lửa, nhưng làm tốt và an toàn đòi hỏi kinh nghiệm làm việc với các hệ thống điện.

Thườg những người muốn tự lắp đặt hệ thống PV riêng cho mình là những người đang cân nhắc sự thay đổi nghề nghiệp trong ngành công nghiệp PV mà thực tế vẫn có rất nhiều cơ hội việc làm trong thị trường đang phát triển này. Giá trị của cuộc sống với một hệ thống PV cho cả chủ nhà lẫn các chuyên gia thiết kế và lắp đặt là vô giá.

Theo Tung Tran

BÌNH LUẬN