Lắp đặt hệ thống điện năng lượng mặt trời cho hộ gia đình

1. Điện năng lượng mặt trời là gì?

Điện năng lượng mặt trời hay có thể hiểu là Nguồn điện được tạo ra từ nguồn sức nóng của mặt trời, giống như nước nóng được tạo ra từ sức nóng của mặt trời vậy. 

Năng lượng mặt trời chính là bức xạ ánh sáng và nhiệt từ Mặt trời. 

Điện mặt trời (tiếng Anh: solar power), cũng được gọi là quang điện hay quang năng (tiếng Anh: photovoltaics - PV) là lĩnh vực nghiên cứu và ứng dụng kỹ thuật biến đổi ánh sáng mặt trời trực tiếp thành điện năng nhờ pin mặt trời, phát điện dựa trên động cơ nhiệt và pin quang điện. Sử dụng năng lượng mặt trời chỉ bị giới hạn bởi sự khéo léo của con người. Một phần danh sách các ứng dụng năng lượng mặt trời sưởi ấm không gian và làm mát thông qua kiến trúc năng lượng mặt trời, qua chưng cất nước uống và khử trùng, chiếu sáng bằng ánh sáng ban ngày, nước nóng năng lượng mặt trời, nấu ăn năng lượng mặt trời, và quá trình nhiệt độ cao nhiệt cho công nghiệp purposes. Để thu năng lượng mặt trời, cách phổ biến nhất là sử dụng tấm năng lượng mặt trời.

2. Cấu tạo và Nguyên lý hoạt động của hệ thống điện năng lượng mặt trời

Cấu tạo bao gồm

1. Tấm pin mặt trời (Solar Panel)

Một số thông tin cơ bản về tấm pin mặt trời chính hãng tại Võ Gia Solar :

* Hiệu suất: từ 16% – 20%
* Công suất phổ biến: từ 275Wp đến 400 Wp
* Số lượng cells trên mỗi tấm pin: 60 & 72 cells
* Kích thước cells: 5″ – 6″
* Loại cells: monocrystalline và polycrystalline
* Chất liệu của khung: nhôm
* Tuổi thọ trung bình của tấm pin: trên 30 năm

Các tấm pin mặt trời được lắp đặt ở ngoài trời để 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…

2. Bộ hòa lưới Inverter

3. Tủ bảo vệ DC/AC

4. Đồng hồ 2 chiều đo đếm điện năng

5. Hệ thống giám sát từ xa

Nguyên lý hoạt động 

Từ hệ thống pin mặt trời 220v, ánh sáng được biến đổi thành điện năng, tạo ra dòng một chiều (DC). Dòng điện này được truyền dẫn tới bộ điều khiển xạc NLMT (Solar Charger Controller) 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 NLMT và điện được tích trữ trong các ắc quy đủ lớn, trong hệ thống sẽ có thêm bộ kích điện (Inverter) để biến đổi dòng một chiều (DC) thành dòng xoay chiều (AC) 220V, có thể sử dụng cho hầu hết các thiết bị điện gia đình (đèn, quạt, máy tính, TV…).

3. Ưu điểm và nhược điểm khi sử dụng hệ thống năng lượng mặt trời

Ngày nay việc ứng dụng công nghệ năng lượng mặt trời vào đời sống ngày càng phổ biến, nguồn điện được sinh ra 1 cách tự nhiên, và nhiều hơn những gì chúng ta tưởng tượng. 

Ưu điểm của năng lượng mặt trời

1. Khả năng tái tạo

Điện mặt trời là một nguồn năng lượng tái tạo, không giống như các nhiên liệu hóa thạch như than, dầu mỏ, khí đốt… là những nguồn nhiên liệu không thể phục hồi. Theo tính toán của NASA, mặt trời còn có thể cung cấp năng lượng cho chúng ta trong khoảng 6,5 tỉ năm nữa.

2. Sự phong phú, dồi dào

Tiềm năng của năng lượng mặt trời là rất lớn - mỗi ngày, bề mặt trái đất được hưởng 120.000 terawatts (TW) của ánh sáng mặt trời, cao gấp 20.000 lần so với nhu cầu của con người trên toàn thế giới (1TW = 1.000 tỉ W).

3. Nguồn cung bền vững và vô tận

Năng lượng mặt trời là vô tận, dư thừa để đáp ứng nhu cầu về năng lượng của nhân loại, đủ dùng cho muôn vàn thế hệ về sau.

4. Tính khả dụng

Năng lượng mặt trời có thể được tiếp nhận và sử dụng ở mọi nơi trên thế giới - không chỉ ở vùng gần xích đạo trái đất mà còn ở các vĩ độ cao thuộc phía bắc và phía nam. Ví dụ, Đức hiện đang chiếm vị trí hàng đầu thế giới trong việc sử dụng năng lượng mặt trời và có kế hoạch tận dụng tối đa tiềm năng này.

5. Sạch về sinh thái

Theo xu hướng phát triển gần đây trong cuộc đấu tranh cho việc làm sạch môi trường trái đất, năng lượng mặt trời là lĩnh vực hứa hẹn nhất, có thể thay thế một phần năng lượng từ các nguồn nhiên liệu không tái tạo được và do đó, nó đóng vai trò quan trọng trong công cuộc bảo vệ môi trường từ sự tăng nhiệt toàn cầu. Việc sản xuất, vận chuyển, lắp đặt và vận hành các nhà máy điện mặt trời về cơ bản không phát thải các loại khí độc hại vào khí quyển. Ngay cả khi có phát thải một lượng nhỏ thì nếu so sánh với các nguồn năng lượng truyền thống, lượng khí này là không đáng kể.

6. Không gây tiếng ồn

Trên thực tế, việc sản xuất năng lượng mặt trời không sử dụng các loại động cơ như trong máy phát điện, vì vậy việc tạo ra điện không gây tiếng ồn.

7. Hiệu quả cao, chi phí hoạt động thấp

Chuyển sang sử dụng pin mặt trời, các hộ gia đình sẽ có được một khoản tiết kiệm đáng kể trong ngân sách chi tiêu. Việc bảo trì, duy tu hệ thống cung cấp năng lượng mặt trời cho hộ gia đình đòi hỏi chi phí rất thấp - trong 1 năm, bạn chỉ cần một vài lần lau chùi sạch các tấm pin năng lượng mặt trời và chúng luôn được các nhà sản xuất bảo hành trong khoảng thời gian lên tới 20-25 năm.

8. Áp dụng rộng rãi

Phổ ứng dụng của năng lượng mặt trời rất rộng - cung cấp điện tại các khu vực không có kết nối với lưới điện quốc gia (ngay cả ở những quốc gia phát triển cao như Mỹ, Nga, Pháp… hiện cũng vẫn có những vùng sâu vùng xa được gọi là “điểm mù về điện” như thế); dùng để khử muối trong nước biển ở nhiều quốc gia châu Phi khan hiếm nước ngọt và thậm chí cả việc cung cấp năng lượng cho các vệ tinh trên quỹ đạo trái đất. Điện mặt trời gần đây được gọi là "năng lượng toàn dân", phản ánh sự đơn giản của việc tích hợp điện mặt trời vào hệ thống cung cấp điện nhà, song song với điện lưới hoặc điện từ các nguồn cung khác.

9. Công nghệ tiên tiến

Công nghệ sản xuất pin mặt trời mỗi ngày một tiến bộ hơn - mô-đun màng mỏng được đưa trực tiếp vào vật liệu ngay từ giai đoạn sơ chế ban đầu. Tập đoàn Sharp của Nhật Bản cũng là một nhà sản xuất pin mặt trời, vừa giới thiệu một hệ thống sáng tạo các yếu tố lưu trữ năng lượng cho kính cửa sổ. Những thành tựu mới nhất trong lĩnh vực công nghệ nano và vật lý lượng tử cho phép chúng ta kỳ vọng về khả năng tăng công suất của các tấm pin mặt trời lên gấp 3 lần so với hiện nay.

Nhược điểm của năng lượng mặt trời

1. Chi phí cao

Có ý kiến cho rằng, điện mặt trời thuộc về loại năng lượng đắt tiền - đây có lẽ là vấn đề gây tranh cãi nhất trong việc sử dụng nguồn năng lượng này. Do việc lưu trữ năng lượng mặt trời tại các hộ gia đình đòi hỏi khoản chi phí đáng kể ở giai đoạn ban đầu, nhiều quốc gia khuyến khích việc sử dụng các nguồn năng lượng sạch bằng cách cho vay tín dụng để thực hiện hoặc cho thuê pin mặt trời theo những hợp đồng có lợi cho người thuê.

2. Không ổn định

Có một thực tế bất khả kháng: Vào ban đêm, trong những ngày nhiều mây và mưa thì không có ánh sáng mặt trời, vì thế năng lượng mặt trời không thể là nguồn điện chính yếu. Tuy nhiên, so với điện gió, điện mặt trời vẫn là một lựa chọn có nhiều ưu thế hơn.

3. Chi phí lưu trữ năng lượng cao

Giá của ắc quy tích trữ điện mặt trời để lấy điện sử dụng vào ban đêm hay khi trời không có nắng hiện nay vẫn còn khá cao so với túi tiền của đại đa số người dân. Vì thế, ở thời điểm hiện tại, điện mặt trời chưa có khả năng trở thành nguồn điện duy nhất ở các hộ gia đình mà chỉ có thể là nguồn bổ sung cho điện lưới và các nguồn khác.

4. Vẫn gây ô nhiễm môi trường, dù rất ít

Mặc dù so với việc sản xuất các loại năng lượng khác, điện mặt trời thân thiện với môi trường hơn, nhưng một số quy trình công nghệ để chế tạo các tấm pin mặt trời cũng đi kèm với việc phát thải các loại khí nhà kính, nitơ trifluoride và hexaflorua lưu huỳnh. Ở quy mô lớn, việc lắp đặt những cánh đồng pin mặt trời cũng chiếm rất nhiều diện tích đất nhẽ ra được dành cho cây cối và thảm thực vật nói chung.

5. Sử dụng nhiều thành phần đắt tiền và quý hiếm

Việc sản xuất các tấm pin mặt trời màng mỏng đòi hỏi phải sử dụng cadmium telluride (CdTe) hoặc gallium selenide indi (CIGS) - những chất rất quý hiếm và đắt tiền, điều này dẫn đến sự gia tăng chi phí.

6. Mật độ năng lượng thấp

Một trong những thông số quan trọng của nguồn điện mặt trời là mật độ công suất trung bình, được đo bằng W/m2 và được mô tả bằng lượng điện năng có thể thu được từ một đơn vị diện tích nguồn năng lượng. Chỉ số này đối với điện mặt trời là 170 W/m2 - nhiều hơn các nguồn năng lượng tái tạo khác, nhưng thấp hơn dầu, khí, than và điện hạt nhân. Vì lý do này, để tạo ra 1kW điện từ nhiệt năng mặt trời đòi hỏi một diện tích khá lớn của các tấm pin mặt trời.

4. Lắp đặt hệ thống điện năng lượng mặt trời cho hộ gia đình như thế nào?

Có 2 loại hệ thống điện năng lượng mặt trời

1. Hệ thống điện mặt trời hòa lưới không tích điện

Mô hình điện mặt trời hòa lưới bao gồm các tấm pin năng lượng mặt trời poly được lắp đặt trên mái nhà giúp hấp thu ánh nắng mặt trời và tạo ra nguồn điện sạch hòa trực tiếp vào lưới điện để cung cấp cho các thiết bị điện trong gia đình. Mô hình này không sử dụng ắc quy, nên có chi phí rẻ hơn và cũng cung cấp nguồn năng lượng sạch, thân thiện môi trường.

2. Hệ thống điện năng lượng mặt trời có tích điện

Hệ thống điện mặt trời có tích điện cũng gần giống với hệ thống không tích điện. Tuy nhiên nguồn điện mặt trời được sử dụng để chuyển thành nguồn điện xoay chiều cung cấp cho một số thiết bị điện trong gia đình được ưu tiên và đồng thời sạc cho ắc quy. Khi lượng điện dư sẽ được hòa vào lưới điện chung để cung cấp cho các thiết bị điện khác. Hệ thống ắc quy sẽ là nguồn điện dự phòng cho các thiết bị điện ưu tiên khi điện yếu.