Hệ thống điện mặt trời đang dần trở nên phổ biến với các hộ gia đình, doanh nghiệp và các tòa nhà văn phòng. Nó không chỉ giúp tiết kiệm điện, tăng hiệu quả kinh tế, bảo vệ mạng lưới năng lượng quốc gia mà còn được khuyến khích phát triển do đây là nguồn điện thân thiện với môi trường. Hiện nay, hệ thống điện mặt trời bao gồm 2 hệ thống: hệ thống điện mặt trời hòa lưới và hệ thống điện mặt trời độc lập. Bài viết này phân tích sự khác nhau và lợi ích của từng hệ thống này.

1. Các loạibiến tần

Biến tần (inverter) là một thiết bị điện tử có chức năng chuyển đổi dòng điện một chiều thành dòng điện xoay chiều hoặc ngược lại để phù hợp với các thiết bị điện tiêu thụ. Tùy theo hệ thống điện mặt trời độc lập hay hòa lưới sẽ sử dụng các loại inverter khác nhau: Grid-Tied Inverter và Off-Grid Inverter.

2. Nguyên lý hoạt động của các hệ thống điện năng lượng mặt trời

   2.1 Hệ thống điện mặt trời hòa lưới

• Thành phần: Pin năng lượng mặt trời, bộ biến tần (inverter) chuyển đổi từ điện một chiều thành điện xoay chiều để hòa vào lưới điện, thiết bị lưu trữ (nếu có) để lưu trữ điện và có cung cấp điện năng cho thiết bị sử dụng.
• Nguyên lý hoạt động: Khi các tấm pin năng lượng mặt trời nhận được ánh sáng mặt trời sẽ chuyển đổi ánh sáng thành dòng điện 1 chiều DC. Nguồn điện này đi qua bộ biến tần (inverter) sẽ chuyển đổi thành dòng điện xoay chiều AC dùng trong sinh hoạt gia đình. Sản lượng điện sinh ra từ hệ thống điện mặt trời, sau khi cung cấp đủ cho các thiết bị điện trong nhà tiêu thụ, sẽ được dùng để sạc đầy hệ thống lưu trữ. Nếu sản lượng vẫn nhiều hơn so với mức tiêu thụ thì phần điện dư thừa sẽ được đưa lên lưới điện. Vào ban đêm, khi không có ánh sáng mặt trời, nguồn điện từ hệ thống lưu trữ sẽ được bộ biến tần chuyển đổi từ dòng điện 1 chiều DC sang dòng điện xoay chiều AC để cung cấp điện cho các thiết bị sử dụng. Nếu sản lượng điện từ hệ thống lưu trữ không đủ đáp ứng thì phần thiếu sẽ được lấy từ lưới điện bù vào để đảm bảo cho thiết bị.
• Ưu, nhược điểm:
  • Ưu điểm:  Phụ tải tiêu thụ điện từ hệ thống điện mặt trời không bị giới hạn. Hệ thống điện vận hành song song, không ảnh hưởng đến lưới điện quốc gia.
  • Nhược điểm: Chi phí đầu tư ban đầu và chi phí vận hành – bảo dưỡng cao. Hệ thống lưu trữ ảnh hưởng đến công suất hoạt động của hệ thống.

   2.2 Hệ thống điện mặt trời độc lập

• Thành phần: Pin năng lượng mặt trời, bộ biến tần (inverter) chuyển đổi từ điện một chiều thành xoay chiều để hòa vào lưới cho thiết bị sử dụng, thiết bị lữu trữ (nếu có) để lưu trữ và cung cấp điện năng cho thiết bị sử dụng điện.
• Nguyên lý hoạt động: Khi các tấm pin năng lượng mặt trời nhận được ánh sáng mặt trời sẽ chuyển đổi ánh sáng thành dòng điện 1 chiều DC. Nguồn điện này đi qua biến tần sẽ chuyển đổi thành dòng điện xoay chiều AC. Nếu điện mặt trời được sinh ra nhiều hơn so với mức tiêu thụ của các thiết bị điện trong nhà thì phần điện dư thừa sẽ được sạc đầy hệ thống lưu trữ. Vào ban đêm, khi không có ánh sáng mặt trời, dòng điện 1 chiều DC được lưu trữ trong ắc quy sẽ được bộ biến tần chuyển đổi thành dòng điện xoay chiều AC cung cấp điện cho các thiết bị sử dụng.
• Ưu, nhược điểm
  • Ưu điểm: Hệ thống hoàn toàn độc lập, không phụ thuộc vào lưới điện quốc gia.
  • Nhược điểm: Phụ tải tiêu thụ điện từ hệ thống điện mặt trời độc lập bị giới hạn bởi công suất inverter và tấm pin. Hệ thống phụ thuộc vào cường độ ánh sáng mặt trời tại nơi lắp đặt. Hệ thống lưu trữ bị hạn chế, có thể hết nguồn điện dự trữ khi không nhận được ánh sáng mặt trời trong nhiều ngày. Bên cạnh đó, chi phí đầu tư ban đầu và chi phí vận hành-bảo dưỡng cao.

3. Sự các biệt giữa hệ thống điện mặt trời sử dụng nối lưới và độc lập

Hệ thống điện mặt trời hòa lưới sử dụng bộ hòa lưới Grid-Tied Inverter do hòa vào lưới điện quốc gia nên bắt buộc phải kết nối với lưới điện thì mới có thể sử dụng. Ngoài ra, trong những khoảng thời gian mất điện hệ thống cũng sẽ tự ngắt để đảm bảo an toàn cho các nhân viên đi sửa chữa và bảo trì lưới điện. Trong khi đó, hệ thống điện mặt trời sử dụng mặt trời độc lập với lưới chỉ có nhiệm vụ chuyển đổi từ nguồn điện một chiều DC sang nguồn điện xoay chiều AC để cung cấp điện cho các phụ tải.

4. Cách thức lựa chọn đầu tư hệ thống điện năng lượng mặt trời

Việc lựa chọn hệ thống năng lượng mặt trời nối hay độc lập với lưới phụ thuộc vào nhiều yếu tố bao gồm nhu cầu năng lượng, vị trí lắp đặt, nhu cầu về việc không phụ thuộc vào lưới điện và khả năng về chi phí đầu tư. Tuy nhiên trong hầu hết các trường hợp, việc lựa chọn hệ thống hòa lưới thường được ưa chuộng để lắp đặt tại các hộ gia đình vì bộ biến tần mặt trời hòa lưới có chi phí thấp hơn và độ tin cậy cao. Bên cạnh vấn đề chi phí, hệ thống năng lượng mặt trời hòa lưới không yêu cầu giải pháp lưu trữ điện phức tạp vì không cần sản xuất thêm điện trong các thời điểm không có bức xạ mặt trời. Bên cạnh đó, nếu hệ thống điện mặt trời được lắp đặt ở các địa điểm ở vùng sâu vùng xa để kết nối với lưới điện thì sử dụng bộ biến tần độc lập là một lựa chọn tốt hơn.

Cụ thể, người dùng cần xác định cần xác định được mô hình sử dụng điện hiện tại của mình. Sau khi xác định được loại hệ thống điện mặt trời phù hợp, người sử dụng cần xác định rõ nhu cầu dùng điện để xác định công suất lắp đặt phù hợp.

5. Kết luận

Hệ thống điện mặt trời hòa lưới là khoản đầu tư an toàn và có thể dự đoán được cho doanh nghiệp, trang trại hoặc ngôi nhà của họ. Hệ thống điện mặt trời được kết nối với lưới điện có thời gian hoàn vốn nhanh hơn và ít thành phần cần thay thế hơn trong tương lai. Hệ thống điện mặt trời ngoài lưới điện là giải pháp thay thế tốt cho một số cabin và những nơi xa xôi hơn, nhưng chúng vẫn không thể cạnh tranh với hệ thống hòa lưới điện về mặt lợi tức đầu tư và tỷ lệ hoàn vốn.

‍