Khi thế giới đang phải vật lộn với thách thức đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng về các nguồn năng lượng tái tạo và bền vững, thì các linh kiện điện tử công suất, ví dụ như bộ biến tần, bộ chuyển đổi và hệ thống lưu trữ, đang tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình chuyển đổi sang tương lai năng lượng bền vững hơn.

Các nguồn năng lượng tái tạo, bao gồm năng lượng mặt trời, gió và thủy điện đã cho thấy triển vọng đáng kể về tiềm năng giảm phát thải khí nhà kính và làm chậm quá trình biến đổi khí hậu. Tuy nhiên, đồng thời, việc khai thác các nguồn năng lượng này một cách hiệu quả đòi hỏi công nghệ tiên tiến - và điện tử công suất điều khiển chúng.

Làm thế nào để năng lượng tái tạo thúc đẩy tính bền vững?

Năng lượng tái tạo đang chuyển đổi theo cách chúng ta sản xuất và tiêu thụ năng lượng. Không giống như nhiên liệu hóa thạch, các nguồn năng lượng tái tạo như năng lượng mặt trời, gió, thủy điện và địa nhiệt rất dồi dào và được tái tạo một cách tự nhiên.

‍

Một trong những đóng góp quan trọng nhất của năng lượng tái tạo đối với tính bền vững là vai trò của nó trong việc giảm phát thải khí nhà kính (GHG). Sản xuất điện từ nhiên liệu hóa thạch là nguồn chính phát thải carbon dioxide (CO2) và các khí thải có hại khác góp phần gây ra hiện tượng nóng lên toàn cầu và biến đổi khí hậu.

‍

Quá trình chuyển đổi năng lượng là gì?

Chuyển đổi năng lượng là sự chuyển dịch toàn cầu từ sự phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch như than, dầu và khí đốt tự nhiên sang các nguồn năng lượng tái tạo và bền vững như năng lượng mặt trời, gió, thủy điện và địa nhiệt.

‍

Sự chuyển đổi này được thúc đẩy bởi nhu cầu giải quyết vấn đề biến đổi khí hậu, giảm phát thải khí nhà kính và tạo ra một hệ thống năng lượng bền vững và phục hồi hơn. Các động lực chính của quá trình chuyển đổi bao gồm:

• Biến đổi khí hậu: Việc đốt nhiên liệu hóa thạch là nguồn chính tạo ra carbon dioxide (CO2) và các khí nhà kính khác, góp phần gây ra hiện tượng nóng lên toàn cầu và biến đổi khí hậu. Việc chuyển đổi sang các nguồn năng lượng tái tạo là điều cần thiết để giảm lượng khí thải này và hạn chế sự gia tăng nhiệt độ toàn cầu. Ngoài ra, các thỏa thuận toàn cầu như Thỏa thuận chung Paris đặt ra các mục tiêu giảm phát thải và chuyển đổi sang các nguồn năng lượng sạch hơn để giảm thiểu tác động của biến đổi khí hậu.
• An ninh năng lượng: Các nguồn năng lượng tái tạo rất dồi dào và có sẵn tại địa phương, giúp giảm sự phụ thuộc vào nhiên liệu nhập khẩu và tăng cường an ninh năng lượng. Ngoài ra, các công nghệ năng lượng tái tạo có chi phí vận hành thấp hơn và không chịu sự biến động giá liên quan đến nhiên liệu hóa thạch, mang lại giá năng lượng ổn định hơn.
• Lợi ích kinh tế và xã hội: Ngành năng lượng tái tạo tạo ra nhiều việc làm, từ sản xuất và lắp đặt đến bảo trì và nghiên cứu. Việc tạo ra việc làm này hỗ trợ tăng trưởng và phát triển kinh tế. Trong khi đó, việc giảm ô nhiễm không khí từ quá trình đốt nhiên liệu hóa thạch mang lại lợi ích đáng kể cho sức khỏe cộng đồng, bao gồm ít bệnh về đường hô hấp và tim mạch hơn.

Các thành phần điện thúc đẩy quá trình chuyển đổi năng lượng

Thông qua các ứng dụng của chúng trong các hệ thống năng lượng tái tạo, xe điện, lưu trữ năng lượng và quản lý năng lượng hiệu quả, các thành phần điện cho phép chuyển đổi, kiểm soát và điều hòa năng lượng điện hiệu quả. Do đó, điện tử công suất đóng góp đáng kể vào việc giảm mức tiêu thụ năng lượng và tăng cường tích hợp các hệ thống năng lượng tái tạo và quá trình chuyển đổi năng lượng.

Biến tần: Kết nối nguồn điện DC và AC

Biến tần rất cần thiết trong các hệ thống năng lượng tái tạo, đặc biệt là trong các hệ thống điện mặt trời. Tấm pin mặt trời tạo ra điện một chiều (DC), nhưng hầu hết các hộ gia đình và doanh nghiệp đều sử dụng điện xoay chiều (AC). Biến tần chuyển đổi đầu ra DC từ tấm pin mặt trời thành AC, giúp sử dụng được cho nhu cầu điện hàng ngày.

Có nhiều loại biến tần khác nhau, mỗi loại được thiết kế riêng cho các ứng dụng cụ thể:

• Biến tần chuỗi: Chúng được sử dụng trong các hệ thống điện mặt trời dân dụng và thương mại nhỏ. Chúng kết nối một loạt các tấm pin mặt trời (một chuỗi) với một biến tần duy nhất. Biến tần chuỗi có hiệu quả về mặt chi phí và hiệu suất cao.
• Biến tần vi mô: Chúng được lắp trên mỗi tấm pin mặt trời, chuyển đổi DC thành AC ngay tại nguồn. Chúng có lợi thế về hiệu suất và giám sát được tối ưu hóa, đặc biệt là trong các hệ thống có mái che hoặc kết cấu mái phức tạp.
• Biến tần trung tâm: Được sử dụng trong các trang trại năng lượng mặt trời quy mô lớn, các biến tần này xử lý mức công suất cao và được thiết kế cho các ứng dụng quy mô tiện ích. Chúng cung cấp khả năng điều khiển tập trung và có hiệu suất cao đối với các mảng tấm pin mặt trời lớn.

Bộ chuyển đổi: Tăng cường khả năng tương thích và hiệu quả năng lượng

Bộ chuyển đổi được sử dụng để quản lý và tối ưu hóa dòng điện. Chúng đảm bảo rằng việc tạo ra năng lượng tái tạo tương thích với lưới điện và các hệ thống năng lượng khác.

Pin và hệ thống lưu trữ năng lượng

Hệ thống lưu trữ năng lượng, đặc biệt là những hệ thống sử dụng pin lithium-ion, đã trở nên không thể thiếu trong các thiết lập năng lượng tái tạo. Chúng lưu trữ năng lượng dư thừa được tạo ra trong thời gian sản xuất cao điểm và giải phóng năng lượng đó trong thời gian sản xuất thấp hoặc nhu cầu cao. Khả năng này giúp làm phẳng sự không liên tục liên quan đến các nguồn năng lượng tái tạo như năng lượng mặt trời và gió.

Bộ tối ưu hóa công suất

Bộ tối ưu hóa công suất là thiết bị được sử dụng trong hệ thống năng lượng mặt trời để tối đa hóa sản lượng năng lượng của mỗi tấm pin mặt trời. Bằng cách điều chỉnh điểm hoạt động của mỗi tấm pin, bộ tối ưu hóa công suất giảm thiểu tổn thất do bóng râm, mảnh vụn hoặc tấm pin không khớp. Chúng hoạt động kết hợp với bộ biến tần để nâng cao hiệu quả chung của hệ thống.

Hệ thống điều khiển tiên tiến và lưới điện thông minh

Việc tích hợp các hệ thống điều khiển tiên tiến và công nghệ lưới điện thông minh giúp tăng cường hơn nữa tính bền vững của các nguồn năng lượng tái tạo. Lưới điện thông minh kết hợp công nghệ kỹ thuật số để giám sát và quản lý việc vận chuyển điện từ mọi nguồn phát điện nhằm đáp ứng nhu cầu điện khác nhau của người dùng cuối một cách hiệu quả. Chúng cho phép tích hợp tốt hơn các nguồn năng lượng tái tạo bằng cách cân bằng cung và cầu một cách năng động, giảm lãng phí và cải thiện độ tin cậy.

Tương lai của các thành phần năng lượng tái tạo

Sự tiến bộ liên tục trong công nghệ bán dẫn đang thúc đẩy sự phát triển của các thành phần điện hiệu quả và nhỏ gọn hơn. Những cải tiến như chất bán dẫn silicon carbide (SiC) và gali nitride (GaN) đang dẫn đến việc tạo ra các bộ biến tần và bộ chuyển đổi hiệu quả hơn, có khả năng hoạt động ở điện áp và nhiệt độ cao hơn với tổn thất giảm.

Các thành phần điện như bộ biến tần, bộ chuyển đổi và hệ thống lưu trữ năng lượng là xương sống của các ứng dụng năng lượng tái tạo. Chúng đảm bảo rằng năng lượng khai thác từ các nguồn như năng lượng mặt trời và gió được chuyển đổi, lưu trữ và sử dụng hiệu quả, đóng góp đáng kể vào tính bền vững. Khi công nghệ tiến bộ, các thành phần này sẽ trở nên hiệu quả hơn nữa, thúc đẩy hơn nữa việc áp dụng năng lượng tái tạo trên toàn thế giới.

‍