Hệ thống điện năng lượng mặt trời gia đình hoạt động như thế nào?

Kể từ khi được phát minh, hệ thống điện năng lượng mặt trời đã thay đổi thế giới và được sử dụng cho nhiều mục đích khác nhau. Năng lượng mặt trời có thể được sử dụng để cung cấp năng lượng cho bất cứ thứ gì con người đã phát minh ra cho đến nay, từ ô tô đến trạm vũ trụ, những ngôi nhà nhỏ đến những tòa nhà lớn, một nhà máy nhỏ cho đến một ngành công nghiệp khổng lồ chạy bằng máy móc công suất lớn, v.v.

Hệ thống điện năng lượng mặt trời tạo ra điện như thế nào

Một hệ thống năng lượng mặt trời bắt đầu tạo ra điện khi ánh sáng mặt trời chiếu vào tấm pin mặt trời. Năng lượng được tạo ra dưới dạng dòng điện một chiều và sau đó chuyển thành dòng điện xoay chiều, sau đó có thể được sử dụng để tạo ra điện cung cấp năng lượng cho ngôi nhà của bạn. Nếu toàn bộ quá trình được chia thành các bước, nó sẽ bao gồm các bước sau:

• Tấm pin mặt trời tạo ra điện thông qua hiệu ứng quang điện.
• Dòng điện một chiều DC sẽ được chuyển đổi sang dòng điện xoay chiều AC thông qua bộ nghịch lưu (biến tần) năng lượng mặt trời.
• Dòng điện AC có thể được sử dụng để cung cấp năng lượng cho một ngôi nhà.

Bước 1: Tạo ra dòng điện DC

Các tấm pin mặt trời thường bao gồm các tế bào silicon, hoặc vật liệu bán dẫn khác được lắp đặt trong khung kim loại, bề mặt bằng kính và hệ thống dây nối với nhau. Thành phần quan trọng là tế bào silicon tạo ra điện.

Khi các hạt ánh sáng mặt trời gọi là photon chiếu vào tấm pin mặt trời, Các electron tích điện âm sau đó bị hút về phía tích điện dương của tế bào. “Hiệu ứng quang điện” này hình thành do các electron chuyển động tự do bên trong tấm pin mặt trời. Các electron chuyển động tạo ra dòng điện, dòng điện này sau đó được khai thác bằng hệ thống dây điện nối với các tấm pin mặt trời để tạo ra điện.

Càng nhiều ánh sáng mặt trời chiếu tới các tấm pin mặt trời thì chúng càng tạo ra nhiều năng lượng hơn. Trong những giờ nắng đỉnh, các tấm pin trong dãy pin năng lượng mặt trời của bạn nhận được cường độ ánh sáng mặt trời tối đa, có nghĩa là chúng có thể chuyển đổi ánh sáng mặt trời để tạo ra lượng điện tối đa trong khoảng thời gian này.

Hiệu ứng quang điện là gì?

Hiệu ứng quang điện được phát hiện vào năm 1839 bởi Edmond Becquerel, 19 tuổi. Hiệu Ứng Quang Điện định nghĩa rằng một số chất bán dẫn tạo ra điện khi tiếp xúc với ánh sáng mặt trời. Quá trình này có thể được giải thích theo các bước sau:

• Tế bào silicon hấp thụ ánh sáng mặt trời (ngay cả khi trời nhiều mây hoặc mùa đông),
• Bức xạ từ mặt trời tích điện cho các electron và làm cho chúng chuyển động,
• Các dây dẫn các electron này và tạo ra dòng điện ở dạng DC.

Bước 2: Chuyển đổi từ một chiều sang xoay chiều

Các tấm pin mặt trời sản xuất điện ở dạng dòng điện một chiều (DC), nghĩa là dòng điện chỉ chạy theo một hướng. Tuy nhiên, các thiết bị gia dụng của bạn sử dụng dòng điện xoay chiều (AC), có nghĩa là dòng điện chạy theo cả hai hướng.

Điều này có nghĩa là điện mặt trời từ các tấm pin của bạn cần phải được chuyển đổi từ một chiều sang xoay chiều để có thể sử dụng được trong nhà bạn. Để chuyển đổi nguồn DC thành nguồn AC, bạn cần có bộ biến tần ( inverter). Loại biến tần bạn sử dụng phụ thuộc vào công suất và cấu hình của hệ thống năng lượng mặt trời tại nhà bạn.

 Nhiệm vụ chuyển đổi này được thực hiện bởi một bộ biến tần năng lượng mặt trời có thể là:

• Biến tần nối Lưới / Hòa Lưới
• Biến tần hòa lưới có lưu trữ Hybrid
• Biến tần độc lập

Inverter năng lượng mặt trời cũng cho phép bạn kết nối hệ thống điện năng lượng mặt trời với internet để bạn có thể truy cập thông tin về hiệu suất của hệ thống. Điều này giúp bạn so sánh việc sản xuất năng lượng mặt trời và mức tiêu thụ năng lượng của hộ gia đình để bạn có thể kiểm tra xem hệ thống có hoạt động tốt và đáp ứng tải điện theo yêu cầu hay không.

Bước 3: Pin lưu trữ năng lượng

Phần lớn những hộ gia đình sử dụng điện mặt trời đều mong muốn bổ xung bộ pin lưu trữ năng lượng mặt trời để tối đa hóa lợi ích lâu dài của việc sử dụng năng lượng mặt trời. 

Nếu các tấm pin mặt trời của bạn tạo ra nhiều điện năng hơn mức bạn có thể sử dụng, bạn có thể lưu trữ lượng điện dư đó vào pin lưu trữ. Bằng cách đó, bạn sẽ có điện khi mặt trời lặn hoặc trời mưa – thay vì lấy điện từ lưới điện.

Tùy thuộc vào loại, pin năng lượng mặt trời có thể lưu trữ lượng điện DC dư thừa do các tấm pin mặt trời của bạn tạo ra hoặc chúng có thể được sạc bằng nguồn điện xoay chiều đã được biến tần chuyển đổi.

Bước 4: Sử Dụng

Dòng điện xoay chiều 220V do biến tần tạo ra được kết nối đến tủ điện chính của căn nhà. Sau đó có thể được hộ gia đình sử dụng để chạy các thiết bị gia dụng của bạn (tủ lạnh, nồi cơm điện, máy nước nóng, v.v.) sử dụng nguồn điện này thay vì lấy điện từ lưới điện.

Nguồn điện này không bị gián đoạn và có thể được sử dụng để chạy bất kỳ loại thiết bị gia đình nào. Điện áp không đổi và cung cấp dòng điện ổn định cho tất cả các máy.

Thời tiết ảnh hưởng đến hoạt động của hệ thống điện năng lượng như thế nào?

Đó là một câu hỏi thường gặp và mọi người sẵn sàng lắp đặt hệ thống năng lượng mặt trời đều có câu hỏi này trong đầu. Mỗi điều kiện thời tiết ảnh hưởng đến việc sản xuất điện theo một cách khác nhau, có thể xem dưới đây.

Mùa đông

• Việc sản xuất điện phụ thuộc vào bức xạ mặt trời chứ không phải sức nóng của mặt trời nên nó không có ảnh hưởng lớn đến việc tạo ra năng lượng.
• Tuy nhiên, hiệu suất có thể giảm một vài phần trăm do thời gian chiếu sáng của mặt trời ít hơn vào mùa đông.

Nhiều mây

• Thời tiết nhiều mây có thể làm giảm hiệu suất của pin mặt trời vài phần trăm.
• Nó không ảnh hưởng lớn đến việc sản xuất năng lượng vì các đám mây không ngăn được bức xạ của mặt trời truyền qua.

Nhiều mưa

• Việc sản xuất năng lượng không bị ảnh hưởng do bức xạ mặt trời vẫn tới trái đất
• Hiệu quả có thể giảm một chút
• Đó là một cách tốt để làm sạch các tấm pin mặt trời của bạn mà không gặp rắc rối

Hệ thống điện năng lượng mặt trời hoạt động như nào khi dư thừa công suất?

Tùy thuộc vào bộ biến tần năng lượng mặt trời mà một ngôi nhà đang sử dụng, điều gì xảy ra với lượng điện dư thừa sẽ khác nhau. Tất cả các bộ biến tần đều có cách tiết kiệm năng lượng dư thừa, tuy nhiên, mục tiêu cuối cùng là mang lại cho bạn những lợi ích không đổi cho dù bạn đang sử dụng bộ biến tần nào.

• Trong biến tần hòa lưới, năng lượng dư thừa được truyền đến lưới điện ( trong trường hợp bán được điện, lắp công tơ hai chiều giao nhận), sau đó các khách hàng khác có thể sử dụng và đổi lại bạn có thể nhận được tiền.
• Bộ biến tần hybrid và không nối lưới sẽ lấy lượng điện dư thừa vào lưu trữ trong pin lưu trữ để có thể sử dụng sau này vào ban đêm hoặc bất cứ khi nào cần thiết.

Nếu hệ thống điện mặt trời không phát đủ công suất cho tải sử dụng thì sẽ như thế nào?

Trong hệ thống điện mặt trời hòa lưới, nếu pin mặt mặt trời không phát công suất lớn hơn hoặc bằng tải của nhà thì điện lưới sẽ được tự động lấy vào để các thiết bị của gia đình hoạt động ổn định liên tục, không bị gián đoạn do thiếu nguồn điện.

Điện lưới lúc này như là một nguồn dự phòng, các thiết bị điện sẽ ưu tiên sử dụng điện mặt trời trước do chênh lệch hiệu điện cao hơn so với điện lưới.

Ở hệ thống điện năng lượng mặt trời độc lập, điện từ các tấm pin cung cấp không đủ cho tải thì biến tần sẽ lấy thêm năng lượng từ pin lưu trữ để cấp cho thiết bị điện gia dụng.

Phân biệt tấm pin mặt trời và tấm thu nhiệt mặt trời là gì?

Các tấm pin mặt trời tạo ra điện, như mô tả ở trên, trong khi các tấm thu nhiệt mặt trời tạo ra nhiệt. Trong khi nguồn năng lượng giống nhau – mặt trời – thì công nghệ ở mỗi hệ thống lại khác nhau.

Tấm pin năng lượng mặt trời dựa trên hiệu ứng quang điện, trong đó một photon (đơn vị cơ bản của ánh sáng) tác động lên bề mặt bán dẫn như silicon và tạo ra sự giải phóng electron. 

Nhiệt mặt trời ít phức tạp hơn và chỉ đơn giản là làm nóng trực tiếp nước (hoặc các chất lỏng khác) bằng ánh sáng mặt trời. Để sử dụng trong gia đình, các tấm nhiệt mặt trời cũng được lắp đặt trên mái nhà hướng về phía mặt trời, làm nóng nước được lưu trữ trong bình nước nóng và do đó cung cấp nước nóng và sưởi ấm. Ở quy mô lớn hơn, nhiệt mặt trời cũng có thể được sử dụng trong các nhà máy điện.