Điện mặt trời hybrid hoạt động như thế nào? Nguyên lý dễ hiểu

Điện mặt trời hybrid hoạt động như thế nào? Hệ thống phối hợp điện từ tấm pin, pin lưu trữ và điện lưới thông qua inverter cùng bộ điều khiển. Điện mặt trời có thể cấp trực tiếp cho thiết bị và sạc pin; khi thiếu điện, hệ lấy thêm từ pin hoặc lưới theo cấu hình.

Điểm cần hiểu rõ là khả năng lưu trữ và khả năng cấp điện khi mất lưới có những điều kiện riêng. Muốn sử dụng điện dự phòng, hệ thống phải hỗ trợ chức năng này và được lắp đặt đúng cấu hình.

Hệ điện mặt trời hybrid là gì?

Hệ điện mặt trời hybrid là hệ thống kết hợp nguồn điện mặt trời với khả năng quản lý pin lưu trữ và kết nối điện lưới. Trong cấu hình có pin, điện tạo ra vào ban ngày có thể được giữ lại để sử dụng vào thời điểm khác.

Chẳng hạn, một gia đình dùng ít điện vào buổi trưa nhưng dùng nhiều hơn vào buổi tối có thể lưu một phần điện mặt trời dư để sử dụng sau. Khả năng đáp ứng thực tế phụ thuộc vào sản lượng điện, dung lượng pin khả dụng và mức tiêu thụ.

Bài viết này tập trung vào hệ hybrid có pin lưu trữ. Một số inverter hybrid có thể vận hành khi chưa lắp pin, nhưng chức năng sử dụng được phải đối chiếu với tài liệu của từng model.

Các thành phần chính của hệ thống điện mặt trời hybrid

Tấm pin năng lượng mặt trời

Tấm pin chuyển năng lượng ánh sáng thành điện một chiều, thường gọi là điện DC. Lượng điện tạo ra thay đổi theo bức xạ mặt trời, bóng che, nhiệt độ và điều kiện lắp đặt.

Vì vậy, công suất ghi trên tấm pin không đồng nghĩa với công suất phát liên tục trong cả ngày. Khi trời nhiều mây hoặc có vật che bóng, nguồn điện đưa vào hệ thống có thể giảm.

Inverter hybrid

Inverter thực hiện việc chuyển đổi điện DC thành điện xoay chiều AC để cấp cho thiết bị điện. Trong hệ hybrid, inverter còn phối hợp với bộ điều khiển và pin để quản lý dòng năng lượng. Bộ Năng lượng Hoa Kỳ cũng xác định chuyển đổi DC sang AC là chức năng nền tảng của inverter trong hệ điện mặt trời. Department of Energy

Tùy thiết bị và cấu hình, inverter có thể:

• Cấp điện mặt trời cho tải đang hoạt động.
• Điều khiển quá trình sạc và xả pin.
• Phối hợp sử dụng điện lưới khi cần.
• Quản lý đầu ra dự phòng nếu có hỗ trợ.
• Giới hạn điện phát lên lưới khi được trang bị và thiết lập phù hợp.

Không nên mặc định mọi inverter mang tên “hybrid” đều có đầy đủ các chức năng trên.

Pin lưu trữ và hệ thống quản lý pin

Pin lưu trữ giữ lại điện năng để sử dụng sau. Hệ thống quản lý pin, thường gọi là BMS, theo dõi trạng thái pin và phối hợp giới hạn sạc, xả theo điều kiện vận hành.

Hai đại lượng cần phân biệt là:

Pin có dung lượng lớn chưa chắc đáp ứng được mọi tải công suất cao. Cần kiểm tra đồng thời giới hạn của pin, inverter và đầu ra dự phòng.

Thiết bị đo, bảo vệ và chuyển nguồn

Ngoài tấm pin, inverter và pin lưu trữ, hệ thống còn cần thiết bị đo đếm, dây dẫn, thiết bị bảo vệ và các thành phần liên quan đến chuyển nguồn nếu có cấp điện dự phòng.

Thiết bị đo giúp bộ điều khiển nhận biết lượng điện đang mua từ lưới hoặc phát ra phía lưới. Trong cấu hình dự phòng, thiết bị chuyển nguồn và cách ly giúp tách phần điện được cấp dự phòng khỏi lưới điện công cộng khi mất lưới.

Các hạng mục này cần được kỹ thuật viên thiết kế và kiểm tra theo cấu hình thực tế.

Điện mặt trời hybrid hoạt động như thế nào trong từng tình huống?

Để dễ hình dung, bảng dưới đây mô tả một cấu hình thường gặp: ưu tiên sử dụng điện mặt trời tại chỗ, sạc phần dư vào pin và giữ một mức pin dự phòng. Thứ tự thực tế có thể thay đổi theo cài đặt.

Ban ngày, điện mặt trời đủ dùng

Khi nguồn điện từ tấm pin đáp ứng nhu cầu hiện tại, hệ thống có thể cấp điện mặt trời trực tiếp cho các thiết bị đang hoạt động. Phần còn lại được dùng để sạc pin nếu pin chưa đạt giới hạn sạc.

Khi pin đã đầy, hệ thống không thể tiếp tục lưu thêm toàn bộ điện dư. Tùy cấu hình, inverter sẽ hạn chế công suất phát hoặc cho phép xuất phần dư lên lưới khi đáp ứng điều kiện áp dụng.

Do đó, tăng số lượng tấm pin không tự động khiến toàn bộ điện tạo ra đều được sử dụng hiệu quả. Thiết kế cần cân đối giữa sản lượng, nhu cầu dùng điện và khả năng lưu trữ.

Ban ngày, điện mặt trời không đủ dùng

Khi trời nhiều mây hoặc nhiều thiết bị hoạt động cùng lúc, điện mặt trời có thể thấp hơn nhu cầu tải. Phần thiếu sẽ được bổ sung từ pin lưu trữ hoặc điện lưới theo chế độ đã thiết lập.

Ví dụ, nếu hệ đang giữ pin để dự phòng mất điện, bộ điều khiển có thể ưu tiên lấy điện lưới thay vì tiếp tục xả pin. Đây có thể là hành vi đúng với cấu hình, không nhất thiết là lỗi thiết bị.

Ban đêm hoặc khi tấm pin không phát điện

Ban đêm, tấm pin không tạo điện từ ánh nắng. Hệ thống sử dụng điện đã lưu trong pin và/hoặc điện lưới để đáp ứng nhu cầu.

Khi pin chạm mức dự phòng hoặc giới hạn xả cho phép, hệ có thể chuyển sang sử dụng điện lưới nếu lưới đang có điện. Thời gian dùng pin vì thế thay đổi theo lượng điện còn lại và nhóm thiết bị đang chạy.

Khi mất điện lưới

Hệ hybrid chỉ cấp điện khi mất lưới nếu thiết bị hỗ trợ và cấu hình dự phòng đã được triển khai đúng. Có pin lưu trữ chưa đủ để khẳng định toàn bộ ngôi nhà vẫn có điện.

Ở cấu hình dự phòng phù hợp, hệ thống cách ly phần tải được cấp điện khỏi lưới công cộng. Tấm pin và pin lưu trữ sau đó cung cấp năng lượng trong giới hạn cho phép. Tài liệu Fronius mô tả việc cấp điện dự phòng gắn với chức năng inverter, thiết bị chuyển nguồn và khả năng cách ly lưới tương ứng. fronius.com

Những điểm cần kiểm tra gồm:

• Thiết bị nào được đấu vào mạch dự phòng.
• Công suất đầu ra dự phòng cho phép.
• Khả năng đáp ứng dòng khởi động của tải.
• Mức pin còn lại và năng lượng mặt trời sẵn có.
• Thời gian chuyển nguồn theo tài liệu thiết bị.

Không nên mặc định hệ hybrid thay thế được UPS cho mọi thiết bị nhạy cảm với gián đoạn điện.

Các chế độ vận hành thường gặp

Tên chế độ có thể khác nhau giữa các hãng. Khi đọc tài liệu hoặc trao đổi với đơn vị lắp đặt, nên tập trung vào mục đích vận hành.

Ưu tiên tự dùng điện mặt trời

Mục tiêu là sử dụng điện mặt trời ngay tại công trình, lưu phần dư và dùng lại khi cần. Chế độ này phù hợp để xem xét khi muốn tăng tỷ lệ sử dụng nguồn điện tự tạo.

Hiệu quả phụ thuộc vào sự phù hợp giữa thời điểm phát điện và thời điểm tiêu thụ.

Ưu tiên dự phòng

Hệ thống giữ lại một phần năng lượng trong pin để chuẩn bị cho mất điện. Vì vậy, pin có thể chưa xả hết dù công trình vẫn đang mua điện lưới.

Mức dự phòng cần cân đối với số thiết bị quan trọng và nhu cầu duy trì hoạt động.

Sạc/xả theo lịch

Một số hệ cho phép đặt lịch sạc hoặc xả theo thời gian. Khả năng sạc từ lưới, điều kiện sử dụng và hiệu quả chi phí phải kiểm tra theo model, cấu hình và biểu giá thực tế.

Không nên kết luận chế độ này luôn tiết kiệm hơn, vì quá trình lưu trữ có tổn hao và pin có giới hạn vận hành.

Hệ hybrid khác hệ hòa lưới không lưu trữ ở điểm nào?

Khác biệt chính là khả năng chuyển điện năng sang thời điểm sử dụng khác thông qua pin lưu trữ. Khả năng dự phòng khi mất điện là một chức năng cần được kiểm tra riêng.

Bộ Năng lượng Hoa Kỳ lưu ý rằng chỉ có tấm pin chưa đủ để duy trì điện khi mất lưới; cấu hình inverter và hệ thống lưu trữ là những yếu tố quan trọng đối với khả năng này. Department of Energy

Bạn có thể xem các nhóm giải pháp tại danh mục điện năng lượng mặt trời của TV Solar để đối chiếu với nhu cầu sử dụng.

Cách theo dõi hệ hybrid mà không can thiệp vào phần điện

Người dùng có thể theo dõi trạng thái qua ứng dụng hoặc màn hình inverter, nếu hệ thống có hỗ trợ. Việc này giúp cung cấp thông tin rõ hơn cho đơn vị bảo trì.

Theo dõi các chỉ số cùng thời điểm

Những thông tin hữu ích gồm:

• Công suất điện mặt trời đang tạo ra.
• Công suất tải đang sử dụng.
• Công suất sạc hoặc xả pin.
• Mức pin còn lại, thường hiển thị bằng SOC.
• Công suất mua từ lưới hoặc xuất ra lưới.
• Cảnh báo và mã lỗi.

Nên đọc các chỉ số tại cùng một thời điểm. Một ảnh chụp giữa trưa và một ảnh chụp buổi tối không đủ để kết luận dòng năng lượng đang phân phối sai.

Phân biệt công suất và điện năng

kW thể hiện công suất tại một thời điểm; kWh thể hiện điện năng tích lũy trong một khoảng thời gian.

Muốn biết hệ đang cấp điện ra sao, hãy xem công suất tức thời. Muốn đánh giá sản lượng trong ngày hoặc lượng điện mua từ lưới, hãy xem dữ liệu điện năng tương ứng.

Ghi nhận hiện tượng trước khi yêu cầu hỗ trợ

Khi thấy hệ vận hành khác mong đợi, hãy ghi lại thời gian, thời tiết, thiết bị đang dùng, mức pin và thông báo trên ứng dụng.

Không tự mở inverter, tủ điện, tháo đầu nối DC hoặc thay đổi thông số bảo vệ để thử xử lý. Những phần này cần người có chuyên môn kiểm tra.

Những hiểu lầm thường gặp về điện mặt trời hybrid

“Có pin là toàn bộ nhà đều có điện khi mất lưới”

Chỉ các tải nằm trong phạm vi dự phòng đã thiết kế mới được bảo đảm khả năng cấp điện theo cấu hình. Các thiết bị còn lại có thể không hoạt động.

Vì vậy, cần yêu cầu danh sách tải dự phòng cụ thể thay vì chỉ hỏi hệ thống “có backup hay không”.

“Pin càng lớn thì chạy được mọi thiết bị”

Dung lượng quyết định lượng điện có thể lưu, còn công suất cấp điện quyết định mức tải có thể đáp ứng tại một thời điểm.

Một nhóm tải có công suất khởi động lớn vẫn có thể vượt giới hạn dù pin còn nhiều điện.

“Có nắng thì pin luôn sạc đầy”

Nếu tải đang tiêu thụ phần lớn sản lượng, điện còn lại để sạc pin sẽ ít. Bóng che, thời tiết, giới hạn sạc và trạng thái pin cũng ảnh hưởng đến quá trình này.

Cần xem đồng thời sản lượng và mức tiêu thụ trước khi kết luận pin sạc kém.

“Pin không xả là hệ thống bị lỗi”

Pin có thể đang được giữ ở mức dự phòng, nằm ngoài lịch xả hoặc bị giới hạn bởi điều kiện vận hành.

Trước tiên, hãy đối chiếu chế độ đang cài và cảnh báo hiển thị. Việc xác định lỗi cần dựa trên dữ liệu của thiết bị.

“Lắp hybrid là không cần điện lưới”

Hybrid cho phép phối hợp nhiều nguồn điện, nhưng không mặc nhiên bảo đảm vận hành độc lập liên tục. Nếu nhiều ngày thiếu nắng hoặc nhu cầu vượt thiết kế, hệ vẫn có thể cần điện lưới.

Cần chuẩn bị gì trước khi lựa chọn hệ thống?

Để trao đổi hiệu quả với đơn vị kỹ thuật, nên chuẩn bị các thông tin sau:

Khi nhận phương án, cần hỏi rõ model inverter, pin tương thích, giới hạn đầu ra dự phòng và cách hệ thống hoạt động khi pin xuống thấp.

Đặc biệt, không nên chọn cấu hình chỉ dựa trên tổng tiền điện hằng tháng. Hai công trình có hóa đơn tương đương vẫn có thể cần phương án khác nhau nếu thời điểm dùng điện và yêu cầu dự phòng khác nhau.

Hiểu điện mặt trời hybrid hoạt động như thế nào giúp bạn đánh giá đúng vai trò của từng nguồn điện. Tấm pin tạo điện, inverter quản lý chuyển đổi và phân phối, còn pin lưu trữ giữ năng lượng để sử dụng sau.

Trước khi lựa chọn, hãy làm rõ ba điểm: dùng điện vào thời gian nào, cần dự phòng những thiết bị gì và cấu hình có đáp ứng được yêu cầu đó hay không.

Tham khảo các giải pháp điện năng lượng mặt trời tại TV Solar và chuẩn bị danh sách tải để trao đổi phương án phù hợp.