Hiện nay, năng lượng mặt trời đang được sử dụng rộng rãi với chi phí ngày càng rẻ hơn, phù hợp với túi tiền của nhiều hộ gia đình ở Việt Nam. Bài viết này giúp cho các bạn có thêm hiểu biết về các hệ thống điện mặt trời điển hình đang được triển khai ở quy mô hộ gia đình ở Việt Nam cũng như trên thế giới.

Hệ thống năng lượng mặt trời có 3 loại chính:

1. Hệ thống năng lượng mặt trời nối lưới (On-grid hay Grid-tied solar system)

2. Hệ thống năng lượng mặt trời độc lập (Off-grid hay stand-alone solar system)

3. Hệ thống năng lượng mặt trời lai (Hybrid solar system)

Hệ thống điện mặt trời nối lưới (On-grid solar system)

Hệ thống này được sử dụng rất phổ biến ở các nước phát triển bởi vì ngoài việc hệ thống điện mặt trời nối lưới cấp điện cho nhu cầu nội bộ, họ còn có thể bán điện cho nhà nước với giá cao hơn giá mua điện nhiều khi nhu cầu sử dụng ít hơn lượng điện thu được, cộng thêm hiện tượng mất điện lưới rất ít xảy ra. 

Ở Việt Nam hiện nay hệ thống này rất ít vì các lý do sau: chưa cho phép người dân bán điện cho nhà nước (lắp đồng hồ 2 chiều); điện lưới bị mất tương đối thường xuyên và khi hòa lưới thì khi mất lưới điện mặt trời cũng không dùng được; và hiện tại chi phí sản xuất điện từ năng lượng mặt trời vẫn cao hơn giá điện nhà nước.

Nguyên lý hoạt động

Hệ thống pin năng lượng mặt trời (Solar Panel) hấp thụ bức xạ ánh nắng mặt trời và chuyển thành nguồn điện một chiều. Sau đó, thông qua bộ Inverter hòa lưới (DC/AC inverter on grid), nguồn điện một chiều tạo ra từ những tấm pin năng lượng mặt trời được chuyển hóa thành nguồn điện xoay chiều cùng pha, cùng tần số và điện áp để hòa vào điện lưới.

• Nếu đủ nắng, pin năng lượng mặt trời sẽ sản xuất ra điện đủ dùng cho gia đình, hệ thống sẽ ưu tiên sử dung điện năng lượng mặt trời. Ngược lại nếu trời thiếu nắng thì hệ thống sẽ tự động lấy điện lưới bù vào.
• Nếu lượng điện từ pin năng lượng mặt trời phát ra mà không sử dụng hết thì sẽ đươc đẩy ra lưới, điện lực sẽ thực hiện việc lắp đặt công tơ 2 chiều miễn phí, để thực hiện việc đo đếm lượng điện dư thừa từ hệ thống điện năng lượng mặt trời.

• Hệ thống tự động ngắt điện khi điện lưới bị cúp, ngừng cung cấp điện năng cho tải để đảm bảo an toàn kỹ thuật khi sửa chữa điện lưới.

Ưu điểm và nhược điểm 

Ưu điểm:

• Hệ thống không sử dụng ắc quy lưu trữ nên chi phí đầu tư ban đầu và bảo dưỡng thấp.
• Hệ thống đơn giản, dễ vận hành và sử dụng.
• Tiết kiệm chi phí điện năng, góp phần bảo vệ mội trường.
• Hệ thống tự động ngưng hoạt động trong trường hợp điện lưới mất để đảm bảo an toàn cho lưới điện và người sử dụng.

Nhược điểm:

Hệ thống chỉ hoạt động được khi có điện lưới, nếu mất điện lưới hệ thống cũng ngừng hoạt động.  

Hệ thống điện mặt trời độc lập (Off-grid solar system)

Hệ thống năng lượng mặt trời độc lập không được kết nối với lưới điện và do đó cần có ắc quy lưu trữ. Một hệ thống năng lượng mặt trời không nối với lưới điện phải được thiết kế phù hợp để nó có thể tạo ra đủ năng lượng trong suốt cả năm và có đủ dung lượng ắc quy để đáp ứng các yêu cầu của hộ gia đình, ngay cả khi độ chiếu sáng của mặt trời bị hạn chế. Đây là hệ thống phổ biến nhất hiện nay ở Việt Nam vì đáp ứng được các nhu cầu sử dụng điện tại các khu vực chưa có điện, điện chập chờn, khi mất điện hoặc đơn giản là sử dụng điện mặt trời cho một số ít các thiết bị trong gia đình.

Nguyên lý hoạt động

Các tấm pin năng lượng mặt trời có nhiệm vụ hấp thụ ánh sáng mặt trời và chuyển thành dòng điện một chiều (DC). Dòng điện DC này được nạp vào hệ thống lưu trữ (ắc quy) thông qua bộ điều khiển sạc. Cuối cùng thông qua bộ chuyển đổi điện áp DC sang AC (inverter). Dòng điện một chiều được chuyển đổi thành dòng điện xoay chiều để cung cấp cho các thiết bị điện dân dụng trong nhà.

Ưu và nhược điểm

Ưu điểm: Hệ thống điện mặt trời này rất phù hợp cho những khu vực không có điện lưới quốc gia, hoặc những nơi có điện nhưng điện lưới không ổn định.

Nhược điểm:

• Chi phí đầu tư ban đầu cao (chủ yếu ở ắc quy).
• Chi phí bảo dưỡng (bảo dưỡng ắc quy) lớn, tuổi thọ của hệ thống ắc qui không cao, chỉ khoảng 2-5 năm tùy loại ắc quy.
• Hiệu suất chuyển đổi điện thấp (chủ yếu do hệ thống ắc quy, giữa chu trình phóng và chu trình nạp bị tiêu hao rất lớn).

Hệ thống điện mặt trời lai (Hybrid solar system)

Các hệ thống hybrid hiện đại kết hợp năng lượng mặt trời và ắc quy lưu trữ trong một và hiện có nhiều dạng và cấu hình khác nhau. Do chi phí ắc quy lưu trữ giảm, các hệ thống đã được kết nối với lưới điện cũng có thể bắt đầu tận dụng việc lưu trữ pin. Điều này có nghĩa là có thể lưu trữ năng lượng mặt trời được tạo ra vào ban ngày và sử dụng nó vào ban đêm. Khi năng lượng lưu trữ bị cạn kiệt, lưới điện sẽ đóng vai trò dự phòng, cho phép khách hàng sử dụng điện liên tục. Các hệ thống hybrid cũng có thể sạc ắc quy bằng cách sử dụng điện ngoài giờ giá rẻ (thường sau nửa đêm đến 6 giờ sáng).

Nguyên lý hoạt động

Các tấm pin năng lượng mặt trời chuyển quang năng thành điện năng và nạp vào ắc quy thông qua bộ điều khiển sạc. Tải lấy năng lượng tích trữ trong ắc quy thông qua bộ biến tần lai. Thêm vào đó ắc quy cũng có thể được sạc bằng cách lấy năng lượng từ điện lưới.

Hệ thống ưu tiên sử dụng nguồn năng lượng mặt trời để chuyển thành nguồn điện xoay chiều cung cấp cho các thiết bị điện được ưu tiên sử dụng (camera giám sát, hệ thống server, đèn…), đồng thời sạc cho ắc quy.

• Khi năng lượng mặt trời đủ mạnh để cấp dòng cho tải, tải sẽ được ưu tiên chỉ sử dụng năng lượng từ các tấm pin năng lượng mặt trời. Nếu nguồn năng lượng mặt trời dư sẽ được hòa vào lưới điện để cung cấp cho các thiết bị điện khác.
• Trường hợp ánh sáng mặt trời yếu không đủ cung cấp cho tải hoặc tải yêu cầu nhiều năng lượng hơn so với khả năng của các tấm pin thì hệ thống sẽ bổ sung nguồn điện lưới để cung cấp cho các thiết bị điện và sạc ắc quy.
• Trường hợp cúp điện, hệ thống sử dụng nguồn điện mặt trời và nguồn điện từ ắc quy để cung cấp cho các thiết bị điện ưu tiên.

Ưu và nhược điểm

Ưu điểm:

• Hệ thống điện năng lượng mặt trời lai đảm bảo cung cấp điện liên tục. Hệ thống không phụ thuộc nhiều vào điện lưới nên khi lưới điện gặp sự cố, hoạt động của doanh nghiệp, hộ gia đình… không bị ảnh hưởng.
• Giảm ô nhiễm tiếng ồn. Hệ thống vận hành tự động và yên tĩnh, không sử dụng nhiên liệu xăng, dầu… ồn ào, ô nhiễm, độc hại như máy nổ phát điện, bảo vệ môi trường sống.

Nhược điểm:

Do sử dụng nhiều thiết bị phụ trợ đi kèm nên toàn hệ thống có chung các nhược điểm là:

• Chi phí bảo trì cao
• Hiệu suất chuyển đổi không cao