Sơ đồ nguyên lý hoạt động
Các tấm pin mặt trời chuyển đổi quang năng thành dòng điện một chiều (DC). Sau đó, thông qua thiết bị inverter được trang bị thuật toán MPPT (Maximum Power Point Tracking), dòng điện DC được chuyển hóa thành dòng điện xoay chiều (AC). Nguồn điện AC được tạo ra từ hệ thống pin năng lượng mặt trời sẽ được kết nối với tủ điện chính, hòa đồng bộ vào lưới điện hiện hữu, cung cấp điện song song với nguồn điện lưới (ưu tiên sử dụng điện mặt trời, nếu thiếu sẽ tự động lấy từ lưới điện, nếu thừa sẽ phát ngược lên lưới điện) giúp giảm điện năng tiêu thụ từ lưới điện. Đây cũng chính là nguyên lý hòa lưới điện mặt trời.
Khi mất điện lưới, inverter trong hệ thống sẽ ngay lập tức ngắt kết nối với lưới điện. Điều này đảm bảo chắc chắn rằng hệ thống pin năng lượng mặt trời không phát điện lên lưới gây nguy hiểm cho nhân viên sửa chữa lưới điện.
Khi một photon chạm vào mảnh silic, một trong hai điều sau sẽ xảy ra:
Photon truyền trực xuyên qua mảnh silic. Điều này thường xảy ra khi năng lượng của photon thấp hơn năng lượng đủ để đưa các hạt electron lên mức năng lượng cao hơn.
Năng lượng của photon được hấp thụ bởi silic. Điều này thường xảy ra khi năng lượng của photon lớn hơn năng lượng để đưa electron lên mức năng lượng cao hơn.
Khi photon được hấp thụ, năng lượng của nó được truyền đến các hạt electron trong màng tinh thể. Thông thường các electron này lớp ngoài cùng, và thường được kết dính với các nguyên tử lân cận vì thế không thể di chuyển xa. Khi electron được kích thích, trở thành dẫn điện, các electron này có thể tự do di chuyển trong bán dẫn.
Khi đó nguyên tử sẽ thiếu 1 electron và đó gọi là “lỗ trống”. Lỗ trống này tạo điều kiện cho các electron của nguyên tử bên cạnh di chuyển đến điền vào “lỗ trống”, và điều này tạo ra lỗ trống cho nguyên tử lân cận có “lỗ trống”. Cứ tiếp tục như vậy “lỗ trống” di chuyển xuyên suốt mạch bán dẫn. Đây chính là sơ đồ nguyên lý pin mặt trời.
Một photon chỉ cần có năng lượng lớn hơn năng luợng đủ để kích thích electron lớp ngoài cùng dẫn điện. Tuy nhiên, tần số của mặt trời thường tương đương 6000°K, vì thế nên phần lớn năng lượng mặt trời đều được hấp thụ bởi silic. Tuy nhiên hầu hết năng lượng mặt trời chuyển đổi thành năng lượng nhiệt nhiều hơn là năng lượng điện sử dụng được.
Với mức giá tiện ích tăng cao và chính sách đo lường ròng bị xói mòn, hệ thống lưu trữ pin gia đình đã trở nên thiết yếu đối với chủ nhà để kiểm soát chi phí điện thiết yếu của họ. Nhưng việc chọn pin mặt trời không dễ như chọn pin AAA để cấp nguồn cho điều khiển TV của bạn.
Một trong những quyết định quan trọng mà chủ nhà phải đối mặt là nên đầu tư vào pin mặt trời nối AC hay DC — điều này có thể ảnh hưởng đến chi phí, hiệu quả và độ phức tạp tổng thể của hệ thống.
Trong bài viết này, chúng ta sẽ khám phá những khác biệt chính giữa pin ghép AC và pin ghép DC và cách chọn loại pin phù hợp nhất với mục tiêu năng lượng của bạn.
Sự khác biệt giữa pin năng lượng mặt trời AC-Coupled và DC-Coupled là gì?
Sự khác biệt chính giữa pin ghép AC và DC là loại dòng điện chạy vào pin. Tất cả pin năng lượng mặt trời đều lưu trữ điện DC, nhưng pin ghép AC được thiết kế để nhận dòng điện xoay chiều (AC) trong khi pin ghép DC được thiết kế để nhận dòng điện một chiều (DC).
Trên thực tế, pin ghép DC hiệu quả hơn vì chúng có thể nhận được điện DC do tấm pin mặt trời tạo ra. Mặt khác, hệ thống pin ghép AC kém hiệu quả hơn vì dòng điện một chiều từ tấm pin mặt trời phải được đảo ngược hai lần — từ DC sang AC, sau đó trở lại DC — trước khi thực sự đi vào pin để lưu trữ và một ít năng lượng bị mất mỗi lần đảo ngược dòng điện.
Trong cả hai trường hợp, điện DC được lưu trữ phải được chuyển đổi thành điện AC khi thoát khỏi pin để có thể phân phối khắp nhà hoặc lưới điện địa phương.
Vậy tại sao lại có hệ thống pin AC-coupled nếu chúng phức tạp hơn và kém hiệu quả hơn? Để hiểu rõ hơn, chúng ta cần xem xét hệ sinh thái năng lượng tại nhà của bạn.
Điện AC so với điện DC trong nhà bạn
Như đã đề cập ở trên, có hai loại dòng điện — AC và DC — được sử dụng theo những cách khác nhau. AC phù hợp hơn để vận chuyển điện qua các khoảng cách và do đó được sử dụng bởi lưới điện, hệ thống dây điện bên trong nhà bạn và một số thiết bị gia dụng như máy nướng bánh mì, động cơ cửa nhà để xe và máy giặt. DC phù hợp hơn để lưu trữ năng lượng và cung cấp năng lượng cho một số thiết bị gia dụng như máy tính xách tay, TV và lò vi sóng.
Dòng điện xoay chiều (AC) là… | Dòng điện một chiều (DC) là… |
Phân phối khắp nhà | Được sản xuất bởi tấm pin mặt trời PV |
Phân phối trên lưới điện tiện ích | Được lưu trữ bằng bộ lưu trữ pin |
Được sử dụng để cung cấp năng lượng cho máy nướng bánh mì, động cơ cửa nhà để xe và máy giặt | Được sử dụng để cấp nguồn cho TV, lò vi sóng và sạc thiết bị |
Vì vậy, trong một hệ thống năng lượng mặt trời điển hình không có pin lưu trữ:
Các tấm pin mặt trời tạo ra dòng điện một chiều
Bộ biến tần năng lượng mặt trời chuyển đổi nó thành dòng điện xoay chiều để phân phối khắp nhà hoặc xuất ra lưới điện.
Một số thiết bị sử dụng dòng điện xoay chiều trong khi những thiết bị khác có bộ biến tần chuyên dụng (như hộp đen trên dây nguồn máy tính xách tay của bạn) để đảo ngược dòng điện một lần nữa thành dòng điện một chiều.
Nhiều hệ thống chỉ dùng năng lượng mặt trời hiện đại có bộ biến tần siêu nhỏ gắn vào mỗi tấm pin mặt trời, do đó, lần đảo ngược đầu tiên diễn ra trước khi điện rời khỏi tấm pin mặt trời. Để thêm pin vào các hệ thống này, pin cần có khả năng tiếp nhận điện xoay chiều và đảo ngược trở lại thành điện một chiều có thể lưu trữ — do đó có pin ghép nối AC.
Như bạn có thể đoán, pin ghép nối AC và DC có những ưu điểm và nhược điểm riêng.
Ưu điểm và nhược điểm của pin năng lượng mặt trời AC-Coupled
Pin mặt trời AC-coupled tích hợp liền mạch với các bộ biến tần năng lượng mặt trời hiện có, khiến chúng trở thành lựa chọn phổ biến để cải tạo hệ thống năng lượng mặt trời. Khả năng tương thích này với lưới điện và bộ biến tần năng lượng mặt trời giúp đơn giản hóa việc lắp đặt và giảm chi phí ban đầu.
Mặt khác, các hệ thống này bị tổn thất chuyển đổi kép — một lần khi DC từ các tấm pin mặt trời được chuyển đổi thành AC để sử dụng tại nhà và một lần nữa khi lưu trữ AC dư thừa dưới dạng DC trong pin. Do tổn thất năng lượng trong các lần đảo ngược này, hiệu suất khứ hồi tối đa cho các loại pin ghép AC ngày nay là 90%. Vì vậy, nếu hệ thống năng lượng mặt trời của bạn gửi 10 kWh điện đến pin của bạn vào ban ngày, bạn sẽ chỉ lấy 9 kWh từ pin của mình vào ban đêm.
Vì vậy, trong khi chi phí ban đầu thấp hơn, giá trị lâu dài có thể bị ảnh hưởng bởi những tổn thất về hiệu quả này và chi phí bảo trì có khả năng cao hơn.
Ưu điểm và nhược điểm của pin năng lượng mặt trời DC-Coupled
Pin mặt trời DC có hiệu suất cao, chỉ có một lần đảo ngược khi dòng điện ra khỏi pin, mang lại hiệu suất khứ hồi lên tới 97,5%.
Với ít thành phần hơn, pin DC-coupled có thể dễ dàng và ít tốn kém hơn khi cấu hình vào hệ thống năng lượng mặt trời mới. Tuy nhiên, việc tích hợp chúng có thể phức tạp trong các thiết lập năng lượng mặt trời hiện có, có khả năng hạn chế sức hấp dẫn của chúng đối với các thiết lập mới hoặc chủ nhà muốn cải tạo hệ thống hiện tại của họ.
Ví dụ về pin năng lượng mặt trời AC và DC
Trong số 8 loại pin năng lượng mặt trời tốt nhất năm 2023 của chúng tôi , có năm loại được ghép nối AC và ba loại được ghép nối DC (bao gồm cả Panasonic Evervolt có thể được cấu hình theo cả hai cách).
Pin AC-coupled hàng đầu của chúng tôi bao gồm:
Ắc quy | Hiệu suất khứ hồi |
FranklinWH aPower | 89% |
LG ESS Trang chủ 8 | 90% |
sonnen Core+ | 86% |
Enphase IQ 3T/10T/5P | 89% |
Tường năng lượng Tesla | 90% |
Sunpower SunVault | 86% |
Panasonic Evervolt (cấu hình AC) | 89% |
Pin DC hàng đầu của chúng tôi bao gồm:
Ắc quy | Hiệu suất khứ hồi |
LG RESU 10H/16H Prime | 97,5% |
Generac PWRcell DCB | 96,5% |
Panasonic Evervolt (cấu hình DC) | 94% |
コメント