Pin lithium-ion cung cấp năng lượng cho nhiều thứ đã trở nên thiết yếu trong thế kỷ 21, bao gồm điện thoại, máy tính xách tay và xe cộ. Chúng cũng nổi lên như một công cụ hiệu quả để lưu trữ năng lượng mặt trời dư thừa để có thể sử dụng khi chúng ta cần nhất.
Nhưng pin mặt trời thực hiện chức năng này như thế nào phụ thuộc vào cách cấu hình và cách bạn sử dụng nó.
Trong bài viết này, chúng ta sẽ khám phá:
Pin mặt trời cung cấp năng lượng cho ngôi nhà như thế nào
Ba cách phổ biến để sử dụng pin mặt trời
Khoa học đằng sau việc lưu trữ pin lithium-ion
Những câu hỏi thường gặp
Chúng ta hãy cùng tìm hiểu tổng quan về cách kết hợp năng lượng mặt trời và pin lưu trữ để cung cấp điện cho ngôi nhà của bạn.
Pin mặt trời cung cấp năng lượng cho ngôi nhà của bạn như thế nào?
Pin mặt trời lưu trữ điện năng dư thừa do tấm pin mặt trời tạo ra để chủ nhà có thể sử dụng sau này. Chức năng này cho phép tấm pin mặt trời – vốn nổi tiếng là chỉ tạo ra điện khi có mặt trời chiếu sáng – cung cấp năng lượng sạch hiệu quả suốt ngày đêm.
Vì năng lượng mặt trời và pin là khoản đầu tư đáng kể nên cần phải biết chính xác cách thức các hệ thống này hoạt động cùng nhau. Vì vậy, hãy cùng xem xét kỹ hơn cách năng lượng mặt trời và pin hoạt động cùng nhau.
Sạc pin năng lượng mặt trời
Quá trình này bắt đầu khi ánh sáng mặt trời chiếu vào các tấm pin mặt trời và được chuyển đổi thành điện thông qua hiệu ứng quang điện . Từ đây, mọi thứ trở nên thú vị hơn một chút.
Tấm pin mặt trời tạo ra dòng điện một chiều (DC), là dòng điện tương tự được sử dụng để sạc pin mặt trời. Tuy nhiên, lưới điện gia đình và địa phương của bạn sử dụng điện xoay chiều (AC). Vì vậy, tại một thời điểm nào đó, dòng điện một chiều từ tấm pin của bạn cần được đảo ngược thành dòng điện xoay chiều trước khi cấp điện cho ngôi nhà của bạn – nhưng thời điểm chính xác và số lần đảo ngược dòng điện phụ thuộc vào loại pin bạn có.
Trong hệ thống pin nối DC , điện DC từ các tấm pin sẽ chảy trực tiếp vào pin , tại đó điện sẽ sạc pin hoặc chuyển sang điện xoay chiều để cung cấp cho các hệ thống trong nhà thông qua bộ biến tần đa chế độ tích hợp sẵn trong pin.
Trong hệ thống pin nối AC , điện DC từ các tấm pin mặt trời ngay lập tức được chuyển thành điện AC bởi bộ biến tần năng lượng mặt trời và được sử dụng trực tiếp để cấp điện cho ngôi nhà. Điện dư thừa được bộ biến tần pin đảo ngược trở lại thành dòng điện DC để có thể sử dụng để sạc pin.
Mỗi lần dòng điện đảo ngược từ AC sang DC (hoặc ngược lại), một lượng nhỏ điện năng bị mất do nhiệt. Vì vậy, hệ thống ghép nối DC thường hiệu quả hơn vì chúng yêu cầu ít đảo ngược hơn.
Vấn đề là nhiều hệ thống chỉ sử dụng năng lượng mặt trời hiện có đã có bộ biến tần năng lượng mặt trời chuyển đổi điện năng từ DC sang AC gần như ngay lập tức sau khi sản xuất. Trong trường hợp của bộ biến tần vi mô, sự đảo ngược này xảy ra trên chính tấm pin, khiến việc thêm pin ghép nối DC vào hệ thống năng lượng mặt trời hiện có trở nên cực kỳ khó khăn.
Bất chấp sự khác biệt về cấu hình, bức tranh toàn cảnh về hệ thống pin kết nối AC và DC đều giống nhau: Điện mặt trời chủ yếu được sử dụng để cung cấp điện cho ngôi nhà và bất kỳ lượng điện dư thừa nào sẽ được dùng để sạc pin.
Điều gì xảy ra với năng lượng mặt trời khi pin đầy?
Nếu pin của bạn được sạc đến 100% công suất và bạn vẫn còn sản lượng điện mặt trời dư thừa, thì lượng điện dư thừa thường được đẩy (hoặc "xuất khẩu") vào lưới điện địa phương để cấp điện cho các hệ thống gần đó. Trong hầu hết các trường hợp, chủ sở hữu năng lượng mặt trời được đền bù cho việc xuất khẩu điện vào lưới điện dưới dạng tín dụng trên hóa đơn.
Xả pin mặt trời
Được rồi, pin hiện đã được sạc bằng điện một chiều từ tấm pin mặt trời – vậy bây giờ thì sao?
Khi ngôi nhà của bạn cần nguồn điện được lưu trữ trong pin, bộ biến tần đa chế độ trong pin sẽ chuyển đổi dòng điện từ DC sang AC và dòng điện sẽ chạy qua hộp bảng điện đến các hệ thống cần điện.
Trong hệ thống ghép nối DC, đây là sự đảo ngược đầu tiên và duy nhất
Trong hệ thống kết nối AC, đây là sự đảo ngược thứ ba
Pin lithium-ion ngày nay có thể xả 85-100% dung lượng lưu trữ của chúng (tùy thuộc vào loại pin ) mà không gây ra hư hỏng làm giảm tuổi thọ của chúng. Vì vậy, về mặt lý thuyết, pin 10 kWh có thể lưu trữ và xả 8,5 đến 10 kWh điện trong một chu kỳ. Tuy nhiên, trong thế giới thực, một số dung lượng này bị mất do nhiệt trong quá trình đảo ngược.
Bây giờ, hệ thống nào sẽ được pin cung cấp năng lượng và thời điểm cung cấp năng lượng là tùy thuộc vào chủ nhà.
Những cách phổ biến để sử dụng pin mặt trời
Có ba cách chính để sử dụng pin mặt trời: Chế độ sao lưu quan trọng, chế độ tự tiêu thụ và kết hợp cả hai. Cách bạn sử dụng pin quyết định cách pin hoạt động. Ví dụ, pin được sử dụng riêng cho nguồn điện dự phòng hoạt động khác với pin được sử dụng riêng cho nguồn điện tự tiêu thụ.
Hãy cùng xem xét kỹ hơn từng chế độ và sự khác biệt giữa chúng.
Pin hoạt động như thế nào ở chế độ dự phòng quan trọng?
Pin năng lượng mặt trời được biết đến nhiều nhất vì khả năng cung cấp nguồn điện dự phòng khi lưới điện bị mất. Pin không chỉ cung cấp điện mà việc có pin dự phòng cũng cho phép hệ thống năng lượng mặt trời vẫn hoạt động (trong khi hệ thống chỉ sử dụng năng lượng mặt trời sẽ bị tắt khi mất điện để bảo vệ người lao động).
Tuy nhiên, có giới hạn về hệ thống mà pin có thể cấp điện ở chế độ dự phòng. Trừ khi bạn đầu tư vào nhiều pin (công suất 30-40 kWh) có thể cấp điện cho toàn bộ ngôi nhà, bạn sẽ phải lựa chọn hệ thống nào mà pin của bạn cấp điện trong thời gian mất điện.
Trên thực tế, hệ thống pin dự phòng thường được cấu hình thành một bảng điện bổ sung – được gọi là bảng phụ tải quan trọng – quyết định hệ thống nào sẽ nhận được nguồn điện trong thời gian mất điện.
Sau đây là cách pin hoạt động ở chế độ dự phòng:
Pin duy trì được mức sạc đầy
Lưới điện địa phương bị sập
Cổng dự phòng của hệ thống pin cô lập ngôi nhà khỏi lưới điện
Pin cung cấp điện cho ngôi nhà thông qua bảng phụ tải quan trọng
Pin vẫn có thể sạc bình thường ở chế độ dự phòng, tuy nhiên, nó sẽ chỉ cấp điện cho một số mạch được chọn trước trong nhà như tủ lạnh, thiết bị nhà bếp, đèn, thiết bị y tế, máy nước nóng, Wi-Fi, TV và sạc thiết bị.
Bài viết liên quan: Pin mặt trời có thể cung cấp điện cho ngôi nhà trong bao lâu khi mất điện?
Pin hoạt động như thế nào ở chế độ tự tiêu thụ năng lượng mặt trời?
Một lý do chính khác để đầu tư vào hệ thống lưu trữ pin tại nhà là hạn chế tương tác của bạn với lưới điện bằng cách lưu trữ và sử dụng sản lượng điện mặt trời của riêng bạn. Đây là một chiến lược tiết kiệm chi phí được gọi là tự tiêu thụ năng lượng mặt trời và chủ yếu được sử dụng bởi những chủ nhà có mức giá theo thời gian sử dụng (TOU) và/hoặc khoản bồi thường bất lợi cho lượng điện mặt trời dư thừa của họ.
Ý tưởng đằng sau chế độ tự tiêu thụ là việc lưu trữ và sử dụng năng lượng mặt trời dư thừa sẽ tiết kiệm chi phí hơn so với việc xuất nó vào lưới điện.
Ở chế độ tự tiêu thụ, pin được cấu hình trực tiếp với bảng điện chính của bạn và có thể cấp điện cho bất kỳ hệ thống nào trong nhà. Nhưng thay vì chờ lưới điện ngừng hoạt động, pin sẽ xả điện ngay khi sản lượng điện mặt trời không theo kịp nhu cầu của hộ gia đình và tiếp tục xả cho đến khi đạt đến độ sâu xả tối đa.
Vì vậy, ở chế độ tự tiêu thụ, pin của bạn sẽ sạc và xả (chu kỳ) hầu hết các ngày, trong khi ở chế độ dự phòng quan trọng, pin chỉ xả khi lưới điện mất điện.
Bài viết liên quan: Pin chỉ tiêu thụ là gì và tại sao nó được cung cấp ở California?
Pin có thể vừa dự phòng vừa tự tiêu thụ năng lượng mặt trời được không?
Đối với một số chủ nhà, có thể - và đáng giá - có một hệ thống pin có thể tự tiêu thụ năng lượng mặt trời và sao lưu các hệ thống thiết yếu trong thời gian mất điện. Tuy nhiên, có những hạn chế cần lưu ý.
Ví dụ, pin thường duy trì trạng thái sạc thấp (SOC) ở chế độ tự tiêu thụ vì pin sạc bằng năng lượng mặt trời vào ban ngày và xả hoàn toàn vào mỗi đêm để cung cấp điện cho ngôi nhà của bạn khi mặt trời lặn, như thể hiện bằng đường màu hồng trong biểu đồ bên dưới.
Nguồn hình ảnh.
Vì vậy, vào một ngày nắng điển hình ở chế độ tự tiêu thụ, bạn sẽ chỉ sạc đầy từ trưa đến 4 giờ chiều và về cơ bản là không sạc từ 8 giờ tối đến 8 giờ sáng.
Với suy nghĩ đó, bạn sẽ cần lập kế hoạch trước để sử dụng pin làm nguồn điện dự phòng. Ví dụ, nếu công ty tiện ích của bạn đưa ra cảnh báo về tình trạng mất điện luân phiên hoặc các sự kiện ngắt điện theo kế hoạch , bạn sẽ muốn chuyển pin sang chế độ dự phòng để có thể sạc đầy và duy trì mức sạc đầy.
Việc mất điện lưới có thể khó dự đoán, nhưng bạn có thể muốn chuyển sang chế độ dự phòng trước các sự kiện thời tiết khắc nghiệt có thể gây ra tình trạng mất điện, chẳng hạn như cháy rừng, nắng nóng, gió mạnh và bão lớn.
Tóm lại: Nếu mục tiêu của bạn là sử dụng pin cho mục đích tự tiêu thụ và dự phòng, hãy hiểu rõ khả năng và hạn chế của pin trước khi bạn gặp sự cố mất điện do pin hết.
Khoa học đằng sau việc lưu trữ pin lithium-ion
Về mặt khoa học, pin mặt trời lithium-ion hoạt động thông qua phản ứng hóa học tương tự như pin lithium-ion trong điện thoại, máy tính xách tay hoặc điều khiển TV của bạn. Và ai có thể giải thích những điều cơ bản về pin tốt hơn Walter White trong Breaking Bad?
Nếu phiên bản của Walter có vẻ hơi thô sơ, thì đây là góc nhìn cận cảnh hơn về cách hoạt động của pin năng lượng mặt trời lithium-ion.
Pin năng lượng mặt trời lithium-ion hoạt động như thế nào?
Bên trong mỗi cell pin, các ion lithium đi qua giữa hai khoang – cực dương tích điện âm và cực âm tích điện dương – và giải phóng các electron để tạo ra dòng điện cung cấp năng lượng cho các hệ thống trong nhà bạn. Một bộ tách điện phân giữa cực dương và cực âm đảm bảo rằng các ion lithium có thể đi qua hai khoang và các electron phải đi ra khỏi pin và qua hệ thống mà bạn muốn cung cấp năng lượng.
Khi pin xả , các ion lithium chảy từ cực dương sang cực âm, và các electron di chuyển từ cực âm của pin, qua tải điện và trở lại cực dương của pin.
Để sạc pin lithium-ion , quá trình này được đảo ngược. Nguồn sạc (tấm pin mặt trời) kéo các electron từ cực dương trở lại cực âm của pin và các ion lithium đi từ cực âm đến cực dương để thiết lập lại phản ứng hóa học và khôi phục tiềm năng năng lượng.
Có một số loại pin lithium-ion được phân biệt theo các thành phần tạo nên catốt. Hai thành phần hóa học phổ biến nhất là Lithium Nickel Manganese Cobalt (NMC) và Lithium Iron Phosphate (LFP).
Thông tin thú vị trên Solar.com: Chữ “F” trong LFP là viết tắt của Ferrite, một từ đồng nghĩa với sắt.
Những điểm chính
Pin mặt trời là hệ thống phức tạp kết hợp phản ứng hóa học với công nghệ hỗ trợ Wi-Fi để tạo ra hệ thống năng lượng nhà thông minh. Sau đây là một số điểm chính cần lưu ý:
Pin gia đình cho phép bạn lưu trữ năng lượng mặt trời dư thừa để sử dụng khi cần thiết
Có một số chế độ hoạt động của pin quyết định cách thức và thời điểm pin của bạn sạc và xả
Pin lithium-ion hoạt động thông qua phản ứng hóa học giải phóng các electron để tạo ra dòng điện
Những câu hỏi thường gặp
Pin năng lượng mặt trời gia đình hoạt động như thế nào?
Pin gia đình lưu trữ điện năng dư thừa do các tấm pin mặt trời tạo ra để sử dụng khi chủ nhà thuận tiện. Trong nhiều trường hợp, năng lượng mặt trời được lưu trữ lâu dài với mục đích cung cấp điện dự phòng khi lưới điện bị sập. Trong những trường hợp khác, năng lượng mặt trời dư thừa được lưu trữ và xả hàng ngày để tiết kiệm tiền bằng cách hạn chế tương tác với lưới điện địa phương.
Điều gì xảy ra với năng lượng mặt trời khi pin đầy?
Trong hệ thống hòa lưới, sau khi pin được sạc đầy, điện mặt trời dư thừa thường được xuất sang lưới điện để cung cấp điện cho các hệ thống gần đó để đổi lấy tín dụng trên hóa đơn.
Pin mặt trời có thể cung cấp điện cho một ngôi nhà trong bao lâu?
Thời gian chính xác mà một pin mặt trời có thể cung cấp điện cho một ngôi nhà phụ thuộc vào kích thước của pin và kích thước của tải mà nó được yêu cầu cung cấp điện. Theo cơ sở, NREL phát hiện ra rằng một hệ thống năng lượng mặt trời nhỏ với 10 kWh lưu trữ pin có thể cung cấp điện cho các hệ thống quan trọng (không bao gồm nhiệt hoặc AC) trong ít nhất 3 ngày ở hầu hết mọi nơi tại Hoa Kỳ vào bất kỳ thời điểm nào trong năm.
THEO SOLAR
Comentários