Biến tần hay inverter năng lượng mặt trời là một trong những thiết bị quan trọng nhất của hệ thống điện mặt trời. Nó chuyển đổi đầu ra dòng điện một chiều (Direct Current – DC) của các tấm pin năng lượng mặt trời thành dòng điện xoay chiều (Alternating Current – AC).
1. Bộ biến tần năng lượng mặt trời (solar inverter) là gì?
Đây là thiết bị điện tử chuyển đổi dòng điện 1 chiều (DC) thành dòng điện xoay chiều (AC). Các tấm pin mặt trời tạo ra
Biến tần hay inverter năng lượng mặt trời là một trong những thiết bị quan trọng nhất của hệ thống điện mặt trời. Nó chuyển đổi đầu ra dòng điện một chiều (Direct Current – DC) của các tấm pin năng lượng mặt trời thành dòng điện xoay chiều (Alternating Current – AC).
Hiểu cách khác, dòng điện từ các tấm pin mặt trời sản xuất ra là dòng điện 1 chiều(DC). Trong khi đó các thiết bị máy móc, dân dụng trong gia đình đa số lại sử dụng dòng điện xoay chiều (AC), vì vậy cần phải có 1 thiết bị chuyên biệt có chức năng chuyển dòng điện này từ DC thành AC, thiết bị đó gọi là Inverter
Ứng dụng của biến tần năng lượng mặt trời
2. Phân loại:
Hiện tại, inverter năng lượng mặt trời được phân làm 3 loại là Inverter chuỗi (String inverter), Inverter vi mô (Micro inverter) và Inverter chuỗi kết hợp tối ưu hoá (Power Optimizer).
a. Biến tần chuỗi (String inverter)
String inverter là gì?
String inverter là một biến tần trung tâm đóng vai trò là đầu vào của nguồn năng lượng điện được tạo ra bởi chuỗi những tấm pin năng lượng, từ đó chạy đến từng đơn vị riêng lẻ. Những tấm pin mặt trời được liên kết với nhau thành chuỗi và điểm cuối là kết nối vào biến tần. Một biến tần chuỗi có thể có nhiều đầu vào.
Bộ biến tần năng lượng mặt trời
Ví dụ: Hệ thống của bạn có thể có 3 chuỗi, mỗi chuỗi gồm 8 tấm pin và bạn có thể cắm 3 chuỗi này vào cùng một biến tần 7700W. Đồng nghĩa với việc bạn có thể xây dựng một hệ thống với 24 tấm pin mặt trời chỉ với một biến tần.
Ưu và nhược điểm của biến tần chuỗi
+ Ưu điểm:
Bộ biến tần chuỗi là lựa chọn hiệu quả nhất về chi phí đầu tư, nếu bạn đáp ứng một số điều kiện nhất định thì nó có thể hoạt động tối ưu.
+ Nhược điểm:
Người xưa có câu “một con ngựa đau, cả tàu bỏ cỏ”. Câu nói này hoàn toàn đúng đối với công nghệ này vì trong một chuỗi những tấm pin nếu có một tấm pin bị giảm hiệu suất tạo điện thì sẽ kéo theo những tấm pin khác trong chuỗi cũng giảm hiệu suất.
Xem thêm: Điều kiện kinh doanh điện mặt trời
Ví dụ: Bạn đang sở hữu 1 chuỗi gồm 5 tấm pin có công suất 300W, nhưng chẳng may có một tấm pin bị hỏng và giảm hiệu suất chỉ còn 200W, thì lúc này 4 tấm pin còn lại dù không bị hư hỏng gì nhưng công suất cũng bị giảm xuống còn 200W.
Một số yếu tố có thể gây ra sự sụt giảm trong công suất tấm pin của hệ thống này:
- Bóng râm sẽ làm một vài tấm pin của bạn bị giảm hiệu suất và tạo ra lượng điện ít hơn, khi đó cũng sẽ ảnh hưởng và làm giảm hiệu suất trên toàn bộ chuỗi đó.
- Hướng tấm pin năng lượng cũng là một yếu tố ảnh hưởng chính. Vì các tấm năng lượng tạo ra điện nhiều nhất khi được ánh sáng mặt trời chiếu trực diện, nên khi bố trí chuỗi các tấm pin phân tán theo nhiều hướng thì những tấm pin ở hướng tối nhất sẽ làm ảnh hưởng xấu đến các tấm pin còn lại trong chuỗi.
- Thiết bị gặp trục trặc, khi một trong số các tấm pin trên cùng một chuỗi bị hỏng và ngừng hoạt động thì dĩ nhiên cả chuỗi đó sẽ mất khả năng tạo ra năng lượng điện. Câu nói dân gian “Một con sâu làm rầu nồi canh” có vẻ là một câu nói phù hợp với trường hợp này.
Vì những lý do nêu trên, chúng tôi khuyên bạn nên chỉ sử dụng bộ biến tần chuỗi nếu hệ thống điện mặt trời của bạn có thể nhận được ánh sáng mặt trời quanh năm và tất cả các tấm pin phải đảm bảo quay về cùng một hướng.
Nếu hệ thống điện mặt trời của bạn có thể đáp ứng được các điều kiện kể trên thì bộ biến tần chuỗi hoàn toàn là một lựa chọn tuyệt vời để giúp bạn tiết kiệm chi phí đầu tư cho dự án năng lượng mặt trời của bạn.
b. Biến tần chuỗi kết hợp bộ tối ưu hoá sức mạnh (Power Optimizer):
Bộ tối ưu hoá sức mạnh là gì?
Bộ tối ưu hóa được gắn vào các tấm pin mặt trời của bạn, cho phép bạn có thể kiểm soát từng đầu ra của tấm pin đó một cách độc lập với những tấm pin khác của chuỗi. Điều này đã giải quyết được những hạn chế của bộ biến tần chuỗi. Nếu một tấm pin bị giảm khả năng sản xuất điện do bóng râm hoặc trục trặc kỹ thuật thì lúc này bộ tối ưu hóa đảm bảo các pin khác trong chuỗi không bị ảnh hưởng.
Ưu và nhược điểm của biến tần chuỗi có tích hợp tối ưu hoá
+ Ưu điểm:
Thêm bộ tối ưu hóa cho phép bạn linh hoạt hơn nhiều với thiết kế hệ thống của bạn. Bạn có thể lắp đặt các tấm pin chia ra trên những không gian đón nhận ánh sáng tốt nhất. Bộ tối ưu hoá đảm bảo những tấm pin của bạn luôn sản xuất được nhiều năng lượng điện nhất nếu bạn bố trí hợp lý.
Một lợi ích khác nữa là bạn có thể giám sát từng tấm pin một cách độc lập. Bạn có thể theo dõi quá trình sản xuất từ mỗi tấm pin riêng lẻ, điều này giúp bạn phát hiện được những vấn đề và nhược điểm của từng tấm pin.
+ Nhược điểm:
Tất nhiên, việc bổ sung chức năng đi kèm này sẽ tốn chi phí đầu tư cao hơn. Có thể thấy biến tần chuỗi kết hợp tối ưu hoá có giá thành gần gấp đôi so với biến tần chuỗi thông thường (theo mỗi Watt).
Bạn nên lưu ý những con số về chi phí trên mỗi watt này chỉ đúng trong trường hợp các tấm pin đang hoạt động với hiệu suất tối đa. Còn nếu bạn xây dựng một bộ biến tần chuỗi ở một vị trí không thuận lợi, bị che khuất và không trang bị bộ tối ưu hoá thì hệ thống năng lượng mặt trời của bạn sẽ không thể sản xuất điện năng đúng với định mức của nó.
c. Biến tần vi mô (Micro-Inverter)
Micro-inverter là gì?
Đây là loại biến tần kết hợp với một tấm pin năng lượng mặt trời duy nhất để quản lý và đảm nhiệm công việc chuyển đổi dòng điện DC thành dòng điện AC cho tấm pin riêng lẻ đó. Trong các hệ thống biến tần vi mô, không có biến tần chuỗi. Thay vào đó, mỗi tấm pin sẽ được nối với biến tần micro của chính nó.
Ưu và nhược điểm của Micro-inverter
+ Ưu điểm:
Đầu tiên, bạn có thể thấy rõ là công nghệ micro-inverter này là sự liên kết của từng cặp tấm pin và inverter khác nhau, nên việc 1 tấm pin nào đó bị giảm hiệu suất sẽ không làm ảnh hưởng đến những tấm pin khác. Do đó, bạn có thể xây dựng hệ thống theo bất kỳ cấu hình hoặc định hướng nào mà bạn muốn.
Khi gia đình bạn có ngân sách nhỏ thì bạn có thể đầu tư một hệ thống nhỏ phù hợp với điều kiện tài chính nhà mình và sau đó nếu muốn mở rộng, nâng cấp quy mô lớn hơn vẫn được.
+ Nhược điểm:
Sự đánh đổi cho sự thuận tiện này là giá thành của bộ biến tần vi mô là đắt nhất. Nếu bạn muốn mở rộng quy mô từ nhỏ thành hệ thống với quy mô lớn hơn thì việc lựa chọn bộ biến tần chuỗi hoặc bộ biến tần tối ưu hoá sẽ tiết kiệm chi phí hơn so với hệ thống biến tần micro.
Khi khoảng không gian lắp điện năng lượng mặt trời của bạn có thể đón nhận được nhiều lượng ánh sáng mặt trời mà không bị khuất ánh sáng (khoảng 6-8 tấm pin kích thước lớn), chúng tôi khuyên bạn nên chuyển sang thiết kế hệ thống biến tần chuỗi vì đây sẽ là lựa chọn hiệu quả nhất về chi phí.
3. Nguyên lý hoạt động của biến tần năng lượng mặt trời
Năng lượng mặt trời được thay đổi thành năng lượng điện với sự trợ giúp của các tế bào quang điện. Năng lượng này được lưu trữ trong pin vào ban ngày cho mục đích hoạt động bất cứ khi nào cần thiết. Hệ thống đề xuất được thiết kế để sử dụng năng lượng mặt trời cho tải nhà sử dụng biến tần.
Biến tần năng lượng mặt trời chuyển đổi đầu ra DC (Dòng điện trực tiếp) của bảng điều khiển năng lượng mặt trời PV thành tần số AC (dòng điện xoay chiều) có thể được đưa vào lưới điện thương mại (hoặc) được sử dụng bởi một n / w điện ngoại tuyến.
Trong hệ thống đề xuất này, năng lượng mặt trời được lưu trữ trong pin từ các tế bào PV. Năng lượng này của pin được thay đổi thành nguồn cung cấp AC tần số 50Hz bằng cách sử dụng IC biến tần PWM với MOSFET cho cầu điều khiển MOSFET và tăng cường điện áp bằng một máy biến áp, tất cả chỉ ở dạng n / w ngoại tuyến chứ không phải loại nối lưới.