Tìm hiểu sơ đồ năng lượng mặt trời 3 hệ thống

Hệ thống điện năng lượng mặt trời hiện nay được chia thành 3 loại phổ biến: hệ thống độc lập (off-grid), hệ thống hòa lưới (on-grid) và hệ thống hybrid (kết hợp). Mỗi hệ thống có cấu tạo, sơ đồ nguyên lý hoạt động và ứng dụng riêng biệt, phù hợp với từng nhu cầu sử dụng cụ thể như sinh hoạt gia đình, sản xuất hoặc những khu vực chưa có điện lưới. Trong bài viết này, Đèn năng lượng mặt trời Đà Nẵng tìm hiểu chi tiết sơ đồ năng lượng mặt trời 3 hệ thống điện mặt trời, cách chúng vận hành và những ưu và nhược điểm nổi bật để từ đó đưa ra lựa chọn phù hợp nhất cho công trình của bạn.

Cấu tạo một hệ thống điện mặt trời cơ bản

Trước khi tìm hiểu chi tiết về sơ đồ các hệ thống điện mặt trời, bạn cần nắm rõ cấu tạo cơ bản và vai trò của từng bộ phận chính trong hệ thống. Dưới đây là các thành phần không thể thiếu trong một hệ thống điện mặt trời phổ biến hiện nay:

• Tấm pin năng lượng mặt trời (Solar Panel / PV Module): Đây được xem là “trái tim” của hệ thống, có nhiệm vụ hấp thụ bức xạ mặt trời và chuyển đổi thành điện năng một chiều (DC). Tùy theo công nghệ, tấm pin có thể là loại Polycrystalline hoặc Monocrystalline trong đó loại Mono thường cho hiệu suất cao hơn và hoạt động tốt trong điều kiện ánh sáng yếu.
• Inverter (Bộ biến tần): Biến tần có nhiệm vụ chuyển đổi dòng điện một chiều (DC) từ tấm pin thành dòng điện xoay chiều (AC) loại điện mà hầu hết các thiết bị gia dụng, công nghiệp hiện nay sử dụng.
• Hệ thống dây dẫn và thiết bị bảo vệ: Bao gồm dây cáp điện chuyên dụng, chịu nhiệt, chịu UV, cùng với các thiết bị như: aptomat (MCB), cầu chì, thiết bị chống sét lan truyền… giúp truyền tải điện ổn định, đồng thời bảo vệ hệ thống và người sử dụng khỏi các rủi ro như quá tải hoặc phóng điện.
• Khung giá đỡ tấm pin: Giúp cố định và liên kết các tấm pin với nhau chắc chắn, đồng thời tạo độ nghiêng hợp lý để tối ưu hóa lượng ánh sáng mặt trời tiếp nhận. Khung thường được làm từ nhôm định hình hoặc thép mạ kẽm, thiết kế để chịu được thời tiết khắc nghiệt.
• Hệ thống lưu trữ (Ắc quy hoặc pin lưu trữ): Được sử dụng trong hệ thống điện mặt trời độc lập hoặc hybrid, giúp lưu trữ điện để sử dụng vào ban đêm hoặc khi mất điện. Đối với hệ thống hòa lưới không lưu trữ, thành phần này có thể không cần thiết.

Sơ đồ hệ thống điện năng lượng mặt trời hòa lưới (On-grid)

Hệ thống điện mặt trời hòa lưới là mô hình phổ biến nhất hiện nay tại Việt Nam, đặc biệt ở các thành phố, khu dân cư, nhà máy, nhà xưởng. Mô hình này có chi phí đầu tư thấp, dễ triển khai và mang lại hiệu quả kinh tế cao nhờ tiết kiệm tiền điện hằng tháng.

Nguyên lý hoạt động:

• Các tấm pin năng lượng mặt trời hấp thụ ánh sáng mặt trời và chuyển đổi thành dòng điện một chiều (DC).
• Dòng điện DC này được inverter (biến tần) chuyển thành dòng điện xoay chiều (AC) để cấp cho các thiết bị điện trong nhà hoặc nhà xưởng.
• Nếu lượng điện tạo ra nhiều hơn nhu cầu sử dụng, phần điện dư sẽ được đẩy lên lưới điện quốc gia thông qua công tơ hai chiều.
• Ngược lại, nếu hệ thống tạo ra ít điện hơn nhu cầu (ví dụ khi trời nhiều mây hoặc ban đêm), điện sẽ được lấy từ lưới để bù vào phần thiếu.

Lưu ý: Hiện tại (sau năm 2021), Việt Nam chưa ban hành chính sách mới về việc mua lại lượng điện dư từ điện mặt trời áp mái. Do đó, nhiều hệ thống mới hiện nay sử dụng inverter có chức năng “Zero Export” hoặc “bám tải” nghĩa là chỉ tạo ra điện vừa đủ để sử dụng, không đẩy ngược lên lưới, nhằm tránh rủi ro vi phạm quy định.

Ưu điểm của hệ thống điện mặt trời hòa lưới:

• Chi phí đầu tư thấp: Không cần lắp pin lưu trữ (ắc quy), giúp giảm đáng kể chi phí ban đầu.
• Hiệu quả kinh tế cao: Giảm hóa đơn tiền điện từ 50–70% tùy theo quy mô hệ thống và mức tiêu thụ điện.
• Thời gian hoàn vốn nhanh: Chỉ mất khoảng 3–5 năm để hoàn vốn, sau đó hệ thống vẫn tiếp tục tạo điện miễn phí trong nhiều năm tiếp theo.
• Vận hành đơn giản, ít bảo trì: Hệ thống ít hỏng hóc, chỉ cần vệ sinh tấm pin định kỳ là có thể vận hành ổn định trong 20–25 năm.

Nhược điểm:

• Không hoạt động khi mất điện lưới: Khi xảy ra mất điện, inverter sẽ ngừng hoạt động để đảm bảo an toàn cho lưới điện và nhân viên sửa chữa. Do đó, hệ thống không thể phát điện độc lập nếu không có điện lưới hỗ trợ.

Sơ đồ hệ thống điện mặt trời độc lập (Off-grid)

Hệ thống điện mặt trời độc lập là giải pháp lý tưởng cho những khu vực không có điện lưới hoặc thường xuyên bị mất điện như: vùng sâu vùng xa, hải đảo, trạm bơm tưới tiêu, nhà di động, các khu vực biệt lập,….

Nguyên lý hoạt động:

• Tấm pin năng lượng mặt trời hấp thụ ánh sáng và tạo ra dòng điện một chiều (DC).
• Dòng điện này sẽ được dẫn qua bộ điều khiển sạc để nạp vào hệ thống lưu trữ (ắc quy hoặc pin lithium).
• Khi cần sử dụng, inverter độc lập sẽ lấy điện từ pin lưu trữ, chuyển thành dòng điện xoay chiều (AC) để cấp cho các thiết bị điện trong nhà.
• Hệ thống hoàn toàn hoạt động độc lập, không kết nối với lưới điện quốc gia.

Ưu điểm của hệ thống điện mặt trời độc lập:

• Tự chủ hoàn toàn về năng lượng: Không phụ thuộc vào điện lưới, thích hợp cho những khu vực chưa có hạ tầng điện hoặc nơi hay xảy ra sự cố mất điện.
• Ổn định và an toàn: Hệ thống vẫn cung cấp điện đều đặn ngay cả khi lưới điện bị cắt.
• Tiết kiệm chi phí lâu dài: Hệ thống vận hành hoàn toàn bằng năng lượng mặt trời, không tốn chi phí điện hằng tháng.
• Lắp đặt linh hoạt: Có thể triển khai ở bất kỳ đâu có ánh nắng mặt trời, không phụ thuộc vào hạ tầng có sẵn.

Nhược điểm của hệ thống độc lập:

• Chi phí đầu tư cao: Ngoài tấm pin và inverter, hệ thống cần thêm bộ lưu trữ điện (ắc quy hoặc pin lithium), bộ điều khiển sạc và inverter độc lập – làm tăng đáng kể chi phí đầu tư ban đầu.
• Hiệu suất sử dụng chưa tối ưu: Khi pin lưu trữ đầy mà chưa kịp sử dụng điện, phần điện dư sẽ bị lãng phí vì không có hệ thống đẩy lên lưới như hệ hòa lưới.
• Yêu cầu tính toán kỹ lưỡng: Cần xác định rõ công suất tiêu thụ, số giờ nắng, dung lượng pin lưu trữ,… để tránh thiếu điện hoặc dư thừa không cần thiết.
• Chi phí bảo trì cao: Các thiết bị lưu trữ như ắc quy có tuổi thọ giới hạn (thường 3–10 năm) và cần được bảo trì, thay thế định kỳ.

 Sơ đồ hệ thống điện mặt trời hòa lưới có lưu trữ (Hybrid)

Hệ thống điện mặt trời hòa lưới có lưu trữ (hybrid) là sự kết hợp giữa hai mô hình: hòa lưới (on-grid) và độc lập (off-grid). Nhờ đó, hệ thống này vừa tận dụng được điện năng mặt trời, vừa lưu trữ được điện để sử dụng khi cần thiết, đồng thời vẫn có thể kết nối với lưới điện quốc gia. Đây là giải pháp tối ưu cho những ai muốn tiết kiệm chi phí điện nhưng vẫn đảm bảo nguồn điện ổn định trong mọi điều kiện.

Nguyên lý hoạt động:

• Tấm pin mặt trời hấp thụ ánh nắng và tạo ra dòng điện một chiều (DC).
• Điện DC được dẫn đến bộ inverter hybrid thiết bị trung tâm điều phối dòng điện giữa pin năng lượng, pin lưu trữ, tải tiêu thụ và điện lưới.
• Nguồn điện mặt trời được ưu tiên sử dụng trước cho các thiết bị tiêu thụ trong nhà.
• Nếu sản lượng điện dư thừa, điện sẽ nạp vào hệ lưu trữ (pin lithium hoặc ắc quy).
• Khi pin lưu trữ đầy, phần điện dư có thể:
  • Đẩy lên lưới điện quốc gia (nếu có chính sách cho phép),
  • Hoặc inverter tự điều chỉnh công suất phát để tránh lãng phí (chức năng Zero Export).
• Trong trường hợp mất điện lưới hoặc vào ban đêm, hệ thống sẽ lấy điện từ pin lưu trữ để tiếp tục cung cấp cho các thiết bị.

Ưu điểm của hệ thống hybrid:

• Chủ động và linh hoạt: Luôn có nguồn điện sử dụng kể cả khi mất điện lưới nhờ điện dự trữ.
• Tối ưu hóa năng lượng mặt trời: Ưu tiên sử dụng điện mặt trời và chỉ dùng điện lưới khi thật sự cần thiết.
• Tiết kiệm chi phí hóa đơn điện: Sử dụng điện mặt trời cả ngày lẫn đêm, giúp giảm phụ thuộc vào điện lưới.
• Phù hợp với các khu vực thường xuyên mất điện hoặc cần hệ thống điện ổn định (như trung tâm dữ liệu, y tế, sản xuất,…).

Nhược điểm của hệ thống hybrid:

• Chi phí đầu tư cao: Do sử dụng inverter hybrid và hệ thống lưu trữ có giá thành cao.
• Thiết kế phức tạp: Cần tính toán kỹ lưỡng công suất tiêu thụ, dung lượng pin lưu trữ và hiệu suất để đảm bảo vận hành tối ưu.
• Cần bảo trì định kỳ: Pin lưu trữ hoặc ắc quy cần được kiểm tra và thay thế sau một thời gian sử dụng để duy trì hiệu quả.

Nguyên lý hoạt động chung của hệ thống điện mặt trời

Dù là hệ thống điện mặt trời hòa lưới, độc lập, hybrid hay zero-export, tất cả đều tuân theo một nguyên lý hoạt động cơ bản như sau:

• Tấm pin năng lượng mặt trời hấp thụ ánh nắng mặt trời và tạo ra dòng điện một chiều (DC) thông qua hiệu ứng quang điện.
• Dòng điện DC này được dẫn đến bộ biến tần (inverter), nơi nó được chuyển đổi thành dòng điện xoay chiều (AC) có điện áp và tần số phù hợp với hệ thống điện dân dụng tại Việt Nam.
• Dòng điện AC sau đó được đưa vào sử dụng cho các thiết bị điện trong gia đình, văn phòng hoặc nhà xưởng.

Tùy theo từng loại hệ thống, phần điện năng dư thừa sẽ được xử lý theo cách khác nhau:

• Với hệ thống hòa lưới, điện dư được đẩy lên lưới điện quốc gia (nếu có chính sách).
• Với hệ độc lập, điện dư sẽ được nạp vào pin hoặc ắc quy lưu trữ để dùng khi không có nắng.
• Với hệ hybrid, điện mặt trời được ưu tiên dùng trước, điện dư nạp vào bộ lưu trữ, và nếu còn dư mới đẩy lên lưới hoặc giới hạn công suất xuất ra (zero export).

Nguyên lý này là nền tảng giúp tất cả các mô hình điện mặt trời vận hành ổn định, hiệu quả và phù hợp với từng nhu cầu sử dụng khác nhau.

Nguyên lý hoạt động cơ bản của điện mặt trời

 Bất kể là hệ thống điện mặt trời độc lập, hòa lưới, hybrid hay zero-export, tất cả đều hoạt động theo nguyên lý chung. Đầu tiên, các tấm pin năng lượng mặt trời (solar panel) hấp thụ ánh sáng mặt trời. Bên trong tấm pin, hiện tượng quang điện xảy ra giúp chuyển đổi quang năng thành điện năng dưới dạng dòng điện một chiều (DC). Dòng điện DC này sau đó được truyền đến bộ biến tần (inverter), nơi nó được chuyển đổi thành dòng điện xoay chiều (AC) loại điện phù hợp với mạng lưới điện sinh hoạt tại Việt Nam.

Sau khi chuyển đổi thành điện AC, dòng điện này sẽ được cung cấp trực tiếp cho các thiết bị tiêu thụ điện trong gia đình hoặc nhà xưởng. Tùy vào từng loại hệ thống, phần điện năng dư thừa sẽ được xử lý khác nhau: đối với hệ thống hòa lưới, điện dư được đẩy lên lưới điện quốc gia; hệ thống độc lập sẽ lưu trữ điện vào ắc quy; còn hệ hybrid kết hợp cả hai phương án trên để tối ưu hóa hiệu quả sử dụng điện.

Việc hiểu rõ về 3 sơ đồ hệ thống điện mặt trời hòa lưới, độc lập và hybrid không chỉ giúp bạn lựa chọn được giải pháp phù hợp với nhu cầu sử dụng, mà còn tối ưu được chi phí đầu tư và hiệu quả vận hành lâu dài. Mỗi mô hình đều có ưu và nhược điểm riêng, phù hợp với từng điều kiện địa lý, mục đích sử dụng và ngân sách khác nhau. Dù chọn loại hệ thống nào, điện mặt trời vẫn là nguồn năng lượng tái tạo bền vững, góp phần giảm thiểu chi phí hóa đơn tiền điện, chủ động về nguồn cung năng lượng và bảo vệ môi trường sống

Xem thêm:

• Năng Lượng Mặt Trời là Gì
• Bess Là Gì
• Đèn Năng Lượng Mặt Trời Philips
• thay pin đèn năng lượng mặt trời