Điện mặt trời được tạo ra như thế nào?

Điện mặt trời được tạo ra bằng cách sử dụng các tấm pin quang điện để hấp thụ ánh sáng và chuyển đổi năng lượng từ ánh nắng thành dòng điện. Dòng điện này sau đó được inverter xử lý, chuyển thành loại điện phù hợp để cung cấp cho các thiết bị trong gia đình, doanh nghiệp hoặc nhà máy.

Toàn bộ quá trình diễn ra tự động, không cần nhiên liệu, không tạo ra tiếng ồn lớn và hầu như không phát sinh khí thải trong quá trình vận hành.

Có thể hình dung quy trình tạo ra điện mặt trời qua 4 bước chính:

Ánh nắng → Tấm pin mặt trời → Inverter → Thiết bị sử dụng điện

Nếu hệ thống có thêm pin lưu trữ, phần điện chưa dùng hết còn có thể được tích trữ để sử dụng vào buổi tối hoặc khi mất điện.

Bước 1: Tấm pin mặt trời hấp thụ ánh sáng

Thành phần dễ nhận biết nhất của hệ thống là các tấm pin mặt trời được lắp đặt trên mái nhà, mái nhà xưởng hoặc khung giá đỡ ngoài trời.

Mỗi tấm pin được cấu tạo từ nhiều tế bào quang điện, thường sử dụng vật liệu bán dẫn silicon. Khi ánh sáng mặt trời chiếu vào bề mặt tấm pin, các hạt ánh sáng mang năng lượng tác động lên vật liệu bán dẫn và làm các electron dịch chuyển.

Sự dịch chuyển có định hướng của electron tạo thành dòng điện. Hiện tượng này được gọi là hiệu ứng quang điện.

Điểm cần lưu ý là tấm pin không hấp thụ nhiệt để tạo ra điện. Nguồn năng lượng chính mà tấm pin sử dụng là ánh sáng. Vì vậy, hệ thống vẫn có thể phát điện khi trời có mây, nhưng sản lượng sẽ thấp hơn so với ngày nắng rõ.

Bước 2: Tấm pin tạo ra dòng điện một chiều

Dòng điện được tạo ra trực tiếp từ các tấm pin mặt trời là dòng điện một chiều, thường được ký hiệu là DC.

Từng tấm pin sẽ được đấu nối thành các chuỗi phù hợp với thiết kế của hệ thống. Dòng điện từ các chuỗi pin được truyền qua hệ thống dây dẫn chuyên dụng và thiết bị bảo vệ trước khi đi đến inverter.

Ở giai đoạn này, dòng điện DC chưa thể được sử dụng trực tiếp cho phần lớn thiết bị điện thông thường trong gia đình hoặc doanh nghiệp. Nó cần được chuyển đổi thành dòng điện xoay chiều.

Bước 3: Inverter chuyển đổi dòng điện

Inverter, còn được gọi là bộ biến tần, được xem như “bộ não” của hệ thống điện mặt trời.

Thiết bị này có nhiệm vụ chuyển đổi dòng điện một chiều từ tấm pin thành dòng điện xoay chiều AC có điện áp và tần số phù hợp với hệ thống điện đang sử dụng.

Ngoài chức năng chuyển đổi điện, inverter còn thực hiện nhiều nhiệm vụ quan trọng khác như:

• Theo dõi điểm công suất tối đa của dàn pin.
• Kiểm soát điện áp và dòng điện đầu ra.
• Đồng bộ với nguồn điện lưới.
• Giám sát hoạt động của hệ thống.
• Cảnh báo khi phát hiện lỗi.
• Ghi nhận sản lượng điện theo ngày, tháng và năm.
• Bảo vệ hệ thống khi điện áp hoặc tần số vượt giới hạn.

Hiệu suất và độ ổn định của inverter ảnh hưởng trực tiếp đến sản lượng cũng như độ an toàn của toàn bộ hệ thống.

Bước 4: Điện được cung cấp cho các thiết bị

Sau khi đi qua inverter, dòng điện xoay chiều được đưa vào tủ điện của công trình. Từ đây, điện mặt trời sẽ được phân phối đến các thiết bị đang hoạt động như:

• Đèn chiếu sáng.
• Điều hòa.
• Tủ lạnh.
• Máy giặt.
• Máy bơm nước.
• Máy tính và thiết bị văn phòng.
• Máy móc sản xuất.
• Các thiết bị điện khác.

Khi hệ thống điện mặt trời đang tạo ra điện, các thiết bị trong công trình sẽ ưu tiên sử dụng nguồn điện này. Nếu sản lượng điện mặt trời không đủ đáp ứng nhu cầu, hệ thống sẽ tự động lấy thêm điện từ lưới.

Quá trình chuyển đổi diễn ra tự động và người dùng không cần thao tác thủ công mỗi ngày.

Điện dư được xử lý như thế nào?

Cách xử lý lượng điện chưa sử dụng hết phụ thuộc vào loại hệ thống được lắp đặt.

Hệ thống điện mặt trời hòa lưới

Với hệ thống hòa lưới không có pin lưu trữ, điện mặt trời được ưu tiên cung cấp cho các thiết bị đang hoạt động. Khi sản lượng thấp hơn nhu cầu, điện lưới sẽ tự động bù vào phần thiếu.

Trong trường hợp hệ thống tạo ra nhiều điện hơn lượng đang sử dụng, cách xử lý phần điện dư phụ thuộc vào thiết kế, thiết bị giới hạn phát và chính sách đấu nối áp dụng tại thời điểm triển khai.

Hệ thống có thể được cấu hình giới hạn công suất phát ngược lên lưới nếu công trình không được phép phát điện dư.

Hệ thống điện mặt trời có lưu trữ

Hệ thống có pin lưu trữ sẽ đưa một phần điện dư vào bộ pin để sử dụng sau. Điện được lưu lại có thể phục vụ nhu cầu vào buổi tối, khi trời ít nắng hoặc khi nguồn điện lưới gặp sự cố.

Trình tự sử dụng điện thường được thiết lập theo nhu cầu:

1. Điện mặt trời cung cấp cho thiết bị.
2. Điện dư dùng để sạc pin lưu trữ.
3. Khi điện mặt trời không đủ, hệ thống lấy điện từ pin.
4. Điện lưới bổ sung khi các nguồn trên chưa đáp ứng đủ.

Thứ tự này có thể được điều chỉnh trên một số dòng inverter hybrid.

Các thành phần của một hệ thống điện mặt trời

Một hệ thống hoàn chỉnh không chỉ bao gồm tấm pin. Tùy theo loại hình và quy mô, hệ thống có thể có các thành phần sau:

Tấm pin năng lượng mặt trời

Tấm pin tiếp nhận ánh sáng và tạo ra dòng điện một chiều. Chất lượng, công suất, hiệu suất và độ suy giảm của tấm pin ảnh hưởng lớn đến sản lượng lâu dài.

Inverter

Inverter chuyển đổi dòng điện DC thành AC, kiểm soát hoạt động và cung cấp dữ liệu giám sát hệ thống.

Hệ khung giá đỡ

Khung giúp cố định tấm pin trên mái hoặc mặt đất, đồng thời duy trì độ nghiêng và khoảng cách thông gió phù hợp. Hệ khung cần chịu được tải trọng, gió, mưa và điều kiện môi trường trong thời gian dài.

Tủ điện và thiết bị bảo vệ

Tủ điện thường bao gồm aptomat, thiết bị chống sét lan truyền, cầu chì và các thành phần đóng cắt cần thiết. Đây là bộ phận quan trọng giúp hạn chế rủi ro khi xảy ra quá dòng, quá áp hoặc sự cố bất thường.

Hệ thống dây dẫn

Dây điện mặt trời cần đáp ứng yêu cầu về khả năng chịu nhiệt, chịu tia UV và hoạt động ngoài trời. Việc lựa chọn tiết diện dây phù hợp giúp giảm tổn hao và hạn chế tình trạng phát nhiệt.

Pin lưu trữ

Pin lưu trữ không phải thành phần bắt buộc của mọi hệ thống. Thiết bị này được bổ sung khi người dùng muốn sử dụng điện mặt trời vào buổi tối hoặc cần nguồn điện dự phòng.

Thiết bị giám sát

Thông qua ứng dụng trên điện thoại hoặc máy tính, người dùng có thể theo dõi công suất tức thời, sản lượng trong ngày, tổng sản lượng và trạng thái vận hành.

Trời nhiều mây, tấm pin có tạo ra điện không?

Tấm pin vẫn có thể tạo ra điện khi trời nhiều mây vì một phần ánh sáng vẫn xuyên qua mây và chiếu xuống bề mặt pin. Tuy nhiên, sản lượng sẽ thấp hơn so với điều kiện trời quang.

Mức giảm phụ thuộc vào độ dày của mây, thời gian mưa, vị trí lắp đặt và công nghệ tấm pin. Khi trời tối hoàn toàn, hệ thống không còn ánh sáng để tạo điện nên công suất phát sẽ trở về mức gần bằng không.

Nếu không có pin lưu trữ, công trình sẽ sử dụng điện lưới vào ban đêm. Nếu có hệ thống lưu trữ, các thiết bị có thể sử dụng lượng điện đã được tích trữ từ ban ngày.

Nhiệt độ càng cao thì tấm pin càng tạo ra nhiều điện?

Đây là một hiểu lầm khá phổ biến.

Tấm pin cần ánh sáng để tạo ra điện, nhưng nhiệt độ quá cao có thể làm giảm hiệu suất chuyển đổi. Vì vậy, một ngày có ánh nắng tốt và thời tiết thoáng mát có thể mang lại hiệu quả tốt hơn ngày quá nóng dù cường độ nắng tương đương.

Khi thi công, tấm pin cần được bố trí với khoảng thông gió phù hợp để hỗ trợ tản nhiệt và duy trì khả năng hoạt động ổn định.

Những yếu tố ảnh hưởng đến lượng điện tạo ra

Mặc dù nguyên lý của các hệ thống tương đối giống nhau, sản lượng thực tế tại mỗi công trình lại khác nhau do chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố:

• Cường độ bức xạ tại khu vực lắp đặt.
• Thời tiết theo mùa.
• Hướng và độ nghiêng của mái.
• Bóng che từ cây cối hoặc công trình xung quanh.
• Công suất và hiệu suất của tấm pin.
• Chất lượng inverter.
• Nhiệt độ hoạt động.
• Bụi bẩn trên bề mặt pin.
• Tổn hao trên dây dẫn và thiết bị.
• Chất lượng thiết kế, thi công và bảo trì.

Do đó, không nên chỉ dựa vào tổng công suất ghi trên tấm pin để kết luận sản lượng thực tế.

Điện mặt trời có an toàn không?

Hệ thống điện mặt trời có thể vận hành an toàn khi được thiết kế đúng tiêu chuẩn, sử dụng thiết bị phù hợp và thi công bởi đơn vị có chuyên môn.

Một hệ thống an toàn cần chú ý:

• Khả năng chịu tải của mái.
• Khoảng cách và độ chắc chắn của khung.
• Cách đi dây và bảo vệ dây dẫn.
• Thiết bị chống sét lan truyền.
• Aptomat và cầu chì bảo vệ.
• Hệ thống tiếp địa.
• Khả năng chống nước tại các điểm đấu nối.
• Quy trình kiểm tra và bảo trì định kỳ.

Việc lựa chọn thiết bị tốt nhưng thi công không đúng kỹ thuật vẫn có thể gây thất thoát sản lượng hoặc phát sinh nguy cơ mất an toàn.

Điện mặt trời mang lại lợi ích gì?

Sử dụng điện mặt trời giúp gia đình và doanh nghiệp chủ động tạo ra một phần điện năng ngay tại công trình. Những lợi ích nổi bật gồm:

• Giảm lượng điện mua từ lưới.
• Tận dụng diện tích mái đang để trống.
• Hạn chế ảnh hưởng của việc giá điện tăng.
• Theo dõi sản lượng rõ ràng qua ứng dụng.
• Giảm phát thải trong quá trình sử dụng năng lượng.
• Có thể kết hợp lưu trữ để tăng khả năng chủ động.
• Nâng cao hình ảnh công trình và doanh nghiệp theo hướng phát triển bền vững.

Hiệu quả kinh tế cao nhất thường đạt được khi phần lớn sản lượng điện mặt trời được sử dụng trực tiếp vào ban ngày.

Kết luận

Điện mặt trời được tạo ra khi các tế bào quang điện trong tấm pin hấp thụ ánh sáng và sản sinh dòng điện một chiều. Dòng điện này được đưa tới inverter để chuyển thành dòng điện xoay chiều, sau đó cung cấp cho các thiết bị trong gia đình, doanh nghiệp hoặc nhà máy.

Quá trình diễn ra tự động, không cần đốt nhiên liệu và có thể được theo dõi trực tiếp qua hệ thống giám sát. Tuy nhiên, để đạt sản lượng cao và vận hành an toàn, hệ thống cần được khảo sát, tính toán công suất và thi công đúng kỹ thuật.

Nếu bạn đang muốn lắp đặt điện mặt trời nhưng chưa biết nên lựa chọn công suất bao nhiêu, hãy liên hệ với chúng tôi để được khảo sát và đề xuất giải pháp phù hợp với mái nhà, nhu cầu sử dụng điện và ngân sách đầu tư.