Pin mặt trời có thể chuyển đổi năng lượng chứa trong bức xạ mặt trời thành năng lượng điện. Do kích thước hạn chế của pin mặt trời, nó chỉ cung cấp một lượng điện năng hạn chế trong điều kiện điện áp dòng điện cố định, điều này không thực tế cho hầu hết các ứng dụng.
Để sử dụng điện mặt trời cho các thiết bị thực tế đòi hỏi điện áp và/hoặc dòng điện cụ thể để hoạt động, một số pin mặt trời phải được kết nối với nhau để tạo thành tấm pin mặt trời, còn được gọi là mô-đun PV. Để sản xuất điện mặt trời quy mô lớn, các tấm pin mặt trời được kết nối với nhau thành một mảng năng lượng mặt trời. Việc lắp đặt bảng điều khiển năng lượng mặt trời điển hình cho một căn hộ dân cư được trình bày dưới đây:
Đối với một căn hộ chung cư, hệ thống kết nối hybrid/lưới là phù hợp nhất. Hệ thống sẽ được cung cấp điện vào ban ngày thông qua các tấm pin mặt trời cũng như lưu trữ năng lượng trong pin trong khi pin sẽ cung cấp điện khi thời tiết xấu hoặc ban đêm hoặc mất điện lưới. Hệ thống cũng có thể được cung cấp điện thông qua lưới điện hoặc máy phát điện di động. Với máy phát điện di động hoặc lưới điện, điện được cung cấp cho các phụ tải và năng lượng cũng đượcđược lưu trữ trong pin. Nó là một hệ thống độc lập có khả năng tự cung tự cấp. Lưu ý rằng máy phát điện di động chỉ được yêu cầu trong trường hợp xấu nhất là thời tiết xấu/vào ban đêm khi năng lượng dự trữ trong pin đã cạn kiệt và không có điện từ lưới điện.
Trong quá trình tạo ra điện từ việc lắp đặt các tấm pin năng lượng mặt trời, một số bộ phận quan trọng được kết nối để tạo ra điện. Những thành phần nào được yêu cầu phụ thuộc vào việc hệ thống có được kết nối với lưới điện hay nó được thiết kế như một hệ thống độc lập.
Mục tiêu ở đây là mô tả các thành phần chung được sử dụng cho các hệ thống độc lập thường được sử dụng trong các tòa nhà dân cư.
Các thành phần của việc lắp đặt hệ thống điện tấm pin mặt trời
Các thành phần sau đây thường tạo nên một hệ thống điện năng lượng mặt trời cho hệ thống dân cư. Các thành phần này cũng có thể được cài đặt trong các ứng dụng năng lượng thương mại lớn:
1. Kết cấu lắp đặt
2. Tấm pin mặt trời
3. Hệ thống lưu trữ năng lượng
4. Bộ điều khiển sạc
5. Biến tần
6. Máy phát điện (tùy chọn nhưng bắt buộc đối với những nơi có lưới điện kém)
7. Cáp.
Cấu trúc lắp đặt
Một cấu trúc lắp được sử dụng để cố định các tấm pin mặt trời và hướng chúng về phía mặt trời. Vị trí thích hợp của các tấm pin mặt trời sẽ đảm bảo thu được bức xạ mặt trời tối đa ở một vị trí nhất định và đảm bảo hệ thống năng lượng mặt trời hoạt động theo yêu cầu. Có các cấu trúc lắp đặt cố định cũng như những cấu trúc được thiết kế để theo dõi và theo dõi bức xạ tối đa từ mặt trời. Hầu hết các hệ thống năng lượng mặt trời dân dụng đều được gắn trên một cấu trúc cố định trên mặt đất hoặc phổ biến nhất là trên mái nhà của các tòa nhà.
Tấm pin mặt trời
Các khối xây dựng chính của hệ thống năng lượng mặt trời là các tấm pin mặt trời. Chúng là những đơn vị bẫy bức xạ mặt trời và chuyển nó thành điện năng. Nguồn điện này sau đó được sử dụng để cung cấp cho các tải điện cũng như được lưu trữ trong pin cho các hệ thống độc lập. Các tấm pin mặt trời thường được gắn trên các công trình hoặc trên mái tòa nhà để lắp đặt hầu hết các hệ thống điện mặt trời dân dụng.
Hệ thống lưu trữ năng lượng
Lưu trữ năng lượng là một phần quan trọng của các hệ thống độc lập vì nó đảm bảo rằng hệ thống có thể cung cấp điện vào ban đêm và trong thời tiết xấu. Thông thường, pin được sử dụng làm đơn vị lưu trữ năng lượng. Vào ban ngày khi bức xạ mặt trời rất cao, hệ thống điện mặt trời cung cấp điện cũng như sạc pin khi thời tiết xấu hoặc ban đêm. Pin chu kỳ sâu thường được sử dụng cho mục đích này - pin có thể chịu được việc sạc và xả nhiều lầnchu kỳ.
Bộ điều khiển sạc
Bộ điều khiển sạc là bộ chuyển đổi DC-DC được sử dụng trong các hệ thống năng lượng mặt trời độc lập để chuyển đổi điện áp đầu ra biến đổi của tấm pin mặt trời thành đầu ra điện áp cố định có thể được sử dụng để sạc pin hoặc được sử dụng làm đầu vào cho bộ biến tần trong hệ thống kết nối lưới. Thông thường, điện áp đầu ra từ tấm pin mặt trời thay đổi tùy thuộc vào thời gian trong ngày và điều kiện thời tiết, điều này cũng làm cho dòng điện đầu ra thay đổi. Cả dòng điện và điện áp thay đổi đều không tốthiệu suất pin do đó cần có bộ điều khiển sạc. Bộ điều khiển sạc cũng giúp ngắt kết nối các tấm pin mặt trời khỏi pin khi chúng được sạc đầy. Điều này giúp ngăn ngừa việc sạc quá mức ảnh hưởng đến hiệu suất và tuổi thọ của pin.
Tất cả bộ điều khiển sạc đều sử dụng tính năng Theo dõi điểm công suất tối đa (MPPT). Do sự thay đổi về dòng điện và điện áp đầu ra từ việc lắp đặt bảng điều khiển năng lượng mặt trời hoặc mảng do thay đổi bức xạ mặt trời (về mặt kỹ thuật gọi là bức xạ) và nhiệt độ, tồn tại một Điểm công suất tối đa (MPP) trên đặc tính I – V của hệ thống lắp đặt trong đó công suất cao nhất được tạo ra cho một mức bức xạ và nhiệt độ nhất định. Điện áp và dòng điện tương ứng với MPP là Vmpp và Impp.
Vì MPP phụ thuộc vào điều kiện môi trường xung quanh nên mọi thay đổi về bức xạ và nhiệt độ sẽ làm thay đổi vị trí của MPP trên I-V (đặc tính dòng điện/điện áp) của việc lắp đặt tấm pin mặt trời/mảng. Do đó, những thay đổi về đặc tính I-V phải được theo dõi liên tục bằng cách điều chỉnh điểm vận hành để tương ứng với MPP sau những thay đổi trong điều kiện môi trường xung quanh. Quá trình này được gọi là Theo dõi điểm công suất tối đa hoặc MPPT. Các thiết bị thực hiện quá trình này được gọi là MPPbộ theo dõi và chúng được tích hợp vào bộ điều khiển sạc hiện đại được sử dụng trong lắp đặt bảng điều khiển năng lượng mặt trời/mảng năng lượng mặt trời.
Biến tần
Biến tần là bộ chuyển đổi DC-AC được sử dụng để chuyển đổi điện áp DC do các tấm pin mặt trời tạo ra thành điện áp xoay chiều để cung cấp cho các tải dòng điện xoay chiều. Các thiết bị và phụ tải sử dụng trong căn hộ chung cư thường sử dụng dòng điện xoay chiều nên cần có bộ biến tần. Hơn nữa, đối với hệ thống điện mặt trời nối lưới, cần phải chuyển đổi điện áp DC từ các tấm pin mặt trời trước khi truyền tải vào lưới điện. Đối với ứng dụng năng lượng thấp thường thấy trong các hệ thống PV dân dụng nhỏ,biến tần một pha được sử dụng. Chúng được kết nối với một pha của lưới điện. Để có công suất cao hơn, bộ biến tần ba pha được sử dụng được kết nối với tất cả các pha của lưới điện.
Cáp điện
Hiệu suất tổng thể của hệ thống cung cấp điện năng lượng mặt trời cũng phụ thuộc rất nhiều vào việc lựa chọn đúng loại cáp. Việc chọn sai kích thước cáp có thể ảnh hưởng đáng kể đến hiệu suất của hệ thống cung cấp điện Năng lượng mặt trời.
Cáp phải được chọn sao cho tổn thất điện trở ở mức tối thiểu. Công suất tiêu tán trên cáp tỷ lệ với bình phương cường độ dòng điện chạy qua cáp. Do đó, khi dòng điện tăng gấp đôi, lượng nhiệt tỏa ra ở dây cáp sẽ tăng gấp bốn lần. Vì vậy, các tấm pin mặt trời hiện đại đã kết nối tất cả các tế bào thành chuỗi.
Quy ước màu sắc cho cáp
Hệ thống PV tấm pin mặt trời thường chứa các bộ phận DC và AC. Để lắp đặt chính xác hệ thống bảng điều khiển năng lượng mặt trời, điều quan trọng là phải biết các quy ước về màu sắc của hệ thống dây điện.
Đối với cáp DC:
Màu đỏ được sử dụng để kết nối các tiếp điểm dương (+) của các thành phần hệ thống khác nhau với nhau.
Màu đen dùng để nối các tiếp điểm âm (-)
Đối với hệ thống dây điện xoay chiều, các quy ước về màu sắc khác nhau được sử dụng trên khắp thế giới.
Liên minh châu Âu,
Màu xanh dùng cho màu Trung tính,
Màu xanh-vàng dùng để bảo vệ nối đất
Màu nâu (hoặc màu khác) được sử dụng cho pha này.
Hoa Kỳ và Canada,
Bạc được sử dụng cho tính trung tính,
Dây dẫn màu xanh-vàng, xanh lục hoặc trần dùng để nối đất bảo vệ
Màu đen (hoặc màu khác) được sử dụng cho pha.
Ở Ấn Độ và Pakistan,
Màu đen được sử dụng cho Trung tính,
Màu xanh lá cây được sử dụng để bảo vệ trái đất
Màu xanh, đỏ hoặc vàng được sử dụng cho pha này.
Do đó, điều quan trọng là phải kiểm tra các tiêu chuẩn của quốc gia nơi hệ thống PV năng lượng mặt trời sẽ được lắp đặt.
