Phân loại hệ thống năng lượng mặt trời

Trên toàn thế giới, mọi người hiện đang hướng tới việc sử dụng các nguồn năng lượng tái tạo để đáp ứng nhu cầu năng lượng của họ. Trong thế giới ngày nay, có rất nhiều ví dụ về sự xuất hiện và triển khai-quy mô lớn của các hệ thống/công nghệ năng lượng mặt trời trong xã hội. Sinh viên đại học vừa tốt nghiệp hoặc những cá nhân muốn sử dụng công nghệ năng lượng mặt trời cho mục đích ở nhà hoặc nơi làm việc sẽ cần được đào tạo về các loại hệ mặt trời hiện có, cách chúng hoạt động cũng như ưu điểm và nhược điểm của chúng để đưa ra quyết định mua hàng sáng suốt. Hệ thống năng lượng mặt trời có thể được phân thành ba loại dựa trên:

1) năng lượng được tạo ra như thế nào (công nghệ);

2) cách hệ thống kết nối/hoạt động cùng với lưới điện (cấu hình);

3) kích thước của hệ thống so với các loại hệ thống khác.

Mục tiêu của bài viết này là cung cấp cho bạn một số ví dụ về cách chúng tôi có thể phân loại các hệ thống công nghệ năng lượng mặt trời thành ba loại này và cung cấp cho bạn các mô tả chi tiết về từng loại.

Việc phân loại cơ bản nhất của hệ thống năng lượng mặt trời dựa trên cách chúng ta sử dụng năng lượng mặt trời để cung cấp năng lượng cho mọi thứ. Chỉ có hai cách để làm được điều này: sử dụng quang điện (PV) hoặc sử dụng năng lượng mặt trời tập trung (CSP); và sau đó là các hệ thống nhiệt mặt trời tạo ra năng lượng nhiệt (hoặc sản sinh nhiệt) (sưởi ấm).

Hệ thống quang điện (PV)

Loại sử dụng năng lượng mặt trời phổ biến nhất là hệ thống quang điện. Với sự hỗ trợ của hiệu ứng quang điện, các hệ thống quang điện hiện đại biến bức xạ mặt trời thành năng lượng điện bằng cách sử dụng chất bán dẫn, phổ biến nhất là Silicon, là tiêu chuẩn công nghiệp. Chất bán dẫn bị “kích thích” bởi tia nắng mặt trời, khiến dòng electron chuyển động và tạo ra dòng điện một chiều, trái ngược với Dòng điện xoay chiều chạy theo hai hướng khác nhau. Ở hầu hết các hộ gia đình và nơi làm việc, điều này được gọi là dòng điện một chiều (DC). Để có thể áp dụng ở hầu hết các hộ gia đình và nơi làm việc, cần có bộ biến tần để chuyển đổi dòng điện một chiều (DC) của tế bào thành dòng điện xoay chiều (AC). Với tính linh hoạt và khả năng mở rộng của hệ thống quang điện, các tấm pin thương mại hiện đại được thiết kế để đạt được hiệu suất cao tới 30%. Các hệ thống này có thể nhỏ như một vài tấm quang điện trên mái nhà hoặc lớn như các trang trại năng lượng mặt trời quang điện quy mô lớn-.

Từ quan điểm của người lắp đặt hoặc chủ nhà, việc phân loại hệ thống PV thực tế nhất dựa trên cấu hình điện và mối quan hệ của nó với lưới điện. Có ba loại chính: hệ thống-liên kết (trên{2}}lưới),-tắt lưới (độc lập) và hệ thống kết hợp.

Trên hệ thống-Lưới (Lưới{1}}liên kết)
-Hệ thống trên lưới được kết nối trực tiếp với lưới điện công cộng và là loại lắp đặt thương mại và dân dụng phổ biến nhất trên toàn thế giới.

Cách thức hoạt động: Các tấm pin mặt trời tạo ra điện vào ban ngày. Nguồn điện này được sử dụng để chạy tải của tòa nhà. Nếu hệ thống tạo ra nhiều điện hơn mức cần thiết, lượng điện dư thừa sẽ được đưa trở lại lưới điện. Vào ban đêm hoặc trong thời gian sản lượng thấp, tòa nhà lấy điện từ lưới điện.

Thành phần chính: Các hệ thống này không yêu cầu bộ pin. Bản thân lưới điện hoạt động như một hệ thống lưu trữ ảo cho năng lượng dư thừa.

Ưu điểm: Chúng có hiệu quả nhất về chi phí-và lắp đặt đơn giản nhất do thiếu pin. Chúng cũng cho phép đo lượng điện ròng, trong đó chủ nhà nhận được tín dụng cho lượng điện năng dư thừa mà họ cung cấp cho lưới điện.

Nhược điểm: Hạn chế chính là hệ thống tắt khi mất điện lưới vì lý do an toàn (để ngăn-cung cấp điện ngược cho công nhân đường dây), nghĩa là hệ thống không thể cung cấp nguồn điện dự phòng.

Tắt-Hệ thống lưới (Độc lập)

-Hệ thống lưới điện tắt hoạt động độc lập với lưới điện. Chúng lý tưởng để sử dụng ở những vùng sâu vùng xa không có kết nối lưới thực tế hoặc nơi chi phí kết nối lưới quá lớn.

Hoạt động: Các tấm pin mặt trời cung cấp năng lượng cho một cục pin để sử dụng vào ban đêm hoặc khi trời không nắng. Biến tần có chức năng như một cổng để chuyển đổi dòng điện một chiều do pin tạo ra thành dòng điện xoay chiều khi sử dụng trong nhà.

Tính năng trung tâm: Bộ pin có thể cung cấp đủ năng lượng để hỗ trợ hệ thống không nối lưới trong nhiều ngày mà không cần sạc lại, là tính năng chính của hệ thống không nối lưới. Vì khi điều kiện thời tiết cản trở việc sạc lại, nhiều ngôi nhà-không có lưới điện cũng sẽ có máy phát điện dự phòng để cung cấp đủ điện trong thời gian dài hơn.

Ưu điểm: Sống hoàn toàn độc lập với lưới điện và có điện ở vùng sâu vùng xa chưa có điện lưới.

Nhược điểm: Những hệ thống này đắt hơn đáng kể do chi phí pin. Chúng cũng yêu cầu người dùng phải thiết kế phức tạp hơn và quản lý năng lượng cẩn thận hơn để tránh làm cạn kiệt pin.

Hệ thống lai
Hệ thống kết hợp kết hợp các yếu tố tốt nhất của công nghệ-nối lưới và-ngoài lưới điện.

Hệ thống kết hợp là gì: Hệ thống kết hợp kết nối với lưới điện, giống như hệ thống{0}nối với lưới nhưng cũng có một bộ pin đi kèm trong hệ thống. Năng lượng mặt trời được tạo ra trước tiên được sử dụng để cung cấp năng lượng cho các thiết bị điện trong nhà, sau đó để sạc pin. Chỉ sau khi pin được sạc đầy, lượng điện mặt trời còn lại được sản xuất ra mới được đưa trở lại lưới điện. Trong thời gian mất điện do mất điện lưới, hệ thống hybrid có khả năng tự tách khỏi lưới điện và tiếp tục cung cấp điện cho ngôi nhà thông qua bộ pin và qua các tấm pin mặt trời.

Thành phần chính của hệ thống kết hợp: Biến tần lai hoặc Biến tần kết hợp với bộ điều khiển pin - thành phần này điều khiển nhiều thành phần khác nhau trong hệ thống kết hợp.

Ưu điểm của việc có hệ thống kết hợp: Độ tin cậy của nguồn điện dự phòng, khả năng tiết kiệm năng lượng-tự tạo để sử dụng trong thời gian có mức điện cao điểm và có thể là bộ pin nhỏ hơn khi so sánh với ứng dụng chỉ-không nối lưới.

Nhược điểm của việc có hệ thống kết hợp: Chi phí pin bổ sung khiến tổng chi phí cao hơn so với hệ thống-nối lưới tiêu chuẩn.

Ngoài loại hệ thống, việc lắp đặt năng lượng mặt trời cũng được phân loại dựa trên kích thước và mối quan hệ của chúng với tải điện mà chúng phục vụ.

Thế hệ phân tán (DG): Đây là những hệ thống nhỏ hơn nằm gần điểm tiêu thụ nhất. Hầu hết các hệ thống trên mái nhà dân cư và hệ thống trên các tòa nhà thương mại đều thuộc loại này. Chúng thường được tích hợp vào lưới phân phối điện áp thấp và có thể cho phép người tiêu dùng tiết kiệm hóa đơn tiền điện.

Thế hệ tập trung (Quy mô{0}}tiện ích): Đây là những nhà máy điện mặt trời lớn, thường trải rộng trên hàng trăm mẫu Anh, sản xuất điện sau đó được phân phối qua đường dây truyền tải điện áp cao đến-người dùng cuối{2}}ở xa. Cả-trang trại năng lượng mặt trời PV và nhà máy CSP quy mô lớn đều thuộc loại này. Nhìn chung, việc phân loại các hệ thống năng lượng mặt trời rất phức tạp. Dù được phân loại theo công nghệ liên quan (PV so với CSP), cấu hình vận hành (trên-lưới, ngoài-lưới hoặc kết hợp) hay mức độ triển khai, mỗi phân loại đều có một chức năng quan trọng trong hệ thống năng lượng của thế giới. Biết được những khác biệt này là nền tảng cho những ai muốn sử dụng năng lượng mặt trời.