Biến tần vi mô và tấm pin AC: Tương lai của năng lượng mặt trời?

Có nhiều loại tấm pin sản xuất ra dòng điện một chiều (DC) – cùng loại dòng điện để sạc cho ắc quy điện thông thường.

Để làm cho dòng điện đó có thể tương thích với phần lớn các thiết bị gia dụng nhà bạn hoặc để kết nối với lưới điện thì nó cần được chuyển đổi thành dòng điện xoay chiều (AC) bằng cách sử dụng một thiết bị kích điện gọi là biến tần.

Trong các hệ thống điện năng lượng mặt trời hóa lưới, các tấm pin năng lượng được kết nối với nhau thành chuỗi (gọi là chuỗi) để tạo ra điện áp DC cao hơn, rất có lợi cho việc giảm tổn thất. Tuy nhiên, điều này cũng tạo ra một số vấn đề bất cập.

Và cũng những lý do trên mà biến tần vi mô được ra đời. Vậy biến tần vi mô và tấm pin mặt trời AC là gì? Chúng có gì đặc biệt? – Mời các bạn tiếp tục tham khảo bài viết dưới đây nhé!

Biến tần vi mô (micro-inverter)

Một biến tần vi mô hiểu đơn giản là một biến tần cỡ nhỏ, có kích thước phù hợp với từng tấm pin mặt trời riêng rẻ, thay vì một chuỗi các tấm pin liên kết lại như biến tần chuỗi.

Chúng không còn quá mới mẻ, lần đầu biến tần vi mô xuất hiện là vào cuối năm 1990 nhưng giai đoạn này chúng chưa được đánh giá cao về mặt công nghệ, độ tin cậy và đặc biệt là chi phí cao. Tuy nhiên trong vài năm gần đây, chúng đã xuất hiện trở lại và bắt đầu cho thấy khả năng ưu việt của chúng.

Trên khắp thế giới có không dưới 20 nhãn hiệu khác nhau cung cấp biến tần vi mô. Chúng không chỉ hoạt động với hiệu quả cao mà còn có tính thẩm mỹ cao khi lắp đặt, khác với biến tần trung tấm to cồng kềnh và chiếm không gian.

Bài Viết liên quan: Tìm hiểu về các loại biến tần phổ biến nhất hiện nay

Tấm pin năng lượng mặt trời AC

Một tấm pin mặt trời AC hiểu đơn giản là một tấm pin bình thường đã được liên kết với một biến tần vi mô để tạo ra dòng điện AC thay vì dòng điện DC như thông thường.

Hầu hết các tấm pin năng lượng được cài đặt tại Việt Nam hiện nay đều được cấu hình kiểu này, với một biến tần lớn (inverter trung tâm) và một một điện áp DC lớn. Kiểu lắp đặt này là lợi về mặt chi phí nhất nhưng về hiệu quả vận hành cũng như an toàn thì không bằng biến tần vi mô. Chẳng hạn, ví dụ dưới đây sẽ chỉ cho bạn thấy vì sao biến tần vi mô là an toàn hơn biến tần tập trung:

Biến tần tập trung có điện áp đầu ra cực lớn 600V

Trong khi đó khi lắp đặt các biến tần vi mô điện áp sẽ đảm bảo ở mức thấp 240V

Ưu điểm của biến tần vi mô và tấm pin AC

Có một số vấn đề bất cập của kiểu kết nối các tấm pin mặt trời truyền thống (kết nối chuỗi) thường gặp phải mà biến tần micro có thể khắc phục được như sau:

Điện áp DC cao

Điện áp DC cao được sản xuất bởi một hệ thống điện năng lượng mặt trời kết nối chuỗi có thể tạo ra lượng nhiệt độ rất cao và có khả năng cháy nổ nếu người dùng không chú trọng việc bảo trì đúng cách. Ngược lại, bởi vì biến tần micro chuyển đổi thành dòng AC 240V thấp hơn nhiều so với điện áp của biến tần chuỗi nên khả năng xảy ra các nguy cơ trên được giảm thiểu rất nhiều.

Cơ cấu đóng mạch

Điện áp DC cao đòi hỏi các công tắc và cầu chì bảo vệ tương đối đắt tiền. Bằng cách sử dụng tấm pin AC, cơ cấu đóng mạch thường có sẵn do đó sẽ rẻ hơn.

Bóng râm

Khi các tấm pin được kết nối với nhau trong một chuỗi, nếu chỉ có một tấm pin trong số chúng bị bóng râm che khuất và giảm hiệu suất thì tất cả các tấm pin còn lại trong chuỗi cũng sẽ bị ảnh hưởng giảm hiệu suất tương tự, hay nói văn vẻ thì câu thành ngữ “một con ngựa đau, cả tàu bỏ cỏ” đúng trong trường hợp này.

– Ví dụ: Ở đây, có một chuỗi gồm 3 tấm pin mặt trời được liên kết với biến tần trung tâm thông thường. Một trong số chúng bị một con chim “chăm sóc” khiến một phần tế bào quang điện bị che khuất ánh sáng mặt trời, điều này có thể giảm hiệu suất của tấm pin này đi 50% sản lượng. Tuy nhiên không dừng ở lại đó, 2 tấm pin còn lại tuy không bị những chú chim “chăm sóc” nhưng vẫn bị mất đi 50% sản lượng, đúng là “một con sâu, làm rầu nồi canh” phải không?

Nhưng nếu lắp đặt những biến tần vi mô cho từng bảng pin mặt trời thì mọi chuyện đã khác. Các đầu ra của các tấm pin sẽ hoàn toàn độc lập với nhau. Vì vậy, chỉ duy nhất một tấm pin bị bóng râm che khuất là giảm hiệu suất, còn lại những tấm pin khác sẽ không hề hấn gì.

Theo một báo cáo của Phòng thí nghiệm năng lượng tái tạo quốc gia Mỹ, hiệu ứng này có thể mang lại hiệu quả năng lượng nhiều hơn 12%.

Sự không phù hợp của tấm pin

Khi các tấm pin mặt trời được chế tạo ra, chúng đều có các đặc tính về điện khác nhau do dung sai sản xuất khác nhau. Khi bạn kết nối chúng lại với nhau theo dạng chuỗi, có thể xảy ra hiệu ứng không phù hợp. Với biến tần siêu nhỏ có thể thích ứng với các đặc điểm riêng của từng bảng pin, tránh được sự không khớp này.

Theo dõi điểm công suất tối đa

Giống như hiệu ứng của sự không phù hợp vừa nhắc trên, các đặc tính điện khác nhau cũng tạo ra các điểm công suất tối đa khác nhau cho mỗi bảng pin mặt trời. Điểm công suất tối đa là điểm hoàn hảo để trích xuất năng lượng tối đa từ một tấm pin và biến tần vi mô gắn vào các tấm pin riêng lẻ có thể theo dõi điểm này tốt hơn.

Giám sát và tìm lỗi

Hầu hết tất cả các bộ biến tần đều có mức độ giám sát và tìm lỗi. Tuy nhiên, nó chỉ có thể thấy tại điểm đầu ra chung của chuỗi tấm pin đó. Mặt khác, biến tần siêu nhỏ có thể giám sát từng tấm pin riêng biệt, cho phép bạn dễ dàng xác định chính xác có vấn đề gì xảy ra hay không một cách nhanh hơn và đơn giản hơn.

Thuận lợi hơn cho nhà máy điện mặt trời

Việc lắp ráp và kết nối các thành phần với quy mô lớn như nhà máy điện mặt trời chắc chắn sẽ cần phải kiểm soát nhiều hơn, do đó nếu có một cơ cấu kiểm soát thông minh sẽ tiết kiệm thời gian và tiền bạc hơn rất nhiều. Hiện nay, một số nhà máy điện năng lượng mặt trời đã ứng dụng biến tần vi mô để tối ưu hoá sản lượng cũng như giám sát dễ dàng hơn.

Hạn chế thất thoát khi bảo trì hệ thống

Nếu bạn sử dụng biến tần chuỗi và phát hiện ra lỗi của một tấm pin cần phải bảo trì, bắt buộc bạn phải ngưng hoạt động của toàn bộ chuỗi đó cho đến khi sửa xong tấm pin lỗi. Trái lại, biến tần vi mô cho phép bạn sửa tấm pin lỗi mà không phải ngừng hoạt động của các tấm pin còn lại, điều này giảm tối đa sản lượng tổn thất khi thực hiện bảo trì.

Dễ dàng nâng cấp hệ thống

Đối với biến tần tập trung, chúng chỉ có thể chấp nhận một số lượng tấm pin PV kết nối nhất định, do đó, khi bạn muốn nâng cấp hệ thống năng lượng mặt trời của mình lên thì cần phải xem xét thật kỹ lưỡng và có thể sẽ phải thay thế một bộ biến tần lớn hơn nếu muốn nâng cấp hệ thống. Tuy nhiên, điều này lại trở nên vô cùng đơn giản khi bạn ứng dụng micro inverter vì chúng và tấm pin tương ứng hoạt động một cách hoàn toàn độc lập với những cặp tấm pin, biến tần khác.

Sự định hướng

Trong một chuỗi, tất cả các tấm pin mặt trời của bạn cần được kết nối theo một hướng nhất định để chúng có thể kết hợp tạo ra điện áp phù hợp đồng thời để kích hoạt biến tần. Mặt khác, với khả năng hoạt động độc lập, các tấm pin mặt trời AC có thể được định hướng theo bất kỳ hướng nào và sẽ không làm ảnh hưởng đến hoạt động của các tấm pin khác.