Thuật ngữ Dòng điện, điện áp và công suất trong hệ thống điện mặt trời

Điện là một phần quan trọng nhất trong cuộc sống hàng ngày của chúng ta. Điện được tạo ra bởi các nguồn thông thường hoặc không thông thường. Hiện nay, sản xuất điện từ năng lượng tái tạo như năng lượng mặt trời là một trong những mục tiêu hàng đầu và rộng rãi ở nước ta.

Chúng ta thậm chí không thể tưởng tượng một vài giờ mà không có điện, thật bất tiện đúng không. Nhưng bạn có biết một số thuật ngữ cơ bản để xác định các đại lượng điện không?

Chúng ta đã nghe nói về các thuật ngữ cơ bản như “năng lượng”, “hiệu suất”, “công suất tiêu thụ”, “điện áp cao / điện áp thấp”, “dòng điện”, v.v. Ở đây, trong bài viết này, chúng tôi sẽ mô tả các đại lượng điện cơ bản và đơn vị của chúng thường được sử dụng trong khi thiết kế hệ thống năng lượng mặt trời.

Một số thuật ngữ năng lượng điện cơ bản là:

  1. Điện tích
  2. Dòng điện
  3. Vôn
  4. Nguồn – AC / DC
  5. Năng lượng
  6. Hiệu quả

Điện tích:

Điện tích là khả năng các hạt (nguyên tử, ion và phân tử) hút và đẩy nhau khi đặt trong điện trường. Điện tích có ba loại điện tích dương (proton) điện tích âm (electron) và trung hòa (neutron). Các hạt này chịu một lực khi đặt trong trường điện từ. Khi các điện tích giống nhau (có cùng cực) được đặt gần nhau thì lực đẩy, trong khi khi đặt các điện tích khác nhau gần nhau thì lực đẩy.

     Unit – Điện tích được đo bằng Coulombs

1 Proton = 1,602X10 -19 Coulombs

1 Electron = -1,602X10 -19 Coulombs

Dòng điện:

Dòng điện được định nghĩa là dòng điện tích trên một đơn vị thời gian. Dòng điện chỉ chạy khi có điện áp trong tế bào, khi điện áp bằng không, dòng điện cũng trở thành không. Ký hiệu dòng điện là “I” và nó được đo bằng Ampe (A).

Dòng điện (I) = Điện tích (Q) / Thời gian (T)

Dòng điện chạy như thế nào?

Dòng điện chỉ chạy qua một đường dẫn kín hoặc môi trường kín. Để cung cấp môi trường dòng điện có đường dẫn điện trở thấp và độ dẫn điện tốt là cần thiết. Dây kim loại như dây đồng và dây nhôm được sử dụng để cho dòng điện chạy qua.

Dòng điện phụ thuộc trực tiếp vào diện tích mặt cắt ngang của vật dẫn, hiệu điện thế, mật độ electron và tỷ lệ nghịch với điện trở (tức là khi điện trở giảm thì dòng điện tăng).

Dụng cụ đo lường: Ampe kế được dùng để đo dòng điện.

Các loại dòng điện:

  • Dòng điện xoay chiều (AC) – là dòng điện hình sin (sóng dương và sóng âm) với tần số thường là 50 hoặc 60 Hz (chu kỳ trên giây). Chúng tôi nhận được nguồn cung cấp AC trong các tòa nhà công nghiệp và thương mại, được cung cấp thêm cho các thiết bị khác nhau.

Một số thiết bị hoạt động trên nguồn AC trong khi một số hoạt động trên nguồn DC, thiết bị hoạt động trên nguồn DC bao gồm một bộ biến tần giúp chuyển đổi nguồn AC thành DC.

  • Dòng điện một chiều (DC) – là dạng sóng một chiều với tần số bằng không. Nó chủ yếu được sử dụng làm năng lượng chính trong các ngành công nghiệp cho các ứng dụng điện tử và năng lượng thấp như pin, máy bay, ứng dụng, v.v.

Bạn có biết: Pin năng lượng mặt trời tạo ra nguồn điện một chiều được chuyển đổi thành điện xoay chiều bằng cách sử dụng biến tần và cung cấp cho các tải xoay chiều khác nhau.

Hầu hết các thiết bị điện tử đều yêu cầu nguồn điện một chiều để hoạt động, vì vậy chúng tôi có thể kết nối trực tiếp đầu ra một chiều của tấm pin năng lượng mặt trời với tải của chúng tôi mà không cần đến bộ biến tần.

Hiệu điện thế:

Hiệu điện thế được định nghĩa là hiệu điện thế giữa hai điện tích điểm, nó được đo bằng Vôn (V). Nói một cách dễ hiểu, điện áp là áp suất tác dụng trong dây dẫn giúp chuyển động các điện tích dẫn đến tạo ra dòng điện. Điện áp là nguyên nhân và dòng điện là tác dụng tức là dòng điện tỷ lệ thuận với lượng điện áp đặt vào.

Có các dải điện áp khác nhau tùy thuộc vào ứng dụng. Chúng ta thường thấy yêu cầu chung 1,5V cho pin nhỏ và 12V cho pin xe hơi, 230V ở nhà và điện áp cao 11000V (1,1KV) trong các ngành công nghiệp.

Dụng cụ đo lượng: Vôn kế được dùng để đo hiệu điện thế.

Dòng điện, điện áp và điện trở phụ thuộc lẫn nhau:

Điện áp (V) = Dòng điện (I) * Điện trở (R)

Công suất:

Công suất là lượng công việc được thực hiện hoặc lượng năng lượng được sử dụng trong một khoảng thời gian nhất định. Công suất được đo bằng Watts hoặc Joule trên giây hoặc Mã lực (HP).

1HP = 746 watt

Công suất phụ thuộc vào lượng điện áp và dòng điện của thiết bị cụ thể. 

Công suất (P) = Điện áp (V) * Dòng điện (I)

Dụng cụ đo lường: Wattmeter là dụng cụ đo công suất điện năng tính bằng watt của mạch điện bất kỳ

Chúng tôi có các xếp hạng công suất khác nhau cho các ứng dụng khác nhau, ví dụ: bóng đèn có 50W sẽ cung cấp độ sáng nhiều hơn so với bóng đèn 30W, tức là lượng công việc được thực hiện bởi 50W sẽ nhiều hơn. Điện năng không thể được lưu trữ, chúng ta chỉ có thể lưu trữ năng lượng.

Công suất được phân thành hai loại:

  1. Nguồn DC: Dòng điện một chiều, được gọi là nguồn DC. Hầu hết các thiết bị điện như quạt, TV, tủ lạnh đều cần nguồn điện một chiều, tức là nó tiêu thụ nguồn điện một chiều.
  1. Nguồn AC: Trong dòng điện này chạy theo hình sin, tức là nó chạy theo cả chiều dương và chiều âm, do đó nó được gọi là nguồn AC. Nó chuyển từ dòng chảy từ dương sang âm

Nó được chia nhỏ hơn như sau:

  • Công suất hữu dụng (P) –  Công suất sử dụng được định nghĩa là công suất thực hoặc công suất hoạt động, được đo bằng Watts (W) hoặc MegaWatts (MW) hoặc KiloWatts (KW). Nó có nhiệm vụ chạy các tải điện. Hầu hết các tải điện như đèn, động cơ, máy sưởi được đánh giá bằng KW hoặc Watts.

   Công suất thực (P) = Điện áp (V) * Dòng điện (I) * Cos Θ
Trong đó Θ – Góc giữa điện áp và dòng điện

  • Công suất phản kháng (Q) – là công suất tiêu tán khỏi tải cảm ứng và tải điện dung, công suất này dao động giữa tải và nguồn.
    Khi điện áp và dòng điện lệch pha, công suất phản kháng được tạo ra được đo bằng VAR (Volt-Ampe Reactive)
    Công suất phản kháng không phải là công suất sử dụng trực tiếp nhưng đảm bảo ổn định điện áp để phát điện hoạt động làm công việc hữu ích.

Công suất phản kháng (Q) = V x I Sin Θ

  • Công suất biểu kiến ​​(S) – Tổng công suất hoạt động và phản kháng được gọi là công suất biểu kiến, nó được đo bằng KVA (Kilo Volt-Ampe) hoặc VA (Volt-Ampe). 
    Trong mạch điện xoay chiều, khi mạch thuần trở thì công suất biểu kiến ​​bằng công suất thực.
    Định mức của thiết bị phát và truyền tải điện như máy phát điện và máy biến áp được định mức bằng KVA hoặc VA.

Công suất biểu kiến ​​(S) = I RMS * V RMS

Năng lượng:

Năng lượng là tổng lượng công việc được thực hiện trong một khoảng thời gian xác định. Nó được đo bằng Watt-giờ hoặc Joule.

Năng lượng (Joule) = Công suất (Watt) * Thời gian (Giây)

Dụng cụ đo: Đồng hồ đo điện được sử dụng để tính toán lượng năng lượng tiêu thụ.

Câu hỏi thường gặp: Mọi người thường bị nhầm lẫn giữa năng lượng và đọc công suất, Các tải điện được sử dụng trong cuộc sống hàng ngày có xếp hạng công suất được chỉ định trên bảng tên của chúng. Định mức công suất của thiết bị được nhân với mức sử dụng hàng ngày trung bình để biết năng lượng tiêu thụ.

Hóa đơn tiền điện mà chúng ta nhận được được tính dựa trên năng lượng tiêu thụ. 1 đơn vị điện năng bằng 1KWh hoặc 1000Wh

Hóa đơn điện / năng lượng (KWh hay KVAh?)

Kilowatt giờ (KWh) được sử dụng để xác định năng lượng điện tiêu thụ trên một đơn vị cho biểu giá nội địa.

Kilo Volt Ampe giờ (KVAh) được sử dụng để xác định trên mỗi đơn vị năng lượng tiêu thụ cho các biểu giá công nghiệp và thương mại. Phụ tải công nghiệp bao gồm các tải cảm ứng, các tải này yêu cầu công suất phản kháng để hoạt động bên cạnh công suất hoạt động. Các hóa đơn dựa trên KVAh được các tiện ích ưa thích vì nó tính đến cả công suất phản kháng và công suất hoạt động.

Đơn vị năng lượng: Năng lượng có thể được định nghĩa theo các đơn vị sau.

1.    1 Joule = 1 Watt * 1 giây

2.    1 KWh = 1 KW * 1 giờ

Chuyển đổi năng lượng (Mối quan hệ giữa KW, Joule, Watt)

1.   1 KW = 1000 Watt

2.   1 Wh = 3600 Ws (Joule)

3.   1 KWh = 1000 Watt-giờ

= 1000 * 3600 (Watt-giây)

= 3600000 Joule

= 3,6 x106 J

= 3,6 KJ

4.    1 Kilo J = 1000 J

Hãy cùng tìm hiểu việc chuyển đổi dựa trên một ví dụ.

Ví dụ: hãy xem xét một bóng đèn có xếp hạng 7 Watt và được sử dụng trong 10 giờ mỗi ngày.

Ở đây, Công suất = 7 Watt, Thời gian = 10 giờ sau đó

Năng lượng (Watt / Giờ) = Công suất (Watt) * Thời gian (Giờ)

= 7 Watt * 10 giờ

= 70 Watt – giờ

Làm thế nào chúng ta có thể chuyển đổi Watt-giờ (Wh) thành Kilo-Watt giờ (KWh)

Chúng tôi biết, 1KWh = 1000 Watt – giờ

70 Watt-giờ = 70/1000

= 0.07 KWh

Làm thế nào chúng ta có thể chuyển đổi KWh thành Joule

Chúng ta biết, 1KWh = 3.600.000J

Vậy, 0.07 KWh = 0.07 * 3,600,000

= 252000 J

= 252 KJ (1 KJ = 1000 J)

Bạn có biết được rằng việc lắp đặt pin năng lượng mặt trời có thể giúp chúng tôi giảm đến 95% hóa đơn tiền điện. 

Nhưng bạn có biết một tấm pin mặt trời có thể tạo ra bao nhiêu năng lượng không? 

Việc sản xuất năng lượng phụ thuộc vào việc lựa chọn tấm pin, vị trí và điều kiện khí hậu. Nhưng nhìn chung, một hệ thống năng lượng mặt trời 1KW có khả năng sản xuất trung bình 4 đến 5 KWh điện hàng ngày và khoảng 1600 đến 1800 KWh mỗi năm.

Kích thước của các tấm pin mặt trời phụ thuộc vào yêu cầu điện năng của từng cá nhân, số lượng thiết bị, diện tích không gian, … Nói chung, đối với các khu dân cư, hệ thống điện mặt trời có công suất từ ​​1KW đến 10KW là một lựa chọn tốt.

Hiệu quả:

Nói chung, hiệu quả được định nghĩa là tỷ lệ giữa đầu ra và đầu vào. Hiệu quả của tải xác định hệ thống thực hiện công việc.

Khi công suất đầu ra bằng công suất đầu vào thì hệ thống được cho là có hiệu suất 100%, đó là một trường hợp lý tưởng. Thường thì các hệ thống bị tổn thất do hiệu quả của hệ thống bị giảm.

Hiệu suất của các tải điện được tính như sau:

                      Hiệu quả = Công suất đầu ra / Công suất đầu vào