Xác định Kích thước hệ thống điện mặt trời cho ứng dụng công nghiệp từ xa

Các nguồn năng lượng tái tạo như là năng lượng mặt trời, năng lượng gió…là những nguồn cung cấp điện lý tưởng cho các thiết bị điện tử ở những khu công nghiệp xa xôi, hẻo lánh. Vì thế chúng được ứng dụng rất nhiều cho các ngành công nghiệp khác nhau.

Những ứng dụng phổ biến của hệ thống năng lượng mặt trời độc lập có thể kể đến như đèn chiếu sáng, thiết bị viễn thông, cảm biến, các thiết bị giám sát theo dõi môi trường, camera an ninh, tín hiệu giao thông…hoặc bất cứ thiết bị sử dụng điện nào ở những vùng sâu xa không có điện lưới quốc gia.

Những hướng dẫn sau đây nhằm giúp bạn có thể định cỡ được kích thước quy mô một hệ thống dựa trên nhu cầu sử dụng điện và vị trí địa lý nhất định.

Bước 1: Xác định nhu cầu dùng điện

Đầu tiên, bạn cần biết thiết bị sử dụng bao nhiêu năng lượng hàng ngày. Điều này được đo bằng watt-giờ hoặc kilowatt-giờ mỗi ngày. Ví dụ, một thiết bị tiêu thụ 10 watt năng lượng mỗi giờ và hoạt động 24 giờ một ngày:

10W x 24 giờ = 240Wh = 0.24kWh mỗi ngày

Làm thế nào để biết thiết bị đó tiêu thụ điện bao nhiêu mỗi giờ? – Rất đơn giản, hầu hết các thiết bị điện đều có ghi rõ hướng dẫn sử dụng và những thông số công suất liên quan khi bạn mua sản phẩm. Vì thế, bạn có thể dễ dàng nắm được mức tiêu thụ điện mỗi giờ của thiết bị đó là bao nhiêu, rồi sau đó đem “nhân” với số giớ hoạt động mỗi ngày của thiết bị đó thì sẽ tính được mức tiêu thụ năng lượng hàng ngày của chúng.

Nếu bạn đang sử dụng một bộ biến tần để chuyển đổi và cung cấp dòng điện xoay chiều cho các thiết bị thì hãy nhớ tính đến những tổn thất tự tiêu thụ và hiệu suất của Biến tần đó nữa nhé. Biến tần tiêu thụ một lượng điện năng nhỏ trong lúc chúng đang hoạt động. Mức tiêu thụ của bộ biến tần thường dao động từ 1 – 30 watt tùy thuộc vào từng loại khác nhau.

Về hiệu suất hoạt động của biến tần thì dao động từ 85 – 95% tuỳ thuộc vào loại biến tần và mức độ tải của nó. Điều này sẽ được tính khi chúng ta định cỡ ắc quy cho hệ thống năng lượng mặt trời. Con số này rất cần thiết và quan trọng để chúng ta có thể lựa chọn loại biến tần chất lượng, hiệu quả cao.

Bước 2: Đánh giá vị trí địa lý

Tiếp theo, chúng ta xác định nơi hệ thống sẽ được cài đặt để ước tính năng lượng mặt trời tại khu vực đó.

Chúng ta sử dụng bản đồ chiếu nắng để xem khu vực bạn lắp đặt hệ thống năng lượng có số giờ chiếu nắng của mặt trời là bao nhiêu mỗi ngày. Đối với ví dụ ở bài viết này tôi sẽ cho là số giờ chiếu sáng của một ngày thấp nhất là 2.5 giờ/ngày. Hệ thống sẽ có kích thước dựa trên tháng có mức tiêu thụ năng lượng cao nhất hoặc tháng có mức độ chiếu nắng của mặt trời thấp nhất.

Các tấm pin năng lượng mặt trời phải được lắp đặt, điều hướng làm sao để có thể nhận ánh mặt trời một cách đầy đủ. Bóng râm của cây cối hoặc các chướng ngại vật khác sẽ tác động rất lớn đến hiệu suất hoạt động của các tấm pin mặt trời Hãy kiểm tranh quanh khu vực lắp đặt hệ thống của bạn để đảm bảo không có vật cản nào ngăn chặn ánh sáng mặt trời chiếu vào các tấm pin năng lượng dù chỉ là 1 chút. Điều này sẽ giúp hệ thống mặt trời của bạn làm việc hiệu quả tối ưu hơn.

Một số chú ý khác

– Điện áp hệ thống: Xác định các nhu cầu năng lượng mà thiết bị của bạn đòi hỏi. Các hệ thống năng lượng mặt trời độc lập thường có các điện áp phổ biến như: 12Vdc, 24Vdc, 48Vdc hoặc 120Vac.

– Các tấm pin mặt trời, ắc quy sử dụng nguồn DC và một số thiết bị được nối trực tiếp với ắc quy phải được điểu chỉnh các mức điện áp đầu ra/đầu vào phù hợp với nhau.

– Sự tự chủ: Bạn cần có đủ nguồn năng lượng dự trữ để giữ cho các thiết bị điện hoạt động ổn định trong những khoảng thời gian mà thời tiết không được thuận lợi cho việc sản xuất điện của hệ thống điện mặt trời. Thông thường là khoảng 5 ngày/tháng.

Bước 3: Tính toán kích thước cho ắc quy của hệ thống

Ở bước này, chúng ta cần có đủ thông tin để có thể định cỡ được hệ thống các bình ắc quy. Sau khi đã có được kích cỡ của ắc quy thì chúng ta sẽ có thể xác định được cần lắp bao nhiêu tấm pin để sạc đủ điện cho các ắc quy đó.

Dưới đây là cách tính kích thước pin lưu trữ theo ví dụ 240Wh / ngày ở phần trên có đề cập dựa trên loại ắc quy axit chì:

Đầu tiên, chúng ta cần tính đến sự hao hụt về hiệu suất của biến tần (nếu bạn đang sử dụng biến tần). Như đã nói ở trên tùy thuộc vào loại biến tần sẽ có mức hao hụt hiệu suất dao động từ 5-15% thì ở ví dụ này chúng tôi sẽ lấy mức trung bình là 10% để các bạn dễ hình dung:

240Wh x 110% = 264Wh

Đây là lượng điện năng được đưa vào ắc quy sau khi đã đi qua bộ biến tần.

Tiếp theo, chúng ta cần tính đến các ảnh hưởng của nhiệt độ đến công suất cung cấp điện của pin lưu trữ. Pin axit chì sẽ bị hao hụt dung lượng khi nhiệt độ môi trường giảm nên chúng ta phải dựa vào đó để ước tính.

Ở ví dụ này, tôi sẽ giả sử hệ số bù cho nhiệt độ ắc quy là 1.59 (vào mùa đông khí hậu lạnh) chẳng hạn, ta có:

240Wh x 110% x 1.59 = 419,76Wh

Tiếp theo, chúng ta tính đến hiệu suất khi sạc/xả của ắc quy. Con số này thường sẽ là 20% đối với pin axit chì và 5% đối với pin Lithium, theo ví dụ này là ắc quy axit chì:

240Wh x 110% x 1.59 x 120% = 503.71Wh đây là mức lưu trữ năng lượng tối thiểu

Chúng ta tiếp tục tính đến mức năng lượng phải dự trữ cho những ngày tự chủ khi điều kiện khí hậu không thuận lợi, ở trên tôi đã có nói qua thông thường là 5 ngày:

503.71Wh x 5 = 2520Wh là lượng điện dự trữ cần thiết

Như bạn có thể thấy, kích thước ắc quy tăng dần bởi các yếu tố bất lợi. Tất cả những điều này đều ảnh hưởng đáng kể đến việc định cỡ hệ thống ắc quy nên bạn phải đặc biệt xem xét cẩn thận.

Khi định cỡ ắc quy cho một hệ thống năng lượng mặt trời, phải luôn luôn xem xét độ xả sâu hoặc dung lượng được xả từ pin. Định cỡ pin axit chì để xả sâu tối đa 50% sẽ kéo dài tuổi thọ pin. Đối với pin cao cấp Lithium thì có thể xả sâu hơn mà không ảnh hưởng đến tuổi thọ pin.

Như vậy, 2.52 kWh là mức dung lượng tối thiểu mà ắc quy cần phải có được trong ví dụ này. Tuy nhiên, để khiến chúng ta yên tâm hơn thì có thể lắp đặt hệ thống cỡ lớn hơn phòng ngừa những mùa có thời tiết khắc nghiệt kéo dài.

Bước 4: Xác định số lượng tấm pin năng lượng chúng ta cần

Ở bước trên chúng ta đã xác định dung lượng pin lữu trữ rồi, thì giờ là lúc chúng ta định cỡ xem hệ thống gồm bao nhiêu tấm pin để có thể cung cấp đủ năng lượng cần đó.

Trong ví dụ của bài viết này, dựa trên 2.5 giờ mặt trời chiếu nắng (thời điểm chiếu năng ít nhất) và nhu cầu tiêu thụ năng lượng 240 Wh mỗi ngày:

Công suất hệ thống tấm pin:  240 Wh : 2.5 giờ = 96 W

Tuy nhiên, chúng ta cần tính toán các tổn thất trong thực tế do các ảnh hưởng môi trường tiêu cực như tấm pin bị bám bụi, lão hóa và sụt giảm điện áp, thường được ước tính là khoảng 15%:

96 W : 0.85 = 112.94 W kích thước tối thiểu của hệ thống pin năng lượng mặt trời

Như vậy, chúng ta đã tính được công suất tối thiểu của các tấm pin để cung cấp năng lương cho ví dụ này là ≈ 113 W

Những thông tin này giúp các bạn có thể ước tính kích thước chung cho tất cả các hệ thống năng lượng mặt trời và cũng sẽ có rất nhiều yếu tố khác có thể ảnh hưởng đến việc định cỡ từng hệ thống. Ngoài ra, các bạn cũng có thể kết hợp với nhiều thiết bị hô trỡ cung cấp điện khác như hệ thống năng lượng gió, máy phát điện…để có thể cân bằng và tạo nguồn điện phù hợp với nhu cầu sử dụng.

Việc lắp đặt một hệ thống năng lượng mặt trời độc lập để cung cấp điện cho những nơi vùng sâu xa, các khu công nghiệp, nhà máy không thể tiếp cận với lưới điện quốc gia đang được rất nhiều người ứng dụng bởi chúng có rất nhiều tiện lợi thực tế.

Bạn muốn lắp đặt một hệ thống điện mặt trời cho gia đình hay công nghiệp, hãy liên hệ với chúng tôi để được báo giá tốt nhất: https://givasolar.com/danh-muc/he-thong-nang-luong-mat-troi/