Ảnh minh họa.
Tối ưu hóa điện Mặt trời
Giải pháp "Hệ thống điều khiển và giám sát nguồn điện pin năng lượng Mặt trời" của nhóm tác giả Lê Kim Anh, Phạm Duy Phượng và Phan Thành Minh, giáo viên Trường Cao đẳng Công Thương miền Trung.
Theo TS Lê Kim Anh (trưởng nhóm), nhu cầu sử dụng năng lượng của con người ngày càng tăng nhất là điện để phục vụ cho đời sống sinh hoạt, sản xuất... Trong khi đó, các nguồn nhiên liệu truyền thống đứng trước nguy cơ thiếu hụt. Ngoài ra, các dạng năng lượng này gây ô nhiễm môi trường xung quanh và làm tăng hiệu ứng nhà kính…
Hệ thống điều khiển nguồn điện pin Mặt trời sinh ra dòng điện một chiều từ nguồn năng lượng bức xạ Mặt trời, có thể dùng cấp điện trực tiếp cho phụ tải một chiều hoặc xoay chiều.
Hệ thống được vận hành độc lập, hoặc vận hành nối lưới nhờ bộ chuyển đổi Inverter nối lưới DC/AC. Hệ thống nguồn điện pin Mặt trời nối lưới bao gồm các khối chính: Các tấm pin Mặt trời, khối biến đổi nguồn điện (DC/DC, DC/AC) và các thiết bị hỗ trợ khác (bảo vệ, đo đếm, nối đất…).
Hệ thống nguồn điện pin Mặt trời nối lưới cần đảm bảo 2 mục đích là khai thác tối ưu công suất phát của pin Mặt trời và đưa tối đa dòng công suất vào lưới điện xoay chiều AC.
TS Kim Anh cho biết, hệ thống điện Mặt trời vận hành độc lập thường được ứng dụng cho các khu vực không có lưới điện công nghiệp hoặc cho các tải tiêu thụ đặc biệt, công suất nhỏ. Nhược điểm là phải dùng bộ ắc quy, vừa đắt tiền, vừa phải chăm sóc thường xuyên và vừa gây ô nhiễm môi trường.
Mặt khác, bộ ắc quy cũng chỉ tích được một lượng điện năng có hạn, còn với các dàn pin Mặt trời hàng chục hay hàng trăm kW thì sử dụng ắc quy tích điện là một vấn đề khó khăn rất lớn, thậm chí là không thể.
Trong hệ thống điện Mặt trời nối lưới, lưu ý rằng pin Mặt trời chỉ phát lên lưới nguồn công suất tác dụng mà không cấp nguồn công suất phản kháng. Điều này gây ảnh hưởng tới hệ số công suất của lưới điện. Việc lựa chọn hệ số công suất phát của nguồn pin Mặt trời tương thích với hệ số công suất yêu cầu của lưới điện nhằm cho phép điều chỉnh lượng công suất tác dụng và công suất phản kháng đưa lên lưới điện tùy theo yêu cầu công suất của lưới điện.
Hiện nay, công nghệ để chuyển đổi năng lượng nhiệt thành năng lượng điện của các tế bào quang điện vẫn đạt hiệu suất thấp. Nhóm đã ứng dụng cấu trúc điều khiển phân tầng trong điều khiển cho nguồn điện pin Mặt trời, nhằm đảm bảo các tế bào quang điện luôn hoạt động ở công suất tối đa.
Tính độc đáo của giải pháp là xây dựng mô hình điều khiển đảm bảo được là tần số, biên độ và độ lệch điện áp luôn đạt giá trị ổn định. Ngoài ra giảm được các sóng hài bậc cao, điều này có ý nghĩa lớn đến việc nâng cao chất lượng điện năng.
Phương pháp điều khiển phân tầng cho nguồn điện pin Mặt trời nhằm hướng đến phát triển lưới điện thông minh và điều khiển nối lưới linh hoạt. Nói về khả năng thực tế và áp dụng giải pháp này vào cuộc sống, TS Lê Kim Anh khẳng định rằng, có thể ứng dụng làm mô hình dạy học cho các cơ sở giáo dục đại học; cơ sở giáo dục nghề nghiệp, các trung tâm giáo dục thường xuyên, các trường THPT… góp phần hỗ trợ và nâng cao chất lượng đào tạo, đồng thời sử dụng cung cấp điện chiếu sáng.
Giảm chi phí cho người dùng điện
Hệ thống giám sát điện thông minh có thể giám sát theo thời gian thực. Các cảm biến chất lượng cao như cảm biến đo bức xạ Mặt trời/cảm biến bức xạ, cảm biến nhiệt độ, cảm biến môi trường... được lắp ráp trong hệ thống giám sát để cảm nhận và ghi lại dữ liệu thời gian thực.
Hệ thống thực hiện giám sát từ xa tập trung và theo dõi dữ liệu hiệu suất thời gian thực của các hệ thống điện Mặt trời như suy giảm hiệu suất, thời gian ngừng hoạt động, tổn thất… gây ra tổn thất phát điện.
Hệ thống giám sát quang điện thông minh đi kèm với thiết bị bảng điều khiển, tức là người ta có thể xem toàn bộ dữ liệu được ghi lại của tất cả các tài sản ở một nơi thông qua ứng dụng di động hoặc máy tính để bàn.
Dữ liệu ghi lại được hiển thị dưới dạng biểu đồ và được báo cáo hàng ngày, hàng tháng (có thể tạo báo cáo kịp thời tùy theo yêu cầu) thông qua SMS hoặc email. Hệ thống giám sát đi kèm với chức năng báo động khi nhiệt độ cao hoặc cầu chì bất thường...
Dữ liệu được phân tích ghi lại và theo dõi khoảng cách thời gian thực giữa năng lượng dự kiến và năng lượng được tạo ra. Điều này cho phép khách hàng đưa ra quyết định trong tương lai tùy thuộc vào dữ liệu được lưu trữ trước đây.
Theo TS Lê Kim Anh, giải pháp này đã tạo ra một hướng mới trong điều khiển cho nguồn pin Mặt trời để phát huy đối đa công suất phát ra của hệ thống, bất chấp tải nối với hệ thống, nhưng tần số và điện áp luôn đạt giá trị ổn định. Bổ sung thêm nguồn điện vào hệ thống lưới điện quốc gia. Khách hàng sử dụng điện giảm chi phí do điều chỉnh và giám sát được nguồn điện sản xuất từ pin Mặt trời.
Giải pháp còn góp phần giảm biến đổi khí hậu và giảm sự phụ thuộc vào các nguồn nhiên liệu hóa thạch có nguy cơ cạn kiệt, gây ô nhiễm môi trường. Việc sản xuất, vận chuyển, lắp đặt và vận hành các nhà máy điện Mặt trời về cơ bản không phát thải các loại khí độc hại.
Ông Nguyễn Văn Khoa, Sở Khoa học và Công nghệ Phú Yên, cho biết, giải pháp đã góp phần cho người sử dụng điện pin Mặt trời có phương pháp ứng dụng hiệu quả hơn. Nếu được đầu tư nghiên cứu bài bản, chuyên sâu, giải pháp có thể được ứng dụng rộng rãi, đặc biệt ở các địa phương đang phát triển điện Mặt trời hiện nay.