Việc sử dụng điện mặt trời thường gặp hạn chế do phải phụ thuộc lưới điện để đảm bảo nguồn điện liên tục. Tuy nhiên, biến tần độc lập ra đời đã khắc phục các hạn chế này khi người dùng có nhu cầu lắp đặt điện mặt trời. Theo đó, inverter hệ độc lập cho phép chuyển đổi nguồn điện mặt trời từ DC sang AC, cung cấp điện cho các tải tiêu thụ mà không cần kết nối với lưới điện quốc gia. Hãy cùng KITAWA tìm hiểu biến tần độc lập là gì, nguyên lý hoạt động và ứng dụng của hệ thống điện mặt trời độc lập.

Biến tần độc lập là gì?

Trong hệ thống điện mặt trời, biến tần (inverter) có chức năng chuyển đổi dòng điện một chiều này thành dòng điện xoay chiều, phù hợp sử dụng cho các thiết bị điện. Theo đó biến tần độc lập sẽ kết nối với hệ thống ắc quy lưu trữ, thay vì kết nối thẳng với điện lướ như các loại biến tần hòa lưới.

Hệ thống điện mặt trời độc lập lắp đặt khu vực chưa có điện lưới hoặc cho gia đình muốn chủ động nguồn điện riêng, không phụ thuộc điện lưới công cộng.

Hệ thống hấp thụ bức xạ mặt trời, tạo ra dòng điện. Điện năng được lưu trữ trong pin lưu trữ. Sau đó cung cấp trực tiếp cho thiết bị sinh hoạt, hoàn toàn không cần liên kết lưới điện công cộng.

Nguyên lý hoạt động biến tần độc lập

Biến tần độc lập hoạt động bằng cách chuyển đổi dòng điện một chiều (DC) thành dòng điện xoay chiều (AC), cấp nguồn cho thiết bị tiêu thụ. Hệ thống sử dụng pin lưu trữ để sạc và cấp điện khi không có ánh nắng.

Cụ thể khi pin năng lượng mặt trời chuyển ánh sáng thành điện DC, dòng điện DC này được nạp vào pin lưu trữ hoặc cấp thẳng cho tải qua biến tần và biến đổi thành điện AC 220V (điện sinh hoạt). Trường hợp điện mặt trời dư thừa, nó sẽ được nạp vào pin để dự trữ.

Việc nắm rõ nguyên lý hoạt động của inverter độc lập giúp người dùng hiểu rõ cách thiết bị quản lý và phân phối nguồn điện một cách thông minh và hiệu quả.

Điện áp và tải của biến tần nào trong các hệ thống độc lập?

Hệ thống năng lượng mặt trời độc lập (không nối lưới) là hệ thống dòng điện một chiều (DC), hoạt động không kết nối lưới điện chính.

Điện áp DC (Đầu vào): Các hệ thống nhỏ thường vận hành ở 12V hoặc 24V DC. Nguồn điện mặt trời có thể sử dụng trực tiếp hoặc lưu trữ tạm thời trong pin.
Điện áp AC (Đầu ra): Điện áp cao hơn, tiêu chuẩn 230V AC (dòng điện xoay chiều), được tạo ra nhờ sự hỗ trợ của Biến tần Off-grid.

Tùy cấu trúc hệ thống, một biến tần không nối lưới có thể vận hành đồng thời tải DC (một chiều), tải AC (Xoay chiều) hoặc cả hai loại tải. Biến tần được sử dụng trong các loại hệ thống độc lập sau:

Hệ thống nhỏ không pin lưu trữ: Chỉ cung cấp điện tức thời khi có ánh sáng.
Hệ thống vừa và lớn có pin lưu trữ: Sử dụng pin để dự trữ năng lượng dư thừa.
Hệ thống hybrid với máy phát điện: Kết hợp nhiều nguồn (pin mặt trời và máy phát điện) để đảm bảo nguồn điện liên tục, ổn định.

Công nghệ AC/DC và quản lý sạc trong hệ thống PV độc lập

Hệ thống PV kết hợp DC và AC

Hệ thống năng lượng mặt trời độc lập (Off-grid) được phân loại dựa trên điện áp sử dụng, gồm hệ thống DC và hệ thống AC.

Hệ thống PV ghép DC: Pin mặt trời kết nối qua Bộ điều khiển sạc DC/DC đặc biệt. Bộ điều khiển điều chỉnh dòng điện DC từ pin, cấp trực tiếp cho các tải DC.
Hệ thống PV ghép AC: Sử dụng biến tần Off-grid (độc lập). Biến tần điều chỉnh điện áp và tần số từ nguồn DC (từ pin mặt trời) thành AC. Điều này cho phép kết nối trực tiếp các tải và máy phát điện AC.

Cả hai hệ thống đều mang lại phương pháp độc lập và hiệu quả để sử dụng năng lượng mặt trời mà không cần phụ thuộc vào lưới điện công cộng.

Quản lý sạc

Bộ biến tần Off-grid đóng vai trò quản lý sạc/xả pin để tận dụng tối đa năng lượng mặt trời và đảm bảo nguồn điện liên tục:

Sạc pin (Khi thừa điện): Khi có dư thừa điện mặt trời và mức tiêu thụ thấp, biến tần lấy dòng điện từ lưới điện xoay chiều (do biến tần tạo ra) và sử dụng để sạc pin lưu trữ. Điều này giúp lưu trữ năng lượng dư thừa.
Cấp điện (Khi thiếu điện): Ngược lại, khi bức xạ mặt trời thấp và mức tiêu thụ cao, biến tần sẽ cung cấp nguồn điện từ pin lưu trữ cho lưới điện nội bộ. Điều này giúp đáp ứng nhu cầu tiêu thụ khi nguồn điện mặt trời không đủ.

Nhờ cơ chế này, biến tần đảm bảo nguồn điện mặt trời được tận dụng tối đa và hệ thống có nguồn điện liên tục, bất kể điều kiện ánh sáng hoặc mức tiêu thụ.

Biến tần Off-grid với các máy phát điện khác

Biến tần không nối lưới (Off-grid Inverter) hoạt động tương tự biến tần thông thường: chuyển đổi dòng điện thành điện sử dụng được và lưu trữ pin. Trong hệ thống lưới điện độc lập, có thể tích hợp nhiều nguồn năng lượng khác:

Năng lượng gió nhỏ
Nhà máy thủy điện nhỏ
Nhiệt và điện kết hợp
Máy phát điện diesel

Các nguồn này thường được sử dụng khi trạng thái sạc pin giảm và không đủ ánh sáng mặt trời.

Biến tần Off-grid được sử dụng rộng rãi, mang lại khả năng sử dụng điện độc lập, tiết kiệm năng lượng ở khu vực không có kết nối lưới điện chính:

Khu vực cố định: Khu định cư xa xôi, khu vực nông thôn cao, vườn nhỏ.
Hệ thống công cộng: Đồng hồ đỗ xe, trạm thời tiết, hệ thống điều khiển giao thông.
Ứng dụng di động: Giải trí, nhà di động

Yêu cầu inverter ngoài lưới tại hoạt động riêng lẻ

Để kết nối các thiết bị điện tử nhạy cảm (như TV, radio, máy chiếu), cần sử dụng biến tần không nối lưới với chức năng Sine chuẩn hoặc Sine sửa đổi. Điều này đảm bảo dòng điện đầu ra có hình dạng sóng hài hòa, phù hợp với các thiết bị trên.

Ngoài ra, khi chọn điện áp pin cần đảm bảo điện áp pin lựa chọn tương thích với hệ thống pin mặt trời, cân nhắc hiệu suất của biến tần độc lập để đạt hiệu quả hoạt động cao nhất.

Ngoài ra cần chú ý đến mức tiêu thụ điện ở chế độ chờ để tiết kiệm năng lượng, tránh tiêu tốn quá mức khi không tải. Giá trị điện áp cắt cũng quan trọng, giúp đảm bảo hệ thống không hoạt động khi điện áp đầu vào không đủ.

Một ưu điểm chính của inverter off-grid là khả năng điều khiển lượng điện năng cung cấp theo yêu cầu tải. Điều này cho phép điều chỉnh điện áp đầu ra biến tần để phù hợp thiết bị sử dụng, đảm bảo hiệu suất tiêu thụ điện cao nhất và tránh mất điện không cần thiết.

Sử dụng biến tần độc lập trong giám sát và theo dõi MPP

Biến tần năng lượng mặt trời độc lập thực hiện các nhiệm vụ bổ sung như giám sát hệ thống. Hiện nay, có một số mẫu biến tần có thể kết nối với màn hình, giúp người dùng xem nhanh chóng, dễ dàng tất cả dữ liệu quan trọng của hệ thống.

Ngoài ra, cũng có các mẫu có hoặc không có máy biến áp tích hợp. Các phiên bản cao cấp thường tích hợp chức năng Theo dõi Điểm Công Suất Tối Đa (MPP-Tracking), giúp tối ưu hóa hiệu suất hoạt động của hệ thống mặt trời.

Nếu biến tần đóng vai trò là trạm giám sát cho hệ thống điện mặt trời, việc chọn thiết bị lắp đặt trong nhà là hợp lý. Điều này giúp dễ dàng truy cập và bảo vệ thiết bị khỏi các yếu tố môi trường như ánh sáng mặt trời trực tiếp hoặc mưa.

Với sự tiến bộ công nghệ, biến tần độc lập ngày càng hiện đại, mang lại linh hoạt và hiệu quả cao cho hệ thống năng lượng mặt trời độc lập. Điều này thúc đẩy việc tạo ra nguồn điện sạch, tiết kiệm năng lượng, mang lại lợi ích to lớn cho môi trường và cộng đồng.Mong rằng những chia sẻ chuyên môn từ KITAWA sẽ giúp quý khách hàng hiểu rõ biến tần độc lập là gì và có sự lựa chọn lắp đặt phù hợp với nhu cầu sử dụng.