Hệ thống pin PV là gì? Hướng dẫn đầy đủ của bạn về lưu trữ năng lượng mặt trời

Cung cấp năng lượng cho tương lai của bạn: Tại sao lưu trữ năng lượng mặt trời lại quan trọng

Tấm pin mặt trời (hệ thống quang điện hoặc PV) đã cách mạng hóa cách chúng ta tạo ra điện, cung cấp nguồn năng lượng sạch, tái tạo ngay từ mái nhà của chúng ta. Tuy nhiên, năng lượng mặt trời có một thách thức cố hữu: các tấm pin chỉ tạo ra điện khi có mặt trời chiếu sáng. Điều gì xảy ra vào ban đêm hoặc vào những ngày nhiều mây? Và còn tình trạng mất điện lưới thì sao? Sự gián đoạn này thường có nghĩa là phải dựa vào lưới điện truyền thống, hạn chế toàn bộ tiềm năng đầu tư năng lượng mặt trời của bạn.

Đây chính là lúc hệ thống pin PV xuất hiện. Hãy tưởng tượng việc thu được năng lượng mặt trời dư thừa, chưa sử dụng mà các tấm pin của bạn tạo ra trong giờ cao điểm ban ngày và lưu lại để sử dụng sau. Đó chính xác là những gì hệ thống lưu trữ năng lượng mặt trời cho phép bạn làm. Đây là một bước ngoặt đối với tính độc lập và hiệu quả năng lượng. Hướng dẫn này sẽ hướng dẫn bạn mọi thứ bạn cần biết về hệ thống pin PV: chúng là gì, chúng hoạt động như thế nào, các thành phần, lợi ích và những cân nhắc chính của chúng.

Định nghĩa hệ thống pin PV: Không chỉ là tấm pin mặt trời

Chính xác thì nó là gì?

Nói một cách đơn giản, hệ thống pin PV kết hợp các tấm pin mặt trời tiêu chuẩn với một bộ lưu trữ pin. Trong khi các tấm pin mặt trời của bạn chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành điện (điện DC), pin sẽ lưu trữ bất kỳ lượng điện dư thừa nào mà ngôi nhà của bạn không sử dụng ngay lập tức. Năng lượng được lưu trữ này sau đó có thể được sử dụng sau, chẳng hạn như vào buổi tối, ban đêm hoặc làm nguồn điện dự phòng khi lưới điện bị mất.

Điều này về cơ bản khác với hệ thống PV mặt trời hòa lưới tiêu chuẩn không có hệ thống lưu trữ. Trong các hệ thống đó, bất kỳ lượng điện mặt trời dư thừa nào được tạo ra thường được gửi trở lại lưới điện tiện ích (thường để ghi có, được gọi là đo đếm ròng). Hệ thống pin PV ưu tiên lưu trữ lượng điện dư thừa đó để bạn sử dụng trước, tối đa hóa khả năng tự lực của bạn.

Hiểu các thuật ngữ chính

PV (Quang điện):Công nghệ được sử dụng trong tấm pin mặt trời để chuyển đổi trực tiếp ánh sáng mặt trời thành điện năng.
Lưu trữ pin:Bộ phận lưu trữ điện một chiều do tấm pin mặt trời tạo ra để sử dụng sau này.
Các loại hệ thống và pin:

• Nối lưới:Được kết nối với lưới điện. Hệ thống pin quang điện tại đây lưu trữ năng lượng để sử dụng sau, giảm sự phụ thuộc vào lưới điện và có khả năng cung cấp điện dự phòng.
• Ngoài lưới điện:Hoàn toàn độc lập với lưới điện. Pin rất cần thiết để lưu trữ điện năng để sử dụng liên tục.
• Hỗn hợp:Kết nối lưới điện nhưng có khả năng dự phòng bằng pin, mang lại những lợi ích tốt nhất của cả hai phương án.

Hệ thống pin quang điện hoạt động như thế nào? (Ban ngày, ban đêm và khi mất điện)

Nguyên tắc cốt lõi: Chu kỳ sạc và xả

Hệ thống quản lý thông minh dòng năng lượng dựa trên sản lượng năng lượng mặt trời, nhu cầu năng lượng gia đình và trạng thái sạc của pin. Hệ thống hoạt động theo các chu kỳ sạc và xả riêng biệt.

Kịch bản 1: Ngày nắng – Sản lượng cao

Tấm pin mặt trời tạo ra điện một chiều.
Nguồn điện này trước tiên sẽ cung cấp điện cho các thiết bị gia dụng và tải trực tiếp (sau khi bộ biến tần chuyển đổi thành dòng điện xoay chiều).
Bất kỳ lượng điện mặt trời dư thừa nào sau đó sẽ được sử dụng để sạc pin.
Nếu pin được sạc đầy và nhu cầu của gia đình bạn được đáp ứng, lượng điện dư thừa có thể được xuất sang lưới điện (tùy thuộc vào cài đặt hệ thống và thỏa thuận tiện ích).

Kịch bản 2: Ban đêm hoặc ánh sáng mặt trời yếu

Tấm pin mặt trời tạo ra rất ít hoặc không tạo ra điện.
Năng lượng được lưu trữ trong pin sẽ được xả (chuyển đổi thành dòng điện xoay chiều) để cung cấp điện cho các thiết bị trong nhà bạn.
Nếu pin cạn hoặc nhu cầu năng lượng của bạn vượt quá công suất đầu ra của pin, hệ thống sẽ tự động lấy nguồn điện cần thiết từ lưới điện.

Tình huống 3: Mất điện lưới

Hệ thống phát hiện lỗi lưới điện.
Nếu được thiết kế để cung cấp nguồn điện dự phòng, nó sẽ tự động ngắt kết nối khỏi lưới điện (tự động ngắt) để đảm bảo an toàn.
Sau đó, nó sử dụng năng lượng pin được lưu trữ để cấp nguồn cho các mạch/tải thiết yếu được chọn trước trong nhà bạn (như đèn, tủ lạnh, Wi-Fi). Thời lượng phụ thuộc vào dung lượng pin và kích thước tải.

Giải phẫu của hệ thống pin PV: Giải thích các thành phần chính

Hệ thống pin quang điện bao gồm một số thành phần cốt lõi hoạt động cùng nhau:

Tấm pin mặt trời (Mô-đun PV):Thu thập ánh sáng mặt trời và chuyển đổi thành điện một chiều.
Pin năng lượng mặt trời:Lưu trữ năng lượng DC. Đây là trung tâm của hệ thống lưu trữ. Có nhiều loại hóa chất và dung lượng khác nhau.
Bộ biến tần:Chuyển đổi điện DC (từ tấm pin/pin) thành điện AC (được sử dụng bởi các thiết bị gia dụng). Biến tần lai phổ biến trong các hệ thống pin vì chúng có thể quản lý dòng điện từ tấm pin, pin và lưới điện cùng lúc. Một số hệ thống có thể sử dụng biến tần riêng cho tấm pin và pin (ghép nối AC). (Gợi ý liên kết nội bộ: Liên kết đến trang giải thích về biến tần năng lượng mặt trời)
Hệ thống quản lý pin (BMS):Hệ thống điện tử tích hợp bên trong bộ pin giúp theo dõi trạng thái của pin (nhiệt độ, điện áp, mức sạc), bảo vệ pin khỏi tình trạng sạc/xả quá mức và tối ưu hóa hiệu suất và tuổi thọ.
Bộ điều khiển sạc (Thường được tích hợp, rất quan trọng đối với một số hệ thống):Điều chỉnh nguồn điện DC từ các tấm pin để sạc pin an toàn, ngăn ngừa tình trạng sạc quá mức, đặc biệt quan trọng trong các thiết lập kết nối DC hoặc ngoài lưới điện. Thường được tích hợp vào bộ biến tần lai.
Hệ thống giám sát:Phần mềm (thường là ứng dụng hoặc cổng thông tin web) cho phép chủ nhà theo dõi sản xuất năng lượng, mức tiêu thụ, trạng thái pin và hiệu suất hệ thống theo thời gian thực.

Loại pin nào phổ biến nhất trong hệ thống PV?

Pin là một lựa chọn quan trọng. Hai loại chính được sử dụng hiện nay là:

Lithium-Ion (Li-ion): Sự lựa chọn phổ biến

Các loại phụ:Thông thường là Lithium Iron Phosphate (LFP hoặc LiFePO4) được biết đến về độ an toàn và tuổi thọ cao, còn Niken Mangan Coban (NMC) được biết đến về mật độ năng lượng.
Ưu điểm:Mật độ năng lượng cao (lưu trữ nhiều hơn trong không gian nhỏ hơn), tuổi thọ dài hơn (nhiều chu kỳ sạc hơn), Độ sâu xả cao hơn (DoD – sử dụng nhiều năng lượng lưu trữ hơn), hiệu suất cao, thường không cần bảo trì.
Nhược điểm:Chi phí trả trước cao hơn so với axit chì.

Chì-axit: Lựa chọn truyền thống

Các loại:Ngập nước (cần bảo dưỡng – thêm nước cất) và Kín (AGM/Gel – không cần bảo dưỡng).
Ưu điểm:Chi phí ban đầu thấp hơn, công nghệ đã được chứng minh.
Nhược điểm:Tuổi thọ ngắn hơn, DoD thấp hơn (không thể sử dụng nhiều dung lượng lưu trữ mà không bị hư hỏng), nặng hơn/cồng kềnh hơn, hiệu suất thấp hơn, có thể cần thông gió (ngập nước).

Pin năng lượng mặt trời BSLBATT chủ yếu dựa trên các giải pháp lõi lưu trữ LiFePO4 từ 5 nhà sản xuất LiFePO4 hàng đầu thế giới như EVE, REPT.

Các yếu tố chính để so sánh:

Công suất (kWh):Pin có thể lưu trữ bao nhiêu năng lượng.
Công suất định mức (kW):Pin có thể cung cấp bao nhiêu điện năng cùng một lúc (xác định số lượng/loại thiết bị mà pin có thể chạy cùng lúc).
Độ sâu xả (DoD):Tỷ lệ phần trăm tổng công suất có thể sử dụng an toàn (ví dụ: 90% DoD nghĩa là bạn có thể sử dụng 9kWh từ pin 10kWh). Cao hơn là tốt hơn.
Hiệu suất khứ hồi (%):Năng lượng ra so với năng lượng vào. Cao hơn có nghĩa là ít mất năng lượng hơn trong quá trình sạc/xả.
Tuổi thọ (Chu kỳ / Năm):Pin có thể sạc/xả bao nhiêu lần trước khi dung lượng giảm đáng kể. Thường được bảo hành trong một số năm hoặc chu kỳ nhất định.
Bảo hành:Quan trọng để bảo vệ khoản đầu tư của bạn. Xem xét số năm được bảo hành, số chu kỳ được bảo hành và khả năng bảo hành khi hết hạn.
Sự an toàn:Tìm kiếm các chứng nhận (nhưUL / IECtiêu chuẩn). LFP thường được coi là rất an toàn.
Trị giá:Hãy cân nhắc chi phí trả trước so với giá trị trọn đời ($/kWh được lưu trữ trong suốt thời gian sử dụng).

Điện áp của pin PV là bao nhiêu?

Khi thảo luận về pin quang điện, “điện áp” không phải là một con số cố định duy nhất.Điều này phụ thuộc vào tính chất hóa học của pin, cách cấu hình từng cell pin trong một bộ pin và mục tiêu thiết kế chung của hệ thống lưu trữ năng lượng mặt trời. Sau đây là những điều bạn cần biết:

Điện áp danh định: Đây là điện áp tham chiếu thường được sử dụng để phân loại pin hoặc hệ thống.

Hệ thống điện áp thấp (phổ biến trong lịch sử):Các hệ thống truyền thống ngoài lưới điện hoặc nhỏ hơn thường sử dụng điện áp danh định như 12V, 24V hoặc 48V DC. Pin axit chì thường có sẵn trong các cấu hình điện áp này. Một số hệ thống lithium-ion mô-đun cũng hoạt động trong51,2Vphạm vi, được biết đến vì tính an toàn tương đối và khả năng tương thích với nhiều bộ biến tần ngoài lưới điện.

Hệ thống điện áp cao hơn (Xu hướng hiện đại):Hầu hết các hệ thống pin lithium-ion hòa lưới điện dân dụng hiện đại đều hoạt động ở điện áp DC cao hơn đáng kể, thường dao động từ 200V đến 800V DC, trong đó khoảng 400V DC là khá phổ biến.

Điện áp cell so với điện áp hệ thống:

Mỗi cell pin riêng lẻ có điện áp thấp hơn nhiều (ví dụ, một cell pin LiFePO4 có điện áp danh định là 3,2V).
Để đạt được điện áp hệ thống mong muốn (như 48V hoặc 400V), nhiều cell được kết nối nối tiếp (điện áp cộng lại) trong một mô-đun hoặc bộ pin. Kết nối các mô-đun song song làm tăng tổng dung lượng (Ah/kWh) trong khi vẫn giữ nguyên điện áp.

Tại sao điện áp lại quan trọng?

Hiệu quả:Các hệ thống điện áp cao hơn thường có tổn thất năng lượng điện trở thấp hơn trong hệ thống dây điện cho cùng một lượng điện năng truyền tải (Công suất = Điện áp x Dòng điện). Điều này có thể có nghĩa là hiệu suất tổng thể của hệ thống tốt hơn một chút.
Chi phí đi dây:Điện áp cao hơn cho phép dòng điện thấp hơn, nghĩa là có thể sử dụng dây đồng mỏng hơn (và thường rẻ hơn) giữa pin và bộ biến tần lai.
Khả năng tương thích của biến tần:Điện áp của pin phải tương thích với dải điện áp đầu vào DC của bộ biến tần lai được kết nối. Pin điện áp cao được ghép nối với bộ biến tần điện áp cao vàPin 51,2Vghép nối với bộ biến tần 51,2V.
An toàn & Lắp đặt:Hệ thống điện áp cao hơn (thường >60V DC) yêu cầu các giao thức an toàn và quy trình xử lý nghiêm ngặt hơn trong quá trình lắp đặt và bảo trì, thường được quy định trong các quy tắc điện. Chúng chỉ nên được xử lý bởi các chuyên gia có trình độ.

Điện áp nào là phù hợp?

Đối với những ngôi nhà hiện đại được kết nối lưới điện đang tìm kiếm giải pháp lưu trữ và dự phòng năng lượng hiệu quả,hệ thống lithium-ion điện áp cao (ví dụ: ~400V)đang ngày càng trở thành tiêu chuẩn, kết hợp tốt với bộ biến tần lai hiệu quả.
Đối với các ứng dụng nhỏ hơn ngoài lưới điện, RV hoặc các nâng cấp hệ thống cũ cụ thể, hệ thống 48V (cả lithium và axit chì) vẫn phù hợp và được hỗ trợ rộng rãi.
Cuối cùng, điện áp cụ thể của hệ thống pin PV của bạn sẽ được xác định bởi thiết kế của nhà sản xuất và khả năng tương thích của nó với bộ biến tần đã chọn và kiến ​​trúc hệ thống tổng thể. Khi so sánh các hệ thống, việc hiểu được hệ thống đó là "điện áp thấp" (thường là 48V) hay "điện áp cao" sẽ giúp đánh giá các đặc điểm và khả năng tương thích của nó.

Tham khảo bài viết về Pin điện áp cao và Pin điện áp thấp.

Lên kế hoạch đầu tư của bạn: Những cân nhắc chính trước khi mua

Đầu tư vào hệ thống pin quang điện đòi hỏi phải có kế hoạch cẩn thận:

Xác định kích thước hệ thống của bạn:Không nên lắp quá lớn hoặc quá nhỏ. Kích thước pin (kWh) phụ thuộc vào mức sử dụng năng lượng trung bình hàng ngày, kích thước hệ thống năng lượng mặt trời (kW), những gì bạn muốn sao lưu trong thời gian mất điện và mục tiêu của bạn (tiết kiệm tối đa so với sao lưu cơ bản). Một người lắp đặt chuyên nghiệp có thể giúp tính toán điều này.
Hiểu về chi phí:Tính đến chi phí của pin, bộ biến tần (nếu nâng cấp/lai), nhân công lắp đặt, nâng cấp bảng điện tiềm năng và giấy phép. Hỏi về tổng chi phí lắp đặt và khả năng tiết kiệm dài hạn (Lợi tức đầu tư – ROI).
Tìm kiếm người cài đặt đủ tiêu chuẩn:Điều này rất quan trọng đối với sự an toàn và hiệu suất. Hãy tìm những người lắp đặt có kinh nghiệm, được chứng nhận (ví dụ: chứng nhận NABCEP tại Hoa Kỳ) có đánh giá tốt và kinh nghiệm cụ thể về hệ thống lưu trữ pin.
Bảo hành quan trọng:Đọc phần chữ nhỏ. Hiểu thời hạn bảo hành (năm), bảo hành vòng đời và tỷ lệ phần trăm công suất được bảo hành khi hết hạn bảo hành. Thường có chế độ bảo hành riêng cho pin, bộ biến tần và tay nghề lắp đặt.
Vị trí lắp đặt và bảo trì:Pin cần nhiệt độ hoạt động và không gian cụ thể. Hãy cân nhắc vị trí đặt (gara, phòng tiện ích, bên ngoài). Hầu hết các loại pin Li-ion hiện đại hầu như không cần bảo dưỡng, không giống như pin axit chì ngập nước.
Điều hướng các quy định và ưu đãi:Kiểm tra các quy định xây dựng tại địa phương, các yêu cầu kết nối tiện ích (quyền kết nối) và các ưu đãi tài chính có sẵn. Những điều này có thể tác động đáng kể đến chi phí (ví dụ:Tín dụng thuế đầu tư năng lượng mặt trời liên bang Hoa Kỳ (ITC)thường áp dụng cho pin sạc bằng năng lượng mặt trời, cộng với các khoản hoàn tiền của tiểu bang/địa phương).

Hệ thống pin quang điện so với hệ thống điện mặt trời hòa lưới tiêu chuẩn: Sự khác biệt là gì?

Những câu hỏi thường gặp (FAQ) về Hệ thống pin PV

Câu hỏi 1: Tôi có thể thêm pin vào hệ thống năng lượng mặt trời hiện tại của mình không?

A: Có, thường thì bạn có thể thực hiện thông qua “ghép nối AC” khi pin và bộ biến tần riêng của nó được thêm vào cùng với hệ thống năng lượng mặt trời hiện tại của bạn. Khả năng tương thích cần được kiểm tra bởi một chuyên gia. Ghép nối DC (chia sẻ bộ biến tần) có thể yêu cầu thay thế bộ biến tần hiện tại bằng một mô hình lai.

Câu 2: Pin năng lượng mặt trời thường có tuổi thọ bao lâu?

A: Tuổi thọ phụ thuộc vào loại, cách sử dụng và điều kiện. Pin Lithium-Ion hiện đại (đặc biệt là LFP) thường được bảo hành trong 10-15 năm hoặc một số chu kỳ nhất định (ví dụ: 6.000-10.000 chu kỳ) và có khả năng sử dụng lâu hơn. Pin axit chì thường sử dụng được 3-7 năm.

Câu 3: Chi phí trung bình của một hệ thống pin năng lượng mặt trời gia đình là bao nhiêu?

A: Chi phí thay đổi rất nhiều tùy theo kích thước (kWh), thương hiệu, loại và độ phức tạp của quá trình lắp đặt. Bao gồm cả lắp đặt, dự kiến ​​chi phí dao động từ 800 đến 1.500 đô la trở lên cho mỗi kWh dung lượng lưu trữ (tính đến đầu năm 2024, hãy kiểm tra giá hiện tại). Các ưu đãi có thể giảm đáng kể chi phí này.

Câu hỏi 4: Pin năng lượng mặt trời có đáng mua nếu tôi có hệ thống đo lường điện lưới không?

A: Tùy thuộc. Nếu tín dụng đo lường ròng hào phóng (giá trị 1:1), lợi ích tiết kiệm hóa đơn thuần có thể bị giảm. Tuy nhiên, pin vẫn cung cấp nguồn điện dự phòng, giúp tránh phí Thời gian sử dụng cao và tăng mức tiêu thụ tự thân, có giá trị vượt xa tín dụng đo lường ròng. Giá trị đề xuất tăng lên nếu chính sách đo lường ròng trở nên kém thuận lợi hơn.

Câu 5: Pin năng lượng mặt trời cần bảo trì bao lâu?

A: Pin Lithium-Ion hiện đại hầu như không cần bảo dưỡng. Pin axit chì (đặc biệt là loại ngập nước) cần kiểm tra định kỳ, vệ sinh và nạp thêm nước cất. Người lắp đặt có thể tư vấn về bất kỳ khuyến nghị cụ thể nào của nhà sản xuất.

Câu hỏi 6: Hệ thống pin quang điện có an toàn không?

A: Khi được lắp đặt đúng cách bởi các chuyên gia có trình độ sử dụng thiết bị được chứng nhận (như pin và bộ biến tần được UL liệt kê), hệ thống pin PV rất an toàn. Hóa chất Lithium Iron Phosphate (LFP) đặc biệt được biết đến với độ ổn định nhiệt và hồ sơ an toàn. Việc lắp đặt đúng cách và tuân thủ các quy tắc là rất quan trọng.

Kết luận: Hệ thống pin quang điện có phải là lựa chọn phù hợp với bạn không?

Hệ thống pin quang điện là một bước tiến quan trọng hướng tới kiểm soát năng lượng, tiết kiệm chi phí và khả năng phục hồi. Bằng cách lưu trữ năng lượng miễn phí được tạo ra bởi các tấm pin mặt trời, bạn có thể cung cấp điện cho ngôi nhà của mình trong thời gian dài sau khi mặt trời lặn, cắt giảm đáng kể sự phụ thuộc vào lưới điện và giữ cho đèn sáng trong thời gian mất điện.

Mặc dù khoản đầu tư ban đầu cao hơn so với hệ thống năng lượng mặt trời tiêu chuẩn, nhưng những lợi ích mà hệ thống này mang lại - đặc biệt là khả năng độc lập về năng lượng, tiết kiệm đáng kể trong dài hạn (đặc biệt là khi chi phí tiện ích hoặc giá TOU tăng) và nguồn điện dự phòng vô giá - khiến hệ thống này trở thành lựa chọn hấp dẫn đối với nhiều chủ nhà.

Đánh giá mô hình sử dụng năng lượng của bạn (Xem máy tính pin mặt trời của chúng tôi), mong muốn của bạn về nguồn điện dự phòng, giá điện và chính sách tiện ích tại địa phương của bạn, và các ưu đãi có sẵn. Nếu tối đa hóa khoản đầu tư năng lượng mặt trời và đảm bảo nguồn cung cấp điện cho ngôi nhà của bạn là ưu tiên hàng đầu, thì hệ thống pin PV có thể là lựa chọn tuyệt vời cho tương lai năng lượng của bạn.