Hệ thống điện Năng lượng Mặt trời

Biến đổi quang năng thành điện năng
Pin mặt trời được ghép nối từ nhiều tế bào quang điện, tế bào quang điện là thiết bị bán dẫn chứa lượng lớn các diod p-n, duới ánh sáng mặt trời nó có khả năng tạo ra dòng điện tức là có khả năng chuyển đổi quang năng thành điện năng. Sự chuyển đổi này gọi là hiệu ứng quang điện. Người ta có thể ghép nối nhiều tấm pin mặt trời thành hệ thống pin mặt trời. Pin năng lượng mặt trời (NLMT) có dạng đơn tinh thể (monocrystalline - hiệu suất cao nhất) hoặc đa tinh thể (polycrystalline - hiệu suất trung bình) hoặc màng mỏng (thin film - hiệu suất thấp nhất). Tuỳ loại, các tấm pin có thể có hiệu suất  từ 15% đến  18%, công suất từ 3Wp đến 200Wp và có tuổi thọ trung bình khoảng 25-30 năm. 
Nguyên lý hoạt động của Hệ thống điện mặt trời:
Từ hệ thống pin mặt trời, ánh sáng được biến đổi thành điện năng, tạo ra dòng điện một chiều (DC). Dòng điện này được truyền dẫn tới bộ điều khiển xạc NLMT (Solar Charger Controller) là một thiết bị điện tử có chức năng điều khiển tự động quá trình nạp điện vào ắc-quy và phóng điện từ ắc-quy ra các thiết bị điện một chiều (DC). Trường hợp công suất hệ thống pin mặt trời và điện được tích trữ trong các ắc quy đủ lớn, trong hệ thống sẽ có thêm bộ kích điện (Inverter) để biến đổi dòng điện một chiều (DC) thành dòng điện xoay chiều (AC) 220V, có thể sử dụng cho hầu hết các thiết bị điện gia đình (đèn, quạt, máy tính, TV…).
Hệ thống điện mặt trời có nhiều mô hình:

• Loại có khả năng cung cấp điện không có hệ ắc quy lưu trữ, chỉ dùng khi có năng lượng mặt trời, chạy với công suất nhỏ
• Loại có khả năng cung cấp điện với hệ ắc quy lưu trữ để dùng khi không đủ năng lượng mặt trời
• Loại có thể hòa lưới (on grid solar system) điện quốc gia, cung cấp điện lên lưới như 1 máy phát điện
• Loại hoạt động độc lập (off grid solar system) như 1 hệ thống back-up điện.

Sơ đồ nguyên lý của 1 hệ thống điện mặt trời cơ bản:
Thành phần cơ bản của một hệ thống điện mặt trời:
1. Tấm pin mặt trời (Solar Panel)
Một số thông tin cơ bản về tấm pin mặt trời sử dụng trong hệ thống điện mặt trời:

• Hiệu suất: từ 15% - 18%
• Công suất: từ 25Wp đến 175 Wp
• Số lượng cells trên mỗi tấm pin: 72 cells
• Kích thước cells: 5" – 6"
• Loại cells: monocrystalline và polycrystalline
• Chất liệu của khung: nhôm
• Tuổi thọ trung bình của tấm pin: 25-30 năm

Trong một ngày nắng, mặt trời cung cấp khoảng 1 kW/m² đến mặt đất (khi mặt trời đứng bóng và quang mây).Công suất và điện áp của một hệ thống sẽ phụ thuộc và cách chúng ta nối ghép các tấm pin mặt trời  lại với nhau. Các tấm pin mặt trời được lắp đặt ở ngoài trời để có thể hứng được ánh nắng tốt nhất từ mặt trời nên được thiết kế với những tính năng và chất liệu đặc biệt, có thể chịu đựng được sự khắc nghiệt của thời tiết, khí hậu, nhiệt độ…
2. Bộ điều khiển sạc mặt trời (Solar Charger Controller) 
Đây là thiết bị có chức năng điều khiển việc sạc điện từ tấm pin NLMTcho ắc-quy, ổn áp cho dòng điện nạp, bảo vệ cho ắc-quy chống nạp quá tải và xả quá sâu nhằm nâng cao tuổi thọ của bình ắc-quy, và giúp hệ thống pin mặt trời sử dụng hiệu quả và lâu dài. Bộ điều khiển còn cho biết tình trạng nạp điện của tấm pin mặt trờii vào ắc-quy giúp cho người sử dụng kiểm soát được các phụ tải. Bộ điều khiển còn thực hiện việc bảo vệ nạp quá điện thế (>13,8V) hoặc điện thế thấp (<10,5V). Mạch bảo vệ của bộ điều khiển sẽ thực hiện việc ngắt mạch khi bộ điều khiển xác nhận bình ắc-quy đã được nạp đầy hoặc điện áp của tấm pin mặt trời quá thấp.
3. Bộ kích điện DC-AC (Solar Inverter) 
Bộ kích điện là một thiết bị biến đổi điện áp một chiều (DC) của bình ắcquy (12V – 24V - 48V hoặc lên đến 240V) thành điện áp xoay chiều (AC) có tần số phù hợp với lưới điện Việt Nam đang sử dụng là 220V, 50Hz. Bộ kích điện được thiết kế với nhiều loại công suất từ 300VA – 10kVA tuỳ yêu cầu sử dụng
4. ATS - Chuyển mạch tự động (Option)  
Thiết bị này dùng để chuyển mạch từ điện lưới và điện từ năng lượng mặt trời tuỳ trạng thái khi dùng phối hợp giữa hệ thống điện mặt trời với điện lưới. Những hệ thống điện mặt trời thông minh có thể vừa cấp điện cho lưới sau khi đã nạp đầy ắc quy hoặc chuyển sang sử dụng điện lưới khi điện mặt trời không đủ cung cấp. Đơn giản nhất có thể dùng loại cầu dao chuyển mạch thủ công hoặc muốn tự động hoàn toàn, phải dùng tủ điều khiển ATS.
5. Ắc quy (Battery)  
Là thiết bị lưu trữ điện để sử dụng vào ban đêm hoặc lúc trời ít hoặc không còn ánh nắng. Ắc-quy có nhiều loại như ắc quy nước axit, ắc quy miễn bảo dưỡng MF, ắc quy kín khí VRLA, ắc quy khô (gel, cadimi, niken) với kích thước và dung lượng (tính bằng AH) hoàn toàn khác nhau, tùy thuộc vào công suất và đặc điểm của hệ thống pin mặt trời. Hệ thống có công suất càng lớn thì cần sử dụng ăc-quy có dung lượng lớn hoặc dùng nhiều bình ắc-quy kết nối lại với nhau.