Hỏi
câu này có lẽ hơi thừa vì hầu như phần lớn khi lắp
hệ thống điện năng lượng mặt trời thì ai cũng có sử
dụng 1 bộ điều khiển sạc năng lượng mặt trời trong
hệ thống đó, tuy nhiên cũng không ít người "tiết
kiệm" không sử dụng hoặc cũng không ít người sử
dụng một bộ điều khiển sạc đơn giản đến mức hầu
như không có tác dụng gì. Bài viết dưới đây sẽ cho
mọi người một cái nhìn toàn cảnh hơn về bộ điều
khiển sạc năng lượng mặt trời và thực tế sử dụng
thiết bị này.
1.
Bộ điều khiển sạc năng lượng mặt trời là gì?
Đó
là một thiết bị trung gian giữa hệ các tấm pin mặt
trời và hệ các bình ắc quy lưu trữ. Nhiệm vụ chính
của nó là "điều khiển" việc sạc bình ắc quy
từ nguồn điện sinh ra từ pin mặt trời. Cụ thể là
các nhiệm vụ sau:
-
Bảo vệ bình ắc quy. Khi bình đầy (VD 13.8V - 14V đối
với ắc quy 12V) thì bộ điều khiển ngăn không cho nguồn
điện tiếp tục nạp vào ắc quy có thể gây sôi bình và
làm ảnh hưởng đến tuổi thọ của bình. Khi bình gần
cạn đến ngưỡng phải ngắt để bảo vệ bình (VD 10.5V
đối với ắc quy 12V), bộ điều khiển sẽ ngắt không
cho sử dụng tải để bảo vệ bình không bị "kiệt".
-
Bảo vệ tấm pin mặt trời. Nguyên lý của dòng điện là
chảy từ nơi điện áp cao đến nơi điện áp thấp. Ban
ngày trời nắng thì điện áp tấm pin loại 12V sẽ từ
khoảng 15 đến hơn 20V, cao hơn điện áp ắc quy nên dòng
điện sẽ đi từ pin xuống ắc quy. Nhưng ban đêm khi
không có ánh nắng, điện áp của pin sẽ thấp hơn điện
áp của ắc quy và dòng điện sẽ đi từ ắc quy lên
ngược tấm pin và "đốt" tấm pin, làm giảm hiệu
suất tấm pin dần dần và có thể hỏng tấm pin. Vậy
nên bộ điều khiển sẽ ngăn một cách triệt để không
để cho dòng điện có thể đi ngược lên tấm pin để
tránh hiện tượng trên.
-
Điều quan trọng nhất: giúp chúng ta đạt hiệu suất cao
nhất từ tấm pin mặt trời. Có chức năng này thì thiết
bi này mới có tên gọi là "điều khiển", nghĩa
là thiết bị này điều khiển làm sao để công suất sạc
đạt cực đại Pmax, nâng cao hiệu suất sử dụng của
tấm pin mặt trời. Các bộ điều khiển sạc kiểu cũ
đơn giản thì chỉ điều khiển đóng cắt khi bình đầy
hoặc bình cạn và bảo vệ không cho điện trào lên pin,
hiện đại hơn là sử dụng phương pháp điều khiển
điều rộng xung PWM (Pulse - Width - Modulation) sử dụng mạch
transitor đóng cắt liên tục để ổn áp sạc cho ắc quy,
phương pháp này có nhược điểm lớn là làm hao phí
khoảng trên dưới 20% lượng điện sạc từ pin mặt
trời. Các bộ điều khiển sạc hiện đại sử dụng
phương pháp điều rộng xung không hao phí, có bộ vi xử
lý và thiết bị đo chọn được điểm có công suất cực
đại MPP (Max Power Point) Pmax để sạc cho ắc quy. Công
suất cực đại minh họa trong hình dưới đây là diện
tích hình chữ nhật màu xám.
-
Phương pháp sạc xung: Các bộ điều khiển sạc xung sẽ
kéo dài tốt hơn tuổi thọ của ắc quy. Phương pháp sạc
xung hiện nay được ứng dụng trong việc sạc laptop, sạc
điện thoại và được đánh giá là phương pháp sạc ưu
việt nâng cao tuổi thọ của pin hay ắc quy.
-
Một số chức năng khác như: Hiển thị mức điện còn
trong hệ bình ắc quy, bảo vệ quá tải, chập mạch trong
hệ thống, các chức năng bổ sung như tự động bật tắt
thiết bị, tạo dòng 5V để sạc điện thoại...
2.
Vậy không dùng bộ điều khiển sạc có được không?
Được nhưng tấm pin của bạn sẽ mau hỏng hoặc giảm
hiệu suất. Được nhưng bạn sẽ phải thay bình ắc quy
thường xuyên hơn. Được nhưng thay vì bạn lấy được
nhiều điện từ tấm pin thì bạn chỉ nhận được mức
điện trung bình. Được nhưng nếu có sự cố gì thì tất
cả sẽ tự hủy vì không có ai bảo vệ chúng..v.v..
3. MPP
là gì?
Các
tấm pin mặt trời làm từ vật liệu Silicon nên dòng và
áp của chúng cũng có quan hệ với nhau, chứ không phải
bất kỳ.
Khi
pin mặt trời ở một điện thế nào đó thì nó cũng có
một dòng điện tương ứng. Vẽ tất cả các cặp điểm
này lại ta có Đường cong đặc tính V-I của pin mặt
trời.
Với
một điểm làm việc nào đó của nó ta sẽ có một V và
một I tương ứng, và công suất nó tạo ra sẽ là P = VI
Chắc
chắn là P này sẽ thay đổi khi điểm làm việc thay đổi,
và điểm nào cho ta P lớn nhất thì gọi là điểm công
suất cực đại của tấm pin mặt trời (Maximum Power
Point: MPP)
Đường
cong đặc tính dòng điện – điện áp của tấm pin mặt
trời cho ta quan hệ V và I để từ đó xác định được
điểm công suất cực đại của nó có hình dạng như
hình sau đây.
4. MPPT
là gì?
MPPT
hay Maximum Power Point Tracking là thuật toán mà bộ charge
controllers sử dụng để làm cho các tấm pin mặt trời
kết nối vào nó hấp thụ tối đa năng lượng mặt trời.
Khi tia nắng mặt trời thay đổi (như khi trời râm mát
hay nắng lên) điểm MPP của tấm pin mặt trời thay đổi
theo. Bộ charge controllers có MPPT của Leonics có thiết kế
vi-xử-lý bên trong luôn theo dỏi được quan hệ V-I, ép
tấm pin mặt trời phải làm việc tại điểm công suất
cực đại, nhầm làm cho các tấm pin mặt trời hấp thụ
năng lượng tối đa.
5. Bộ
solar charger controller loại PWM và loại bộ solar charger
controller MPPT khác nhau như thế nào?
Nhiệm
vụ cơ bản nhất của bộ điều khiển charge là điều
chỉnh điện áp ra của PV panel thành điện áp thích hợp
để nạp cho acquy. Để làm điều này, trước đây người
ta dung nguyên tắc PWM (điều rộng xung) và sau này là MPPT
(làm việc ở điểm công suất lớn nhất)
Nguyên
tắc PWM thường được dùng trong các mạch ổn áp, nếu
PV panel có điện áp 17V trong khi điện áp charge cho acquy
chỉ có 13.6V, người ta sẽ sử dụng 1 mạch transistor để
đóng cắt liên tục làm nó chỉ cấp điện trong 80% thời
gian (17V * 80% = 13.6V). Có thể hiểu được điều này khi
xem hình vẽ sau:
Tuy
nhiên phương pháp PWM trên có một nhược điểm quá lớn:
nó phung phí 20% năng lượng của pV panel trong trường hợp
trên. Và dể thấy rằng nếu dùng bộ charger controller
loại PWM cho các PV panel có điện thế cao hơn 17V thì mức
độ phung phí càng tăng nhiều. Trong tình hình giá thành
PV panel hiện nay còn cao, các solar charger controller PWM hiện
nay ít được sử dụng.
Các
solar charger controller hiện nay thường dùng phương pháp
MPPT. Phương pháp này thoát ra khỏi quan niệm điều áp cũ
kỹ của PWM để đưa vào quan điểm khác: làm sao sử
dụng tối ưu hiệu suất của PV panel. Do vậy nó khá phức
tạp và tốn kém. Nguyên tắc của nó là dùng các mạch
vi-xử-lý để theo dỏi điểm làm việc có công suất cực
đại của PV panel, ép PV panel luôn làm việc ở điểm này
để lấy tối đa năng lượng của PV panel (điểm MPP của
PV panel cũng luôn thay đổi do ánh nắng thay đổi). Sau đó
đưa năng lượng này sang 1 mạch charge bình, vì mạch này
độc lập nên có thể thiết kế có nhiều chế độ
charge, tối ưu hóa việc nạp bình về thời gian nạp và
cách nạp để kéo dài tuổi thọ bình. Một ưu điểm
khác là vào ban đêm, khi điện áp của PV panel bằng
không, năng lượng được dự trữ ở acquy có điện thế
lớn có khuynh hướng chạy ngược về panel thì nó cách
ly ra chúng ra hoàn toàn, vừa bảo vệ PV panel vừa bảo vệ
năng lượng dự trữ ở bình. Điều này thì bộ PWM khó
có thể thực hiện hoàn hảo được.
Các
solar charger controller MPPT có giá đắt hơn nhiều so với
các solar charger controller PWM. Tuy nhiên nó xứng đáng được
dùng vì nếu tính trên hiệu suất của cả hệ thống thì
nó lại rẻ hơn nhiều so với khi dùng loại PWM cũ, làm
mất hiệu suất trên 10% hay hơn thế nữa.
Comments[ 0 ]
Đăng nhận xét