Cách chọn hệ thống điện lai tốt nhất

Năng lượng tái tạo đang trở nên phổ biến hơn đối với các quốc gia để áp dụng và đưa vào lưới điện quốc gia. Nó cũng ngày càng trở thành lựa chọn cho các cộng đồng nhỏ và cá nhân. Khả năng tự tạo ra năng lượng và sống mà không phụ thuộc vào lưới điện công cộng là lựa chọn khả thi đối với nhiều người.

Hệ thống điện lai có thể tích hợp và thu thập nhiều dạng năng lượng tự nhiên khác nhau, bao gồm năng lượng mặt trời, gió và nước, cũng như kết nối với máy phát điện độc lập và lưới điện công cộng. Bài viết này giải thích cách thức hoạt động của các hệ thống này và những lựa chọn có sẵn.

Mục lục
Sự tăng trưởng của thị trường hệ thống điện hybrid
Giới thiệu về hệ thống điện hybrid
Các thành phần của hệ thống điện lai
Làm thế nào để lựa chọn đúng kích thước của hệ thống điện hybrid
Lời cuối

Sự tăng trưởng của thị trường hệ thống điện hybrid

Hệ thống điện lai đang ngày càng trở nên phổ biến trên toàn thế giới, đối với những ngôi nhà muốn tận dụng năng lượng tái tạo để tiết kiệm chi phí và linh hoạt hơn, nhằm giảm thiểu sự phụ thuộc vào lưới điện công cộng ngày càng đắt đỏ.

Ở nhiều quốc gia, chính phủ hỗ trợ và ưu đãi về thuế cho những hộ gia đình sử dụng hệ thống năng lượng tái tạo, và một số quốc gia sẽ mua lại điện dư thừa từ người dùng khi có sẵn.

Thị trường toàn cầu cho hệ thống năng lượng lai là 2 tỷ đô la Mỹ năm 2022và được dự đoán sẽ tăng trưởng ở mức rất tích cực Tỷ lệ tăng trưởng kép hàng năm (CAGR) 10.4%, Từ 2.4 tỷ đô la Mỹ vào năm 2023 lên khoảng 4 tỷ đô la Mỹ vào năm 2028. Các khu vực Châu Âu và Châu Á Thái Bình Dương đang cho thấy mức tăng trưởng cao nhất như thể hiện trong biểu đồ trên.

Giới thiệu về hệ thống điện hybrid

Điện có thể được tạo ra từ nhiều nguồn tự nhiên và công nghệ hiện có để thu thập và tích hợp điện đó ở cấp quốc gia. Tuy nhiên, tất cả các công nghệ này hiện có sẵn ở quy mô nhỏ có thể được sử dụng cho các trang trại, cộng đồng nhỏ và thậm chí cho từng hộ gia đình.

Hầu hết mọi người đều quen thuộc với các tấm pin mặt trời trên nhà để giúp tạo ra điện cho ngôi nhà. Những người sống trong trang trại cũng có thể quen thuộc với việc sử dụng tua-bin gió để tạo ra điện. Và một số người có thể sử dụng các nguồn nước chảy gần đó để tạo ra điện. Tất cả những điều này đều là phương tiện rất tốt để sử dụng các nguồn năng lượng tự nhiên để bổ sung hoặc cung cấp đầy đủ nhu cầu điện cho ngôi nhà.

Những ngôi nhà chỉ sử dụng điện từ lưới điện công cộng được gọi là 'nối lưới' hoặc 'trên lưới', trong khi những ngôi nhà tự tạo ra toàn bộ nhu cầu điện của mình và không sử dụng lưới điện công cộng được gọi là 'ngoài lưới'. Những người sống ở những khu vực biệt lập thường sống hoàn toàn ngoài lưới điện, dù là do cần thiết hay do lựa chọn.

Hệ thống điện lai, chẳng hạn như hệ thống 5-10 Kw được hiển thị ở trên, có thể tích hợp điện được tạo ra từ nhiều nguồn tự nhiên. Nếu cần, chúng có thể kết hợp với các nguồn điện khác như lưới điện công cộng và máy phát điện nhiên liệu độc lập. Các hệ thống có thể chuyển đổi giữa các chế độ lưới điện khác nhau tùy thuộc vào các nguồn điện có sẵn.

Hệ thống điện lai có thể sử dụng một hoặc nhiều phương tiện để thu năng lượng, thường là các tấm pin quang điện mặt trời (PV) và tua-bin gió quy mô nhỏ, nhưng cũng có thể bao gồm tua-bin thủy điện mini.

Đối với mỗi nguồn, năng lượng được thu thập, hoặc dưới dạng dòng điện một chiều (DC) hoặc dưới dạng dòng điện xoay chiều (AC). Nó được điều chỉnh và lưu trữ dưới dạng DC trong một ngân hàng hoặc một dãy pin. Dòng điện DC này sau đó được cung cấp cho ngôi nhà dưới dạng dòng điện DC hoặc bằng cách chuyển đổi thành AC bằng bộ biến tần, từ đó có thể được sử dụng bởi các thiết bị gia dụng khi cần.

Các thành phần của hệ thống điện lai

Có sẵn hầu hết trên thị trường hệ thống điện hybrid bao gồm các giải pháp năng lượng mặt trời và gió. Chúng thường không bao gồm bất kỳ giải pháp nào khác như máy phát điện, giải pháp thủy điện hoặc các hình thức cung cấp năng lượng khác như sinh khối. Các hệ thống chỉ bao gồm tấm pin mặt trời PV và không có tùy chọn tua bin gió thường được quảng cáo là hệ thống 'năng lượng mặt trời' lai.

Tấm pin mặt trời có nhiều kích cỡ và công suất khác nhau, từ khoảng 100 watt đến hơn 700 watt cho mỗi tấm. Người ta thường lắp một dãy tấm pin trên mái nhà, trên một không gian phẳng hoặc theo một góc hướng về phía mặt trời.

Tua bin gió có hai phiên bản chính, loại nằm ngang (cánh quạt) và loại thẳng đứng (máy đánh trứng). Có các gói hệ thống điện lai có sẵn với cả hai loại tua bin.

Một số nhà cung cấp định giá gói dịch vụ của họ theo giá khởi điểm và giá cuối cùng tùy thuộc vào số lượng tấm pin mặt trời, tua bin gió và công suất của bộ điều khiển và biến tần.

Bộ điều khiển nguồn và biến tần

'Trái tim' của hệ thống điện hybrid là bộ điều khiển và bộ biến tần.

Vai trò chính của biến tần điện lai là chuyển đổi dòng điện một chiều (DC) thành dòng điện xoay chiều (AC). Lưới điện công cộng sử dụng AC vì đây là dòng điện hiệu quả nhất để truyền tải trên khoảng cách xa. Nguồn điện gia dụng cũng là AC, cũng như hầu hết các thiết bị gia dụng.

Tuy nhiên, các tấm pin mặt trời tạo ra dòng điện một chiều không ổn định, trong khi các tua bin gió và nước tạo ra dòng điện xoay chiều không ổn định. Pin lưu trữ sử dụng dòng điện một chiều là cách hiệu quả nhất để giữ dòng điện. Do đó, hệ thống phải có khả năng ổn định bất kỳ nguồn điện nào được nhận và chuyển đổi thành dòng điện một chiều để lưu trữ. Đó là công việc của bộ điều khiển nguồn điện lai.

Việc ổn định và chuyển đổi điện năng có thể được quản lý bằng một bộ điều khiển riêng biệt, chẳng hạn như trong sơ đồ lưới điện ngoài nhà cung cấp ở trên hệ thống điện gió và điện mặt trời lai, cho thấy bộ điều khiển lai gió/mặt trời cấp điện vào pin. Điện năng từ pin được lưu trữ sau đó được chuyển đổi thành AC bằng bộ biến tần cấp điện cho các thiết bị gia dụng.

Tuy nhiên, một số bộ biến tần hiện đại có chức năng vừa là bộ điều khiển vừa là bộ biến tần và cũng có thể cung cấp chức năng quản lý nâng cao, chẳng hạn như báo cáo dữ liệu trên máy tính và đám mây.

Trong sơ đồ hệ thống điện lai ở trên, tất cả nguồn cung cấp đều kết nối trực tiếp với bộ biến tần, bao gồm từ các nguồn năng lượng tái tạo (năng lượng xanh), lưới điện công cộng và máy phát điện gia đình. biến tần điện lai điều chỉnh dòng điện từ tất cả các nguồn khác nhau, lưu trữ và sử dụng khi cần thiết để cung cấp cho gia đình.

Bộ biến tần thông minh hiện đại cung cấp khả năng quản lý điện năng linh hoạt để:

• kiểm soát phí năng lượng tái tạo,
• lưu trữ năng lượng trong một dãy pin,
• theo dõi và báo cáo mức sạc pin,
• chuyển đổi sử dụng giữa lưới điện công cộng và pin,
• chuyển đổi dòng điện DC được lưu trữ thành dòng điện AC,
• cung cấp điện cho các ứng dụng gia đình,
• cung cấp bất kỳ nguồn điện dư thừa nào trở lại lưới điện công cộng
• cung cấp dữ liệu thời gian thực cho đám mây và máy tính cục bộ.

Bộ biến tần sóng sin chuẩn tạo ra dòng điện xoay chiều ổn định cao, phù hợp với dòng điện của lưới điện công cộng. Điều này là cần thiết để cung cấp nguồn điện sạch và đáng tin cậy chất lượng cao cho các thiết bị gia dụng, nhiều thiết bị trong số đó chứa các thiết bị điện tử nhạy cảm.

Mảng pin lithium ion

Bất kỳ năng lượng nào được thu thập, nó phải được lưu trữ để sử dụng khi cần thiết. Điều này được thực hiện bằng một mảng hoặc ngân hàng pin lithium ion. Lưu trữ pin có nhiều dạng, từ pin rất cơ bản 'được kết nối với nhau' bằng cáp, đến tủ sạch hiện đại trông không lạc lõng trong nhà và cũng cho phép giám sát từ xa.

Lượng pin lưu trữ cần thiết sẽ phụ thuộc vào nhu cầu tiêu thụ điện trong nước của người dùng và mức độ người dùng muốn duy trì sự độc lập với lưới điện địa phương. Càng lưu trữ nhiều điện thì càng có nhiều điện để sử dụng ngoài lưới điện.

T mảng pin và biến tần xếp chồng có vẻ ngoài tủ sạch sẽ, phù hợp để lắp đặt bên trong nhà. Có thể xếp chồng và cấu hình thành nhiều lớp pin 5 Kw, và là hệ thống tất cả trong một cùng với bộ biến tần và lớp điều khiển. Với bốn lớp pin, hệ thống có thể cung cấp 20 Kilowatt điện mỗi giờ cho ngôi nhà. Hiệu suất và mức pin có thể được theo dõi thông qua màn hình LED cũng như trực tuyến thông qua đám mây và máy tính. Giá khởi điểm khoảng 749 đô la Mỹ và sẽ tùy thuộc vào số lượng lớp pin được đặt hàng.

Làm thế nào để lựa chọn hệ thống điện hybrid phù hợp

Lựa chọn thu thập năng lượng tái tạo

Khi lựa chọn hệ thống điện lai, quyết định đầu tiên phải là loại năng lượng tái tạo nào sẽ được lắp đặt, với hầu hết các hệ thống hoàn chỉnh bao gồm gió và mặt trời, và liệu hệ thống đó có phải là hệ thống độc lập hay lai.

Có nhiều hệ thống có sẵn cung cấp các lựa chọn về tua bin gió và tấm pin mặt trời. Kiểm tra công suất định mức (tính bằng Kilowatt) mà hệ thống được chỉ định để sản xuất, cho cả thành phần gió và tấm pin mặt trời.

Nếu cũng cần thủy điện hoặc máy phát điện tại địa phương, thì người mua nên kiểm tra xem có vấn đề gì về kết nối với nhà cung cấp không. Nếu hệ thống được kết nối với lưới điện công cộng, người mua nên làm rõ liệu nguồn điện chủ yếu đến từ năng lượng tái tạo hay chủ yếu từ lưới điện công cộng và hệ thống sẽ chuyển đổi giữa hai nguồn này như thế nào.

Công suất biến tần

Quyết định sử dụng bộ biến tần được xác định bởi lượng điện năng mà ngôi nhà cần sử dụng tại một thời điểm.

Người mua nên tính toán nhu cầu năng lượng đồng thời tối đa dự kiến ​​và lượng điện có thể cần thiết theo giờ. Ví dụ, có bao nhiêu thiết bị khác nhau sẽ chạy cùng lúc và đó sẽ là những thiết bị nào?

Nấu ăn là một ví dụ về nhu cầu cao vì hầu hết các thiết bị nhà bếp được sử dụng cùng lúc và tất cả đều có thể tiêu thụ tới 3 Kw riêng lẻ. Bộ biến tần phải có đủ công suất Kw mỗi giờ (Kwh) để đáp ứng nhu cầu cực đoan nhất, nếu không bộ biến tần có thể bị quá tải.

Bộ điều khiển, lưu trữ năng lượng và mảng pin

Quyết định về bộ điều khiển và dung lượng pin được xác định bởi lượng điện cần thu thập và lưu trữ. Người mua nên tính toán lượng pin lưu trữ cần thiết hàng ngày và ước tính nơi (và thời điểm) tạo ra nguồn điện đó.

Ví dụ, nếu sử dụng tua-bin gió, thì lượng điện có thể tạo ra trong ngày vào một ngày gió trung bình là bao nhiêu? Các tấm pin mặt trời có thể thu được bao nhiêu ánh sáng mặt trời và trong những giờ nào trong ngày? Nếu sử dụng lưới điện công cộng, thì sẽ sử dụng vào những giờ cụ thể, chẳng hạn như ngoài giờ cao điểm?

Việc lựa chọn bộ điều khiển phải phù hợp với các nguồn năng lượng khác nhau và dung lượng pin phải đủ cho mọi nhu cầu có thể xảy ra trong ngày, đồng thời tính đến thời điểm có khả năng sạc pin.

Hỗ trợ nhà cung cấp

Nhà cung cấp của bạn có thể hỗ trợ tính toán và cung cấp bảng tính để giúp bạn ước tính nhu cầu hàng ngày, bao gồm cả nhu cầu thu thập năng lượng cao nhất cũng như nhu cầu sử dụng năng lượng cao nhất.

Thông thường, người ta sẽ lập kế hoạch sử dụng theo Kilowatt, dựa trên mức sử dụng hàng ngày và đồng thời được tính toán. Hóa đơn tiện ích hàng tháng của bạn, chia thành số tiền hàng ngày, có thể đưa ra mức sử dụng trung bình chung và do đó là tổng lượng lưu trữ cần thiết.

Tuy nhiên, bạn cũng nên tìm kiếm các đỉnh sử dụng. Giờ ăn là thời điểm đỉnh phổ biến và một số thiết bị thường dùng có nhu cầu điện năng cao. Lò nướng, lò vi sóng, ấm điện, nồi chiên không dầu và máy nướng bánh mì đều là những ví dụ có thể sử dụng từ 1-4Kw, vì vậy khi cộng tất cả lại với nhau sẽ cho ra mức tiêu thụ điện năng đồng thời có khả năng xảy ra. Ngoài ra, hãy nhớ rằng các thiết bị khác có thể được sử dụng cùng lúc. Hệ thống sưởi ấm gia đình, hệ thống đun nước, bộ khuếch đại công suất, TV và WiFi gia đình, và sạc ô tô điện. Tất cả những thứ này cũng sử dụng điện năng.

Công suất dư thừa và phản hồi lưới điện

Nếu mô hình chi phí là tạo ra nguồn cung dư thừa có thể đưa trở lại lưới điện công cộng, thì ước tính phải bao gồm phần dư thừa đó, vì điều đó có thể đòi hỏi phải có thêm tua-bin gió hoặc tấm pin mặt trời.

Khi lắp đặt hệ thống điện lai, điều quan trọng cần lưu ý là phải trả trước một khoản chi phí lớn trước khi có thể tiết kiệm chi phí. Các tua-bin và tấm pin quang điện, bộ điều khiển và biến tần, và mảng pin có thể rất tốn kém, cộng với chi phí lắp đặt và một khoản tiền bổ sung cho việc bảo trì định kỳ.

Lợi tức đầu tư có thể mất nhiều năm, thay vì vài tháng, do đó hệ thống dự kiến ​​không chỉ phải phù hợp với ngân sách mà còn phải cân nhắc đến các chi phí liên tục.

Lời cuối

Sự sẵn có của các hệ thống điện lai quy mô nhỏ cho phép thị trường dân dụng tận dụng tốt nhất các nguồn năng lượng tái tạo khác nhau, kết hợp với lưới điện công cộng. Các hệ thống điển hình đi kèm với tua bin gió thẳng đứng hoặc nằm ngang phù hợp để sử dụng tại nhà. Các hệ thống này cũng được đóng gói với các tấm pin mặt trời PV có thể được lắp đặt thuận tiện trên mái nhà.

Có nhiều lựa chọn hệ thống điện lai, bao gồm các thành phần chính của bộ điều khiển điện lai, bộ biến tần, mảng pin lưu trữ và phần mềm giám sát thông minh. Người mua sẽ cần phải rõ ràng về nhu cầu điện, lượng điện cần tạo ra và lượng điện cần sử dụng tại bất kỳ thời điểm nào.

Hệ thống điện lai đòi hỏi phải đầu tư ban đầu vào thiết bị và lắp đặt, và người mua nên biết rằng ROI có thể được phân bổ trong một thời gian dài. Nhà cung cấp sẽ có thể hỗ trợ tính toán để xác định kích thước phù hợp của hệ thống và có thể tìm thấy nhiều lựa chọn tại phòng trưng bày trực tuyến tại AliExpress.