Khi các nguồn năng lượng tái tạo như năng lượng mặt trời tiếp tục phát triển phổ biến, nhu cầu về các hệ thống hiệu quả để chuyển đổi và quản lý năng lượng này đã trở nên cấp bách hơn. Một trong những thành phần thiết yếu trong bất kỳ hệ thống năng lượng mặt trời kết nối lưới nào là biến tần lưới lưới. Thiết bị này đóng vai trò then chốt trong việc chuyển đổi điện dòng điện trực tiếp (DC) được tạo ra bởi các tấm pin mặt trời thành điện dòng (AC) xen kẽ có thể được đưa vào lưới điện. Bằng cách làm như vậy, các bộ biến tần lưới lưới cho phép tích hợp năng lượng mặt trời một cách liền mạch vào lưới điện, cung cấp một giải pháp bền vững và hiệu quả để cung cấp năng lượng cho nhà, doanh nghiệp và toàn bộ cộng đồng.
Ngoài việc đơn giản là chuyển đổi điện, các bộ biến tần lưới lưới cũng đảm bảo rằng năng lượng được đưa vào lưới là đúng pha và điện áp, làm cho nó an toàn để phân phối. Nếu hệ thống năng lượng mặt trời tạo ra nhiều điện hơn nhu cầu nhà hoặc tòa nhà, năng lượng dư thừa sẽ được gửi đến lưới điện, thường cho phép chủ sở hữu nhận được tín dụng hoặc thanh toán để trả lại thông qua một quy trình gọi là đo sáng.
Bộ biến tần lưới lưới hoạt động thông qua một loạt các bước để đảm bảo rằng năng lượng mặt trời được tích hợp an toàn vào lưới điện:
Một bước trong quá trình là việc chuyển đổi điện DC được tạo ra bởi các tấm pin mặt trời thành điện AC. Điều này được thực hiện bằng cách sử dụng các thành phần bán dẫn, chẳng hạn như bóng bán dẫn, bật và tắt dòng điện nhanh chóng để tạo ra một dòng điện xen kẽ.
Lưới hoạt động ở một tần số cụ thể (thường là 50 hoặc 60 Hz) và điện áp (thường là 120 hoặc 240V trong các hệ thống dân cư). Biến tần lưới lưới phải phù hợp với các tham số này để tránh các vấn đề với khả năng tương thích lưới. Điều này đạt được thông qua các thuật toán và hệ thống điều khiển nâng cao điều chỉnh đầu ra để phù hợp với các điều kiện lưới.
Một trong những tính năng chính của bộ biến tần lưới lưới là khả năng đồng bộ hóa với sức mạnh của lưới điện. Biến tần liên tục theo dõi tần số và pha của lưới, đảm bảo rằng sức mạnh mà nó tạo ra phù hợp với tín hiệu lưới lưới. Điều này ngăn chặn các vấn đề tiềm năng như quá tải hoặc làm hỏng cơ sở hạ tầng lưới.
Bộ biến tần lưới lưới cũng đi kèm với các tính năng an toàn như bảo vệ chống đảo ngược. Đảo xảy ra khi biến tần tiếp tục cung cấp năng lượng cho một phần của lưới ngay cả sau khi lưới chính đi xuống. Điều này có thể nguy hiểm cho công nhân tiện ích sửa chữa lưới điện. Biến tần tự động phát hiện các lỗi lưới và ngắt kết nối khỏi lưới, đảm bảo rằng nó không tiếp tục cung cấp năng lượng.
Các bộ biến tần kết nối lưới điện được trang bị công nghệ theo dõi điểm năng lượng tối đa (MPPT), giúp tối ưu hóa việc thu hoạch năng lượng từ các tấm pin mặt trời bằng cách điều chỉnh điện áp vận hành theo điểm năng lượng của bảng điều khiển. Điều này đảm bảo rằng hệ thống tạo ra càng nhiều năng lượng càng tốt trong các điều kiện ánh sáng mặt trời khác nhau.
Có một số loại biến tần lưới lưới, mỗi loại phù hợp cho các ứng dụng và cấu hình hệ thống khác nhau:
Bộ biến tần chuỗi là loại biến tần lưới lưới chung. Trong hệ thống này, nhiều tấm pin mặt trời (thường được kết nối nối tiếp) cho năng lượng của chúng vào một biến tần đơn. Biến tần sau đó chuyển đổi nguồn DC kết hợp từ toàn bộ chuỗi bảng thành AC. Loại biến tần này có hiệu quả về chi phí và đơn giản để cài đặt nhưng có thể bị tổn thất hiệu quả nếu một số bảng bị bóng mờ hoặc hoạt động kém.
Microinverter là những biến tần nhỏ được lắp đặt trên mỗi bảng điều khiển năng lượng mặt trời riêng lẻ. Điều này cho phép mỗi bảng điều khiển hoạt động độc lập, có thể tăng đáng kể hiệu quả tổng thể của hệ thống, đặc biệt là trong các cài đặt được tô bóng một phần hoặc không đồng đều. Microinverters đắt hơn so với bộ biến tần chuỗi nhưng cung cấp sản lượng năng lượng cao hơn và linh hoạt hơn trong thiết kế hệ thống.
Tối ưu hóa năng lượng không phải là bộ biến tần mà là các thiết bị hoạt động cùng với bộ biến tần chuỗi. Chúng được cài đặt trên mỗi bảng điều khiển năng lượng mặt trời và tối ưu hóa công suất của từng bảng điều khiển riêng lẻ. Sức mạnh mà mỗi bảng điều khiển hoạt động theo hiệu quả của nó, trong khi biến tần chuỗi vẫn chuyển đổi nguồn DC thành AC cho lưới.
Bộ biến tần lai là sự kết hợp giữa biến tần lưới lưới và biến tần pin. Các hệ thống này cho phép lưu trữ năng lượng trong pin để sử dụng sau này, ngoài việc cung cấp năng lượng dư thừa vào lưới. Bộ biến tần lai rất lý tưởng cho các ứng dụng năng lượng ngoài hoặc dự phòng, nơi người dùng có thể muốn sử dụng năng lượng mặt trời ngay cả khi lưới điện giảm.
Bằng cách cho phép người dùng cung cấp năng lượng dư thừa vào lưới, bộ biến tần lưới lưới cho phép chủ nhà và doanh nghiệp giảm hóa đơn tiền điện thông qua đo sáng. Điều này tạo ra một động lực tài chính để đầu tư vào các hệ thống năng lượng mặt trời, giúp bù đắp chi phí lắp đặt trả trước.
Bộ biến tần lưới lưới cho phép tích hợp năng lượng sạch, có thể tái tạo vào lưới. Bằng cách giảm sự phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch và giảm lượng khí thải nhà kính, năng lượng mặt trời góp phần vào tương lai năng lượng sạch hơn, bền vững hơn.
Bộ biến tần lưới lưới giúp ổn định lưới điện bằng cách cung cấp một nguồn năng lượng sạch và đáng tin cậy. Điều này đặc biệt quan trọng khi hỗn hợp năng lượng tiếp tục phát triển và các nguồn năng lượng tái tạo trở thành một phần lớn hơn của lưới điện.
Sự kết hợp của các bộ biến tần lưới lưới với công nghệ MPPT đảm bảo rằng các hệ thống năng lượng mặt trời hoạt động với hiệu quả, thu hoạch năng lượng có thể từ ánh sáng mặt trời có sẵn.
Các bộ biến tần lưới lưới thường yêu cầu ít bảo trì hơn so với các hệ thống ngoài lưới, vì chúng không cần pin hoặc hệ thống lưu trữ phức tạp. Điều này làm cho họ một giải pháp hiệu quả hơn trong thời gian dài.
Đối với các chủ nhà đang tìm cách giảm hóa đơn tiền điện và tăng tính độc lập năng lượng của họ, bộ biến tần lưới lưới là một thành phần thiết yếu của lắp đặt năng lượng mặt trời dân cư. Các hệ thống này cho phép các hộ gia đình tạo ra sức mạnh của riêng họ và cung cấp năng lượng dư thừa trở lại vào lưới điện, thường là với các ưu đãi tài chính thông qua đo lường ròng.
Bộ biến tần lưới lưới cũng được sử dụng rộng rãi trong các hệ mặt trời thương mại, nơi các doanh nghiệp có thể hưởng lợi từ việc giảm chi phí năng lượng và tăng tính bền vững. Nhiều công ty lắp đặt các tấm pin mặt trời để giảm lượng khí thải carbon và bù đắp tiêu thụ năng lượng, trong khi các bộ biến tần kết nối lưới giúp tích hợp năng lượng tái tạo này vào lưới điện.
Các trang trại năng lượng mặt trời quy mô lớn phụ thuộc rất nhiều vào các bộ biến tần lưới lưới để chuyển đổi năng lượng DC được tạo ra bởi hàng ngàn tấm pin mặt trời thành điện AC có thể được đưa vào lưới điện. Những cài đặt này thường đóng góp đáng kể vào việc cung cấp năng lượng ở các khu vực nơi năng lượng tái tạo là một phần đang phát triển của lưới điện.
Bộ biến tần lưới lưới lai cũng được sử dụng trong các ứng dụng ngoài lưới trong đó năng lượng mặt trời được lưu trữ trong pin để sử dụng sau. Các hệ thống này thường được sử dụng ở các khu vực hẻo lánh, cho sức mạnh dự phòng trong trường hợp lỗi lưới hoặc cho các ngôi nhà tìm kiếm sự độc lập năng lượng hoàn toàn.
