HƯỚNG DẪN CÁCH TÍNH HỆ SUẤT SỬ DỤNG PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI

1. Tính tổng lượng tiêu thụ điện (watt-hour) của tất cả các thiết bị mà hệ thống solar phải cung cấp mỗi ngày

Tính tổng số Watt-hour sử dụng mỗi ngày của từng thiết bị. Cộng tất cả lại chúng ta có tổng số Watt-hour toàn tải sử dụng mỗi ngày.

Thí dụ: tải là tivi có công suất tiêu thụ là 80W, sử dụng trung bình 8g mỗi ngày thì số watt-hour sử dụng mỗi ngày là 80 x 8 = 640 wh. Cứ tính cho mỗi thiết bị như thế rồi cộng tất cả lại sẽ có tổng watt-hour của tất cả thiết bị mà hệ solar cung cấp.

2. Tính số Watt-hour các tấm pin mặt trời phải cung cấp cho toàn tải mỗi ngày

Do tổn hao trong hệ thống, số Watt-hour của tấm pin mặt trời cung cấp phải cao hơn tổng số Watt-hour của toàn tải. Thực nghiệm cho thấy cao hơn khoảng 1,3 lần.

Số Watt-hour các tấm pin mặt trời (PV modules) = 1.3 x tổng số Watt-hour toàn tải sử dụng.

Thí dụ ở trên thì watt-hour các tấm pin mặt trời là 640 x 1.3 = 832 wh

3. Tính toán kích cở tấm pin mặt trời cần sử dụng

Để tính toán kích cỡ của các tấm pin mặt trời cần sử dụng, ta tính Watt-peak (Wp) cần có của tấm pin mặt trời. Lượng Wp mà pin mặt trời tạo ra lại tùy thuộc vào khí hậu của từng vùng trên thế giới. Cùng 1 tấm pin mặt trời nhưng đặt ở nơi này thì mức độ hấp thu năng lượng sẽ khác với khi đặt nó nơi khác. Để thiết kế chính xác, người ta phải đo đạc khảo sát độ hấp thụ bức xạ mặt trời ở từng vùng các tháng trong năm và đưa ra một hệ số trung bình gọi là “panel generation factor”, tạm dịch là hệ số hấp thu bức xạ của pin mặt trời. Hệ số “panel generation factor” này là tích số của hiệu suất hấp thu (collection efficiency) và độ bức xạ năng lượng mặt trời (solar radiation), đơn vị tính của nó là (kWh/m2/ngày).

Thí dụ mức hấp thu năng lượng mặt trời tại 1 địa điểm của nước Việt Nam ta là 5 kWh/m2/ngày, ta lấy tổng số Watt-hour các tấm pin mặt trời chia cho 5 ta sẽ có tổng số Wp của tấm pin mặt trời.

Thí dụ ở trên thì watt-peak các tấm pin mặt trời là: 832 / 5 = 166 Wp

Mỗi PV mà ta sử dụng đều có thông số Wp của nó, lấy tổng số Wp cần có của tấm pin mặt trời chia cho thông số Wp của nó ta sẽ có được số lượng tấm pin mặt trời cần dùng.

Thí dụ ở trên nếu sử dụng solar panel 85 wp số lượng panel cần phải có là: 166 / 85 # 2 tấm

Kết quả trên chỉ cho ta biết số lượng tối thiểu số lượng tấm pin năng lượng mặt trời cần sử dụng. Càng có nhiều panel pin mặt trời, hệ thống sẽ làm việc tốt hơn, tuổi thọ của battery sẽ cao hơn. Nếu có ít pin mặt trời, hệ thống sẽ thiếu điện trong những ngày râm mát, rút cạn kiệt battery và như vậy sẽ làm battery giảm tuổi thọ. Nếu thiết kế quá nhiều pin mặt trời thì làm giá thành hệ thống cao, vượt quá ngân sách cho phép, đôi khi không cần thiết.

Vì thế, thiết kế bao nhiêu pin mặt trời lại còn tùy thuộc vào độ dự phòng của hệ thống. Thí dụ một hệ thống điện từ Pin năng lượng mặt trời có độ dự phòng 4 ngày, ( gọi là autonomy day, là những ngày không có nắng cho pin mặt trời sản sinh điện), thì bắt buộc lượng battery phải tăng hơn và kéo theo phải tăng số lượng pin mặt trời. Rồi vấn đề sử dụng pin loại nào là tối ưu, là thích hợp vì mỗi vùng địa lý đều có thời tiết khác nhau. Tất cả đòi hỏi thiết kế phải do các chuyên gia có kinh nghiệm thiết kế nhiều năm cho các hệ solar trong vùng.

Còn nữa, khi ta đã có tổng số tấm pin mặt trời thì không nhất thiết phải ghép nối tiếp tất cả các tấm này lại với nhau mà có thể ghép chúng thành các tổ hợp kết hợp nối tiếp và song song, do một hay nhiều solar controller đảm trách. Các việc này có tương tác lẫn nhau đến cách thiết kế hệ battery và hệ solar charger dưới đây.

TÍNH TOÁN ẮC QUY (BATTERY)

Battery dùng cho hệ thống điện năng lượng mặt trời là loại deep-cycle. Loại này cho phép xả đến mức bình rất thấp và cho phép nạp đầy nhanh. Nó có khả năng nạp xả rất nhiều lần (rất nhiều cycle) mà không bị hỏng bên trong, do vậy khá bền, tuổi thọ cao.

Trước tiên ta tính dung lượng của hệ bình ac-quy cho toàn hệ thống. Dung lượng battery cần dùng cho hệ solar là dung lượng battery đủ cung cấp điện cho những ngày dự phòng (autonomy day) khi các tấm pin năng lượng mặt trời không sản sinh ra điện được.

Ta tính dung lượng battery như sau:

– Hiệu suất của battery chỉ khoảng 85% cho nên chia số Wh của tải tiêu thụ với 0.85 ta có Wh của battery

– Với mức xả sâu (Deep of Discharge DOD) là 0.6, ta chia số Wh của battery cho 0.6 sẽ có dung lượng battery

Kết quả trên cho ta dung lượng battery tối thiểu cho hệ solar không có dự phòng. Khi hệ solar có số ngày dự phòng (autonomy day) ta phải nhân dung lượng battery cho số autonomy-day để có số lượng battery cần cho hệ thống.

Khi đã có điện thế V và dung lượng Ah của bình acquy, ta có thể lựa chọn acquy và tính toán cách ghép chúng lại với nhau sao cho tối ưu nhất , và phải để ý đến tính dự phòng của toàn hệ thống. Thí dụ 1 hệ ac-quy 12V/1000AH ghép 5 dãy 12V/200AH song song sẽ có độ an toàn cao hơn 1 dãy 12V/1000AH, nếu 1 vài ac-quy bị hỏng thì ta vẫn còn các dãy khác làm việc tốt trong thời gian chờ sửa chữa.