Khi sự chú ý toàn cầu đến năng lượng tái tạo tiếp tục tăng lên, hệ thống lưu trữ pin năng lượng mặt trời đã trở thành lựa chọn chủ đạo cho các hộ gia đình theo đuổi sự độc lập về năng lượng, tiết kiệm chi phí và trách nhiệm với môi trường.
Việc xác định số lượng pin mặt trời phù hợp đòi hỏi phải phân tích có hệ thống về nhu cầu năng lượng, các thành phần hệ thống và kịch bản sử dụng. Bài viết này phân tích các yếu tố ảnh hưởng chính và phương pháp tính toán để giúp bạn trả lời câu hỏi cốt lõi: ngôi nhà của bạn thực sự cần bao nhiêu pin năng lượng mặt trời?
Tại sao nên lắp đặt pin năng lượng mặt trời cho nhu cầu điện gia đình của bạn?
Pin năng lượng mặt trời đóng vai trò là "nguồn dự trữ năng lượng" của hệ thống quang điện dân dụng. Chúng không chỉ giải quyết tính chất không liên tục của việc sản xuất điện mặt trời mà còn mở ra nhiều giá trị thiết thực:
Độc lập về năng lượng: Giảm sự phụ thuộc vào lưới điện và đảm bảo cung cấp điện liên tục trong thời gian mất điện hoặc sự cố lưới điện.
Tiết kiệm chi phí: Lưu trữ năng lượng mặt trời dư thừa được tạo ra vào ban ngày để sử dụng vào ban đêm, tránh giá điện-vào giờ cao điểm và tối đa hóa việc tận dụng nguồn điện-tự tạo.
Bảo vệ môi trường và giảm phát thải: Nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng mặt trời sạch và giảm lượng khí thải carbon liên quan đến điện lưới.
Dự phòng khẩn cấp: Cung cấp nguồn điện đáng tin cậy cho các tải quan trọng như tủ lạnh, thiết bị y tế và thiết bị liên lạc trong trường hợp khẩn cấp.
Khai thác cao điểm và lấp đầy thung lũng: Tận dụng thời gian-của-sử dụng cơ chế định giá điện để lưu trữ năng lượng trong khoảng thời gian-cao điểm (giá-thấp) và sử dụng năng lượng đó trong thời gian cao điểm (giá-cao, giảm chi phí điện dài hạn-.
Làm thế nào để tính toán mức sử dụng điện hàng ngày của ngôi nhà để xác định nhu cầu về pin?
Lượng điện tiêu thụ hàng ngày là số liệu cơ bản để tính toán nhu cầu về pin, phản ánh trực tiếp tổng lượng năng lượng mà ngân hàng pin cần lưu trữ.
Phương pháp tính toán: Liệt kê tất cả các thiết bị điện và ghi lại công suất định mức cũng như số giờ sử dụng hàng ngày của chúng. Đơn vị của công suất định mức là watt (W). Tính tổng điện năng tiêu thụ hàng ngày theo công thức: Điện năng tiêu thụ hàng ngày (kWh)=Σ (Công suất thiết bị (kW) × Số giờ sử dụng hàng ngày (h)).
Ví dụ: Một tủ lạnh 150W chạy trong 24 giờ + 5 đèn LED (mỗi đèn 10W) sử dụng trong 5 giờ + bộ định tuyến 10W chạy trong 24 giờ. Quá trình tính toán là 0,15kW × 24h + 0.05kW × 5h + 0.01kW × 24h, thu được 4,09kWh mỗi ngày.
Lưu ý: Phân biệt giữa tải trọng tới hạn và tải không- tới hạn. Tải tới hạn đề cập đến các thiết bị cần thiết để sử dụng trong thời gian mất điện. Dự trữ mức chênh lệch 10%-20% để đối phó với nhu cầu điện năng bất ngờ và tổn thất hệ thống.
Công suất của tấm pin mặt trời ảnh hưởng đến số lượng pin cần thiết như thế nào?
Dung lượng tấm pin mặt trời và khả năng lưu trữ pin phụ thuộc lẫn nhau. Các tấm pin mặt trời có nhiệm vụ tạo ra năng lượng để sạc và kích thước của chúng ảnh hưởng trực tiếp đến cấu hình pin.
Nguyên tắc phù hợp: Tổng công suất của các tấm pin mặt trời phải đủ để đáp ứng nhu cầu điện tiêu thụ hàng ngày của hộ gia đình và sạc đầy pin trong số giờ có nắng.
Công thức tính: Công suất tấm pin mặt trời yêu cầu (W) ≈ (Tiêu thụ điện hàng ngày (kWh) + Công suất sạc pin hàng ngày (kWh)) ÷ (Số giờ nắng cao điểm cục bộ (h) × Hiệu suất hệ thống). Hiệu suất của hệ thống nằm trong khoảng từ 0,8 đến 0,85.
Ý nghĩa thực tiễn: Công suất tấm pin năng lượng mặt trời không đủ sẽ dẫn đến việc sạc pin không đủ, cần bổ sung thêm pin để bù đắp phần năng lượng còn thiếu. Công suất dư thừa mà không có quy định hợp lý có thể gây ra tình trạng quá tải và lãng phí tài nguyên. Ví dụ, một hộ gia đình có mức tiêu thụ điện hàng ngày là 10kWh và 4 giờ nắng cao điểm cần khoảng 4kW tấm pin mặt trời để sạc ổn định cho bộ pin hỗ trợ.
Cần bao nhiêu giờ ánh sáng mặt trời để sạc đầy pin năng lượng mặt trời?
Thời gian sạc củapin năng lượng mặt trờiphụ thuộc vào ba yếu tố cốt lõi và thay đổi đáng kể theo vùng:
Các yếu tố ảnh hưởng cốt lõi: Công suất tấm pin mặt trời, dung lượng pin và số giờ nắng cao điểm tại địa phương. Công suất tấm pin mặt trời cao hơn giúp rút ngắn thời gian sạc; dung lượng pin lớn hơn đòi hỏi nhiều năng lượng đầu vào hơn; giờ nắng cao điểm cục bộ đề cập đến khoảng thời gian hàng ngày khi cường độ ánh sáng mặt trời đủ để sạc hiệu quả.
Tính toán tổng quát: Thời gian sạc (h) ≈ Dung lượng pin (kWh) ÷ (Công suất tấm pin mặt trời (kW) × Hiệu suất sạc của hệ thống). Hiệu suất sạc của hệ thống nằm trong khoảng từ 0,8 đến 0,9.
Tham khảo khu vực: Hầu hết các khu vực ở Trung Quốc có 3-5 giờ nắng cao điểm hàng ngày, trong khi các khu vực như Tân Cương và Tây Tạng có thể đạt tới 5-6 giờ. Vùng mưa phía Nam có thể chỉ có 2,5-3,5 giờ. Pin 10kWh kết hợp với tấm pin mặt trời 4kW có thể được sạc đầy trong khoảng 3-4 giờ trong điều kiện lý tưởng là 4 giờ ánh sáng mặt trời cao điểm.
Cần bao nhiêu pin năng lượng mặt trời để cung cấp năng lượng cho một ngôi nhà 24/7?
Để có thể cung cấp điện suốt 24 giờ, pin phải tích trữ đủ năng lượng để sử dụng vào ban đêm. Các tính toán cần xem xét mức tiêu thụ điện năng thực tế và hiệu suất hệ thống:
Công thức cơ bản: Dung lượng danh nghĩa yêu cầu của pin (kWh) Lớn hơn hoặc bằng (Tổng lượng điện tiêu thụ hàng ngày (kWh) × 1 ngày) ÷ (Độ sâu xả của pin × Hiệu suất xả). Hiệu suất xả là 0,9.
Sự khác biệt giữa các loại pin: Pin lithium sắt photphat thường được sử dụng trong các hộ gia đình có độ sâu xả khoảng 80%-90%, trong khi pin gel có độ sâu xả khoảng 50%.
Ví dụ thực tế: Một hộ gia đình có mức tiêu thụ điện năng hàng ngày là 4,09kWh sử dụng pin lithium iron phosphate có độ xả sâu 90%. Công suất yêu cầu được tính là 4,09 (0,9 × 0,9), thu được khoảng 5,05kWh. Bạn có thể chọn một mô-đun pin 5kWh hoặc hai mô-đun 3kWh để tăng khả năng dự phòng.
Lưu trữ điện vào ban đêm: Bạn thực sự cần bao nhiêu pin?
Bộ lưu trữ năng lượng vào ban đêm tập trung vào các phụ tải thiết yếu, giúp việc tính toán có mục tiêu hơn so với việc cung cấp điện đầy đủ 24 giờ:
Bước 1: Xác định tải trọng ban đêm. Tập trung vào các thiết bị được sử dụng sau khi mặt trời lặn, chẳng hạn như đèn chiếu sáng, tivi, bộ định tuyến và tủ lạnh hoạt động vào ban đêm.
Bước 2: Tính điện năng tiêu thụ vào ban đêm. Tóm tắt mức tiêu thụ năng lượng của các thiết bị sử dụng riêng vào ban đêm. Ví dụ, mức tiêu thụ năng lượng của 5 đèn LED là 0,25kWh, tivi là 0,24kWh và tủ lạnh là 0,5kWh, dẫn đến tổng mức tiêu thụ điện vào ban đêm là 0,99kWh.
Bước 3: Xác định số lượng pin. Sử dụng công thức nói trên, một hộ gia đình có mức tiêu thụ điện vào ban đêm là 1kWh cần pin lithium iron phosphate 1,3-1,5kWh, có tính đến độ sâu xả và hiệu suất. Hầu hết các hộ gia đình yêu cầu dung lượng pin 3-10kWh để cung cấp điện vào ban đêm một cách đáng tin cậy, tương ứng với 1-2 mô-đun 5kWh tiêu chuẩn.
Ước tính yêu cầu về bộ nhớ pin khi mất điện nhiều ngày-
Đối với những khu vực dễ bị mất điện kéo dài, pin phải đáp ứng nhu cầu điện của các tải quan trọng trong nhiều ngày:
Công thức cốt lõi: Dung lượng pin (kWh) Lớn hơn hoặc bằng (Mức tiêu thụ điện năng hàng ngày của các phụ tải tới hạn (kWh) × Số ngày mất điện dự kiến) ÷ (Độ sâu xả × Hiệu suất xả).
Thông số chính: “Số ngày mất điện dự kiến” thường dao động từ 3 đến 5 ngày. Đó là 3 ngày đối với các khu vực thông thường và hơn 5 ngày đối với các khu vực vùng sâu vùng xa hoặc dễ bị thiên tai-.
Tính toán ví dụ: Một hộ gia đình có mức tiêu thụ điện hàng ngày là 2kWh cho các phụ tải tới hạn chuẩn bị cho đợt mất điện 3 ngày và sử dụng pin lithium iron phosphate có độ xả sâu 80%. Công suất yêu cầu được tính là (2 × 3) ÷ (0,8 × 0,9), thu được khoảng 8,33kWh. Chọn hai mô-đun 5kWh, với tổng công suất 10kWh, có thể cung cấp đủ dự phòng.
Tỷ lệ lưu trữ pin mặt trời và thời gian{0}}-sử dụng: Những điều bạn cần biết
Cơ chế định giá điện theo thời gian--sử dụng tạo ra cơ hội tiết kiệm chi phí-cho việc lưu trữ pin, với cốt lõi là lưu trữ năng lượng trong thời gian-không cao điểm và sử dụng năng lượng đó trong thời gian cao điểm:
Hiểu cơ chế định giá: Điện lưới được chia thành các giai đoạn cao điểm, bình ổn và thung lũng, với giá điện tương ứng là cao, trung bình và thấp. Khoảng thời gian cao điểm thường tương ứng với thời điểm tiêu thụ điện năng cao nhất của hộ gia đình vào buổi tối, từ 17:00 đến 22:00; thời kỳ thung lũng chủ yếu diễn ra vào ban đêm, từ 23h đến 7h hôm sau.
Lựa chọn dung lượng pin: Để tiết kiệm tiền thông qua việc chênh lệch giá-thung lũng, dung lượng pin phải phù hợp với lượng điện dự định chuyển từ giai đoạn thung lũng sang giai đoạn cao điểm. Ví dụ, một hộ gia đình có mức tiêu thụ điện 8kWh trong thời gian cao điểm cần một cục pin khoảng 10kWh, có tính đến tổn thất hiệu suất.
Yêu cầu phối hợp hệ thống: Cần có biến tần lai để tự động điều khiển việc sạc và xả pin. Đảm bảo sạc trong thời gian thung lũng (sử dụng năng lượng mặt trời hoặc lưới điện) và xả trong thời gian cao điểm để tối đa hóa hiệu quả tiết kiệm chi phí.
Các chiến lược để bù đắp việc sử dụng năng lượng trong gia đình bạn bằng pin năng lượng mặt trời
Để tối đa hóa việc bù đắp mức tiêu thụ điện lưới, cần phải phối hợp các tấm pin mặt trời, pin và thói quen sử dụng điện và xây dựng các chiến lược mục tiêu:
Ưu tiên-tự tiêu thụ: Sử dụng năng lượng mặt trời dư thừa để sạc pin vào ban ngày và sử dụng điện dự trữ vào ban đêm thay vì nguồn điện lưới, giảm sự phụ thuộc vào thời gian-cao điểm và nguồn điện lưới thông thường.
Chuyển tải: Điều chỉnh thời gian sử dụng của các thiết bị có công suất cao-như máy giặt và máy nước nóng đến thời điểm cao điểm phát điện bằng năng lượng mặt trời trong ngày, giảm nhu cầu sử dụng pin để lưu trữ điện cho các tải này.
Tối ưu hóa chu kỳ pin: Tránh xả sâu thường xuyên, ngoại trừ pin lithium iron phosphate. Duy trì mức năng lượng từ 20% đến 80% để vừa kéo dài tuổi thọ pin vừa đảm bảo cung cấp năng lượng lưu trữ cho các nhu cầu quan trọng.
Giám sát hệ thống: Sử dụng các công cụ giám sát thông minh để theo dõi dữ liệu sản xuất, lưu trữ và tiêu thụ điện, điều chỉnh mô hình sử dụng điện và cài đặt hệ thống, đồng thời cải thiện hiệu quả bù đắp.
Tại sao năng lượng mặt trời dư thừa có thể ảnh hưởng đến hiệu suất của pin?
Nếu không có sự quản lý hợp lý, việc sản xuất năng lượng mặt trời quá mức có thể làm hỏng pin và giảm hiệu quả của hệ thống:
Rủi ro sạc quá mức: Khi năng lượng do các tấm pin mặt trời tạo ra vượt quá dung lượng lưu trữ của pin và không có kết nối lưới hoặc tiêu thụ tải, pin có thể bị sạc quá mức, làm hỏng tế bào và rút ngắn tuổi thọ của chúng.
Sự kém hiệu quả của hệ thống: Năng lượng dư thừa không được sử dụng sẽ bị lãng phí, điều này thường xảy ra hơn ở các hệ thống không nối lưới hoặc cần được xử lý thông qua các cơ chế bỏ qua, làm tăng tổn thất năng lượng.
Tích tụ nhiệt: Sạc quá mức liên tục hoặc dòng sạc cao tạo ra nhiệt dư thừa, làm giảm chất liệu pin và gây nguy hiểm về an toàn.
Preventive measures: Install a Maximum Power Point Tracking (MPPT) solar charge controller with a conversion efficiency of >95% để điều chỉnh dòng sạc. Sử dụng biến tần có chức năng kết nối lưới-hoặc định cấu hình hệ thống quản lý phụ tải để chuyển hướng năng lượng dư thừa sang các thiết bị có công suất-cao khi nguồn điện dư thừa.
Phần kết luận
Số lượng pin năng lượng mặt trời cần thiết để cung cấp năng lượng cho một ngôi nhà không phải là một giá trị cố định. Nó phụ thuộc vào mức tiêu thụ điện hàng ngày, công suất tấm pin mặt trời, điều kiện ánh sáng mặt trời tại địa phương, mục tiêu sử dụng và công nghệ pin.
Các mục tiêu sử dụng bao gồm cung cấp điện khẩn cấp, tận dụng-thung lũng cao điểm và cuộc sống-không có lưới điện. Các bước chính là: tính toán nhu cầu năng lượng thực tế, làm rõ các phụ tải thiết yếu, xem xét hiệu suất hệ thống và đặc tính của pin, đồng thời đánh giá toàn diện kết hợp với các điều kiện khu vực như thời lượng ánh sáng mặt trời và chính sách giá điện.
Đối với hầu hết các hộ gia đình ở thành thị muốn có nguồn điện 24 giờ và dự phòng khẩn cấp trong 1-3 ngày, một bộ pin lithium iron phosphate 5-15kWh là đủ, tương ứng với 1-3 mô-đun 5kWh tiêu chuẩn, kết hợp với hệ thống pin mặt trời 3-8kW.
Các hộ gia đình-không có lưới điện hoặc những hộ gia đình có mức tiêu thụ điện năng cao yêu cầu công suất lớn hơn, thường trên 20kWh. Bạn nên tham khảo ý kiến của những người cài đặt chuyên nghiệp để-đánh giá tại chỗ và cấu hình tùy chỉnh nhằm cân bằng giữa hiệu suất, chi phí và độ tin cậy.
