BIẾN TẦN LÀ GÌ?
Biến tần là một trong những thiết bị quan trọng nhất trong hệ thống năng lượng mặt trời. Đó là một thiết bị chuyển đổi dòng điện một chiều (DC), là những gì một tấm pin mặt trời tạo ra, thành điện xoay chiều (AC), mà lưới điện sử dụng. Trong điện một chiều, điện được duy trì ở hiệu điện thế không đổi theo một chiều. Trong dòng điện xoay chiều, dòng điện chạy theo cả hai chiều trong mạch khi hiệu điện thế thay đổi từ dương sang âm. Biến tần chỉ là một ví dụ về một loại thiết bị được gọi là điện tử công suất để điều chỉnh dòng điện.
Về cơ bản, một bộ biến tần hoàn thành việc chuyển đổi DC sang AC bằng cách chuyển hướng của đầu vào DC qua lại rất nhanh chóng. Kết quả là đầu vào DC trở thành đầu ra AC. Ngoài ra, bộ lọc và các thiết bị điện tử khác có thể được sử dụng để tạo ra điện áp thay đổi dưới dạng sóng sin lặp lại, sạch có thể được đưa vào lưới điện. Sóng sin là một dạng hoặc dạng điện áp tạo ra theo thời gian và đó là dạng nguồn mà lưới điện có thể sử dụng mà không làm hỏng thiết bị điện, được chế tạo để hoạt động ở các tần số và điện áp nhất định. Các biến tần đầu tiên được tạo ra vào thế kỷ 19 và là máy cơ.
Ví dụ: Một động cơ quay sẽ được sử dụng để liên tục thay đổi xem nguồn DC được kết nối thuận hay ngược. Ngày nay, chúng tôi chế tạo công tắc điện từ bóng bán dẫn, thiết bị ở trạng thái rắn không có bộ phận chuyển động. Bóng bán dẫn được làm bằng vật liệu bán dẫn như silicon hoặc arsenide gali. Chúng kiểm soát dòng điện để phản ứng với các tín hiệu điện bên ngoài.
Nếu bạn có một hệ thống năng lượng mặt trời gia đình, biến tần của bạn có thể thực hiện một số chức năng. Ngoài việc chuyển đổi năng lượng mặt trời của bạn thành điện xoay chiều, nó có thể giám sát hệ thống và cung cấp một cổng giao tiếp với mạng máy tính. Hệ thống lưu trữ pin năng lượng mặt trời phụ thuộc vào bộ biến tần tiên tiến để hoạt động mà không cần bất kỳ sự hỗ trợ nào từ lưới điện trong trường hợp mất điện, nếu chúng được thiết kế để làm như vậy.
HƯỚNG TỚI LƯỚI DỰA TRÊN BIẾN TẦN
Trong lịch sử, năng lượng điện chủ yếu được tạo ra bằng cách đốt cháy nhiên liệu và tạo ra hơi nước, sau đó quay một máy phát tua bin, tạo ra điện. Chuyển động của các máy phát điện này tạo ra nguồn điện xoay chiều khi thiết bị quay, điều này cũng đặt tần số hoặc số lần sóng sin lặp lại. Tần số nguồn điện là một chỉ số quan trọng để theo dõi sức khỏe của lưới điện. Ví dụ, nếu có quá nhiều tải – quá nhiều thiết bị tiêu thụ năng lượng – thì năng lượng sẽ bị loại bỏ khỏi lưới điện nhanh hơn mức có thể cung cấp.
Kết quả là, các tuabin sẽ chạy chậm lại và tần số AC giảm. Bởi vì tuabin là những vật thể quay lớn, chúng chống lại sự thay đổi tần số giống như tất cả các vật thể chống lại những thay đổi trong chuyển động của chúng, một đặc tính được gọi là quán tính.
Khi nhiều hệ thống năng lượng mặt trời được thêm vào lưới điện, nhiều bộ biến tần được kết nối với lưới điện hơn bao giờ hết. Sản xuất dựa trên biến tần có thể tạo ra năng lượng ở bất kỳ tần số nào và không có cùng tính chất quán tính như sản xuất dựa trên hơi nước, vì không có tuabin tham gia. Do đó, việc chuyển đổi sang lưới điện có nhiều bộ biến tần hơn đòi hỏi phải xây dựng bộ biến tần thông minh hơn có thể đáp ứng với những thay đổi về tần số và những gián đoạn khác xảy ra trong quá trình vận hành lưới điện và giúp ổn định lưới điện chống lại những gián đoạn đó.
>>Tham khảo: 5 loại biến tần năng lượng mặt trời phổ biến nhất hiện nay
DỊCH VỤ LƯỚI VÀ BIẾN TẦN
Đơn vị vận hành lưới điện quản lý cung và cầu điện trên hệ thống điện bằng cách cung cấp một loạt các dịch vụ lưới điện. Dịch vụ lưới điện là các hoạt động mà đơn vị vận hành lưới điện thực hiện để duy trì sự cân bằng trên toàn hệ thống và quản lý việc truyền tải điện tốt hơn.
Khi lưới điện ngừng hoạt động như mong đợi, như khi có sự sai lệch về điện áp hoặc tần số, các bộ biến tần thông minh có thể phản hồi theo nhiều cách khác nhau. Nói chung, tiêu chuẩn đối với các bộ biến tần nhỏ, chẳng hạn như bộ biến tần gắn với hệ thống năng lượng mặt trời gia đình, là duy trì trong hoặc “vượt qua” các gián đoạn nhỏ về điện áp hoặc tần số, và nếu sự gián đoạn kéo dài trong một thời gian dài hoặc lớn hơn bình thường , chúng sẽ tự ngắt kết nối khỏi lưới điện và tắt. Đáp ứng tần số đặc biệt quan trọng vì tần suất giảm có liên quan đến việc tạo ra ngoại tuyến một cách bất ngờ.
Để đáp ứng với sự thay đổi tần số, các bộ biến tần được cấu hình để thay đổi công suất đầu ra của chúng để khôi phục lại tần số chuẩn. Các nguồn dựa trên biến tần cũng có thể phản hồi các tín hiệu từ người vận hành để thay đổi sản lượng điện của họ khi cung và cầu khác trên hệ thống điện dao động, một dịch vụ lưới điện được gọi là điều khiển phát điện tự động. Để cung cấp dịch vụ lưới điện, biến tần cần có nguồn điện mà chúng có thể điều khiển. Đây có thể là một trong hai thế hệ, chẳng hạn như bảng điều khiển năng lượng mặt trời hiện đang sản xuất điện hoặc lưu trữ, giống như một hệ thống pin có thể được sử dụng để cung cấp năng lượng đã được lưu trữ trước đó.
Một dịch vụ lưới khác mà một số biến tần tiên tiến có thể cung cấp là tạo lưới. Biến tần tạo lưới có thể khởi động lưới nếu nó gặp trục trặc — một quá trình được gọi là khởi động đen. Các bộ biến tần “nối lưới” truyền thống yêu cầu tín hiệu bên ngoài từ lưới điện để xác định thời điểm chuyển mạch sẽ xảy ra để tạo ra sóng sin có thể được đưa vào lưới điện. Trong các hệ thống này, nguồn điện từ lưới cung cấp tín hiệu mà biến tần cố gắng khớp. Các bộ biến tần tạo lưới nâng cao hơn có thể tự tạo ra tín hiệu.
Hình ảnh một công nhân đang kiểm tra trạm biến tần.
>>Xem thêm: Cách chọn mua biến tần năng lượng mặt trời tốt nhất
Ví dụ, một mạng lưới các tấm pin mặt trời nhỏ có thể chỉ định một trong các bộ biến tần của nó hoạt động ở chế độ tạo lưới trong khi phần còn lại làm theo sự dẫn dắt của nó, giống như các đối tác nhảy, tạo thành một lưới điện ổn định mà không cần bất kỳ máy phát điện dựa trên tuabin nào.
Công suất phản kháng là một trong những dịch vụ lưới quan trọng nhất mà biến tần có thể cung cấp. Trên lưới điện, điện áp – lực đẩy điện tích – luôn chuyển đổi qua lại, và dòng điện cũng vậy – chuyển động của điện tích. Công suất điện đạt cực đại khi đồng bộ điện áp và dòng điện. Tuy nhiên, có thể có những lúc điện áp và dòng điện có độ trễ giữa hai dạng xoay chiều của chúng như khi động cơ đang chạy. Nếu chúng không đồng bộ, một phần điện năng chạy qua mạch không thể được các thiết bị kết nối hấp thụ, dẫn đến giảm hiệu suất. Sẽ cần nhiều tổng công suất hơn để tạo ra cùng một lượng công suất “thực” — công suất mà các tải có thể hấp thụ.
Để chống lại điều này, các tiện ích cung cấp công suất phản kháng, đưa điện áp và dòng điện trở lại đồng bộ và giúp tiêu thụ điện dễ dàng hơn. Công suất phản kháng này không được sử dụng chính nó mà làm cho công suất khác có ích. Biến tần hiện đại có thể vừa cung cấp vừa hấp thụ công suất phản kháng để giúp các lưới điện cân bằng nguồn tài nguyên quan trọng này. Ngoài ra, do công suất phản kháng khó vận chuyển xa nên các nguồn năng lượng phân tán như năng lượng mặt trời trên mái nhà là nguồn công suất phản kháng đặc biệt hữu ích.
CÁC LOẠI BIẾN TẦN
Có một số loại biến tần có thể được lắp đặt như một phần của hệ thống năng lượng mặt trời. Trong một nhà máy tiện ích quy mô lớn hoặc dự án năng lượng mặt trời cộng đồng quy mô trung bình, mỗi bảng điều khiển năng lượng mặt trời có thể được gắn với một biến tần trung tâm duy nhất. Biến tần chuỗi kết nối một tập hợp các bảng – một chuỗi – với một biến tần. Biến tần đó chuyển đổi điện năng được tạo ra bởi toàn bộ chuỗi thành AC.
Mặc dù hiệu quả về chi phí, thiết lập này dẫn đến giảm sản lượng điện trên dây nếu bất kỳ bảng điều khiển riêng lẻ nào gặp sự cố, chẳng hạn như bóng đổ. Bộ biến tần là những bộ biến tần nhỏ hơn được đặt trên mọi bảng điều khiển. Với bộ chuyển đổi vi mô, việc đổ bóng hoặc hư hỏng một bảng sẽ không ảnh hưởng đến nguồn điện có thể được lấy từ các bộ chuyển đổi khác, nhưng bộ chuyển đổi vi mô có thể đắt hơn. Cả hai loại biến tần có thể được hỗ trợ bởi một hệ thống kiểm soát cách hệ mặt trời tương tác với bộ lưu trữ pin đi kèm. Năng lượng mặt trời có thể sạc pin trực tiếp qua DC hoặc sau khi chuyển đổi sang AC.
