1. Tổng quan hệ thống tích hợp
Hệ thống PV + Energy Storage + Heat Pump của Solareast là giải pháp toàn diện kết hợp sản xuất điện năng sạch, lưu trữ năng lượng, sưởi ấm/làm mát căn nhà và cấp nước nóng/lạnh hiệu quả. Hệ thống này tích hợp 4 thành phần chính: pin mặt trời (PV), inverter lai (hybrid inverter), pin lưu trữ năng lượng và bơm nhiệt không khí, tạo thành một giải pháp năng lượng tự cung cấp cho căn nhà.
Một hệ thống hoàn chỉnh sẽ đem lại hiệu quả sử dụng năng lượng điện tối đa cho căn nhà, với khả năng sản xuất điện năng từ hệ pin mặt trời hoạt động song song và giảm tải cho lưới điện, đồng thời lưu trữ lại điện dư thừa trong pin. Hệ thống này đặc biệt hiệu quả khi như cầu sử dụng điện tăng vọt, ví dụ xu hướng chuyển đổi sử dụng sang xe điện tại Việt Nam trong những năm gần đây.
2. Phân tích các thành phần thiết bị
2.1 Heat Pump
Trong một hệ thống sử dụng năng lượng tái tạo, Heat Pump là một thiết bị quan trọng và phù hợp hơn các phương thức tạo nhiệt khác vì các lý do sau :
- Sử dụng hiệu quả điện năng, với khả năng tiết kiệm điện hơn 4 tới 5 lần so với các thiết bị gia nhiệt bằng điện trở truyền thống.
- Khả năng vận hành liên tục với lượng tiêu thụ điện nhỏ, phù hợp với tính liên tục và tích lũy của các nguồn điện tái tạo như điện gió, điện mặt trời.
- Đa dạng về ứng dụng, có thể sử dụng để cấp nước sinh hoạt nóng/ lạnh, cũng như làm nóng/ lạnh cho căn nhà thông qua hệ thống ống đồng đặt trong tường và dưới sàn.
Các Heat Pump của Solar East được tích hợp sẵn các chế độ vận hành tự động kết hợp với hệ pin mặt trời, cũng như có đầy đủ các chủng loại và mức công suất phù hợp với các nhu cầu sử dụng khác nhau, giúp cho việc kết nối và vận hành rất dễ dàng.
2.2 Pin Mặt Trời
Hệ thống pin mặt trời đặt trên mái, tạo ra dòng điện DC từ nguồn sáng mặt trời, nguồn điện này sẽ được cấp cho Inverter để tự động phân phối cho các thiết bị đầu cuối.
Ngoài Heat Pump, Solar East cũng là một trong các nhà sản xuất tấm pin năng lượng mặt trời lớn nhất Trung Quốc, pin sử dụng công nghệ Mono-crystalline silicon, hiệu suất chuyển đổi năng lượng trên 20% với tuổi thọ thiết bị trên
2.3 Hybrid Inverter
Inverter đóng vai trò trung tâm điều khiển năng lượng điều phối và chuyển đổi dòng điện sinh ra từ pin, lưới điện, quản lý dòng điện giữa pin mặt trời, pin lưu trữ, heat pump và lưới điện. Hệ thống có khả năng tự động chuyển đổi giữa các nguồn điện để tối ưu hiệu suất.
2.4 Hệ pin lưu trữ – ESS
Hệ thống pin lưu trữ năng lượng, dung lượng lưu trữ tùy thuộc vào công suất hệ thống, thông thường rơi vào 5-30 kWh với các nhu cầu sử dụng gia đình nhỏ.
Pin có thể được đóng rời từ các cell pin hoặc sử dụng thiết bị ESS tích hợp sẵn pin cùng với controller. ESS tuy có chi phí cao hơn nhưng sẽ có độ an toàn, hiệu suất và thời gian sử dụng lâu dài hơn. Các ESS Solar East đang sử dụng công nghệ pin LiFePO4 (Lithium Iron Phosphate) mới nhất, có khả năng lưu trữ năng lượng và độ an toàn cao.
Ưu việt công nghệ pin LFO
- Công nghệ: LiFePO4
- Chu kỳ sạc: >6000 cycles
- Hiệu suất sạc/xả: >95%
- Thời gian sử dụng trung bình > 10 năm
3. Lợi ích và hiệu quả của hệ thống
Ngoài các vấn đề về tính thân thiện với môi trường, hệ thống kết hợp Heat Pump với hệ pin mặt trời đem lại hiệu quả kinh tế tuyệt vời tại điều kiện khí hậu Việt Nam ( có thời gian chiếu sáng và cường độ ánh sáng mặt trời lớn ). Đặc biệt trong các công trình có nhu cầu sử dụng điện lớn hoặc sử dụng nước nóng/ lạnh nhiều và liên tục, hệ thống có thể đem lại hiệu quả tiết kiệm điện lên tới 80% so với các giải pháp truyền thống.
Theo nghiên cứu từ SolarPower Europe, sự kết hợp giữa heat pump và pin mặt trời có thể giúp hộ gia đình tiết kiệm đến 84% hóa đơn điện hàng tháng. Pin mặt trời có thể cung cấp 50 đến 70% nhu cầu điện của heat pump hàng năm, giảm chi phí điện khoảng 65%.
| Thời gian | Hoạt động pin mặt trời | Hoạt động heat pump | Nguồn cung cấp |
|---|---|---|---|
| 6:00-9:00 | Bắt đầu sản xuất | Nhu cầu cao (sưởi ấm) | Solar + Pin lưu trữ |
| 9:00-16:00 | Đỉnh sản xuất | Nhu cầu thấp | Solar (dư thừa lưu trữ) |
| 16:00-22:00 | Giảm dần | Nhu cầu trung bình | Solar + Pin lưu trữ |
| 22:00-6:00 | Không hoạt động | Nhu cầu cao (nước nóng) | Pin lưu trữ |
Ngoài ra với khả năng lưu trữ điện, hệ thống giúp tăng khả năng tự cung cấp năng lượng (self-sufficiency) lên đến 70-80%, đáp ứng nhu cầu sử dụng ổn định tại các khu vực có điện lưới không ổn định, hoặc cần bảo đảm sử dụng liên tục như trong các homestay, resort cao cấp.
4. Hướng dẫn lựa chọn thiết bị
Việc lựa chọn các thiết bị phù hợp trong hệ thống liên quan đến nhiều yếu tố, ước tính công suất điện tạo ra cần thiết trung bình 1 ngày, công suất riêng cho Heat Pump, khả năng lưu trữ của pin và cuối cùng là các chức năng tiện ích theo kèm.
4.1 Heat Pump
Trong 1 hệ năng lượng xanh, với ưu thế về hiệu quả sử dụng năng lượng, Heat Pump có thể được sử dụng cho đa mục đích. Ngoài việc tạo ra nguồn nước nóng cung cấp cho sinh hoạt, bể ngâm nước nóng, Heat Pump còn có thể tạo nước lạnh, điều hòa nhiệt độ trong nhà thông qua việc làm mát/ làm ấm tường và sàn.
Khi chọn Heat Pump, việc đầu tiên là tính toán công suất cấp nhiệt cần thiết cho tổng các nhu cầu sử dụng, trong thời điểm có tần suất sử dụng nhiều nhất. Sau đó tùy thuộc vào thời gian phân bố nhu cầu dùng nước nóng ( giờ cao điểm, mùa cao điểm ) tính toán sẽ sử dụng 1 Heat Pump tổng hay hệ nhiều Heat Pump lắp song song, dung tích bình bảo ôn chứa nước nóng cần thiết, vị trí đặt thiết bị để tối ưu tản nhiệt tốt. Sau cùng là với các nhu cầu đã liệt kê, vị trí lắp đặt thì chọn lựa loại Heat Pump có chức năng đặc thù nào. Ví dụ chọn Heat Pump có tản nhiệt titanium chống ăn mòn cho các môi trường nước giàu khoáng hoặc có độ PH quá thấp, nếu lắp ở gần biển thì nên chọn loại có thân vỏ nhựa ABS và cánh tản nhiệt mạ chống rỉ …
Các Heat Pump của Solar East có đầy đủ các chủng loại, tính năng và mức công suất phù hợp cho tất cả các nhu cầu khác nhau của công trình. Đặc biệt tất cả đều có thể quản lý từ xa qua app, tối đa điều khiển cùng lúc 16 thiết bị.
Xem thêm hướng dẫn chi tiết cách chọn Heat Pump theo nhu cầu sử dụng tại đây.
4.2 Pin mặt trời
Sau khi tính toán năng lượng cần thiết tạo ra trong 1 ngày, chúng ta sẽ tính toán 1 hệ pin mặt trời tạo ra sản lượng điện tương ứng ( đáp ứng 1 phần hoặc toàn bộ sản lượng điện tiêu thụ ). Để tính sản lượng điện do hệ pin tạo ra 1 ngày có thể sử dụng công thức sau:
Sản lượng điện (kWh) = Tổng công suất đinh mức các tấm pin (kWp) x Số giờ nắng/ngày x Hiệu quả hệ thống (%)
Ở miền Bắc, số giờ nắng/ ngày trung bình cả năm khoảng 4 giờ, con số này ở miền Nam và miền Trung cao hơn khoảng 5-6 giờ 1 ngày. Hệ số hiệu quả hệ thống phụ thuộc vào chất lượng tấm pin, con số này rới vào 20-21% với các tầm pin mặt trời Solar East.
Nên chọn các loại pin có hiệu suất cao đồng thời có chính sách bảo hành lâu dài từ nhà sản xuất ( thời gian bảo hành của các nhà sản xuất uy tính thường rơi vào 20-25 năm )
4.3 Inverter và hệ pin lưu trữ
Để chuyển đổi dòng điện DC thành điện AC 220V và sử dụng song song với lưới điện, Inverter là một thiết bị nhất thiết phải có. Inverter đóng vai trò là thiết bị điều phối điện tổng thể giữa các nguồn điện khác nhau như từ pin, lưới điện, và điện tạo ra từ các tấm pin. Cần chọn Inverter tương ứng với công suất điện tối đa tạo ra của hệ pin mặt trời. Đây có thể coi là thiết bị đóng vai trò lớn nhất vào tính ổn định cũng như hiệu suất của tổng thể hệ thống, cần chọn các loại Inverter từ các hãng uy tín, có các chế độ vận hành và cơ chế bảo về an toàn cần thiết.
Dung lượng của hệ pin lưu trữ sẽ tương ứng với khả năng sản xuất điện của tấm pin, hoặc sẽ cao hơn nếu như cầu lưu trữ điện nhiều hơn để bảo đảm vận hành ổn định. Những năm gần đây Pin Lion đã thay thế cho ắc quy với ưu thế về khả năng lưu trữ và độ bền cao. Giải pháp phổ biến là tự đóng từ các cell pin tùy theo nhu cầu lưu trữ cần thiết, hoặc một phương án ưu việt hơn ( nhưng giá thành cao hơn ) là sử dụng các thiết bị ESS tích hợp sẵn Pin kèm với controller và các chế độ vận hành, bảo vệ riêng cho pin, bộ sạc DC trực tiếp cho xe điện. Đây là giải pháp giúp pin bền hơn, vận hành hiệu quả và quan trọng nhất là an toàn hơn trong thời gian dài sử dụng.
SolarEast có các mẫu ESS sử dụng pin All-In-One tích hợp cả Inverter và sử dụng pin FLD, giúp việc lắp đặt và quản lý cả hệ thống dễ dàng và an toàn. Chỉ với 1 thiết bị trung gian kết nối với tất cả pin mặt trời, lưới điện, Heat Pump và pin lưu trữ.
Kết luận
Giải pháp tích hợp Heat Pump + Pin mặt trời + Hệ lưu trữ năng lượng mang lại một hệ thống năng lượng xanh toàn diện, hiệu quả và bền vững. Với khả năng tiết kiệm đến 84% chi phí điện năng, đây là giải pháp đầu tư thông minh cho tương lai năng lượng sạch.
Hệ thống không chỉ giúp giảm thiểu sự phụ thuộc vào điện lưới mà còn góp phần bảo vệ môi trường thông qua việc giảm phát thải carbon. Với công nghệ tiên tiến và độ tin cậy cao, giải pháp này phù hợp cho nhiều quy mô từ các gia đình nhỏ đến các tòa nhà, xưởng sản xuất lớn có nhu cầu sử dụng điện cao.