Hệ thống lưu trữ năng lượng quang điện không giống như hệ thống phát điện nối lưới. Việc bổ sung pin lưu trữ, cũng như các thiết bị sạc và xả pin, mặc dù chi phí ban đầu tăng 20-40%, nhưng phạm vi ứng dụng rộng hơn nhiều. Theo các ứng dụng khác nhau, hệ thống phát điện và lưu trữ năng lượng quang điện mặt trời được chia thành bốn loại: hệ thống phát điện độc lập, hệ thống lưu trữ năng lượng độc lập, hệ thống lưu trữ năng lượng nối lưới và các hệ thống lưới điện siêu nhỏ lai ghép khác nhau.
Hệ thống phát điện quang điện độc lập
Hệ thống phát điện quang điện độc lập (Off-Grid Photovoltaic Power Generation), ngoài việc tích hợp các tấm pin mặt trời vào máy tính, còn có ứng dụng đơn giản trên thân đồng hồ điện tử, cùng với một tấm pin mặt trời, một thiết bị sạc đơn giản và pin, tạo thành hệ thống phát điện quang điện đơn giản nhất. Thiết bị như vậy thường được những người chăn nuôi sử dụng để cung cấp điện cho radio và chiếu sáng buổi tối. Hiện nay cũng có những thiết bị năng lượng mặt trời di động như vậy.
Hệ thống lưu trữ năng lượng nối lưới và độc lập
Hệ thống quang điện, tùy thuộc vào ứng dụng thực tế, có nhiều dạng khác nhau, trong đó hệ thống quang điện và hệ thống lưu trữ năng lượng độc lập có đặc điểm là vừa phát điện nối lưới, vừa lưu trữ năng lượng, lại vừa vận hành độc lập. Ở một số khu vực thương mại, do công suất máy biến áp hạn chế nên hệ thống quang điện không được phép kết nối lưới để bán điện, đồng thời phải chịu ảnh hưởng bởi sự không ổn định của lưới điện khu vực, và cũng có những khu vực giá điện trên internet quá rẻ trong khi giá điện tiêu thụ đơn lẻ lại cao, chênh lệch giá giữa đỉnh và đáy lớn. Do đó, việc lắp đặt các nhà máy điện quang điện ở những khu vực này phù hợp với cả hệ thống kết nối lưới và hệ thống lưu trữ năng lượng độc lập.
Hệ thống quang điện và lưu trữ năng lượng độc lập có bốn cách chính để thu lợi nhuận:
1. Sử dụng nguồn điện mặt trời cung cấp cho tải, bạn có thể thiết lập giá điện theo sản lượng đỉnh, giảm chi phí điện năng.
2. Sạc vào giờ thấp điểm và xả vào giờ cao điểm, tận dụng chênh lệch giá giữa giờ cao điểm và giờ thấp điểm để thu lợi nhuận.
3. Không thể kết nối trực tuyến, có thể lắp đặt để ngăn dòng điện ngược. Nếu công suất PV lớn hơn công suất tải, công suất không thể được sử dụng hết cho đến khi được lưu trữ trong pin.
4. Khi mất điện lưới, hệ thống chuyển sang chế độ hoạt động độc lập. Hệ thống quang điện tiếp tục sản xuất điện, hoạt động như một nguồn điện dự phòng, cung cấp điện năng từ pin và hệ thống quang điện cho tải thông qua biến tần.
So với hệ thống phát điện nối lưới, hệ thống độc lập (off-grid) cần thêm bộ điều khiển sạc/xả và pin, dẫn đến chi phí hệ thống tăng khoảng 30%, nhưng phạm vi ứng dụng rộng hơn. Thứ nhất, có thể thiết lập để sản xuất điện ở công suất định mức vào thời điểm giá điện cao điểm để giảm hóa đơn tiền điện; thứ hai, có thể sạc điện vào thời điểm giá điện thấp điểm và xả điện vào thời điểm giá điện cao điểm để kiếm tiền bằng cách tận dụng chênh lệch giá giữa cao điểm và thấp điểm; thứ ba, khi lưới điện mất điện, hệ thống PV sẽ tiếp tục hoạt động như một nguồn điện dự phòng, và biến tần có thể chuyển sang chế độ độc lập, cung cấp điện cho tải thông qua biến tần.
Hệ thống lưu trữ năng lượng quang điện nối lưới
Hệ thống sản xuất điện mặt trời kết hợp với hệ thống lưu trữ năng lượng nối lưới có thể lưu trữ lượng điện dư thừa, làm tăng tỷ lệ tự sản xuất và tự tiêu thụ. Các hệ thống này được sử dụng trong trường hợp điện mặt trời tự sản xuất và tự tiêu thụ không thể hòa vào lưới điện, giá điện giờ cao điểm đắt hơn nhiều so với giá điện giờ thấp điểm, và giá điện tự tiêu thụ đắt hơn đáng kể so với giá điện bán vào lưới. Hệ thống bao gồm một mảng vuông quang điện gồm các mô-đun pin mặt trời, bộ điều khiển năng lượng mặt trời, bộ pin lưu trữ, bộ biến tần nối lưới, thiết bị phát hiện dòng điện, tải và các thành phần khác. Bộ điều khiển lưu trữ một phần năng lượng mặt trời và cung cấp một phần cho tải khi công suất mặt trời lớn hơn công suất tải. Hệ thống được cấp điện bằng sự kết hợp giữa năng lượng lưới và năng lượng mặt trời khi năng lượng mặt trời không đủ để cung cấp điện cho tải. Sau khi bãi bỏ trợ cấp cho điện mặt trời, hệ thống lưu trữ năng lượng nối lưới có thể được lắp đặt trước khi lắp đặt hệ thống năng lượng mặt trời ở một số quốc gia và địa phương, cho phép sản lượng điện mặt trời được tự sản xuất và tự tiêu thụ hoàn toàn. Thiết bị lưu trữ năng lượng nối lưới có thể được sử dụng với các bộ biến tần của nhiều nhà sản xuất khác nhau mà vẫn giữ nguyên cấu hình ban đầu. Khi cảm biến dòng điện phát hiện dòng điện chạy vào lưới, thiết bị lưu trữ năng lượng nối lưới sẽ kích hoạt, lưu trữ điện năng dư thừa vào pin và, nếu pin đầy, sẽ kích hoạt bình nước nóng điện. Pin có thể được cài đặt để cung cấp điện cho tải thông qua bộ biến tần khi tải điện gia đình tăng lên vào ban đêm.
Hệ thống lưới điện nhỏ để lưu trữ năng lượng
Hệ thống lưới điện siêu nhỏ bao gồm một mảng pin mặt trời hình vuông, một bộ biến tần nối lưới, một bộ chuyển đổi hai chiều PCS, một công tắc chuyển mạch thông minh, một bộ pin dự trữ và một máy phát điện. Khi có ánh sáng, mảng quang điện chuyển đổi năng lượng mặt trời thành điện năng. Sau đó, nó sử dụng bộ biến tần để cấp điện cho tải và bộ chuyển đổi hai chiều PCS để sạc bộ pin. Khi không có ánh sáng, pin sử dụng bộ chuyển đổi hai chiều PCS để cấp điện cho tải. Lưới điện siêu nhỏ là giải pháp hiệu quả nhất để đảm bảo an toàn lưới điện vì nó có thể tận dụng tối đa và hiệu quả tiềm năng của năng lượng sạch phân tán đồng thời giảm thiểu nhược điểm của công suất nhỏ, sản lượng điện không thể dự đoán và độ tin cậy thấp của nguồn cung cấp điện độc lập. Hoạt động an toàn của hệ thống đóng vai trò bổ sung có lợi cho lưới điện quy mô lớn. Lưới điện siêu nhỏ có thể giúp các doanh nghiệp truyền thống hiện đại hóa đáng kể cả về kinh tế và bảo vệ môi trường. Các chuyên gia cho biết ứng dụng của lưới điện siêu nhỏ rất đa dạng và có thể có quy mô từ vài kilowatt đến hàng chục megawatt. Lưới điện siêu nhỏ có thể được thiết kế cho quy mô nhỏ như một tòa nhà đơn lẻ đến quy mô lớn như các ngành công nghiệp, mỏ, công ty, bệnh viện và trường học.
Vào cuối tháng 10 năm 2020, Cục Quản lý Năng lượng Quốc gia đã phê duyệt việc thực hiện “Quy chuẩn hiệu quả hệ thống điện mặt trời”, cho phép tự do hóa hoàn toàn tỷ lệ công suất của các nhà máy điện mặt trời, với tỷ lệ công suất khuyến nghị lên đến 1.
Cơ hội:Lượng xuất khẩu mô-đun PV trong nước sẽ tiếp tục tăng đáng kể trong dài hạn, trong khi lượng xuất khẩu biến tần cũng sẽ tăng. Việc phân bổ dư thừa hợp lý có thể giúp giảm chi phí điện năng quy đổi (LCOE), cải thiện tỷ suất lợi nhuận nội bộ (IRR) của dự án và đẩy nhanh quá trình đạt được sự cân bằng giá cả.
Thử thách:Việc bỏ qua các nguồn sáng và sự biến động về khả năng quá tải và phù hợp của bộ biến tần phát điện mặt trời.
Việc thiết lập một hệ thống tiêu chuẩn ngành lưu trữ năng lượng hiệu quả là rất quan trọng. Hệ thống lưu trữ năng lượng bao gồm nhiều mắt xích thiết bị, hiệu suất thiết bị trong chuỗi công nghiệp rất khác nhau, hỏa hoạn và các sự cố khác là nút thắt cổ chai then chốt ảnh hưởng đến sự phát triển của ngành lưu trữ năng lượng.
Làm rõ vị thế thị trường độc lập của hệ thống lưu trữ năng lượng: các cơ sở lưu trữ năng lượng có thể được kết hợp với điện mặt trời, nhiệt điện và các nguồn năng lượng khác để tham gia vào các dịch vụ dịch chuyển đỉnh tải và dịch chuyển tần số của hệ thống điện, thu lợi nhuận, đồng thời hoạt động như một thực thể thị trường độc lập.
Hỗ trợ chính sách đa dạng và ổn định, hỗ trợ chính sách công nghiệp cho lưu trữ năng lượng cần được đồng bộ hóa với quá trình thị trường hóa, đồng thời triển khai các chính sách công nghiệp đa dạng cho các kịch bản ứng dụng khác nhau.
Quá trình phát triển năng lượng tương lai của Trung Quốc sẽ trải qua giai đoạn từ năng lượng carbon cao sang carbon thấp rồi đến không carbon. Năng lượng mới trong lĩnh vực điện năng sẽ dần chuyển từ thay thế từng bước sang thay thế hoàn toàn nguồn dự trữ, để đạt được sự cân bằng giữa năng lượng tích trữ và năng lượng mới ở phía người tiêu dùng. Dự kiến đến năm 2035, các nguồn năng lượng mới như quang điện sẽ chiếm hơn 30% tổng nguồn cung năng lượng, hỗ trợ xu hướng tăng tiêu thụ năng lượng mà không làm tăng lượng khí thải carbon.
Việc lắp đặt nhà máy lưu trữ năng lượng trong hệ thống truyền tải hay phân phối điện, dù là với trạm thu gom năng lượng tái tạo hay kết nối độc lập với lưới điện, chủ yếu đều mang lại lợi ích cho thị trường điện và đa dạng hóa mô hình.
Hướng phát triển năng lượng mới hướng tới năng lượng sạch, tái tạo, tập trung vào hệ thống lưu trữ năng lượng nối lưới, dưới hình thức lưu trữ năng lượng gió và mặt trời, đang dần được triển khai thí điểm trên toàn thế giới. Hệ thống lưu trữ năng lượng hỗ trợ điện mặt trời và điện gió mang lại hiệu quả kinh tế ổn định, điều tiết việc bỏ hoang năng lượng gió và ánh sáng, v.v., đã mang lại những cải tiến đáng kể.
