Phân tích về ưu và nhược điểm của điện mặt trời mái nhà

Phân tích hiệu quả kinh tế, xã hội của điện mặt trời trên mái nhà

Một hệ thống PV trên mái nhà (rooptop PV system) - là một hệ thống các tấm pin mặt trời (MT) được lắp đặt trên mái của một tòa nhà, hoặc công trình thương mại, hoặc nhà ở.  Các hệ thống PV trên mái nhà thường có công suất nhỏ hơn nhiều so với các nhà máy điện mặt trời (ĐMT) trên mặt đất với công suất trong phạm vi megawatt. Các hệ thống PV trên mái các tòa nhà dân cư thường có công suất khoảng từ 5 đến 20 kilowatt, trong khi các hệ thống trên các tòa nhà thương mại thường đạt tới 100 kilowatt, hoặc lớn hơn.

Hoạt động của một hệ thống PV trên mái nhà được mô tả trên hình vẽ như sau:

Dòng điện một chiều DC được tạo do ánh sáng mặt trời chiếu vào các tấn pin (SOLAR PANELS) chạy vào bộ nghịch lưu (INVERTER) để biến thành dòng điện xoay chiều AC (với tần số của lưới điện hiện hành do điều khiển góc mở các van thiristors của bộ INVERTER, trường hợp của ta là 50 herz), dòng điện xoay chiều này chạy vào công tơ hai chiều (METER) để được ghi và lưu trị số cho thanh toán sau này (thường gọi là cơ chế NETMETERING), sau đó chạy vào các thiết bị sử dụng điện của hộ tiêu thụ (SELF USE). Quá trình này được thể hiện trên các đường đỏ.

Trong trường hợp hộ tiêu thụ không dung hết điện năng của pin MT, lượng điện dư thừa sẽ chuyển vào lưới phân phối khu vực (EXESS ELECTRICITY IS FED TO THE GRID). Ngược lại, nếu thiếu điện (hoặc khi không có ánh nắng mặt trời) thì hộ tiêu thụ phải nhận thêm từ lưới (DEFICIT ELECTRICITY FROM THE GRID). Quá trình phát điện vào lưới, hoặc nhận điện từ lưới thực hiện theo các đường xám và đều được ghi lại tại công tơ hai chiều để thanh toán sau này.

Theo kết quả nghiên cứu đánh giá sơ bộ của Cơ quan Trợ giúp Năng lượng - GIZ thì tổng tiềm năng kinh tế của các dự án điện mặt trời trên mặt đất, nối lưới tại Việt Nam đến 2030 khoảng 20.000 MW, trên mái nhà từ 2.000 đến 5.000 MW. Với hệ số công suất trung bình ĐMT khoảng 18% (Tmax khoảng 1.600 giờ) thì việc khai thác tiềm năng ĐMT trên mái nhà sẽ tăng cường bổ sung cho hệ thống điện hàng tỷ kWh mỗi năm, góp phần giảm sử dụng hàng triệu tấn than tại các nhà máy nhiệt điện - đồng nghĩa với giảm phát thải hàng triệu tấn khí nhà kính (CO2).  

Hệ thống pin mặt trời trên mái nhà có một số ưu điểm hết sức quan trọng so với nhà máy ĐMT trên mặt đất như sau:

1/ Không sử dụng diện tích đất, trong khi ĐMT trên mặt đất sử dụng diện tích tới 1,2 đến 1,3 ha cho 1 megawatt (MW).

2/ Do lắp đặt rải rác trên mái các tòa nhà nên chỉ đấu nối vào hệ thống lưới phân phối (chủ yếu là lưới hạ áp) đã có sẵn của ngành điện mà không phải xây dựng thêm lưới điên cao áp từ 110 kV trở lên như đối với ĐMT trên mặt đất.

3/ Do chỉ đấu nối vào lưới điện phân phối khu vực, nên không ảnh hưởng tới độ tin cậy của hệ thống điện và không phải tăng cường nguồn dự phòng cho hệ thống điện.

4/ Có thể huy động dễ dàng nguồn vốn đầu tư từ nhiều đối tượng khác nhau (chủ doanh nghiệp, chung cư, công sở, cá nhân) trong xã hội.

Nhược điểm lớn nhất của giải pháp phát triển điện mặt trời trên mái nhà là ngành điện bị giảm doanh thu, trong khi phải có trách nhiệm kiểm tra, xem xét và thanh toán tiền điện phát vào lưới cho chủ hộ. Tuy nhiên, xét trên cơ sở lợi ích quốc gia thì điện mặt trời sẽ góp phần đảm bảo an ninh năng lượng (giảm sử dụng than nhập), bảo vệ môi trường (giảm phát thải khí nhà kính) và không ảnh hưởng đến quy hoạch sử dụng đất tại các địa phương…

Đối với hệ thống PV áp mái, khi đấu nối vào lưới điện khu vực cần tuân thủ các yêu cầu sau đây:

1/ Công suất (dòng điện) của hệ thống PV phát vào lưới không được vượt quá giới hạn phát nóng cho phép của dây dẫn đấu nối từ lưới điện khu vực vào hộ phụ tải. Trường hợp quá tải, cần có thỏa thuận, hợp đồng thay dây dẫn với tiết diện lớn hơn, hoặc xây dựng thêm mạch mới.

2/ Dòng điện của hệ thống PV phát vào lưới phải có tần số bằng 50 hz (± sai số trong giới hạn cho phép) và tỷ lệ tần số cao gây méo tần số phải nằm trong giới hạn cho phép.

3/ Nguồn công suất do hệ thống PV phát vào lưới phải có hệ số cosφ ≥ 0,9.

Ngoài ra, các thông số kỹ thuật khác được áp đặt bởi các yêu cầu lưới điện để làm cho các hệ thống PV được kết nối lưới trở nên linh hoạt hơn và thân thiện với lưới điện:

1/ Bảo đảm cung cấp điện tin cậy.

2/ Kiểm soát linh hoạt công suất hữu công và vô công.

3/ Hỗ trợ lưới điện năng động theo nhu cầu; và:

5/ Hiệu quả, độ tin cậy cao, chi phí thấp và khối lượng nhỏ./.

TS. NGUYỄN MẠNH HIẾN - TẠP CHÍ NĂNG LƯỢNG VIỆT NAM