Cách hoạt động của hệ thống lưu trữ, các loại hóa chất và kiến trúc hệ thống nào quan trọng, và cách tính toán và lựa chọn pin để đảm bảo hệ thống năng lượng gia đình đáng tin cậy và hiệu quả về chi phí.

Khi việc lắp đặt hệ thống năng lượng mặt trời trên mái nhà ngày càng phổ biến, pin lưu trữ đã chuyển từ một phụ kiện ngách sang một yếu tố chính trong quyết định. Một hệ thống pin được thiết kế đúng cách có thể biến nguồn điện mặt trời không ổn định trên mái nhà thành nguồn năng lượng đáng tin cậy và có thể sử dụng được – giúp chuyển đổi thời gian tiêu thụ khỏi các khung giờ giá cao, bảo vệ khỏi sự cố mất điện và tăng tỷ lệ tự tiêu thụ. Bài viết này giải thích các yếu tố kỹ thuật cơ bản và các điểm quyết định thực tế mà chủ nhà hoặc nhà lắp đặt cần xem xét để lựa chọn một hệ thống lưu trữ an toàn và hiệu quả về chi phí.

Một pin mặt trời thực sự hoạt động như thế nào?

A pin năng lượng mặt trời Hệ thống lưu trữ điện dư thừa do mảng quang điện (PV) của bạn sản xuất và giải phóng nó khi cần thiết—vào ban đêm, trong thời gian trời âm u hoặc khi mạng lưới điện bị gián đoạn. Hệ thống thực hiện điều này bao gồm các tấm pin PV, bộ biến tần (hoặc bộ biến tần hybrid), các mô-đun pin, Hệ thống Quản lý Pin (BMS) và các bộ điều khiển giám sát. Cách các thành phần này tương tác với nhau quyết định hiệu suất hai chiều, dung lượng sử dụng được, độ tin cậy và an toàn.

Hai kiến trúc phổ biến: Kết nối DC và kết nối AC

Có hai cách thực tế để tích hợp hệ thống lưu trữ với hệ thống pin mặt trời:

• Hệ thống kết nối DC Đặt pin ở phía DC, giữa các tấm pin mặt trời và bộ biến tần. Điều này giúp giảm số lần chuyển đổi điện năng và có thể cải thiện hiệu suất hai chiều. Kết nối DC thường là lựa chọn hiệu quả nhất cho các hệ thống mới được lắp đặt từ đầu.

• Hệ thống kết nối AC Thêm bộ lưu trữ ở phía AC, sau bộ biến tần. Phương pháp này đơn giản hơn khi lắp đặt cho các hệ thống PV hiện có và thường giảm thiểu sự gián đoạn trong quá trình lắp đặt. Tuy nhiên, nhược điểm là tổn thất chuyển đổi cao hơn một chút trong các chu kỳ sạc/xả.

Nếu bạn đang thay thế cả hai tấm pin và bộ biến tần hoặc thiết kế hệ thống mới, kết nối DC thường mang lại hiệu suất tốt hơn. Nếu bạn đang lắp đặt hệ thống lưu trữ vào bộ biến tần hiện có, kết nối AC thường cung cấp giải pháp nhanh hơn và chi phí thấp hơn.

Các loại hóa chất pin và các lựa chọn thực tế

Loại hóa chất bạn chọn ảnh hưởng đến hiệu suất, tuổi thọ, an toàn và chi phí.

• Lithium sắt photphat (LiFePO₄): Đang trở thành tiêu chuẩn phổ biến cho lưu trữ năng lượng dân dụng. Pin LiFePO4 cung cấp tuổi thọ chu kỳ cao, độ ổn định nhiệt xuất sắc và mức độ suy giảm thấp theo thời gian. Hiệu suất khứ hồi điển hình vượt quá 90%, và các hệ thống được thiết kế tốt thường đạt được 3.000–6.000 chu kỳ sử dụng hữu ích tùy thuộc vào độ sâu xả (DoD) và điều kiện vận hành. Hồ sơ an toàn và tuổi thọ lịch sử dài của LiFePO4 khiến nó trở thành một lựa chọn có giá trị cao cho hầu hết các chủ nhà.

• Các biến thể khác của pin lithium-ionMột số loại hóa chất lithium cung cấp mật độ năng lượng cao hơn nhưng phải đánh đổi tuổi thọ chu kỳ hoặc tính ổn định nhiệt. Đối với lưu trữ tĩnh dân dụng, sự cân bằng giữa an toàn và tuổi thọ của LiFePO4 thường được ưa chuộng.

• Ắc quy chì-axit (AGM, gel, ngập nước)Các công nghệ pin truyền thống này có chi phí ban đầu thấp hơn nhưng dung lượng sử dụng thực tế thấp hơn đáng kể, tuổi thọ ngắn hơn và yêu cầu bảo trì cao hơn. Chúng vẫn được sử dụng trong các hệ thống có ngân sách hạn hẹp hoặc hệ thống độc lập quy mô nhỏ, nhưng ít hấp dẫn hơn cho các khoản đầu tư dài hạn vào hệ thống gia đình.

• Pin dòng và các công nghệ hóa học mới nổiPin lưu trữ dòng điện (flow batteries) có ưu điểm về thời gian hoạt động dài và tuổi thọ chu kỳ cao trong các hệ thống quy mô lớn, nhưng thường quá cồng kềnh và đắt đỏ để áp dụng cho các mái nhà dân dụng tiêu chuẩn. Các công nghệ hóa học mới nổi có thể mang lại lợi ích môi trường nhưng hiện chưa được áp dụng rộng rãi cho mục đích chung. Lưu trữ tại nhà.

Các chỉ số hiệu suất chính để đánh giá

• Công suất sử dụng (kWh)Dung lượng pin có thể sử dụng hàng ngày sau khi tính đến giới hạn DoD. Một pin có công suất định danh 10 kWh với giới hạn DoD khuyến nghị 90% sẽ cung cấp ít năng lượng sử dụng được hơn so với công suất định danh cho thấy — hãy xác nhận dung lượng kWh sử dụng được với nhà cung cấp.

• Hiệu suất khứ hồi (%)Tỷ lệ phần trăm năng lượng lưu trữ mà bạn có thể thực sự lấy ra. Hiệu suất cao hơn tăng giá trị kinh tế cho việc điều chỉnh thời gian và tối đa hóa việc tự tiêu thụ.

• Tuổi thọ và bảo hànhHiểu các điều khoản bảo hành (thời gian và dung lượng). Nhiều nhà cung cấp bảo hành cả thời gian và dung lượng tối thiểu được giữ lại (ví dụ: dung lượng 70% sau một số chu kỳ được định trước).

• Công suất định mức (kW)Công suất liên tục tối đa mà bộ biến tần và ắc quy có thể cung cấp; yếu tố quan trọng khi tính toán công suất để vận hành các thiết bị tiêu thụ điện năng cao trong trường hợp mất điện.

• Tính năng nhiệt và an toànMột hệ thống quản lý pin (BMS) mạnh mẽ, quản lý nhiệt và các chứng nhận an toàn là điều cần thiết.

Cách tính toán dung lượng pin cho hệ thống lưu trữ năng lượng gia đình

Việc xác định kích thước nên được thực hiện một cách khách quan và hướng đến mục tiêu:

1. Xác định mục tiêu chính: dự phòng khẩn cấp, tránh giá cao điểm (giao dịch chênh lệch giá theo thời gian sử dụng), hoặc tối đa hóa tiêu thụ điện mặt trời tự sản xuất. Mỗi mục tiêu dẫn đến các lựa chọn về kích thước và biến tần khác nhau.

2. Tính toán mức sử dụng hàng ngày thông thườngXem xét mức tiêu thụ hàng tháng và tính toán trung bình hàng ngày (kWh). Đối với hệ thống dự phòng trong trường hợp mất điện, mô phỏng các tải trọng quan trọng cụ thể và tổng mức tiêu thụ của chúng.

3. Công suất sử dụng và hiệu suấtNếu bạn cần X kWh năng lượng sử dụng được, hãy chọn pin có dung lượng danh định tính toán bao gồm cả mức xả (DoD) và tổn thất hai chiều.

4. Xem xét giới hạn của bộ biến tần và nhu cầu về dòng điện đột biến.Đối với động cơ chạy (HVAC, bơm), đảm bảo bộ biến tần và ắc quy có thể chịu được dòng điện đột biến.

Ví dụ: Một hộ gia đình có mức tiêu thụ điện hàng ngày là 25 kWh và muốn có một đêm dự phòng một phần cho các tải quan trọng có thể lựa chọn pin có dung lượng sử dụng từ 10–15 kWh, tập trung vào các mạch ưu tiên thay vì phủ sóng toàn bộ ngôi nhà.

Lắp đặt, giấy phép và an toàn

Lắp đặt hệ thống pin yêu cầu thiết kế điện chuyên nghiệp, giấy phép địa phương và tuân thủ các quy định về xây dựng và phòng cháy chữa cháy. Chọn nhà thầu lắp đặt có kinh nghiệm về các yêu cầu kết nối hệ thống của địa phương và có kinh nghiệm trong việc vận hành hệ thống pin. Các yếu tố an toàn quan trọng bao gồm triển khai Hệ thống Quản lý Pin (BMS), thông gió (nếu yêu cầu bởi loại hóa chất), lắp đặt đúng cách và khoảng cách an toàn, cùng với khả năng giám sát dễ dàng để cập nhật firmware và chẩn đoán.

Chi phí, các biện pháp khuyến khích và thời gian hoàn vốn

Chi phí ban đầu của pin thay đổi tùy thuộc vào loại hóa chất, dung lượng và nhà cung cấp. Đánh giá chi phí lắp đặt tổng thể trên mỗi kWh sử dụng được, phạm vi bảo hành và sản lượng dự kiến trong suốt tuổi thọ. Các chính sách khuyến khích địa phương, chương trình hoàn tiền của công ty điện lực và tín dụng thuế liên bang có thể ảnh hưởng đáng kể đến tính kinh tế—hãy bao gồm các chính sách khuyến khích có sẵn trong mô hình tài chính của bạn khi ước tính thời gian hoàn vốn. Đối với nhiều chủ nhà, giá trị của giải pháp này được cải thiện khi kết hợp với cấu trúc giá theo thời gian sử dụng hoặc nguy cơ mất điện thường xuyên.

Cách chọn nhà cung cấp đáng tin cậy

Chọn nhà cung cấp cung cấp thông số kỹ thuật minh bạch, điều khoản bảo hành rõ ràng liên quan đến hiệu suất và chứng nhận an toàn được ghi nhận. Hỗ trợ địa phương là yếu tố quan trọng—nhà cung cấp có thể cung cấp dịch vụ lắp đặt và bảo trì kịp thời là lựa chọn ưu tiên. Tên nhà cung cấp cụ thể không quan trọng bằng bằng chứng về kiểm tra độc lập, chứng nhận UL/IEC (nếu áp dụng) và dịch vụ hỗ trợ địa phương nhanh chóng.

Bảo trì và các yếu tố cần xem xét lâu dài

Hệ thống pin tĩnh thường ít cần bảo trì, nhưng việc theo dõi và cập nhật firmware giúp hệ thống hoạt động ổn định. Kiểm tra định kỳ kết nối biến tần, cảnh báo từ hệ thống quản lý pin (BMS) và kiểm tra chuyên nghiệp mỗi vài năm sẽ kéo dài tuổi thọ của hệ thống. Lập kế hoạch cho việc thay thế hoặc suy giảm công suất: hiểu rõ điều khoản bảo hành giúp quản lý tổng chi phí sở hữu.

Phần kết luận

Một pin có dung lượng phù hợp và được lắp đặt đúng cách sẽ biến hệ thống năng lượng mặt trời trên mái nhà từ một nguồn phát điện ban ngày thành một nguồn năng lượng bền vững và có thể kiểm soát. Ưu tiên kiến trúc hệ thống phù hợp với mục tiêu của bạn, lựa chọn các loại pin có hóa chất ổn định với các tài liệu chứng minh về an toàn và tuổi thọ chu kỳ, và chọn nhà cung cấp cung cấp thông số kỹ thuật minh bạch và hỗ trợ tại địa phương. Với kế hoạch cẩn thận, Lưu trữ pin Có thể giúp giảm hóa đơn, tăng cường độc lập năng lượng và mang lại sự an tâm khi mất điện.