Trạm sạc đa năng
Cấu trúc của một trạm sạc xe điện (EV) chạy bằng điện mặt trời nối lưới điển hình bao gồm các thành phần chính là hệ thống quang điện mặt trời (PV), bộ chuyển đổi điện hai chiều DC- AC và AC- DC, lưới điện, ắc quy dự phòng và các loại xe điện.
Trong mô hình này, xe điện có thể sạc điện trực tiếp tại hệ thống PV vào ban ngày hoặc từ lưới điện địa phương vào ban đêm hoặc khi thời tiết không thuận lợi. Điện năng dư thừa từ hệ thống PV sản xuất có thể được bán cho lưới điện địa phương theo chính sách hỗ trợ điện mặt trời áp mái của Chính phủ Việt Nam. Trong khi đó, ắc quy dự trữ trong trạm sạc điện PV được thiết kế để đáp ứng yêu cầu lưu trữ năng lượng tối thiểu và dự phòng trường hợp không có điện mặt trời, điện lưới để giảm tối đa tổng chi phí đầu tư của hệ thống.
Trạm sạc điện cho EV có 5 chế độ hoạt động. Tính đa năng của trạm sạc xe điện được thể hiện bằng việc có thể sạc điện đồng thời từ nhiều nguồn điện khác nhau như điện lưới, điện tái tạo nói chung và điện mặt trời nói riêng.
Theo TS. Vũ Minh Pháp, trong cấu trúc trạm sạc điện mặt trời nói chung, bộ phận điều khiển tìm điểm công suất cực đại (Maximum power point tracking - MPPT) có tính quyết định để toàn hệ thống có thể đạt được hiệu suất khai thác năng lượng mặt trời cao nhất.
“Trong phạm vi nghiên cứu, tôi và cộng sự đã tập trung nghiên cứu thiết kế phần mềm hệ thống điều khiển tìm điểm công suất cực đại sử dụng thuật toán trí tuệ nhân tạo ANN. Nhờ hệ thống điều khiển MTTP tối ưu này, hệ thống điều khiển chung cũng như trạm sạc điện sử dụng năng lượng mặt có thể khai thác được tối đa năng lượng từ tấm pin mặt trời. Kết quả mô phỏng và thực nghiệm cho thấy phương pháp MPPT sử dụng mạng nơ ron ANN do nhóm nghiên cứu đề xuất có khả năng hoạt động tốt hơn phương pháp MPPT truyền thống”, ông Pháp chia sẻ.
|
Sơ đồ khối trạm sạc sử dụng điện mặt trời có nối lưới
|
Hướng nghiên cứu về tối ưu năng lượng mặt trời từ nhiều nguồn không mới nhưng sáng tạo của nghiên cứu này là viết ra được thuật toán để lựa chọn công suất tối đa theo điều kiện thực tế.
Hệ thống khi vận hành cho hiệu suất sử dụng năng lượng cao nhất khi nhóm nghiên cứu đã tiến hành thử nghiệm hoạt động trạm sạc dùng điện mặt trời trong điều kiện thực tế tại Viện Khoa học Năng lượng.
|
Kết quả đo công suất tấm quang điện mặt trời từ nghiên cứu thực nghiệm của phương pháp bám điểm công suất cực đại MPPT truyền thống và ANN đề xuất
|
Bắt kịp xu hướng phát triển giao thông xanh
Tùy theo nhu cầu trong thực tế, trạm sạc điện mặt trời có thể đáp ứng nhiều mức công suất phụ tải xe điện khác nhau. Các loại phương tiện sạc đa dạng gồm xe máy điện, xe đạp điện, ô tô điện.
|
Thử nghiệm hoạt động trạm sạc điện dùng điện mặt trời trong điều kiện thực tế tại Viện Khoa học Năng lượng
|
Tại các thành phố lớn của Việt Nam đã phát triển rất nhanh các loại xe điện nhưng cơ sở hạ tầng cho việc sạc điện vẫn còn rất hạn chế. Hầu hết trạm sạc điện đã sử dụng nguồn điện lấy từ lưới điện.
Trong nghiên cứu này, cấu hình tối ưu trạm sạc điện mặt trời cũng đã được phân tích khả năng ứng dụng ở các khu vực có điều kiện bức xạ mặt trời khác nhau tại Việt Nam. Kết quả nghiên cứu cho thấy, cấu hình tối ưu và hiệu quả đầu tư trạm sạc điện mặt trời ở từng địa phương bị ảnh hưởng lớn bởi bức xạ mặt trời và giá điện mặt trời (FIT).
Cụ thể, khu vực bức xạ mặt trời cao như Thành phố Hồ Chí Minh có khả năng đầu tư trạm sạc xe điện mặt trời hiệu quả hơn các khu vực khác có bức xạ mặt trời thấp hơn như Đà Nẵng và Hà Nội, khi mà xu hướng Chính phủ sẽ giảm giá FIT trong thời gian tới.
Hiện nay, các hãng ô tô điện đã bắt đầu bán sản phẩm ở Việt Nam. Thị trường điện tái tạo trong nước đang phát triển rất mạnh mẽ. Mặt khác, tại Hội nghị COP26 vừa qua, Thủ tướng Chính phủ cũng đã cam kết hành động mạnh mẽ của Việt Nam với quốc tế, trong đó Việt Nam đã tham gia nhiều sáng kiến toàn cầu về ứng phó với biến đổi khí hậu như cam kết giảm phát thải khí nhà kính.
Hơn nữa, việc phát triển mạnh mẽ xe điện và trạm sạc điện của VinFast từ năm 2021 đến nay cũng đã cho thấy ý tưởng nghiên cứu của đề tài từ năm 2019 của TS. Vũ Minh Pháp là phù hợp với xu hướng phát triển giao thông của Việt Nam. Điều này cũng mở ra nhiều khả năng được các doanh nghiệp đầu tư phát triển rộng rãi hơn trong thời gian tới, nếu có thêm các chính sách hỗ trợ đặc thù của Chính phủ.
Triển vọng phát triển các trạm sạc xe điện dùng điện tái tạo ở Việt Nam là vô cùng lớn, nhằm đạt mục tiêu giảm phát thải khí nhà kính từ các phương tiện giao thông truyền thống và nâng cao hiệu quả hoạt động của các phương tiện giao thông xanh.
|
Trạm sạc điện cho EV hoạt động ở một trong 5 chế độ sau:
+ Chế độ 1 (Chỉ sạc từ PV): Nếu điện năng từ PV là đủ để sạc cho EV, thì việc sạc hoàn toàn do hệ thống PV thực hiện. Trong trường hợp này, trạm sạc sẽ bị ngắt kết nối với lưới điện.
+ Chế độ 2 (Chỉ sạc từ lưới): Nếu PV không có khả năng cấp điện cho EV do không có bức xạ (buổi tối) hoặc bức xạ cực thấp (ngày mưa, nhiều mây mù), điện năng của trạm sạc sẽ được lấy trực tiếp từ lưới điện.
+ Chế độ 3 (Sạc từ cả PV và lưới): Trong trường hợp PV chỉ có thể cung cấp một phần năng lượng nhất định, không đủ để sạc độc lập hoàn toàn, thì xe điện được sạc điện từ cả PV và lưới điện. Bộ điều khiển sẽ phải liên tục theo dõi điểm công suất cực đại (Maximum power point tracking - MPPT) của dàn PV và theo đó điều chỉnh đầu vào điện năng từ lưới điện để đảm bảo rằng công suất cần thiết cho EV được duy trì.
+ Chế độ 4 (Bán điện mặt trời lên lưới điện): Khi không có EV để sạc và PV đang tạo ra năng lượng, tất cả năng lượng sẽ được bán lên lưới điện.
+ Chế độ 5 (Sạc từ ắc quy dự trữ): Nếu PV và điện lưới không có khả năng cấp điện cho EV, điện năng của trạm sạc có thể được lấy trực tiếp từ hệ thống ắc quy dự phòng. Ắc quy dự trữ có thể được nạp từ hệ thống PV hoặc điện lưới nhưng công suất chỉ được thiết kế đáp ứng yêu cầu số lượng EV được sạc tối thiểu để giảm tối đa chi phí đầu tư.
|