Sạc pin ngay cả khi mất điện
TS Vũ Minh Pháp, Viện Khoa học Năng lượng, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam vừa bảo vệ xuất sắc đề tài “Nghiên cứu thiết kế, lắp đặt, thử nghiệm trạm sạc điện đa năng sử dụng năng lượng mặt trời”.
TS Pháp cho biết, ba năm trước, việc ứng dụng trạm sạc điện kết hợp năng lượng tái tạo được triển khai mạnh mẽ ở nhiều nước nhưng tại Việt Nam thì chưa có công trình nào nghiên cứu chuyên sâu. TS Pháp cùng nhóm tác giả đề xuất đăng ký thực hiện đề tài nêu trên và được Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam phê duyệt với thời gian thực hiện là hai năm (2020 - 2021).
Nhóm nghiên cứu đã mô phỏng và triển khai chế tạo mạch điện, nghiên cứu thực nghiệm phương pháp MPPT (Maximum Power Point Tracker) sử dụng mạng nơ ron ANN; mô hình hóa hệ thống trạm sạc điện dùng điện mặt trời để đánh giá hiệu quả kinh tế kỹ thuật trong điều kiện các khu vực có tiềm năng năng lượng mặt trời khác nhau tại Việt Nam; đề xuất một số giải pháp nâng cao hiệu quả hoạt động của trạm sạc điện dùng điện mặt trời.
TS Vũ Minh Pháp cho biết, 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 pin mặt trời (PV), bộ chuyển đổi điện hai chiều DC-AC và AC-DC, lưới điện, ắc quy dự phòng. Trong mô hình của nhóm nghiên cứu, xe điện có thể sạc điện trực tiếp tại hệ thống PV vào ban ngày hoặc từ lưới điện địa phương vào ban đêm và 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 Nhà nước. 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. 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.
Trạm sạc điện cho EV có năm chế độ hoạt động. Ở chế độ chỉ sạc PV, trạm sạc bị ngắt kết nối với lưới điện, chỉ dùng điện từ năng lượng mặt trời. Nếu trời không có bức xạ (buổi tối, ngày mưa, nhiều mây mù), điện năng của trạm sạc sẽ được lấy trực tiếp từ lưới điện. Trường hợp điện mặt trời chỉ cung cấp một phần năng lượng nhất định, không đủ sạch độc lập thì xe điện được sạc từ cả PV và lưới điện. Lượng điện năng lấy từ lưới điện sẽ phụ thuộc vào điện năng từ PV. Do bức xạ mặt trời là không ổn định, bộ điều khiển sẽ phải liên tục theo dõi điểm MPPT – điểm làm việc có công suất tối ưu của dàn PV để điều chỉnh đầu vào điện năng từ lưới điện, đảm bảo công suất cần thiết cho EV được duy trì.
Khi nguồn điện mặt trời dồi dào mà không có xe điện cần sạc hoặc nguồn điện cần sạc nhỏ hơn công suất của EV thì tất cả năng lượng sẽ được bán lên lưới điện. Và điểm đặc biệt là ngay cả khi không có điện lưới, không có năng lượng mặt trời, trạm sạc vẫn có thể hoạt động nhờ vào ắc quy dự trữ. Ắc quy dự trữ có thể được nạp từ hệ thống PV hoặc điện lưới nhưng công suất ắc quy dự phòng chỉ được thiết kế đáp ứng yêu cầu số lượng EV được sạc tối thiểu để giảm tối đa chi phí đầu tư.
Tận dụng tối đa năng lượng mặt trời
Theo TS Pháp, trạm sạc có thể sử dụng cho ô tô, xe máy, xe đạp điện. Tùy theo nhu cầu trong thực tế, trạm sạc có thể đáp ứng nhiều mức công suất phụ tải xe điện khác nhau. Mỗi trạm sạc điện mặt trời nối lưới gồm ba thành phần là bộ chuyển đổi nguồn DC–DC tích hợp chức năng điều khiển dò điểm công suất cực đại MPPT, bộ điều khiển sạc DC và bộ biến tần nối lưới DC–AC.
Theo dõi điểm công suất cực đại MPPT là một kỹ thuật được sử dụng phổ biến để tối đa hóa việc khai thác điện năng trong mọi điều kiện đối với các hệ thống thu năng thăng giáng mạnh như điện mặt trời, tuabin gió, điện sóng nước. Về nguyên tắc MPPT áp dụng chung cho các nguồn có công suất thay đổi, tuy nhiên nó ra đời chủ yếu là từ khai thác năng lượng mặt trời.
Trong cấu trúc trạm sạc điện mặt trời nói chung, bộ phận điều khiển tìm điểm công suất cực đại MPPT có vai trò rất quan trọng và có tính quyết định để toàn hệ thống có thể đạt được hiệu suất khai thác năng lượng mặt trời cao nhất. Điểm khác biệt này được nhóm tạo ra bằng cách 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 trời có thể khai thác được tối đa năng lượng từ tấm pin mặt trời.
TS Pháp cho biết, triển vọng phát triển các trạm sạc xe điện dùng điện tái tạo ở Việt Nam là rất lớn. Hiện nay, các hãng ô tô điện đã bắt đầu bán sản phẩm ở Việt Nam, nhiều mẫu ô tô điện đã được ứng dụng trong thực tế như là các xe bus điện của VinFast. 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 Phạm Minh Chính 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....
Sau 2 năm nghiên cứu, đề tài đã bảo vệ thành công. Đề tài đã công bố 2 bài báo trên tạp chí khoa học công nghệ quốc tế, trong đó có 1 bài đăng trên tạp chí khoa học quốc tế danh mục SCIE (IF 3.2). Đã được chấp nhận 1 đơn đăng ký giải pháp hữu ích về phương pháp MPPT sử dụng mạng nơ ron ANN của Cục Sở hữu Trí tuệ và đào tạo 1 thạc sĩ, hỗ trợ đào tạo 1 nghiên cứu sinh.
