EN
Quick Links
Thông thường các hệ thống máy lạnh trung tâm hoạt động trong khoảng từ 3 đến 5 kilowatt khi chúng đang hoạt động, nhưng các thiết bị gắn trên cửa sổ thường cần ít điện hơn nhiều, khoảng từ nửa kilowatt đến 1,5 kilowatt tùy thuộc vào kích thước và mức độ hiệu quả trong thiết kế của chúng. Chẳng hạn, một máy lạnh trung tâm tiêu chuẩn có công suất 24.000 BTU thường tiêu thụ khoảng 4 kW từ lưới điện, so với các thiết bị nhỏ hơn dùng cho cửa sổ có công suất 12.000 BTU thường tiêu thụ khoảng 1,2 kW theo dữ liệu từ Energy Star năm 2023. Việc hiểu rõ những yêu cầu cơ bản về điện này trở nên rất quan trọng khi xác định kích thước của các bộ ắc quy dự phòng phù hợp nhất với các gia đình đang xem xét các giải pháp năng lượng thay thế.
Khi máy lạnh bắt đầu khởi động, chúng thực sự cần lượng điện gấp khoảng ba lần so với khi đang hoạt động bình thường. Chẳng hạn, một máy lạnh trung tâm tiêu chuẩn 4 kW có thể tăng đột ngột lên đến 12 kW chỉ để làm quay máy nén lớn từ trạng thái đứng yên. Hệ thống lưu điện gặp phải một thách thức thực tế ở đây vì chúng phải xử lý những yêu cầu điện đột ngột này mà không để điện áp giảm quá thấp, điều có thể khiến toàn bộ hệ thống tắt máy bất ngờ. Đó là lý do tại sao mặc dù các bộ nghịch lưu (inverter) thường được quảng cáo là có thể xử lý liên tục ở mức 10 kW, nhiều chủ nhà vẫn thấy chúng gặp khó khăn khi phải đối mặt với các đỉnh công suất 12 kW ngắn nhưng mạnh từ các hệ thống máy lạnh 3 tấn của họ trong quá trình khởi động.
Hệ thống pin phải cung cấp cả hai yếu tố:
| Loại ac | Thời gian hoạt động trên mỗi 10kWh Pin | Công suất Tối thiểu của Biến tần |
|---|---|---|
| Trung tâm (4 kW) | 1,5–2,5 giờ | 5 kW liên tục |
| Cửa sổ (1,2 kW) | 6–8 giờ | 2 kW liên tục |
Giới hạn độ sâu xả (DoD) làm giảm dung lượng sử dụng - pin lithium-ion thường cho phép 90% DoD, nghĩa là một bộ nguồn 10kWh cung cấp khoảng 9kWh cho tải AC.
Theo một nghiên cứu được công bố trên Cleantechnica vào năm 2025 về các ngôi nhà được xây dựng để chống chịu bão, một hệ thống pin mặt trời tiêu chuẩn 10kWh có thể vận hành một máy điều hòa không khí 3 tấn thông thường khoảng một giờ trong trường hợp mất điện nếu chúng ta sử dụng các kỹ thuật quản lý tải thông minh. Bạn muốn thời gian vận hành lâu hơn không? Vậy thì mọi người thường sẽ cần nạp điện lại cho các viên pin này thông qua các tấm pin mặt trời hoặc lắp đặt thêm các cụm pin để có thể vận hành trong thời gian dài hơn. Cốt lõi ở đây là việc điều chỉnh dung lượng lưu trữ năng lượng của chúng ta phù hợp với điều kiện thời tiết thực tế tại địa phương là yếu tố tạo nên sự khác biệt. Ví dụ, các ngôi nhà nằm ở khu vực thường xuyên xảy ra đợt nắng nóng có lẽ nên cân nhắc đầu tư vào các hệ thống dung lượng khoảng 20kWh hoặc thậm chí lớn hơn để đảm bảo duy trì được không khí mát mẻ khi nhiệt độ tăng cao bất ngờ.
Khi xem xét các tùy chọn nguồn điện dự phòng, hầu hết các chủ nhà phải đối mặt với lựa chọn giữa việc chỉ bảo vệ những thiết bị thiết yếu hoặc bảo vệ toàn bộ ngôi nhà. Các nhu cầu cơ bản như giữ cho thực phẩm lạnh, duy trì nhiệt độ thoải mái và bật đèn thường cần khoảng từ 3 đến 5 kilowatt công suất. Tuy nhiên, nếu ai đó muốn vận hành tất cả các thiết bị trong thời gian mất điện, bao gồm cả những thiết bị tiêu thụ nhiều điện như bếp điện và máy sấy quần áo, thì họ sẽ cần dung lượng lớn hơn từ ba đến năm lần so với mức cần thiết cho các thiết bị thiết yếu. Theo nhiều nghiên cứu của ngành, khoảng bảy trên mười người cuối cùng chọn chỉ lắp đặt hệ thống dự phòng một phần do giá thành và hiệu quả vận hành thường cao của các hệ thống nhỏ gọn này. Các giải pháp toàn bộ ngôi nhà thường chỉ được sử dụng ở những nơi thường xuyên gặp tình trạng mất điện kéo dài nhiều ngày liên tiếp.
Để có được hình dung chính xác về tải điện, bạn cần cộng tổng công suất hoạt động và công suất phụ thêm lúc khởi động của tất cả các thiết bị quan trọng. Ví dụ như máy lạnh trung tâm của bạn thường hoạt động ở mức khoảng 3,8 kilowatt nhưng có thể tăng vọt lên gần 11 kW khi vừa bật. Sau đó là tủ lạnh, tiêu thụ somewhere giữa 150 đến 400 watt, cộng thêm những bóng đèn LED khoảng 10 watt mỗi chiếc, chưa kể đến quạt HVAC dao động từ 500 đến tận 1.200 watt tùy theo điều kiện sử dụng. Khi xem xét thực tế mức tiêu thụ điện trong các trường hợp mất điện, hầu hết các chủ nhà nhận thấy thông qua thiết bị giám sát năng lượng của họ rằng hệ thống sưởi và làm mát riêng đã chiếm khoảng 40 đến 60 phần trăm tổng lượng điện tiêu thụ. Điều này khiến các hệ thống này trở thành yếu tố lớn nhất cần cân nhắc khi lập kế hoạch cho các giải pháp nguồn điện dự phòng.
Đối với 8–12 giờ hoạt động liên tục, một bộ pin 15 kWh đi kèm giao thức cắt giảm tải có thể duy trì hoạt động của máy lạnh ở mức giới hạn cùng với các thiết bị thiết yếu khác. Để duy trì hoạt động trên 24 giờ, nên sử dụng bộ pin từ 25 kWh trở lên, tuy nhiên nhiệt độ môi trường trên 95°F (35°C) có thể làm giảm 18–25% dung lượng hiệu quả. Các hệ thống lai ghép kết hợp khả năng sạc điện mặt trời và kết nối với lưới điện cung cấp hỗ trợ làm mát đáng tin cậy trong nhiều ngày.
Hầu hết các hệ thống pin dự phòng cho nhà ở sử dụng công nghệ lithium-ion đều được đánh giá ở mức DoD 90%. Vượt quá mức này sẽ làm tăng tốc độ lão hóa và rút ngắn tuổi thọ pin. Do đó, một bộ pin 10kWh sẽ cung cấp khoảng 9kWh năng lượng sử dụng được trong quá trình vận hành máy lạnh. Việc vận hành trong giới hạn DoD được khuyến nghị giúp kéo dài tuổi thọ pin và đảm bảo hiệu suất ổn định trong các trường hợp mất điện quan trọng.
Bộ nghịch lưu chuyển đổi nguồn điện DC từ pin sang AC cho các thiết bị điện, thường hoạt động ở hiệu suất 92–97% dưới tải ổn định. Tuy nhiên, trong quá trình khởi động máy nén AC - khi nhu cầu tăng đột ngột lên gấp 3 lần công suất hoạt động bình thường - hiệu suất có thể giảm xuống dưới 85%, làm tăng tổn thất năng lượng. Những sự bất hiệu quả trong quá trình chuyển đổi này làm giảm thời gian vận hành có sẵn, đặc biệt là trong các hệ thống thường xuyên bật/tắt.
Hiệu suất của pin giảm đáng kể trong điều kiện nhiệt độ cao. Các nghiên cứu điện hóa học cho thấy dung lượng pin suy giảm nhanh hơn 30% ở mức 95°F so với ở 77°F, đúng vào thời điểm nhu cầu làm mát cao nhất. Hệ thống quản lý nhiệt chủ động tiêu thụ từ 5–15% năng lượng được lưu trữ để duy trì nhiệt độ hoạt động an toàn, làm giảm thêm dung lượng sử dụng được trong các đợt mất điện vào mùa hè.
Bộ điều khiển thông minh tối ưu hóa hoạt động của các thiết bị tiêu thụ điện năng lớn bằng cách tạm thời ngắt các phụ tải không thiết yếu trong quá trình khởi động hệ thống điện xoay chiều. Các thuật toán tiên tiến giữ nhiệt độ trong nhà ổn định trong khoảng ±5°F thông qua các chu kỳ làm mát chiến lược, giảm mức tiêu thụ năng lượng tổng thể. Các hệ thống này có thể kéo dài thời gian hoạt động của máy lạnh thêm 35–50% so với hoạt động trực tiếp không ngắt quãng.
Các tấm pin mặt trời ngày nay đang tạo ra sự khác biệt rõ rệt trong việc giảm mức độ sử dụng máy điều hòa không khí. Lấy ví dụ một hệ thống điều hòa tiêu chuẩn 3 tấn, hệ thống này thường tiêu thụ khoảng 28 đến 35 kilowatt giờ mỗi ngày khi hoạt động hết công suất. Bây giờ hãy tưởng tượng bạn có một hệ thống năng lượng mặt trời 4 kW không chỉ nạp đầy một cục pin 10 kWh trong chỉ 2 đến 3 giờ nắng tốt mà còn duy trì hoạt động của máy điều hòa trong suốt thời gian nắng. Một số phát hiện thú vị từ những nghiên cứu gần đây cho thấy việc kết hợp bộ thu nhiệt quang điện với công nghệ bơm nhiệt có thể giảm nhu cầu năng lượng cho làm mát tới gần một nửa, theo nghiên cứu của Bilardo và các đồng nghiệp vào năm 2020. Tất nhiên, vị trí địa lý cũng đóng vai trò rất quan trọng. Các hệ thống được lắp đặt tại Arizona nắng nóng thường sạc đầy pin nhanh hơn khoảng 80 phần trăm so với các hệ thống tương tự ở Michigan như các nhà nghiên cứu thuộc NREL ghi nhận vào năm ngoái. Những khác biệt này cho thấy tầm quan trọng của việc hiểu rõ điều kiện khí hậu địa phương đối với bất kỳ ai muốn tối đa hóa hiệu quả đầu tư vào năng lượng mặt trời.
Các pin chỉ sạc từ lưới điện thông thường sẽ không thể đáp ứng đủ nhu cầu vận hành điều hòa trong những đợt mất điện kéo dài. Hãy lấy ví dụ một pin tiêu chuẩn 15kWh cấp điện cho một máy điều hòa 3 tấn thông thường, hoạt động khoảng một nửa thời gian trong chế độ bật - hệ thống như vậy sẽ hết điện sau khoảng sáu giờ kể từ khi mặt trời lặn. Tuy nhiên, tình hình sẽ khả quan hơn nhiều nếu tích hợp năng lượng mặt trời. Các hệ thống kết hợp giữa pin và tấm pin mặt trời có thể kéo dài thời gian hoạt động của cùng loại pin này lên từ 15 đến 20 giờ, vì pin được sạc bổ sung vào ban ngày. Các hệ thống pin độc lập còn có một vấn đề khác là thất thoát khoảng 12 đến 18 phần trăm năng lượng mỗi lần máy nén hoạt động do quá trình chuyển đổi liên tục từ DC sang AC. Theo một số nghiên cứu gần đây về độ bền của hệ thống điện lưới, những thất thoát này khiến các hệ thống độc lập kém hiệu quả hơn khoảng 23 phần trăm so với các hệ thống lai ghép sử dụng năng lượng mặt trời vào đúng thời điểm chúng ta cần làm mát nhiều nhất trong mùa hè. Nghiên cứu của Viện Ponemon vào năm ngoái đã xác nhận rõ điều này.
Việc tăng gấp đôi công suất ắc-quy chỉ để chạy máy lạnh trong 2 đến 3 giờ thường không mang lại nhiều giá trị tương xứng với chi phí bỏ ra. Hãy nhìn vào những con số này: lắp đặt một hệ thống ắc-quy 20kWh có thể cung cấp làm mát trong 4 giờ sẽ tốn khoảng từ 14.000 đến 18.000 USD. Con số này gần như cao hơn tới 92% so với việc lựa chọn một hệ thống tiêu chuẩn 10kWh có khả năng tích hợp với năng lượng mặt trời. Dù những viên pin lớn hơn có thể hoạt động ổn định trong những lần mất điện ngắn, nhưng vẫn còn một lựa chọn khác đáng cân nhắc. Các hệ thống kết hợp giữa ắc-quy thông thường cùng các tấm pin mặt trời công suất 5 đến 7kW thực tế có thể cung cấp số chu kỳ làm mát mỗi năm gấp khoảng sáu lần với mức chi phí gần như tương đương. Công nghệ lưu trữ nhiệt mới thực sự rất thú vị, nhưng theo nhận định hiện tại của các chuyên gia, chúng vẫn cần khoảng từ 3 đến 5 năm nữa mới có thể phổ biến rộng rãi.
Khi nói đến việc duy trì nguồn điện trong các sự cố mất điện, các máy phát điện dự phòng có thể hoạt động liên tục không ngừng. Ví dụ, một mẫu 10kW có thể cung cấp điện không ngừng cho hệ thống điều hòa không khí trung tâm miễn là còn nhiên liệu. Trong khi đó, một bộ pin 10kWh kết hợp với bộ nghịch lưu 5kW sẽ gặp khó khăn khi duy trì hoạt động của một hệ thống điều hòa 3 tấn quá 2 đến 3 giờ đồng hồ do những giới hạn của bộ nghịch lưu và sự tăng đột ngột của điện năng khi các thiết bị khởi động. Sự khác biệt thực sự thể hiện rõ khi nhiều thiết bị lớn cần khởi động cùng lúc. Máy phát điện xử lý những tình huống này tốt hơn nhiều, đó là lý do tại sao chúng vẫn là lựa chọn ưu tiên cho các giải pháp dự phòng điện toàn bộ ngôi nhà mặc dù chi phí ban đầu cao hơn.
Hệ thống pin hoạt động im lặng và không phát thải chất gây ô nhiễm, lý tưởng cho các sự cố mất điện ngắn (<12 giờ) và nhà sử dụng năng lượng mặt trời. Tuy nhiên, trong trường hợp mất điện kéo dài 72 giờ, máy phát điện tỏ ra ưu việt hơn nhờ lưu trữ lượng năng lượng lớn hơn đáng kể — 1 gallon propan cung cấp khoảng 27 kWh. Một số hệ thống lai sử dụng pin cho mục đích dự phòng hàng ngày và dùng máy phát như nguồn dự phòng trong các sự cố kéo dài.
| Nguyên nhân | Máy phát điện dự phòng | Pin dự phòng nhà |
|---|---|---|
| Thời gian chạy | Không giới hạn (với nhiên liệu) | 8–12 giờ (hệ thống 10kWh) |
| Mức độ ồn | 60–70 dBA | <30 dB |
| Khí thải CO | 120–200 lbs/ngày | 0 lbs/ngày (sạc bằng năng lượng mặt trời) |
Máy phát điện có giá lắp đặt từ 4.000–12.000 USD và chi phí nhiên liệu, bảo trì hàng năm trên 800 USD/năm (theo Ponemon 2023). Hệ thống pin ($15.000–$25.000) có chi phí ban đầu cao hơn nhưng chi phí vận hành thấp hơn, đặc biệt khi kết hợp với năng lượng mặt trời. Trong vòng 10 năm, pin lithium trở nên rẻ hơn 20–40% ở khu vực thường xuyên mất điện, đặc biệt khi tính đến các khoản tín dụng thuế và chi phí nhiên liệu được tiết kiệm.
Các hệ thống điều hòa trung tâm thường hoạt động trong khoảng từ 3 đến 5 kW, trong khi các máy điều hòa cửa sổ nhỏ hơn tiêu thụ khoảng từ 0,5 đến 1,5 kW tùy thuộc vào kích thước và hiệu suất.
Khi khởi động, máy điều hòa cần lượng điện gấp ba lần so với khi vận hành bình thường. Hệ thống dự phòng phải xử lý được các đột biến này để tránh sụt giảm điện áp.
Việc tích hợp pin mặt trời làm tăng hiệu suất của hệ thống lưu điện, kéo dài thời gian hoạt động bằng cách bổ sung năng lượng trong những thời điểm nắng ráo so với các hệ thống độc lập.
Pin lưu điện hoạt động êm ái và không phát thải khí trong các sự cố mất điện ngắn, trong khi máy phát điện cung cấp thời gian hoạt động không giới hạn với nhiên liệu, phù hợp cho các sự cố mất điện dài ngày.