EN
Liên kết nhanh
Các hệ thống năng lượng mặt trời công nghiệp hiện nay thường phụ thuộc vào ba thành phần chính: những tấm pin quang điện lớn mà chúng ta đều biết, các thiết bị chuyển đổi điện năng và các kết cấu giá đỡ chắc chắn. Hầu hết các tấm pin hiện đại đạt hiệu suất khoảng 20 đến 22 phần trăm khi chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành điện một chiều. Sau đó là các bộ biến tần thông minh thực hiện nhiệm vụ của chúng, chuyển đổi dòng điện một chiều này thành dòng điện xoay chiều – loại điện mà lưới điện thực sự cần. Đối với phần lắp đặt, các nhà sản xuất thường sử dụng các hệ thống chắc chắn được làm từ thép mạ kẽm hoặc hợp kim nhôm. Những hệ thống này có thể chịu được tải gió khá lớn, khoảng 140 dặm một giờ theo thông số kỹ thuật. Độ bền như vậy là hợp lý khi xét đến tuổi thọ dài mà các hệ thống pin mặt trời này cần có trước khi người ta nghĩ đến việc thay thế.
Các bộ nghịch lưu tiên tiến tích hợp điều khiển công suất phản kháng và điều tiết tần số, cho phép tham gia vào các chương trình phản hồi nhu cầu. Khi được tích hợp với hệ thống EMS (Hệ thống Quản lý Năng lượng) của cơ sở, chúng tự động chuyển đổi giữa việc sử dụng điện mặt trời tự phát và lấy điện từ lưới trong thời gian giá cao điểm, tối ưu hóa tiết kiệm chi phí và tương tác với lưới điện.
Các tủ pin lithium-ion đi kèm hệ thống quản lý nhiệt cho phép nhà máy lưu trữ năng lượng dư thừa ban ngày để sử dụng vào ca đêm hoặc khi mất điện. Pin cấp độ 1 vẫn giữ được 80% dung lượng sau 6.000 chu kỳ, trong khi hệ thống BMS (Hệ thống Quản lý Pin) tích hợp giúp giảm thiểu rủi ro cháy nổ nhiệt trong môi trường làm việc khắc nghiệt.
Giá đỡ nhôm cấp hàng hải với lớp phủ MIL-STD-889 chống lại sự ăn mòn do phun muối tại các cơ sở ven biển. Các kỹ sư áp dụng tiêu chuẩn ANSI/SPRI RP-4 cho hệ thống gắn mái có tải trọng, đảm bảo tương thích với chế độ bảo hành tấm pin trên 30 năm mà không làm hư hại màng mái.
Điện mặt trời công nghiệp đòi hỏi phân tích kết cấu nghiêm ngặt. Mái nhà phải chịu được tải tĩnh 4–8 pound mỗi foot vuông cộng thêm lực động do gió và tuyết. Việc đánh giá bao gồm lấy mẫu lõi, kiểm tra ứng suất dầm thép và mô hình hóa phần tử hữu hạn. Gần 20% cơ sở công nghiệp cần gia cố như thanh chéo để đáp ứng các tiêu chuẩn lắp đặt.
Tấm pin mặt trời có tuổi thọ 25–30 năm, nhưng gần một nửa các mái nhà công nghiệp tại Hoa Kỳ đã trên 20 năm tuổi. Việc lợp lại mái sau khi lắp đặt hệ thống năng lượng mặt trời sẽ tốn kém hơn 70% so với việc nâng cấp đồng thời. Các cơ sở có màng EPDM hoặc TPO dưới 10 năm tuổi là những ứng viên lý tưởng; trong khi các mái bằng nhựa đường nhiều lớp trên 15 năm tuổi thường cần được thay thế trước khi triển khai.
Các đánh giá toàn diện nên bao gồm:
Các dự án sử dụng nghiên cứu khả thi đầy đủ đã giảm được 83% sự cố về kết cấu sau lắp đặt so với các đánh giá cơ bản. Mô phỏng bóng đổ theo mùa và tuân thủ quy định phòng cháy chữa cháy địa phương về khoảng cách giữa các tấm pin là những thành phần thiết yếu trong công tác lập kế hoạch hiệu quả.
Việc lựa chọn đúng quy mô hệ thống thực sự phụ thuộc vào việc xem xét ít nhất một đến hai năm hóa đơn điện trước đó. Việc này giúp nhận diện các xu hướng sử dụng điện theo từng giờ, từng ngày và từng mùa. Khi chúng ta xác định được nhu cầu năng lượng thông thường cũng như thời điểm nhu cầu tăng cao, điều đó sẽ cho biết cần lắp bao nhiêu tấm pin mặt trời và loại inverter nào có thể xử lý mọi thứ một cách phù hợp. Đối với các doanh nghiệp thường gia tăng hoạt động vào khoảng giữa trưa, thì việc sở hữu một hệ thống có thể đáp ứng từ khoảng 70 đến thậm chí 90 phần trăm tải cao nhất sẽ tạo nên sự khác biệt lớn. Theo nhiều nghiên cứu trong các lĩnh vực khác nhau, việc áp dụng cách tiếp cận này thực tế đã giảm sự phụ thuộc vào lưới điện chính khoảng một phần ba so với việc chỉ sử dụng các giải pháp có sẵn trên thị trường mà không có kế hoạch kỹ lưỡng.
Mô hình hóa năng lượng phù hợp giữa sản xuất và vận hành. Các cơ sở có sản lượng cao vào buổi chiều thường sử dụng độ nghiêng hướng về phía tây từ 15–25° để kéo dài thời gian phát điện. Biến tần thông minh chuyển hướng lượng điện mặt trời dư thừa sang các tải không quan trọng như làm mát trước hệ thống HVAC, giúp tăng mức tiêu thụ tự phát lên 12–18% so với các hệ thống cố định chỉ xuất điện.
Các dãy pin nên được thiết kế dư công suất từ 15–20% và sử dụng giàn đỡ dạng mô-đun để dễ dàng mở rộng. Việc thiết kế theo dự báo tăng trưởng nhu cầu năng lượng hàng năm từ 3–5% theo chỉ số CAGR sẽ giúp tránh phải cải tạo tốn kém. Các cơ sở thêm mới từ 50 kW mỗi năm có thể sử dụng biến tần hai kênh MPPT để mở rộng công suất điện mặt trời từng bước.
Việc lắp đặt các tấm pin năng lượng mặt trời trên mái nhà là một giải pháp hợp lý vì tận dụng được không gian sẵn có và thường tiết kiệm khoảng 30 đến 40 phần trăm chi phí so với việc lắp đặt trên mặt đất. Các hệ thống lắp trên mặt đất cần chiếm diện tích riêng, điều này có thể tốn kém, nhưng nhìn chung chúng sản xuất được nhiều hơn từ 15 đến 25 phần trăm điện năng do có thể hướng hoàn toàn về phía nam. Theo nghiên cứu của NREL năm ngoái, những hệ thống trên mặt đất có theo dõi ánh nắng mặt trời thực sự khai thác được thêm 34 phần trăm công suất khi được lắp đặt tại các nhà máy hoặc khu công nghiệp. Ngày nay, ngày càng có nhiều công ty cân nhắc đến các yếu tố môi trường. Việc sử dụng đất rất quan trọng, đặc biệt trong việc bảo tồn môi trường sống của động vật hoang dã địa phương. Lo ngại này đang trở nên ngày càng cấp thiết khi đưa ra quyết định vị trí đặt các hệ thống năng lượng mặt trời.
Các mái công nghiệp phải chịu được tải trọng sống từ 40 đến 50 PSF. Giá đỡ chống ăn mòn là yếu tố quan trọng trong môi trường khắc nghiệt. Hệ thống chằng bằng trọng lượng bảo vệ màng trong các nhà máy hóa chất, trong khi các điểm lắp đặt xuyên qua mái tăng khả năng chịu gió ở khu vực ven biển. Các nhà sản xuất hàng không vũ trụ sử dụng bố trí hình tam giác để giảm thiểu bóng râm từ ống khói và cần cẩu.
Các lắp đặt trên mặt đất cho phép theo dõi chính xác. Hệ thống một trục tăng sản lượng lên 25–35% tại các địa điểm có vĩ độ cao; các bộ theo dõi hai trục ở khu vực vành đai nắng đạt mức tăng lên tới 45%. Các khu phức hợp sản xuất ô tô sử dụng các hệ thống này để phù hợp với sản xuất liên tục 24/7, giảm 18–22% chi phí phụ trội do nhu cầu đỉnh điểm.
Các hệ thống lắp đặt trên mặt đất cần từ 5 đến 7 mẫu Anh mỗi MW nhưng hỗ trợ mở rộng theo từng giai đoạn—điều quan trọng đối với các hoạt động đang phát triển. Các nhà máy bán dẫn tại Texas triển khai các mảng mô-đun 10MW với hành lang bảo trì rộng 20 feet, giảm chi phí quản lý thực vật xuống 60%. Các mảng pin cố định hướng về phía nam ở miền Trung Tây duy trì khả năng tiếp cận 85% trong thời gian tuyết rơi nhờ độ cao 6 feet.
Hiệu suất đỉnh điểm phụ thuộc vào việc tối đa hóa khả năng thu bức xạ. Việc lập bản đồ GIS và mô hình tính toán xác định khoảng cách và góc phương vị tối ưu, tránh bị che bóng từ các công trình lân cận. Tối ưu hóa bố trí tiên tiến có thể tăng sản lượng hàng năm thêm 15–30% so với thiết kế thông thường.
Các góc nghiêng phải phù hợp với vị trí mặt trời đặc thù theo vĩ độ. Các hệ thống cố định độ nghiêng ở vùng ôn đới thường sử dụng góc bằng vĩ độ địa điểm ±5°, trong khi các bộ theo dõi hai trục tự động duy trì góc tới lý tưởng, từ đó cải thiện sản lượng mùa đông và giảm thiểu hiện tượng cắt giảm vào mùa hè.
Các module lưỡng diện kết hợp với mái có độ phản xạ cao tạo ra hiệu ứng "khe hẻm ánh sáng", làm tăng sản lượng thêm 9–12% so với các hệ thống đơn diện. Chiến lược này đặc biệt hiệu quả trên các mái công nghiệp phẳng và có màu sáng.
Các hàng được bố trí cách nhau tối thiểu 3 foot để kỹ thuật viên có thể kiểm tra, làm sạch và sửa chữa tấm pin một cách an toàn. Việc tích hợp lối đi ngay từ thiết kế ban đầu—thay vì cải tạo sau—giúp giảm 40% thời gian ngừng hoạt động trong các biện pháp khắc phục sự cố và cải thiện hiệu quả vận hành dài hạn.