Thứ bảy, 02/07/2022 | 05:44 GMT+7

Trạm sạc điện đa năng sử dụng năng lượng mặt trời

19/04/2022

Viện Khoa học năng lượng (Viện Hàn lâm KH&CN Việt Nam) đã nghiên cứu thiết kế, lắp đặt, thử nghiệm thành công trạm sạc điện đa năng sử dụng năng lượng mặt trời.

Biến đổi khí hậu đang được xem là một trong những thách thức lớn đến sự tồn tại và phát triển của xã hội. Nguyên nhân dẫn tới biến đổi khí hậu đã được xác định là do sự gia tăng nhanh chóng của các khí nhà kính, trong đó khí CO2 được coi là khí gây ra biến đổi khí hậu nghiêm trọng nhất do được phát sinh từ hầu hết các hoạt động kinh tế, xã hội của con người. Để giảm lượng khí thải này, lựa chọn khả thi nhất hiện nay là sử dụng các nguồn năng lượng sạch như năng lượng mặt trời.
Giải pháp từ các nhà khoa học
Đóng góp nghiên cứu trong lĩnh vực này, TS. Vũ Minh Pháp và nhóm nghiên cứu Viện Khoa học năng lượng đã tiến hành đề tài: “Nghiên cứu thiết kế, lắp đặt, thử nghiệm trạm sạc điện đa năng sử dụng năng lượng mặt trời”. Mục tiêu của nghiên cứu là ứng dụng năng lượng mặt trời vào trạm sạc điện tại Việt Nam, trong đó nghiên cứu áp dụng công nghệ điều khiển lấy điểm công suất cực đại MPPT nhờ việc cải tiến thuật toán P&O bằng thuật toán điều khiển thông minh, đồng thời nghiên cứu ảnh hưởng trạm sạc điện mặt trời đến lưới điện phân phối trong điều kiện trạm sạc điện mặt trời có nối lưới tại Việt Nam.
Trạm sạc điện dùng điện mặt trời tại Viện Khoa học năng lượng.
Những năm gần đây tại các thành phố lớn của Việt Nam, sự gia tăng dân số và đô thị hóa nhanh chóng song song với sự bùng nổ của các phương tiện giao thông truyền thống và sự xuất hiện của các loại hình xe điện. Ngược lại với sự phát triển nhanh chóng của thị trường xe điện, cơ sở hạ tầng cho việc sạc điện vẫn còn rất hạn chế. Hiện nay, tại Hà Nội, đã có một số trạm sạc công cộng miễn phí cho xe hai bánh chạy bằng điện, tuy nhiên, số lượng các trạm này rất ít và chỉ hỗ trợ cho các khách hàng mua và sử dụng sản phẩm của hãng.
"Như vậy, đối với Việt Nam, việc nghiên cứu xây dựng trạm sạc điện sử dụng năng lượng mặt trời, đặc biệt là trạm sạc điện sử dụng năng lượng mặt trời có nối lưới tại các khu đô thị lớn là thực sự cấp thiết, có ý nghĩa cả về lý thuyết và thực tiễn. Kết quả nghiên cứu của đề tài sẽ góp phần tạo nền tảng cho sự phát triển của các phương tiện xe điện, đảm bảo an ninh năng lượng và hỗ trợ giảm phát thải khí nhà kính."TS. Vũ Minh Pháp bày tỏ.
Thực hiện đề tài, nhóm nghiên đã tiến hành thử nghiệm hoạt động của mô hình trạm sạc điện dùng điện mặt trời lắp đặt tại Viện Khoa học năng lượng để xác định phụ tải xe điện có thể sạc điện trực tiếp tại hệ thống pin mặt trời (PV) vào ban ngày hoặc từ lưới điện địa phương vào ban đêm và khi thời tiết không thuận lợi. Việc thử nghiệm mô hình đã đánh giá được hiệu quả các vấn đề về công nghệ như sau: Mô hình trạm sạc xe điện (EV) chạy bằng điện mặt trời nối lưới bao gồm các thành phần chính là hệ thống pin mặt trời (PV), bộ chuyển đổi điện hai chiều DC-AC và AC-DC (Inverter hỗn hợp), lưới điện, ắc quy dự phòng đã được đấu nối thành công và vận hành ổn định; Điện mặt trời có thể cung cấp cho phụ tải xe điện và lưới điện; Điện mặt trời và điện lưới có thể nạp điện cho hệ thống ắc quy.
Hệ thống thiết bị thực nghiệm mạch điều khiển bám điểm công suất cực đại pin mặt trời dùng phương pháp mạng nơron.
Mô hình trạm sạc điện dùng điện mặt trời lắp đặt tại Viện Khoa học năng lượng đã được lắp đặt, vận hành thành công. Việc thử nghiệm đã đánh giá mô hình đáp ứng được các vấn đề về công nghệ. Phụ tải 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 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.
Mặt khác, việc sử dụng hệ thống PV với công suất càng lớn trong các trạm sạc xe điện sẽ góp phần giảm tỷ lệ sử dụng điện lưới và lượng CO2 phát sinh trong quá trình sử dụng. Đóng góp mới của đề tài là thiết kế công nghệ điều khiển lấy điểm công suất cực đại nhờ việc cải tiến thuật toán P&O bằng thuật toán trí tuệ nhân tạo ANN, nghiên cứu ảnh hưởng trạm sạc điện mặt trời đến lưới điện phân phối, đánh giá hiệu quả trạm sạc điện mặt trời trong điều kiện thời tiết Việt Nam.
Tiềm năng ứng dụng lớn
TS. Vũ Minh Pháp cho biết, trạm sạc điện thử nghiệm có công suất 3KW, có thể đáp ứng việc sạc cùng lúc của 2-3 xe máy hoặc xe đạp điện, thời gian sạc có thể từ 4-8h tùy vào loại ắc quy của xe. Thời gian sạc xe ô tô điện chia theo kiểu sạc chậm hay sạc nhanh. Đối với công nghệ sạc chậm, thời gian sạc là khoảng 8 – 12 tiếng cho một lần sạc đầy. Còn sạc nhanh mất khoảng 20 - 30 phút. “Việc lắp các tấm pin mặt trời, hệ thống tích trữ phụ thuộc vào địa điểm lắp, diện tích lắp, nhu cầu tích trữ và khả năng kinh tế của nhà đầu tư” – TS. Vũ Minh Pháp chia sẻ.
Nói về khả năng ứng dụng rộng rãi trong thực tế, TS. Vũ Minh Pháp tin rằng, sản phẩm sẽ có tiềm năng to lớn và hoàn toàn khả thi về mặt công nghệ để nhân rộng ra nhiều trạm. Tuy nhiên, nhóm nghiên cứu cần có sự hỗ trợ của nhà đầu tư để tính toán các phương án khả thi về mặt tài chính. Bên cạnh đó, nhóm nghiên cứu cũng đang trong quá trình chờ Cục Sở hữu trí tuệ xét duyệt để thực hiện bảo hộ cho công nghệ điều khiển phương pháp MPPT sử dụng mạng nơ ron ANN trước khi thương mại hóa.
“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 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... Do vậy, 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” – TS. Vũ Minh Pháp bày tỏ.
Kết quả của nhóm nghiên cứu là tiền đề phát triển các hệ thống trạm sạc điện sử dụng năng lượng mặt trời nhằm cung cấp điện chất lượng cao. Việc nghiên cứu thử nghiệm thành công trạm sạc điện và khả năng mở rộng phạm vi sử dụng trạm sạc điện ở mọi khu vực trong đô thị một cách linh hoạt, góp phần đẩy mạnh hiệu quả hoạt động xe điện tại Việt Nam.
 Mai Anh

Depp3