Trạm sạc xe điện đa năng là kết quả nghiên cứu của TS Vũ Minh Pháp và cộng sự tại Viện Khoa học Năng lượng, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam, vừa được hội đồng khoa học nghiệm thu xuất sắc.
TS Pháp cho biết, ba năm trước, việc ứng dụng trạm sạc điện kết hợp năng lượng tái tạo được triển khai ở nhiều nước nhưng Việt Nam chưa có nghiên cứu chuyên sâu. Từ năm 2020 nhóm tác giả thực hiện nghiên cứu.
Thông thường, một trạm sạc xe điện (EV) chạy bằng điện mặt trời nối lưới 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 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. Ắc-quy dự trữ trong trạm sạc điện PV được thiết kế để lưu trữ năng lượng tối thiểu và dự phòng trường hợp không có điện mặt trời, điện lưới.
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 sạc độc lập, khi đó nguồn điện sẽ được lấy từ 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 cần sạc hoặc nguồn điện cần sạc nhỏ hơn công suất của EV, tất cả năng lượng sẽ được đưa lên lưới điện.
Theo nhóm nghiên cứu, với thiết kế này, 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.
Theo TS Pháp, trạm sạc có thể sử dụng cho ôtô, xe máy, xe đạp điện. Tùy theo nhu cầu 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.
Trong cấu trúc trạm sạc điện mặt trời nói chung, bộ phận điều khiển tìm điểm công suất cực đại MPPT có vai trò quyết định để toàn hệ thống có thể đạt được hiệu suất khai thác năng lượng mặt trời cao nhất. Để làm được điều đó, nhóm 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. Hệ thống tối ưu này giúp khai thác được tối đa năng lượng từ tấm pin mặt trời.
TS Vũ Minh Pháp cho biết, trong khuôn khổ đề tài, trạm sạc công suất 3kWh đã được hoàn thiện và đặt tại Viện Khoa học Năng lượng. Tấm pin năng lượng mặt trời được đặt ở tầng thượng của tòa nhà. Hệ thống điều khiển công suất sạc nối lưới (chuyển đổi điện hai chiều) và các bộ phận khác được đặt ở phòng riêng. Hệ thống điện này được dẫn ra các ổ điện trong một tầng của tòa nhà dùng để sạc xe đạp, xe máy điện và cho cả điện sinh hoạt.
PGS.TS Bùi Thế Dũng, Viện Vật lý, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam cho biết, 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 đã được thử nghiệm cho hiệu suất sử dụng năng lượng cao nhất. "Sản phẩm có tính khả thi cao. Điểm trở ngại là yêu cầu lắp đặt phải có diện tích lớn cho các tấm pin mặt trời, trong khi ở các thành phố, quỹ đất rất hạn hẹp", ông Dũng nói.
Theo ông Dũng, đề tài được nghiệm thu loại xuất sắc là "rất hiếm" và đã công bố quốc tế. Đây là điều rất khó đối với các nghiên cứu về kỹ thuật ở Việt Nam. Lý do là công nghệ trong nước thường lạc hậu hơn so với thế giới, điều kiện nghiên cứu, phòng thí nghiệm... không tiên tiến nên khó có những công bố khoa học. "Các nhà khoa học trẻ đã làm được điều này nên được đánh giá rất cao", TS Dũng nói.
