Canada nghiên cứu tàu điện mặt trời 10,56 kW kết hợp ắc quy 19,68 kWh

Một nhóm nghiên cứu tại Canada vừa công bố thiết kế hệ thống truyền động điện mặt trời dành cho tàu du lịch cỡ nhỏ. Theo PV Magazine ngày 07/11/2026, mô hình sử dụng 32 tấm pin mặt trời với tổng công suất 10,56 kW, kết hợp bộ ắc quy 48 V/410 Ah có dung lượng danh định 19,68 kWh. Kết quả mô phỏng tại điều kiện bức xạ ở Cyprus cho thấy hệ thống có thể đáp ứng nhu cầu truyền động cơ sở và tạo ra mức dư năng lượng 39,8%.

Nhóm nghiên cứu Canada phát triển mô hình tàu điện mặt trời

Các nhà khoa học thuộc Memorial University of Newfoundland đã thiết kế một hệ thống truyền động điện sử dụng năng lượng mặt trời.

Mục tiêu là đánh giá khả năng sử dụng điện mặt trời để vận hành tàu du lịch cỡ nhỏ mà không cần động cơ đốt trong trên phương tiện.

Nghiên cứu kết hợp hai công cụ mô phỏng là HOMER Pro và MATLAB/Simulink.

Thông số phương tiện

Các thông số thuộc thiết kế nghiên cứu, chưa phải thông số được xác nhận qua thử nghiệm tàu hoàn chỉnh trên biển.

Hệ thống điện mặt trời công suất 10,56 kW

Hệ thống sử dụng 32 module quang điện.

Mỗi module có công suất danh định 330 W.

Tổng công suất lắp đặt được tính như sau:

32 × 330 W = 10.560 W = 10,56 kW.

Các module được bố trí trên diện tích khoảng 62,4 m².

Chia thành bốn nhóm điều khiển độc lập

Nhóm nghiên cứu chia hệ thống thành bốn mảng pin mặt trời có khả năng điều khiển độc lập.

Cách bố trí này cho phép hệ thống quản lý công suất của từng nhóm.

Điện năng từ các mảng được đưa về thanh cái một chiều 48 V thông qua bộ chuyển đổi DC-DC.

Bộ ắc quy 48 V/410 Ah có dung lượng 19,68 kWh

Hệ thống lưu trữ được thiết kế với tám bình ắc quy chì-axit.

Điện áp danh định của bộ lưu trữ là 48 V.

Dung lượng được công bố là 410 Ah.

Quy đổi từ Ah sang kWh

Năng lượng danh định được tính bằng công thức:

E = U × Ah.

Trong đó:

E là năng lượng tính bằng Wh.

U là điện áp danh định tính bằng V.

Ah là dung lượng điện tích của bộ ắc quy.

Áp dụng cho hệ thống:

48 V × 410 Ah = 19.680 Wh.

Tương đương:

19.680 Wh = 19,68 kWh.

Đây là dung lượng năng lượng danh định.

Dung lượng sử dụng thực tế phụ thuộc độ sâu xả, hiệu suất và giới hạn vận hành.

Vì sao nghiên cứu sử dụng ắc quy chì-axit?

Một điểm đáng chú ý là mô hình không sử dụng pin lithium.

Nhóm nghiên cứu lựa chọn hệ thống ắc quy chì-axit để đánh giá cấu hình truyền động.

Ắc quy chì-axit là công nghệ lưu trữ điện hóa đã được sử dụng lâu năm trong nhiều ứng dụng.

Tuy nhiên, khi so sánh với pin lithium LFP, cần xem xét các yếu tố như khối lượng, dung lượng khả dụng và tuổi thọ chu kỳ.

Có thể thay bằng pin lithium LFP không?

Về nguyên lý, pin LFP có thể được nghiên cứu cho những hệ thống lưu trữ điện trên phương tiện thủy.

Tuy nhiên, không thể thay trực tiếp bộ ắc quy chì-axit bằng pin LFP mà không đánh giá lại hệ thống.

Các yếu tố cần kiểm tra gồm điện áp làm việc, giới hạn dòng điện, bộ sạc, BMS và yêu cầu an toàn.

Hệ thống MPPT tối ưu khai thác năng lượng mặt trời

Mỗi nhóm module được kết nối với bộ chuyển đổi DC-DC có chức năng MPPT.

MPPT là viết tắt của Maximum Power Point Tracking, tức điều khiển bám điểm công suất cực đại.

Trong quá trình vận hành, điện áp và dòng điện của module thay đổi theo bức xạ và nhiệt độ.

Bộ điều khiển MPPT giúp hệ thống khai thác công suất phù hợp từ các tấm pin.

Phương pháp điều khiển được sử dụng

Nhóm nghiên cứu áp dụng phương pháp incremental conductance.

Đây là một thuật toán MPPT dựa trên sự thay đổi của điện áp và dòng điện để xác định vùng hoạt động gần điểm công suất cực đại.

Trong mô hình, hệ thống còn sử dụng bộ điều khiển PID để quản lý tốc độ động cơ.

Kết quả mô phỏng tại Cyprus

Nhóm nghiên cứu sử dụng dữ liệu bức xạ mặt trời tại Larnaca, Cyprus.

Mức bức xạ trung bình ngày được đưa vào mô hình là 5,43 kWh/m².

Theo PV Magazine, kết quả mô phỏng cho thấy hệ thống đáp ứng nhu cầu truyền động cơ sở và đạt mức dư năng lượng 39,8% trong điều kiện đánh giá.

Mức dư năng lượng 39,8% có ý nghĩa gì?

Chỉ số này phản ánh phần năng lượng vượt nhu cầu cơ sở trong mô hình mô phỏng.

Không nên hiểu đây là hiệu suất chuyển đổi quang điện của module.

Đây cũng không phải tỷ lệ năng lượng dư được bảo đảm trong mọi chuyến đi thực tế.

Kết quả phụ thuộc điều kiện bức xạ, tốc độ tàu và giả định của mô hình.

Hệ thống quản lý năng lượng giữ vai trò quan trọng

Bên cạnh module PV và ắc quy, hệ thống cần điều khiển dòng điện sạc và công suất động cơ.

Theo nghiên cứu, dòng sạc ắc quy được giới hạn ở mức khoảng 50 A.

Hệ thống quản lý năng lượng có chức năng điều phối nguồn điện mặt trời, bộ lưu trữ và tải truyền động.

Kiểm soát điện áp DC

Trong mô phỏng, điện áp thanh cái DC được duy trì với mức dao động trong khoảng ±3% quanh giá trị danh định 48 V.

Đây là kết quả của mô hình điều khiển, chưa phải thông số được xác nhận qua thử nghiệm thực địa.

Khả năng ứng dụng tại Việt Nam

Việt Nam có nhiều khu vực sông, hồ và vùng ven biển có hoạt động du lịch bằng phương tiện thủy.

Điện mặt trời kết hợp hệ thống lưu trữ có thể là một hướng nghiên cứu cho các phương tiện hoạt động ở tốc độ thấp.

Tuy nhiên, thiết kế thực tế phải đánh giá tải trọng, điều kiện thời tiết, khả năng chống nước và tiêu chuẩn an toàn hàng hải.

Ngoài ra, cần xác định đầy đủ hiệu quả kinh tế so với các phương án truyền động hiện có.

Những giới hạn của nghiên cứu

Nghiên cứu hiện tập trung vào mô hình tính toán và mô phỏng.

Nhóm tác giả đề xuất cần tiếp tục thử nghiệm trên phương tiện thực tế để đánh giá lực cản thủy động học và hiệu quả vận hành.

Vì vậy, chưa thể kết luận thiết kế đã đạt được phạm vi di chuyển hoặc hiệu suất tương tự trong điều kiện khai thác thương mại.

Kết luận

Thiết kế tàu điện mặt trời của nhóm nghiên cứu Canada cho thấy tiềm năng kết hợp hệ thống PV 10,56 kW với bộ ắc quy 48 V/410 Ah trong ứng dụng hàng hải cỡ nhỏ.

Kết quả mô phỏng với mức dư năng lượng 39,8% là tín hiệu tích cực, nhưng vẫn cần thử nghiệm thực tế.

Đây là một ví dụ đáng quan tâm về khả năng ứng dụng điện mặt trời và công nghệ lưu trữ trong lĩnh vực giao thông đường thủy.