Trong hệ thống điện truyền thống, dòng điện xoay chiều (AC) được tạo ra từ các máy phát đồng bộ nối với trục tua-bin tại nhà máy nhiệt điện, thủy điện hay điện gió. Hiện tượng cảm ứng điện từ trong máy phát tạo ra điện áp hình sin, có tần số được duy trì ổn định nhờ mô-men quán tính cơ học của rotor.
Nhờ đó, dòng điện phát ra từ lưới có biên độ lớn, khả năng duy trì tần số mạnh và đặc biệt có thể cấp dòng ngắn mạch rất cao khi xảy ra sự cố. Ý nghĩa quan trọng ở đây là lưới điện đồng bộ luôn có khả năng tự điều chỉnh, nhờ quán tính của hệ thống mà điện áp và tần số ít dao động ngay cả khi phụ tải thay đổi đột ngột.
Ngược lại, điện mặt trời không trực tiếp tạo ra AC. Tấm quang điện (PV) chỉ phát dòng điện một chiều (DC), sau đó inverter mới biến đổi thành AC để hòa lưới. Dòng điện này có cùng tần số với lưới nhờ chức năng đồng bộ pha (phase-locked loop) của inverter.
Tuy nhiên, bản chất của nó khác biệt: biên độ dòng bị giới hạn bởi khả năng phát của tấm PV và bộ inverter. Khi bức xạ thay đổi, biên độ dòng dao động nhanh, và inverter không thể phát quá dòng lớn như máy phát đồng bộ. Điều này khiến điện mặt trời khó tham gia vào việc cung cấp công suất ngắn mạch hay hỗ trợ quán tính hệ thống.
Xem thêm:
Vì sao đấu nối nguồn điện phân tán có thể làm thay đổi hoàn toàn cách vận hành lưới điện?
Ba nguồn chỉ số bức xạ mặt trời quan trọng cần phải biết
Năm khí tượng điển hình là gì tầm quan trọng của nó
Hiện tượng khác biệt trong dòng điện xoay chiều
Nếu quan sát trên dao động ký, ta thấy cả dòng điện từ lưới và từ PV đều có dạng hình sin. Nhưng sự giống nhau này chỉ là bề ngoài. Với lưới điện đồng bộ, hình sin được duy trì bởi cơ chế điện cơ tự nhiên. Với điện mặt trời, sóng sin chỉ là sản phẩm điều chế của inverter, được tạo ra nhờ kỹ thuật PWM và lọc sóng.
Khi xảy ra sự cố ngắn mạch, máy phát đồng bộ có thể cấp dòng lên đến 5–10 lần dòng định mức trong thời gian ngắn. Trong khi đó, inverter PV bị giới hạn bởi thiết kế, thường chỉ phát được 1,1–1,2 p.u dòng định mức, và trong khoảng thời gian rất ngắn. Sự khác biệt này có ý nghĩa quyết định đối với việc thiết kế bảo vệ.
Trong lưới điện truyền thống, rơle bảo vệ dựa vào dòng sự cố lớn để phát hiện và cắt nhanh. Nhưng với dòng từ điện mặt trời, biên độ sự cố thấp khiến nhiều phương pháp bảo vệ cổ điển khó áp dụng.
Đây là lý do các tiêu chuẩn như IEEE 1547 yêu cầu inverter phải có chức năng chống đảo lưới (anti-islanding) và chịu đựng dao động tần số, điện áp (ride-through). Điều này cho thấy bản chất dòng điện PV khác biệt không chỉ về vật lý, mà còn về yêu cầu pháp lý và kỹ thuật.
Trong thực tế vận hành, khi phụ tải tăng đột ngột, máy phát đồng bộ phản ứng chậm nhờ quán tính cơ học, giúp lưới ít dao động. Nhưng với điện mặt trời, sự biến thiên bức xạ có thể khiến công suất sụt giảm ngay trong vài mili-giây, tạo ra dao động điện áp cục bộ.
Các nghiên cứu của IEEE cho thấy khi tỷ lệ DER vượt quá 30% công suất lưới, hiện tượng dao động và thiếu dòng ngắn mạch trở thành thách thức lớn cho bảo vệ truyền thống. Đây là lý do xuất hiện các nghiên cứu mới về phát hiện sự cố dây đứt hoặc hồ quang khi có nhiều nguồn inverter.
Sự khác biệt này dẫn đến nhu cầu tái thiết kế toàn bộ hệ thống bảo vệ và điều độ. Các công nghệ như grid-forming inverter, microgrid và hệ thống lưu trữ năng lượng (BESS) ra đời nhằm bổ sung những điểm yếu của dòng điện PV. Đồng thời, các tiêu chuẩn như IEEE 2030 đưa ra hướng dẫn về khả năng tương tác, đảm bảo dòng điện từ PV không gây mất ổn định lưới mà còn góp phần vận hành thông minh.
Hiểu rõ sự khác biệt này giúp kỹ sư điện đưa ra giải pháp bảo vệ, điều khiển và thiết kế hệ thống phù hợp. Trong thực tiễn, khi tỷ lệ năng lượng tái tạo ngày càng tăng, việc nắm chắc bản chất dòng điện sẽ là chìa khóa để vận hành lưới điện an toàn, ổn định và bền vững.