CÁC KIẾN THỨC CƠ BẢN VỀ ĐẤU DÂY CÁC TẤM PIN NĂNG LƯỢNG MẶT

CÁC KIẾN THỨC CƠ BẢN VỀ ĐẤU DÂY CÁC TẤM NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI (PV PANELS).
Đấu dây tấm năng lượng mặt trời và các kết nối các tấm với nhau là một kiến thức cơ sở đối với một người lắp đặt hệ thống. Bạn cần phải hiểu
các cấu hình đấu nối khác nhau sẽ ảnh hưởng đến điện áp, dòng điện và công suất của một dàn các tấm năng lượng mặt trời như thế nào. Đồng
thời nó quyết định việc lựa chọn inverter phù hợp và đảm bảo hệ thống sẽ vận hành một cách hiệu quả.
Nếu điện áp của dàn pv vượt quá giá trị định mức của inverter, sản lượng sẽ bị inverter giới hạn theo đầu ra của inverter (và phụ thuộc vào mức
độ, thời gian sử dụng của inverter có thể bị suy giảm). Nếu điện áp dàn pv quá thấp so với inverter đã chọn, hệ thống cũng sẽ vận hành kém do
inverter sẽ không vận hành đến khi nó đạt đến điện áp khởi động. Vấn đề này cũng xảy ra trong trường hợp bạn không tính toán được việc đổ
bóng sẽ ảnh hưởng đến điện áp hệ thống trong ngày như thế nào.
Các thuật ngữ chuyên ngành chính cần hiểu
Nhằm nắm bắt được các quy luật khi đấu nối các tấm năng lượng mặt trời, chúng ta cần hiểu một số thuật ngữ chuyên ngành chính – điện áp,
dòng điện, và công suất – và chúng liên quan đến nhau như thế nào.
Để hiểu những khái niệm này, hãy tưởng tượng điện năng như nước trong bình. Mực nước cao tương ứng với điện áp cao – có khả năng cao xảy
ra một hiện tượng nào đó (dòng điện hoặc dòng nước chảy), như dưới đây.

Điện áp là gì?
Điện áp, ký hiệu V và đơn vị là Vôn, là sự chênh lệch về điện thế giữa hai cực trong một mạch điện. Là điều kiện để dòng điện có thể di chuyển
trong mạch. Hiệu điện thế có thể đại diện cho nguồn năng lượng (lực điện), hoặc sự mất đi, sử dụng, hoặc năng lượng lưu trữ (giảm thế).
Trong một dàn các tấm năng lượng mặt trời (dàn solar), điện áp bị ảnh hưởng bởi một số yếu tố. Đầu tiên kể đến đó là lượng ánh sáng mặt trời
chiếu đến (bức xạ) dàn. Bức xạ càng lớn trên các tấm panel, điện áp sẽ càng lớn.
Nhiệt độ cũng ảnh hưởng đến điện áp. Khi nhiệt độ tăng, nó làm giảm lượng năng lượng mà một tấm năng lượng mặt trời tạo ra. Trong một ngày
nắng ấm, điện áp của một dàn solar có thể lên mức cao hơn rất nhiều só với thông thường, trong khi trong một ngày nắng oi bức, điện áp có thể
giảm kha khá.
Dòng điện là gì?
Dòng điện (ký hiệu “I”) được xác định là dòng chuyển dịch có hướng của các hạt mang điện. Như trên ví dụ bình nước, dòng nước chảy qua ống
khỏi bình tương ứng với dòng điện trong một mạch điện. Dòng điện có đơn vị đo là amps (A).
Công suất là gì?
Công suất (P) bằng giá trị tức thời của điện áp nhân với dòng điện (P = V.I) và có đơn vị là W. Trong các hệ thống điện năng lượng mặt trời,
nhiệm vụ quan trọng của inverter – ngoài việc biến đổi công suất DC từ dàn solar thành công suất AC để sử dụng và truyền tải – đó là tối ưu
công suất đầu ra từ dàn solar bằng cách thay đổi dòng điện và điện áp.
Để hiểu một cách chi tiết về mặt kỹ thuật việc tương tác giữa công suất, điện áp và dòng điện trong hệ thống điện năng lượng mặt trời, tham khảo
bài viết Theo dõi điểm công suất tối ưu (MPPT) của chúng tôi tại đây. Trong đó, chúng tôi thảo luận các đường đặc tính dòng-áp (IV) (những
biểu đồ thể hiện giá trị dòng điện đầu ra panel biến thiên với điện áp đầu ra), và các đường đặc tính công suất- điện áp (thể hiện công suất đầu ra
tấm panel biến đổi so với điện áp đầu ra). Những đường đặc tính này tổng hợp các trường hợp mà ở đó công suất đầu ra được tối ưu.
Các khái niệm cơ bản về đấu nối tấm năng lượng mặt trời
Để lắp đặt một hệ thống điện năng lượng mặt trời hoạt động chính xác, bạn cần đấu nối các tấm panel với nhau để tạo lên một mạch điện, đồng
thời để inverter có thể biến đổi công suất DC thành AC để sử dụng hoặc truyền tải trên lưới. Trong ngành công nghiệp năng lượng mặt trời,
người ta thường gọi công đoạn này là “stringing – đi dây, đấu dây, đấu nối” và mỗi chuỗi các tấm panel được đấu nối với nhau thành một string –
chuỗi tổng hợp.

Trong bài này, chúng ta sẽ tập trung vào loại inverter tập trung – string inverter (loại còn lại gọi là microinverter – inverter phân tán). Mỗi
inverter tập trung có một dải điện áp hoạt động riêng.
Đấu nối nối tiếp và đấu nối song song
Có nhiều cách để đấu nối các tấm năng lượng mặt trời. Một trong những điểm cơ bản cần nắm được là khác biệt giữa đấu nối nối tiếp và đấu nối
song song. Những cấu hình này có những ảnh hưởng khác nhau đến dòng điện và điện áp hệ thống.

Đấu nối tiếp
Đấu nối chuỗi các tấm năng lượng mặt trời nối tiếp là kết nối mỗi tấm bên cạnh tấm kia theo một đường (như thể hiện trên hình).
Giống như đấu nối tiếp ắc quy, tấm năng lượng mặt trời có cực âm và cực dương. Khi đấu nối tiếp, dây cực dương của tấm này đấu nối với dây
cực âm của tấm tiếp theo.
Khi đấu nối tiếp các tấm panel, mỗi panel đóng góp vào điện áp tổng (V) của chuỗi nhưng dòng điện (I) trong chuỗi là như nhau.
Một nhược điểm khi đấu nối tiếp đó là một tấm panel bị phủ bóng có thể làm giảm dòng qua toàn bộ chuỗi. Do dòng điện duy trì một giá trị như
nhau trong toàn chuỗi, dòng điện chuỗi sẽ do tấm panel có dòng điện nhỏ nhất quyết định.
Đấu song song
Đấu nối các tấm năng lượng mặt trời song song (hình bên phải) phức tạp hơn một chút. Khi đấu nối song song, các cực dương của tất cả các tấm
panel trong chuỗi được đấu nối với một dây và tương tự là các cực âm.
Khi đấu song song, mỗi tấm panel thêm vào sẽ làm tăng dòng tổng của mạch, tuy nhiên, điện áp của mạch không đổi (bằng điện áp của mỗi
panel). Do đó, ưu điểm của việc đấu nối song song đó là nếu một panel bị phủ bóng nhiều, toàn bộ các panel còn lại vẫn vận hành bình thường và
dòng điện của toàn chuỗi không bị ảnh hưởng.
Thông tin hữu ích khi quyết định lựa chọn phương pháp đấu nối các tấm panel.
Một số thông số của inverter và các tấm năng lượng mặt trời cần chú ý trước khi xác định phương pháp đấu nối hệ thống dàn solar.
Về inverter
Bạn cần hiểu những thông số đặc tính sau của inverter trong datasheet của nhà sản xuất:
– Điện áp đầu vào DC lớn nhất ( V input, max ) – điện áp đầu vào lớn nhất inverter có thể nhận
– Điện áp khởi động ( V input, min ) – mức điện áp cần thiết để inverter bắt đầu hoạt động
– Dòng điện đầu vào lớn nhất
– Số bộ theo dõi điểm công suất tối ưu (MPPT)

Như đã chú ý ở trên, một chức năng của inverter là tối ưu hóa công suất đầu ra khi các điều kiện về môi trường thay đổi. Inverter thực hiện điều
này thông qua các bộ MPPT, các bộ này xác định dòng điện và điện áp mà ở đó công suất đạt giá trị lớn nhất. Tuy nhiên, với một MPPT, các
điều kiện hoạt động của panel phải tương đối ổn định hoặc hiệu suất sẽ giảm (ví dụ, sự khác biệt ở mức độ phủ bóng hoặc hướng của các tấm
panel). Tuy nhiên, nếu inverter có nhiều MPPT thì các chuỗi panel với điều kiện khác nhau có thể được kết nối với một MPPT độc lập.

Về tấm năng lượng mặt trời – solar panel
Bên cạnh thông tin về inverter, bạn cũng cần những thông số về panel:
.- Điện áp hở (V oc )
.- Dòng điện ngắn mạch (I sc )
Một điều quan trọng cần chú ý đó là những giá trị này dựa trên hoạt động của module trong điều kiện tiêu chuẩn STC. STC bao gồm bức xạ
1000W/ m2 và 25 độ C. Điều kiện trên thực tế có thể rất khác biệt.
Do đó dòng và áp thực tế của panel có thể thay đổi đáng kể so với các giá trị trong datasheet. Chúng ta cần điều chỉnh việc tính toán dựa trên
nhiệt độ lớn nhất và nhỏ nhất dự tính tại địa điểm lắp đặt để đảm bảo rằng các thông số của string phù hợp.
Những nguyên tắc cơ bản khi đấu nối các panel
1. Đảm bảo điện áp lớn nhất và nhỏ nhất nằm trong dải của inverter
Khi đấu nối dàn solar, một trong những chú ý cơ bản là đảm bảo rằng điện áp của các chuỗi kết nối với inverter không vượt quá điện áp đầu vào
lớn nhất của inverter hoặc dưới mức điện áp khởi động của inverter. Đồng thời cũng cần tránh vượt quá dòng điện lớn nhất của inverter.
Chúng ta cũng cần đảm bảo rằng điện áp lớn nhất là phù hợp với các tiêu chuẩn, yêu cầu kỹ thuật hiện hành. Lưới điện hạ áp tại Việt Nam có cấp
điện áp tới 1kV.
Chúng ta đã biết rằng điện áp chuỗi bằng tổng điện áp các panel khi đấu nối tiếp, tương tự là dòng điện khi đấu song song. Như thế, chúng ta có
thể giả định ban đầu điện áp thiết kế của hệ thống có nằm trong dải thông số của inverter hay không bằng cách nhân điện áp của panel với số
lượng panel kết nối trong chuỗi nối tiếp.
Ví dụ: Tính toán điện áp lớn nhất và nhỏ nhất dựa trên các giá trị điều kiện STC:

Giả sử: Chúng ta đang sử dụng các panel 300W với điện áp hở (Voc) là 40V. Inverter có điện áp lớn
nhất (Vmax) 600V và điện áp khởi động (Vstart) 150V.
Từ đây ta có thể tính toán gần đúng số lượng panel lớn nhất trong một chuỗi nối tiếp bằng cách chia
điện áp đầu vào lớn nhất của inverter cho Voc của panel:
600 V / 40 V = 15 panel cho một chuỗi
Tương tự, sử dụng điện áp khởi động để xác định số lượng panel tối thiểu cho một chuỗi.
150 V / 40 V = 3.75 panel → chọn 4 panel
Chúng ta cũng có thể giá thiết dòng điện của hệ thống bằng cách cộng dòng của mỗi chuỗi song song (sẽ bằng với dòng điện của các panel nhân
với số lượng panel trong một chuỗi song song).
Tuy nhiên, như đã thảo luận ở trên, do các giá trị STC phản ánh hoạt động của module dưới những điều kiện rất đặc trưng, điện áp thực tế của
panel trong những điều kiện tại hiện trường có thể khá khác biệt. Vì thế những tính toán đơn giản trên chỉ mang đến ước lượng tương đối ban
đầu; chúng ta phải cân nhắc đến việc điện áp của hệ thống sẽ thay đổi phụ thuộc vào nhiệt độ vận hành tại khu vực lắp đặt. Ở những mức nhiệt độ
thấp hơn, điện áp của hệ thống có thể lên cao hơn rất nhiều; ở các mức nhiệt độ cao hơn, điện áp có thể thấp hơn rất nhiều.
Để đảm bảo điện áp của chuỗi điều chỉnh theo nhiệt độ nằm trong dải điện áp đầu vào của inverter, chúng ta có thể sử dụng các công thức sau:

2. Đảm bảo các chuỗi có điều kiện vận hành tương đương – hoặc kết nối các chuỗi có điều kiện vận hành khác biệt với các cổng MPPT
độc lập
Một khi chúng ta đã xác định được các thông số của chuỗi phù hợp với các thông số của inverter, một chú ý khác cần đảm bảo đó là các chuỗi
phải có cùng điều kiện vận hành (ví dụ cùng hướng, cùng góc nghiêng, cùng lượng bức xạ) nếu chúng được kết nối cùng với một MPPT của
inverter.
Bởi vì nếu các chuỗi không đồng nhất kết nối với nhau sẽ giảm hiệu suất và công suất đầu ra của hệ thốn (để tìm hiểu sâu hơn tại sao sự khác biệt
về độ phủ bóng, hướng lắp đặt, hoặc góc nghiêng gây tổn thất công suất đầu ra, tham khảo chuỗi bài về tổn thất trong hệ thống điện năng lượng
mặt trời của chúng tôi tại đây.)
Nếu bạn đang thiết kế cho một khu vực mà ở đó cần lắp đặt các panel ở những mặt mái khác nhau, hoặc một số khu vực mà dàn solar có thể sẽ
hứng phủ bóng nhiều hơn khu vực khác, bận cần đảm bảo rằng các panel với các điều kiện vận hành khác nhau cần được tách riêng ra một chuỗi
độc lập, sau đó kết nối các chuỗi này tới các MPPT khác của inverter (tất nhiên inverter của bạn phải có nhiều hơn 1 MPPT). Điều này sẽ cho
phép inverter đảm bảo mỗi chuỗi hoạt động tại một điểm mà ở đó công suất là tối ưu.
3. Các vấn đề nâng cao hơn để tối ưu hóa thiết kế hệ thống
Các nguyên tắc trên sẽ đảm bảo cấu hình đấu nối của bạn phù hợp với các đặc tính của inverter và sản lượng điện năng của hệ thống sẽ không bị
ảnh hưởng tiêu cực bởi đấu nối các panel có điều kiện vận hành không đồng nhất với nhau.
Tuy nhiên, có một số yếu tố bổ sung có thể xem xét để thiết kế một hệ thống tối ưu (đó là, thiết kế tối ưu sản lượng điện năng trong khi tối thiểu
chi phí). Những yếu tố đó bao gồm lắp đặt dư công suất dàn solar (inverter clipping), sử dụng các thiết bị điện tử mức phân tán bao gồm inverter
phân tán (microinverter) và các bộ tối ưu hóa DC (optimizers) và sử dụng các công cụ phần mềm hỗ trợ thiết kế hiệu quả.
Inverter Clipping – lắp đặt dư công suất dàn solar
Đôi khi việc lắp đặt dư công suất dàn các tấm năng lượng mặt trời đang kết nối với inverter có thể mang lại hiệu quả mặc dù theo lý thuyết điện
áp lớn nhất có thể cao hơn một chút so với thông số của inverter. Cách này cho phép hệ thống tạo ra nhiều sản lượng hơn (do có nhiều panel) khi
hệ thống có điện áp dưới giá trị lớn nhất, đổi lại phần sản lượng bị cắt giảm trong các khoảng thời gian khi điện áp DC của dàn solar vượt quá giá
trị lớn nhất cho phép của inverter. Nếu sản lượng thu được lớn hơn tổn thất do inverter giới hạn, thì lúc này hệ thống tạo ra nhiều sản lượng hơn
mà không tốn chi phí lắp đặt thêm một inverter hoặc thay thế inverter công suất cao hơn.

Tất nhiên, để thực hiện phương pháp này, chúng ta cần hiểu và tính toán kỹ lưỡng lượng sản lượng sẽ bị lãng phí so sánh với lượng sản lượng thu
thập thêm. Để tìm hiểu chi tiết tham khảo thêm tại đây.
Thiết bị điện tử phân tán mức độ module (MLPE)
Các inverter tập trung không phải là lựa chọn inverter duy nhất. Các inverter phân tán lắp đặt gắn liền với mỗi panel độc lập (hoặc hai), cho phép
mỗi panel hoạt động ở điểm công suất tối ưu mà không quan tâm đến các panel còn lại. Trong cấu hình này, không cần lo lắng việc phải đảm bảo
các panel trong cùng một chuỗi có điều kiện hoạt động như nhau. Sử dụng các inverter phân tán cũng cho phép ghép nối thêm panel dễ dàng hơn
trong tương lai. 

LIÊN HỆ CÔNG TY CỔ PHẦN CÔNG NGHỆ TIS

Địa chỉ: Số 296/2/117 Lương Định Của, Vĩnh Ngọc, Nha Trang

Điện thoại: 0258 655 1191                         Hotline: 0886 81 19 19

Website: www.tis.com.vn /   Email: tis@tis.com.vn

Facebook: https://www.facebook.com/tis.com.vn