Hệ thống điện mặt trời hoà lưới còn có các tên gọi khác như :

• Điện mặt trời nối lưới
• Điện mặt trời on grid

Hiện tại đây là dạng hệ thống phổ biến nhất tại Việt Nam. Hệ thống hoà lưới cần có điện lưới để hoạt động và không sử dụng accquy.

Các tấm pin sẽ tạo ra điện DC khi có ánh sáng chiếu vào bề mặt tấm pin. Anh em lưu ý là ánh sáng tạo ra năng lượng điện cho tấm pin, không phải nhiệt độ. Nhiệt độ là một trong những yếu tố ảnh hưởng rất lớn đến hiệu suất của hệ thống điện mặt trời.

Vây làm sao các tấm pin tạo ra điện từ ánh sáng. Khi ánh sáng mặt trời đập vào bề mặt các tế bào silicon của tấm pin chúng sẽ tạo ra các electron. Electron sẽ được các busbar nằm trên bề mặt tấm pin tập trung lại. Đây được gọi là hiệu ứng quang điện.

Điện DC ( Direct Current ) trên giàn pin là năng lượng điện 1 chiều. Thường có điện áp lên đến 600 với các dự án dành cho hộ gia đình.

Tuy nhiên các thiết bị trong nhà bạn lại không sử dụng điện DC. Chúng sử dụng điện xoay chiều AC ( Alternating Current ). Nguyên nhân là do điện xoay chiều rất dễ tạo ra bằng các máy phát, tuy bin điện.

Bên cạnh đó điện xoay chiều giúp cho việc truyền tải điện dễ dàng hơn. Giúp giảm tổn hao trên đường dây truyền tải điện.

Do điện AC phổ biến cho mọi thiết bị. Chúng ta cần chuyển đổi điện DC của tấm pin sang điện AC. Tại Việt Nam điện lưới chúng ta đang là chuẩn 230V/50Hz. Inverter chính là thiết bị thực hiện quá trình chuyển đổi này.

Điện mặt trời hoà lưới có thể tóm gọn thành hai chế độ hoạt động như sau :

1. Điện mặt trời tạo ra nhiều hơn tải sử dụng

Nếu lượng công suất điện mặt trời tạo ra lớn hơn tải sử dụng. Lượng điện dư sẽ chạy ra lưới điện quốc gia.

Lượng điện năng trả ngược ra lưới sẽ đi qua đồng hồ đo đếm. Đồng hồ đo đếm sẽ lưu lại con số này vào bộ nhớ của đồng hồ. Khi có hợp đồng mua bán điện các bạn sẽ được trả tiền trên con số này.

Lưu ý: Đồng hồ lưu lại giá trị này gọi là đồng hồ hai chiều.

2. Điện mặt trời tạo ra không đủ cho tải sử dụng

Lúc này tải lấy điện năng từ lưới vào để hoạt động.

Chúng ta sẽ cần lắp đặt hệ thống giám sát để có thể theo dõi lượng điện hệ thống phát ra. Lưu ý rằng đồng hồ không thể đo đạc lượng điện năng thực tế mà nhà bạn đã tiêu thụ. Nguyên nhân là một phần năng lượng này đã được cấp bởi hệ thống điện mặt trời. Đồng hồ chỉ ghi lại giá trị điện năng cấp vào và lượng điện mặt trời trả ngược ra lưới.

Nếu bạn muốn bảo vệ hệ thống năng lượng mặt trời của mình (tấm pin mặt trời và inverter) khỏi sét đánh – điều đó là có thể. Tuy vậy bạn cũng sẽ cần bỏ ra một số tiền đầu tư thiết bị và phụ kiện.

Hệ thống năng lượng mặt trời sẽ dễ bị hư hỏng do sét đánh trực tiếp hoặc điện áp xung gây ra bởi các tia sét đánh gần đó ( chiếm đa số ).

Điều đầu tiên cần xem xét là khả năng xảy ra dông sét. Bản đồ này được cung cấp từ VIỆN VẬT LÝ ĐỊA CẦU cho thấy khả năng sét đánh tại các khu vực ở Việt Nam.

Hệ thống điện mặt trời của bạn có thể được bảo vệ bằng cách trang bị:

• Thiết bị cắt lọc sét (SPD – Surge Protection Devices)
• Kim thu sét

Thiết bị cắt lọc sét

Các thiết bị này hoạt động để bảo vệ bạn khỏi cả các tia sét trực tiếp và điện áp xung cảm ứng gây ra bởi các tia sét gần đó. Chúng được lắp đặt ở cả hai phía của nguồn DC/AC inverter và trên cáp truyền thông của inverter. Chúng sẽ dẫn sét xuống đất hoặc ngăn không cho điện áp vượt quá ngưỡng gây nguy hiểm cho inverter.

Kim thu sét

Kim thu sét bảo vệ bạn khỏi các tia sét đánh trực tiếp. Các tia sét sẽ theo kim thu sét đi xuống đất thông qua hệ thống dây dẫn và cọc tiếp địa có điện trở thấp. Điều này giúp bảo vệ hệ thống điện mặt trời.

Nếu lắp đặt kim thu sét trên mái nhà. Chúng ta sẽ cần chú ý tránh để kim thu sét gây che bóng lên giàn pin.

Hệ thống chống sét cho hệ thống điện mặt trời sử dụng kim thu sét. Nguồn: Erico

[Điện mặt trời tiêu chuẩn IEC ]

Lắp đặt hệ thống điện mặt trời đòi hỏi các chủng loại cáp/ dây dẫn và đầu nối đặc biệt. Vì các tấm pin được lắp đặt ngoài trời. Bên cạnh việc được bảo vệ chống xâm nhập, thiết bị được sử dụng cũng phải có khả năng chống tia cực tím tia và ozon. Chúng cũng phải có độ kháng cơ học cao và chống lại sự thay đổi nhiệt độ khắc nghiệt.

Dây dẫn/ Cáp DC

Độ sụt áp trên đường dây giữa giàn pin và inverter cần phải được tính toán và không được vượt quá 3% đối với dòng điện định mức.Cáp DC được sử dụng phải là cáp đơn với cách điện kép. Chúng ta nên sử dụng cáp bởi nhà sản xuất dành riêng cho hệ thống điện mặt trời.

Cổng kết nối

Nhìn chung các tấm pin mặt trời sẽ có hai dây cáp được trang bị một đầu nối đực và một đầu nối cái. Chúng ta có thể kết nối các tấm pin được đặt cạnh nhau tạo thành một “string” một cách dễ dàng.

Đầu nối đực kết nối với đầu nối cái của tấm pin tiếp theo cho đến khi đạt được mức điện áp cần thiết. Các đầu nối được trang bị ngàm khóa và vỏ bảo vệ (ví dụ: đầu nối MC3 hoặc MC4) tránh gây nguy hiểm trong trường hợp chúng ta chạm tay vào. Nguyên nhân là do khi tấm pin sẽ xuất điện áp ở hai đầu cổng kết nối khi tấm pin tiếp xúc với ánh sáng

Ngoài ra chúng ta cũng có thể sử dụng các đầu nối khác nhau có sẵn trên thị trường. Tuy nhiên các bạn cần chú ý lựa chọn cẩn thận về chất lượng sản phẩm. Các cổng có lõi tiếp xúc kém có thể dẫn đến phát nhiệt và phá hủy cổng kết nối sau một thời gian ngắn sử dụng.

[Điện mặt trời tiêu chuẩn IEC ]

Tiêu chuẩn IEC60364-6 yêu cầu kiểm tra hệ thống khi mới lắp đặt và theo định kỳ. Đặc thù của hệ thống điện mặt trời ( lắp đặt ngoài trời, điện áp DC cao, khó giám sát thường xuyên ) làm cho việc kiểm tra định kỳ rất quan trọng. Chúng ta nên thường xuyên kiểm tra hiệu suất của hệ thống để đảm bảo lượng điện năng được chuyển hóa tối đa.

Nguồn ảnh : Westcoast Solar Energy

Điều kiện vận hành hệ thống điện mặt trời liên quan đến các yếu tố môi trường khác nhau: sự thay đổi nhiệt độ, độ ẩm và ứng suất điện. Để đảm bảo hiệu suất của thiết bị trong suốt vòng đời lắp đặt, cụ thể chúng ta cần chú ý những điều sau:

• Độ bền của tủ điện
• Điều kiện vận hành và độ bền của thiết bị đóng cắt

– Đánh giá khả năng bị quá nhiệt của thiết bị
– Kiểm tra các thiết bị đóng cắt khi bị bụi bẩn bám, độ ẩm tăng cao.

• Kiểm tra bằng mắt các vị trí kết nối dây và thiết bị
• Kiểm tra chức năng của thiết bị và các phụ kiện
• Kiểm tra thiết bị giám sát cách điện
• Kiểm tra điện trở cách điện

Lắp đặt inverter

Inverter nên tránh lắp đặt tại những vị trí bị nắng chiếu vào xuyên xuốt trong ngày

Không tốt ( Inverter đang lắp đặt tại vị trí trên tường ở ngoài căn nhà )

Khi lắp đặt ngoài trời, không nên đi đường ống điện vào tủ điện theo hướng từ trên xuống dưới ( dễ bị nước mưa xâm nhập vào tủ điện )

Không tốt ( ống điện đi vào các hộp điện ở phía trên )

Tốt ( không có đường ống điện đi vào hộp điện theo hướng từ trên xuống )

Dây điện kết nối vào inverter cần phải gọn gàng và được đặt trong ống điện hoặc máng điện. Tránh bị căng dây hoặc để dây quá dài.

Không tốt ( dây quá dài và không có ống hoặc máng cáp bảo vệ )

Tất cả dây dẫn tử máng cáp đi ra phải sử dụng ốc siết cáp bằng nhựa ( Cable Glance )

Không tốt ( sử dụng silicon để trám vị trí dây cáp đi ra khỏi ống điện )

Tốt ( sử dụng ốc siết cáp nhựa phù hợp với kích thước ống điện và dây cáp )

Lắp đặt tấm pin

Các tấm pin cần được lắp đặt thẳng hàng và trên cùng một mặt phẳng.

Chưa tốt ( góc các tấm pin chưa thẳng hàng với nhau )

Tốt ( các tấm pin lắp đặt thẳng hàng và cùng trên một mặt phẳng )

Các phần rail thừa nên được cắt bỏ

Chưa tốt ( người lắp đặt để pad giữ ra khỏi mép tấm pin, do đó không thể cắt hết được phần rail nhôm còn dư )

Tốt ( cắt chừa khoảng 20-30 mm tính từ mép của tấm pin )

Lý tưởng nhất mép các tấm pin không nên vượt quá mép mái tôn và cách mép mái ít nhất 200mm.

Chưa tốt ( mép tấm pin vượt quá mái của ngôi nhà )

Tốt ( có chừa khoảng các giữa mép mái tôn và mép tấm pin )

Tất cả dây dẫn và cáp liên kết giữa các giàn pin không nên đặt trong ống điện và để phơi nắng, tốt nhất chúng ta nên đi dây ở phía dưới mái.

Chưa tốt ( dây dẫn liên kết giữa các giàn pin đặt nằm trên mái nhà )

Tốt ( dây cáp liên kết giữa các giàn pin được ẩn đi )

Các thanh rail cần được bố trí cân xứng với tấm pin. bạn nên tham khảo thêm khuyến nghị của nhà sản xuất.

Tốt ( hai thanh rail cách mép tấm pin khoảng 300mm )

Chưa tốt ( Hai thanh rail bố trí không cân xứng với tấm pin, một thanh nằm ở cạnh và một thanh nằm ở giữa tấm pin, điều này sẽ dễ dẫn đến gãy tấm pin khi xảy ra mưa bão và gió lốc.)

Nếu trong thiết kế và báo giá hệ thống không đề cập đến đổ bóng, giàn pin của bạn không được có bóng đổ lên giàn pin.

Không tốt ( Hình ảnh được chụp vào giữa buổi trưa. Hệ thống bị thất thoát năng lượng quá lớn )

Dao cách ly của giàn pin đặt trên mái phải tránh để ngoài nắng.

Chưa tốt ( dao cách ly bị ánh nắng chiếu vào xuyên suốt trong ngày )

Tốt ( có mái che cho dao cách ly giàn pin )

Các giàn khung lắp đặt để tạo độ nghiêng cần thiết cho giàn pin cần đặt góc nghiêng tối ưu theo yêu cầu đề giúp chịu lực tốt nhất.

Tốt ( chân khung giàn gần như vuông góc với giàn pin )

Không tốt ( chân khung giàn đặt thẳng góc )

Nguồn ảnh : Crab Solar, Quality Solar, Finn’s collection

[Điện mặt trời tiêu chuẩn IEC ]

Có ba loại phương án lắp đặt hệ thống đó là tích hợp vào tòa nhà, tích hợp một phấn và lắp đặt trên nền đất :

Tích hợp vào trong toà nhà: sử dụng với hai mục đích giúp cung cấp điện mặt trời và sử dụng làm mái che.

Nguồn ảnh : Global Sustainable Energy Solutions

Tích hợp một phần : Đây là phương án triển khai lắp đặt đơn giản nhất, giàn pin không đóng vai trò làm mái che mưa nắng và chỉ được cố định chắc chắn trên mái của tòa nhà, công trình…

Nguồn ảnh : solarprofessional.com

Lắp đặt trên mái mặt đất : Loại phương án lắp đặt này thường sừ dụng cho các dự án solar farm.

Nguồn ảnh : Independent.ie

[Điện mặt trời tiêu chuẩn IEC ]

Với cách thức này, cấu hình hệ thống điện năng mặt trời có thể bao gồm :

• Một inverter, kết nối trực tiếp vào tủ đóng cắt hạ thế chính.
• Một nhóm các inverter. Ngõ ra của các inverter sẽ được đấu nối song song lại với nhau tại tủ điện đóng cắt của hệ thống điện mặt trời, sau đó kéo đường dây đi về và đấu nối tại tủ đóng cắt hạ thế chính. ( Ngoài tra còn một phương án đi từng đường dây riêng về tủ đóng cắt hạ thế cho mỗi inverter. Tuy nhiên đây là cách làm không được khuyến khích do tốn kém về mặt chi phí, phức tạp trong quá trình thi công và bảo trì hệ thống.)
• Dãy công suất inverter sử dụng phương án này thường nằm trong khoảng từ 20-60kW. Chúng ta cũng có thể cân nhắc chỉ sử dụng một inverter duy nhất cho các hệ thống có công suất tối đa là 30kW. Với hệ thống có công suất lớn hơn chúng ta sẽ sử dụng nhiều inverter để đạt được công suất yêu cầu.

Phương án hòa lưới hệ thống điện mặt trời vào tủ đóng cắt hạ thế chính.

Phương án đấu nối vào tủ đóng cắt hạ thế chính được sử dụng trong những trường hợp sau:

• Hệ thống điện mặt trời đặt gần tủ đóng cắt hạ thế chính.
• Điện năng do hệ thống điện mặt trời tạo ra sử dụng cho cả mục đích tự dùng và trả ngược ra lưới lượng điện năng còn dư.
• Hệ thống điện mặt trời kết hợp với các nguồn cấp khác như hệ thống lưu trữ. Việc cần thiết là kết nối tất cả các nguồn lại vị trí tủ đóng cắt hạ thế chính để thuận tiện cho quá trình bảo trì và vận hành hệ thống. Đây là phương án tối ưu khi chúng ta thi công một hệ thống điện mới hoặc khi tủ đóng cắt hạ thế chính nằm ở vị trí dễ dàng tiếp cận.
• Khi lượng điện năng tạo ra của hệ thống nằm trong khoảng từ 10 – 100 % nhu cầu điện của hệ thống điện hiện hữu. Đối với những dự án quy mô nhỏ, chúng ta có thể kết nối vào các tủ đóng cắt hạ thế cấp nhỏ hơn.

Đối với những dự án quy mô lớn, việc kết nối vào phía nguồn của tủ đóng cắt hạ thế chính sẽ dễ dàng hơn cho những khu vực đã hoàn thiện hệ thống điện.

[Điện mặt trời tiêu chuẩn IEC ] – Kết nối vào tủ phân phối

Hệ thống sẽ được kết nối hòa lưới vào tủ phân phối gần nhất

Cấu hình này thường sử dụng trong các trường hợp:

• Lượng điện năng sản xuất từ hệ thống điện mặt trời không vượt quá lượng điện năng tiêu thụ của tải thuộc tủ phân phối đó.
• Vị trí đặt inverter quá xa tủ đóng cắt hạ thế chính.

Cấu hình này thường được sử dụng cho những tòa nhà cao tầng với các đặc điểm như sau:

• Lượng điện năng tạo ra từ hệ thống đặt trên mái nhỏ hơn khá nhiều so với nhu cầu điện sử dụng của tòa nhà.
• Tủ đóng cắt hạ thế chính của toàn nhà thường đặt phía dưới tầng trệt ( cáp ngầm đi từ lưới điện vào tòa nhà )

Phương án kết nối hệ thống điện mặt trời vào tủ phân phối 

Việc kết nối vào tủ phân phối bao gồm những ưu điểm như sau:

• Độ dài dây dẫn giữa hệ thống điện mặt trời và điềm hòa lưới được rút gọn.
• Giúp cho quá trình thi công được tối ưu và đơn giản hóa.

Mặc dù vậy phương án này vẫn còn tồn tại khuyết điểm sau đây :

• Giới hạn về việc nâng cấp hệ thống : cấu hình này khó nâng cấp công suất so với phương án kết nối vào tủ đóng cắt hạ thế chính : Khi lắp đặt thêm một hệ thống điện mặt trời mới chúng ta cần phải thay thế và hiệu chỉnh lại hệ thống điện của tòa nhà ( cáp, tủ điện các thiết bị bảo vệ cần phải được lựa chọn lại )

Dây cáp DC là phụ kiện dùng để kết nối các tấm pin đến các tủ Combiner Box và kết nối với Inverter.

Dây cáp DC và AC hoàn toàn khác nhau về kết cấu và truyền tải điện năng. Cáp AC có giá thành rẻ hơn nhưng không được sử dụng trong hệ thống DC. Lõi của cáp DC thường làm bằng đồng do độ mềm dẻo, dẫn điện tốt và chịu nhiệt tốt. Dòng điện DC không có hiện tượng hiệu ứng bề mặt như dòng điện AC. Do đó sư thay đổi nhỏ của tiết diện dây trên một đon vị chiều dài cũng sẽ ảnh hưởng rất lớn đến khả năng dẫn dòng DC.

Các thông số quan trọng của dây cáp DC

Dây cáp DC cần chịu được nhiệt độ cao của môi trường, chống tia UV, Ozone trong khí quyển, chống cháy để giúp chúng tồn tại trong vòng đời 25 năm.

Nhiệt độ cao

Việc tiếp xúc lâu trong môi trường nắng nóng khi lắp đặt ngoài trời làm lão hoá cáp DC.

Theo định luật của Arrhenius. Tốc độ loã hoá vỏ dây sẽ tăng gấp đôi cho mỗi lần nhiệt độ môi trường tăng lên 10˚C.

Nhiệt độ hoạt động định mức của cáp DC thường sẽ nhỏ hơn 90˚C.

Các tiêu chuẩn kỹ thuật yêu cầu thử nghiệm dây cáp DC ở nhiệt độ 120˚C trong vòng 20,000 giờ. Nếu quy đổi thì con số này tương đương với 160,000 giờ ở nhiệt độ 90˚C.

Bức xạ tia UV

Tia UV trong ánh sáng mặt trời bị hấp thụ vào trong dây dẫn làm hư hại là dứt dây dẫn. .Cáp DC sẽ được phủ một lớp Polyme trộn với 2.5% muội than tán min để phản xạ tia UV. Các loại cáp này đã được sử dụng hơn 4 thập kỷ trong các ứng dụng truyền thông ngoài trời ở Châu Âu.

Chống cháy

Cáp DC yêu cầu chống cháy, ít sinh khói và không sinh ra khí halogen khi đốt lớp vỏ ngoài. Lớp vỏ cáp DC thường được làm bằng các hợp chất chống cháy vô cơ

Ozone

Khi cáp đặt ngoài trời Ozone sẽ hấp thụ vào và làm giảm tuổi thọ cáp. Để đảm bảo tuổi thọ của cáp đạt đến 25 năm. Tiêu chuẩn EN yêu cầu cáp DC phải chịu đượng nồng độ 200-250 phần triệu ở 40˚C trong vòng 72 giờ.

Chống nước và ngập úng

Cáp DC được thiết kế với lớp Polymer sử dụng công nghệ “electron-beam crosslinking”. CÔng nghệ này giúp chống thấm nước vào dây cáp ngay khi cáp ngâm trong nước.

Các tiêu chuẩn dành cho Cáp DC hiện tại

Bảng dưới đây thống kê các tiêu chuẩn hiện tại dành cho cáp DC trong đó tiêu chuẩn TUV đang được phổ biến nhất trên thị trường.

Video được do thành viên đóng góp. Chia sẻ những gì cơ bản để hộ trợ các bạn sinh viên nghiên cứu, làm đề tài tốt nghiệp… Hướng dẫn anh em đưa mô hình 3D trên Sketchup vào PVsyst để mô phỏng đổ bóng.

Thiết kế điện mặt trời bằng Sketchup – mô phỏng đổ bóng PVsyst (PVsyst phần 4)