Chi tiết cấu tạo hệ thống hòa lưới

Hệ thống điện mặt trời hòa lưới (grid-tie PV) là hệ năng lượng không lưu trữ gồm tấm pin, biến tần hòa lưới và thiết bị bảo vệ; điện DC từ pin được chuyển thành AC, đồng bộ pha-tần với lưới để cấp cho tải trong nhà, phần dư (nếu có) được đẩy ngược lên lưới. Hệ này không cung cấp điện khi lưới mất do cơ chế bảo vệ anti-islanding.

Hiểu rõ cấu tạo, nguyên lý AC/DC, điều kiện lắp đặt và quy trình khảo sát-thiết kế giúp tối đa hóa sản lượng, giảm lỗi kỹ thuật và rút ngắn thời gian hoàn vốn. 

1. Cấu tạo một hệ thống hòa lưới — thành phần và vai trò (tổng quan kỹ thuật)

Một hệ hòa lưới tiêu chuẩn gồm các phần chính sau:

1. Module (tấm pin PV)

   • Chuyển bức xạ mặt trời thành điện DC. Thông số quan trọng: Pmp, Vmp, Imp, Voc, Isc, hệ số nhiệt (γ).

2. Chuỗi string & combiner box

   • Nối nhiều module theo series/parallel để đạt V và I phù hợp cho inverter. Combiner tổng hợp các string, có cầu chì bảo vệ.

3. Biến tần hòa lưới (Grid-tie inverter)

   • Chuyển DC → AC, thực hiện MPPT, đồng bộ tần số/pha, xử lý anti-islanding, hỗ trợ công suất phản kháng (VAr).

4. Thiết bị bảo vệ & đóng cắt

   • DC isolator, AC breaker, MCCB, Surge Protective Device (SPD) cho cả DC và AC.

5. Hệ khung & cố định (mounting system)

   • Khung nhôm/INOX, kẹp, bu lông; đảm bảo chống gió, chống ăn mòn và khoảng thông gió dưới module.

6. Tiếp địa & chống sét

   • Thanh tiếp địa, dây nối đất, SPD, đảm bảo an toàn khi có sét lan truyền.

7. Hệ giám sát (Monitoring / EMS)

   • Ghi nhận năng lượng (kWh), cảnh báo lỗi string, giám sát từ xa qua Internet.

Tip kỹ thuật: thiết kế string phải cân bằng giữa Vmp_string (số tấm × Vmp_module) nằm trong dải MPPT của inverter và Voc_string_max (ở Tmin) không vượt quá Vdc_max của inverter.

2. Nguyên lý hoạt động AC/DC (kỹ thuật đủ sâu để hiểu vận hành)

2.1 Từ ánh sáng đến điện: DC tại module

• Module tạo dòng điện theo đặc tuyến IV. Công suất tối đa xuất hiện tại điểm Pmp (Vmp × Imp).

• Thực tế Pmp thay đổi theo bức xạ G (W/m²) và nhiệt độ tấm (Tmodule). Công thức gần đúng:
  
  P_dc = G × A × η_module
  
  và điều chỉnh theo nhiệt độ:
  
  P_temp = P_dc × [1 + γ × (Tmodule − 25°C)] (γ thường âm, ví dụ −0.25%/°C).

2.2 MPPT và biến tần: tối đa hóa công suất

• MPPT (Maximum Power Point Tracking) theo dõi Vmp động bằng thuật toán (P&O, Incremental Conductance hoặc các phương pháp nâng cao). Mục tiêu: giữ module làm việc gần điểm công suất tối đa bất chấp biến động bức xạ.

• Biến tần chuyển DC sang AC dạng sóng gần như sin tinh khiết, điều chỉnh biên độ và pha để đồng bộ với lưới.

2.3 Hòa lưới & anti-islanding

• Inverter phải khớp tần số (50 Hz/60 Hz) và pha với lưới điện. Khi lưới xảy ra mất điện, anti-islanding phát hiện và ngắt cấp năng lượng trả về nhằm bảo vệ nhân viên sửa chữa. Thời gian ngắt thường dưới 2 giây theo tiêu chuẩn.

2.4 Luồng năng lượng (power flow)

• Luồng ưu tiên: PV → tải tại chỗ → dư → lưới. Nếu tải lớn hơn PV, lưới bù phần thiếu; nếu PV dư, inverter gửi ngược lưới (nếu chính sách cho phép).

3. Điều kiện lắp đặt (site requirements & practical checks)

3.1 Yếu tố địa lý & bức xạ

• Độ nghiêng mái, hướng (hướng Nam ở VN tốt nhất), bóng che, hệ số albedo; dùng dữ liệu bức xạ (TMY hoặc đo thực tế) để ước tính năng suất.

3.2 Kết cấu mái & tải trọng

• Kiểm tra kết cấu (tôn, bê tông, ngói). Tính tải trọng bổ sung (~15–25 kg/m²). Với mái cũ cần kiểm tra chống dột và gia cố.

3.3 Truy cập và an toàn thi công

• Lối vào mái, lan can, điểm neo an toàn cho nhân công, khoảng cách an toàn khi thi công gần đường dây trung thế.

3.4 Hệ thống điện nội bộ

• Kiểm tra bảng điện, tổng công suất dùng, vị trí đấu nối AC, liệu có cần nâng cấp đồng hồ hay cấp phép nối lưới.

4. Quy trình khảo sát — thiết kế (step-by-step, tiêu chuẩn thực tế)

1. Tiền khảo sát: thu thập dữ liệu cơ bản (điện sử dụng, hình ảnh mái, hướng, bản vẽ mặt bằng).

2. Khảo sát hiện trường: đo kích thước mái, kiểm tra bóng, đo bức xạ nhanh nếu có.

3. Thiết kế sơ bộ: tính công suất kWp mục tiêu, số tấm, định vị string, lựa inverter.

4. Tính toán điện lý: kiểm tra Voc_max (Tmin), chọn Nseries, Nparallel; tính tiết diện cáp, sụt áp DC/AC, lựa chọn protection.

5. Thiết kế cơ khí: bố trí khung, cố định, xử lý thoát nước và chống gió.

6. Báo giá & chốt vật tư: lựa chọn module (TOPCon/HJT/Mono), inverter (số MPPT), SPD, CB.

7. Thi công: lắp khung, lắp module, đấu nối DC → combiner → inverter → AC → bảng điện.

8. Kiểm tra & nghiệm thu: đo I-V trace, test anti-islanding, đo PR ban đầu, bàn giao hồ sơ kỹ thuật.

Lưu ý pháp lý: hoàn thiện hồ sơ nối lưới theo yêu cầu nhà phân phối (EVN/PC) nếu cần.

5. Sai lầm thường gặp khi lắp đặt (và cách tránh)

1. Tính sai Voc ở Tmin → gây quá áp inverter vào ngày lạnh → kiểm tra Voc tại −10…−20°C và áp hệ số nhiệt.

2. Nối string dài quá, vượt dải MPPT → giảm hiệu suất và nguy cơ hư inverter.

3. Không xử lý che bóng → 1 tấm bóng kéo giảm cả string; giải pháp: optimizer hoặc microinverter.

4. Sụt áp cáp lớn → chọn tiết diện nhỏ để tiết kiệm chi phí dẫn tới sụt áp >2% → tăng tổn thất; tính chiều dài và Imax trước khi chọn cáp.

5. Bỏ qua tiếp địa & SPD → rủi ro sét lan truyền, hỏng inverter/module.

6. Thiết kế cơ khí sơ sài → gỉ sét, dột, rung trong gió mạnh.

7. Không có monitoring → khó phát hiện mismatch string, inverter lỗi sớm.

8. Chọn inverter không đủ MPPT cho mái phức tạp → mất năng suất.

9. Lắp đặt gần nguồn nhiệt (ống khói, mái kim loại nóng) → tăng nhiệt độ module, giảm Pmp.

10. Không làm bảo trì định kỳ → soiling tích tụ giảm sản lượng 2–6%/năm.

Tổng quan kỹ thuật cho thấy: thiết kế chính xác (chuỗi, điện áp, sụt áp, bảo vệ) và khảo sát thực địa là chìa khóa cho hệ hòa lưới hiệu quả và an toàn. Nếu bạn cần bảng tính thiết kế (Excel) để tính Nseries/Nparallel, sụt áp cáp và ước tính năng suất — mình có thể cung cấp ngay

FAQs

1. Hệ hòa lưới là gì?
   
   Hệ hòa lưới là hệ PV không lưu trữ, chuyển DC từ tấm pin thành AC và hòa vào lưới để dùng tại chỗ hoặc đẩy dư lên lưới.

2. Làm sao chọn số tấm nối series?
   
   Chọn Nseries sao cho Vmp_string nằm trong dải MPPT inverter và Voc_string_max tại Tmin không vượt Vdc_max.

3. Tại sao inverter dừng khi mất lưới?
   
   Do chức năng anti-islanding để ngăn cấp điện trở lại lưới bảo vệ nhân viên và thiết bị.

4. MPPT có cần cho mỗi string không?
   
   Nếu mái nhiều hướng/che bóng, nên dùng nhiều MPPT hoặc optimizer; nếu mái đồng nhất, 1–2 MPPT đủ.

5. Sụt áp DC nên giới hạn bao nhiêu?
   
   Nên ≤ 1–2% cho DC từ string tới inverter để hạn chế tổn thất năng lượng.

6. Module bị che bóng một phần có ảnh hưởng thế nào?
   
   Che bóng trên module series làm giảm cả string; giải pháp: chuyển vùng, optimizer hoặc microinverter.

7. Có cần SPD cho hệ hòa lưới không?
   
   Có — SPD Type 2/3 cho AC và DC nhằm bảo vệ sét lan truyền.

8. Performance Ratio (PR) là gì?
   
   PR = Actual energy / (G_plant × P_rated); dùng để đánh giá hiệu suất thực tế của hệ.

9. Bao lâu nên bảo trì hệ?
   
   Kiểm tra & vệ sinh 6–12 tháng/lần, kiểm tra tiếp địa và SPD hàng năm.

10. Làm sao tránh quá áp cho inverter vào mùa lạnh?
    
    Tính Voc_max ở Tmin bằng hệ số nhiệt của module và chọn Nseries nhỏ hơn nếu cần, hoặc chọn inverter có Vdc_max cao hơn.

Xem thêm: 

phân loại hệ thống điện mặt trời

giấy tờ hòa lưới EVN

hệ thống điện mặt trời hòa lưới

Phân Tích Chi Phí Và Hoàn Vốn Điện Mặt Trời