Những công thức tính cấu hình pin và inverter quan trọng khi lắp đặt điện mặt trời

1. Những điều kiện không thể bỏ qua khi cấu hình tấm pin và inverter

Phối hợp tối ưu công suất giàn pin và inverter

Đây là công thức sử dụng để phối hợp công suất giàn pin và inverter tối ưu nhất dành cho bạn :

Ppv ≤ 1.2 x Pinv

Ppv : Tổng công suất của giàn pin (công suất tấm pin x số lượng tấm pin)

Pinv : Công suất của Inverter

Công suất giàn pin càng gần giá trị 1.2 x Pinv càng tốt.

Tại sao vậy nhỉ ? Bạn tự hỏi

• Điều này đưa lại cho bạn những lợi ích như sau :
• Giúp tối ưu công suất ngõ ra của inverter.
• Giảm chi phí đầu tư trên 1 kW điện mặt trời.
• Giảm chi phí đầu tư Inverter
• Đạt được năng lượng đầu ra cần thiết khi lắp đặt inverter trong không gian hạn chế.
• Tối đa hiệu quả điện năng vào ban ngày cho chủ sở hữu hệ thống
• Giúp bạn dễ dàng lựa chọn cấu hình Inverter cho giàn pin trong trường hợp cần thay thế inverter mới.

Ok sau khi đã sau khi đã phối hợp công suất, bước tiếp theo để cấu hình tấm pin và inverter vô cùng quan trọng đó là...

Kiểm tra dải MPPT của hệ thống

Công thức kiểm tra dãy MPPT của hệ thống như sau :

Vmpptinv-min < Vmpp-pv < Vmpptinv-max

Vmpptinv-min : Điện áp tối thiểu để mạch MPPT hoạt động.

Vmpptinv-max : Điện áp tối đa cho phép của mạch MPPT.

Vmpp-pv : Điện áp hoạt động của giàn pin ( hay của 1 string )

MPPT là gì ?

MPPT là một thuật toán được thực hiện trong các bộ inverter để liên tục điều chỉnh trở kháng để giữ cho hệ thống hoạt động ở gần với điểm công suất cực đại của giàn pin trong các điều kiện khác nhau như thay đổi bức xạ mặt trời, nhiệt độ và tải…

Hay nói một cách đơn giản: " điện áp hoạt động của giàn pin sẽ cần nằm trong dãy điện áp MPPT để giúp inverter chuyển đổi DC sang AC đạt hiệu suất cao nhất "

Nếu nằm ngoài dãy MPPT inverter sẽ giảm công suất phát, hoặc không thể hoạt động.

Vậy đâu là yếu tố tiếp theo bạn cần chú ý đến khi cấu hình tấm pin và inverter ?

Kiểm tra điện áp tối đa của hệ thống
Điều kiện điểm tra điện áp tối đa như sau :

Voc-pv < Vdcmax-inv

Voc - pv : Điện áp hở mạch tối đa của giàn pin

Vdcmax - inv : Điện áp DC cho phép tối đa ở ngõ vào của inverter.

Điều kiện này đảm bảo các linh kiện sẽ không bị hỏng hóc do quá áp ngõ vào từ giàn pin năng lượng mặt trời.

Và yếu tố sau cùng bạn sẽ luôn cân nhắc ?

Kiểm tra dòng điện tối đa cho phép ngõ vào

Isc < Imax-input-inv

Isc : Dòng điện ngắn mạch tối đa của giàn pin mặt trời

Imax-input-inv : Dòng điện cho phép tối đa ngõ vào của inverter.

2. Các dữ liệu Boost quá trình cấu hình tấm pin và inverter của bạn lên x10

Bạn sẽ cảm thấy bối rối nếu như không chuẩn bị sẵn tinh thần làm quen với một người sếp lớn.

Bạn cũng sẽ cảm thấy vô cùng khó khăn khi phải tìm hết catalogue này đến tài liệu kia để tìm các thông số quan trọng nhất cho hệ thống, trong khi khách hàng đang túc trực điện thoại chờ câu trả lời từ bạn.

Hay khi sếp bạn bất chợt nhờ bạn tư vấn cho khách hàng...

Và chúng ta luôn cảm thấy bị động, rối rắm và đôi lúc là áp lực dẫn đến sai sót trong quá trình chúng ta trò chuyện dùng khách hàng.

Rồi một ngày chúng ta chợt nhận ra rằng “ nếu như tôi tổng hợp sẵn các thông số này, tôi sẽ tiết kiệm được khối thời gian và sự tự tin khi tư vấn cho khách hàng … “

Tấm pin

Bạn sẽ thu thập những dữ liệu sau từ các tấm pin đang sử dụng để thiết kế hệ thống điện mặt trời nhanh chóng và tiện lợi nhất :

• Pmax : Công suất tối đa của tấm pin tại điều kiện STC
• Vmp : Điện áp hoạt động tối đa của tấm pin tại điều kiện STC
• Voc : Điện áp hở mạch tối đa của tấm pin tại điều kiện STC
• Isc : Dòng điện ngắn mạch tối đa của tấm pin tại điều kiện STC

Để hiểu cặn kẽ về từng thông số kỹ thuật của tấm pin bài viết : Các thông số kỹ thuật của tấm pin NLMT sẽ giúp bạn hiểu nhanh chóng nhất.

Các dữ liệu này sẽ được dùng để cấu hình hệ thống điện mặt trời

Các thông số của Inverter

Tùy theo các loại inverter hòa lưới khác nhau chúng ta sẽ có những dãy thông số khác nhau.

Dưới đây là những thông số cơ bản của inverter vô cùng hữu ích cho bạn khi cấu hình tấm pin và inverter cho hệ thống điện mặt trời hòa lưới :

• P : công suất định mức của inverter
• Vdc-max : điện áp DC ngõ vào tối đa của inverter
• Vmppt Voltage Range : dãy điện áp MPPT của inverter

MPPT Voltage Range là gì ?

MPPT* Voltage Range biểu thị phạm vi điện áp của inverter trong đó bộ theo dõi MPP của inverter có thể điều chỉnh ở điểm công suất tối đa để các tấm pin vận hành ở mức công suất lớn nhất.

MPP là tên viết tắt của Maximum Power Point. Đây là điểm mà tại đó công suất tạo ra của dòng điện và điện áp ở mức tối đa.

*Thuật ngữ MPPT : Maximum Power Point Tracking

• Imax-input : dòng điện ngõ vào tối đa của inverter
• Số lượng MPPT và số lượng cổng input / 1 MPPT

Nhu cầu lắp đặt của khách hàng 

Từ hai nhân tố phía trên là thông số của tấm pin và inverter bạn sẽ thu thập thêm một số thông tin từ khách hàng để tạo nên một bản cấu hình tuyệt vời cho chính mình

Các thông tin từ khách hàng thường xuyên đề cập bao gồm :

• Tiền điện hàng tháng
• Diện tích sơ bộ mái nhà
• Số Kwp pin muốn lắp đặt

Mục đích từ các số liệu khách hàng cung cấp bạn sẽ tìm ra được số lượng tấm pin lắp đặt và cấu hình hệ thống

Tiền điện hàng tháng

Để tìm ra số lượng tấm pin lắp đặt phù hợp bạn sử dụng phương pháp như sau :

1. Lấy tiền điện hàng tháng chia cho 2.000 ( đơn giá tiền điện trung bình )
2. Dùng kết quả chia tiếp cho 30 ( tìm ra điện năng tiêu thụ trong 1 ngày )
3. Tiếp tục lấy kết quả chia cho 4  ( số giờ nắng đỉnh trung bình ) sẽ được công suất hệ thống.
4. Chia tiếp cho công suất của một tấm pin sẽ ra số lượng tấm pin.

VD1 : Hàng tháng khách hàng sử dụng 2 triệu tiền điện, tìm ra số lượng tấm pin 325W cần sử dụng ?

2.000.000/2.000 = 1000 ( KWh/tháng )

1000/30 = 33 ( KWh/ngày )

33/4 = 8.25 ( kWp )

Lựa chọn tấm pin 325 W > số lượng tấm pin là 8.25/0.325 = 25 tấm pin

Như vậy với số tiền điện là 2 triệu đồng 1 tháng, hệ thống điện mặt trời cần 25 tấm pin 325W, tổng công suất 8,125 kWp sẽ tạo ra lượng điện năng phù hợp với nhu cầu sử dụng của khách hàng.

VD2 : Hàng tháng khách hàng sử dụng 600.000 tiền điện, tìm ra số lượng tấm pin 280W cần sử dụng ?

600.000/2000 = 300 (kWh/tháng)

300/30 = 10 (kWh/ ngày)

10/4 = 2.5 (kWp)

Lựa chọn tấm pin 280 W > số lượng tấm pin là 2.5/0.28 = 9 tấm pin

Như vậy với số tiền điện là 600.000 đồng 1 tháng, hệ thống điện mặt trời gồm 9 tấm pin 280W, tổng công suất 2,52 kWp sẽ tạo ra lượng điện năng phù hợp với nhu cầu sử dụng của khách hàng.

Công thức tính nhanh :

Tiền điện hàng tháng / (240.000* Ppv ) = Số lượng tấm pin cần lắp đặt.

Ppv : công suất của tấm pin lựa chọn

Vậy nếu như khách hàng chỉ cung cấp thông số về diện tích mái nhà, chúng ta sẽ làm thế nào ?

Diện tích sơ bộ mái nhà

Chỉ gồm 2 bước đơn giản bạn đã tìm ra được kết quả mong muốn :

1.      Lấy diện tích sơ bộ mái nhà / 7 

2.      Sau đó lấy kết quả chia cho công suất tấm pin lựa chọn

VD1 :  Mái nhà khách hàng có diện tích khoảng 30 m2, tính toán số lượng tấm pin 345W cần sử dụng để lắp đặt?

1.      30/7 = 4.3 (kWp)

2.      4.3/0.345 = 12 ( tấm pin )

Hệ thống với 12 tấm pin 345W với tổng công suất là 4.14 kWp sẽ phù hợp với nhà khách hàng.

VD2 : Mái nhà khách hàng có tổng diện tích khoảng 60m2, tình toán số lượng tấm pin 325W cần sử dụng để lắp đặt?

1.      60/7 = 8.6 (kWp)

2.      8.6/0.325 = 26 (tấm pin)

Hệ thống với 26 tấm pin 325W với tổng công suất là 8.45 kWp sẽ phù hợp với nhà khách hàng.

Ok, chúng ta cùng nhau đi đến trường hợp cuối cùng bạn thường gặp và cũng là đơn giản nhất.

Số Kwp pin dự kiến lắp đặt

Bạn chỉ cần lấy tổng công suất  lắp đặt chia cho công suất của tấm pin.

VD1: hệ thống 10kWP sẽ cần bao nhiêu tấm pin 360W ?

10/0.36 = 27 (tấm pin)

VD2 : hệ thống 200kWP sẽ cần bao nhiêu tấm pin 345W ?

200/0.345 =  580 (tấm pin)

3. Những bước thang để dẫn bạn đến hệ thống cấu hình tối ưu

Bạn sẽ làm khách hàng cảm thấy vô cùng hứng thú khi ngay lập tức đưa ra được những con số về cấu hình hệ thống chỉ sau vài phép tính.

Thật tuyệt phải không nào ?

Chúng ta hãy bắt đầu với nấc thang đầu tiê

Tính toán số lượng tấm pin cần sử dụng

Sau khi đã tính toán xong số lượng tấm pin, hãy bắt đầu với những bậc thang thú vị tiếp theo.

Chọn inverter

Chúng ta lựa chọn inverter theo điều kiện sau :

Pinv = Ppv / 1.2

VD1 :  Hệ thống 16 tấm pin 345W sẽ có tổng công suất là 5.52kWp từ đó ta tính công suất inverter như sau : Pinv = 5.52 / 1.2 = 4.6 (kW)

Lựa chọn cấp inverter gần nhất là 5kW

VD2 : Hệ thống 132 tấm pin 360W có tổng công suất là 47.52kWp từ đó ta tính chọn inverter như sau : Pinv = 47.52 / 1.2 =  39.6 (kW)

Lựa chọn inverter có công suất là 40kW.

Tính toán số lượng string cho inverter

Trong hệ thống điện mặt trời các tấm pin mắc nối tiếp nhau tạo thành 1 chuỗi được gọi là 1 string.

Mắc nối tiếp các tấm pin nhằm đưa điện áp của dãy pin nằm trong khoảng MPPT giúp inverter hoạt động ổn định và đạt hiệu suất cao ( khi mắc nối tiếp các tấm pin, điện áp sẽ là tổng điện áp các tấm pin mắc nối tiếp )

Việc tính toán String giúp bạn xác định số lượng tấm pin mắc nối tiếp để kết nối vào inverter

Chúng ta sẽ tính toán số lượng string theo quy trình đơn giản như sau :

1.Tính toán số lượng tấm pin tối đa trên 1 string có thể đấu vào inverter :

PVmax = Vmppt-max-inv / Vmpp-pv 

PVmax : số lượng tấm pin tối đa

Vmppt-max-inv : điện áp tối đa dải MPPT của inverter

Vmpp-pv : điện áp hoạt động của 1 tấm pin

2. Tính toán và làm tròn số lượng string

Nstring = Npv/PVmax

Sau đó làm tròn lên con số nguyên gần nhất 

VD : Hệ thống 16 tấm pin 345W (Vmpp = 38.8) tổng công suất là 5.52kWp đấu nối vào inverter 5kW có Vmppt-max-inv = 500V sẽ như thế nào ?

PVmax = 500 / 38.8 = 12.88

Nstring = 16/12.88 = 1.24

Chúng ta làm tròn lên 2

Như vậy 16 tấm pin sẽ chia làm 2 string ( Mỗi string 8 tấm pin ) để kết nối vào inverter.

Kiểm tra dòng điện tối đa cho phép ngõ vào

Mỗi cổng ngõ vào của inverter sẽ có quy định dòng điện cho phép tối đa ngõ vào

Nhà sản xuất đưa ra con số trên để quy định mỗi ngõ vào sẽ kết nối tối đa bao nhiêu string.

Quá trình kiểm tra dòng điện tối đa cho phép của hệ thống dựa trên công thức sau :

Isc < Imax-input-inv

Isc : Dòng điện ngắn mạch tối đa của tấm pin

Imax-inout-inv : Dòng điện tối đa cho phép ngõ vào của inverter

VD1 : Kết nối 16 tấm pin 345W ( Isc = 9.43 A )  vào Inverter 5kW có Imax-input-inv = 15A. Kiểm tra dòng điện tối đa của hệ thống ?

Chúng ta đã tính toán chia 16 tấm pin thành 2 string. Nếu kết nối 2 string chung ở một ngõ vào sẽ gây quá dòng cho phép của inverter (  9.43 x 2 >15 ) do đó mỗi string sẽ kết nối vào một ngõ vào riêng biệt.

Trên inverter, nhà sản xuất đã tính toán và chia sẵn các cặp cổng ngõ vào DC. 

Thông thường mỗi string sẽ kết nối vào một cổng.

Kiểm tra điện áp tối đa của hệ thống

Sử dụng điều kiện sau :

Voc-pv < Vdcmax-inv

VD : Inverter 5kWp có điện áp ngõ vào tối đa là 600V, một string của bạn gồm 8 tấm pin ( mỗi tấm có Voc = 46.4 ) kiểm tra điện áp tối đa của hệ thống

Theo công thức ta sẽ có :  46.4 x 8 = 371.2 (V) < 600V

Như vậy hệ thống thỏa mãn điều kiện điện áp tối đa.

Sau bước này bạn đã có cấu hình hoàn chỉnh, thỏa mãn tất cả điều kiện và đạt mức tối ưu cho hệ thống.

4. Sử dụng các công cụ đỉnh cao & tiện dụng

Bạn có thể tìm hiểu cách cấu hình hệ thống trên hai phần mềm chuyên dụng nhất hiện nay đó là PVsyst và PVsol.

5. Những ví dụ cấu hình hệ thống điện mặt trời kinh điển giúp bạn xóa tan sự bỡ ngỡ.

B1: Tính toán số lượng tấm pin

Npv = 1.5 / 0.325 = 4.6 ~ 5 ( tấm pin )

Tổng công suất giàn pin là 1.625 kWP

B2: Chọn inverter

Pinv = 1.6 / 1.2 = 1.3

Chọn Inverter 1.5kW dòng SMA ( tùy theo hãng mà bạn muốn lựa chọn sẽ có frame công suất khác nhau, ở đây hãng SMA có dòng 1.5kW là nhỏ nhất )

B3: Thu thập các thông số kỹ thuật quan trọng

Tấm pin Canadian Solar 325W với các thông số kỹ thuật như sau :

• Pmax : 325 (W)
• Vmp : 36.6 (V)
• Voc : 45.1 (V)
• Isc : 9.18 (A)

Inverter SMA SunnyBoy:

 P : 1.5 kW

• Vdc-max : 600 V
• Vmppt : 160 - 500V
• Imax-input : 10A
• 1MPPT / có một cổng vào trên MPPT

B4 : Tính toán số lượng string

PVmax = Vmppt-max-inv / Vmp-pv = 500/36.6 = 13 tấm

Ở đây chúng ta chỉ có 5 tấm pin do đó 5 tấm pin này sẽ đấu nối tiếp với nhau thành 1 string để kết nối vào inverter.

B5 : Kiểm tra dòng điện tối đa ngõ vào

Isc = 9.18 < Imax-input-inv = 10

Điều kiện trên thỏa mãn

B6 : Kiểm tra điện áp tối đa của hệ thống

Voc-pv < Vdcmax-inv

(45.1 x 5 = 225.5) < 600

Điều kiện trên thỏa mãn.

Như vậy hệ thống trong ví dụ 1 sẽ bao gồm 5 tấm pin 325W đấu nối tiếp thành 1 string và kết nối với 1 ngõ vào ( 1MPPT x 1 input ) của inverter 1.5kWP

B1: Tính toán số lượng tấm pin

Npv = 1000000/(240000x0.315) = 13.22 ~ 14 ( tấm pin )

Tổng công suất giàn pin là 4.41 kWP

B2: Chọn inverter

Pinv = 4.41 / 1.2 = 3.675

Chọn inverter 4kW dòng ABB

B3: Lấy các thông số kỹ thuật quan trọng

Tấm pin Canadian Solar 315W với các thông số kỹ thuật như sau :

• Pmax : 315 (W)
• Vmp : 37.2 (V)
• Voc : 48.2 (V)
• Isc : 9.01 (A)

Inverter ABB UNO:

• P : 4 kW
• Vdc-max : 600 V
• Vmppt : 140 - 580V
• Imax-input : 20A
• 2MPPT / Mỗi MPPT có 1 ngõ vào

B4 : Tính toán số lượng string

PVmax = Vmppt-max-inv / Vmp-pv = 580/37.2 = 15.5 tấm

Ở đây chúng ta chỉ có 14 tấm pin do đó 14 tấm pin này sẽ đấu nối tiếp với nhau thành 1 string để kết nối vào inverter.

B5 : Kiểm tra dòng điện tối đa ngõ vào

Isc = 9.01 < Imax-input-inv = 20

Điều kiện trên thỏa mãn

B6 : Kiểm tra điện áp tối đa của hệ thống

Voc-pv < Vdcmax-inv

(48.2 x 14 = 674.8) > 600

Điều kiện trên không thỏa mãn. 

Do đó chúng ta phải chia đôi số lượng tấm pin thành 2 string, mỗi string gồm 7 tấm pin.

Như vậy hệ thống trong ví dụ 2 sẽ bao gồm 14 tấm pin 325W chia thành 2 string và kết nối vào 2 ngõ vào ( 2MMPT x 1 input ) inverter 4kWP.

Trong trường hợp số lượng tấm pin lẻ không thể chia đôi chúng ta cần bớt hoặc thêm số lượng tấm pin để đặt được số chẵn.

B1: Tính toán số lượng tấm pin

Npv = 140/(7x0.33) = 60.6 ~ 60 ( tấm pin )

Tổng công suất giàn pin là 19.8 kWP

B2: Chọn inverter

Pinv = 19.8 / 1.2 = 16.5kW

Chọn inverter 17kW của hãng Goodwee

B3: Thu thập các thông số kỹ thuật quan trọng

Tấm pin Panasonic 330 W với các thông số kỹ thuật như sau :

·         Pmax : 330 (W)

·         Vmp : 58 (V)

·         Voc : 69.7 (V)

·         Isc : 6.07 (A)

Inverter Goodwe:

·         P : 17 kW

·         Vdc-max : 1000 V

·         Vmppt : 260 - 850V

·         Imax-input : 22A

·         2 MPPT/ mỗi MPPT có 2 ngõ vào

B4 : Tính toán số lượng string

PVmax = Vmppt-max-inv / Vmp-pv = 850 / 58 = 14 tấm

Tính toán và làm tròn số lượng string

Nstring = Npv/PVmax = 60 /14 =  4.28 ~ 5

60 tấm pin sẽ chia làm 5 string, mỗi string bao gồm 12 tấm pin để kết nối vào inverter.

Vì inverter chỉ có 4 ngõ vào ( 2MPPT x 2 input ) do đó sẽ có 2 string mắc song song với nhau trước khi kết nối với ngõ vào của inverter

B5 : Kiểm tra dòng điện tối đa ngõ vào

Isc = 6.07 x 2 < Imax-input-inv = 22

Điều kiện trên thỏa mãn

B6 : Kiểm tra điện áp tối đa của hệ thống

Voc-pv < Vdcmax-inv

(69.7 x 12 = 836.4) < 1000

Điều kiện trên thỏa mãn 

Như vậy hệ thống trong ví dụ 3 sẽ bao gồm 60 tấm pin 325W chia thành 5 string và kết nối vào inverter 17kWP. Trong đó có 3 string kết vối với 3 ngõ vào và 2 string còn lại đấu song song trước khi kết nối với ngõ vào còn lại.

Công Ty TNHH Sản Xuất Và Thương Mại Fushin

Địa chỉ : 28-30 Đường 64, Phường 10, Quận 6 TP.HCM

Điện thoại : 0902 562 589

Email : Sales.Fushin@gmail.com