Khi thiết kế một hệ thống điện mặt trời, việc xác định bao nhiêu tấm pin có thể nối tiếp trong một chuỗi (string) không thể chỉ dựa vào công suất Wp.
Một trong những thông số quan trọng nhất cần kiểm tra là điện áp hệ thống tối đa – Maximum System Voltage (MSV).
Nếu số lượng tấm pin nối tiếp quá nhiều, điện áp DC của chuỗi có thể vượt giới hạn của inverter hoặc thiết bị bảo vệ. Đặc biệt, Voc của tấm pin tăng khi nhiệt độ giảm, vì vậy một cấu hình tưởng như phù hợp ở điều kiện tiêu chuẩn vẫn có thể vượt giới hạn điện áp trong điều kiện lạnh.
Trong bài viết này, Aureno Solar sẽ giải thích MSV là gì, mối quan hệ giữa MSV và Voc, đồng thời hướng dẫn cách xác định số lượng tấm pin tối đa trong một string.
1. Điện áp hệ thống tối đa MSV là gì?
MSV – Maximum System Voltage là giới hạn điện áp DC tối đa mà thiết bị hoặc hệ thống được thiết kế để chịu được.
Trong hệ thống điện mặt trời, thông số giới hạn điện áp có thể xuất hiện trên:
- Tấm pin mặt trời.
- Inverter.
- Dây DC.
- Đầu nối.
- DC isolator.
- Cầu chì và thiết bị đóng cắt DC.
- SPD chống sét lan truyền.
- Combiner box và các thiết bị DC khác.
Điểm quan trọng là không được mặc định MSV của tấm pin chính là giới hạn cho toàn bộ hệ thống.
Khi thiết kế chuỗi PV, cần kiểm tra giới hạn điện áp của từng thành phần liên quan và tuân thủ giới hạn áp dụng thấp nhất.
2. Voc là gì?
Voc – Open Circuit Voltage là điện áp hở mạch của tấm pin mặt trời.
Đây là điện áp đo được giữa hai cực của mô-đun khi mạch điện đang hở, tức không có tải kết nối.
Voc thường được nhà sản xuất công bố trên datasheet tại điều kiện thử nghiệm tiêu chuẩn STC.
Ví dụ một tấm pin có thể có:
Voc = 44,8V
Nếu 20 tấm pin giống nhau được mắc nối tiếp, cách tính đơn giản tại cùng điều kiện là:
Voc chuỗi = 20 × 44,8 = 896V
Tuy nhiên, 896V chưa phải giá trị cuối cùng dùng để kiểm tra an toàn điện áp, bởi Voc thay đổi theo nhiệt độ.
3. Tại sao phải tính Voc khi trời lạnh?
Đây là một trong những điểm rất quan trọng khi thiết kế string điện mặt trời.
Đối với mô-đun PV thông dụng, khi nhiệt độ tế bào giảm, Voc có xu hướng tăng.
Điều đó có nghĩa:
Nhiệt độ giảm → Voc tăng → điện áp hở mạch của string tăng.
Nếu kỹ sư chỉ lấy Voc tại STC nhân với số tấm pin mà không xét nhiệt độ thấp nhất của công trình, điện áp thực tế trong điều kiện lạnh có thể tiến gần hoặc vượt giới hạn điện áp DC của thiết bị.
Vì vậy, khi xác định số tấm pin tối đa nối tiếp, cần tính Voc_cold – điện áp hở mạch trong điều kiện nhiệt độ thấp.
4. Công thức tính Voc khi nhiệt độ thấp
Có thể biểu diễn phép tính theo hệ số nhiệt của Voc như sau:
Voc_cold = Voc_STC × [1 + |βVoc| × (25 − Tmin)]
Trong đó:
Voc_cold: Điện áp hở mạch ước tính của mô-đun tại nhiệt độ thấp dùng cho tính toán.
Voc_STC: Điện áp hở mạch tại điều kiện STC.
βVoc: Hệ số nhiệt của Voc, quy đổi về đơn vị /°C.
Tmin: Nhiệt độ thấp nhất được sử dụng trong thiết kế.
Lưu ý khi đọc datasheet
Hệ số nhiệt thường được nhà sản xuất ghi dưới dạng phần trăm trên độ C.
Ví dụ:
βVoc = −0,28%/°C
Khi đưa vào công thức:
0,28% = 0,0028
Không nên nhập trực tiếp số 0,28 vào công thức vì sẽ làm sai kết quả.
5. Cách tính số tấm pin tối đa trong một string
Sau khi xác định Voc ở nhiệt độ thấp, số lượng mô-đun tối đa có thể nối tiếp về mặt giới hạn điện áp được xác định theo:
Nmax = floor(VDC_max / Voc_cold)
Trong đó:
Nmax: Số tấm pin tối đa theo giới hạn điện áp.
VDC_max: Giới hạn điện áp DC áp dụng thấp nhất của hệ thống/thiết bị liên quan.
Voc_cold: Voc của một mô-đun sau khi hiệu chỉnh theo nhiệt độ thấp.
Kết quả phải được làm tròn xuống số nguyên.
6. Ví dụ tính số tấm pin tối đa
Giả sử sử dụng mô-đun có:
- Voc tại STC: 44,8V
- Hệ số nhiệt Voc: −0,28%/°C
- Nhiệt độ thiết kế thấp nhất: 0°C
- Giới hạn điện áp DC áp dụng: 1.000V
Bước 1: Tính Voc khi nhiệt độ thấp
Voc_cold = 44,8 × [1 + 0,0028 × (25 − 0)]
= 44,8 × 1,07
≈ 47,94V
Bước 2: Tính số mô-đun tối đa
Nmax = floor(1.000 / 47,94)
≈ 20 tấm
Như vậy, với các giả định trên, giới hạn điện áp cho phép tối đa 20 mô-đun nối tiếp/string.
Kiểm tra lại:
20 × 47,94 ≈ 958,8V
Nhỏ hơn giới hạn 1.000V.
Trong khi đó:
21 × 47,94 ≈ 1.006,7V
đã vượt 1.000V.
Đây cũng là lý do việc làm tròn kết quả và kiểm tra lại điện áp chuỗi rất quan trọng.
7. MSV và Max. DC Voltage của inverter có giống nhau không?
Không nên xem hai khái niệm này hoàn toàn giống nhau.
Maximum System Voltage thường thể hiện khả năng chịu điện áp tối đa của một thiết bị hoặc thành phần PV.
Trong khi Max. DC Input Voltage của inverter là điện áp DC đầu vào tối đa mà nhà sản xuất inverter cho phép.
Khi thiết kế, kỹ sư cần kiểm tra cả hai cùng với giới hạn điện áp của những thiết bị khác trên đường DC.
Ví dụ:
- Module: 1.500V DC
- Cáp DC: 1.500V DC
- Đầu nối: 1.500V DC
- SPD: 1.000V DC
- Inverter: 1.100V DC
Trong trường hợp này, không thể thiết kế chuỗi dựa trên 1.500V chỉ vì tấm pin hỗ trợ mức đó. Cần đánh giá giới hạn của toàn bộ cấu hình và yêu cầu kỹ thuật của từng thiết bị.
8. Vì sao không dùng Vmp để tính số tấm pin tối đa?
Voc và Vmp có mục đích sử dụng khác nhau.
Voc liên quan đến điện áp hở mạch tối đa, vì vậy được sử dụng khi kiểm tra nguy cơ vượt giới hạn điện áp DC.
Vmp là điện áp tại điểm công suất cực đại và đặc biệt quan trọng khi kiểm tra dải MPPT của inverter.
Có thể hiểu đơn giản:
Voc_cold → kiểm tra giới hạn điện áp tối đa.
Vmp → kiểm tra khả năng hoạt động trong dải MPPT.
Một string đạt yêu cầu về Voc chưa chắc đã tối ưu về MPPT.
Do đó, thiết kế chuỗi PV phải thực hiện cả hai phép kiểm tra.
9. Kiểm tra dải MPPT của inverter
Sau khi xác định số tấm pin không làm vượt Max DC Voltage, kỹ sư cần tiếp tục kiểm tra điện áp vận hành của chuỗi.
Thông thường:
Vmp_string = N × Vmp_module
Sau đó so sánh với dải MPPT được nhà sản xuất inverter công bố.
Ngoài điều kiện danh định, cần đánh giá ảnh hưởng nhiệt độ đến Vmp để đảm bảo chuỗi hoạt động phù hợp trong khoảng nhiệt độ thiết kế.
Điều này đặc biệt quan trọng vì khi nhiệt độ mô-đun tăng cao, Vmp thường giảm.
Do đó thiết kế string phải đồng thời xử lý hai tình huống:
Trời lạnh → Voc tăng → kiểm tra điện áp tối đa.
Tấm pin nóng → Vmp giảm → kiểm tra giới hạn MPPT thấp.
10. Những sai lầm thường gặp khi thiết kế chuỗi pin
Chỉ lấy Voc STC nhân số lượng tấm pin
Cách tính này chưa xét đến ảnh hưởng nhiệt độ và có thể đánh giá thấp điện áp hở mạch tối đa.
Chỉ kiểm tra inverter
Inverter không phải thành phần DC duy nhất trong hệ thống.
Cần kiểm tra cả SPD, isolator, đầu nối, dây dẫn, combiner box và những thiết bị liên quan.
Nhầm Voc với Vmp
Voc dùng để kiểm tra giới hạn điện áp hở mạch; Vmp chủ yếu phục vụ đánh giá vùng hoạt động MPPT.
Không kiểm tra datasheet của đúng model thiết bị
Hai tấm pin có cùng công suất 550Wp vẫn có thể có Voc, Vmp, Isc và hệ số nhiệt khác nhau.
Do đó không nên sử dụng thông số của model khác để tính toán.
Thiết kế sát giới hạn mà không đánh giá dung sai
Thiết kế kỹ thuật cần xem xét điều kiện môi trường, dung sai thông số, tiêu chuẩn áp dụng và yêu cầu của nhà sản xuất.
11. MSV 1.000V và 1.500V khác nhau như thế nào?
Hệ thống PV hiện nay có thể sử dụng các cấp điện áp DC khác nhau tùy quy mô và thiết bị.
Hệ thống điện áp cao hơn có thể cho phép nối nhiều mô-đun hơn trên một string trong cấu hình phù hợp, từ đó giảm số lượng string và một số thành phần BOS trong các dự án lớn.
Tuy nhiên, không thể chỉ đổi từ hệ 1.000V sang 1.500V bằng cách tăng số lượng tấm pin.
Tất cả thiết bị liên quan phải được thiết kế và chứng nhận phù hợp với cấp điện áp đó.
Đối với hệ thống điện áp DC cao, yêu cầu về thiết kế, thiết bị bảo vệ, cách điện, thi công và an toàn cũng cần được tuân thủ nghiêm ngặt.
12. Ba nguyên tắc quan trọng khi thiết kế string PV
Nguyên tắc 1 – Tính theo Voc ở điều kiện lạnh
Không chỉ sử dụng Voc STC. Cần xét hệ số nhiệt và nhiệt độ thiết kế thấp nhất.
Nguyên tắc 2 – Kiểm tra giới hạn của toàn hệ thống
Không chỉ kiểm tra tấm pin và inverter. Các thành phần DC liên quan đều phải phù hợp.
Nguyên tắc 3 – Kiểm tra cả Voc và MPPT
Một cấu hình string tốt phải vừa không vượt điện áp tối đa, vừa duy trì điện áp vận hành phù hợp với dải MPPT của inverter trong các điều kiện thiết kế.
13. Câu hỏi thường gặp về MSV
MSV có phải là Voc không?
Không.
Voc là điện áp hở mạch của mô-đun hoặc chuỗi PV. MSV là giới hạn điện áp hệ thống/thiết bị được phép chịu theo thiết kế và thông số kỹ thuật.
Vì sao trời lạnh lại nguy hiểm về điện áp?
Khi nhiệt độ tế bào giảm, Voc của nhiều loại mô-đun PV tăng. Nếu string có quá nhiều tấm, tổng Voc có thể vượt giới hạn điện áp DC.
Tấm pin hỗ trợ 1.500V có dùng với inverter 1.000V được không?
Việc module có Maximum System Voltage 1.500V không có nghĩa inverter có thể nhận 1.500V.
Chuỗi phải được thiết kế sao cho không vượt Max DC Input Voltage của inverter và các giới hạn áp dụng khác của hệ thống.
Có thể tính số tấm pin bằng Vmp không?
Không dùng Vmp để thay thế Voc trong phép kiểm tra điện áp hở mạch tối đa.
Vmp được sử dụng để đánh giá điện áp hoạt động và khả năng tương thích với dải MPPT.
Cùng inverter nhưng đổi loại tấm pin có cần tính lại string không?
Có.
Voc, Vmp, hệ số nhiệt và các thông số điện khác có thể thay đổi giữa các model. Khi đổi tấm pin, cần tính toán lại cấu hình string.
14. Aureno Solar – Thiết kế hệ thống điện mặt trời an toàn ngay từ thông số DC
Một hệ thống điện mặt trời tốt không chỉ là việc lựa chọn tấm pin và inverter có công suất phù hợp.
Các thông số Voc, Vmp, Isc, Imp, hệ số nhiệt, dải MPPT, Max DC Voltage và Maximum System Voltage cần được tính toán đồng bộ ngay từ giai đoạn thiết kế.
Aureno Solar hướng đến quy trình khảo sát và thiết kế dựa trên điều kiện thực tế của từng công trình, lựa chọn cấu hình chuỗi phù hợp và kiểm tra khả năng tương thích giữa tấm pin, inverter cùng hệ thống thiết bị DC.
Thiết kế đúng từ đầu giúp hệ thống an toàn hơn, vận hành ổn định hơn và hạn chế các rủi ro kỹ thuật trong suốt quá trình sử dụng.
AURENO SOLAR – NĂNG LƯỢNG SẠCH, KIẾN TẠO TƯƠNG LAI
Website: aurenosolar.com
Hotline: 091 356 92 52
Email: Aurenosolar@gmail.com
Địa chỉ: 819 Nguyễn Ái Quốc, Phường Tam Hiệp, TP Biên Hòa, Đồng Nai.