Cách đấu nối tấm pin năng lượng mặt trời

Khi mới lần đầu trải nghiệm hệ cỏ về năng lượng mặt trời, thì mình sử dụng hệ ắc quy mà đến giờ vẫn sử dụng là ” [DIY] Bộ pin lưu trữ năng lượng mặt trời.” và nó thực sự là một trong những trải nghiệm thú vị, lúc đó mình dùng 1 tấm pin năng lượng mặt trời 18v 100W để sạc cho 01 bình ắc quy, dùng chính yếu cho đèn và quạt BLDC 12v gọi là quạt tích điện 12V nhưng xịn hơn nhiều. Giờ thì mình vẫn dùng bộ đó để làm mấy clip nhập môn, và nâng cấp lên hệ cao hơn là 48V 200ah, nó đáp ứng nhu cầu sử dụng thoải mái cho gia đình nhưng cũng là cần nhiều tấm pin hơn. Vì thế nếu bạn đang sử dụng hệ điện cao hơn 12v thì có thể tham khảo bài viết này để hiểu về ” cách đấu nối tấm pin năng lượng mặt trời” như thế nào nhé.

Hai cách đấu nối tấm pin năng lượng mặt trời phổ biến.

Đấu nối tấm pin năng lượng mặt trời là sử dụng nhiều hơn 1 tấm pin ( từ 2 trở nên ) kết nối chúng vào với nhau để tạo ra điện áp cao hơn hoặc công suất cao hơn. Nếu bạn cần điện áp cao hơn, chúng ta cần đấu nối theo hệ nối tiếp, nếu bạn cần công suất cao hơn, cần đấu nối theo hệ song song.

Việc lắp đặt và đấu nối các tấm pin năng lượng mặt trời ( PV ) là một kĩ thuật nền tảng mà tôi đã học được qua lý thuyết và thực hành nhiều lần, nó ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất và độ an toàn của hệ thống. Việc tính toán trước khi lắp đặt bất kì một hệ thống điện năng lượng mặt trời nào cũng là điều rất cần thiết, Ở đâu, chúng ta có ba hệ đấu nối tấm pin bao gồm: nối tiếp (series), song song (parallel), và hỗn hợp (series-parallel). Mỗi phương pháp thay đổi đặc tính điện áp (Volt) và dòng điện (Ampe) của mảng pin theo những cách riêng biệt.

Để có thể thực tế lắp đặt tốt một hệ năng lượng mặt trời, chúng ta cần phân tích tính toán trước mặt lý thuyết, các tính toán này cực kỳ quan trọng, sau đó phải có thực hành và thực tế lắp đặt để đảm bảo an toàn toàn bộ hệ thống. Với kinh nghiệm đó, chúng tôi xin chia sẻ một số thông tin liên quan đến việc ” đấu nối tấm pin an toàn” và kèm theo lý thuyết về tính toán kỹ thuật chuyên sâu như cỡ dây, sụt áp… cho từng phương pháp đấu nối./

Phần 1: Cách đấu nối tấm pin theo hệ nối tiếp.

Cách đấu nối tiếp tấm pin năng lượng mặt trời là phương pháp cơ bản được áp dụng để tăng điện áp dòng điện ( tăng tổng điện áp đầu ra của tấm pin) trong khi giữ nguyên cường độ dòng điện.

1.1. Lý thuyết Kỹ thuật.

Ở đây, chúng ta sử dụng ” kiến thức cơ bản” về điện mà chắc hẳn ai cũng học qua ở cấp trung học cơ sở, khi nối tiếp dòng điện áp dụng công thức:

• Tổng Công suất (Wattage): P = V * A
• Tổng Điện áp (Voltage): là tổng điện áp của các tấm pin cộng lại, V=V1 +V2 + V3….
• Tổng Dòng điện (Ampe): A=A1=A2=A3

1.1.1. Lý thuyết trên thực tế

Trong thực tế, công thức tính toán chỉ đúng khi ở điều kiện lý tưởng, còn thực tế chúng tôi đã gặp một số trường hợp.

1. Tấm pin có ĐIỆN ÁP khác nhau ví dụ tấm pin 1 điện áp 6V, tấm pin 2 có điện áp 18V, và tấm pin 3 có điện áp 24V. Vậy khi này chúng ta cần tính V = V1+ V2 + V3 = 6+18 +24 = 48V ( tổng điện áp)
2. NHƯNG tấm pin có công suất khác nhau, theo đó chúng ta có các tấm pin là 12v 12W ( 1A) tiếp sau tấm thứ 2 là 18V 360W ( tương đương là 20A) và tấm pin thứ 3 có điện áp 24V 240W (tương đương là 10A) vầy thì nó lại bị giới hạn ở tấm pin thấp nhất,
   • Theo lý thuyết A=A1=A2=A3 nhưng là khác A nhau nên sẽ bị hãm dòng bởi tấm pin thấp nhất tương đương là hệ trên nối tiếp bạn chỉ được là 48V 1A ( cái gì quan trọng thì nhắc lại là chỉ có 1A thôi nhé ). Nếu không có lý thuyết và thực tế, bạn chắc chắn sẽ nghĩ rằng bạn sẽ được hệ khoảng là 12W+ 360W + 240W = 600W nhưng không phải, tổng bạn chỉ được 48v 1A ( là tương đương 48W 48W mà thôi. > Bạn bị mất đi 92% hiệu suất. ( toàn bộ tính toán này sẽ có thể sử dụng [Tools] Công cụ chuyển đổi từ Watt (W) sang Ampe (A) ) bạn có thể tham khảo thêm để tự tính cho mình nhé!
   • Đây cũng là một phần lý do vì sao chúng tôi KHÔNG KHUYẾN KHÍCH lắp đặt các tấm pin có sự khác nhau về công suất là vầy.

1.2 Hướng dẫn thực tế đấu nối tiếp các tấm pin năng lượng mặt trời.

Để đấu nối tiếp các tấm pin năng lượng, yêu cầu tiên quyết là bạn cần sử dụng các tấm pin càng giống nhau càng tốt, ví dụ lắp đặt 100% Tấm pin năng lượng mặt trời Longi Solar 640W Himo X10 sẽ cho ra hiệu năng đồng đều và chất lượng nhất,. Quy trình lắp đặt các tấm pin nối tiếp với nhau

• Tính toán đúng kích thước cáp điện DC theo chuẩn AWG, tìm hiểu tính toán ở “Cỡ dây AWG chuẩn DC cho năng lượng mặt trời” bạn cần tính đúng công suất và chiều dài từ tấm pin năng lượng mặt trời đến biến tần
• Chuẩn bị Giắc kết nối MC4 tiêu chuẩn cho kết nối năng lượng mặt trời.
• Các thiết bị bảo hộ an toàn và Lắp đặt tấm pin lên hệ thống ( giá kệ ) và nhất định phải sử dụng bìa hoặc vải che mặt tấm pin tránh việc tấm pin tạo ra điện trong quá trình đấu nối,.
• Xác định Đầu/Cuối: Đặt các tấm pin theo đúng hướng. Xác định điểm bắt đầu (Tấm 1) và điểm kết thúc (Tấm 3) của chuỗi.
• Kết nối Tấm 1 với Tấm 2: Lấy đầu nối Âm (-) (thường là đầu “Đực”) của Tấm 1 và cắm chặt vào đầu nối Dương (+) (thường là đầu “Cái”) của Tấm 2.¹
• Kết nối Tấm 2 với Tấm 3: Lấy đầu nối Âm (-) của Tấm 2 cắm chặt vào đầu nối Dương (+) của Tấm 3.
• Hoàn thành Chuỗi: Quá trình kết thúc. Sẽ còn lại hai dây tự do: đầu Dương (+) của Tấm 1 và đầu Âm (-) của Tấm 3. Đây chính là hai đầu ra của toàn bộ chuỗi, sẵn sàng để kết nối vào biến tần (inverter) hoặc bộ điều khiển sạc.
• Kiểm tra: Sử dụng đồng hồ vạn năng (DMM) để đo Điện áp Hở mạch V giữa hai đầu ra của chuỗi. Giá trị đo được phải xấp xỉ bằng tổng giá trị V của 3 tấm pin cộng lại

1.3. Quy tắc an toàn

Quy tắc an toàn thì chắc chắn khi làm nghề điện nói chung và điện năng lượng mặt trời chắc hẳn đều đã được học và hiểu rồi. Nhưng qua đây mình cũng chia sẻ kinh nghiệm thực tế đội ngũ đi lắp đặt,

Yếu tố quan trọng là an toàn phải được đặt lên hàng đầu, “Thợ lắp đặt” nhưng chủ quan ” không đảm bảo an toàn” như không đeo dây bảo hộ khi leo lên mái, không sử dụng găng tay cách điện và nhất là không dùng bạt che mặt tấm pin năng lượng lại. Điều này cực kỳ nguy hiểm bởi

1. Điện áp tấm pin khi kết nối nối tiếp có thể lên hơn 1000V ( nhiều tấm pin kết nối lại > tạo ra điện áp lớn và kể cả điện DC hoặc AC đều có thể giật và nguy hiểm) 100V đã là nguy hiểm rồi.> Bắt buộc phải che mặt tấm pin để không tạo ra điện áp trong quá trình thi công
2. Việc không sử dụng thiết bị bảo hộ, dây đeo bảo hộ là rất chủ quan, có thể 100 lần không sao nhưng chỉ 1 lần ngã từ trên cao xuống rất nguy hiểm, tính mạng con người là quan trọng, hại bản thân và thậm chí nó là điềm không tốt với nhà khách hàng khi không may có người tai nạn liên quan đến tính mạng tại nhà khách hàng

1.4 Ứng dụng đấu nối tiếp tấm pin trong thực tế.

Ứng dụng đấu nối tiếp các tấm pin thường sử dụng các hệ lớn, hệ dân dụng và khu vực năng lượng mặt trời ( Nông trại hoặc farm ấy ) điện áp nối tiếp có thể vài trăm đến 1000V. Hệ dân dụng chủ yếu là hệ thống điện mặt trời hòa lưới (On-Grid) và các hệ thống Hybrid, nơi yêu cầu điện áp đầu vào DC cao (thường từ 150V đến 1000V) để tối ưu hóa hiệu suất của inverter

Phần 2: Đấu nối Song song (Parallel Connection)

Khác với đấu nối tiếp, đấu nối song song là phương pháp ghép nhiều tấm pin năng lượng mặt trời lại với nhau để tăng tổng cường độ dòng điện đầu ra và giữ nguyên điện áp.

2.1. Lý thuyết Kỹ thuật

Trong một kết nối song song, tất cả các cực Dương (+) được kết nối chung với nhau, và tất cả các cực Âm (-) được kết nối chung với nhau.   

• Tổng Công suất : P = V * A
• Tổng Điện áp (Voltage): V=V1 =V2 = V3=Vn
• Tổng Dòng điện (Ampe): A=A1+A2+A3

2.1.1. Lý thuyết trên thực hành

Trong thực thế, nó vẫn chỉ đúng trong điều kiện lý tưởng, khi triển khai thực tế có thể gặp một số trường hợp khác nhau như sau:

Đấu nối song song rất nhạy cảm với điện áp dòng điện, khi có sự chênh lệch sẽ ” gây ra nguy hiểm” theo đó trong thực tế sử dụng chúng ta có thể gặp hai trường hợp.

• Trường hợp 1: Cùng điện áp khác dòng điện. ví dụ thực tế kết nối 4 tấm pin 19V/8A song song
  • Với cùng điện áp, đây là điều kiện lý tưởng bởi điện áp V1=V2=V3=V4….
  • Khi này cường độ dòng điện A=A1+A1+A3+A3 = 8+8+8+8 =32A ( 32 ampe )
• Trường hợp 2: Khác điện áp, khác dòng điện.
  • Nhiều trường hợp đấu nối không đúng, khi sử dụng những tấm pin khác nhau để đấu nối với nhau, ví dụ là 4 tấm pin ( 18V/8A, 12V/8A, 24V/8A và 24V4A).
  • Điện áp đầu ra sẽ bị giới hạn bởi tấm pin có điện áp thấp nhất ( 12v/8A ) nhưng sự chênh lệch điện áp này sẽ khiến tấm 12V/8A nguy cơ bị cháy nổ cực kỳ cao hoặc ít nhất là bị hỏng. Vì thế TUYỆT ĐỐI không đấu nối các tấm pin khác điện áp, khác dòng điện.

2.2 Hướng dẫn thực tế đấu nối SONG SONG các tấm pin năng lượng mặt trời.

Đấu nối song song các tấm pin năng lượng mặt trời, yêu cầu tiên quyết là sử dụng các tấm pin có cùng điện áp, tuyệt đối không để lệch điện áp và khác hệ ( sử dụng hệ 6V với 24v sẽ chắc chắn gây ra nguy hiểm ), vì thế để đấu nối song song tốt nhất tìm các tấm pin giống nhau cùng điện áp, cùng dòng điện để đảm bảo hiệu năng cao nhất.

• Tính toán kích thước cáp điện DC thì chỉ cần tính theo điện áp sử dụng, cáp DC hệ song song sẽ cần cáp DC chịu tải thấp hơn nhiều so với nối tiếp
• Với hệ nhỏ, đầu tư ít thì nên tính toán tốt Hướng và góc nghiêng tốt nhất lắp đặt tấm pin năng lượng mặt trời tại Việt Nam
• Chuẩn bị jack kết nối MC4 dạng Giắc rẽ nhánh (Y-Branch),
  • Giắc Dương (F/F/M): Có 2 (hoặc 3, 4) đầu vào “Cái” (Female) và 1 đầu ra “Đực” (Male). Dùng để gộp các dây Âm (-).
  • Giắc Âm (M/M/F): Có 2 (hoặc 3, 4) đầu vào “Đực” (Male) và 1 đầu ra “Cái” (Female). Dùng để gộp các dây Dương (+).
• Bảo hộ an toàn cho người thi công lắp đặt và che chắn tấm pin lại khi lắp đặt tránh tạo ra điện trong quá trình lắp đặt
• Gộp Cực Dương: Lấy 2 đầu nối Dương (+) từ Tấm 1 và Tấm 2. Cắm chúng vào hai đầu vào (M) của giắc Y Âm (M/M/F).
• Gộp Cực Âm: Lấy 2 đầu nối Âm (-) từ Tấm 1 và Tấm 2. Cắm chúng vào hai đầu vào (F) của giắc Y Dương (F/F/M).
• Hoàn thành: Sẽ còn lại hai đầu ra duy nhất: 1 đầu Dương (từ giắc Y Âm) và 1 đầu Âm (từ giắc Y Dương).
• Kiểm tra:
  • Đo V giữa hai đầu ra: Phải bằng V của 1 tấm pin.
  • Đo I (Dòng ngắn mạch): Phải bằng tổng I của 2 tấm pin cộng lại (cần thiết bị đo chuyên dụng)

2.3 Ứng dụng đấu song song tấm pin trong thực tế.

Hệ nối song song các tấm pin thường sử dụng cho hệ nhỏ, ví dụ chúng tôi thường sử dụng nhất là hệ 12 ắc quy, hệ 24v, hoặc tối đa là 48V trong điều kiện sử dụng thực tế, trước đây sử dụng hệ 12V100a, giờ nâng cấp lưu trữ lên 12V200 thì cần thêm tấm pin để nối song song nâng cường độ dòng điện đầu ra ( ampe cao ) và giữ nguyên điện áp dòng điện.

Ví dụ: Sử dụng cho đèn năng lượng mặt trời cũng hợp lý

Phần 3: Đấu nối hỗn hợp.(Series-Parallel Connection)

Đây là phương án phát triển từ song song và nối tiếp, nó sẽ vừa tăng cường độ dòng điện, vừa tăng điện áp dòng điện tùy thuộc vào hệ điện bạn sử dụng cũng như hệ thống chịu tải của hệ thiết bị mà có phương án phù hợp nhất. Yêu cầu tiên quyết của đấu nối hỗn hợp này là các tấm pin phải cân bằng cao nhất để tạo ra lưu lượng điện năng chuẩn nhất.

Kết luận: Bảng So sánh Kỹ thuật Toàn diện

Cuối cùng, ở đây chúng tôi cung cấp tới bạn đọc bảng so sánh giữa các phương án đấu nối và ưu điểm, nhược điểm, lưu ý trong quá trình thi công.

Cuối cùng, ở đây chúng ta không phải thích sử dụng hệ nối tiếp hay song song mà chỉ lựa chọn hệ cho phù hợp với điều kiện và thiết bị nhà bạn.