Biến tần 5 kWp có thể lắp được bao nhiêu tấm pin?
(Biến tần mặt trời – Lựa chọn tỷ lệ DC/AC như thế nào là lý tưởng?)
Chúng tôi nhận được nhiều câu hỏi của các khách hàng xoay quanh những câu hỏi như biến tần 5KW thì lắp được bao nhiêu KWp? Hay nói cách khác nên chọn tỷ lệ DC/AC như thế nào cho phù hợp? nó là 1.1 hay 1.25 hay thậm chí 1.6 hoặc 1.8? qua bài viết sau đây chúng ta sẽ đi tìm lời giải cho câu hỏi đó.
Đây là bài viết của Tác giả paul Grana đã đăng trên tạp chí về điện năng lượng mặt trời nổi tiếng của Mỹ solarpowerworldonline.com, ngày 8 tháng 7 năm 2016.
Quý vị và các bạn đọc có thể tham khảo bài viết gốc tại đường link bên dưới.
Chúng tôi thấy bài viết có ích cho ngành năng lượng mặt trời còn khá mới mẽ ở thị trường Việt Nam nên xin trích đăng lại trên website LITHACO để bạn đọc tham khảo.
Trước tiên xin giới thiệu vài nét về tác giả : Paul Grana là người đồng sáng lập Folsom Labs, nơi ông lãnh đạo bán hàng và tiếp thị, nơi ông đã giúp phát triển công ty tới hàng ngàn người cài đặt tại hơn 70 quốc gia. Ông cũng thành lập Hội nghị thượng đỉnh phần mềm năng lượng mặt trời S3, nơi quy tụ các nhà cung cấp và người mua phần mềm hàng đầu trong ngành mỗi năm. Trước đây ông làm việc tại Abound Solar, và lãnh đạo quản lý sản phẩm và tiếp thị kỹ thuật với Tigo Energy. Paul có bằng Cử nhân Toán học và Kinh tế tại Đại học Chicago và bằng MBA của Trường Kinh doanh Harvard.
Mở đầu bài viết tác giả đặt vấn đề : Điều gì xảy ra nếu bạn ghép 6KWp mô-đun với biến tần 5 kW? Bao nhiêu năng lượng sẽ bị mất do cắt ngõ ra (clipping solar)?
Chúng ta đều biết rằng công suất định mức của các tấm pin mặt trời có thể lớn hơn công suất định mức của biến tần, và điều này đều được ghi rất rõ ràng trong các catalogue của các nhà sản xuất thí dụ bạn đọc xem bảng tóm tắt thông số của hãng biến tần SMA theo Bảng – 1 bên dưới, qua đó biến tần Sunny Boy 3.0 có công suất định mức AC là 3KW nhưng công suất lắp pin tối đa 5500Wp (tỷ lệ DC/AC là 5500/3000 > 1.8) điều đó có nghĩa là nếu bạn mua một biến tần SMA 3KW thì bạn có thể lắp đặt số tấm pin mặt trời có công suất tối đa là 5,5KWp. Nhưng rất ít nhà thiết kế và kỹ sư hiểu giới hạn thực tế này là gì
.Bảng 1 – cổng DC tối đa của chuỗi các tấm pin cho phép của biến tần SMA
Bảng – 1 thông số kỹ thuật của biến tần SMA
Tỷ lệ DC / AC (còn được gọi là Tỷ lệ tải biến tần, hay ILR viết tắt của Inverter Load Ratio) là một tham số quan trọng khi thiết kế dự án năng lượng mặt trời. Ví dụ, mảng DC 6 kW kết hợp với biến tần định mức AC là 5 kW sẽ có tỷ lệ DC / AC là 1,2 (6 kW / 5 kW = 1,2).
Trình điều khiển chính ở đây là sự mất mát (tổn thất) khi cắt dữ liệu, khi nguồn điện DC cung cấp cho biến tần nhiều hơn biến tần có thể xử lý, kết quả là nguồn điện bị cắt và bị mất (clipping loss).
Chúng tôi tại Folsom Labs đã phát hiện ra rằng nhiều nhà thiết kế quá bảo thủ khi nghĩ về tỷ lệ DC / AC. Nhiều người cho rằng tỷ lệ DC / AC là 1,1 là lý tưởng, với 1,2 là ‘quá cao’ (as slightly aggressive). Thay vào đó, giá trị thiết kế 1,2 thường dẫn đến tổn thất tối thiểu, trong khi giá trị 1,25 hoặc 1,3 có thể cải thiện tính kinh tế của dự án, đặc biệt là khi quy mô dự án bị hạn chế bởi công suất AC.
Tại sao và làm thế nào để cắt biến tần (inverters clipping)?
Mỗi biến tần có công suất định mức tối đa. Điều này rất quan trọng vì hai lý do. Đầu tiên, xếp hạng thành phần của các thiết bị điện tử công suất trong biến tần thường được thiết kế với một phạm vi công suất và điện áp cụ thể. Thứ hai, ở cấp độ hệ thống, bảng điện AC của ngôi nhà (và / hoặc điểm kết nối lưới) được thiết kế với công suất tối đa cụ thể nào đó.
Biến tần thường sẽ không bao giờ xuất ra nhiều hơn công suất định mức AC được quy định của chúng. Ở một thời điểm nào đó khi công suất đầu vào DC quá cao, biến tần cũng sẽ tự động điều chỉnh để làm giảm công suất DC.
Tại sao nếu chọn tỷ lệ DC/AC là 20% sẽ dẫn đến tổn thất cắt tối thiểu
Nhiều kỹ sư thiết kế bắt đầu với giả định tỷ lệ DC/AC tối đa là 1,2 (nói cách khác lựa chọn công suất các tấm pin lớn 20% so với công suất định mức của biến tần). Điều này thực sự giữ tổn thất cực kỳ thấp, thường dưới 0,25%. Tại sao lại thế này? Ba yếu tố giúp giải thích những tổn thất thấp này:
- Điều kiện tiêu chuẩn Full Full (1.000W / m 2) rất hiếm.
Tấm pin mặt trời được đánh giá ở “Điều kiện thử nghiệm tiêu chuẩn” (STC : Standard Test Conditions), đó là ánh sáng mặt trời là 1,000W/m 2, ở nhiệt độ thí nghiệm là 25 độ C (về lý thuyết nó là một buổi trưa mùa xuân tuyệt vời khi nắng đạt cường độ bức xạ đỉnh (peak) và các hạt photon chiếu xuống vuông góc vào các tấm pin, toàn bộ 100% các hạt, bầu trời không gợn chút mây che và nhiệt độ ngoài trời là 25 độ C). Nhưng lý thuyết cũng chỉ là lý thuyết, bởi vì trong thực tế, các hệ thống hiếm khi (và gần như là không thể) nhận được các điều kiện lý tưởng như vậy.
Ví dụ, biểu đồ bên dưới hiển thị biểu đồ tần số cho một dải năng lượng mặt trời ở Atlanta nước Mỹ hướng về phía nam ở độ nghiêng 15 °. Lưu ý rằng các mảng hiếm khi nhận được (nhìn thấy) ánh sáng mặt trời đầy đủ. Trên thực tế trong một năm 365 ngày thì chỉ có khoảng 422 giờ (9% số giờ hoạt động) ánh sáng đạt cường độ 800W/m2 (tương đương với việc cắt ở tỷ lệ 1,25 DC / AC).
- Tổn thất nhiệt độ làm giảm thời gian năng lượng cao hơn nữa.
Ngoài thực tế là mảng (các tấm pin) hiếm khi nhận được ánh nắng mặt trời đầy đủ, còn có những tổn thất khác giữa bề mặt các tấm pin và biến tần. Cụ thể, tổn thất nhiệt độ tạo ra sự khác biệt rất lớn ở đây: các mô-đun thường nóng hơn 25ºC, đặc biệt khi mảng đang nhận được ánh sáng mặt trời tối đa. Do đó, mảng tạo ra ít hơn công suất định mức và nó không đạt được điều kiện tối đa (quá) công suất ở biến tần.
Quay lại ví dụ Atlanta của nước Mỹ: Chúng ta hãy xem tần suất các mô-đun sản xuất gần với công suất định mức của chúng. Lưu ý rằng năng lựợng tạo ra đầu cuối thậm chí còn ít hơn vì dữ liệu này cũng bao gồm tổn thất nhiệt độ, sẽ lớn nhất vào thời điểm ánh sáng mặt trời cao nhất. Và nếu cộng thêm tổn thất nhiệt này, thì nó chỉ có 212 giờ (4,5% số giờ hoạt động) mà các tấm pin đang tạo ra hơn 80% công suất tối đa so với định mức của chúng.
- Sản lượng không về 0 khi công suất DC lớn hơn công suất AC tối đa.
Nói chung, khi một biến tần ở chế độ quá điện, điều đó chỉ có nghĩa là nó sẽ hy sinh năng lượng dư thừa. Vì vậy, ngay cả khi công suất DC thực tế là 10% so với công suất AC tối đa, tổn thất chỉ là 10% trong thời gian đó.
Nhìn vào ví dụ Atlanta một lần nữa: Trong 212 giờ khi các mô-đun sản xuất hơn 80% công suất định mức (điểm cắt cho tỷ lệ 1,25 DC/AC), công suất trung bình chỉ là 6,8% so với giới hạn. Hiệu ứng này thậm chí còn cực đoan hơn với các mảng dân cư. Bởi vì các hệ thống dân cư được gắn phẳng (áp theo mái nhà), chúng chạy nóng hơn, và do đó tổn thất nhiệt độ thậm chí còn lớn hơn. Do đó, hệ thống Atlanta với tỷ lệ 1,25 DC / AC có tổng thiệt hại chỉ 0,6% cho các mảng thương mại và 0,1% cho các mảng dân cư.
Khai thác thêm: các giá trị DC/AC khác nhau
Như vậy nếu chúng ta chọn hệ số DC/AC là 1,4 thì thiệt hại chỉ 2.5% sản lượng điện đối với dự án Commercila và khoảng 0,6% cho các dự án dân cư (chủ yếu nằm trong khung giờ cao điểm) nhưng bù lại chúng ta sẽ có thêm nhiều năng lượng trong các khung giờ buổi sáng và buồi chiều.
Vì ILR (Inverter Load Ratio) (1,25 ở Atlanta chỉ chiếm 0,1% đến 0,6% khi cắt lỗ, điều này đặt ra một câu hỏi: tổn thất sẽ là gì nếu chúng ta tăng tỷ lệ DC/AC đột ngột cao hơn? Xem bên dưới:
Cắt lỗ (Clipping losses) là 0 đối với tỷ lệ DC/AC là 1,15 trong cả hai loại hệ thống. Trong các mảng thương mại (với tổn thất nhiệt độ thấp hơn), công suất mô-đun có thể lên tới 365W trong khi vẫn giữ mức cắt lỗ dưới 2%. Cuối cùng, mảng dân cư có thể lên tới 380W với mức cắt lỗ dưới 1%.
Phần kết luận
Lần tới khi ai đó nói với bạn rằng công suất DC định mức quá lớn cho một biến tần, hãy tự mình kiểm tra nó. Bạn có thể thấy rằng khi bạn lập mô hình sản xuất hệ thống, tổn thất cắt thấp hơn bạn mong đợi.
Biến tần Steca của Đức có thể mở rộng số lượng Pin
Lời khuyên của LITHACO :
Như vậy cho dù công suất định mức của biến tần là 3KW (rated output power = 3000W) nhưng thông thường do ảnh hưởng của nhiều yếu tố như sự bất ổn của nắng, bóng che, hướng lắp, góc lắp, ô nhiễm không khí, tổn hao nhiệt, tổn hao của biến tần, tổn hao của cáp DC,…cho nên thực tế sản lượng điện thu được ở ngõ ra của biến tần chỉ nằm trong khoảng 68% đến 88% công suất định mức. Chính vì vậy bạn cần lắp nhiều tấm pin hơn ở ngõ vào để bù đắp cho các tổn hao nêu trên. Theo kinh nghiệm của các nước thì tỷ lệ DC/AC dao động từ 1.1 đến 1.8 phụ thuộc vào cho phép của nhà sản xuất biến tần. Thí dụ hãy nhìn vào Bảng – 1 ở trên chúng ta thấy một biến tần Sunny Boy 3.0KW cho phép lắp tối đa 5,5KWp, trong khi một biến tần Chinna (xem Bảng – 2 bên dưới) chỉ cho phép lắp tối đa là 3,3KWp.
Bảng -2 : Biến tần 3KW của China cho phép lắp tối đa 3.3KWp.
Điều đó lý giải vì sao biến tần China tuy giá rẻ nhưng nếu xét kỹ ở góc độ kinh tế chứ chưa nói đến yếu tố kỹ thuật thì kém xa so với các dòng biến tần của Đức, Áo, Mỹ, Ý, Israel…
Như vậy đối với biến tần China (trừ Huawei, Sungrow…) thì bạn chọn tỷ lệ DC/AC là 1.1 đế 1.15, còn đối với SMA hoặc các thương hiệu khác của Đức như Kaco, Steca…bạn hoàn toàn có thể chọn DC/AC là 1.35 đến 1.6 thậm chí dòng biến tần thương mại bạn có thể chọn 1.7 hoặc 1.8 mà vẫn có thể yên tâm rằng biến tần của mình không hề bị tổn hại bởi nó được thiết kế để thích ứng với chế độ làm việc như vậy thông qua chức năng cắt biến tần (Clipping Solar).
Các bạn có thể tham khảo thêm bài viết của tác giả Terence Parker, một kỹ sư ứng dụng gạo cội của Ginlong Solis Hoa Kỳ, người có thâm niên hơn 30 năm trong ngành năng lượng mặt trời.
1 phản hồi
Bình luận
Bài Viết Liên Quan
Tôi muốn cty tư vấn thêm về biến tần Đức. Tôi muốn lắp hệ thống 20 KWp nhưng tôi không thích biến tần made in China vì nghe nói chỉ bảo hành 5 năm nhưng nhà hàng xóm tôi lắp chỉ mới 1 năm đã có vấn đề.