Cách tính toán pin năng lượng mặt trời chính xác nhất

Việc thiết kế một hệ thống điện năng lượng mặt trời
là một quá trình tương đối phức tạp. Khi nhắc tới tính toán pin năng
lượng mặt  trời chúng ta thường quan tâm tới yếu tố nào. Công thức nào
là đơn gian cho mọi người nhất, cùng nhau tìm hiểu ngay nhé.

Một số khai niệm liên quan đến Pin năng lượng mặt trời

Pin năng lượng mặt trời là gì?

Pin mặt trời
hay pin quang điện có tên tiếng Anh là Solar panel, nó bao gồm nhiều tế
bào quang điện (gọi là solar cells). Tế bào quang điện này là các phần
tử bán dẫn có chứa trên bề mặt nhiều các cảm biến của ánh sáng là đi ốt
quang, nó làm biến đổi năng lượng của ánh sáng thành năng lượng điện.

Wp là gì

Wp (Watts peak) là đơn vị đo lượng năng
lượng sinh ra, thường được sử dụng cho các thiết bị năng lượng mặt trời.
Đối với pin năng lượng mặt trời Wp là công suất tối đa tấm pin có thể
sản xuất được trong điều kiện tối ưu.

Thế nào là định cỡ chuỗi?

Một chuỗi ở đây là tập hợp nhiều tấm pin mặt trời được nối vào chung 1 bộ biến tần (inverter).
Do đó, định cỡ chuỗi nghĩa là chúng ta phải tính toán xem nên kết nối
bao nhiêu tấm vào một bộ biến tần của bạn để có được hiệu quả tối ưu
nhất.

TÌM HIỂU THÊM VỀ CÁCH CHUYỂN HÓA NĂNG LƯỢNG TỪ MẶT TRỜI THÀNH ĐIỆN NĂNG TRONG GIẢI PHÁP LẮP ĐẶT ĐIỆN MẶT TRỜI CỦA CHÚNG TÔI!

Tính toán pin năng lượng mặt trời quan tâm tới những thông số nào?

Tính toán công suất pin mặt trời cần sử dụng

Để tính toán kích cỡ các tấm pin mặt
trời cần sử dụng, ta phải tính Watt-peak (Wp) cần có của tấm pin mặt
trời. Lượng Wp mà pin mặt trời tạo ra lại tùy thuộc vào khí hậu của từng
vùng.

Để thiết kế chính xác, người ta phải
khảo sát từng vùng và đưa ra một hệ số gọi là “panel generation factor”,
tạm dịch là hệ số phát điện của pin mặt trời. Hệ số “panel generation
factor” này là tích số của hiệu suất hấp thu (collection efficiency) và
độ bức xạ năng lượng mặt trời (solar radiation) trong các tháng ít nắng
của vùng, đơn vị tính của nó là (kWh/m2/ngày).

Kết quả trên chỉ cho ta biết số lượng
tối thiểu số lượng tấm pin mặt trời cần dùng. Càng có nhiều pin mặt
trời, hệ thống sẽ làm việc tốt hơn, tuổi thọ của battery sẽ cao hơn. Nếu
có ít pin mặt trời, hệ thống sẽ thiếu điện trong những ngày râm mát,
rút cạn battery hơn và như vậy sẽ làm battery giảm tuổi thọ. Nếu thiết
kế nhiều pin mặt trời thì làm giá thành hệ thống cao, vượt quá ngân sách
cho phép, đôi khi không cần thiết. Thiết kế bao nhiêu pin mặt trời lại
còn tùy thuộc vào độ dự phòng của hệ thống.

Tính toán bộ inverter

Hiện nay phổ biến có 2 loại inverter
sine chuẩn ta có thể dùng để tính toán: Inverter sine chuẩn tần số cao
(high frequency) và inverter sine chuẩn tần số thấp (low frequency – hay
người ta còn gọi là inverter dùng tăng phô)

Nếu thiết kế chọn inverter sine chuẩn
tần số cao, bộ inverter phải đủ lớn để có thể đáp ứng được khi tất cả
tải đều bật lên, như vậy nó phải có công suất ít nhất bằng 150% công
suất tải, tốt nhất là chọn 200% công suất tải vì khi sử dụng có những
lúc cần khởi động các thiết bị.

Nếu chọn inverter sine chuẩn dùng tăng
phô thì có thể chọn công suất từ 125 – 150% là có thể sử dụng được, tuy
nhiên nhược điểm của loại inverter này là tiêu hao lớn.

Tính thời gian sử dụng điện của thiết bị

Xác định thời gian sử dụng hệ thống pin
năng lượng mặt trời, nên tính toán thời gian sử dụng thật hợp lý vì chi
phí đầu tư cho 1kwh sử dụng điện 1 ngày cho hệ thống điện năng lượng mặt
trời không nhỏ

Áp dụng công thức để tính toán bằng một trong các công thức sau :

• Tổng Công suất tiêu thụ trong hệ thống (W)
• Hiệu điện thế của mạch nạp bình ắc quy (V)
• Dung lượng của bình ắc quy (AH)
• Thời gian cần có điện của hệ thống (T)
• Hệ số năng suất của bộ kích điện (pf): thường là 0,7 hoặc 0,8

AH = (T * W)/(V * pf)

Dùng công thức này để tính tổng dung
lượng của ắc quy (AH) nếu xác định trước thời gian sử dụng hệ thống T,
tổng công suất của Inverter W, điện thế của bộ nạp V, pf = 0.7 hoặc 0.8
tuỳ vào từng loại Inverter

T = (AH * V * pf)/W

Dùng công thức này để tính thời gian
hoạt động T của hệ thống nếu biết tổng dung lượng của ắc quy AH, tổng
công suất của Inverter W, điện thế của bộ nạp V, pf = 0.7 hoặc 0.8 tuỳ
vào từng loại Inverter

Cách tính kích thước chuỗi tấm pin mặt trời

Ví dụ: Lắp đặt một hệ thống điện năng lượng mặt trời hoà lưới 8.64 kW. Dưới đây là các thông số kỹ thuật

Tấm pin mặt trời GivaSolar 330W có điện áp mạch hở Voc là 43.2V và điện áp tối đa Vmp là 36V.

Biến tần 7700W có dải điện áp MPP định mức là 270 – 480V và phạm vi hoạt
động là 100 – 600V (điện áp tối thiểu và tối đa của dòng điện DC).

Bước 1: Tính kích thước chuỗi tối thiểu cho hệ thống của bạn

Đầu tiên, chúng ta cần tính toán số
lượng bảng tối thiểu nên đặt trong một chuỗi. Bằng cách, lấy điện áp
thấp nhất của dải điện áp MPP (trong trường hợp này là 270V) chia cho
Vmp của tấm pin mặt trời (36V).

270V ÷ 36V = 7,5

Kích thước chuỗi tối thiểu của bạn là 8 tấm (lý thuyết và chưa cân bằng nhiệt độ nơi thiết lập hệ thống).

Bước 2: Tính kích thước chuỗi tối đa để không bị vượt quá điện áp

Để có kích thước chuỗi tối đa, chúng ta
cần tính toán với điện áp đầu vào DC tối đa để đảm bảo rằng chúng ta
không làm quá tải biến tần.

Đối với ví dụ này, ta lấy đầu vào DC tối đa (600V) chia cho Voc (43,2).

600V ÷ 43,2 = 13,89

Lần này khác ở trên, chúng ta sẽ làm
tròn xuống đến số nguyên kế nó, tức là kích thước chuỗi tối đa ở ví dụ
này sẽ là 13 tấm (lý thuyết và chưa cân bằng nhiệt độ nơi thiết lập hệ
thống).

Bước 3: Kiểm tra kích thước chuỗi tối đa trong phạm vi điện áp tối ưu (MPP)

Kiểm tra kỹ xem nó có nằm trong phạm vi điện áp hiệu quả cao nhất hay không.

Để tính được, hãy lấy kích thước chuỗi tối đa được tính trong bước 2 (13 bảng) và nhân với Vmp của bảng (36V).

13 x 36V = 468V

Kết luận: Con số này đã nằm trong phạm vi MPP (270 – 480V) rồi.

Như vậy, sau 3 bước này chúng ta đã xác
định được kích cỡ chuỗi phù hợp cho hệ thống là khoảng từ 8 – 13 tấm
pin. Nhưng đây là trên lý thuyết và chưa tính toán bao gồm yếu tố nhiệt
độ tại nơi lắp đặt hệ thống. (khi nhiệt độ giảm thì sẽ làm tăng điện áp
và ngược lại khi nhiệt độ tăng thì sẽ làm giảm điện áp).

TÌM HIỂU THÊM VỀ CÁCH CHUYỂN HÓA NĂNG LƯỢNG TỪ MẶT TRỜI THÀNH ĐIỆN NĂNG TRONG GIẢI PHÁP LẮP ĐIỆN MẶT TRỜI CỦA CHÚNG TÔI!

Bước 4: Tính toán nhiệt độ cho vị trí đặt hệ thống của bạn

Hiện tại, có rất nhiều website và ứng
dụng giúp bạn có thể đo nhiệt độ thấp nhất hoặc cao nhất có thể xảy ra ở
khu vực bạn sinh sống. Giả sử nơi bạn lắp đặt hệ thống, có nhiệt độ
thấp nhất thế giới là khoản –33,3°C và áp dụng để tính toán trong trường
hợp này.

Tấm pin trên ví dụ có nhiệt độ thích hợp
để các tế bào hoạt động bình thường (Normal Operating Cell Temperature –
NOCT) là 44°C. Ta thấy chênh lệch nhiệt độ giữa NOCT với nhiệt độ thấp
nhất tại khu vực của bạn là 77,3°C.

Tiếp theo, ta có hệ số nhiệt độ này là
0.28%/°C. Thông số mà nhà sản xuất tấm pin cung cấp này có nghĩa là với
mỗi một °C thì điện áp tạo ra sẽ tăng lên 0.28%.

Để tính toán, trước tiên chúng ta cần nhân điện áp mạch hở Voc (43,2V) của tấm pin với hệ số nhiệt độ NOCT (0,28%).

43,2 x 0,0028 = 0,121

Tiếp tục nhân con số vừa tính được (0,121) với mức chênh lệch nhiệt độ đã tính ở trên (77,3°C):

0,121 x 77,3 = 9,3533

Như vậy, vào những ngày lạnh nhất ở khu
vực bạn, mỗi tấm pin sẽ tạo ra điện áp cao hơn mức Voc khoảng 9,3533V.
Tức điện áp của tấm pin tạo ra lúc này là:

43,2V + 9,3533V = 52,5533V

Sau đó tiếp tục nhân với số tấm pin tối đa của chuỗi mà chúng ta đã tính được ở trên:

52,5533V x 13 = 683.1929V

Từ đây, chúng ta có thể thấy được mức
điện áp cực đại mà các tấm pin tạo ra trong những ngày lạnh nhất là ≈
684V. Rõ ràng có thể thấy được con số này đã vượt mức điện áp hoạt động
tối đa của biến tần (600V), điều này có thể làm cháy bộ inverter.

Vậy nên chúng ta cần điều chỉnh giảm số
lượng tấm pin mặt trời xuống để có tổng điện áp cực đại phù hợp, bằng
cách cứ giảm 1 tấm thì trừ đi 52,5533V (điệp áp cực đại mỗi tấm pin).

683,1929V – 52,5533V = 630,6396V (giảm tấm thứ nhất)

Tiếp tục giảm cho đến khi đạt mức điện áp phù hợp:

630,6396V – 52,5533V = 578,0863V (giảm tấm thứ hai)

Được rồi, sau khi giảm bớt đi 2 tấm lúc
này chúng ta thấy được mức điện áp cực đại tạo ra là 578,0863V hoàn toàn
thích hợp với điện áp cực đại của biến tần. Như vậy đối với ví dụ này,
việc lắp đặt chuỗi với tối 11 tấm pin sẽ vĩnh viễn không làm hư hỏng bộ
biến tần của bạn được.

Trên đây là những chia sẻ của chúng tôi về cách tính toán pin năng
lượng mặt trời chính xác nhất. Hy vọng, khách hàng có thể áp dụng được
ngay sau khi tham khảo bài viết. Mọi thắc mắc về hệ thống pin năng lượng
mặt trời có thể liên hệ ngay cho chúng tôi qua hotline 0399514568