Cho đến phần này, bạn đã biết các bộ phận và linh kiện chính được sử dụng trong hệ thống điện mặt trời. Bước kế tiếp là tiến hành thiết kế hệ thống điện năng lượng mặt trời chi tiết, càng chi tiết càng dễ thực hiện. Ngay cả với các hệ thống đơn giản nhất bạn cũng cần vẽ phác sơ đồ trước khi thi công.
Sơ đồ đi dây và mạch điện sẽ:
- Bảo đảm bạn không bỏ sót linh kiện.
- Hỗ trợ quá trình tính toán kích cỡ dây điện.
- Liệt kê đầy đủ các bộ phận trong hệ thống và phân bố công việc hợp lý, đặc biệt khi có một nhóm người cùng làm việc tại hiện trường.
Mỗi hệ thống đều có sơ đồ đi dây đặc thù, và thay đổi tùy theo các loại linh kiện được sử dụng. Bạn hãy đọc kỹ tài liệu sản phẩm đi kèm từng linh kiện hoặc thiết bị, đặc biệt là thông tin về điện. Vào giai đoạn này, nếu chưa chọn được linh kiện hoặc thiết bị, bạn hãy vẽ sơ đồ điện khái quát và chi tiết hóa trước khi tiến hành lắp đặt.
Sau khi vẽ sơ đồ đi dây, bạn cần nhớ các điểm sau:
Đảm bảo an toàn: Điều kiện cần tuân thủ
Cũng như mọi hệ thống điện khác, hệ thống năng lượng mặt trời luôn luôn tiềm ẩn các nguy cơ, nhưng thường bị bỏ qua hoặc không được chú ý đúng mức. Bạn làm việc với điện và tuy các linh kiện riêng rẽ có thể chỉ là loại điện áp thấp, nhưng cường độ dòng điện đôi khi có thể đủ lớn để gây ra sự cố.
Hơn nữa, mắc nổi tiếp nhiều panel mặt trời hoặc acquy với nhau có thể dẫn đến điện áp cao. Do đó, điều quan trọng là đánh giá đúng mức tính an toàn trong giai đoạn thiết kế chi tiết và đặc biệt là giai đoạn lắp đặt. Khi thiết kế hệ thống, bạn nên đặt ra câu hỏi: “Điều xấu nhất có thể xảy ra là gì?”
Hệ thống năng lượng mặt trời tương đối đơn giản và cấu trúc của tất cả các linh kiện bạn sẽ sử dụng đều được thiết kế để bảo đảm rủi ro ở mức thấp nhất có thể. Tuy nhiên, vẫn tiềm ẩn các nguy cơ. Nếu chú ý đến các nguy cơ này, bạn có thể áp dụng các biện pháp trong thiết kế để loại bỏ chúng.
Xác định các rủi ro có thể xảy ra đối với hệ thống điện mặt trời
Với năng lượng mặt trời, bạn sẽ làm việc trong vài lĩnh vực tiềm ẩn các nguy cơ: điện DC từ mảng panel, cường độ dòng điện cao từ các acquy, điện AC nếu sử dụng bộ biến tần, và nhiệt độ cao từ các panel mặt trời. Từng lĩnh vực tiềm ẩn rủi ro nếu trên đều có thể dẫn đến vấn đề, cả khi đang lắp đặt và sau khi kết hợp với nhau.
Cần đánh giá các nguy cơ này để bảo đảm bản thiết kế có mức độ rủi ro thấp nhất.
Nối đất hệ thống điện
Ngoại trừ các hệ thống điện mặt trời rất nhỏ, chẳng hạn cấp điện cho chuông báo và đèn ngoài vườn, phải luôn luôn nối đất cho hệ thống năng lượng mặt trời. Điều này có nghĩa là nối một dây từ cực âm đến thanh nối đất được chôn xuống đất. Thanh nối đất là cọc kim loại dài khoảng 1m, thường bằng đồng, được bán ở các cửa hàng đồ điện.
Nối đất sẽ ngăn chặn quá trình tích tụ tĩnh điện và có thể tránh tiếp xúc với điện áp cao nếu mạch điện bị sự cố. Nếu nối kết mảng panel cho ngôi nhà, bạn phải có nối đất riêng từ mảng panel đó. Trong các trường hợp khác, điều này có thể chỉ là tùy chọn, nhưng luôn luôn là ý tưởng tốt.
Bạn nên nối đất từ mảng panel, nếu mảng có công suất định mức lớn hơn 200W. Bạn cũng phải nối đất cho dãy acquy, do dòng điện từ acquy có thể đạt đến cường độ rất lớn. Nếu trong hệ thống có cả điện AC và DC, bạn phải nối đất riêng cho điện AC và riêng cho điện DC.
Nối mát cho hệ thống điện không thể nối đất
Có thể có các trường hợp bạn thiết lập hệ thống điện nhưng không thể nối đất Chẳng hạn, thiết bị nạp điện mặt trời di động, có thể đem đi khắp nơi, hoặc du thuyền được cấp điện từ hệ thống năng lượng mặt trời. Nói chung, các thiết kế này rất nhỏ, chỉ sử dụng điện DC với cường độ vài ampere.
Nếu mảng panel có công suất dưới 100W, hệ thống có điện áp 12V và cường độ dòng điện không quá 10 A, có thể không cần nối mát chung cho tất cả các bộ phận trong hệ thống. Đối với các hệ thống lớn, thường sử dụng dây nối mát.
Dây nối mát chính là dây điện đủ lớn, chịu được dòng điện cường độ cao, nối đến cọc âm trên acquy, và từng thiết bị cần được nối mát đều nối vào dây này. Dây điện cỡ lớn nối kết các acquy với nhau thường được dùng làm dây nối mát, và các dây cỡ nhỏ hơn nối từ thiết bị cần nối mát đến dây nối mát.
Thay vì dây nối mát chính, tùy theo hệ thống điện mặt trời được lắp đặt trên vật liệu nào, bạn có thể dùng khung kim loại để nối mát chung cho hệ thống điện. Hệ thống điện tiêu chuẩn trong xe hơi, thân xe, bằng thép, thường được dùng làm khung nối mát.
Điện DC
Điện DC trong hệ thống điện mặt trời là dòng điện một chiều được tạo ra bởi các tấm pin năng lượng mặt trời. Dòng điện này được sử dụng để cung cấp điện cho các thiết bị điện trong hệ thống, hoặc được lưu trữ trong ắc quy để sử dụng khi không có ánh nắng mặt trời.
Để đảm bảo an toàn và hiệu quả cho hệ thống điện mặt trời, cần lưu ý một số vấn đề sau về điện DC:
- Dòng điện DC là dòng điện có điện áp cao. Dòng điện DC từ các tấm pin mặt trời có thể lên tới hàng trăm vôn, do đó cần thận trọng khi tiếp xúc với dòng điện này.
- Dòng điện DC không có pha. Điều này có nghĩa là dòng điện DC không có dòng điện xoay chiều, do đó không thể sử dụng trực tiếp cho các thiết bị điện sử dụng điện xoay chiều.
- Dòng điện DC không thể truyền tải đi xa. Do đó, cần sử dụng bộ biến tần để chuyển đổi dòng điện DC thành dòng điện xoay chiều để có thể sử dụng cho các thiết bị điện trong nhà.
Điện AC
An toàn điện AC hoàn toàn tương tự an toàn điện gia dụng và công nghiệp. Đây là hệ thống điện áp cao, 110V hoặc 220V, và nhiều quốc gia quy định người bình thường không được phép làm việc với hệ thống điện này trừ khi bạn có chứng chỉ thích hợp.
Bạn nên lắp hai cầu dao AC; một giữa bộ biến tần và bảng phân phối điện để có thể cô lập hoàn toàn hệ thống điện mặt trời khi cần thiết, và một giữa phần nối lên lưới điện và bảng phân phối điện để cô lập toàn bộ hệ thống với lưới điện, nếu hệ thống điện của bạn nối với lưới điện phân phối.
Nếu lắp đặt hệ thống điện mặt trời nối với điện lưới, bạn cần làm việc với chi nhánh hoặc công ty điện lực địa phương để biết các yêu cầu cụ thể, và các thỏa thuận về hợp đồng mua bán điện. Bộ biến tần phải là loại chuyên dùng trong hệ khi điện lưới bị cắt. Trong trường hợp có thống nối với lưới điện, ngắt mạch năng từ hệ thống điện mặt trời của bạn sự cố điện lưới, điều này bảo đảm điện sẽ không tiếp tục cấp lên lưới điện, có thể gây tai nạn cho những người đang làm việc, sửa chữa, khôi phục lưới điện.
Nhiệt độ cao
Các panel điện mặt trời có màu đen và hướng về phía mặt trời, vào ngày nắng, chúng có thể rất nóng; tuy có lẽ không đủ để làm chín trứng gà, nhưng có thể làm phỏng da. Do đó, bạn nên bảo đảm mảng panel được bố trí ở nơi trẻ em tò mò không thể chạm vào. Nếu panel mặt trời được lắp đặt ở gần mặt đất, cần có phương pháp bảo vệ trước những người tò mò hoặc vô tình chạm vào mảng panel.
Nhiệt độ cao sẽ trở thành vấn đề nghiêm trọng, nếu có sự cố trong mảng panel hoặc dây nối giữa các panel. Dây điện hoặc panel mặt trời bị hư có thể xảy ra sự tích tụ nhiệt tương đối lớn, và dễ dàng dẫn đến hỏa hoạn nếu không được giải quyết kịp thời. Bộ RCD, hoặc GFI, sẽ khắc phục được vấn đề này, cho phép bạn chẩn đoán vấn đề trước khi dẫn đến sự cố nghiêm trọng Tuy nhiên, bạn cũng nên lắp thêm bộ ngắt mạch DC vận hành bằng tay để xử lý sự cố trong trường hợp khẩn cấp.
Vấn đề an toàn còn được trình bày trong phần lắp đặt hệ thống; tuy nhiên, bạn cần nhớ, an toàn có nghĩa là không xảy ra tai nạn. Hãy xem xét các vấn đề an toàn khi thiết kế hệ thống, và áp dụng các biện pháp an toàn ngay trong hệ thống điện mặt trời của bạn. Chi phí bổ sung để mua thêm các bộ ngắt mạch AC và DC, thanh nối đất, bộ RCD/GFI, và dây diện đúng kích cỡ, là hoàn toàn hợp lý và xứng đáng.
Các phương pháp thiết kế hệ thống điện năng lượng mặt trời
Mọi Panel trong mảng đều phải quay về một hướng. Điều này bảo đảm từng bộ Mọi panel trong mảng đều phải quay về pin quang điện đều nhận được lượng ánh sáng như nhau, đây là yếu tố rất quan tạo ra điện năng một cách tối ưu.
Đôi khi bạn có thể phải lắp các panel theo những hướng khác nhau, chẳng hạn trên hai độ dốc khác nhau của mái nhà. Trong trường hợp này, bạn cần bảo đảm hai bộ panel tách biệt nhau, vận hành chúng như hai mảng riêng biệt để cấp điện vào bộ biến tần hoặc bộ điều khiển có khả năng vận hành với nhiều mảng panel, hoặc cấp điện vào hai bộ biến tần hoặc hai bộ điều khiển riêng biệt.
Tương tự, nếu có các panel mặt trời với kích cỡ khác nhau, bạn cần xếp chúng vào các mảng riêng rẽ và đi dây riêng rẽ, sử dụng bộ biến tần hoặc bộ điều khiển có khả năng vận hành nhiều mảng panel hoặc sử dụng các bộ điều khiển và bộ biến tần riêng rẽ.
Thiết kế mảng panel – hệ thống điện mặt trời độc lập
Nếu có hơn một panel và bạn muốn vận hành hệ thống với điện áp 12V, bạn cần mắc song song các panel này để tăng điện lượng mà không tăng điện áp. Nếu muốn hệ thống điện mặt trời có điện áp cao hơn, bạn có thể mua các panel điện áp cao, hoặc mắc nối tiếp nhiều panel với nhau để tăng điện áp đến giá trị mong muốn:
- Đối với hệ thống 24V, bạn có lựa chọn sử dụng các panel mặt trời 24V, hoặc hai panel 12V mắc nối tiếp.
- Đối với hệ thống 48V, bạn có thể sử dụng một panel 48V, hai panel 24V mắc nối tiếp, hoặc bốn panel 12V mắc nối tiếp.
Sau khi đạt được giá trị điện áp mong muốn, bạn có thể mắc các panel theo kiểu nối tiếp và song song, nối các panel theo kiểu nối tiếp để đạt được điện áp mong muốn, sau đó mắc các dãy panel song song với nhau để đạt được công suất theo yêu cầu, Hình 13.2.
Thiết kế mảng panel – hệ thống nối với điện lưới sử dụng vi biến tần
Với hệ thống điện mặt trời nối với điện lưới sử dụng các bộ vi biến tần, thiết kế rất đơn giản. Từng panel sẽ là hệ thống điện mặt trời hoàn chỉnh, cấp điện năng vào bộ vi biến tần của mình. Các bộ vi biến tần chuyển đổi điện DC thành điện AC và cấp lên mạch AC chính.
Thiết kế mảng panel – hệ thống nối với điện lưới sử dụng một bộ biến tần
Nếu thiết kế hệ thống điện mặt trời hoà lưới sử dụng một bộ biến tần, nói chung, tất cả các panel được mắc nối tiếp với nhau và cấp điện áp DC cao vào bộ biến tần (Hình 13.4).
Do có điện áp DC rất cao, cần bổ sung các biện pháp an toàn. Mảng panel mặt trời phải được nối đất, bộ ngắt mạch DC lắp giữa mảng panel và bộ biến tần, bộ RCD hoặc GFI để ngắt điện mảng panel khi xảy ra sự cố ngắn mạch.
Trong sơ đồ minh họa trên Hình 13.5, có 16 panel điện mặt trời mắc nối tiếp với nhau. Nếu mỗi panel có điện áp định mức 12V, hệ thống này sẽ có điện áp danh định 192V, công suất định khoảng 320V và điện áp hở mạch đến 416V.
Do các điện áp rất cao, cần lắp thêm các bộ ngắt mạch DC ở giữa mảng panel để giảm điện áp trong mảng khi ngắt các bộ đó. Điều này sẽ làm cho hệ thống trở nên an toàn hơn khi bảo trì, giảm nguy cơ điện giật và hỏa hoạn. Trong sơ đồ này có hai cầu dao AC, một giữa bộ biến tần và bảng phân phối diện để cô lập hoàn toàn hệ thống điện mặt trời với ngôi nhà, và một để cách ly ngôi nhà với lưới điện.
Hoa Kỳ quy định mọi bộ phận của hệ thống năng lượng mặt trời nối với lưới điện phân phối đều phải có diện thể không quá 600V. Nghĩa là bạn không được mắc nối tiếp quá 20 panel loại 12V hoặc mười panel loại 24 V để bảo đảm tính an toàn cho toàn hệ thống.
Ở châu Âu, điện áp hở mạch phải dưới 1000 V. Nói chung, điều này có nghĩa là không nên mắc nối tiếp hơn 30 panel 12V hoặc 15 panel 24V. Nếu hệ thống vận hành gần sát giới hạn này, bạn có ba tùy chọn:
- Lắp đặt hệ thống vi biến tần.
- Lắp đặt hệ thống nhiều nhánh, sử dụng bộ biến tần chung cho các nhánh, hoặc sử dụng các bộ biến tần riêng cho từng nhánh
- Mắc các panel theo kiểu hỗn hợp nối tiếp – song song.
Dữ liệu về điện áp hở mạch được nêu trên Bảng 10.1, thông tin về hệ thống nhiều nhánh được nêu trên các Hình 10.4 và 10.5.
Acquy
Acquy được nối dây theo cách thức tương tự như với mảng panel. Tùy theo yêu cầu điện áp và điện lượng, bạn có thể mắc song song nhiều acquy 12V để có điện lượng cao, hoặc mắc nối tiếp các acquy để có điện áp cao, hoặc mắc phối hợp nối tiếp – song song.
Khi mắc song mong các acquy, điều quan trọng là một đầu dây ra phải từ nối kết cọc dương của acquy thứ nhất và đầu dây ra thứ hai phải từ cọc âm của acquy cuối cùng trong dãy acquy, Hình 13.6, bên phải. Điều này bảo đảm tính cần bằng phóng điện và nạp điện qua toàn bộ dãy acquy.
Nếu cả hai dãy ra đều từ acquy thứ nhất, Hình 13.6, bên trái, nối đến bộ điều khiển và bộ biến tần, acquy thứ nhất sẽ phóng điện nhanh hơn các acquy còn lại trong dãy, và sẽ được nạp nhiều nhất từ mång panel. Điều này làm giảm tuổi thọ của acquy thứ nhất, đồng thời làm cho tất cả các acquy trong dãy bị mất cân bằng, dẫn đến giảm tuổi thọ một cách tỏ rệt. Các acquy khác trong dãy không được nạp đủ điện từ mảng panel, do acquy thứ nhất được nạp đầy trước, bộ điều khiển sẽ ngắt điện, thay vì tiếp tục nạp điện cho các acquy còn lại trong dãy.
Bộ điều khiển
Bộ điều khiển có các nối kết đến mảng panel, dây acquy, và các tải DC. Tuy nhiệt phát sinh trong bộ điều khiển không cao như bộ biến tần, nhưng vẫn có thể làm cho bộ này nóng lên. Bạn cần bảo đảm lắp đặt bộ điều khiển ở nơi thông gió tốt và dễ dàng tiếp cận để kiểm tra hoặc bảo trì.
Bộ biến tần
Khi được sử dụng trong hệ thống điện độc lập hoặc dự phòng, bộ biến tần được nối kết trực tiếp với dãy acquy và không qua bộ điều khiển. Bạn cần bảo đảm sao cho bộ biến tần trong hệ thống điện mặt trời được bố trí tại nơi thông gió tốt và dễ tiếp cận để kiểm tra hoặc bảo trì; đồng thời phải chú ý đến trọng lượng của bộ biến tần.
Thiết bị
Các thiết bị phải được nối với bộ biến tần, nếu vận hành với mức điện áp lưới; hoặc nối vào bộ điều khiển nếu vận hành với điện áp DC thấp; không được phép nối trực tiếp vào mảng panel hoặc acquy.
Các đặc tính của hệ thống điện mặt trời dự phòng điện lưới
Do hệ thống dự phòng (sự cố) điện lưới không nối kết hệ thống điện mặt trời với lưới điện phân phối, bạn ít bị giới hạn về các linh kiện hoặc thiết bị có thể sử dụng.
Tuy nhiên, bạn vẫn phải tuân thủ các quy định pháp luật cơ bản về hệ thống điện ở nơi bạn sinh sống. Ở một số quốc gia (chẳng hạn Vương Quốc Anh), điều này có nghĩa là hệ thống điện mặt trời dự phòng của bạn phải do chuyên viên hoặc kỹ thuật viên điện, có chứng chỉ hành nghề, thực hiện các nối kết từ nguồn điện lưới vào ngôi nhà của bạn.
Thiết kế hệ thống điện dự phòng (sự cố) điện lưới tương tự hệ thống điện mặt trời độc lập, gồm các panel mặt trời, bộ điều khiển, và acquy. Điều khác biệt duy nhất là phần phía sau dãy acquy.
Ưu điểm chính của hệ thống dự phòng điện lưới là có thể hoạt động theo ba cách: cung cấp điện năng cho toàn bộ ngôi nhà, cung cấp điện cho các mạch được chọn trước trong ngôi nhà, hoặc chỉ cấp điện cho một mạch điện. Thông tin về sơ đồ mạch của các cấu hình hệ thống điện dự phòng (sự cố) điện lưới được nêu trong Chương 15.
Bảo vệ mạch điện cho hệ thống điện mặt trời
Mọi hệ thống điện phải được bảo vệ để bảo đảm ngắt hệ thống một cách an toàn khi xảy ra ngắn mạch; áp dụng cho hệ thống điện áp thấp và cả hệ thống điện áp cao. Hệ thống điện áp thấp có thể gây ra các vấn đề nghiêm trọng do cường độ dòng điện cao từ acquy 12V; nếu vượt quá 1000 A, dù trong thời gian rất ngắn vẫn có thể gây ra điện giật với chấn thương nghiêm trọng, thậm chí chết người.
Trong trường hợp bị ngắn mạch, mạch điện sẽ rất nóng, vỏ dây điện bị nóng chảy chỉ trong vài giây, nếu không được bảo vệ một cách thích hợp. Điều này có thể dễ dàng dẫn đến hỏa hoạn, cần có các biện pháp bảo vệ thích hợp để bảo đảm hệ thống điện không bị hư hại do sự cố ngắn mạch (chạm mát) ngẫu nhiên.
Nối đất
Trong mọi hệ thống điện, cọc âm của acquy phải được nối đất một cách đầy đủ. Nếu không có phương tiện nối đất thích hợp, có thể sử dụng thanh hoặc dậy nổi đất tiêu chuẩn.
Bảo vệ mạch DC
Đối với các hệ thống nhỏ, công suất dưới 100W, cầu chì lắp trong bộ điều khiển là đủ để bảo vệ mạch cơ bản. Trong các hệ thống lớn hơn, cấp điện cho vài thiết bị không đi qua bộ điều khiển, cầu chì được lắp ở cọc dương acquy.
Khi lắp cầu chì ở acquy, bạn phải bảo đảm toàn bộ dòng điện ra từ acquy phải đi qua cầu chì. Trong hệ thống DC có nhiều mạch, nên lắp cầu chì cho từng mạch. Nếu sử dụng điện áp 12V hoặc 24V, bạn có thể dùng các cầu chì và bộ ngắt mạch cùng gia dụng. Đối với các hệ thống DC diện loại với loại được dùng trong mạch điện áp cao, bạn phải sử dụng loại cầu chì DC chuyên dùng.
Khi nối kết các thiết bị vào mạch DC, không cần dùng dây nối đất riêng cho thiết bị, do cực âm acquy đã được nối Lắp cầu dao DC (công tắc ngắt mạch) giữa mảng panel và bộ biến tần hoặc bộ điều khiển. Lắp cầu dao DC thứ hai giữa dãy acquy và bộ điều khiển hoặc bộ biến tần.
Trừ khi bộ biến tần hoặc bộ điều khiển có tích hợp tính năng bảo vệ sự cố chạm mát, bạn nên lắp thiết bị RCD hoặc GFI giữa mảng panel và bộ điều khiển hoặc bộ biến tần.
Bảo vệ mạch AC
Mạch AC phải được cấp qua bảng phân phối (tủ phân phối) điện. Tủ phân phối này phải được nối đất và có cầu dao tự động tích hợp với bảo vệ sự cố chạy mát (RCD hoặc GFI). Sau khi nối đất cho các mạch DC, bạn phải nối đất riêng cho các mạch AC. Bạn cũng nên lắp cầu dao (ngắt mạch) AC giữa bộ biến tần và bảng phân phối điện.
Đối với hệ thống điện nối với điện lưới, đây là yêu cầu bắt buộc, nhưng cũng nên áp dụng cho các hệ thống khác.
Kích cỡ và lựa chọn dây cáp
Sau khi có sơ đồ điện, bạn cần xác định các chiều dài dây điện trong từng phần sở đồ, và xác định từng loại dây điện, theo tiêu chuẩn, cần dùng cho hệ thống điện.
Xác định kích cỡ dây điện
Phương pháp xác định kích cỡ đã được trình bày trong phần trước, và nhắc lại ở dây vẫn không thừa, do dây là phần dễ bị nhầm lẫn hoặc đánh giá không đúng khi lắp đặt hệ thống điện.
Hệ thống điện áp thấp bị tổn thất điện năng khá lớn qua các dây dẫn. Điều này là do cường độ dòng điện cao khi điện áp thấp. Định luật Ohm cho biết tổn thất công suất qua dây dẫn tỷ lệ với bình phương cường độ dòng điện, dòng điện càng cao, điện trở càng lớn. Để vượt qua điện trở này, cần sử dụng dây điện có tiết diện đủ lớn.
Khi sử dụng dây điện với điện áp thấp (từ mảng panel đến bộ điều khiển, và đến tất cả các thiết bị DC điện áp thấp), cần bảo đảm sử dụng đúng kích cỡ dây cáp điện; nếu cỡ dây quá nhỏ, điện áp có thể bị sụt giảm đến mức hệ thống bị sự cố. Bạn có thể tính cỡ dây điện theo công thức sau:
- (L x | X 0.04) ÷ (V ÷ 20) = tiết diện dây điện
- L: chiều dài dây điện, tính theo m
- I: cường độ dòng điện, tính theo A
- V: điện áp hệ thống (12 volt hoặc 24 volt) Tiết diện dây điện tính theo mm vuông.
Để đổi tiết hoặc cỡ dây tiêu chuẩn Mỹ (AWG), bạn hãy xem Bảng 11.1. Tiết diện dây nêu trên là giá trị thấp nhất có thể sử dụng; không được phép dùng cỡ dây nhỏ hơn, do độ sụt điện áp sẽ tăng khi giảm tiết diện dây, do đó sẽ ảnh hưởng đến sự vận hành của các thiết bị.
Bảo vệ các đường dây điện
Khi lập sơ đồ đi dây, bạn cần bảo đảm các đường dây điện được bảo vệ, tránh thú vật phá hoại, tránh trẻ em, và tránh cả các hành động phá hoại vô tình hoặc cố ý. Chuột cắn lớp vỏ bảo vệ dây điện có thể dẫn đến các vấn đề, thậm chí rất nghiêm trọng. Nói chung, các đường dây dẫn điện thường được đặt trong ống luồn dây thích hợp để bảo vệ.
Thiết kế hệ thống với các đường dây điện ngắn nhất
Nếu có nhiều thiết bị được đặt ở các vị trí khác nhau, bạn có thể thiết kế nhiều đường dây điện chạy song song để rút ngắn chiều dài dây, thay vì một đường dây chạy qua tất cả các vị trí đó. Thực hiện điều này bạn đạt được hai mục đích: giảm chiều dài của mỗi dây cáp điện và phân chia tải giữa vài mạch điện, do đó có thể giảm tiết diện dây dẫn, cho phép bạn tiết kiệm chi phí và quá trình lắp đặt cũng trở nên dễ dàng hơn.
Nếu đi dây điện trong ngôi nhà, bạn có thể dùng bảng phân phối điện nối kết với từng mạch. Ví dụ, trong dự án ngôi nhà nghỉ, bạn nên có các mạch riêng rẽ cho chiếu sáng tầng trên và chiếu sáng tầng dưới. Bằng cách tăng số mạch điện, bạn thậm chí có thể sử dụng dây điện đôi gia dụng, có dây mát bên trong, cho mạng điện trong nhà, thay vì phải dùng các dây điện chuyên biệt, không chỉ đơn giản mà còn tiết kiệm chi phí.
Lựa chọn đầy cho hệ thống điện mặt trời
Đối với hệ thống điện mặt trời, thiết kế không chuẩn và lắp đặt không tốt sẽ dẫn đến hiệu suất kém nhưng không rõ nguyên nhân. Điều này thường xảy ra trong hai đến ba năm đầu sau khi hệ thống được lắp đặt. Nguồn gốc vấn đề này thường là do phân chim hoặc tia cực tím làm xuống cấp các dây điện dẫn từ panel mặt trời đến bộ biến tần.
Điều này thường do không sử dụng dây điện nối kết có lớp vỏ bọc đủ khả năng bảo vệ trước tia cực tím, được thiết kế để chịu nhiệt độ cao và chịu tính acid yếu trong phân chim. Điều quan trọng là sử dụng đúng loại dây điện chuyên dùng để nối kết các panel mặt trời với nhau và nối với bộ biến tần hoặc bộ điều khiển.
Nếu cần, bạn nên tìm loại dây điện có các đặc tính kỹ thuật đáp ứng tiêu chuẩn UL 4703 hoặc UL 854 (USE-2).
Dây điện nối bộ điều khiển
Khi tính toán tiết diện dây điện nối giữa bộ điều khiển và acquy, bạn cần tính đến dòng điện đi vào acquy từ mảng panel và dòng điện đi ra; nói chung, cường độ dòng điện đỉnh đi vào acquy thường cao hơn nhiều so với dòng điện đi ra.
Dây điện nối các acquy
Bạn có thể mua dây điện nối các acquy cùng với các đầu nối cọc (điện cực) acquy từ nhà cung cấp acquy. Do cường độ dòng điện giữa các acquy có thể rất cao, bạn nên dùng cỡ dây điện lớn nhất để nối kết các acquy với nhau (cả song song và nối tiếp).
Khung lắp điện mặt trời
Hiện có nhiều loại khung giá để lắp các panel mặt trời, từ đó bạn có thể lựa chọn bộ khung phù hợp với hệ thống của mình
Nhưng, đôi khi chúng không hoàn toàn phù hợp với dự án của bạn, cả về kỹ thuật, sở thích, và chi phí. Trong trường hợp đó, bạn có thể tự chế tạo, chẳng hạn sử dụng thép góc, hoặc đặt làm theo yêu cầu của bạn.
Panel mặt trời không nặng, nhưng bạn cần tính đến tác động của gió đối với kết cấu khung lắp đặt. Nếu gió thổi qua mặt dưới mảng panel sẽ tạo ra lực “nâng” và kéo mảng ra xa khung gá lắp. Tuy nhiên, khe hở bên dưới mảng panel lại có tác dụng thông gió và làm mát các panel. Điều này đặc biệt quan trọng ở những nơi có khí hậu nóng, do hiệu suất các panel giảm rõ rệt khi tăng nhiệt độ.
Bảo đảm khung giá lắp panel đủ bền là rất quan trọng, do mảng panel được lắp nghiêng theo góc tối ưu để thu ánh nắng mặt trời. Điều này thường có nghĩa là, kể cả khi đặt các panel trên mái nhà hiện hữu, để đạt được hiệu suất cao nhất có thể phải lắp các panel mặt trời theo góc hơi khác với độ dốc mái nhà.
Do đó, về nguyên tắc, khung lắp panel mặt trời phải đủ bền để làm việc trong ít nhất 20 năm, kể cả những nơi có môi trường khắc nghiệt, nắng, nóng, mưa, tuyết…
Đối với việc lắp mảng panel trên mái nhà
Nếu lắp mảng panel trên mái nhà,bạn phải biết chắc mái đủ bền với trọng lượng mảng panel cùng với các tai khác kèm theo. Nếu chưa biết chắc điều này, bạn cần tham vấn hoặc xem lại cấu trúc mái nhà hoặc hồ sơ xây dựng nhà.
Nếu dự định lắp mảng panel trên cọc hoặc trên khung giá đặt trên nền đất, bạn cần có kế hoạch thiết kế nền móng đủ bền. Nền móng gồm đế bê tông cốt thép trên lớp nền sỏi hoặc đá nhỏ đầm chặt, khung giá đặt trên nền này với các bu lông neo thích hợp có đường kính 25-30 mm.
Đối với việc lắp mảng panel trên cọc
Nếu lắp đặt mảng panel trên cọc, bạn nên nghe theo lời khuyên của nhà chế tạo, nói chung, cọc phải được đặt vào móng bê tông sâu không dưới 1 m.
Để lắp các panel lên khung giá, cần bảo đảm sử dụng các bu lông độ bền cao và đai ốc tự khóa để tránh khả năng tự nới lỏng do tác động của gió.
Nếu mảng panel được lắp ở nơi dễ tiếp cận, bạn nên xem xét khả năng sử dụng hệ thống khung giá cho phép điều chỉnh góc nghiêng theo các tháng trong năm, tăng góc nghiêng vào mùa đông và giảm vào mùa hè; điều này sẽ làm tăng hiệu suất hệ thống điện mặt trời một cách rõ rệt.
Đối với dự án điện mặt trời hộ gia đình, mang panel được lắp ở nhà kho trong vườn với mái dốc. Lợi ích của phương án này là bạn có thể xây dựng nhà kho ở vị trí thu ánh nắng tối ưu. Bạn cũng có thể bố trí các acquy và bộ điều khiển gần sát mảng panel, do đó cho phép tạo ra trạm điện “tất cả trong một”.
Kết cấu nhà chất lượng tốt, với chế độ sửa chữa, bảo trì khoảng 2-3 năm một lần, có thể có tuổi thọ đến 25-30 năm.
Nếu theo lộ trình này, bạn cần chuyên biệt:
- Góc nghiêng của mái phải chính xác để các panel mặt trời có vị trí tối ưu
- Mái phải được tăng bền để có khả năng chịu trọng lượng mảng panel mặt trời
- Sàn nhà kho, nơi đặt các acquy, phải bằng gỗ hoặc lát gỗ. Acquy không làm việc tốt trên sàn bê tông, đặc biệt là vào mùa đông
- Phải có hệ thống thông gió tốt trong nhà kho để xua khí hydro từ các acquy ra ngoài qua đỉnh mái nhà kho.
- Cửa nhà kho phải đủ lớn để dễ dàng lắp đặt, kiểm tra, và bảo trì các acquy.
- Bạn nên xét đến khả năng cách nhiệt cho sàn, vách, và trần nhà kho bằng các tấm polystyrene (Styrofoam), để giữ cho các acquy không quá lạnh vào mùa đông hoặc quá nóng vào mùa hè.
Nhà lắp đặt điện mặt trời phải có nền móng bê tông cứng. Hệ thống máng xối và thoát nước mưa cũng rất quan trọng, nước đọng trên sàn nhà có thể làm ngắn mạch các dây điện hoặc acquy.
Vị trí đặt Acquy (nếu có)
Bạn cần chọn vị trí phù hợp cho các acquy. Vị trí này cần đáp ứng các điều kiện:
- Kín nước và chịu được thời tiết.
- Không bị ánh nắng chiếu trực tiếp.
- Cách nhiệt tốt, tránh các nhiệt độ quá cao hoặc quá thấp.
- Thông khí tốt.
- Tránh các nguồn phát ra tia lửa. Turk
- Tránh xa trẻ em và thú vật.
Khi nạp điện, các acquy acid-chì sẽ thoát ra một lượng nhỏ khí hydro. Bạn phải bảo đảm nơi đặt các acquy phải đủ rộng và thông khí tốt để không tích tụ khí hydro.
Do các acquy acid-chì có cường độ dòng điện rất cao, chúng phải được đặt ở nơi an toàn, tránh xa trẻ em và thú vật (chó, mèo, chuột, chim..).
Không đặt các acquy trực tiếp trên sàn bê tông, acid loãng vương vãi từ acquy sẽ làm hư hại nền này.
Bạn cần bảo đảm tiếp cận dễ dàng vào nơi đặt các acquy để kiểm tra và bảo trì. Nhiều acquy chu kỳ sâu yêu cầu thay nước vài lần trong năm và các nối kết phải được kiểm tra thường xuyên để tránh rỉ sét.
Vì những lý do nêu trên, các acquy thường được đặt trên khung giá đủ bền, xung quanh che bằng lưới thép thưa.
Nếu đặt acquy ở nơi quá lạnh hoặc quá nóng, bạn cần có biện pháp cách nhiệt cho acquy. Các nhiệt độ quá cao hoặc quá thấp đều làm giảm hiệu suất acquy, nếu khu vực đặt acquy có nhiệt độ xuống dưới 8°C hoặc lên trên 40°C, bạn cần cách nhiệt cho acquy.
Bạn có thể dùng các tấm polystyrene (Styrofoam), đặt bên dưới và xung quanh acquy để cách nhiệt, nhưng không được phép cách nhiệt mặt trên của acquy, do acquy cần thông khí liên tục, và có thể làm ngắn mạch acquy nếu vật liệu cách nhiệt có tính dẫn điện dù rất nhỏ.
Lập kế hoạch lắp đặt
Đến lúc này, với danh mục mua sắm tương đối đầy đủ, bạn cần xác định chính xác vị trí của từng bộ phận trong hệ thống điện và các bước thực hiện quy trình lắp đặt.
Trước khi đặt hàng hoặc mua sắm, bạn cần đến hiện trường và kiểm tra mọi thứ lần cuối cùng. Bảo đảm vị trí mảng panel, bộ điều khiển, acquy… đều thích hợp, và không bỏ sót hoặc nhầm lẫn bất cứ điều gì.
Sau khi hài lòng và chắc chắn với mọi thứ, bạn có thể gửi đơn đặt hàng hoặc đi mua sắm trang thiết bị, dây dẫn, cầu dao, bộ biến tần…
Kết luận
- Bản thiết kế chi tiết bảo đảm bạn không bỏ sót phân bất kỳ trong thiết kế.
- Hãy xem xét kỹ các vấn đề an toàn trong thiết kế. Ở từng giai đoạn, bạn nên tự hỏi “Điều xấu nhất có thể xảy ra là gì?” và thiết kế để tránh các vấn đề đó.”
- Sơ đồ mạch hoặc sơ đồ đi dây sẽ giúp bạn diện của bạn sẽ giúp bạn hình dung sự vận hành của hệ thống điện.
- Bạn cần bảo đảm sao cho các dây điện ở mức ngắn nhất có thể. Có thể thực hiện điều này bằng cách thiết kế vài đường dây song song, trực tiếp từ bộ điều khiển, qua hộp nối điện, hoặc qua bảng phân phối.
- Chia các cáp điện theo các mạch song song, cho phép giảm tải dòng điện trên từng mạch, do đó giảm điện trở và cải thiện hiệu suất của hệ thống
- Nếu sử dụng bộ biến tần để vận hành hệ thống theo mức điện áp lưới, kỹ thuật viên điện có chứng chỉ hợp pháp mới được phép thực hiện nối kết hệ thống điện, nhưng sơ đồ điện của bạn sẽ giúp người này hình dung hệ thống điện của bạn dễ dàng hơn.
- Bạn cần thiết kế nơi đặt acquy đảm bảo các điều kiện tốt nhất cho acquy vận hành.
Xem thêm
