Giải pháp thiết kế điện mặt trời áp mái

Bài viết này chúng tôi sẽ hướng dẫn khách hàng lựa chọn các thiết bị tối ưu cũng như cách bố trí nhằm tối đa hiệu quả của hệ thống điện mặt trời áp mái.

1. Giải pháp lựa chọn và bố trí pin năng lượng mặt trời

1.1. Lựa chọn tấm Pin năng lượng mặt trời:

Các tiêu chí lựa chọn tấm pin bao gồm:

• Sự đồng đều của các tế bào quang điện
• Chất lượng của khung nhôm, mặt kính, lớp EVA và đầu ra của tấm pin
• Xem xét hệ số suy hao do nhiệt độ của tấm pin
• Ưu tiên chọn tấm pin có trang bị nhiều công nghệ cao cấp
• Chọn nhà cung cấp uy tín

1.2. Giải pháp bố trí tấm pin năng lượng mặt trời

Các tấm pin trong cùng một MPPT và cùng một chuỗi (string) cần có cùng loại tấm pin, có cùng số lượng tấm pin trên mỗi string, có cùng phương hướng bố trí và góc nghiêng.

Phương án bố trí theo yêu cầu văn bản số 3288/C07-P4 V/v hướng dẫn công tác thẩm duyệt thiết kế về PCCC đối với nhà máy điện mặt trời và hệ thống điện mặt trời mái nhà. Yêu cầu bao gồm:

– Khuyến khích sử dụng tấm pin dạng tinh thể.

– Các tấm pin lắp đặt trên mái phải được chia thành các nhóm, dãy với kích thước không quá 40x40m cho mỗi nhóm, khoảng cách giữa 2 nhóm không được nhỏ hơn 1,5m.

– Đối với các mái không có lan can cần bố trí tấm pin cách lan can 1 khoảng 2,5m.

– Bố trí thiết bị không được che chắn quạt tăng áp, húi khói,… và các hệ thống PCCC khác của công trình.

– Không bố trí tấm pin trong phạm vi 3m xung quanh lối ra các mái qua các buồng thang bộ…

– Đặc biệt, đơn vị này quy định không được lắp đặt tấm pin trên các mái làm bằng vật liệu cháy hoặc có vật liệu hoàn thiện là chất cháy.

Ngoài các yêu cầu trên còn có các yếu tố bổ sung khác như:

– Bố trí cách các mép mái tối thiểu 1,5m trong trường hợp không có lan can và hàng rào xung quanh mái.

– Bố trí pin phải đảm bảo thao tác lắp đặt và vận hành dễ dàng. Thông thường sẽ bố trí các tấm pin theo các dãy 2 tấm sẽ đảm bảo nhất trong việc lắp đặt và sửa chữa không ảnh hưởng đến các tấm pin khác. Việc leo trèo của cá nhân trên các mô-đun PV bị nghiêm cấm.

Các tấm pin được bố trí thành dãy 2 tấm, phù hợp cho việc lắp đặt và vận hành

Một yếu tố khác khi bố trí pin thường bị bỏ quên là khoảng cách khung đỡ tấm pin và khoảng cách từ mép pin đến khung đỡ. Khoảng cách đúng giúp tấm pin chịu lực tốt hơn, không bị cong vênh hoặc làm nứt vỡ mặt tấm pin. Việc bỏ qua yếu tố này có thể làm mất đi bảo hành trong trường hợp có sự cố về tấm pin.

Khoảng cách khung đỡ tấm pin hãng Canadian Solar

2. Giải pháp lựa chọn và bố trí biến tần (Inverter)

2.1. Lựa chọn Inverter

Biến tần đóng vai trò cực kỳ quan trọng trong hệ thống điện mặt trời, do đó, nên việc lựa chọn loại biến tần có chất lượng tốt, hiệu suất cao, tuổi thọ dài lâu là yếu tố rất quan trọng. Vậy việc lựa chọn sẽ dựa trên những yếu tố nào, hãy thử tham khảo các yếu tố sau đây:

a. Ưu tiên lựa chọn biến tần hòa lưới có công suất phù hợp

Việc chọn biến tần có công suất phù hợp giúp cho việc tối ưu hiệu suất của hệ thống điện mặt trời.

Hiệu suất của biến tần càng cao, việc hao hụt khi làm việc chuyển đổi từ DC/AC càng thấp, tương đương công suất thực tế cũng cao hơn.

b. Dải điện áp của Inverter hòa lưới rộng

Dải điện áp rộng cho phép lắp đặt nhiều tấm pin hơn, hoặc ít hơn, khả năng mở rộng về sau. Giới hạn dưới càng nhỏ thì Inverter càng phát điện càng tốt vào sáng sớm và có thể phát điện về chiều muộn tốt hơn.

c. Số lượng MPPT được hỗ trợ

Các biến tần hòa lưới được hỗ trợ nhiều MPPT sẽ thuận tiện trong việc bố trí các tấm pin có nhiều phương hướng độ nghiêng cũng như điện áp khác nhau. Qua đó có thể chia thành các dãy với số lượng tấm pin khác nhau, các vị trí khác nhau cho từng MPPT nhưng hiệu suất chuyển đổi vẫn được đảm bảo.

d. Kết nối đơn giản, giám sát và điều khiển đa thiết bị

Hầu hết các biến tần hiện nay đều đi kèm với phần mềm trên điện thoại hoặc theo dõi trên web thông qua máy tính. Từ các phần mềm này, người dùng dễ dàng quan sát hệ thống làm việc từ xa, theo dõi được sản lượng điện sinh ra trong ngày, tuần, tháng. Phần mềm còn có thể đưa ra các cảnh báo lỗi, dự đoán các vấn đề qua các biểu đồ.

Ngoài ra, phần mềm còn cung cấp khả năng điều chỉnh, đóng cắt hay khắc phục lỗi cơ bản từ xa.

e. Sử dụng các biến tần có đầy đủ các chức năng bảo vệ

Khi mà hệ thống năng lượng mặt trời ngày càng phát triển thì biến tần ngoài các chức năng bảo vệ thông thường như: bảo vệ quá tải, ngắn mạch, dòng rò, … thì cần có hoặc có thể tích hợp thêm các chức năng bảo vệ như:

– AFCI (bộ ngắt mạch hồ quang) là một thiết bị bảo vệ cung cấp khả năng bảo vệ khỏi lỗi phóng hồ quang. Hồ quang phóng liên tục có thể tạo ra đủ nhiệt để tạo lửa và có thể gây ra thiệt hại nghiêm trọng về tài sản và tính mạng. Đây là một lỗi cực kỳ nặng gây ra các vụ cháy hệ thống điện năng lượng mặt trời

– Rapid Shutdown là chức năng giúp ngắt hoạt động các thiết bị trong hệ thống năng lượng mặt trời trong các trường hợp có sự cố, thiết bị giúp giảm khả năng cháy và nâng cao an toàn cho lực lượng cứu hỏa trên các mái nhà có gắn tấm pin.

f. Các yếu tố khác

Ngoài các yếu tố về kỹ thuật thì các yếu tố sau cũng rất quan trọng trong quá trình sử dụng biến tần lâu dài:

Độ tin cậy của thương hiệu.

Chế độ bảo hành inverter, dịch vụ và chính sách hỗ trợ từ nhà sản xuất, đơn vị phân phối.

Đội ngũ tư vấn, hướng dẫn, hỗ trợ kỹ thuật.

Bảng sau là ví dụ mẫu thông số kỹ thuật biến tần mẫu inverter Sungrow 110CX thường được sử dụng

trong các dự án của SUNNY:

2.2. Bố trí Inverter và nhà Inverter

Biến tần được bố trí tập trung tại nhà biến tần, có mái che, tránh mưa và nắng trực tiếp. Nhà biến tần phải được trang bị thiết bị ngắt khẩn cấp, có thiết bị báo và chữa cháy theo quy định PCCC. Trong một số trường hợp khu vực nhà inverter phải xây thêm tường chống cháy lan.Khu vực nhà inverter phải có niêm yết hướng dẫn, quy trình vận hành, các cảnh báo nguy hiểm, …

Hình ảnh khu vực nhà Inverter

Vị trí lắp đặt inverter cần có nhiệt độ và độ ẩm nằm trong dải hoạt động của inverter, không lắp đặt trên các vật liệu có khả năng cháy hoặc gần các khu vực có khí gas hoặc vật liệu dễ cháy.

Các yêu cầu về vị trí lắp đặt Inverter Sungrow

Phương án bố trí phải đảm bảo các khoảng các thoát nhiệt tự nhiên của inverter theo hướng dẫn sử dụng của sản phẩm.

yêu cầu khoảng cách thoát nhiệt của Inverter Sungrow

Tại khu vực gần lối lên mái phải bố trí các sơ đồ bố trí tấm pin trên mái và sơ đồ đấu nối hệ thống để phục vụ việc ngắt kết nối các tấm pin trên mái khi có sự cố và phục vụ công tác chữa cháy (VB số3288/C07-P4).

3. Lựa chọn và tính toán dây dẫn

3.1. Lựa chọn dây dẫn

Dây dẫn là thành phần không thể thiếu và đặc biệt chiếm số lượng lớn như dây dẫn DC trong hệ thống điện năng lượng mặt trời. Cho nên việc chọn lựa loại dây dẫn chất lượng và phù hợp cũng rất quan trọng. Sau đây là vài tiêu chí khi chọn lựa dây dẫn:

a. Chất lượng được kiểm định

Nhìn bên ngoài dây dẫn rất khó có thể phân biệt được đâu là loại có chất lượng tốt, chính vì vậy để biết được điều đó cần phải kiểm tra các chứng nhận, kiểm định của sản phẩm đó. Một số các tiêu chuẩn được công nhận hiện nay như VDE; TUV; UL; …

b. Đáp ứng các điều kiện khác nhau của môi trường

Với điều kiện môi trường bên ngoài trời thì việc chịu được nhiệt độ cao là một trong những tiêu chí quan trọng nhất đối với dây cáp điện. Các loại dây DC có kiểm định đều đạt được yêu cầu có thể hoạt động với môi trường nhiệt độ từ -40 đến 90 độ C và tối đa mức độ chịu đựng lên đến 120 độ C.

Các tiêu chuẩn kỹ thuật yêu cầu thử nghiệm dây cáp DC ở nhiệt độ 120 độ C trong vòng 20,000 giờ.

Nếu quy đổi thì con số này tương đương với 160,000 giờ ở nhiệt độ 90 độ C.

Ngoài việc có thể chịu được nhiệt độ cao của môi trường, dây cáp DC còn có một số tính năng khác như khả năng chống tia UV, Ozone trong khí quyển.

Cáp DC còn yêu cầu chống cháy, ít sinh khói và không sinh ra khí halogen khi đốt lớp vỏ ngoài. Lớp vỏ cáp DC thường được làm bằng các hợp chất chống cháy vô cơ.

c. Độ bền

Một yêu cầu quan trọng nữa đối với các loại dây cáp đó là độ linh hoạt cao và khả năng uốn cong tốt. Cáp điện năng lượng mặt trời có các ưu điểm như ruột dẫn gồm nhiều sợi đồng mềm được tráng thiếc bảo vệ chống ăn mòn dùng lâu bền, đảm bảo độ linh hoạt của cáp khi thi công lắp đặt và trong vận hành sử dụng.

d. Mức độ đa dạng của sản phẩm

Đối với dây dẫn DC để đáp ứng đủ nhu cầu sử dụng đa dạng, cấu hình điện áp và dòng điện khác nhau, các hãng sản xuất vật tư điện cung cấp đa dạng các chủng loại của dây cáp DC. Một số loại tiết diện sử dụng phổ biến hiện nay là 4 mm2, 6 mm2 và 10 mm2.

e. Chính sách bảo trì, bảo hành

Khi mua hay đầu tư bất cứ một sản phẩm nào thì bạn cần quan tâm đến chính sách bảo trì, bảo hành mà đối tác cung cấp cho bạn. Thông thường, các loại dây cáp sẽ được nhà cung cấp bảo hành theo chính sách của hãng sản xuất. Trung bình thời gian bảo hành sẽ vào khoảng 12 tháng.

Thông số kỹ thuật mẫu dây dẫn DC được sử dụng nhiều trong các dự án của SUNNY:

3.2. Bố trí dây dẫn

Dây dẫn DC của tấm pin phải cố định vào khung pin hoặc ray nhôm, hạn chế thả trên mái ảnh hưởng việc thoát nước trên mái.

Dây DC tấm pin được cố định lên khung ray nhôm

Dây dẫn DC từ string pin về inverter cần bố trí theo từng cặp, lớp trong máng/thang cáp. Cố định dây dẫn vào máng/ thang cáp theo từng cặp bằng dây rút hoặc thiết bị chuyên dụng. Khoảng cách lặp lại cố định không vượt quá 1m.

Dây dẫn được cố định theo từng cặp

Tổng mặt cắt các dây dẫn, cáp điện kể cả các lớp vỏ bọc cách điện và các lớp vỏ bọc bên ngoài không được lớn hơn 35% mặt cắt bên trong với hộp kín và 40% với hộp có nắp có thể mở ra.

Trường hợp bố trí dây dẫn tín hiệu và cáp DC/AC chung máng thì cần ngăn cách với nhau tránh hiện tượng nhiễu tín hiệu.

Đối với dây dẫn, đặc biệt dây DC chiều dài phải được tính toán sao cho đảm bảo không sử dụng nối dây.

Bố trí thiết bị, hướng đi dây nhằm đảm bảo sụt áp dây dẫn không vượt quá 3% hạn chế thất thoát năng lượng.

4. Lựa chọn tủ điện và các thiết bị trong tủ điện

4.1. Thiết bị đóng cắt

Đối với thiết bị đóng cắt phía AC có rất nhiều hãng để lựa chọn trên thị trường như: LS, Mitsubishi, Schneider, Panasonic, ABB, …. Đối với dự án SUNNY chuyên sử dụng thiết bị đóng cắt của hãng Schneider.

Schneider Electric là thương hiệu có hơn 180 năm hình thành và phát triển, là một trong những tập đoàn hàng đầu thế giới trong lĩnh vực công nghệ điện tử, số hóa các chương trình quản lý năng lượng và tự động hóa.

Schneider Electric được thành lập từ năm 1836, là một tập đoàn đa quốc gia có trụ sở chính tại Trianon ở Rueil-Malmaison, Pháp. Tính đến nay, Schneider Electric đã có mặt tại hơn 100 quốc gia trên toàn thế giới, các sản phẩm của Schneider Electric phục vụ đa dạng các phân khúc thị trường: gia đình, tòa nhà cao tầng, trung tâm dữ liệu, cơ sở hạ tầng và công nghiệp… với chất lượng an toàn, hiệu quả và đáng tin cậy.

Các thông số của thiết bị : Dòng định mức, dòng cắt, số cực…. thiết bị đóng cắt cần được tính toán dựa theo từng dự án. Bảng sau là ví dụ mẫu MCCB đóng cắt cho 1 dự án sử dụng inverter 110kW.

4.2. Tủ điện

Đối với tủ điện AC, ưu tiên sử dụng tủ điện có khả năng tự đứng. Cấp điện áp, loại lưới điện, tần số dòng điện cần lựa chọn cho phù hợp với lưới điện đang đấu nối.

Đối với các tủ lắp đặt tại khu vực nhà máy, vỏ tủ nên dày tối thiểu 2mm, tủ sơn tĩnh điện.

Đối với tủ AC solar thường sử dụng các loại dây tiết diện lớn, nên cần lưu ý hướng đầu vào và ra sao cho thuận tiện nhất giúp cho việc đấu nối dễ dàng.

Hình ảnh tủ điện khi hoàn thiện

Tủ cần trang bị nút nhấn ngắt khẩn cấp theo yêu cầu PCCC.

Các vị trí đầu vào cáp cần có những biện pháp bảo vệ che chắn để tránh các loại động vật và côn trùng như chuột, gián… vào phá hoại.

4.3. Đồng hồ đo đếm

Đồng hồ đo đếm công suất, đồng hồ Zero Export (ZE):

Khi lựa chọn đồng hồ đo đếm có chạy chức năng Zero Export cần lựa chọn mã đồng hồ có trong danh sách các thiết bị hỗ trợ của hãng inverter. Ngoài ra lựa chọn đồng hồ có dải đo, điện áp, tần số, dòng điện, … phù hợp với vị trí cần đo đếm.

Danh sách các mã đồng hồ có thể tích hợp với Smart logger của Sungrow

Thông thường đối với các hệ lớn đồng hồ cần kết nối với biến dòng (CT) để đo được dòng điện lớn hơn. Dòng biến dòng cần lớn dòng tổng của hệ thống, cấp chính xác của biến dòng kết nối với đồng hồ cần có cấp chính xác tối thiểu là Cl 0.5.

Đối với dự án có yêu cầu công tơ đo đếm đấu nối với hệ thống giám sát của chủ đầu tư thì cần xác định mã công tơ phù hợp theo yêu cầu của chủ đầu tư.

5. Giải pháp bố trí thiết bị phụ trợ

5.1. Thang lên mái

Theo quy định PCCC yêu cầu bố trí thang lên mái, hoặc các vị trí thoát hiểm với mỗi 200m chu vi của nhà nhóm F5 (VB số 3288/C07-P4).

Thang thiết kế để chịu được tải trọng ít nhất là 110 kg, có lồng bảo vệ, có khóa chống xâm nhập trái phép.

Tại vị trí bước lên mái cần có sàn tiếp cận. Sàn tiếp cận sát vị trí thang cần được trang bị lan can tiêu chuẩn cao 1m, bố trí sao cho tiếp cận an toàn với thang.

Hình ảnh thang lên mái có ống lồng

5.2. Hệ thống sàn thao tác

Sàn thao tác là thành phần nên có trong hệ thống, giúp giảm việc di chuyển trực tiếp trên mái tôn. Việc di chuyển trực tiếp trên mái tôn sẽ gây ra hiện tượng móp, lõm tôn, lâu ngày sẽ gây ra hiện tượng gỉ sét, thậm chí đột trên mái.

Về phương pháp thiết kế:

– Sàn cần đảm bảo độ bền cao, chống trơn trượt, không dẫn điện và nhiệt, chống cháy lan.

– Yêu cầu bố trí sàn cho mục đích di chuyển trong quá trình vận hành, bảo trì hệ thống. Nên sử dụng loại Sắt thép nhúng nóng (HDG Grating) hoặc Sàn nhựa Grating (FRP Grating).

– Sàn thao tác cần bố trí bắt đầu từ bị trí lên mái và phải được bố trí tối thiểu 1 đường dọc mái sao cho có thể theo dõi tất cả thiết bị trên mái dọc theo đường này. Tường hợp mái có tum cao có thể bố trí hai tuyến dọc theo hai bên mái cho phù hợp

5.3. Hệ thống vệ sinh

Trong quá trình sử dụng lâu dài của hệ thống, bụi bẩn bám trên bề mặt tấm pin là nguyên nhân gây ra tình trạng giảm hiệu suất hệ thống. Thông thường định kỳ cần phải vệ sinh tấm pin ít nhất 2 lần trên 1 năm hoặc nhiều hơn nếu các nhà máy có hàm lượng bụi sản xuất cao. Chính vì vậy việc trang bị hệ thống vệ sinh trên mái là rất cần thiết, hỗ trợ cho việc vệ sinh nhanh chóng hơn.

Về phương pháp thiết kế:

– Phải đảm bảo bố trí nước phù hợp để đáp ứng yêu cầu cấp nước hàng ngày cho việc vệ sinh tấm pin và các nhu cầu khác của hệ thống trong toàn bộ thời gian O&M.

– Hệ thống cần có đồng hồ nước, nhằm ghi nhận lượng nước sử dụng cho các lần vệ sinh, kiểm soát tránh thất thoát nước khi không sử dụng.

– Yêu cầu áp suất của hệ thống vệ sinh tối thiểu là 4 bar. Trong trường hợp áp suất không đủ, cần trang bị thêm máy bơm tăng áp.

– Ngoài ra cần cân nhắc sử dụng bồn chứa nước 1000l trong trường hợp nguồn nước không ổn định (bồn chứa có chân đế cao tối thiểu 1,5m hoặc theo yêu cầu CĐT).

– Yêu cầu bố trí hệ thống đường ống chính và van đóng mở có thể gắn các đoạn ống mềm nối dài.

Thông thường các van được bố trí để khi đấu nối các đoạn ống vệ sinh có chiều dài tối đa từ 20-25m là tối ưu nhất.

– Nhà thầu phải cung cấp một sơ đồ đơn tuyến về việc bố trí nước làm sạch.

5.4. Hệ thống hàng rào

Về phương pháp thiết kế:

– Yêu cầu bố trí hàng rào tại rìa mái hoặc khu vực không có lan can bảo vệ xung quanh hoặc dựa theo yêu cầu của CĐT.

– Chiều cao mép trên của hàng rào nên lớn hơn 1m so với mặt sàn/ mái tôn và có tối thiểu 2 thanh ray (đối với sàn dạng dây hoặc thanh chặn).

– Hệ thống lan can phải có khả năng chịu được lực ít nhất là 90kg theo bất kỳ hướng ra ngoài hoặc hướng xuống, tại bất kỳ điểm nào dọc theo hàng rào.

5.5. Hệ thống dây cứu sinh

Các trường hợp mái nào nên trang bị hệ thống dây cứu sinh:

– Đối với các mái nhà không trang bị hàng rào cần có dây cứu sinh dọc theo chu vi mái.

– Đối với các mái có tôn lấy sáng.

– Đối với các mái có độ dốc cao, khó di chuyển

– Yêu cầu của CĐT.

Về phương pháp thiết kế:

– Dây cứu sinh bắt đầu từ điểm lên mái và tối thiểu phải cung cấp 1 đường tại vị trí đỉnh mái.

– Hệ thống dây cứu sinh có khả năng chịu được lực ít nhất là 90kg theo bất kỳ hướng ra ngoài hoặc

hướng xuống, tại bất kỳ điểm nào dọc theo hàng rào.