Nguyên Lý Hoạt động Của Hệ Thống điện Mặt Trời Hybrid - HDT SOLAR

Nguyên lý hoạt động Solar inverter hybrid,  inverter hòa lưới có dự trữ, có khả năng chạy độc lập với nguồn điện lưới ( chạy backup/ UPS).

Đầu tiên ta phải xác định inverter hybrid là gì? 

Solar Hybrid inverter (Bộ nghịch lưu điện mặt trời hòa lưới có lưu trữ), ở bài viết này mình sẽ gọi là ngắn là “Hybrid inverter”.

• Hybrid inverter là một thiết bị tổng hợp giữa 2 loại inverter là Inverter hòa lưới (ongrid inverter và inverter độc lập (offgrid inverter).
• Hybrid inverter sẽ hoạt động như một inverter hòa lưới thông thường, tức là chỉ cần đấu nối tấm PV với ngưỡng điện áp phù hợp, và nguồn điện lưới thì hệ thống hòa toàn có thể hòa hòa vào lưới điện như mọi inverter hòa lưới khác. Ngoài ra với bộ đo đếm lưới đi kèm máy (Inverter hòa lưới thường sẽ không có kèm bộ này) thì Hybrid inverter có thể chạy ở chức năng bám theo tải tiêu thụ, và không đẩy điện thừa ra ngoài công tơ, áp dụng cho trường hợp không thể bán điện ra ngoài công tơ.
• Hybrid inverter khi kết hợp với bộ lưu trữ điện, pin Lithium LiFePo4, hệ thống còn có khả năng dự trữ điện năng thừa vào lưu trữ và cung cấp nguồn điện dự phòng liên tục khi không có điện lưới.
• Ngoài ra, nhờ đặc điểm có bảo vệ IP65 (chống nước và bụi) và khả năng chạy độc lập với điện lưới, Hybrid inverter còn được dùng chạy như một inverter độc lập với điện lưới (offgrid) ở các khu vực vùng sâu vùng xa và hải đảo không có điện lưới.

Dưới đây là các chế độ hoạt động của một Inverter hybrid Chisage ESS 1 pha thông dụng

Hybrid Inverter hoạt động như thế nào?

Các cổng đấu nối cơ bản của Inverter hybrid như sau:

+ Ngõ vào tấm  pin mặt trời (tấm PV)

+ Ngõ vào bộ pin lưu trữ (inverter hoà lưới không có cổng này)

+ Ngõ hòa lưới AC đấu thẳng vào nguồn điện lưới

+ Ngõ EPS AC ( cổng AC luôn duy trì nguồn điện, buộc đấu tách biệt hẳn với nguồn điện lưới).(inverter hoà lưới không có cổng này)

+ Ngõ giao tiếp bộ đo đếm tải ở điện lưới. (inverter hoà lưới có thể có cổng này, nhưng không bán kèm bộ đo đếm)

Sơ đồ cơ bản như sau:

Inverter hybrid hoạt động như sau:

• Ban ngày khi có nắng, inverter hybrid sẽ lấy năng lượng từ tấm PV cấp cho tải tiêu thụ (cả tải hòa lưới và tải ưu tiên ở sơ đồ bên trên), nếu dư điện sẽ nạp tiếp vào pin lưu trữ, nếu vẫn còn dư thì hòa ra lưới bán điện (có thể cài đặt không cho phát ngược nếu muốn, khi đó điện thừa trên tấm PV cũng không được inverter lấy xuống nữa). Nếu điện tấm PV cấp cho tải thiếu, inverter sẽ xả điện từ pin lưu trữ để cấp thêm (nếu pin vẫn còn trong ngưỡng xả), nếu vẫn thiếu thì điện lưới sẽ bù.
• Buổi chiều và tối inverter sẽ xả pin lưu trữ để cấp cho tải (có thể cài đặt công suất xả giới hạn nếu hệ pin trữ ít để bảo vệ pin), nếu xả vẫn không đủ thì điện lưới sẽ bù thêm. Khi pin lưu trữ đạt ngưỡng ngắt xả cài đặt, điện lưới sẽ cấp hoàn toàn. Nếu lượng pin trữ đủ lớn, số tấm PV đủ lớn phù hợp với tính toán tải, thì hệ PV nạp ban ngày sẽ đủ để hệ pin lưu trữ xả cho tải đến hết đêm và sáng hôm sau.
• Vào những hôm nắng ít, điện từ tấm PV cấp được 1 phần cho tải, còn lại sẽ được bù bằng điện lưới.
• Khi mất điện lưới: tải tiêu thụ hòa lưới sẽ bị ngắt điện, tải tiêu thụ ưu tiên ở ngõ EPS sẽ vẫn được cấp điện từ tấm PV và pin lưu trữ. Tùy công suất của inverter và khả năng cấp điện của tấm PV và pin lưu trữ mà đấu nối tải ưu tiên cho phù hợp, tránh đấu quá khả năng công suất hệ thống cấp được sẽ gây quá tải và sụp hệ thống. Nếu điện lưới mất vào buổi tối, hoàn toàn pin lưu trữ sẽ cấp điện cho tải ưu tiên đến khi cạn pin, hoặc đến ngưỡng cài đặt bảo vệ ngưng xả, khi đó toàn hệ thống sẽ mất điện. Nếu tải ưu tiên có công suất lớn hơn công suất xả cho phép của bộ pin thì dù pin vẫn còn điện thì hệ thống vẫn bị ngắt do dòng xả quá sức chịu đựng của bộ pin trữ. Do đó tính toán lượng pin trữ, và bật tải ưu tiên phù hợp khi mất lưới để hệ thống vẫn hoạt động ổn định khi mất lưới.
• Ngoài ra Inverter Hybrid còn có những chức năng nâng cao như: sạc và giữ điện vào pin lưu trữ và chỉ bù cho tải vào giờ cao điểm. Giờ bình thường thấp điểm nếu PV sau khi nạp bình vẫn thừa thì cấp một phần, còn lại vẫn mua điện từ lưới. Điện trữ ưu tiên xả cho tải vào giờ vao điểm để tránh mua điện giá cao.
• Inverter Hybrid còn có chức năng trữ bình không cho xả ở chế độ UPS, ưu tiên giữ điện cho những khu vực hay mất điện lưới, bình luôn có điện để chạy tải khi sự cố cúp điện.

Các câu hỏi thường gặp trong hệ thống inverter hybrid:

Hỏi: Có nên sử đụng hệ thống hybrid không có pin lưu trữ khi mất điện lưới không?

Trả lời: Không nên. Nắng măt trời là một nguồn không ổn định, lúc năng nhiều, lúc nắng ít, lúc mây che,.. nên khi tải đang tiêu thụ mà mây che đột ngột thì không còn đủ điện, hệ thống sẽ ngắt. Nếu liên tục như vậy sẽ gây hỏng đồ điện, đặc biệt là các thiết bị điện tử, tiền thay thế sửa chữa khi hỏng hóc, có khi nhiều hơn tiền mua pin lưu trữ.

Pin lưu trữ trong một hệ thống điện mặt trời hybrid giống như bộ phận điều tiết, khi điện thừa nạp vào, điện thiếu thì xả ra. Nếu không có pin trữ, điện từ tấm PV thừa tự mất đi (gây lãng phí) và điện tấm PV thiếu  không có gì bù vào thì hệ thống sẽ sụp nguồn.

Hỏi: Inverter hybrid có ra điện sóng sine chuẩn không?

Trả lời: Nguồn điện được tạo ra bởi Inverter Hybrid đảm bảo chuẩn sóng sine, tốt cho các thiết bị điện, thậm chí sóng sine còn đẹp hơn của điện lưới, vì điện lưới bị ảnh hưởng gây nhiễu bởi hàng trăm ngàn thiết bị điện trên mạng lưới nhà dân và công nghiệp đấu nối vào đó.

Hỏi: Nên chọn những tải nào để đấu vào ngõ ưu tiên EPS (ngõ ra- load ouput) của inverter hybrid?

Trả lời: Nên chọn những tải có công suất vừa phải, dòng khởi động nhỏ: VD như chiếu sáng, tủ lạnh, máy lạnh loại inverter, nồi cơm,…. Các thiết bị ưu tiên như tivi, hệ thống mạng, hệ thống camera, hệ thống cửa cổng tự động,… Máy bơm nếu có, chỉ nên đấu máy bơm công suất nhỏ hơn công suất inverter 3 đến 4 lần, vào ngõ EPS vì bơm có dòng khởi động rất lớn gấp nhiều lần gây sụp nguồn inverter, hoặc lâu dài có thể giảm tuổi thọ inverter, nếu có thể nên gắn thêm bộ biến tần động cơ (VFC) để giảm dòng khởi động inverter.

Tổng công suất các thiết bị đấu vào ngõ EPS phải nhỏ hơn công suất inverter, và phù hợp với lượng PV và pin lưu trữ lắp đặt. Nếu trong quá trình sử dụng khi mất lưới mà pin gần cạn, nên tắt các thiết bị không cần thiết để sử dụng được lâu dài hơn.

Không nên đấu vào ngõ EPS các loại thiêt bị sau: Bơm công suất lớn, bếp từ công suất lớn, máy lạnh không phải inverter, …. Nếu đấu thiết bị công suất lớn vào ngõ EPS thì nên cân nhắc phân bổ thời gian sử dụng tải đó cho phù hợp, tránh bật các tải công suất lớn đồng thời.

Hỏi: Các yếu tố nào ảnh hưởng đến tuổi thọ inverter?

Trả lời: Thi công không cẩn thận, hệ thống dây DC bảo vệ không kỹ, dễ chạm chập, chạm vào mái tôn, khung sắt,… gây lỗi hoặc hỏng inverter.

Lắp đặt inverter không làm kín inverter để đạt chuẩn IP65, lâu ngày bụi, hơi ẩm, .. hoặc côn trùng xâm nhập gây lỗi inverter

Lắp đặt inverter không đảm bảo thông thoáng tản nhiệt, lắp trong tủ kín, không gian hẹp đối lưu không khí kém, gây nóng inverter làm giảm tuổi thọ. Nên lắp inverter ở không gian mở, thông thoáng để tăng hiệu quả tản nhiệt. Nếu đã lắp trong không gian hạn chế mà thấy inverter quá nóng, nên bổ xung thêm quạt để cưỡng bức dòng khí xung quanh để tăng hiệu quả tản nhiệt.

Chạy tải inverter quá lớn khi chạy ở chế độ Offgrid (mất lưới) cũng gây giảm tuổi thọ, để inverter hoạt động bền bỉ, chỉ nên chạy tải liên tục khi offgrid giới hạn từ 60-70% công suất inverter, có thể tăng lên 80-90% thậm chí 100% nhưng chỉ nên trong khoảng thời gian ngắn.

Hỏi: Nên chọn inverter hybrid công suất bao nhiêu là phù hợp?

Trả lời: Đối với một hộ gia đình thông thường thì inverter hybrid công suất 5kw hoặc 6kw là phù hợp, ngoài ra còn cân đối tài chính, inverter công suất càng cao thì càng mắc tiền. Giữa 2 inverter có công suất khác nhau,  Inverter công suất cao hơn sẽ bền hơn do chạy tải ở tỉ lệ thấp hơn.

Hỏi: Chi phí cho một hệ thống điện mặt trời lưu trữ là bao nhiêu?

Trả lời: Tùy thuộc vào như cầu sử dụng mà lên cấu hình hệ thống, từ đó tính ra chi phí. Có thể cân đối tỉ lệ sử dụng giữa điện lưới và điện mặt trời, số lượng pin mặt trời, số lượng pin lưu trữ…

Khó có đơn giá chung cho một hệ thống điện mặt trời hybrid, vì nhu cầu lưu trữ là khác nhau với mỗi người. Người kỹ thuật viên có kinh nghiệm tốt, sẽ lên cấu hình sát nhất dựa trên như cầu sử dụng và khả năng tài chính của khách hàng.

Hỏi: Khi cúp điện thì điện mặt trời có hoạt động không?

Trả lời: Với hệ thống sử dụng hybrid inverte thì có, hệ thống vẫn chạy cấp cho thiết bị tải khi không có điện lưới. Với hệ thống hòa lưới thông thường thì không, hệ thống sẽ ngưng chạy khi cúp điện.

Hỏi: sạc sả hàng ngày có hại cho bình ắc quy, pin lithium lưu trữ không.

Trả lời: Việc nạp xả hàng ngày đối với ắc quy thế hệ cũ là axit-chì (lead acid bình khô, ướt, gel,..) thì sẽ gây giảm tuổi thọ đáng kể cho bình.

Tuy nhiên hiện nay pin lưu trữ LiFePo4 có tuổi thọ bền hơn, cho phép sạc xả hàng ngày trong khi vẫn đảm bảo tuổi thọ cho phép trong hệ thống solar. Tuổi thọ pin được tính theo Cycle life, mỗi lần nạp-xả được tính là 1 chu kỳ cycle. Pin loại thường hiện nay tuổi thọ cỡ 2000cycle. Pin tốt có thể lên đến 3500cycle hoặc hơn