Hướng dẫn tính toán và thiết kế hệ thống điện mặt trời độc lập

Thứ ba - 15/05/2018 07:46
Giá tấm pin mặt trời có xu hướng giảm dần, nhưng hệ thống điện mặt trời độc lập vẫn có chi phí cao do cần thêm bộ ắc quy lưu trữ điện.
pin mat troi lap mai


Phần 1. Tính toán số lượng và công suất cho từng thiết bị.

Lưu ý phần này sử dụng một số thuật ngữ chuyên ngành điện, các ý kiến thắc mắc vui lòng để dưới mục bình luận.
 
Một hệ thống điện mặt trời độc lập bao gồm 4 thành phần chính:
  1. Tấm PV
  2. Bộ điều khiển sạc năng lượng mặt trời
  3. Bộ kích điện Inventer
  4. Ắc quy
Ngoài ra còn một số vật dụng khác như cầu chì, dây điện, CB…
Trong ví dụ này tôi dùng một tấm pin mặt trời 255W, 24V, hai bình ắc quy 12v 100Ah, bộ điều khiển sạc 30A 24V PWM.
 
so do he thong dien mat troi doc lap
Sơ đồ hệ thống điện mặt trời độc lập

 
Bước 1. Tính toán phụ tải.
Liệt kê tất cả các thiết bị điện trong gia đình, ước lượng thời gian sử dụng, xem công suất ghi trên từng thiết bị.
Từ các thông số trên tính ra Wh. Ví dụ như mỗi ngày dùng đèn 11W trong 5 giờ, quạt 50W trong 3 giờ, TV 80W trong 2 giờ. Suy ra 11x5 + 50x3 + 80x2 = 365Wh.
Đối với gia đình trước dùng điện lưới có thể đọc thông tin trong hóa đơn tiền điện, sau đó chia cho 30 ngày. VD tháng trước dùng 90 ký điện tính được mỗi ngày dùng 90.000/30 = 3000Wh
 
Bước 2. Chọn ắc quy.
Hệ thống điện mặt trời độc lập cần một bộ lưu trữ điện để dùng vào ban đêm, ngoài ra còn có chức năng ổn áp và cung cấp dòng ổn định cho thiết bị cả ngày lẫn đêm. Trong ví dụ này chúng ta dùng 2 bình đấu song song cho điện áp DC 12V.
dau ac quy dien mat troi
Sơ đồ đấu ắc quy

Pin mặt trời thường dùng ắc quy 100% GEL cho độ bền cao và chu kỳ phóng xả sâu. Loại ắc quy này cũng thường dùng cho ngành viễn thông nên còn gọi là ắc quy viễn thông, tuổi thọ từ 3-5 năm, một số hãng sản xuất được ắc quy có tuổi thọ 20 năm.
Dung lượng của pin hay ắc quy thường tính theo đơn vị ampe giờ Ah. Theo tính toán ở bước 1 và đối với điện áp DC 12V suy ra dung lượng cần là 365/12 = 30.42 Ah. Trừ hao khoảng 20% hiệu suất của ắc quy, ta chọn bình có dung lượng khoảng 40Ah.
 
acquy
Trong ví dụ này tôi dùng 2 bình ắc quy cũ, loại ‘châm nước’, dung lượng 100Ah đấu song song.

Bước 3. Chọn tấm PV.
Lấy kết quả tính được ở bước 2, ta tính được số ký điện mà tấm PV cần tạo ra:
40Ah x 12V = 480Wh
Một ngày nắng bình thường, lượng điện tạo ra trong 12 tiếng có thể tính rút gọn thành 4 tiếng với công suất tối đa.
Như vậy cần chọn tấm PV 12V có công suất: 480Ah / 4 = 120W.
 
Bước 4. Chọn bộ điều khiển sạc.
Bộ điều khiển sạc năng lượng mặt trời nằm giữa ắc quy và tấm PV, chức năng chính là duy trì điện áp ổn định để sạc cho ắc quy.
so do bo sac dien mat troi
Sơ đồ đấu cho bộ sạc pin mặt trời

Có 3 loại sạc:
  1. ON/OFF
  2. PWM
  3. MPPT
Không nên dùng loại ON/OFF vì hiệu suất rất thấp, loại MPPT có hiệu suất cao nhất nhưng khá đắt tiền nên tùy trường hợp để chọn MPPT hay PWM.
bo sac pin mat troi
Bộ sạc PWM

Hệ thống 12V DC nên dùng bộ điều khiển sạc 12V, suy ra dòng điện 120W / 12V = 10A.
Vậy ta chọn bộ sạc 12V, dòng lớn hơn 10A.
 
Bước 5. Chọn máy kích điện inventer.
Tấm PV chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành dòng điện DC. Hầu hết thiết bị điện dùng trong gia đình dùng điện AC 220V nên cần inverter để chuyển đổi.
Các loại inverter thông dụng:
  1. Máy kích điện sóng vuông
  2. Máy kích điện mô phỏng sin
  3. Máy kích điện sin chuẩn
Máy kích điện sóng vuông có giá rẻ nhất nhưng không phù hợp với một số thiết bị điện, nếu dùng lâu có thể gây hỏng máy móc trong nhà. Máy kích điện sin chuẩn là loại có hiệu suất tốt nhất, đắt tiền nhất, phù hợp để sử dụng lâu dài.
Trong ví dụ này tôi dùng máy kích điện sin chuẩn, công suất bằng hoặc lớn hơn công suất tải. Tổng công suất của cả 3 thiết bị hoạt động cùng lúc là Đèn 11W + Quạt 50W + TV 80W = 141W. Vậy nên chọn inverter 200W.
Lưu ý các thiết bị như tủ lạnh, máy bơm, máy giặt… có dòng khởi động lớn hơn nhiều so với dòng khi hoạt động bình thường, nên chọn inverter có công suất cao hơn 20 – 30%.
 
Phần 2. Lắp đặt.

Bước 1. Lắp tấm PV.
Đầu tiên là chọn vị trí, gắn trên mái hoặc dưới đất, nơi không bị che nắng. Sau đó làm khung đỡ, chất liệu rẻ tiền là thép hoặc gỗ, nhưng nếu làm trên mái thì chọn vật liệu inox hoặc thép mạ kẽm để đảm bảo an toàn.
Để hứng sáng tối đa cần nhiều tính toán phức tạp tùy theo khu vực và mùa trong năm, nhưng để đơn giản, ở Việt Nam cho tấm PV nghiêng về hướng Nam.
Mẹo: Dùng chức năng la bàn trong smartphone để định hướng.
 
lap pin mat troi

Trộn bê tông với tỷ lệ xi măng 1 : 3 đá, đổ vào chân khung. Cách đấu dây và gắn tấm PV vào khung xem lại bài viết Hướng dẫn lắp đặt pin mặt trời
 
Bước 2. Đấu dây.
Hệ thống độc lập có sơ đồ nối dây như hình dưới, lưu ý cần đấu đúng cực, đấu dây âm (-) trước, dây dương (+) sau, các tấm PV đấu sau cùng.
Lắp thêm CB ở những vị trí sau:
  1. Giữa tấm PV và bộ sạc.
  2. Giữa bộ sạc và ắc quy.
  3. Giữa ắc quy và inverter.
bo sac pin mat troi 2

Trong hình:
  • Đèn báo dung lượng ắc quy 1,2,3
  • Các vị trí đấu nối 1,2 vào ắc quy; 3,4 vào tấm PV; 5,6 vào tải DC thường ít dùng.
Các trường hợp đấu sai dây có thể gây cháy và hỏng thiết bị.
 
Click để đánh giá bài viết
Hướng dẫn tính toán và thiết kế hệ thống điện mặt trời độc lập
Điểm: 4 / 5 trong tổng số 1 đánh giá.

  Ý kiến bạn đọc

Thăm dò ý kiến

Theo bạn, website cần bổ sung bài viết ở chuyên mục nào

Thống kê
  • Đang truy cập25
  • Máy chủ tìm kiếm2
  • Khách viếng thăm23
  • Hôm nay3,373
  • Tháng hiện tại41,067
  • Tổng lượt truy cập1,919,044
Bạn đã không sử dụng Site, Bấm vào đây để duy trì trạng thái đăng nhập. Thời gian chờ: 60 giây