Cách Tính Sản Lượng Điện Mặt Trời Và Thiết Kế Hệ Thống Gia Đình

Cách tính sản lượng điện mặt trời cho gia đình là một trong những bước quan trọng nhất khi bạn quyết định lắp đặt hệ thống năng lượng xanh. Hiện nay, với giá điện mặt trời áp mái hấp dẫn, nhiều hộ gia đình mong muốn tận dụng mái nhà để sản xuất điện, nhưng lại băn khoăn về cách thiết kế một hệ thống tối ưu. Việc không biết cách tính toán công suất pin, inverter, hay dung lượng ắc quy có thể dẫn đến hệ thống hoạt động kém hiệu quả, không đáp ứng đủ nhu cầu hoặc gây lãng phí đầu tư. Bài viết này sẽ cung cấp hướng dẫn chi tiết, từng bước một, giúp bạn tự tin tính toán các thành phần cần thiết để xây dựng hệ thống điện mặt trời phù hợp nhất với nhu cầu sử dụng và điều kiện tài chính của gia đình.

Hướng dẫn cách tính sản lượng điện mặt trời và số tấm pin cần thiết

Để xây dựng một hệ thống điện mặt trời hiệu quả, việc tính toán chính xác sản lượng điện năng cần thiết và số lượng tấm pin phù hợp là vô cùng quan trọng. Dưới đây là hướng dẫn chi tiết từ các chuyên gia của chúng tôi để bạn có thể tự thực hiện **cách tính sản lượng điện mặt trời** cho gia đình, đảm bảo hệ thống hoạt động ổn định và tối ưu.

1. Xác định Nhu cầu Điện năng (Số Watt-hour hệ thống pin mặt trời cần cung cấp)

Trước tiên, bạn cần xác định tổng lượng điện năng tiêu thụ (tính bằng Watt-hour – Wh) của tất cả các thiết bị điện sử dụng trong một ngày của gia đình. Sau đó, để đảm bảo hệ thống luôn cung cấp đủ điện ngay cả khi có các yếu tố bất lợi như tổn hao trong quá trình chuyển đổi hay những ngày ít nắng, chúng ta cần áp dụng một hệ số an toàn. Công thức tính số Watt-hour hệ thống pin mặt trời cần cung cấp như sau:

Số Watt-hour hệ thống pin mặt trời = (1.3 – 1.5) x Tổng Watt-hour toàn tải sử dụng

Trong đó, hệ số an toàn từ 1.3 đến 1.5 giúp bù đắp cho các hao hụt năng lượng và đảm bảo nguồn điện ổn định.

2. Tính toán Công suất Tấm pin mặt trời (Watt-peak – Wp)

Sau khi xác định được tổng Watt-hour cần cung cấp, bước tiếp theo là tính toán công suất pin mặt trời theo đơn vị Watt-peak (Wp). Watt-peak là công suất tối đa mà một tấm pin có thể tạo ra trong điều kiện tiêu chuẩn (STC). Tuy nhiên, trong thực tế, lượng điện tạo ra còn phụ thuộc vào yếu tố khí hậu và bức xạ mặt trời.

Để có một bản thiết kế hệ thống điện mặt trời chính xác hơn, chúng ta sử dụng Panel Generation Factor (hệ số phát điện của tấm pin mặt trời). Hệ số này thể hiện hiệu suất hấp thu năng lượng thực tế của tấm pin tại một khu vực nhất định, có đơn vị là kWh/m2/ngày. Tại Việt Nam, mức hấp thu năng lượng mặt trời trung bình thường dao động khoảng 4.58 kWh/m2/ngày. Một số trường hợp có thể lấy con số trung bình là 4 kWh/m2/ngày để đơn giản hóa công thức tính watt-peak pin mặt trời.

Công thức tính Tổng số Wp của hệ thống pin mặt trời là:

Tổng số Wp của hệ thống pin mặt trời = Số Watt-hour hệ thống pin mặt trời : 4.58 (hoặc 4)

Ví dụ: Nếu hệ thống pin mặt trời cần cung cấp 5000 Wh mỗi ngày và lấy hệ số bức xạ trung bình là 4.58 kWh/m2/ngày, thì tổng số Wp cần thiết là 5000 / 4.58 ≈ 1091 Wp.

Dựa trên các thiết bị điện sử dụng trong nhà, bạn có thể tính được sản lượng điện tiêu thụ mỗi ngày và sản lượng điện mặt trời cần sản xuất.

3. Lưu ý quan trọng khi chọn số lượng tấm pin mặt trời

Kết quả theo cách tính sản lượng điện mặt trời trên chỉ cho biết số lượng tối thiểu các tấm pin mặt trời cần dùng. Trong thực tế, để tính toán số tấm pin năng lượng mặt trời và đảm bảo hệ thống hoạt động ổn định và bền vững, cần cân nhắc nhiều yếu tố:

• Hiệu suất và tuổi thọ hệ thống: Một hệ thống với số lượng tấm pin đủ sẽ giúp battery (ắc quy) dự trữ không bị xả cạn quá mức, kéo dài tuổi thọ battery. Ngược lại, nếu thiếu pin, hệ thống dễ rơi vào tình trạng thiếu điện vào những ngày âm u, ảnh hưởng trực tiếp đến tuổi thọ của ắc quy và việc tính toán battery điện mặt trời.
• Chi phí và hiệu quả đầu tư: Việc lắp đặt quá nhiều pin sẽ làm tăng chi phí hệ thống, có thể không cần thiết và vượt ngân sách ban đầu. Cần có sự cân bằng giữa nhu cầu thực tế và khả năng tài chính.
• Độ dự phòng của hệ thống (Autonomy Day): Đây là số ngày mà hệ thống có thể cung cấp điện mà không cần ánh nắng mặt trời. Một hệ thống có autonomy day cao (ví dụ: 4 ngày) sẽ đòi hỏi số lượng ắc quy lớn hơn, và tương ứng, số lượng tấm pin cũng cần được điều chỉnh để sạc đầy lượng ắc quy đó.

Để tối ưu hóa hệ thống, đặc biệt với những khách hàng đã có điện lưới, Vũ Phong Solar cung cấp các giải pháp tiên tiến như hệ thống bù lưới thông minh hoặc chuyển lưới thông minh. Các hệ thống này giúp giải quyết hiệu quả vấn đề thiếu điện vào những ngày râm mát hoặc khi mất điện lưới, đảm bảo nguồn năng lượng liên tục và ổn định cho gia đình bạn.

Bạn có thể tham khảo thêm Sản phẩm tấm pin năng lượng mặt trời chất lượng cao của các thương hiệu hàng đầu thế giới để chọn lựa sản phẩm phù hợp, cũng như các sản phẩm inverter chất lượng cao để tính toán bộ inverter phù hợp với hệ thống.

Cách tính toán bộ inverter (biến tần)

Trong bất kỳ hệ thống điện mặt trời nào, việc lựa chọn và tính toán công suất inverter (biến tần) phù hợp đóng vai trò then chốt, ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu quả vận hành và tối ưu cách tính sản lượng điện mặt trời. Một bộ inverter được chọn đúng sẽ đảm bảo cung cấp điện ổn định, bảo vệ thiết bị và kéo dài tuổi thọ cho toàn bộ hệ thống. Hiện nay, trên thị trường phổ biến hai loại inverter sine chuẩn chính: inverter tần số cao (high frequency) và inverter tần số thấp (low frequency).

Đối với inverter sine chuẩn tần số cao (High Frequency)

Để đảm bảo hệ thống hoạt động ổn định và đáp ứng mọi nhu cầu về công suất tiêu thụ, bộ inverter tần số cao cần có công suất đủ lớn để xử lý được những thời điểm tất cả các tải đều bật. Theo khuyến nghị của chuyên gia về thiết kế hệ thống điện mặt trời, bạn nên chọn công suất inverter bằng 150-200% công suất tải tổng, lý tưởng nhất là 200%. Điều này giúp inverter có biên độ an toàn, đặc biệt quan trọng khi có các thiết bị yêu cầu công suất khởi động cao. Đây cũng là một yếu tố quan trọng trong cách chọn inverter cho điện mặt trời hiệu quả.

Một điểm cần đặc biệt lưu ý là các thiết bị có motor như tủ lạnh, máy lạnh hay máy bơm thường có dòng khởi động lớn, gấp khoảng 5-6 lần so với dòng khi chạy ổn định. Nếu không tính toán kỹ, bạn có thể phải chọn inverter với công suất quá lớn, gây lãng phí. Để khắc phục điều này, việc áp dụng phương pháp khởi động mềm cho các thiết bị motor có thể giúp giảm đáng kể yêu cầu về công suất đỉnh của inverter, từ đó tối ưu hóa chi phí đầu tư ban đầu cho hệ thống điện mặt trời. Tìm hiểu thêm về thiết kế hệ thống điện mặt trời để có cái nhìn tổng quan.

Đối với inverter sine chuẩn tần số thấp (Low Frequency)

Với inverter sine chuẩn tần số thấp, còn được gọi là inverter dùng tăng phô, bạn có thể lựa chọn bộ inverter có công suất từ 125-150% công suất tải. Mặc dù yêu cầu công suất thấp hơn so với loại tần số cao, loại inverter này lại có nhược điểm đáng kể là tiêu hao lớn trong quá trình hoạt động. Điều này có thể ảnh hưởng đến hiệu suất xả nạp tổng thể và tăng chi phí vận hành lâu dài, đặc biệt là trong các hệ thống độc lập sử dụng battery (ắc quy).

Lưu ý quan trọng: Khi lựa chọn inverter, yếu tố then chốt là điện áp vào danh định của thiết bị phải hoàn toàn tương thích với điện áp danh định của nguồn cấp. Cụ thể, đối với hệ thống độc lập có sử dụng battery (ắc quy), điện áp vào danh định của inverter phải phù hợp với điện áp danh định của bộ ắc quy. Trong khi đó, với hệ thống hòa lưới (không cần ắc quy), điện áp vào danh định của inverter cần tương thích với điện áp danh định của chuỗi tấm pin mặt trời. Việc tuân thủ nguyên tắc này không chỉ đảm bảo an toàn mà còn tối ưu hóa hiệu suất hoạt động của toàn bộ hệ thống. Tham khảo thêm cách tính sản lượng điện mặt trời và Sản phẩm inverter chất lượng cao để có lựa chọn tối ưu nhất.

Cách tính toán battery (đối với hệ thống điện mặt trời độc lập)

Trong các hệ thống điện mặt trời độc lập, battery (ắc quy) đóng vai trò then chốt trong việc lưu trữ và cung cấp điện năng. Loại battery thường được sử dụng là deep-cycle battery với nhiều ưu điểm vượt trội như khả năng xả sâu đến mức rất thấp, tốc độ nạp đầy nhanh chóng, số chu kỳ nạp xả lớn, độ bền cao và tuổi thọ kéo dài. Việc tính toán dung lượng battery chính xác là yếu tố quyết định hiệu quả và độ ổn định của toàn bộ hệ thống điện mặt trời. Dưới đây là hai phương pháp phổ biến để tính toán battery điện mặt trời.

Tính toán battery dựa vào lượng điện sản xuất

Để tính toán dung lượng battery, bạn có thể dựa vào cách tính sản lượng điện mặt trời mà hệ thống pin của bạn sản xuất được mỗi ngày. Thông thường, dung lượng ắc quy cần thiết phải gấp 1,5 đến 2 lần lượng điện mà tấm pin mặt trời sản xuất được. Đồng thời, cần lưu ý đến hiệu suất xả nạp của battery, thường dao động trong khoảng 70% – 85%. Dựa trên các yếu tố này, công thức tính Watt-hour của battery được xác định như sau:

Số Watt-hour của battery = (Số Watt-hour hệ thống pin mặt trời : 0,7-0,85) x 1,5-2

Tuy nhiên, trong trường hợp hộ gia đình có nhu cầu sử dụng điện chủ yếu vào ban ngày, việc thiết kế hệ thống điện mặt trời với lượng ắc quy chứa chỉ cần tương đương lượng điện sản xuất ra từ giàn pin mặt trời là đủ.

Mách bạn: Để kéo dài tuổi thọ ắc quy lên gấp 2-3 lần trong hệ thống điện mặt trời độc lập sử dụng hằng ngày, bạn nên tránh cho ắc quy xả quá sâu. Hãy bảo vệ ắc quy ở ngưỡng điện áp trên 11V (đối với ắc quy 12V) và chuyển sang sử dụng điện lưới hoặc bù lưới khi cần thiết.

Tính toán battery dựa vào tải sử dụng

Một phương pháp khác để tính toán battery điện mặt trời là dựa vào tổng tải sử dụng của bạn. Số lượng battery cần thiết phải đủ khả năng cung cấp điện cho những ngày dự phòng (autonomy day) – tức là những ngày mà các tấm pin mặt trời không thể sản xuất điện hiệu quả (ví dụ: trời mưa, nhiều mây). Dung lượng battery được tính toán theo các bước sau:

• Số Watt-hour của battery = Số Watt-hour toàn tải sử dụng : 0,85
• Với mức xả sâu (DOD – deep of discharge) khuyến nghị là 0,6 (hoặc nhỏ hơn 0,8) để đảm bảo tuổi thọ ắc quy:

Dung lượng battery = Số Watt-hour của battery : 0,6 : điện thế battery

Đây là dung lượng battery tối thiểu cho một hệ thống điện năng lượng mặt trời độc lập không có dự phòng. Trong trường hợp hệ thống có số ngày dự phòng (autonomy day) mong muốn, công thức sẽ là:

Số lượng battery hệ thống = Dung lượng battery x Số ngày dự phòng

Máy sạc (nạp) ắc quy điện tử tự động do SolarV – Vũ Phong Solar sản xuất

Thiết kế solar charge controller (bộ điều khiển sạc năng lượng mặt trời)

Ngoài tính toán battery điện mặt trời, việc lựa chọn Solar charge controller (bộ điều khiển sạc năng lượng mặt trời) phù hợp cũng vô cùng quan trọng. Điện thế đầu vào của Solar charge controller phải tương thích với điện thế của tấm pin mặt trời, và điện thế đầu ra phải phù hợp với điện thế của battery. Đối với các hệ thống điện mặt trời lớn, chúng thường được thiết kế hệ thống điện mặt trời thành nhiều dãy song song, mỗi dãy sẽ do một Solar charge controller đảm nhiệm. Công suất của bộ điều khiển sạc cần đủ lớn để có thể tiếp nhận điện năng từ PV và nạp đầy cho battery.

Công thức phổ biến để tính dòng điện tối đa (Imax) cho Solar charge controller là:

Imax = 1.3 x dòng ngắn mạch của PV

Hiện nay, Vũ Phong Solar đã phát triển các bộ Solar charge controller sử dụng công nghệ sạc xung và nâng áp đỉnh MPP (Maximum Power Point Tracking), giúp tối ưu hiệu suất sạc và kéo dài tuổi thọ ắc quy. Các công nghệ này mang lại hiệu suất sạc tương đương với các bộ sạc MPPT nhưng với chi phí hợp lý hơn, đặc biệt công nghệ sạc xung còn giúp tăng độ bền của ắc quy vượt trội so với cả sạc MPPT thông thường. Bạn có thể tham khảo thêm các Sản phẩm máy sạc (nạp) ắc quy điện tử chất lượng cao.

Ví dụ cụ thể minh họa cách tính

Để giúp bạn dễ hình dung, hãy cùng xem một ví dụ cụ thể về cách tính sản lượng điện mặt trời cho gia đình, công suất tiêu thụ, và thiết kế hệ thống điện mặt trời bao gồm inverter, battery và Solar charge controller:

Một hộ gia đình ở vùng sâu có nhu cầu sử dụng:

• 01 bóng đèn 18 Watt (sử dụng 6-10 giờ tối).
• 01 quạt máy 60 Watt (sử dụng khoảng 2 giờ mỗi ngày).
• 01 tủ lạnh 75 Watt (chạy liên tục, giả định chạy 12 giờ và nghỉ 12 giờ do cơ chế tự động ngắt).

1. Tính tổng lượng điện tiêu thụ mỗi ngày:

= (18 W x 4 giờ) + (60 W x 2 giờ) + (75 W x 12 giờ) = 1.092 Wh

2. Tính pin mặt trời (PV panel) – Hướng dẫn tính công suất pin mặt trời:

• Lượng điện cần sản xuất từ PV panel = 1.092 Wh x 1.3 (hệ số hao hụt) = 1.419,6 Wh/ngày.
• Tổng Watt-peak (Wp) của PV panel cần thiết = 1.419,6 : 4,58 (Panel Generation Factor trung bình) ≈ 310 Wp.
• Nếu chọn loại PV công suất 110 Wp, thì số tấm pin năng lượng mặt trời cần dùng là 310 : 110 ≈ 3 tấm. Đây là cách tính số tấm pin năng lượng mặt trời.

3. Tính inverter – Cách chọn inverter cho điện mặt trời:

• Tổng công suất tiêu thụ lớn nhất tại một thời điểm = 18 W + 60 W + 75 W = 153 W.
• Công suất inverter tối thiểu = 153 W x 125% = 191,25 W.
• Tuy nhiên, vì có tủ lạnh với dòng khởi động có thể gấp 5-6 lần công suất tiêu thụ danh định: 6 x 75 W = 450 W.
• Do đó, cần chọn một inverter có công suất lớn hơn 450 W. Lời khuyên là hãy chọn loại inverter 500W trở lên. Đồng thời, cần ưu tiên chọn inverter sine chuẩn để đảm bảo an toàn và hiệu quả cho các thiết bị điện tử nhạy cảm như tủ lạnh. Bạn có thể tham khảo Sản phẩm inverter chất lượng cao.

4. Tính toán Battery – Tính dung lượng ắc quy điện mặt trời:

• Dung lượng battery tối thiểu cho hệ thống không dự phòng (sử dụng công thức 2 với điện thế 12V) = 1.092 Wh : 0,85 : 0,6 : 12V ≈ 178 Ah.
• Nếu hệ thống cần 2 ngày dự phòng, dung lượng battery sẽ là: 178 Ah x 2 = 356 Ah.
• Do đó, có thể chọn battery deep-cycle 12V/400Ah cho 2 ngày dự phòng.
• Trong trường hợp chỉ sử dụng trong ngày và không cần dự phòng, chọn ắc quy 12V-200Ah là phù hợp.

5. Tính solar charge controller:

• Thông số của mỗi PV module: Pm = 110 Wp, Im = 6,6 A, Isc = 7,5 A.
• Dòng điện tối đa cho Solar charge controller = (3 tấm PV x 7,5 A) x 1,3 (hệ số an toàn) ≈ 29,25 A.
• Vì vậy, nên chọn Solar charge controller có dòng 30A/12V hoặc lớn hơn để đảm bảo an toàn và hiệu suất sạc tốt nhất.

Trên đây là hướng dẫn chi tiết về cách tính sản lượng điện mặt trời cũng như các thông số cần thiết để thiết kế hệ thống điện mặt trời độc lập. Bạn có thể áp dụng các công thức này cho hệ thống gia đình mình hoặc sử dụng các phần mềm tính toán sản lượng điện mặt trời chuyên dụng để có kết quả chính xác và tối ưu hơn.

Nguồn: Vuphong.vn

Câu hỏi thường gặp về cách tính sản lượng điện mặt trời:

Tại sao cần tính toán sản lượng điện mặt trời trước khi lắp đặt?: Tính toán giúp đảm bảo hệ thống đáp ứng đủ nhu cầu điện, tránh lãng phí hoặc thiếu hụt, tối ưu chi phí và hiệu suất hoạt động lâu dài.

Các yếu tố nào ảnh hưởng đến sản lượng điện của tấm pin mặt trời?: Sản lượng điện phụ thuộc vào điều kiện bức xạ mặt trời, hiệu suất hấp thu của tấm pin, tổn hao trong hệ thống và điều kiện thời tiết thực tế như số giờ nắng tốt.

Hệ số an toàn (1.3-1.5) trong công thức tính Watt-hour của hệ thống pin mặt trời có ý nghĩa gì?: Hệ số này dùng để bù trừ cho những tổn hao năng lượng tự nhiên trong quá trình vận hành và những ngày có điều kiện nắng không lý tưởng, đảm bảo hệ thống cung cấp đủ điện.

Có những loại inverter nào phổ biến và cách chọn chúng ra sao?: Phổ biến có inverter sine chuẩn tần số cao (chọn công suất 150-200% tải) và tần số thấp (125-150% tải). Việc lựa chọn phụ thuộc vào công suất tải và điện áp danh định của battery hoặc hệ pin.

Tại sao battery deep-cycle lại được ưu tiên dùng cho hệ thống điện mặt trời độc lập?: Battery deep-cycle được thiết kế để chịu được các chu kỳ xả sâu và nạp lại nhiều lần mà không làm giảm tuổi thọ đáng kể, tối ưu cho việc lưu trữ năng lượng liên tục trong hệ thống độc lập.