Hướng dẫn cách tính sản lượng điện mặt trời chi tiết nhất

Để thiết kế hệ thống điện năng lượng mặt trời phù hợp cho gia đình, bạn cần biết cách tính sản lượng điện mặt trời từ các tấm pin, tính toán bộ inverter, battery… Bài viết này sẽ giúp bạn những điều đó!

Hiện nay, giá điện mặt trời áp mái FIT 2 khá hấp dẫn (1.943 đồng/kWh và được áp dụng 20 năm theo Quyết định số 13/2020/QĐ-TTg của Thủ tướng Chính phủ). Do đó, ngày càng nhiều hộ gia đình tận dụng mái nhà nhàn rỗi để lắp đặt hệ thống điện mặt trời vừa sản xuất ra điện sử dụng vừa bán điện dư bán cho ngành điện tạo thêm thu nhập. Cũng chính vì vậy, các hộ gia đình chủ yếu dựa vào điều kiện tài chính kinh tế và điều kiện mái để lắp đặt hệ thống. Tuy nhiên, trong trường hợp bạn muốn lắp đặt hệ thống chủ yếu phục vụ nhu cầu tiêu thụ điện của gia đình hoặc muốn lắp đặt hệ thống điện mặt trời độc lập để tự chủ hoàn toàn về nguồn điện, bạn sẽ cần biết cách tính sản lượng điện mặt trời từ các tấm pin, tính toán bộ inverter, battery… để có thể tạo ra hệ thống phù hợp nhất.

Muốn như vậy, trước hết bạn cần xác định được lượng điện tiêu thụ của gia đình (với tất cả các thiết bị sẽ được cung cấp điện từ hệ thống điện mặt trời). Bạn tính tổng số watt-hour sử dụng mỗi ngày của từng thiết bị và cộng tất cả chúng lại, bạn sẽ có tổng số Watt-hour toàn tải sử dụng mỗi ngày.

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

Hướng dẫn cách tính sản lượng điện mặt trời từ nhu cầu – Số Watt-hour của hệ thống pin mặt trời

Do các yếu tố như tổn hao trong hệ thống, sự tác động của điều kiện tự nhiên (như những ngày nắng không tốt)… số Watt-hour của hệ thống pin mặt trời cung cấp phải cao hơn tổng số Watt-hour toàn tải, theo công thức sau:

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

Trong đó: 1.3 đến 1.5 là hệ số an toàn.

Công suất hệ thống pin mặt trời cần sử dụng được tính toán như thế nào

Tiếp theo, ta sẽ tính Watt-peak (Wp) cần có của tấm pin mặt trời.

Lượng Wp tạo ra bởi tấm pin mặt trời không phải khi nào cũng giống nhau do nó còn phụ thuộc vào điều kiện khí hậu. Chẳng hạn, cùng với 1 tấm pin mặt trời nhưng nếu đặt ở các địa điểm khác nhau với điều kiện bức xạ mặt trời khác nhau thì mức độ hấp thu năng lượng cũng sẽ khác. Do đó, để giúp việc thiết kế chính xác, người ta phải tiến hành khảo sát từng vùng và đưa ra một hệ số gọi là Panel Generation Factor (hệ số phát điện của tấm pin mặt trời). Hệ số này được tính bằng cách lấy hiệu suất hấp thu (collection efficiency) nhân với độ bức xạ năng lượng mặt trời (solar radiation) vào các tháng có số giờ nắng thấp của vùng. Đơn vị tính của hệ số này là kWh/m2/ngày.

Tại Việt Nam, mức hấp thu năng lượng mặt trời ở vào khoảng 4.58 kWh/m2/ngày. Do vậy:

Tổng số Wp của hệ thống pin mặt trời = Số Watt-hour hệ thống pin mặt trời : 4,58

Tuy nhiên, mức hấp thu năng lượng mặt trời có sự chênh lệch giữa các vùng. Trong tính toán, cũng có thể lấy con số trung bình là 4 kWh/m2/ngày.

Xem thêm: Sản phẩm tấm pin năng lượng mặt trời chất lượng cao của các thương hiệu hàng đầu thế giới

Dựa trên các thiết bị điện sử dụng trong nhà, bạn có thể tính được sản lượng điện tiêu thụ mỗi ngày, sản lượng điện mặt trời cần sản xuất (Ảnh minh họa internet)

Lưu ý rằng: Kết quả theo cách tính sản lượng điện mặt trời này chỉ cho biết số lượng tối thiểu tấm pin mặt trời cần dùng. Trong hệ thống điện mặt trời độc lập, có nhiều tấm pin mặt trời thì hệ thống sẽ làm việc tốt hơn, tuổi thọ của battery (pin/ắc quy dự trữ) sẽ cao hơn. Nếu có ít tấm pin mặt trời, vào những ngày mưa hoặc râm mát, hệ thống sẽ thiếu điện, rút cạn battery và khiến battery giảm tuổi thọ. Nhưng ngược lại, nếu thiết kế nhiều pin mặt trời thì sẽ làm tăng chi phí hệ thống, vượt ngân sách cho phép, đôi khi không cần thiết. Ngoài ra, số lượng tấm pin mặt trời còn cần căn cứ vào độ dự phòng của hệ thống. Ví dụ, một hệ thống điện mặt trời có độ dự phòng 4 ngày (gọi là autonomy day – những ngày không có nắng cho tấm pin mặt trời sản sinh điện) sẽ đòi hỏi số lượng battery nhiều hơn, từ đó số lượng tấm pin mặt trời cũng tăng theo.

Vũ Phong Solar có hệ thống bù lưới thông minh hoặc chuyển lưới thông minh. Nó sẽ giải quyết được vấn đề mất điện hoặc thiếu điện (vào những ngày râm mát) cho các khách hàng lắp đặt hệ thống điện mặt trời ở khu vực đã có điện lưới.

Cách tính toán bộ inverter (biến tần)

Hiện nay, phổ biến trên thị trường có 2 loại inverter sine chuẩn, có thể dùng để tính toán: inverter sine chuẩn tần số cao và inverter sine chuẩn tần số thấp (hay inverter dùng tăng phô).

Với inverter sine chuẩn tần số cao (high frequency)

Bộ inverter yêu cầu phải đủ lớn để đáp ứng được những thời điểm tất cả tải đều bật. Do đó, nó phải có công suất bằng 150-200% công suất tải (tốt nhất là chọn 200% vì có những lúc cần khởi động các thiết bị). Nếu tải là motor (hoặc tủ lạnh, máy lạnh… thông thường) thì bạn phải tính toán thêm công suất nhằm đáp ứng thời gian khởi động của motor. Thông thường, dòng khởi động của thiết bị có motor lớn, gấp khoảng 5-6 lần dòng khi chạy ổn định. Để tránh việc chọn inverter công suất quá lớn, có thể dùng phương pháp khởi động mềm.

Với inverter sine chuẩn tần số thấp (low frequency)

Có thể chọn bộ inverter công suất từ 125-150% công suất tải. Tuy nhiên, loại inverter này có một nhược điểm là tiêu hao lớn.

Lưu ý: Bạn cần chọn inverter có điện áp vào danh định phù hợp với điện áp danh định của battery. Với hệ thống điện mặt trời hòa lưới, không cần battery, điện áp vào danh định của inverter phải phù hợp với điện áp danh của hệ pin mặt trời.

Xem thêm: Sản phẩm inverter chất lượng cao

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

Battery dùng cho hệ thống điện mặt trời là loại deep-cycle. Ưu điểm của loại battery này là cho phép xả đến mức bình rất thấp và cho phép nạp đầy nhanh. Nó có nhiều cycle, nên nạp xả được rất nhiều lần mà không bị hỏng bên trong, khá bền, tuổi thọ cao. Có 2 phương pháp tính toán battery:

Tính toán battery dựa vào lượng điện sản xuất

Từ cách tính sản lượng điện mặt trời sản xuất được bên trên, bạn sẽ tính được battery. Yêu cầu của dung lượng ắc quy là phải gấp 1,5-2 lần lượng điện mặt trời sản xuất được mỗi ngày. Hiệu suất xả nạp của battery chỉ khoảng 70 – 85%. Do đó:

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

Trường hợp hộ gia đình sử dụng điện chủ yếu vào ban ngày thì thiết kế lượng ắc quy chứa chỉ cần bằng lượng điện sản xuất ra từ giàn pin mặt trời.

Mách bạn: Trong hệ thống điện mặt trời độc lập sử dụng hằng ngày, để tăng tuổi thọ ắc quy lên gấp 2-3 lần, bạn không nên cho ắc quy xả sâu, đồng thời nên bảo vệ ắc quy ở ngưỡng áp trên 11V (với ắc quy 12V) và chuyển sang sử dụng điện lưới hoặc bù lưới.

Tính toán battery dựa vào tải sử dụng

Số lượng battery phải đủ cung cấp điện cho những ngày dự phòng (autonomy day) khi các tấm pin mặt trời không sản xuất điện được. Dung lượng battery được tính toán như sau:

– Số Watt-hour của battery = Số Watt-hour toàn tải sử dụng : 0,85

– Với mức xả sâu (DOD – deep of discharge) là 0,6 (hoặc < 0,8):

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

Đây là dung lượng battery tối thiểu cho hệ thống điện năng lượng mặt trời độc lập không có dự phòng. Trong trường hợp hệ solar có số ngày dự phòng (autonomy day):

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

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

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

Điện thế vào của Solar charge controller phải phù hợp với điện thế của pin mặt trời, điện thế ra phải tương ứng với điện thế của battery. Bạn cần chú ý lựa chọn loại Solar charge controller phù hợp với hệ thống điện mặt trời của gia đình mình. Với các hệ pin mặt trời lớn, nó được thiết kế thành nhiều dãy song song, mỗi dãy được phụ trách bởi 1 Solar charge controller. Công suất của Solar charge controller yêu cầu phải đủ lớn để có thể nhận điện năng từ PV và đủ công suất để nạp battery.

Thông thường chọn Solar charge controller có dòng Imax = 1.3 x dòng ngắn mạch của PV.

SolarV – Vũ Phong Solar có thiết kế các bộ Solar charge controller dùng công nghệ sạc xung và nâng áp đỉnh MPP giúp hiệu suất sạc cao hơn và ắc quy bền hơn, hiệu suất sạc tương đương các bộ sạc MPPT trong khi giá thành rẻ hơn. Công nghệ sạc xung làm tăng độ bền của ắc quy lên cao hơn kể cả sạc MPPT.

Một ví dụ cụ thể cho cách tính sản lượng điện mặt trời, công suất tiêu thụ điện, tính toán inverter, battery để thiết kế hệ thống điện mặt trời: Một hộ dân vùng sâu có yêu cầu sử dụng: 01 bóng đèn 18 Watt dùng từ 6-10 giờ tối, 01 quạt máy 60 Watt mỗi ngày sử dụng khoảng 2 giờ, 01 tủ lạnh 75 Watt chạy liên tục. Do tủ lạnh tự động ngắt khi đủ lạnh nên xem như chạy 12 giờ, nghỉ 12 giờ. 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 Tính pin mặt trời (PV panel): PV panel = 1.092 x 1.3 = 1.419,6 Wh/day Tổng Wp của PV panel =1.419,6 : 4,58 = 310Wp Nếu chọn loại PV công suất 110Wp thì số PV cần dùng là 310 : 110 = 3 tấm Tính inverter Tổng công suất sử dụng lớn nhất tại một thời điểm = 18 + 60 + 75 = 153 W Công suất inverter =153 x 125% = 190W Tuy nhiên trong hệ thống có tủ lạnh với dòng khởi động khoảng gấp 5 – 6 lần:       6 x 75 = 450W Như vậy, cần chọn inverter công suất lớn hơn 450W. Lời khuyên là hãy chọn loại inverter 500W trở lên. Ngoài ra, cần chú ý chọn inverter sine chuẩn để đảm bảo an toàn cho tủ lạnh. Tính toán Battery Dung lượng battery = 1.092 : 0,85 : 0,6 :12 = 178 Với 2 ngày dự phòng, dung lượng bình = 178 x 2 = 356 Ah Do đó, chọn battery deep-cycle 12V/400Ah cho 2 ngày dự phòng. Trong trường hợp chỉ sử dụng trong ngày thì không cần tính dự phòng, chọn ắc quy 12V-200Ah là được. Tính solar charge controller Thông số của mỗi PV module: Pm = 110 Wp, Vm = 16,7 Vdc, Im = 6,6 A, Voc = 20,7 A, Isc = 7,5A Như vậy solar charge controller = (3 tấm PV x 7,5 A) x 1,3 = 29,25 A Chọn solar charge controller có dòng 30A/12 V hay lớn hơn.

Trên đây là cách tính sản lượng điện mặt trời cũng như các thông số cần thiết để thiết kế hệ thống điện mặt trời, bạn có thể tham khảo cho hệ thống gia đình mình. Bạn có thể sử dụng các phần mềm tính toán sản lượng điện mặt trời.

Nguồn: Vuphong.vn