Quyết định về cách nối dây các tấm pin mặt trời - kết hợp nối tiếp, song song hoặc song song - là một trong những lựa chọn thiết kế cơ bản nhất trong bất kỳ hệ mặt trời thương mại nào. Lựa chọn này trực tiếp xác định điện áp hệ thống, dòng điện, kết hợp MPPT biến tần, yêu cầu về kích thước cáp, dung sai bóng râm và tuân thủ an toàn. Các kỹ sư EPC và nhà thiết kế hệ thống phải hiểu các nguyên tắc điện, các ràng buộc về khả năng tương thích của biến tần và các yêu cầu về mã trước khi chỉ định cấu hình nối dây cho mảng thương mại.
Mỗi tấm pin mặt trời tạo ra nguồn DC được đặc trưng bởi ba thông số điện chính ở Điều kiện thử nghiệm tiêu chuẩn (STC: 1000 W/m2, AM1.5, 25°C):
Khi nhiều bảng được kết nối với nhau, các thông số điện của chúng sẽ kết hợp tùy theo kết nối là nối tiếp, song song hay kết hợp. Hiểu những sự kết hợp này là điều cần thiết để thiết kế các hệ thống nằm trong cửa sổ điện áp MPPT biến tần, xếp hạng cầu chì chuỗi và các mã điện hiện hành.
Trong chuỗi nối tiếp, các bảng được kết nối cực dương với cực âm theo chuỗi nối tiếp. Hiệu ứng điện của mắc nối tiếp là:
Trong đó N là số lượng mô-đun trong chuỗi. Điện áp nhân lên với mỗi mô-đun bổ sung; dòng điện không đổi (được giới hạn bởi mô-đun dòng điện thấp nhất trong chuỗi).
Đối với mô-đun 600W có Voc = 49,8V, tôisc = 15,2A, Vmp = 41,5V, tôimp = 14,4A:
Hầu hết các bộ biến tần chuỗi 1500V DC thương mại (Sungrow SG250HX, Huawei SUN2000-215KTL, SMA Sunny Highpower PEAK3) đều chấp nhận các chuỗi trong phạm vi 1.000-1.500V DC. Độ dài chuỗi tối đa bị hạn chế bởi:
Đối với mô-đun có Voc = 49,8V, TCVoc = −0,27%/°C, tại Tphút = −10°C:
Trong kết nối song song, tất cả các cực dương kết nối với một bus dương chung và tất cả các cực âm với một bus âm chung. Hiệu ứng điện nghịch đảo của chuỗi:
Hiện tại nhân lên; điện áp vẫn ở mức của một mô-đun duy nhất. Hệ thống dây điện song song thuần túy hiếm khi được sử dụng trong năng lượng mặt trời thương mại vì điện áp thấp và dòng điện rất cao sẽ đòi hỏi tiết diện cáp cực lớn, làm tăng chi phí lắp đặt và tổn thất điện năng một cách không tương xứng. Tuy nhiên, kết nối song song được sử dụng trong các bối cảnh cụ thể:
Các mảng năng lượng mặt trời thương mại hầu như sử dụng các kết hợp nối tiếp song song: nhiều tấm ở dạng chuỗi nối tiếp và nhiều chuỗi được kết nối song song ở đầu vào MPPT biến tần hoặc hộp kết hợp. Cấu hình này đạt được cả điện áp cao cần thiết để truyền tải điện hiệu quả và công suất điện cần thiết cho quy mô thương mại.
| Cấu hình | Mô-đun loạt | Chuỗi song song | Mảng Vmp | Mảng tôimp | Mảng Ptối đa |
|---|---|---|---|---|---|
| Ví dụ A | 28 | 1 | 28 × 41,5V = 1.162V | 14,4A | 16,8 mã lực |
| Ví dụ B | 28 | 4 | 1.162V | 4 × 14,4A = 57,6A | 67,2 kW |
| Ví dụ C | 25 | 10 | 25 × 41,5V = 1.037V | 10 × 14,4A = 144A | 150 kW |
Lưu ý: Tất cả các ví dụ đều sử dụng mô-đun 600W với Vmp = 41,5V, tôimp = 14,4A tại STC. Ví dụ C thể hiện cấu hình phù hợp cho biến tần trung tâm 150kW với các hộp kết hợp chuỗi thích hợp tổng hợp 10 chuỗi trước khi kết nối DC.
Thiết kế hệ thống thương mại yêu cầu tính toán cẩn thận điện áp, dòng điện và công suất của mảng để phù hợp với thông số kỹ thuật của biến tần. Các hạn chế thiết kế chính là:
Chuỗi Voc (nhiệt độ được hiệu chỉnh theo nhiệt độ môi trường tối thiểu) không được vượt quá:
Chuỗi Vmp (được điều chỉnh nhiệt độ để có nhiệt độ tế bào tối đa) phải luôn nằm trong phạm vi theo dõi MPPT của biến tần. Ở nhiệt độ tế bào tối đa (thường là 75-80°C đối với các mô-đun ở vùng khí hậu nóng):
Đối với mô-đun có Vmp = 41,5V, TCvmp = −0,34%/°C, tại Ttế bào = 75°C:
Đối với chuỗi 28 mô-đun: 28 × 34,4 = 964V. Giá trị này phải vượt quá điện áp MPPT tối thiểu của biến tần (thường là 200-600V tùy thuộc vào kiểu biến tần). Đối với Sungrow SG250HX, dải điện áp MPPT là 200-1.500V nên chuỗi 28 mô-đun là có thể chấp nhận được.
Bộ biến tần chuỗi thương mại hiện đại cung cấp nhiều bộ theo dõi MPPT, mỗi bộ có khả năng tối ưu hóa việc khai thác năng lượng độc lập với các chuỗi được kết nối với nó. Nguyên tắc chính cho cấu hình MPPT:
Đối với dự án sân thượng thương mại 250kW với Sungrow SG250HX (12 đầu vào MPPT, tối đa 3 chuỗi mỗi đầu vào): tối đa 12 × 3 = 36 chuỗi. Với chuỗi 28 mô-đun ở 600W, công suất mảng tối đa = 36 × 28 × 600W = 604,8kW. Tỷ lệ DC/AC là 604,8/250 = 2,42, vượt quá phạm vi khuyến nghị là 1,1-1,5. Một thiết kế thận trọng hơn có thể sử dụng 18 chuỗi gồm 28 mô-đun cho 302,4kW DC (tỷ lệ 1,21) trên 9 đầu vào MPPT.
Tổn thất điện trở trong hệ thống dây DC làm giảm đầu ra của mảng và phải được giữ ở mức dưới 1-2% công suất mảng. Việc lựa chọn mặt cắt cáp tuân theo định luật Ohm:
Đối với cáp PV thương mại, mặt cắt chung và giá trị điện trở (ở 70°C):
| Mặt cắt ngang | Điện trở (Ω/km ở 70°C) | Chạy chuỗi điển hình | Công suất hiện tại (trong ống dẫn, nhiệt độ xung quanh 40°C) |
|---|---|---|---|
| 4mm2 | 5,09 Ω/km | Mô-đun này đến mô-đun khác, chạy ngắn hạn | 25A |
| 6mm2 | 3,39 Ω/km | Dây cáp vào hộp tổ hợp (<50m) | 32A |
| 10mm2 | 1,95 Ω/km | Bộ kết hợp thành biến tần (<80m) | 44A |
| 16mm2 | 1,21 Ω/km | Cáp trung kế DC dòng điện cao | 57A |
| 25mm2 | 0,795 Ω/km | Cáp DC chính cho mảng biến tần trung tâm | 73A |
Đấu dây nối tiếp tự nhiên tạo ra điện áp cao hơn và dòng điện thấp hơn ở mức công suất nhất định, giúp giảm tổn thất điện trở so với đấu dây song song. Đây là lý do điện cơ bản tại sao các hệ thống năng lượng mặt trời thương mại thích các chuỗi điện áp cao hơn các cấu hình song song.
Hệ thống dây điện năng lượng mặt trời thương mại phải tuân thủ các quy định và tiêu chuẩn điện hiện hành. Tài liệu tham khảo chính theo khu vực:
Các yêu cầu an toàn quan trọng đối với mảng nối tiếp song song bao gồm: cầu chì chuỗi hoặc bộ ngắt mạch trên mỗi chuỗi trong cấu hình song song nhiều chuỗi; bảo vệ quá dòng có kích thước theo NEC 690.9 (125% Isc đối với cầu chì dạng dây); Bảo vệ AFCI cho tất cả các dây dẫn DC ở Hoa Kỳ theo NEC 690.11; và nối đất thích hợp cho khung mảng và dây dẫn nối đất thiết bị (EGC) theo 690.43.
Khi mua các tấm pin, bộ biến tần và hệ thống cáp cho dự án năng lượng mặt trời thương mại của bạn, Econo Solar có thể cung cấp BOM hoàn chỉnh với mặt cắt cáp và thiết bị bảo vệ được chỉ định chính xác. Để thảo luận về các yêu cầu dự án của bạn, hãy truy cập trang tìm hiểu dự án.
Nếu một bảng điều khiển bị hỏng hoàn toàn (hở mạch) trong chuỗi nối tiếp, toàn bộ chuỗi sẽ mất điện vì dòng điện không thể chạy qua mạch bị đứt. Nếu một bảng điều khiển bị đoản mạch hoặc bị đi-ốt rẽ nhánh của nó bỏ qua (do bóng mờ), các bảng còn lại trong chuỗi sẽ tiếp tục tạo ra ở điện áp giảm. Đây là ưu điểm an toàn chính của việc bao gồm các điốt rẽ nhánh trong mỗi mô-đun (thông lệ tiêu chuẩn): một ô bị bóng mờ hoặc bị lỗi sẽ kích hoạt điốt rẽ nhánh cho nhóm ô đó, cho phép phần còn lại của chuỗi tiếp tục tạo. Lỗi bảng điều khiển hoàn toàn trong chuỗi có thể được phát hiện thông qua giám sát và sẽ kích hoạt bảo trì ngay lập tức.
Về mặt kỹ thuật có thể nhưng không được khuyến khích trong các hệ thống thương mại. Việc kết hợp các loại mô-đun hoặc công suất khác nhau trong cùng một chuỗi sẽ tạo ra tổn thất không khớp vì tất cả các bảng trong một chuỗi nối tiếp phải truyền cùng một dòng điện, điều này bị giới hạn bởi bảng có dòng điện thấp nhất. Các tấm công suất cao hơn buộc phải hoạt động dưới điểm tối ưu, làm giảm sản lượng tổng thể của chuỗi. Đối với các dự án thương mại, luôn sử dụng các mô-đun giống hệt nhau (cùng nhà sản xuất, cùng kiểu máy, cùng loại công suất) trong mỗi chuỗi và tốt nhất là trên tất cả các chuỗi trên cùng một trình theo dõi MPPT. IEC 62548 khuyến nghị rằng tất cả các mô-đun trong chuỗi phải có đặc tính điện phù hợp.
Tỷ lệ DC/AC (còn gọi là tỷ lệ quá khổ) là 1,1-1,3 là điển hình cho việc lắp đặt thương mại ở vùng bức xạ vừa phải. Ở những vị trí có mức bức xạ cao (GHI > 2.000 kWh/m2/năm), tỷ lệ 1,3-1,5 là phổ biến do tổn thất cắt của biến tần trong giờ cao điểm được bù đắp nhiều hơn bằng hiệu suất năng lượng cao hơn trong những giờ nắng một phần. Tỷ lệ trên 1,6 rất hiếm trong các hệ thống nối lưới thương mại vì tổn thất cắt trở nên đáng kể và điều kiện bảo hành của nhà sản xuất biến tần có thể bị ảnh hưởng do hoạt động liên tục ở giới hạn đầu ra AC. Sungrow, Huawei và SMA đều công bố các tỷ lệ quá khổ được khuyến nghị trong hướng dẫn thiết kế của họ, cần được tham khảo cho các mẫu biến tần cụ thể.
Giá cả cạnh tranh cho các mô-đun năng lượng mặt trời thương mại, bộ biến tần chuỗi và BOS từ các nhà sản xuất hàng đầu Trung Quốc.
Nhận báo giá dự án →