Có thể bạn sẽ thắc mắc: liệu hộp kết hợp có kết nối các tấm pin mặt trời theo chuỗi hay song song không? Đúng vậy. Thiết bị này kết hợp nhiều chuỗi tấm pin thành một đầu ra song song duy nhất cho bộ biến tần của bạn. Tính linh hoạt này giúp tối ưu hóa điện áp và dòng điện. Nếu không có hộp kết hợp, hệ thống dây điện của bạn sẽ trở nên lộn xộn và không an toàn. Thiết bị này cung cấp khả năng bảo vệ, giúp việc kết nối nối tiếp và song song trở nên an toàn. Các cầu chì của nó bảo vệ từng chuỗi tấm pin. Bạn có thể chọn kết nối các tấm pin mặt trời theo kiểu nối tiếp để có điện áp cao hơn, hoặc kết nối theo kiểu song song để có dòng điện cao hơn. Thiết bị này xử lý cả hai cấu hình một cách hiệu quả.
Những điểm chính
Hộp kết hợp nối các chuỗi tấm pin mặt trời được mắc nối tiếp thành một đầu ra mắc song song cho bộ biến tần.
Kết nối nối tiếp làm tăng điện áp, trong khi kết nối song song làm tăng cường độ dòng điện.
Hộp kết hợp đảm bảo an toàn thiết yếu bằng cách lắp cầu chì cho từng chuỗi để ngăn chặn dòng điện ngược và hỏa hoạn.
Nên chọn cách nối dây theo chuỗi khi truyền tín hiệu trên quãng đường dài để giảm tổn thất trên dây và sử dụng cáp có đường kính nhỏ hơn.
Nên sử dụng phương pháp nối song song cho các hệ thống ắc-quy điện áp thấp nhằm duy trì điện áp an toàn đồng thời tăng cường dòng điện.
Luôn đảm bảo đầu ra của hộp kết hợp phù hợp với dải điện áp MPPT của bộ biến tần để đạt hiệu suất tối ưu.
Hãy sử dụng hộp kết hợp mỗi khi bạn nối song song nhiều chuỗi nối tiếp để đảm bảo an toàn và tuân thủ quy định.
Hộp kết hợp (Combiner Box) kết nối các tấm pin mặt trời theo chuỗi hay song song?
Câu trả lời cho câu hỏi liệu hộp kết hợp có kết nối các tấm pin mặt trời theo chuỗi hay song song hay không không chỉ đơn giản là “hoặc là… hoặc là…”. Hộp kết hợp không ép buộc bạn phải sử dụng một phương pháp nối dây duy nhất. Thay vào đó, nó đóng vai trò là điểm nối trung tâm, nơi nhiều chuỗi nối tiếp hội tụ thành một đầu ra song song duy nhất. Bạn tự thực hiện các kết nối nối tiếp, từ tấm pin này sang tấm pin khác, trước khi các dây dẫn đi vào hộp. Sau đó, hộp kết hợp sẽ tổng hợp các chuỗi đã được kết nối sẵn đó.
Một trung tâm điều phối đảm bảo an toàn và trật tự
Hãy coi hộp ghép nối như trung tâm của hệ thống dây điện trong hệ thống pin mặt trời của bạn. Nếu không có nó, bạn sẽ phải đối mặt với một mớ dây cáp rối rắm chạy từ từng tấm pin trực tiếp đến bộ biến tần. Cách làm đó sẽ gây ra sự lộn xộn, làm tăng chi phí và tiềm ẩn những rủi ro không cần thiết.
Gộp nhiều chuỗi dữ liệu thành một kết quả đầu ra
Hãy xem xét một nhà máy điện mặt trời gồm 100 tấm pin, trong đó mỗi tấm pin tạo ra 10 A. Việc kết nối từng tấm pin riêng lẻ với bộ biến tần sẽ đòi hỏi một lượng cáp khổng lồ, đường đi cáp phức tạp và tốn nhiều công sức. Giải pháp là nhóm mỗi 20 tấm pin vào một hộp ghép, tạo thành tổng cộng năm hộp. Mỗi hộp sẽ tổng hợp các chuỗi được gán vào một đường dây cấp điện đầu ra duy nhất. Việc hợp nhất này giúp giảm đáng kể số lượng dây cáp dài và đồng thời giảm cả chi phí vật liệu lẫn tổn thất điện năng trên đường truyền.
Giảm số lượng dây và cải thiện cấu trúc hệ thống
Lợi ích về mặt tổ chức không chỉ dừng lại ở việc giảm thiểu số lượng dây cáp. Hộp kết hợp giúp tập trung việc quản lý dòng điện tại một vị trí dễ tiếp cận. Bạn sẽ có được bố trí dây cáp tối ưu với ít dây dẫn đi qua khuôn viên hơn. Việc lắp đặt trở nên đơn giản hơn vì bạn chỉ cần kéo ít dây dẫn chính đến bộ biến tần hơn. Việc mở rộng hệ thống cũng dễ dàng hơn; bạn có thể thêm các tấm pin vào chuỗi hiện có hoặc thiết lập chuỗi mới mà không cần phải đi lại toàn bộ hệ thống dây điện. Ngược lại, các đầu nối nhánh chỉ nối một vài dây với nhau. Chúng không mang lại tính tập trung, không có chức năng bảo vệ và cũng không giúp giảm đáng kể chiều dài dây cáp.
Kết hợp các chuỗi nối tiếp thành song song
Giờ thì chúng ta đã đi vào trọng tâm của vấn đề. Hộp kết hợp chỉ đóng vai trò là điểm nối song song cho nhiều chuỗi. Nó không tạo ra các kết nối nối tiếp. Bạn thực hiện các kết nối đó ở phía trước bằng cách nối các tấm pin theo cực dương với cực âm trong mỗi chuỗi. Hộp này chỉ đơn giản là nhận các chuỗi đã hoàn thiện đó và nối chúng lại với nhau theo kiểu song song.
Cách hộp xử lý điện áp từ các chuỗi nối tiếp
Để hiểu được hiện tượng điện, cần phải có cái nhìn rõ ràng về những gì diễn ra trong từng cấu hình. Trong một chuỗi nối tiếp, điện áp cộng dồn trong khi dòng điện giữ nguyên. Khi ghép nhiều chuỗi lại với nhau tại hộp kết hợp, dòng điện cộng dồn trong khi điện áp giữ nguyên. Hãy xem xét một mảng 2S3P, tức là mỗi chuỗi gồm 2 tấm pin nối tiếp và 3 chuỗi được nối song song. Hộp kết hợp sẽ kết hợp 3 chuỗi đó lại với nhau. Kết quả là điện áp từ phần nối tiếp sẽ gấp 2 lần điện áp của một tấm pin đơn lẻ, còn dòng điện từ tổng hợp song song tại hộp kết hợp sẽ gấp 3 lần dòng điện của một tấm pin đơn lẻ.
Hộp ghép chỉ đóng vai trò là điểm nối song song cho nhiều chuỗi; nó không tạo ra các kết nối nối tiếp. Các kết nối nối tiếp được thực hiện bằng cách nối các cực dương (+) với cực âm (–) trên các tấm pin trong từng chuỗi trước khi chúng đi vào hộp ghép.
Trong mạch nối tiếp, điện áp cộng dồn trong khi cường độ dòng điện không đổi; trong các mạch song song được kết hợp tại hộp ghép, cường độ dòng điện cộng dồn trong khi điện áp không đổi.
Ví dụ, trong một hệ thống 2S3P (2 tấm pin nối tiếp trong mỗi chuỗi, 3 chuỗi nối song song), hộp ghép nối sẽ ghép nối 3 chuỗi lại với nhau, dẫn đến điện áp gấp 2 lần điện áp của một tấm pin (từ phần nối tiếp) và dòng điện gấp 3 lần dòng điện của một tấm pin (từ phần nối song song tại hộp ghép nối).
Nếu mở rộng thành cấu hình 3S3P, điện áp sẽ tăng lên gấp 3 lần điện áp của một tấm pin (kết nối nối tiếp), trong khi dòng điện vẫn giữ nguyên ở mức gấp 3 lần dòng điện của một tấm pin (kết nối song song qua hộp ghép), điều này chứng tỏ rằng hộp ghép chỉ có chức năng tổng hợp dòng điện song song, trong khi sự tăng điện áp nối tiếp diễn ra ở phía thượng nguồn.
Sự phân biệt này rất quan trọng vì nó giải thích lý do tại sao bạn có thể chọn lắp đặt các tấm pin mặt trời theo chuỗi để đạt điện áp cao hoặc theo song song để đạt cường độ dòng điện cao. Hộp kết hợp có thể đáp ứng cả hai phương án này. Tuy nhiên, trường hợp sử dụng điển hình là kết nối song song các chuỗi nối tiếp. Chiến lược đấu dây nối tiếp-song song này cho phép bạn đạt được mức điện áp mà bộ biến tần yêu cầu đồng thời điều chỉnh cường độ dòng điện để đáp ứng nhu cầu điện năng của bạn.
Nối hàn từng sợi dây để ngăn dòng điện ngược
Hộp kết hợp còn đảm nhận một chức năng quan trọng khác ngoài việc chỉ đơn thuần tổng hợp các chuỗi. Mỗi chuỗi nối tiếp đi vào đều được trang bị một cầu chì hoặc bộ ngắt mạch riêng bên trong hộp. Cơ chế bảo vệ quá dòng này ngăn chặn dòng điện ngược chảy ngược qua chuỗi khi xảy ra sự cố. Giả sử một tấm pin trong chuỗi bị chập mạch. Nếu không có cầu chì, dòng điện tổng hợp từ các chuỗi song song khác có thể chảy ngược qua chuỗi bị hỏng đó, sinh nhiệt và có khả năng gây ra hỏa hoạn. Cầu chì cách ly chuỗi bị lỗi một cách nhanh chóng, bảo vệ cả thiết bị lẫn tài sản.
Tính năng bảo vệ này mang lại một lợi thế cơ bản so với các đầu nối nhánh. Những thiết bị đơn giản đó không thể đảm bảo an toàn cho các yêu cầu về cầu chì hay bảo vệ chống dòng điện ngược như hộp kết hợp có thể cung cấp. Khi kết nối các tấm pin mặt trời theo chế độ song song, bạn phải có hệ thống bảo vệ cho từng chuỗi. Hộp kết hợp cung cấp tính năng bảo vệ đó trong một vỏ bọc duy nhất và được sắp xếp gọn gàng. Phương pháp kết nối song song-dãy này mang lại cho bạn sự linh hoạt trong việc thiết kế một mảng pin phù hợp với thông số kỹ thuật đầu vào của bộ biến tần, đồng thời vẫn đảm bảo các tiêu chuẩn an toàn.
Kết nối song song so với kết nối nối tiếp trong hệ thống tấm pin mặt trời
Khi thiết kế hệ thống pin mặt trời, bạn sẽ phải đối mặt với hai lựa chọn cơ bản về cách đấu dây. Mỗi cấu hình sẽ làm thay đổi các đặc tính điện của hệ thống. Việc hiểu rõ lý do tại sao nên chọn phương án này thay vì phương án kia sẽ giúp bạn điều chỉnh hệ thống pin sao cho phù hợp với yêu cầu của bộ biến tần. Hộp kết hợp có thể đáp ứng cả hai phương án này, nhưng quyết định về cách đấu dây phải được đưa ra trước khi các dây dẫn đi vào hộp. Lựa chọn của bạn ảnh hưởng trực tiếp đến điện áp, dòng điện, kích thước dây dẫn và độ an toàn của hệ thống.
Các tấm pin mặt trời nối tiếp làm tăng điện áp
Kết nối nối tiếp (series) là phương pháp nối cực dương của một tấm pin với cực âm của tấm pin tiếp theo. Cấu hình nối tiếp này tạo ra một đường dẫn duy nhất cho dòng điện đi qua. Điện áp tăng lên theo từng tấm pin được thêm vào. Dòng điện duy trì ở mức không đổi trên toàn bộ chuỗi. Lý do bạn chọn phương pháp này chủ yếu là để đạt được điện áp cao hơn mà không làm tăng dòng điện.
Điện áp tăng, cường độ dòng điện không đổi
Nguyên tắc này quy định cách xác định công suất của hệ thống pin mặt trời. Hãy xem xét hai tấm pin có thông số kỹ thuật là 40 volt và 5 ampe. Khi nối chúng theo chuỗi, hệ thống sẽ cung cấp 80 volt với cường độ dòng điện 5 ampe. Điện áp tăng gấp đôi, nhưng cường độ dòng điện không thay đổi.
Quy tắc chung: Khi các tấm pin mặt trời được nối tiếp, điện áp của các tấm pin sẽ cộng dồn lại với nhau, nhưng cường độ dòng điện (ampe) vẫn giữ nguyên.
Ví dụ cụ thể: Hai tấm pin mặt trời có công suất định mức 40 volt và 5 ampe khi được nối tiếp sẽ tạo ra tổng điện áp là 80 volt, trong khi cường độ dòng điện vẫn giữ nguyên ở mức 5 ampe.
Bạn có thể đạt được điện áp cao hơn mà không cần tăng kích thước dây dẫn. Tại sao điều này lại quan trọng đối với hệ thống hộp ghép của bạn? Điện áp cao hơn giúp giảm tổn thất công suất trong quá trình truyền tải. Một chuỗi nối tiếp cung cấp công suất lớn hơn với cường độ dòng điện thấp hơn. Điều này cho phép sử dụng dây đồng mỏng hơn cho đoạn dây dài dẫn đến hộp ghép của bạn. Nhờ đó, bạn tránh được chi phí và sự cồng kềnh của các loại cáp có kích thước quá lớn.
Giảm tổn thất trên đường dây ở khoảng cách xa
Các đoạn cáp dài dễ bị tổn thất do điện trở. Công suất bị tiêu tán dưới dạng nhiệt dọc theo dây dẫn. Bạn có thể giảm thiểu những tổn thất này bằng cách tăng điện áp. Điện áp cao hơn cho phép truyền cùng một công suất với dòng điện thấp hơn. Dòng điện thấp hơn tạo ra ít nhiệt hơn trong dây dẫn. Mối quan hệ này khiến việc kết nối các tấm pin mặt trời theo chuỗi trở thành lựa chọn ưu tiên cho các hệ thống nằm xa bộ biến tần. Bạn chỉ cần chạy một cặp dây duy nhất từ chuỗi nối tiếp đến hộp kết hợp. Phương pháp nối dây các tấm pin mặt trời theo chuỗi giúp giảm đáng kể chi phí đồng. Hệ thống của bạn sẽ hoạt động hiệu quả hơn khi bạn duy trì dòng điện ở mức thấp trên quãng đường dài.
Kết nối song song các tấm pin mặt trời giúp tăng cường độ dòng điện
Cách đấu dây song song kết nối tất cả các cực dương với nhau và tất cả các cực âm với nhau. Điều này tạo ra nhiều đường dẫn cho dòng điện chạy qua. Dòng điện tăng lên khi bạn thêm từng tấm pin. Điện áp duy trì không đổi trên tất cả các nhánh. Lý do bạn chọn cách đấu dây song song là để duy trì điện áp cố định trong khi tăng cường dòng điện.
Dòng điện tăng, điện áp không đổi
Khi thực hiện kết nối song song, các dòng điện sẽ cộng dồn lại với nhau. Hai tấm pin mặt trời có điện áp 40 volt và cường độ dòng điện 5 ampe khi kết nối song song sẽ tạo ra điện áp 40 volt với cường độ dòng điện 10 ampe. Điện áp giữ nguyên. Cường độ dòng điện tăng gấp đôi. Bạn sẽ tăng được công suất dòng điện mà không làm thay đổi điện áp của hệ thống. Cấu hình này phù hợp với các hệ thống yêu cầu một mức điện áp cụ thể. Các cụm pin điện áp thấp hoạt động ở mức 12V, 24V hoặc 48V. Cách đấu nối các tấm pin mặt trời song song cho phép bạn thêm nhiều tấm pin hơn để tăng dòng điện sạc mà không vượt quá giới hạn điện áp cho phép của pin. Mỗi nhánh song song cung cấp dòng điện một cách độc lập. Một tấm pin bị che bóng sẽ không làm giảm điện áp của toàn bộ cụm pin.
Phù hợp hơn với các hệ thống pin điện áp thấp
Các hệ thống sử dụng ắc-quy đòi hỏi sự khớp điện áp chính xác. Một cụm ắc-quy 12V cần điện áp sạc khoảng 14–15V. Các tấm pin mặt trời được nối song song sẽ duy trì mức điện áp an toàn này. Nếu nối tiếp, điện áp sẽ nhanh chóng vượt quá giới hạn này. Ba tấm pin 12V nối tiếp sẽ tạo ra điện áp 36V. Điện áp này vượt xa mức mà ắc-quy có thể chịu được. Cách nối song song sẽ giải quyết vấn đề này. Bạn có thể duy trì điện áp ở mức an toàn đồng thời tăng cường dòng sạc. Điều này giúp rút ngắn thời gian sạc mà không gây nguy cơ hư hỏng ắc-quy.
Sự đánh đổi này dẫn đến dòng điện trên các dây dẫn cao hơn. Các kết nối song song cho phép truyền tải dòng điện lớn hơn. Bạn cần sử dụng dây dẫn đồng dày hơn và cầu chì có kích thước lớn hơn. Bạn phải tính đến các chi phí này trong quá trình lập kế hoạch. Hộp kết hợp quản lý các kết nối song song này một cách an toàn. Nó chứa các cầu chì cho từng nhánh và ngăn chặn dòng điện ngược nguy hiểm. Sự kết hợp giữa các kết nối nối tiếp cho điện áp và các kết nối song song cho dòng điện tạo nên chiến lược đấu dây nối tiếp-song song mà hầu hết các hệ thống pin mặt trời quy mô lớn đều sử dụng. Bạn sẽ tận dụng được lợi ích của cả hai phương pháp đồng thời vẫn đảm bảo an toàn.
Tại sao hộp kết hợp lại quan trọng đối với an toàn
Khi kết nối các chuỗi song song và nối tiếp, bạn sẽ tạo ra một mạng lưới trong đó mỗi chuỗi có thể truyền dòng điện sang chuỗi khác. Cách bố trí này đòi hỏi phải có cơ chế bảo vệ mà các đầu nối nhánh thông thường không thể cung cấp. Hộp kết hợp đảm bảo cơ chế bảo vệ đó thông qua ba chức năng an toàn thiết yếu: bảo vệ quá dòng cho từng chuỗi, điểm ngắt kết nối duy nhất và quản lý sự mất cân bằng giữa các chuỗi.
Bảo vệ quá dòng cho từng chuỗi
Mỗi chuỗi dây nối tiếp đi vào hộp kết hợp đều phải có cầu chì hoặc bộ ngắt mạch riêng. Yêu cầu này là bắt buộc. Bộ Quy chuẩn Điện Quốc gia (NEC) quy định điều này tại Điều 690.9 dành cho các hệ thống quang điện. Nếu thiếu biện pháp bảo vệ này, một sự cố đơn lẻ có thể gây ra hiệu ứng domino dẫn đến hỏng hóc nghiêm trọng.
Cầu chì hoặc bộ ngắt mạch cho từng chuỗi nối tiếp
Bạn cần sử dụng các cầu chì DC đạt tiêu chuẩn gPV để bảo vệ từng chuỗi riêng lẻ. Các cầu chì chuyên dụng này khác biệt so với cầu chì tiêu chuẩn ở những điểm quan trọng. Chúng ngắt các hồ quang DC điện áp cao ở mức định mức 1000V hoặc 1500V. Chúng xử lý được dòng sự cố thấp thường gặp trong các hệ thống quang điện. Chúng hoạt động đáng tin cậy ở nhiệt độ môi trường trên 70°C. Chứng nhận gPV, được cấp theo tiêu chuẩn IEC 60269-6 và UL 248-19, đảm bảo khả năng ngắt mạch toàn dải. Điều này có nghĩa là cầu chì bảo vệ chống lại cả quá tải và ngắn mạch. Các cầu chì aM tiêu chuẩn chỉ ngắt các sự cố ngắn mạch, khiến hệ thống của bạn dễ bị hư hỏng do quá dòng chậm.
Ngăn chặn hỏa hoạn do một bảng điều khiển bị chập mạch
Hãy xem xét điều gì sẽ xảy ra nếu không có cầu chì cho từng chuỗi. Hãy tưởng tượng một tấm pin có công suất tối đa định mức là 6 A. Bạn nối song song 10 tấm pin như vậy. Một tấm pin bị chập mạch bên trong. 9 tấm pin còn lại sẽ truyền dòng điện ngược trở lại vào chuỗi bị sự cố đó. Dòng điện sự cố có thể đạt tới 54 A. Con số này vượt xa định mức chịu tải của dây dẫn trên tấm pin. Nhiệt độ tăng lên nhanh chóng. Nguy cơ cháy nổ trở nên rất cao. Cầu chì trong hộp kết hợp sẽ ngắt đường dẫn dòng điện ngược này trước khi tấm pin hoặc hệ thống dây dẫn của nó bị quá nhiệt. Cầu chì sẽ mở ra, cách ly chuỗi bị lỗi trong khi phần còn lại của hệ thống vẫn tiếp tục hoạt động.
Một điểm ngắt kết nối duy nhất
Hộp kết hợp của bạn cũng đóng vai trò là điểm ngắt nguồn được chỉ định cho hệ thống pin mặt trời của bạn. Chức năng này giúp bảo vệ bạn trong quá trình bảo trì và các tình huống khẩn cấp. Ngoài ra, nó còn đáp ứng các yêu cầu theo quy định, giúp hệ thống của bạn tuân thủ pháp luật và đủ điều kiện để được bảo hiểm.
Tắt khẩn cấp và an toàn trong bảo trì
Tiêu chuẩn NEC 690.15 quy định rằng đầu ra DC của bộ ghép nối lắp trên mái phải có công tắc ngắt tải bên trong hoặc trong phạm vi 6 feet tính từ bộ ghép nối. Công tắc này phải có thể vận hành bằng tay. Bạn cần tính năng này khi bảo trì bộ biến tần hoặc thực hiện các công việc trên hệ thống pin mặt trời. Bạn có thể cách ly toàn bộ hệ thống từ một vị trí dễ tiếp cận. Nếu không có thiết bị ngắt mạch này, bạn sẽ phải đối mặt với các dây dẫn đang mang điện mỗi khi thực hiện bảo trì. Rủi ro này là không thể chấp nhận được đối với bất kỳ chủ sở hữu hệ thống nào.
Đáp ứng các yêu cầu về ngắt nguồn khẩn cấp của NEC
Bộ Quy chuẩn Điện Quốc gia (NEC) cũng quy định về bảo vệ chống sự cố hồ quang tại mục 690.11. Bất kỳ mạch DC hệ thống quang điện (PV) nào hoạt động ở mức điện áp 80V trở lên đều phải có thiết bị bảo vệ chống sự cố hồ quang. Hộp kết hợp cung cấp điểm phát hiện tối ưu gần dãy pin. Vị trí này giúp thu hẹp phạm vi xác định vị trí sự cố, giảm thời gian khắc phục sự cố và ngăn ngừa hiện tượng ngắt mạch không mong muốn từ các nguồn bên trong. Ngoài ra, Điều 690.13 của NEC yêu cầu phải có một công tắc ngắt mạch duy nhất, dễ tiếp cận và được dán nhãn vĩnh viễn với thông tin về điện áp, dòng điện và chức năng của hệ thống. Thiết bị ngắt mạch của bạn phải có định mức điện áp bằng với điện áp tối đa của hệ thống và định mức dòng điện liên tục ít nhất là 125% so với dòng điện tối đa của mạch. Các yêu cầu này nhằm bảo vệ bạn và bất kỳ nhân viên ứng cứu khẩn cấp nào có thể cần phải tắt hệ thống của bạn một cách nhanh chóng.
Quản lý tình trạng mất cân bằng dây
Các tấm pin mặt trời hiếm khi hoạt động hoàn toàn giống nhau. Các yếu tố như bóng râm, bụi bẩn, chênh lệch nhiệt độ và sai số trong quá trình sản xuất dẫn đến sự không đồng đều giữa các chuỗi. Những sự mất cân bằng này có thể gây ra dòng điện ngược nguy hiểm, đe dọa đến thiết bị của bạn.
Cách thức hoạt động của đi-ốt bypass và hộp ghép tín hiệu
Các đi-ốt bypass bên trong mỗi tấm pin giúp giảm thiểu tác động của hiện tượng che bóng một phần. Khi một nhóm tế bào bị che bóng, đi-ốt sẽ cung cấp một đường dẫn thay thế cho dòng điện. Điều này ngăn không cho các tế bào bị che bóng trở thành tải điện trở gây quá nhiệt. Tuy nhiên, đi-ốt bypass có những hạn chế. Chúng không thể bảo vệ khỏi dòng điện ngược từ các chuỗi song song. Chức năng bảo vệ này do các cầu chì trong hộp kết hợp đảm nhiệm. Hai hệ thống này hoạt động phối hợp với nhau: đi-ốt bypass xử lý các sự cố bên trong tấm pin, trong khi cầu chì chuỗi xử lý các mối đe dọa từ dòng điện ngược bên ngoài.
Xử lý dòng điện ngược từ các chuỗi bị che khuất hoặc không tương thích
Dòng điện ngược xảy ra khi xuất hiện các sự cố làm mất điện áp. Các mô-đun bị thiếu, đi-ốt bị đoản mạch, chuỗi con bị hở, sự cố nối đất và cực tính đảo ngược đều gây ra tình trạng này. Chỉ riêng hiện tượng che bóng thông thường không gây ra dòng điện ngược. Độ lớn của dòng điện ngược vào chuỗi bị sự cố xấp xỉ (số chuỗi song song − 1) × dòng điện đoản mạch × 1,25. Đối với bộ ghép 8 chuỗi có các mô-đun 13,9 A, dòng điện này đạt khoảng 122 A so với mức chịu tải định mức 25 A của mô-đun. Cầu chì phải ngắt sự cố này nhanh chóng. Tuy nhiên, cầu chì chuỗi có thể không ngắt được nếu dòng điện ngược hiện có chỉ cao hơn một chút so với mức định mức của cầu chì. Trong trường hợp đó, cầu chì sẽ rơi vào vùng không ngắt và tiếp tục nóng lên vô thời hạn mà không ngắt mạch. Bạn phải tính toán kích thước thiết bị bảo vệ dựa trên hệ số giảm định mức do nhiệt độ, thường là 0,7 đến 0,8 khi nhiệt độ bên trong nằm trong khoảng 60 đến 75°C. Hãy kiểm tra lại các tính toán của bạn bằng phép tính, chứ không chỉ đơn thuần là đặt biểu tượng cầu chì lên sơ đồ. Bất kỳ mô-đun nào đã từng chịu dòng điện ngược thực tế đều cần được thay thế. Dòng định mức tối đa của cầu chì nối tiếp đại diện cho ngưỡng an toàn chống cháy, chứ không phải giới hạn hiệu suất.
Hộp kết hợp biến một hệ thống song song tiềm ẩn nguy hiểm thành một hệ thống được kiểm soát và bảo vệ. Thiết bị này cung cấp các chức năng ngắt mạch, ngắt kết nối và quản lý mất cân bằng mà hệ thống pin mặt trời của bạn cần để vận hành an toàn.
Các yếu tố quan trọng cần xem xét khi lựa chọn hệ thống dây điện
Quyết định của bạn về việc nối các tấm pin mặt trời theo chuỗi hay song song phụ thuộc vào một số hạn chế thực tế. Hộp kết hợp có thể đáp ứng cả hai phương án này, nhưng bộ biến tần, điều kiện lắp đặt và chi phí cáp sẽ là yếu tố quyết định cấu hình tối ưu. Việc hiểu rõ các yếu tố này sẽ giúp tránh được những lần thiết kế lại tốn kém và đảm bảo hệ thống của bạn hoạt động trong phạm vi an toàn.
Giới hạn điện áp đầu vào của bộ biến tần
Dải MPPT của bộ biến tần sẽ xác định khoảng điện áp mà hệ thống pin mặt trời của bạn phải cung cấp. Điện áp đầu ra của hộp kết hợp phải nằm trong khoảng này để đạt được hiệu suất thu năng lượng tối ưu. Bạn không thể chỉ đơn thuần căn chỉnh theo điện áp danh định; bạn phải tính đến ảnh hưởng của nhiệt độ khiến điện áp của các tấm pin thay đổi trong suốt cả ngày.
Loại hệ thống dân dụng | Phạm vi điện áp liên kết DC điển hình |
|---|---|
Một pha | 300 V – 600 V |
Ba pha | 1.100 V |
Điều chỉnh đầu ra của bộ kết hợp sao cho phù hợp với dải MPPT
Bạn cần xác định chiều dài chuỗi dựa trên điện áp PV tối đa dự kiến, chứ không phải điện áp hoạt động bình thường. Phép tính này bao gồm hệ số hiệu chỉnh nhiệt độ thấp vì các tấm pin khi lạnh sẽ tạo ra điện áp cao hơn. Ví dụ, một mô-đun có giá trị Voc và chiều dài chuỗi nhất định, sau khi áp dụng hệ số hiệu chỉnh nhiệt độ thấp, sẽ cho ra điện áp phải luôn nằm dưới mức định mức điện áp của cả hộp ghép và bộ biến tần.
Để đạt hiệu suất tối ưu, điện áp đầu ra của hộp kết hợp phải nằm trong dải điện áp MPPT của bộ biến tần.
Không bao giờ được ghép các dây dẫn được gán cho các kênh MPPT khác nhau thành một đầu ra duy nhất; hãy kiểm tra cấu trúc MPPT trước khi hoàn tất việc cấu hình hộp ghép.
Điện áp định mức của hộp kết hợp phải phù hợp với điện áp tối đa của hệ thống.
Tại sao cách nối dây theo chuỗi thường được sử dụng cho các bộ biến tần chuỗi cao áp
Biến tần chuỗi cao áp thích hợp với các tấm pin mặt trời được nối tiếp vì bạn có thể đạt được điện áp đầu vào yêu cầu với ít kết nối song song hơn. Một biến tần một pha yêu cầu điện áp 300–600 V sẽ đòi hỏi phải có số lượng lớn các kết nối nối tiếp để đạt được dải điện áp đó. Các hệ thống ba pha thậm chí còn đạt mức cao hơn, lên tới 1100 V. Các kết nối nối tiếp nhân điện áp một cách hiệu quả mà không làm tăng dòng điện. Cách tiếp cận này giúp giảm số lượng kết nối song song mà hộp kết hợp của bạn phải quản lý và đơn giản hóa kiến trúc tổng thể của dãy tấm pin.
Mất mát do bóng và mất mát do không khớp
Việc bị che bóng đặt ra một thách thức khác, đôi khi khiến bạn phải thay đổi cách nối dây so với thói quen. Khi một tấm pin trong chuỗi nối tiếp bị che bóng, điều này sẽ làm hạn chế dòng điện cho toàn bộ chuỗi. Cách nối dây song song các tấm pin mặt trời giúp tách biệt công suất đóng góp của từng tấm, ngăn không cho một tấm pin bị che bóng làm giảm hiệu suất của toàn bộ hệ thống.
Ưu điểm của phương pháp nối song song trong điều kiện bị che bóng một phần
Bạn sẽ có được khả năng thích ứng cao hơn nhờ các kết nối song song trong điều kiện bị che bóng một phần. Mỗi tấm pin hoạt động độc lập, do đó một tấm pin bị che bóng chỉ làm giảm sản lượng của chính nó. Các tấm pin còn lại vẫn tiếp tục sản xuất với công suất tối đa. Lợi thế này rất quan trọng đối với các mái nhà dân dụng có ống khói, cây cối hoặc các công trình lân cận tạo ra bóng râm không liên tục. Tuy nhiên, bạn cần cân nhắc lợi ích này so với yêu cầu về dòng điện cao hơn và dây dẫn dày hơn mà hệ thống nối song song các tấm pin mặt trời đòi hỏi.
Cách các bộ biến tần vi mô hoặc bộ tối ưu hóa tương tác với bộ ghép nối
Các thiết bị điện tử cấp mô-đun như bộ biến tần vi mô và bộ tối ưu hóa công suất có những yêu cầu riêng về hệ thống dây dẫn, điều này ảnh hưởng đến việc có cần sử dụng hộp ghép hay không.
Độ dày dây và các giới hạn về khoảng cách
Khoảng cách giữa mảng pin mặt trời và bộ biến tần ảnh hưởng đến chiến lược đi dây của bạn thông qua yếu tố kinh tế của đồng. Các đoạn dây dài hơn mang lại lợi thế về điện áp cao hơn vì bạn có thể sử dụng dây dẫn mỏng hơn.
Giảm cường độ dòng điện cho phép khi sử dụng các chuỗi nối tiếp có điện áp cao hơn
Kết nối nối tiếp làm giảm cường độ dòng điện ở một mức công suất nhất định. Cường độ dòng điện thấp hơn đồng nghĩa với yêu cầu về khả năng chịu dòng điện thấp hơn. Bạn có thể sử dụng dây có tiết diện nhỏ hơn từ chuỗi nối tiếp đến hộp kết hợp mà không gây sụt áp quá mức. Lợi ích này càng được nhân lên khi khoảng cách tăng lên. Một hệ thống cung cấp 5 kW ở 400 V sẽ tiêu thụ khoảng 12,5 A. Cùng mức công suất đó ở 100 V đòi hỏi 50 A, buộc phải sử dụng dây đồng dày hơn đáng kể. Chi phí vật liệu của bạn sẽ tăng tương ứng.
Khi hệ thống dây song song vẫn là lựa chọn tối ưu cho các đoạn dây ngắn
Khoảng cách ngắn làm thay đổi cách tính toán. Khi hộp kết hợp được đặt gần bộ biến tần, sự sụt áp trở nên không đáng kể ngay cả ở cường độ dòng điện cao. Việc nối song song các tấm pin mặt trời lúc này trở nên khả thi mà không tốn nhiều chi phí cho dây cáp. Các hệ thống ắc-quy điện áp thấp thường được hưởng lợi từ cách bố trí này. Bạn có thể duy trì điện áp trong giới hạn cho phép của ắc-quy đồng thời tăng cường dòng sạc thông qua các kết nối song song bổ sung. Hộp kết hợp quản lý các kết nối song song này một cách an toàn, cung cấp cơ chế ngắt mạch cho từng chuỗi và một điểm ngắt duy nhất bất kể bạn chọn phương án đấu dây nào.
Ví dụ thực tế: Nối các chuỗi điện theo kiểu song song
Hãy xem xét một mảng 2S3P, trong đó mỗi chuỗi gồm hai tấm pin nối tiếp, và ba chuỗi như vậy được nối song song tại hộp kết hợp. Giả sử mỗi tấm pin có thông số định mức là 40 volt và 5 ampe. Trong một chuỗi nối tiếp, các điện áp được cộng lại: hai tấm pin tạo ra 80 volt ở 5 amps. Hộp kết hợp nối song song ba chuỗi, do đó các dòng điện được cộng lại: công suất đầu ra tổng hợp là 80 volt ở 15 amps. Cấu hình này thực hiện sự kết hợp nối tiếp-song song.
Mỗi chuỗi vào phải được bảo vệ bằng một cầu chì DC đạt tiêu chuẩn gPV bên trong hộp ghép, theo quy định tại NEC 690.9. Nếu một chuỗi xảy ra sự cố, hai chuỗi còn lại sẽ truyền dòng điện ngược trở lại vào chuỗi bị sự cố. Ví dụ, với các tấm pin 5 amp, dòng điện sự cố có thể cung cấp từ hai chuỗi là 10 amp. Cầu chì phải ngắt dòng điện ngược này để ngăn ngừa quá nhiệt và hỏa hoạn.
Hộp kết hợp cũng cung cấp một điểm ngắt kết nối duy nhất cho hệ thống pin mặt trời, theo quy định tại NEC 690.15. Đầu ra DC phải có thiết bị ngắt mạch khi có tải nằm trong tầm nhìn của hộp. Điều này đảm bảo an toàn trong quá trình bảo trì.
Ví dụ này minh họa nguyên lý sau: hộp kết hợp thực hiện phép cộng song song dòng điện đồng thời duy trì điện áp chuỗi nối tiếp. Cơ chế ngắt mạch riêng cho từng chuỗi và công tắc ngắt đơn giúp đảm bảo an toàn cho hệ thống.
Hộp kết hợp (combiner box) kết nối các tấm pin mặt trời theo chuỗi hoặc song song để kết hợp an toàn nhiều chuỗi thành một đầu ra song song duy nhất. Tính linh hoạt này cho phép bạn đáp ứng chính xác các yêu cầu về điện áp và dòng điện của hệ thống. Hộp kết hợp không chỉ mang lại sự tiện lợi mà còn đóng vai trò quan trọng đối với an toàn. Thiết bị này cung cấp cơ chế ngắt mạch cho từng chuỗi, bảo vệ chống dòng điện ngược và một điểm ngắt kết nối duy nhất cho toàn bộ hệ thống pin mặt trời của bạn.
Trước khi chọn phương pháp đấu dây, hãy kiểm tra các thông số kỹ thuật đầu vào của bộ biến tần. Luôn sử dụng hộp ghép khi đấu song song các chuỗi nối tiếp. Các tấm pin của bạn phụ thuộc vào cơ chế bảo vệ này.
Kết luận
A Hộp kết hợp PV Thông thường, yếu tố này không quyết định việc các tấm pin mặt trời được kết nối theo chuỗi hay song song. Thay vào đó, các tấm pin mặt trời thường được kết nối theo chuỗi để tạo thành các chuỗi PV, từ đó làm tăng điện áp chuỗi, trong khi hộp ghép PV kết hợp nhiều chuỗi với nhau theo kiểu song song để tăng cường dòng điện có sẵn và đơn giản hóa việc kết nối với bộ biến tần.
Tại LSP, chúng tôi sản xuất các hộp ghép nối PV được thiết kế dành cho các ứng dụng năng lượng mặt trời trong các khu dân cư, thương mại và công nghiệp. Các hộp ghép nối PV của chúng tôi có thể được trang bị các thiết bị bảo vệ chống sét lan truyền dòng một chiều (DC), cầu chì dòng một chiều (DC), bộ ngắt mạch và công tắc cách ly để cung cấp khả năng bảo vệ toàn diện chống lại quá dòng, ngắn mạch và quá áp thoáng qua.
Bạn đang tìm kiếm nhà sản xuất hộp kết hợp PV đáng tin cậy cho dự án năng lượng mặt trời của mình? Hãy liên hệ với LSP ngay hôm nay để trao đổi về điện áp hệ thống, số lượng chuỗi PV, các yêu cầu bảo vệ và giải pháp hộp kết hợp PV được thiết kế riêng.
Câu hỏi thường gặp
Tại sao mỗi chuỗi lại cần có một cầu chì riêng bên trong hộp ghép nối?
Nếu không có cầu chì cho từng chuỗi, một chuỗi bị lỗi sẽ trở thành đường dẫn dòng điện ngược. Các chuỗi song song khác sẽ dẫn dòng điện ngược trở lại qua mạch bị hư hỏng đó. Nhiệt độ tăng lên nhanh chóng. Cầu chì sẽ ngắt dòng điện này, cách ly sự cố trước khi cháy xảy ra. Cơ chế bảo vệ này đáp ứng các yêu cầu tại Điều 690.9 của Tiêu chuẩn Điện Quốc gia (NEC) dành cho các hệ thống quang điện.
Tại sao nên chọn phương pháp nối dây theo chuỗi cho các đoạn cáp dài dẫn đến hộp ghép?
Kết nối nối tiếp làm tăng điện áp trong khi giữ dòng điện không đổi. Điện áp cao hơn cho phép truyền cùng một công suất với dòng điện nhỏ hơn. Dòng điện nhỏ hơn tạo ra ít nhiệt hơn trong dây dẫn. Bạn có thể sử dụng dây đồng mỏng hơn mà không gây sụt áp quá mức. Phương pháp này giúp giảm đáng kể chi phí vật liệu khi hệ thống pin mặt trời của bạn được lắp đặt cách xa bộ biến tần.
Tại sao lại sử dụng kết nối song song tại hộp ghép cho các hệ thống pin?
Các cụm ắc-quy điện áp thấp đòi hỏi sự đồng bộ điện áp chính xác. Cách nối song song giúp duy trì điện áp ổn định đồng thời tăng cường dòng điện. Hệ thống điện áp thấp có thể kết nối nhiều chuỗi ắc-quy có cùng điện áp danh định. Mỗi chuỗi ắc-quy bổ sung sẽ làm tăng dòng sạc mà không vượt quá giới hạn chịu tải của ắc-quy. Hộp kết hợp quản lý các nhánh song song này một cách an toàn nhờ hệ thống cầu chì riêng lẻ.
Tại sao các điều kiện bóng râm lại ảnh hưởng đến quyết định chọn kết nối nối tiếp hay song song của bạn?
Việc một tấm pin trong chuỗi nối tiếp bị che bóng sẽ làm giảm dòng điện của toàn bộ chuỗi. Cách nối song song giúp tách biệt công suất của từng tấm pin. Một tấm pin bị che bóng chỉ làm giảm công suất của chính nó. Các tấm pin còn lại vẫn tiếp tục sản xuất công suất tối đa. Khả năng chống chịu này rất quan trọng đối với các hệ thống điện mặt trời trên mái nhà có ống khói hoặc cây cối gây ra bóng râm không liên tục trên mảng pin mặt trời của bạn.
