Một tấm pin quang điện đơn lẻ chỉ tạo ra điện áp khoảng vài chục volt — quá thấp so với dải điện áp làm việc mà inverter yêu cầu. Để giải quyết vấn đề này, nhiều tấm pin được đấu nối tiếp với nhau thành một String (chuỗi tấm pin), theo đúng nguyên lý mạch điện nối tiếp: điện áp cộng dồn qua từng tấm, còn dòng điện của cả chuỗi luôn bị giới hạn bởi tấm có dòng điện thấp nhất.
1. Bảng Thuật Ngữ Liên Quan Đến String
|
Thuật ngữ |
Tên đầy đủ / Ý nghĩa |
Giải thích ngắn gọn |
|
String |
Chuỗi tấm pin |
Một nhóm tấm pin được đấu nối thành chuỗi theo thiết kế trước khi kết nối vào inverter. |
|
Series Connection |
Đấu nối tiếp |
Cách đấu nối trong đó cực dương của tấm pin này nối với cực âm tấm pin kế tiếp, làm điện áp cộng dồn trong khi dòng điện giữ nguyên theo module thấp nhất. |
|
String Voltage |
Điện áp chuỗi |
Tổng điện áp của toàn bộ chuỗi, bằng tổng điện áp của từng tấm pin trong chuỗi cộng lại. |
|
String Current |
Dòng điện chuỗi |
Dòng điện chạy qua toàn chuỗi, bị giới hạn bởi tấm pin có dòng điện thấp nhất trong chuỗi. |
|
Mismatch Loss |
Tổn thất không đồng nhất |
Tổn thất công suất xảy ra khi các tấm pin trong cùng một chuỗi có đặc tính điện không đồng nhất, do sản xuất, che bóng hoặc bụi bẩn không đều. |
|
String Length |
Số lượng tấm trên chuỗi |
Số lượng module trong một chuỗi, được tính toán để điện áp chuỗi nằm trong dải điện áp vào cho phép của inverter. |
|
Voc Chuỗi (String Open-circuit Voltage) |
Điện áp hở mạch của chuỗi |
Điện áp tổng của chuỗi tại điều kiện không tải, dùng để kiểm tra giới hạn điện áp tối đa cho phép của inverter, đặc biệt quan trọng ở nhiệt độ thấp. |
|
Combiner Box |
Tủ gom chuỗi |
Thiết bị gom nhiều chuỗi pin lại trước khi đưa vào inverter, thường tích hợp cầu chì hoặc bộ bảo vệ quá dòng cho từng chuỗi. |
* Bảng thuật ngữ trên tổng hợp các khái niệm kỹ thuật thường gặp khi tìm hiểu về cách đấu nối chuỗi pin trong hệ thống điện mặt trời.
2. Nguyên Lý Đấu Nối Tiếp Của Một String
Trong một chuỗi đấu nối tiếp, cực dương của tấm pin này được nối với cực âm của tấm pin kế tiếp. Theo định luật mạch điện cơ bản, cách đấu này khiến điện áp của từng tấm cộng dồn lại thành điện áp chuỗi, trong khi dòng điện chạy xuyên suốt toàn chuỗi chỉ có thể bằng đúng dòng điện của tấm pin yếu nhất trong chuỗi — tương tự nguyên lý của một mạch nối tiếp trong vật lý phổ thông, nơi dòng điện là như nhau tại mọi điểm trên mạch.
Điện áp chuỗi (Vstring) = V1 + V2 + ... + Vn
Đây là lý do vì sao việc đấu nối tiếp được ưu tiên sử dụng để nâng điện áp lên dải làm việc phù hợp của inverter, thay vì đấu song song — vốn giữ nguyên điện áp và chỉ cộng dồn dòng điện.
So Sánh Đấu Nối Tiếp (String) và Đấu Song Song
|
Tiêu chí |
Đấu nối tiếp (Series / String) |
Đấu song song (Parallel) |
|
Điện áp tổng |
Bằng tổng điện áp của từng tấm pin cộng lại (V1 + V2 + ... + Vn) |
Bằng điện áp của một tấm pin (không đổi khi thêm nhánh song song) |
|
Dòng điện tổng |
Bằng dòng điện của tấm pin thấp nhất trong chuỗi (không cộng dồn) |
Bằng tổng dòng điện của từng nhánh cộng lại (I1 + I2 + ... + In) |
|
Ảnh hưởng khi một tấm hoạt động kém |
Kéo giảm dòng điện của cả chuỗi |
Chỉ làm giảm dòng của riêng nhánh đó, ít ảnh hưởng đến nhánh khác |
|
Mục đích sử dụng phổ biến |
Nâng điện áp lên dải điện áp làm việc của inverter |
Nâng tổng dòng điện/công suất khi ghép nhiều chuỗi lại với nhau |
* Trong thực tế, nhiều hệ thống kết hợp cả hai cách đấu nối: nhiều tấm đấu nối tiếp thành một chuỗi, sau đó nhiều chuỗi được đấu song song với nhau trước khi vào inverter hoặc tủ gom chuỗi.
3. Vì Sao Điện Áp Chuỗi Phải Nằm Trong Giới Hạn Của Inverter?
Mỗi inverter được nhà sản xuất công bố một dải điện áp đầu vào cho phép, bao gồm điện áp tối đa tuyệt đối (không được vượt quá trong bất kỳ điều kiện nào) và dải điện áp hoạt động MPPT (đã đề cập ở Bài 11). Khi thiết kế số lượng tấm pin trên một chuỗi, cả hai giới hạn này đều cần được kiểm tra — đặc biệt là điện áp hở mạch của chuỗi (Voc chuỗi) tại nhiệt độ thấp, vì điện áp hở mạch của tấm pin tăng lên khi nhiệt độ giảm, theo đúng xu hướng đã trình bày trong bài về MPPT.
● Số lượng tấm tối đa trên chuỗi: giới hạn bởi điện áp hở mạch của chuỗi ở nhiệt độ thấp nhất trong khu vực lắp đặt, không được vượt điện áp vào tối đa của inverter.
● Số lượng tấm tối thiểu trên chuỗi: giới hạn bởi điện áp hoạt động tối thiểu trong dải MPPT của inverter, đảm bảo hệ thống vẫn theo dõi được điểm công suất tối ưu.
Việc tính toán sai số lượng tấm trên chuỗi có thể khiến hệ thống không khởi động được vào những ngày lạnh (vượt điện áp tối đa cho phép), hoặc hoạt động ngoài dải MPPT tối ưu trong điều kiện bình thường.
4. Tổn Thất Do Không Đồng Nhất Giữa Các Tấm Trong Chuỗi (Mismatch Loss)
Vì dòng điện của cả chuỗi luôn bị giới hạn bởi tấm pin yếu nhất, bất kỳ sự không đồng nhất nào giữa các tấm trong cùng một chuỗi đều có thể kéo giảm sản lượng của toàn bộ chuỗi, không chỉ riêng tấm bị ảnh hưởng.
|
Nguyên nhân |
Cơ chế ảnh hưởng |
Hậu quả với chuỗi |
|
Che bóng cục bộ (cây, cột, ăng-ten) |
Một hoặc vài tấm trong chuỗi giảm dòng điện đột ngột |
Kéo giảm dòng của toàn chuỗi, có thể tạo nhiều đỉnh cục bộ trên đường P-V |
|
Bụi bẩn phân bố không đều |
Tấm bị bụi che nhiều hơn có dòng điện thấp hơn các tấm còn lại |
Giảm sản lượng chung của chuỗi, mức độ tùy vị trí và tần suất vệ sinh |
|
Sai lệch thông số sản xuất giữa các tấm |
Mỗi tấm có dung sai công suất nhỏ dù cùng model |
Tấm có thông số thấp nhất quyết định dòng điện của cả chuỗi |
|
Tấm pin có tuổi/độ suy hao khác nhau |
Tấm lắp thay thế sau có đặc tính khác tấm cũ trong cùng chuỗi |
Gây mismatch nếu trộn lẫn tấm mới và tấm cũ trong cùng một chuỗi |
* Đây là lý do các đơn vị thiết kế thường khuyến nghị các tấm pin trong cùng một chuỗi nên cùng model, cùng lô sản xuất, và có điều kiện chiếu sáng tương đồng nhau.
5. String Liên Hệ Thế Nào Với Các Thuật Ngữ Đã Học?
String là cấu trúc đầu vào trực tiếp của các bộ MPPT bên trong Inverter đã được giới thiệu ở Bài 04 và Bài 11 — mỗi bộ MPPT Tracker thường giám sát và tối ưu công suất cho một hoặc một nhóm String riêng biệt. Khi các String trong cùng một hệ thống lắp đặt ở các hướng mái hoặc góc nghiêng khác nhau, việc đấu vào các bộ MPPT độc lập (thay vì gộp chung) giúp giảm đáng kể tổn thất do không đồng nhất giữa các String.
Muốn Chuỗi Pin Của Bạn Được Thiết Kế Đúng Ngay Từ Đầu?
Tính toán đúng số lượng tấm trên mỗi chuỗi và cách bố trí chuỗi theo hướng mái là yếu tố kỹ thuật nền tảng, ảnh hưởng trực tiếp đến sản lượng điện và độ an toàn vận hành lâu dài. DevSolar khảo sát và thiết kế sơ đồ đấu nối chuỗi pin phù hợp cho:
● Hộ gia đình: đảm bảo hệ thống khởi động ổn định quanh năm, kể cả những ngày nhiệt độ thấp.
● Doanh nghiệp: tối ưu bố trí chuỗi trên mái có nhiều hướng, nhiều độ nghiêng khác nhau.
● Nhà máy: thiết kế sơ đồ chuỗi và tủ gom phù hợp với quy mô công suất lớn.
Liên hệ DevSolar để được khảo sát và tư vấn thiết kế chuỗi pin phù hợp với công trình thực tế.
DevSolar – Power the Future
