Thiết kế hệ thống điện năng lượng mặt trời theo tiêu chuẩn kỹ thuật đóng vai trò quyết định đến hiệu quả đầu tư, an toàn vận hành và khả năng thu hồi vốn cho mọi dự án điện mặt trời. Hệ thống điện áp mái nhà gồm tấm pin quang điện (PV), bộ biến tần (Inverter), hệ thống khung đỡ cần được thiết kế tỉ mỉ để tối ưu hóa việc thu thập bức xạ mặt trời và chuyển đổi thành điện năng một cách ổn định. Cùng KITAWA tìm hiểu chi tiết các tiêu chuẩn lắp đặt điện mặt trời mái nhà qua bài viết sau.

Các tiêu chuẩn thiết kế hệ thống điện năng lượng mặt trời

Việc lựa chọn các thành phần hệ thống điện mặt trời cho gia đình, doanh nghiệp phải dựa trên các tiêu chuẩn kỹ thuật quốc tế nghiêm ngặt. Điều này đảm bảo tính tương thích, độ bền và khả năng hoạt động ổn định của toàn bộ công trình. Đặc biệt là với hai thành phần chủ chốt là tấm pin và biến tần.

Tấm pin năng lượng mặt trời

Tấm pin năng lượng mặt trời cần tuân thủ các tiêu chuẩn quốc tế quan trọng nhất để xác nhận chất lượng và độ tin cậy trong môi trường thực tế:

IEC 61215: chứng nhận khả năng chịu đựng các điều kiện ngoại cảnh như nhiệt độ, độ ẩm và tải cơ học của tấm pin
IEC 61730: đánh giá mức độ an toàn về điện và cấu trúc, cung cấp cam kết về chất lượng sản phẩm cho nhà đầu tư.
Chỉ số IP (Ingress Protection): Đảm bảo hộp nối và cáp chống bụi hoàn toàn và chịu được ngâm nước tạm thời, thông thường yêu cầu đạt IP67 hoặc cao hơn.

Bộ biến tần

Tiêu chuẩn hòa lưới (Grid Code): quy định các giới hạn về tần số, điện áp, và chất lượng sóng hài. Cùng với chức năng Anti-islanding bắt buộc phải tự động ngắt kết nối khi lưới điện mất điện, bảo vệ người vận hành lưới.

Tiêu chuẩn về hiệu suất chuyển đổi (CEC, EURO): Hiệu suất chuyển đổi tối đa hoặc hiệu suất EURO xác định khả năng hoạt động hiệu quả của Inverter dưới các mức tải khác nhau. Inverter nên có hiệu suất trên 97% để đảm bảo tối thiểu tổn hao năng lượng.

Lựa chọn Inverter (String, Micro-inverter, Hybrid): sử dụng string inverter cho hệ thống lớn, Micro-inverter cho hệ thống điện mặt trời bị bóng che nhiều. Hay Inverter Hybrid kết hợp lưu trữ. Tùy thuộc vào mục đích sử dụng và các tiêu chuẩn tương ứng.

Kết cấu cơ khí và khung đỡ

Tính toán tải trọng (Gió, bão) theo TCVN và vị trí lắp đặt: Kỹ sư phải áp dụng TCVN 2737:1995 về tải trọng và tác động để tính toán lực nâng và lực đẩy của gió. Đảm bảo hệ thống khung có khả năng chịu đựng áp lực gió tối đa tại vùng lắp đặt, tránh hư hại cấu trúc mái nhà.

Tiêu chuẩn về vật liệu và chống ăn mòn: Vật liệu sử dụng cho khung cần đạt tiêu chuẩn về chống ăn mòn như nhôm được Anode hóa hoặc thép được mạ kẽm nóng, để chống lại sự tác động của môi trường ẩm hoặc có muối gần biển, giữ độ bền cơ học theo thiết kế.

Tiêu chuẩn lắp đặt an toàn và hệ thống bảo vệ

Hệ thống lắp đặt an toàn đòi hỏi việc triển khai các biện pháp bảo vệ toàn diện trên cả phía DC và AC. Bao gồm cả hệ thống tiếp địa và chống sét, giúp hệ thống ngăn ngừa các sự cố nghiêm trọng về điện và cháy nổ.

Hệ thống nối đất tiêu chuẩn

Hệ thống tiếp địa là tuyến phòng thủ cơ bản và quan trọng nhất, giúp xả các dòng điện rò rỉ hoặc điện áp cao bất thường xuống đất, bảo vệ thiết bị và an toàn cho người sử dụng.

Tiêu chuẩn yêu cầu điện trở tiếp đất của hệ thống không được vượt quá giá trị quy định (thường dưới 4 Ohm). Buộc sử dụng thanh đồng hoặc cọc thép mạ đồng chất lượng cao và cáp tiếp địa có tiết diện đủ lớn để đảm bảo dòng sự cố được xả hiệu quả.

Tất cả khung nhôm của tấm pin và vỏ kim loại của Inverter phải được liên kết với hệ thống tiếp địa chung, ngăn ngừa việc tích tụ điện tĩnh hoặc xuất hiện điện áp nguy hiểm trên bề mặt thiết bị, phù hợp với quy tắc an toàn điện.

Hệ thống chống sét lan truyền (SPD) DC và AC

Hệ thống Chống sét lan truyền (SPD – Surge Protective Device) là bắt buộc để bảo vệ các thiết bị điện tử nhạy cảm như Inverter khỏi tổn thương do sét đánh lan truyền qua đường dây dẫn.

Các thiết bị SPD phải được lắp đặt ở cả phía DC (gần Inverter và string combiner box) và phía AC (tủ điện tổng). Trong đó lựa chọn SPD loại 2 là tối thiểu cho hệ thống áp mái dân dụng, để triệt tiêu các xung quá áp ngắn và mạnh.

Lựa chọn dây dẫn và thiết bị đóng cắt

Lựa chọn dây dẫn và thiết bị đóng cắt phải đạt tiêu chuẩn về chịu tải, cách điện, và khả năng chịu nhiệt, đảm bảo mạch điện hoạt động ổn định và an toàn trong thời gian dài.

Dây DC phải là loại PV Cable chuyên dụng có lớp cách điện kép chịu được tia UV và nhiệt độ cao trên mái nhà. Dây AC cần có tiết diện được tính toán dựa trên công suất và khoảng cách truyền tải để hạn chế sụt áp trong phạm vi cho phép.

Tất cả thiết bị đóng cắt phải là loại chuyên dụng cho mạch DC hoặc AC. Với CB DC phải được thiết kế để ngắt được cung điện một chiều ở điện áp cao một cách an toàn và hiệu quả.

Quy trình khảo sát, thiết kế hệ thống điện mặt trời

Bước 1: Khảo sát, thu thập dữ liệu chi tiết

Việc khảo sát chi tiết tại công trường là bước khởi đầu tuyệt đối cần thiết, giúp kỹ sư thu thập các tham số đầu vào quan trọng nhất cho quá trình thiết kế. Dữ liệu bao gồm:

Hướng và góc nghiêng chính xác của mái nhà
Phân tích chiều cao và hướng của các vật thể gây bóng che (cây cối, ống khói, tường) trong các thời điểm khác nhau trong ngày.
Hồ sơ sử dụng điện hàng tháng của khách hàng để xác định công suất cần thiết.
Quy định lắp đặt điện áp mái tại địa phương

Bước 2: Tính toán công suất và thiết kế sơ đồ nguyên lý

Tính toán công suất định mức và thiết kế sơ đồ nguyên lý là cốt lõi của thiết kế kỹ thuật, giúp xác định số lượng và kiểu pin phù hợp với diện tích và nhu cầu tiêu thụ.

Kỹ sư sử dụng các phần mềm mô phỏng chuyên dụng như PVSyst hoặc SolarEdge Designer để dự đoán sản lượng điện hàng năm sau khi đã tính đến tổn thất do bóng che, nhiệt độ, và hiệu suất biến tần. Điều này đảm bảo công suất thiết kế tối ưu nhất về mặt kinh tế và kỹ thuật.

Bước 3: Thiết kế chi tiết mạch điện DC/AC

Thiết kế chi tiết mạch điện DC/AC và hệ thống bảo vệ đảm bảo an toàn tuyệt đối cho hệ thống. Bao gồm việc vẽ sơ đồ đơn tuyến thể hiện rõ cấu trúc hệ thống từ pin đến lưới điện. Công việc này bao gồm việc xác định chính xác vị trí bố trí Inverter, tủ điện DC/AC.

Lựa chọn thông số cầu chì, CB, và SPD dựa trên điện áp mạch hở DC tối đa và dòng điện ngắn mạch của tấm pin, phù hợp với TCVN.

Bước 4: Lựa chọn thiết bị đạt chuẩn và lập dự toán

Lựa chọn thiết bị là bước quyết định chất lượng thực tế của hệ thống. Yêu cầu sử dụng các thương hiệu uy tín trên thị trường đã được chứng nhận quốc tế để đảm bảo hiệu suất và chế độ bảo hành tin cậy.

Chẳng hạn, việc chọn tấm pin từ Longi Solar hoặc Canadian Solar và Inverter của Sungrow hoặc SolarEdge giúp tối thiểu hóa rủi ro về chất lượng sản phẩm. Đồng thời dự toán chi phí cần phải phản ánh chính xác tất cả các linh kiện đạt tiêu chuẩn đã được thiết kế.

Bước 5: Lập hồ sơ kỹ thuật và thủ tục đấu nối điện EVN.

Lập hồ sơ kỹ thuật và hoàn tất thủ tục đấu nối EVN là bước cuối cùng để đưa hệ thống vào vận hành hợp pháp, bao gồm:

Chuẩn bị bản vẽ thiết kế điện mặt trời hoàn chỉnh
Chứng chỉ chất lượng thiết bị
Đơn xin đấu nối gửi đến công ty điện lực tại địa phương.

Tiêu chuẩn thiết kế hệ thống điện năng lượng mặt trời đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật là yếu tố then chốt quyết định thành công và tính bền vững dự án điện mặt trời. Do đó, KITAWA khuyến nghị khách hàng nên lựa chọn các đơn vị thi công có chuyên môn kỹ thuật vững vàng, cam kết áp dụng đúng quy trình. Liên hệ ngay với đội ngũ chuyên nghiệp của chúng tôi để được tư vấn giải pháp lắp điện áp mái an toàn, chất lượng.