08 bước thiết kế hệ thống điện năng lượng mặt trời

Thiết kế hệ thống điện năng lượng mặt trời đòi hỏi quá trình kỹ thuật và lập kế hoạch cẩn thận để đảm bảo hiệu suất và an toàn. Dưới đây là các bước cơ bản để thiết kế một hệ thống điện năng lượng mặt trời:

08 bước thiết kế hệ thống điện năng lượng mặt trời

1. Thu thập thông tin:

Trước khi bắt đầu thiết kế hệ thống điện năng lượng mặt trời, việc thu thập thông tin là điều quan trọng để hiểu rõ nhu cầu của hệ thống. Dưới đây là các hoạt động cụ thể:

• Phân tích hóa đơn điện/ tiền điện 3 tháng gần nhất để xác định mức tiêu thụ điện hàng tháng và hàng năm.
• Xác định nhu cầu sử dụng điện: Ban ngày/ Ban đêm/ Ngày đêm như nhau.
• Xác định loại giá điện đang dùng: Điện sinh hoạt/ Điện kinh doanh dịch vụ/ Điện sản xuất.
• Xác định loại điện 1 pha hay điện 3 pha.
• Xác định diện tích mái nhà và kết cấu mái là mái tôn hay bê tông.
• Xác định điều kiện thời tiết trong năm tại khu vực lắp đặt.
• Đánh giá tình trạng hệ thống điện cũ (nếu có).
• Xác định mức ngân sách mà chủ đầu tư có thể dành cho việc lắp đặt hệ thống.

2. Tính toán công suất:

a. Tính toán công suất hệ thống

Công suất hệ thống = Lượng điện tiêu thụ hằng ngày/ tỉ lệ hiệu suất hệ thống.

Trong đó. Lượng điện tiêu thụ hằng ngày là nhu cầu năng lượng của gia đình hoặc doanh nghiệp.

Tỉ lệ hiệu suất hệ thống: Là phần trăm hiệu suất của hệ thống có thể đạt được (thường khoảng 70-90%).

b. Tính toán công suất pin:

Do tổn hao trong hệ thống, cũng như xét đến tính an toàn khi những ngày nắng không tốt, số Watt-hour của tấm pin năng lượng mặt trời cung cấp phải cao hơn tổng số Watt-hour của toàn tải cần sử dụng, theo công thức sau:

Số Watt-hour của tấm pin mặt trời = (1.3 – 1.5) x tổng số Watt-hour toàn tải

• Số Watt-hour của tấm pin mặt trời: Lượng năng lượng mà tấm pin mặt trời cần cung cấp (Watt-hour).
• Tổng số Watt-hour toàn tải: Tổng lượng năng lượng mà hệ thống cần sử dụng trong một ngày (Watt-hour).
• (1.3 – 1.5) là hệ số an toàn. Thường được sử dụng để tính đến các tổn thất và điều kiện không thuận lợi như ngày mây mù hay mưa.

c. Tính toán số lượng tấm pin

Số lượng tấm pin = Tổng công suất của hệ thống pin mặt trời/ Công suất của mỗi tấm pin

Ví dụ: Gia đình quyết định lắp đặt một hệ thống pin mặt trời có tổng công suất là 6kWp. Nếu tấm pin có công suất là 530W, thì số lượng tấm pin cần sử dụng sẽ là:

Số lượng tấm pin = 6,000/535 = 11.21 tấm.

Do đó, để đảm bảo hệ thống đạt hiệu suất tối ưu, có thể lựa chọn sử dụng 12 tấm pin.

Lưu ý rằng để hệ thống hoạt động hiệu quả, còn phụ thuộc vào các yếu tố khác như loại inverter (số MPPT, số string/MPPT,…), mặt bằng lắp đặt tấm pin (diện tích, hướng mái, độ dốc từng mái,…) và điều kiện vị trí (hiệu suất của tấm pin dựa trên điều kiện ánh sáng và nhiệt độ).

3. Lựa chọn biến tần:

Chọn biến tần phù hợp với hệ thống. Đó có thể là biến tần bám tải, off-grid, hoặc hybrid.

• Biến tần bám tải được sử dụng trong hệ thống điện mặt trời bám tải. Phù hợp với khách hàng sử dụng điện chủ yếu vào ban ngày. Không có nhu cầu lưu trữ điện mặt trời dư hoặc hoạt động khi lưới điện bị cúp điện.
• Biến tần hybrid (lưu trữ) được sử dụng trong hệ thống điện mặt trời hybrid. Phù hợp với khách hàng có nhu cầu sử dụng điện nhiều vào ban ngày và đêm. Đồng thời, có nhu cầu lưu trữ điện mặt trời dư hoặc hoạt động khi lưới điện bị cúp điện.
• Biến tần off-grid được sử dụng trong hệ thống điện mặt trời độc lập. Phù hợp với khách hàng ở vùng sâu, vùng xa, nơi không có điện lưới.

Ví dụ: Nếu bạn quyết định lắp đặt hệ thống điện mặt trời hybrid 6 kWp, bạn có thể sử dụng biến tần công suất 5 kW cho hệ thống này. Trên thực tế, nhiều dòng biến tần hiện nay được thiết kế có khả năng chịu quá tải đầu vào DC lên đến 200%, nghĩa là với biến tần 5 kW, bạn hoàn toàn có thể gắn giàn pin tối đa khoảng 10 kWp mà vẫn đảm bảo hoạt động an toàn và ổn định.

Bạn có thể kiểm tra công suất tối đa được nhà sản xuất khuyến cáo cho inverter trong datasheet hoặc tem nhãn của biến tần.

Với sự đa dạng về công suất, bạn có thể lựa chọn loại biến tần phù hợp để giảm chi phí khi mua nhiều biến tần cho hệ thống của mình.

4. Xác định dung lượng pin lưu trữ cho hệ thống hybrid (nếu có):

Nếu bạn muốn cài đặt một hệ thống lưu trữ điện mặt trời (hybrid) để sử dụng năng lượng mặt trời vào ban đêm và trong trường hợp mất điện. Bạn cần thực hiện tính toán và thiết kế cho hệ thống lưu trữ.

Đầu tiên, bạn phải xác định được dung lượng pin lưu trữ điện mặt trời:

Dung lượng pin lưu trữ = Công suất của thiết bị x Số giờ sử dụng x Số lượng thiết bị (kWh)

Một gợi ý hữu ích là bạn có thể xác định lượng điện tiêu thụ ban đêm bằng cách kiểm tra chỉ số điện trên công tơ điện vào buổi chiều tối và sáng hôm sau.

Sau khi bạn đã xác định được dung lượng pin lưu trữ cần thiết, bạn có thể tính toán số lượng pack pin lithium cần sử dụng. Thị trường thường có các loại pin lithium với dung lượng 5kWh (51.2V-100Ah) và 10kWh (51.2V-200Ah):

5. Xác định cấu trúc giàn khung:

Trong quá trình thiết kế và lắp đặt hệ thống điện năng lượng mặt trời, việc xác định cấu trúc giàn khung là bước quan trọng giúp đảm bảo an toàn, thẩm mỹ và hiệu suất tối ưu cho toàn bộ công trình.

Kỹ sư sẽ tiến hành khảo sát loại mái (mái tôn, mái ngói, mái bê tông hoặc khung riêng), diện tích mái nhà, đồng thời đo độ dốc và hướng mái để tính toán góc nghiêng phù hợp, giúp tấm pin hấp thụ ánh sáng mặt trời hiệu quả nhất.

Tùy theo đặc điểm mái, hệ thống có thể sử dụng giàn khung sắt, nhôm hoặc thép mạ kẽm, hoặc đơn giản hơn là lắp áp trực tiếp tấm pin lên mái nhà, đặc biệt phù hợp với các công trình mái tôn nhờ tính gọn nhẹ và hiệu quả chi phí cao. Và đảm bảo đáp ứng tiêu chí vừa bền vững, chịu được tác động của thời tiết khắc nghiệt, vừa thuận tiện cho quá trình thi công và bảo trì sau này.

5. Lập bản vẽ kỹ thuật (Dự án lớn)

Sau khi đã xác định được số thiết bị trong hệ thống, bạn cần thiết kế sơ đồ lắp đặt hệ thống. Sơ đồ phải xác định vị trí cụ thể của các tấm pin mặt trời trên mái nhà hoặc bất kỳ vị trí nào khác. Vẽ biểu đồ kết nối giữa tấm pin, inverter, hệ thống lưu trữ (nếu có), và lưới điện.

Đây chính là cơ sở để bạn lắp đặt hệ thống đúng kỹ thuật và hoạt động hiệu quả. Đây cũng là một trong các bước thiết kế hệ thống điện mặt trời quan trọng, là yếu tố giúp cho việc bảo trì, bảo dưỡng sau này được đơn giản hơn.

7. Xây dựng và lắp đặt

a. Chuẩn bị công trình:

Bắt đầu chuẩn bị công trình bằng việc cài đặt các thiết bị bảo vệ, hệ thống treo tấm pin. Và các công việc chuẩn bị cần thiết khác.

b. Lắp đặt hệ thống:

Thực hiện lắp đặt tấm pin và dây dẫn theo thiết kế đã được xác nhận. Cài đặt inverter và các thiết bị điều khiển hệ thống theo vị trí đã xác định trong bản vẽ thiết kế.

Liên kết các thành phần của hệ thống, bao gồm: tấm pin, inverter, hệ thống điều khiển và các thành phần khác, thông qua các dây dẫn.

c. Kiểm tra và điều chỉnh:

Thực hiện các kiểm tra và thử nghiệm để đảm bảo rằng hệ thống hoạt động đúng như thiết kế.

8. Lập kế hoạch bảo trì và giám sát:

a. Thiết lập hệ thống giám sát:

Cài đặt hệ thống giám sát để theo dõi hiệu suất của hệ thống năng lượng mặt trời. Hệ thống này bao gồm cả giám sát tình trạng của tấm pin, inverter, và các yếu tố khác ảnh hưởng đến hiệu suất.

b. Theo dõi hiệu suất:

Liên tục theo dõi và ghi chép hiệu suất của hệ thống. Kiểm tra các thông số như sản lượng điện, hiệu suất inverter, và lượng điện tiêu thụ.

c. Xử lý sự cố:

Nếu có sự cố xảy ra, hãy xác định và giải quyết ngay lập tức để đảm bảo rằng hệ thống hoạt động một cách hiệu quả.

d. Bảo dưỡng định kỳ:

Thực hiện các công việc bảo dưỡng pin năng lượng mặt trời định kỳ, bao gồm: làm sạch tấm pin, kiểm tra và bảo dưỡng inverter, và kiểm tra kết nối dây dẫn.

Thời gian thiết kế và thi công hệ thống điện năng lượng mặt trời mất bao lâu?

Thời gian thiết kế hệ thống điện năng lượng mặt trời có thể thay đổi tùy thuộc vào nhiều yếu tố, bao gồm quy mô của dự án, phức tạp của hệ thống, điều kiện địa phương và quy trình phê duyệt. Dưới đây là một ước lượng tổng quát:

Thiết kế và thi công hệ thống điện năng lượng mặt trời nhỏ (Dành cho gia đình):

Với các hệ thống điện năng lượng mặt trời quy mô nhỏ dành cho hộ gia đình, biệt thự hoặc nhà phố, thời gian thiết kế và thi công thường dao động từ 1–3 ngày làm việc, tùy thuộc vào diện tích mái, hướng nắng và nhu cầu sử dụng điện thực tế.

Trong giai đoạn này, kỹ sư sẽ tiến hành khảo sát hiện trạng mái nhà, đo đạc góc nghiêng và hướng nắng, tính toán công suất phù hợp, đồng thời lựa chọn thiết bị (tấm pin, biến tần, giàn khung) và thi công, lắp đặt hệ thống sao cho đạt hiệu suất cao và đảm bảo an toàn điện tuyệt đối.

Thiết kế và thi công hệ thống điện năng lượng mặt trời trung bình (Doanh nghiệp nhỏ, công ty):

Đối với các doanh nghiệp nhỏ, văn phòng, cửa hàng hoặc nhà xưởng quy mô vừa, thời gian thiết kế và thi công hệ thống điện năng lượng mặt trời trung bình thường kéo dài từ 3–5 ngày làm việc, tùy thuộc vào quy mô công suất (10–50 kWp) và mức độ phức tạp của công trình.

Trong giai đoạn này, đội ngũ kỹ sư sẽ tiến hành khảo sát chi tiết hiện trạng mái, đánh giá kết cấu chịu tải, hướng nắng và khả năng bố trí tấm pin, đồng thời tính toán công suất tối ưu nhằm đáp ứng nhu cầu sử dụng điện thực tế của doanh nghiệp.

Bên cạnh đó, kỹ sư sẽ lập bản vẽ kỹ thuật, sơ đồ một sợi (SLD), mô phỏng sản lượng điện hàng năm, đề xuất chủng loại thiết bị phù hợp (tấm pin, biến tần, hệ khung, dây dẫn và tủ điện AC/DC) và tiến hành thi công lắp đặt. Toàn bộ quy trình được thực hiện theo tiêu chuẩn kỹ thuật và an toàn điện năng lượng mặt trời hiện hành (IEC, TCVN), đảm bảo hệ thống vận hành ổn định, hiệu suất cao và tuổi thọ lâu dài.

Với quy trình chuyên nghiệp và kinh nghiệm thực tế từ nhiều dự án thương mại, Solar SGX có thể rút ngắn thời gian thiết kế và triển khai, giúp doanh nghiệp sớm đưa hệ thống vào hoạt động, tiết kiệm chi phí điện năng và tăng hiệu quả đầu tư.

Thiết kế và thi công hệ thống điện năng lượng mặt trời lớn (Khu công nghiệp, nhà máy):

Đối với các dự án quy mô lớn như khu công nghiệp, nhà máy sản xuất, kho logistics hoặc trung tâm thương mại, thời gian thiết kế và thi công hệ thống điện năng lượng mặt trời thường kéo dài từ 5-10 ngày, tùy theo quy mô công suất (100 kWp – vài MWp) và độ phức tạp của kết cấu mái hoặc mặt bằng thi công.

Ở giai đoạn thiết kế, đội ngũ kỹ sư sẽ thực hiện:

Khảo sát chi tiết công trình: kết cấu mái, hướng nắng, tải trọng, lộ trình dây dẫn và vị trí đặt thiết bị.

Phân tích dữ liệu năng lượng & mô phỏng sản lượng để xác định công suất tối ưu.

Lập bản vẽ kỹ thuật tổng thể, sơ đồ một sợi (SLD) và phương án đấu nối lưới điện EVN.

Tư vấn vật tư – thiết bị phù hợp theo tiêu chuẩn quốc tế (IEC, UL, TCVN).

Sau khi hoàn tất thiết kế, quá trình thi công lắp đặt được triển khai đồng bộ gồm:

Gia công và lắp đặt khung giá đỡ, tấm pin, hệ thống cáp, tủ điện AC/DC.

Đấu nối, đo kiểm và chạy thử hệ thống dưới sự giám sát của kỹ sư Solar SGX và đại diện nhà sản xuất inverter.

Nghiệm thu, bàn giao và hướng dẫn vận hành – bảo trì.

Vì sao nên thiết kế hệ thống điện năng lượng mặt trời trước khi thi công

Thiết kế hệ thống điện năng lượng mặt trời trước khi thi công giúp:

• Lựa chọn vị trí lắp đặt, công suất của pin năng lượng mặt trời, và loại inverter phù hợp để tối ưu hóa hiệu suất của hệ thống.
• Thông qua quá trình thiết kế hệ thống điện năng lượng mặt trời, giúp chủ đầu tư có 1 cái nhìn tổng quan về chi phí, hiệu quả kinh tế của hệ thống để đưa ra quyết định chính xác.
• Thiết kế trước hệ thống điện năng lượng mặt trời giúp bạn đảm bảo hệ thống tuân thủ các quy định, yêu cầu của pháp luật. Đặc biệt là về an toàn và đấu nối lưới điện quốc gia.
• Nếu có những thách thức về địa hình như: cây cối, bóng cây, hoặc tòa nhà lân cận, thì qua quá trình thiết kế sẽ giúp bạn tìm ra giải pháp trước khi bắt đầu thi công.
• Thiết kế trước giúp hạn chế việc lắp đặt thiếu sót hoặc dư thừa, giảm thiểu rủi ro thi công.
• Đảm bảo hệ thống được cài đặt và vận hành an toàn, bền vững.
• Giúp quá trình bảo trì và sửa chữa sau này trở nên thuận tiện và hiệu quả.
• Đảm bảo tiến độ thi công suôn sẻ.
• Giúp bạn kiểm soát ngân sách và tránh các chi phí ngoài dự kiến trong quá trình thi công.

Lời kết

Solar SGX hy vọng rằng thông qua bài viết sẽ mang đến cho bạn một cái nhìn tổng quan và chi tiết về việc thiết kế hệ thống điện năng lượng mặt trời như là: các bước thiết kế hệ thống, thời gian thi công và lý do vì sao bạn nên thiết kế hệ thống điện mặt trời.

Nếu bạn có bất kỳ câu hỏi hoặc muốn biết thêm về các sản phẩm, dịch vụ của chúng tôi tại Solar SGX, đừng ngần ngại liên hệ với chúng tôi. Chúng tôi luôn sẵn sàng hỗ trợ bạn trong việc hiểu rõ hơn về năng lượng mặt trời và tìm kiếm giải pháp phù hợp nhất cho nhu cầu của bạn.

Cảm ơn bạn đã đồng hành cùng chúng tôi trong hành trình khám phá và ứng dụng năng lượng mặt trời. Hãy cùng nhau đóng góp vào việc xây dựng một tương lai sạch sẽ và bền vững!

Điện năng lượng mặt trời Sài Gòn Xanh – Nâng tầm cuộc sống!

• TƯ VẤN – KHẢO SÁT – THI CÔNG
• 0976 123450 (phím 1), 096 5594559
• Website: solarsgx.vn
• Fanpage:Điện năng lượng mặt trời Sài Gòn Xanh
• Địa chỉ: 21 Sến Quỳ, Ninh Sơn, Thành phố Tây Ninh, Tây Ninh