Điện áp là gì? Tăng áp điện mặt trời, tại sao bạn nên quan tâm?

Tăng áp điện mặt trời có thể làm giảm đáng kể sản lượng điện mặt trời từ hệ thống PV của bạn, nhưng vấn đề này lại thường bị các chủ nhà bỏ qua. Bạn có thể đang sở hữu những bộ biến tần và loại tấm pin chất lượng, nhưng nếu hiện tượng tăng áp không được xem xét trong quá trình thiết lập dự án điện mặt trời thì có thể kết quả sản xuất sẽ ít hơn đáng kể so với mức cần thiết của bạn.

Trong phần một bài viết này, tôi sẽ giải thích cho các bạn biết điện áp là gì, tại sao lại xảy ra tăng áp điện mặt trời, và sau đó trình bày ba phương pháp tính điện áp mặt trời. Phần hai, tôi sẽ giải thích cho các bạn tại sao phải giảm thiểu hiện tượng điện áp tăng. Phần ba, tôi sẽ chia sẻ 4 cách mà những thợ điện chuyên nghiệp xử lý điều đó.

PHẦN 1: TẠI SAO LẠI TĂNG ĐIỆN ÁP?

Ở Việt Nam, điện áp định danh của lưới điện quốc gia là 220V. Các mức điện áp lưới sẽ thay đổi và dao động trong suốt cả ngày tùy thuộc vào lượng điện năng được rút ra từ lưới điện và lượng điện mặt trời được gửi vào lưới. Công ty điện lực sẽ xử lý để duy trì điện áp của bạn trong khoảng từ 215 – 225V. Nhưng việc giữ điện áp dưới mức 225V đang trở thành một thách thức đối với công ty điện lực.

Tăng áp điện mặt trời

Khi hệ thống năng lượng mặt trời của bạn sản xuất nhiều năng lượng hơn mức nhà bạn tiêu thụ, nó sẽ gửi phần dư thừa trở lại vào lưới điện. Để nguồn điện được truyền từ nhà bạn vào lưới điện, điện áp từ biến tần mặt trời phải tạo ra điện áp cao hơn một vài vôn so với điện áp lưới. Đây gọi là tăng áp điện mặt trời.

Trong trường hợp lý tưởng, việc tăng điện áp sẽ không phải là vấn đề: biến tần tăng điện áp lưới từ 220V lên 222V (hoặc hơn). Vấn đề có thể phát sinh khi cáp nối giữa biến tần và lưới quá nhỏ so với kích thước của hệ thống điện mặt trời. Hãy cùng tìm hiểu từ những khái niệm cơ bản để hiểu tại sao lại như vậy.

Điện áp là gì?

Điện áp (V) = điện trở (Ω) x cường độ dòng điện (A)

Điện áp, điện trở và cường độ dòng điện chúng liên quan với nhau như thế nào?

  • Điện áp là “sức mạnh” có được khi có dòng điện chạy qua. Tại Việt Nam, “sức mạnh” này là khoảng 220 volt. Đơn vị đo điện áp là Vôn (V).
  • Cường độ dòng điện là tốc độ dòng chảy. Một biến tần 5kW sẽ “bơm” ra khoảng 20 ampe vào mỗi giờ trưa. Đơn vị đo cường độ dòng điện là ampe (A)
  • Điện trở ngăn chặn dòng chảy của dòng điện. Điện trở phụ thuộc vào đường kính của sợ dây cáp, chiều dài và vật liệu cấu tạo nên dây điện là đồng hay nhôm. Đơn vị đo điện trở là Ôm (Ω).

Bạn có thể nhìn vào hình minh họa, khi điện trở càng lớn thì dòng chảy của dòng điện sẽ càng nhỏ (cường độ dòng điện càng thấp) hoặc điện áp sẽ phải càng tăng. Đây gọi là định luật ôm của Georg Simon Ohm phát hành trên mặt báo vào năm 1827.

Điện áp là gì? Tăng áp điện mặt trời, tại sao bạn nên quan tâm? 1

Định luật ôm

Định luật ôm là mối quan hệ toán học giữa điện áp, dòng điện và điện trở:

  • V = I x R
  • Điện áp = Cường độ dòng điện x Điện trở
  • Vôn = Ampe x Ôm

Để giữ cho phương trình cân bằng, nếu điện trở trong dây cáp của bạn cao, thì điện áp từ biến tần của bạn sẽ phải cao hơn hoặc là dòng điện chạy ra sẽ phải thấp hơn.

Nhưng giảm dòng điện là một ý tưởng khá tồi. Nếu biến tần của bạn muốn gửi 20 ampe vào trong lưới điện thì tốt nhất chúng ta nên giữ cho nó chảy đúng dòng.

Cách duy nhất còn lại để cân bằng phương trình này là tăng điện áp cao hơn. Điện trở cáp của bạn càng cao thì điện áp phải càng cao để để “ép” dòng điện chạy theo chúng ta. Lúc này, tăng áp điện mặt trời chính là vấn đề của chúng ta.

Điện áp là gì? Tăng áp điện mặt trời, tại sao bạn nên quan tâm? 2

Tăng áp và sụt áp

Tăng áp điện mặt trời là một vấn đề tương đối mới đang gây ra nhiều bất cập cho các hệ thống năng lượng mặt trời và điện áp lưới trên khắp nước ta. Càng có nhiều hộ lắp đặt năng lượng mặt trời thì điện áp lưới sẽ càng cao vào giờ cao điểm giữa trưa.

Trong khi tăng áp điện mặt trời chỉ là một vấn đề tương đối mới, thì một vấn đề ngược lại đã được biết đến từ thời Thomas Eddison là sụt áp.

Sụt áp là hiện tượng tương tự như tăng áp, nhưng nó được nhìn thấy từ phía lưới điện chứ không phải từ phía các hệ thống điện của các hộ gia đình. Giả sử không có hệ thống PV, máy biến áp trong khu vực của bạn có thể được thiết lập để bơm ra điện áp ở mức 220V. Vào thời điểm điện áp đến ngôi nhà cuối cùng trong khu vực của bạn, điện trở của tất cả các dây cáp có thể đã làm giảm điện áp xuống còn 210V, và đến lúc các thiết bị của ngôi nhà đó tiếp nhận điện để hoạt động thì điện áp lúc này có thể đã giảm xuống chỉ còn 200V.

Các chuyên viên kỹ thuật điện giảm thiểu việc sụt áp bằng cách chọn cáp chính xác cho việc dự đoán tải. Các công thức và công cụ tương tự mà chúng ta sử dụng để tính toán sụt áp có thể được dùng để tính ngược lại cho hiện tượng tăng áp điện mặt trời.

Tính toán tăng áp điện năng lượng mặt trời

Theo tiêu chuẩn của nước ta, sự tăng điện áp giữa biến tần mặt trời không được vượt quá 2,5% (khoảng 5V). Về lý thuyết, bạn có thể sử dụng định luật ôm để tính toán mức tăng điện áp của cáp nếu bạn biết điện trở và độ phản kháng của cáp. Nhưng có nhiều cách thực tế hơn để tìm ra loại cáp chúng ta cần sử dụng, hoặc hệ thống điện năng lượng mặt trời chúng ta có thể lắp đặt cho nhà bạn có thể lớn đến mức nào.

Phương pháp tính toán:

Đầu tiên, tìm số mili-vôn (mV) chính xác trên mỗi ampe-mét (A.m). Tiếp theo ta đưa nó vào công thức: Vd = [L x I x (mV/A.m)]/1000. Sau đó, tính số lượng pha và quy đổi về phần trăm của điện áp. Tiếp tục, thay thế những con số vào cho đến khi nào bạn có được kích thước, chiều dài hoặc dòng cáp mong muốn.

Mặc dù đây là cách khó, nhưng là cách tốt nhất nếu bạn muốn có được một kiến thức vững chắc về việc tính toán điện áp.

PHẦN 2: TẠI SAO BẠN CẦN QUAN TÂM ĐẾN VIỆC TĂNG ÁP ĐIỆN MẶT TRỜI?

Có 3 lý do khiến bạn có thể sẽ muốn giảm điện áp cho gia đình mình. Tất cả điều này đều là vì mục đích tài chính.

1. Tự ngắt biến tần

Trong phần một, tôi đã giải thích rằng dòng điện càng lớn thì điện áp cần phải càng lớn để có thể đẩy dòng điện đó vào lưới điện. Hãy đoán xem hệ thống PV của bạn có đang chạy tại mức cường độ dòng điện tối đa không? – Vào giữa trưa, khi đó nó đang tạo ra sức mạnh tối đa!

Vì vậy nếu dòng điện ở mức cao nhất vào giữa trưa, điện áp sẽ phải ở mức cao nhất để nó có thể điều chỉnh tất cả dòng điện đó đẩy vào lưới điện. Vấn đề là, một nửa số người trong khu vực của bạn cũng đang sử dụng năng lượng mặt trời và mọi người đều đang nâng điện áp lưới cùng một lúc. Lúc này điện áp từ biến tần của bạn sẽ cần phải ngày càng cao hơn nữa. Đến ngưỡng giới hạn, biến tần của bạn sẽ tự tắt để bảo vệ mạch, khi điện áp giảm chúng sẽ trở lại hoạt động.

Khi biến tần của bạn bị tắt, bạn sẽ không tạo ra năng lượng. Khi bạn không tạo ra năng lượng, bạn sẽ bị thiệt thòi và mất tiền.

Điện áp là gì? Tăng áp điện mặt trời, tại sao bạn nên quan tâm? 3

2. Có thể “đốt cháy” các thiết bị

Nếu biến tần năng lượng mặt trời của bạn thường xuyên trải qua chu kỳ bật và tắt vào giờ giữa trưa (mức điện áp vượt ngưỡng => tắt, điện áp giảm đi => bật trở lại), nó sẽ nhanh chóng bị hỏng và không tồn tại được lâu. Nhiều thiết bị, đặc biệt là các động cơ 3 pha cũ, đèn huỳnh quang cũ hoặc đèn sợi đốt sẽ hỏng nhanh hơn với điện áp cao hơn. Tuy nhiên, một số thiết bị thông minh và hiện đại thời nay như điều hòa không khí inverter và đèn LED sẽ ít bị ảnh hưởng bởi điện áp cao hơn.

3. Bảo vệ giảm điện áp

Một ý tưởng đôi khi được khuyến khích trong ngành năng lượng mặt trời là bán thêm cho chủ nhà một bộ điều chỉnh điện áp để giám mức tiêu thụ điện năng của họ. Ý tưởng này nghĩa là nếu bạn chạy các thiết bị của mình ở mức 210V thay vì 220V (điện áp định mức của nó) và bạn sẽ giảm mức tiêu thụ năng lượng của mình. Nghe có vẻ tuyệt vời phải không, nhưng điều này không phải là mục đích chính!

Bảo vệ giảm điện áp là một khái niệm được các nhà phân phối điện sử dụng để giảm sự căng thẳng và mất điện trên lưới bằng cách giảm điện áp lưới. Các nhà máy có nhiều động cơ 3 pha kiểu cũ và đèn huỳnh quang kiểu cũ cũng sẽ tiết kiệm bằng cách lắp đặt bộ điều chỉnh điện áp. Tuy nhiên, hầu hết các thiết bị gia dụng hiện đại sẽ tiết kiệm rất ít hoặc thậm chí là không có tiết kiệm từ việc giảm điện áp của bạn.

Giảm thiểu điện áp trong gia đình của bạn có thể ngăn chặn các thiết bị cũ bị hỏng sớm và nó có thể giúp bạn tiết kiệm một chút cho hóa đơn tiền điện của bạn. Nhưng lý do chính bạn muốn giữ điện áp ở mức thấp là vì mục đích giữ cho biến tần của bạn luôn ở trạng thái sẵn sàng để có thể tạo ra nhiều điện mặt trời nhất có thể. Và sau cùng điều này cũng mang lại lợi ích tài chính cho bạn.

PHẦN 3: LÀM THẾ NÀO ĐỂ CÓ THỂ GIẢM THIỂU SỰ GIA TĂNG ĐIỆN ÁP MẶT TRỜI

Các công ty điện lực liên tục điều chỉnh điện áp lưới để cố gắng giữ cho nó trong giới hạn yêu cầu. Nhưng điện áp lưới cao không phải là vấn đề có thể giải quyết dễ dàng như vậy. Trong thực tế đã chỉ ra rằng các nhà máy điện không thể luôn luôn duy trì điện áp dưới mức tối đa. Điều này nghĩa là các thợ điện phải đảm bảo điện áp mặt trời tăng của bạn không được vượt quá 2.5% (5V). Có nhiều phương pháp khác nhau mà chúng ta có thể sử dụng để làm giảm sự gia tăng điện áp mặt trời.

1. Sử dụng biến tần 3 pha

Một giải pháp là cài đặt biến tần 3 pha. Một biến tần 3 pha sẽ phân chia dòng điện trên 3 cáp khác nhau. Thay vì 21 ampe được đưa vào lưới thông qua một cáp, ta sẽ có 7 ampe chảy vào lưới thông qua 3 cáp. Định luật ôm đã chỉ cho chúng ta thấy nếu chúng ta hạ thấp cường độ dòng điện, thì điện áp cũng sẽ hạ theo tỷ lệ thuận.

Nếu bạn đã có 3 pha tại nhà, chúng tôi khuyên bạn nên chi thêm một chút cho biến tần năng lượng mặt trời 3 pha. Nếu bạn đang xây dựng một ngôi nhà mới, sẽ không tốn quá nhiều tiền để cài đặt 3 pha trong quá trình xây dưng. Ngoài ra, cài đặt 3 pha cũng sẽ cho phép bạn có thể thiết lập một hệ thống điện mặt trời lớn hơn nhiều.

2. Tăng kích cỡ cáp điện của bạn

Một biến tần 5kW tạo ra tối đa 21 ampe. Bất kỳ thợ điện nào cũng có thể sẽ nói với bạn rằng cáp 2.5mm2 là đủ lớn cho dòng điện 21 ampe. Nhưng sau khi thực hiện các tính toán tăng áp điện mặt trời, hầu hết họ sẽ sử dụng cáp có kích cỡ tối thiểu là 4mm2 để giữ cho sự tăng điện áp của bạn dưới 2.5%.

Điện áp là gì? Tăng áp điện mặt trời, tại sao bạn nên quan tâm? 4

3. Bố trí biến tần điện mặt trời gần với bảng chuyển mạch

Để giảm thiểu sự tăng điện áp mặt trời, chúng ta phải luôn cố gắng rút ngắn khoảng cách và tăng kích thước cáp giữa bảng chuyển mạch với biến tần. Chúng ta xem xét 2 ví dụ sau:

  • Trường hợp thứ nhất, lắp đặt một biến tần 5kW cách bảng chuyển mạch 5 mét. Thực hiện tính toán về điện áp tăng cho thấy mức tăng điện áp là 0.3% khi chúng ta sử dụng cáp 6mm2.
  • Trường hợp thứ hai, lắp đặt cùng một biến tần 5kW nhưng lần này sẽ cách xa bảng chuyển mạch 25 mét và tăng kích thước cáp lên 10mm2. Thực hiện tính toán cho ta thấy mức tăng điện áp lên đến 0.9%.

Việc bố trí biến tần của bạn cách xa bảng chuyển mạch cũng đồng nghĩa là chi phí vật liệu sẽ tăng lên, chi phí nhân công cũng tăng lên và hơn hết là mức tăng điện áp của hệ thống năng lượng mặt trời của bạn cũng gia tăng.

PHẦN KẾT LUẬN

Sự tăng áp điện mặt trời là một vấn đề được tạo ra bởi năng lượng mặt trời và chúng ta cần phải chủ động giải quyết. Mối quan hệ giữa cường độ dòng điện, điện trở và điện áp có nghĩa là nếu bạn sử dụng một dây cáp kích thước nhỏ kết nối giữa biến tần và lưới điện sẽ dễ gặp vấn đề tăng điện áp mặt trời. Mặc dù điện áp cao có thể gây ra nhiều vấn đề khác nhau, nhưng vấn đề lớn nhất là nó khiến bộ biến tần của bạn quá tải và tự động tắt để bảo vệ thiết bị, do đó sẽ ngưng sản xuất điện mặt trời làm ảnh hưởng trực tiếp đến tài chính của bạn. Có những cách thực tế để chóng lại vấn đề tăng áp là sử dụng biến tần 3 pha, sử dụng cáp lớn hơn và cài đặt biến tần gần với bảng chuyển mạch hơn.

Tất nhiên để có thể thực hiện tất cả những việc này, có thể bạn sẽ cần đến những chuyên viên tư vấn của GivaSolar.com.vn