MPPT là gì? – Tối ưu hiệu quả của hệ thống pin năng lượng mặt trời

MPPT là gì?

MPPT (viết tắt của cụm từ Maximum Power Point Tracker) hay bộ theo dõi điểm công suất tối đa , chúng được tích hợp trong hầu hết các loại inverter năng lượng mặt trời hiện đại ngày nay và các bộ điều khiển sạc năng lượng mặt trời (cho các hệ thống độc lập). Chức năng của nó là tối đa hóa lượng điện năng tạo ra từ các tấm pin năng lượng mặt trời trong qua trình vận hành xuyên suốt cả ngày.

Vậy ý nghĩa của việc “tối ưu hóa” là gì?

Pin năng lượng mặt trời là thiết bị cố định, nó không có các chức năng điều chỉnh thông minh. Hầu hết các tấm pin năng lượng mặt trời được tạo ra với một mức điện áp định danh là 12V, nhưng trên thực tế nó sẽ đưa ra điện áp dao động từ 16 đến 18V. Khi sạc, phần lớn các loại ắc quy đòi hỏi điện áp khoảng 13.2 đến 14.4V để sạc đầy – do đó có sự khác biệt điện áp với hầu hết các loại pin mặt trời hiện nay. Vậy ý nghĩa của việc “tối ưu hóa” là đưa điện áp của dòng điện sản xuất từ tấm pin về mức điện áp phù hợp với inverter hòa lưới hoặc bình lưu trữ điện năng lượng mặt trời.

Các hệ thống điện năng lượng mặt trời đang trở nên ngày càng phổ biến hơn khi mà giá các tấm pin liên tục giảm mạnh qua các năm và đồng thời là giá điện lưới tăng cao. Do đó, việc tối ưu sản lượng đầu ra của hệ thống của được rất nhiều chủ nhà đặc biệt quan tâm, bởi thời đại 4.0 hiện nay là “tấc điện tấc vàng”.

Tại sao inverter MPPT lại cần thiết với hệ thống năng lượng mặt trời?

Tấm pin năng lượng mặt trời là nguồn cung cấp dòng điện một chiều (DC) và có trở kháng bên trong liên tục biến thiên trong suốt thời gian một ngày, sự biến thiên này phụ thuộc vào mức độ bức xạ mặt trời “đập” vào bề mặt của các tấm pin và nhiệt độ của tế bào quang điện.

Một inverter năng lượng mặt trời không có tích hợp mạch MPPT sẽ không tối ưu được các điều kiện hoạt động tốt nhất cho cả pin năng lượng mặt trời lẫn biến tần, điều này đồng nghĩa hệ thống vận hành sẽ không được tối ưu mọi lúc khi các yếu tố tự nhiên liên tục thay đổi hàng giờ trong ngày. Trái lại, sự xuất hiện của mạch MPPT sẽ liên tục theo dõi điện áp và dòng điện của mảng các tấm pin mặt trời, nó sẽ cố gắng để kiểm soát/điều khiển để biến tần và chuỗi các tấm pin luôn hoạt động ở điểm công suất tối đa, từ đó giúp tối ưu hóa sản lượng điện năng mà hệ thống có thể tạo ra.

Hiện có 2 công nghệ MPPT được sử dụng để tích hợp vào biến tần hòa lưới phổ biến là MPPT đơn và MPPT kép. Hãy cùng Givasolar.com.vn tìm hiểu và so sánh 2 công nghệ này nhé!

So sánh giữa MPPT đơn (single) và MPPT kép (dual)

Nói một cách dễ hiểu, hầu hết các hệ thống điện mặt trời được lắp đặt 2 chuỗi tấm pin trở lên thì MPPT kép sẽ tốt hơn MPPT đơn.

MPPT đơn MPPT kép
Cho phép kết nối các mảng pin với các góc phương vị khác nhau Không (Có thể nhưng kém hiệu quả)
Cho phép kết nối các mảng pin với các góc nghiêng khác nhau Không (Có thể nhưng kém hiệu quả)
Cho phép kết nối các chuỗi pin với độ dài chuỗi khác nhau Không (Có thể nhưng kém hiệu quả)
Cho phép kết nối các chuỗi tấm pin khác loại Không (Có thể nhưng kém hiệu quả)
Cho phép kết nối nhiều hơn 2 chuỗi tấm pin mà không cần bộ kết nối tổ hợp Không thể (vì vi phạm tiêu chuẩn)
Cung cấp mức độ giám sát chi tiết Không

Sau khi tham khảo bảng so sánh tóm tắt ở trên chắc hẳn bạn cũng dễ dàng thấy được, biến tần MPPT kép cho phép người lắp đặt hệ thống điện mặt trời có thể linh hoạt hơn rất nhiều trong việc thiết kế, tiết kiệm chi phí và đạt được sản lượng điện năng cao hơn.

Việc kết nối 2 chuỗi các tấm pin khác nhau về góc phương vị/góc nghiêng/độ dài chuỗi/kiểu tấm pin với inverter MPPT đơn có thể sẽ không mang lại hiệu quả cao, thậm chí có thể vi phạm các tiêu chuẩn của ngành dẫn đến hệ thống vận hành không an toàn.

Thêm nữa, nếu trường hợp các chuỗi tấm pin được lắp đặt cùng hướng và góc thì inverter MPPT kép vẫn là một lựa chọn tốt hơn. Giả sử Givasolar.com.vn lắp đặt một hệ thống điện mặt trời áp mái với 4 chuỗi (mỗi chuỗi có 4 tấm pin mặt trời JinkoSolar) được xếp cùng hướng và góc. Chẳng may một số tấm pin bị bám bẩn hoặc bị bóng râm tác động thì phần còn lại sẽ bị ảnh hưởng nhiều hơn nếu ta sử dụng biến tần MPPT đơn. Ngược lại, với MPPT kép tỷ lệ tổn thất này sẽ được giảm thiểu, do đó cho ra tổng điện năng cao hơn.

Việc chia đều 4 chuỗi ra cho 2 kênh của MPPT kép sẽ cải thiện hiệu quả sản xuất của hệ thống, bởi vì nếu một chuỗi bị bám bẩn/đỗ bóng/hư hỏng gây tổn thất thuộc kênh này sẽ không làm ảnh hưởng đến hiệu suất của kênh còn lại.

Trước lúc công nghệ MPPT kép ra đời, việc phải lắp pin mặt trời trên 2 hướng và góc nghiêng khác nhau được các kỹ thuật viên xem là “ca khó” mỗi khi gặp phải trường hợp này. Điều này làm tăng chi phí vật liệu cũng như chi phí nhân công cho việc lắp đặt. MPPT kép xuất hiện giúp các kỹ thuật viên cài đặt hệ thống dễ dàng hơn, chủ đầu tư tiết kiệm chi phí lắp điện mặt trời hơn.

Điều khiển sạc năng lượng mặt trời MPPT là gì?

Bộ điều khiển sạc năng lượng mặt trời MPPT nhìn vào đầu ra của các tấm pin và so sánh nó với điện áp của bình ắc quy năng lượng mặt trời. Sau đó, nó tìm ra công suất tốt nhất mà tấm pin năng lượng mặt trời có thể đưa ra để sạc pin. Nó lấy cái này và chuyển đổi thành điện áp tốt nhất để sạc vào bình acquy. Hầu hết các loại điều khiển sạc năng lượng mặt trời MPPT hiện đại có hiệu suất khoảng 93 – 97% trong quá trình chuyển đổi. Nó giúp hệ thống điện năng lượng mặt trời của bạn tăng sản lượng từ 20 – 45% vào mùa đông và 10 – 15% vào mùa hè. Lợi ích thực tế của nó sẽ càng lớn nếu sự thay đổi thời tiết, nhiệt độ, trạng thái sạc…càng lớn.

Đây là thiết bị theo dõi điểm công suất tối đa, hay nói đơn giản là thiết bị tối ưu hóa sản lượng điện mặt trời. Giả sử pin lưu trữ của bạn là loại yếu, chỉ có điện áp ở mức 12V. Một bộ điều khiển sạc pin năng lượng mặt trời MPPT sẽ tiếp nhận dòng điện 17.6V/7.4A từ các tấm pin và chuyển đổi xuống mức 12V/10.8A để phù hợp với pin lưu trữ. Điều này giúp việc sản xuất của các tấm pin mặt trời và việc lưu trữ điện năng của ắc quy luôn ở trạng thái tốt nhất.

Thực tế, đầu ra của điều khiển sạc MPPT còn có thể thay đổi liên tục nhằm điều chỉnh để có được mức ampe tối đa lưu trữ vào ắc quy điện mặt trời.

Bạn có thể dễ dàng thấy được hiệu quả rõ rệt nhất của MPPT trong các điều kiện sau:

  • Thời tiết lạnh – các tấm pin mặt trời hoạt động tốt hơn ở nhiệt độ lạnh, nhưng nếu không có MPPT, bạn sẽ mất phần lớn số năng lượng đó. Mùa đông thường có thời tiết rất lạnh – thời điểm đó cũng là lúc lượng ánh nắng mặt trời giảm, do đó bạn cần MPPT để hệ thống vận hành hiệu quả hơn cho phép pin sạc được đầy.
  • Sạc pin yếu – trạng thái sạc trong pin của bạn càng thấp, càng cần thiết phải nhờ đến MPPT.
  • Đi dây điện dài – Nếu bạn đang sạc pin 12V và các tấm pin năng lượng mặt trời của bạn cách xa đến 100 feet, việc giảm điện áp và tổn thất năng lượng là rất đáng kể, trừ khi bạn sử dụng loại dây có bán kính rất lớn (đắt tiền). Nhưng nếu bạn có 4 tấm pin 12V được bắt nối tiếp thành 48V, thì tổn thất điện năng sẽ ít hơn nhiều và thêm vào đó là sự hỗ trợ của bộ điều khiển sạc sẽ giúp chuyển đổi điện áp cao đó thành 12V phù hợp để sạc pin. Sự kết hợp này sẽ cực kỳ hiệu quả nếu bạn phải đi dây điện dài.