Điện mặt trời giúp tạo ra nguồn điện từ ánh nắng. Tuy nhiên, một hệ thống điện mặt trời không chỉ có tấm pin và inverter.

Hệ thống còn có dây dẫn DC, dây AC, thiết bị đóng cắt, tiếp địa và nhiều thành phần điện khác. Trong quá trình vận hành, các bộ phận này có thể gặp những vấn đề như quá dòng, ngắn mạch, quá áp hoặc xung điện do sét.

Vì vậy, thiết bị bảo vệ là một phần quan trọng trong thiết kế hệ thống điện mặt trời. Mục đích là giúp kiểm soát sự cố và hạn chế ảnh hưởng đến thiết bị, dây dẫn cũng như người sử dụng.

1. Hệ thống điện mặt trời có thể gặp những rủi ro nào?

1. Quá dòng và ngắn mạch

Dòng điện chạy trong hệ thống phải nằm trong giới hạn phù hợp với thiết bị và dây dẫn.

Khi xảy ra sự cố, dòng điện có thể tăng bất thường. Nếu không được kiểm soát, dây dẫn có thể bị quá nhiệt. Một số tình huống còn có thể làm phát sinh nguy cơ cháy hoặc hư hỏng thiết bị.

Đó là lý do hệ thống cần các thiết bị bảo vệ quá dòng phù hợp với từng mạch điện.

2. Quá áp và xung điện

Hệ thống điện mặt trời thường được lắp đặt ngoài trời. Vì vậy, hệ thống có thể chịu tác động từ mưa, giông và sét.

Xung điện do sét hoặc các hiện tượng quá áp có thể truyền vào hệ thống thông qua đường dây.

Thiết bị chống sét lan truyền, thường gọi là SPD, được sử dụng để hạn chế ảnh hưởng của các xung điện áp này.

3. Dây dẫn và kết nối bị ảnh hưởng

Dây dẫn là một phần rất quan trọng nhưng đôi khi lại dễ bị bỏ qua.

Dây đi không đúng cách, kết nối lỏng hoặc bị tác động bởi môi trường có thể làm tăng nguy cơ sự cố điện.

DOE cũng lưu ý rằng quản lý dây dẫn không phù hợp có thể dẫn đến lỗi điện và ảnh hưởng đến hiệu suất hệ thống.

2. Thiết bị bảo vệ trong hệ thống điện mặt trời có tác dụng gì?

Có thể hiểu đơn giản, thiết bị bảo vệ tạo ra một lớp an toàn cho hệ thống.

Khi xuất hiện điều kiện bất thường, thiết bị bảo vệ có thể giúp:

• Hạn chế dòng điện sự cố.
• Hạn chế ảnh hưởng của điện áp xung.
• Cô lập khu vực xảy ra sự cố.
• Bảo vệ dây dẫn và thiết bị điện.
• Hỗ trợ quá trình kiểm tra và bảo trì.
• Giảm nguy cơ sự cố ảnh hưởng đến các phần khác của hệ thống.

Trong các hệ thống điện nói chung, thiết bị bảo vệ như cầu chì, máy cắt và rơ-le được sử dụng để phát hiện hoặc xử lý điều kiện điện không an toàn.

3. Những thiết bị bảo vệ thường gặp

1.3 Bảo vệ quá dòng

Bảo vệ quá dòng thường được thực hiện bằng cầu chì hoặc thiết bị đóng cắt phù hợp.

Ở phía DC của hệ thống điện mặt trời, thiết bị bảo vệ phải phù hợp với đặc tính của mạch PV.

Không nên lựa chọn thiết bị chỉ dựa vào dòng điện định mức. Điện áp, khả năng cắt và đặc điểm của mạch cũng cần được xem xét.

2.3 SPD chống quá áp

SPD là thiết bị chống quá áp lan truyền.

Thiết bị này giúp hạn chế các xung điện áp có thể xuất hiện trong hệ thống.

Tùy thiết kế, SPD có thể được bố trí ở phía DC, phía AC hoặc cả hai.

Việc lựa chọn SPD cần dựa trên đặc điểm thực tế của hệ thống. Không phải hệ thống nào cũng sử dụng cùng một cấu hình bảo vệ.

3.3 Thiết bị đóng cắt và cô lập

Thiết bị đóng cắt giúp ngắt hoặc cô lập một phần của hệ thống khi cần.

Điều này đặc biệt quan trọng khi:

• Kiểm tra hệ thống.
• Bảo trì thiết bị.
• Xử lý sự cố.
• Thực hiện công việc sửa chữa.

Một hệ thống PV cần được thiết kế để có phương án cô lập phù hợp với cấu hình thực tế.

4.3 Tiếp địa và liên kết đẳng thế

Tiếp địa là một phần quan trọng của an toàn điện.

Hệ thống tiếp địa giúp tạo đường dẫn phù hợp cho dòng sự cố. Đồng thời, nó hỗ trợ các thiết bị bảo vệ thực hiện đúng chức năng.

Việc tiếp địa không nên chỉ được hiểu đơn giản là “đóng cọc tiếp địa”. Cần xem xét tổng thể các bộ phận kim loại, dây dẫn bảo vệ và cách liên kết giữa các thành phần.

DOE cũng lưu ý rằng việc tiếp địa và liên kết không phù hợp có thể ảnh hưởng đến khả năng dẫn dòng sự cố của hệ thống.

4. Có phải lắp càng nhiều thiết bị bảo vệ thì càng an toàn?

Không nhất thiết.

Điều quan trọng là thiết bị phải phù hợp với hệ thống.

Ví dụ, một thiết bị bảo vệ có thông số không phù hợp với điện áp hoặc dòng điện của hệ thống có thể không mang lại hiệu quả như mong muốn.

Tương tự, việc lắp quá nhiều thiết bị nhưng không có sự phối hợp hợp lý cũng không đồng nghĩa với việc hệ thống được bảo vệ tốt hơn.

Vì vậy, nguyên tắc quan trọng là:

Thiết kế bảo vệ đúng quan trọng hơn việc lắp thật nhiều thiết bị bảo vệ.

5.Những yếu tố nào cần xem xét khi thiết kế bảo vệ?

Không có một cấu hình bảo vệ chung cho tất cả hệ thống điện mặt trời.

Khi thiết kế, cần xem xét:

• Công suất hệ thống.
• Điện áp DC.
• Dòng điện DC.
• Số lượng chuỗi pin.
• Cấu hình MPPT.
• Loại inverter.
• Điện áp AC.
• Chiều dài dây dẫn.
• Vị trí lắp đặt.
• Điều kiện thời tiết.
• Nguy cơ sét.
• Hệ thống tiếp địa.
• Đặc điểm của công trình.

Ngoài các yếu tố điện, điều kiện môi trường cũng cần được tính đến. DOE khuyến nghị thiết kế PV cần xem xét các rủi ro thời tiết tại vị trí lắp đặt để giảm nguy cơ hư hỏng trong quá trình sử dụng.

6. Người dùng nên kiểm tra gì trong quá trình vận hành?

Không phải chỉ lắp đặt xong là hệ thống có thể bỏ qua việc kiểm tra.

Trong quá trình sử dụng, người dùng nên chú ý:

• Inverter có thường xuyên báo lỗi không?
• Thiết bị bảo vệ có dấu hiệu bất thường không?
• Dây dẫn có bị lỏng hoặc hư hỏng không?
• Tủ điện có dấu hiệu nóng bất thường không?
• Khu vực thiết bị có bị nước hoặc hơi ẩm xâm nhập không?
• Hệ thống tiếp địa có được kiểm tra định kỳ không?
• SPD có cảnh báo cần thay thế không?

Nếu inverter liên tục ngắt hoặc báo lỗi, không nên chỉ tắt rồi bật lại nhiều lần.

DOE khuyến nghị thực hiện kiểm tra điện khi inverter thường xuyên ngắt để tìm nguyên nhân, thay vì chỉ khởi động lại hệ thống.

7. Thiết bị bảo vệ có thực sự cần thiết không?

Câu trả lời là có.

Một hệ thống điện mặt trời hoạt động ổn định không có nghĩa là hệ thống sẽ không bao giờ gặp sự cố.

Các vấn đề như quá dòng, ngắn mạch, quá áp, xung điện hoặc lỗi dây dẫn có thể xảy ra trong quá trình vận hành.

Thiết bị bảo vệ giúp hệ thống có phương án xử lý khi những tình huống này xuất hiện.

Quan trọng hơn, bảo vệ không nên được xem là phần bổ sung sau cùng. Nó cần được tính đến ngay từ khâu thiết kế, lựa chọn thiết bị và lắp đặt.

Kết luận

Một hệ thống điện mặt trời an toàn không chỉ phụ thuộc vào tấm pin hay inverter.

Thiết bị bảo vệ, dây dẫn, tiếp địa, thiết bị đóng cắt và cách thiết kế hệ thống đều đóng vai trò quan trọng.

Thay vì chỉ quan tâm đến công suất phát điện, người sử dụng cũng nên tìm hiểu hệ thống sẽ xử lý như thế nào khi xảy ra sự cố.

Bởi một hệ thống tốt không chỉ cần tạo ra điện, mà còn cần vận hành an toàn và có khả năng kiểm soát rủi ro.