Một Hộp kết hợp PV là một vỏ tủ điện dùng để tập hợp nhiều mạch chuỗi pin mặt trời trước khi đi vào bộ biến tần (inverter) hoặc bộ điều khiển sạc. Trong một hệ thống điện mặt trời điển hình, mỗi chuỗi tạo ra nguồn điện DC. Tủ đấu nối sẽ thu thập đầu ra của các chuỗi này, cung cấp các chức năng bảo vệ và đóng cắt, sau đó truyền một hoặc nhiều mạch đầu ra đã được kết hợp đến các thiết bị phía sau.
Để biết các tùy chọn cụ thể cho dự án, vui lòng xem Các giải pháp tủ đấu nối điện mặt trời VIOX. Hướng dẫn này giải thích cách thức hoạt động của tủ đấu nối PV, các linh kiện bên trong, cách bố trí đấu nối thông thường và cách chọn cấu hình phù hợp cho các dự án điện mặt trời dân dụng, thương mại và quy mô công nghiệp.
Điểm quan trọng cần lưu ý là tủ đấu nối không chỉ đơn thuần là một hộp đấu dây. Trong hệ thống PV nhiều chuỗi, nó thường trở thành điểm bảo vệ đầu tiên chống lại dòng ngược, năng lượng xung sét, cách ly bảo trì, giám sát và tổ chức đấu nối tại hiện trường. Một tủ đấu nối được chọn không phù hợp có thể gây ra tình trạng quá nhiệt, lỗi giả, hỏng thiết bị chống sét lan truyền (SPD) hoặc các điều kiện cách ly DC không an toàn. Một tủ đấu nối được chọn đúng cách sẽ giúp việc đấu nối, kiểm tra, bảo vệ và bảo trì hệ thống pin mặt trời trở nên dễ dàng hơn.
Nếu bạn chỉ cần định nghĩa cơ bản, hãy bắt đầu với Tủ đấu nối điện mặt trời (PV Combiner Box) là gì?. Nếu câu hỏi của bạn chủ yếu về chức năng, hãy xem Hộp kết hợp năng lượng mặt trời có chức năng gì?. Trang này là hướng dẫn kỹ thuật đầy đủ.
Câu trả lời nhanh: Tủ đấu nối điện mặt trời (PV Combiner Box) có tác dụng gì?
Tủ đấu nối điện mặt trời thực hiện năm nhiệm vụ chính:
- Kết hợp nhiều chuỗi quang điện (PV strings) thành một hoặc nhiều mạch đầu ra.
- Bảo vệ các chuỗi riêng lẻ bằng cách sử dụng cầu chì hoặc bộ ngắt mạch DC (DC circuit breakers) ở những nơi cần bảo vệ quá dòng.
- Giới hạn điện áp đột biến sử dụng thiết bị chống sét lan truyền (SPD) DC.
- Cung cấp khả năng cách ly hoặc ngắt kết nối thông qua bộ cách ly DC hoặc công tắc cách ly.
- Đơn giản hóa việc đi dây, kiểm tra, bảo trì và giám sát bằng cách tập trung các kết nối chuỗi vào một tủ điện dễ tiếp cận.
Trong các hệ thống nhỏ chỉ có một hoặc hai chuỗi, hộp đấu nối (combiner box) riêng biệt có thể không cần thiết vì bộ biến tần (inverter) có thể đã cung cấp đủ các kênh đầu vào và bảo vệ. Trong các hệ thống thương mại và quy mô công nghiệp với nhiều chuỗi song song, hộp đấu nối thường là thiết bị thiết yếu.
Tổng quan về Hộp đấu nối điện mặt trời (PV Combiner Box)
| Tiêu chí lựa chọn | Cần kiểm tra gì | Tại sao nó quan trọng |
|---|---|---|
| Số lượng chuỗi | 2, 4, 6, 8, 12, 16, 24 hoặc các đầu vào tùy chỉnh | Xác định các đầu cực đầu vào, đế cầu chì, kênh giám sát và kích thước vỏ tủ |
| Điện áp hệ thống | 600 VDC, 1000 VDC, 1500 VDC hoặc định mức theo dự án cụ thể | Phải vượt quá điện áp hở mạch tối đa của chuỗi đã hiệu chỉnh theo nhiệt độ thấp |
| Dòng điện chuỗi | Dòng ngắn mạch (Isc) của mô-đun, định mức cầu chì, khả năng mang dòng của dây dẫn | Xác định kích thước cầu chì, aptomat, đầu cực và thanh cái |
| Thiết bị bảo vệ | Cầu chì gPV, aptomat DC (DC breaker), hoặc thiết bị bảo vệ quá dòng (OCPD) theo dự án | Bảo vệ các chuỗi pin và dây dẫn khỏi sự cố dòng điện ngược |
| Bảo vệ chống sét lan truyền | Cấp điện áp và chế độ đấu nối của thiết bị chống sét lan truyền DC (DC SPD) | Bảo vệ đầu vào bộ biến tần (inverter) và thiết bị DC khỏi quá áp đột biến |
| Sự cách ly | Bộ cách ly DC hoặc công tắc cách ly | Cho phép bảo trì an toàn hơn và ngắt kết nối toàn bộ tủ điện |
| Cấp bảo vệ của vỏ tủ (Enclosure rating) | IP65/IP66, NEMA 3R/4/4X, khả năng chống tia UV và chống ăn mòn | Xác định mức độ phù hợp cho môi trường ngoài trời, trên mái nhà, ven biển hoặc các công trình tiện ích |
| Giám sát | Tùy chọn giám sát dòng điện chuỗi, mô-đun truyền thông | Hỗ trợ xác định các chuỗi bị lỗi, hiện tượng che khuất, hoạt động của cầu chì và tổn thất hiệu suất |
Tủ đấu nối điện mặt trời (PV Combiner Box) là gì?
Tủ đấu nối điện mặt trời (PV combiner box) là một cụm thiết bị điện phía DC được sử dụng để kết hợp đầu ra của nhiều chuỗi quang điện. Mỗi chuỗi thường bao gồm một số mô-đun năng lượng mặt trời được kết nối nối tiếp. Khi nhiều chuỗi được kết nối song song, các đầu ra sẽ được đưa vào tủ đấu nối để tập hợp và dẫn đến bộ biến tần (inverter), bộ điều khiển sạc hoặc thiết bị chuyển đổi nguồn DC.
Ở mức độ cơ bản nhất, một tủ đấu nối bao gồm:
- Các đầu cực đầu vào cho các chuỗi PV
- Thiết bị bảo vệ quá dòng cho mỗi chuỗi khi cần thiết
- các thanh cái hoặc khối phân phối dương và âm
- chống sét lan truyền
- kết nối tiếp địa hoặc PE
- một hoặc nhiều đầu cực đầu ra
- vỏ tủ phù hợp với môi trường lắp đặt
Trong các hệ thống lớn hơn, hộp đấu nối (combiner box) có thể bao gồm giám sát dòng điện cấp chuỗi, bộ cách ly DC, chỉ báo trạng thái, cổng giao tiếp hoặc tiếp điểm cảnh báo từ xa.
Hộp đấu nối thường được lắp đặt gần dàn pin năng lượng mặt trời để giảm bớt việc đi dây song song dài. Thay vì dẫn mười hai mạch chuỗi riêng biệt về tận bộ biến tần (inverter), người lắp đặt có thể đưa chúng vào một vỏ tủ tại hiện trường và dẫn một cặp dây đầu ra có kích thước phù hợp về phía hạ nguồn.
Hộp kết hợp năng lượng mặt trời có chức năng gì?
Chức năng của hộp đấu nối năng lượng mặt trời mang tính thực tiễn hơn là trang trí: nó tổ chức và bảo vệ quá trình chuyển đổi từ nhiều chuỗi PV sang ít mạch đầu ra hơn.
1. Kết hợp nhiều chuỗi PV
Mỗi chuỗi PV đều tạo ra dòng điện một chiều (DC). Trong hệ thống nhiều chuỗi, các đầu ra này phải được đấu song song trước khi đi vào bộ biến tần (inverter) hoặc bộ điều khiển sạc. Tủ đấu nối (combiner box) cung cấp một điểm kết nối tập trung, có kiểm soát và dễ dàng tiếp cận để thực hiện việc đấu song song này.
Nếu không có tủ đấu nối, người lắp đặt sẽ phải thực hiện kết nối song song ở những vị trí khác bằng cách sử dụng các đầu nối riêng biệt, hộp đấu nối hoặc các đầu vào của bộ biến tần. Cách này có thể hiệu quả với các hệ thống nhỏ, nhưng sẽ trở nên khó khăn trong việc kiểm tra và bảo vệ khi số lượng chuỗi tăng lên.
2. Cung cấp khả năng bảo vệ quá dòng ở cấp độ chuỗi
Khi các chuỗi được kết nối song song, một chuỗi bị lỗi có thể nhận dòng điện ngược từ các chuỗi đang hoạt động bình thường. Dây dẫn bị lỗi và hệ thống dây điện của mô-đun có thể không được thiết kế để chịu được tổng dòng điện từ tất cả các chuỗi khác cộng lại. Cầu chì chuỗi hoặc bộ ngắt mạch DC (DC breaker) được sử dụng để ngắt đường dẫn dòng điện ngược đó trước khi dây dẫn hoặc mạch mô-đun bị hư hỏng.
Một kiểm tra kỹ thuật phổ biến là:
Mức chịu đựng dòng điện ngược = (số lượng chuỗi song song - 1) × dòng ngắn mạch (Isc) của chuỗiNếu giá trị đó có thể vượt quá định mức cầu chì nối tiếp tối đa của mô-đun, khả năng chịu tải của dây dẫn hoặc giới hạn tiêu chuẩn của dự án, thì cần phải có thiết bị bảo vệ quá dòng ở cấp độ chuỗi. Yêu cầu chính xác phụ thuộc vào dữ liệu mô-đun, quy chuẩn địa phương, phương pháp nối đất, thiết kế đầu vào của bộ biến tần và tiêu chuẩn của dự án.
3. Bổ sung khả năng chống sét lan truyền gần giàn pin mặt trời
Các dàn pin năng lượng mặt trời là các cấu trúc lắp đặt ngoài trời. Các đường cáp DC dài, khung giá đỡ kim loại, hoạt động sét đánh gần đó và các sự kiện đóng cắt có thể gây ra quá áp tức thời vào phía DC của hệ thống. Thiết bị chống sét lan truyền (SPD) DC bên trong tủ gom (combiner box) giúp giới hạn điện áp đó trước khi nó truyền đến bộ biến tần (inverter).
Đối với hệ thống năng lượng mặt trời, SPD phải được lựa chọn phù hợp với kiến trúc điện áp DC và đặc thù của PV. Không nên chỉ chọn SPD dựa trên định mức kA. Các thông số như Ucpv hoặc Uc, Up, In, Imax, chế độ kết nối và bảo vệ dự phòng đều rất quan trọng. Để biết thêm các nguyên lý cơ bản về SPD, hãy xem Thiết bị bảo vệ chống xung sét là gì? và của VIOX Hướng dẫn về Thiết bị chống sét lan truyền DC.
4. Cung cấp khả năng cách ly để bảo trì
Nhiều tủ gom bao gồm một bộ cách ly DC hoặc công tắc ngắt kết nối ở phía đầu ra. Điều này cung cấp cho kỹ thuật viên một điểm ngắt kết nối rõ ràng trước khi thực hiện công việc trên mạch đầu ra của tủ gom, đầu vào bộ biến tần hoặc hệ thống cáp DC phía sau.
Bộ cách ly không phải là thiết bị giống như cầu chì chuỗi hoặc aptomat DC (DC circuit breaker). Cầu chì và aptomat xử lý bảo vệ quá dòng. Bộ cách ly cung cấp khả năng đóng cắt chủ động và cách ly để bảo trì. Để so sánh chi tiết hơn, hãy xem Bộ cách ly DC so với Bộ ngắt mạch DC trong Hộp kết hợp năng lượng mặt trời.
5. Đơn giản hóa việc kiểm tra và xử lý sự cố
Khi tất cả các đầu vào chuỗi tập trung tại một tủ điện, kỹ thuật viên có thể đo điện áp chuỗi, so sánh dòng điện chuỗi, kiểm tra trạng thái cầu chì, kiểm tra chỉ báo SPD, xác minh lực siết và khắc phục sự cố các chuỗi hoạt động kém hiệu quả một cách hiệu quả hơn.
Đối với các hệ thống thương mại, khả năng bảo trì này thường quan trọng ngang với việc giảm thiểu dây dẫn ban đầu. Một tủ đấu nối (combiner box) dễ mở, dễ dán nhãn, dễ kiểm tra và cách ly sẽ giúp tiết kiệm thời gian trong suốt vòng đời của nhà máy điện mặt trời.
Các thành phần chính bên trong tủ đấu nối điện mặt trời (PV Combiner Box)
| Thành phần | Chức năng | Lưu ý khi lựa chọn |
|---|---|---|
| Các đầu cực đầu vào chuỗi | Tiếp nhận các dây dẫn cực dương và cực âm từ mỗi chuỗi PV | Phải phù hợp với kích thước dây dẫn, loại cách điện, phương pháp đấu nối và yêu cầu về lực siết |
| Cầu chì hoặc đế cầu chì cho hệ thống điện mặt trời (PV) | Ngắt các lỗi dòng điện ngược trên từng chuỗi tấm pin riêng biệt | Sử dụng cầu chì chuyên dụng cho điện mặt trời như loại gPV khi cần thiết; chọn định mức cầu chì phù hợp với thông số của tấm pin và dây dẫn |
| bộ ngắt mạch DC | Giải pháp thay thế bằng thiết bị bảo vệ chuỗi hoặc bảo vệ đầu ra có khả năng tự phục hồi | Phải có định mức DC phù hợp với điện áp hệ thống, dòng điện, cực tính và khả năng cắt |
| Thiết bị chống sét lan truyền DC | Giới hạn quá điện áp tức thời giữa các dây dẫn DC và dây tiếp địa (PE/earth) | Chọn thiết bị chống sét lan truyền (SPD) chuyên dụng cho PV/DC với các thông số Uc/Ucpv, Up, In, Imax và chế độ kết nối phù hợp |
| Bộ cách ly DC hoặc công tắc cách ly | Cung cấp khả năng ngắt kết nối thủ công để bảo trì | Phải được định mức cho dòng điện một chiều (DC) và phù hợp với điện áp/dòng điện thực tế |
| Các thanh cái dương và âm | Kết hợp các đầu ra chuỗi đã được bảo vệ thành các mạch đầu ra chính | Phải chịu được dòng điện đầu ra liên tục và các điều kiện nhiệt |
| Thanh trung tính/đất/PE hoặc đầu nối tiếp địa | Liên kết vỏ thiết bị và đường dẫn tiếp địa của thiết bị chống sét lan truyền (SPD) với hệ thống tiếp địa | Phải cung cấp đường dẫn tiếp địa có trở kháng thấp và chống ăn mòn |
| Đầu ra | Kết nối đầu ra DC tổng hợp với bộ biến tần hoặc bộ điều khiển sạc | Phải phù hợp với kích thước cáp, định mức dòng điện và phương pháp đi dây tại hiện trường |
| Mô-đun giám sát | Đo dòng điện chuỗi, điện áp, nhiệt độ hoặc trạng thái thiết bị | Hữu ích cho các dự án quy mô tiện ích, thương mại và vận hành bảo trì từ xa |
| Thân vỏ tủ điện | Bảo vệ các linh kiện bên trong khỏi thời tiết, tia UV, bụi, va đập và ăn mòn | Chọn cấp bảo vệ IP/NEMA và vật liệu dựa trên môi trường tại công trường |
| Ốc siết cáp hoặc đầu nối | Làm kín các cáp đầu vào và đầu ra | Phải duy trì cấp bảo vệ của vỏ tủ và phù hợp với đường kính cáp |
Chất lượng của các linh kiện này rất quan trọng. Trong các hệ thống điện mặt trời DC, các điểm đấu nối yếu, lớp mạ thanh cái kém chất lượng, đế cầu chì không phù hợp, thiết bị chống sét lan truyền (SPD) không đủ công suất và ốc siết cáp loại thấp cấp thường trở thành các điểm gây lỗi thực tế.
Tổng quan sơ đồ đấu nối
Đường đi dây điển hình của một tủ gom điện mặt trời DC như sau:
Chuỗi pin 1 (+/-) -> cầu chì chuỗi hoặc aptomat -> thanh cái dương/âmCách đấu nối chính xác phụ thuộc vào phương pháp tiếp địa, thiết kế biến tần, quy chuẩn địa phương và việc tủ gom bảo vệ một hay cả hai cực. Một số thiết kế chỉ lắp cầu chì cho dây không nối đất. Các hệ thống không nối đất hoặc không dùng biến áp có thể yêu cầu các phương án bảo vệ và đóng cắt khác nhau tùy theo thị trường và nhà sản xuất biến tần.
Các nguyên tắc đấu nối quan trọng
- Giữ rõ cực tính. Không được đảo ngược các dây dẫn chuỗi dương và âm. Đảo ngược cực tính có thể làm hỏng thiết bị chống sét lan truyền (SPD), mô-đun giám sát hoặc đầu vào của bộ biến tần.
- Bảo vệ từng chuỗi một cách nhất quán. Nếu thiết kế yêu cầu cầu chì hoặc bộ ngắt mạch cho chuỗi, mọi chuỗi song song phải được bảo vệ theo cùng một quy tắc kỹ thuật.
- Giữ dây dẫn SPD ngắn và trực tiếp. Hệ thống dây dẫn SPD dài làm tăng điện áp dư trong quá trình xảy ra sự cố tăng áp.
- Nối đất vỏ tủ đúng cách. Vỏ tủ kim loại và các đầu nối PE phải được kết nối với hệ thống tiếp địa của dự án.
- Tuân thủ các giá trị lực siết (torque). Các đầu nối lỏng lẻo sẽ sinh nhiệt. Các đầu nối bị siết quá chặt có thể làm hỏng dây dẫn hoặc đế cầu chì.
- Dán nhãn cho từng chuỗi (string). Việc dán nhãn giúp đẩy nhanh quá trình vận hành, kiểm tra I-V, bảo trì và cô lập lỗi.
Không coi sơ đồ trên là hướng dẫn đấu nối chung. Đây chỉ là tổng quan về chức năng. Việc đấu nối cuối cùng phải tuân theo bảng dữ liệu của tủ đấu nối (combiner box), hướng dẫn sử dụng bộ biến tần (inverter), dữ liệu mô-đun và các quy chuẩn điện áp dụng.
Tính toán kích thước và số lượng chuỗi
Việc tính toán kích thước tủ đấu nối PV bắt đầu từ cấu trúc mảng pin, không phải kích thước vỏ tủ. Tủ phù hợp được xác định bởi số lượng chuỗi được đấu song song, điện áp mà các chuỗi có thể đạt tới trong thời tiết lạnh, cường độ dòng điện mà tủ phải chịu và các thiết bị bảo vệ cần thiết.
Bước 1: Đếm số lượng chuỗi PV
Tủ đấu nối (combiner box) thường được quy định với cấu hình 2 vào/1 ra, 4 vào/1 ra, 6 vào/1 ra, 8 vào/1 ra, 12 vào/1 ra, 16 vào/1 ra hoặc 24 vào/1 ra. Các dự án điện mặt trời quy mô lớn có thể sử dụng cấu hình lớn hơn hoặc tùy chỉnh.
Không nên chọn tủ có số lượng đầu vào vừa khít với số lượng chuỗi hiện tại nếu có khả năng mở rộng trong tương lai. Một vị trí đầu vào dự phòng có thể hữu ích, nhưng các lỗ chờ chưa sử dụng phải được bịt kín và đảm bảo đạt tiêu chuẩn cấp bảo vệ của vỏ tủ.
Bước 2: Tính toán điện áp chuỗi tối đa
Điện áp hở mạch của mô-đun quang điện (PV) tăng lên khi nhiệt độ giảm. Để lựa chọn điện áp, hãy sử dụng giá trị Voc tối đa của chuỗi tại nhiệt độ thấp nhất dự kiến tại địa điểm lắp đặt, không sử dụng điện áp danh định của hệ thống.
Công thức kiểm tra đơn giản là:
Voc chuỗi tối đa = Voc của mô-đun tại điều kiện STC × số lượng mô-đun nối tiếp × hệ số hiệu chỉnh nhiệt độ thấpTủ đấu nối, cầu chì, đế cầu chì, aptomat DC (DC breaker), thiết bị chống sét lan truyền (SPD), bộ cách ly, đầu nối và thanh cái đều phải được định mức cho điện áp tối đa đã hiệu chỉnh đó.
Bước 3: Tính toán dòng điện chuỗi và dòng điện đầu ra
Mỗi vị trí đầu vào phải xử lý được dòng điện của chuỗi. Mạch đầu ra kết hợp phải xử lý được tổng dòng điện của các chuỗi song song. Đối với tủ gom 12 chuỗi, dòng điện đầu ra dựa trên đóng góp dòng điện của tất cả 12 chuỗi, được điều chỉnh theo tiêu chuẩn dự án và biên độ thiết kế.
Thanh cái, các đầu cực đầu ra, thiết bị cách ly và cáp đầu ra phải được lựa chọn phù hợp với dòng điện tổng này. Việc mỗi cầu chì chuỗi được định mức chính xác là chưa đủ nếu phía đầu ra có kích thước không đạt yêu cầu.
Bước 4: Kiểm tra bảo vệ chống dòng ngược
Bảo vệ quá dòng cho chuỗi chủ yếu liên quan đến dòng ngược từ các chuỗi song song khác. Một đánh giá thiết kế thực tế nên so sánh:
(N - 1) × Iscvới:
- định mức cầu chì nối tiếp tối đa của mô-đun
- khả năng mang dòng của cáp chuỗi
- Định mức cầu chì hoặc aptomat
- Kiến trúc đầu vào của bộ biến tần (inverter)
- Quy chuẩn địa phương hoặc tiêu chuẩn dự án
Trường hợp thiết kế yêu cầu cầu chì, hãy sử dụng cầu chì và đế giữ cầu chì chuyên dụng cho điện mặt trời (PV-rated). Trường hợp thiết kế sử dụng aptomat DC, cần kiểm tra điện áp DC, dòng điện, cực tính, khả năng cắt và nhiệt độ vận hành.
Bước 5: Tính toán yếu tố nhiệt độ và môi trường
Tủ gom dây (combiner box) thường vận hành ngoài trời dưới ánh nắng trực tiếp. Nhiệt độ bên trong có thể cao hơn nhiều so với nhiệt độ môi trường. Nhiệt độ cao ảnh hưởng đến đế giữ cầu chì, aptomat, đầu nối, thiết bị chống sét lan truyền (SPD), gioăng làm kín, thiết bị điện tử giám sát và lớp cách điện của cáp.
Đối với môi trường khắc nghiệt, cần kiểm tra:
- Khả năng chống tia cực tím
- Khả năng chống ăn mòn hoặc chống phun muối
- Yêu cầu IP65/IP66 hoặc NEMA 4/4X
- Kiểm soát ngưng tụ
- Làm kín bằng ốc siết cáp (cable gland)
- Thông gió hoặc tản nhiệt
- Giảm công suất theo độ cao (altitude derating) nếu nhà sản xuất linh kiện quy định
Tủ đấu nối điện mặt trời (PV Combiner Boxes) 600V, 1000V và 1500V
Cấp điện áp là một trong những quyết định quan trọng nhất đối với tủ đấu nối. Nó ảnh hưởng đến việc lựa chọn linh kiện, nguy cơ hồ quang, khả năng tương thích với biến tần (inverter), thiết kế cáp và hiệu quả kinh tế của hệ thống.
| Cấp điện áp | Sử dụng điển hình | Lợi thế | Các lưu ý khi lựa chọn |
|---|---|---|---|
| 600 VDC | Các hệ thống cũ, nhà ở nhỏ hoặc các thiết kế thương mại đời cũ | Ứng suất điện áp thấp hơn, độ phổ biến của linh kiện cao | Ít phổ biến hơn trong các hệ thống thương mại công suất cao hiện đại; có thể yêu cầu nhiều mạch song song hơn |
| 1000 VDC | Hệ thống điện mặt trời trên mái nhà thương mại, công nghiệp và nhiều hệ thống quy mô trung bình | Sự cân bằng tốt giữa chiều dài chuỗi, tính sẵn có của linh kiện và quy mô lắp đặt | Phải tính toán điện áp hở mạch (Voc) ở điều kiện lạnh; mọi thiết bị trong tủ điện phải được định mức cho điện áp tối đa thực tế |
| 1500 VDC | Các nhà máy điện mặt trời quy mô lớn và lắp đặt trên mặt đất | Chuỗi tấm pin dài hơn, ít mạch song song hơn, dòng điện thấp hơn cho cùng một công suất, giảm tổn thất trên cáp | Năng lượng hồ quang DC cao hơn, yêu cầu định mức thiết bị nghiêm ngặt hơn, kỷ luật lắp đặt và bảo trì khắt khe hơn |
Một tủ đấu nối (combiner box) 1000 V không mặc định phù hợp cho mọi “hệ thống 1000 V”. Nếu điện áp hở mạch (Voc) của chuỗi tấm pin khi thời tiết lạnh vượt quá 1000 V, thiết kế phải được điều chỉnh. Điều này có thể đồng nghĩa với việc giảm số lượng tấm pin trên mỗi chuỗi hoặc chọn thiết bị có định mức điện áp cao hơn nếu được phép.
Để biết nội dung hỗ trợ cụ thể về điện áp, hãy xem hướng dẫn của VIOX tại Định mức điện áp của tủ đấu nối điện mặt trời: 600V so với 1000V so với 1500V.
Hộp kết hợp AC so với DC
Các dự án điện mặt trời có thể sử dụng cả tủ đấu nối DC và tủ đấu nối AC, nhưng chúng không thể thay thế cho nhau.
| Mục | Hộp kết hợp DC | Hộp kết hợp AC |
|---|---|---|
| Vị trí | Giữa các chuỗi tấm pin mặt trời và bộ biến tần/bộ điều khiển sạc | Sau bộ biến tần hoặc bộ biến tần vi mô, trước hệ thống phân phối điện xoay chiều (AC) |
| Loại hiện tại | Dòng điện một chiều từ giàn pin năng lượng mặt trời | Dòng điện xoay chiều từ đầu ra của bộ biến tần |
| Các thiết bị bảo vệ điển hình | Cầu chì DC, aptomat DC, thiết bị chống sét lan truyền DC (SPD), bộ cách ly DC | Aptomat AC, thiết bị chống sét lan truyền AC (SPD), bộ ngắt kết nối AC, cầu đấu phân phối |
| Rủi ro chính | Hiện tượng hồ quang DC, dòng điện ngược, điện áp hở mạch (Voc) ở nhiệt độ thấp, cực tính | Dòng điện ngắn mạch AC, phối hợp trung tính/tiếp địa, kết nối lưới điện |
| Ứng dụng phổ biến | Đầu vào bộ biến tần chuỗi (string inverter), đấu nối hiện trường bộ biến tần trung tâm | Hệ thống bộ biến tần siêu nhỏ (microinverter), tập hợp AC đa biến tần |
| Thay thế thiết bị | Không được mặc định các thiết bị AC phù hợp cho DC | Không được mặc định các thiết bị DC phù hợp cho phân phối AC |
Sai lầm nguy hiểm nhất là sử dụng các thiết bị đóng cắt hoặc bảo vệ định mức AC trong tủ gom DC vì đặc tính dòng điện và hồ quang là khác nhau. Thiết bị phải được định mức rõ ràng cho điện áp DC thực tế và chế độ làm việc của dòng điện. Để biết phạm vi thiết bị rộng hơn, xem Bộ cách ly DC so với công tắc cách ly AC.
Những sai lầm phổ biến khi lắp đặt tủ đấu nối điện mặt trời (PV Combiner Box)
| Sai lầm | Tại sao điều đó gây ra rủi ro | Phương pháp thực hiện tốt hơn |
|---|---|---|
| Chỉ chọn kích thước thiết bị dựa trên điện áp danh định | Điện áp hở mạch (Voc) khi trời lạnh có thể vượt quá định mức của thiết bị | Tính toán điện áp hở mạch (Voc) tối đa đã hiệu chỉnh của chuỗi và định mức cho từng thành phần tương ứng |
| Sử dụng thiết bị định mức AC cho mạch DC | Hồ quang DC không tự dập tắt như hồ quang AC | Sử dụng cầu chì, aptomat, thiết bị chống sét lan truyền (SPD), bộ cách ly và đầu nối được định mức cho điện DC |
| Bỏ qua bảo vệ quá dòng cho chuỗi pin khi được yêu cầu | Một chuỗi pin bị lỗi có thể bị cấp ngược dòng từ các chuỗi pin bình thường khác | Kiểm tra khả năng chịu dòng ngược và định mức cầu chì nối tiếp của mô-đun |
| Chọn định mức cầu chì dựa trên phỏng đoán | Cầu chì không phù hợp có thể gây nhảy sai hoặc không bảo vệ được dây dẫn | Lựa chọn dựa trên bảng thông số kỹ thuật của mô-đun, khả năng mang dòng của dây dẫn và tiêu chuẩn dự án |
| Dây dẫn SPD quá dài | Dây dẫn dài hơn làm tăng điện áp dư hiệu dụng | Giữ các kết nối thiết bị chống sét lan truyền (SPD) ngắn, trực tiếp và được liên kết đúng cách với dây PE/đất |
| Không có điểm cách ly đầu ra | Công tác bảo trì trở nên chậm hơn và kém an toàn hơn | Sử dụng bộ cách ly DC hoặc thiết bị đóng cắt cách ly có định mức phù hợp khi cần thiết |
| Thanh cái hoặc đầu cực đầu ra có kích thước không đủ tiêu chuẩn | Dòng điện tổng hợp có thể gây quá nhiệt phía đầu ra | Thiết kế kích thước đường dẫn đầu ra phù hợp với tổng dòng điện của mảng pin và điều kiện môi trường |
| Lựa chọn vỏ tủ điện không phù hợp | Tia UV, nước, bụi, muối và nhiệt độ làm suy giảm các linh kiện bên trong | Phù hợp với tiêu chuẩn IP/NEMA và vật liệu theo môi trường lắp đặt |
| Nhãn mác không rõ ràng | Đội ngũ bảo trì không thể xác định nhanh các chuỗi (strings) | Ghi nhãn đầu vào, đầu ra, cực tính, trạng thái SPD, định mức cầu chì và các điểm cách ly |
| Xem hộp đấu nối (combiner box) như một hộp nối dây thông thường | Bỏ sót các yêu cầu về bảo vệ, chống sét lan truyền, cách ly và nhiệt độ | Quy định đây là bộ thiết bị bảo vệ điện mặt trời (PV), không chỉ là vỏ bọc đấu nối dây |
Cách chọn hộp đấu nối điện mặt trời (PV Combiner Box)
Sử dụng trình tự này khi lựa chọn tủ đấu nối (combiner box) cho một dự án thực tế.
1. Xác định kiến trúc hệ thống
Bắt đầu với kiến trúc của bộ biến tần (inverter) hoặc bộ điều khiển sạc. Một dự án sử dụng bộ biến tần trung tâm thường cần các tủ đấu nối tại hiện trường. Bộ biến tần chuỗi (string inverter) với nhiều đầu vào MPPT có thể yêu cầu ít tủ đấu nối bên ngoài hơn. Hệ thống điện mặt trời kết hợp lưu trữ có thể cần các ranh giới bảo vệ DC khác nhau.
2. Xác định số lượng chuỗi và cấu hình đầu vào
Đếm số lượng chuỗi cần đi vào tủ và xác định xem mỗi chuỗi có yêu cầu các cực dương và cực âm riêng biệt, giám sát và bảo vệ hay không. Xác nhận xem thiết kế cần 4, 6, 8, 12, 16, 24 đầu vào hay đầu vào tùy chỉnh.
3. Xác minh điện áp DC tối đa
Tính toán điện áp hở mạch (Voc) của chuỗi đã hiệu chỉnh tại nhiệt độ thấp nhất dự kiến của địa điểm. Lựa chọn tủ đấu nối và các linh kiện bên trong có định mức cao hơn giá trị đó.
4. Xác minh định mức dòng điện
Kiểm tra dòng ngắn mạch (Isc) của chuỗi, định mức cầu chì, dòng điện đầu ra, khả năng mang dòng của dây dẫn, định mức thanh cái và định mức dòng điện của thiết bị cách ly. Cần tính đến chế độ vận hành liên tục và nhiệt độ cao bên trong vỏ tủ.
5. Chọn thiết bị bảo vệ chuỗi (String Protection)
Quyết định xem thiết kế sử dụng cầu chì PV hay bộ ngắt mạch DC (DC circuit breaker). Cầu chì thường được sử dụng trong các hộp đấu nối (combiner box) cho dự án thương mại và quy mô công nghiệp. Bộ ngắt mạch DC có thể được ưu tiên khi cần khả năng tự phục hồi hoặc tín hiệu trạng thái. Dù chọn phương án nào, hãy xác minh các định mức DC thực tế.
6. Chọn thiết bị chống sét lan truyền (SPD) DC
Chọn SPD định mức PV/DC với cấp điện áp, định mức dòng xả, cấp bảo vệ, chỉ báo lỗi và yêu cầu bảo vệ dự phòng phù hợp. Để biết thông tin về định mức dòng điện của SPD, xem Imax so với In trong SPD.
7. Chỉ định thiết bị cách ly DC (DC Isolator)
Nếu hộp đấu nối bao gồm thiết bị cách ly đầu ra, hãy xác minh điện áp DC định mức, dòng điện định mức, cách bố trí cực, loại sử dụng, kiểu tay cầm trên vỏ tủ và yêu cầu khóa an toàn. Để biết các nguyên lý cơ bản về thiết bị cách ly, xem Công tắc cách ly DC là gì?.
8. Lựa chọn vỏ tủ điện phù hợp với vị trí lắp đặt
Các vị trí lắp đặt trên mái nhà, mặt đất, vùng ven biển, sa mạc, khu vực nông nghiệp và các trạm điện đều gây ra những tác động khác nhau lên vỏ tủ điện. Hãy lựa chọn vật liệu, phương pháp làm kín, phương pháp đi dây cáp, hệ thống thông gió và khả năng chống ăn mòn cho phù hợp.
9. Quyết định xem có cần thiết bị giám sát hay không
Giám sát cấp chuỗi (string) không bắt buộc đối với mọi dự án, nhưng rất hữu ích khi chi phí dừng hoạt động cao hoặc khi đội ngũ vận hành và bảo trì (O&M) cần xác định vị trí lỗi nhanh chóng. Hệ thống giám sát có thể phát hiện cầu chì bị cháy, các chuỗi có dòng điện thấp, vấn đề bị che khuất và lỗi đi dây.
10. Xác nhận các tiêu chuẩn, tài liệu và thử nghiệm tại nhà máy
Một hộp đấu nối (combiner box) đáng tin cậy phải đi kèm với sơ đồ đấu dây, thông số định mức của linh kiện, giá trị lực siết, nhãn dán, cấp bảo vệ vỏ tủ, dữ liệu thiết bị bảo vệ và tài liệu thử nghiệm. Đối với các dự án tại Bắc Mỹ, hãy xác minh các yêu cầu về chứng nhận hoặc danh mục UL áp dụng. Đối với các dự án theo tiêu chuẩn IEC, hãy xác minh thiết kế mảng PV và các tiêu chuẩn linh kiện liên quan được sử dụng theo quy định kỹ thuật của dự án.
Lựa Chọn Danh Sách Kiểm Tra
Trước khi phê duyệt hộp đấu nối, hãy xác nhận các mục sau:
- Số lượng đầu vào chuỗi (string) phù hợp với thiết kế mảng pin.
- Định mức điện áp vượt quá điện áp hở mạch (Voc) tối đa của chuỗi đã được hiệu chỉnh theo nhiệt độ lạnh.
- Cầu chì hoặc bộ ngắt mạch chuỗi đáp ứng các yêu cầu bảo vệ cho mô-đun và dây dẫn.
- Thanh cái đầu ra, các đầu nối và thiết bị cách ly được định mức cho tổng dòng điện kết hợp.
- Thiết bị chống sét lan truyền (SPD) được định mức cho dịch vụ PV/DC và điện áp hệ thống.
- Cấp bảo vệ của vỏ tủ phù hợp với môi trường lắp đặt ngoài trời.
- Ốc siết cáp (cable gland) duy trì cấp bảo vệ IP/NEMA của vỏ tủ.
- Các đầu nối tiếp địa và PE được chọn kích thước phù hợp.
- Các nhãn dán xác định cực tính, chuỗi, cầu chì, thiết bị cách ly, thiết bị chống sét lan truyền (SPD) và đầu ra.
- Việc tiếp cận để bảo trì đảm bảo tính thực tế và an toàn.
- Nhà cung cấp có thể cung cấp bản vẽ, bảng dữ liệu kỹ thuật và hỗ trợ cấu hình cụ thể cho dự án.
Hướng dẫn Lắp đặt và Bảo trì
Việc lắp đặt phải được thực hiện bởi nhân viên có chuyên môn, tuân thủ hướng dẫn của nhà sản xuất và các quy chuẩn điện áp dụng. Các bước kiểm tra thực địa quan trọng nhất thường bao gồm:
- Xác minh cực tính trước khi cấp điện.
- Siết chặt tất cả các đầu nối theo giá trị mô-men xoắn quy định.
- Xác nhận định mức cầu chì so với thiết kế đã được phê duyệt.
- Kiểm tra các ốc siết cáp và các lỗ hở không sử dụng để đảm bảo độ kín.
- Kiểm tra các chỉ báo trạng thái của thiết bị chống sét lan truyền (SPD) sau khi vận hành.
- Đo điện áp và dòng điện của chuỗi pin để xác định các lỗi đấu nối.
- Ghi lại sơ đồ đấu nối cuối cùng và nhãn dán của các chuỗi pin.
Trong quá trình vận hành, việc kiểm tra định kỳ cần tập trung vào các dấu hiệu đổi màu do nhiệt, dây dẫn bị lỏng, nước xâm nhập, ăn mòn, cầu chì bị cháy, chỉ báo SPD bị hỏng, nhãn dán bị hư hại và các chỉ số dòng điện chuỗi bất thường. Kiểm tra bằng hồng ngoại khi đang tải có thể giúp xác định các điểm đấu nối có điện trở cao trước khi chúng gây ra sự cố.
Câu hỏi thường gặp
Hộp đấu nối điện mặt trời (PV combiner box) là gì?
Hộp đấu nối điện mặt trời là một tủ điện phía DC, có chức năng tập hợp đầu ra của nhiều chuỗi pin mặt trời và kết hợp chúng thành một hoặc nhiều mạch đầu ra trước khi đi vào bộ biến tần (inverter) hoặc bộ điều khiển sạc. Thiết bị này thường bao gồm các thành phần bảo vệ chuỗi, bảo vệ chống sét lan truyền, thanh cái, cọc tiếp địa và bộ cách ly DC.
Hộp đấu nối điện mặt trời có chức năng gì?
Nó kết hợp các chuỗi PV, bảo vệ chúng bằng cầu chì hoặc bộ ngắt mạch DC khi cần thiết, bổ sung khả năng chống sét lan truyền, cung cấp điểm ngắt kết nối để bảo trì, đồng thời đơn giản hóa việc đi dây tại hiện trường và xử lý sự cố.
Tất cả các hệ thống năng lượng mặt trời có cần hộp đấu nối (combiner box) không?
Không. Các hệ thống nhỏ với một hoặc hai chuỗi có thể kết nối trực tiếp với bộ biến tần (inverter) nếu bộ biến tần cung cấp các đầu vào và khả năng bảo vệ phù hợp. Các hệ thống thương mại và tiện ích nhiều chuỗi thường cần hộp đấu nối vì số lượng chuỗi, dòng điện, yêu cầu bảo vệ và bảo trì trở nên phức tạp hơn.
Một hộp kết hợp có thể xử lý bao nhiêu chuỗi?
Các cấu hình phổ biến bao gồm đầu vào cho 2, 4, 6, 8, 12, 16 và 24 chuỗi. Các hộp lớn hơn hoặc tùy chỉnh được sử dụng trong các hệ thống quy mô tiện ích. Số lượng chính xác phụ thuộc vào kiến trúc bộ biến tần, bố trí mảng pin, định mức dòng điện và chiến lược bảo trì.
Bên trong hộp đấu nối PV có những gì?
Các thành phần điển hình bao gồm đầu nối đầu vào chuỗi, cầu chì PV hoặc bộ ngắt mạch DC, thanh cái dương và âm, thiết bị chống sét lan truyền DC (SPD), đầu nối tiếp địa/PE, đầu nối đầu ra, ốc siết cáp, vỏ tủ, nhãn dán và đôi khi là bộ cách ly DC hoặc mô-đun giám sát chuỗi.
Hộp đấu nối năng lượng mặt trời nên có định mức điện áp là bao nhiêu?
Hộp đấu nối phải có định mức cao hơn điện áp hở mạch tối đa của chuỗi tại nhiệt độ thấp nhất dự kiến của địa điểm lắp đặt. Không nên chỉ chọn dựa trên điện áp hệ thống danh định. Trong các hệ thống PV hiện đại, các cấp điện áp phổ biến bao gồm 600 VDC, 1000 VDC và 1500 VDC.
Sự khác biệt giữa tủ kết hợp DC (DC combiner box) và tủ kết hợp AC (AC combiner box) là gì?
Tủ kết hợp DC tập hợp các mạch chuỗi PV trước bộ biến tần (inverter). Tủ kết hợp AC tập hợp các mạch đầu ra của bộ biến tần sau khi dòng điện DC đã được chuyển đổi thành AC. Các thiết bị bảo vệ, thiết bị đóng cắt, thiết bị chống sét lan truyền và quy tắc đi dây của chúng là khác nhau.
Tủ kết hợp PV có cần thiết bị chống sét lan truyền (SPD) không?
Nhiều hệ thống PV ngoài trời sử dụng SPD DC bên trong hoặc gần tủ kết hợp để giới hạn điện áp tăng vọt do sét hoặc các sự kiện đóng cắt. Việc có bắt buộc hay không phụ thuộc vào tiêu chuẩn dự án, đánh giá rủi ro, mức độ phơi nhiễm tại hiện trường, yêu cầu của bộ biến tần và quy định địa phương.
Tôi có thể sử dụng aptomat AC hoặc cầu chì AC trong tủ kết hợp DC không?
Không, trừ khi thiết bị đó được xếp hạng rõ ràng cho điện áp DC, dòng điện và khả năng cắt thực tế. Hồ quang DC hoạt động khác với hồ quang AC, vì vậy các thiết bị chỉ dành cho AC có thể gây hỏng hóc nguy hiểm trong các mạch DC của hệ thống PV.
Làm thế nào để chọn tủ kết hợp PV?
Bắt đầu với số lượng chuỗi, điện áp tối đa đã hiệu chỉnh theo nhiệt độ lạnh, dòng điện chuỗi, dòng điện đầu ra, yêu cầu bảo vệ, lựa chọn SPD, yêu cầu thiết bị cách ly, môi trường vỏ tủ, nhu cầu giám sát và các yêu cầu chứng nhận. Sau đó, xác minh cấu hình hoàn chỉnh dựa trên bộ biến tần, bảng dữ liệu mô-đun và tiêu chuẩn dự án.
Tài nguyên VIOX liên quan
- Các giải pháp Tủ đấu nối điện mặt trời (Solar PV Combiner Box) của VIOX
- Bộ cách ly DC so với Bộ ngắt mạch DC trong Hộp kết hợp năng lượng mặt trời
- Định mức điện áp của tủ đấu nối điện mặt trời: 600V so với 1000V so với 1500V
- Hướng dẫn về Thiết bị chống sét lan truyền một chiều (DC)
- Hướng dẫn thực tế về bộ ngắt mạch DC cho hệ thống năng lượng mặt trời, pin và EV
