Tìm hiểu microinverter trong hệ thống điện mặt trời

Cùng tìm hiểu về Micro inverter, loại inverter phân tán ra điện AC ngay gần tấm pin năng lượng mặt trời.

Ưu điểm Micro inverter: Chi phí vận hành thấp, an toàn so với các hệ thống điện mặt trời khác.

Nhược điểm: Chi phí lắp đặt triển khai cao, khó bảo dưỡng với hệ thống tấm pin năng lượng lớn.

Các loại công nghệ inverter trong điện mặt trời

Hiện nay có 3 loại công nghệ cho bộ inverter: Inverter tập trung (String inverter), Inverter phân tán (Micro inverter), Inverter tập trung kèm bộ mạch điều khiển tấm pin (Power Optimizer).

Định nghĩa Microinverter

Micro inverter:

Hay còn gọi là inverter phân tán của hệ thống điện mặt trời. Thay vì sử dụng 1 bộ inverter chung cho hệ thống năng lượng mặt trời. Thì mỗi tấm pin (hoặc cặp pin) sẽ được đấu với từng inverter riêng biệt (Micro inverter).

Điện ra tại các micro inverter là điện xoay chiều (AC); các micro inverter này được lắp ngay dưới tấm pin nhờ thiết kế nhỏ gọn. Các micro inverter trong hệ thống sẽ được đấu song song và hòa lưới.

hệ thống tấm pin mặt trời sử dụng biến tần phân tán

Ưu điểm:

  • Tối ưu công suất cực đại trên cả hệ thống.
  • Độ ổn định cao: 1 tấm pin lỗi hoặc bị che nắng không ảnh hưởng đến hệ thống như công nghệ khác. Vì mỗi tấm pin có 1 bộ inverter hoạt động như một đơn vị sản xuất điện riêng nên có sự cố chỉ ảnh hưởng đến mỗi nó.
  • Loại bỏ các hộp đấu: tiết kiệm các phụ kiện ví dụ hộp đấu nối, diot bảo vệ,…
  • Thi công dễ (có thể tự mua về thi công hệ thống)
  • Thiết kế nhỏ gọn.
  • Thời gian bảo hành lâu nhờ tuổi thọ cao của bộ inverter. Các hệ thống được bảo hành thường dựa theo tuổi thọ của bộ inverter. Do lỗi hệ thống năng lượng mặt trời tập trung chủ yếu ở inverter.
  • An toàn với điện áp 1 chiều thấp 30-60V (các hệ thống khác 600V đến 1000V). Chỉ có điện áp AC 240V.

Nhược điểm:

  • Giá thành (số điện điện/chi phí) cao so với công nghệ khác.
  • Chỉ hoạt động trong hệ thống năng lượng mặt trời nối lưới.
  • Lắp vị trí dưới tấm pin nên khó khăn tháo lắp khi có lỗi.

Hệ thống năng lượng mặt trời sử dụng micro inverter gồm có:

Những thành phần gồm có của hệ thống điện mặt trời mà bạn cần phải chuẩn bị trước khi đi vào quy trình lắp đặt hệ thống điện năng lượng từ mặt trời.

1 – Tấm pin mặt trời

2 – Bộ hòa lưới inverter

3 – Hệ thống theo dõi

4 – Thiết bị điện trong nhà

5 – Đồng hộ điện 2 chiều

6 – Lưới điện

Nguyên lý hoạt động hệ thống Micro inverter

Một bộ micro-inverter chuyển đổi dòng điện một chiều thành dòng xoay chiều. Từng bộ điều khiển trên tấm pin sẽ được lắp đặt một các riêng lẻ với các tấm năng lượng.

Khác với các biến tần trung tâm thì sử dụng 1 thiết bị Inverter được lắp ở gần ngôi nhà của bạn. Và chúng được kết nối với nhiều tấm pin lại với nhau để có thể đem lại dòng điện đến inverter chính.

Cấu tạo bộ micro inverter

  • Bộ biến đổi DC-DC (DC-DC converter)
  • Inverter (bộ biến đổi DC-AC)
  • Bộ lọc (filter)

Các bộ micro inverter sẽ có cấu tạo khác nhau theo lựa chọn cách thiết kế.

Bộ tăng áp DC-DC converter

Trong sản xuất công nghiệp, các bộ nghịch lưu được sử dụng rộng rãi trong điều khiển động cơ điện xoay chiều. Tuy nhiên có một sự đặt biệt là bộ nghị lưu truyền thống, có hạn chế về điện áp xoay chiều không thể lớn hơn điện áp nguồn điện 1 chiều cung cấp. Hay nói một cách đơn giản là bộ nghịch lưu giảm áp.

nguồn tăng áp DC - DC
nguồn tăng áp DC – DC

Đối với nguồn năng lượng mới như năng lượng mặt trời thì pin mặt trời, pin năng lượng… điện áp ra một chiều sẽ có giá trị thấp, không ôn định. Phụ thuộc khá nhiều thời gian, môi trường nhận ánh sáng hoạt động công suất.

Khi sử dụng nguồn điện năng lượng tái tạo chuyển đổi qua lưới điện xoay chiều 220V/380V. Đòi hỏi điện áp 1 chiều trước khi đưa vào bộ nghịch lưu phải có giá trị lớn hơn 310Vdc( giá trị cao nhất của 220Vac).

Điện áp 1 chiều có giá thị lớn hơn để có thể thực hiện các mắc nối tiếp các tấm pin điện áp thấp với nhau. Đông nghĩa là với một số lượng tấm pin phải nhiều được lắp trên một diên tích rộng.

Việc này sẽ chỉ thích hợp với hệ thống điện mặt trời lớn; còn các công suất nhỏ thì dòng điện xoay chiều tạo ra 220V/380V, với ngường điện áp thấp mọi người thường dùng:

  • Máy biến áp có tần số thấp (50 Hz) để tăng điện áp xoay chiều đầu ra.
  • Các bộ tăng điện áp một chiều.

Đối với các bộ biến áp với tần số thấp thì sẽ có một nhựa điểm là chất lượng đầu ra sẽ không tốt, hiệu suất cũng thấp. Ngay nay việc này đã được thay đổi khá nhiều bởi công nghệ phát triển hơn.

Các máy biến áp tần số cao được thay cho các mấy biến áp tần số thấp để hệ thống hoạt động tốt nhất. Nhằm đáp ứng cũng như các hoạt động cụ thể điện áp lưới trước bọ nghịch lưu trên máy biến áp hoạt động.

Dưới đây phân tích một số sơ đồ tăng điện áp một chiều được sử dụng rộng rãi.

Bộ nghịch lưu (DC – AC)

Bộ nghịch lưu là bộ biến đổi tĩnh một chiều thánh xoay chiều hoạt động ổn định. Nguồn cung cấp là một chiều nhờ chuyển mạch làm thay đổi cách đầu nối vào ra mạch chu kỳ. Để tạo ra đầu dòng điện xoay chiều hoạt động.

Và điểu quang trọng là việc chuyển mách được thực hiện nhờ vào lưới điện trong bộ nghịch lưu. Cũng như bộ điều chỉnh áp một chiều hoạt động thì phụ thuộc vào nguồn tải.

bộ nghịch lưu
bộ nghịch lưu

Các bộ nghịch lưu được phân thành hai loại:

  • Bộ nghịch lưu áp được cung cấp từ nguồn áp một chiều.
  • Được cung cấp từ nguồn dòng một chiều nên đầu vào của bộ nghịch lưu cũng chính là bộ tăng áp một chiều.

Hai bộ nghịch lưu hiệu suất cao để so sánh và chọn lựa là:

  • Bộ nghịch lưu cầu một pha
  • Bộ nghich lưu đa mức một pha

Bộ lọc đầu ra

Ngày nay các bộ lưới thụ động được sử dụng rộng rãi cho các ứng dụng cũng như công nghiệp hiện nay. Chúng thời được gọi là bộ lọc EMI (Electromagnetic Interference) có chức năng sau:

  • Triệt tiêu nhiễu đi vào lưới từ bộ micro-inverter sinh ra do quá trình đóng cắt các khóa diện tử.
  • Loại bỏ nhiễu ở bộ micro-inverter từ lưới điện, sự nhiễu này có thể là nguyên nhân làm cho thiết bị điều khiển gặp sự cố.

Về bản chất bộ lọc EMI là bộ thống số thấp thích hợp để sử dụng cho micro-inverter. Để có thể loại bỏ các sóng và để đáp ứng việc loại bỏ sóng không cần thiết. Dòng điện xung quanh tần số chuyển mạch và thực hiện theo tiêu chuẩn (IEEE 1547) cho bộ nghịch lưu nối lưới.

Cấu tạo bộ lọc EMI

Nếu việc nhiễu trong các bộ nguồn xung được chia thành hai loại: Nhiễu không đối xứng (common hoặc asymmetrical) và nhiễu đối xứng (differental hoặc symmetrical). Do đó bộ lọc EMI cũng gồm có hai phần là lọc đối xứng và lọc không đối xứng.

Nhiễu đối xứng và nhiễu không đối xứng là gì?

Nhiễu common-mode là hiện tượng nhiễu giữa các dây so với dây đất (kể cả dây pha và dây trung tính).

Nhiễu differential-mode là tình trạng nhiễu giữa dây sinh ra giữa dây pha và dây trung tính.

Dòng điện common-mode ICM lần xác định cả về biên độ và pha với tần số đã mặc định. Dòng điện differencetial-mode IDM có hướng cùng với dòng điện pha phù hợp.