Cách mắc nối điều khiển sạc trong hệ thống điện mặt trời

Điều khiển sạc năng lượng mặt trời có điện áp vào phù hợp với điện áp của pin mặt trời và điện áp ra tương ứng với điện áp của ắc quy. Vì điều khiển sạc có nhiều loại cho nên bạn cần chọn loại nào phù hợp với hệ thống điện mặt trời của bạn. Đối với các hệ pin mặt trời lớn, nó được thiết kế thành nhiều dãy song song và mỗi dãy sẽ do một điều khiển sạc phụ trách. Các điều khiển sạc này phải có khả năng làm việc song song với nhau. Công suất của điều khiển sạc phải đủ lớn để nhận điện năng từ tấm pin năng lượng mặt trời và đủ công suất để nạp cho hệ thống bình ắc quy.

Để chọn điều khiển sạc, ta phải tính ra các thông số Wp, Vpm, Voc, Ipm, Isc của hệ thống pin mặt trời kết nối với nó. Các trị số dòng và áp của bộ điều khiển sạc phải chấp nhận được các trị số dòng áp trên của hệ thống pin mặt trời.

Thông thường ta chọn điều khiển sạc có dòng Imax = 1.5 x dòng ngắn mạch Isc của hệ pin mặt trời.

Đối với loại điều khiển sạc MPPT thì cách chọn có khác. Trước tiên bạn tìm hiểu điều khiển sạc MPPT là gì? sau đó tham khảo chi tiết thiết kế điều khiển sạc MPPT sau đây.

1. Điều khiển sạc MPPT là gì?

Điều khiển sạc MPPT là một điều khiển sạc bên trong có bộ vi xử lý sử dụng thuật toán MPPT để bắt tấm pin mặt trời làm việc ở công suất cực đại tại thời điểm đó và sạc cho ắc quy.

1. Đối với kết nối đến pin mặt trời: bộ vi xử lý sử dụng thuật toán MPPT theo dõi đường cong dòng áp làm việc của pin mặt trời, ép pin mặt trời làm việc tại dòng và áp của điểm công suất cực đại MPP.

2. Đối với kết nối bình ắc quy, điều khiển sạc cấp dòng DC nạp bình có đặc tính dòng nạp tối ưu: Khi dòng từ pin mặt trời thấp, điều khiển sạc MPPT làm nhiệm vụ tăng, nâng dòng lên để nạp vào bình. Khi dòng từ pin mặt trời cao, điều khiển sạc MPPT làm nhiệm vụ giảm, hạ dòng xuống để bảo vệ bình.

Có thể thấy đối với thời tiết thay đổi, lượng bức xạ mặt trời khi thấp khi cao thì vai trò điều tiết của điều khiển sạc là rất lớn. Do vậy điều khiển sạc MPPT rất hữu dụng nhất là cho các hệ thống năng lượng mặt trời độc lập, sử dụng bình ắc quy và không có kết nối với lưới điện. Nó cũng rất cần cho hệ thống bơm nước dùng điện mặt trời.

Thí dụ đối với tấm pin có điện áp làm việc 36V được sạc cho hệ ắc quy 12V

Sơ đồ năng lượng khi không dùng bộ điều khiển sạc MPPT

Sơ đồ năng lượng khi dùng bộ điều khiển sạc MPPT

2. Các đặc tính chính của Điều khiển sạc MPPT

Theo dõi quan hệ dòng điện điện áp của pin mặt trời để tìm điểm năng lượng cực đại của đường cong I-V.

Thay đổi điện áp của pin mặt trời buộc pin mặt trời phải làm việc ở điểm năng lượng cực đại nhằm giúp pin mặt trời hấp thu tối đa năng lượng bức xạ mặt trời.

Điều chỉnh dòng điện từ pin mặt trời phù hợp với điện áp bình ắc quy. Điều này giúp bạn có nhiều lựa chọn các sản phẩm pin mặt trời trong thiết kế vì chúng có nhiều điện áp khác nhau, ngay cả khi nó có điện áp cao hơn điện áp bình acquy. Nó còn giúp ta tiết kiệm chi phí cho dây dẫn. Thí dụ với trường hợp pin mặt trời đặt xa, ta phải dùng dây dẫn cỡ lớn để điện áp khi đến bình ắc quy không bị suy giảm. Khi có bộ điều khiển sạc, ta có thể dùng dây nhỏ hơn mà không làm giảm hiệu suất của pin mặt trời sạc vào bình. Điều khiển sạc MPPT khiến hệ thống làm việc đơn giản hơn và làm hiệu suất hệ thống tăng lên.

3. Cách thiết kế Điều khiển sạc MPPT.

Từ điện áp danh định của hệ thống ắc quy đã biết, ta chọn ra 1 loại điều khiển sạc MPPT đáp ứng cho điện áp danh định ắc quy này. Điều khiển sạc MPPT với các model thường đặt tên gợi nhớ. MPPT-XXYY với XX là điện áp danh định của ắc quy, YY là dòng sạc lớn nhất. Thí dụ model MPPT-2412 dùng cho điện áp danh định bình là 24 VDC và dòng nạp max là 12A.

Thí dụ điện áp danh định của hệ acquy là 24 VDC ta chọn điều khiển sạc MPPT-24YY

Từ Wp của hệ pin mặt trời ta tính ra dòng sạc có được: Ic = Wp/XX

Tính ra YY bằng cách nhân Ic với hệ số an toàn, thí dụ 1,5: YY = 1,5 x Ic

Như vậy ta chọn ra được điều khiển sạc MPPT-XXYY

Các điều cần lưu ý: Điện áp và dòng của pin mặt trời là điện áp và dòng của dãy các tấm pin năng lượng mặt trời kết nối với điều khiển sạc chứ không phải của 1 tấm pin mặt trời. Dãy các tấm pin mặt trời có thể là các tấm pin mặt trời ghép nối tiếp hoặc song song hay ghép kết hợp cả 2 cách với nhau.

Voc của hệ pin mặt trời không được lớn hơn Vmax của điều khiển sạc MPPT-XXYY

Vpm của hệ pin mặt trời phải nằm trong phạm vi điều khiển của điều khiển sạc MPPT-XXYY