Oversizing Inverter Hay Oversizing Tấm Pin Tốt Hơn?

Trong thiết kế điện mặt trời, có hai phương án thường được nhắc đến:

• Chọn inverter lớn hơn tổng công suất tấm pin.
• Lắp tổng công suất tấm pin lớn hơn công suất AC định mức của inverter.

Hai cách này đều có thể gọi là “oversizing”, nhưng mục đích và hiệu quả hoàn toàn khác nhau. Trong phần lớn hệ thống hòa lưới và hybrid, oversizing tấm pin hợp lý thường mang lại hiệu quả kinh tế và sản lượng tốt hơn oversizing inverter. Tuy nhiên, việc lựa chọn cuối cùng còn phụ thuộc vào tải tiêu thụ, pin lưu trữ, cổng backup, hướng mái và kế hoạch mở rộng.

Oversizing inverter là gì?

Oversizing inverter có thể hiểu là chọn inverter có công suất AC lớn hơn đáng kể so với tổng công suất tấm pin đang lắp.

Ví dụ:

• Tấm pin: 6kWp.
• Inverter: 10kW.

Trong trường hợp này, tỷ lệ DC/AC là:

6 ÷ 10 = 0,6

Điều đó có nghĩa inverter 10kW chỉ nhận tối đa khoảng 6kWp công suất danh định từ mảng pin. Inverter không tự tạo ra điện mà chỉ chuyển đổi điện DC từ tấm pin thành điện AC, nên việc tăng công suất inverter không làm hệ thống phát thêm điện nếu công suất tấm pin không thay đổi.

Oversizing tấm pin là gì?

Oversizing tấm pin, còn gọi là DC oversizing, là lắp tổng công suất tấm pin lớn hơn công suất AC định mức của inverter.

Ví dụ:

• Tấm pin: 12kWp.
• Inverter: 10kW.

Tỷ lệ DC/AC là:

12 ÷ 10 = 1,2

SolarEdge định nghĩa DC oversizing là trường hợp công suất DC của mảng PV lớn hơn công suất mà inverter có thể chuyển đổi thành AC tại cùng một thời điểm.

Phương án này được sử dụng phổ biến vì tấm pin hiếm khi duy trì công suất danh định trong thời gian dài. Công suất thực tế còn bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ, hướng mái, góc nghiêng, bức xạ, bụi bẩn, bóng che và suy hao hệ thống.

Oversizing inverter hay oversizing tấm pin tốt hơn?

Đối với phần lớn hệ thống điện mặt trời dùng để tối ưu sản lượng và giảm tiền điện, oversizing tấm pin đúng giới hạn thường tốt hơn.

Lý do là việc tăng công suất tấm pin có thể giúp:

• Inverter khởi động sớm hơn vào buổi sáng.
• Duy trì công suất tốt hơn khi trời nhiều mây.
• Tăng sản lượng vào buổi chiều.
• Bù suy hao do nhiệt độ và bụi bẩn.
• Khai thác inverter gần công suất tối ưu trong nhiều giờ hơn.
• Tăng tổng sản lượng điện trong năm.

SMA cho biết thiết kế tăng công suất mảng PV có thể giúp nhà máy đạt công suất định mức sớm hơn vào buổi sáng và duy trì phát điện lâu hơn vào buổi chiều, qua đó cải thiện tổng sản lượng và hiệu quả kinh tế của dự án.

Ngược lại, chọn inverter quá lớn trong khi mảng pin quá nhỏ thường không tạo thêm sản lượng. Hệ thống chỉ có thêm khả năng xử lý công suất mà thực tế chưa có nguồn DC để cung cấp.

So sánh hai phương án

Vì sao inverter lớn hơn không tạo ra nhiều điện hơn?

Sản lượng đầu vào do tấm pin quyết định.

Giả sử 10 tấm pin có tổng công suất 6,2kWp. Trong một thời điểm, mảng pin chỉ phát được 5kW DC thì:

• Inverter 6kW có thể chuyển đổi khoảng 5kW DC đó.
• Inverter 10kW cũng chỉ có khoảng 5kW DC để chuyển đổi.

Inverter 10kW không thể tự bổ sung 5kW còn thiếu. Vì vậy, tăng công suất inverter mà giữ nguyên số tấm pin thường chỉ làm tăng chi phí ban đầu.

Ngoài ra, một số inverter có vùng hiệu suất tốt nhất tại một khoảng tải nhất định. Nếu thiết bị quá lớn và thường xuyên chạy ở mức tải rất thấp, lợi ích từ công suất dư thừa có thể không đáng kể.

Vì sao oversizing tấm pin có thể tăng sản lượng?

Công suất ghi trên tấm pin được xác định trong điều kiện thử nghiệm tiêu chuẩn. Ngoài thực tế, tấm pin thường không liên tục phát đúng công suất danh định do:

• Nhiệt độ tế bào tăng cao.
• Cường độ bức xạ thay đổi.
• Góc chiếu mặt trời thay đổi trong ngày.
• Mái không quay đúng hướng tối ưu.
• Bụi và bóng che gây suy hao.
• Tổn thất trên dây dẫn và đầu nối.
• Tấm pin suy giảm công suất theo thời gian.

Khi tăng hợp lý công suất mảng pin, inverter có thêm nguồn DC trong các khoảng thời gian bức xạ thấp và trung bình. Vì thế, mặc dù công suất đỉnh AC vẫn bị giới hạn bởi inverter, tổng diện tích dưới đường cong phát điện trong ngày có thể lớn hơn.

GoodWe hiện có những dòng sản phẩm công bố khả năng DC oversizing 150% hoặc 200%, nhưng giới hạn này phụ thuộc hoàn toàn vào từng model chứ không áp dụng chung cho mọi inverter.

Nhược điểm của oversizing tấm pin: hiện tượng clipping

Khi công suất DC khả dụng từ tấm pin lớn hơn khả năng chuyển đổi tối đa của inverter, inverter sẽ giới hạn đầu ra ở mức công suất AC cho phép. Phần công suất phía trên giới hạn đó không được chuyển thành điện AC; hiện tượng này được gọi là clipping.

Ví dụ:

• Tấm pin đang phát 11,5kW DC.
• Inverter chỉ có thể xuất tối đa 10kW AC.

Inverter sẽ giới hạn đầu ra quanh mức tối đa cho phép, sau khi tính các tổn hao chuyển đổi.

Clipping không đồng nghĩa với việc hệ thống thiết kế sai. Một mức clipping nhỏ trong vài giờ hoặc vài ngày nắng đẹp có thể được chấp nhận nếu phần sản lượng tăng thêm vào sáng, chiều và mùa ít nắng lớn hơn phần bị cắt đỉnh.

Vấn đề chỉ xuất hiện khi oversizing quá mức khiến clipping xảy ra thường xuyên và làm mất nhiều sản lượng có thể khai thác.

Tỷ lệ DC/AC bao nhiêu là hợp lý?

Tỷ lệ DC/AC được tính bằng:

Tỷ lệ DC/AC = Tổng công suất tấm pin kWp ÷ Công suất AC inverter kW

Ví dụ:

• 12,4kWp tấm pin.
• Inverter 10kW.

Tỷ lệ DC/AC:

12,4 ÷ 10 = 1,24

Trong hệ thống mái nhà thông thường, tỷ lệ khoảng 1,1–1,3 thường được dùng làm điểm khởi đầu để tính toán. Tuy nhiên, đây không phải giới hạn áp dụng cho mọi công trình.

Một số hãng và model cho phép tỷ lệ cao hơn. Chẳng hạn, Fronius từng công bố một số dòng string inverter hỗ trợ DC/AC tới 1,5:1, trong khi các sản phẩm khác có thể có giới hạn rất khác.

Tỷ lệ phù hợp phải dựa trên:

• Công suất PV tối đa của model inverter.
• Điện áp DC tối đa.
• Dải điện áp MPPT.
• Dòng đầu vào tối đa trên mỗi MPPT.
• Dòng ngắn mạch tối đa.
• Số string cho phép.
• Hướng và độ nghiêng của mái.
• Điều kiện khí hậu.
• Mức clipping dự kiến.
• Chính sách bảo hành của nhà sản xuất.

Do đó, không nên tự động áp dụng tỷ lệ 1,3 cho mọi inverter.

Khi nào nên oversizing tấm pin?

Mái quay hướng Đông – Tây

Hệ Đông – Tây thường không đạt đỉnh đồng thời như một mảng pin quay cùng hướng. Đường cong phát điện được kéo dài từ sáng đến chiều, nên có thể lắp công suất DC lớn hơn mà clipping vẫn ở mức kiểm soát.

Fronius đã phân tích các phương án hệ Đông – Tây với tỷ lệ DC/AC khoảng 1,4 trong các ví dụ mô phỏng riêng.

Khu vực có bức xạ thay đổi hoặc nhiều ngày âm u

Mảng pin lớn hơn giúp inverter nhận đủ điện áp và công suất tốt hơn trong thời gian nắng yếu.

Mái có góc nghiêng hoặc hướng chưa tối ưu

Khi điều kiện mái làm tấm pin khó đạt công suất danh định, DC oversizing có thể bù một phần suy hao.

Hệ thống bám tải có mức tiêu thụ ban ngày cao

Nếu công trình sử dụng điện ổn định vào ban ngày, tăng công suất tấm pin hợp lý có thể giúp giảm lượng điện mua từ lưới trong nhiều khung giờ hơn.

Hệ hybrid có pin lưu trữ

Với hệ hybrid, lượng điện DC dư vào ban ngày có thể được dùng để sạc pin nếu inverter, pin và BMS cho phép. Một số hệ thống có chiến lược điều khiển sạc để tận dụng mảng PV được thiết kế lớn hơn inverter.

Tuy nhiên, cần phân biệt giữa:

• Công suất PV đi vào inverter.
• Công suất AC cấp tải.
• Công suất sạc pin.
• Tổng giới hạn chuyển đổi đồng thời.

Mỗi inverter hybrid có cách giới hạn khác nhau.

Khi nào chọn inverter lớn hơn là hợp lý?

Oversizing inverter không phải lúc nào cũng sai. Phương án này phù hợp trong một số trường hợp cụ thể.

Có kế hoạch mở rộng tấm pin chắc chắn

Ví dụ hiện tại lắp 6kWp nhưng trong vòng một năm sẽ mở rộng lên 9–10kWp. Chọn inverter 8kW hoặc 10kW ngay từ đầu có thể giúp tránh phải thay inverter sau này.

Tuy nhiên, kế hoạch mở rộng phải được xác định rõ về:

• Diện tích mái còn lại.
• Số MPPT và cổng string.
• Khả năng ghép tấm pin khác lô.
• Tiết diện dây dẫn.
• Tủ điện và thiết bị bảo vệ.
• Quy định đấu nối tại thời điểm mở rộng.

Hệ hybrid cần cấp tải backup lớn

Công suất inverter hybrid không chỉ liên quan đến tấm pin mà còn quyết định khả năng cấp tải AC, công suất backup và công suất sạc/xả pin.

Ví dụ, hệ thống chỉ có 7kWp tấm pin nhưng cần chạy tải ưu tiên 8kW khi mất điện. Trong trường hợp này, chọn inverter hybrid 10kW có thể hợp lý nếu pin lưu trữ đủ khả năng xả và inverter cho phép công suất backup tương ứng.

Tải có dòng khởi động cao

Máy bơm, máy nén, điều hòa và động cơ có thể cần công suất khởi động lớn trong thời gian ngắn. Inverter lớn hơn có thể cần thiết để đáp ứng tải, dù công suất tấm pin không lớn.

Muốn nâng cấp pin lưu trữ trong tương lai

Một inverter hybrid lớn hơn có thể hỗ trợ dòng sạc/xả cao hơn hoặc dung lượng pin lớn hơn. Tuy nhiên, phải kiểm tra datasheet thay vì suy đoán theo công suất inverter.

Công trình bị giới hạn công suất PV ở giai đoạn đầu

Một số dự án phải triển khai theo từng giai đoạn. Việc lắp inverter lớn ngay từ đầu có thể giảm chi phí cải tạo khi bổ sung tấm pin sau này.

Oversizing tấm pin có làm hỏng inverter không?

Nếu thiết kế nằm trong giới hạn kỹ thuật của nhà sản xuất, oversizing công suất DC không nhất thiết làm hỏng inverter. Inverter sẽ giới hạn công suất chuyển đổi theo khả năng của thiết bị.

Tuy nhiên, cần đặc biệt lưu ý rằng giới hạn công suất PV tối đa không thay thế cho giới hạn điện áp và dòng điện.

Một hệ thống có tổng công suất kWp được phép nhưng vẫn có thể nguy hiểm nếu:

• Voc chuỗi pin vượt điện áp DC tối đa.
• Dòng Isc vượt giới hạn mỗi MPPT.
• Đấu quá nhiều string song song.
• Dòng đầu vào vượt khả năng đầu nối.
• Điện áp vận hành nằm ngoài dải MPPT.
• Dùng tấm pin có dòng cao với inverter không tương thích.

Vì vậy, không thể chỉ căn cứ vào tỷ lệ DC/AC.

Những sai lầm phổ biến khi oversizing

Chỉ nhìn công suất kWp

Thiết kế đúng phải kiểm tra điện áp, dòng điện và cách chia string.

Lắp inverter quá lớn để “phát khỏe hơn”

Inverter lớn không làm tấm pin tạo thêm điện.

Oversizing tấm pin vượt datasheet

Mỗi model có giới hạn riêng. Một dòng inverter cho phép 150% không có nghĩa model khác cùng hãng cũng giống như vậy.

Không tính nhiệt độ thấp nhất

Voc của tấm pin tăng khi nhiệt độ giảm. Chuỗi pin an toàn trong mùa hè có thể vượt giới hạn inverter trong thời tiết lạnh nếu thiết kế sát ngưỡng.

Đấu hai hướng mái khác nhau vào cùng MPPT

Điều này có thể làm giảm khả năng tối ưu của cả hai dãy pin.

Bỏ qua clipping trong mô phỏng

Tỷ lệ DC/AC càng cao không phải lúc nào cũng tốt. Cần so sánh phần sản lượng tăng thêm với phần clipping và chi phí tấm pin bổ sung.

Chọn inverter lớn nhưng không kiểm tra tải thấp

Một inverter quá lớn có thể không mang lại lợi ích tương xứng khi hệ thống thường xuyên vận hành ở công suất thấp.

Ví dụ so sánh thực tế

Phương án 1: 6,2kWp pin và inverter 10kW

Ưu điểm:

• Có dư công suất inverter để mở rộng.
• Hầu như không clipping.
• Có thể phù hợp nếu cần backup lớn.

Nhược điểm:

• Inverter chưa được khai thác hết.
• Sản lượng không cao hơn phương án inverter nhỏ hơn nếu giữ nguyên tấm pin.
• Chi phí đầu tư ban đầu cao.

Phương án 2: 7,44kWp pin và inverter 6kW

Tỷ lệ DC/AC:

7,44 ÷ 6 = 1,24

Ưu điểm:

• Tăng khả năng phát điện sáng và chiều.
• Inverter hoạt động gần vùng công suất tốt trong nhiều giờ hơn.
• Khả năng tối ưu chi phí đầu tư tốt hơn.

Nhược điểm:

• Có thể xuất hiện clipping vào một số thời điểm.
• Phải kiểm tra đầy đủ điện áp, dòng MPPT và công suất PV tối đa.

Với hệ thống hòa lưới hoặc bám tải thông thường, phương án thứ hai thường có khả năng mang lại sản lượng năm tốt hơn, miễn là nằm trong giới hạn inverter và được mô phỏng đúng.

Cách lựa chọn phương án phù hợp

Trước khi quyết định, cần thực hiện theo quy trình sau:

1. Xác định mục tiêu: giảm tiền điện, cấp backup hay dự phòng mở rộng.
2. Đo phụ tải thực tế theo từng khung giờ.
3. Xác định diện tích, hướng và độ nghiêng của mái.
4. Tính tổng công suất tấm pin có thể lắp.
5. Chọn công suất inverter theo tải và loại hệ thống.
6. Tính tỷ lệ DC/AC.
7. Kiểm tra công suất PV tối đa của inverter.
8. Tính Voc trong điều kiện nhiệt độ thấp.
9. Kiểm tra Vmp trong toàn dải nhiệt độ vận hành.
10. Kiểm tra Imp, Isc và số string trên từng MPPT.
11. Mô phỏng sản lượng và clipping theo năm.
12. Đánh giá kế hoạch mở rộng và yêu cầu backup.
13. Kiểm tra điều kiện bảo hành của nhà sản xuất.

Kết luận: nên oversizing inverter hay tấm pin?

Trong phần lớn hệ thống điện mặt trời:

Oversizing tấm pin hợp lý thường tốt hơn oversizing inverter.

Tăng công suất tấm pin có thể giúp tăng sản lượng sáng, chiều và trong điều kiện bức xạ thấp. Trong khi đó, inverter lớn hơn nhưng thiếu công suất PV đầu vào thường không làm sản lượng tăng.

Tuy nhiên, nên chọn inverter lớn hơn khi:

• Có kế hoạch mở rộng tấm pin rõ ràng.
• Hệ hybrid cần công suất backup lớn.
• Tải có dòng khởi động cao.
• Cần tăng công suất sạc hoặc xả pin.
• Dự án được triển khai theo nhiều giai đoạn.

Phương án tối ưu không nằm ở việc chọn thiết bị càng lớn càng tốt, mà là cân bằng đúng giữa:

• Công suất tấm pin.
• Công suất inverter.
• Phụ tải thực tế.
• Pin lưu trữ.
• Điều kiện mái.
• Clipping.
• Chi phí đầu tư.
• Giới hạn kỹ thuật của nhà sản xuất.

LumiSolar – Thiết kế tỷ lệ DC/AC phù hợp cho từng công trình

LumiSolar hỗ trợ khảo sát, thiết kế và lắp đặt hệ thống điện mặt trời hòa lưới bám tải, hybrid lưu trữ và hệ độc lập cho gia đình, hộ kinh doanh và doanh nghiệp.

Các hạng mục tư vấn gồm:

• Tính công suất tấm pin và inverter.
• Phân tích tỷ lệ DC/AC.
• Thiết kế MPPT và chia string.
• Kiểm tra điện áp Voc, Vmp.
• Tính dòng đầu vào và dòng ngắn mạch.
• Mô phỏng sản lượng và clipping.
• Tính công suất backup.
• Lựa chọn pin lưu trữ tương thích.
• Dự phòng khả năng mở rộng hệ thống.

LumiSolar – Thương hiệu thuộc Công ty TNHH Công nghệ Việt Số Hoá
Địa chỉ công ty: 194 Trung Hành, Hải An, Hải Phòng
Showroom: 489 Ngô Gia Tự, Hải An, Hải Phòng
Hotline: 0981.669.996
Website: lumisolar.vn