Cách thiết kế hệ thống điện mặt trời mái nhà hiệu quả

Trong bối cảnh nhu cầu sử dụng năng lượng sạch ngày càng tăng, việc đầu tư và thiết kế hệ thng điện mặt trời mái nhà đã trở thành một giải pháp lý tưởng cho nhiều gia đình và doanh nghiệp. Tuy nhiên, để đạt được hiệu quả tối ưu, việc thiết kế hệ thống này cần phải được thực hiện một cách chính xác và khoa học. Bài viết này sẽ hướng dẫn bạn cách thiết kế hệ thống điện mặt trời mái nhà hiệu quả, từ đó có thể chuẩn bị chi phí đầu tư phù hợp với năng lực đầu tư của gia đình.

Các bước thiết hệ thống điện mặt trời mái nhà

lắp đặt hệ thống điện mặt trời mái nhà
lắp đặt hệ thống điện mặt trời mái nhà

Tính tổng lượng điện tiêu thụ của các thiết bị điện trong nhà

Bước đầu tiên là xác định lượng điện năng bạn tiêu thụ hàng ngày, hàng tháng. Điều này có thể thực hiện bằng cách xem lại hóa đơn tiền điện hoặc cộng tất cả các thiết bị tiêu thụ điện trong nhà chúng ta có tổng số Watt-hour (Wh) toàn tải sử dụng mỗi ngày.

Ví dụ cụ thể

Giả sử bạn có các thiết bị điện sau trong nhà:

  • Đèn LED: Công suất 10W, sử dụng 5 giờ/ngày.
  • Tủ lạnh: Công suất 150W, hoạt động 24 giờ/ngày.
  • Máy giặt: Công suất 500W, sử dụng 1 giờ/ngày.
  • Điều hòa: Công suất 1000W, sử dụng 4 giờ/ngày.
  • TV: Công suất 100W, sử dụng 3 giờ/ngày.

Bước 1: Tính lượng điện tiêu thụ hàng ngày của từng thiết bị

  • Đèn LED: 10W x 5 giờ = 50Wh
  • Tủ lạnh: 150W x 24 giờ = 3600Wh
  • Máy giặt: 500W x 1 giờ = 500Wh
  • Điều hòa: 1000W x 4 giờ = 4000Wh
  • TV: 100W x 3 giờ = 300Wh

Bước 2: Tính tổng lượng điện tiêu thụ hàng ngày

Tổng lượng điện tiêu thụ hàng ngày = 50Wh + 3600Wh + 500Wh + 4000Wh + 300Wh = 8450Wh (hoặc 8.45kWh)

Bước 3: Tính lượng điện tiêu thụ hàng tháng

Tổng lượng điện tiêu thụ hàng tháng = 8.45kWh x 30 ngày = 253.5kWh

Tính số lượng điện hệ thống điện mặt trời mái nhà phải cung cấp cho các thiết bị mỗi ngày

Để tính số lượng điện hệ thống điện mặt trời mái nhà phải cung cấp, ta cần biết tổng lượng điện tiêu thụ hàng ngày của các thiết bị trong nhà. Trong ví dụ trước, tổng lượng điện tiêu thụ hàng ngày của các thiết bị là 8.45 kWh.

Tính lượng điện cần cung cấp từ hệ thống điện mặt trời

  • Để đảm bảo hệ thống điện mặt trời mái nhà cung cấp đủ điện năng cho các thiết bị hàng ngày, ta cần cân nhắc hiệu suất của hệ thống và thời gian nắng trung bình mỗi ngày.

Xác định hiệu suất của hệ thống điện mặt trời

  • Hiệu suất của hệ thống điện mặt trời mái nhà phụ thuộc vào nhiều yếu tố, bao gồm hiệu suất của các tấm pin, inverter, và tổn thất trong quá trình truyền tải. Thường thì hiệu suất này dao động khoảng 75-85%. Chúng ta sẽ lấy hiệu suất trung bình là 80% (0.8).

Xác định thời gian nắng trung bình mỗi ngày

  • Thời gian nắng trung bình mỗi ngày thay đổi theo vị trí địa lý. Giả sử thời gian nắng trung bình mỗi ngày là 4 giờ (giá trị này có thể thay đổi tùy theo vị trí cụ thể của bạn).

Tính công suất cần thiết của hệ thống

  • Tổng lượng điện tiêu thụ hàng ngày (kWh) = Công suất hệ thống (kW) x Thời gian nắng trung bình mỗi ngày (giờ) x Hiệu suất hệ thống

Do đó, Công suất hệ thống (kW) = Tổng lượng điện tiêu thụ hàng ngày (kWh) / (Thời gian nắng trung bình mỗi ngày (giờ) x Hiệu suất hệ thống)

Tính Toán

  • Tổng lượng điện tiêu thụ hàng ngày: 8.45 kWh
  • Thời gian nắng trung bình mỗi ngày: 4 giờ
  • Hiệu suất hệ thống: 0.8

Công suất hệ thống (kW) = 8.45 kWh / (4 giờ x 0.8) = 8.45 / 3.2 = 2.64 kW

Như vậy, để cung cấp đủ điện năng cho các thiết bị trong nhà, hệ thống điện mặt trời mái nhà cần có công suất tối thiểu khoảng 2.64 kW.

Tính toán công suất biến tần

Để tính toán công suất biến tần (inverter), ta cần xem xét công suất của hệ thống điện mặt trời mái nhà và một số yếu tố liên quan. Công suất biến tần phải đủ lớn để xử lý toàn bộ lượng điện năng mà hệ thống tạo ra, cũng như phải có một khoảng dư để đảm bảo hiệu suất và độ bền.

Xác Định Công Suất Hệ Thống Điện Mặt Trời

  • Công suất hệ thống điện mặt trời mái nhà cần thiết để đáp ứng nhu cầu hàng ngày của các thiết bị điện trong nhà đã được tính toán là 2.64 kW.

Tính Toán Công Suất Biến Tần

Thông thường, công suất biến tần được khuyến nghị là bằng hoặc cao hơn một chút so với công suất hệ thống điện mặt trời để đảm bảo hiệu quả hoạt động và độ bền. Một quy tắc chung là công suất biến tần nên lớn hơn công suất hệ thống từ 10-20%.

lắp đặt biến tần cho hệ thống điện mặt trời áp mái
lắp đặt biến tần cho hệ thống điện mặt trời mái nhà

Xác Định Công Suất Biến Tần

Giả sử chúng ta chọn hệ số dự phòng là 20%, công suất biến tần sẽ được tính như sau:

Công suất biến tần = Công suất hệ thống điện mặt trời x (1 + Hệ số dự phòng)

Tính Toán

  • Công suất hệ thống điện mặt trời: 2.64 kW
  • Hệ số dự phòng: 20% (0.2)

Công suất biến tần = 2.64 kW x (1 + 0.2) = 2.64 kW x 1.2 = 3.168 kW

biến tần thường được sản xuất với các công suất tiêu chuẩn, bạn có thể chọn biến tần có công suất gần nhất với kết quả tính toán. Trong trường hợp này, bạn có thể chọn biến tần có công suất 5kW.

Có 3 loại biến tần được sử dụng cho hệ thống điện mặt trời mái nhà

Biến tần hòa lưới: Biến tần hòa lưới là thiết bị chuyển đổi điện năng của hệ thống điện mặt trời mái nhà từ dạng điện năng một chiều (DC) thành dạng điện năng xoay chiều (AC) phù hợp với mạng lưới điện công cộng. Điều này cho phép năng lượng mặt trời được sử dụng trực tiếp để cung cấp điện cho các thiết bị trong nhà hoặc tự động triệt tiêu khi dư thừa. Biến tần hòa lưới có khả năng đảm bảo đồng bộ với tần số và điện áp của mạng lưới, đảm bảo hiệu suất cao và an toàn trong sử dụng.

Biến tần hòa lưới Hypontech
Biến tần hòa lưới Hypontech

Biến tần Hybrid: Biến tần Hybrid là một loại biến tần được thiết kế để hoạt động với hệ thống điện mặt trời mái nhà lưu trữ năng lượng như pin mặt trời hay bộ lưu trữ. Chức năng chính của biến tần này là chuyển đổi điện năng DC từ các nguồn năng lượng như pin mặt trời hoặc lưới điện lưu trữ thành điện năng AC để sử dụng cho các thiết bị điện trong nhà. Biến tần Hybrid có khả năng điều chỉnh và quản lý lưu lượng điện năng vào và ra từ bộ lưu trữ, đảm bảo hiệu suất cao và ổn định trong quá trình sử dụng năng lượng.

Biến tần Hybrid Luxpower 10kW
Biến tần Hybrid Luxpower 10kW

Xem thêm bài viết:

Tính toán lượng điện năng lưu trữ (hệ có lưu trữ)

Pin lưu trữ dùng cho hệ solar là loại deep-cycle. Loại này cho phép xả đến mức bình rất thấp và cho phép nạp đầy nhanh. Loại này có khả năng nạp xả rất nhiều lần (có nhiều cycle) mà không bị hỏng bên trong, do vậy khá bền, tuổi thọ cao.

Cách tính toán lượng điện năng lưu trữ

Để tính toán lượng điện năng lưu trữ cần thiết để lựa chọn pin lưu trữ có dung lượng phù hợp cho hệ thống điện mặt trời mái nhà của bạn, bạn có thể làm theo các bước sau:

Xác định tổng lượng điện năng tiêu thụ hàng ngày của các thiết bị

  • Đầu tiên, bạn cần xác định tổng lượng điện năng tiêu thụ hàng ngày của các thiết bị trong nhà. Thông thường, bạn có thể dựa vào hóa đơn điện hoặc sử dụng các thiết bị đo lường điện năng để tính toán.

Xác định thời gian lưu trữ năng lượng

  • Tiếp theo, quyết định bao nhiêu giờ hoặc ngày bạn muốn hệ thống điện mặt trời mái nhà lưu trữ năng lượng để sử dụng khi không có ánh sáng mặt trời hoặc trong thời gian cao điểm.

Tính toán tổng lượng điện năng cần lưu trữ

  • Tổng lượng điện năng cần lưu trữ (kWh) = Tổng lượng điện năng tiêu thụ hàng ngày (kWh) x Thời gian lưu trữ (ngày hoặc giờ).

Lựa chọn pin lưu trữ

  • Sau khi có tổng lượng điện năng cần lưu trữ, bạn có thể lựa chọn pin lưu trữ có dung lượng phù hợp. Pin lưu trữ có dung lượng được đo bằng kWh (kiloWatt-hour). Ví dụ, nếu tổng lượng điện năng cần lưu trữ là 10 kWh, bạn cần chọn pin có dung lượng ít nhất là 10 kWh để đảm bảo hệ thống có đủ năng lượng lưu trữ.

Ví dụ tính toán

Giả sử tổng lượng điện năng tiêu thụ hàng ngày của các thiết bị trong nhà là 8.5 kWh và bạn muốn lưu trữ đủ năng lượng để sử dụng trong 2 ngày:

  • Tổng lượng điện năng cần lưu trữ = 8.5 kWh/ngày x 2 ngày = 17 kWh.

Bạn sẽ cần lựa chọn pin lưu trữ có dung lượng ít nhất là 17 kWh để đảm bảo hệ thống có đủ năng lượng lưu trữ cho sử dụng khi cần thiết.

Bố trí thiết bị hệ thống điện năng lượng mặt trời mái nhà

Bố trí thiết bị hệ thống điện năng lượng mặt trời mái nhà
Bố trí tấm pin hệ thống điện năng lượng mặt trời mái nhà

Bố trí thiết bị trong hệ thống điện mặt trời mái nhà là một phần quan trọng để đảm bảo hiệu suất cao và an toàn cho hệ thống. Dưới đây là các bước và lưu ý khi bố trí thiết bị cho hệ thống điện mặt trời mái nhà:

Đánh giá điều kiện và vị trí của mái nhà

  • Đầu tiên, xác định vị trí của mái nhà và các yếu tố ảnh hưởng như hướng, góc nghiêng và diện tích sẵn có.
  • Đánh giá loại mái nhà (ví dụ: mái ngói, mái tôn, mái lợp), đảm bảo mái nhà có đủ khả năng chịu tải để lắp đặt hệ thống năng lượng mặt trời mà không gây hư hại cấu trúc.

Khung lắp đặt

  • Khung lắp đặt: Lựa chọn khung lắp đặt phù hợp với loại mái và hệ thống điện mặt trời mái nhà. Các loại khung thường được sử dụng gồm khung nhôm, thép không gỉ, và có thể điều chỉnh góc nghiêng để tối ưu hóa năng suất thu năng lượng mặt trời.

Thiết kế hệ thống điện mặt trời mái nhà

  • Dựa trên thông tin từ bước 1, thiết kế hệ thống điện mặt trời mái nhà với các thông số như công suất, số lượng tấm pin, và số lượng biến tần cần thiết.
  • Chọn hướng lắp đặt tấm pin mặt trời để tối đa hóa hiệu suất thu năng lượng. Ở vùng Bắc Bán Cầu, hướng lý tưởng là hướng về phía Nam để tận dụng ánh sáng mặt trời suốt cả ngày. Nếu không thể lắp hướng Nam, hướng Đông hoặc Tây cũng có thể được sử dụng, tuy nhiên hiệu suất sẽ giảm đi một chút.
  • Chọn vị trí gần hệ thống pin mặt trời để giảm thiểu sự mất mát năng lượng khi truyền tải. Đảm bảo không gian để lắp đặt và thông gió cho biến tần để tăng tuổi thọ và hiệu suất của thiết bị.
  • Nếu sử dụng hệ thống điện mặt trời mái nhà có lưu trữ, chọn vị trí an toàn và khô ráo để lắp đặt pin. Cân nhắc khoảng cách và sự an toàn cho các thiết bị điện trong nhà.

Xem thêm bài viết: Độ nghiêng của tấm pin năng lượng mặt trời bao nhiêu là hợp lý?

Lắp tiếp địa tấm pin năng lượng mặt trời

  • Lắp tiếp địa tấm pin năng lượng mặt trời giúp hệ thống điện mặt trời mái nhà xả điện một cách an toàn khi xảy ra sự cố như sét đánh. Nó làm giảm nguy cơ các thiết bị điện bị hư hỏng và bảo vệ người sử dụng khỏi nguy cơ điện giật.
  • Tiếp địa giúp giảm thiểu tác động của dao động điện từ và tĩnh điện lên các thiết bị điện tử trong hệ thống, từ đó kéo dài tuổi thọ và tăng tính ổn định của hệ thống.

Xem thêm bài viết:

Kết luận – Tầm quan trọng của thiết kế hệ thống điện mặt trời hiệu quả

Như vậy, việc thiết kế hệ thống điện mặt trời mái nhà không chỉ đem lại lợi ích về môi trường và tiết kiệm chi phí điện năng mà còn nâng cao giá trị và hiệu quả sử dụng cho ngôi nhà của bạn. Thiết kế chính là nền tảng định hình hiệu suất hoạt động và tuổi thọ của hệ thống, ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng thu về lượng điện tối ưu. Để đạt được sự hiệu quả cao nhất, cần phải tính toán kỹ lưỡng các yếu tố như góc lắp đặt, vị trí ánh sáng và chọn lựa linh kiện phù hợp.

Một thiết kế hiệu quả không chỉ giúp tiết kiệm chi phí mua sắm ban đầu mà còn mang lại giá trị bền vững cho ngôi nhà. Các công nghệ mới tiên tiến có ý nghĩa rất lớn trong việc nâng cao hiệu suất hoạt động của hệ thống. Qua việc áp dụng công nghệ thông minh và các giải pháp tiên tiến, người dùng có cơ hội tận dụng diện tích mái nhà một cách tối ưu để sản xuất điện sạch và tiết kiệm nguồn lực tự nhiên.

Hãy liên hệ với chúng tôi qua HOTLINE: 093 624 1501 để được tư vấn và báo giá chi tiết từ Ectech nhé.

CÔNG TY TNHH ELECTRONICS CONTROL TECHNOLOGY
Hotline: 093 624 1501
Địa chỉ: 26 Ung Văn Khiêm, Phường 25, Quận Bình Thạnh, TP.HCM
Email: info.ectechltd@gmail.com
Website: https://ec-tech.vn/
Facebook: https://www.facebook.com/ectech.vn
TikTok: https://www.tiktok.com/@dienmattroiectech
Youtube: https://www.youtube.com/@dienmattroiectech

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *

Dự toán chi phí