Có cần chống sét cho hệ thống điện năng lượng mặt trời !

Vì sao cần chống sét cho hệ thống điện năng lượng mặt trời

 

Điện năng lượng mặt trời (DNLMT) là nguồn năng lượng vô tận và sạch sẽ mà chúng ta được thừa hưởng từ thiên nhiên. Bên cạnh thủy điện, phong điện thì năng lượng mặt trời ngày càng được thay thế cho các nguồn năng lượng khác kém thân thiện với môi trường sống trên trái đất.

Cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật và nhiều người dùng hơn nên giá thành của nó ngày càng được giảm đáng kể, tuy nhiên vẫn còn cao hơn so với các nguồn năng lượng truyền thống khác, chi phí đầu tư ban đầu cho hệ thống điện mặt trời vẫn còn khá tốn kém.

Chi phí đầu tư, thời gian sử dụng, hiệu quả thu được là những bài toán luôn được cân nhắc khi tiến hành dự án.

Hầu hết nhà sản xuất module quang điện đều cam kết sản phẩm của họ bảo hành đến 20 năm, lợi tức đầu tư cũng được tính trên thời hạn này, tuy nhiên chúng ta thường bỏ qua các tác động có thể làm suy giảm hiệu quả và thời gian hoạt động của hệ thống. Một trong các rủi ro đó chính là sét đánh - một hiện tượng phổ biến trong tự nhiên.

Hệ thống DNLMT gồm các thành phần chính là : tấm panel tế bào quang điện (tấm pin mặt trời), dây dẫn, bộ điều khiển, Invertor, bộ chuyển đổi, bình ac-quy ... tất cả đều được liên kết điện với nhau nên mỗi khi bộ phận này có rủi ro thì sẽ ảnh hượng đến các thành phần khác. Mặc khác, tấm panel và dây dẫn luôn nằm ngoài trời (ở vùng trống trải, trên cao), có thể hòa mạng với hệ thống điện AC nên khả năng bị tác động trực tiếp hoặc gián tiếp xuống hệ thống là rất lớn.

• Tác động trực tiếp : Gây cháy nổ cho các tấm pin mặt trời, các đường dây hoặc bộ điều khiển
• Tác động gián tiếp : Tạo xung điện quá áp đột biến có thể lan truyền trên các đường dây nguồn DC từ tấm pin về, dây tín hiệu cảm biến, dây nguồn AC nối ra lưới và các tải tiêu thụ.

 

Vệt cháy hệ thống pin điện năng lượng mặt trời

Các tế quang điện và nhiều thành phần khác sẽ bị hư hỏng ngay lập tức khi bị đánh trúng, hoặc tối thiểu cũng bị suy giảm hiệu suất hoạt động của chúng do tác động của quá áp lan truyền gây ra. Kết quả cuối cùng là thời gian sử dụng sẽ bị rút ngắn lại, tốn kém chi phí thay thế và sửa chữa, hiệu suất đầu tư sẽ không còn như tính toán ban đầu, và đặc biệt là sự gián đoạn của hệ thống sẽ gây ảnh hưởng cho các hoạt động khác.

Do vậy, chúng ta cần tiến hành lắp đặt các hệ thống bảo vệ đảm bảo an toàn về tài sản và hiệu quả đầu tư.

 

Inverter và các tấm Pin mặt trời bị hư hỏng do các xung quá áp lan truyền

Các mục bảo vệ cho hệ thống DNLMT

 

Như vậy, để chống lại sự tác động của các dòng điện từ cơn giông chúng ta cần phải có giải pháp bảo vệ tổng thể gồm:

• Bảo vệ bên ngoài bằng các kim chống sét (tức là không để bị đánh trúng vào hệ thống DNLMT)
• Bảo vệ bên trong cho thiết bị điện và điện tử bằng các thiết bị chống sét (TBCS) cho các tấm pin, Inverter, bộ sạc, cảm biến không bị hư hỏng...
• Hệ thống nối đất đảm bảo kỹ thuật để thoát dòng điện có hại.

Đó là giải pháp chung, còn cụ thể thì phải đáp ứng phù hợp với các đặc điểm riêng của mỗi hệ thống.

Trước khi thiết kế giải pháp bảo vệ hệ thống điện NLMT cần xem xét:

• Mật độ giông, hệ số rủi ro và cường độ trong khu vực nhiều hay ít ?
• Hệ thống đã lắp đặt các bảo vệ bên ngoài hay chưa ?
• Quy mô lớn hay nhỏ, dân dụng hay công nghiêp ?
• Điện áp định mức và tối đa bao nhiêu ?
• Hệ thống DNLMT độc lập hay hòa mạng ?
• Có nằm trong khu công nghiệp hay không ?
• Hệ thống tiếp đất như thế nào ... ?

Từ các thông tin cơ sở trên thì chúng ta sẽ đưa ra giải pháp tổng thể phù hợp một cách an toàn với chi phí thấp nhất.

Mỗi công trình DNLMT đều có những đặc điểm riêng cho nên giải pháp bảo vệ cho mỗi hệ thống cũng sẽ khác nhau về thiết bị, số lượng, vị trí lắp đặt .v.v. Do vậy, người thiết kế phải am hiểu về hệ thống cần bảo vệ để đưa ra phương án hợp lý và chính xác.

Ở phần này công ty chống sét chỉ đưa ra một số lưu ý về các phần mục nên thực hiện bảo vệ cho hệ thống điện NLMT và sản phẩm để tham khảo.

 

1. Chống sét đánh thẳng cho hệ thống điện năng lượng mặt trời

 

• Với hệ thống điện mặt trời trang trại, công nghiệp hoặc tòa nhà:

lắp đặt cột thu lôi bảo vệ bên ngoài

Hệ thống DNLMT được lắp đặt nhiều tấm pin trên 1 vùng rộng lớn (chiều dài trên 30m) thì nên lắp đặt kim thu sét (KTS) theo công nghệ phát xạ sớm, gắn trên trụ độc lập bên ngoài vì chúng có có bán kính bảo vệ rất lớn (từ 50-107m) sẽ giảm thiểu chi phí đầu tư, số lượng KTS được bố trí sao cho vùng bảo vệ của nó bao phủ hết các tấm Pin.

Với các công trình lớn này nếu được sử dụng kim phân tán sét (KPTS) thì càng tốt, nó sẽ phân tán các điện tích trái dấu để ngăn ngừa các dòng điện đánh xuống khu vực, an toàn hơn nhưng chi phí có thể cao hơn.

 

• Với hệ thống sử dụng có quy mô nhỏ (nhà ở, cột đèn NLMT, biển báo ..)

Các hệ thống điện này thường có diện tích nhỏ, các tấm pin thường được đặt trên đỉnh hoặc mái nhà thì không cần thiết phải sử dụng KTS phát xạ sớm mà có ó thể dùng kim thu lôi cổ điển.

Đặc biệt nếu sử các đầu KPTS thì càng tốt (các model có thể dùng cho công trình nhỏ như TS100-58-24 hoặc TS400-SS-24 ...).

Khi sử dụng công nghệ phân tán điện tích thì sẽ ngăn ngừa khả năng bị đánh xuống khu vực mà nó bảo vệ, tác dụng này đồng nghĩa với việc sẽ hạn chế sự xuất hiện các xung quá áp lan truyền trên các đường dây của hệ thống NLMT.

Thi công và lặp đặt tiếp đất cho các cột thu lôi này phải đáp ứng các tiêu chí kỹ thuật, giá trị điện trở tiếp đất tối đa là 8 Ohm. Các hệ thống tiếp địa cũng cần phải liên kết đẳng thế với nhau.

 

2. Chống sét lan truyền cho hệ thống điện năng lượng

 

Một hệ thống DNLMT nào đó đều có nhiều dây liên kết để truyền dòng điện trên đó, tùy theo quy mô và công nghệ mà các đường dây sẽ khác nhau, nhưng chủ yếu gồm các đường nguồn một chiều DC, đường AC và các đường tín hiệu điều khiển.

Khi các xung quá áp đột biến xuất hiện trên các đường, có thể làm cho các thiết bị điện và điện tử đang kết nối với chúng sẽ bị cháy nổ, hư hỏng ... do vậy chúng ta cần phải bảo vệ một cách đầy đủ trên các hướng mà dòng xung có thể thâm nhập gồm:

 

Chống xung điện áp lan truyền trên đường DC

Sử dụng các thiết bị chống sét dc (TBCS-DC) để bảo vệ trên các đường dây nối từ các tấm pin về tủ nguồn, các bộ sản phẩm này phải được lắp đặt bảo vệ ngay tại lối vào DC của Invertor và các tấm pin (theo khuyến cáo CLS/TS 5039-12..)

• Với hệ thống có lắp đặt KTS thì phải sử dụng loại Type 1 để đảm bảo chịu được các dòng xung 10/350µs (như DS60VGPV, DS50VGPV-G/10KT )
• Với các hệ thống không có KTS (hoặc có sử dụng KPTS) thì có thể dùng loại Type 2 (như DS50VGPV, DS240-DC, ATVOLT P ) để bảo vệ.

Lựa chọn các TBCS-DC có mức điện áp hoạt động định mức và tối đa phù hợp với nguồn DC mà các tấm pin cung cấp. Ngoài ra có thể chọn thêm tính năng bổ sung như công nghệ VG, kiểu cắm rút, dây báo hiệu tình trạng hoạt động .v.v. phù hợp với nhu cầu.

 

 

 

Triệt xung quá áp lan truyền đường AC của hệ thống DNLMT

Tiêu chuẩn CLS/TS 5039-12 cũng khuyến cáo phải lắp đặt TBCS AC để bảo vệ phía kết nối đường dây điện AC của Invertor, của tủ hợp bộ, các phụ tải và cầu dao kết nối với điện lưới. Xung điện áp có thể lan truyền trên đường dây từ các phụ tải (máy bơm, đèn chiếu sáng .v.v.) hoặc từ hệ thống lưới điện quốc gia (có hòa mạng).

• Với công trình có lắp đặt KTS thì phải sử dụng các thiết bị cắt sét type 1 (như DS250VG, DS150E, ATSHOCK .v.v.) để bảo vệ, sau đó có thể dùng thêm Type 2 để bảo vệ thứ cấp. Lưu ý nếu thiết bị không phải công nghệ VG thì phải đảm bảo khoảng cách tối thiểu giữa sơ cấp và thứ cấp.
• Với công trình ở vùng có mật độ thấp và dòng nhỏ, không trang bị các KTS thì có thể sử các thiết bị chống sét lan truyền Type 2 (như DS70, DS42, ATSUB 40, ATCOVER 230T …).

 

Bảo vệ cho đường tín hiệu của hệ thống điện mặt trời

Hệ thống DNLMT có thể có rất nhiều đường tín hiệu như tín hiệu từ các cảm biến, đầu dò, tín hiệu giám sát và điều khiển … chúng thường chạy theo các đường dây DC từ ngoài vào nên khả năng nhiễm quá áp là rất cao.

TBCS cho đường tín hiệu được lắp đặt trong các tủ điều khiển, tủ trung gian bên ngoài hoặc trước khi vào các thiết bị và cảm biến, lưa chọn các thiết bị phù hợp với dạng tín hiệu truyền như RS485, RS232

Sử dụng TBCS cho đường mạng máy tính để bảo vệ cho các kết nối Ethernet.

 

3. Lắp đặt tiếp đất cho hệ thống NLMT

 

Hệ thống tiếp địa là một bộ phận vô cùng quan trọng của hệ thống điện NLMT, nó vừa có chức năng tiếp đất công tác, tiếp đất bảo vệ.

Toàn bộ kết cấu giá đỡ, vỏ tủ, khung bao, TBCS ... đều phải được nối tiếp địa, đảm bảo sự đẳng thế trong toàn bộ hệ thống.

Giá trị điện trở nối đất càng nhỏ càng tốt (tối đa 8 Ohm) tùy theo đặc điểm địa lý và công suất hệ thống DNLMT.

Các vật liệu sử dụng trong hệ thống tiếp đất nên sử dụng loại tốt, có khả năng chống ăn mòn cao, có thể dùng loại mạ đồng chất lượng cao hoặc đồng nguyên chất.

Có thể sử dụng thêm các vật liệu tăng cường khả năng dẫn điện, giảm điện trở như hóa chất giảm điện trở suất (dùng cho vùng đất nhiều cát, sỏi đá), chất giảm điện trở đất dạng đông kết (dùng cho các cọc và dây liên kết). Số lượng điện cực tiếp đất và hóa chất sử dụng phụ thuộc vào đặc điểm địa chất riêng của mỗi công trình.

Liên kết giữa cọc, dây và các kết cấu kim loại khác nên sử dụng mối hàn hóa nhiệt (như Apliweld) để đảm bảo sự liên kết tốt nhất về điện học, cũng như đảm bảo tính cơ học và lâu bền trong môi trường dễ bị ăn mòn.

 

Như vậy, việc tiến hành đầu tư đồng bộ các hạng mục bảo vệ cho hệ thống điện mặt trời dân dụng và công nghiệp ngay từ khi thiết kế và lắp đặt sẽ hạn chế tối đa các thiệt hại do các dòng xung và quá áp công nghiệp gây ra, góp phần đảm bảo an toàn tài sản, nâng cao hiệu quả và lợi nhuận thu được cho nhà đầu tư và người sử dụng điện.