MPPT trên inverter hybrid là gì? Cách hiểu và áp dụng

MPPT trên inverter hybrid là gì? Đây là chức năng theo dõi điểm công suất cực đại của hệ thống tấm pin, giúp inverter liên tục điều chỉnh điểm làm việc của chuỗi PV để khai thác công suất phù hợp nhất khi cường độ bức xạ, nhiệt độ và điều kiện vận hành thay đổi. MPPT chủ yếu làm việc ở phía đầu vào điện mặt trời, không phải là thông số quyết định trực tiếp dung lượng pin lưu trữ.

Hiểu đúng MPPT đặc biệt quan trọng khi chọn inverter hybrid, bởi số lượng MPPT, dải điện áp hoạt động, dòng điện đầu vào và cách chia các string PV đều ảnh hưởng đến khả năng tương thích giữa inverter và tấm pin.

MPPT trên inverter hybrid là gì?

MPPT là viết tắt của Maximum Power Point Tracking – theo dõi điểm công suất cực đại. Nhiệm vụ của MPPT là tìm và duy trì điểm vận hành mà tại đó tấm pin hoặc chuỗi tấm pin có thể cung cấp công suất cao nhất trong điều kiện thực tế tại từng thời điểm.

Điểm vận hành tối ưu không cố định. Nó thay đổi khi ánh sáng, nhiệt độ tấm pin và điều kiện của mảng PV thay đổi. Vì vậy, inverter cần liên tục theo dõi điện áp và dòng điện để điều chỉnh điểm hoạt động thay vì sử dụng một mức điện áp cố định. Đây cũng là nguyên lý cơ bản được mô tả trong tài liệu kỹ thuật về thuật toán MPPT.

MPP và MPPT khác nhau thế nào?

Hai khái niệm này thường bị nhầm với nhau:

• MPP – Maximum Power Point: điểm công suất cực đại tại một thời điểm.
• MPPT – Maximum Power Point Tracking: quá trình hoặc thuật toán theo dõi MPP khi điều kiện vận hành thay đổi.

Có thể hiểu đơn giản: MPP là điểm cần tìm, còn MPPT là cơ chế dùng để tìm và bám theo điểm đó.

Nếu điều kiện ánh sáng hoặc nhiệt độ thay đổi, vị trí MPP trên đặc tuyến của tấm pin cũng thay đổi. MPPT phải tiếp tục điều chỉnh để hệ thống không vận hành quá xa điểm tối ưu.

MPPT nằm ở đâu trong hệ thống inverter hybrid?

Trong inverter hybrid, MPPT thuộc phần quản lý nguồn điện DC từ mảng PV.

Luồng năng lượng có thể hình dung đơn giản:

Tấm pin → MPPT/khối DC → inverter hybrid → tải, lưới điện hoặc hệ thống lưu trữ

Inverter hybrid còn phải thực hiện nhiều chức năng khác như chuyển đổi DC/AC, quản lý nguồn điện lưới, quản lý sạc/xả pin và cấp điện cho tải tùy cấu hình hệ thống.

Vì vậy, không nên hiểu MPPT là toàn bộ chức năng của inverter hybrid. Nó là một thành phần quan trọng nhưng tập trung chủ yếu vào việc khai thác nguồn năng lượng từ mảng PV.

MPPT trên inverter hybrid hoạt động như thế nào?

MPPT theo dõi sự thay đổi của điện áp và dòng điện từ tấm pin, sau đó điều chỉnh điểm vận hành để tiến về vùng tạo ra công suất cao nhất.

Về nguyên tắc:

Công suất P = Điện áp V × Dòng điện I

Nếu chỉ tăng điện áp hoặc chỉ tăng dòng điện thì chưa chắc công suất sẽ tăng. MPPT cần tìm tổ hợp điện áp và dòng điện phù hợp để tích V × I đạt giá trị tối ưu tại thời điểm đó.

Vì sao điểm công suất tối đa của tấm pin luôn thay đổi?

Solar panel không tạo ra cùng một điện áp và dòng điện trong mọi điều kiện.

Điểm làm việc có thể thay đổi do:

• cường độ bức xạ mặt trời;
• nhiệt độ của cell;
• mây che;
• bóng đổ;
• hướng và góc nghiêng của mảng pin;
• đặc tính của từng module;
• sự khác biệt giữa các string PV.

Vì vậy, một mức điện áp hoạt động phù hợp vào buổi sáng chưa chắc là mức phù hợp vào giữa trưa.

MPPT được thiết kế để xử lý sự thay đổi này một cách tự động.

Inverter theo dõi điểm công suất tối đa bằng cách nào?

Ở mức nguyên lý, inverter lấy dữ liệu điện áp và dòng điện phía PV, tính toán thay đổi công suất và điều chỉnh điểm vận hành.

Có nhiều thuật toán MPPT khác nhau. Trong thực tế, người sử dụng không nhất thiết phải biết chính xác inverter đang triển khai thuật toán nào để lựa chọn hệ thống.

Điều quan trọng hơn khi đọc datasheet là xác định:

• số lượng MPPT độc lập;
• dải điện áp MPPT;
• điện áp DC đầu vào tối đa;
• dòng điện tối đa trên mỗi MPPT hoặc mỗi string;
• số lượng đầu vào PV;
• các giới hạn cấu hình do nhà sản xuất quy định.

1 MPPT, 2 MPPT và nhiều MPPT có ý nghĩa gì?

Số lượng MPPT cho biết inverter có bao nhiêu kênh theo dõi điểm công suất có thể hoạt động độc lập. Nhiều MPPT hữu ích khi hệ thống có các nhóm tấm pin làm việc trong điều kiện khác nhau.

Ví dụ, nếu một mái có hai nhóm solar panel quay về hai hướng khác nhau, việc đưa hai nhóm lên hai MPPT độc lập thường hợp lý hơn so với bắt chúng cùng làm việc trên một kênh theo dõi.

Một số inverter hybrid hiện nay được thiết kế với nhiều MPPT và quy định dòng đầu vào riêng cho từng kênh. Điều này cho thấy số MPPT là một thông số thiết kế cần đọc theo từng model, không nên suy đoán từ công suất inverter.

Số MPPT không phải lúc nào cũng bằng số cổng kết nối PV

Đây là điểm rất dễ nhầm.

Một inverter có 2 MPPT không có nghĩa chắc chắn chỉ có 2 cổng PV. Một MPPT có thể được thiết kế để nhận một hoặc nhiều string tùy model.

Ngược lại, việc inverter có nhiều đầu nối PV cũng không đồng nghĩa mỗi đầu nối đều có MPPT độc lập.

Khi xem thông số cần phân biệt:

• Number of MPPTs: số bộ theo dõi độc lập.
• PV inputs/string inputs: số đầu vào chuỗi PV.
• Max current per MPPT: dòng tối đa của một kênh MPPT.
• Max current per string: giới hạn trên từng đầu vào string nếu nhà sản xuất công bố.

Không nên chỉ đếm số jack DC bên ngoài inverter để kết luận số MPPT.

Những thông số MPPT cần kiểm tra khi ghép tấm pin với inverter

Khi chọn tấm pin cho inverter hybrid, không nên chỉ kiểm tra tổng công suất Wp.

Một cấu hình PV còn phải phù hợp về điện áp, dòng điện và cách chia string.

Dải điện áp MPPT

Dải điện áp MPPT là khoảng điện áp mà trong đó inverter có thể thực hiện chức năng theo dõi điểm công suất theo thiết kế của nhà sản xuất.

Ví dụ trên một model cụ thể, datasheet có thể ghi:

MPPT Voltage Range: [Chèn thông số thực tế]

Điện áp vận hành của chuỗi PV cần được thiết kế phù hợp với dải này.

Các tài liệu kỹ thuật của nhà sản xuất inverter cũng nhấn mạnh rằng điện áp MPPT của string PV phải nằm trong vùng MPPT quy định, đặc biệt khi xét điều kiện inverter vận hành ở công suất yêu cầu.

Không nên hiểu:

“Điện áp thấp hơn điện áp DC tối đa” = “chắc chắn MPPT hoạt động tối ưu”.

Đây là hai giới hạn khác nhau.

Điện áp DC đầu vào tối đa và Voc của chuỗi pin

Voc – Open Circuit Voltage là điện áp hở mạch của tấm pin.

Khi nhiều module mắc nối tiếp:

Voc chuỗi ≈ tổng Voc của các module trong chuỗi

Tuy nhiên, khi thiết kế thực tế còn phải xét ảnh hưởng nhiệt độ. Trong điều kiện nhiệt độ thấp, Voc của module có thể tăng.

Vì vậy cần đảm bảo điện áp hở mạch của chuỗi trong điều kiện thiết kế không vượt giới hạn DC mà inverter cho phép.

Tài liệu kỹ thuật của các nhà sản xuất thiết bị PV cũng phân biệt rõ giới hạn điện áp PV hở mạch với vùng điện áp làm việc của MPPT.

Lưu ý an toàn: Không tự tháo đầu nối hoặc đo điện áp string PV đang vận hành nếu không có chuyên môn và thiết bị bảo hộ phù hợp. Điện áp DC của chuỗi pin có thể nguy hiểm. Việc kiểm tra trực tiếp nên do kỹ thuật viên điện mặt trời thực hiện.

Dòng điện đầu vào trên mỗi MPPT

Ngoài điện áp, cần kiểm tra khả năng chịu dòng của inverter.

Các thông số thường gặp gồm:

• Imp của tấm pin;
• Isc của tấm pin;
• dòng tối đa trên một string;
• dòng tối đa trên mỗi MPPT;
• số string được phép đấu song song.

Khi mắc nối tiếp, điện áp chuỗi tăng nhưng dòng của string không cộng theo số module như khi ghép song song.

Khi các string được ghép song song vào cùng một MPPT, dòng điện cần được tính theo cấu hình thực tế và so với giới hạn của inverter.

Không nên chọn số string chỉ dựa trên việc “cổng vẫn còn trống”.

Điện áp khởi động

Một số datasheet còn có thông số như:

• Start-up Voltage;
• Starting Voltage;
• Initial Feed-in Voltage.

Đây là mức điện áp liên quan đến điều kiện inverter bắt đầu hoạt động theo thiết kế.

Điện áp khởi động không nên được xem là đồng nghĩa với dải MPPT.

Một cấu hình có thể đạt điều kiện khởi động nhưng vẫn chưa phải cấu hình tối ưu để vận hành trong toàn bộ điều kiện thực tế.

Khi nào inverter hybrid có nhiều MPPT thực sự hữu ích?

Nhiều MPPT có giá trị khi mảng pin không thể hoạt động như một nhóm đồng nhất.

Một số trường hợp thường gặp gồm:

Hai mái quay về hai hướng khác nhau

Ví dụ một nhóm tấm pin nằm trên mái hướng A và nhóm còn lại trên mái hướng B.

Hai nhóm có thể nhận bức xạ khác nhau trong ngày. Việc tách chúng sang hai MPPT giúp inverter theo dõi điểm hoạt động của từng nhóm độc lập hơn.

Góc nghiêng khác nhau

Ngay cả khi gần cùng hướng, hai nhóm pin có góc nghiêng khác nhau cũng có thể có đặc tuyến vận hành khác.

Nếu điều kiện mái cho phép, việc chia MPPT có thể giúp thiết kế linh hoạt hơn.

Một khu vực thường xuyên bị bóng che

Nếu một nhóm module thường bị che bóng trong khi nhóm khác thông thoáng, tách chúng thành các vùng MPPT khác nhau có thể giảm ảnh hưởng giữa các nhóm.

Tuy nhiên, nhiều MPPT không có nghĩa bóng che không còn gây tổn thất. Cần xử lý bóng che ngay từ khâu khảo sát và bố trí tấm pin.

Các nhóm PV có đặc tính khác nhau

Các PV string đưa vào cùng một MPPT nên được thiết kế đồng nhất theo yêu cầu nhà sản xuất.

Trong tài liệu kỹ thuật của một số inverter, nhà sản xuất yêu cầu các string cùng MPPT sử dụng cùng loại module và cùng số lượng module. Đây là nguyên tắc cần kiểm tra theo đúng model inverter đang sử dụng.

Không nên tự ý trộn các string khác đáng kể về:

• loại module;
• số lượng tấm nối tiếp;
• hướng lắp;
• điều kiện bức xạ;

trên cùng một MPPT nếu tài liệu kỹ thuật không cho phép.

MPPT có liên quan gì đến pin LiFePO4 và pin lưu trữ?

MPPT và pin lưu trữ liên quan trong cùng hệ thống hybrid nhưng thực hiện hai nhiệm vụ khác nhau.

MPPT chủ yếu tối ưu nguồn năng lượng lấy từ tấm pin mặt trời.

Trong khi đó, phía pin lưu trữ liên quan đến những yếu tố như:

• điện áp hệ pin;
• dòng sạc/xả;
• giao tiếp BMS;
• giới hạn SOC;
• chế độ vận hành;
• khả năng tương thích giữa inverter và battery.

Do đó:

Số MPPT không quyết định trực tiếp dung lượng pin lưu trữ.

Một hệ thống có pin LiFePO4 dung lượng lớn không có nghĩa cần nhiều MPPT hơn. Ngược lại, một hệ thống không có dung lượng lưu trữ lớn vẫn có thể cần nhiều MPPT nếu mái nhà được chia thành nhiều hướng.

Có thể hiểu đơn giản:

MPPT xử lý bài toán tối ưu phía solar panel; hệ thống quản lý pin xử lý bài toán lưu trữ và sạc/xả.

Hai phần phải phối hợp trong inverter hybrid nhưng không nên xem là cùng một thông số.

Những cách hiểu sai thường gặp về MPPT trên inverter hybrid

Càng nhiều MPPT thì inverter càng mạnh

Không chính xác.

Số MPPT phản ánh khả năng chia mảng PV thành các vùng theo dõi độc lập. Công suất inverter còn phụ thuộc nhiều thông số khác.

Một inverter có nhiều MPPT không mặc nhiên phù hợp hơn nếu hệ thống chỉ có một mặt mái đơn giản.

Hai MPPT nghĩa là chỉ đấu được hai string

Không phải lúc nào cũng vậy.

Cần xem đồng thời số MPPT và số PV input của model cụ thể.

Chỉ cần tổng công suất tấm pin không vượt công suất inverter

Đây là cách kiểm tra chưa đủ.

Cần đối chiếu thêm:

• Voc;
• Vmp;
• Isc;
• Imp;
• dải MPPT;
• điện áp DC tối đa;
• dòng tối đa trên MPPT;
• giới hạn số string.

Điện áp PV dưới mức DC tối đa thì cấu hình chắc chắn đúng

Không chính xác.

Maximum DC Input Voltage là giới hạn an toàn phía đầu vào, còn MPPT Voltage Range là vùng vận hành liên quan đến chức năng theo dõi công suất.

Hai thông số cần được kiểm tra riêng.

MPPT có thể xử lý hoàn toàn mọi vấn đề bóng che

Không.

MPPT có thể điều chỉnh điểm vận hành nhưng không tạo lại lượng bức xạ đã bị mất do bóng che.

Khảo sát mái, hướng lắp và vùng bóng đổ vẫn là bước quan trọng trước khi bố trí tấm pin.

Cách kiểm tra cấu hình MPPT trước khi lắp đặt

Nếu đang chuẩn bị lắp một hệ thống inverter hybrid, có thể kiểm tra theo trình tự sau.

Bước 1: Lấy datasheet chính xác của inverter

Ghi lại:

• số MPPT;
• số PV input;
• dải điện áp MPPT;
• điện áp DC tối đa;
• điện áp khởi động;
• dòng tối đa mỗi MPPT;
• dòng tối đa mỗi string nếu có.

Không lấy thông số của một model gần giống rồi áp dụng cho model khác.

Bước 2: Lấy datasheet tấm pin

Các thông số cần quan tâm gồm:

• Voc;
• Vmp;
• Isc;
• Imp;
• hệ số nhiệt độ có liên quan;
• thông số điện của đúng model module.

Không sử dụng con số ước lượng nếu đang thiết kế hệ thống thực tế.

Bước 3: Xác định số tấm trên mỗi string

Từ cấu hình nối tiếp, kỹ thuật viên cần kiểm tra điện áp string trong các điều kiện thiết kế khác nhau.

Các giá trị phải được đối chiếu với giới hạn inverter.

Bước 4: Xác định cách chia string cho từng MPPT

Ưu tiên gom các tấm có điều kiện vận hành tương tự vào cùng nhóm:

• cùng hướng;
• cùng góc nghiêng;
• cùng loại module;
• cùng số lượng module/string khi nhà sản xuất yêu cầu.

Bước 5: Kiểm tra lại điều kiện điện áp và dòng điện

Không chỉ kiểm tra điều kiện vận hành bình thường mà còn phải xét các trường hợp biên theo hướng dẫn thiết kế của nhà sản xuất.

Nếu không có kinh nghiệm tính string PV, nên để đơn vị kỹ thuật thực hiện thay vì thử đấu trực tiếp trên hệ thống.

Có nên ưu tiên inverter hybrid có nhiều MPPT?

Có thể ưu tiên inverter nhiều MPPT nếu mái có nhiều hướng hoặc cần chia mảng PV thành các nhóm vận hành khác nhau. Nếu toàn bộ tấm pin cùng hướng, cùng góc nghiêng và có điều kiện chiếu sáng tương tự, nhiều MPPT hơn chưa chắc tạo ra lợi ích tương xứng.

Khi chọn inverter, nên đánh giá đồng thời:

Nếu đang lựa chọn tấm pin để kết hợp với inverter hybrid, có thể tham khảo danh mục tấm pin năng lượng mặt trời và đối chiếu datasheet từng sản phẩm trước khi thiết kế string. Trang danh mục TV Solar hiện tập hợp nhiều model tấm pin với công suất khác nhau.

Ngoài ra, người đang xây dựng hệ thống hoàn chỉnh có thể tham khảo danh mục điện năng lượng mặt trời để xem thêm các nhóm giải pháp liên quan.

Hiểu MPPT trên inverter hybrid là gì giúp tránh việc chọn inverter chỉ dựa vào công suất danh định hoặc số lượng cổng PV. MPPT là cơ chế theo dõi điểm công suất cực đại của mảng pin và số MPPT thể hiện khả năng quản lý các nhóm PV độc lập.

Khi thiết kế thực tế, cần kiểm tra đồng thời dải điện áp MPPT, Voc của string, giới hạn DC đầu vào, dòng trên mỗi MPPT và cách bố trí các nhóm tấm pin. Với hệ thống có nhiều hướng mái hoặc điều kiện chiếu sáng khác nhau, việc lựa chọn số MPPT phù hợp càng quan trọng.

Nếu chưa chắc cách ghép tấm pin với inverter hybrid, nên chuẩn bị datasheet chính xác của tấm pin và inverter để kỹ thuật viên kiểm tra cấu hình trước khi đấu nối. Không nên thử nghiệm trực tiếp trên string PV điện áp cao khi chưa có chuyên môn.