Để thiết kế một hệ solar, chúng ta lần lượt thưc hiện các bước sau:

1- Tính tổng lượng tiêu thụ điện của tất cả các thiết bị mà hệ thống solar phải cung cấp

Tính tổng số Watt-hour sử dụng mỗi ngày của từng thiết bị. Cộng tất cả lại chúng ta có tổng số Watt-hour toàn tải sử dụng mỗi ngày.

2- Tính số Watt-hour các tấm pin mặt trời phải cung cấp cho toàn tải mỗi ngày

Do tổn hao trong hệ thống, số Watt-hour của tấm pin trời cung cấp phải cao hơn tổng số Watt-hour của toàn tải.

Số Watt-hour các tấm pin mặt trời (PV modules) = 1.3 x tổng số Watt-hour toàn tải sử dụng

3- Tính toán kích cở tấm pin mặt trời cần sử dụng

Công suất lý thuyết, nó là công suất lý thuyết của tấm pin mặt trời ( Watt-peak ). Tức là ở điều kiện lý tưởng, tấm pin sẽ sản sinh ra được công suất đó.

Chúng ta sẽ là tính Watt-peak cần thiết để công suất thực tế đáp ứng được tổng nhu cầu điện năng. Từ con số đó ta sẽ tính toán các yếu tố như pin, ắc quy, inverter, điều khiển sạc.

Công suất nguồn năng lượng mặt trời phụ thuộc vào điều kiện tự nhiên. Chủ yếu là cường độ ánh sáng, ngoài ra là độ ẩm, mây, bụi của môi trường. Xét trên khía cạnh tính toán tổng năng lượng phát sinh một ngày, còn liên quan đến thời gian chiếu sáng trung bình theo thời gian trong năm.

Dựa trên tất cả các yếu tố đó, để thuận tiện cho việc tính toán công suất hệ thống năng lượng mặt trời, người ta đưa ra một hệ số gọi là Panel Generation Factor (PGF) , dịch nôm na là hệ số phát điện của panel.

Công thức :

Công suất lý thuyết của hệ thống = Tổng lượng điên cần thiết 1 ngày / PGF 

PGF được tính toán trên các số liệu về điều kiện môi trường nên nó khác nhau theo từng vị trí địa lý , ví dụ trị số PGF trung bình ở Việt Nam là khoảng 4,56. Việt Nam có vị trí địa lý năm dọc theo đường vỹ tuyến, nên nhìn chung từ bắc vào nam chỉ số PGF tăng dần từ 2.5 đến khoảng 5.

Có thể tham khảo vị PGF vị trí địa lý của bạn dựa vào bản đồ nhiệt gần đúng dưới đây: 

Thực tế đây là bản đồ Solar Radiation  ( bức xạ nhiệt ) ở Việt Nam tính theo GHI trung bình trong ngày. Ở Việt Nam trị số này gần như trùng khớp với PGF , nên có thể dùng để tính toán ở mức không quá chính xác. Nếu cần thông tin chính xác PGF ở địa điểm bạn sống, có thể comment dưới bài viết này hoặc liên hệ với Opto Việt Nam .

Sau khi xác định được PGF , tính công suất lý thuyết ( Watt-peak ) bạn cần bằng công thức phía trên.

Ví dụ một ngày bạn cần 1000 Wh , bạn ở Hà Nội có PGF khoảng 3.6 , như vậy bạn cần tối thiểu một hệ thống mặt trời công suất lý thuyết là 1000/3.6 = 277 W . Có thể chọn dư ra một chút bằng 3 tấm panel 100 Watt peak .

Đây là công suất lý thuyết tối thiểu mà hệ thống cần để đáp ứng nhu cầu điện toàn ngôi nhà. Nếu bạn chạy song song với hệ thống điện lưới thì có thể chọn mức công suất thấp hơn, hoặc nếu muốn sự ổn định thì chọn hệ thống mức công suất cao hơn ( Công suất cao hơn —–> Tấm Pin to hơn ——> Ăc quy dung lượng cao hơn ——> Chi phí tăng ). Vì vậy tùy theo nhu cầu sử dụng để chọn một mức công suất thích hợp nhất.

Trên thế giới có nhiều cách tính toán công suất hệ thống pin mặt trời, tính theo PGF là cách tính đơn giản được hầu hết các công trình dân dụng không yêu cầu mức độ chuẩn xác quá cao sử dụng ( trên thực tế nó đơn giản vì đã được cung cấp số liệu sẵn, còn tính toán ra nó cũng khá phức tạp )

4-Tính toán bộ inverter

Đối với hệ solar stand-alone, bộ inverter phải đủ lớn để có thể đáp ứng được khi tất cả tải đều bật lên, như vậy nó phải có công suất bằng 125% công suất tải. Nếu tải là motor thì phải tính toán thêm công suất để đáp ứng thời gian khởi động của motor.

Chọn inverter có điện áp vào danh định phù hợp với điện áp danh định của battery. Đối với hệ solar kết nối vào lưới điện, ta không cần battery, điện áp vào danh định của inverter phải phù hợp với điện áp danh của hệ pin mặt trời.

5-Tính toán battery

Battery 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.

Số lượng battery cần dùng cho hệ solar là số lượng battery đủ cung cấp điện cho những ngày dự phòng (autonomy day) khi các tấm pin mặt trời không sản sinh ra điện được.  Ta tính dung lượng battery như  sau:

– Hiệu suất của battery chỉ khoảng 85% cho nên chia số Wh của tải tiêu thụ với 0.85 ta có Wh của battery

– Với mức deep of discharge DOD (mức xả sâu) là 0.6, ta chia số Wh của battery cho 0.6 sẽ có dung lượng battery

Kết quả trên cho ta biết dung lượng battery tối thiểu cho hệ solar không có dự phòng.  Khi hệ solar có số ngày dự phòng (autonomy day) ta phải nhân dung lượng battery cho số autonomy-day để có số lượng battery cần cho hệ thống.

6- Thiết kế solar charge controller

Solar charge controller có điện thế vào phù hợp với điện thế của pin mặt trời và điện thế ra tương ứng với điện thế của battery. Vì solar charge controller có nhiều loại cho nên bạn cần chọn loại solar charge controller nào phù hợp với hệ solar 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 solar charge controller phụ trách. Công suất của solar charge controller  phải đủ lớn để nhận điện năng từ PV và đủ công suất để nạp battery.

Thông thường ta chọn Solar charge controller có dòng Imax = 1.3 x dòng ngắn mạch của PV

7-Ví dụ cụ thể:

Tính hệ solar cho 1 hộ dân vùng sâu có yêu cầu sử dụng như sau:
– 1 bóng đèn 18 Watt sử dụng từ 6-10 giờ tối.
– 1 quạt máy 60 Watt  mỗi ngày sử dụng khoảng 2 giờ.
– 1 tủ lạnh 75 Watt chạy liên tục

Xác định tổng lượng điện tiêu thụ mỗi ngày= (18 W x 4 giờ) + (60 W x 2 giờ) + (75 W x 12 giờ) = 1,092 Wh/day (tủ lạnh tự động ngắt khi đủ lạnh nên xem như chạy 12 giờ nghỉ 12 giờ)
Tính pin mặt trời (PV panel)

PV panel = 1,092 x 1.3 = 1,419.6 Wh/day.
Tổng Wp của PV panel = 1,419.6 / 4.58 = 310Wp
Chọn loại PV có 110Wp thì số PV cần dùng là 310 / 110 # 3 tấm

Tính inverter
Tổng công suất sử dụng = 18 + 60 + 75 = 153 W
Công suất inverter = 153 x 125% # 190W
Chọn inverter 200W trở lên

Tính toán Battery

Với 3 ngày dự phòng, dung lượng bình = 178 x 3 = 534 Ah
Như vậy chọn battery deep-cycle 12V/600Ah cho 3 ngày dự phòng

Tính solar charge controller

Thông số của mỗi PV module: Pm = 110 Wp, Vm = 16.7 Vdc, Im = 6.6 A, Voc = 20.7 A, Isc = 7.5 A
Như vậy solar charge controller = (3 tấm PV x 7.5 A) x 1.3 = 29.25 A
Chọn solar charge controller có dòng 30A/12 V hay lớn hơn.

Chúc các bạn thành công !