Hệ thống điện năng lượng mặt trời thường được lắp trên mái nhà, mái nhà xưởng hoặc một khu vực ngoài trời rộng.
Điều đó khiến nhiều người đặt câu hỏi:
“Có điện mặt trời thì có cần làm chống sét không?”
Câu trả lời không đơn giản là có hoặc không.
Điện mặt trời đưa thêm nhiều thành phần vào hệ thống điện của công trình như tấm pin, khung đỡ, dây DC, inverter, dây AC và các thiết bị điều khiển. Những thành phần này có thể nằm ngoài trời, nối với nhau bằng các tuyến cáp dài và kết nối trực tiếp với hệ thống điện của công trình.
Vì vậy, khi công trình có điện mặt trời, chống sét cần được xem xét đồng thời cho công trình và cho chính hệ thống điện mặt trời, đặc biệt là phần chống sét trực tiếp và chống sét lan truyền. IEC có tiêu chuẩn riêng cho SPD dùng ở phía DC của hệ thống PV và nguyên tắc lựa chọn, lắp đặt, phối hợp SPD cho hệ PV.
I. Công trình có điện mặt trời có cần chống sét không?
Nên được xem xét nghiêm túc.
Nhưng không nên hiểu thành:
“Cứ lắp điện mặt trời là bắt buộc phải dựng một cây kim thu sét.”
Việc có cần hệ thống chống sét trực tiếp hay không còn phụ thuộc vào công trình, vị trí lắp đặt, mức độ phơi nhiễm với sét và hậu quả có thể xảy ra nếu sét tác động.
Trong khi đó, với hệ thống điện mặt trời, việc bảo vệ chống quá điện áp là một vấn đề riêng cần được xem xét vì hệ PV có các đường DC, AC và thiết bị điện tử như inverter.
IEC 62305 hiện xem bảo vệ công trình khỏi hư hỏng vật lý và bảo vệ các hệ thống điện, điện tử bên trong là những phần liên quan nhưng khác nhau của bài toán chống sét.
Vì vậy, câu hỏi đúng hơn là:
“Công trình có điện mặt trời này cần bảo vệ chống sét ở những phần nào?”
II. Vì sao điện mặt trời cần được quan tâm khi chống sét?
Khác với một hệ thống điện thông thường, hệ thống PV có một phần lớn thiết bị được đặt ở ngoài trời.
Có thể gồm:
- Tấm pin mặt trời
- Khung đỡ
- Dây DC
- Hộp đấu nối
- Inverter
- Dây AC
- Tủ điện
- Thiết bị giám sát
- Hệ thống truyền thông
Các thành phần này liên kết với nhau bằng dây dẫn.
Nếu xảy ra sét đánh trực tiếp hoặc sét tác động ở gần, hệ thống có thể chịu ảnh hưởng của dòng sét hoặc các xung quá điện áp.
IEC 61643-31 quy định riêng các yêu cầu đối với SPD dành cho phía DC của hệ thống PV, dùng để bảo vệ trước ảnh hưởng trực tiếp hoặc gián tiếp của sét và các quá điện áp quá độ.
III. Chống sét cho hệ thống điện mặt trời gồm những phần nào?
Không nên chỉ nhìn vào tấm pin.
Có thể hình dung hệ thống bảo vệ thành các phần:
Không phải công trình nào cũng cần đúng cùng một cấu hình.
Phương án thực tế phải dựa trên cách bố trí tấm pin, inverter, tủ điện, dây dẫn và hệ thống chống sét của công trình.
IV. Có tấm pin trên mái thì có phải lắp kim thu sét riêng không?
Không thể kết luận chỉ từ việc có tấm pin.
Nếu công trình cần hệ thống chống sét trực tiếp, phải xem xét phạm vi bảo vệ của hệ thống thu sét đối với toàn bộ khu vực có tấm pin và các thiết bị liên quan.
Một sai lầm khá phổ biến là nhìn thấy mái đã có vài cây kim rồi kết luận:
“Pin mặt trời nằm trên mái nên đã được bảo vệ.”
Chưa chắc.
Cần xem tấm pin, inverter và các khu vực liên quan có thực sự nằm trong phạm vi bảo vệ được thiết kế hay không.
Đặc biệt với mái nhà xưởng lớn, việc xác định phạm vi bảo vệ phải được xem xét theo hình dạng thực tế của toàn bộ mái và các phần nhô cao.
V. Có nên đặt kim thu sét ngay cạnh tấm pin không?
Không nên chọn vị trí chỉ dựa trên cảm tính.
Việc bố trí hệ thống thu sét phải tính đến:
- Vị trí tấm pin
- Chiều cao khung pin
- Hình dạng mái
- Vị trí inverter
- Các phần nhô cao
- Dây dẫn
- Khoảng cách cần thiết giữa các hệ thống
- Phạm vi bảo vệ cần đạt được
Mục tiêu là tạo ra một hệ thống bảo vệ phù hợp mà không biến việc lắp đặt thành một tập hợp các thiết bị rời rạc trên mái.
Đối với công trình có nhiều hệ thống cùng tồn tại, việc phối hợp giữa hệ thống chống sét và hệ PV càng quan trọng hơn.
VI. Khung pin mặt trời có cần nối với hệ thống tiếp địa không?
Cần được xem xét trong thiết kế tổng thể của hệ thống.
Khung pin và các phần kim loại liên quan tạo thành những bộ phận dẫn điện nằm ngoài trời.
Không nên tự hiểu rằng:
“Khung nhôm nằm trên mái nên cứ để nguyên như vậy.”
Cũng không nên tự nối tùy ý mà không biết nó đang được liên kết với hệ thống nào.
Các phần kim loại, hệ thống thu sét, tiếp địa và hệ thống điện cần được xem xét đồng bộ để tránh tạo ra những đường dẫn điện hoặc chênh lệch điện áp không mong muốn khi có sự cố sét.
Đây là phần nên được khảo sát theo công trình thực tế thay vì áp dụng một cách đấu nối giống nhau cho tất cả hệ thống.
VII. SPD phía DC có tác dụng gì?
Phía DC là phần điện đi từ các tấm pin về inverter.
Đây là một đường điện đặc biệt vì:
- Nằm ngoài trời
- Tuyến cáp có thể khá dài
- Kết nối trực tiếp với các tấm pin
- Điện áp DC có thể cao
- Liên quan trực tiếp đến inverter
SPD phía DC được dùng để hạn chế các xung quá điện áp trên phần DC của hệ thống PV.
IEC 61643-31 áp dụng riêng cho SPD dùng ở phía DC của hệ PV, bao gồm bảo vệ trước ảnh hưởng trực tiếp và gián tiếp của sét hoặc các quá điện áp quá độ.
Điều này cũng có nghĩa:
Không nên lấy một SPD AC bất kỳ rồi dùng cho phía DC của hệ thống điện mặt trời.
Thiết bị phải phù hợp với phía DC và các thông số của hệ thống.
VIII. SPD phía AC có tác dụng gì?
Sau inverter, điện được chuyển sang phía AC để đưa vào hệ thống điện của công trình.
Lúc này vẫn còn một phần hệ thống cần được bảo vệ.
SPD phía AC có nhiệm vụ hạn chế các xung quá điện áp ở phía AC và giúp giảm nguy cơ xung truyền vào hệ thống điện của công trình.
IEC 61643-32 có hướng dẫn lựa chọn, lắp đặt và phối hợp SPD cho hệ PV, bao gồm cả phía DC và phía AC của hệ thống.
Vì vậy, với một hệ thống điện mặt trời hoàn chỉnh, không nên chỉ hỏi:
“Có lắp SPD chưa?”
Mà nên hỏi:
“SPD đang được bố trí ở phía nào và đang bảo vệ phần nào của hệ thống?”
IX. Inverter có phải thiết bị cần quan tâm đặc biệt không?
Có.
Inverter là một trong những thiết bị quan trọng nhất của hệ thống điện mặt trời.
Nó nằm giữa:
Tấm pin → DC → Inverter → AC → hệ thống điện
Vì vậy, nếu có xung quá điện áp theo phía DC hoặc AC, inverter có thể trở thành một trong những thiết bị chịu ảnh hưởng.
Không nên hiểu rằng inverter có sẵn chức năng bảo vệ bên trong thì toàn bộ hệ thống đã được chống sét đầy đủ.
Cần xem rõ:
- Inverter có tích hợp SPD hay không
- SPD đó bảo vệ phía nào
- Mức bảo vệ ra sao
- Phía AC còn cần bảo vệ bổ sung hay không
- Phía DC có cần SPD riêng hay không
- Hệ thống có các đường tín hiệu khác cần bảo vệ không
Việc lựa chọn SPD phải dựa trên cấu hình thực tế của hệ PV, không chỉ dựa vào tên inverter.
X. Hệ thống điện mặt trời có nhiều dãy pin thì sao?
Nhà xưởng lớn hoặc trang trại có thể có rất nhiều dãy pin.
Các dãy này có thể:
- Nằm trên nhiều mái khác nhau
- Cách inverter một khoảng đáng kể
- Có nhiều tuyến cáp DC
- Chia thành nhiều vùng khác nhau
Khi hệ thống lớn hơn, việc chống sét không nên chỉ nhìn vào một điểm tại inverter.
Cần xem xét đường đi của cáp DC từ các dãy pin đến inverter, vị trí các hộp đấu nối và những đoạn cáp có chiều dài lớn.
IEC 61643-32 cũng đưa ra nguyên tắc lựa chọn và phối hợp SPD cho nhiều vị trí khác nhau trong hệ PV, bao gồm hệ thống đặt trên mái và các hệ thống lắp đặt trên mặt đất.
XI. Điện mặt trời trên mái nhà xưởng khác gì hệ thống trên mặt đất?
Có khác.
1. Hệ thống trên mái
Tấm pin nằm ngay trên công trình.
Khi đó phải xem xét đồng thời:
- Hệ thống chống sét của nhà xưởng
- Phạm vi bảo vệ trên mái
- Khung pin
- Dây DC
- Inverter
- Tủ điện
- Tiếp địa
Không thể thiết kế hệ PV tách biệt hoàn toàn với hệ thống chống sét hiện có của nhà xưởng.
2. Hệ thống đặt trên mặt đất
Các dãy pin có thể trải trên khu đất rộng và các thiết bị điện được đặt ở nhiều vị trí.
Khi đó vấn đề lại chuyển sang:
- Khoảng cách giữa các dãy pin
- Tuyến cáp DC
- Inverter
- Tủ điện
- Hệ thống tiếp địa
- Các công trình hoặc thiết bị xung quanh
IEC 61643-32 cũng phân biệt việc áp dụng SPD cho hệ PV trên mái và các hệ thống đặt trên mặt đất, trong đó hệ thống mặt đất có thể có nhiều điểm nối đất và cấu hình lưới tiếp địa.
XII. Có điện mặt trời rồi thì hệ thống chống sét cũ có còn phù hợp không?
Không nên mặc định là còn.
Đây là trường hợp rất thực tế.
Một ngôi nhà hoặc nhà xưởng ban đầu có một hệ thống chống sét hoàn chỉnh.
Sau đó gia chủ lắp thêm:
Tấm pin + khung kim loại + dây DC + inverter + dây AC
Lúc này, cấu trúc trên mái và hệ thống điện của công trình đã thay đổi.
Vì vậy nên đánh giá lại:
- Phạm vi thu sét
- Vị trí thiết bị mới
- Đường dây DC
- Đường dây AC
- Tiếp địa
- SPD
- Các đường tín hiệu
Nếu chỉ lắp thêm điện mặt trời mà không xem lại hệ thống bảo vệ hiện có, có thể bỏ sót những vị trí cần được bảo vệ.
XIII. Có cần chống sét cho cả đường tín hiệu của hệ thống điện mặt trời không?
Có thể cần.
Một hệ thống PV hiện đại có thể kết nối inverter với:
- Internet
- Bộ giám sát
- Thiết bị đo
- Hệ thống điều khiển
- Máy tính
- Mạng nội bộ
Nếu những đường truyền này đi ra ngoài hoặc kết nối giữa các khu vực khác nhau, chúng cũng cần được xem xét khi đánh giá nguy cơ xung quá điện áp.
Đây cũng là lý do IEC 62305-4:2024 không chỉ nói về nguồn điện mà bao quát cả hệ thống điện và điện tử trong công trình, với các biện pháp giảm nguy cơ hư hỏng do ảnh hưởng điện từ của sét.
XIV. Điện mặt trời có cần hệ thống tiếp địa riêng không?
Không nên trả lời bằng một câu “có” hoặc “không” áp dụng cho mọi công trình.
Cần xem:
- Hệ thống tiếp địa hiện có
- Cấu hình chống sét của công trình
- Khung pin
- Inverter
- Tủ điện
- Các bộ phận kim loại
- Yêu cầu của thiết bị
- Cách bố trí toàn bộ hệ thống
Điều quan trọng là các hệ thống phải được phối hợp đúng, tránh tình trạng mỗi phần có một hệ thống tiếp địa riêng nhưng lại không được xem xét về chênh lệch điện thế và liên kết giữa chúng.
XV. Những sai lầm thường gặp khi lắp điện mặt trời nhưng bỏ qua chống sét
1. Nghĩ rằng tấm pin chính là kim thu sét
Không phải.
Tấm pin là một phần của hệ thống phát điện, không phải mặc nhiên trở thành hệ thống thu sét cho công trình.
2. Chỉ quan tâm đến kim thu sét
Trong khi hệ thống điện mặt trời còn có DC, AC và inverter.
3. Chỉ lắp SPD ở một phía
Phía DC và AC có những yêu cầu khác nhau, nên không thể mặc định một SPD ở một vị trí có thể thay thế toàn bộ giải pháp.
4. Dùng sai loại SPD
SPD dùng cho phía DC của PV phải phù hợp với hệ thống PV. IEC 61643-31 có tiêu chuẩn riêng cho nhóm thiết bị này.
5. Lắp điện mặt trời nhưng không kiểm tra hệ thống chống sét cũ
Đây là lỗi khá dễ gặp khi công trình được cải tạo từng bước.
6. Chỉ bảo vệ inverter
Các tuyến cáp từ tấm pin đến inverter và từ inverter đến tủ điện cũng cần được xem xét.
XVI. Một hệ thống điện mặt trời được bảo vệ nên nhìn như thế nào?
Có thể hình dung đơn giản:
Bên cạnh đường điện này còn có:
Hệ thống chống sét trực tiếp + tiếp địa + bảo vệ các đường tín hiệu khi cần.
Đó mới là cách nhìn đầy đủ hơn về chống sét cho công trình có điện mặt trời.
XVII. Khi nào công trình có điện mặt trời nên khảo sát lại hệ thống chống sét?
Nên xem xét khảo sát khi:
1. Chuẩn bị lắp điện mặt trời cho công trình đã có sẵn
Đây là thời điểm tốt để kiểm tra hệ thống chống sét trước khi đưa thêm thiết bị lên mái.
2. Đã lắp điện mặt trời nhưng chưa từng đánh giá chống sét
Đặc biệt với hệ thống đã vận hành lâu năm.
3. Inverter hoặc thiết bị điện tử thường xuyên lỗi sau mưa giông
Không nên mặc định đây chỉ là lỗi của inverter.
4. Hệ thống có nhiều tuyến cáp DC/AC dài
Các tuyến cáp dài và đi qua nhiều khu vực cần được xem xét kỹ hơn.
5. Nhà xưởng hoặc trang trại vừa mở rộng hệ thống điện mặt trời
Khi cấu hình hệ thống thay đổi, phương án bảo vệ cũng có thể cần đánh giá lại.
XVIII. Kết luận
Điện mặt trời không có nghĩa là công trình chắc chắn phải dựng thêm một cây kim thu sét, nhưng hệ thống điện mặt trời chắc chắn là một phần cần được đưa vào bài toán chống sét và chống quá điện áp của công trình.
Một hệ thống hoàn chỉnh có thể cần xem xét đồng thời:
Chống sét trực tiếp → tiếp địa → bảo vệ DC → inverter → bảo vệ AC → các đường tín hiệu khi cần
Trong đó, SPD phía DC của hệ PV có yêu cầu riêng; SPD phía AC cũng phải được lựa chọn theo cấu hình hệ thống. IEC có tiêu chuẩn riêng cho lựa chọn, lắp đặt và phối hợp SPD trong hệ thống PV.
Vì vậy, khi lắp điện mặt trời cho nhà ở, nhà xưởng hoặc trang trại, đừng chỉ hỏi:
“Tấm pin và inverter dùng loại nào?”
Mà nên xem thêm:
“Hệ thống điện mặt trời này sẽ được bảo vệ thế nào trước sét và xung quá điện áp?”
Làm đúng ngay từ đầu sẽ tốt hơn nhiều so với chờ đến khi inverter hoặc thiết bị điện tử gặp sự cố rồi mới tìm nguyên nhân.