Cách Tính Số Tấm Pin Mặt Trời Cho Hệ Thống

Khi lên phương án điện năng lượng mặt trời, một trong những câu hỏi đầu tiên thường được đặt ra là cần bao nhiêu tấm pin để tạo thành hệ thống 1kW, 3kW, 5kW hay 10kW. Con số này không chỉ phụ thuộc vào công suất mà hệ thống cần đạt mà còn liên quan đến công suất của từng module, diện tích mái, thông số điện và cách kết nối các tấm pin với inverter.

Về mặt toán học, số lượng tấm pin có thể được ước tính khá nhanh bằng cách lấy công suất hệ thống chia cho công suất của một module. Tuy nhiên, kết quả này mới chỉ là bước tính ban đầu. Một phương án có số tấm phù hợp về tổng công suất vẫn có thể cần điều chỉnh nếu không đáp ứng được yêu cầu về diện tích lắp đặt, điện áp chuỗi, dòng điện hoặc dải điện áp MPPT của inverter.

DOE phân biệt rõ giữa tế bào quang điện, module và mảng PV: nhiều tế bào tạo thành module, nhiều module kết hợp thành array và cùng các thành phần điện khác tạo thành một hệ thống PV hoàn chỉnh. Vì vậy, việc tính số tấm cần được đặt trong toàn bộ cấu trúc của hệ thống thay vì xem từng tấm pin như một thiết bị hoạt động độc lập.

Cách Tính Số Tấm Pin Mặt Trời Dựa Trên Công Suất Hệ Thống

Cách tính số tấm pin mặt trời theo công suất Wp

Công thức cơ bản để ước tính số lượng module là:

Số tấm pin ban đầu = Công suất hệ thống mục tiêu (W) ÷ Công suất một tấm pin (W)

Trong đó:

• Công suất hệ thống mục tiêu là công suất DC mà dàn pin cần đạt, thường được biểu thị bằng Wp hoặc kWp.
• Công suất một tấm pin là công suất cực đại danh định của module trong điều kiện thử nghiệm tiêu chuẩn, thường ghi trên datasheet.
• Kết quả tính được cần được làm tròn thành số nguyên vì không thể lắp một phần của module.

Ví dụ, nếu cần xây dựng một dàn pin có công suất khoảng 5kWp và sử dụng module 550Wp:

5.000 ÷ 550 = 9,09

Về mặt số học, phương án phải sử dụng ít nhất 10 module để vượt qua mức 5kWp.

Khi đó:

10 × 550Wp = 5.500Wp = 5,5kWp

Điều này cho thấy một điểm dễ bị bỏ qua: công suất mục tiêu 5kWp không nhất thiết dẫn đến đúng 5kWp sau khi lựa chọn module thực tế. Công suất dàn pin phụ thuộc vào công suất định mức của module và số lượng module nguyên có thể bố trí.

Tuy nhiên, không nên hiểu rằng cứ lấy kết quả làm tròn là có thể chốt ngay phương án. 10 tấm pin 550Wp tạo thành 5,5kWp về mặt công suất danh định, nhưng kỹ thuật viên vẫn cần kiểm tra xem cách ghép 10 module với inverter có phù hợp hay không.

Đây là lý do đơn vị Wp và kWp cần được hiểu chính xác. Công suất danh định cho biết khả năng của module hoặc array trong điều kiện thử nghiệm, chứ không phải lượng điện mà hệ thống chắc chắn tạo ra trong một ngày. Hiệu suất và sản lượng thực tế còn chịu ảnh hưởng của bức xạ, nhiệt độ, bóng che, tổn hao điện và điều kiện vận hành. DOE cũng lưu ý hiệu suất PV được xác định trong những điều kiện thử nghiệm nhất định và không thể dùng một con số danh định để mô tả hoàn toàn hoạt động ngoài trời.

Vì sao cùng một công suất hệ thống nhưng số tấm pin có thể khác nhau?

Cùng là một hệ thống 5kWp nhưng số lượng module không cố định. Nguyên nhân đơn giản là các tấm pin trên thị trường có nhiều mức công suất khác nhau.

Có thể hình dung bằng một số trường hợp:

Công suất hệ thống mục tiêu	Công suất mỗi tấm	Phép tính ban đầu	Số tấm cần tính
1kWp	450Wp	1.000 ÷ 450 = 2,22	3 tấm
3kWp	550Wp	3.000 ÷ 550 = 5,45	6 tấm
5kWp	550Wp	5.000 ÷ 550 = 9,09	10 tấm
10kWp	550Wp	10.000 ÷ 550 = 18,18	19 tấm

Bảng trên chỉ nhằm minh họa cách tính số lượng module theo công suất danh định. Nó không phải bảng quy đổi cố định cho mọi công trình.

Chẳng hạn, một hệ thống mục tiêu 10kWp sử dụng tấm 550Wp sẽ có kết quả toán học là 18,18 tấm, nhưng không thể lắp 18,18 module. Nếu chọn 19 tấm thì tổng công suất danh định sẽ là 10,45kWp.

Trong thiết kế thực tế, con số 19 tấm còn phải được kiểm tra với inverter. Nếu inverter yêu cầu một số lượng module nhất định trong mỗi string để điện áp vận hành nằm trong vùng MPPT, việc bố trí 19 module có thể không phải phương án tối ưu. Khi đó, nhà thiết kế có thể phải điều chỉnh số lượng module hoặc cách chia chuỗi.

NREL cũng lưu ý việc thiết kế hệ PV cần xem xét mối quan hệ giữa module và inverter, trong đó số module trong mỗi string phải đáp ứng các giới hạn điện áp của thiết bị. Vì vậy, phép chia công suất chỉ nên được xem là bước khởi đầu của quá trình sizing.

Một điểm khác cũng cần lưu ý là công suất module không hoàn toàn đồng nghĩa với kích thước module. Hai tấm pin cùng công suất có thể có kích thước, hiệu suất và thông số điện khác nhau. Do đó, khi chuyển từ bài toán “cần bao nhiêu tấm” sang bài toán “có lắp được bao nhiêu tấm”, cần tiếp tục kiểm tra datasheet của sản phẩm cụ thể.

Những Yếu Tố Quyết Định Số Tấm Pin Thực Tế

Công suất và hiệu suất của từng tấm pin

Công suất Wp là thông số đầu tiên cần sử dụng khi tính số module, nhưng không phải thông số duy nhất.

Một tấm pin có công suất 550Wp và một tấm 450Wp rõ ràng sẽ cho ra số lượng module khác nhau khi cùng hướng đến một công suất hệ thống. Tuy nhiên, người thiết kế còn phải quan tâm đến hiệu suất module, kích thước, hệ số nhiệt, điện áp tại điểm công suất cực đại và dòng điện tại điểm công suất cực đại.

Hiệu suất module thể hiện khả năng chuyển đổi năng lượng ánh sáng thành điện năng trên diện tích của module. Khi diện tích mái bị giới hạn, hiệu suất cao hơn có thể giúp đạt được công suất mong muốn với diện tích sử dụng hiệu quả hơn. Đây cũng là nguyên tắc được nêu trong tài liệu nguồn: công suất của một module không nên được tách rời khỏi kích thước và điều kiện lắp đặt của nó.

Ví dụ, nếu hai phương án đều hướng đến cùng một mức công suất nhưng một loại module có công suất cao hơn trên mỗi mét vuông, số lượng tấm và diện tích cần thiết có thể giảm.

Tuy nhiên, hiệu suất ghi trên datasheet không nên được hiểu là mức hiệu suất cố định trong mọi điều kiện. Nhiệt độ tế bào, cường độ bức xạ, bóng che và các tổn hao trong hệ thống đều có thể ảnh hưởng đến hiệu suất vận hành. DOE cũng lưu ý nhiệt độ tăng có thể làm giảm hiệu suất của tế bào PV.

Vì vậy, khi tính số tấm pin, nên bắt đầu bằng Wp để xác định số lượng sơ bộ, sau đó kiểm tra các thông số kỹ thuật còn lại để đánh giá phương án có phù hợp với công trình hay không.

Diện tích mái và kích thước tấm pin

Sau khi tính được số module, câu hỏi tiếp theo là: diện tích mái có đủ để lắp số module đó hay không?

Đây là bước nhiều phép tính đơn giản thường bỏ qua.

Giả sử một hệ thống cần khoảng 10 module. Nếu mỗi module có diện tích xấp xỉ 2,5m², phần diện tích chiếm riêng bởi các tấm đã vào khoảng 25m². Nhưng diện tích lắp đặt thực tế không chỉ bằng tổng diện tích hình học của các module.

Mái còn có thể cần không gian cho khoảng cách giữa các tấm, lối tiếp cận bảo trì, vùng tránh vật cản và những khu vực không phù hợp để đặt module. Hướng mái, cấu trúc mái và bóng che cũng có thể khiến một phần diện tích không được sử dụng.

Do đó, có thể hình dung quy trình theo hai bước:

Bước 1: Tính số module dựa trên công suất.

Bước 2: Kiểm tra số module đó có thể bố trí hợp lý trên diện tích mái khả dụng hay không.

Điều này đặc biệt quan trọng với nhà phố hoặc những công trình có mái bị chia nhỏ bởi bồn nước, tum, thiết bị kỹ thuật hoặc các vật cản khác.

Tài liệu nguồn cũng chỉ ra rằng diện tích mái sử dụng thực tế không đồng nghĩa với toàn bộ diện tích bề mặt mái. Hướng mái, bóng che, khoảng cách giữa các module, lối bảo trì và yêu cầu kết cấu đều cần được tính đến khi xác định số module có thể lắp đặt.

Vì vậy, nếu chỉ biết “mái rộng 40m²” rồi lấy 40 chia cho diện tích một tấm pin, kết quả vẫn chưa đủ cơ sở để kết luận hệ thống có thể lắp bao nhiêu tấm.

Inverter, cấu hình chuỗi và các giới hạn kỹ thuật

Đây là bước biến một phép tính lý thuyết thành phương án kỹ thuật thực tế.

Các module thường được kết nối thành chuỗi, sau đó kết nối với inverter. Khi nhiều tấm được mắc nối tiếp, điện áp của chuỗi thay đổi theo số lượng module. Trong khi đó, inverter có giới hạn về điện áp DC tối đa, dải điện áp MPPT và dòng điện đầu vào.

Vì vậy, một phương án có tổng công suất đúng mục tiêu vẫn có thể cần thay đổi nếu cấu hình chuỗi không phù hợp với inverter.

Chẳng hạn, giả sử phép tính ban đầu cho ra 12 module. Không nên mặc định rằng 12 module có thể chia thành bất kỳ chuỗi nào. Cần xem datasheet của module để biết điện áp hở mạch, điện áp tại điểm công suất cực đại, dòng điện và các hệ số liên quan. Đồng thời, phải đối chiếu với giới hạn đầu vào của inverter.

NREL/SAM sử dụng các thông số về số module trong mỗi string và giới hạn điện áp của inverter trong quá trình mô phỏng, cho thấy đây là một phần thực sự của bài toán thiết kế hệ PV chứ không phải bước kiểm tra phụ.

Ngoài ra, số lượng MPPT của inverter cũng ảnh hưởng đến cách phân chia các chuỗi. Nếu hệ thống có nhiều hướng mái hoặc điều kiện bóng che khác nhau, việc bố trí module trên các MPPT cần được xem xét cẩn thận để hạn chế việc một nhóm module ảnh hưởng đến nhóm khác.

Do đó, có thể xem công thức tính số tấm như sau:

Công suất hệ thống → số module sơ bộ → diện tích mái → cấu hình string → kiểm tra inverter → số module cuối cùng.

Cách tiếp cận này an toàn hơn nhiều so với việc chỉ lấy công suất chia cho Wp rồi coi đó là đáp án cuối cùng.

Ví Dụ Cách Tính Số Tấm Pin Cho Các Hệ Thống Phổ Biến

1kW, 3kW và 5kW cần bao nhiêu tấm pin?

Để dễ hình dung, giả sử sử dụng cùng một loại module có công suất 550Wp.

Với hệ thống mục tiêu 1kWp:

1.000 ÷ 550 = 1,82

Phép tính ban đầu cho thấy cần làm tròn lên thành 2 module.

Hai module 550Wp tạo ra:

2 × 550 = 1.100Wp = 1,1kWp

Như vậy, xét riêng về công suất DC danh định, 2 tấm đã vượt mốc 1kWp.

Với hệ thống 3kWp:

3.000 ÷ 550 = 5,45

Kết quả được làm tròn lên thành 6 module.

Tổng công suất:

6 × 550 = 3.300Wp = 3,3kWp

Với hệ thống 5kWp:

5.000 ÷ 550 = 9,09

Kết quả ban đầu là 10 module.

Tổng công suất:

10 × 550 = 5.500Wp = 5,5kWp

Những ví dụ này cho thấy cụm từ “hệ thống 5kW cần bao nhiêu tấm pin” không có một đáp án duy nhất nếu chưa biết công suất của từng module.

Nếu thay module 550Wp bằng module 450Wp, số lượng cần thiết sẽ thay đổi. Vì vậy, khi gặp các câu hỏi như “3kW cần bao nhiêu tấm pin” hoặc “5kW cần bao nhiêu tấm pin”, cần xác định Wp của module trước khi thực hiện phép tính.

Quan trọng hơn, các con số trên chỉ là ví dụ về công suất danh định. Việc một hệ thống có 6, 10 hay một số lượng module cụ thể không có nghĩa rằng sản lượng điện thực tế sẽ bằng đúng công suất đó trong suốt quá trình vận hành.

Công suất Wp là cơ sở để xác định quy mô DC của dàn pin, còn sản lượng điện phụ thuộc vào điều kiện bức xạ, nhiệt độ, hướng và góc nghiêng, bóng che, tổn hao dây dẫn, inverter và nhiều yếu tố khác. NREL cũng đưa các yếu tố tổn hao hệ thống và cấu hình inverter vào quá trình đánh giá hiệu suất của hệ PV.

Khi nào nên tính lại số tấm thay vì chỉ làm tròn kết quả?

Không phải lúc nào kết quả sau khi làm tròn cũng nên được sử dụng ngay.

Có ít nhất một số tình huống cần tính lại toàn bộ phương án. Chẳng hạn, phép chia cho ra 10 module nhưng 10 module không thể tạo thành các string có điện áp phù hợp với dải MPPT của inverter. Khi đó, số lượng module hoặc cách chia chuỗi cần được điều chỉnh.

Tương tự, nếu số module sau khi làm tròn vượt quá diện tích mái có thể sử dụng, cần lựa chọn lại module có công suất hoặc hiệu suất phù hợp hơn thay vì cố ép toàn bộ số tấm lên mái.

Một số trường hợp khác cũng cần kiểm tra lại:

• Điện áp chuỗi không phù hợp với giới hạn inverter.
• Dòng điện của module hoặc string vượt giới hạn đầu vào.
• Số module không phù hợp với cách phân chia MPPT.
• Mái có nhiều hướng hoặc nhiều vùng bóng che khác nhau.
• Kích thước module khiến cách bố trí thực tế không khả thi.
• Công suất DC sau khi làm tròn tạo ra tỷ lệ DC/AC không phù hợp với phương án inverter.

Đây cũng là lý do không nên dùng một công thức duy nhất để trả lời mọi câu hỏi về số lượng tấm pin.

Công thức chia công suất giúp xác định số module sơ bộ. Thiết kế hệ thống mới quyết định số module có thể sử dụng thực tế.

Nếu đang tự tính toán, người dùng có thể bắt đầu bằng ba thông tin: công suất hệ thống mong muốn, công suất của module dự kiến sử dụng và diện tích mái khả dụng. Sau đó, cần kiểm tra datasheet của module và inverter trước khi chốt cấu hình.

Với một hệ thống thực tế, các thông số như điện áp hở mạch, điện áp tại điểm công suất cực đại, dòng điện, hệ số nhiệt, giới hạn MPPT và điện áp DC tối đa không nên được bỏ qua. Đây là những thông tin giúp xác định liệu số tấm vừa tính có thể được kết nối thành một hệ thống điện mặt trời vận hành đúng yêu cầu hay không.

Nói cách khác, cách tính số tấm pin mặt trời không kết thúc ở phép chia công suất. Phép chia chỉ trả lời câu hỏi “cần khoảng bao nhiêu module về mặt công suất”. Còn câu hỏi “có thể lắp và kết nối bao nhiêu module một cách phù hợp” phải được giải quyết bằng diện tích mái, datasheet, cấu hình chuỗi và inverter.

Khi hiểu được sự khác biệt này, việc lựa chọn số lượng tấm pin năng lượng mặt trời sẽ chính xác hơn và hạn chế tình trạng chọn công suất theo một con số đơn lẻ. Đây cũng là cơ sở để thiết kế hệ thống phù hợp với điều kiện thực tế thay vì chỉ chạy theo một mức công suất danh nghĩa.

Cần Tư Vấn Về Cách Tính Số Tấm Pin Cho Hệ Thống Điện Mặt Trời?

Số lượng tấm pin cần sử dụng không chỉ được xác định bằng cách lấy công suất hệ thống chia cho công suất của một module. Diện tích mái, công suất từng tấm, thông số kỹ thuật và khả năng tương thích với inverter đều cần được xem xét để xây dựng phương án phù hợp. Vì vậy, nếu bạn đang dự kiến lắp đặt hệ thống điện năng lượng mặt trời, việc tính toán từ đầu sẽ giúp hạn chế tình trạng thiếu diện tích hoặc lựa chọn số lượng module chưa phù hợp.

Tại Lưu Solar, chúng tôi hỗ trợ khách hàng tìm hiểu thông số tấm pin, xác định số lượng module theo quy mô hệ thống và xem xét các yếu tố liên quan đến diện tích lắp đặt, cấu hình hệ thống và thiết bị đi kèm. Việc đánh giá dựa trên nhu cầu và điều kiện thực tế giúp phương án điện mặt trời có cơ sở kỹ thuật rõ ràng hơn thay vì chỉ dựa vào một phép tính công suất đơn lẻ.

Công Ty TNHH Lưu Solar

Địa chỉ: 83/53 Phạm Văn Bạch, Phường Tân Sơn, Thành phố Hồ Chí Minh, Việt Nam

Chi nhánh: 430 Quốc Lộ 53, Ấp Mỹ Huệ Xã Càng Long, Tỉnh Vĩnh Long, Việt Nam

Zalo/WhatsApp: +84 82 2425 288

Hotline: 082 2425 288

Website: luusolar.com

Liên hệ với Lưu Solar để được hỗ trợ tìm hiểu về số lượng tấm pin, thông số module và phương án hệ thống điện năng lượng mặt trời phù hợp với điều kiện lắp đặt thực tế.

Tài liệu tham khảo

U.S. Department of Energy (DOE), các tài liệu về cấu tạo module PV, hiệu suất và thiết kế hệ thống điện mặt trời.

National Renewable Energy Laboratory (NREL), tài liệu về mô hình hóa và cấu hình hệ thống PV, module/string và inverter.

Nguồn kỹ thuật nội bộ được cung cấp trong file: nội dung về công suất module, hiệu suất, diện tích mái, datasheet, inverter, cấu hình chuỗi và các yếu tố ảnh hưởng đến sản lượng hệ thống.