Chống Sét Cho Hệ Thống Điện Mặt Trời: Giải Pháp Bảo Vệ Toàn Diện

Hệ thống điện năng lượng mặt trời ngày càng phổ biến tại Việt Nam nhờ vào lợi ích kinh tế và môi trường. Tuy nhiên, do đặc thù lắp đặt ở vị trí cao và ngoài trời, các hệ thống này rất dễ bị tổn thương bởi sấm sét. Bài viết này sẽ giới thiệu tổng quan về tầm quan trọng và các giải pháp chống sét hiệu quả cho hệ thống điện mặt trời, giúp bảo vệ đầu tư lâu dài của bạn.

Mục lục bài viết

1. Tầm quan trọng của việc chống sét cho hệ thống điện mặt trời

1.1. Nguy cơ từ sét đối với hệ thống điện mặt trời

Hệ thống điện năng lượng mặt trời (NLMT) bao gồm nhiều thành phần chính như tấm pin quang điện (tấm pin mặt trời), dây dẫn, bộ điều khiển, inverter, bộ chuyển đổi, bình ắc quy. Tất cả các bộ phận này đều được liên kết chặt chẽ với nhau, do đó khi một bộ phận bị ảnh hưởng sẽ kéo theo toàn bộ hệ thống gặp vấn đề.

Đặc biệt, tấm pin và dây dẫn luôn được lắp đặt ở vị trí ngoài trời, trên cao, khiến chúng trở thành mục tiêu lý tưởng cho sét đánh. Sét có thể tác động theo hai hình thức:

Tác động trực tiếp: Gây cháy nổ các tấm pin mặt trời, các đường dây hoặc bộ điều khiển, dẫn đến thiệt hại ngay lập tức và dễ nhận thấy.
Tác động gián tiếp: Tạo ra xung điện quá áp đột biến 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. Loại tác động này thường gây ra những thiệt hại âm thầm, tích tụ theo thời gian.

1.2. Hậu quả khi không có biện pháp chống sét

Khi hệ thống điện mặt trời không được bảo vệ đầy đủ khỏi sét, những hậu quả sau có thể xảy ra:

Phá hủy trực tiếp các tấm pin năng lượng mặt trời trên mái nhà, gây nổ và cháy pin.
Hư hỏng inverter và các thiết bị điện tử khác trong hệ thống.
Giảm hiệu năng chuyển đổi năng lượng của tế bào quang điện.
Suy giảm khả năng cách điện của thiết bị và cáp dẫn.
Giảm tuổi thọ tiếp điểm đóng, cắt của các thiết bị bảo vệ quá dòng.
Gián đoạn cung cấp điện, ảnh hưởng đến hoạt động bình thường.
Tốn kém chi phí sửa chữa và thay thế thiết bị.

Đặc biệt, hầu hết nhà sản xuất tấm pin mặt trời đều cam kết bảo hành sản phẩm đến 20 năm, nhưng những thiệt hại do sét đánh thường không nằm trong phạm vi bảo hành. Do đó, việc đầu tư vào hệ thống chống sét là cần thiết để đảm bảo hiệu quả đầu tư lâu dài.

Báo giá thiết bị chống sét lan truyền mới 2025

2. Các giải pháp chống sét toàn diện cho hệ thống điện mặt trời

Một hệ thống chống sét toàn diện cho điện năng lượng mặt trời cần bao gồm ba thành phần chính:

Bảo vệ bên ngoài bằng hệ thống chống sét trực tiếp
Bảo vệ bên trong bằng thiết bị chống sét lan truyền
Hệ thống nối đất đảm bảo kỹ thuật

2.1. Chống sét đánh thẳng (chống sét trực tiếp)

a. Đối với hệ thống điện mặt trời quy mô lớn

Đối với hệ thống điện mặt trời trang trại, công nghiệp hoặc tòa nhà có diện tích lớn (chiều dài trên 30m), nên lắp đặt kim thu sét (KTS) theo công nghệ phát xạ sớm, gắn trên trụ độc lập bên ngoài. Những ưu điểm của giải pháp này:

Kim thu sét phát xạ sớm có bán kính bảo vệ rất lớn (từ 50-107m)
Giảm thiểu chi phí đầu tư do cần ít kim thu sét hơn
Số lượng kim thu sét được bố trí sao cho vùng bảo vệ bao phủ hết các tấm pin

Đối với công trình quy mô lớn, việc sử dụng kim phân tán sét (KPTS) càng tốt, vì nó sẽ phân tán các điện tích trái dấu để ngăn ngừa các dòng điện đánh xuống khu vực, mang lại an toàn hơn mặc dù chi phí có thể cao hơn.

b. Đối với hệ thống điện mặt trời quy mô nhỏ

Với hệ thống sử dụng có quy mô nhỏ như nhà ở, cột đèn NLMT, biển báo, các tấm pin thường được đặt trên đỉnh hoặc mái nhà. Trong trường hợp này:

Có thể sử dụng kim thu lôi cổ điển Franklin đặt trên mái nhà
Nếu có điều kiện, nên sử dụng kim phân tán sét cho hiệu quả cao hơn (như mẫu TS100-58-24 hoặc TS400-SS-24)

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

2.2. Chống sét lan truyền

Một hệ thống điện mặt trời có nhiều đường dây để truyền dòng điện, bao gồm đường nguồn một chiều DC, đường AC và các đường tín hiệu điều khiển. Khi xung quá áp đột biến xuất hiện trên các đường dây này, có thể làm hỏng các thiết bị điện và điện tử. Do đó, cần phải bảo vệ trên tất cả các hướng mà dòng xung có thể thâm nhập.

Thiết bị chống sét là gì? Cầu tạo, phân loại và lưu ý khi sử dụng

a. Chống sét lan truyền cho đường DC

Sử dụng các thiết bị chống sét DC (SPD – Surge Protection Device) để bảo vệ trên các đường dây nối từ các tấm pin về tủ nguồn. Theo tiêu chuẩn CLS/TS 5039-12, các thiết bị này phải được lắp đặt ở:

Ngay tại lối vào DC của inverter
Tại các tấm pin năng lượng mặt trời (nếu khoảng cách với inverter > 10m)

Việc lựa chọn loại SPD DC phù hợp phụ thuộc vào:

Hệ thống có lắp đặt kim thu sét: Sử dụng SPD Type 1 để đảm bảo chịu được dòng xung 10/350µs
Hệ thống không có kim thu sét hoặc có sử dụng kim phân tán sét: Có thể dùng SPD Type 2

Lưu ý khi chọn thiết bị chống sét DC cần quan tâm đến:

Điện áp hoạt động định mức và tối đa phù hợp với nguồn DC từ tấm pin
Các tính năng bổ sung như công nghệ VG, kiểu cắm rút, dây báo hiệu tình trạng hoạt động

b. Chống sét lan truyền cho đường AC

Tiêu chuẩn CLS/TS 5039-12 khuyến cáo lắp đặt thiết bị chống sét AC để bảo vệ:

Phía kết nối đường dây điện AC của inverter
Tủ hợp bộ, các phụ tải
Cầu dao kết nối với điện lưới

Xung điện áp có thể lan truyền từ phụ tải (máy bơm, đèn chiếu sáng) hoặc từ hệ thống lưới điện quốc gia (nếu hòa mạng).

Việc lựa chọn SPD AC phụ thuộc vào:

Công trình có lắp đặt kim thu sét: Sử dụng thiết bị cắt sét Type 1 (như DS250VG, DS150E, ATSHOCK), sau đó có thể dùng thêm Type 2 để bảo vệ thứ cấp.
Công trình ở vùng có mật độ sét thấp và không trang bị kim thu sét: Có thể sử dụng thiết bị chống sét lan truyền Type 2 (như DS70, DS42).

c. Bảo vệ cho đường tín hiệu

Hệ thống điện mặt trời thường có nhiều đường tín hiệu từ các cảm biến, đầu dò, tín hiệu giám sát và điều khiển. Các đường này thường chạy cùng với đường dây DC từ ngoài vào nên khả năng nhiễm quá áp rất cao.

Hướng dẫn chi tiết cách làm chống sét lan truyền đúng kỹ thuật và an toàn

Thiết bị chống sét cho đường tín hiệu cần được lắp đặt:

Trong các tủ điều khiển
Tủ trung gian bên ngoài
Trước khi vào các thiết bị và cảm biến

Cần lựa chọn thiết bị phù hợp với dạng tín hiệu như RS485, RS232, Ethernet, đường tín hiệu DC với mức điện áp thấp, hoặc các đường PoE.

2.3. Lắp đặt hệ thống nối đất

Hệ thống tiếp địa (nối đất) là bộ phận vô cùng quan trọng của hệ thống điện NLMT, vừa có chức năng tiếp đất công tác, vừa có chức năng tiếp đất bảo vệ. Yêu cầu cho hệ thống nối đất:

Toàn bộ kết cấu giá đỡ, vỏ tủ, khung bao, thiết bị chống sét 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
Các vật liệu sử dụng nên có khả năng chống ăn mòn cao, có thể dùng loại mạ đồng chất lượng cao hoặc đồng nguyên chất
Có thể sử dụng hóa chất giảm điện trở suất cho vùng đất nhiều cát, sỏi đá
Liên kết giữa cọc, dây và các kết cấu kim loại khác nên sử dụng mối hàn hóa nhiệt để đảm bảo liên kết bền vững

3. Thiết bị chống sét lan truyền (SPD) – Trái tim của hệ thống bảo vệ

Thiết bị chống sét lan truyền (SPD – Surge Protection Device) đóng vai trò quan trọng trong việc bảo vệ hệ thống điện mặt trời khỏi những ảnh hưởng của các hiện tượng sét đánh, quá áp hay nhiễu điện.

3.1. Nguyên lý hoạt động của SPD

SPD hoạt động theo nguyên lý mạch bảo vệ:

Trong trạng thái bình thường, SPD có trở kháng cao
Khi xảy ra xung điện áp đột ngột (quá áp), SPD tức thì chuyển sang trạng thái trở kháng thấp
SPD dẫn dòng điện tăng đột ngột qua nó và xả năng lượng xuống đất
Sau khi hiện tượng xung điện áp kết thúc, SPD tự động chuyển trở lại trạng thái trở kháng cao

3.2. Các loại SPD trong hệ thống năng lượng mặt trời

SPD được chia thành ba loại chính:

SPD loại 1 (Type 1): Thiết kế để xả ngược dòng năng lượng, truyền lan sóng điện xuống đất rồi đưa năng lượng trở lại đường dây cấp điện. Dùng cho hệ thống có thu lôi.
SPD loại 2 (Type 2): Bảo vệ cho các thiết bị điện hạ thế, ngăn ngừa sự lan truyền của quá áp và bảo vệ các tải tiêu thụ. Thường lắp đặt tại các điểm cung cấp điện.
SPD loại 3 (Type 3): Có dung lượng xả thấp hơn, thường được sử dụng như bổ sung cho SPD loại 2 và lắp đặt gần các tải nhạy cảm.

3.3. Số lượng SPD cần thiết cho hệ thống điện mặt trời

Để bảo vệ toàn diện, SPD nên được lắp đặt trên cả mạng lưới điện DC và AC:

Phía DC:
- Nếu chiều dài cáp DC giữa tấm pin và inverter dưới 10m: Lắp một SPD gần inverter
- Nếu chiều dài cáp DC lớn hơn 10m: Lắp SPD ở cả đầu inverter và đầu tấm pin
Phía AC:
- Lắp SPD tại đầu vào AC của inverter
- Lắp SPD tại tủ điện chính nối với lưới điện

4. Lưu ý khi chọn giải pháp chống sét cho hệ thống điện mặt trời

Trước khi thiết kế giải pháp chống sét cho hệ thống điện năng lượng mặt trời, cần xem xét các yếu tố sau:

Mật độ sét: Khu vực có mật độ giông, hệ số rủi ro và cường độ sét cao hay thấp?
Cấu trúc hệ thống: Hệ thống đã lắp đặt các bảo vệ bên ngoài chưa?
Quy mô: Hệ thống lớn hay nhỏ, dân dụng hay công nghiệp?
Thông số kỹ thuật: Điện áp định mức và tối đa là bao nhiêu?
Cách vận hành: Hệ thống DNLMT độc lập hay hòa mạng?
Vị trí lắp đặt: Có nằm trong khu công nghiệp hay không?
Hạ tầng sẵn có: Hệ thống tiếp đất hiện tại như thế nào?

Các thông số cần quan tâm khi chọn thiết bị chống sét:

Đối với SPD DC:
- Điện áp hoạt động liên tục tối đa (Ucpv)
- Dòng xung đột tối đa
- Loại thiết bị (Type 1, Type 2, Type 1+2)
- Khả năng chịu nhiệt độ và môi trường
Đối với SPD AC:
- Dòng xung tối đa
- Điện áp định mức
- Tuân thủ tiêu chuẩn an toàn và hiệu quả

5. Kết luận

Việc đầu tư đồng bộ các hạng mục bảo vệ chống sét cho hệ thống điện mặt trời ngay từ khâu thiết kế và lắp đặt sẽ hạn chế tối đa các thiệt hại do sét đánh và xung quá áp gây ra. Điều này không chỉ bảo vệ tài sản, mà còn nâng cao hiệu quả và lợi nhuận thu được cho nhà đầu tư.

Một hệ thống chống sét toàn diện cần kết hợp cả ba biện pháp: chống sét trực tiếp, chống sét lan truyền, và hệ thống nối đất chất lượng cao. Đặc biệt, các thiết bị chống sét lan truyền (SPD) cần được lắp đặt đúng vị trí và phù hợp với đặc điểm của hệ thống.

Cuối cùng, cần nhấn mạnh rằng chi phí đầu tư cho hệ thống chống sét chỉ chiếm một phần nhỏ so với tổng chi phí của hệ thống điện mặt trời, nhưng lại đóng vai trò quyết định trong việc đảm bảo an toàn và tuổi thọ của toàn bộ hệ thống. Đây là khoản đầu tư khôn ngoan mang lại sự an tâm và hiệu quả lâu dài.

Nếu bạn đang lên kế hoạch lắp đặt hệ thống điện năng lượng mặt trời hoặc đã có hệ thống nhưng chưa được bảo vệ đầy đủ, hãy tham khảo ý kiến của các chuyên gia trong lĩnh vực chống sét để có giải pháp phù hợp nhất. Đầu tư hợp lý ngay từ đầu sẽ giúp bạn tiết kiệm chi phí sửa chữa và thay thế thiết bị trong tương lai, đồng thời đảm bảo hệ thống hoạt động ổn định và hiệu quả trong suốt vòng đời của nó.