Bạn đang lo lắng hệ thống điện năng lượng mặt trời của gia đình hay doanh nghiệp mình có thể bị sét đánh gây hư hỏng? Bạn đã từng nghe đến những sự cố cháy nổ, hỏng inverter hay nứt vỡ tấm pin do sét gây ra nhưng chưa biết cách phòng tránh? Vậy bạn đã biết đến các giải pháp chống sét cho hệ thống điện mặt trời hiệu quả nào chưa? Nếu chưa, hãy cùng Intech Entech tìm ra câu trả lời phù hợp và an toàn nhất cho hệ thống của bạn qua bài viết dưới đây.
Lý do phải chống sét cho hệ thống điện mặt trời?
Việc chống sét cho hệ thống điện mặt trời là yếu tố bắt buộc nếu muốn đảm bảo an toàn và tuổi thọ cho toàn bộ hệ thống. Nguyên nhân là vì các thành phần trong hệ thống – từ tấm pin, inverter đến bộ điều khiển – đều được liên kết chặt chẽ bằng hệ thống dây dẫn điện. Điều này đồng nghĩa với việc nếu một bộ phận chịu ảnh hưởng do sét, thì toàn hệ thống cũng có nguy cơ hỏng hóc theo dây chuyền.
- Phần lớn các tấm pin và dây dẫn được lắp đặt ở vị trí cao, ngoài trời – nơi dễ tiếp xúc với các hiện tượng thời tiết cực đoan, đặc biệt là sét. Khi sét đánh trực tiếp, nó có thể gây cháy nổ tại điểm tiếp xúc như tấm pin hoặc bộ điều khiển.
- Hiện tượng sét đánh gián tiếp, tạo ra các xung điện áp cao đột ngột lan truyền qua đường dây DC và AC, gây hư hại cho các thiết bị điện nhạy cảm như inverter hay bộ chuyển đổi. Những xung này không chỉ làm gián đoạn hoạt động mà còn tiềm ẩn rủi ro mất an toàn về cháy nổ và thiệt hại kinh tế nếu không được kiểm soát hiệu quả.
Vì vậy, trang bị hệ thống chống sét đầy đủ và đúng kỹ thuật là bước không thể thiếu trong bất kỳ công trình điện mặt trời nào.
Tác hại của sét đối với hệ thống điện mặt trời
Sét là một trong những mối nguy hiểm lớn đối với hệ thống điện mặt trời, đặc biệt trong điều kiện khí hậu nhiệt đới như Việt Nam – nơi thường xuyên xảy ra giông sét. Do đặc thù lắp đặt ngoài trời và kết nối chặt chẽ giữa các thiết bị điện, hệ thống dễ trở thành điểm thu sét hoặc bị ảnh hưởng bởi dòng sét lan truyền. Khi sét tác động, dù trực tiếp hay gián tiếp, đều có thể gây ra nhiều hậu quả nghiêm trọng cả về mặt kỹ thuật lẫn an toàn vận hành. Cụ thể, các tác hại có thể kể đến như sau:
- Gây hỏng tấm pin, nứt vỡ cell: Khi sét đánh trực tiếp hoặc lan truyền qua hệ thống, các tấm pin mặt trời – đặc biệt là phần cell quang điện – có thể bị quá áp đột ngột dẫn đến nứt vỡ, giảm hiệu suất hoặc hư hỏng hoàn toàn. Những tổn thất này thường khó khắc phục và cần thay thế thiết bị.
- Cháy Inverter, cháy thiết bị điện: Inverter là thiết bị rất nhạy cảm với dòng điện áp cao đột biến do sét gây ra. Nếu không có thiết bị bảo vệ, sét có thể làm cháy bo mạch, hư hỏng tụ điện hoặc gây nổ linh kiện bên trong. Tương tự, các thiết bị điều khiển và bảo vệ cũng có nguy cơ cháy nổ nếu bị quá tải tức thời.
- Mất dữ liệu giám sát và gián đoạn vận hành: Hệ thống giám sát điện mặt trời thường kết nối qua mạng internet hoặc truyền tín hiệu điện tử. Khi bị ảnh hưởng bởi sét, dữ liệu thu thập có thể bị mất, sai lệch hoặc không thể truy cập được, làm gián đoạn khả năng kiểm soát và theo dõi hiệu suất vận hành.
- Gây cháy lan, nguy cơ về tài sản và con người: Trong trường hợp nghiêm trọng, sét có thể là nguồn phát sinh cháy lớn, đặc biệt nếu điểm đánh trúng nằm gần vật liệu dễ bắt lửa như mái tôn, nhựa, hoặc gần khu vực dân cư. Điều này không chỉ gây thiệt hại tài sản mà còn đe dọa trực tiếp đến sự an toàn của con người.
Các biện pháp chống sét cho hệ thống điện mặt trời
Biện pháp chống sét trực tiếp cho hệ thống điện NLMT
Hệ thống điện mặt trời quy mô lớn
Đối với các hệ thống điện mặt trời quy mô lớn như tại nhà máy công nghiệp hoặc trên mái các tòa nhà cao tầng, việc bảo vệ khỏi sét đánh trực tiếp là yếu tố rất quan trọng. Trong trường hợp diện tích lắp đặt trải dài trên 30 mét, nên áp dụng giải pháp lắp cột thu sét công nghệ phát xạ sớm (ESE) đặt tách biệt khỏi vùng có tấm pin. Loại kim thu này có phạm vi bảo vệ rộng, dao động từ 50 đến hơn 100 mét, giúp bao phủ hiệu quả toàn bộ khu vực chứa hệ thống PV. Cần tính toán và bố trí số lượng cột thu phù hợp để đảm bảo toàn bộ bề mặt lắp pin nằm trong vùng được bảo vệ. Ngoài ra, với những công trình cần mức an toàn cao hơn, việc trang bị thêm các thiết bị phân tán điện tích cũng là lựa chọn tối ưu. Các kim phân tán sét này hoạt động bằng cách trung hòa các ion trong không khí, từ đó làm giảm khả năng hình thành tia tiên đạo dẫn đến sét đánh. Tuy nhiên, giải pháp này đòi hỏi chi phí đầu tư cao hơn.
Hệ thống điện mặt trời quy mô nhỏ
Trong khi đó, với các hệ thống điện mặt trời quy mô nhỏ như hộ gia đình, trạm đèn năng lượng mặt trời hoặc biển báo giao thông, do diện tích hạn chế và lắp đặt trên mái thấp nên không nhất thiết phải sử dụng kim thu ESE. Thay vào đó, có thể lắp đặt kim thu lôi truyền thống kết hợp với hệ thống tiếp địa đạt chuẩn. Đặc biệt, nếu lắp thêm các thiết bị phân tán sét trên mái nhà (ví dụ như dòng sản phẩm TerrStat ST-100 hoặc ST-400), hiệu quả bảo vệ sẽ được nâng cao mà vẫn phù hợp với ngân sách đầu tư của công trình dân dụng.
Bên cạnh việc lựa chọn loại kim phù hợp, khâu thi công và hoàn thiện hệ thống tiếp địa cũng đóng vai trò then chốt. Tất cả các cột thu lôi hoặc thiết bị phân tán điện tích cần được nối đất với điện trở tiếp địa không vượt quá 8 Ohm. Đồng thời, các điểm tiếp địa trong toàn hệ thống cần được liên kết đẳng thế để đảm bảo tính đồng bộ và ổn định khi có hiện tượng xung điện xảy ra.
Biện pháp chống sét lan truyền cho nguồn điện mặt trời DC
Để bảo vệ hệ thống điện mặt trời khỏi các tác động lan truyền từ sét, đặc biệt là trên đường dây DC nối từ dàn pin đến inverter, việc lắp đặt các thiết bị chống sét chuyên dụng cho nguồn DC là điều bắt buộc. Các thiết bị này cần được bố trí tại các vị trí chiến lược như đầu vào DC của inverter cũng như gần các chuỗi tấm pin, nhằm ngăn chặn xung điện quá áp xâm nhập vào hệ thống. Theo các tiêu chuẩn kỹ thuật như CLS/TS 5039-12, việc lắp đặt đúng vị trí sẽ đảm bảo thiết bị phát huy hiệu quả tối đa.
Trong trường hợp hệ thống có trang bị kim thu sét, nên ưu tiên sử dụng các thiết bị chống sét lan truyền Type 1, có khả năng chịu được xung dòng lớn dạng 10/350µs – đây là dạng xung đặc trưng khi có dòng sét trực tiếp truyền về theo đường dây. Một số model được sử dụng phổ biến cho mục đích này bao gồm DS60VGPV hoặc DS50VGPV-G/10KT.
Ngược lại, đối với những hệ thống không có cột thu sét hoặc chỉ áp dụng biện pháp phân tán điện tích, thì việc sử dụng thiết bị chống sét Type 2 là phù hợp hơn. Các thiết bị như DS50VGPV, DS240-DC hoặc ATVOLTP có thể bảo vệ tốt trước các xung quá áp trung bình đến cao, phát sinh từ hiện tượng cảm ứng điện từ do sét đánh gần. Trong trường hợp cần nâng cao mức độ an toàn, việc kết hợp thiết bị Type 1 ở cấp sơ cấp và Type 2 ở cấp thứ cấp sẽ là phương án tối ưu.
Khi lựa chọn thiết bị chống sét cho nguồn DC, cần đảm bảo các thông số điện áp định mức và điện áp chịu đựng tối đa tương thích với dải điện áp đầu ra của chuỗi pin. Ngoài ra, nên ưu tiên các sản phẩm tích hợp tính năng hiện đại như công nghệ VG (Voltage Guard), thiết kế dạng module cắm rút, có chỉ thị trạng thái hoạt động hoặc cổng báo lỗi từ xa, giúp dễ dàng giám sát và bảo trì hệ thống trong quá trình vận hành.
Biện pháp chống sét lan truyền cho đường nguồn AC
Để bảo vệ thiết bị trong hệ thống điện mặt trời khỏi các xung điện lan truyền từ lưới điện hoặc phụ tải, việc lắp thiết bị chống sét cho đường AC là cần thiết. Theo khuyến nghị của tiêu chuẩn kỹ thuật như CLS/TS 5039-12, các thiết bị chống sét cần được đặt tại đầu vào nguồn AC của inverter, cầu dao chuyển đổi, cũng như khu vực phân phối điện cho các tải như máy bơm, đèn chiếu sáng… Nguy cơ xuất hiện quá áp có thể bắt nguồn từ chính lưới điện quốc gia hoặc từ hiện tượng cảm ứng khi sét đánh gần.
Với các công trình được trang bị hệ thống chống sét trực tiếp (kim thu lôi), nên sử dụng thiết bị chống sét AC Type 1 có khả năng chịu dòng xung dạng 10/350µs. Các model như DS250VG, DS150E hay ATSHOCK là những lựa chọn phù hợp để đặt ở cấp đầu vào. Bên cạnh đó, việc bổ sung thêm thiết bị Type 2 ở cấp sau giúp tăng cường khả năng bảo vệ cho các thiết bị điện nhạy cảm. Trong trường hợp không sử dụng công nghệ VG, cần chú ý bố trí khoảng cách tối thiểu giữa thiết bị Type 1 và Type 2 để tránh hiện tượng cộng hưởng điện áp.
Đối với các khu vực ít xảy ra sét hoặc không lắp đặt hệ thống thu lôi, giải pháp đơn giản và kinh tế hơn là sử dụng các thiết bị Type 2 như DS70, DS42, ATSUB 40 hoặc ATCOVER 230T để bảo vệ khỏi các xung quá áp dạng lan truyền, đặc biệt phù hợp với hệ thống dân dụng hoặc công trình nhỏ.
Biện pháp chống sét lan truyền cho các đường tín hiệu
Trong các hệ thống điện mặt trời hiện đại, các tín hiệu giám sát và điều khiển thường đi kèm với cảm biến, đầu dò hoặc bộ giao tiếp (ví dụ: RS485, Ethernet, PoE…). Những tín hiệu này thường truyền qua các đường dây dẫn ra ngoài trời hoặc từ dàn pin về tủ điều khiển, do đó rất dễ bị ảnh hưởng bởi xung quá áp do sét lan truyền.
Để bảo vệ an toàn cho các thiết bị truyền và nhận tín hiệu, cần bố trí thiết bị chống sét tại các vị trí như tủ trung gian, tủ điều khiển chính hoặc ngay tại đầu vào của thiết bị thu tín hiệu. Việc lựa chọn thiết bị chống sét cần dựa trên loại giao thức truyền tín hiệu: RS232, RS485, Ethernet, PoE hoặc các tín hiệu DC điện áp thấp khác.
Có thể chọn loại thiết bị gắn ray DIN như ATLINE, DLA, DLA2 để dễ lắp đặt trong tủ kỹ thuật, hoặc các thiết bị gắn nối tiếp trên đường dây như B180, MTJ. Với các tín hiệu truyền qua cáp mạng, thiết bị chuyên dụng như MJ8-CAT5 sẽ giúp bảo vệ hiệu quả các kết nối Ethernet khỏi hiện tượng đột biến điện áp. Việc lựa chọn đúng loại thiết bị sẽ giúp kéo dài tuổi thọ và đảm bảo độ tin cậy của hệ thống giám sát – điều khiển trong suốt quá trình vận hành.
Biện pháp tiếp đất cho hệ thống điện mặt trời
Hệ thống tiếp đất đóng vai trò then chốt trong việc đảm bảo an toàn và ổn định cho toàn bộ hệ thống điện mặt trời, bao gồm các chức năng: chống sét, bảo vệ thiết bị và duy trì điện thế đồng đều trong toàn mạng lưới. Tất cả các bộ phận kim loại như khung đỡ tấm pin, vỏ tủ điện, vỏ thiết bị điện, và thiết bị chống sét đều cần được đấu nối vào hệ thống tiếp địa chung để tránh tình trạng chênh lệch điện thế. Trong một số trường hợp, có thể sử dụng các thiết bị chuyên dụng như thanh đẳng thế (ví dụ: AT-50K) để đồng bộ các khu vực tiếp đất riêng lẻ thành một thể thống nhất.
Một hệ thống tiếp đất hiệu quả phải có điện trở thấp – lý tưởng là dưới 8 Ohm – nhưng thực tế còn tùy thuộc vào địa hình, kết cấu đất và quy mô hệ thống. Để đạt được yêu cầu này, việc lựa chọn vật liệu tiếp địa là yếu tố then chốt. Nên ưu tiên sử dụng cọc đồng nguyên chất hoặc thép mạ đồng cao cấp, nhờ khả năng chịu ăn mòn tốt và độ dẫn điện ổn định lâu dài. Các loại cọc đặc biệt như cọc hóa học (ApliRod) hay cọc graphite là lựa chọn tối ưu trong các khu vực có nền đất xấu hoặc yêu cầu cao về độ bền.
Ngoài ra, việc sử dụng các hóa chất làm giảm điện trở đất cũng là một giải pháp hiệu quả, đặc biệt trong điều kiện đất khô, đất đá hoặc khu vực có điện trở suất cao. Một số sản phẩm như Conductiver Plus (dành cho đất cát, sỏi), Aplifill (chuyên dùng cho hố chôn điện cực) hoặc Aplicem (phù hợp với vùng có sử dụng cọc và dây nối dài) có thể giúp cải thiện đáng kể khả năng dẫn điện của hệ thống tiếp địa.
Các mối nối trong hệ thống – giữa cọc, dây dẫn và các kết cấu kim loại – cần được thực hiện bằng phương pháp hàn hóa nhiệt (như Apliweld) để đảm bảo tiếp xúc điện tốt, đồng thời tăng độ bền cơ học và khả năng chống ăn mòn trong môi trường ngoài trời. Thiết kế và thi công hệ thống tiếp đất phải đồng bộ với các thiết bị điện và chống sét để đảm bảo an toàn tuyệt đối khi có hiện tượng phóng điện do sét hoặc rò rỉ dòng điện xảy ra.
Sau khi tìm hiểu các nguy cơ và giải pháp chống sét cho hệ thống điện mặt trời, bạn đã biết đâu là phương án phù hợp cho công trình của mình chưa? Hệ thống của bạn đã có đủ thiết bị bảo vệ hay vẫn còn đang tiềm ẩn rủi ro khi mùa mưa đến? Nếu còn phân vân, đừng ngần ngại liên hệ với Intech Energy để được tư vấn và triển khai hệ thống chống sét an toàn – vì bảo vệ thiết bị cũng chính là bảo vệ tài sản và an toàn cho chính bạn!
