Thiết kế hệ thống điện mặt trời - Quy trình, tiêu chuẩn và lưu ý kỹ thuật

Để một hệ thống điện mặt trời vận hành ổn định và đạt hiệu suất cao nhất, thiết kế - bản vẽ kỹ thuật chính là bước khởi đầu quan trọng. Một bản thiết kế chuẩn không chỉ giúp tối ưu sản lượng điện mà còn đảm bảo an toàn, tuân thủ tiêu chuẩn kỹ thuật, và tiết kiệm chi phí đầu tư. Cùng CoCo Solar tìm hiểu quy trình thiết kế hệ thống điện mặt trời từ A đến Z, các tiêu chuẩn bắt buộc, cũng như những lưu ý quan trọng trước khi thi công.

Thiết kế điện năng lượng mặt trời là gì?

Giải thích khái niệm thiết kế hệ thống năng lượng mặt trời

Thiết kế hệ thống điện năng lượng mặt trời là quá trình tính toán, bố trí và mô phỏng toàn bộ các thành phần của hệ thống: từ tấm pin, inverter, dây dẫn cho đến tủ điện và khung giàn, nhằm chuyển đổi năng lượng bức xạ mặt trời thành điện năng một cách an toàn, ổn định và hiệu quả tối đa.

Đây là bước đầu quan trọng trước khi thi công lắp đặt, giúp đảm bảo rằng hệ thống hoạt động đúng với công suất mong muốn, phù hợp với điều kiện công trình và tuân thủ đầy đủ các tiêu chuẩn kỹ thuật Việt Nam (TCVN) và quốc tế (IEC).

Vai trò của bản thiết kế trong thi công và vận hành điện mặt trời áp mái

Một bản thiết kế điện mặt trời đạt chuẩn có vai trò tương tự “bản đồ tổng thể” của dự án, quyết định trực tiếp đến hiệu suất, độ bền và chi phí đầu tư:

• Là căn cứ kỹ thuật cho thi công: Giúp đội ngũ kỹ sư, kỹ thuật viên hiểu rõ từng hạng mục lắp đặt, vị trí thiết bị, hướng đấu nối và phương án đi dây, tránh sai sót hoặc xung đột giữa các bộ phận.
• Đảm bảo an toàn và ổn định: Việc tính toán đúng tải trọng mái, tiết diện dây dẫn, và công suất inverter giúp hệ thống hoạt động ổn định, không quá tải hay gây sụt áp.
• Tối ưu sản lượng điện: Góc nghiêng, hướng lắp đặt và bố trí tấm pin hợp lý giúp tăng hiệu suất hấp thụ ánh sáng và tối đa sản lượng điện thu được.
• Là cơ sở để nghiệm thu và bảo hành: Các cơ quan, đơn vị điện lực (EVN) thường yêu cầu bản thiết kế để thẩm định trước khi hòa lưới. Đồng thời, đây cũng là tài liệu đối chiếu quan trọng khi bảo hành, bảo trì sau này.
• Hỗ trợ vận hành và mở rộng: Khi có bản vẽ chuẩn, việc kiểm tra, bảo dưỡng hoặc nâng cấp công suất trong tương lai sẽ dễ dàng và tiết kiệm hơn rất nhiều.

Phân biệt thiết kế dân dụng – thương mại – công nghiệp

Mặc dù cùng nguyên lý hoạt động, song quy mô và yêu cầu thiết kế của từng loại hình lại hoàn toàn khác nhau.

Các bước thiết kế hệ thống điện mặt trời chuẩn kỹ thuật 

Bước 1: Khảo sát mái và điều kiện thực tế

Đây là bước đầu tiên và cực kỳ quan trọng. Kỹ sư sẽ đo đạc hướng mái, góc nghiêng, diện tích sử dụng, tải trọng mái và xác định các yếu tố ảnh hưởng như vật cản, bóng đổ, hướng nắng để đảm bảo tấm pin nhận bức xạ tối đa quanh năm.

Bước 2: Tính toán công suất hệ thống

Công suất lắp đặt được tính dựa trên sản lượng điện tiêu thụ trung bình hàng tháng và diện tích mái khả dụng.

Ví dụ: Gia đình dùng 800 kWh/tháng, diện tích mái 60m² → hệ thống 5 - 6 kWp là tối ưu nhất.

Công suất hợp lý giúp tránh đầu tư thừa hoặc thiếu so với nhu cầu thực tế.

Xem thêm: Cách tính toán công suất điện mặt trời áp mái phù hợp với nhu cầu

Bước 3: Lập sơ đồ và chọn thiết bị

Kỹ sư tiến hành:

• Lựa chọn tấm pin phù hợp.
• Chọn inverter hòa lưới, tính toán dây dẫn DC/AC, tủ điện bảo vệ.
• Thiết kế hệ khung giàn chịu tải, chống ăn mòn, phù hợp loại mái (tôn, bê tông, hoặc mái ngói).

Bước 4: Thiết kế bản vẽ kỹ thuật & mô phỏng 3D

Bản vẽ thể hiện toàn bộ sơ đồ đấu nối điện, vị trí lắp đặt thiết bị, đường đi dây, hệ thống tiếp địa, chống sét.

Mô phỏng giúp dự đoán sản lượng điện hàng năm, kiểm tra khả năng che bóng, đồng thời đảm bảo tuân thủ tiêu chuẩn TCVN, IEC và quy định PCCC.

Bước 5: Dự toán chi phí và lập kế hoạch thi công

Cuối cùng, đội ngũ kỹ thuật lập bảng dự toán chi tiết gồm chi phí vật tư, nhân công, thiết bị, và kế hoạch tiến độ thi công cụ thể. Một dự toán chuẩn giúp chủ đầu tư dễ dàng so sánh, kiểm soát ngân sách và lựa chọn phương án hợp lý.

Tiêu chuẩn kỹ thuật trong thiết kế điện mặt trời

Việc thiết kế và thi công hệ thống điện mặt trời phải tuân thủ chặt chẽ các quy định kỹ thuật trong nước và quốc tế, bao gồm:

Quy chuẩn Việt Nam (TCVN):

• TCVN 7447: Hệ thống điện hạ áp
• TCVN 9385: Chống sét và tiếp địa cho công trình
• TCVN 3890: Yêu cầu PCCC cho nhà và công trình

Tiêu chuẩn quốc tế (IEC):

• IEC 61215, 61730 cho tấm pin
• IEC 62109 cho inverter

Quy định của EVN: 

Yêu cầu sơ đồ hòa lưới, tiêu chuẩn đồng bộ điện áp, tần số, và an toàn cách ly hệ thống.

Tiêu chuẩn chống sét, tiếp địa, dây dẫn DC/AC: 

Tất cả hệ thống đều phải có điện trở tiếp địa <10Ω, dây dẫn DC có lớp cách điện chịu nhiệt và tia UV, đảm bảo an toàn tuyệt đối khi vận hành.

Những sai lầm phổ biến khi tự thiết kế điện mặt trời

Không tính đúng hướng mái và bóng đổ

Đây là lỗi phổ biến nhất mà nhiều người tự thiết kế thường mắc phải.

Tấm pin năng lượng mặt trời hoạt động tối ưu khi được chiếu sáng trực tiếp và liên tục trong ngày. Tuy nhiên, tại Việt Nam, hướng lắp lý tưởng là hướng Nam (hoặc Đông Nam/Tây Nam tùy khu vực), với góc nghiêng khoảng 10 - 15° đối với mái bằng và theo độ dốc tự nhiên của mái tôn đối với mái nghiêng.

Nếu hướng lắp lệch nhiều so với Nam hoặc bị che khuất bởi cây xanh, tường cao, bồn nước, ống khói, hiệu suất hệ thống có thể giảm 10 - 30% sản lượng điện/năm.

Xem thêm: Hướng lắp pin năng lượng mặt trời tốt nhất, tối ưu công suất

Dây dẫn không đạt tiết diện, gây sụt áp, cháy nổ

Một lỗi kỹ thuật khác thường gặp là chọn dây dẫn không đúng tiết diện hoặc loại dây không đạt chuẩn cho dòng điện DC/AC.

Dòng điện từ tấm pin về inverter là dòng DC (một chiều), có cường độ lớn, nếu dây dẫn quá nhỏ sẽ sinh nhiệt, gây sụt áp và làm giảm hiệu suất toàn hệ thống. Ngoài ra, dây không có khả năng chống tia UV, chịu nhiệt, chịu ăn mòn sẽ nhanh xuống cấp khi phơi ngoài trời.

Không dự trù tải inverter, giảm hiệu suất, nhanh hỏng thiết bị

Inverter là “trái tim” của hệ thống điện mặt trời, chuyển đổi dòng DC từ tấm pin thành dòng AC hòa vào lưới điện. Nếu chọn inverter không tương thích với công suất pin, hệ thống sẽ hoạt động kém hiệu quả.

Có hai trường hợp sai phổ biến:

• Dư công suất pin quá lớn so với inverter → inverter quá tải, tự ngắt, gây giảm sản lượng.
• Công suất pin thấp hơn nhiều so với inverter → inverter hoạt động không đủ tải, tiêu hao điện ngầm, hiệu suất tổng thể giảm.

Lợi ích khi thiết kế hệ thống điện mặt trời chuẩn kỹ thuật

Tối ưu công suất và chi phí đầu tư

Khi hệ thống được thiết kế đúng kỹ thuật, từng tấm pin đều được bố trí theo hướng và góc nghiêng phù hợp nhất với vị trí địa lý, giúp hấp thụ tối đa bức xạ mặt trời trong suốt cả năm.

Bên cạnh đó, kỹ sư sẽ tính toán chính xác công suất phù hợp với nhu cầu tiêu thụ điện thực tế, tránh tình trạng thiết kế dư công suất gây lãng phí đầu tư hoặc thiếu công suất dẫn đến không đủ điện sử dụng.

Một hệ thống được thiết kế chuẩn giúp rút ngắn thời gian hoàn vốn, đồng thời đảm bảo hiệu quả kinh tế cao hơn nhờ sản lượng điện ổn định, giảm thiểu tổn thất trên đường dây và inverter.

Tăng tuổi thọ tấm pin và inverter

Thiết kế chuẩn kỹ thuật đảm bảo toàn bộ hệ thống từ tấm pin, inverter, dây dẫn đến giá đỡ đều hoạt động trong giới hạn tải cho phép.

Khi dòng điện, nhiệt độ và tải trọng được tính toán chính xác, các linh kiện sẽ vận hành ổn định, ít hư hỏng, giúp tăng tuổi thọ pin và inverter lên đến 20 - 30 năm.

Ngoài ra, việc tính toán kỹ lưỡng về tải mái, thoát nước, thông gió và chống ăn mòn cũng góp phần duy trì độ bền vững của cả công trình, đặc biệt tại các khu vực khí hậu nóng ẩm như Việt Nam.

Dễ dàng bảo trì, mở rộng hệ thống sau này

Một bản thiết kế bài bản luôn bao gồm sơ đồ hệ thống, tuyến dây, vị trí thiết bị và dự phòng kỹ thuật cho khả năng mở rộng.

Điều này giúp đội ngũ kỹ thuật dễ dàng bảo trì, kiểm tra hoặc thay thế linh kiện khi cần mà không ảnh hưởng đến các phần khác của hệ thống.

Khi nhu cầu sử dụng điện tăng, chủ đầu tư có thể nâng cấp công suất hoặc bổ sung pin mới một cách thuận tiện mà không cần tháo dỡ hoặc thiết kế lại toàn bộ từ đầu.

Ứng dụng CoCo Solar trong thiết kế điện mặt trời

Ngày nay, nhờ công nghệ số, quá trình thiết kế - bản vẽ hệ thống điện mặt trời đã trở nên dễ dàng và chính xác hơn bao giờ hết.

CoCo Solar - nền tảng lắp đặt điện mặt trời trả chậm lãi suất 0% - ứng dụng AI để phân tích nhu cầu tiêu thụ điện, diện tích mái và điều kiện tự nhiên, từ đó tự động đưa ra công suất hệ thống và báo giá phù hợp cho từng hộ gia đình.

>>> Truy cập ngay: https://cocosolar.vn/