Nghiên cứu cấu hình tối ưu cho hệ thống năng lượng mặt trời hòa lưới

công tác vận hành. Phân tích kết quả của mô hình 1, như được thể hiện trên Hình 6 năng 
lượng có ích hệ thống inverter cung cấp vào các tháng mùa hạ cao áp đảo các tháng mùa 
đông, cụ thể hệ thống phát năng lượng cao nhất vào tháng 4 và tháng 5, và giảm xuống thấp 
nhất ở các tháng cuối năm. Điều này được lý giải là do sự chênh lệch cường độ sáng giữa các 
mùa, tại khu vực khảo sát là một xã miền núi của Nam Trung Bộ, khí hậu ở đây có 4 mùa 
(xuân - hạ - thu - đông) rõ rệt. Vào mùa hạ nắng nóng, đến mùa đông thì mưa ẩm ướt và lạnh. 
Trên thực tế, dựa vào biểu đồ sản lượng điện phát hàng tháng để làm cơ sở lập kế hoạch thực 
hiện công tác bảo trì bảo dưỡng thiết bị nhà máy phù hợp, đảm bảo tối ưu cho dự án. 
Hình 6. Hiệu quả phát điện các tháng trong 1 năm của 1 kWp của hệ thống pin trong mô hình. 
Nghiên cứu cấu hình tối ưu cho hệ thống năng lượng mặt trời hòa lưới 
61 
Hình 7. Năng lượng bơm vào lưới 
Năng lượng hệ thống bơm vào lưới điện theo tháng được thể hiện trên Hình 7, tính bất 
ổn định của điện mặt trời thể hiện trên hình thêm lần nữa khẳng định độ tin cậy của công 
trình nghiên cứu vì phản ánh đúng bản chất của nguồn năng lượng phân tán là năng lượng 
mặt trời. 
3.1. Kết quả mô phỏng hiệu quả phát điện theo trường hợp thứ nhất 
Thống kê kết quả mô phỏng năng lượng bơm vào lưới của inverter, hiệu suất và các tổn 
thất của hệ thống trong năm đầu tiên cho mô hình 1, mô hình 2 và mô hình 3 trong Bảng 2, 
cho thấy rằng ở cùng điều kiện nhiệt độ và năng lượng bức xạ trên một đơn vị diện tích bề 
mặt pin, cùng một inverter thì mô hình 1 cho hiệu quả phát điện tốt nhất với tổng năng lượng 
bơm vào lưới trong một năm là 41,705 MWh và hiệu suất phát điện của hệ thống pin trung 
bình trong năm là 81,3%, và giá trị hiệu suất đạt trên 80% được đánh giá là khá tốt đối với 
hệ thống phát điện năng lượng mặt trời. 
Bảng 2. Tóm tắt kết quả mô phỏng của hệ thống với mô hình 1, 2, 3 
 Mô hình 1 Mô hình 2 Mô hình 3 
Năng lượng bơm vào lưới trong năm đầu (MWh) 41,705 40,522 38,173 
Hiệu suất (%) 81,3 79,0 74,4 
IMPP (A) 46 74 92 
Tổn thất 
trên 
mảng pin 
(%) 
Cường độ bức xạ -1,1 -1,1 -1,1 
Nhiệt độ -10,2 -10,2 -10,2 
Chất lượng tấm pin +0,4 +0,4 +0,4 
Sự suy giảm khả năng hấp thụ bức xạ -1,5 -1,5 -1,5 
Mô đun không đồng đều -1,1 -1,1 -1,1 
Điện trở trên dây -1,1 -1,1 -1,1 
Tổn thất 
trên 
inverter 
(%) 
Inverter -2,4 -3,7 -3,8 
Vượt ngưỡng công suất của inverter 0 0 0 
Vượt ngưỡng dòng đầu vào 0 -1,6 -7,1 
Nguyễn Thị Bích Hậu 
62 
Phân tích tổn thất trung bình trong cả năm, cho thấy hiệu suất chuyển hóa năng lượng 
của pin quang điện giảm do các tổn thất chính như là: tổn thất do hệ số khối khí gây ra, tổn 
thất trên pin quang điện PV do cường độ chiếu xạ, tổn thất trên pin do nhiệt, tổn thất do chất 
lượng tấm pin quang điện, tổn thất do sự suy giảm khả năng hấp thụ bức xạ, tổn thất do sự 
không đồng đều của mô đun, tổn thất trên dây dẫn, tổn thất trên inverter, tổn thất do vượt 
ngưỡng dòng trên inverter. So sánh giữa 3 mô hình với nhau, kết quả cho thấy tổn thất ở môi 
trường ngoài trước khi đến bề mặt pin là như nhau với tổng tổn hao là 2,8%, tổn thất do hệ 
thống gây ra ở pin cũng như nhau, trong đó tổn thất gây ra do nhiệt độ trên pin là cao nhất và 
áp đảo các nguyên nhân khác. 
Nguyên nhân chính gây ra sự khác biệt ở hiệu suất giữa các mô hình chính là sự tổn 
hao trên inverter gồm có tổn hao trong quá trình đóng cắt IGBT, trên đi ốt trong sự phân 
cực, do tỏa nhiệt trên các linh kiện. Cường độ dòng điện chạy qua mỗi dãy pin là như nhau 
vì các pin được mắc nối tiếp trên cùng một dãy, còn các dãy mắc song song với nhau nên 
khi số dãy càng lớn thì cường độ dòng điện đi qua inverter càng nhiều, kết quả mô phỏng 
thu được IMPPmôhình1 = 46 A; IMPPmôhình2 = 74 A; IMPPmôhình3 = 92 A; như mối quan hệ được chỉ 
ra trong (4) và (5), do đó tổng tổn thất quá dòng trên IGBT và đi ốt càng lớn. 
Như vậy, với hệ thống điện mặt trời 28 kW sử dụng 80 pin REC Si-poly 350 Wp và 1 
inverter loại ABB TRIO-27,6-TL-OUTD thì phương án ghép 16 pin nối tiếp trên một dãy và 
5 dãy song song nhau cho hiệu suất phát điện cao nhất, đạt đến 81,3%. 
3.2. Kết quả mô phỏng hiệu quả phát điện theo trường hợp thứ 2 
Tóm tắt kết quả mô phỏng với mô hình 4 và mô hình 5 thể hiện ở Bảng 3 cho thấy, khi 
sử dụng loại pin REC Si-poly 280 Wp với 1 inverter ABB TRIO-27,6-TL-OUTD ở cùng 
điều kiện góc nghiêng, hướng pin, nhiệt độ môi trường và lượng năng lượng mặt trời chiếu 
đến bề mặt thì hiệu suất và năng lượng bơm vào lưới trong năm đầu tiên của hệ thống khi 
ghép pin theo mô hình 4 cao hơn khi ghép theo mô hình 5. Tổn thất gây ra trên mảng pin là 
giống nhau trong 2 trường hợp, nhưng tổn thất gây ra trên inverter thì mô hình 5 hơn 4 lần trên 
mô hình 4, trong đó ở mô hình 5 tổn thất do tần số đóng cắt và phân cực của IGBT và đi ốt cao 
gấp 1,65 lần so với ở mô hình 4, đồng thời tổn thất do quá dòng đầu vào ở mô hình 5 tăng lên 
đến 6,4% trong khi ở mô hình 4 thì bằng 0. Điều này cũng được lý giải tương tự như ở 
trường hợp 1, vì khi mắc song song nhiều dãy thì dòng điện vào inverter sẽ càng tăng. Như 
vậy, mô hình ghép 20 tấm pin nối tiếp trên 1 dãy và tổng cộng có 5 dãy mắc song song tạo 
thành mảng pin sau đó nối vào inverter là mô hình cho hiệu suất tối ưu trong trường hợp 2. 
Bảng 3. Tóm tắt kết quả mô phỏng của hệ thống với mô hình 4 và 5 
 Mô hình 4 Mô hình 5 
Năng lượng bơm vào lưới trong năm đầu (MWh) 41,79 41,705 
Hiệu suất (%) 81,44 75,04 
IMPP (A) 45 91 
Tổn thất trên 
mảng pin 
(%) 
Cường độ bức xạ -1,0 -1,0 
Nhiệt độ -10,3 -10,3 
Chất lượng tấm pin +0,5 +0,5 
Sự suy giảm khả năng hấp thụ bức xạ -1,5 -1,5 
Mô đun không đồng đều -1,1 -1,1 
Điện trở trên dây -1,1 -1,1 
Tổn thất trên 
inverter (%) 
Inverter -2,3 -3,8 
Vượt ngưỡng công suất của inverter 0 0 
Vượt ngưỡng dòng đầu vào 0 -6,4 
Nghiên cứu cấu hình tối ưu cho hệ thống năng lượng mặt trời hòa lưới 
63 
Như thể hiện ở Bảng 2 và 3, năng lượng bơm vào lưới và hiệu suất khi ghép pin theo 
mô hình 4 cao hơn mô hình 1 lần lượt là 0,085 MWh và 0,14%. 
3.3. Kết quả mô phỏng của hệ thống khi sử dụng 5 inverter loại TRIO 5,8 TL-OUTD-400 
Đề tài khảo sát lựa chọn mô hình tối ưu của hệ thống pin có công suất 28 kW xem xét 2 
điều kiện ràng buộc là tối ưu hiệu suất và nâng cao độ tin cậy cung cấp cấp điện khi chưa tính 
đến hiệu quả kinh tế. Trong trường hợp 1 và 2 chỉ sử dụng 1 inverter công suất ngõ ra 27,6 kW 
để xem xét hiệu suất phát điện của loại pin REC Si-poly 350 Wp và REC Si-poly 280 Wp. 
Kết quả mô phỏng thu được, mô hình ghép 20 pin nối tiếp trên 1 dãy và có 5 dãy mắc song 
song với nhau của loại pin REC Si-poly 280 Wp cho hiệu suất cao hơn với mô hình tối ưu 
của pin loại 350 Wp. Từ kết quả đó, tiếp tục khảo sát hiệu quả phát điện khi sử dụng 5 
inverter loại ABB TRIO 5,8 TL-OUTD-400 cho mô hình 5 dãy pin mỗi dãy gồm 20 pin loại 
REC Si-poly 280 Wp. So sánh kết quả với trường hợp chỉ dùng 1 inverter ABB TRIO 27,6 
TL-OUTD-400 để chọn ra phương án tốt nhất. 
Inverter loại ABB TRIO 5,8 TL-OUTD-400 có ngưỡng điện áp hoạt động bình thường 
là 175-950 V, điện áp DC lớn nhất ở đầu vào là 1000 V, các thông số này giống với inverter 
loại ABB TRIO 27,6 TL-OUTD-400, do đó việc sử dụng mô hình pin có 20 pin trên 1 dãy 
và mắc 5 dãy song song là tương thích như tính toán ở mục 2.3.1. Kết quả mô phỏng của 
trường hợp sử dụng 5 inverter loại 5,8 kW được so sánh với trường hợp sử dụng 1 inverter 
loại 27,6 kW được thể hiện ở Bảng 4. Năng lượng bơm vào lưới và hiệu suất phát điện khi sử 
dụng 1 inverter 27,6 kW cao hơn sử dụng 5 inverter loại 5,8 kW nhưng không đáng kể, sự 
chênh lệch này là do tổng tổn hao trên inverter trong trường hợp sử dụng 5 inverter cao hơn 
0,1% so với khi chỉ có 1 inverter. 
Xét độ tin cậy cung cấp điện, thì khi sử dụng 5 inverter tổn hao trên mỗi inverter chỉ có 
0,48%, tổn hao này là trên IGBT và đi ốt, bên cạnh đó, mỗi inverter kết nối với 1 dãy gồm 
20 pin, nếu có sự cố trên một dãy đến mức làm hỏng inverter và gây mất điện trên một dãy 
đó thì 4 dãy còn lại vẫn phát điện lên lưới. Trong khi đó, nếu sơ đồ chỉ dùng một inverter lại 
không có được ưu điểm này. Nếu có sự cố xảy ra thì có khả năng sẽ làm hư luôn inverter, và 
như vậy sẽ gián đoạn quá trình bơm điện vào lưới của cả hệ thống. 
Từ các phân tích trên, cân đối giữa tối ưu hiệu suất phát điện và độ tin cậy cung cấp 
điện, chưa cân nhắc đến chi phí đầu tư thì lựa chọn mô hình 5 inverter 5,8 kW ưu việt hơn so 
với chỉ sử dụng 1 inverter. 
Bảng 4. Kết quả mô phỏng khi sử dụng loại pin REC Si - poly 280 Wp ghép theo mô hình 5 dãy 
(20 pin/1 dãy) trong trường hợp dùng 1 inverter 27,6 kW và trường hợp dùng 5 inverter loại 5,8 kW 
 Sử dụng 1 inverter 
27,6 kW 
Sử dụng 5 inverter 
5,8 kW 
Năng lượng bơm vào lưới trong năm đầu (MWh) 41,79 41,76 
Hiệu suất (%) 81,44 81,36 
IMPP (A) 45 45 
Tổn thất trên 
mảng pin 
(%) 
Cường độ bức xạ -1,0 -1,0 
Nhiệt độ -10,3 -10,3 
Chất lượng tấm pin +0,5 +0,5 
Sự suy giảm khả năng hấp thụ bức xạ -1,5 -1,5 
Mô đun không đồng đều -1,1 -1,1 
Điện trở trên dây -1,1 -1,1 
Tổn thất trên 
inverter (%) 
Inverter -2,3 -2,4 
Vượt ngưỡng công suất của inverter 0 0 
Vượt ngưỡng dòng đầu vào 0 0 
Nguyễn Thị Bích Hậu 
64 
4. KẾT LUẬN 
Trong nghiên cứu này, tác giả đã thực hiện tính toán kết hợp mô phỏng và xác định 
được góc nghiêng tối ưu của hệ thống pin là 110, đặt theo hướng chính Nam, vị trí lắp đặt là 
một khu đất trống lâu năm với diện tích đất hơn 500 m2. Kết quả thu được mô hình 100 pin 
loại REC Si-poly 280 Wp ghép thành 5 dãy song song trên mỗi dãy có 20 pin ghép nối tiếp, 
kết nối lưới qua 5 inverter 5,8 kW là tối ưu nhất khi xem xét đồng thời 2 điều kiện ràng buộc 
là tối ưu hiệu suất và độ tin cậy. Với hiệu suất đạt được là 81,36% khá tốt đối với hệ thống 
năng lượng mặt trời. Nghiên cứu này có thể thấy rằng phần mềm PVSyst là một công cụ hữu 
ích cho các ứng dụng mô phỏng, tính toán và phân tích hệ thống điện mặt trời. Việc ứng 
dụng PVSyst vào thiết kế, tính toán giúp người dùng có thể đánh giá sơ bộ về các thông số 
kỹ thuật, hiệu suất vận hành. Từ đó có thể phân tích toàn bộ quá trình sản xuất điện cho một 
dự án thật. Kết quả của nghiên cứu này góp phần trong quá trình nghiên cứu tiếp theo là tối 
ưu của hệ thống điện mặt trời có hòa lưới khi xem xét đến mô hình phụ tải, với điều kiện 
ràng buộc là tối ưu hiệu suất, hiệu quả kinh tế và độ tin cậy cung cấp điện. 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
1. Lê Kim Anh, Võ Như Tiến, Đặng Ngọc Huy - Mô hình điều khiển nối lưới cho 
nguồn điện mặt trời, Tạp chí Khoa học và Công nghệ - Đại Học Đà Nẵng 11 (60) 
(2012) 1-6. 
2. Vũ Phong - Cường độ bức xạ mặt trời tại các khu vực Việt Nam, truy cập tại: 
https://solarpower.vn/cuong-do-buc-xa-nang-luong-mat-troi-tai-cac-khu-vuc-viet-nam/ 
3. Bortolini M., Gamberi M., Graziani A., Pilati F. - Economic and environmental bi- 
objective design of an off-grid photovoltaic-battery-diesel generator hybrid energy 
system, Energy Conversion Management 106 (2015) 1024-1038. 
4. Dash V., Bajpai P. - Power management control strategy for a stand-alone solar 
photovoltaic-fuel cell-battery hybrid system, Sustainable Energy Technologies and 
Assessments 9 (2015) 68-80. 
5. Yashwant Sawle, S.C. Gupta & Aashish Kumar Bohre - PV-wind hybrid system: A 
review with case study, Cogent Engineering 3 (1) (2016) 1-31. 
6. Samer Alsadi and Tamer Khatib - Photovoltaic power systems optimization research 
status: A review of criteria, constrains, models, techniques, and software tools, 
Applied Sciences 8 (10) (2018) 1761. 
7. Hasan Mahamudul, Md. Momtazur Rahman, H.S.C. Metselaar, Saad Mekhilef, S.A. 
Shezan, Rana Sohel, Sayuti Bin Abu Karim, Wan Nur Izzati Badiuzaman - 
Temperature regulation of photovoltaic module using phase change material: A 
numerical analysis and experimental investigation, International Journal of 
Photoenergy 2016, 5917028 (1-8). 
8. Solar pro energy systems, truy cập tại: https://solarproenergysystems.com/projects/ 
9. Homer energy, truy cập tại: https://www.homerenergy.com/products/pro/index.html 
10. Steve Steffel. - challenges for distribution feeder voltage regulation with increasing 
amounts of PV, DOE Office of Energy Efficiency & Renewable Energy (2015). 
11. Elhodeiby A., Metwally H., Farahat M. - Performance analysis of 3.6 kW rooftop 
grid connected photovoltaic system in Egypt, International Conference on Energy 
Systems and Technologies (2011) 151-157. 
Nghiên cứu cấu hình tối ưu cho hệ thống năng lượng mặt trời hòa lưới 
65 
12. Trang Thi Pham, Tsai-Chi Kuo, Duong Minh Bui - Reliability evaluation of an 
aggregate battery energy storage system in microgrids under dynamic operation, 
International Journal of Electrical Power and Energy Systems 118 (2020) 105786. 
13. Karafil A., Ozbay H., Kesler M., Parmaksiz H. - Calculation of optimum fixed tilt 
angle of PV panels depending on solar angles and comparison of the results with 
experimental study conducted in summer in Bilecik, Turkey, 2015 9th International 
Conference on Electrical and Electronics Engineering (ELECO) (2015) 971-976. 
14. ABB-products - Detailed information for: 3M22990F201A, truy cập tại: 
https://new.abb.com/products/6AGC002860/trio-27.6-tl-outd-400-inverter. 
15. Givasolar - Hướng dẫn xác định kích thước chuỗi tấm pin năng lượng mặt trời, truy 
cập tại: https://givasolar.com/huong-dan-dinh-co-chuoi-tam-pin-nang-luong-mat-troi/. 
ABSTRACT 
STUDY ON OPTIMAL CONFIGURATION 
FOR GRID-CONNECTED SOLAR ENERGY SYSTEM 
Nguyen Thi Bich Hau 
Ho Chi Minh City University of Food Industry 
Email: hauntb@hufi.edu.vn 
In this study, the optimal configuration for a 28 kW ground-mounted solar power 
system is calculated and selected based on consideration of two conditions, namely power 
supply reliability and optimization of power generation efficiency into the grid. The system 
consists of photovoltaic power source connected to the grid through inverters, calculations 
combined with PVSyst simulation software have been done to select the optimal angle and 
direction of the battery system. After that, the study on the power generation efficiency of 
different battery coupling models for REC Si-poly 350 Wp and REC Si-poly 280 Wp 
batteries has been implemented so that the most optimal configuration is chosen. In addition, 
the loss in operation is also analyzed, the efficiency and energy emitted from the solar power 
system are completely compatible with the characteristics of the photovoltaic battery system. 
The results of this research are to optimize the grid-connected solar power system, 
considering the load model with the condition of optimizing the efficiency, economic 
efficiency and reliability of power supply. Also, they can be applied for a preliminary 
assessment of the specifications and performance of a real project. 
Keywords: Solar power, PVSyst software, solar energy, photovoltaic battery (PV).