Có nên lắp chống sét cho hệ thống năng lượng mặt trời?

Hệ thống điện mặt trời (pin mặt trời, inverter, hệ thống khung giá đỡ) thường được lắp đặt ở những vị trí cao, thoáng đãng như mái nhà hoặc bãi đất trống. Đây là những khu vực có nguy cơ cực kỳ cao bị sét đánh trực tiếp hoặc bị ảnh hưởng bởi sét lan truyền.

Với tư cách là những chuyên gia kỹ thuật thuộc đội ngũ kỹ sư điện mặt trời DAT Group, chúng tôi xây dựng bài viết phân tích chuyên sâu này nhằm giải đáp câu hỏi có nên lắp chống sét cho năng lượng mặt trời hay không, phân tích các hiểm họa từ xung sét và đưa ra giải pháp bảo vệ 3 lớp toàn diện theo tiêu chuẩn quốc tế.

Có nên lắp chống sét cho hệ thống điện mặt trời không?

Lắp đặt hệ thống chống sét cho điện năng lượng mặt trời là hạng mục kỹ thuật bắt buộc 100% nhằm triệt tiêu nguy cơ cháy nổ công trình, bảo vệ an toàn tính mạng con người và ngăn ngừa xung sét đánh hỏng biến tần Inverter cùng các thiết bị điện tử đắt tiền trong gia đình.

Việc trang bị chống sét lan truyền và hệ thống tiếp địa đạt chuẩn giúp triệt tiêu đến 90% các rủi ro hư hỏng thiết bị do thiên tai gây ra.

Giải pháp bảo vệ ba lớp chống sét toàn diện cho điện mặt trời

Lớp 1: Thiết bị chống sét lan truyền SPD Type 2 phía DC từ dàn pin

Sử dụng thiết bị SPD Type 2 DC chuyên dụng cho quang điện có điện áp làm việc cực đại Ucpv phù hợp với điện áp chuỗi pin (từ 600V DC đến 1,000V DC).

Dòng xả sét định mức In từ 20kA và dòng xả sét cực đại Imax lên đến 40kA (dạng sóng 8/20us).

Khi có xung quá áp lan truyền từ giàn pin trên mái nhà chạy xuống, van chống sét biến trở oxit kim loại (MOV) sẽ tự động mở mạch trong vài nano giây, dẫn toàn bộ dòng năng lượng sét thoát an toàn xuống bãi tiếp địa mà không làm ảnh hưởng đến biến tần.

Lớp 2: Thiết bị chống sét lan truyền SPD Type 2 phía AC từ điện lưới

Bảo vệ hệ thống khỏi các xung sét cảm ứng lan truyền từ đường dây truyền tải điện lực công cộng ngoài đường đi vào nhà.

Trang bị thiết bị SPD Type 2 AC (385V AC cho hệ 1 pha hoặc 400V AC cho hệ 3 pha) có khả năng cắt các xung sét thứ cấp, ngăn chặn dòng điện quá áp tràn vào cổng hòa lưới của Inverter.

Lớp 3: Hệ thống tiếp địa liên kết đẳng thế và kim thu sét đánh thẳng

• Liên kết đẳng thế khung giàn pin: Toàn bộ khung nhôm của các tấm pin mặt trời, giá đỡ bằng hợp kim nhôm và vỏ kim loại của biến tần, pin lưu trữ đều được kẹp dây đồng tiếp địa PE (tiết diện 6mm2 đến 16mm2) liên kết thành một mạng lưới đẳng thế kín.

• Bãi cọc tiếp địa chuyên dụng: Thi công bãi tiếp địa bằng các cọc đồng mạ chôn sâu dưới lòng đất, kết hợp rải cáp đồng trần M50/M70 và đổ hợp chất giảm điện trở đất (GEM). Điện trở nối đất bắt buộc phải đạt giá trị nhỏ hơn 4 Ohm (hoặc nhỏ hơn 10 Ohm theo TCVN 9385).

• Kim thu sét đánh thẳng: Đối với các công trình biệt thự, nhà xưởng độc lập nằm ở khu vực có mật độ sét cao, trang bị thêm kim thu sét phát tia tiên đạo sớm (ESE) lắp trên cột cao để chủ động thu hút và tiêu tán các cú sét đánh trực diện.

5 bước thi công hệ thống chống sét và tiếp địa chuẩn kỹ thuật

• Khảo sát địa chất và đóng bãi cọc tiếp địa: Đóng từ 3 đến 5 cọc tiếp địa đồng mạ D16 dài 2.4m cách nhau tối thiểu 3m, liên kết bằng phương pháp hàn hóa nhiệt với cáp đồng trần M50 hoặc M70 chôn sâu dưới mặt đất 0.8m.

• Đo kiểm tra điện trở đất bằng đồng hồ chuyên dụng: Sử dụng đồng hồ đo điện trở đất (Earth Tester) kiểm tra trị số điện trở bãi tiếp địa đạt yêu cầu nhỏ hơn 4 Ohm. Nếu điện trở cao, tiến hành xử lý thêm hóa chất GEM giảm điện trở.

• Liên kết đẳng thế toàn bộ khung pin mặt trời: Bắt kẹp tiếp địa chuyên dụng liên kết từng khung nhôm tấm pin LONGi, khung rail giá đỡ và nối dây tiếp địa PE về thanh cái đồng chính trong tủ điện.

• Lắp đặt thiết bị cắt sét SPD trong tủ điện bảo vệ: Gắn thiết bị SPD Type 2 DC cho từng chuỗi pin và SPD Type 2 AC cho nguồn điện lưới, kết nối dây thoát sét từ đáy thiết bị SPD về thanh đồng tiếp địa bằng dây đồng có tiết diện tối thiểu 6mm2.

• Kiểm tra thông mạch và nghiệm thu an toàn: Đo độ liên tục thông mạch giữa vỏ biến tần Solax, Sungrow, GoodWe với cọc tiếp địa, kiểm tra đèn báo trạng thái của mô-đun SPD (màu xanh là bình thường, màu đỏ là đã cắt sét cần thay thế).

Bảng so sánh giữa hệ thống có và không có trang bị chống sét

Câu hỏi thường gặp về chống sét cho điện mặt trời

Nhà đã có sẵn cột thu lôi chống sét đánh thẳng thì có cần lắp SPD nữa không?

Nhà có cột thu lôi chống sét đánh thẳng vẫn cần lắp thiết bị chống sét lan truyền (SPD - Surge Protective Device).Cột thu lôi chỉ bảo vệ kết cấu bên ngoài khỏi sét đánh trực tiếp, trong khi SPD bảo vệ các thiết bị điện tử bên trong khỏi dòng điện tăng vọt do sét đánh gần hoặc lan truyền qua đường dây.

Tiêu chuẩn điện trở bãi tiếp địa cho điện mặt trời hộ gia đình là bao nhiêu Ohm?

Theo TCVN 9385:2012 và TCVN 4756:1989, điện trở tiếp địa cho điện mặt trời hộ gia đình phải nhỏ hơn hoặc bằng 4 Ohm (≤ 4 Ω) đối với tiếp địa an toàn thiết bị (vỏ Inverter, khung tấm pin) và nhỏ hơn hoặc bằng 10 Ohm (≤ 10 Ω) nếu tính chung cho hệ thống chống sét trực tiếp.

Biến tần Inverter có tích hợp sẵn chống sét bên trong rồi thì có cần lắp thêm tủ ngoài không?

Mặc dù các biến tần (Inverter) hiện đại thường được tích hợp sẵn bộ chống sét lan truyền bên trong, nhưng đây chỉ là lớp bảo vệ cuối cùng (bảo vệ thứ cấp). Việc lắp thêm tủ điện ngoài chứa thiết bị chống sét chuyên dụng là bắt buộc đối với một hệ thống an toàn và chuyên nghiệp.