MPPT trong inverter điện mặt trời là gì? Nguyên lý hoạt động

MPPT (Maximum Power Point Tracking) trong inverter điện mặt trời là công nghệ theo dõi điểm công suất cực đại, dùng thuật toán và mạch điện tử để liên tục điều chỉnh điện áp và dòng điện từ các tấm pin mặt trời sao cho hệ thống luôn thu được lượng điện năng lớn nhất trong mọi điều kiện thời tiết

Bài viết này tập trung làm rõ bản chất công nghệ MPPT, nguyên lý vận hành, sự khác biệt giữa biến tần một MPPT và nhiều MPPT, cùng các tiêu chuẩn kỹ thuật quan trọng giúp gia chủ chọn đúng thiết bị cho ngôi nhà của mình.

MPPT trong inverter điện mặt trời là gì?

MPPT (Maximum Power Point Tracking) là công nghệ bám điểm công suất cực đại, giúp biến tần (inverter) liên tục điều chỉnh điện áp và dòng điện để thu về lượng điện năng lớn nhất từ các tấm pin mặt trời.

Nguyên lý hoạt động của MPPT trong inverter điện mặt trời

Đặc tính thay đổi liên tục của điểm công suất cực đại Pmax

Tấm pin mặt trời sản sinh dòng điện một chiều DC dựa trên bức xạ quang học và nhiệt độ môi trường. Trên đường đặc tính công suất theo điện áp, luôn tồn tại một điểm duy nhất mà tại đó tích số giữa điện áp và dòng điện đạt giá trị cao nhất, gọi là điểm công suất cực đại Pmax.

Vị trí của điểm Pmax liên tục dịch chuyển theo điều kiện thời tiết:

• Cường độ ánh sáng thay đổi: Nắng càng mạnh thì dòng điện phát ra càng lớn, đẩy đỉnh công suất lên cao. Khi mây che hoặc trời mưa, đỉnh công suất lập tức tụt xuống.

• Nhiệt độ bề mặt tấm pin thay đổi: Khi trời nắng gắt vào buổi trưa, bề mặt tấm pin bị hun nóng lên trên 60 độ C làm điện áp làm việc bị sụt giảm từ 10% đến 15%, đẩy vị trí điểm Pmax dịch chuyển sang vùng điện áp thấp hơn.

Mạch MPPT trong biến tần liên tục điều chỉnh trở kháng tải nội bộ hàng trăm lần mỗi giây để điện áp làm việc của giàn pin luôn bám sát điểm Pmax, thu hồi trọn vẹn từng watt điện từ ánh sáng mặt trời.

Các thuật toán bám điểm MPPT thông dụng

Biến tần từ các thương hiệu chất lượng cao như Sungrow, SolaX, GoodWe và INVT sử dụng các thuật toán xử lý tiên tiến:

• Thuật toán nhiễu loạn và quan sát: Biến tần chủ động tạo ra các bước biến thiên điện áp nhỏ, đo lường sự thay đổi công suất đầu ra và liên tục điều chỉnh theo chiều hướng làm tăng sản lượng điện.

• Thuật toán quét điểm cực đại toàn cục: Khi giàn pin bị bóng cây hoặc công trình che khuất một phần, đường đặc tính sẽ xuất hiện nhiều đỉnh công suất khác nhau. Tính năng quét toàn cục giúp biến tần nhận diện chính xác đỉnh công suất cao nhất thay vì bị mắc kẹt tại các đỉnh cực đại cục bộ công suất thấp.

So sánh biến tần 1 MPPT và biến tần nhiều MPPT

Khi nào bắt buộc phải chọn biến tần sở hữu từ 2 MPPT trở lên?

Gia chủ nên ưu tiên chọn dòng biến tần trang bị từ 2 kênh MPPT độc lập trong các trường hợp sau:

• Mái nhà lắp pin theo hai hướng khác nhau: Trường hợp điển hình là nhà mái dốc theo hai hướng Đông và Tây. Chuỗi pin hướng Đông đạt đỉnh sản xuất vào buổi sáng, chuỗi pin hướng Tây đạt đỉnh vào buổi chiều. Biến tần 2 MPPT tách riêng hai hướng mái để tối đa hóa sản lượng suốt cả ngày.

• Mái nhà có vật cản gây bóng che cục bộ: Khi một phần mái bị bóng của tép nước, ống thông gió hoặc cây xanh che vào khung giờ nhất định, kênh MPPT độc lập sẽ cô lập chuỗi pin bị che, giữ cho chuỗi pin còn lại tiếp tục phát điện hết công suất.

• Thiết kế số lượng tấm pin trên mỗi chuỗi không bằng nhau: Do diện tích các mặt mái chênh lệch, một chuỗi pin có 8 tấm và một chuỗi có 10 tấm vẫn kết nối an toàn vào biến tần nhờ hai kênh MPPT quản lý điện áp riêng biệt.

4 thông số kỹ thuật MPPT cần lưu ý trên biến tần

1. Dải điện áp làm việc của MPPT

Dải điện áp làm việc quy định vùng điện áp một chiều DC mà thuật toán MPPT vận hành ổn định. Các dòng biến tần dân dụng 1 pha thường có dải MPPT từ 100V đến 550V, trong khi biến tần 3 pha công suất lớn từ SolaX hay GoodWe có dải MPPT từ 180V đến 950V. Chuỗi pin lắp đặt phải có mức điện áp làm việc nằm trọn trong dải này ở mọi điều kiện thời tiết.

2. Điện áp khởi động của MPPT

Điện áp khởi động là mức điện áp tối thiểu để biến tần bắt đầu kích hoạt mạch MPPT phát điện. Dòng biến tần hiện đại sở hữu điện áp khởi động rất thấp chỉ từ 80V đến 120V, giúp hệ thống thức dậy sớm hơn khi trời hửng sáng và tắt máy muộn hơn vào lúc chập tối, tăng thêm thời gian thu điện mỗi ngày.

3. Dòng điện đầu vào cực đại trên mỗi MPPT

Tấm pin mặt trời công suất lớn thế hệ mới của LONGi Solar hay Canadian Solar có dòng làm việc lên tới 13A đến 14.5A. Biến tần phải có dòng đầu vào MPPT tối thiểu từ 14A đến 16A trở lên để tiếp nhận trọn vẹn công suất giàn pin, tránh hiện tượng máy tự động xén dòng làm lãng phí điện năng.

4. Hiệu suất theo dõi MPPT

Chỉ số này phản ánh độ nhạy bén của thuật toán điều khiển. Các dòng biến tần hàng đầu từ Sungrow, SolaX, GoodWe và INVT đều đạt hiệu suất bám điểm MPPT trên 99.9%, đảm bảo tổn thất trong quá trình dò tìm điểm công suất cực đại gần như bằng không.

Câu hỏi thường gặp về MPPT trong biến tần điện mặt trời

Biến tần có 4 cổng cắm giắc DC có phải là 4 MPPT độc lập không?

Không hoàn toàn đúng. Nhiều biến tần sở hữu 4 cổng cắm giắc DC nhưng thực chất chỉ có 2 kênh MPPT độc lập, trong đó mỗi kênh MPPT được nhà sản xuất chia sẵn thành 2 ngõ cắm song song để thuận tiện thi công. Cần kiểm tra dòng thông số số lượng kênh theo dõi MPPT độc lập trên tài liệu kỹ thuật của máy.

Hiện tượng che bóng cục bộ làm giảm sản lượng ra sao nếu biến tần chỉ có 1 MPPT?

Khi một tấm pin trong chuỗi bị che bóng, dòng điện của tấm pin đó giảm mạnh. Vì các tấm pin mắc nối tiếp với nhau, tấm pin bị che sẽ đóng vai trò như một nút thắt cổ chai, kéo tụt dòng điện của toàn bộ các tấm pin còn lại trong chuỗi xuống mức thấp nhất, gây suy giảm từ 30% đến 50% tổng sản lượng phát điện.

Có nên chọn biến tần có dải điện áp MPPT càng rộng càng tốt không?

Biến tần có dải điện áp MPPT rộng và điện áp khởi động thấp luôn mang lại lợi thế vượt trội. Thiết bị bắt đầu tạo ra điện sớm hơn vào buổi sáng, duy trì hoạt động bền bỉ hơn khi trời âm u, đồng thời cho phép kỹ sư linh hoạt bố trí số lượng tấm pin trên mỗi chuỗi mà không sợ vượt khỏi vùng làm việc an toàn.