Trung Tâm Điều Hành
Hệ Thống Điện Mặt Trời Việt Nam

Trong hệ điện mặt trời có nhiều chuỗi đấu song song, một sự cố trên một chuỗi có thể khiến các chuỗi còn lại bơm dòng ngược vào chuỗi bị lỗi, gây quá dòng và nguy cơ cháy. Cầu chì nhánh (branch fuse hay string fuse) là thiết bị bảo vệ đặt trên từng chuỗi để cắt dòng sự cố này. Không phải hệ nào cũng cần, và khi cần thì việc chọn sai giá trị cầu chì vừa mất tác dụng bảo vệ vừa gây ngắt nhầm. Bài viết làm rõ ba câu hỏi: khi nào cần, chọn giá trị bao nhiêu, và loại nào.

Cơ chế dòng ngược trong chuỗi song song

Khi nhiều chuỗi cùng đấu vào một điểm gom, mỗi chuỗi vừa là nguồn vừa là tải tiềm năng của các chuỗi khác. Nếu một chuỗi bị ngắn mạch nội bộ (chập, hỏng cách điện, lỗi điốt), nó trở thành đường có điện áp thấp, và tất cả các chuỗi song song còn lại sẽ dồn dòng chảy vào nó.

Giả sử hệ có N chuỗi song song. Chuỗi bị lỗi có thể nhận dòng ngược bằng tổng dòng của (N−1) chuỗi còn lại. Tấm pin chỉ được thiết kế chịu một mức dòng ngược nhất định, ghi trên nhãn là dòng cầu chì nối tiếp tối đa (maximum series fuse rating, thường ký hiệu là dòng bảo vệ ngược tối đa). Vượt mức này, tấm pin có thể hỏng hoặc phát nhiệt tới mức cháy.

Khi nào bắt buộc cần cầu chì nhánh

Câu hỏi cốt lõi: dòng ngược lớn nhất mà một chuỗi có thể nhận có vượt khả năng chịu đựng của tấm pin không?

• 1 hoặc 2 chuỗi song song: khi lỗi xảy ra, chuỗi lỗi chỉ nhận dòng từ tối đa một chuỗi khác (≈ 1 × Isc). Vì dòng cầu chì nối tiếp của tấm pin thường lớn hơn Isc khá nhiều, dòng ngược không đủ gây hại. Thường không cần cầu chì nhánh.
• Từ 3 chuỗi song song trở lên: dòng ngược có thể đạt (N−1) × Isc, tức từ 2 × Isc trở lên, dễ vượt ngưỡng series fuse rating của tấm. Lúc này thường bắt buộc mỗi chuỗi có cầu chì nhánh riêng.

Ranh giới thực tế phụ thuộc vào chính con số series fuse rating của tấm pin đang dùng: cần đối chiếu (N−1) × Isc với thông số này. Nếu (N−1) × Isc vượt mức đó thì phải có cầu chì, bất kể quy ước "3 chuỗi".

Chọn giá trị dòng định mức cầu chì

Cầu chì nhánh phải đạt hai điều kiện đối nghịch: không cắt khi chuỗi chạy bình thường, nhưng phải cắt trước khi dòng ngược làm hỏng tấm pin. Do đó giá trị định mức nằm trong khoảng:

• Cận dưới: lớn hơn dòng làm việc bình thường có nhân hệ số, thông thường ≥ 1,56 × Isc của chuỗi (bắt nguồn từ 1,25 × 1,25 để cộng gộp hệ số môi trường và hệ số liên tục).
• Cận trên: không vượt dòng cầu chì nối tiếp tối đa ghi trên nhãn tấm pin.

Ví dụ: tấm pin có Isc = 11,3 A, series fuse rating = 20 A.

• Cận dưới: 1,56 × 11,3 ≈ 17,6 A.
• Cận trên: 20 A.

Giá trị cầu chì tiêu chuẩn nằm trong khoảng 17,6–20 A phù hợp là 20 A (hoặc 18 A nếu có sẵn). Chọn 20 A đảm bảo không ngắt nhầm và vẫn bảo vệ được tấm pin. Nếu khoảng cận dưới lớn hơn cận trên thì không có cầu chì hợp lệ, dấu hiệu cấu hình chuỗi cần xem lại.

Bắt buộc dùng cầu chì định mức DC

Đây là điểm sai lầm nguy hiểm và phổ biến. Cầu chì AC không được dùng cho mạch DC. Lý do nằm ở bản chất hồ quang:

• Dòng AC đi qua điểm 0 một trăm lần mỗi giây (với 50 Hz), giúp hồ quang tự tắt tại thời điểm dòng bằng 0.
• Dòng DC không có điểm 0, hồ quang khi cắt có xu hướng duy trì liên tục và rất khó dập.

Vì vậy cầu chì DC được chế tạo với buồng dập hồ quang, chất độn và cấu trúc riêng, và có điện áp định mức DC phải lớn hơn điện áp hệ (thường 1000 V hoặc 1500 V DC). Ngoài ra cần chọn cầu chì loại gPV chuyên dụng cho quang điện, đặc tính cắt phù hợp dòng lỗi thấp đặc trưng của pin mặt trời. Kèm theo cầu chì là đế giữ cầu chì (fuse holder) cũng định mức DC tương ứng.

Bố trí và lưu ý lắp đặt

• Đặt cầu chì trên cả hai cực (dương và âm) khi hệ không nối đất, hoặc theo tiêu chuẩn áp dụng; hệ nối đất một cực có quy tắc riêng.
• Cầu chì và đế nên đặt trong tủ gom chuỗi (combiner box) có cấp bảo vệ IP phù hợp, thoáng nhiệt, dễ kiểm tra thay thế.
• Ghi nhãn rõ giá trị và cực để thao tác an toàn; luôn cắt tải và ngắt điện áp trước khi thay cầu chì DC.

Kết luận thực tiễn

Quy tắc gọn: đếm số chuỗi song song, tính (N−1) × Isc và so với dòng cầu chì nối tiếp của tấm pin; nếu vượt thì mỗi chuỗi cần một cầu chì nhánh có định mức trong khoảng 1,56 × Isc đến series fuse rating, và bắt buộc là loại gPV định mức DC đúng cấp điện áp. AutoSPC khuyến nghị luôn tra thông số series fuse rating trên datasheet tấm pin cụ thể thay vì áp dụng máy móc con số "3 chuỗi", vì chính giá trị này mới là ranh giới kỹ thuật thật sự.

Bài liên quan

• Chọn dây dẫn, CB và cầu chì bảo vệ cho hệ điện mặt trời
• "Tỷ lệ công suất DC/AC và oversizing tấm pin hợp lý"
• Thiết kế hệ điện mặt trời độc lập (off-grid) cho vùng thiếu điện

Nội dung mang tính tham khảo kỹ thuật, không thay thế văn bản pháp luật hay tư vấn thiết kế cho công trình cụ thể. Số liệu có ngày cập nhật ở đầu bài; khi chính sách hoặc giá thay đổi, AutoSPC sẽ cập nhật.