Inverter hybrid (Hybrid inverter) là gì?

Định nghĩa inverter hybrid trong tài liệu kỹ thuật

Bộ chuyển đổi hybrid (hybrid converter) cho phép lựa chọn và định hướng năng lượng từ nguồn tái tạo, từ lưới và từ bộ lưu trữ.[1] Trong mô hình vận hành hệ thống điện của NREL, công suất định mức của cả cụm pin mặt trời và pin lưu trữ do inverter hybrid quyết định.[2] Inverter hybrid Deye SG05LP3 kết hợp chức năng inverter, bộ sạc từ pin mặt trời và bộ sạc pin để cấp điện không gián đoạn.[8]

Inverter đa chế độ (Multiple mode inverter) trong tiêu chuẩn

Phạm vi của IEC 62109-2 gồm ba loại inverter: hòa lưới, độc lập và đa chế độ.[7] Inverter có nhiều chức năng hoặc nhiều chế độ phải được đánh giá theo tất cả yêu cầu áp dụng.[7] Inverter đa chế độ có chức năng hòa lưới khi có điện áp lưới, và chức năng độc lập khi lưới mất điện hoặc bị ngắt kết nối.[10] Inverter được xem là có cổng hòa lưới khi có một cổng phát điện lên lưới, cấp tải song song với lưới hoặc hòa đồng bộ với lưới.[10] Chức năng thứ tư của cổng hòa lưới là cấp điện liên tục cho tải khi mất lưới, không ngắt trước rồi mới đóng (break-before-make).[10]

Biến tần hybrid khác inverter hòa lưới ở điểm nào?

Inverter hòa lưới (grid-interactive inverter) là inverter hoặc chức năng inverter dùng để phát điện lên lưới.[7] Trong hệ ghép AC, pin lưu trữ nối với lưới qua inverter pin hai chiều riêng.[9] Các hệ ghép AC trong kỳ kiểm định của HTW Berlin trang bị inverter pin, còn các hệ ghép DC dùng inverter hybrid.[3] Biến tần hybrid gom phần điện tử công suất của pin mặt trời và pin lưu trữ vào một thiết bị.[9]

Biến tần hybrid khác inverter độc lập ở điểm nào?

Hệ độc lập, còn gọi là hệ điện mặt trời off-grid, chỉ dựa vào điện mặt trời.[11] Hệ độc lập cũng có thể có inverter nối với bộ pin.[11] Inverter độc lập có thể không có kết nối hòa lưới với nguồn điện lưới.[10] Hệ không nối lưới được trình bày ở bài Hệ thống điện năng lượng mặt trời độc lập (off-grid).

Định nghĩa thiết bị đã rõ, nên bước tiếp theo là xác định hệ thống quanh inverter hybrid gồm những gì và cụm từ hệ hybrid mang nghĩa nào.

Hệ hybrid là gì theo giáo trình?

Hệ hybrid kết hợp pin mặt trời với một cách phát điện bổ sung, ví dụ máy phát diesel.[11] Hệ hybrid thường cần bộ điều khiển phức tạp hơn hệ độc lập hoặc hệ hòa lưới.[11] Trong hệ pin mặt trời và diesel, máy diesel khởi động khi pin xả tới một mức định trước.[11] Máy diesel dừng lại khi pin đạt trạng thái sạc phù hợp.[11] Máy phát dự phòng có thể chỉ sạc pin hoặc cấp điện cho cả tải.[11]

Điện mặt trời hybrid là gì trong hộ gia đình?

Hệ lưu trữ điện mặt trời dùng inverter hybrid Sungrow SH-RS gồm chuỗi pin mặt trời, inverter, pin lithium-ion tùy chọn, tủ đo đếm và lưới điện.[4] Inverter SH-RS dùng được cho cả hệ hòa lưới lẫn hệ độc lập.[4] Bộ quản lý năng lượng (EMS) tích hợp trong inverter điều khiển và tối ưu dòng năng lượng, nhằm tăng phần điện tự tiêu thụ.[4] Bộ quản lý năng lượng ở cấp hệ thống được giải thích ở bài Hệ thống lưu trữ năng lượng ESS.

Các thành phần của hệ thống điện năng lượng mặt trời hybrid

Hệ SH-RS chia tải thành hai nhóm theo cổng đấu vào inverter.[4] Tải thường là tải bị mất điện khi lưới mất điện.[4] Tải dự phòng nối vào cổng backup của inverter và cần nguồn điện không gián đoạn.[4] Cách chọn tải cho nhóm dự phòng được trình bày ở bài Tải thiết yếu. Pin lithium trao đổi dữ liệu với inverter SH-RS qua cổng CAN.[4] Mạng điện cho chế độ độc lập của SH-RS phải là hệ TN.[4]

Sau các thành phần bên ngoài, phần tiếp theo đi vào cấu tạo bên trong biến tần hybrid.

Tầng MPPT phía pin mặt trời

Khâu tăng giảm áp (buck-boost) trong inverter hybrid dạng chuỗi thực hiện chức năng dò điểm công suất cực đại (MPPT).[1] Dòng Sungrow SH-RS dùng được với tấm pin đơn tinh thể, đa tinh thể và màng mỏng không nối đất.[4]

Thanh cái DC và bộ chuyển đổi hai chiều cho pin

Ở inverter hybrid dạng chuỗi, pin lưu trữ có thể nối thẳng vào thanh cái DC (DC link).[1] Ở một số cấu trúc khác, pin nối vào thanh cái DC qua bộ chuyển đổi DC-DC tăng áp hai chiều.[1] Trong hệ ghép DC, pin mặt trời và pin lưu trữ cùng nối vào thanh cái DC của inverter.[9] Vai trò của thanh cái DC được giải thích ở bài Thanh cái DC.

Cầu nghịch lưu hai chiều phía lưới

Một số hệ ghép DC sạc được pin bằng điện từ phía AC, đường năng lượng này ký hiệu AC2BAT.[9] Đường AC2BAT cho phép sạc lại pin bằng điện lưới.[9] Trường hợp đặc biệt của hệ ghép DC dùng inverter một chiều, khi đó pin chỉ sạc được từ pin mặt trời ghép chung.[2]

Cấu trúc có cách ly và không cách ly

Bài tổng quan về bộ chuyển đổi hybrid chia các cấu trúc thành hai nhóm có cách ly và không cách ly.[1] Huawei SUN2000-5KTL-L1 là ví dụ cấu trúc không có bộ chuyển đổi giao tiếp pin bổ sung.[1] Sungrow SH5K-30 có bộ chuyển đổi giao tiếp pin cách ly tích hợp.[1] Ưu điểm chính của cấu trúc không có bộ chuyển đổi giao tiếp là đơn giản và chi phí thấp.[1] Datasheet Sungrow SH-RS ghi cấu trúc không biến áp (Transformerless) cho cả phía pin mặt trời lẫn phía pin lưu trữ.[6]

Từ cấu tạo bên trong, phần tiếp theo chuyển sang các cổng nối inverter hybrid với thiết bị bên ngoài.

Cổng PV

Cổng PV (PV input) là đầu nối chuỗi pin mặt trời vào inverter Deye SG05LP3.[8] Deye SUN-5K-SG03LP1-AU ghi điện áp vào PV định mức 370 V, kèm dải 125 V đến 500 V.[5]

Cổng pin và cổng giao tiếp BMS

Deye SUN-5K-SG03LP1-AU nhận pin axit chì hoặc pin lithium-ion, dải điện áp 40 V đến 60 V.[5] Với pin lithium-ion, chiến lược sạc của inverter tự thích ứng theo BMS (Self-adaption to BMS).[5] Trên hệ Victron có chức năng DVCC, inverter tắt thuật toán sạc riêng và làm theo lệnh của pin.[12] Giới hạn dòng sạc CCL là dòng sạc tối đa do pin yêu cầu.[12] Pin Deye SE-G5.1 Pro-B và pin Pylontech US5000 đều có cổng CAN và RS485.[13][14] Giao thức CAN dùng giữa BMS và inverter được trình bày ở bài Giao thức truyền thông CAN bus. Danh sách pin đã thử tương thích với từng inverter nằm ở bài Pin lưu trữ tương thích.

Cổng lưới (Grid)

Inverter Deye SG05LP3 cần một aptomat AC riêng giữa inverter và lưới.[8] Công suất nhập từ lưới gồm điện sạc pin từ lưới qua inverter, điện cấp cho tải thường và điện cấp cho tải ở cổng backup.[4] Deye SUN-5/6/8/10/12K-SG04LP3-EU cho dòng xuyên qua liên tục từ lưới tới tải tối đa 45 A.[15]

Cổng tải dự phòng (Backup hoặc Load)

Cổng Load của inverter hybrid Deye là nơi đấu tải dự phòng.[8] Thời gian chuyển sang chế độ khẩn cấp của dòng Sungrow SH-RS là dưới 10 ms.[6] Nguồn dự phòng của SH-RS tự ngắt khi pin lưu trữ và pin mặt trời không còn cấp điện.[4] Thời gian chuyển mạch và cách đo được giải thích ở bài Thời gian chuyển mạch.

Cổng máy phát (GEN) và cổng đo CT

Dòng Deye SUN-14/15/16/18/20K-SG05LP3-EU-SM2 hỗ trợ lưu điện từ máy phát diesel.[16] Trong hệ hybrid có máy phát, inverter có thể tự khởi động máy phát khi điện áp bộ pin giảm dưới mức đặt trong một khoảng thời gian định trước.[17] Cách đấu và cài đặt cổng máy phát nằm ở bài Cổng máy phát điện. Đầu vào CT-L1 của Deye nối với biến dòng CT1.[8]

Các cổng cho biết inverter nối với những nguồn và tải nào, còn cách dòng điện chảy giữa chúng do chế độ vận hành quyết định.

Ưu tiên tự tiêu thụ

Ở chế độ hòa lưới chung, phần điện mặt trời dư dùng để sạc pin và phát lên lưới.[1] Khi điện mặt trời thiếu, pin và lưới cùng cấp điện cho tải.[1] Với cơ chế bù trừ theo giá (net billing) có giá bán thấp hơn giá mua, khách hàng có động lực lưu điện dư để dùng sau.[18]

Bán điện lên lưới (Selling First)

Chế độ Selling First cho phép inverter hybrid bán lên lưới mọi phần điện dư từ pin mặt trời.[8] Chức năng Solar Sell khi bật cho phép bán phần điện mặt trời dư lên lưới.[8] Thông số Max Sell Power là công suất tối đa được phép chảy lên lưới.[8]

Không phát ngược (Zero export)

Ở chế độ Zero Export To Load, inverter hybrid chỉ cấp điện cho tải dự phòng đã đấu.[8] Ở chế độ Zero Export To Load, inverter không cấp điện cho tải gia đình và không bán điện lên lưới.[8] Ở chế độ Zero Export To CT, inverter cấp điện cho cả tải dự phòng lẫn tải gia đình đã đấu.[8] Nguyên lý chống phát ngược được trình bày ở bài Zero export.

Theo khung giờ (Time of use)

Chức năng Time of Use dùng để lập trình thời điểm dùng lưới hoặc máy phát sạc pin.[8] Hệ pin sau công tơ giảm tiền điện chủ yếu nhờ giảm phí công suất và kinh doanh chênh lệch giá điện.[18] Kinh doanh chênh lệch giá là dời điện tiêu thụ từ khung giờ giá cao sang khung giờ giá thấp.[18]

Dự phòng khi mất lưới

Ở chế độ hòa lưới có pin dự phòng, pin mặt trời và lưới cùng cấp tải và sạc pin.[1] Ở chế độ này, pin chỉ xả khi lưới gặp sự cố.[1] Thông số Backup Delay của Deye đặt thời gian chờ trước khi inverter cấp điện ra sau lúc lưới mất.[8] Hệ lưu trữ hoặc hệ pin mặt trời tiếp tục phát lên lưới trong lúc mất điện gây ra hiện tượng tách đảo ngoài ý muốn.[18] Tiêu chuẩn IEEE 1547-2018 cho phép tách đảo có chủ đích, ví dụ hệ sau công tơ cấp điện cho một phần lưới quan trọng.[18]

Sau các chế độ vận hành, phần tiếp theo so sánh hai cách đưa pin vào hệ: ghép DC và ghép AC.

Ghép AC với inverter có sẵn

Trong hệ ghép AC, pin lưu trữ nối với lưới qua inverter pin hai chiều.[9] Dòng Deye SG05LP3 hỗ trợ ghép AC để nâng cấp hệ điện mặt trời có sẵn.[16] Với Sungrow SH-RS, cổng AC của inverter PV có sẵn và cổng BACK-UP của inverter hybrid nối chung vào tải dự phòng.[4] Công suất inverter PV không được vượt công suất định mức của inverter hybrid.[4] Ở kịch bản không phát lên lưới (zero export), inverter hybrid chỉ bảo đảm bản thân không phát lên lưới, không bảo đảm cho inverter PV có sẵn.[4] Khi hệ dùng inverter hãng khác, đồng hồ đo cần hai CT: CT1 ở cổng lưới và CT2 ở cổng AC của inverter đó.[4]

Hiệu suất của hai cách ghép

Pin ghép DC có thể đạt hiệu suất tổng cao hơn, nhất là khi lưu điện từ pin mặt trời.[19] Hiệu suất cực đại của Deye SUN-5K-SG03LP1-AU in trên datasheet là 97,60%.[5]

Cấu hình ghép quyết định đường dây giữa các thiết bị, nên phần tiếp theo mô tả sơ đồ đấu nối của một inverter cụ thể.

Sơ đồ đấu nối theo sách hướng dẫn Deye SG05LP3

Mục 3.10 của sách hướng dẫn Deye SG05LP3 trình bày hệ thống đấu dây, mục 3.11 đưa sơ đồ đấu dây mẫu.[8] Chuỗi pin mặt trời vào cổng PV, bộ pin vào đầu nối pin, dây giao tiếp pin vào cổng BMS.[8] Lưới vào cổng Grid, tải dự phòng vào cổng Load, máy phát vào cổng đầu vào máy phát (Generator input).[8] Sơ đồ mẫu ở mục 3.11 là ví dụ cho trường hợp dây trung tính tách khỏi dây PE trong tủ phân phối.[8] Máy phát diesel cũng có thể đấu vào cổng lưới theo một tùy chọn cài đặt của Deye.[8]

Aptomat, RCD và dây trung tính

Inverter Deye SG05LP3 cần aptomat AC riêng ở hai vị trí: giữa inverter và lưới, giữa tải dự phòng và inverter.[8] Phía backup của Sungrow SH-RS phải lắp aptomat AC, loại 32 A.[4] Tại Úc, New Zealand và Nam Phi, dây trung tính của cổng GRID và cổng BACK-UP phải nối chung.[4] RCD 30 mA lắp theo quy định địa phương tại Úc, và được khuyến nghị ở các nơi khác.[4]

Vị trí CT và đồng hồ đo

Khi ghép AC với inverter PV có sẵn cũng của Sungrow, hệ SH-RS chỉ cần một CT, nối ở cổng lưới.[4] Với Deye, khi công suất tải hiển thị trên màn hình LCD sai, thợ lắp đặt đảo chiều mũi tên của CT.[8]

Sơ đồ đấu nối đã cố định vị trí từng thiết bị, nên bước tiếp theo là đọc datasheet để chọn inverter và bộ pin phù hợp.

Đọc trích datasheet Deye SUN-5K-SG03LP1-AU

Pin áp thấp và pin áp cao

Deye SUN-5K-SG03LP1-AU dùng pin dải 40 V đến 60 V, còn Sungrow SH-RS dùng pin dải 80 V đến 460 V.[5][6] Dòng sạc xả pin tối đa của SH-RS là 30 A ở mỗi chiều.[6] Dòng sạc xả pin tối đa của Deye SUN-5K-SG03LP1-AU là 120 A ở mỗi chiều.[5]

Ví dụ tính số module pin cho inverter 5 kW

Ví dụ dưới chọn số module pin Deye SE-G5.1 Pro-B cho Deye SUN-5K-SG03LP1-AU.

1. Dòng sạc xả pin tối đa của inverter là 120 A.[5]
2. Mỗi module SE-G5.1 Pro-B 100 Ah có dòng khuyến nghị 50 A và dòng tối đa 100 A.[13]
3. Khi nối song song, dung lượng các module cộng lại, còn điện áp bằng điện áp một module.[20]
4. Số module để inverter chạy ở 120 A với dòng khuyến nghị: 120 / 50 = 2,4, làm tròn lên 3 module.
5. Dung lượng 3 module: 3 × 5,12 = 15,36 kWh, theo dung lượng 5,12 kWh của mỗi module.[13]
6. Với 2 module, dòng khuyến nghị gộp là 2 × 50 = 100 A, thấp hơn mức 120 A của inverter.

Deye SUN-5K-SG03LP1-AU hỗ trợ nối song song nhiều pin.[5]

Tải dự phòng và dung lượng pin

Một nghiên cứu mô phỏng hộ gia đình Mỹ chia tải dự phòng thành tải quan trọng tối thiểu, tải quan trọng và toàn bộ nhà.[21] Tải quan trọng tối thiểu gồm tủ lạnh, tủ đông, đèn ban đêm, bơm giếng, đun nước, nấu ăn và 70 W tải cắm.[21] Dự phòng toàn bộ nhà cần trung bình thêm khoảng 30 kWh pin so với dự phòng tải quan trọng.[21] Dự phòng tải quan trọng tối thiểu, không gồm sưởi và làm mát, cần bộ pin khá nhỏ, dưới 15 kWh.[21]

Sau thông số kỹ thuật và cách chọn pin, phần tiếp theo liệt kê các tiêu chuẩn an toàn áp dụng cho inverter hybrid.

IEC 62109-1 và IEC 62109-2

IEC 62109-1 áp dụng cho thiết bị chuyển đổi công suất (PCE) dùng trong hệ điện mặt trời.[22] Phạm vi của IEC 62109-1 có cả mạch nguồn hoặc tải DC khác như pin.[22] Inverter theo IEC 62109-2 có thể dùng cùng pin hoặc các dạng lưu trữ năng lượng khác.[7] Mục 4.4.4.16 của IEC 62109-2 quy định phép thử chuyển tải cho inverter độc lập.[7]

IEC 62477-1

IEC 62477-1 áp dụng cho hệ thống bộ biến đổi điện tử công suất (PECS), phụ kiện và linh kiện của hệ.[23] Giới hạn áp dụng là điện áp hệ thống định mức không quá 1.000 V AC hoặc 1.500 V DC.[23] Ấn bản 2.0 của IEC 62477-1 phát hành tháng 5/2022.[23]

AS/NZS 4777.2

AS/NZS 4777.2:2020 đặt yêu cầu tối thiểu về tính năng và an toàn cho thiết kế, chế tạo và vận hành inverter.[24] Bản 2020 bổ sung yêu cầu cho inverter độc lập.[24]

Quy định tại Việt Nam

Nghị định 58/2025/NĐ-CP (văn bản hợp nhất) yêu cầu tài liệu kỹ thuật, CO, CQ của tấm quang điện, inverter và pin lưu trữ nếu có.[25] Phần sửa đổi bởi Nghị định 243/2026/NĐ-CP có hiệu lực từ ngày 26/6/2026.[25]

Các câu hỏi thực tế còn lại về inverter hybrid được gom ở mục hỏi đáp dưới đây.