Mục lục
Mỗi tấm pin năng lượng mặt trời có công suất danh định cụ thể khi xuất xưởng như 400Wp, 450Wp, 530Wp. Những tấm pin này có thể đạt công suất tối đa trong điều kiện thử nghiệm tiêu chuẩn STC (tại điều kiện tiêu chuẩn STC là: Bức xạ mặt trời 1000W/m2, nhiệt độ tế bào quang điện 250C, áp suất khí quyển là 1.5AM). Tuy nhiên trên thực tế, sản lượng điện tấm pin tạo ra thường thấp hơn công suất danh định ngay cả vào buổi trưa mùa hè nắng chói chang. Chúng ta cùng tìm hiểu những nguyên nhân làm giảm sản lượng tấm pin năng lượng mặt trời.
Hiện tượng LID ảnh hưởng đến hiệu suất tấm pin mặt trời như thế nào?
Trước tiên chúng ta hãy tìm hiểu cách pin mặt trời tạo ra năng lượng. Tế bào năng lượng mặt trời là một tấm bán dẫn pha tạp loại p và loại n với loại n quay mặt về phía có nắng. Khi các hạt ánh sáng rơi vào pin mặt trời, chúng sẽ bị hấp thụ vào bên trong tế bào, photon này kích thích các lỗ trống (hạt mang điện tích thiểu số) ở loại n và các electron trong chất bán dẫn loại p. Cặp “lỗ trống điện tử” này được thu thập thông qua các điểm tiếp xúc điện ở các cực của pin mặt trời. Trong mô-đun năng lượng mặt trời, các sợi pin năng lượng mặt trời được kết nối theo chuỗi và/hoặc song song. Các điện tử được tạo ra được thu thập từ mỗi pin mặt trời, dẫn đến việc tạo ra điện áp và dòng điện tương ứng.
LID – Suy giảm do ánh sáng (Thoái hóa do ánh sáng gây ra) là sự mất hiệu suất của các mô-đun năng lượng mặt trời xảy ra trong những giờ đầu tiên tiếp xúc với ánh nắng mặt trời, nó ảnh hưởng đến hiệu suất thực so với dữ liệu kiểm tra flash cuối cùng của nhà máy do nhà sản xuất mô-đun PV cung cấp.
Nguyên nhân là do dấu vết của oxy có trong tấm Silicon nóng chảy trong quá trình Czochralski, các hạt tích điện dương (dimer) O₂ (oxy) này có thể lan truyền khắp tế bào và tạo phức với boron, làm giảm năng suất của tấm pin năng lượng mặt trời trên thực tế so với các thử nghiệm flash cuối cùng được thực hiện trong nhà máy sản xuất (Các mô-đun được sắp xếp theo thử nghiệm flash cuối cùng của nhà máy để phân loại Công suất danh nghĩa của chúng)
Hiệu ứng LID là một hiện tượng không thể tránh khỏi, nó làm giảm hiệu suất của tấm pin mặt trời khoảng 1 đến 3% trong vài giờ đầu tiên khi tiếp xúc trực tiếp với ánh sáng mặt trời. Sau đó, một hiện tượng được gọi là ổn định điện năng được cho là xảy ra, có nghĩa là mức độ hao hụt điện năng thấp hơn trong những năm sử dụng tiếp theo với tỷ lệ thường vào khoảng 0,3% ~ 0,5%. Điều này cho thấy rằng tốc độ suy thoái ban đầu là nổi bật nhất. Trên bảng thông số ký thuật tấm pin năng lượng mặt trời do nhà sản xuất công bố thường có tỷ lệ cụ thể này.
Tìm hiểu thêm về: Đọc hiểu các thông số kỹ thuật pin mặt trời
Nhiệt độ ảnh hưởng đến hiệu suất pin mặt trời
Mặc dù sự gia tăng nhiệt không ảnh hưởng đến lượng năng lượng mặt trời mà tấm pin mặt trời nhận được, nhưng nó ảnh hưởng đến năng lượng mà chúng tạo ra.
Các tấm pin mặt trời được thử nghiệm ở Điều kiện thử nghiệm tiêu chuẩn (STC) là 25°C (77 ° F) và do đó vượt quá nhiệt độ đó sẽ ảnh hưởng đến sản lượng năng lượng. Lượng năng lượng được tạo ra bởi một tấm pin mặt trời được tính bằng cách nhân dòng điện và điện áp.
Dựa trên hiệu suất của nó, một tấm pin mặt trời có lượng năng lượng tối đa mà nó có thể tạo ra là:
Hiệu quả = (Dòng điện tối đa x Điện áp tối đa) / công suất đầu vào từ mặt trời
Không phải tính toán quá nhiều, nhưng khi các tấm pin mặt trời của bạn tiếp xúc với nhiệt độ cao hơn, dòng điện sẽ tăng lên, trong khi điện áp sẽ giảm. Vì điện áp giảm nhanh hơn dòng điện tăng lên, bạn sẽ có hiệu suất thấp hơn cho các tấm pin mặt trời của mình.
Bằng cách ảnh hưởng đến hiệu quả của các tấm pin mặt trời của bạn, nhiệt độ làm cho các tấm pin mặt trời của bạn sản sinh ra ít năng lượng hơn.
Tính toán tổn thất năng lượng do nhiệt độ cho các tấm pin năng lượng mặt trời?
Nhìn vào bảng thông số kỹ thuật tấm pin mặt trời của bạn và tìm Temperature Coefficient (Pmax). Hệ số nhiệt độ cho biết mức độ bạn có thể mong đợi các tấm pin mặt trời của mình giảm sản lượng năng lượng tối đa khi nhiệt độ tăng 1°C.
Ví dụ, tấm pin mặt trời LG 270W có Hệ số nhiệt độ Pmax là -0,43% / ° C. Nếu những tấm pin mặt trời này nóng lên đến 45°C (113°F), điều đó có nghĩa là chúng cao hơn 20°C so với nhiệt độ STC (25°C) .
Tỷ lệ % năng lượng bị mất = 20 x -0,43 = -8,6%
Sản lượng điện được tạo ra là: (100% – 8,6%) x 270W = 91,4% x 270W = 246,78W
Xem thêm: Nhiệt độ và bóng râm ảnh hưởng như thế nào đến hiệu quả của tấm pin năng lượng mặt trời?
Hướng và góc nghiêng
Việc lắp đặt các mô-đun quang điện phải tính đến một số yếu tố để tận dụng tối đa bức xạ mặt trời. Việc xem xét chính xác các biến thể này sẽ giúp đảm bảo rằng chúng tạo ra năng lượng tối đa bằng cách tiếp xúc với cường độ bức xạ mặt trời lớn nhất trong thời gian dài nhất.
Hiệu suất của các tấm quang điện bị ảnh hưởng bởi hướng và độ nghiêng của chúng, từ đó ảnh hưởng đến lượng năng lượng có thể sản xuất được. Tùy thuộc vào độ nghiêng, năng lượng mặt trời sẽ đạt cực đại khi vị trí của tấm thẳng góc với nơi chiếu xạ
Ở bán cầu bắc, quy tắc chung cho việc đặt các tấm pin mặt trời là chúng phải được hướng về phía nam để chúng có thể nhận được càng nhiều bức xạ trực tiếp càng tốt trong suốt cả ngày.
Tấm pin mặt trời được nghiêng, hướng về phía mặt trời để nhận được lượng bức xạ tối đa. Góc nghiêng tối ưu là một hàm của góc vĩ độ ( ϕ ). Góc nghiêng lệch -15 ° so với góc vĩ độ vào mùa hè và khoảng + 15 ° so với góc vĩ độ vào mùa đông. Nhiều cơ chế theo dõi năng lượng mặt trời được sử dụng để điều chỉnh các tấm pin mặt trời với thành phần trực tiếp của bức xạ mặt trời. Mỗi độ lệch so với phương nam theo phương vị gây ra tổn thất bức xạ 0,08%.
Xem thêm: Góc nghiêng và góc phương vị ảnh hưởng như thế nào đến hiệu suất của tấm pin năng lượng mặt trời?
Cường độ bức xạ mặt trời
Bức xạ mặt trời được hiểu là các dòng vật chất và năng lượng do Mặt Trời phát ra. Đây chính là nguồn năng lượng chính cho các quá trình phong hoá, bóc mòn, vận chuyển và bồi tụ trên Trái Đất, cũng như chiếu sáng và sưởi ấm cho các hành tinh trong Hệ Mặt Trời.
Dữ liệu bức xạ cho các hệ thống điện năng lượng mặt trời (hệ thống của pin quang điện) thường được biểu thị dưới đơn vị kilowatt-giờ trên mét vuông (kWh/m2). Ước tính trực tiếp về năng lượng mặt trời cũng có thể được tính bằng watt trên một mét vuông (W/m2).
Sản lượng của tấm pin mặt trời phụ thuộc đáng kể vào năng lượng mặt trời hoặc bức xạ mặt trời vì nguồn năng lượng mặt trời rất thay đổi. Độ chiếu xạ thường thay đổi do thời tiết, sự thay đổi theo mùa, vị trí địa lý, thời gian trong ngày và vị trí mặt trời trên bầu trời
Các mô-đun PV nhận được cả ánh sáng trực tiếp từ mặt trời và ánh sáng tán xạ từ bầu trời, mặt đất và các vật thể lân cận. Tuy nhiên, phần đóng góp đáng kể đến từ việc chiếu xạ trực tiếp bằng năng lượng mặt trời. Việc ước lượng bức xạ tới trở nên phức tạp khi các vật thể gần đó tạo bóng hoặc phản xạ ánh sáng mặt trời lên các mô-đun PV.
Khoảng 99% bức xạ mặt trời, hay sóng ngắn, trên bề mặt trái đất nằm trong vùng từ 0,3 đến 3,0 µm, tương ứng với bước sóng giữa tia cực tím và tia hồng ngoại gần. Bên trên bầu khí quyển của trái đất, bức xạ mặt trời có cường độ xấp xỉ 1380 watt/m2. Trên bề mặt trái đất của chúng ta, cường độ bức xạ mặt trời xấp xỉ 1000 W/m2 vào một ngày quang đãng vào buổi trưa trong những tháng mùa hè (Bằng cường độ bức xạ mặt trời tại điều kiện tiêu chuẩn STC). Sự khác biệt giữa giá trị này là do sự mất mát khi truyền vào khí quyển.
Hãy xem các biểu đồ đường cong IV (Dòng điện so với Điện áp) cho tấm pin năng lượng mặt trời 305W của hãng Trina Solar
Bạn có thể thấy khi bức xạ mặt trời giảm từ 1000W/m2 xuống 200W/m2, công suất giảm tương ứng – từ 300W xuống 60W. Phạm vi đầu ra của điện áp gần như không đổi, tuy nhiên với điện áp Điểm công suất tối đa (MPP) ở 33V và điện áp mở mạch tối đa chỉ giảm từ 43V xuống 38V.
Nếu điện áp không đổi bất kể cường độ ánh sáng, thì dòng điện phải thay đổi. (Lưu ý rằng tất cả các thử nghiệm này ở 25 ° C)
Bạn có thể thấy rõ điều này trong đường cong IV, nơi dòng điện đầu ra đã giảm từ 9,8A ở 1000W/m2 xuống 2A ở 200W/m2.
Xem thêm: Cường độ bức xạ mặt trời Việt Nam
Bụi và bẩn có ảnh hưởng đến sản lượng tấm pin mặt trời không?
Hiệu quả của các tấm pin năng lượng mặt trời bị suy giảm khi bụi, hơi nước, các phân tử không khí và các chất ô nhiễm khác trong khí quyển ngăn cản ánh sáng mặt trời chiếu vào. Ánh sáng mặt trời có thể bị phân tán bởi các hạt bụi trong không khí có kích thước lớn hơn bước sóng của chùm tia mặt trời tới và làm giảm bức xạ mặt trời. Bụi cũng có thể tạo thành một lớp dày trên bề mặt tấm pin năng lượng mặt trời. Lớp bụi có thể thay đổi các đặc tính quang học để thúc đẩy phản xạ ánh sáng, hấp thụ và giảm khả năng truyền qua bề mặt, do đó giảm sản lượng tấm pin. Sự tích tụ bụi phụ thuộc vào các yếu tố môi trường như vận tốc gió, độ ẩm, lượng mưa, nguồn hạt bụi, loại hạt, công nghệ mô-đun PV và lớp phủ bề mặt mô-đun PV.
Đã có những nghiên cứu chỉ ra rằng bụi tích tụ có thể làm giảm hiệu suất của các tấm pin mặt trời, nhưng kết quả không được định lượng rõ ràng. Các thí nghiệm được tiến hành bằng cách sử dụng các hạt bụi trên các tấm pin mặt trời với nguồn sáng công suất không đổi, để xác định hiệu suất và công suất điện được tạo ra. Nghiên cứu cho thấy rằng bụi tích tụ trên bề mặt của tấm pin mặt trời có thể làm giảm tới 50% hiệu suất ở những vùng sa mạc.
Xem thêm: Hướng dẫn làm sạch các tấm pin mặt trời của bạn
Bóng râm có làm giảm sản lượng pin mặt trời?
Các tấm pin mặt trời rất nhạy cảm với nóng râm. Các điều kiện che bóng toàn bộ hoặc một phần có tỷ lệ tác động đáng kể đến khả năng cung cấp năng lượng và có thể dẫn đến tổn thất điện năng và làm sản lượng thấp hơn. Các tế bào trong tấm pin năng lượng mặt trời thường được kết nối nối tiếp để có điện áp cao hơn và do đó sản xuất điện năng thích hợp.
Nhưng khi đổ bóng, cấu trúc này có một số hạn chế. Trên thực tế, khi một pin mặt trời đơn lẻ bị che bóng , dòng điện của tất cả các đơn vị trong chuỗi được xác định bởi đơn vị tạo ra dòng điện ít nhất. Khi một tế bào quang điện bị che bóng, toàn bộ chuỗi cũng hầu như bị che bóng. Để ngăn ngừa sự mất mát năng lượng, việc lắp đặt thường bao gồm các điốt rẽ nhánh .
Điốt rẽ nhánh được nối song song với pin mặt trời. Khi pin mặt trời bị che bóng, điốt rẽ nhánh cung cấp đường dẫn dòng điện cho phép chuỗi pin mặt trời được kết nối tạo ra năng lượng ở điện áp giảm.
Làm thế nào để tăng hiệu suất tấm pin năng lượng mặt trời
Chọn tấm pin năng lượng chất lượng và lắp đặt đúng kỹ thuật.
Lắp đặt các tấm pin của bạn cao hơn mái nhà vài inch để cho phép luồng không khí làm mát các tấm pin mặt trời của bạn.
Làm sạch tấm pin mặt trời giúp làm tăng sản lượng.
Xem thêm: Bảo trì hệ thống điện mặt trời
