Mục lục
Công nghệ quang điện (PV) đã được nghiên cứu và phát triển rất nhiều trong nhiều năm. Hầu hết các mô-đun PV trong ngành có tuổi thọ tiêu chuẩn là 25 năm, nhưng một số công ty hàng đầu trong ngành năng lượng mặt trời như Maxeon Solar đã phát triển công nghệ này để tạo ra các tấm pin mặt trời có tuổi thọ từ 40 năm trở lên, được bảo hành 40 năm.
Trong khi công nghệ PV đã có mặt từ những năm 1970, sự suy thoái của tấm pin mặt trời chủ yếu được nghiên cứu trong 25 năm qua. Các Viện nghiên cứu như NREL đã ước tính rằng tỷ lệ xuống cấp thích hợp của các tấm pin mặt trời có thể được đặt ở mức 0,5% mỗi năm với công nghệ hiện tại.
Để hiểu các giới hạn về tuổi thọ của các mô-đun PV, bạn nên hiểu khái niệm về sự suy giảm của tám pin năng lượng mặt trời. Đây là hiện tượng chính ảnh hưởng đến tuổi thọ của các mô-đun PV và khiến chúng bị hỏng. Trong bài viết này, chúng tôi sẽ giải thích mọi thứ bạn cần biết về điều này và cung cấp cho bạn các mẹo về cách giảm suy thoái tấm pin năng lượng mặt trời.
Sự thoái hóa tấm pin mặt trời là gì?
Sự thoái hóa tấm pin mặt trời bao gồm một loạt các cơ chế mà qua đó mô-đun PV bị suy giảm và giảm hiệu quả của nó năm này qua năm khác. Lão hóa là yếu tố chính ảnh hưởng đến sự xuống cấp của tấm pin mặt trời, điều này có thể gây ra ăn mòn và tách lớp, cũng ảnh hưởng đến các đặc tính của vật liệu PV.
Các cơ chế suy giảm khác ảnh hưởng đến mô-đun PV bao gồm Suy thoái do ánh sáng (LID), Suy giảm tiềm năng do cảm ứng (PID), tiếp xúc ngoài trời và các yếu tố môi trường. Có một số công cụ và kỹ thuật được sử dụng để xác định sự suy giảm của bảng điều khiển năng lượng mặt trời, bao gồm kiểm tra trực quan, đo nhiệt độ hồng ngoại, điện phát quang (EL) và hiệu chuẩn hiệu suất.
Tác động của sự xuống cấp của tấm pin năng lượng mặt trời đối với hệ thống PV của bạn là gì?
Sự xuống cấp của tấm pin năng lượng mặt trời là do lão hóa và không chỉ ảnh hưởng lớn đến việc lắp đặt PV, mà nó có mặt trên mọi công trình lắp đặt PV trên mái nhà trên toàn thế giới. Đây là lý do tại sao nó là mối quan tâm đối với các chủ nhà có hệ thống PV trên mái nhà và các hộ gia đình tiêu thụ năng lượng mặt trời từ lưới điện.
Tỷ lệ xuống cấp thích hợp của các tấm pin mặt trời được ước tính là 0,5% mỗi năm khi xem xét một hệ thống PV được duy trì tốt có điều kiện lý tưởng. Tuy nhiên, tỷ lệ xuống cấp của tấm pin năng lượng mặt trời có thể tăng lên trong một số trường hợp cực đoan, lên tới 1,4% hoặc 1,54% mỗi năm.
Thông tin này nêu bật tầm quan trọng của việc lắp đặt các mô-đun PV chất lượng cao do các công ty đáng tin cậy sản xuất và thực hiện bảo trì các mảng năng lượng mặt trời. Thực hiện mọi biện pháp phòng ngừa sẽ đảm bảo tỷ lệ xuống cấp của bảng điều khiển năng lượng mặt trời tối thiểu và tuổi thọ lâu hơn cho các hệ thống PV.
Tốc độ suy thoái càng cao, tổn thất năng lượng mà hệ thống PV sẽ trải qua trong suốt thời gian tồn tại càng cao. Các nhà sản xuất tấm pin năng lượng mặt trời thường thiết lập một tham chiếu về tỷ lệ xuống cấp và mỗi loại mô-đun thường có một biểu đồ bảo hành hiệu suất cho biết sản lượng phần trăm dự kiến so với số năm.
Một tấm pin năng lượng mặt trời có tỷ lệ suy thoái 0,5% mỗi năm (tấm pin mặt trời Hanwha QCells 400W chẳng hạn trong Hình 1) có khả năng đạt gần 87% sản lượng vào năm cuối vòng đời của nó. Trong khi đó, một tấm pin năng lượng mặt trời chất lượng thấp được lắp đặt trong điều kiện môi trường khắc nghiệt có thể có tỷ lệ xuống cấp hàng năm là 1%, làm giảm sản lượng của nó xuống chỉ còn khoảng 75% so với sản lượng của năm đầu tiên. Các nhà sản xuất chất lượng hàng đầu như SunPower, đã có thể giảm tỷ lệ xuống cấp xuống thấp nhất là 0,25%, mang lại hiệu suất tối đa theo thời gian trong ngành.
Nguyên nhân nào gây ra sự xuống cấp của tấm pin năng lượng mặt trời?
Sự xuống cấp của tấm pin năng lượng mặt trời không phải do một hiện tượng cô lập đơn lẻ mà do một số cơ chế suy thoái ảnh hưởng đến các mô-đun PV, nhưng nguyên nhân chính là sự xuống cấp do tuổi tác. Các nguyên nhân khác gây ra sự xuống cấp của tấm pin năng lượng mặt trời bao gồm những nguyên nhân khác như: Suy thoái do ánh sáng (LID), Suy giảm tiềm năng do cảm ứng (PID) và hỏng tấm nền. Hãy để chúng tôi phân tích chúng chi tiết hơn.
Suy thoái liên quan đến tuổi tác
Lão hóa là cơ chế thoái hóa chính ảnh hưởng đến các mô-đun PV trong suốt những năm hoạt động của chúng. Cơ chế suy thoái này là hậu quả trực tiếp của việc các mô-đun tiếp xúc nhiều năm với mưa, tuyết rơi, nhiệt độ khắc nghiệt, mưa đá, bụi và các tác nhân bên ngoài khác.
Khi các mô-đun PV tiếp xúc với các tác nhân bên ngoài nói trên, chúng bắt đầu phân hủy theo thời gian và giảm hiệu quả của chúng. Điều này xảy ra do khung tấm pin năng lượng mặt trời bị ăn mòn, kính và tấm nền phía sau bị tách lớp, và vật liệu PV mất đi các đặc tính của chúng, tất cả những điều này gây ra sự suy giảm trung bình 0,5% hàng năm cho các mô-đun PV.
Suy thoái do ánh sáng (LID)
Suy thoái do ánh sáng (LID) là một hiện tượng gây ra sự gia tăng tốc độ xuống cấp của các tấm pin mặt trời, ảnh hưởng đến các mô-đun chủ yếu trong năm đầu tiên hoạt động. Đây là hệ quả của việc ánh sáng mặt trời thúc đẩy quá trình oxy hóa giữa boron được sử dụng để pha tạp vật liệu PV và oxy.
Những khuyết tật này xảy ra một cách tự nhiên khi oxy kết hợp với silicon nóng chảy trong quá trình Czochralski được sử dụng để phát triển silicon đơn tinh thể (mono c-Si). Boron được sử dụng để pha tạp pin mặt trời kết hợp với oxy và hoạt động như một cái bẫy cho các cặp electron-lỗ trống, tác động đến quá trình sản xuất điện.
Sự xuống cấp của tấm pin năng lượng mặt trời do LID gây ra ảnh hưởng nặng nề đến các mô-đun được sản xuất bằng silicon đơn tinh thể, đặc biệt là các tấm wafer loại p. Hiệu ứng LID cũng cao hơn trong các mô-đun PERC.
Suy thoái do tiềm năng gây ra (PID)
Sự suy giảm do tiềm năng gây ra hoặc PID là một cơ chế suy giảm khác ảnh hưởng đến các mô-đun PV và làm giảm hiệu quả của chúng. Không giống như LID, PID không ảnh hưởng nặng nề đến một loại mô-đun PV cụ thể, nhưng nó ảnh hưởng đến mono c-Si, silicon đa tinh thể (poly c-Si) và mô-đun PV màng mỏng như nhau.
Việc lắp đặt PV quy mô lớn có điện áp cao trên mỗi chuỗi gây ra sự chênh lệch tiềm năng giữa các tế bào và khung dẫn đến dòng điện rò rỉ, gây ra tổn thất điện năng.
Hiểu biết về PID vẫn chưa đầy đủ và cần phải nghiên cứu thêm, nhưng được biết rằng nó tạo ra tổn thất điện năng cao trong các hệ thống PV không bao quanh có điện áp trên 1.500V. Điều này gắn liền với các hệ thống PV thương mại và quy mô nhà máy phát điện lớn.
Back-Sheet bị lỗi
Hỏng tấm nền là một nguyên nhân xuống cấp khác, là nguyên nhân chính của sự xuống cấp sớm. Người ta xác định rằng 9% đến 16% mô-đun PV bị lỗi bảng tính ngược. Đây là một vấn đề đáng quan tâm vì tấm lưng của mô-đun PV là tuyến phòng thủ đầu tiên cách ly và bảo vệ các thành phần bên trong khỏi các tác nhân bên ngoài như độ ẩm, gió, bụi và tia cực tím (UV).
Nguyên nhân chính dẫn đến sự xuống cấp của bảng điều khiển năng lượng mặt trời do tấm nền bị hỏng là sự tách lớp của tấm nền hoặc sự hình thành các vết nứt trên vật liệu. Khi tấm nền bị lỗi, các thành phần bên trong của tấm pin mặt trời tiếp xúc với các tác nhân bên ngoài và tuổi thọ của các mô-đun PV bị giảm.
Yếu tố nào làm tăng hoặc giảm sự xuống cấp của tấm pin mặt trời?
Cũng giống như có các tỷ lệ xuống cấp khác nhau của các tấm pin mặt trời, có những yếu tố làm tăng tốc hoặc giảm sự xuống cấp của tấm pin mặt trời. Chúng bao gồm các vật liệu được sử dụng để sản xuất mô-đun PV, quy trình lắp ráp, quy trình lắp đặt, thực hiện bảo trì và thậm chí cả thời tiết.
Chất lượng vật liệu
Hầu hết các mô-đun PV rơi vào tình trạng xuống cấp nhanh do lỗi LID, PID và tấm nền. Các cơ chế suy thoái này một phần do các khuyết tật trong vật liệu gây ra, vì vậy có thể kết luận rằng các mô-đun PV với vật liệu chất lượng cao hơn bị suy giảm với tốc độ chậm hơn.
Các vật liệu và kỹ thuật bổ sung có thể được sử dụng để làm chậm sự ăn mòn và giảm sự xuống cấp của tấm pin năng lượng mặt trời. Người ta đã chứng minh rằng các hệ thống pin năng lượng mặt trời có thể tồn tại ít nhất 40 năm trong điều kiện xuống cấp, nhưng một số công ty đột phá trong ngành năng lượng mặt trời đã cải tiến công nghệ và cung cấp bảo hành PV trong 30 năm và 40 năm như Mexeon.
Lắp ráp các mô-đun
Mô-đun PV có thể có vật liệu chất lượng cao, nhưng chúng yêu cầu quy trình sản xuất nghiêm ngặt nhất để đảm bảo hiệu suất cao nhất.
Cải tiến kỹ thuật sản xuất có thể làm giảm sự xuống cấp của tấm pin năng lượng mặt trời và kéo dài tuổi thọ của các mô-đun PV. Văn phòng Công nghệ Năng lượng Mặt trời của Bộ Năng lượng Hoa Kỳ hiện đang tài trợ cho một nhóm nghiên cứu để phát triển các kỹ thuật có thể kéo dài tuổi thọ của các mô-đun PV lên đến 50 năm hoặc hơn.
Lắp đặt đúng kỹ thuật
Khi các tấm pin mặt trời được vận chuyển và xử lý trong quá trình lắp đặt, các mô-đun sẽ phải chịu ứng suất cơ học. Sự căng thẳng này có thể gây ra sự xuống cấp của tấm pin năng lượng mặt trời do sự cố của tấm nền và tạo ra tổn thất điện năng một phần hoặc làm ảnh hưởng đến các thành phần mô-đun PV.
Để giảm sự xuống cấp của tấm pin năng lượng mặt trời do nứt trên tế bào và tăng tuổi thọ của các mô-đun PV, chúng tôi khuyến nghị rằng các mô-đun được xử lý và lắp đặt đúng cách bởi các chuyên gia được chứng nhận. Điều này đặc biệt quan trọng khi xử lý các tấm pin mặt trời màng mỏng, loại mỏng hơn.
Bảo trì thường xuyên
Bảo trì thường xuyên là một chiến thuật quan trọng được sử dụng để giảm sự xuống cấp của tấm pin năng lượng mặt trời trong các ứng dụng quy mô lớn và nhỏ. Bảo trì dự đoán và phòng ngừa có thể tăng tuổi thọ hoạt động của hệ thống PV bằng cách giảm sự suy thoái do bẩn và bụi, dẫn đến tăng hiệu suất của mảng năng lượng mặt trời.
Tần suất thực hiện bảo dưỡng có thể thay đổi khi có bụi, tuyết, lá rụng và các điều kiện khí hậu khác. Số lượng chim trong khu vực (liên quan đến việc thả chim) cũng có thể làm tăng tần suất bảo trì cần thiết.
Thời tiết
Các hiện tượng thời tiết không phải là một biến số có thể kiểm soát được, nhưng chúng có thể được tính đến khi lắp đặt các mô-đun PV và thực hiện bảo trì để tránh tiếp tục xuống cấp bảng điều khiển năng lượng mặt trời. Phân tích trước khi lắp đặt các hệ thống PV quy mô lớn nên xem xét nghiên cứu chuyên sâu về vị trí và các thảm họa thiên nhiên lịch sử, đảm bảo vị trí khả thi cho việc lắp đặt.
Một lựa chọn quan trọng có thể được thực hiện khi chuẩn bị chống lại các hiện tượng thời tiết khắc nghiệt là chọn các mô-đun PV có đặc tính cơ học tốt hơn. Điều này có thể bao gồm chỉ số chống xâm nhập (IP) tốt hơn, xếp hạng khung cứng hơn, kính có khả năng chống va đập cao hơn, v.v.
Chọn mô-đun PV tốt nhất để giảm thiểu sự xuống cấp
Xem xét rằng các tấm pin mặt trời có tuổi thọ hạn chế, điều quan trọng cần lưu ý là chúng có thể được tái chế và thay thế cho hoạt động của lưới điện, trạm sạc EV và các ứng dụng khác. Tin tốt hơn nữa là các nhà nghiên cứu hiện đang làm việc để kéo dài tuổi thọ của các mô-đun PV và phát triển các kỹ thuật để giảm sự xuống cấp của tấm pin năng lượng mặt trời hơn nữa.
Các nghiên cứu đang diễn ra đang xem xét việc tăng độ bền bằng cách dựa vào chụp ảnh điện phát quang và học máy, cải thiện tuổi thọ và hiệu suất cho việc lắp đặt PV với kết quả đã được chứng minh bằng cách triển khai các hệ thống giám sát và điều khiển. Hơn nữa, việc thực hiện các kỹ thuật làm mát bằng cách sử dụng nước để giảm nhiệt độ mô-đun PV cũng đã chứng minh hiệu quả trong việc kéo dài tuổi thọ của các tấm pin mặt trời.
Nhiều khi các đề xuất về năng lượng mặt trời sẽ tính đến các mô phỏng của năm đầu tiên, điều này có thể khiến bạn hiểu sai rằng hiệu suất năng lượng này sẽ được duy trì theo thời gian trong khi không. Đây là lý do tại sao việc chọn tấm pin năng lượng mặt trời có tỷ lệ suy giảm thấp hơn là điều cần thiết để giữ hiệu suất theo thời gian càng gần năm đầu tiên lắp đặt càng tốt . Hầu hết các nhà sản xuất tấm pin năng lượng mặt trời bao gồm các chỉ số cho biết bảo hành hiệu suất cho sản phẩm của họ, lựa chọn mô-đun PV chất lượng cao sẽ đảm bảo hệ thống PV chống suy thoái lão hóa tốt hơn các mô-đun thông thường và điều đó sẽ mang lại kết quả tốt hơn về lâu dài.
