Trong bài viết này, chúng tôi sẽ xem xét các yếu tố tác động đến hiệu suất của tấm pin mặt trời để giúp bạn có thể tối ưu hóa sản lượng điện đầu ra từ hệ thống điện mặt trời của bạn.
Tối ưu hiệu quả vận hành của tấm pin như thế nào?
Cường độ dòng điện và năng lượng đầu ra của các tấm pin tỷ lệ thuận với cường độ chiếu nắng của mặt trời. Ở một cường độ nhất định, dòng điện đầu ra và điện áp hoạt động của một tấm pin được xác định bởi các đặc tính của thiết bị tải. Nếu tải đó là ắc quy điện mặt trời, điện trở trong ắc quy sẽ quyết định điện áp hoạt động của các tấm
Một hệ thống có mức điện áp định danh 17V sẽ phát ra ít hơn công suất định mức khi được sử dụng trong hệ thống bình lưu trữ. Điều đó là bởi vì điện áp làm việc sẽ nằm trong khoảng 12 – 15V. Vì công suất (W) được tính toán bằng việc nhân điện áp (V) với cường độ dòng điện (A), nên việc điện áp bị giảm sẽ làm đầu ra của mô-đun bị giảm. Ví dụ, một tấm quang điện 50W hoạt động ở mức 13V sẽ tạo ra 39W (13V x 3A = 39W). Điều này rất quan trọng để bạn có thể tính toán định cỡ một hệ thống điện mặt trời cho gia đình mình.
Đồ thị đường cong I-V chỉ đơn giản là tất cả các điểm vận hành có thể có của pin (kết hợp điện áp/cường độ dòng điện) ở nhiệt độ tế bào quang điện (solar cell) và cường độ ánh sáng nhất định. Tăng nhiệt độ tế bào sẽ làm tăng cường độ dòng điện mặt trời một chút, nhưng giảm đáng kể đầu ra điện áp.
Dưới đây là những yếu tố tác động đến hiệu suất tấm pin năng lượng mặt trời mà bạn cần nắm được, để từ đó tối ưu hóa cho hệ thống điện mặt trời của mình:
1. Tấm pin thường rất nhạy cảm với bóng râm
Không giống như các tấm nhiệt mặt trời (trong các hệ thống nước nóng năng lượng mặt trời) được sử dụng để làm ấm/nóng nguồn nước có thể chịu được việc bị bóng râm che khuất 1 phần nào đó, nhưng tấm năng lượngthì không thể chịu được bóng râm che khuất từ cây lá, phân chim, tuyết bám, mây, bóng râm của các tòa nhà cao tầng…
Các vật cản che bóng có thể xuất phát từ các nguồn “mềm” hoặc “cứng”. Nếu một nhanh cây, ống thông hơi hoặc các tòa nhà lớn xung quanh che khuất ánh sáng chiếu vào hệ thống pin của bạn, sẽ tạo nên những khoảng tối trên bề mặt các tấm pin. Những nguồn bóng râm “mềm” này làm giảm đáng kể lượng ánh nắng chiếu vào các tế bào quang điện của bảng mặt trời. Các nguồn “cứng” chính là các lá cây, cành cây khô, phân chim, tuyết… bám trược tiếp lên bề mặt kính của tấm. Những bóng râm “cứng” này thậm chí có thể che đi hoàn toàn 1 tế bào, điều này khiến cả mô-đun phải giảm điện áp một mức đáng kể.
Việc bị che mờ một phần trên tấm pin sẽ làm giảm công suất của nó. Bởi vì tất cả các ô được kết nối theo dạng chuỗi nối tiếp, ô yếu nhất sẽ kéo theo các ô còn lại xuống mức năng lượng giống nó. Do đó, dù là 1 nửa tấm bị che bóng hay 1 nửa tế bào bị che bóng thì sản lượng điện tạo ra trong trường hợp này cũng sẽ dưới 50%.
Khi một ô bị bóng râm che hoàn toàn, nó có thể “tiêu phí” năng lượng được tạo ra bởi các tế bào còn lại và xung phát tấm pin mặt trời để bảo vệ chính nó. Chúng sẽ định tuyến điện xung quanh chuỗi đó. Nếu một hàng các ô ở dưới (các cell gần đầu ra) cùng của tấm pin bị che bóng hoàn toàn, sản lượng điện có thể giảm xuống bằng 0.
2. Góc nghiêng
Để thu được lượng bức xạ mặt trời tối đa trong suốt một năm, hệ thống năng lượng mặt trời phải được đặt nghiêng một góc xấp xỉ bằng vĩ độ tại đỉa điểm lắp đặt và hướng về phía đường Xích đạo (tại Việt Nam sẽ hướng về phía nam). Để tối ưu hóa hiệu xuất vào mua đông tuyết rơi, các tấm khi lắp đặt có thể đặt nghiêng hơn thêm 15 độ so với góc vĩ độ, điều này có thể làm hạn chế tuyết bám trên bề mặt kính. Tại bất kỳ thời điểm nào, tấm pin PV sẽ tạo ra công suất tối đa khi và chỉ khi được đặt đối diện trực tiếp với ánh nắng mặt trời.
Để so sánh sản lượng năng lượng của tấm pin với giá trị tối ưu của nó, bạn sẽ cần biết vĩ độ tại địa phương và góc nghiêng thực tế của hệ thống – và phải dựa trên độ dốc mái nhà của bạn. Nếu độ nghiêng tấm pin của bạn lớn hơn 15 độ so với góc vĩ độ, việc giảm sản lượng điện mặt trời hàng năm của hệ thống có thể là 15% so với mức tối đa của nó.
3. Góc phương vị và độ lệch từ
Nếu mái nhà của bạn không hướng về phía nam, thì phía đông hoặc tây sẽ là sự lựa chọn tối ưu nhất trong trường hợp này. Hãy lưu ý rằng sản lượng điện năng lượng mặt trời giảm tỷ lệ thuận với góc ngang hoặc “góc phương vị” lớn hơn 15 độ so với phía nam. Việc giảm sản lượng điện hàng năm từ một panel năng lượng mặt trời được lắp đặt nghiêng về phía đông hoặc phía tây có thể từ 15% trở lên ở các vĩ độ thấp hơn hoặc từ 25% trở lên ở các vĩ độ cao hơn. Tránh tối đa việc hướng các tấm pin về phía bắc, tây bắc hoặc đông bắc, vì đó là những hướng ngược với mặt trời.
