Với thời đại công nghệ, kỹ thuật, máy móc này càng hiện đại và phát triển không ngừng ở mọi lĩnh vực. Và ngành điện năng lượng mặt trời cũng vậy, trải qua hàng trăm năm phát triển từ năm 1839, những tấm pin năng lượng mặt trời ngày càng được áp dụng nhiều công nghệ khác nhau và làm cho chất lượng của chúng càng trở nên vượt bậc, nổi trội. Ở thời điểm hiện nay, thật khó có thể xác định được đâu là những tấm pin năng lượng chất lượng nhất và mức độ hiệu quả hoạt động dự kiến của chúng trong vòng 25 năm. Chính vì thế, các nhà sản xuất tấm pin năng lượng mặt trời đã áp dụng nhiều công nghệ mới để các tấm pin mặt trời hoạt động hiệu quả và ổn định với hiệu suất cao nhất trong suốt quãng đời tuổi thọ của chúng. Đây là các công nghệ được nghiên cứu và sử dụng rộng rãi hiện nay.

Những công nghệ mới nhất trong tế bào quang điện

Trên thị trường hiện nay, hầu hết các nhà sản xuất tấm pin cung cấp một loạt các dòng sản phẩm bao gồm các loại đơn tinh thể (Mono) và đa tinh thể (Poly) với bảng xếp hạng về công suất và các điều kiện bảo hành. Hiệu quả của pin năng lượng mặt trời (Solar panel) đã tăng đáng kể và ổn định nhờ áp dụng các công nghệ mới trong tế bào quang điện (Solar Cells), nhiều nhà sản xuất cung cấp dịch vụ bảo hành lên đến 25 năm và đảm bảo hiệu suất 25-30 năm.

  • PERC – Passivated Emitter Rear Cell
  • Bifacial – Dual sided panels and cells
  • Multi Busbar – Multi ribbon and wire busbars
  • Split panels – Using half cut cells
  • Shingled Cells – Overlapping cells
  • IBC – Interdigitated Back Contact cells
  • HJT – Heterojunction cells
  • Dual Glass – Frameless double glass

PERC – Passivated Emitter Rear Cell (công nghệ phát quang thụ động)

PERC là công nghệ ưa thích của nhiều nhà sản xuất pin mặt trời trong cả tế bào đơn tinh thể và đa tinh thể. PERC là viết tắt của “Passivated Emitter Rear Contact” hoặc là “Passivated Emitter and Rear Cell” – Bức xạ thụ động và tế bào mặt sau. Các tế bào PERC sử dụng lớp phim thụ động ở bề mặt phía sau của tế bào quang điện và tạo ra các túi nhỏ trong lớp màng thụ động đó giúp hấp thụ nhiều ánh sáng hơn. Mặt trước của tế bào nhận được ánh sáng mặt trời trực tiếp trong khi phía sau hấp thụ ánh sáng tán xạ và phản xạ. Nghĩa là cấu trúc tế bào quang điện PERC về cơ bản cho phép cải thiện khả năng bắt ánh sáng gần bề mặt phía sau và tối ưu hóa việc bắt electron.

Một công nghệ PERC phổ biến là Al-BSF cục bộ (mặt nhôm sau). Tuy nhiên, một số thay đổi khác đã được phát triển như PERT (mặt sau bức xạ thụ động khuếch tán hoàn toàn) và PERL (Bức xạ thụ động và mặt sau khuếch tán cục bộ).

Giám đốc của The Australian Centre for Advanced Photovoltaics tại UNSW – Giáo sư Martin Green, đã phát minh ra khái niệm PERC hiện đang được sử dụng rộng rãi bởi nhiều nhà sản xuất năng lượng mặt trời hàng đầu trên thế giới. Các tế bào Mono PERC hiện là loại tế bào phổ biến và hiệu quả nhất và hầu hết các nhà sản xuất bao gồm Jinko Solar, Trina Solar, Q-cell, LONGi Solar, JA Solar đều sử dụng cấu trúc tế bào PERC.

Bifacial – Dual sided panels and cells (Công nghệ tấm pin 2 mặt)

Chi phí để sản xuất các tế bào đơn tinh thể chất lượng rất cao ngày càng giảm dần làm cho công nghệ năng lượng mặt trời Bifacial bắt đầu trở nên phổ biến. Các cell pin Bifacial 2 mặt hấp thụ ánh sáng từ cả 2 phía. Trong cùng một vị trí và điều kiện giống nhau, Bifacial có thể tạo ra nhiều năng lượng hơn tới 27% so với các tấm pin đơn tinh thể Monofical truyền thống. Các tấm Bifacial thường sử dụng mặt trước bằng kính và tấm nền polymer mặt sau trong suốt để bao bọc các tế bào quang điện cho phép ánh sáng phản xạ đi vào từ mặt sau của tấm pin

Với mặt sau này, các module Bifacial cũng được bảo vệ tránh khỏi nguy cơ bị hỏng bởi tác động vật lý bên ngoài giúp kéo dài tuổi thọ hơn. Vì điều này mà các nhà sản xuất tấm pin thoải mái cung cấp bảo hành hiệu suất lên đến 30 năm cho các tấm Bifacial.

Thông thường công nghệ Bifacial được sử dụng cho các dự án điện mặt trời mặt đất, đặc biệt là những nơi có nhiều tuyết, vĩ độ cao, nơi mà ánh sáng mặt trời dễ dàng có điều kiện phản xạ lên các phần bề mặt xung quanh. Bên cạnh đó, tấm pin Bifacial cũng đã chứng minh được chúng hoạt động cũng rất tốt ở trên bề mặt cát nhẹ và trên mái nhà màu sáng khi nghiêng cho sản lượng cao hơn 10%. Các thương hiệu tấm pin đã áp dụng công nghệ Bifacial hai chiều bao gồm Jinko Solar, LG energy, Trina Solar và Yingli Solar.

Multi Busbar – Multi ribbon and wire busbars

Busbars là các dây hoặc băng kim loại mỏng chạy dọc xuống theo từng cell pin và dẫn các electron ra mạch ngoài tạo thành dòng điện. So với những năm trước đây, khi các tế bào PV hiện nay càng trở nên hiệu quả hơn, hầu hết các nhà sản xuất đã chuyển từ 3 Busbars sang 5 hoặc 6 Busbars (viết tắt: 3BB, 5BB, 9BB). Một số nhà sản xuất như LG Energy, REC, Trina và Canadian Solar đã sử dụng công nghệ Multi Busbars (MBB) cho phép tấm pin tối đa có 12 đến 16 dây dẫn tròn mỏng nhỏ bằng kim loại thay cho những Busbars lớn dạng phẳng thường che đi 1 phần gây nên hao hụt hiệu suất. Busbars dây tròn mỏng có điện trở thấp hơn và đường đi ngắn hơn để các electron di chuyển dọc dễ tập trung tạo thành dòng điện, cho hiệu suất cao hơn.

Split panels – Using half cut cells (Tế bào phân nửa Half-cut cell)

Hafl-cut cell sử dụng phương pháp cắt cell truyền thống ra hai phần bằng nhau thông qua tia laser. Kỹ thuật này giúp tăng một phần hiệu suất so với tấm truyền thống, nó phân chia tấm pin mặt trời thành 2 bảng nhỏ hơn với công suất 50% trên mỗi bảng và hoạt động song song với nhau. Việc cắt đôi cell giúp quãng đường dòng diện chạy trên các busbar giảm xuống một nửa, điều này có rất nhiều lợi ích như hiệu suất tăng do tổn thất điện trở thấp hơn. Trên các tấm pin truyền thống thường các cell sẽ được chia làm 3 dãy trong khi đó với tấm Half-cut cell sẽ có 6 dãy. Một lợi ích khác là nó cho phép che bóng một phần ở phần trên hoặc phần dưới của tấm pin mà không ảnh hưởng đến toàn bộ công suất đầu ra của tấm pin mặt trời.

Cell thường được mắc nối tiếp lại với nhau, theo nguyên lý này nếu một cell bị che bóng sẽ khiến cả tấm pin bị suy giảm 1/3 công suất. Đối với công nghệ half-cut cell, các cell bị cắt đôi nên trong tấm pin mới sẽ có gấp đôi số lượng cell so với tấm pin thường. Khi kết nối các cell lại chúng sẽ được chia làm 6 dãy, 1 cell che bóng chỉ gây suy giảm 1/6 công suất tấm pin. Dòng điện thấp hơn cũng giúp nhiệt độ cell pin thấp hơn, từ đó làm giảm sự hình thành nguy cơ và ảnh hưởng của các điểm nóng (hot-spot) do ảnh hưởng che bóng một phần, bụi bẩn hoặc các vết nứt tại cell pin.

Ngoài ra, khoảng cách ngắn hơn để dẫn dòng điện đến hộp đấu nối tại chính giữa của tấm pin mặt trời giúp cải thiện hiệu suất tổng thể cho phép tăng sản lượng của tấm pin mặt trời có kích thước tương tự lên đến 20W. Tấm pin Hafl-cut cell được ông lớn REC solar giới thiệu vào năm 2014. Sau đó các nhà sản xuất khác như Trina Solar, Hanwha Q CELLS, JinkoSolar và LONGi Solar lần lượt ra mắt cũng như mở rộng các dây chuyền sản xuất Hafl-cut cell của họ cho đến tận hôm nay.

Shingles Cells – Overlapping cells (cell dạng ván lợp)

Shingled Cells là một công nghệ mới, sử dụng phương pháp chồng chéo các dải tế bào mỏng, xếp chúng theo cấu hình ván lợp bằng cách sử dụng keo kết nối phía sau, có thể được lắp ráp theo chiều ngang hoặc chiều dọc trên tấm pin. Shingled cell được tạo ra bằng cách cắt laser một tế bào kích thước đầy đủ bình thường thành 5 hoặc 6 dải. Sự chồng chéo mỏng của từng dải tế bào giúp che đi một busbar duy nhất kết nối giữa các dải tế bào, làm tăng độ bao phủ diện tích toàn bề mặt của tấm pin bởi các tế bào, do đó làm tăng hiệu quả của tấm pin.

Một lợi ích tối ưu nhất Shingled Cells là các lớp cell pin mỏng này được kết nối song song, giúp giảm đáng kể hiệu ứng đổ bóng với mỗi dải cell, giúp chúng hoạt động độc lập hiệu quả. Ngoài ra các Shingled Cells tương đối rẻ để sản xuất vì vậy chúng có thể là một lựa chọn hiệu suất cao rất hiệu quả về mặt chi phí, đặc biệt nếu che bóng một phần là một vấn đề gây cản trở ở khu vực cần lắp đặt tấm pin.

IBC – Interdigitated Back Contact cells (Công nghệ tế bào quang điện)

Không giống như các cell pin tiêu chuẩn có từ 4 đến 6 Busbars lớn có thể nhìn thấy được và nhiều đường dẫn fingers phụ ở mặt trước của cell pin thông thường, công nghệ tế bào quang điện IBC là một mạng lưới dây dẫn có từ 30 dây dẫn trở lên được tích hợp vào phía sau của Cell pin. Công nghệ này đã giải quyết được bài toán gây giảm hiệu suất từ các Busbars trong việc chúng che đi một phần tế bào, hạn chế ánh sáng chiếu lên các tế bào và Busbars có điện trở lớn sẽ làm phản xạ lại một số photon ánh sáng làm giảm hiệu suất của tấm pin mặt trời. Và thêm 1 điểm cộng là nó trông cũng “gọn, đẹp” hơn so với những tấm pin thông thường có Busbars ở mặt trước.

HJT – Heterojunction cells (tế bào dị hợp)

Pin mặt trời HJT sử dụng trên nền tảng silic tinh thể thông thường với các lớp silic màng mỏng bổ sung ở hai bên của tế bào tạo thành tế bào dị hợp. Trái ngược với các tế bào tiếp giáp P-N thông thường, các tế bào dị hợp nhiều lớp có khả năng tăng hiệu quả mạnh mẽ với thử nghiệm trong phòng thí nghiệm đạt hiệu quả lên tới 26,5% khi kết hợp với công nghệ IBC.

Đặc điểm ấn tượng của các cell pin HJT là hệ số hiệu suất nhiệt độ cực thấp, cải thiện khoảng 40% so với các tấm pin polymono thông thường (điều kiện thí nghiệm tiêu chuẩn cho công suất đầu ra của tấm pin là 25 oC và các mức giảm +/- 1 oC so với điều kiện thử nghiệm tiêu chuẩn).

Sau sự phát triển của HJT tại UNSW và Sanyo, Panasonic đã tạo ra dòng tấm pin ‘HIT’ hiệu quả và là công ty hàng đầu trong công nghệ tế bào HJT trong nhiều năm. Về sau, REC group vừa phát hành các tấm pin Alpha series mới sử dụng các tế bào HJT với 16 busbar nhỏ để đạt được hiệu suất ấn tượng 21,7%.

Dual Glass – Frameless double glass (Tấm pin mặt trời hai mặt kính)

Tấm pin mặt trời Dual Glass thường bị nhầm lẫn với tấm Bifacial bởi cấu trúc 2 mặt, nó sử dụng kính hoặc thủy tinh để thay cho tấm nền trắng bằng nhựa của các dòng pin thông dụng hiện nay. Điểm đặc biệt của nhiều loại tấm pin Dual Glass là chúng không có khung nhôm và sử dụng hệ thống kẹp đặc biệt, điều này giúp việc làm sạch trở nên dễ dàng hơn, không dễ bám bụi, tự động làm sạch trong điều kiện thời tiết mưa, gió. Với độ bền vật lý của kính thủy tinh tốt hơn so với nhựa nên tuổi thọ của tấm pin được kéo dài và có phần vượt trội hơn, không phản ứng, không bị hư hỏng theo thời gian hoặc bị suy thoái UV. Chính vì vậy các nhà sản xuất lớn như Jinko solar, GCL và Trina Solar rất tự tin với dòng sản phẩm công nghệ này bảo hành lên đến 30 năm.

Frameless Panels – Tấm pin không khung

Nhiều tấm pin mặt trời Dual glass cũng không có khung nhôm có thể làm việc lắp đặt tấm pin phức tạp hơn vì cần có hệ thống kẹp đặc biệt. Tuy nhiên, không có khung thì sẽ không có vật cản để bụi bẩn bám vào và có thể sử dụng các điều kiện thời tiết như mưa, gió để tấm pin có thể tự làm sạch chính mình, nhờ đó cho sản lượng mặt trời lớn và ổn định hơn.

Các thông tin đặc biệt khác

Hiệu suất của pin mặt trời

Một trong những yếu tố quan trọng cần được xem xét của một tấm pin mặt trời chính là hiệu suất, nó phụ thuộc vào loại tế bào quang điện và cấu hình tế bào. Hiệu suất trung bình của tấm pin đã tăng đáng kể khoảng 15% đến gần 20% nhờ vào những công nghệ kỹ thuật mới này, thậm chí là hơn rất nhiều.

Tế bào đơn tinh thể và tế bào đa tinh thể (Monocrystalline và Polycrystalline)

Đã có nhiều luồng tranh luận trái chiều về tính hiệu quả giữa 2 loại tế bào này. Các tế bào đơn tinh thể sẽ hoạt động hiệu quả hơn vì chúng được cắt từ một tinh thể đơn sắc, nhưng chi phí để sản xuất ra chúng cũng đắt hơn. Chính vì vậy, tế bào đa tinh thể được yêu thích hơn tại thời điểm đó. Cho đến nay, chi phí sản xuất ra các tấm mono đã giảm đáng kể và cùng với khả năng hoạt động hiệu quả, các nhà sản xuất dần trở lại với tế bào đơn sắc.

Tế bào đa tinh thể thường được được làm từ một miếng silicon gồm từ nhiều tinh thể gộp lại. Do đó, chi phí sản xuất rẻ hơn nhưng kém hiệu quả hơn một chút so với đơn tinh thể. Các tấm poly vẫn được sử dụng rộng rãi và rất đáng tin cậy, nhưng xét về chi phí và mức độ hiệu quả các tế bào đơn tinh thể được coi là tối ưu hơn.

Tế bào đơn tinh thể đúc (Cast mono cells)

Các tế bào đơn tinh thể đúc được sản xuất bằng quy trình đúc tương tự như các tế bào đa tinh thể. Quá trình này ít tốn năng lượng nên chi phí sản xuất giảm đáng kể, tuy nhiên các tế bào đơn tinh thể đúc không hiệu quả như các tế bào đơn tinh thể thông thường. Tuy đã xuất hiện lâu trên thị trường nhưng gần đây mới được một số nhà sản xuất tấm pin lớn như Jinko Solar, GCL và Canadian Solar áp dụng.

Tại sao tế bào đơn tinh thể hiệu quả hơn?

Các lợi ích sẵn có của silic đơn tinh thể là cấu trúc tinh thể đồng nhất không có ranh giới giữ các tinh thể và ít tạp chất thông qua quy trình sản xuất Czochralski. Chúng có tốc độ suy giảm cảm ứng ánh sáng (LID) thấp hơn và hệ số nhiệt độ tốt hơn so với các tế bào đa tinh thể có ranh giới tinh thể rất nhỏ nhưng được xác định có thể gây cản trở và làm giảm hiệu quả.

Hiệu suất nhiệt độ cao

Các tấm mono có hệ số nhiệt độ tế bào thấp hơn, dẫn đến hiệu suất cao hơn ở nhiệt độ cao. Hệ số nhiệt độ công suất là lượng điện mất đi khi nhiệt độ cell pin tăng. Tất cả các cell pin và tấm pin được đánh giá bằng các điều kiện thử nghiệm tiêu chuẩn (STC – được đo ở 25 ° C) và khi nhiệt độ tăng lên thì sản lượng điện giảm xuống. Tổng kết, nhiệt độ cell cao hơn nhiệt độ không khí xung quanh từ 20 đến 35 độ C, tương đương với việc giảm công suất điện năng 8-14%. Các tế bào đơn tinh thể có tổn thất thấp hơn khoảng -0,38% mỗi ° C trong khi các tế bào đa tinh thể cao hơn một chút ở mức -0,41% mỗi ° C.

Cho đến nay, các tế bào hoạt động tốt nhất ở nhiệt độ cao là các tế bào HJC từ Panasonic, tiếp đến là các tế bào IBC là -0.30% mỗi °C.

N-Type Solar Cells hiệu suất cao

Trong khi PERC và Bifacial là những nghiên cứu càng dành được nhiều sự quan tâm, công nghệ đáng tin cậy và hiệu quả nhất vẫn là tế bào đơn tinh thể N-Type. Loại solar cell đầu tiên được phát triển vào năm 1954 bởi các phòng thí nghiệm của Bell đã sử dụng wafer silicon pha tạp loại N nhưng theo thời gian, silicon loại P hiệu quả hơn về chi phí đã trở thành loại tế bào thống trị với hơn 80% thị trường toàn cầu năm 2017 sử dụng Cell – loại P. Với khối lượng lớn và chi phí thấp là yếu tố thúc đẩy chính đằng sau loại P, dự kiến loại N sẽ trở nên phổ biến hơn khi chi phí sản xuất giảm hơn nữa và hiệu suất tăng lên. Các tế bào N-type với lớp nền bằng đồng chắc chắn đạt hiệu suất cực cao trên 22%

Bài viết liên quan

Trả lời