Lượt xem: 0 Tác giả: Site Editor Thời gian xuất bản: 27-08-2025 Nguồn gốc: Địa điểm
Nhiệt độ cao làm các tấm pin mặt trời hoạt động kém hiệu quả, đặc biệt ở những nơi có nhiệt độ cao. Nhiệt độ cao làm ảnh hưởng đến hiệu suất của mô-đun pv do những thay đổi về vật lý và điện. Các mô-đun năng lượng mặt trời như PERC, TOPCon, IBC và HJT mất hiệu quả khi trời nóng. Hệ số nhiệt độ cho thấy hiệu suất giảm bao nhiêu. Đối với hầu hết các mô-đun, con số này nằm trong khoảng từ -0,24 đến -0,34 %/°C. Ở vùng khí hậu nóng, các tấm pin mặt trời có thể nóng tới 65–70°C. Điều này gây ra sự sụt giảm lớn về năng lượng mà họ tạo ra.
Hiệu suất của tấm pin mặt trời giảm khi trời nóng hơn. Điều này ảnh hưởng đến cả lượng điện năng được tạo ra ngay lập tức và trong một năm.
| Loại mô-đun | Hệ số nhiệt độ (%/°C) | Ước tính tổn thất điện năng ở mức tăng 40°C |
|---|---|---|
| PERC | -0.34 | Mất khoảng 13,6% |
| TOPCon | -0.32 | Mất khoảng 12,8% |
| IBC | -0.29 | Mất khoảng 11,6% |
| HJT | -0.24 | Mất khoảng 9,6% |
Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu suất của tấm pin mặt trời là mối lo ngại lớn đối với các nhà thiết kế mô-đun pv. Các nghiên cứu cho thấy hệ số nhiệt độ là khác nhau đối với mỗi công nghệ. Những con số này không trở nên tồi tệ hơn theo thời gian. Khi nhiệt độ ảnh hưởng đến hiệu suất của tấm pin mặt trời, điều đó có nghĩa là sẽ có ít năng lượng hơn và ít tiền hơn từ hệ thống năng lượng mặt trời.
Nhiệt độ cao khiến các tấm pin mặt trời hoạt động kém hiệu quả. Điều này xảy ra vì nhiệt làm thay đổi mọi thứ bên trong mô-đun. Những thay đổi này khiến các tấm pin tạo ra ít năng lượng hơn.
Các loại tấm pin mặt trời khác nhau mất điện ở tốc độ khác nhau. Một số tấm nền, như HJT và CIGS, hoạt động tốt hơn ở nhiệt độ cao. Chúng giữ được nhiều năng lượng hơn khi bên ngoài trời nóng.
Lắp đặt các tấm đúng cách giúp chúng luôn mát. Các tấm nâng lên cho phép không khí di chuyển bên dưới chúng. Sử dụng vật liệu làm mát cũng giúp tấm nền hoạt động tốt hơn.
Các vật liệu trong tấm pin mặt trời rất quan trọng. Những thứ như chất đóng gói và lớp phủ giúp tấm xử lý nhiệt. Những vật liệu này cũng giúp tấm bền lâu hơn ở những nơi có nhiệt độ cao.
Hệ thống làm mát và công nghệ thông minh có thể giúp các tấm nền hoạt động tốt hơn. Họ có thể làm cho các tấm pin mặt trời hiệu quả hơn tới 15%. Điều này làm cho năng lượng mặt trời hữu ích hơn và rẻ hơn ở những nơi ấm áp.
Các tấm pin mặt trời tạo ra điện bằng hiệu ứng quang điện. Ánh sáng mặt trời chiếu vào pin mặt trời và làm di chuyển các electron. Chuyển động này tạo ra dòng điện. Bandgap là năng lượng cần thiết để giải phóng các electron. Các mô-đun pv khác nhau có băng thông khác nhau. Bandgap thay đổi mức độ biến đổi ánh sáng mặt trời thành điện năng.
Khi trời nóng hơn, bandgap sẽ nhỏ hơn. Điều này có nghĩa là các electron cần ít năng lượng hơn để di chuyển. Nhưng nhiều electron hơn có thể kết hợp lại trước khi được thu thập. Mức độ nguội của mô-đun ảnh hưởng đến băng thông tốt nhất của nó. Nếu một mô-đun không thể làm mát nhanh thì hiệu suất của nó sẽ giảm nhiều hơn. Đối với pin mặt trời CIGSe, việc kiểm soát băng thông giúp ích cho điện áp và hiệu suất. Điều này cho thấy tại sao việc giữ cho mô-đun luôn mát lại quan trọng đối với hiệu suất của pv.
Lưu ý: Nhiệt làm thay đổi cách các electron hoạt động bên trong mô-đun. Điều này bắt đầu ở cấp độ nguyên tử và ảnh hưởng đến hiệu quả.
Nhiệt độ làm thay đổi điện áp và dòng điện từ mô-đun năng lượng mặt trời. Khi trời nóng hơn, điện áp mạch hở (VOC) giảm xuống. Điều này xảy ra vì có nhiều hạt mang điện hơn bên trong tế bào. Các electron có thể di chuyển trở lại dễ dàng hơn. Đối với các tấm pin mặt trời silicon, điện áp giảm khoảng 2,2 milivolt mỗi độ C.
Dòng điện ngắn mạch (ISC) tăng lên một chút khi có nhiệt. Nhiệt độ cao hơn làm cho các electron di chuyển dễ dàng hơn. Vì vậy, dòng điện chảy nhiều hơn một chút. Nhưng mức giảm điện áp lớn hơn nhiều so với mức tăng hiện tại. Điều này có nghĩa là công suất và hiệu suất của mô-đun sẽ giảm khi nó nóng hơn.
Nhiệt độ nóng hơn làm giảm điện áp mạch hở.
Dòng điện ngắn mạch tăng lên một chút vì các electron chuyển động dễ dàng hơn.
Sự sụt giảm điện áp lớn hơn mức tăng hiện tại, do đó hiệu suất giảm.
Những thay đổi về điện trở bên trong mô-đun cũng làm thay đổi đầu ra.
Các thử nghiệm cho thấy những điều này xảy ra. Khi một tấm pin nóng lên, điện áp giảm, dòng điện tăng một chút và tổng công suất giảm. Đó là lý do tại sao nhiệt độ là mối lo ngại lớn đối với các nhà thiết kế hệ mặt trời.
Nhiệt làm cho các electron và lỗ trống kết hợp lại nhiều hơn bên trong tế bào. Nếu chúng kết hợp lại trước khi tiếp cận các điểm tiếp xúc, mô-đun sẽ mất điện. Nhiệt độ nóng hơn làm cho sự tái hợp này xảy ra thường xuyên hơn. Điều này làm giảm dòng điện và làm cho bảng điều khiển hoạt động kém hiệu quả hơn.
Nhiệt độ của mô-đun thay đổi số lượng electron tái kết hợp.
Nhiều khuyết tật hơn trong vật liệu có nghĩa là có nhiều điểm tái hợp hơn.
Nhiệt làm tăng điện trở bên trong mô-đun, làm cho dòng điện chạy khó hơn.
Nhiều sự tái hợp và sức đề kháng làm giảm hiệu suất và sản lượng.
Các nghiên cứu cho thấy nhiệt độ cao hơn làm tăng sức đề kháng của tế bào. Điều này làm cho dòng điện khó di chuyển qua mô-đun hơn. Vì vậy, hiệu suất thậm chí còn giảm hơn nữa. Cả sự tái hợp và điện trở cùng nhau có nghĩa là thời tiết nóng có thể gây ra tổn thất điện năng lớn.
Tóm lại, nhiệt độ ảnh hưởng đến các mô-đun pv bằng cách thay đổi dải tần, điện áp, dòng điện, sự tái hợp và điện trở. Tất cả những thứ này phối hợp với nhau để giảm hiệu quả khi trời nóng hơn.
Các tấm pin mặt trời nhận được xếp hạng từ Điều kiện thử nghiệm tiêu chuẩn, được gọi là STC. STC sử dụng cài đặt phòng thí nghiệm hoàn hảo. Nhiệt độ tế bào được đặt ở 25°C. Ánh sáng mặt trời rất mạnh ở mức 1000 W/m². Nhưng cuộc sống thực không giống như phòng thí nghiệm. Bên ngoài, các tấm pin mặt trời ngày càng nóng hơn và ánh sáng mặt trời yếu hơn. Khối lượng gió và không khí cũng thay đổi cách thức hoạt động của các tấm pin.
| Thông số | Điều kiện thử nghiệm tiêu chuẩn (STC) | Điều kiện vận hành trong thế giới thực (NOCT) |
|---|---|---|
| bức xạ | 1000 W/m² (cường độ ánh sáng mặt trời lý tưởng) | 800 W/m² (ánh sáng mặt trời thấp hơn, điển hình hơn) |
| Nhiệt độ | Nhiệt độ tế bào ở 25°C (77°F) | Nhiệt độ môi trường ở 20°C (68°F); nhiệt độ tế bào ~45°C |
| Khối lượng không khí | 1,5 (chiều dài đường dẫn khí quyển được tiêu chuẩn hóa) | Không được chỉ định, thay đổi theo vị trí |
| Tốc độ gió | Không được xem xét | 1 m/s (ảnh hưởng đến khả năng làm mát và nhiệt độ) |
Bảng này cho thấy STC giống như một thế giới hoàn hảo. Trong thực tế, các mô-đun năng lượng mặt trời thường đạt nhiệt độ khoảng 45°C. Họ cũng nhận được ít ánh sáng mặt trời hơn trong phòng thí nghiệm. Những thay đổi này làm cho các tấm pin mặt trời kém hiệu quả hơn. Trong thực tế, các bảng thường chỉ đưa ra 70–80% xếp hạng STC của họ. Các kỹ sư sử dụng những con số này để đoán xem hệ thống sẽ tạo ra bao nhiêu năng lượng bên ngoài phòng thí nghiệm.
Những thứ khác cũng làm giảm lượng điện năng bạn nhận được. Bảng tiếp theo liệt kê những tổn thất phổ biến trong các hệ mặt trời thực tế:
| Hệ số tổn thất | Phạm vi tổn thất điển hình / Tác động |
|---|---|
| Hiệu ứng nhiệt độ | Hiệu suất giảm khi nhiệt độ mô-đun tăng (ví dụ: giảm 5-10%) |
| Dây và dẫn điện | Năng lượng bị mất trong cáp và kết nối (1-3%) |
| Hiệu suất biến tần | Tổn thất chuyển đổi từ DC sang AC (hiệu suất 95-98%) |
| Làm bẩn và che bóng | Giảm sản lượng do bụi bẩn, tuyết, bóng râm (2-5%) |
| Suy thoái mô-đun | Mất hiệu suất hàng năm khoảng 0,5% mỗi năm |
Các tấm pin mặt trời hoạt động tốt hơn trong phòng thí nghiệm so với bên ngoài. Tỷ lệ Hiệu suất, hay PR, so sánh sản lượng thực tế với sản lượng hoàn hảo. Số PR tăng từ 66% lên 88%. Điều này có nghĩa là nhiều thứ, như nhiệt, dây điện và tuổi tác, tất cả đều làm giảm hiệu suất của tấm pin mặt trời.
Hệ số nhiệt độ cho chúng ta biết công suất của mô-đun năng lượng mặt trời giảm bao nhiêu khi nhiệt độ nóng hơn 25°C. Bạn có thể tìm thấy con số này trên bảng dữ liệu. Nó được hiển thị dưới dạng phần trăm cho mỗi độ C. Các kỹ sư sử dụng hệ số nhiệt độ để tính toán lượng điện năng bị mất khi tấm pin nóng lên.
Hệ số nhiệt độ ảnh hưởng đến những điều quan trọng:
Điện áp mạch hở (VOC)
Dòng điện ngắn mạch (ISC)
Điểm công suất cực đại (Pmpp)
Ví dụ: nếu một mô-đun có hệ số nhiệt độ -0,3%/°C, nó sẽ mất 0,3% công suất cho mỗi độ trên 25°C. Kỹ thuật viên kiểm tra điều này bằng cách xem điện áp, dòng điện hoặc công suất thay đổi như thế nào khi bảng điều khiển nóng hơn. Hệ số nhiệt độ giúp con người thiết kế hệ thống và tránh các sự cố do điện áp cao khi trời lạnh.
Hiệu suất của tấm pin mặt trời phụ thuộc vào hệ số nhiệt độ. Con số thấp hơn có nghĩa là mất điện ít hơn trong thời tiết nóng. Một số mô-đun, như HJT, có hệ số nhiệt độ tốt hơn. Đây là những tốt cho những nơi rất nóng.
Các mô-đun năng lượng mặt trời mất điện khi chúng nóng hơn. Các kỹ sư sử dụng toán học để đoán xem tổn thất là bao nhiêu. Một công thức tính nhiệt độ tế bào như sau:
Tcell = Tamb + (1 / U) * (Alpha * Ginc * (1 - Hiệu quả))
Tcell: nhiệt độ tế bào
Tamb: nhiệt độ môi trường
U: hệ số tổn thất nhiệt (W/m²·K)
Alpha: hệ số hấp thụ (thường là 0,9)
Ginc: ánh sáng mặt trời tới (bức xạ)
Hiệu quả: hiệu suất của tấm pin mặt trời
Nếu nhiệt độ không khí là 35°C, ánh sáng mặt trời là 800 W/m² và tấm pin có hiệu suất 20%, tế bào có thể nóng hơn 55°C. Nhiệt độ tế bào cao hơn có nghĩa là mất nhiều năng lượng hơn. Nếu hệ số nhiệt độ là -0,3%/°C, thì mức tăng 30°C trên 25°C có nghĩa là điện năng giảm 9%.
Các nhà khoa học đã nghiên cứu năng lượng mặt trời trên mái nhà trong nhiều năm. Họ phát hiện ra rằng tổn thất nhiệt chiếm một phần lớn trong tổng tổn thất. Chúng được gọi là tổn thất chụp mảng. Theo thời gian, các tấm pin cũng mất đi khoảng 0,5% hiệu suất mỗi năm. Bụi, bóng râm và tổn thất hệ thống dây điện khiến mọi việc trở nên tồi tệ hơn.
Mẹo: Luôn kiểm tra hệ số nhiệt độ và sử dụng dữ liệu thực tế để dự đoán tổn thất.
Các tấm pin mặt trời bị mất điện khi trời nóng. Bằng cách đo lường những tổn thất này, các nhà thiết kế có thể chọn những tấm pin tốt nhất và cách lắp đặt chúng để có thêm năng lượng.
Các tấm pin mặt trời sử dụng các vật liệu khác nhau để tạo ra điện từ ánh sáng mặt trời. Các mô-đun silicon tinh thể hoạt động tốt trong điều kiện bình thường. Các mô-đun silicon đơn tinh thể có thể đạt hiệu suất lên tới 26,7%. Các mô-đun đa tinh thể có thể đạt hiệu suất 24,4%. Các mô-đun màng mỏng, như CIGS, có hiệu suất thấp hơn. Nhưng họ làm tốt hơn ở những nơi nóng. Các mô-đun CIGS mất ít hiệu quả hơn khi trời nóng. Hệ số nhiệt độ của chúng chỉ -0,36%/°C. Các mô-đun silicon tinh thể có hệ số nhiệt độ cao hơn. Điều này có nghĩa là chúng sẽ mất nhiều điện hơn khi trời nóng. Mô-đun màng mỏng cũng hoạt động tốt hơn khi có ít ánh sáng hoặc bóng râm hơn.
| Loại mô-đun | Phạm vi hiệu suất (%) | Hệ số nhiệt độ (%/°C) | Độ nhạy nhiệt độ và tổn thất hiệu quả Tóm tắt |
|---|---|---|---|
| c-Si đơn tinh thể | 15 - 20 | -0.446 | Hiệu suất cao nhưng mất nhiều điện hơn khi trời nóng hơn |
| c-Si đa tinh thể | 13 - 16 | -0.387 | Hiệu suất trung bình và độ nhạy trung bình với nhiệt |
| Phim mỏng CIGS | 10 - 14,5 (điển hình) | -0.36 | Hiệu suất thấp hơn nhưng ít bị ảnh hưởng bởi nhiệt, hoạt động tốt hơn trong điều kiện nóng và thiếu ánh sáng |
Các mô-đun màng mỏng tiếp tục hoạt động tốt trong điều kiện ánh sáng nóng và thay đổi. Các mô-đun silicon tinh thể có hiệu suất tối đa cao hơn nhưng lại mất nhiều năng lượng hơn khi nóng lên.
Công nghệ năng lượng mặt trời ngày càng tốt hơn. Các mô-đun HJT đạt hiệu suất lên tới 26,56% trong phòng thí nghiệm. Họ giữ hiệu suất tốt ngay cả khi trời nóng. Hệ số nhiệt độ của chúng là khoảng -0,25%/°C. Vì vậy, chúng sẽ mất ít năng lượng hơn khi trời nóng. Các mô-đun TOPCon có hiệu suất cao và không quá đắt. Hệ số nhiệt độ của chúng gần -0,32%/°C. Các mô-đun IBC sử dụng thiết kế tiếp xúc ngược. Điều này giúp giảm bóng và mang lại hiệu suất 22–24%. Hệ số nhiệt độ của chúng là khoảng -0,29%/°C. Các mô-đun PERC được sử dụng nhiều nhưng lại mất nhiều hiệu quả về nhiệt. Hệ số nhiệt độ
| công nghệ | (%/°C) | Tổn thất điện năng ước tính (25°C đến 65°C) | Đặc tính hiệu quả và bối cảnh ứng dụng |
|---|---|---|---|
| HJT | Khoảng -0,243% | Khoảng 9,72% | Ổn định nhiệt độ tốt nhất; hiệu suất trên 24%; suy thoái thấp; tốt cho những nơi nắng nóng và sử dụng trong xây dựng. |
| TOPCon | Khoảng -0,32% | Khoảng 12,8% | Hệ số nhiệt độ trung bình; giới hạn hiệu suất khoảng 28,7%; giá tốt; hoạt động tốt ở những nơi ấm áp. |
| IBC | Khoảng -0,29% | Khoảng 11,6% | Hiệu quả cao (22-24%); trông đẹp; ít bóng hơn; tốt cho các tòa nhà ưa thích. |
| PERC | Độ nhạy nhiệt độ cao hơn | Mất điện cao hơn những người khác | Dùng nhiều nhưng lại hao nhiều điện về nhiệt; hiệu suất giảm nhiều hơn ở nhiệt độ cao. |
Các mô-đun năng lượng mặt trời hoạt động khác bên ngoài phòng thí nghiệm. Ở những nơi nóng, các mô-đun silicon tinh thể mất 8–9% năng lượng hàng năm do nhiệt. Mô-đun màng mỏng chỉ mất khoảng 5%. Các mô-đun CIGS duy trì tỷ lệ hiệu suất tốt hơn trong khoảng 10–50°C. Những thứ như bụi, độ ẩm và gió cũng làm thay đổi hiệu suất hoạt động của các mô-đun pv. Bụi và độ ẩm có thể gây tổn thất điện năng lên tới 30%. Các phương pháp làm mát, như hệ thống nhiệt điện lai PV, giúp các tấm pin hoạt động tốt hơn ở những nơi có nhiệt độ cao.
| Công nghệ quang điện | Tổn thất nhiệt ở vùng khí hậu nóng | Tỷ lệ hiệu suất / Hiệu ứng ở vùng khí hậu nóng |
|---|---|---|
| Silicon đơn tinh thể (mono-c-Si) | Mất 8% năng lượng hàng năm | Tỷ lệ hiệu suất thấp hơn CIGS; mất nhiều điện hơn khi nóng |
| Silicon đa tinh thể (multi-c-Si) | Mất 9% năng lượng hàng năm | Tổn thất tương tự như mono-c-Si; nhiệt làm giảm hiệu suất |
| Công nghệ màng mỏng | Mất 5% năng lượng hàng năm | Xử lý nhiệt tốt hơn; mất ít năng lượng hơn |
| Silicon vô định hình (a-Si) | không áp dụng | Hoạt động tốt hơn trong những tháng ấm áp nhờ ủ nhiệt |
| Đồng Indium Gallium Selenide (CIGS) | không áp dụng | Tỷ lệ hiệu suất cao hơn so với PV silicon tinh thể trong khoảng 10–50°C |
Hiệu suất của mô-đun PV phụ thuộc vào loại, thời tiết và cách thiết lập. Chọn mô-đun năng lượng mặt trời phù hợp giúp có được nhiều năng lượng hơn và tiết kiệm tiền, đặc biệt là ở những nơi có nhiệt độ cao.
Nguồn hình ảnh: pexels
Vật liệu đóng gói giữ cho pin mặt trời an toàn khỏi nhiệt và nước. Chúng cũng bảo vệ khỏi va đập và áp lực. Loại chất đóng gói thay đổi mức độ xử lý nhiệt của mô-đun. Nó cũng ảnh hưởng đến thời gian tồn tại của mô-đun.
EVA phát triển hơn kim loại và silicon khi trời nóng. Điều này gây ra áp lực bên trong mô-đun trong quá trình làm nóng và làm mát.
Ứng suất có thể gây ra vết nứt hoặc vỡ các bộ phận bên trong mô-đun.
Chọn chất đóng gói phù hợp sẽ làm giảm nguy cơ hư hỏng. Nó giúp mô-đun luôn mạnh mẽ.
Mức độ giãn nở và co lại của chất bao bọc sẽ ảnh hưởng đến mức độ các lớp dính vào nhau. Điều này thay đổi độ bền của mô-đun.
Thêm những thứ như SiC, BN hoặc ZnO vào EVA giúp nhiệt thoát ra ngoài nhanh hơn. Ví dụ, trộn 30% SiC thì hiệu suất nhiệt đạt 70,02%. Hiệu suất điện tăng lên 16,94% vì tế bào vẫn mát hơn.
Dòng nhiệt tốt hơn từ các chất phụ gia này có thể giúp điện năng tăng hơn 7%.
Mẹo: Sử dụng vật liệu đóng gói tốt và các chất phụ gia đặc biệt giúp mô-đun pv luôn mát và hoạt động tốt hơn ở những nơi có nhiệt độ cao.
Cách xây dựng dây và đường dẫn của mô-đun giúp kiểm soát nhiệt và điện. Các nhà khoa học phát hiện ra rằng việc sử dụng màng than chì và nhôm ở tấm nền sẽ làm mát các mô-đun silicon tinh thể. Việc làm mát này giúp chuyển đổi điện áp và năng lượng tốt hơn. Đường dẫn nhiệt tốt trong khung và tấm nền sẽ truyền nhiệt ra khỏi tế bào. Việc thêm vật liệu thay đổi pha bằng kim loại sẽ làm mô-đun nguội hơn nữa. Nhiệt độ có thể giảm tới 21,9 K. Hiệu suất điện có thể tăng 9%. Thiết kế thông minh của đường dẫn điện giúp giảm tổn thất do nhiệt và tăng hiệu suất của hệ thống pv.
Nhiệt độ cao làm cho mô-đun già đi và hỏng nhanh hơn. Theo thời gian, sức nóng, ánh nắng và nước gây ra rỉ sét, nứt nẻ, khiến vật liệu yếu đi. Suy thoái do ánh sáng (LID) và Suy thoái do ánh sáng (PID) là những vấn đề phổ biến. LID xảy ra khi ánh sáng mặt trời làm thay đổi các chất hóa học trong tế bào silicon. Điều này gây ra mất điện sớm. PID xuất phát từ sự khác biệt điện áp cao. Nó tạo ra dòng điện rò rỉ và sụt giảm điện năng lớn. Lớp bao bọc có thể chuyển sang màu vàng, nứt hoặc ngừng dính. Điều này cho phép ít ánh sáng đi qua. Tấm nền có thể bị hỏng do nhiệt và nước. Điều này khiến hơi ẩm lọt vào và gây rò rỉ. Các vết nứt nhỏ và đường kim loại bị lỏng cũng làm giảm hiệu suất. Sử dụng vật liệu bền và thiết kế tốt, như mô-đun kính-thủy tinh và tấm nền chống tia cực tím, sẽ làm chậm những vấn đề này. Mô tả
| cơ chế | và nguyên nhân | ảnh hưởng đến mô-đun quang điện và tốc độ xuống cấp |
|---|---|---|
| Suy thoái tiềm năng gây ra (PID) | Điện áp cao di chuyển các ion và tạo đường dẫn. Các ion natri trong thủy tinh giúp điều này xảy ra. | Mất hiệu suất tới 30%; tổn thất điện năng ~ 2,02% mỗi năm. |
| Suy thoái do ánh sáng (LID) | Ánh sáng mặt trời tăng tốc độ oxy hóa trong tế bào silicon. | Mất hiệu suất lên tới 10%, chủ yếu là trong năm đầu tiên. |
| Lão hóa đóng gói | Tia cực tím và nhiệt làm cho sản phẩm bị ố vàng, nứt nẻ, mất độ dính. | Ít ánh sáng lọt vào hơn; hiệu quả giảm dần theo thời gian. |
| Sự xuống cấp của bảng nền | Nhiệt và nước gây hư hỏng và bong tróc. | Độ ẩm và rỉ sét nhiều hơn; thất bại sớm. |
| Suy thoái tế bào | Các vết nứt nhỏ và đường kim loại bị bong ra do nhiệt. | Mất điện và hiệu suất thấp hơn. |
| Hình thành điểm nóng | Vấn đề về tế bào hoặc bụi khiến một số điểm quá nóng. | Thiệt hại nhiều hơn và mất hiệu quả. |
| Ứng suất cơ học | Kéo dài và co lại gây ra vết nứt. | Mối hàn và tế bào bị đứt. |
| Tích tụ chất bẩn/bụi | Bụi chặn ánh sáng và tạo ra các điểm nóng. | Tổn thất điện năng 1,27% mỗi g/m² của bụi. |
Lưu ý: Nhiệt độ cao làm cho tất cả những vấn đề này trở nên tồi tệ hơn do tăng tốc độ thay đổi hóa học và gây căng thẳng cho vật liệu. Chọn vật liệu tốt và thiết kế thông minh giúp mô-đun tồn tại lâu hơn ở những nơi khó khăn.
Nhiệt độ môi trường xung quanh và ánh sáng mặt trời đều ảnh hưởng đến cách hoạt động của các tấm pin mặt trời. Khi trời nóng hơn 25°C, các tấm pin sẽ mất hiệu suất khoảng 0,3% đến 0,5% cho mỗi độ. Ở những nơi rất nóng, các tấm có thể nóng tới 60°C. Điều này có thể khiến họ mất đi 10–15% sức mạnh so với mức được đánh giá. Những nơi lạnh với ánh nắng mạnh có thể giúp các tấm pin hoạt động tốt hơn, tăng hiệu suất lên 5–7%. Nhiều ánh sáng mặt trời hơn có nghĩa là tổng năng lượng nhiều hơn, ngay cả khi một phần năng lượng bị mất đi do nhiệt. Các tấm pin thường nóng hơn không khí từ 20–40°C, vì vậy thời tiết địa phương rất quan trọng. Gió giúp tấm mát xuống. Chỉ cần một cơn gió nhỏ, khoảng 1 m/s, có thể hạ nhiệt độ tấm pin xuống 5–11°C. Bảng dưới đây cho thấy những điều này thay đổi mức độ hoạt động của các tấm pin mặt trời như thế nào:
| Yếu tố/Điều kiện | Ảnh hưởng đến Hiệu suất PV/Đầu ra | Giải thích/Ví dụ |
|---|---|---|
| Tăng nhiệt độ (>25°C) | Mất hiệu suất từ 0,3% đến 0,5% mỗi lần tăng 1°C | Nhiệt độ bảng điều khiển có thể đạt tới 60°C khiến công suất đầu ra giảm 10-15% so với hiệu suất định mức |
| Điều kiện rất lạnh (0°C) | Hiệu suất tăng 5-7% so với sản lượng định mức | Khí hậu lạnh với bức xạ cao nâng cao hiệu quả |
| Bức xạ mặt trời cao | Tăng tổng sản lượng năng lượng mặc dù mất nhiệt độ | Những ngày nắng nóng mang lại nhiều năng lượng hơn những ngày nhiều mây mát mẻ |
| Tốc độ gió | Hiệu ứng làm mát giúp giảm nhiệt độ tấm nền xuống 5-11°C với tốc độ 1 m/s | Làm mát cải thiện hiệu quả |
Ở những nơi nhiệt đới, độ ẩm và nhiệt độ cao có thể làm giảm hiệu suất tới 28,7%. Kiểm tra và làm sạch các tấm thường giúp chúng hoạt động tốt.
Luồng không khí rất quan trọng để giữ cho tấm mát. Khi không khí di chuyển qua cả hai mặt của tấm pin, nó sẽ tỏa nhiệt nhanh hơn. Nếu các tấm được nâng lên trên mái nhà, không khí có thể lưu thông bên dưới và làm mát chúng nhiều hơn. Màu sắc của mái nhà cũng quan trọng. Mái nhà tối màu dưới các tấm đôi khi có thể mát hơn so với khi không có tấm. Mái nhà sáng hoặc sáng bóng có thể làm cho không khí xung quanh các tấm ấm hơn. Mái nhà mát với các tấm có thể làm cho khu vực mát hơn vào ban đêm, nhưng bản thân mái nhà có thể ấm hơn vì các tấm ngăn nhiệt thoát ra ngoài. Làm thế nào các tấm được đưa lên cũng có vấn đề. Các tấm gắn trên mái nhà thường nóng hơn 5–10°C so với các tấm gắn trên mặt đất vì chúng nhận được ít không khí di chuyển xung quanh hơn.
Mẹo: Nâng tấm lên và để không khí lưu thông bên dưới giúp chúng mát và hoạt động tốt hơn.
Thời gian trong năm và nơi bạn sống sẽ thay đổi mức độ hoạt động của bảng điều khiển. Ở những nơi nóng, các tấm pin mất khoảng 0,4% hiệu suất ở mỗi mức nhiệt độ trên 25°C. Vị trí của bạn trên Trái đất làm thay đổi góc của mặt trời và thời gian mặt trời chiếu sáng, do đó những nơi xa xích đạo hơn sẽ có những thay đổi lớn hơn trong năm. Các khu vực nhiệt đới gặp thêm vấn đề về mây và độ ẩm, cản trở ánh sáng mặt trời và có thể khiến nước tích tụ trên các tấm pin. Bụi ở sa mạc cũng có thể làm giảm hiệu quả nếu các tấm pin không được làm sạch thường xuyên. Những nơi mát hơn thường có hiệu quả tốt hơn, ngay cả khi có ít ánh sáng mặt trời hơn. Mỗi nơi đều cần có kế hoạch thiết kế và dọn dẹp riêng để có được nhiều năng lượng nhất trong cả năm.
Những nơi nóng cần làm mát và làm sạch tốt.
Những nơi mát hơn sẽ mất ít hiệu quả hơn từ nhiệt.
Vùng nhiệt đới phải đối phó với độ ẩm và mây.
Những nơi sa mạc cần kiểm soát bụi.
Các tấm pin mặt trời hoạt động tốt như thế nào phụ thuộc vào nhiều yếu tố làm thay đổi nhiệt độ của chúng, vì vậy việc chọn cách thiết lập phù hợp cho từng nơi là rất quan trọng.
Sản lượng hàng năm có nghĩa là hệ thống năng lượng mặt trời tạo ra bao nhiêu điện trong một năm. Thời tiết nóng làm cho các tấm pin kém hiệu quả hơn nên tạo ra ít năng lượng hơn. Nếu hiệu suất giảm 10–15% ở những nơi nóng thì tổng năng lượng cũng giảm theo. Sự sụt giảm này làm thay đổi chi phí điện năng quy dẫn (LCOE). LCOE là mức giá trung bình để sản xuất một đơn vị điện trong suốt vòng đời của hệ thống. Khi các tấm pin kém hiệu quả hơn, mỗi kilowatt giờ sẽ tốn nhiều tiền hơn. Ở những vùng có nhiệt độ nóng, hệ mặt trời thường có LCOE cao hơn. Điều này là do các tấm pin hoạt động kém hơn và cần được vệ sinh hoặc làm mát nhiều hơn.
Cách bạn thiết kế hệ thống sẽ ảnh hưởng đến số tiền bạn tiết kiệm được. Các kỹ sư sử dụng vật liệu đặc biệt và thủ thuật làm mát để giữ cho tấm nền mát hơn. Ví dụ, vật liệu thay đổi pha (PCM) có thể làm mát các tấm pin tới 34°C. Tấm làm mát hoạt động tốt hơn nên bạn sẽ lấy lại được tiền nhanh hơn. Sử dụng nước với PCM có thể làm cho tấm pin hiệu quả hơn tới 13,7%. Bụi có thể làm giảm hiệu suất gần 12%. Làm sạch bụi giúp tiết kiệm năng lượng và làm cho hệ thống có giá trị hơn. Bảng dưới đây cho thấy các lựa chọn thiết kế thay đổi hiệu suất và chi phí như thế nào:
| Khía cạnh thiết kế hệ thống | Tác động đến | hiệu suất Tác động kinh tế |
|---|---|---|
| Tích hợp PCM | Làm cho tấm nền mát hơn, tăng hiệu quả | Hoàn vốn nhanh hơn, đầu tư tốt hơn |
| Chiến lược làm mát (Nước + PCM) | Hiệu quả cao hơn, kiểm soát nhiệt tốt hơn | Nhiều năng lượng hơn, lợi nhuận cao hơn |
| Giảm thiểu bụi | Giữ cho tấm hoạt động tốt | Giữ sản lượng cao, tăng thêm giá trị |
| Lựa chọn loại PCM | Làm mát tốt nhất cho hệ thống | Thay đổi chi phí và thiết kế |
Một số hệ thống năng lượng mặt trời có thể đạt hiệu suất 37% nhưng chi phí cao hơn và cần ánh nắng mạnh. Hệ thống nghiêng cố định rẻ hơn và hoạt động được ở nhiều nơi. Các kỹ sư chọn hệ thống tốt nhất về ánh sáng mặt trời và ngân sách ở từng khu vực.
Các tấm pin mặt trời mất hiệu quả theo thời gian do nhiệt, bụi và cũ đi. Hầu hết các tấm pin đều mất khoảng 0,5% hiệu suất mỗi năm. Ở những nơi nóng, điều này có thể xảy ra nhanh hơn và tốn nhiều tiền hơn sau này. Khi các tấm pin xuống cấp, chúng tạo ra ít năng lượng hơn và tiết kiệm ít tiền hơn. Chủ sở hữu nên lập kế hoạch cho những tổn thất này khi nghĩ đến việc hoàn vốn và tiết kiệm. Sử dụng vật liệu bền và thiết kế thông minh giúp làm chậm thiệt hại và bảo vệ tiền của bạn.
Thiết kế tốt và chăm sóc thường xuyên giúp các tấm pin mặt trời tồn tại lâu hơn và tiết kiệm tiền, ngay cả ở những vùng có khí hậu khắc nghiệt.
Các kỹ sư sử dụng nhiều cách khác nhau để giữ cho tấm pin mặt trời mát mẻ. Họ chọn cách làm mát thụ động, chẳng hạn như để không khí di chuyển xung quanh các tấm nền. Tản nhiệt giúp lấy đi lượng nhiệt dư thừa mà không sử dụng nhiều năng lượng hơn. Nâng các tấm lên và chừa không gian bên dưới để không khí lưu thông và làm mát chúng. Thay đổi cách các tấm hướng về phía mặt trời và nghiêng chúng giúp ngăn nhiệt tích tụ. Nó cũng giúp các tấm nhận được nhiều ánh sáng mặt trời hơn. Một số thiết lập sử dụng vật liệu thay đổi pha, chẳng hạn như thạch parafin, để hấp thụ nhiệt và tỏa nhiệt sau đó. Những phương pháp này giúp kiểm soát nhiệt độ và giữ cho các tấm hoạt động tốt.
Chọn vật liệu phù hợp giúp giữ cho tấm mát hơn. Lớp phủ sáng bóng và mái nhà sáng màu không hấp thụ nhiều nhiệt. Các tấm có độ phản xạ dải tần phụ cao sẽ phản xạ lại ánh sáng mặt trời không thể sử dụng được. Điều này giữ cho chúng mát hơn. Vật liệu có độ phát xạ cao sẽ truyền nhiệt nhanh hơn. Những thủ thuật này giúp bảng điều khiển tồn tại lâu hơn và hoạt động tốt hơn.
Làm mát là rất quan trọng đối với các tấm pin mặt trời. Làm mát thụ động, giống như vật liệu thay đổi pha, có thể làm cho các tấm pin cung cấp thêm năng lượng khoảng 9%. Làm mát chủ động sử dụng nước hoặc không khí để làm mát các tấm nền nhưng chi phí cao hơn và khó lắp đặt hơn. Hệ thống hybrid kết hợp bộ làm mát nhiệt điện và vật liệu thay đổi pha để có kết quả tốt hơn nữa. Một số bộ làm mát lai có thể hạ nhiệt độ tấm nền xuống hơn 40°C. Họ cũng có thể làm cho các tấm nền hoạt động tốt hơn tới 15%. Những ý tưởng này giúp tấm luôn mát ở những nơi nóng.
Lớp phủ thông minh giúp tấm hấp thụ nhiều ánh sáng hơn và tránh bụi. Một số lớp phủ tự làm sạch và ngừng phản chiếu. Vật liệu thay đổi pha hai lớp giúp giữ nhiệt độ tấm ổn định bằng cách hấp thụ và thoát nhiệt. Giám sát thời gian thực sử dụng trí tuệ nhân tạo để theo dõi và thay đổi cách hoạt động của các bảng. Những công cụ này giúp các tấm pin tiếp tục phát điện ngay cả khi thời tiết thay đổi.
| Loại giải pháp | Lợi ích | Ví dụ Tác động |
|---|---|---|
| Lớp phủ Nano lai | Giảm phản xạ và ngăn chặn bụi | Nhiều photon được sử dụng hơn |
| Giám sát AI | Thay đổi cài đặt khi thời tiết thay đổi | Nhận được nhiều năng lượng hơn |
| Lớp PCM | Đưa vào và tỏa nhiệt để giữ cho tấm mát | Ít thiệt hại do nhiệt |
Một số loại tấm pin mặt trời hoạt động tốt hơn khi trời nóng. Các mô-đun HJT mất ít năng lượng hơn và tạo ra nhiều năng lượng hơn ở những nơi nhiệt đới và khô ráo. Các tế bào CIGS tiếp tục hoạt động tốt ngay cả khi trời rất ấm. Mô-đun CdTe có thể tạo ra năng lượng nhiều hơn tới 6% so với mô-đun silicon trong thời tiết nóng. Chọn công nghệ tốt nhất giúp tấm hoạt động tốt hơn và bền hơn ở những nơi có nhiệt độ cao.
Các nhà khoa học đang tìm ra những cách mới để giúp các tấm pin mặt trời tỏa nhiệt. Họ sử dụng vật liệu đặc biệt để làm cho tấm bền hơn trong thời tiết nóng bức. Một số nhà khoa học đưa MOF cực nhỏ vào pin mặt trời perovskite. Những MOF này mang lại cho tế bào hình dạng linh hoạt hơn và bề mặt lớn hơn. Điều này giúp ngăn chặn thiệt hại từ ánh sáng mặt trời và nhiệt. Trong pin mặt trời CIGS, một lớp Al2O3 rất mỏng bảo vệ tế bào. Lớp này chỉ dày 10 nanomet. Nó ngăn nước ra ngoài và ngăn chặn các sự cố về điện. Nhờ đó, các tế bào vẫn giữ được khoảng 80% năng lượng sau khi ở những nơi nóng ẩm trong thời gian dài. Chất lỏng nano và vật liệu nano dựa trên parafin giúp làm mát các tấm pin. Chúng di chuyển nhiệt ra khỏi các tấm pin. Chất lỏng nano cacbon đen và vật liệu thay đổi pha với các hạt nano giữ nhiệt độ ổn định. Những vật liệu và công nghệ nano mới này giúp các tấm pin mặt trời tồn tại lâu hơn và hoạt động tốt hơn khi trời nóng.
Lớp phủ thông minh và trí tuệ nhân tạo giúp các tấm pin mặt trời xử lý nhiệt Bảng dưới đây cho thấy những công cụ này giúp ích như thế nào:
| Cơ chế | Mô tả | Ảnh hưởng đến hiệu suất của quang điện ở nhiệt độ cao |
|---|---|---|
| Lớp phủ Nano lai | Độ phản xạ thấp hơn, sử dụng nhiều tia UV/IR hơn và chặn bụi | Sử dụng nhiều ánh sáng hơn, mất ít năng lượng hơn do bụi bẩn |
| Vật liệu thay đổi pha (PCM) | Đưa nhiệt vào và thoát ra để giữ nhiệt độ bảng điều khiển ổn định | Ít thiệt hại do nhiệt, tuổi thọ bảng điều khiển dài hơn |
| Hệ thống thích ứng dựa trên AI | Sử dụng công nghệ máy học để thay đổi cài đặt và theo dõi ánh nắng mặt trời | Tạo ra nhiều điện năng hơn ngay cả khi trời nóng |
Lớp phủ thông minh giúp tấm thu được nhiều ánh sáng hơn và luôn sạch sẽ. PCM lưu trữ thêm nhiệt trong ngày và thoát ra khi nhiệt độ nguội đi. Điều này giúp giữ cho tấm nền không bị quá nóng. Hệ thống AI theo dõi thời tiết và thay đổi cách hoạt động của các tấm nền. Điều này giúp các tấm pin tạo ra nhiều năng lượng hơn, ngay cả khi trời rất nóng.
Các hệ thống hybrid và tiên tiến sử dụng nhiều cách để chống nóng và hoạt động tốt hơn. Hệ thống năng lượng mặt trời lai kết hợp các tấm quang điện với máy bơm nhiệt nguồn mặt đất. Họ cũng sử dụng các bộ phận đặc biệt cho từng vùng khí hậu. Các kỹ sư chọn kích thước phù hợp cho bộ thu gom, bộ trao đổi nhiệt và bể chứa. Điều này giúp cân bằng nhu cầu sưởi ấm và điện. Vật liệu thay đổi pha trong các hệ thống này lưu trữ nhiệt và giúp làm mát các tấm. Điều này giúp cho tấm nền không bị quá nóng. Hệ thống điều khiển quản lý năng lượng và giảm nhu cầu sử dụng điện lưới. Điều này rất hữu ích ở những nơi nóng. Hệ thống quang điện-nhiệt (PVT) lai tạo ra cả điện và nhiệt. Các hệ thống này sử dụng khả năng làm mát để giữ cho các tấm pin hoạt động tốt, ngay cả vào buổi trưa khi trời nóng nhất. Vật liệu cách nhiệt tiên tiến, như aerogel và điều khiển thông minh sử dụng máy học, giúp các hệ thống này tồn tại lâu hơn và hoạt động tốt hơn. Thiết kế lai giúp giảm lượng khí thải nhà kính và làm cho năng lượng mặt trời trở nên đáng tin cậy hơn ở những nơi nóng.
Các tấm pin mặt trời không hoạt động tốt khi trời nóng. Mỗi loại tấm phản ứng với nhiệt theo cách riêng của nó. Hệ số nhiệt độ cho chúng ta biết lượng điện năng bị mất đi khi trời nóng. Mọi người có thể làm cho các tấm hoạt động tốt hơn bằng cách chọn những cách tốt để lắp đặt chúng và sử dụng vật liệu phù hợp.
Để có được kết quả tốt nhất, việc nhờ chuyên gia giúp đỡ trước khi thiết lập hệ mặt trời là điều thông minh. Điều này giúp đảm bảo các tấm hoạt động tốt cho dù bạn sống ở đâu.
Hệ số nhiệt độ cho chúng ta biết tấm pin mặt trời sẽ mất bao nhiêu năng lượng khi nhiệt độ nóng hơn 25°C. Nếu hệ số này thấp hơn, tấm pin sẽ không bị mất nhiều điện năng khi thời tiết nóng bức.
Nhiệt độ cao làm cho các tấm pin mặt trời già đi nhanh hơn. Chúng có thể gây ra vết nứt và đốm vàng. Vật liệu bị phân hủy nhanh hơn. Điều này làm cho các tấm pin kém hiệu quả hơn và rút ngắn thời gian tồn tại của chúng.
Các mô-đun HJT và CIGS hoạt động tốt nhất ở những nơi có nhiệt độ cao. Chúng có hệ số nhiệt độ thấp hơn. Điều này có nghĩa là chúng mất ít điện hơn khi trời nóng. Những tấm này giữ hiệu quả cao hơn ở những khu vực ấm áp.
Đúng. Hệ thống làm mát như vật liệu thay đổi pha hoặc làm mát bằng nước giúp giữ cho tấm mát hơn. Những hệ thống này có thể làm cho các tấm pin hoạt động hiệu quả hơn tới 15% trong thời tiết rất nóng.
Bụi chặn ánh sáng mặt trời và làm cho một số điểm nóng hơn. Điều này làm tăng nhiệt độ của bảng điều khiển và gây tổn thất điện năng nhiều hơn. Việc vệ sinh các tấm pin thường giúp chúng mát hơn và hoạt động tốt hơn.
