Tại sao mùa hè năng nóng hệ thống điện mặt trời của tôi không đạt tới công suất tối đa?

Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu suất tấm pin mặt trời như thế nào mới quý vị tham khảo bài viết dưới đây.

Nhiều khách hàng khi xem biểu đồ sản lượng và công suất điện mặt trời trên ứng dụng di động hoặc trên màn hình của biến tần mặt trời đã đặt câu hỏi như vậy.

Quang Điện Solar sẽ cố gắng giải thích cho quý khách một cách dễ hiểu theo kiến thức từ chuyên ngành điện.

Hầu hết chúng ta sẽ cho rằng nắng càng mạnh và càng nóng thì các tấm pin mặt trời của chúng ta sẽ sản xuất ra nhiều điện hơn. Nhưng không phải vậy đâu. Một trong những yếu tố chính ảnh hưởng đến lượng điện năng mà chúng ta nhận được từ hệ thống năng lượng mặt trời là nhiệt độ. 

Mặc dù nhiệt độ không ảnh hưởng đến lượng ánh sáng mặt trời mà pin mặt trời nhận được, nhưng nó ảnh hưởng đến lượng điện năng được sản xuất ra.

Các tấm pin mặt trời hoạt động tốt nhất trong một số điều kiện thời tiết nhất định đặc biệt là trong điều kiện tiêu chuẩn (STC) – điều này có nghĩa là ở nhiệt độ 25 độ C hoặc 77 độ F.

Nhưng vì thời tiết luôn thay đổi và do các kỹ sư đang lắp đặt các tấm pin mặt trời trên khắp thế giới ở các vùng khí hậu khác nhau, vị trí lắp đặt các tấm pin cũng khách nhau nên hầu hết các tấm pin không hoạt động trong điều kiện lý tưởng mà nhà sản xuất khuyến nghị. 

Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu suất tấm pin năng lượng mặt trời và hệ thống điện năng lượng mặt trời như thế nào

Chúng ta bắt đầu với định luật Ohm

V = I x R

V là điện áp

I là dòng điện

R là điện trở

Chúng ta có thể suy ra mối quan hệ giữa dòng điện và điện áp phụ thuộc vào điện trở. 

I = V / R

Dòng điện phụ thuộc vào hiệu điện thế chia cho điện trở. Điện trở lớn hơn có nghĩa là dòng điện nhỏ hơn.

Bây giờ, một phương trình tổng quát cho điện trở phụ thuộc nhiệt độ của dây dẫn là

R = R_ref [1 + a (T-T_ref)]

R là điện trở của dây dẫn ở nhiệt độ cụ thể

R_ref là điện trở của dây dẫn ở nhiệt độ đã biết thường là 20 độ C

a là hệ số nhiệt độ của điện trở đối với vật liệu làm dây dẫn cụ thể

T là nhiệt độ của dây dẫn

T_ref là nhiệt độ chuẩn mà từ đó a được suy ra

Phương trình này nói rằng (một cách gần đúng tuyến tính) điện trở tăng khi nhiệt độ tăng.

Bằng cách thay R trong công thức I = V / R với phương trình tổng quát cho điện trở phụ thuộc nhiệt độ, chúng ta thu được:

I = V / (R_ref [1 + a (T-T_ref)])

Chúng ta thấy rằng T ở mẫu số. Nếu chúng ta tăng độ lớn của một mẫu số và tử số (trong trường hợp này là hiệu điện thế) không đổi, thì thương số sẽ giảm cường độ dòng điện. Như vậy, chúng ta thấy rằng khi nhiệt độ tăng, độ lớn của mẫu số sẽ tăng lên; và do đó, dòng điện sẽ giảm.

Điều này có ý nghĩa là khi nhiệt độ tăng, điện trở cũng sẽ tăng, và do đó vật dẫn sẽ chống lại dòng điện nhiều hơn. Do đó, một lần nữa, dòng điện giảm khi nhiệt độ tăng.

Theo định nghĩa về dòng điện thì

Dòng điện là dòng chuyển dời có hướng của các hạt mang điện

Từ đây chúng ta có thể suy luận rằng trong điều kiện tiêu chuẩn các hạt mạng điện chuyển dời theo một hướng nhất định. Khi nhiệt độ tăng lên làm cho các hạt mang điện chuyển động hỗn loạn hơn do vậy chúng không có xu hướng dịch chuyển có hướng nữa, nên làm giảm cường độ dòng điện.

Đây là một phép loại suy hữu ích. Hãy tưởng tượng một đám đông người trên một lối đi, lối đi là chất dẫn điện và đám đông người là những nguyên tử trên bề mặt của chất dẫn điện đó. 

Bây giờ, hãy tưởng tượng bạn muốn đi qua đám đông để băng qua lối đi. Hãy tự hỏi bản thân, liệu có dễ dàng vượt qua đám đông hơn nếu mọi người trong đám đông di chuyển, xô đẩy và chen lấn nhanh chóng không? Hay sẽ dễ dàng hơn nếu mọi người đều đứng yên một chỗ hoàn hảo?

Câu trả lời là bạn sẽ dễ dàng vượt qua đám đông hơn nếu không có ai di chuyển. Thực tế bạn có thể chạy bộ ngay giữa chúng. Nếu họ đang di chuyển, bạn sẽ va vào người, bị đẩy lùi và phải chạy ngoằn ngoèo khắp nơi để vượt qua.

Hãy coi chuyển động của đám đông là lúc nhiệt độ tác động đến các hạt mạng điện. Khi nhiệt độ tăng lên, đám đông hoạt động nhiều hơn và ồn ào hơn, khi nhiệt độ giảm xuống, đám đông sẽ bình tĩnh hơn và tĩnh lặng hơn. Bạn là dòng điện đang cố gắng đi qua vật dẫn, và bạn thích một đám đông yên tĩnh (nhiệt độ thấp hơn) vì bạn có thể vượt qua nhanh hơn.

Các tấm pin mặt trời trở nên nóng như thế nào? Chúng có thể quá nóng không?

Nhiệt độ tối đa mà các tấm pin mặt trời có thể đạt được phụ thuộc vào sự kết hợp của các yếu tố như bức xạ mặt trời , nhiệt độ không khí bên ngoài, vị trí của các tấm pin và kiểu lắp đặt , vì vậy rất khó để nói con số chính xác.

Nói chung, các tấm pin mặt trời được làm từ các tế bào silicon tối màu (đen hoặc xanh đậm), được bao phủ bởi một tấm kính và được đóng khung bằng kim loại.

Silicon và kim loại là những chất dẫn nhiệt tốt, góp phần làm tích tụ nhiệt nhanh hơn bên trong pin mặt trời. Mặc dù, các nhà sản xuất và lắp đặt bảng điều khiển năng lượng mặt trời áp dụng các cơ chế để ngăn chặn quá nhiệt của tấm pin mặt trời, trong điều kiện cực kỳ nóng, sản lượng năng lượng của các tấm pin mặt trời có thể giảm đáng kể.

Vào mùa hè năm 2020, tại Việt Nam thời tiết quá nóng trên toàn quốc điều này gây ảnh hưởng không chỉ với con người mà đối với cả các tấm pin mặt trời quang điện. Sự kết hợp giữa nhiệt độ tăng lên đến 40.5 ° C (117.5 ° F) với bụi đã làm giảm sản lượng điện của bảng điều khiển năng lượng mặt trời xuống dưới 40%.

Bạn có thể làm gì để ngăn các tấm của bạn quá nóng?

Nhận thức được ảnh hưởng của nhiệt độ cao hơn đối với sản lượng năng lượng, hầu hết các nhà lắp đặt được chứng nhận đều thực hiện các bước để hỗ trợ việc làm mát tự nhiên của các hệ thống năng lượng mặt trời.

Một thực tiễn tốt để đạt hiệu quả tối đa là để lại khoảng trống ít nhất là sáu inch giữa mái và các tấm để cho phép không khí lưu thông từ cả hai phía. Nhưng gắn các tấm của bạn quá xa mái nhà không phải lúc nào cũng là một ý kiến hay. Nếu khoảng trống quá lớn, các mảnh vụn của lá và cành cây có thể tích tụ bên dưới mảng và gây hư hại cho mái nhà hoặc các tấm của bạn.

Nếu bạn sống trong một khí hậu nóng, bạn nên xem xét các tấm pin mặt trời gắn trên mặt đất , bởi vì bằng cách này chúng nhận được nhiều luồng không khí nhất để giữ cho nhiệt độ của chúng thấp hơn.

Theo ước tính, chênh lệch nhiệt độ giữa các tấm pin mặt trời gắn trên mặt đất và gắn trên mái nhà có thể lên tới 10 ° C (50 ° F) tại cùng một vị trí.

Lựa chọn tốt nhất là lấy các tấm pin mặt trời có hệ số nhiệt độ càng gần 0 càng tốt. Sự khác biệt về tổng sản lượng điện trong cả năm có thể là đáng kể.

Ví dụ: nếu các tấm pin mặt trời của bạn có hệ số âm 0,4 phần trăm, sản lượng của chúng vào những ngày nắng nóng sẽ giảm gần gấp đôi so với sản lượng của một tấm có hệ số chỉ âm 0,2 phần trăm trên một độ C.

Tấm lợp màu trắng hoặc sáng màu cũng giúp giảm nhiệt độ xung quanh các tấm của bạn, vì những màu này phản chiếu ánh sáng mặt trời nhiều hơn và không bị nóng lên như tấm lợp tối màu.

Trong khi các điểm được đề cập ở trên liên quan đến phương pháp làm mát thụ động , một số người thậm chí chọn hệ thống làm mát chủ động.

Ví dụ, quạt thổi không khí qua các tấm, hoặc dòng nước lạnh luân chuyển hấp thụ nhiệt từ các tấm và sau đó được sử dụng trong gia đình để tắm hoặc sưởi ấm cho tòa nhà

Một lưu ý nhỏ: Hãy thận trọng khi hạ thấp bảng điều khiển của bạn trong thời điểm nóng nhất trong ngày ! Nó có thể làm cho kính bị nứt và làm hỏng các tấm pin mặt trời của bạn không thể phục hồi được. Các hệ thống làm mát bằng nước không làm cho các tấm pin mặt trời bị sốc nhiệt độ đột ngột như cách bạn hạ thấp chúng.

Nhiệt độ lạnh ảnh hưởng đến sản lượng tấm pin mặt trời như thế nào?

Bạn có thể đã nghe mọi người nghi ngờ hiệu suất của tấm pin năng lượng mặt trời trong thời tiết lạnh giá. Một số thậm chí có thể nghĩ rằng các tấm pin mặt trời ngừng hoạt động khi bên ngoài đóng băng. Không có câu nào đúng.

Các tấm pin mặt trời thực sự thích nhiệt độ lạnh hơn vào những ngày nắng. Điện áp hở mạch do pin mặt trời tạo ra vào những ngày lạnh giá sẽ tăng lên và thậm chí có thể tăng hơn 20% so với giá trị thu được trong quá trình thử nghiệm tiêu chuẩn ở 25 độ C. Điều này có nghĩa là các tấm pin mặt trời sẽ tạo ra nhiều năng lượng hơn trong một giờ khi thời tiết lạnh và nắng. Vấn đề đi kèm với việc sản xuất hàng tháng .

Trung bình, các tấm pin mặt trời quang điện vẫn tạo ra năng lượng nhiều hơn tới 80% trong những tháng mùa hè so với mùa đông. Lý do chính là (như bạn có thể đoán) thời gian ánh sáng mặt trời ngắn hơn mỗi ngày và nhiều ngày hơn với những đám mây dày đặc vào mùa đông. Đó là năng lượng ánh sáng mặt trời bị giới hạn trong mùa đông, không phải nhiệt độ.

Góc của các tấm pin mặt trời ảnh hưởng đến việc pin mặt trời sẽ sử dụng ánh sáng mặt trời tốt như thế nào. Vào mùa đông, mặt trời thấp hơn trên bầu trời và ánh sáng mặt trời bị khuếch tán trên một khu vực rộng lớn hơn, trong khi vào mùa hè, ánh sáng mặt trời chiếu vào các tấm pin mặt trời của bạn tập trung hơn. Để có được năng lượng đầu ra tốt nhất vào mùa đông, góc có thể cần một số điều chỉnh để thu được nhiều ánh sáng hơn. Nói chung, các nhà lắp đặt năng lượng mặt trời khuyên bạn nên đặt góc 45 độ. Góc này cũng giúp ngăn tuyết tích tụ trên các tấm.

Các yếu tố tiêu cực bổ sung, làm giảm hiệu quả của các tấm pin mặt trời vào mùa đông, là tuyết và băng. Các tấm pin mặt trời có khả năng chống lại. Chúng không dễ bị băng làm hỏng. Chỉ mất một khoảng thời gian để pin mặt trời tan băng sau một đêm lạnh giá. Trong thời gian những tia nắng mặt trời đầu tiên chiếu vào các tấm pin mặt trời của bạn, hiệu quả của chúng sẽ giảm đi, vì băng hoặc tuyết cản một phần ánh sáng mặt trời chiếu vào chúng. Thời gian của ánh sáng mặt trời không bị cản trở sau đó ngắn hơn và bạn sẽ nhận được ít điện năng hơn trong những tháng mùa đông.