Điều kiện thử nghiệm tiêu chuẩn (STC) của tấm pin mặt trời

Điều kiện thử nghiệm tiêu chuẩn hay Standard Test Conditions (STC) là các điều kiện thử nghiệm hiệu suất đầu ra của tấm pin mặt trời, được hầu hết các nhà sản xuất và cơ quan thí nghiệm sử dụng.

Chúng ta biết rằng các tấm quang điện (PV) là các thiết bị bán dẫn, chúng tạo ra công suất điện khi tiếp xúc trực tiếp với ánh sáng mặt trời. Việc lựa chọn một loại tấm pin năng lượng măt trời này so với loại khác có thể dựa trên bất kỳ yếu tố nào từ kích thước, giá cả, sản lượng điện và hãng sản xuất, silicon đơn tinh thể hoặc đa tinh thể.

Các tấm pin mặt trời có nhiều loại công suất đầu ra khác nhau, từ vài watt đến hơn 600 watt cho các tấm hoặc mô-đun lớn hơn. Vì vậy, cần phải có một số cách xác định công suất đầu ra cực đại của tấm pin năng lượng mặt trời, tính bằng watt, cũng như các đặc tính điện của nó giống nhau đối với tất cả các nhà sản xuất tấm quang điện để người dùng, chủ nhà hoặc người lắp đặt so sánh.

Để đánh giá các thông số kỹ thuật của một tấm pin theo các tiêu chí thử nghiệm quốc tế là test trong điều kiện thử nghiệm tiêu chuẩn (STC).

Trong điều kiện thử nghiệm tiêu chuẩn, các tấm pin mặt trời được thử nghiệm ở bức xạ mặt trời là 1000W/m2, áp suất khí quyển 1.5AM, nhiệt độ môi trường là 25^oC, các con số này có thể so sánh với mức bức xạ trong thực tế của mặt trời vào giữa trưa.

Điều kiện thử nghiệm tiêu chuẩn cho các tấm pin mặt trời là:

1. Nhiệt độ môi trường:25°C (77°F)
2. Bức xạ mặt trời:1000W/m ² (1kW/m ² )
3. Áp suất khí quyển: 1,5 (AM)

Dựa vào căn cứ nào mà nhà thiết kế hoặc chủ nhà có thể chọn tấm pin mặt trời

Rõ ràng, các điều kiện thử nghiệm tiêu chuẩn được các nhà sản xuất sử dụng là những điều kiện được xác định trong phòng thí nghiệm hoặc trên dây chuyền lắp ráp trong nhà của họ và do đó khác với điều kiện thực tế mà các tấm pin sẽ được lắp đặt trên mái nhà hoặc trên giàn khung.

Các phép đo ngoài trời trên các tấm PV phải được thực hiện trong các điều kiện thực tế về bức xạ, nhiệt độ tại thời điểm đo. Nhưng phải có căn cứ nào đó mà đơn vị thiết kế hoặc chủ nhà có thể sử dụng khi chọn một tấm pin mặt trời cụ thể? Đó là công suất đỉnh.

Công suất đầu ra tối đa (dòng điện x điện áp) của tấm pin trong các điều kiện thử nghiệm tiêu chuẩn này thường được gọi là “watts peak” hoặc “Wp” công suất đỉnh. Có một điểm cụ thể trên đường cong I-V của tấm pin được gọi là Điểm công suất tối đa (Mpp), tại đó tấm pin hoạt động với hiệu suất tối đa và tạo ra công suất đầu ra tối đa.

Đường cong đặc tính I-V là phi tuyến tính vì dòng điện do tấm pin mặt trời tạo ra thay đổi tuyến tính theo cường độ ánh sáng và nhiệt độ. Cần lưu ý ở đây rằng thuật ngữ “công suất cực đại” này hơi gây hiểu lầm, bởi vì ở các hệ số nhiệt độ cực thấp hoặc cường độ bức xạ rất cao, giá trị công suất cực đại có thể bị vượt quá.

Pmax so với công suất điện trong thực tế

Tuy nhiên khi lắp đặt thực tế, các tấm pin mặt trời hiếm khi tạo ra mức công suất tối đa như trong điều khiện thử nghiệm tiêu chuẩn. Qua nhiều năm kinh nghiệm lắp đặt Quang Điện Solar nhận thấy một tấm pin mặt trời phát ra 70-80% công suất tối đa vào một ngày nắng đẹp.

Chẳng hạn, thông thường bạn sẽ thấy một tấm pin mặt trời 100 watt tạo ra 70 đến 80 watt dưới ánh sáng mặt trời trực tiếp vào giữa trưa. Và, tất nhiên, công suất đầu ra sẽ thay đổi rất nhiều dựa trên các yếu tố như nhiệt độ, bóng râm, độ che phủ của mây và thời gian trong ngày.

STC là một tiêu chuẩn công nghiệp, nhưng các điều kiện trong thế giới thực hầu như sẽ luôn khác, đặc biệt là về nhiệt độ, bức xạ mặt trời và thiết kế mô-đun. Các tấm pin mặt trời hiếm khi tiếp xúc với bức xạ mặt trời 1 kW/m ² bên ngoài phòng thử nghiệm. 

Và điều kiện thử nghiệm tiêu chuẩn giả định nhiệt độ môi trường là 25°C, nhưng pin mặt trời có dạng mô-đun màu đen, có thể tăng lên 65°C (150°F). Vật liệu lắp đặt và các yếu tố hình thức cũng có thể ảnh hưởng đến sự truyền nhiệt và hấp thụ năng lượng. Đó là lý do tại sao cần một vài số liệu khác để ước tính chính xác hơn hiệu suất của bảng điều khiển trong thế giới thực.

Nhiệt độ tế bào hoạt động bình thường (Nominal Operating Cell Temperature – NOCT)

Một tiêu chuẩn thử nghiệm riêng biệt được gọi là Nhiệt độ tế bào vận hành danh nghĩa (NOCT) nhằm mục đích phản ánh các điều kiện trong điều kiện lắp đặt thực tế. 

Giống như tên gọi của nó, NOCT đo lường nhiệt độ của tế bào tấm pin mặt trời. NOCT không phải là sự thay thế cho STC, vì nó không xác định sản lượng tối đa của các Cell. Kết quả của thử nghiệm NOCT sẽ là nhiệt độ được liệt kê trên bảng thông số kỹ thuật của tấm pin, chẳng hạn như “NOCT: 50°C”

Hệ số nhiệt độ của Pmax

Các tấm pin mặt trời trở nên kém hiệu quả hơn khi chúng nóng lên. Ở Miền Bắc Việt Nam, chúng ta có thể nhận được ít giờ nắng hơn so với khu vực ở Miền trung và miền Nam.

Ánh sáng mặt trời cũng chiếu vào các tấm pin quang điện ít trực tiếp hơn so với các tấm ở Ninh thuận, Bình Thuận. Nhưng khi nhiệt độ là 35°C ở Miền Nam và 25°F ở Miền Bắc, các tấm pin măt trời lắp ở miền bắc có khả năng chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành điện năng hiệu quả hơn so với các tấm pin tương tự ở Miên Nam.

Hệ số nhiệt độ Pmax đo tốc độ giảm sản lượng điện của tấm pin mặt trời cho mỗi độ trên 25°C. Một tế bào có hệ số nhiệt độ Pmax là -0,5% có nghĩa là công suất điện của tấm pin mặt trời sẽ giảm một nửa của một phần trăm cho mỗi độ trên 25°C.

Cách ước tính công suất điện của tấm pin mặt trời

Bây giờ chúng ta đã hiểu NOCT và hệ số nhiệt độ Pmax, đã đến lúc thực hiện một số phép toán đơn giản để ước tính sản lượng của tấm pin mặt trời trong các điều kiện thực tế hơn. Ví dụ: tôi sẽ sử dụng tấm pin mặt trời có Pmax là 400 watt ở STC, NOCT là 50°C và hệ số nhiệt độ Pmax là -0,5%.

1. Hãy nhớ rằng STC giả định nhiệt độ tế bào là 25°C, vì vậy trước tiên chúng ta phải trừ 25°C từ NOCT là 50°C để có chênh lệch nhiệt độ là 25°C.

50°C – 25°C = 25°C

2. Nhân hệ số nhiệt độ Pmax (-0,5%) của bảng điều khiển với 25 để có -12,5%. Đây là phần trăm giảm sản lượng điện do chênh lệch nhiệt độ trên 25°C.

-0,5% × 25 = 12,5%

3. Nhân 12,5% với 400 watt để có 50 watt.

12,5% × 400W = 50W

4. Trừ 50 watt từ 400 watt và để có được 350 watt, đây là công suất điện dự kiến khi nhiệt độ tế bào là 50°C.

400W – 50W = 350W

Một lần nữa, đó là nhiệt độ tế bào, không phải nhiệt độ môi trường xung quanh. Nếu nhiệt độ xung quanh thường xuyên ở mức 50°C (122°F) tại nơi bạn sống, bạn sẽ có nhiều vấn đề lớn hơn phải lo lắng.