Điện mặt trời trên mái nhà: Những điều chủ đầu tư cần biết

Quang điện: Lựa chọn các tấm pin mặt trời thế nào?

1. Các thông tin chung cần biết

Một thực tế rất rõ là hiện có rất nhiều nhà sản xuất các tấm pin mặt trời (PV). Vì vậy, đối với các dự án quy mô lớn, việc lựa chọn PV trước hết là lựa chọn thứ hạng (Tier - 1, 2, 3) của nhà sản xuất (như chúng tôi đã trình bày trong bài viết trước).

Đối với các dự án quy mô nhỏ, hay các dự án điện mặt trời trên mái nhà, các thông số/thông tin cần được quan tâm xếp theo thứ tự như sau:

Thứ nhất: Chứng chỉ bảo hiểm về chất lượng do các công ty bảo hiểm độc lập cấp. Đây là thông lệ trong thương mại quốc tế, đặc biệt phải được áp dụng cho các sản phẩm công nghệ cao.

Thứ hai: Nhà sản xuất PV phải được cấp các chứng chỉ đạt tiêu chuẩn quốc tế IEC (International Electrotechnical Commission) và tiêu chuẩn UL (Underwriters Laboratories Inc.). Tiêu chuẩn IEC và UL khác nhau rất nhiều. Các tiêu chuẩn IEC quy định các yêu cầu về an toàn thiết bị tối thiểu. Các tiêu chuẩn UL ngược lại chỉ ra những chi tiết kỹ thuật toàn diện về an toàn và ứng dụng sản phẩm. Các tổ chức IEC và UL cũng được vận hành khác nhau. Ngoài việc hoàn thiện tiêu chuẩn, UL cũng có trách nhiệm chứng nhận (chứng nhận bên thứ ba nói chung) và chấp nhận hàng hoá. Việc tuân thủ các tiêu chuẩn được giám sát chặt chẽ hơn, ví dụ như thông qua kiểm tra nhà máy của các nhà sản xuất thiết bị, để đảm bảo rằng các điều kiện khung được xác định cùng với chứng nhận được đáp ứng. UL được xem là giấy thông hành để sản phẩm vượt qua hàng rào kỹ thuật (TBT) và nâng cao năng lực cạnh tranh cho sản phẩm khi xuất khẩu ra nước ngoài.

Thứ ba: Các PV phải có giải pháp thiết kế chống lại hiện tượng suy thoái cảm ứng tiềm năng - PID (Potential Induced Degradation).

Hiện tượng suy giảm hiệu suất (PID) của các PV xảy ra do có sự chênh lệch về điện thế so với trái đất. Vì vậy, PID là một hiện tượng tiêu cực không thể tránh khỏi đối với các PV và chỉ xảy ra rõ nét sau một vài năm khi đưa vào vận hành. PID sẽ gây ra sự suy giảm hiệu suất của PV theo cấp số nhân.

Nhìn chung, nếu không có các giải pháp thiết kế PV chống lại PID, thì hiệu suất của PV sẽ giảm từ 2,5÷30% khi xảy ra PID. Điều này cũng cho thấy, về mặt kỹ thuật, các giải pháp chống lại PID cũng có nhiều mức độ (tốt/xấu). Vì vậy, không nên tin vào các lời cam kết "suông" của nhà sản xuất về PID, vì trên thực tế, việc kiểm tra/xác định/đánh giá các giải pháp chống PID của các PV là không thể thực hiện chính xác được do phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố như địa điểm đo và thời điểm đo.

Nguyên nhân gây ra PID là các hạt mang điện tích của ion natri có mặt trong lớp thủy tinh bọc bên ngoài dưới tác động của lực trọng trường (sức hút của trái đất) sẽ di chuyển xuống tế bào quang điện. Chuyển động này thường xảy ra từ tấm kính thông qua lớp vật liệu đóng gói (EVA) và qua lớp phủ chống phản xạ  (ARC) rơi vào tế bào quang điện và "lọt" vào giữa hai lớp silic-p và silic- n. Chính các điện tích này sẽ làm suy giảm hiệu suất của PV (xem sơ đồ giải thích sau):

.

Thực tế cho thấy, trong một tấm PV riêng lẻ, các tế bào quang điện nằm bên ngoài (giáp khung nhôm) sẽ có PID lớn hơn so với các tế bào nằm bên trong:

Còn trong một nhóm nhiều tấm PV, các tấm PV nằm ở phía cực âm (-) sẽ có hiệu ứng PID cao hơn so với các tấm PV nằm phía cực dương (+):

Những yếu tố chính ảnh hưởng đến PID gồm:

(i) Cấu trúc của tế bào quang điện: Có nhiều dấu hiệu cho thấy nhiều loại tế bào nhạy cảm với hiện tượng PID. Cấu trúc của chính tế bào có ảnh hưởng đến quá trình PID. Điều này là do mật độ chất mang điện tích của silicon được sử dụng và thành phần hóa học của ARC (lớp phủ chống phản xạ) trên tế bào.

(ii) Cấu trúc của tấm PV: Các vật liệu được sử dụng trong chế tạo PV có ảnh hưởng đến PID. Trong đó, thành phần của thủy tinh, và thành phần của EVA (vật liệu đóng gói tế bào quang điện).

(iii) Cấu hình của hệ thống PV: Trong đó, bản thân các tế bào quang điện, sau đó là số lượng PV được lắp đặt và cách lắp đặt các PV trong 1 dãy (như nêu trên) đóng vai trò quan trọng nhất.

Ngoài ra, loại biến tần và phương thức nối đất của trường PV cũng có ảnh hưởng đến PID.

(iv) Thời gian: Hiện tượng PID tỷ lệ thuận với thời gian vận hành. Vì vậy, đối với các chủ đầu tư khi mua sắm PV sẽ không thể thấy được ảnh hưởng tiêu cực của PID, mà chỉ có thể nhận ra sau quá trình vận hành.

(v) Nhiệt độ và độ ẩm: Là các yếu tố bên ngoài có ảnh hưởng đến PID (đã được đề cập trong các bài trước).

Cách tốt nhất để phát hiện PID trên hệ thống PV là thông qua hệ thống giám sát trực tuyến. Ngày tốt nhất để so sánh điện áp hoạt động (Vmpp, hoặc điện áp DC) là một ngày có chiếu xạ tốt. Cũng cần so sánh các bộ biến tần có cùng cấu hình chuỗi. Đồ họa sau đây cho thấy PID trong giai đoạn nâng cao trông như thế nào trong ngày:

Trong trường hợp cấu hình chuỗi bằng nhau, điện áp hoạt động trên mỗi biến tần về cơ bản nằm trên một đường cong biểu kiên. Trong thực tế, PID là một quá trình ngẫu nhiên, có tác động khác nhau trên mỗi tế bào quang điện, mỗi PV và mỗi chuỗi PV. Vì vậy, khi kiểm tra ta sẽ thấy PID có thể xảy ra nhiều hơn trên một số biến tần so với các biến tần khác. Một dải các điện áp hoạt động có thể được phát hiện, dẫn đến đầu ra khác nhau cho mỗi biến tần. Chúng ta cũng có thể đo điện áp mạch hở tại chỗ, thay vì điện áp hoạt động. Sự khác biệt lớn về điện áp giữa hai chuỗi tương tự là một dấu hiệu rõ ràng cho thấy sự có mặt của PID.

“PIDBULL” là giải pháp kiểm soát PID được cấp bằng sáng chế của Edison Energy.

Thứ tư: Đối với mỗi lô hàng PV, khi được giao nhận người bán phải cấp cho người mua một báo cáo về việc thẩm định xuất xưởng của từng mẫu có ghi rõ số seri của sản phẩm.

Thứ năm: Sau khi hợp đồng mua - bán được ký kết, người bán phải tạo điều kiện cho người mua tham quan/khảo sát tại nhà máy chế tạo vào đúng thời điểm thử nghiệm đầu ra và đóng gói xuất xưởng sản phẩm PV.

2. Những lưu ý riêng về điện mặt trời áp mái

Một là: Các thành phần của điện mặt trời áp mái còn gồm:

1/ PV (A).

2/ Bộ nạp (B).

3/ Ắc quy (C).

4/ Bộ chuyển đổi nguồn - investor (D).

5/ Hộp đấu cáp (E).

6/ Phụ tải dùng điện (F).

Hai là: Việc tính toán PV trên mái nhà được thực hiện theo nhiều bước (tham khảo mô hình tính PV online tại đây). Cụ thể theo trình tự như sau:

+ Xác định nhu cầu tiêu dùng điện trong nhà dựa trên các thông số: công suất điện, số lượng thiết bị, và thời gian sử dụng trong ngày; =>

+ Tính dung lượng của bình ắc quy dựa trên các thông số: điện thế của bình, mức độ nạp (chỉ tính tối đa 50%), nhiệt độ trong phòng đặt ắc quy, số ngày nhiều mây liên tiếp trong năm; =>

+ Tính tổng công suất lắp đặt của các tấm PV dựa trên các thông số: (i) Giá trị chiếu xạ (cường độ, thời gian chiếu xạ, hướng đặt PV) tại vị trí đặt PV (kWh/m2); (ii) Chế độ nhiệt của PV (theo thời gian trong năm); =>

+ Chọn công suất của bộ biến tần dựa trên tổng công suất của các phụ tải dùng điện xoay chiều được nối đồng thời với hệ thống; =>

+ Chọn công suất của bộ điều khiển nạp ắc quy dựa trên các thông số: điện áp của hệ thống PV; công suất tối đa của các phụ tải một chiều và xoay chiều được nối đồng thời vào hệ thống; dòng làm việc tối thiểu của bộ điều khiển nạp ắc quy; =>

+ Xác định các dạng tổn thất điện của điện mặt trời áp mái dựa trên các định mức tham khảo sau:

1/ Tổn thất đường dây: 0,5÷1%.

2/ Tổn thất trong investor: 3÷7%.

3/ Tổn thất do PV làm việc khi có bức xạ cao: 4÷8%.

4/ Tổn thất do PV làm việc khi có bức xạ thấp: 1÷3%.

5/ Tổn thất do các PV bị bẩn và bị phủ bóng râm: 1÷3%.

6/ Tổn thất khác (trong các diod xung): 0,5%.

Ngoài ra, việc tính tổn thất còn có ý nghĩa tham khảo khi ký kết hợp đồng bán điện lên lưới.

PHAN NGÔ TỐNG HƯNG (PHÓ CHỦ TỊCH HIỆP HỘI NĂNG LƯỢNG VIỆT NAM); NGUYỄN THÀNH SƠN (ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC HÀ NỘI)