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

Công nghệ và kỹ thuật của quang điện

Lựa chọn PV đơn tinh thể, hay PV đa tinh thể?

Như ta đã biết, PV được sản xuất ở qui mô công nghiệp hiện nay có 2 loại PV tấm và PV pin (màng). Nhưng trong thực tế, loại PV pin ít được sử dụng cho mục đích sản xuất điện ở qui mô công nghiệp vì kém hiệu quả hơn so với loại PV tấm đang được chế tạo dưới 2 dạng tinh thể của silicon (Si): đơn tinh thể và đa tinh thể.

Các PV đơn tinh thể có cấu trúc đồng nhất, được sản xuất dưới dạng các hình vuông có các góc cắt. Các PV đa tinh thể - không cắt góc.

Các đa tinh thể của silicon được sản xuất rất đơn giản - bằng cách làm lạnh từ từ các silicon nóng chảy. Vì vậy, các PV đa tinh thể có giá thành thấp, nhưng hiệu suất chuyển đổi năng lượng ít khi vượt quá 15%. Hiệu suất của PV đa tinh thể có liên quan đến độ không sạch và cấu trúc trong của các tấm silicon. Đối với loại PV đa tinh thể, nếu lớp “p” của silicon càng sạch thì hiệu suất của PV càng cao.

Độ sạch của các đơn tinh thể cao hơn nhiều so với đa tinh thể, vì các đơn tinh thể được sản xuất không phải từ các silicon nóng chảy, mà được nuôi cấy từ một tinh thể của silicon. Hiệu suất chuyển đổi năng lượng của các PV đơn tinh thể thường đạt 20÷22% (cao hơn so với PV đa tinh thể).

Về cơ bản, các PV đơn tinh thể có công suất và hiệu suất sản xuất điện năng lớn hơn so với PV đa tinh thể (tiết kiệm được diện tích lắp đặt), nhưng giá bán của các PV đơn tinh thể luôn cao hơn đa tinh thể. Vì vậy, khi mua PV cần so sánh cụ thể.

So sánh PV đơn tinh thể với PV đa tinh thể

Từ năm 2015, công ty chuyên về điện mặt trời “Rentechno” của Ucraina đã tiến hành đánh giá so sánh giữa PV đơn tinh thể với PV đa tinh thể. Việc khảo sát so sánh được tiến hành tại trạm điện mặt trời là 10MW (ở vùng Kirovograg) trong cùng các điều kiện như: góc nghiêng của PV so với mặt đất 33 độ, biến tần Siemens PVS 2520-2,5 MW. Việc so sánh được tiến hành với việc sử dụng các tấm pin mặt trời của các nhà cung cấp được đưa vào bảng phân loại các nhà sản xuất thiết bị hàng đầu thế giới TOP-20. Kết quả nghiên cứu đã được xác nhận bằng các tính toán sử dụng phần mềm chuyên dụng và được thể hiện trong các đồ thị sau:

Đồ thị so sánh về công suất giữa PV đơn tinh thể và PV đa tinh thể.

Đồ thị so sánh về hiệu suất giữa PV đơn tinh thể và PV đa tinh thể

Các đồ thị trên cho thấy:

1/ Không phải khi nào PV đơn tinh thể cũng có năng suất và hiệu suất lớn hơn so với đa tinh thể. Kết quả so sánh các dạng PV của các nhà sản xuất khác nhau cho kết quả khác nhau. Ví dụ, đối với PV của JA Solar, dạng đơn tinh thể có hiệu suất cao hơn dạng đa tinh thể 2%. Nhưng đối với PV của Trina Solar - kết quả ngược lại, dạng đa tinh thể cao hơn đơn tinh thể 2,6%.

2/ Trung bình, sự khác biệt giữa đa tinh thể và đơn tinh thể về công suất và hiệu suất giao động không lớn, trong khoảng 0,1÷0,2%. Điều này cho thấy, các nhà sản xuất đã cố ý cường điệu hóa về hiệu suất của PV đơn tinh thể để biện minh cho chi phí sản xuất (giá bán) cao hơn (bình quân 15%) so với PV đa tinh thể.

3/ Vì vậy, nếu khi so sánh, chỉ số “giá/công suất” của PV đơn tinh thể không vượt quá 2% so với PV đa tinh thể thì mới nên chọn PV đơn tinh thể. Ngoài ra, để lựa chọn giữa “đa tinh thể” hay “đơn tinh thể” chỉ cần tính đến hiệu quả về tiết kiệm diện tích đất sử dụng.

Lựa chọn nhà sản xuất nào?

Trên thế giới, người ta đang áp dụng bảng phân loại các nhà sản xuất PV theo trình độ chế tạo thành 3 cấp (hạng) chất lượng: Tier 1 (chất lượng cao nhất), Tier 2 (chất lượng thứ hai) và Tier 3 (chất lượng thấp nhất). Giá trị của Tier 1 và Tier 3 có thể chênh lệch tới 20%. Số lượng các PV được sản xuất đạt trình độ chất lượng hạng 1 trên thế giới không nhiều. Cụ thể như sau:

Các nhà sản xuất PV Hạng1:

Các nhà sản xuất PV Hạng 1 là những thương hiệu hàng đầu có danh tiếng xuất sắc trên thị trường và sản phẩm của họ có chất lượng tuyệt vời. Đồng thời, các nhà sản xuất này phải đáp ứng các tiêu chuẩn cụ thể đặc trưng cho lớp mô - đun PV này như sau:

1/ Phải có liên kết dọc trong sản xuất. Tức là, nhà sản xuất không chỉ đơn thuần tiến hành lắp ráp các PV từ các linh kiện tổng thành và vật tư do người khác cung cấp, mà phải có đầy đủ cả chu trình sản xuất khép kín (bắt đầu từ khâu sản xuất các tế bào quang điện silicon và sản xuất các tấm PV đến cuối cùng là khâu lắp ráp). Trong đó, phải tiến hành kiểm tra chất lượng nghiêm ngặt ở tất cả các khâu.

2/ Qui trình sản xuất PV hạng 1 phải được tự động hóa cao để hạn chế đến tối thiểu các yếu tố con người có ảnh hưởng đến chất lượng. Trong đó, việc thường xuyên hoàn thiện các qui trình công nghệ phải được coi là bắt buộc để nâng cao chất lượng.

3/ Chỉ tiêu quan trọng nhất của nhà sản xuất đạt tiêu chuẩn PV hạng 1 là đã và đang chế tạo PV từ trước năm 2012 (từ sau năm 2012 đến nay, sản lượng PV trên thế giới đã “bùng nổ” và đã xuất hiện hàng nghìn nhà sản xuất mới có kinh nghiệm dưới 10 năm). Liên quan đến vấn đề này, các PV hạng 1 đều được các nhà sản xuất cam kết bảo hành 10÷15 năm.

4/ Nhà sản xuất phải có đầu tư liên tục và đáng kể cho lĩnh vực nghiên cứu và phát triển sản phẩm (R-D), có các bản quyền cụ thể, thường xuyên áp dụng các giải pháp mới trong tổ chức sản xuất và trong công nghệ.

Tính đến quí 1 năm 2017, trên thế giới có 32 nhà sản xuất và qui mô sản xuất PV hạng 1 được công nhận và liệt kê trong bảng sau:

Các nhà sản xuất PV Hạng 2:

Trên thị trường, các nhà sản xuất PV Hạng 2 chiếm tỷ trọng 8÷9%, được coi là trung gian “vàng” giữa Hạng 1 và Hạng 3 và có các đặc trưng như sau:

1/ Quá trình chế tạo đã được tự động hóa, mặc dù việc tự động hóa các qui trình sản xuất chưa phải là yếu tố chi phối như đối với sản phẩm PV Hạng 1.

2/ Có đầu tư cho R-D, nhưng với mức độ và qui mô thấp hơn nhiều so với các nhà sản xuất PV Hạng 1. Tuy nhiên, các nhà sản xuất đang tích cực áp dụng các sản phẩm R-D của chính mình để tối ưu hóa các mẫu sản phẩm hiện có và triển khai các mẫu sản phẩm mới.

3/ Các nhà sản xuất PV Hạng 2 phải có thương hiệu đã tồn tại trên thị trường 2-5 năm (tính đến năm 2017) và có tiềm năng về khoa học và tiềm năng về sản xuất để thăng hạng, nhưng hiện còn chưa có đủ phương tiện và kinh nghiệm.

Các nhà sản xuất PV Hạng 3:

Hiện trên thị trường, PV Hạng 3 chiếm khoảng 90% được chế tạo bởi rất nhiều các nhà sản xuất có các đặc trưng như sau:

1/ Các nhà sản xuất PV Hạng 3 chỉ tiến hành lắp ráp PV từ các linh kiện và modul, PV do các công ty khác chế tạo.

2/ Qui trình sản xuất chưa được tự động hóa đúng mức, phụ thuộc nhiều vào yếu tố con người - thủ công. Vì vậy, các PV cùng chủng loại nhưng khác nhau về chất lượng lắp ráp.

3/ Không có bất kỳ hoạt động R-D, thường chỉ sử dụng (đôi khi bất hợp pháp) các công nghệ và giải pháp bản quyền của người khác.

4/ Các thông số và đặc tính kỹ thuật của PV được tuyên bố không đúng với thực tế.

5/ Thị trường hiện tại đang bị quá bão hòa với PV của các nhà sản xuất này.

6/ Người sử dụng (mua) PV Hạng 3 không chắc chắn về bảo hành, có cảm giác như “chơi sổ xố”.

So sánh “tiền nào của ấy” như thế nào?

Trước khi “mở ví”, người mua cần xác định rõ hàng loạt các thông số của PV. Trước hết, chọn loại PV nào (đơn tinh thể hay đa tinh thể) không quan trọng, mà thông số quan trọng nhất là giá bán tính cho 1W công suất. Sau đó, người mua cần làm rõ các thông số sau của PV:

1/ Bảo hành. Cũng như các hàng hóa khác, thông thường người mua PV được đề xuất 2 loại bảo hành: bảo hành nhà sản xuất và bảo hành sản xuất (Manufacturer's Warranty and Production Warranty). Hiện nay, hầu hết các loại PV đều được “bảo hành sản xuất” 25 năm với hiệu suất trên 80%. Tức là, sau 25 năm, hiệu suất của PV chỉ còn 80% so với các chỉ tiêu ban đầu. Đây là “mẫu” bảo hành chung của mọi nhà sản xuất. Nhưng đối với người mua, chỉ tiêu cần làm rõ là sau 10 năm hay 15 năm đầu thì hiệu suất của PV còn “trên” 80% như thế nào?

2/ Sai số cho phép của công suất danh định. Thông số này cho biết giá trị của công suất thực có thể khác so với giá trị được ghi trong các catalog của nhà sản xuất. Các PV thông thường có sai số cho phép (ví dụ là) +5%. Các PV Hạng 1 thường có sai số rất nhỏ và chỉ có sai số dương (ví dụ là +2%). Vì vậy, các PV khi giao nhận phải được kèm theo các chứng chỉ về thử nghiệm do các phòng thí nghiệm hợp chuẩn thực hiện.

3/ Hệ số công có ích (hay hiệu suất làm việc) của PV: Chỉ số này cho biết bao nhiêu quang năng được PV chuyển hóa thành điện năng. Nếu so sánh PV dạng đơn tinh thể với PV dạng đa tinh thể thì chỉ số này khác nhau không nhiều. Nhưng nếu so sánh PV Hạng 1 với PV Hạng 3 thì chỉ số này sẽ khác nhau rất xa. Ví dụ, PV Hạng 1 có hiệu suất 19÷20,5%, nhưng PV Hạng 3 chỉ có 14%.

4/ Hệ số nhiệt độ (temperature coefficient): Hệ số này rất quan trọng và cần được tính đến. Xuất phát từ bản chất công nghệ, các PV cần nhiều ánh sáng mặt trời để sản xuất ra điện, nhưng vì thế, trong quá trình chuyển hóa quang năng thành điện năng các PV sẽ bị nóng lên do bức xạ nhiệt. Khi các tấm PV ngoài trời nắng bị nóng, công suất điện sẽ giảm đi đáng kể. Hệ số nhiệt độ cho biết khi nhiệt độ tăng lên 1 độ C thì công suất điện giảm đi bao nhiêu?.Các PV Hạng 1 và Hạng 2 thường có hệ số nhiệt bằng -0,4%. Các PV Hạng 3 có hệ số nhiệt là -0,5%.

Cần lưu ý: Các thông số của PV thường được kiểm định ở nhiệt độ 25 độ C. Trong mùa hè ở Việt Nam , nhiệt độ của PV có thể lên tới 65÷70 độ C. Như vậy, công suất của PV Hạng 3 sẽ bị giảm 10÷17,5%. Việc giảm công suất do nhiệt độ tăng rất có ảnh hưởng đến “giá điện xanh”.

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