Hiệu suất chuyển hóa năng lượng mặt trời năm 2024

Nhờ lớp phủ chống phản xạ tăng cường mà hiệu suất của tấm pin năng lượng Mặt trời có thể tăng thêm hàng chục phần trăm mà vẫn bảo đảm khả năng chống bám bụi.

Tạo màng phủ xốp đa lớp TS Nguyễn Vũ Giang, Viện Kỹ thuật Nhiệt đới, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam và cộng sự vừa thực hiện nhiệm vụ: “Nghiên cứu chế tạo màng phủ chống phản xạ cho kính tấm nhằm ứng dụng cho tấm panel pin năng lượng Mặt trời” với kết quả đánh giá xuất sắc.

TS Nguyễn Vũ Giang cho biết, pin Mặt trời đã trở thành một trong những giải pháp năng lượng tái tạo có chi phí thấp nhất và hiệu quả nhất trong việc chuyển đổi năng lượng ánh sáng thành năng lượng điện hoặc nhiệt.

Ngày nay, pin Mặt trời có nhiều ứng dụng trong các lĩnh vực như điện tử, công nghiệp, giao thông và y tế. Tuy nhiên, để khai thác tối đa công suất của pin Mặt trời, cần giải quyết một số vấn đề kỹ thuật và công nghệ, trong đó có việc chế tạo màng phủ chống phản xạ cho kính tấm bảo vệ của pin Mặt trời.

Hiệu suất pin Mặt trời là thông số cho thấy phần năng lượng Mặt trời (quang năng) chuyển đổi thành dòng điện (điện năng). Hay nói cách khác đây là tỷ lệ % giữa năng lượng điện từ và năng lượng Mặt trời. Hiệu suất pin càng cao thì sản lượng điện thực tế của hệ thống càng cao và diện tích lắp đặt càng thấp.

Hiệu suất pin Mặt trời đề cập đến phần năng lượng dưới dạng ánh sáng Mặt trời có thể được chuyển đổi thông qua quang điện thành điện năng bởi pin Mặt trời. Hiệu suất của pin Mặt trời được sử dụng trong hệ thống quang điện, kết hợp với vĩ độ và khí hậu, quyết định sản lượng năng lượng hàng năm.

Lớp màng phủ chống phản xạ có cấu trúc bề mặt kín giúp tăng khả năng truyền ánh sáng của kính tấm, giảm thiểu sự phản xạ và nâng cao hiệu suất chuyển đổi năng lượng của pin Mặt trời.

Khả năng chống bám bụi của kính bảo vệ sử dụng công nghệ chế tạo đặc biệt: Tạo lớp màng phủ xốp đa lớp, có bề mặt kín do đó làm giảm chiết suất lớp màng đáng kể.

Từ những lý do trên, nhóm các nhà khoa học của Viện Kỹ thuật nhiệt đới đã nghiên cứu thành công màng phủ kính chống phản xạ SiO2-TiO2 (Silic Dioxit và Titan Dioxit) có cấu trúc bề mặt kín dưới dạng nanocomposite của các hạt kích thước nanomet TiO2 và SiO2. Kích thước của các hạt nano SiO2 nằm trong khoảng 10-30 nm, đáp ứng các tiêu chí kỹ thuật của màng phủ kính bảo vệ pin năng lượng Mặt trời.

Hợp tác với doanh nghiệp phát triển pin Mặt trời Sau khi chế tạo thành công vật liệu, nhóm đã tiến hành đánh giá hiệu suất của tấm pin. Kết quả, ánh sáng truyền qua của kính bảo vệ pin đã tăng lên đáng kể sau khi phủ vật liệu nanocomposite SiO2-TiO2, cụ thể tăng từ 90,2% lên 97,5% tại bước sóng 550 nm, giúp tăng cường hiệu suất chuyển hóa năng lượng của pin nhưng vẫn đảm bảo yêu cầu chống bám bụi của kính.

Kính được thiết kế để tối ưu hóa việc chuyển đổi năng lượng Mặt trời đồng thời bảo vệ lâu dài khỏi các điều kiện bên ngoài. Kính siêu trong, với hàm lượng oxit sắt thấp thường được sử dụng trong các ứng dụng năng lượng Mặt trời. Kính nổi hoặc có hoa văn có thể được phủ một lớp chống phản xạ để tăng thêm hiệu suất.

Lớp phủ dẫn điện trong suốt cũng có thể được sử dụng làm chất tiếp xúc điện trong một số công nghệ cho phép ánh sáng xuyên qua vật liệu quang điện trong khi dẫn điện chung ra khỏi các mô-đun. Kính cũng có thể được cường lực để tăng sức mạnh và độ bền.

Tấm kính của tấm năng lượng Mặt trời là một trong những rào cản quan trọng bảo vệ các tế bào quang điện chống lại các tác nhân bên ngoài gây hại, chẳng hạn như nước, hơi và bụi bẩn. Tấm kính cũng cung cấp độ phản xạ thấp, độ truyền sáng cao và độ bền cao.

TS Nguyễn Vũ Giang cho biết, sản phẩm của nhiệm vụ bước đầu đã được một số doanh nghiệp sản xuất, lắp ráp pin Mặt trời trong nước quan tâm và đã ký thỏa thuận hợp tác tiếp tục phát triển ứng dụng trên dây chuyền sản xuất công nghiệp.

Nhờ thành công này mà nhóm nghiên cứu đã được cấp bằng độc quyền Giải pháp hữu ích: “Quy trình chế tạo lớp phủ chống phản xạ và nền bao gồm lớp phủ chống phản xạ”. Nhóm cũng đã đã công bố một bài báo trên tạp chí quốc tế (SCIE) Materials Letters và trên tạp chí chuyên ngành trong nước; hướng dẫn một học viên thạc sĩ đã bảo vệ luận văn tốt nghiệp đạt kết quả xuất sắc.

Độ chuyển đổi năng lượng của tấm pin năng lượng mặt trời là một thước đo quan trọng để đánh giá hiệu suất của nó. Bài viết dưới đây của Việt Nam Solar sẽ cung cấp thông tin chi tiết về công thức tính hiệu suất của tấm pin năng lượng mặt trời, cũng như các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất và các phương pháp tối ưu hóa hiệu suất.

Hiệu suất của tấm pin mặt trời là đo lượng ánh sáng mặt trời (chiếu xạ) incisively vào bề mặt của tấm và được biến đổi thành điện năng. Nhờ sự tiến bộ trong công nghệ quang điện trong những năm gần đây, hiệu suất chuyển đổi trung bình của tấm pin đã tăng từ 15% lên trên 20%. Sự tăng vọt này trong hiệu suất đã dẫn đến việc tăng công suất định mức của các tấm pin có kích thước tiêu chuẩn.

Sự hiệu quả của tấm pin mặt trời được xác định bởi hai yếu tố chính: hiệu suất tế bào quang điện (PV), dựa trên thiết kế và loại silicon của tế bào, và tổng hiệu suất của tấm pin, dựa trên bố cục, cấu hình và kích thước của tấm pin.

Khi một tấm pin được đánh giá với hiệu suất 20%, điều đó có nghĩa là 20% ánh sáng mặt trời chiếu vào bề mặt của tấm pin sẽ được chuyển đổi thành năng lượng điện sử dụng được. Điều này chỉ ra rằng tấm pin có khả năng chuyển đổi một phần khá đáng kể của năng lượng mặt trời thành điện năng, và tỷ lệ chuyển đổi này được đo bằng phần trăm hiệu suất.

Cách tính hiệu suất của tấm pin năng lượng mặt trời

Tổng hiệu suất của tấm pin năng lượng mặt trời được đo trong điều kiện thử nghiệm tiêu chuẩn (STC) được xác định dựa trên các thông số sau: nhiệt độ tế bào là 25°C, bức xạ mặt trời là 1000W/m2 và khối lượng không khí là 1,5.

Một Số Combo Điện Mặt Trời tại Việt Nam Solar

Được xếp hạng 5.00 5 sao

2.500.000.000 ₫

Được xếp hạng 5.00 5 sao

2.000.000.000 ₫

Được xếp hạng 5.00 5 sao

700.000.000 ₫

Để tính toán hiệu suất (%) của tấm pin, ta sử dụng công suất định mức tối đa (W) tại STC chia cho tổng diện tích bảng điều khiển tính bằng mét vuông.

Hiệu suất hoạt động của loại pin nào tốt hơn?

Theo thống kê, hiệu suất của tấm pin năng lượng mặt trời loại Mono thường cao hơn so với hai loại pin khác. Hiệu suất chuyển đổi của tấm pin Mono thường nằm trong khoảng 20%. Điều này bởi vì pin Mono được cấu tạo từ những phôi Silicon tinh khiết, giúp tăng hiệu suất trong quá trình hoạt động. Cấu tạo và quá trình sản xuất tấm pin Mono cũng được thực hiện một cách tỉ mỉ, đó là lý do khác biệt trong hiệu suất so với các loại pin khác.

So với tấm pin Mono, tấm pin năng lượng mặt trời loại Poly có hiệu suất thấp hơn. Điều này là do độ tinh khiết của tế bào Silicon trong tấm pin Poly thấp hơn, thường chỉ đạt hiệu suất chuyển đổi từ 15% đến 19%.

Tuy nhiên, cả hai loại pin Mono và Poly đều có những ưu điểm riêng. Tùy thuộc vào nhu cầu và yêu cầu cụ thể, người dùng có thể lựa chọn sử dụng loại pin phù hợp.

Ngoài hai loại pin trên, còn có nhiều loại pin năng lượng mặt trời khác. Ví dụ, đối với pin mặt trời màng mỏng, hiệu suất chuyển đổi thường chỉ đạt khoảng 11%. Mặc dù hiệu suất thấp, nhưng vì giá thành rẻ, pin mặt trời màng mỏng vẫn được sử dụng phổ biến.

Dưới đây là một số ví dụ về hiệu suất chuyển đổi của một số loại pin năng lượng mặt trời khác:

• Đa tinh thể: 15% đến 18%
• Đơn tinh thể: 16,5% đến 19%
• PERC đa tinh thể: 17% đến 19,5%
• PERC đơn tinh thể: 17,5% đến 20%
• Loại N đơn tinh thể: 19% đến 20,5%
• HJT loại N đơn tinh thể: 19% đến 21,7%
• IBC loại N đơn tinh thể: 20% đến 22,6%

Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất của tấm pin năng lượng mặt trời

Giới hạn hiệu suất nhiệt động lực học và giới hạn ngăn xếp vô hạn

Nếu có một nguồn nhiệt ở nhiệt độ Ts và một bộ tản nhiệt mát hơn ở nhiệt độ Tc, giá trị lý thuyết lớn nhất của tỉ số công (hoặc công suất điện) thu được trên nhiệt lượng cung cấp là 1 Tc/Ts, cho bởi một động cơ nhiệt Carnot.

Hiệu suất lý thuyết tối đa được tính là 86,8% cho một chồng vô số ô sử dụng bức xạ ánh sáng mặt trời tập trung. Tuy nhiên, khi bức xạ chỉ đến từ một khu vực trên bầu trời có kích thước bằng mặt trời, giới hạn hiệu suất giảm xuống còn 68,7%.

Hiệu suất tối ưu

Hệ thống quang điện thông thường chỉ có một điểm tiếp giáp p-n và do đó phải chịu giới hạn hiệu suất thấp hơn. Các photon có năng lượng nằm dưới vùng cấm của vật liệu hấp thụ không thể tạo ra cặp electron-lỗ trống, do đó năng lượng của chúng không được chuyển đổi thành sản lượng hữu ích và chỉ tạo ra nhiệt nếu bị hấp thụ. Đối với các photon có năng lượng nằm trên ngưỡng vùng cấm, chỉ một phần nhỏ năng lượng trên ngưỡng có thể được chuyển đổi thành đầu ra hữu ích. Khi một photon có năng lượng lớn hơn bị hấp thụ, năng lượng dư thừa trên ngưỡng vùng cấm được chuyển thành động năng của các hạt tải điện.

Hiệu suất lượng tử

Hiệu suất lượng tử đề cập đến phần trăm photon được chuyển đổi thành dòng điện (tức là hạt tải điện được thu thập) khi tế bào hoạt động trong điều kiện ngắn mạch. Hiệu suất lượng tử “bên ngoài” của pin mặt trời silicon bao gồm ảnh hưởng của các tổn thất quang học như truyền dẫn và phản xạ.

Để giảm bớt những tổn thất này, có thể thực hiện một số biện pháp. Suy hao phản xạ, có thể chiếm tới 10% tổng năng lượng điều chỉnh, có thể được giảm đáng kể bằng cách sử dụng một kỹ thuật được gọi là kết cấu, một phương pháp để bắt giữ ánh sáng và điều chỉnh đường đi của nó trong tế bào silicon.

Các phương pháp kỹ thuật nâng cao hiệu suất của tấm pin năng lượng mặt trời

Chọn dây dẫn trong suốt tối ưu

Để cho phép ánh sáng đi vào vật liệu hoạt động và thu các hạt tải điện được tạo ra, ta sử dụng màng dẫn trong suốt. Thông thường, các màng như oxit thiếc indium, polyme dẫn điện hoặc dây nano dẫn điện được sử dụng vì chúng có độ truyền cao và độ dẫn điện cao. Khi lựa chọn màng, cần đạt được sự cân bằng giữa độ truyền cao và độ dẫn điện, và điều này có thể được đạt thông qua việc tối ưu hóa mật độ dây nano dẫn điện hoặc cấu trúc mạng dẫn điện.

Thúc đẩy sự tán xạ ánh sáng trong quang phổ khả kiến

Ánh sáng khi chạm vào các đinh tán nano sẽ phản xạ theo một góc xiên so với tế bào, làm tăng đường dẫn ánh sáng qua tế bào. Điều này dẫn đến tăng số lượng photon được hấp thụ bởi tế bào và tạo ra lượng dòng điện tăng.

Các vật liệu chủ yếu được sử dụng cho các đinh tán nano bao gồm bạc, vàng và nhôm. Tuy nhiên, nhôm nên được sử dụng vì nó chỉ hấp thụ bức xạ cực tím và phản xạ ánh sáng nhìn thấy và tia hồng ngoại, từ đó giảm thiểu tổn thất năng lượng. Nhôm có thể gia tăng hiệu suất của tế bào lên đến 22%.

Làm mát bằng bức xạ

Nếu nhiệt độ của pin mặt trời tăng lên khoảng 1°C, hiệu suất của nó sẽ giảm khoảng 0,45%. Để ngăn chặn hiện tượng này, có thể phủ một lớp tinh thể silica trong suốt lên các tấm pin mặt trời. Lớp tinh thể silica này hoạt động như một bề mặt phát nhiệt đen, tức là nó bức xạ nhiệt dưới dạng tia hồng ngoại vào không gian, giúp làm mát tế bào lên đến 13°C.

Lớp phủ và kết cấu chống phản chiếu

Các lớp phủ chống phản xạ có thể làm tăng sự tương tác và tàn phá của sóng ánh sáng từ mặt trời. Nhờ đó, tất cả ánh sáng mặt trời sẽ được truyền qua và hấp thụ bởi tế bào quang điện. Kết cấu của pin mặt trời có thể được thay đổi để tạo ra bề mặt mà ánh sáng phản xạ chạm vào và giảm thiểu hiện tượng phản xạ.

Sự thụ động bề mặt phía sau

Sự thụ động bề mặt đóng vai trò quan trọng trong việc tăng hiệu suất của pin mặt trời. Để tận dụng hiệu quả hơn, nhiều pin mặt trời đã được cải tiến bằng cách sử dụng công nghệ gọi là bộ phát thụ động và các tế bào phía sau (PERC).

Vật liệu màng mỏng

Vật liệu màng mỏng đã được nhìn thấy như một lựa chọn hứa hẹn cho pin mặt trời vì nó có chi phí thấp và có khả năng tương thích với các cấu trúc và khuôn khổ hiện có trong công nghệ. Quá trình tái tổ hợp chủ đạo của các tế bào năng lượng mặt trời màng mỏng có kích thước nano, do đó, nó đóng vai trò quan trọng trong việc tăng hiệu quả của chúng. Thêm một lớp mỏng silicon dioxide thụ động có thể giảm quá trình tái tổ hợp này.

Lời kết

Hiệu suất của tấm pin năng lượng mặt trời là một yếu tố quan trọng trong việc đánh giá hiệu quả và hiệu năng của hệ thống năng lượng mặt trời. Các công nghệ và vật liệu mới đang được nghiên cứu và phát triển để cải thiện hiệu suất của pin mặt trời, nhằm tối đa hóa khả năng chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành điện năng. Sự tiến bộ trong lĩnh vực này có thể mang lại những cải tiến đáng kể trong việc tăng cường hiệu suất và giảm chi phí của các hệ thống pin năng lượng mặt trời.

Tại sao pin năng lượng mặt trời lại có hiệu suất thấp?

Mây và khói mù: Ít ánh sáng mặt trời chiếu tới các tấm pin thì sản lượng điện sẽ thấp hơn. Nhiệt độ: Nhiệt độ lý tưởng để tấm pin hoạt động bình thường là 25o Do vậy nhiệt độ càng cao thì công suất càng giảm. Bạn có thể tham khảo thêm hệ số suy hao theo nhiệt độ (Pmax) trên catalogue của dòng pin bạn đang sử dụng.

Hiệu suất pin năng lượng mặt trời là bao nhiêu?

Hiệu suất tấm pin năng lượng mặt trời liên quan đến khả năng của tấm PV chuyển đổi năng lượng với chi phí thấp và tỷ lệ cung cấp cao. Hầu hết các tấm pin mặt trời có hiệu suất từ ​​15% đến 20% , với các ngoại lệ ở hai bên.

Hiệu suất quang năng là gì?

👉 Hiệu suất chuyển đổi quang năng: Thông số này cho biết khả năng chuyển chuyển đổi quang năng thành dòng điện của tấm pin năng lượng mặt trời. Tính theo đơn vị %. Ví dụ: Ở ĐKTC, quang năng của ánh sáng mặt trời là 1000W/m².

AM1 5 là gì?

AM1. 5G là một chỉ số được sử dụng để mô tả điều kiện ánh sáng mặt trời khi thử nghiệm hiệu suất của các thiết bị năng lượng mặt trời. Chữ "AM" viết tắt của "Air Mass," và số "1.5" đại diện cho độ dày của khối khí trong không khí mà ánh sáng mặt trời phải đi qua để đến đất.