Những đổi mới về công nghệ mô đun PV

Điện mặt trời là công nghệ chuyển đổi năng lượng từ ánh sáng mặt trời thành điện năng với sự hỗ trợ của các tấm quang điện trong đó bao gồm các tế bào quang điện. Tế bào quang điện là thành phần bán dẫn tạo ra điện năng khi tiếp xúc với bức xạ mặt trời.

Để đảm bảo hiệu quả, các tế bào quang điện thường được nối với nhau và cán mỏng thành (hoặc đặt lên) một tấm kính để tạo ra một mô đun quang điện mặt trời được xếp lớp cơ học và được bảo vệ trước tác động của thời tiết. Các mô đun quang điện mặt trời (PV) thường có diện tích 1-2,5 m2 và có mật độ điện nằm trong dải 160-500 Watt-peak trên m2 (Wp/m2). Các tấm quang điện này có thời gian bảo hành chất lượng thông thường từ 10 đến 12 năm, và bảo hành vận hành tối thiểu là 25 năm và có tuổi thọ kỳ vọng là hơn 30-35 năm tùy theo loại tế bào quang điện và phương pháp tạo vỏ bọc.

Các mô đun quang điện mặt trời có đặc điểm phụ thuộc vào loại vật liệu hấp thụ được sử dụng:

Silicon tinh thể (c-Si): là vật liệu chất nền được sử dụng phổ biến nhất, làm từ silicon tinh khiết đúc trong khuôn tạo thành phiến mỏng silicon đơn tinh thể hoặc đa tinh thể. Hiện nay hơn 95% các mô đun quang điện mặt trời ở dưới dạng các phiến mỏng bao gồm loại đa tinh thể và đơn tinh thể. Nền tảng công nghệ này dự kiến sẽ thống trị thị trường thế giới trong nhiều thập kỷ do những ưu điểm nổi bật về chi phí và hiệu suất hoạt động.

Công nghệ phát quang tự động (Passivated Emitter and Rear Cell – PERC): đây là một cải tiến gần đây trong công nghệ điện mặt trời trong đó cấu trúc tế bào silicon đơn tinh thể được điều chỉnh để có lớp thụ động hóa ở mặt sau của các tế bào. Lớp bổ sung này cho phép bức xạ mặt trời không bị hấp thụ có thể phản chiếu và tấm quang điện có thể hấp thụ bức xạ mặt trời lần thứ hai. Lớp bổ sung này giúp cải thiện hiệu suất và giảm tình trạng làm nóng tấm quang điện.

Tấm quang điện mặt trời xếp tiếp đôi/lai ghép: Tấm quang điện mặt trời xếp tiếp đôi (Tandem) là các lớp tế bào năng lượng mặt trời được xếp chồng tế bào này trên tế bào khác, mỗi lớp chuyển đổi dải ánh sáng mặt trời cụ thể sang điện năng, ánh sáng còn lại sẽ được hấp thụ và chuyển thành điện năng ở tế bào dưới cùng.

Tấm quang điện mặt trời màng mỏng: trong đó bộ hấp thụ có thể là một lớp vô định hình/vi kết tinh silicon (a-Si/μc-Si), Cadmium telluride (CdTe) hoặc đồng Indium Gallium (di) Selenide (CIGS). Những vật liệu bán dẫn này được đặt trên bề mặt kính của mô đun pin mặt trời trong một lớp mỏng kích thước một micromet. Những mô đun quang điện màng mỏng gắn đôi hoặc gắn ba là các sản phẩm hiện đang có sẵn trên thị trường. Trong những mô đun quang điện này nhiều lớp được đặt chồng lên nhau để tăng hiệu suất.

Tấm quang điện mặt trời nguyên khối III-V: được làm từ các các hợp chất bao gồm các chất trong nhóm III và nhóm V (Ga, As, In và P), thường được phủ lên chất nền Ge. Những vật liệu này có thể được dùng để chế tạo các tấm quang điện mặt trời đa kết nối hiệu suất cao chủ yếu sử dụng cho các ứng dụng trong ngành vũ trụ hoặc trong các hệ thống điện mặt trời tập trung (CPV).

Tấm quang điện mặt trời vật liệu Perovskite: về nguyên lý là một tế bào quang điện nhạy cảm chất màu được phủ muối kim loại hữu cơ là vật liệu hấp thụ. Perovskite cũng có thể được sử dụng làm chất hấp thụ trong các tấm quang điện mặt trời (lai ghép) hữu cơ/polyme biến đổi. Tiềm năng áp dụng tấm quang điện mặt trời perovskite nhiều lớp, mở ra nhiều cơ hội đầu tư hấp dẫn.

Một trong những xu hướng mới trong lĩnh vực điện mặt trời là những giải pháp đổi mới về công nghệ mô đun PV

Tấm quang điện mặt trời hai mặt: Tấm quang điện mặt trời hai mặt có thể tạo ra điện năng không chỉ từ ánh nắng mặt trời chiếu trực tiếp vào mặt trên mà còn từ ánh nắng mặt trời phản xạ nhận được ở mặt sau. Công nghệ này được phát triển nhờ cấu trúc pin PERC. Cơ chế vận hành hai mặt với PERC có thể tăng hiệu suất tế bào 5-20%. Những cải tiến của tấm quang điện này được thực hiện nhanh chóng.

Nhiều thanh cái: Thanh cái là những dải kim loại mỏng ở mặt trước và mặt sau của tấm quang điện hỗ trợ truyền dẫn dòng điện một chiều. Trong khi các thiết kế cũ chỉ có 2 thanh cái trên tấm quang điện mặt trời, những tiến bộ gần đây cho phép lắp đặt từ 3 thanh cái trở lên trên tấm quang điện mặt trời, với kích thước mỏng hơn. Điều này giúp tăng hiệu suất, giảm tổn thất điện trở và giảm tổng chi phí.

Tấm lợp năng lượng mặt trời: Giải pháp hướng tới thiết kế các tấm quang điện trông giống như vật liệu lợp thông thường đồng thời vẫn có thể sản xuất đủ điện.

Ngoài các mô đun quang điện mặt trời, hệ thống điện mặt trời nối lưới cũng bao gồm cả hệ thống cân bằng (BOS) gồm hệ thống lắp ráp, (các) bộ chuyển đổi điện từ dòng điện một chiều sang dòng điện xoay chiều, cáp, các hộp nối, các bộ tối ưu, thiết bị giám sát/theo dõi; đối với các nhà máy điện mặt trời quy mô lớn còn bao gồm cả (các) máy biến áp. Mô đun quang điện mặt trời đã chiếm gần 50% tổng chi phí của cả hệ thống (và tỷ trọng này đang giảm nhanh), các bộ chuyển đổi điện chiếm khoảng 5-10%.

Các nhà máy điện mặt trời có thể được lắp đặt ở cấp truyền tải hoặc phân phối (điện mặt trời quy mô lớn), hoặc có thể đáp ứng nhu cầu tiêu thụ điện cục bộ (điện mặt trời phân tán và không nối lưới). Hầu hết các hệ thống lắp đặt tấm quang điện mặt trời hiện nay có quy mô lớn, nhưng thị phần của điện mặt trời phân tán và không nối lưới (điện mặt trời mái nhà và công nghiệp) đang tăng lên.