Yếu tố nào ảnh hưởng đến tuổi thọ của tấm quang điện mặt trời dân dụng?

Các yếu tố chính ảnh hưởng đến tuổi thọ của tấm quang điện

Theo NREL, sự mất mát sản lượng theo thời gian, được gọi là suy thoái, thường vào khoảng 0,5% mỗi năm. NREL cho biết tiêu chuẩn ngành về bảo hành sản xuất là 25 năm đối với mô-đun năng lượng mặt trời. Với tỷ lệ xuống cấp hàng năm là 0,5%, một tấm quang điện 20 năm tuổi có khả năng sản xuất khoảng 90% công suất ban đầu.

Chất lượng bảng điều khiển có thể ảnh hưởng đến tốc độ xuống cấp. NREL thu thập nhiều báo cáo các nhà sản xuất cao cấp như Panasonic và LG thì thấy tỷ lệ này khoảng 0,3% mỗi năm, trong khi một số thương hiệu khác lại có tỷ lệ cao tới 0,80%. Sau 25 năm, những tấm quang điện cao cấp vẫn có thể tạo ra 93% sản lượng ban đầu và trong trường hợp độ phân hủy cao hơn có thể tạo ra 82,5%.

Một phần đáng kể sự xuống cấp được cho là do một hiện tượng gọi là suy thoái do ánh sáng (Light-Induced Degradation – LID) đây là một hiện tượng xảy ra trong các tấm quang điện mặt trời. Tất cả các tế bào quang điện đều phân huỷ khi chúng tiếp xúc với ánh sáng mặt trời lần đầu tiên, nhưng không phải tất cả. PID (Potential-induced degradation – suy thoái tiềm năng) xảy ra khi điện thế và dòng điện rò của bảng điều khiển ion di chuyển trong mô-đun giữa vật liệu bán dẫn và các thành phần khác của mô-đun, như kính, giá đỡ hoặc khung. Điều này khiến công suất đầu ra nguồn của mô-đun giảm đáng kể, trong một số trường hợp.

Một số nhà sản xuất chế tạo các tấm của họ bằng vật liệu chống PID trong các tấm kính, lớp đóng gói và tấm chắn khuếch tán. Tất cả các tấm quang điện đều phải chịu một hiện tượng là suy thoái LID, và qua thử nghiệm cho thấy LID thay đổi không đồng nhất giữa các tấm quang điện dựa trên chất lượng của các tấm silicon tinh thể, nhưng thường dẫn đến giảm hiệu suất một lần, từ 1-3%.

Suy thoái do thời tiết hay còn gọi là phong hóa (Weathering) là nguyên nhân chính dẫn đến sự xuống cấp của bảng điều khiển. Nhiệt độ là yếu tố chính ảnh hưởng đến hiệu suất của bảng điều khiển theo thời gian thực cũng như sự suy giảm theo thời gian. Theo NREL, nhiệt độ xung quanh ảnh hưởng tiêu cực đến hiệu suất. Bằng cách kiểm tra bảng dữ liệu của nhà sản xuất, có thể tìm thấy hệ số nhiệt độ của bảng điều khiển, hệ số này sẽ chứng minh khả năng hoạt động của bảng điều khiển ở nhiệt độ cao hơn.

Hệ số này giải thích mức độ hiệu quả theo thời gian thực bị mất đi khi mỗi độ C tăng lên trên nhiệt độ tiêu chuẩn là 25 độ C. Ví dụ: hệ số nhiệt độ -0,353% có nghĩa, cứ mỗi độ C trên 25 độ thì sẽ mất 0,353% tổng công suất sản xuất. Trao đổi nhiệt khiến tấm nền xuống cấp thông qua một quá trình gọi là chu trình nhiệt. Khi nhiệt độ ấm, vật liệu nở ra và khi nhiệt độ giảm, chúng co lại. Chuyển động này dần dần hình thành các vết nứt nhỏ trên bảng điều khiển theo thời gian, làm giảm hiệu suất.

Trong nghiên cứu mang tên Thẻ điểm Mô-đun (Module Score Card) phân tích 36 dự án năng lượng mặt trời đang hoạt động ở Ấn Độ cho thấy những tác động đáng kể từ sự suy giảm nhiệt. Tỷ lệ xuống cấp trung bình hàng năm của các dự án đạt 1,47%, nhưng các mảng nằm ở vùng núi, lạnh hơn là 0,7%. Việc lắp đặt đúng cách có thể giúp giải quyết các vấn đề liên quan đến nhiệt. Các tấm quang điện nên được lắp đặt cách mái nhà vài in-xơ để không khí đối lưu có thể lưu chuyển bên dưới và làm mát thiết bị. Vật liệu sáng màu thường được ưu tiên sử dụng trong thi công tấm panel để hạn chế hấp thụ nhiệt.

Theo nghiên cứu của hãng CED Greentech (Mỹ) thì các thành phần như bộ biến tần và bộ kết hợp, có chức năng đặc biệt nhạy cảm với nhiệt, nên đặt ở những khu vực có bóng râm. Gió là một điều kiện thời tiết khác có thể gây hại cho các tấm pin mặt trời. Gió mạnh có thể làm các tấm bị uốn cong, gọi là tải trọng động. Điều này cũng gây ra các vết nứt nhỏ trên tấm quang điện, làm giảm sản lượng. Một số giải pháp giá đỡ được tối ưu hóa cho các khu vực có gió lớn, bảo vệ các tấm quang điện khỏi lực nâng mạnh và hạn chế các vết nứt nhỏ. Thông thường, bảng dữ liệu của nhà sản xuất sẽ cung cấp thông tin về sức gió tối đa mà tấm quang điện có thể chịu được.

Điều tương tự cũng xảy ra với tuyết, tuyết có thể che phủ các tấm quang điện khi có bão lớn hơn, hạn chế sản lượng. Tuyết cũng có thể gây ra tải trọng cơ học động, làm hỏng các tấm quang điện. Thông thường, tuyết sẽ trượt khỏi các tấm vì chúng trơn và ấm, nhưng trong một số trường hợp, chủ nhà có thể quyết định dọn tuyết khỏi các tấm. Việc này phải được thực hiện cẩn thận, vì việc làm xước bề mặt kính của tấm nền sẽ ảnh hưởng tiêu cực đến kết quả đầu ra. Việc lắp đặt đúng cách, dọn tuyết cẩn thận và vệ sinh bảng điều khiển cẩn thận có thể nâng cao sản lượng.

Làm gì để duy trì tuổi thọ cho tấm quang điện?

Để đảm bảo một tấm quang điện có thể tồn tại lâu dài và hoạt động theo đúng kế hoạch, thì trước tiên cần cần đảm bảo tiêu chuẩn chứng nhận. Tại Mỹ, các tấm quang điện phải tuân theo thử nghiệm của Ủy ban Kỹ thuật điện Quốc tế (IEC), áp dụng cho cả tấm đơn tinh thể và đa tinh thể.

EnergySage cho biết, các tấm đạt tiêu chuẩn IEC 61215 được kiểm tra các đặc tính điện như dòng rò ướt và điện trở cách điện. Phải trải qua bài kiểm tra tải trọng cơ học đối với cả gió và tuyết, đồng thời kiểm tra khí hậu để kiểm tra các điểm yếu đối với các điểm nóng, mức độ tiếp xúc với tia cực tím, độ ẩm đóng băng, nhiệt độ ẩm, tác động của mưa đá và các mức tiếp xúc ngoài trời khác.

IEC 61215 cũng xác định các số liệu hiệu suất của bảng điều khiển ở các điều kiện thử nghiệm tiêu chuẩn, bao gồm hệ số nhiệt độ, điện áp mạch hở và công suất đầu ra tối đa. Ngoài ra, thông số kỹ thuật của bảng điều khiển cũng được chứng nhận dựa trên  trên con dấu của Underwriters Laboratories (UL), cũng cung cấp các tiêu chuẩn và thử nghiệm. UL thực hiện các bài kiểm tra khí hậu và lão hóa cũng như toàn bộ các bài kiểm tra an toàn.

Ngoài ra còn phải kể đến trách nhiệm người sử dụng theo quan điểm “của bền tại người” đó là vận hành đúng quy trình, duy tu, bảo dưỡng, vệ sinh thiết bị định kỳ, đúng cách…