Liệu tấm pin mặt trời có tạo ra điện trong bóng râm?

Các tấm pin năng lượng chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành điện thông qua một hiện tượng gọi là hiệu ứng quang điện. Hiện tượng này về cơ bản gồm các hạt nhỏ chứa trong ánh sáng mặt trời được gọi là hạt photon tác động lên bề mặt và giải phóng các electron, sau đó các electron chuyển động tự do và tạo ra dòng điện.

Tuy nhiên, khi ánh sáng mặt trời bị giảm bởi một phần bóng râm (do cây cối, các vật thể che khuất) thì các tấm pin năng lượng có thể tiếp tục hoạt động hay không để tạo ra điện?

Để có thể trả lời cho câu hỏi này, chúng ta phải đi vào phân tích sâu hơn về tác động của bóng râm đối với hệ thống PV, các bộ phận của tấm pin và chúng hoạt động như thế nào khi có bóng râm.

Bóng râm và bức xạ mặt trời

Bức xạ mặt trời thường được mô tả với 2 thành phần chính. Đầu tiên là Chiếu xạ trực tiếp (DNI) là lượng ánh sáng chiếu trực diện vuông góc với bề mặt môi trường và vật thể mà nó chiếu đến. Nói cách khác, đây là nguồn bức xạ lớn và tác động trực tiếp lên các tấm

Thành phần thứ hai là bức xạ khuếch tán (DHI), là nguồn bức xạ trong không khí với nhiều hướng khác nhau, các hạt photon bị phản xạ lại bởi các vật thể trong tự nhiên như núi, các đám mây, hồ nước…trước khi tiếp xúc với các tấm pin mặt trời.

Liệu tấm pin mặt trời có tạo ra điện trong bóng râm 1

Bóng râm được phân làm 2 loại chính là bóng râm xa và bóng râm gần.

Bóng râm xa đề cập đến sự tổn thất bức xạ mặt trời do các vật thể lớn ở xa gây ra như núi, mây, các toà nhà cao tần…loại bóng râm này ảnh hưởng đến tổn thất về nguồn bức xạ DHI.

Bóng râm gần được tạo ra do các vật thể ở gần sát với các tấm pin như cây cối, tường nhà, ống khói, ăng-ten, tuyết, phân chim…loại bóng râm này ảnh hưởng trực tiếp đến tổn thất về bức xạ DNI và cần phải đặc biệt lưu ý nếu không muốn bị giảm sản lượng điện đáng kể.

Vào những ngày nhiều mây các tấm PV vẫn sản xuất điện chứ?

Câu trả lời ngắn gọn cho câu hỏi này là “

Mây làm giảm lượng ánh sáng mặt trời và chúng đặc biệt làm giảm các thành phần bức xạ mặt trời trực tiếp. Dựa trên các khái niệm mà tôi đã trình bày ở trên, thì mây sẽ giảm hoàn toàn lượng DNI chiếu vào

Liệu tấm pin mặt trời có tạo ra điện trong bóng râm 2

Tuy nhiên, một điều chúng ta dễ dàng nhận thấy là mặc dù vào ngày trời nhiều mây nhưng chúng ta vẫn trông thấy ánh sáng mặt trời phải không?

Đó là bởi vì vẫn có sự hiện diện của thành phần bức xạ DHI vào những ngày nhiều mây. Do đó, các mảng pin mặt trời của bạn sẽ vẫn sản xuất ra điện bằng các hấp thụ các bức xạ DHI đó. Tuy nhiên, một điều chắc chắn là sản lượng điện tạo ra sẽ ít hơn so với những ngày nắng.

Ảnh hưởng của bóng râm gần đối với pin năng lượng mặt trời

Một khi có bất kì vật thể nào tạo ra các bóng râm trên bề mặt đều sẽ làm giảm công suất đầu ra của toàn bộ chuỗi (tập hợp các tấm pin nối tiếp nhau và cùng một đầu vào trên biến tần) vì vật cản sẽ làm giảm đi diện tích bề mặt tiếp xúc với ánh nắng mặt trời.

Đồng thời, nếu một tấm pin bị bóng râm che khuất 1 phần nào đó thì cường độ dòng điện chạy qua đó sẽ bị giảm. Nếu bạn lắp đặt hệ thống năng lượng mặt trời với bộ biến tần chuỗi thì khi một tấm pin trong 1 chuỗi cụ thể bị giảm công suất do bóng râm thì toàn bộ các tấm pin khác trong chuỗi cũng sẽ bị giảm theo một lượng tương tự. Qua đó có thể thấy được ảnh hưởng của bóng râm tác động tiêu cực đến như thế nào đến hệ thống điện mặt trời của bạn.

Giải pháp sử dụng Micro-Inverters để giảm thiểu tác động của bóng râm đối với hệ thống điện mặt trời

Để giải quyết những ảnh hưởng không thể tránh khỏi từ bóng râm, ngành công nghiệp năng lượng mặt trời đã đưa ra một vài giải pháp thông minh sau:

Điốt nối tắt (Bypass diode)

Để tối đa hoá sản lượng điện đầu ra khi có sự hiện diện của bóng râm, các nhà sản xuất pin mặt trời đã quyết định sử dụng diode nối tắt ở trong hộp nối (phía sau tấm mô-đun). Điốt nối tắt là thiết bị dẫn dòng điện được sản xuất ra đi qua chuỗi tế bào quang điện mà không giảm sản lượng do ảnh hưởng từ việc các tấm pin khác bị lỗi hoặc bị che chắn do bóng râm.

Liệu tấm pin mặt trời có tạo ra điện trong bóng râm 3

Theo cách đó, bất cứ khi nào một góc hoặc một phần bị che khuất, diode nối tắt tương ứng sẽ chặn việc sản xuất của các tế bào trong khu vực đó và nó vẫn sẽ cho phép sản xuất điện từ các diode nối tắt khác.

Mặt khác, nếu một tấm pin trong chuỗi bị bóng râm che khuất một phần thì điốt nối tắt sẽ hoạt động để cho phép dòng điện luân chuyển từ các mô-đun khác đi qua với dòng điện tối đa mà chúng có thể sản xuất. Hơn nữa, điốt nối tắt cũng giúp tránh xuất hiện các điểm nóng có thể làm hỏng nghiêm trọng đến các bảng.

Đi-ốt nối tắt giúp giảm thiểu tổn thất do bóng râm gây ra cho hệ thống nhưng vẫn phải nhắc lại là chúng chỉ hỗ trợ giảm thiểu một phần nào đó chứ hiệu suất vẫn không thể bằng với việc loại bỏ được các bóng râm này.

Đó là lý do vì sao trước khi lắp đặt hệ thống điện năng lượng mặt trời bạn phải nên chú ý và thiết kế sao cho giảm thiểu tối đa ảnh hưởng của bóng râm. Mức tổn thất do bóng râm khuyến nghị không nên quá 10% tổng sản lượng điện mỗi năm.

Micro-Inverters

Micro-Inverters hay còn gọi là biến tần vi mô. Loại biến tần này sẽ tích hợp riêng biệt với từng tấm pin theo tỷ lệ 1:1. Với việc mỗi tấm pin sẽ được kết nối riêng với một biến tần vi mô của nó sẽ cho phép chúng hoạt động độc lập, nó sẽ bị giảm năng suất do lỗi hoặc bóng râm sẽ không hề ảnh hưởng đến các tấm khác.

Trên đây là toàn bộ thông tin giải thích khá chi tiết cho câu hỏi về hoạt động của các tấm pin mặt trời dưới bóng râm cũng như một số giải pháp thông minh để khắc phục điểm yếu này, hi vọng sẽ có ích với các Quý độc giả.