Tấm pin năng lượng mặt trời bị che bóng là tình trạng thường gặp trong quá trình vận hành hệ thống điện mặt trời. Bóng cây, ống khói, bồn nước, nhà cao tầng hoặc bụi bẩn tích tụ trên bề mặt đều có thể làm giảm lượng ánh sáng mà tấm pin hấp thụ, từ đó ảnh hưởng đến công suất phát điện. Vậy hiện tượng che bóng tác động đến dòng điện, hiệu suất và tuổi thọ hệ thống như thế nào? Làm sao để hạn chế tổn thất điện năng? Hãy cùng Global Energy tìm hiểu chi tiết trong bài viết dưới đây.
1. Tấm pin năng lượng mặt trời bị che bóng là gì?
Tấm pin năng lượng mặt trời bị che bóng là tình trạng một phần hoặc toàn bộ bề mặt tế bào quang điện không nhận đủ ánh sáng mặt trời do vật cản bên ngoài. Khi đó, khả năng chuyển đổi quang năng thành điện năng của khu vực bị che phủ sẽ suy giảm.
Trong điều kiện bình thường, các tế bào quang điện hấp thụ ánh sáng và tạo ra dòng điện một chiều (DC). Khi một số tế bào bị che bóng, dòng điện và công suất đầu ra có thể giảm tùy thuộc vào vị trí, diện tích che phủ, cấu trúc tấm pin và cách các tấm pin được kết nối trong hệ thống.
Một số nguyên nhân gây che bóng thường gặp gồm:
Bóng cây: Cành cây, tán lá phát triển theo thời gian và che phủ một phần tấm pin.
Ống khói, bồn nước và thiết bị trên mái: Các vật thể nhô cao tạo bóng đổ lên bề mặt pin vào những thời điểm nhất định trong ngày.
Nhà cao tầng hoặc công trình lân cận: Làm giảm thời gian nhận nắng trực tiếp của hệ thống.
Bụi bẩn, lá khô và phân chim: Tạo lớp che phủ cục bộ, cản trở ánh sáng đến tế bào quang điện.
Bố trí tấm pin chưa hợp lý: Khoảng cách giữa các hàng pin không phù hợp có thể khiến hàng phía trước tạo bóng lên hàng phía sau.
Để hạn chế tình trạng này, cần khảo sát vị trí lắp đặt, xác định hướng nắng và đánh giá các vật cản trước khi thiết kế hệ thống điện mặt trời.
2. Tấm pin năng lượng mặt trời bị che bóng ảnh hưởng đến hiệu suất như thế nào?
Che bóng không chỉ làm giảm lượng ánh sáng tiếp nhận mà còn có thể ảnh hưởng đến đặc tính điện của tấm pin. Mức độ tổn thất thực tế phụ thuộc vào nhiều yếu tố, do đó không thể chỉ dựa vào tỷ lệ diện tích bị che để xác định chính xác lượng điện năng bị mất.
2.1. Làm giảm dòng điện đầu ra
Dòng điện do tế bào quang điện tạo ra phụ thuộc đáng kể vào cường độ ánh sáng chiếu tới. Khi một phần tế bào bị che bóng, dòng điện mà khu vực đó có thể tạo ra sẽ giảm.
Đối với các tế bào được mắc nối tiếp, dòng điện của nhánh có thể bị giới hạn bởi tế bào hoặc nhóm tế bào bị che bóng. Vì vậy, chỉ một vùng che phủ nhỏ cũng có thể gây ảnh hưởng lớn hơn tỷ lệ diện tích bị che, tùy theo cấu trúc mạch điện và vị trí bóng đổ.
Đây là lý do cần tránh để bóng của ống khói, thanh đỡ hoặc cành cây rơi lên những khu vực quan trọng của tấm pin trong thời gian dài.
2.2. Làm giảm công suất phát điện
Công suất điện được xác định theo công thức:
P = U × I
Trong đó:
- P: Công suất điện (W).
- U: Điện áp (V).
- I: Dòng điện (A).
Khi che bóng làm giảm dòng điện hoặc thay đổi điểm làm việc của tấm pin, công suất phát điện cũng có thể suy giảm. Nếu hiện tượng xảy ra trong nhiều giờ mỗi ngày, tổng sản lượng điện bị mất trong ngày, tháng hoặc năm có thể đáng kể.
Ví dụ, một hệ thống có công suất danh định 10 kWp không đồng nghĩa lúc nào cũng phát ra 10 kW. Công suất thực tế còn phụ thuộc vào cường độ bức xạ, nhiệt độ, góc lắp đặt, tổn thất điện và tình trạng che bóng.
Do đó, việc khảo sát bóng đổ theo các thời điểm trong ngày là bước quan trọng khi thiết kế hệ thống điện mặt trời.
2.3. Có thể làm phát sinh điểm nóng (Hot Spot)
Khi một tế bào quang điện bị che bóng trong khi các tế bào khác vẫn tạo ra dòng điện, tế bào bị che có thể phải chịu phân cực ngược và tiêu tán năng lượng dưới dạng nhiệt. Trong điều kiện bất lợi, hiện tượng này có thể tạo ra điểm nóng (Hot Spot).
Nếu tình trạng kéo dài hoặc xảy ra nghiêm trọng, điểm nóng có thể gây hư hại tế bào, lớp vật liệu đóng gói hoặc các thành phần khác của tấm pin.
Các tấm pin thường được trang bị diode bypass để giảm tác động của che bóng đối với những nhóm tế bào nhất định. Tuy nhiên, diode bypass không loại bỏ hoàn toàn tổn thất công suất và cũng không bảo đảm mọi trường hợp che bóng đều không gây hư hại.
Vì vậy, cần lựa chọn sản phẩm có thiết kế phù hợp, lắp đặt đúng hướng dẫn và kiểm tra hệ thống khi phát hiện dấu hiệu bất thường.
2.4. Làm giảm sản lượng điện của toàn hệ thống
Ảnh hưởng của che bóng còn phụ thuộc vào cách các tấm pin được kết nối với nhau.
Trong hệ thống có nhiều tấm pin mắc nối tiếp thành chuỗi (string), đặc tính điện của các tấm pin có thể ảnh hưởng lẫn nhau. Nếu một tấm pin hoặc một nhóm tế bào bị che bóng, sản lượng của chuỗi có thể giảm.
Với hệ thống sử dụng nhiều MPPT, các chuỗi pin có thể được bố trí trên những bộ theo dõi điểm công suất cực đại riêng biệt nhằm phù hợp với các điều kiện vận hành khác nhau. Tuy nhiên, hiệu quả phụ thuộc vào cách thiết kế và đấu nối thực tế.
Đối với mái nhà có nhiều hướng hoặc có bóng đổ không đồng đều, kỹ sư cần cân nhắc cách phân chia chuỗi, cấu hình MPPT và giải pháp tối ưu hóa công suất nếu cần thiết.
3. Những yếu tố quyết định mức độ ảnh hưởng của bóng râm
Không phải mọi trường hợp che bóng đều gây ra mức tổn thất giống nhau. Một số yếu tố kỹ thuật cần được xem xét gồm:
3.1. Vị trí và diện tích che bóng
Bóng đổ ở mép tấm pin, giữa tấm pin hoặc cắt ngang các nhóm tế bào có thể tạo ra ảnh hưởng khác nhau. Vì vậy, không nên chỉ đánh giá rủi ro bằng phần trăm diện tích bị che phủ.
3.2. Thời gian bị che bóng trong ngày
Một vật cản có thể chỉ tạo bóng vào sáng sớm hoặc chiều muộn, nhưng cũng có thể che pin trong nhiều giờ quanh thời điểm bức xạ cao.
Khảo sát đường đi của mặt trời theo mùa giúp xác định thời gian và vị trí bóng đổ để lựa chọn phương án bố trí phù hợp.
3.3. Cấu trúc tế bào và diode bypass
Thiết kế mạch điện của tấm pin, cách chia nhóm tế bào và vị trí diode bypass ảnh hưởng đến phản ứng của tấm pin khi bị che bóng. Do đó, cần tham khảo sơ đồ và tài liệu kỹ thuật của đúng model sản phẩm thay vì áp dụng một kết luận chung cho mọi loại pin.
3.4. Cấu hình biến tần và hệ thống điện
Số lượng MPPT, cách đấu chuỗi và khả năng theo dõi điểm công suất cực đại cũng ảnh hưởng đến mức độ tổn thất do che bóng.
Giải pháp phù hợp cần được lựa chọn dựa trên thiết kế tổng thể của hệ thống, không chỉ dựa vào công suất danh định của tấm pin.
4. Cách hạn chế ảnh hưởng của che bóng đến hệ thống điện mặt trời
Để giảm tổn thất sản lượng và nâng cao hiệu quả vận hành, chủ đầu tư và đơn vị thi công có thể áp dụng các biện pháp sau.
4.1. Khảo sát bóng đổ trước khi lắp đặt
Trước khi thi công, cần xác định vị trí cây xanh, bồn nước, ống khói, nhà cao tầng và những vật thể có khả năng tạo bóng. Nên đánh giá điều kiện chiếu sáng ở nhiều thời điểm trong ngày và cân nhắc sự thay đổi theo mùa.
Đây là cơ sở để xác định khu vực lắp đặt, hướng pin, góc nghiêng và khoảng cách giữa các hàng pin.
4.2. Bố trí tấm pin hợp lý
Ưu tiên những khu vực có thời gian nhận nắng tốt, hạn chế đặt tấm pin tại vùng thường xuyên bị che phủ. Với hệ thống có nhiều vùng mái khác hướng hoặc điều kiện chiếu sáng khác nhau, cần tính toán cách bố trí chuỗi phù hợp.
Không nên tự ý thay đổi sơ đồ đấu nối nếu chưa kiểm tra giới hạn điện áp, dòng điện và yêu cầu của nhà sản xuất biến tần.
4.3. Lựa chọn biến tần và phương án tối ưu hóa phù hợp
Trong những hệ thống có bóng đổ cục bộ, kỹ sư có thể cân nhắc biến tần có nhiều MPPT hoặc thiết bị tối ưu hóa công suất ở cấp tấm pin khi điều kiện thực tế cho thấy giải pháp này phù hợp.
Tuy nhiên, nhiều MPPT không đồng nghĩa mọi tấm pin đều hoạt động độc lập. Hiệu quả phụ thuộc vào cách các tấm pin được chia chuỗi, cách đấu nối và khả năng tương thích của thiết bị.
4.4. Vệ sinh tấm pin định kỳ
Bụi bẩn, lá cây và phân chim có thể làm giảm lượng ánh sáng tới tế bào quang điện. Cần kiểm tra tình trạng bề mặt và vệ sinh khi cần thiết theo hướng dẫn của nhà sản xuất.
Khi vệ sinh, nên tuân thủ quy trình an toàn điện, tránh dùng vật liệu gây trầy xước hoặc hóa chất không phù hợp. Nếu phát hiện vết nứt, đổi màu hoặc dấu hiệu hư hại, nên liên hệ đơn vị kỹ thuật để kiểm tra.
4.5. Theo dõi sản lượng điện thường xuyên
Theo dõi dữ liệu từ biến tần giúp phát hiện sự suy giảm sản lượng bất thường. Nếu sản lượng giảm trong khi điều kiện thời tiết tương tự, cần kiểm tra các nguyên nhân như bóng đổ mới xuất hiện, bụi bẩn, lỗi kết nối hoặc sự cố thiết bị.
Không nên kết luận ngay rằng tấm pin bị lỗi chỉ dựa vào sản lượng thấp, bởi nhiều yếu tố môi trường và vận hành cũng có thể gây ra hiện tượng này.
5. Tấm pin Jinko Solar có loại bỏ hoàn toàn ảnh hưởng của che bóng không?
Jinko Solar là thương hiệu tấm pin năng lượng mặt trời được Global Energy cung cấp tại thị trường Việt Nam. Khi lựa chọn tấm pin cho hệ thống, khách hàng nên xem xét đồng thời công suất danh định, hiệu suất chuyển đổi, thông số điện, cấu trúc tế bào và tài liệu kỹ thuật của từng model.
Cần lưu ý rằng không có cơ sở để khẳng định một tấm pin có thể loại bỏ hoàn toàn tổn thất do che bóng. Mức độ ảnh hưởng phụ thuộc vào thiết kế sản phẩm, điều kiện lắp đặt và cấu hình toàn hệ thống.
Để lựa chọn phù hợp, khách hàng nên:
- Kiểm tra thông số kỹ thuật và sơ đồ diode bypass của model dự kiến sử dụng.
- Đánh giá điều kiện mái và nguy cơ bóng đổ trước khi thi công.
- Lựa chọn biến tần tương thích với công suất, điện áp và dòng điện của chuỗi pin.
- Tính toán phương án bố trí tấm pin nhằm hạn chế vùng che bóng kéo dài.
Global Energy cung cấp tấm pin Jinko Solar và hỗ trợ khách hàng tham khảo lựa chọn thiết bị theo nhu cầu dự án. Việc đánh giá đúng điều kiện lắp đặt ngay từ đầu giúp hệ thống vận hành phù hợp hơn và hạn chế những tổn thất điện năng không cần thiết.
6. Câu hỏi thường gặp về tấm pin năng lượng mặt trời bị che bóng
Tấm pin năng lượng mặt trời bị che bóng một phần có phát điện không?
Có. Tấm pin vẫn có thể phát điện nếu còn nhận được ánh sáng, nhưng công suất đầu ra có thể giảm. Mức giảm phụ thuộc vào vị trí che bóng, cấu trúc tế bào, diode bypass và cách kết nối các tấm pin trong hệ thống.
Che bóng 10% diện tích tấm pin có làm giảm 10% công suất không?
Không nhất thiết. Tổn thất công suất không phải lúc nào cũng tỷ lệ thuận với diện tích bị che. Một vùng che nhỏ nhưng nằm ở vị trí ảnh hưởng đến dòng điện của nhóm tế bào có thể gây tổn thất lớn hơn dự kiến.
Bóng cây có ảnh hưởng đến tuổi thọ tấm pin không?
Bóng cây chủ yếu làm giảm sản lượng điện. Tuy nhiên, nếu che bóng cục bộ kéo dài và tạo điều kiện hình thành điểm nóng, tế bào quang điện có thể bị ảnh hưởng. Cần kiểm soát bóng đổ và kiểm tra hệ thống khi có dấu hiệu bất thường.
Có nên lắp pin mặt trời ở khu vực thường xuyên có bóng râm không?
Cần khảo sát kỹ trước khi quyết định. Nếu bóng râm kéo dài, chủ đầu tư nên xem xét vị trí khác hoặc đánh giá phương án thiết kế phù hợp. Thiết bị tối ưu hóa công suất có thể hỗ trợ trong một số trường hợp nhưng không thể thay thế hoàn toàn việc hạn chế bóng đổ.
Làm thế nào để biết tấm pin đang bị giảm hiệu suất do che bóng?
Có thể kết hợp quan sát thực tế, kiểm tra bóng đổ trên mái và theo dõi dữ liệu sản lượng từ biến tần. Để xác định nguyên nhân chính xác, kỹ thuật viên có thể cần kiểm tra chuỗi pin, các kết nối và thông số vận hành.
7. Kết luận
Tấm pin năng lượng mặt trời bị che bóng có thể bị giảm dòng điện, công suất phát điện và sản lượng điện tổng thể. Trong một số điều kiện bất lợi, che bóng cục bộ còn có thể làm phát sinh điểm nóng và ảnh hưởng đến độ bền của tấm pin.
Để hạn chế những vấn đề này, cần khảo sát bóng đổ trước khi thi công, bố trí tấm pin hợp lý, lựa chọn cấu hình biến tần phù hợp và theo dõi sản lượng trong quá trình vận hành.
Nếu đang tìm kiếm tấm pin năng lượng mặt trời Jinko Solar cho công trình dân dụng hoặc dự án thương mại, khách hàng có thể liên hệ Global Energy để tham khảo sản phẩm và nhận tư vấn lựa chọn thiết bị phù hợp với nhu cầu sử dụng.
Global Energy – Đồng hành cùng giải pháp năng lượng mặt trời hiệu quả và bền vững.
