Ảnh hưởng của bóng râm trên hệ thống pin năng lượng mặt trời

 

Khi xem xét một vị trí cho một hệ thống năng lượng mặt trời, một trong những yếu tố quan trọng nhất cần nghĩ đến là bóng râm. Vì cần có ánh sáng mặt trời trực tiếp để các tấm pin năng lượng mặt trời sản xuất điện, nên bóng râm là kẻ thù lớn nhất ảnh hưởng đến khả năng sản xuất điện của toàn hệ thống.

Tác động tiêu cực đáng kể nhất đến sản xuất điện năng lượng mặt trời là bóng râm. Ngay cả khi chỉ có một lượng tối thiểu hệ thống bị che trong bóng râm, ảnh hưởng đến hiệu suất của toàn bộ hệ thống điện năng lượng mặt trời của bạn có thể có tác động đáng kể.

Tùy thuộc vào các trường hợp cụ thể, ngay cả khi chỉ có 1% tấm pin năng lượng mặt trời ở trong bóng râm cũng có thể mất 50 – 80% sản lượng điện từ toàn bộ hệ thống năng lượng mặt trời của bạn, nên cần cải thiện vấn đề này. 

 Trong hầu hết các trường hợp, hệ thống quang điện mặt trời (PV) cho gia đình và doanh nghiệp bao gồm các tấm pin năng lượng mặt trời (tập hợp được gọi là ‘mảng’) và một bộ biến tần. Các tấm pin đón ánh sáng mặt trời và chuyển nó thành điện một chiều (dòng điện một chiều), và sau đó, bộ biến tần sẽ chuyển điện một chiều thành điện xoay chiều (dòng điện xoay chiều) để hòa lưới và tương thích với thiết bị.

 

Hầu hết các hệ thống quy mô cho gia đình và doanh nghiệp nhỏ sẽ bao gồm từ 6 đến khoảng 30 tấm, mặc dù ‘kích thước’ của hệ thống thường được gọi bằng công suất của nó (tính bằng kilowatt – ví dụ 5kW). Vì các lý do kỹ thuật liên quan đến yêu cầu điện áp inverter của hệ thống, các mảng năng lượng mặt trời thường được chia thành ‘chuỗi’ các tấm pin. Hệ thống nhỏ có thể chỉ có 1 chuỗi, trong khi hệ thống lớn có thể có nhiều chuỗi khác. Một chuỗi có thể chỉ bao gồm một tấm, nhưng thông thường thì chúng có nhiều hơn.

Bạn có thể nghĩ một chuỗi các tấm pin năng lượng mặt trời giống như một đoạn ống, và năng lượng mặt trời giống như nước chảy qua đường ống đó. Trong các chuỗi pin năng lượng mặt trời thông thường, bóng râm là thứ ngăn dòng chảy. Ví dụ: nếu bóng từ một cái cây hoặc một ống khói được đổ lên chỉ một trong các tấm pin năng lượng mặt trời trong chuỗi, sản lượng của toàn bộ chuỗi sẽ giảm xuống gần như bằng không miễn là bóng nằm ở đó. Tuy nhiên, nếu có một chuỗi riêng biệt, chuỗi này sẽ tiếp tục tạo ra năng lượng như bình thường.

Trong những trường hợp cực đoan, bóng không nhất thiết phải đổ trên toàn bộ hệ thống – tùy thuộc vào công nghệ được sử dụng trong pin mặt trời được đề cập, bóng của thậm chí chỉ một cell cũng có thể ảnh hưởng đầu ra của tấm pin và đến lượt toàn bộ chuỗi. Tuy nhiên, nhiều loại tấm pin hiện đại được trang bị các thiết bị gọi là điốt by pass giúp giảm thiểu tác động của việc che bóng một phần bằng cách cho phép dòng điện ‘chạy xung quanh’ các cell, hay công nghệ Half Cell cũng giúp hạn chế 1 phần bóng râm che.

 

 

Hình ảnh cho thấy sự khác biệt về sản lượng từ pin năng lượng mặt trời có bóng mờ và không bóng mờ 

Che bóng, thường gây ra do mây, các vật cản môi trường như cây cối hoặc các tòa nhà gần đó, tự che bóng giữa các tấm theo hàng song song, bụi bẩn và các loại rác khác như phân chim, v.v. Những hiệu ứng che bóng này là tĩnh do kết quả vị trí của vật cản hoặc trong một số trường hợp là động, chẳng hạn như bóng đổ bởi những đám mây chuyển động. 

 Có. Dây điện và cây cối có thể ảnh hưởng xấu đến việc sản xuất của hệ thống tùy thuộc vào thời gian trong ngày mà chúng tạo bóng râm. Ngay cả khi nó chỉ che bóng một phần lên các tấm pin năng lượng mặt trời, nó có thể loại bỏ hoàn toàn việc sản xuất điện từ tấm pin đó, vì các cell trong tấm pin được kết nối với nhau. 

Vì sản xuất điện từ các tấm pin năng lượng mặt trời cung cấp dòng doanh thu để thanh toán lại, bóng râm sẽ ảnh hưởng đến thời gian hoàn vốn hệ thống của bạn. Ví dụ: nếu chuỗi, mảng của bạn bị ảnh hưởng bởi bóng râm 30%, thời gian hoàn vốn của bạn sẽ được kéo dài tương ứng. 

Mặc dù hiệu suất và do đó lợi tức đầu tư (ROI) từ hệ thống điện năng lượng mặt trời có thể bị ảnh hưởng nghiêm trọng bởi việc che bóng – đặc biệt là việc che bóng xảy ra thường xuyên do một vật thể đổ bóng vào cùng một thời điểm mỗi ngày khi mặt trời đi qua – có một số cách để tránh hoặc giảm thiểu những ảnh hưởng này. 

 Trước khi lắp đặt hệ thống PV năng lượng mặt trời, bạn phải phân tích kỹ địa điểm xem xét mọi thời điểm trong ngày cho tất cả các mùa trong năm để tránh bóng râm. Một cây hoặc tòa nhà đang phát triển gần đó có thể mọc lên trong tương lai cũng cần được xem xét trước khi hoàn thiện vị trí cho Hệ thống PV.

 

Đây là bước đầu tiên và rõ ràng nhất để đảm bảo hệ thống của bạn không phải chịu hậu quả của việc bị che, đổ bóng một phần. Điều cực kỳ quan trọng là phải xem xét mọi thời điểm trong ngày cho tất cả các mùa trong năm khi xác định xem một số vật thể gần đó có thể đổ bóng lên mái nhà của bạn hay không.

Chủ sở hữu hệ thống điện năng lượng mặt trời cũng nên thận trọng trong việc đảm bảo rằng không có cây nào gần đó có thể mọc đủ cao để gây ra các vấn đề về bóng râm. Tuổi thọ của hệ thống điện năng lượng mặt trời thường được dự kiến ​​là 25 năm trở lên, trong thời gian đó cây cối có nhiều thời gian để phát triển.

Mây là một nguồn che nắng tiềm năng khác. Những đám mây đi qua bầu trời trong ngày cũng có thể dẫn đến sự biến động đầu ra của hệ thống, nhưng về cơ bản là không thể tránh khỏi. Các pin mặt trời silicon vô định hình được cho là xử lý bóng tốt hơn so với các tấm pin silicon tinh thể, nhưng nói chung, hiệu suất tổng thể tương đối thấp của các tấm pin vô định hình có nghĩa là các mô-đun tinh thể nói chung là lựa chọn tốt hơn. 

 Công nghệ Theo dõi Điểm Công suất Tối đa (MPPT) hiện là tiêu chuẩn giữa các nhà sản xuất inverter. Biến tần chuỗi với MPP Tracker có thể sử dụng nhiều năng lượng nhất có thể từ một chuỗi các tấm pin năng lượng mặt trời (ngay cả khi được che bóng) bằng cách điều chỉnh điện áp đầu vào. Tóm lại, một MPP Tracker giúp giảm thiểu tổn thất đầu ra liên quan đến bóng mờ một phần và các sai lệch đầu ra khác. 

 Cả Micro inverter và bộ tối ưu hóa công suất đều được sử dụng để khắc phục tình trạng bóng một phần. Nó cho phép mọi tấm pin năng lượng mặt trời hoạt động riêng lẻ để việc sản xuất năng lượng của hệ thống không bị ảnh hưởng một cách không cân đối bởi chỉ một hoặc hai tấm bóng mờ.

Nhược điểm chính của các công nghệ này là chúng đắt hơn so với hệ thống tiêu chuẩn có chứa bộ biến tần chuỗi (string inverter), vì vậy không nhất thiết phải sử dụng chúng trong trường hợp đổ bóng không phải là vấn đề quá nghiêm trọng.