Hệ số nhiệt độ là một yếu tố quan trọng nhưng thường bị bỏ qua khi đánh giá hiệu suất của tấm pin. Đây là thông số thể hiện mức suy giảm công suất của tấm pin khi nhiệt độ môi trường thay đổi, đặc biệt khi vượt quá mức tiêu chuẩn 25°C theo điều kiện thử nghiệm (STC). Hệ số nhiệt độ Pmax giúp người dùng, kỹ sư và nhà đầu tư tối ưu hóa hệ thống điện mặt trời, đảm bảo hiệu suất ổn định và khai thác tối đa nguồn năng lượng từ mặt trời.
Hệ số nhiệt độ của tấm pin mặt trời là gì?
Khi đánh giá hiệu suất của tấm pin mặt trời, hệ số nhiệt độ là một thông số quan trọng nhưng thường bị bỏ qua. Không chỉ đơn thuần là một chỉ số kỹ thuật, hệ số này phản ánh khả năng thích ứng của tấm pin với sự thay đổi của nhiệt độ môi trường. Nó cho biết mức suy giảm công suất khi nhiệt độ của tấm pin vượt quá mức chuẩn 25°C (77°F) theo quy định của Điều kiện Thử nghiệm Tiêu chuẩn (STC – Standard Test Conditions). Thông thường, hệ số nhiệt độ được biểu thị dưới dạng phần trăm suy giảm công suất trên mỗi độ C (%/°C) hoặc mỗi độ F (%/°F).
Ví dụ, một tấm pin có hệ số nhiệt độ -0,35%/°C nghĩa là cứ mỗi độ C tăng thêm so với mức 25°C, công suất tối đa của tấm pin sẽ giảm 0,35%.
Điều quan trọng cần lưu ý là hệ số nhiệt độ được đo lường trong điều kiện tiêu chuẩn STC, bao gồm: nhiệt độ tấm pin ở 25°C, bức xạ mặt trời 1000 W/m², và khối lượng không khí 1.5. Đây là một chỉ số then chốt giúp đánh giá mức độ ổn định của tấm pin khi hoạt động trong môi trường có nhiệt độ dao động lớn. Trên thực tế, khi tấm pin phải làm việc trong điều kiện nhiệt độ quá cao hoặc quá thấp so với 25°C, hiệu suất của nó sẽ bị ảnh hưởng đáng kể, làm giảm lượng điện năng thu được. Vì vậy, hiểu rõ về hệ số nhiệt độ sẽ giúp người dùng lựa chọn và tối ưu hóa hệ thống điện mặt trời một cách hiệu quả hơn.
Các loại hệ số nhiệt độ chính
Hệ số nhiệt độ đóng vai trò quan trọng trong hiệu quả sản xuất điện của tấm pin mặt trời. Việc hiểu rõ về hệ số nhiệt độ, đặc biệt là các hệ số liên quan đến Voc (Điện áp Mở Mạch), Isc (Dòng Ngắn Mạch) và Pmax (Công Suất Tối Đa), là rất cần thiết để tối ưu hóa sản lượng năng lượng. Dưới đây là những phân tích chi tiết về ba hệ số nhiệt độ này và ảnh hưởng của chúng:
Hệ số nhiệt độ của điện áp mở mạch (Voc)
- Voc là đơn vị đo các giá trị điện áp mạch hở thay đổi của mô-đun quang điện khi nhiệt độ tăng (hoặc giảm)
- Hệ số dương/âm: Hệ số nhiệt độ của Voc có thể là dương hoặc âm. Mặc dù hệ số dương, tức là điện áp mở mạch tăng khi nhiệt độ tăng, là khá hiếm, nhưng hệ số âm lại phổ biến hơn. Điều này có nghĩa là điện áp mở mạch thường giảm khi nhiệt độ tăng.
- Ảnh hưởng: Với phạm vi thường thấy từ -0,3% đến -0,5% mỗi độ C, hệ số nhiệt độ âm của Voc nhấn mạnh sự cần thiết phải dự đoán và giảm thiểu ảnh hưởng của nhiệt độ đối với điện áp mở mạch trong cả giai đoạn thiết kế và vận hành của tấm pin mặt trời.
Hệ số nhiệt độ của dòng ngắn mạch (Isc)
- Isc là đơn vị đo các giá trị dòng điện ngắn mạch thay đổi của mô-đun quang điện khi nhiệt độ của tế bào quang điện tăng (hoặc giảm)
- Xu hướng âm: Tương tự như với Voc, hệ số nhiệt độ của Isc thường có xu hướng âm, điều này cho thấy dòng ngắn mạch sẽ giảm khi nhiệt độ tăng.
- Phạm vi số: Hệ số nhiệt độ của Isc thường dao động trong khoảng -0,04% đến -0,5% mỗi độ C, cho thấy sự cần thiết phải đánh giá dòng ngắn mạch dựa trên sự thay đổi nhiệt độ.
Hệ số nhiệt độ của công suất tối đa (Pmax)
- Nhìn nhận tổng quan: Hệ số Pmax tổng hợp tác động của cả hai hệ số Voc và Isc. Nó cung cấp một cái nhìn tổng thể về cách thức thay đổi nhiệt độ ảnh hưởng đến công suất tối đa. Hệ số nhiệt độ công suất tối đa (Pmax) nổi bật như một chỉ số quan trọng để đánh giá tác động của nhiệt độ đối với hiệu quả của tấm pin mặt trời.
- Phần trăm âm: Thường được biểu thị trong phạm vi -0,2% đến -0,5% mỗi độ C, hệ số này rất quan trọng trong việc đánh giá tác động chung của nhiệt độ lên hiệu quả của tấm pin mặt trời.
Làm thế nào để tính hệ số nhiệt độ?
Quá trình tính toán hệ số nhiệt độ cho tấm pin mặt trời bao gồm một số bước
Công thức tính cho mỗi hệ số:
Hệ số nhiệt độ Voc (αVoc):
αVoc = [(Voc – Vocref) / Vocref] / (T – Tref)
Hệ số nhiệt độ Isc (αIsc):
αIsc = [(Isc – Iscref) / Iscref] / (T – Tref)
Hệ số nhiệt độ Pmax (αPmax):
αPmax = [(Pmax – Pmaxref) / Pmaxref] / (T – Tref)
Ghi chú:
T biểu thị nhiệt độ hiện tại.
Tref là nhiệt độ tham chiếu (thường là 25°C).
Vocref, Iscref và Pmaxref là các giá trị tham chiếu tương ứng tại Tref.
Ví dụ: Các tế bào năng lượng mặt trời bên trong một mô-đun năng lượng mặt trời đạt tới 65°C. Khi mô-đun năng lượng mặt trời đạt tới 65°C, tổn thất điện năng của mô-đun này là:
- 65°C – 25°C = 40°C, là chênh lệch nhiệt độ giữa Pmax của mô-đun tại STC và nhiệt độ ví dụ giả định là 65°C đạt được bởi các ô
- 40°C x -0,41% = -16,4%, điều này có nghĩa là mô-đun mất 16,4% công suất đầu ra khi các ô đạt đến 65°C
Tổn thất công suất của mô-đun năng lượng mặt trời: -16,4% x 260W = 42,64W. Công suất tối đa mà mô-đun này sẽ hoạt động ở 65°C là: 217W.
Tầm quan trọng của hệ số nhiệt độ trong tấm pin mặt trời
Hệ số nhiệt độ đóng vai trò then chốt trong hiệu suất hoạt động của tấm pin mặt trời, đặc biệt trong điều kiện môi trường có nhiệt độ thay đổi liên tục. Khi nhiệt độ tăng cao, hiệu suất của tấm pin có xu hướng giảm do sự suy giảm của điện áp mở mạch (Voc) và công suất tối đa (Pmax).
Chẳng hạn, nếu một tấm pin có hệ số nhiệt độ Pmax là -0,4%/°C, điều này có nghĩa là khi nhiệt độ tấm pin tăng thêm 10°C so với mức tiêu chuẩn 25°C, công suất của nó sẽ giảm 4%. Sự sụt giảm này có thể ảnh hưởng đáng kể đến sản lượng điện tổng thể, đặc biệt ở những khu vực có khí hậu nóng bức.
Ngoài ra, việc hiểu rõ hệ số nhiệt độ giúp các kỹ sư và nhà đầu tư tối ưu hóa thiết kế hệ thống điện mặt trời. Bằng cách lựa chọn tấm pin có hệ số nhiệt độ thấp hơn, sử dụng phương pháp làm mát hoặc bố trí hợp lý để giảm nhiệt độ bề mặt tấm pin, có thể hạn chế tổn hao năng lượng và duy trì hiệu suất ổn định. Điều này đặc biệt quan trọng đối với các hệ thống điện mặt trời quy mô lớn, nơi mà hiệu suất suy giảm do nhiệt độ có thể gây ra tổn thất đáng kể về kinh tế.
Hệ số nhiệt độ Pmax không chỉ là một thông số kỹ thuật, mà còn là yếu tố quyết định đến hiệu suất và độ bền của tấm pin mặt trời. Việc xem xét và kiểm soát tác động của hệ số này là một trong những giải pháp quan trọng để tối đa hóa hiệu quả sản xuất điện và đảm bảo lợi nhuận đầu tư cho hệ thống năng lượng mặt trời.
