Quang điện tích hợp là giải pháp được nhiều kiến trúc sư và doanh nghiệp lựa chọn vì nhiều lý do. Không chỉ tạo ra điện từ ánh sáng mặt trời, công nghệ này còn cho phép tích hợp trực tiếp vào công trình xây dựng, giúp tối ưu không gian, nâng cao tính thẩm mỹ và hướng tới phát triển bền vững.
Vậy quang điện tích hợp là gì và vì sao nó đang là xu hướng nổi bật trong ngành xây dựng xanh hiện nay? Cùng Intech Energy tìm hiểu qua bài viết dưới đây nhé!
Hệ thống quang điện tích hợp là gì?
Hệ thống quang điện tích hợp (tiếng Anh: Integrated Photovoltaic System) là hệ thống điện mặt trời được thiết kế tích hợp trực tiếp vào cấu trúc của công trình xây dựng hoặc một hệ thống hiện hữu, thay vì lắp đặt một cách riêng lẻ hoặc bổ sung sau khi công trình hoàn thiện.
Điểm nổi bật của hệ thống này là sự kết hợp giữa chức năng phát điện và chức năng kiến trúc/thẩm mỹ của công trình. Ví dụ: tấm pin năng lượng mặt trời có thể vừa là mái che, mặt dựng, cửa sổ, lan can,… vừa tạo ra điện năng từ ánh sáng mặt trời.
Các loại hệ thống quang điện tích hợp phổ biến
Tích hợp trên mái nhà (BIPV – Building Integrated Photovoltaics)
Đây là hình thức phổ biến và dễ áp dụng nhất. Hệ thống điện mặt trời được tích hợp trực tiếp vào mái nhà thay vì sử dụng mái ngói hoặc tôn truyền thống. Các tấm pin mặt trời đóng vai trò vừa là vật liệu xây dựng, vừa là thiết bị phát điện.
Giải pháp này giúp tiết kiệm chi phí vật liệu lợp mái, đồng thời tận dụng tối đa diện tích mái để tạo ra điện năng. Đặc biệt phù hợp với nhà ở dân dụng, biệt thự, văn phòng, hoặc các công trình quy mô nhỏ – trung bình.
Tích hợp trong công trình xây dựng mới
Đối với các công trình đang trong giai đoạn thiết kế hoặc xây mới, việc tích hợp hệ thống quang điện ngay từ đầu sẽ giúp đảm bảo tính đồng bộ giữa kiến trúc, kết cấu và hệ thống năng lượng.
Các tấm pin có thể được bố trí ở mặt đứng (façade), mái kính, giếng trời, lam che nắng,… nhằm tăng tính thẩm mỹ và hiệu quả sử dụng ánh sáng tự nhiên. Đây là xu hướng của các công trình “kiến trúc xanh”, hướng đến chứng chỉ LEED, EDGE hay LOTUS tại Việt Nam.
Tích hợp với hệ thống lưu trữ điện (battery)
Việc kết hợp hệ thống quang điện với các bộ lưu trữ năng lượng (pin lithium-ion, LiFePO4…) cho phép dự trữ điện năng để sử dụng vào ban đêm hoặc khi mất điện.
Đây là giải pháp phù hợp với khu vực có lưới điện không ổn định hoặc với những công trình mong muốn độc lập hoàn toàn khỏi hệ thống điện quốc gia (off-grid). Ngoài ra, hệ thống lưu trữ còn đóng vai trò điều tiết công suất, tăng tính ổn định và hiệu quả sử dụng năng lượng.
Tích hợp trong nhà kính, nhà máy, bãi xe,…
Hệ thống quang điện cũng được tích hợp hiệu quả trong các khu vực đặc thù như nhà kính nông nghiệp, giúp vừa tạo bóng râm, vừa cung cấp điện cho hệ thống tưới tiêu, cảm biến.
Tại các nhà máy và khu công nghiệp, hệ thống có thể được lắp trên mái xưởng, khu văn phòng hoặc bãi đỗ xe – nơi có diện tích lớn và ổn định. Trong khi đó, bãi xe năng lượng mặt trời là một xu hướng đang phát triển mạnh, kết hợp mái che với tấm pin, vừa chống nắng cho xe vừa tận dụng sản xuất điện.
Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hệ thống quang điện tích hợp
Hệ thống quang điện tích hợp được cấu tạo từ các thành phần chính bao gồm: tấm pin năng lượng mặt trời (PV), bộ biến tần (inverter), hệ khung kết cấu hoặc vật liệu tích hợp, hệ thống dây dẫn và nếu cần, có thể tích hợp thêm bộ lưu trữ điện (battery) và thiết bị điều khiển thông minh (monitoring system). Điểm đặc biệt của hệ thống này là các tấm pin được thiết kế để trở thành một phần cấu trúc của công trình – ví dụ như mái nhà, mặt dựng, giếng trời, hoặc mái che bãi xe – thay vì gắn thêm một cách độc lập.
Về nguyên lý hoạt động, các tấm pin sẽ hấp thụ ánh sáng mặt trời và chuyển đổi năng lượng bức xạ thành dòng điện một chiều (DC). Dòng điện này sau đó được đưa vào inverter để chuyển đổi thành dòng điện xoay chiều (AC), tương thích với hệ thống điện sử dụng trong gia đình, doanh nghiệp hoặc kết nối với lưới điện quốc gia.
Nếu hệ thống có tích hợp pin lưu trữ, điện năng dư thừa sẽ được nạp vào pin để sử dụng khi cần thiết, đặc biệt vào ban đêm hoặc lúc mất điện. Toàn bộ hệ thống thường được điều khiển và giám sát thông qua phần mềm hoặc ứng dụng thông minh, giúp người dùng theo dõi sản lượng điện, tình trạng hoạt động và hiệu suất hệ thống theo thời gian thực.
Ưu điểm của hệ thống quang điện tích hợp
Tối ưu không gian sử dụng
Một trong những ưu điểm nổi bật nhất của hệ thống quang điện tích hợp là khả năng tận dụng không gian kiến trúc hiện có. Thay vì cần diện tích riêng để lắp đặt hệ thống điện mặt trời như các mô hình truyền thống, hệ thống tích hợp cho phép các tấm pin trở thành một phần của công trình – như mái nhà, mặt dựng, giếng trời, mái hiên hay bãi xe. Nhờ đó, không gian được sử dụng một cách hiệu quả, đặc biệt phù hợp với các khu đô thị, nhà cao tầng hoặc những nơi có quỹ đất hạn chế.
Tăng hiệu quả kinh tế – giảm hóa đơn điện
Hệ thống quang điện tích hợp giúp tạo ra nguồn điện sạch từ ánh nắng mặt trời, giảm sự phụ thuộc vào điện lưới và từ đó giảm đáng kể chi phí hóa đơn điện hàng tháng. Bên cạnh đó, nhờ việc tích hợp ngay vào kết cấu công trình, chi phí đầu tư vào vật liệu xây dựng truyền thống (như kính, tôn, mái ngói…) cũng được tiết kiệm. Trong dài hạn, hệ thống có thể hoàn vốn chỉ sau vài năm và tiếp tục mang lại lợi ích tài chính bền vững trong suốt vòng đời sử dụng.
Tính thẩm mỹ và thân thiện với môi trường
Khác với hệ thống điện mặt trời lắp nổi truyền thống, các thiết kế quang điện tích hợp được chú trọng về thẩm mỹ và đồng bộ với kiến trúc tổng thể. Nhờ đó, công trình không chỉ đẹp hơn mà còn thể hiện tư duy hiện đại, tinh tế và thân thiện với môi trường. Hệ thống giúp giảm phát thải khí nhà kính, không gây tiếng ồn, không sản sinh chất thải độc hại – là lựa chọn lý tưởng cho những ai theo đuổi lối sống xanh.
Hỗ trợ chứng chỉ xanh trong xây dựng (LEED, EDGE…)
Việc áp dụng hệ thống quang điện tích hợp còn giúp nâng cao tiêu chuẩn công trình xanh, là một trong những yếu tố quan trọng để đạt được các chứng chỉ quốc tế như LEED (Mỹ), EDGE (IFC – Ngân hàng Thế giới), LOTUS (Việt Nam),… Những chứng chỉ này không chỉ khẳng định giá trị công trình về mặt môi trường mà còn gia tăng giá trị thương mại, uy tín thương hiệu và khả năng thu hút đầu tư.
Có thể hoạt động độc lập hoặc hòa lưới
Tùy theo nhu cầu sử dụng, hệ thống có thể được thiết kế để hoạt động độc lập (off-grid) – phù hợp với khu vực chưa có điện, hoặc kết nối hòa lưới (on-grid) để sử dụng điện song song với hệ thống điện quốc gia. Ngoài ra, nếu có tích hợp pin lưu trữ, hệ thống còn có thể cung cấp điện liên tục vào ban đêm hoặc khi mất điện, đảm bảo sự linh hoạt và chủ động trong vận hành.
Xu hướng áp dụng hệ thống quang điện tích hợp
Theo các dự báo mới nhất, thị trường hệ thống quang điện tích hợp trong tòa nhà được định giá khoảng 6,31 tỷ USD vào năm 2024, và được kỳ vọng sẽ tăng gấp đôi lên khoảng 12,59 tỷ USD vào năm 2029, với tốc độ tăng trưởng kép hàng năm (CAGR) ấn tượng đạt 14,79% trong giai đoạn 2024–2029.
Trong lĩnh vực này, các tấm pin silicon tinh thể đang chiếm ưu thế nhờ hiệu suất cao và độ bền lớn. Các tấm kính dày sử dụng công nghệ này có khả năng tạo ra từ 10 đến 12 watt điện năng trên mỗi foot vuông dưới điều kiện ánh sáng lý tưởng, cao hơn nhiều so với các công nghệ pin mặt trời khác.
Xu hướng lắp đặt hệ thống điện mặt trời tích hợp ngày càng lan rộng toàn cầu, đặc biệt khi tổng công suất năng lượng mặt trời được lắp đặt đã tăng mạnh, từ 855,2 GW trong năm 2021 lên tới 1046,6 GW vào năm 2022 – cho thấy tiềm năng lớn và sự quan tâm ngày càng tăng đối với các giải pháp BIPV trong kiến trúc hiện đại.
Với nhiều ưu điểm vượt trội về hiệu suất, thiết kế linh hoạt và thân thiện với môi trường, quang điện tích hợp đang mở ra hướng đi mới cho các công trình hiện đại, từ nhà ở, nhà máy đến khu thương mại. Không chỉ là giải pháp tiết kiệm điện năng, đây còn là bước tiến quan trọng trong hành trình hướng tới một tương lai năng lượng bền vững và thông minh.
