Điều kiện thử nghiệm tiêu chuẩn STC (Standard Test Conditions) là một bộ tiêu chuẩn quốc tế được thiết lập để đo lường công suất danh định của tấm pin trong môi trường lý tưởng. Tuy nhiên, hiệu suất thực tế của tấm pin có thể bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố ngoài thực tế, dẫn đến sự chênh lệch so với giá trị đo theo STC. Vậy STC là gì, và nó ảnh hưởng thế nào đến hiệu suất tấm pin mặt trời? Hãy cùng Intech Energy tìm hiểu chi tiết trong bài viết dưới đây.
Điều kiện thử nghiệm tiêu chuẩn STC là gì?
Điều kiện thử nghiệm tiêu chuẩn STC (Standard Test Conditions) là bộ tiêu chuẩn do Ủy ban Kỹ thuật Điện Quốc tế (IEC) đặt ra để đánh giá và so sánh hiệu suất của tấm pin năng lượng mặt trời trong cùng một điều kiện lý tưởng.
STC giúp đảm bảo rằng các tấm pin được kiểm tra dưới các thông số giống nhau, tạo cơ sở để so sánh hiệu suất giữa các sản phẩm của các nhà sản xuất khác nhau. Ba thông số chính trong STC gồm: Cường độ bức xạ mặt trời, Nhiệt độ tế bào quang điện, Áp suất khí quyển tiêu chuẩn (AM 1.5).
Tầm quan trọng của tiêu chuẩn STC trong việc đánh giá tấm pin mặt trời
- Đánh giá chuẩn: STC cho phép nhà sản xuất và người tiêu dùng so sánh các tấm pin mặt trời trên một sân chơi bình đẳng. Nó đảm bảo rằng dữ liệu hiệu suất do nhà sản xuất cung cấp dựa trên cùng một điều kiện, giúp bạn dễ dàng đánh giá và lựa chọn tấm pin mặt trời phù hợp với nhu cầu của mình.
- Hiệu suất có thể dự đoán được: STC cung cấp điểm tham chiếu đáng tin cậy để ước tính sản lượng năng lượng tiềm năng của tấm pin mặt trời, mặc dù hiệu suất thực tế có thể thay đổi tùy thuộc vào điều kiện thực tế.
Trong thực tế, điều kiện môi trường thường khác biệt so với tiêu chuẩn STC, vì vậy công suất hoạt động của tấm pin có thể thấp hơn giá trị danh định được đo theo STC.
Các thông số tiêu chuẩn trong STC
Cường độ bức xạ mặt trời (Độ rọi)
Điều kiện: 1000W/m2 (1kW/m2)
Bức xạ mặt trời là lượng năng lượng ánh sáng chiếu xuống một đơn vị diện tích nhất định, thường được đo bằng watt trên mét vuông (W/m²). Đừng nhầm lẫn khái niệm này với tổng bức xạ mặt trời (solar insolation), mặc dù hai thuật ngữ này đôi khi được sử dụng thay thế cho nhau.
Tổng bức xạ mặt trời (solar insolation) là giá trị trung bình của bức xạ mặt trời mà một khu vực nhận được trong một khoảng thời gian nhất định, được đo bằng số giờ bức xạ (insolation hours). Nếu so sánh với đơn vị đo điện năng, bức xạ mặt trời đo bằng watt (W), trong khi tổng bức xạ mặt trời đo bằng watt-giờ (Wh). Ngoài ra, bức xạ mặt trời ở mức 1 kW/m² cũng được gọi là giờ nắng đỉnh (peak sun hour).
Nhiệt độ tế bào (Cell Temperature)
Điều kiện: 25°C (77°F)
Mức 25°C đề cập đến nhiệt độ của các tế bào quang điện bên trong tấm pin, không phải nhiệt độ của toàn bộ tấm pin. Do lớp phủ, khung viền và các yếu tố khác, nhiệt độ của tấm pin có thể khác so với nhiệt độ tế bào. Nhiệt độ có vai trò quan trọng vì tế bào quang điện chuyển đổi photon từ ánh sáng mặt trời thành electron hiệu quả nhất khi nhiệt độ nằm trong khoảng từ 15°C (59°F) đến 35°C (95°F).
Áp suất khí quyển (Air Mass – AM)
Điều kiện: AM 1.5
Áp suất khí quyển (Air Mass – AM) đo lường lượng khí quyển mà ánh sáng mặt trời phải đi qua trước khi đến tấm pin mặt trời. Càng nhiều khí quyển, càng nhiều ánh sáng bị khúc xạ hoặc hấp thụ bởi không khí và bụi.
Ở mực nước biển, khi mặt trời nằm thẳng đứng trên đầu, khối khí có giá trị là 1 (AM 1). Trong các thử nghiệm đánh giá hiệu suất tấm pin mặt trời, người ta sử dụng áp suất khí quyển 1.5 (AM 1.5) để phản ánh góc chiếu thông thường của mặt trời trong điều kiện thực tế.
Ảnh hưởng của tiêu chuẩn STC đến hiệu suất tấm pin
Ảnh hưởng của cường độ bức xạ mặt trời
Trong tiêu chuẩn STC, cường độ bức xạ mặt trời được cố định ở mức 1000 W/m², nhưng trên thực tế, bức xạ mặt trời thay đổi theo thời gian trong ngày, điều kiện thời tiết, vị trí địa lý và mùa trong năm. Khi bức xạ thấp hơn mức STC, công suất đầu ra của tấm pin cũng giảm tương ứng. Ngược lại, khi bức xạ tăng cao hơn 1000 W/m², tấm pin có thể tạo ra công suất cao hơn danh định, nhưng chỉ trong giới hạn nhất định do các yếu tố như hiện tượng quá nhiệt và suy giảm điện áp.
Ảnh hưởng của nhiệt độ tế bào quang điện
STC quy định nhiệt độ tế bào quang điện ở 25°C, nhưng trong thực tế, nhiệt độ của tấm pin thường cao hơn do hấp thụ nhiệt từ ánh sáng mặt trời. Khi nhiệt độ tăng, điện áp hở mạch (Voc) của tấm pin giảm, dẫn đến giảm hiệu suất tổng thể. Trung bình, điện áp của tấm pin giảm khoảng 0,3% – 0,5% mỗi khi nhiệt độ tăng thêm 1°C so với mức 25°C. Điều này có nghĩa là vào những ngày nắng nóng, hiệu suất tấm pin có thể giảm đáng kể so với công suất danh định đo theo STC.
Ảnh hưởng của phổ ánh sáng (Air Mass – AM 1.5)
Điều kiện thử nghiệm tiêu chuẩn STC sử dụng giá trị AM 1.5, tương ứng với góc mặt trời khoảng 48,2° so với mặt đất. Tuy nhiên, trong thực tế, góc mặt trời thay đổi liên tục theo thời gian trong ngày và vị trí địa lý, ảnh hưởng đến cường độ và phổ ánh sáng mà tấm pin nhận được. Khi mặt trời ở góc thấp hơn, ánh sáng phải đi qua một lớp khí quyển dày hơn, làm giảm lượng photon có thể đến bề mặt tấm pin, từ đó làm giảm hiệu suất chuyển đổi năng lượng.
So sánh STC với điều kiện thử nghiệm thực tế (NOCT)
Bên cạnh STC, một điều kiện thử nghiệm khác thường được sử dụng là NOCT (Normal Operating Cell Temperature – Nhiệt độ tế bào hoạt động bình thường), trong đó:
- Cường độ bức xạ mặt trời: 800 W/m² (thấp hơn STC).
- Nhiệt độ môi trường: 20°C (không phải nhiệt độ tế bào).
- Tốc độ gió: 1 m/s.
Trong điều kiện NOCT, công suất thực tế của tấm pin thường chỉ đạt khoảng 70% – 85% so với công suất danh định theo STC. Điều này cho thấy rằng giá trị công suất theo STC chỉ mang tính tham khảo khi lựa chọn tấm pin, còn hiệu suất thực tế còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố môi trường khác.
Một số điều kiện thử nghiệm tấm pin mặt trời khác
Ngoài điều kiện thử nghiệm tiêu chuẩn STC, tấm pin mặt trời còn được thử nghiệm dưới một số điều kiện khác để đánh giá hiệu suất trong các môi trường thực tế hơn.
NOCT (Normal Operating Cell Temperature) – Nhiệt độ hoạt động bình thường
NOCT mô phỏng điều kiện vận hành thực tế của tấm pin ngoài trời với các thông số:
- Cường độ bức xạ mặt trời: 800 W/m² (thấp hơn STC).
- Nhiệt độ môi trường: 20°C.
- Tốc độ gió: 1 m/s.
- Góc nghiêng: 45°.
Ý nghĩa: NOCT giúp xác định mức công suất thực tế mà tấm pin có thể đạt được khi vận hành ngoài trời thay vì trong phòng thí nghiệm.
PTC (Photovoltaic USA Test Conditions) – Điều kiện thử nghiệm theo tiêu chuẩn PTC (Mỹ)
PTC do Ủy ban Năng lượng California (CEC) thiết lập, phản ánh điều kiện thực tế sát hơn STC:
- Cường độ bức xạ mặt trời: 1000 W/m² (giống STC).
- Nhiệt độ môi trường: 20°C.
- Tốc độ gió: 1 m/s.
- Nhiệt độ tế bào quang điện: Thực tế có thể lên đến 45°C – 50°C (cao hơn STC 25°C).
Ý nghĩa: Công suất PTC thường thấp hơn STC khoảng 10% – 15%, giúp người dùng có cái nhìn thực tế hơn về hiệu suất tấm pin.
IEC 61215 – Thử nghiệm độ bền và lão hóa của tấm pin
Được quy định bởi Ủy ban Kỹ thuật Điện Quốc tế (IEC), tiêu chuẩn IEC 61215 đánh giá độ bền và tuổi thọ của tấm pin qua các thử nghiệm khắc nghiệt:
- Chu kỳ nhiệt độ (-40°C đến 85°C): Kiểm tra khả năng chịu sốc nhiệt.
- Thử nghiệm độ ẩm (85% RH, 85°C, trong 1000 giờ): Đánh giá độ bền của lớp chống thấm và kết cấu.
- Thử nghiệm tải trọng gió và tuyết (lên đến 5400 Pa): Mô phỏng điều kiện thời tiết khắc nghiệt.
Ý nghĩa: Giúp kiểm tra khả năng hoạt động lâu dài và độ bền của tấm pin trong môi trường khắc nghiệt.
IEC 61730 – Kiểm tra an toàn điện và cơ học
IEC 61730 tập trung vào tính an toàn của tấm pin mặt trời, bao gồm:
- Chống rò rỉ điện.
- Khả năng chịu nhiệt độ cao và cháy nổ.
- Kiểm tra chịu va đập (mô phỏng mưa đá, vật rơi).
Ý nghĩa: Đảm bảo tấm pin đạt tiêu chuẩn an toàn trong quá trình sử dụng lâu dài.
UL 1703 / UL 61730 – Tiêu chuẩn thử nghiệm tại Bắc Mỹ
UL 1703 (cũ) và UL 61730 (mới) là tiêu chuẩn do Underwriters Laboratories (UL) của Mỹ thiết lập, tương tự IEC 61730 nhưng áp dụng tại Bắc Mỹ. Tiêu chuẩn này thử nghiệm tập trung vào độ bền cơ học, điện áp, nhiệt độ, và chống cháy.
Ý nghĩa: Chứng nhận UL giúp tấm pin có thể được lắp đặt hợp pháp tại Mỹ và Canada.
Mỗi điều kiện thử nghiệm tấm pin mặt trời có mục tiêu riêng, từ đánh giá công suất thực tế (NOCT, PTC) đến kiểm tra độ bền và an toàn (IEC 61215, IEC 61730). Khi lựa chọn tấm pin, ngoài công suất STC, cần xem xét cả các tiêu chuẩn thử nghiệm này để đảm bảo tấm pin hoạt động hiệu quả và bền bỉ theo thời gian.
Điều kiện thử nghiệm STC đóng vai trò quan trọng trong việc đánh giá và so sánh hiệu suất tấm pin mặt trời giữa các nhà sản xuất khác nhau, nhưng nó không phản ánh hoàn toàn điều kiện hoạt động thực tế. Các yếu tố như nhiệt độ, cường độ bức xạ, và góc mặt trời đều ảnh hưởng đáng kể đến hiệu suất tấm pin khi vận hành ngoài trời.
Do đó, khi lựa chọn tấm pin mặt trời, người dùng cần xem xét không chỉ công suất danh định theo tiêu chuẩn STC mà còn các tiêu chuẩn thử nghiệm khác như NOCT, PTC để có cái nhìn thực tế hơn. Hiểu rõ về STC và các yếu tố ảnh hưởng sẽ giúp tối ưu hóa hiệu suất hệ thống, đảm bảo hiệu quả đầu tư và khai thác tối đa nguồn năng lượng mặt trời.
