Hiệu suất của tấm PIN năng lượng mặt trời là thước đo lượng ánh sáng mặt trời (chiếu xạ) chiếu xuống bề mặt của tấm pin mặt trời và được chuyển đổi thành điện năng.
Do có nhiều tiến bộ trong công nghệ quang điện trong những năm gần đây, hiệu suất chuyển đổi tấm PIN trung bình đã tăng từ 15% lên hơn 20%. Hiệu suất tăng vọt này dẫn đến định mức công suất của bảng kích thước tiêu chuẩn tăng từ 250W lên đến 370W.
Như được giải thích chi tiết dưới đây, hiệu quả của tấm PIN năng lượng mặt trời được xác định bởi hai yếu tố chính: hiệu suất tế bào quang điện (PV) dựa trên thiết kế tế bào + loại silicon và tổng hiệu suất của tấm PIN dựa trên bố cục cấu hình và kích thước tấm.
Hiệu quả tế bào quang điện
Hiệu suất Cell được xác định bởi cấu trúc tế bào và loại chất nền được sử dụng, thường là silicon loại P hoặc loại N. Hiệu suất tế bào được tính bằng hệ số lấp đầy (FF), là hiệu suất chuyển đổi tối đa của tế bào PV ở điện áp và dòng điện hoạt động tối ưu.
Thiết kế ô đóng một vai trò quan trọng trong hiệu quả của PIN. Các tiêu chí quyết định chính bao gồm loại silicon, cấu hình thanh cái và loại thụ động (PERC). Các tấm được xây dựng bằng cách sử dụng các tế bào IBC chi phí cao hiện đang có hiệu quả cao nhất (20-22%) do chất nền silicon loại N có độ tinh khiết cao và không bị thất thoát do bóng che của thanh cái. Tuy nhiên, các tấm được phát triển bằng cách sử dụng các tế bào PERC đơn tinh thể mới nhất và các tế bào dị liên kết (HJT) tiên tiến hơn đã đạt được mức hiệu quả trên 20%.
Tế bào quang điện hiệu quả nhất
Các tấm pin mặt trời hiệu quả nhất trên thị trường thường sử dụng tế bào silicon đơn tinh thể loại N (IBC) hoặc các tế bào biến thể loại N, dị liên kết (HJT) hiệu quả cao khác. Hầu hết các nhà sản xuất khác hiện đang sử dụng các tế bào PERC đơn loại P là phổ biến.
Hiệu quả của các loại pin mặt trời PV khác nhau:
- Đa tinh thể – 15 đến 18%;
- Đơn tinh thể – 16,5 đến 19%;
- PERC đa tinh thể – 17 đến 19,5%;
- PERC đơn tinh thể – 17,5 đến 20%;
- Loại N đơn tinh thể – 19 đến 20,5%;
- HJT loại N đơn tinh thể – 19 đến 21,7%;
- IBC loại N đơn tinh thể – 20 đến 22,8%.
Hiệu quả của tấm NLMT
Hiệu suất của tấm năng lượng mặt trời được đo trong điều kiện thử nghiệm tiêu chuẩn (STC), dựa trên nhiệt độ tế bào là 25°C, bức xạ mặt trời là 1000W/ m2 và khối lượng không khí là 1,5. Hiệu suất (%) của bảng được tính toán hiệu quả bằng cách chia công suất tối đa hoặc Pmax (W) tại STC, cho tổng diện tích bảng được đo bằng mét bình phương.
Hiệu quả tổng thể của tấm mặt trời có thể bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố bao gồm: nhiệt độ, mức độ bức xạ, loại tế bào và liên kết giữa các tế bào. Đáng ngạc nhiên là ngay cả màu sắc của miếng dán bảo vệ cũng có thể ảnh hưởng đến hiệu quả. Một tấm nền màu đen hấp thụ nhiều nhiệt hơn dẫn đến nhiệt độ tế bào cao hơn làm tăng điện trở, điều này làm giảm nhẹ tổng hiệu suất chuyển đổi.
Các tấm được làm từ ô ‘Tiếp xúc ngược xen kẽ’ hoặc IBC nâng cao là hiệu quả nhất, tiếp đến là các ô dị liên kết (HJT), các ô PERC đơn tinh thể cắt một nửa và nhiều thanh cái, các tế bào zona và cuối cùng là các ô 60 cell poly (4-5 thanh cái) tế bào.
10 tấm pin mặt trời hiệu quả nhất
Năm ngoái đã chứng kiến mức độ tăng trưởng sản xuất các tấm pin mặt trời hiệu quả hơn dựa trên các tế bào HJT hoặc HJT dị liên kết loại N hiệu suất cao.
Các tấm sử dụng các tế bào loại N cũng được hưởng lợi từ tỷ lệ suy giảm do ánh sáng gây ra hoặc LID thấp hơn, thấp hơn 0,25% tổn thất điện năng mỗi năm. Khi tính theo tuổi thọ 25 năm, nhiều bảng hiệu suất cao này được đảm bảo vẫn tạo ra 90% hoặc hơn công suất định mức ban đầu, tùy thuộc vào chi tiết bảo hành của nhà sản xuất.
| # | Make | Model | Power | Efficiency |
| 1 | SunPower | Maxeon 6 | 440 W | 22.8 % |
| 2 | Canadian Solar | CS6R-MS | 440 W | 22.5 % |
| 3 | LG | Neon R | 405 W | 22.3 % |
| 4 | Panasonic | EverVolt H | 410 W | 22.2 % |
| 5 | Jinko Solar | Tiger NEO | 480 W | 22.2 % |
| 6 | SPIC | Andromeda 2.0 | 435 W | 22.1 % |
| 7 | REC | Alpha Pure | 405W | 21.9 % |
| 8 | Trina Solar | Vertex S+ | 425 W | 21.9 % |
| 9 | Meyer Burger | White | 400 W | 21.7 % |
| 10 | JA Solar | Deep Blue 3.0 | 420 W | 21.5 % |
Tại sao hiệu quả lại quan trọng
Thuật ngữ hiệu quả được sử dụng rất nhiều nhưng tấm PIN hiệu quả hơn một chút không phải lúc nào cũng có nghĩa là chất lượng tốt hơn. Nhiều người coi hiệu quả là tiêu chí quan trọng nhất khi lựa chọn tấm PIN năng lượng mặt trời, nhưng điều quan trọng nhất là chất lượng sản xuất liên quan đến hiệu suất thực tế, độ tin cậy, dịch vụ của nhà sản xuất và điều kiện bảo hành. Nhưng nhìn chung hiệu quả rất quan trọng, tại sao?
1. Hoàn vốn nhanh hơn
Về mặt môi trường, hiệu suất cao có nghĩa là một tấm pin mặt trời sẽ trả lại năng lượng thể hiện trong thời gian ngắn hơn. Dựa trên phân tích vòng đời chi tiết, hầu hết các tấm pin mặt trời làm từ silicon có thể hoàn trả năng lượng thể hiện trong vòng 2 năm, tùy thuộc vào vị trí.
Tuy nhiên, do hiệu suất tấm PIN đã tăng hơn 20%, thời gian hoàn vốn giảm xuống dưới 1,5 năm ở nhiều nơi. Hiệu suất tăng lên cũng có nghĩa là hệ thống năng lượng mặt trời sẽ tạo ra nhiều điện hơn trong vòng đời trung bình hơn 20 năm của tấm pin mặt trời, có nghĩa là lợi tức đầu tư (ROI) sẽ được cải thiện hơn nữa.
Hiệu suất tấm PIN năng lượng mặt trời nói chung cho một dấu hiệu tốt về hiệu suất, đặc biệt là nhiều bảng hiệu suất cao sử dụng các tế bào silicon loại N cao hơn với hệ số nhiệt độ được cải thiện và suy giảm điện năng thấp hơn theo thời gian.
Một số nhà sản xuất như LG, Panasonic và SunPower thậm chí còn cung cấp bảo hành với sản lượng điện năng được giữ lại từ 90% trở lên sau 25 năm sử dụng.
2. Diện tích nhỏ hơn
Hiệu quả tạo ra sự khác biệt lớn bởi diện tích. Các tấm NLMT hiệu suất cao hơn tạo ra nhiều năng lượng hơn trên mỗi mét vuông và do đó yêu cầu diện tích tổng ít hơn. Điều này là hoàn hảo cho các mái nhà có không gian hạn chế và cũng có thể cho phép các hệ thống công suất lớn hơn được lắp vào bất kỳ mái nhà nào.
Ví dụ: 12 x tấm pin năng lượng mặt trời 400W hiệu suất cao, chẳng hạn như tấm pin của LG hoặc SunPower với hiệu suất chuyển đổi 21,8%, sẽ cung cấp tổng công suất năng lượng mặt trời cao hơn khoảng 1200W (1,2kW) so với pin 300W có kích thước tương tự với 17,5 thấp hơn % hiệu quả.
- Tấm 12 x 300W với hiệu suất 17,5% = 3.600 W;
- Bảng 12 x 400W với hiệu suất 21,8% = 4.800 W.
Hiệu quả thực tế
Trong thực tế sử dụng, hiệu quả hoạt động của tấm PIN năng lượng mặt trời phụ thuộc vào nhiều yếu tố bên ngoài. Tùy thuộc vào điều kiện môi trường địa phương, các yếu tố khác nhau này có thể làm giảm hiệu suất tấm PIN và hiệu suất tổng thể của hệ thống. Các yếu tố chính ảnh hưởng đến hiệu quả của tấm PIN năng lượng mặt trời được liệt kê dưới đây:
- Bức xạ (W / m2);
- Bóng râm;
- Hướng tấm PIN;
- Nhiệt độ
- Vị trí (vĩ độ);
- Thời gian nắn.g trong năm;
- Bụi và bẩn
Các yếu tố có tác động đáng kể nhất đến hiệu quả sử dụng của tấm PIN trong thế giới thực là bức xạ, bóng râm, vị trí và nhiệt độ.
Mức độ bức xạ mặt trời được đo bằng watt trên mét vuông (W/m2) bị ảnh hưởng bởi các điều kiện khí quyển như mây & sương mù, vĩ độ và thời gian trong năm. Đương nhiên, nếu một tấm PIN bị che bóng hoàn toàn thì sản lượng điện sẽ rất thấp nhưng việc che bóng một phần cũng có thể có tác động lớn, không chỉ đến hiệu quả của tấm PIN mà còn cả hiệu suất toàn hệ thống.
1. Nhiệt độ hiệu quả
Định mức công suất của tấm PIN năng lượng mặt trời được đo bằng Watts (W), được tính toán trong Điều kiện thử nghiệm tiêu chuẩn (STC) ở nhiệt độ tế bào là 25°C và mức bức xạ là 1000W/m2. Tuy nhiên, trong thực tế sử dụng, nhiệt độ tế bào thường tăng trên 25°C, tùy thuộc vào nhiệt độ không khí xung quanh, tốc độ gió, thời gian trong ngày và lượng bức xạ mặt trời (W/m2).
Trong thời tiết nắng, nhiệt độ bên trong tế bào thường cao hơn nhiệt độ không khí xung quanh 20-30°C, tương đương với việc giảm khoảng 8-15% tổng sản lượng điện – tùy thuộc vào loại pin mặt trời và hệ số nhiệt độ của nó. Để cung cấp ước tính thực tế trung bình về hiệu suất tấm PIN năng lượng mặt trời, hầu hết các nhà sản xuất cũng sẽ chỉ định xếp hạng công suất trong điều kiện NOCT hoặc Nhiệt độ tế bào hoạt động danh nghĩa.
Hiệu suất NOCT thường được quy định ở nhiệt độ tế bào là 45°C và mức bức xạ mặt trời thấp hơn là 800 W/m2, cố gắng gần đúng với các điều kiện hoạt động trung bình trong thế giới thực của tấm PIN năng lượng mặt trời.
Ngược lại, nhiệt độ quá lạnh có thể dẫn đến việc tăng khả năng phát điện trên định mức trên bảng tên khi điện áp tế bào PV tăng ở nhiệt độ thấp hơn STC (25°C). Các tấm pin mặt trời có thể vượt quá định mức công suất của tấm pin (Pmax) trong thời gian ngắn khi thời tiết quá lạnh. Điều này thường xảy ra khi ánh sáng mặt trời đầy đủ xuyên qua sau một thời gian trời nhiều mây.
Hệ số nhiệt độ nguồn
Nhiệt độ tế bào cao hơn hoặc thấp hơn STC sẽ làm giảm hoặc tăng công suất phát một lượng cụ thể cho mọi độ trên hoặc dưới 25°C. Đây được gọi là hệ số nhiệt độ nguồn được đo bằng % /°C.
Hệ số nhiệt độ nguồn được đo bằng% trên ° C – Thấp hơn thì hiệu quả hơn
- Tế bào đa tinh thể – 0,39 đến 0,43% / ° C;
- Tế bào đơn tinh thể – 0,35 đến 0,40% / ° C;
- Tế bào IBC đơn tinh thể – 0,28 đến 0,31% / ° C;
- Tế bào HJT đơn tinh thể – 0,25 đến 0,27% / ° C.
Nhiệt độ tế bào thường cao hơn 20°C so với nhiệt độ xung quanh, tương đương với việc giảm 5-8% sản lượng điện ở NOCT. Tuy nhiên, nhiệt độ tế bào có thể tăng cao tới 85°C khi lắp trên mái nhà màu tối trong những ngày rất nóng 45°C, không có gió, thường được coi là nhiệt độ hoạt động tối đa của tấm PIN năng lượng mặt trời.
2. Chi phí hiệu quả
Tất cả các nhà sản xuất đều sản xuất một loạt các tấm pin với xếp hạng hiệu quả khác nhau tùy thuộc vào loại silicon được sử dụng và liệu chúng có kết hợp PERC, thanh cái đa hoặc các công nghệ tế bào khác hay không. Các tấm nền hiệu quả trên 21% có các tế bào loại N thường đắt hơn nhiều, vì vậy nếu chi phí là một hạn chế lớn, nó sẽ phù hợp hơn với các vị trí có không gian lắp đặt hạn chế, nếu không thì bạn có thể trả phí cho cùng một công suất điện có thể đạt được bằng cách sử dụng 1 hoặc 2 tấm bổ sung.
Tuy nhiên, các tấm hiệu suất cao sử dụng các tế bào loại N hầu như sẽ luôn hoạt động tốt hơn và lâu hơn các tấm sử dụng các tế bào loại P do tỷ lệ suy giảm ánh sáng hoặc LID thấp hơn, vì vậy chi phí bổ sung được cho là đáng giá về lâu dài.
3. Kích thước tấm PIN
Hiệu suất tấm PIN được tính bằng định mức công suất chia cho tổng diện tích tấm PIN, nhưng kích thước lớn hơn không phải lúc nào cũng đồng nghĩa với hiệu suất cao hơn. Tuy nhiên, các tấm nền lớn hơn sử dụng các ô kích thước lớn hơn sẽ làm tăng diện tích bề mặt ô, giúp tăng hiệu quả tổng thể.
Hầu hết các tấm PIN MT mái nhà dân cư thông thường vẫn sử dụng tấm 60 ô vuông 6 ”(156mm) tiêu chuẩn trong khi các hệ thống thương mại sử dụng tấm nền 72 ô đơn vị lớn hơn.
Kích thước tấm PIN năng lượng mặt trời phổ biến:
- Tấm PIN 60 ô (120 HC): Chiều rộng khoảng 0,98mx chiều dài 1,65m;
- Tấm PIN 72 ô (144 HC): Chiều rộng khoảng 1,0mx chiều dài 2,0m;
- Tấm PIN 96/104 ô: Chiều rộng khoảng 1,05mx chiều dài 1,60m;
- Tấm PIN 66 ô (132 HC) – Chiều rộng khoảng 1,10mx chiều dài 1,80m;
- Tấm PIN 78 ô (156 HC): Chiều rộng khoảng 1,30mx chiều dài 2,4m.
Một tấm PIN kích thước tiêu chuẩn 60-cell (1m x 1,65m) với hiệu suất 18-20% thường có định mức công suất là 300-330 Watts, trong khi tấm PIN sử dụng các cell hiệu suất cao hơn, có cùng kích thước, có thể tạo ra tới 370W.
Tấm pin 600W + công suất cao
Để giảm chi phí sản xuất, tăng hiệu quả và tăng điện năng, các nhà sản xuất tấm pin mặt trời đã chuyển từ kích thước tấm wafer hình vuông 156mm (6 ”) tiêu chuẩn sang kích thước tấm wafer lớn hơn.
Hiện có nhiều kích thước ô khác nhau, phổ biến nhất là 166mm, 182mm và 210mm. Các tế bào lớn hơn kết hợp với các định dạng tấm PIN mới lớn hơn đã cho phép các nhà sản xuất phát triển các tấm pin mặt trời cực kỳ mạnh mẽ với công suất lên đến 700W.
