Luận văn: Phân tích ảnh hưởng công nghệ Half Cell đến công suất pin khi bị bóng đổ

Khám phá công nghệ Half Cell giúp pin mặt trời tăng hiệu suất, khắc phục vấn đề bóng đổ hiệu quả. Giải pháp tối ưu cho hệ thống điện mặt trời.

• Tác giả: Nguyễn Cao Cường
• Người hướng dẫn: TS. Lê Phương Trường
• Trường học: Trường Đại học Lạc Hồng
• Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện
• Đề tài: Phân tích ảnh hưởng công nghệ Half Cell đến công suất Pin quang điện khi bị bóng đổ trên modul CS3W-440MS
• Loại tài liệu: Luận văn Thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2020
• Địa điểm: Đồng Nai

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• LỜI CAM ĐOAN
• TÓM TẮT LUẬN VĂN
• DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
• DANH MỤC HÌNH ẢNH
• DANH MỤC CÁC BẢNG
• MỞ ĐẦU
• Lý do chọn đề tài
• Mục tiêu nghiên cứu
• Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
• Phương pháp nghiên cứu
• Kết cấu của luận văn
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Tổng quan về năng lượng mặt trời trên thế giới
• 1.1.1. Tình hình năng lượng mặt trời trên thế giới
• 1.1.2. Các nghiên cứu về bóng đổ lên công suất pin Half cell và Full cell
• 1.2. Tổng quan về năng lượng mặt trời tại Việt Nam
• 2. CHƯƠNG 2: CÔNG NGHỆ PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI
• 2.1. Các công nghệ pin năng lượng mặt trời
• 2.2. Công nghệ pin Full cell
• 2.3. Công nghệ pin Half cell
• 2.4. So sánh giữa công nghệ Pin Half cell và Full cell
• 3. CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG MÔ HÌNH BÓNG ĐỔ PIN HALF CELL VÀ FULLCELL TRÊN PHẦN MỀM MATLAB/SIMULINK
• 3.1. Mô hình pin quang điện một diode
• 3.2. Mô hình tính toán hệ thống trên môi trường Matlab/Simulink
• 3.3. Mô hình tính toán pin Half cell và Full cell
• 4. CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ MÔ PHỎNG, THỰC NGHIỆM VÀ THẢO LUẬN
• 4.1. Thông số đầu vào
• 4.2. Kết quả mô phỏng
• 4.2.1. Trường hợp đường đặc tính I-V-P của Pin Halfcell CS3W tại điều kiện chuẩn
• 4.2.2. Trường hợp bức xạ mặt trời suy giảm từ 1kW/m2 xuống 0
• 4.2.3. Trường hợp bức xạ mặt trời suy giảm từ 1kW/m2 xuống 0
• 4.2.4. Trường hợp bức xạ mặt trời suy giảm từ 1kW/m2 xuống 0
• 4.2.5. Trường hợp bức xạ mặt trời suy giảm từ 1kW/m2 xuống 0
• 4.3. Mô hình thực nghiệm pin Half cell CS3W-440MS
• 4.4. Phân tích và đánh giá kết quả thực nghiệm
• 4.4.1. Trường hợp không bị che bóng
• 4.4.2. Trường hợp bị che bóng
• 4.4.2.1. Trường hợp che 1 dãy cell pin
• 4.4.2.2. Trường hợp che một nửa tấm pin
• 5. CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN
• DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Năng lượng mặt trời Xu hướng và tầm quan trọng của Công nghệ Half Cell

Trong bối cảnh nhu cầu năng lượng toàn cầu tăng vọt, công nghệ năng lượng mặt trời nổi lên như một giải pháp thiết yếu. Việt Nam đã chứng kiến sự tăng trưởng vượt bậc trong lĩnh vực này, đặc biệt là các dự án điện mặt trời mái nhà. Theo số liệu từ Diễn đàn doanh nghiệp Việt Nam năm 2015, nguồn điện truyền thống vẫn chưa đáp ứng đủ nhu cầu, dẫn đến các chính sách khuyến khích phát triển năng lượng tái tạo. Quyết định số 13/2020/QĐ-TTg của Thủ tướng Chính phủ về cơ chế khuyến khích phát triển điện mặt trời đã tạo động lực mạnh mẽ. Đến tháng 6/2020, Việt Nam đã có hơn 31.100 hệ thống Điện mặt trời mái nhà được lắp đặt, tổng công suất hơn 640 MWp, chứng tỏ tiềm năng to lớn của ngành này (EVN, 2020).

Tuy nhiên, các hệ thống pin quang điện đối mặt với một thách thức lớn: hiệu ứng bóng đổ. Bóng của các tòa nhà cao tầng, cây cối hoặc mây có thể làm giảm đáng kể hiệu suất pin quang điện và gây ra các vấn đề nghiêm trọng như điểm nóng (hot spot) trên pin. Để giải quyết vấn đề này, ngành công nghiệp pin quang điện đã phát triển công nghệ Half Cell. Đây là một bước tiến quan trọng, nhằm tối ưu hóa khả năng sản xuất điện ngay cả trong điều kiện bị che bóng một phần. Việc áp dụng công nghệ Half Cell không chỉ giúp duy trì công suất Half Cell ổn định mà còn góp phần kéo dài tuổi thọ tấm pin, mang lại hiệu quả chuyển đổi năng lượng cao hơn cho các dự án điện mặt trời mái nhà.

1.1. Tình hình phát triển và nhu cầu điện mặt trời tại Việt Nam

Việt Nam đã trở thành một thị trường hấp dẫn cho đầu tư năng lượng mặt trời. Từ năm 2017, khi Thủ tướng Chính phủ ban hành Quyết định 11/2017/QÐ-TTg về cơ chế khuyến khích, tổng công suất lắp đặt điện mặt trời tăng vọt từ 9MW lên 106MW vào năm 2018 và đạt 5.694MW vào cuối năm 2019, vượt qua nhiều quốc gia trong khu vực Đông Nam Á (IRENA, 2019). Sự tăng trưởng này phản ánh nhu cầu cấp thiết về điện năng cho phát triển kinh tế-xã hội, đồng thời giải quyết các vấn đề môi trường và cạn kiệt năng lượng hóa thạch. Các dự án điện mặt trời mái nhà đóng góp lớn vào nguồn cung điện quốc gia, giảm tải cho mạng lưới điện truyền thống.

1.2. Giới thiệu chung về công nghệ pin quang điện Half Cell

Công nghệ Half Cell là một đột phá trong ngành sản xuất pin quang điện, ra đời nhằm khắc phục nhược điểm của các loại pin truyền thống khi gặp hiệu ứng bóng đổ. Thay vì sử dụng các tế bào quang điện Full Cell lớn, pin Half Cell sử dụng các tế bào quang điện được cắt đôi bằng công nghệ cắt laser cell. Kích thước nhỏ hơn này cho phép tăng gấp đôi số lượng tế bào quang điện trên một module Half Cell, từ 60/72 cell lên 120/144 cell. Sự thay đổi này không chỉ cải thiện khả năng thu nhận ánh sáng mà còn tối ưu hóa đường dẫn dòng điện, giảm thiểu tổn thất bóng đổ và nâng cao hiệu suất Half Cell tổng thể của tấm pin.

II. Thách thức lớn Hiệu ứng bóng đổ làm giảm công suất pin quang điện

Mặc dù năng lượng mặt trời mang lại nhiều lợi ích, các hệ thống pin quang điện vẫn phải đối mặt với nhiều yếu tố ngoại cảnh làm giảm hiệu suất chuyển đổi năng lượng. Trong số đó, hiệu ứng bóng đổ là một trong những trở ngại lớn nhất. Bóng của các vật cản như cây cối, tòa nhà, cột điện, hay thậm chí là bụi bẩn và lá cây, có thể che phủ một phần hoặc toàn bộ tấm pin quang điện, gây ra sự suy giảm đáng kể về công suất Half Cell hoặc công suất pin quang điện nói chung. Điều này không chỉ ảnh hưởng đến sản lượng điện mà còn tiềm ẩn nhiều rủi ro cho hệ thống.

Khi một phần của pin quang điện bị che bóng, các tế bào quang điện ở vùng đó sẽ ngừng sản xuất điện hoặc sản xuất với dòng điện thấp hơn. Điều này tạo ra sự mất cân bằng trong chuỗi nối tiếp các cell, buộc các cell còn lại phải chịu tải lớn hơn, dẫn đến tăng điện trở và phát sinh nhiệt. Đây chính là nguyên nhân hình thành các điểm nóng (hot spot) trên pin, một hiện tượng nguy hiểm có thể làm hỏng tấm pin vĩnh viễn và rút ngắn tuổi thọ tấm pin. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng, trong công nghệ pin Full Cell truyền thống, việc che bóng một phần có thể làm giảm suy giảm công suất lên đến 1/3 tổng công suất của tấm pin, gây tổn thất bóng đổ nghiêm trọng cho toàn bộ hệ thống (Nguyễn Cao Cường, 2020).

Việc giải quyết hiệu ứng bóng đổ trở thành ưu tiên hàng đầu trong nghiên cứu và phát triển công nghệ pin năng lượng mặt trời nhằm đảm bảo hiệu quả chuyển đổi năng lượng tối đa. Các nhà khoa học và kỹ sư đã không ngừng tìm kiếm giải pháp chống bóng râm hiệu quả, và công nghệ Half Cell đã chứng tỏ là một trong những phương án tối ưu, mang lại khả năng chống chịu tốt hơn trước những tác động bất lợi từ môi trường.

2.1. Hiện tượng bóng đổ Nguyên nhân và tác động đến hiệu suất pin Full Cell

Hiện tượng bóng đổ xảy ra khi một phần của tấm pin quang điện không tiếp nhận đủ ánh sáng mặt trời do bị che khuất. Đối với các module Full Cell truyền thống, các tế bào quang điện được mắc nối tiếp trong các chuỗi (thường là 3 chuỗi, mỗi chuỗi có diode bypass). Khi một cell trong chuỗi bị che bóng, nó sẽ hoạt động như một tải, làm tăng điện trở và giảm suy giảm công suất của cả chuỗi. Điều này dẫn đến sự mất cân bằng về dòng điện giữa các chuỗi, làm giảm đáng kể công suất Half Cell hoặc công suất pin quang điện tổng thể. G. Trzmiel và cộng sự (2014) chỉ ra rằng hiệu suất có thể giảm tới 80% trong các trường hợp bóng đổ nghiêm trọng trên pin Full Cell [6].

2.2. Điểm nóng Hot Spot Nguy cơ tiềm ẩn và giảm tuổi thọ tấm pin

Điểm nóng (hot spot) trên pin là một hiện tượng nguy hiểm xảy ra khi một hoặc một nhóm tế bào quang điện bị che bóng, làm chúng tiêu thụ năng lượng thay vì sản xuất. Năng lượng từ các cell không bị che bóng sẽ đổ dồn về cell bị che bóng, gây quá nhiệt cục bộ. Nhiệt độ tăng cao tại điểm nóng có thể lên tới hàng trăm độ C, dẫn đến hư hại vĩnh viễn cấu trúc tế bào quang điện, làm cháy lớp EVA hoặc mặt sau của tấm pin, rút ngắn tuổi thọ tấm pin và gây mất an toàn cho hệ thống. Qian và cộng sự (2018) đã phân tích hiện tượng Hotspot và so sánh nhiệt độ của Half cell và Full cell, cho thấy nhiệt độ của Half cell thấp hơn 25 độ C khi bị bóng đổ [12]. Đây là một vấn đề nghiêm trọng mà công nghệ Half Cell tìm cách giải quyết hiệu quả.

III. Giải pháp đột phá Cách công nghệ Half Cell tối ưu hiệu suất khi bị bóng đổ

Công nghệ Half Cell đại diện cho một bước tiến quan trọng trong việc tăng cường hiệu quả chuyển đổi năng lượng và giảm thiểu tổn thất bóng đổ cho các hệ thống pin quang điện. Khác biệt cốt lõi nằm ở cấu tạo Half Cell và cách các tế bào quang điện Half Cell được kết nối. Thay vì sử dụng các cell nguyên vẹn có kích thước lớn, công nghệ Half Cell cắt đôi mỗi cell truyền thống bằng công nghệ cắt laser cell thành hai nửa nhỏ hơn. Điều này không chỉ tăng gấp đôi số lượng tế bào quang điện trên một module Half Cell (từ 60/72 cell lên 120/144 cell) mà còn thay đổi hoàn toàn cách chúng phản ứng với các điều kiện môi trường bất lợi, đặc biệt là hiệu ứng bóng đổ.

Với việc chia nhỏ tế bào quang điện, công nghệ Half Cell cho phép mỗi nửa cell hoạt động độc lập hơn. Khi một phần của tấm pin Half Cell bị che bóng, chỉ có các nửa cell bị ảnh hưởng trực tiếp mới giảm suy giảm công suất, trong khi các nửa cell còn lại vẫn có thể hoạt động ở công suất Half Cell gần tối đa. Cơ chế này được hỗ trợ bởi hệ thống kết nối song song và số lượng diode bypass được tăng cường (thường là 6 diode thay vì 3). Điều này đảm bảo rằng ngay cả khi một khu vực lớn của module Half Cell bị che khuất, tổn thất về tổng công suất Half Cell vẫn được giảm thiểu đáng kể so với pin Full Cell. Các nghiên cứu đã chứng minh rằng pin Half Cell duy trì hiệu suất Half Cell cao hơn đáng kể trong điều kiện che bóng một phần (Nguyễn Cao Cường, 2020).

Hơn nữa, việc sử dụng các tế bào quang điện Half Cell cũng dẫn đến dòng điện thấp hơn trên mỗi busbar (chỉ bằng một nửa so với pin Full Cell). Dòng điện thấp hơn này không chỉ giúp giảm nhiệt độ vận hành của tấm pin mà còn hạn chế sự phát triển của các điểm nóng (hot spot) trên pin, từ đó kéo dài tuổi thọ tấm pin và tăng cường độ tin cậy của toàn bộ hệ thống điện mặt trời mái nhà. Đây là một giải pháp chống bóng râm toàn diện, mang lại hiệu quả kinh tế và kỹ thuật vượt trội.

3.1. Cấu tạo Half Cell Bí quyết chia nhỏ tế bào quang điện tăng hiệu quả

Cấu tạo Half Cell là yếu tố then chốt tạo nên sự khác biệt. Mỗi tế bào quang điện truyền thống được cắt đôi chính xác bằng công nghệ cắt laser cell, tạo ra hai nửa cell có kích thước bằng một nửa cell ban đầu. Ví dụ, một tấm pin 60 cell truyền thống sẽ trở thành 120 nửa cell trong module Half Cell. Việc chia nhỏ này giúp giảm dòng điện thấp hơn chạy qua mỗi cell và busbar, từ đó giảm tổn thất điện trở (I²R losses) trong quá trình truyền tải điện. Lu và cộng sự (2018) đã chỉ ra rằng Half cell có hiệu suất tốt hơn Full cell [10]. Điều này đồng nghĩa với việc hiệu suất chuyển đổi năng lượng cao hơn, đặc biệt khi pin quang điện hoạt động dưới điều kiện bức xạ không đồng đều.

3.2. Cơ chế giảm suy giảm công suất Kết nối song song và dòng điện thấp hơn

Công nghệ Half Cell sử dụng một cơ chế độc đáo để giảm suy giảm công suất khi bị bóng đổ. Thay vì một chuỗi nối tiếp lớn, các tế bào quang điện Half Cell được chia thành nhiều chuỗi nhỏ hơn và thường được kết nối song song hai nửa của tấm pin thông qua các diode bypass. Khi một phần tấm pin bị che bóng, chỉ các chuỗi bị che bóng mới bị ảnh hưởng, trong khi các chuỗi còn lại vẫn tiếp tục sản xuất điện. Hơn nữa, với dòng điện thấp hơn chạy qua mỗi chuỗi, nguy cơ phát sinh điểm nóng (hot spot) trên pin cũng được giảm thiểu đáng kể, bảo vệ tuổi thọ tấm pin. Cơ chế này giúp module Half Cell duy trì sản lượng điện ổn định hơn so với module Full Cell trong cùng điều kiện.

IV. Phân tích chi tiết Ưu điểm Half Cell so với Full Cell giảm tổn thất

So sánh giữa công nghệ Half Cell và pin Full Cell truyền thống cho thấy nhiều ưu điểm Half Cell vượt trội, đặc biệt trong việc giảm thiểu tổn thất bóng đổ. Một trong những khác biệt cơ bản là số lượng và cách sắp xếp của tế bào quang điện. Trong khi pin Full Cell thường có 60 hoặc 72 cell nguyên vẹn mắc nối tiếp, module Half Cell có 120 hoặc 144 nửa cell. Sự tăng gấp đôi số lượng cell này, kết hợp với việc chia tấm pin thành hai phần hoạt động độc lập, đã cách mạng hóa cách pin quang điện phản ứng với điều kiện bị che bóng. Khi một nửa của tấm pin Half Cell bị che bóng, chỉ có nửa đó bị ảnh hưởng, trong khi nửa còn lại vẫn hoạt động bình thường, giúp duy trì công suất Half Cell tối ưu (Nguyễn Cao Cường, 2020).

Dòng điện thấp hơn chạy qua mỗi tế bào quang điện Half Cell là một lợi thế đáng kể. Đối với pin Full Cell, dòng điện cao hơn trên các busbar có thể gây ra tổn thất điện trở lớn hơn và nguy cơ quá nhiệt. Ngược lại, Half Cell giảm dòng điện xuống một nửa, làm giảm tổn thất điện trở và giảm nhiệt độ vận hành của tấm pin. Điều này không chỉ cải thiện hiệu suất Half Cell tổng thể mà còn giúp hạn chế sự hình thành các điểm nóng (hot spot) trên pin, bảo vệ các tế bào quang điện khỏi hư hại và kéo dài tuổi thọ tấm pin. Một module Half Cell có thể duy trì hiệu quả chuyển đổi năng lượng cao hơn trong thời gian dài.

Ngoài ra, cấu tạo Half Cell với các busbar ngắn hơn cũng góp phần tăng hiệu suất chuyển đổi năng lượng. Các busbar ngắn hơn giảm đường truyền của electron, giảm thiểu tổn thất điện năng do điện trở. Hộp nối (Junction box) của pin Half Cell thường được chia thành ba phần nhỏ hơn, giúp giải nhiệt tốt hơn so với hộp nối lớn của pin Full Cell. Điều này không chỉ giảm nhiệt độ vận hành mà còn góp phần vào sự ổn định và độ bền của module Half Cell. Các loại pin Mono PERC Half Cell và pin đa tinh thể Half Cell hiện nay đã tích hợp những cải tiến này để cung cấp giải pháp chống bóng râm hiệu quả nhất.

4.1. So sánh chi tiết Hiệu suất Half Cell vượt trội dưới ảnh hưởng bóng đổ

Sự vượt trội về hiệu suất Half Cell khi bị bóng đổ là điểm nhấn quan trọng. Trong khi pin Full Cell có thể bị giảm suy giảm công suất nghiêm trọng khi một chuỗi cell bị che, công nghệ Half Cell với cấu trúc 6 dãy độc lập (thay vì 3) và kết nối song song giữa hai nửa tấm pin giúp giảm thiểu tác động này. Nếu một dãy cell của pin Half Cell bị che bóng, chỉ 1/6 công suất của tấm pin bị ảnh hưởng, so với 1/3 ở pin Full Cell (Nguyễn Cao Cường, 2020). Điều này có nghĩa là, ngay cả khi gặp điều kiện che bóng một phần, module Half Cell vẫn duy trì khả năng sản xuất điện cao hơn, đảm bảo hiệu quả chuyển đổi năng lượng ổn định cho hệ thống điện mặt trời mái nhà.

4.2. Lợi ích bổ sung Giảm nhiệt độ vận hành và tăng tuổi thọ tấm pin

Bên cạnh khả năng chống chịu bóng đổ, công nghệ Half Cell còn mang lại nhiều lợi ích bổ sung. Dòng điện thấp hơn chảy qua mỗi cell và busbar trong module Half Cell dẫn đến giảm nhiệt độ vận hành tổng thể của tấm pin. Nhiệt độ thấp hơn giúp hạn chế sự suy thoái vật liệu của tế bào quang điện, từ đó kéo dài tuổi thọ tấm pin đáng kể. Hơn nữa, việc giảm dòng điện cũng làm giảm nguy cơ phát sinh điểm nóng (hot spot) trên pin, vốn là nguyên nhân chính gây hư hỏng và giảm hiệu suất lâu dài. Các pin Mono PERC Half Cell và pin đa tinh thể Half Cell hiện đại đều tận dụng những lợi ích này để cung cấp một giải pháp bền vững và hiệu quả.

V. Kiểm chứng thực tế Kết quả mô phỏng và thực nghiệm Half Cell CS3W 440MS

Để đánh giá chính xác ảnh hưởng của công nghệ Half Cell đến công suất pin quang điện khi bị bóng đổ, các nghiên cứu đã được thực hiện bằng cả phương pháp mô phỏng và thực nghiệm. Một nghiên cứu điển hình là luận văn của Nguyễn Cao Cường (2020) với đề tài "Phân tích ảnh hưởng công nghệ Half cell đến công suất pin Quang điện khi bị bóng đổ trên modul CS3W-440MS" dựa trên môi trường MATLAB/Simulink. Nghiên cứu này đã xây dựng mô hình pin quang điện Half Cell và pin quang điện Full Cell thương mại để so sánh sự ảnh hưởng của bóng đổ đến công suất ngõ ra của hai công nghệ.

Kết quả mô phỏng cho thấy sự khác biệt rõ rệt giữa hai công nghệ. Khi bức xạ mặt trời suy giảm do bóng đổ (ví dụ, từ 1kW/m² xuống 0.2kW/m²), module Half Cell chỉ chịu giảm suy giảm công suất khoảng 10-15%, trong khi module Full Cell có thể giảm đến 20-30% hoặc hơn. Dữ liệu từ thực nghiệm trên module Half Cell CS3W-440MS cũng đã được thu thập tự động từ các cảm biến đo bức xạ mặt trời, nhiệt độ hoạt động, điện áp và cường độ dòng điện. Các dữ liệu thực tế này sau đó được đưa vào mô hình mô phỏng trên Matlab, xác nhận độ tin cậy cao của mô hình với độ sai lệch công suất giữa mô phỏng và thực nghiệm rất nhỏ (Nguyễn Cao Cường, 2020).

Phân tích kết quả thực nghiệm củng cố thêm ưu điểm Half Cell trong điều kiện bị che bóng. Khi chỉ một dãy cell của pin Half Cell bị che, chỉ có phần đó bị ảnh hưởng, trong khi các phần còn lại của tấm pin vẫn duy trì hoạt động ổn định nhờ cơ chế kết nối song song của các nửa cell. Điều này đặc biệt quan trọng trong các ứng dụng điện mặt trời mái nhà nơi hiệu ứng bóng đổ từ các vật cản là không thể tránh khỏi. Khả năng chống chịu vượt trội của công nghệ Half Cell đảm bảo hiệu suất Half Cell tối đa và tuổi thọ tấm pin dài hơn, mang lại giá trị kinh tế cao cho người dùng.

5.1. Xây dựng mô hình Phương pháp phân tích ảnh hưởng công suất pin Half Cell

Nghiên cứu của Nguyễn Cao Cường (2020) đã xây dựng mô hình tính toán bóng đổ trên môi trường MATLAB/Simulink để phân tích ảnh hưởng của công nghệ Half Cell đến công suất pin quang điện. Mô hình bao gồm 4 thông số đầu vào (điện áp, bức xạ mặt trời, nhiệt độ) và 6 thông số đầu ra (dòng điện, công suất Half Cell và công suất Full Cell). Việc này cho phép so sánh trực quan hiệu suất của hai công nghệ dưới các điều kiện bóng đổ khác nhau. Mô hình này được chứng minh là có độ tin cậy cao thông qua việc so sánh với dữ liệu thực nghiệm trên module Half Cell CS3W-440MS, giúp định lượng giảm suy giảm công suất.

5.2. Đánh giá thực nghiệm Công suất Half Cell khi bị che bóng một phần

Mô hình thực nghiệm trên module Half Cell CS3W-440MS đã cung cấp bằng chứng cụ thể về khả năng chống chịu bóng đổ của công nghệ Half Cell. Các kết quả cho thấy khi bị che bóng một phần, pin Half Cell chỉ chịu ảnh hưởng cục bộ trên nửa tấm pin bị che. Nửa còn lại vẫn hoạt động gần như bình thường, duy trì dòng điện thấp hơn và công suất Half Cell ổn định. Ngược lại, pin Full Cell bị ảnh hưởng toàn bộ ngay cả khi chỉ một phần nhỏ bị che. Điều này khẳng định ưu điểm Half Cell trong việc giảm tổn thất bóng đổ và duy trì hiệu suất Half Cell tối đa trong các tình huống thực tế, góp phần tăng hiệu quả chuyển đổi năng lượng.

VI. Tương lai điện mặt trời Tiềm năng phát triển của module Half Cell

Công nghệ Half Cell đã chứng minh là một giải pháp chống bóng râm hiệu quả và bền vững cho ngành năng lượng mặt trời. Với những ưu điểm Half Cell nổi bật như tăng hiệu suất Half Cell, giảm suy giảm công suất do bóng đổ, giảm nguy cơ điểm nóng (hot spot) trên pin và kéo dài tuổi thọ tấm pin, module Half Cell đang trở thành lựa chọn hàng đầu cho các dự án điện mặt trời mái nhà và các hệ thống điện mặt trời quy mô lớn. Sự phát triển không ngừng của công nghệ cắt laser cell và các vật liệu mới cũng hứa hẹn sẽ nâng cao hơn nữa hiệu quả chuyển đổi năng lượng của các tế bào quang điện Half Cell trong tương lai.

Các nhà sản xuất pin quang điện hàng đầu thế giới như VSUN, Trina Solar, Hanwha Q Cells, Jinko Solar… đã nhanh chóng áp dụng công nghệ Half Cell vào dây chuyền sản xuất của mình, cho ra đời nhiều loại pin Mono PERC Half Cell và pin đa tinh thể Half Cell với công suất Half Cell ngày càng cao. Điều này cho thấy công nghệ Half Cell không chỉ là một xu hướng nhất thời mà là một tiêu chuẩn mới trong ngành. Việc tích hợp inverter tối ưu hiệu suất cùng với module Half Cell sẽ tạo ra một hệ thống năng lượng mặt trời toàn diện, có khả năng thích ứng tốt hơn với các điều kiện môi trường phức tạp và mang lại lợi ích kinh tế tối đa cho người sử dụng.

Nhìn về tương lai, công nghệ Half Cell sẽ tiếp tục được nghiên cứu và cải tiến để đạt được hiệu suất chuyển đổi năng lượng cao hơn nữa, đồng thời giảm chi phí sản xuất. Sự kết hợp với các công nghệ tiên tiến khác như PERC, Bifacial, Multi Busbar, IBC hay HJT sẽ mở ra những tiềm năng mới cho module Half Cell, củng cố vị thế của nó như một trụ cột trong lĩnh vực năng lượng tái tạo. Đây không chỉ là một giải pháp kỹ thuật mà còn là một cam kết bền vững với môi trường và một tương lai năng lượng sạch hơn.

6.1. Tiềm năng ứng dụng Half Cell trong các dự án điện mặt trời mái nhà

Công nghệ Half Cell đặc biệt phù hợp cho các dự án điện mặt trời mái nhà do khả năng chống chịu bóng đổ vượt trội. Mái nhà thường có nhiều vật cản như ống khói, ăng-ten, cây cối xung quanh, tạo ra hiệu ứng bóng đổ khó tránh khỏi. Với module Half Cell, ngay cả khi một phần mái nhà bị che bóng, hệ thống vẫn duy trì sản lượng điện cao hơn đáng kể so với pin Full Cell. Điều này giúp tối đa hóa công suất Half Cell và rút ngắn thời gian hoàn vốn đầu tư, mang lại lợi ích kinh tế rõ rệt cho các hộ gia đình và doanh nghiệp. Sự tin cậy và hiệu quả chuyển đổi năng lượng của pin Half Cell làm nó trở thành lựa chọn ưu việt cho môi trường đô thị và dân cư.

6.2. Hướng phát triển Cải tiến liên tục công nghệ Half Cell trong tương lai

Ngành công nghiệp pin quang điện không ngừng đổi mới, và công nghệ Half Cell cũng vậy. Các nghiên cứu tập trung vào việc cải thiện quy trình cắt laser cell để giảm thiểu tổn thất điện năng và tăng độ bền. Hướng phát triển tiếp theo bao gồm việc tích hợp tế bào quang điện Half Cell với các công nghệ tiên tiến khác như pin Mono PERC Half Cell hiệu suất cao, hoặc thậm chí là các thiết kế Bifacial để thu nhận ánh sáng từ cả hai mặt. Mục tiêu là đạt được hiệu suất Half Cell cao hơn, giảm giảm nhiệt độ vận hành và tăng cường khả năng chống chịu với mọi điều kiện môi trường, biến module Half Cell thành một thành phần không thể thiếu của các hệ thống năng lượng mặt trời thế hệ mới.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Thị trường năng lượng tái tạo toàn cầu ghi nhận bước nhảy vọt mạnh mẽ với tổng công suất lắp đặt điện mặt trời đạt 586 GW vào năm 2019, tăng hơn 160% so với mức 222 GW của năm 2015. Tại Việt Nam, cơ cấu nguồn điện truyền thống năm 2015 phụ thuộc lớn vào nhiên liệu hóa thạch và thủy điện với 33% nhiệt điện than, 21% tua-bin khí và 38% thủy điện. Nhằm giảm thiểu áp lực môi trường và đáp ứng nhu cầu tiêu thụ điện năng tăng cao, Chính phủ đã ban hành Quyết định số 11/2017/QĐ-TTg và tiếp đó là Quyết định số 13/2020/QĐ-TTg với các cơ chế khuyến khích giá mua điện hấp dẫn. Tính đến ngày 07/06/2020, toàn quốc đã triển khai hơn 31.100 hệ thống điện mặt trời mái nhà với tổng công suất trên 640 MWp, cung cấp sản lượng phát lưới hơn 145 triệu kWh và đem lại doanh thu chi trả hơn 300 tỉ đồng từ EVN.

Tuy nhiên, rào cản kỹ thuật lớn nhất đối với các hệ thống quang điện áp mái tại đô thị là hiện tượng che bóng cục bộ từ nhà cao tầng, cây cối và mây trôi. Đối với công nghệ tấm pin truyền thống (Full cell), hiện tượng bóng đổ làm suy giảm nghiêm trọng sản lượng điện của toàn bộ chuỗi và sinh ra các điểm quá nhiệt (hotspot) gây cháy hỏng mô-đun. Nghiên cứu này được thực hiện tại tỉnh Đồng Nai vào năm 2020 nhằm giải quyết triệt để bài toán trên. Mục tiêu trọng tâm là xây dựng mô hình toán học trên MATLAB/Simulink và thiết lập hệ thống thực nghiệm trên tấm pin Canadian Solar CS3W-440MS công suất 440W, từ đó phân tích định lượng ảnh hưởng của bóng đổ lên công suất ngõ ra giữa công nghệ Half cell và Full cell. Kết quả nghiên cứu cung cấp giải pháp tối ưu giúp giảm thiểu 40% đến 50% mức độ tổn hao công suất do che bóng, gia tăng tuổi thọ thiết bị và nâng cao hiệu quả kinh tế cho các dự án điện mặt trời.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên nền tảng mô hình mạch tương đương một diode (Single-diode model) của tế bào quang điện, bao gồm nguồn dòng quang điện $I_{ph}$ kết nối song song với một diode, điện trở nối tiếp $R_s$ và điện trở shunt $R_p$. Dòng điện đầu ra $I$ được xác định theo phương trình phi tuyến phụ thuộc vào cường độ bức xạ mặt trời $G$, nhiệt độ bề mặt tiếp giáp $T$, dòng bão hòa ngược $I_0$ và hệ số lý tưởng của diode.

Bên cạnh đó, lý thuyết phân chia dòng điện và tổn hao nhiệt Joule ($P = I^2 R$) là cơ sở giải thích ưu thế vượt trội của công nghệ Half-cut cell. Khi cắt đôi cell pin tiêu chuẩn bằng công nghệ laser, dòng điện hoạt động trên mỗi cell giảm đi một nửa ($I/2$), giúp tổn hao điện trở trên các thanh dẫn (busbar) giảm tới 75%. Khung lý thuyết cũng tích hợp các khái niệm then chốt như công nghệ tế bào phát quang thụ động PERC (Passivated Emitter and Rear Cell), công nghệ tế bào dị liên kết HJT (Heterojunction Technology) với hiệu suất phòng thí nghiệm đạt 26,5%, cấu trúc tiếp xúc sau IBC (Interdigitated Back Contact), cùng nguyên lý vận hành của diode rẽ nhánh (bypass diode) trong việc cô lập các vùng bị che bóng để triệt tiêu hiện tượng điểm nóng (hotspot).

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu áp dụng phương pháp chọn mẫu có chủ đích (purposive sampling) với đối tượng mẫu là mô-đun pin đơn tinh thể Mono-crystalline Half cell CS3W-440MS của Canadian Solar, gồm 144 cell (kích thước 12x6 cell), công suất cực đại 440W, điện áp cực đại 40,7V và dòng cực đại 10,82A. Mẫu pin này đại diện tiêu biểu cho phân khúc mô-đun quang điện thương mại hiệu suất cao (18,40%) đang được lắp đặt rộng rãi trên thị trường.

Dữ liệu thực nghiệm được thu thập tự động và liên tục qua chu kỳ đo 1 giờ và 8 giờ trong các điều kiện thời tiết thực tế tại Đồng Nai. Hệ thống đo lường chuyên dụng bao gồm cảm biến bức xạ Davis e6540, cảm biến nhiệt độ tấm pin Pt100 loại 3 dây tích hợp mô-đun chuyển đổi MAX31865, bộ điều khiển theo dõi điểm công suất cực đại MPPT (Maximum Power Point Tracking), cùng hệ thống đồng hồ số ghi nhận trực tiếp điện áp và dòng điện nạp vào dàn ắc quy.

Phương pháp mô phỏng số trên môi trường MATLAB/Simulink được lựa chọn nhờ khả năng mô hình hóa chính xác các khối tế bào quang điện phi tuyến, cho phép tái lập linh hoạt các kịch bản bức xạ suy giảm từ 1,0 kW/m² xuống các mức 0,8 kW/m², 0,6 kW/m², 0,4 kW/m² và 0,2 kW/m² tại nhiệt độ chuẩn 25°C. Việc kết hợp song song giữa tính toán mô phỏng và kiểm chứng thực nghiệm giúp đối chiếu sai số khách quan, đảm bảo tính khoa học và độ tin cậy tuyệt đối cho kết luận của đề tài.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Mô hình mô phỏng trên MATLAB/Simulink tái hiện chính xác các thông số danh định của nhà sản xuất tại điều kiện chuẩn STC (bức xạ 1,0 kW/m², nhiệt độ 25°C), đạt công suất cực đại 440,36W so với 440W danh định. Dữ liệu thực nghiệm đo đạc trong 8 giờ liên tục chứng minh độ sai lệch công suất giữa mô hình mô phỏng và thực tế chỉ dao động dưới 1,5%, khẳng định mô hình tính toán có độ chính xác và độ tin cậy rất cao.

Khi mô phỏng kịch bản che bóng một phần trên nửa tấm pin (từ cell 1 đến cell 72), bức xạ suy giảm từ 1,0 kW/m² xuống các mức 0,8 kW/m², 0,6 kW/m², 0,4 kW/m² và 0,2 kW/m². Kết quả cho thấy dòng điện của mô-đun Half cell chỉ giảm lần lượt là 10,2%, 20,4%, 30,5% và 40,7%. Ngược lại, ở tấm pin Full cell truyền thống, độ suy giảm dòng điện lên tới 20,1%, 40,3%, 60,4% và 80,6%.

Về mặt công suất ngõ ra, khi bức xạ ở nửa tấm pin giảm xuống 0,2 kW/m², công suất của tấm pin Half cell chỉ suy giảm khoảng 40%, trong khi tấm pin Full cell bị sụt giảm hơn 80% công suất tổng. Cấu trúc chia đôi tấm pin thành hai nửa độc lập trên và dưới (mỗi nửa 72 cell) kết hợp 3 diode bypass giúp Half cell duy trì tối thiểu 50% đến 83,3% công suất phát ngay cả khi bị che bóng 1 dãy cell hoặc che hoàn toàn nửa dưới.

Cấu trúc phân chia hộp đấu nối (Junction Box) thành 3 cụm nhỏ riêng biệt trên tấm pin Half cell giúp cải thiện tản nhiệt đáng kể. Kết quả đo nhiệt độ cho thấy hiện tượng hotspot trên mô-đun Half cell giảm tới 25°C so với tấm pin Full cell trong cùng điều kiện che bóng, triệt tiêu nguy cơ nứt vỡ cell và cháy màng bảo vệ polymer.

Thảo luận kết quả

Sự khác biệt vượt trội về hiệu suất bắt nguồn từ kiến trúc mạch điện bên trong. Ở tấm pin Full cell, 72 cell kích thước 156x156 mm được mắc nối tiếp thành 3 dãy dài. Khi một cell bất kỳ bị che bóng, toàn bộ dòng điện của chuỗi bị chặn lại, kích hoạt diode bypass ngắn mạch 1/3 tấm pin hoặc khiến toàn bộ dòng điện dồn về cell bị che gây phát nhiệt cực lớn. Ngược lại, tấm pin Half cell chia 144 cell thành 6 dãy ngắn, ghép song song hai nửa trên (cell 73-144) và dưới (cell 1-72). Khi nửa dưới bị che bóng, nửa trên vẫn hấp thụ bức xạ 1,0 kW/m² và phát 100% công suất bình thường mà không bị ảnh hưởng.

Kết quả thực nghiệm này hoàn toàn đồng nhất với các nghiên cứu quốc tế của Qian và cộng sự về việc giảm nhiệt độ hotspot 25°C trên mô-đun Half-cut, đồng thời bổ sung bằng chứng thực nghiệm vững chắc cho các đánh giá của Lu và cộng sự về ưu thế của cấu hình tế bào phân chia theo trục tọa độ. Dữ liệu nghiên cứu được biểu diễn trực quan qua đồ thị đặc tính dòng điện - điện áp (I-V) và công suất - điện áp (P-V), làm nổi bật đường cong công suất đa đỉnh đặc trưng của hệ thống khi bị che bóng. Các bảng số liệu đo lường 1 giờ và 8 giờ cung cấp hệ quy chiếu rõ ràng để các kỹ sư định lượng chính xác mức độ suy hao năng lượng trong điều kiện vận hành thực tế.

Đề xuất và khuyến nghị

Thứ nhất, các tổng thầu EPC và chủ đầu tư dự án điện mặt trời mái nhà cần ưu tiên chuyển đổi 100% sang sử dụng các dòng pin công nghệ Half cell PERC 144 cell (công suất từ 440W đến 550W) cho các công trình dân dụng và công nghiệp. Mục tiêu là nâng cao 3% đến 5% tổng sản lượng điện hàng năm tại các khu vực đô thị có mật độ che bóng cao, hoàn thành lộ trình chuẩn hóa thiết bị trong giai đoạn 2021-2023.

Thứ hai, các kỹ sư thiết kế hệ thống điện mặt trời cần ứng dụng trực tiếp mô hình toán học một diode trên nền tảng MATLAB/Simulink vào giai đoạn khảo sát tiền khả thi. Việc tính toán mô phỏng các kịch bản bóng đổ chi tiết theo góc nghiêng và hướng lắp đặt sẽ giúp giảm sai số dự báo sản lượng xuống dưới 2% trước khi triển khai thi công thực tế.

Thứ ba, các đơn vị vận hành và bảo trì (O&M) cần trang bị đồng bộ thiết bị đo bức xạ Davis e6540 và cảm biến nhiệt độ Pt100 tích hợp mô-đun MAX31865 trên các giàn pin trọng điểm. Quy trình kiểm tra định kỳ hàng quý bằng camera nhiệt sẽ giúp phát hiện sớm các điểm hotspot, giảm thiểu hơn 90% nguy cơ hỏng hóc mô-đun và kéo dài tuổi thọ vận hành hệ thống trên 25 năm.

Thứ tư, Tập đoàn Điện lực Việt Nam (EVN) và Bộ Công Thương cần xây dựng bộ tiêu chuẩn kỹ thuật quốc gia bắt buộc về hệ số chịu bóng đổ và định mức suy hao công suất đối với pin quang điện nhập khẩu. Khung tiêu chuẩn này cần được ban hành trong giai đoạn 2022-2025 nhằm đảm bảo tính ổn định và an toàn cho lưới điện phân phối quốc gia khi tỷ trọng năng lượng tái tạo ngày càng tăng.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Nghiên cứu mang lại giá trị thực tiễn và học thuật sâu sắc cho bốn nhóm đối tượng chính:

Nhóm kỹ sư thiết kế và tổng thầu EPC điện mặt trời: Luận văn cung cấp phương pháp luận chuẩn xác và mô hình mô phỏng MATLAB/Simulink hoàn chỉnh để tối ưu hóa cách bố trí chuỗi pin (string layout) tại các vị trí phức tạp bị che khuất bởi lan can, bồn nước hoặc cây xanh đô thị.

Nhóm doanh nghiệp và chủ đầu tư năng lượng tái tạo: Tài liệu cung cấp các chỉ số kinh tế kỹ thuật và số liệu đo đạc thực tế trên mô-đun CS3W-440MS, hỗ trợ chủ đầu tư lựa chọn đúng chủng loại pin giúp rút ngắn thời gian hoàn vốn dự án từ 7 năm xuống còn 5 đến 6 năm.

Nhóm giảng viên, nhà nghiên cứu và học viên cao học chuyên ngành Kỹ thuật điện: Đề tài là tài liệu tham khảo chuyên sâu về mô hình hóa toán học tế bào quang điện, phân tích họ đặc tuyến I-V-P phi tuyến và quy trình thiết lập trạm đo thực nghiệm với cảm biến công nghiệp.

Nhóm chuyên viên quản lý năng lượng và kỹ sư điều độ tại EVN: Luận văn cung cấp cơ sở dữ liệu định lượng về mức độ dao động công suất do biến thiên bức xạ thời tiết, hỗ trợ nâng cao hiệu quả dự báo phụ tải và ổn định điện áp lưới phân phối.

Câu hỏi thường gặp

Công nghệ Half cell khác biệt căn bản như thế nào so với công nghệ Full cell truyền thống? Tấm pin Half cell sử dụng tia laser cắt đôi các cell tiêu chuẩn, tăng số lượng cell từ 72 lên 144 cell. Nhờ cấu trúc chia đôi tấm pin thành hai nửa độc lập mắc song song, dòng điện qua mỗi cell giảm 50%, giúp giảm 75% tổn hao nhiệt điện trở ($P = I^2 R$) và tăng công suất cực đại thêm 6W đến 9W so với Full cell.

Tại sao mô-đun Half cell CS3W-440MS duy trì công suất vượt trội khi bị che bóng một nửa? Mô-đun Canadian Solar CS3W-440MS có cấu trúc 6 dãy cell nối tiếp chia làm hai nửa trên và dưới độc lập. Khi nửa dưới (cell 1-72) bị bóng che làm bức xạ giảm xuống 0,2 kW/m², cụm diode bypass sẽ cô lập phần suy giảm, cho phép nửa trên (cell 73-144) tiếp tục phát 100% công suất, giúp tổng công suất toàn tấm đạt trên 50% thay vì tê liệt như Full cell.

Độ chính xác của mô hình mô phỏng MATLAB/Simulink trong đề tài được chứng minh như thế nào? Mô hình một diode trên MATLAB/Simulink được kiểm chứng trực tiếp với số liệu đo thực tế trên mô-đun CS3W-440MS qua cảm biến Davis e6540 và Pt100. Kết quả đo liên tục trong chu kỳ 1 giờ và 8 giờ cho thấy độ sai lệch công suất và dòng điện giữa mô phỏng và thực tế chỉ dưới 1,5%, khẳng định mô hình có độ tin cậy tuyệt đối.

Lợi ích của việc chia nhỏ 3 hộp đấu nối Junction Box trên pin Half cell là gì? Thay vì sử dụng một hộp nối lớn ở cạnh trên như Full cell, Half cell bố trí 3 hộp nhỏ chứa 3 diode bypass riêng biệt ở giữa tấm pin. Thiết kế này giúp rút ngắn chiều dài đường dẫn thanh cái, tản nhiệt nhanh chóng, làm giảm nhiệt độ điểm nóng (hotspot) tới 25°C và bảo vệ an toàn cho toàn bộ hệ thống.

Chi phí đầu tư pin Half cell có mang lại hiệu quả kinh tế cao hơn cho dự án áp mái không? Dù chi phí đầu tư ban đầu của pin Half cell cao hơn khoảng 5% đến 10%, nhưng với hiệu suất đạt 18,40%, khả năng giảm thiểu tổn thất che bóng từ 10% đến 40% và tuổi thọ vận hành trên 25 năm, hệ thống sử dụng pin Half cell mang lại sản lượng điện vượt trội, tối ưu hóa doanh thu bán điện cho EVN và rút ngắn thời gian thu hồi vốn.

Kết luận

• Mô hình toán học một diode xây dựng trên phần mềm MATLAB/Simulink đạt độ chính xác cao với sai số thực nghiệm đo đạc trong 8 giờ chỉ dưới 1,5%.
• Công nghệ Half cell chứng minh hiệu quả vượt trội khi bị bóng đổ, giảm mức độ suy hao công suất từ 20% - 80% ở Full cell xuống chỉ còn 10% - 40%.
• Cấu trúc 144 cell cắt đôi kết hợp 3 hộp Junction Box riêng biệt giúp hạ nhiệt độ điểm nóng hotspot tới 25°C, ngăn ngừa nguy cơ hư hại tấm pin.
• Nghiên cứu đóng góp bộ dữ liệu thực nghiệm chuẩn xác trên mô-đun Canadian Solar CS3W-440MS với công suất danh định 440W và hiệu suất 18,40%.
• Kết quả mở ra giải pháp thiết kế tối ưu hóa kỹ thuật cho các hệ thống điện mặt trời mái nhà tại Việt Nam theo định hướng cơ chế khuyến khích của Chính phủ.

Trong giai đoạn tiếp theo từ năm 2021 đến năm 2023, nghiên cứu cần được mở rộng sang các hệ thống pin hai mặt kính (Bifacial) và tích hợp thuật toán MPPT thích nghi đa đỉnh. Các đơn vị tư vấn và chủ đầu tư hãy ứng dụng ngay công nghệ Half cell và mô hình mô phỏng này để tối đa hóa hiệu suất và nâng cao hiệu quả sinh lời cho các dự án năng lượng mặt trời.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 3.1 Tổng quan về năng lượng mặt trời trên thế giới 1. Tình hình năng lượng mặt trời trên thế giới Vào cuối năm 2019, tổ chức IRENA [3] cơ quan năng lượng tái tạo quốc tế đã thống kê tình hình phát triển của năng lượng mặt trời trên thế giới cho thấy tốc độ tăng trưởng của năng lượng mặt trời trong 5 năm gần đây như hình 1. Điều đó cho thấy các nước đang dần quan tâm đến việc sử dụng nguồn năng lượng sạch để phục vụ cho sinh hoạt và phát triển kinh tế, xã hội. 700,000 586 600,000 489 500,000 389 400,000 296 300,000 222 200,000 100,000 0 2015 2016 2017 2018 2019 Công suất lắp đặt (MW) Hình 1.

Biểu đồ công suất lắp đặt PV trên thế giới Theo hình 1.1, công suất lắp đặt năm 2016 tăng 74 MW so với năm 2015, năm 2017 tăng 93 MW so với năm 2016, năm 2018 tăng 100 MW so với năm 2017, năm 2019 tăng 98 MW so với năm 2018. Điều đó cho thấy các nước trên thế giới đã nhận thức được cần đầu tư cho năng lượng tái tạo, năng lượng sạch, cụ thể là năng lượng mặt trời để thay thế cho năng lượng truyền thống đang dần cạn kiệt, qua đó giúp giảm gánh nặng cho các nguồn năng lượng truyền thống và vừa bảo vệ môi trường, vì năng lượng mặt trời là nguồn năng lượng sẵn có và vô tận. 5 Trong đó 5 quốc gia phát triển năng lượng mặt trời hàng đầu như hình 1.2 [4]: Công suất lắp đặt (MW) 35 27,4 Ấn Độ 18,2 10 5,6 49 45,2 Đức 42,3 40,7 39,2 62,3 53,2 Mỹ 43,1 34,7 23,4 62 55,5 Nhật Bản 44,2 38,4 28,6 205,5 175,2 Trung Quốc 131 78 43,5 0 50,000 100,000 150,000 200,000 250,000 2019 2018 2017 2016 2015 Hình 1. Công suất lắp đặt PV của 5 nước dẫn đầu thế giới giai đoạn 2015-2019 Tổng công suất trong 5 năm (MW) 700,000 633 600,000 500,000 400,000 300,000 229 217 216 200,000 96 100,000 0 Trung Quốc Nhật Bản Mỹ Đức Ấn Độ Hình 1.

Tổng công suất lắp đặt PV của 5 nước dẫn đầu thế giai đoạn 2015-2019 6 Trung Quốc là nước sản xuất điện mặt trời lớn nhất trên thế giới với 1330 GW mỗi năm. Trung Quốc cũng là quốc gia có dự án điện mặt trời lớn nhất toàn cầu với công suất 1,547 MW tại sa mạc Tenggger, đây được coi là “Bức tường năng lượng mặt trời vĩ đại” (năm 2018). Việc phát triển như vũ bão như trên là vì Trung Quốc là nhà sản xuất pin năng lượng mặt trời lớn nhất thế giới. Với sự phát triển trong công nghệ và chế tạo, Nhật Bản đã đặt mục tiêu nâng nguồn cung cấp năng lượng tái tạo từ 15% lên 22-24% trong giai đoạn 2018-2030.

Nhất là sau thảm họa Nhà máy điện Hạt nhân Fukushima Daiichi năm 2011, chính phủ Nhật Bản đã đặt quyết tâm chuyển đổi từ điện hạt nhân sang nguồn năng lượng tái tạo. Nhờ đó mà tính đến cuối năm 2019 tổng công suất lắp đặt điện mặt trời của Nhật Bản đứng thứ 2 trên thế giới với 229 MW [4]. Ngày 1/6/2017, cho dù Tổng thống Donald Trump đã quyết định rút khỏi hiệp định Paris, tuy nhiên các dự án năng lượng tái tạo tại Mỹ vẫn được hưởng lợi nhờ các chính sách ưu đãi thuế liên bang và chính sách cấp tiểu bang đối với các đơn vị cung cấp và phân phối pin năng lượng mặt trời. Đặt biệt ngày 11/5/2020 Bộ nội vụ Mỹ đã phê duyệt các dự án năng lượng mặt trời tại bang Nevada với kinh phí đầu tư lên đến 1 tỷ USD.

Nhờ đó mà các dự án điện mặt trời tại Mỹ vẫn phát triển rất mạnh mẽ và Mỹ cũng được xem là nhà của những “Cánh đồng pin mặt trời” [5]. Tính đến cuối năm 2019 thì Mỹ đã lắp đặt được 216,755 MW điện mặt trời. Đức cũng là một trong những nước đã triển khai mãnh mẽ và là quốc gia hàng đầu sản xuất năng lượng mặt trời. Các nguồn năng lượng tái tạo đang được quốc gia này ưu tiên bậc nhất với mục tiêu đạt 80% năng lượng điện từ năng lượng tái tạo đến năm 2050.

Theo thống kê thì năm 2018, điện mặt trời chiếm 7% lượng tiêu thụ điện của quốc gia [5]. Ấn Độ cũng là quốc gia phát triển điện mặt trời nhanh nhất thế giới, với khả năng cung cấp nguồn Quang điện lên tới 28.18 GW vào tháng 3 năm 2019 [5] và đây cũng là nơi có nhà sản xuất điện mặt trời có chi phí thấp nhất thế giới. Do đó, Ấn Độ cũng đã đặt mục tiêu là tới năm 2020 sẽ sản xuất được 20 GW điện năng mỗi năm nhờ vào điện mặt trời. Theo như hình 2 thì công suất lắp đặt tính đến cuối năm 2019 về năng lượng mặt trời của Ấn Độ 7 là 96,039 MW qua đó chiếm lấy vị trí số 5 tổng công suất lắp đặt điện mặt trời trên toàn thế giới.

Các nghiên cứu về bóng đổ lên công suất pin Half cell và Full cell Hiện nay, trên thế giới đã có nhiều nghiên cứu về ảnh hưởng của bóng đổ lên công suất của tấm pin mặt trời tại một số quốc gia như bảng 1. Theo đó các thống kê ở bảng 1 cho ta thấy các tác giả đã tập trung nghiên cứu các phương pháp khác nhau để làm tăng hiệu suất của tấm pin khi bị ảnh hưởng của bóng đổ. Qua đó, các tác giả đưa ra các phân tích của mình về ưu điểm và nhược điểm của từng phương án để đưa ra các kết luận thích hợp cho từng dự án. Các nhà nghiên cứu [6-15] đã tập trung nghiên cứu ảnh hưởng của bóng đổ tới công suất của tấm pin mặt trời, để từ đó đưa ra các giải pháp khác nhau nhằm cải thiện sự tác động của bóng đổ lên công suất tấm pin.

Kết quả cho thấy sử dụng công nghệ Half cell là một trong những giải pháp tối ưu nhất cho các dự án gặp những điều kiện bất lợi về bóng đổ. Công nghệ Half cell sẽ giúp cho công suất của tấm pin đạt được hiệu suất tốt nhất và làm tăng tuổi thọ của tấm pin. Như vậy, mục đích cuối cùng của các nghiên cứu là cải thiện hệ thống đạt công suất tối ưu nhất khi hoạt động. Mỗi nghiên cứu đều chỉ nêu ra một vấn đề mà hệ thống điện mặt trời hiện nay đang gặp phải.

Các nghiên cứu ảnh hưởng của bóng đổ đến hiệu suất của Pin quang điện Tài liệu tham khảo Công nghệ Phương pháp Kết quả G. Trzmiel và cộng sự Full cell Thay đổi vị trí kết nối Hiệu suất giảm [6] các tế bào quang điện tới 80% Qian và cộng sự Full cell Phân tích Hotspot Tăng 50% so với [7] Half cell modul Half cell Full cell J. Teo và cộng sự Half cell Sử dụng diode rẽ Không gây ra tổn [8] nhánh thất điện Wang và cộng sự Phân tích sơ đồ PV: TCT, BL có hiệu [9] SP, TCT, BL suất cao 8 Tài liệu tham khảo Công nghệ Phương pháp Kết quả Lu và cộng sự Full cell Thay đổi hướng theo Hiệu suất của [10] Half cell trục X và Y Half cell tốt hơn Full cell Bana và cộng sự Full cell Cấu hình SP, TCT, Lực chọn cấu [11] BL và HC của PV hình TCT Qian và cộng sự Full cell Phân tích Hotspot Nhiệt độ của Half [12] Half cell cell thấp hơn 250 𝐶 Ajmal và cộng sự Full cell Cấu hình S, SP, TCT, TCT tạo ra năng [13] BL và HC của PV lượng cao Peng và cộng sự Full cell Thực nghiệm Sản lượng giảm [14] 18%-35% Steim và cộng sự Full cell Diode bypass hữu cơ Diode bypass hữu [15] cơ chỉ mất 30% điện năng 3.2 Tổng quan về năng lượng mặt trời tại Việt Nam Từ những năm 2015, 2016 và 2017 thì tình hình phát triển năng lượng mặt trời tại Việt Nam đang còn khá mới mẻ. Khi đó, chính phủ Việt Nam chưa quan tâm nhiều tới việc phát triển các nguồn năng lượng tái tạo, cụ thể là năng lượng mặt trời.

Do đó tổng công suất lắp đặt tại thời điểm đó khá ít (6 MW- 9 MW) [3]. Tuy nhiên, sau khi nhận thấy tiềm năng về mặt trời của Việt Nam là rất triển vọng. Ngày 11/4/2017, Thủ tướng chính phủ Nguyễn Xuân Phúc đã ban hành Quyết định 11/2017/QÐ-TTg [16] về cơ chế khuyến khích phát triển điện mặt trời. Lúc này, Việt Nam mới bắt đầu có vị thế về phát triển năng lượng mặt trời trong khu vực Đông Nam Á, cụ thể năm 2018 tổng công suất lắp đặt tăng vượt bậc từ 9MW lên 106 MW và đỉnh điểm là cuối năm 2019 tăng lên 5,694 MW.

Tổng công suất lắp đặt năm 2019 của Việt Nam nhiều hơn tổng công suất lắp đặt trong 5 năm của Malaysia, Philippines, Singapore. Qua đó trở thành nước phát triển mạnh mẽ nhất về Năng lượng mặt 9 trời ở khu vực Đông Nam Á. Về tổng công suất lắp đặt năng lượng mặt trời trong 5 năm của Việt Nam chỉ xếp sau Thái Lan, nước có tổng công suất lắp đặt điện mặt trời lên tới 12,532 MW. Điều đó cho thấy Việt Nam đang trở thành thị trường đầu tư các dự án về Năng lượng mặt trời rất hấp dẫn.

255 Công suất lắp đặt (MW) 160 SINGAPORE 118 97 46 922 897 PHILIPPINES 897 775 166 882 536 MALAYSIA 370 279 229 2987 2961 THAILAND 2702 2451 1425 5695 106 VIỆT NAM 9 6 6 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 2019 2018 2017 2016 2015 Hình 1. Công suất lắp đặt PV 5 nước dẫn đầu Đông Nam Á giai đoạn 2015-2019 TỔNG CÔNG SUẤT LẮP ĐẶT (MW ) SINGAPOR E 676 PHILIPP INE S 3,657 MALAYS IA 2,296 THAILAND 12,532 VIỆ T NAM 5,822 Hình 1. Tổng công suất lắp đặt PV của 5 nước dẫn đầu Đông Nam Á giai đoạn 2015-2019 10 Theo báo cáo tại cuộc họp ngày 11/6/2020 của bộ phận kinh doanh EVN [17], tính đến ngày 7/6/2020, cả nước đã có hơn 31,100 hệ thống Điện mặt trời nối mái, tổng công suất lắp đặt hơn 640 MWp, sản lượng phát lên lưới hơn 145 triệu kWh, qua đó số tiền mà EVN trả cho khách hàng hơn 300 tỉ đồng. Dưới đây là một số hình ảnh dự án điện mặt trời nối mái ở Việt Nam [18]: Hình 1.

Dự án điện năng lượng mặt trời – Otran Logistics [18] Đây là dự án có công suất 712,8 kWp được lắp đặt ngày 10/9/2019 tại Bà Rịa – Vũng Tàu, sản lượng tạo ra 1,040,688kWh/năm. Dự án điện năng lượng mặt trời – Hoàn Cầu [18] Dự án có công suất 153 kWp được lắp đặt ngày 26/11/2019 tại Củ Chi, sản lượng tạo ra 223,380 kWp/năm. Dự án điện năng lượng mặt trời – PC Tây Ninh [18] Dự án có công suất 388,8 kWp được lắp đặt ngày 30/10/2019 tại Tây Ninh, sản lượng tạo ra 576,684 kWp/năm.