Trong bối cảnh khủng hoảng năng lượng và biến đổi khí hậu hiện nay, năng lượng tái tạo, đặc biệt là năng lượng mặt trời, đóng vai trò ngày càng quan trọng trong việc đảm bảo an ninh năng lượng và bảo vệ môi trường. Tuy nhiên, hiệu suất và tuổi thọ của các tấm pin mặt trời (PV) bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố gây suy giảm, làm giảm hiệu quả và khả năng sử dụng của chúng theo thời gian.
Việc hiểu rõ các yếu tố gây suy giảm pin năng lượng mặt trời không chỉ giúp cải thiện hiệu quả và tuổi thọ của các hệ thống năng lượng mặt trời mà còn đóng góp vào sự phát triển bền vững của ngành năng lượng tái tạo. Việc này cũng giúp các nhà sản xuất và người sử dụng pin năng lượng mặt trời có thể áp dụng các biện pháp phòng ngừa và quản lý hiệu quả hơn, từ đó tối ưu hóa lợi ích kinh tế và môi trường.
Pin mặt trời (PV) là thiết bị chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành điện năng thông qua hiệu ứng quang điện. Mặc dù có tuổi thọ dự kiến khoảng 25 năm, nhưng nhiều yếu tố môi trường và kỹ thuật có thể làm giảm hiệu suất của chúng trước thời hạn này. Các yếu tố như nhiệt độ, độ ẩm, bụi, sự nứt vỡ, và sự phân lớp đều đóng vai trò quan trọng trong quá trình suy giảm này.
1. Bụi
Bụi là một trong những yếu tố gây suy giảm hiệu suất của pin năng lượng mặt trời quan trọng nhất. Bụi tích tụ trên bề mặt pin làm giảm lượng ánh sáng chiếu vào các tế bào quang điện, từ đó giảm hiệu suất chuyển đổi quang năng thành điện năng.
Nghiên cứu cho thấy, việc tích tụ bụi trên pin năng lượng mặt trời không được làm sạch trong 6 tháng có thể giảm công suất đầu ra của pin xuống 50%.
Một thí nghiệm khác chỉ ra rằng, sau 70 ngày không có mưa, tốc độ tích tụ bụi là 6.0986 g/m², dẫn đến giảm 21.47% công suất đầu ra. Điều này chứng tỏ bụi có ảnh hưởng rất lớn đến hiệu suất của pin mặt trời. Bụi không chỉ làm giảm hiệu suất mà còn tạo điều kiện cho sự phát triển của các vết nứt và hư hỏng khác trên bề mặt pin, tạo nên một vòng luẩn quẩn làm giảm dần hiệu suất của hệ thống PV.
2. Đổi màu
Đổi màu là một trong những yếu tố gây suy giảm tuổi thọ của pin năng lượng mặt trời. Sự đổi màu thường là kết quả của quá trình lão hóa các vật liệu đóng gói như ethylene-vinyl acetate (EVA).
Sự đổi màu của pin mặt trời gây ra do sự phân hủy của EVA dưới ánh sáng mặt trời, dẫn đến sự hình thành các chất ăn mòn và sự suy giảm hiệu suất của pin. Sinha et al. đã chỉ ra rằng sự không đồng đều trong đổi màu có thể gây mất mát lớn trong yếu tố lấp đầy và tăng sức cản nối tiếp của các kết nối tế bào, làm giảm hiệu suất tổng thể của hệ thống PV
Sự đổi màu không chỉ làm giảm hiệu suất mà còn có thể gây ra các vết nứt và các hư hỏng khác, tạo nên một chuỗi các sự cố làm suy giảm hiệu suất của pin mặt trời.
3. Nứt vỡ và điểm nóng
Nứt vỡ và điểm nóng là các yếu tố gây suy giảm hiệu suất của pin năng lượng mặt trời nghiêm trọng. Những vết nứt nhỏ có thể phát triển thành các vết nứt lớn, gây ra hiện tượng điểm nóng, làm giảm hiệu suất và gây hư hỏng pin.
Các vết nứt thường xuất hiện do sự giãn nở và co lại của các tế bào silicon dưới nhiệt độ cao. Những vết nứt này có thể gây ra sự không đồng đều trong phân bố nhiệt độ, làm giảm hiệu suất và tuổi thọ của pin. Nghiên cứu cho thấy rằng các vết nứt có thể gây mất mát điện năng lên đến 30%.
Nứt vỡ và điểm nóng không chỉ ảnh hưởng đến hiệu suất mà còn tạo điều kiện cho sự suy giảm của các yếu tố khác như bụi và đổi màu, tạo nên một chuỗi các sự cố liên tiếp làm giảm hiệu suất của pin mặt trời.
4. Sự phân lớp
Sự phân lớp là hiện tượng tách rời các lớp trong pin mặt trời, thường do sự phân hủy của các vật liệu đóng gói hoặc do nhiệt độ cao. Điều này làm giảm sự liên kết giữa các lớp, từ đó giảm hiệu suất và tuổi thọ của pin.
Sự phân hủy của EVA dưới ánh sáng mặt trời có thể tạo ra các chất ăn mòn và khí độc hại, gây ra sự hình thành bọt khí hoặc phân lớp, làm giảm hiệu suất của pin mặt trời. Các thí nghiệm cũng cho thấy sự phân lớp và ăn mòn có thể xảy ra sau nhiều năm tiếp xúc với môi trường, làm giảm hiệu suất và tuổi thọ của pin.
Giải pháp
1. Làm sạch và bảo trì định kỳ
Để giảm thiểu ảnh hưởng của bụi, cần thực hiện làm sạch và bảo trì định kỳ các tấm pin mặt trời. Việc này không chỉ giúp loại bỏ bụi bẩn mà còn phát hiện sớm các vết nứt và hư hỏng, từ đó có biện pháp khắc phục kịp thời.
2. Sử dụng vật liệu chống đổi màu
Sử dụng các vật liệu chống đổi màu và có khả năng chịu nhiệt tốt hơn trong sản xuất pin mặt trời có thể giúp giảm thiểu hiện tượng đổi màu và kéo dài tuổi thọ của pin.
3. Thiết kế và lắp đặt hợp lý
Thiết kế và lắp đặt pin mặt trời hợp lý, bao gồm việc chọn vật liệu có độ bền cao và có khả năng chống nứt vỡ, cũng như sử dụng các công nghệ phát hiện sớm điểm nóng và vết nứt, có thể giúp giảm thiểu ảnh hưởng của các yếu tố này.
4. Kiểm tra và thay thế kịp thời
Thực hiện kiểm tra định kỳ và thay thế các tấm pin bị hư hỏng kịp thời có thể giúp duy trì hiệu suất và tuổi thọ của hệ thống năng lượng mặt trời.