Công suất danh nghĩa và điều kiện thử nghiệm tiêu chuẩn (STC)
Hiệu suất của mô-đun quang điện thường được đo theo Điều kiện thử nghiệm tiêu chuẩn (STC), được xác định theo tiêu chuẩn IEC 60904-1:
- Bức xạ 1000 W/m2 (ánh sáng mặt trời tối ưu)
- Nhiệt độ mô-đun ở 25°C
- Phổ ánh sáng được tiêu chuẩn hóa (IEC 60904-3)
Các mô-đun hai chiều thu ánh sáng ở cả hai phía có thể cải thiện năng suất thông qua phản xạ mặt đất (albedo). PVGIS chưa mô hình hóa các mô-đun này, nhưng một cách tiếp cận là sử dụng BNPI (Bifacial Nameplate Irradiance), được định nghĩa là: P_BNPI = P_STC * (1 + φ * 0,135), trong đó φ là hệ số hai mặt.
Hạn chế của mô-đun hai mặt: Không phù hợp cho việc lắp đặt tích hợp trong tòa nhà nơi phía sau mô-đun bị cản trở. Hiệu suất thay đổi tùy theo hướng (ví dụ: trục Bắc-Nam với hướng Đông-Tây).
Ước tính công suất thực tế của các mô-đun PV
Điều kiện hoạt động thực tế của tấm PV khác với điều kiện tiêu chuẩn (STC), ảnh hưởng đến công suất đầu ra. PVGIS.COM áp dụng một số hiệu chỉnh để kết hợp các biến này.
1. Sự phản xạ và góc tới của ánh sáng
Khi ánh sáng chiếu vào mô-đun PV, một phần sẽ bị phản xạ mà không chuyển thành điện năng. Góc tới càng sắc nét thì tổn thất càng lớn.
- Tác động đến sản xuất: Trung bình, hiệu ứng này gây thất thoát từ 2 đến 4%, giảm đối với các hệ thống theo dõi năng lượng mặt trời.
2. Ảnh hưởng của quang phổ mặt trời đến hiệu suất của quang điện
Các tấm pin mặt trời rất nhạy cảm với các bước sóng nhất định của quang phổ ánh sáng, thay đổi tùy theo công nghệ PV:
- Silicon tinh thể (c-Si): Nhạy cảm với ánh sáng hồng ngoại và khả kiến
- CdTe, CIGS, a-Si: Độ nhạy khác nhau, với phản ứng giảm trong vùng hồng ngoại
Các yếu tố ảnh hưởng đến quang phổ: Ánh sáng buổi sáng và buổi tối đỏ hơn.
Những ngày nhiều mây làm tăng tỷ lệ ánh sáng xanh. Hiệu ứng quang phổ ảnh hưởng trực tiếp đến công suất PV. PVGIS.COM sử dụng dữ liệu vệ tinh để điều chỉnh các biến thể này và tích hợp các hiệu chỉnh này vào các tính toán của nó.
Sự phụ thuộc của nguồn điện PV vào bức xạ và nhiệt độ
Nhiệt độ và hiệu quả
Hiệu suất của tấm PV giảm theo nhiệt độ mô-đun, tùy thuộc vào công nghệ:
Ở mức bức xạ cao (>1000 W/m2), nhiệt độ mô-đun tăng: Mất hiệu quả
Ở mức bức xạ thấp (<400 W/m2), hiệu suất thay đổi tùy theo loại tế bào PV
Làm người mẫu trong PVGIS.COM
PVGIS.COM điều chỉnh công suất quang điện dựa trên bức xạ (G) và nhiệt độ mô-đun (Tm) bằng mô hình toán học (Huld et al., 2011):
P = (G/1000) * A * hiệu ứng(G, Tm)
Các hệ số đặc trưng cho từng công nghệ quang điện (c-Si, CdTe, CIGS) được lấy từ các phép đo thực nghiệm và áp dụng cho PVGIS.COM mô phỏng.
Mô hình hóa nhiệt độ của mô-đun PV
- Các yếu tố ảnh hưởng đến nhiệt độ mô-đun (Tm)
- Nhiệt độ không khí xung quanh (Ta)
- Bức xạ mặt trời (G)
- Thông gió (W) – Gió mạnh làm mát mô-đun
-
Mô hình nhiệt độ trong PVGIS (Faiman, 2008):
Tm = Ta + G / (U0 + U1W)
Các hệ số U0 và U1 thay đổi tùy theo kiểu lắp đặt:
| Công nghệ quang điện | Cài đặt | U0 (W/°C-m2) | U1 (Ws/°C-m³) |
|---|---|---|---|
| c-Si | Đứng tự do | 26,9 | 26,9 |
| c-Si | BIPV/BAPV | 20,0 | 20,0 |
| CIGS | Đứng tự do | 22,64 | 22,64 |
| CIGS | BIPV/BAPV | 20,0 | 20,0 |
| CdTe | Đứng tự do | 23,37 | 23,37 |
| CdTe | BIPV/BAPV | 20,0 | 20,0 |
Tổn thất hệ thống và lão hóa của mô-đun PV
Tất cả các tính toán trước đó cung cấp năng lượng ở cấp độ mô-đun, nhưng các tổn thất khác phải được xem xét:
- Tổn thất chuyển đổi (biến tần)
- Tổn thất dây dẫn
- Sự khác biệt về sức mạnh giữa các mô-đun
- Lão hóa của các tấm PV
Theo nghiên cứu của Jordan & Kurtz (2013), các tấm PV mất trung bình 0,5% điện năng mỗi năm. Sau 20 năm, sức mạnh của chúng giảm xuống còn 90% giá trị ban đầu.
- PVGIS.COM khuyến nghị nhập mức tổn thất hệ thống ban đầu là 3% trong năm đầu tiên để tính đến sự xuống cấp của hệ thống, sau đó là 0,5% mỗi năm.
Các yếu tố khác không được xem xét trong PVGIS
Một số tác động ảnh hưởng đến việc sản xuất PV nhưng không được đưa vào PVGIS:
- Tuyết trên các tấm: Giảm mạnh sản lượng. Phụ thuộc vào tần suất và thời gian tuyết rơi.
- Tích tụ bụi bẩn: Giảm công suất PV, tùy thuộc vào độ sạch và lượng mưa.
- Che bóng một phần: Có tác động mạnh nếu một mô-đun bị bóng mờ. Hiệu ứng này phải được quản lý trong quá trình cài đặt PV.
Phần kết luận
Nhờ những tiến bộ trong mô hình quang điện và dữ liệu vệ tinh, PVGIS.COM cho phép ước tính chính xác công suất đầu ra của mô-đun PV bằng cách tính đến các tác động về môi trường và công nghệ.
Tại sao nên sử dụng PVGIS.COM?
Mô hình nâng cao về bức xạ và nhiệt độ mô-đun
Hiệu chỉnh dựa trên dữ liệu khí hậu và quang phổ
Ước tính đáng tin cậy về tổn thất hệ thống và độ lão hóa của bảng điều khiển
Tối ưu hóa sản xuất năng lượng mặt trời cho từng vùng