Các thành phần của tấm pin mặt trời: Hướng dẫn dành cho người mua

Mọi lắp đặt năng lượng mặt trời chỉ đáng tin cậy khi thành phần yếu nhất của nó. Mặc dù các tấm pin mặt trời nhận được hầu hết sự chú ý nhưng hiệu suất, độ an toàn và tuổi thọ của hệ thống quang điện phụ thuộc như nhau vào chất lượng của từng bộ phận riêng lẻ bên trong nó—từ các lớp bảo vệ được dát mỏng bên trong mỗi mô-đun đến vỏ điện quản lý dòng điện đầu ra. Đối với người mua, kỹ sư và nhóm mua sắm đánh giá các nhà sản xuất linh kiện năng lượng mặt trời và nhà cung cấp linh kiện năng lượng mặt trời, việc hiểu rõ chức năng của từng bộ phận và yêu cầu thông số kỹ thuật nào là nền tảng của việc xây dựng các hệ thống mang lại bảo hành hiệu suất 25 năm như đã hứa của họ.

Cốt lõi Linh kiện bảng năng lượng mặt trời Mọi người mua nên biết

Một tấm pin mặt trời silicon tinh thể tiêu chuẩn là một tổ hợp nhiều lớp được thiết kế chính xác. Mỗi lớp thực hiện một chức năng cấu trúc hoặc điện cụ thể, và sự cố ở bất kỳ lớp nào sẽ ảnh hưởng đến toàn bộ mô-đun. Việc hiểu các lớp này là gì và cách chúng tương tác mang lại cho nhóm mua sắm cơ sở kỹ thuật để đánh giá các tuyên bố về chất lượng của nhà cung cấp, đọc bảng dữ liệu vật liệu một cách chính xác và đưa ra quyết định sáng suốt khi so sánh giá thầu từ các nhà cung cấp linh kiện năng lượng mặt trời cạnh tranh.

Các thành phần chính của tấm pin mặt trời có trong mọi mô-đun silicon tinh thể là: tế bào quang điện, kính cường lực, chất đóng gói, tấm nền, khung kim loại, hộp nối và hệ thống dây điện với đầu nối MC4. Mỗi bộ phận này đều có nguồn gốc, thử nghiệm và lắp ráp trong các điều kiện được kiểm soát. Sự khác biệt về chất lượng giữa linh kiện cao cấp và linh kiện thay thế giá rẻ có thể rất lớn—thường không thể thấy được khi lắp đặt nhưng có thể đo lường được trong vòng 5 năm hoạt động đầu tiên thông qua tốc độ xuống cấp, bong tróc và lỗi điện.

Tế bào quang điện: Lõi tạo năng lượng

Pin mặt trời, còn được gọi là tế bào quang điện (PV), là trung tâm chức năng của mọi tấm pin mặt trời. Chúng được sản xuất từ ​​vật liệu bán dẫn—chủ yếu là silicon—tạo ra dòng điện khi tiếp xúc với ánh sáng mặt trời thông qua hiệu ứng quang điện. Công nghệ tế bào cụ thể không chỉ xác định mức độ hiệu quả của ánh sáng mặt trời được chuyển đổi thành điện năng mà còn xác định cách hoạt động của tấm pin trong các điều kiện thực tế như bóng râm một phần, nhiệt độ cao và ánh sáng khuếch tán.

Bốn loại pin chính có sẵn từ các nhà sản xuất linh kiện năng lượng mặt trời hiện nay là:

• Đơn tinh thể: Được cắt từ một tinh thể silicon nguyên chất duy nhất, những tế bào này mang lại mức hiệu suất cao nhất—thường là 20–23%—và hiệu suất tốt nhất ở nhiệt độ cao. Chúng là sự lựa chọn ưu tiên cho các hệ thống mái nhà dân cư nơi không gian bị hạn chế.
• Đa tinh thể: Được tạo ra bằng cách nấu chảy nhiều mảnh silicon lại với nhau, tế bào đa tinh thể kém hiệu quả hơn (15–18%) nhưng giá thành thấp hơn. Chúng vẫn là một lựa chọn khả thi cho việc lắp đặt trên mặt đất quy mô lớn, nơi diện tích đất không phải là hạn chế.
• PERC (Bộ phát thụ động và ô phía sau): Là một cải tiến được áp dụng cho cả tế bào đơn và tế bào đa, công nghệ PERC bổ sung một lớp thụ động ở phía sau tế bào để phản chiếu ánh sáng không được hấp thụ trở lại trong lần truyền thứ hai qua chất bán dẫn, cải thiện hiệu suất thêm 1–2 điểm phần trăm so với tế bào tiêu chuẩn.
• Màng mỏng: Những tế bào này lắng đọng một lớp quang điện rất mỏng lên chất nền như thủy tinh, kim loại hoặc nhựa. Chúng nhẹ và linh hoạt nhưng thường kém hiệu quả hơn và có tuổi thọ ngắn hơn so với các chất thay thế silicon tinh thể. Màng mỏng phổ biến hơn trong các ứng dụng quy mô thương mại và tiện ích hơn là trong các hệ thống dân dụng.

Kính cường lực và chất đóng gói: Bảo vệ từ ngoài vào trong

Mặt trước của tấm pin mặt trời được bao phủ bởi một tấm kính cường lực có độ sắt thấp, thường dày 3,2mm. Kính cường lực mạnh hơn khoảng bốn lần so với kính tiêu chuẩn và mang lại khả năng bảo vệ chính cho tấm nền chống lại tác động cơ học từ mưa đá, mảnh vụn và quá trình lắp đặt. Kính có hàm lượng sắt thấp được chỉ định vì kính tiêu chuẩn chứa các oxit sắt hấp thụ một phần ánh sáng tới—các công thức có hàm lượng sắt thấp làm giảm sự hấp thụ này, cho phép nhiều photon hơn tiếp cận các tế bào và cải thiện hiệu suất mô-đun tổng thể lên tới 2%.

Hầu hết các tấm pin mặt trời thương mại hiện nay đều phủ một lớp chống phản chiếu lên bề mặt kính. Lớp phủ này làm giảm ánh sáng bị mất do phản xạ bề mặt—có thể chiếm tới 4% tổng lượng bức xạ trên kính không tráng phủ—và là tiêu chuẩn trên hơn 90% tấm nền hiện đang được sản xuất. Khi tìm nguồn cung ứng linh kiện năng lượng mặt trời, hãy xác nhận rằng nhà cung cấp kính có các chứng chỉ liên quan như IEC 61215 hoặc UL 61730, bao gồm các yêu cầu về thử nghiệm tải cơ học và khả năng chống chịu tác động của mưa đá.

Bên dưới tấm kính và phía trên tấm nền, pin mặt trời được kẹp trong một lớp bao bọc—phổ biến nhất là ethylene-vinyl acetate (EVA) hoặc chất đàn hồi polyolefin (POE). Chất đóng gói có ba chức năng quan trọng: nó liên kết lớp tế bào với kính và tấm nền dưới nhiệt và áp suất trong quá trình cán màng, nó cách ly điện tử các tế bào khỏi các lớp cấu trúc và ngăn chặn độ ẩm có thể gây ra sự ăn mòn và phân tách theo thời gian. Chất đóng gói POE ngày càng được chỉ định cho các mô-đun hai mặt và hiệu suất cao do tốc độ truyền hơi ẩm thấp hơn so với EVA.

Tấm nền tấm pin mặt trời: Lớp bảo vệ phía sau

Tấm nền của tấm pin mặt trời là lớp sau cùng của mô-đun năng lượng mặt trời đơn mặt tiêu chuẩn. Nó đóng vai trò là chất cách điện chính giữa mạch tế bào bên trong và môi trường lắp đặt, đồng thời cung cấp rào cản thời tiết chống lại sự xâm nhập của hơi ẩm, suy thoái tia cực tím và mài mòn cơ học từ cấu trúc lắp đặt. Tấm nền bị hỏng sẽ cho phép hơi ẩm xâm nhập vào lớp mô-đun, gây ra sự ăn mòn tế bào, sự đổi màu của lớp bọc và cuối cùng là tổn thất công suất đầu ra tăng tốc vượt quá tốc độ suy giảm tiêu chuẩn hàng năm là 0,5–0,7%.

Tấm nền tấm pin mặt trời được sản xuất theo nhiều cấu hình vật liệu, mỗi cấu hình có đặc tính hiệu suất riêng biệt:

• TPT (Tedlar–Polyester–Tedlar): Tiêu chuẩn ngành về độ bền của tấm nền. Các lớp bên ngoài của Dupont Tedlar mang lại khả năng chống tia cực tím và chống ẩm tuyệt vời. Tấm nền TPT có chi phí vật liệu cao nhất nhưng được chỉ định cho các hệ thống hướng tới tuổi thọ sử dụng từ 25 năm trở lên.
• TPE (Tedlar–Polyester–EVA): Một giải pháp thay thế giảm chi phí thay thế lớp Tedlar bên trong bằng EVA. Hiệu suất phù hợp cho hầu hết các ứng dụng dân dụng nhưng khả năng truyền hơi ẩm cao hơn TPT trong thời gian tiếp xúc kéo dài.
• KPK và KPE (dựa trên Kynar): Sử dụng màng fluoropolymer Kynar thay cho Tedlar. Tấm nền dựa trên Kynar có khả năng chống tia cực tím và độ ẩm tương đương ở mức giá cạnh tranh và được các nhà sản xuất linh kiện năng lượng mặt trời Cấp 1 sử dụng rộng rãi.
• Tấm nền trắng và đen: Tấm nền màu trắng phản chiếu ánh sáng khuếch tán trở lại qua chất bao bọc để tăng hiệu quả biên; tấm nền màu đen hấp thụ nhiệt và thường được chỉ định để tích hợp thẩm mỹ trong các ứng dụng kiến ​​trúc, mặc dù chúng hoạt động ở nhiệt độ tế bào cao hơn một chút.

Khi đánh giá các nhà cung cấp linh kiện năng lượng mặt trời, hãy yêu cầu báo cáo thử nghiệm IEC 61215 và IEC 61730, trong đó cụ thể bao gồm nhiệt ẩm (85°C, độ ẩm tương đối 85% trong 1.000 giờ) và kết quả điều hòa sơ bộ bằng tia cực tím cho vật liệu tấm nền. Những thử nghiệm này mang tính dự đoán tốt nhất về hiệu quả hoạt động lâu dài tại hiện trường.

Hộp nối: Quản lý hiện tại và an toàn ở cấp độ mô-đun

Hộp nối là trung tâm kết nối điện được gắn ở phía sau mỗi tấm pin mặt trời. Nó chứa các điốt rẽ nhánh giúp bảo vệ chuỗi tế bào khỏi hư hỏng điểm nóng trong quá trình tạo bóng một phần, đồng thời cung cấp điểm cuối cho cáp đầu ra và đầu nối MC4 tích hợp bảng điều khiển vào hệ thống dây điện rộng hơn. Hộp nối là thành phần được nhắc đến thường xuyên nhất trong các báo cáo lỗi tại hiện trường liên quan đến sự xâm nhập của nước và suy giảm đầu nối, khiến chất lượng vật liệu và xếp hạng IP trở thành tiêu chí lựa chọn quan trọng.

Một hộp nối được chỉ định rõ ràng sẽ đáp ứng các tiêu chuẩn tối thiểu sau:

• Xếp hạng bảo vệ chống xâm nhập IP67 hoặc IP68: IP67 biểu thị cấu trúc kín bụi và khả năng ngâm tạm thời trong nước ở độ sâu 1 mét trong 30 phút. IP68 mở rộng điều này sang ngâm liên tục. Đối với các ứng dụng gắn trên mặt đất và ngoài trời, IP67 là mức đánh giá tối thiểu có thể chấp nhận được.
• Điốt bỏ qua: Các bảng 60 ô và 72 ô tiêu chuẩn chứa ba điốt rẽ nhánh, một điốt trên mỗi chuỗi ô. Khi một ô hoặc chuỗi bị che bóng, điốt rẽ nhánh tương ứng sẽ kích hoạt, định tuyến dòng điện xung quanh chuỗi bị ảnh hưởng và ngăn chặn sự tích tụ nhiệt cục bộ gây ra các điểm nóng và nứt tế bào.
• Vật liệu vỏ ổn định tia cực tím: Thân hộp nối thường được đúc từ polyphenylene oxit (PPO) hoặc polycarbonate (PC). Những vật liệu này phải chống lại sự giòn do tia cực tím gây ra trong thời gian sử dụng 25 năm. Xác nhận rằng vật liệu vỏ đáp ứng yêu cầu về khả năng chống cháy UL 94 V-0.
• Chất lượng cáp và đầu nối: Cáp đầu ra được đánh giá ở mức 1.000V DC hoặc 1.500V DC tùy thuộc vào thiết kế hệ thống. Đầu nối MC4 phải được xếp hạng và tương thích chéo với các đầu nối được sử dụng ở nơi khác trong mảng. Việc trộn lẫn các nhãn hiệu đầu nối—ngay cả những nhãn hiệu giống nhau về mặt hình ảnh—là nguyên nhân hàng đầu gây ra lỗi hồ quang và phải bị nghiêm cấm rõ ràng trong các thông số kỹ thuật mua sắm.

So sánh thông số kỹ thuật thành phần chính của tấm pin mặt trời

Bảng dưới đây cung cấp tài liệu tham khảo thực tế để người mua đánh giá thành phần bảng điều khiển năng lượng mặt trời trên các loại kết cấu và điện chính.

Lựa chọn nhà sản xuất và nhà cung cấp linh kiện năng lượng mặt trời

Thị trường toàn cầu về linh kiện năng lượng mặt trời được phục vụ bởi hệ sinh thái nhà cung cấp theo cấp bậc. Các nhà sản xuất linh kiện năng lượng mặt trời Cấp 1 duy trì sản xuất tích hợp theo chiều dọc—kiểm soát nguồn cung ứng tế bào, thủy tinh, chất đóng gói và hộp nối theo một hệ thống quản lý chất lượng duy nhất—tạo ra khả năng tương thích giữa các thành phần chặt chẽ hơn và hiệu suất ở cấp mô-đun nhất quán hơn. Các nhà sản xuất Cấp 2 và Cấp 3 thường lắp ráp các mô-đun từ các thành phần có nguồn gốc của bên thứ ba, có thể gây ra sự thay đổi về độ bám dính của chất bao bọc, độ bền liên kết của tấm nền và độ kín của hộp nối.

Khi đánh giá các nhà cung cấp linh kiện năng lượng mặt trời cho một dự án, nhóm mua sắm phải yêu cầu các tài liệu sau trước khi hoàn tất việc lựa chọn nhà cung cấp:

• Chứng chỉ kiểm tra IEC 61215 và IEC 61730 hiện tại do phòng thí nghiệm được CBTL công nhận cấp trong vòng 24 tháng qua
• Bảng kê vật liệu (BOM) xác định nhà sản xuất và mẫu hộp nối, tấm nền, chất đóng gói và hộp nối cụ thể được sử dụng trong sản xuất
• Báo cáo kiểm tra flash từ quá trình sản xuất, xác nhận rằng các mô-đun được vận chuyển đáp ứng dung sai công suất đã nêu (thường là ±3% hoặc cao hơn)
• Báo cáo hình ảnh điện phát quang (EL) từ lô sản xuất, cho thấy không có vết nứt nhỏ, vỡ tế bào và khuyết tật hàn
• Các điều khoản bảo hành nguồn điện tuyến tính và hỗ trợ tài chính đằng sau chúng—bảo hành 25 năm từ nhà cung cấp không có sự ổn định tài chính lâu dài mang lại rất ít giá trị thực tế

Các nhà cung cấp hàng đầu cam kết cung cấp các giải pháp năng lượng thông minh cho toàn bộ vòng đời tích hợp hoạt động nghiên cứu và phát triển, sản xuất, bán hàng và dịch vụ độc lập trong khuôn khổ chất lượng thống nhất. Sự tích hợp này—bao gồm các hệ thống năng lượng thông minh, tòa nhà thông minh và ứng dụng trồng trọt thông minh—cho phép người mua tìm nguồn cung ứng các thành phần tấm pin mặt trời với sự tự tin rằng mỗi lớp của mô-đun đã được kiểm tra khả năng tương thích với các lớp khác chứ không chỉ về sự tuân thủ riêng lẻ. Đối với các nhóm mua sắm quản lý các chương trình nhiều megawatt hoặc hợp đồng dịch vụ dài hạn, cách tiếp cận có hệ thống này đối với chất lượng linh kiện là điều giúp phân biệt các nhà cung cấp có khả năng đứng đằng sau sản phẩm của họ trong thời hạn hoạt động 25 năm với những nhà cung cấp không thể.