CẤU TẠO VÀ HIỆU QUẢ CỦA ĐIỆN MẶT TRỜI | NHÀ THẦU CƠ ĐIỆN GALAXY

cau_tao_va_hieu_qua_của_dien_mat_troi_nha_thau_co_dien_galaxy

Theo tìm hiểu của Nhà thầu cơ điện Galaxy, nếu tuổi thọ thực sự của hệ thống điện NLMT trên 10 năm, việc đầu tư vào điện mặt trời quy mô gia đình mới có lãi. Ngược lại chưa hết 7 năm mà hệ thống đã phát sinh lỗi, thời gian khấu hao là câu chuyện không có hồi kết.

Với mong muốn góp một phần công sức vào việc xây dựng và phát triển năng lượng sạch tại Việt Nam, đồng thời đảm bảo lợi ích tối đa cho khách hàng, Nhà thầu Cơ Điện Galaxy sẽ cung cấp những thông tin tổng quan liên quan đến cấu tạo, chi phí đầu tư và yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả của hệ thống điện mặt trời.

1. Tổng quan cấu tạo hệ thống điện mặt trời

Hệ thống điện mặt trời được cấu tạo bởi 4 thành phần chính, cụ thể:

– Hệ thống các tấm pin mặt trời;

– Hệ thống chân giá đỡ;

– Bộ biến tần (bộ chuyển đồi dòng AC thành DC hay còn gọi là Inveter);

– Tủ điện.

cau_tao_va_hieu_qua_của_dien_mat_troi_nha_thau_co_dien_galaxy_anh1

Công suất (Wp) của mỗi tấm pin mặt trời là khác nhau tùy thuộc vào công nghệ, xuất xứ, thương hiệu và hãng s.x.

1.1. Các loại pin năng lượng mặt trời

Cho tới nay thì vật liệu chủ yếu cho pin mặt trời (và cho các thiết bị bán dẫn) là silic tinh thể. Pin mặt trời từ tinh thể silic chia ra thành 2 loại:

– Loại đơn tinh thể hay còn gọi là Monocrystalline (Mono) sản xuất dựa trên quá trình Czochralski. Pin Mono có màu đen sẫm đồng nhất. Những cell pin hình vuông được vạt góc xếp liền nhau tạo những khoảng trống hình thoi xen kẽ. Loại đơn tinh thể có hiệu suất hơn 16%. Chúng có giá thành cao do được cắt từ các thỏi hình ống.

– Loại đa tinh thể hay còn gọi là Polycrystalline (Poly) được sản xuất từ các thỏi đúc từ silic nung chảy, sau đó được được làm nguội và làm rắn. Những cell pin được xếp khít với nhau như một mảng lớn nguyên vẹn. Pin Poly có màu xanh đậm và thường rẻ hơn loại đơn tinh thể, tuy nhiên hiệu suất kém hơn.

Công suất (Wp) của mỗi tấm pin mặt trời là khác nhau tùy thuộc vào công nghệ, xuất xứ, thương hiệu và hãng sản xuất. Người ta sử dụng đơn vị Wp (Watt-peak) để diễn tả công suất của tấm pin. Wp là đơn vị đo năng lượng điện tối đa có thể cung cấp được bởi 1 tấm pin trong điều kiện 25oC nhiệt độ ngoài trời và ánh nắng 1000 W/m2. Nói cách khác, Wp chính là đơn vị để đo công suất dòng điện tạo ra bởi 1 tấm pin mặt trời trời trong điều kiện tiêu chuẩn. Trong cùng một diện tích, số lượng Wp càng cao, tấm pin năng lượng càng hiệu quả. Tuy nhiên vì chỉ số Wp được đo trong điều kiện tiêu chuẩn nên ứng với từng vị trí lắp đặt, điều kiện thời tiết cụ thể sẽ cho ra từng công suất thực tế (W) khác nhau.

cau_tao_va_hieu_qua_của_dien_mat_troi_nha_thau_co_dien_galaxy_anh2

Hệ thống chân, giá đỡ của các tấm pin mặt trời phần lớn được làm bằng thép hợp kim.

1.2. Hệ thống chân giá đỡ: Hệ thống này thường được làm bằng thép chống gỉ. Nó được ví như khung xương để cố định và nâng đỡ các tấm pin mặt trời. Đối với hệ thống điện mặt trời sử dụng kết hợp làm mái nhà, giá đỡ còn có tác dụng làm vì kèo nâng đỡ hệ thống mái – chính là các tấm pin mặt trời.

cau_tao_va_hieu_qua_của_dien_mat_troi_nha_thau_co_dien_galaxy_anh3

Ứng với từng hệ thống sẽ có từng loại biến tần khác nhau của hãng sản xuất khác nhau.

1.3. Bộ biến tần: Dòng điện tạo ra từ tấm pin mặt trời là dòng một chiều (DC). Muốn sử dụng điện năng cho các thiết bị điện, hệ thống điện mặt trời cần bộ chuyển dòng, biến dòng DC thành dòng AC (dòng điện xoay chiều).

1.4. Tủ điện: Là hộp chứa các thiết bị bao gồm CB (chống rò điện), Rơle, Inverter, các mạch kết nối, aptomat, ắc quy… Các thiết bị này đảm bảo cho hệ thống điện mặt trời vận hành an toàn, ổn định thông qua việc chống quá tải/sụt áp.

cau_tao_va_hieu_qua_của_dien_mat_troi_nha_thau_co_dien_galaxy_anh4

Điện mặt trời chỉ phát huy hiệu qua khi có đủ lượng ánh nắng cần thiết.

1.5. Nguyên lý hoạt động của hệ thống

Khi có ánh sáng mặt trời các tấm pin sẽ hoạt động theo nguyên lý sau:

(1) Pin mặt trời hấp thụ quang năng, tạo ra dòng diện một chiều;

(2) Dòng điện một chiều đi qua bộ biến tần (Inverter) tạo thành dòng điện xoay chiều;

(3) và (4) Dòng xoay chiều đi vào tủ điện và CB, đầu ra tạo thành nguồn điện cung cấp trực tiếp cho các thiết bị phụ tải hoặc chạy qua công tơ hai chiều;

(5) Công tơ điện hai chiều: Nếu điện năng sản sinh từ hệ thống điện mặt trời không tiêu thụ hết, phần dư sẽ đi vào công tơ hai chiều và tải lên lưới điện Quốc gia. Chỉ số phần dư được ghi nhận trên công tơ hai chiều, đồng thời là căn cứ để EVN trả chi phí cho hộ sử dụng điện mặt trời.

(6) Nếu điện năng sản sinh từ hệ thống điện mặt trời không đủ cung cấp cho các thiết bị phụ tải, lưới điện Quốc gia sẽ tự động bù tải đảm bảo cho các thiết bị điện vận hành bình thường.

Khi không có ánh sáng mặt trời: Tấm pin mặt trời sẽ không sản sinh ra điện. Điện năng lúc này bắt buộc phải sử dụng, hoặc qua hệ thống tích nạp (ắc quy), hoặc qua lưới điện Quốc gia.

2. Chi phí đầu tư hệ thống điện mặt trời theo tính toán của nhà thầu cơ điện

cau_tao_va_hieu_qua_của_dien_mat_troi_nha_thau_co_dien_galaxy_anh5

Điện mặt trời quy mô gia đình.

2.1. Đầu tư hệ thống điện mặt trời quy mô gia đình

Bình quân chi phí đầu tư cho hệ thống điện mặt trời sử dụng quy mô gia đình từ 20 triệu đến 25 triệu/kWp. Mỗi kWp cần diện tích từ 6 đến 7 m2 để lắp đặt các tấm pin năng lượng mặt trời. Bình quân mỗi ngày có khoảng 4,5 tiếng ánh nắng cung cấp cho hệ thống pin mặt trời. Mỗi tiếng tạo ra 1 kWp tương đương 0,8 kWh (tính hiệu suất 80%). Như vậy ứng với nhu cầu sử dụng điện quy mô gia đình, mỗi ngày cần lượng điện từ 4 đến 6 số (kWh), suy ra mỗi giờ nắng cần sản xuất 1,6 kWp, diện tích tối thiểu cần phải có để lắp pin mặt trời là khoảng 9,6 m2.  Theo đơn giá nói trên, chi phí để lắp đặt hệ thống điện mặt trời cho gia đình trong khoảng từ 32 triệu đến 40 triệu.

cau_tao_va_hieu_qua_của_dien_mat_troi_nha_thau_co_dien_galaxy_anh6

Điện mặt trời quy mô nhà xưởng, khu công nghiệp.

2.2. Đầu tư hệ thống điện mặt trời quy mô nhà xưởng

Theo nguyên tắc của thị trường, gói thi công và cung cấp sản phẩm càng lớn, chi phí đầu tư bình quân tính theo đơn vị càng nhỏ. Tương tự như vậy, với quy mô nhà xưởng, lượng điện cần sử dụng/ngày sẽ lớn hơn gia đình đến hàng chục, thậm chí hàng trăm lần. Do đó, đơn giá thi công tính theo diện tích tấm pin mặt trời sẽ rẻ hơn quy mô gia đình từ 2 đến khoảng 6 triệu (đơn giá từ 15 triệu đến 22 triệu/kWp). Với một nhà xưởng có nhu cầu sử dụng điện khoảng 90 kWh/ngày thì cần hệ thống điện mặt trời có tổng công suất khoảng 20 kWp. Chi phí đầu tư cho một hệ thống điện mặt trời hoạt động hiệu quả là 440 triệu.

2.3. Hiệu quả đầu tư điện mặt trời

Hầu hết các đơn vị tư vấn, cung cấp, thi công điện mặt trời hiện nay đều quảng cáo sản phẩm có thời gian bảo hành 5 năm và tuổi thọ trung bình của hệ thống là 30 năm. Đặt giả thiết thông tin các doanh nghiệp đưa ra là đúng sự thật thì thời gian khấu hao tạm tính là 5 năm. Với ví dụ về đầu tư hệ thống điện mặt trời cho nhà xưởng như đã nêu tại phần 2.2, mỗi năm đơn vị đó cần bỏ ra 88 triệu tiền khấu hao. Số tiền này chưa bao gồm chi phí bảo dưỡng hệ thống. Nếu sử dụng điện lưới thay vì điện mặt trời, ứng với số điện sử dụng/ngày (90 kWh), bình quân tiền điện/năm theo mức quy định hiện hành mà doanh nghiệp phải trả là khoảng 70 triệu/năm. Đối chiếu với mức đầu tư điện mặt trời tương ứng công suất cần tiêu thụ, sau 6,3 năm, doanh nghiệp đủ hoàn chi phí đầu tư điện mặt trời và các năm tiếp theo doanh nghiệp không mất phí mua điện lưới. Thời gian 6,3 năm áp dụng cho hệ thống điện mặt trời hoạt động hiệu quả, không cần thay thế linh phụ kiện và mức giá bán điện không thay đổi so với thời điểm trước đầu tư.

3. Yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả

3.1. Yếu tố về mặt tự nhiên

Dựa vào cách thức hoạt động của tấm pin mặt trời thì có thể kết luận ánh sáng mặt trời, cụ thể hơn cường độ bức xạ là yếu tố quan trọng nhất quyết định hệ thống điện mặt trời hoạt động hiệu quả hay không.

cau_tao_va_hieu_qua_của_dien_mat_troi_nha_thau_co_dien_galaxy_anh7

Nhà Vật lý học Josef Stefan (1835 – 1893) bên trái và Ludwig Eduard Boltzmann (1844 – 1906) bên phải.

Cường độ bức xạ là lượng nhập xạ trên một đơn vị diện tích (m2). Lượng nhập xạ trên mét vuông được xác định thông qua định luật Stefan-Boltzmann. Định luật Stefan-Boltzmann mô tả năng lượng bức xạ từ một vật đen tương ứng nhiệt độ cho trước. Vật đen là vật hấp thụ hoàn toàn tất cả các bức xạ điện từ chiều đến nó, bất kể bước sóng nào. Điều này có nghĩa là sẽ không có hiện tượng phản xạ hay tán xạ trên vật đó, cũng như không có dòng bức xạ điện từ nào đi xuyên qua vật. Đơn vị đo lượng nhập xạ/đơn vị diện tích là W/m2 (Watt/mét vuông).

Lượng nhập xạ lại phụ thuộc vào 2 yếu tố: Góc nhập xạ và thời gian nhập xạ. Thời gian chiếu sáng quyết định lượng bức xạ đưa tới còn góc tới thì ảnh hưởng trực tiếp tới cường độ nhập xạ. Thời gian chiếu sáng bao gồm cả thời điểm theo mùa (mùa Hè ngày dài hơn mùa Đông) và thời gian hấp thụ ánh sáng.

cau_tao_va_hieu_qua_của_dien_mat_troi_nha_thau_co_dien_galaxy_anh8

Cường độ bức xạ mặt trời các vùng tại Việt Nam.

Tại Việt Nam, từ dưới vĩ tuyến 17, bức xạ mặt trời không chỉ nhiều mà còn rất ổn định trong suốt thời gian của năm, giảm khoảng 20% từ mùa khô sang mùa mưa. Ở Miền Bắc, số giờ nắng vào khoảng 1500 -1700 giờ trong khi ở Miền Trung và Miền Nam, số giờ nắng vào khoảng 2000 – 2600 giờ/năm.

Các tỉnh ở phía Bắc (từ Thừa Thiên – Huế trở ra), bình quân trong năm có chừng 1800 – 2100 giờ nắng. Trong đó, các vùng Tây Bắc (Lai Châu, Sơn La, Lào Cai) và vùng Bắc Trung Bộ (Thanh Hóa, Nghệ An, Hà Tĩnh) được xem là những vùng có nắng nhiều. Tương ứng với bình quân số giờ nắng tại các tỉnh phía Bắc, cường độ bức xạ/năm tại đây vào khoảng 3,69 kWh/m2.

Các tỉnh ở phía Nam (từ Đà Nẵng trở vào), lượng bức xạ mặt trời tăng 20% so với phía Bắc, số giờ nắng bình quân là 2000 – 2600 giờ. Tương ứng với bình quân số giờ nắng tại các tỉnh phía Nam, cường độ bức xạ/năm tại đây vào khoảng 5,9 kWh/m2.

Lượng bức xạ mặt trời tùy thuộc vào lượng mây và tầng khí quyển của từng địa phương. Giữa các địa phương ở nước ta có sự chênh lệch đáng kể về lượng bức xạ.

3.2. Yếu tố về mặt kỹ thuật

Như đã nêu ở phần 1.1, công suất điện sản sinh ra từ các tấm pin mặt trời phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố. Ngoài yếu tố tự nhiên, pin mặt trời còn phụ thuộc vào công suất danh định, xuất xứ, công nghệ sản xuất tấm pin, hướng, vị trí lắp đặt.

cau_tao_va_hieu_qua_của_dien_mat_troi_nha_thau_co_dien_galaxy_anh9

Một công nhân kỹ thuật ở Texas – Hoa Kỳ đang kiểm tra lớp phủ bảo vệ, đảm bảo quá trình sản xuất không tạo ra bong bóng làm cản trở hiệu suất hoạt động của tấm pin mặt trời.

Về công suất danh định, mỗi tấm pin mặt trời ứng với mỗi thương hiệu, xuất xứ lại có công suất khác nhau. Với một số loại pin mặt trời của Đức, dạng Poly có công suất dao động từ 250 Wp đến 260 Wp, loại Mono có dải công suất dao động từ 280 Wp đến 350 Wp. Với pin năng lượng mặt trời xuất xứ Trung Quốc, loại Poly có công suất dao động từ 255 Wp đến 325 Wp, loại Mono có công suất từ 350 đến 370 Wp. Qua các thông số này ta dễ nhận thấy pin mặt trời xuất xứ Trung Quốc có nhiều loại hơn, dải công suất rộng hơn so với của Đức. Tuy nhiên nếu xét về công nghệ luyện kim, đặc biệt là công nghệ tạo ra các tấm pin mặt trời thì không ai dám nói Trung Quốc hơn Đức. Thực tế đã chứng minh điều này. Với diện tích lãnh thổ 357,375 Km2, lượng điện mặt trời do Đức sử dụng đã lên đến 39,275 GW. Trung Quốc có diện tích lớn hơn Đức gần 27 lần nhưng lượng điện mặt trời sử dụng chỉ dừng lại 35,78 GW.

Ở Việt Nam hiện nay, rất nhiều đơn vị nhập khẩu pin mặt trời từ Trung Quốc. Nguyên nhân một phần do giá thành rẻ hơn, dải công suất lớn hơn, đa dạng hơn về chủng loại. Việc bảo hành các tấm pin mặt trời có xuất xứ không rõ nguồn gốc hoặc đến từ quốc gia có nền công nghiệp kém phát triển so với thế giới cũng là vấn đề phải bàn. Trong khi hầu hết các tấm pin xuất xứ châu Âu đều có thời gian bảo hành tối thiểu 5 năm thì hàng Trung Quốc chỉ dừng lại khoảng 2 năm. Ngoài pin mặt trời, khi chủ đầu tư đã lựa chọn Trung Quốc thì phải chấp nhận sử dụng tất cả các thiết bị của họ và không có lựa chọn thay thế thiết bị của hãng khác.

Ở quy mô điện mặt trời gia đình, với nhu cầu điện áp cung cấp mỗi ngày từ 4 đến 6 số (kWh), nếu lắp thiết bị của Trung Quốc, giá thành dao động khoảng từ 28 đến 32 triệu và thời gian bảo hành chỉ khoảng từ 2 đến 3 năm. Để xem xét rõ yếu tố kỹ thuật (xuất xứ, công nghệ…) ảnh hướng thế nào đến hiệu quả đầu tư, ta cùng xem xét ví dụ dưới đây:

Ví dụ: Cùng mức tiêu thụ 6 – 8 kWh/ngày, nếu sử dụng điện lưới, gia đình sẽ tiêu thụ khoảng 180 kWh/tháng, tương ứng tiền điện (theo biểu giá mới nhất của EVN) là 331,720 VND/tháng. Giả sử, nếu biểu giá bán điện của EVN mỗi năm tăng lên 1%, lượng điện tiêu thụ không đổi (6 kWh/ngày), sau 7 năm gia đình mới khấu hao xong tiền đầu tư vào hệ thống điện mặt trời. 7 năm là con số gấp đôi thời gian bảo hành thiết bị do nhà sản xuất đưa ra. Nếu tuổi thọ thực sự của hệ thống trên 10 năm, việc đầu tư vào điện mặt trời của gia đình mới có lãi. Ngược lại chưa hết 7 năm mà hệ thống đã phát sinh lỗi hoặc phải thay thế pin mặt trời, linh kiện… thì thời gian khấu hao hệ thống điện mặt trời quy mô gia đình là câu chuyện không có hồi kết.

Với 3 nội dung vừa trình bày nêu trên, Galaxy M&E hy vọng sẽ giúp quý khách hàng có được cái nhìn toàn diện, tường minh về ưu nhược điểm của hệ thống điện mặt trời. Sử dụng nguồn năng lượng nào để đảm bảo an toàn, ổn định cho hệ thống điện nói riêng và quá trình sản xuất, kinh doanh nói chung là điều phải buộc doanh nghiệp phải cân nhắc. Về tâm lý, không doanh nghiệp nào từ chối sự phát triển bền vững, đồng thời ủng hộ sử dụng năng lượng sạch. Tuy vậy thực tế, để có điều kiện chung tay cùng toàn xã hội tạo nên môi trường xanh – sạch – đẹp, doanh nghiệp không phải cứ muốn là được, đặc biệt khi mà các thiết bị cung cấp cho hệ thống điện mặt trời tại Việt Nam vẫn đang còn khá mới mẻ và chưa có nhiều cơ sở để đảm bảo quyền lợi cho doanh nghiệp, ngoại trừ các dự án nhà máy điện mặt trời do Nhà nước làm chủ đầu tư.

BBT Galaxy M&E