Trong quá trình tư vấn và lắp đặt điện mặt trời, tôi gặp rất nhiều chủ nhà tin rằng chỉ cần tránh bóng cây hay bóng tòa nhà vào buổi trưa là đủ. Họ nghĩ đơn giản: tấm pin bị che bao nhiêu diện tích thì chỉ mất bấy nhiêu điện. Nhưng thực tế vận hành lại khắc nghiệt hơn nhiều. Ảnh hưởng của bóng che (shading) lên hệ thống điện mặt trời hoạt động theo những quy luật vật lý phức tạp, có thể kéo sụt sản lượng của cả dàn pin dù chỉ có một góc nhỏ bị khuất nắng.
Bài viết này sẽ giúp bạn hiểu tường tận vấn đề này và cách sử dụng Optimiser (bộ tối ưu công suất) để xử lý triệt để, đảm bảo túi tiền đầu tư của bạn không bị lãng phí.
Để hiểu rõ ảnh hưởng của bóng che, chúng ta cần nhìn vào cách các tấm pin được kết nối. Thông thường, các tấm pin mặt trời được mắc nối tiếp với nhau thành một chuỗi (string). Nguyên lý dòng điện đi qua chuỗi này cũng giống như nước chảy trong một đường ống dài.
Hãy tưởng tượng bạn đang tưới cây và vô tình dẫm chân lên ống nước. Dù bạn chỉ dẫm lên một điểm nhỏ, nhưng dòng nước ở đầu vòi sẽ yếu đi hẳn, hoặc tắc tịt. Tương tự như vậy, khi một tấm pin bị bóng râm che khuất, dòng điện sinh ra tại đó giảm mạnh. Vì mắc nối tiếp, tấm pin yếu này sẽ kìm hãm dòng điện của tất cả các tấm pin khỏe mạnh còn lại trong cùng một chuỗi xuống mức thấp nhất.
Đây chính là lý do tại sao một chiếc lá cây, một vệt bóng của ống khói hay đường dây điện đi ngang qua cũng có thể làm giảm hiệu suất toàn hệ thống lên đến 30%, chứ không chỉ vài phần trăm nhỏ nhoi như chúng ta thường nghĩ.
Nguy cơ hỏng pin từ các điểm nóng
Không chỉ làm mất sản lượng, ảnh hưởng của bóng che còn gây hại trực tiếp cho phần cứng. Khi bị che, tế bào quang điện thay vì phát điện sẽ trở thành một vật tiêu thụ điện (điện trở). Nó nóng lên nhanh chóng và tạo ra các điểm nóng cục bộ (hot-spots).
Nếu tình trạng này kéo dài, lớp kính bảo vệ có thể bị nứt, lớp màng EVA bị hỏng và nghiêm trọng hơn là gây cháy tấm pin. Do đó, xử lý bóng che là yêu cầu bắt buộc để đảm bảo an toàn cháy nổ.
Diode Bypass: Giải pháp truyền thống có đủ tốt?
Để đối phó với tình trạng trên, các nhà sản xuất tấm pin đã tích hợp sẵn các Diode Bypass (đi-ốt rẽ nhánh). Bạn có thể hình dung Diode này như một đường tránh. Khi một nhóm tế bào pin bị che, Diode sẽ kích hoạt để dòng điện đi vòng qua khu vực đó, không phải chui qua nút thắt cổ chai nữa.
Tuy nhiên, giải pháp này có những hạn chế lớn:
- Mất điện áp: Mỗi khi Diode kích hoạt, bạn mất hoàn toàn điện áp của 1/3 tấm pin đó.
- Lãng phí năng lượng: Phần điện năng mà các tế bào bị che vẫn có thể sản xuất (dưới ánh sáng tán xạ) sẽ bị bỏ phí hoàn toàn.
- Inverter bị rối: Biến tần trung tâm thường gặp khó khăn trong việc dò tìm điểm công suất cực đại khi các Diode cứ đóng mở liên tục, dẫn đến hiệu suất chuyển đổi không tối ưu.
Đó là lý do công nghệ Optimiser ra đời để giải quyết bài toán này một cách thông minh hơn.
Optimiser là gì và nó khắc phục ảnh hưởng của bóng che ra sao?
Optimiser, hay bộ tối ưu hóa công suất, là thiết bị điện tử nhỏ gọn gắn ngay dưới mỗi tấm pin. Nhiệm vụ của nó là tách biệt hoạt động của từng tấm pin, không để tấm này ảnh hưởng đến tấm kia.
Thay vì để dòng điện bị kìm hãm như ví dụ ống nước ở trên, Optimiser sử dụng công nghệ chuyển đổi Buck-Boost (tăng giảm áp). Khi một tấm pin bị che và dòng điện giảm xuống, Optimiser sẽ tự động hạ điện áp của tấm đó xuống để đẩy dòng điện lên, sao cho bằng với dòng điện của cả chuỗi đang hoạt động mạnh.
Nhờ vậy, tấm pin bị che vẫn đóng góp công suất vào hệ thống mà không kéo tụt hiệu suất của các tấm bên cạnh. Đây là cách hiệu quả nhất hiện nay để giảm thiểu ảnh hưởng của bóng che.
Chọn Optimiser nào: SolarEdge hay Tigo?
Trên thị trường hiện nay, hai cái tên nổi bật nhất là SolarEdge và Tigo Energy. Mỗi hãng có một triết lý thiết kế riêng mà bạn cần cân nhắc.
SolarEdge – Đồng bộ và toàn diện
SolarEdge đi theo hướng kiểm soát toàn bộ. Trong hệ thống của họ, Inverter chỉ làm nhiệm vụ đổi điện, còn việc tối ưu công suất giao hoàn toàn cho Optimiser.
- Đặc điểm: Bạn bắt buộc phải lắp Optimiser cho 100% số tấm pin trên mái.
- Ưu điểm: Khả năng giám sát cực kỳ chi tiết, thiết kế chuỗi pin dài linh hoạt, cực kỳ hiệu quả cho những mái nhà có nhiều hướng đón nắng phức tạp.
Tigo Energy – Linh hoạt và tiết kiệm
Tigo lại chọn hướng đi mở hơn với dòng sản phẩm TS4-A-O. Họ cho phép bạn chỉ lắp Optimiser cho những tấm pin nào bị che bóng, còn những tấm đón nắng tốt vẫn đấu nối trực tiếp vào Inverter bình thường.
- Đặc điểm: Tiết kiệm chi phí đầu tư ban đầu vì không phải mua thiết bị cho cả dàn. Tương thích với hầu hết các loại Inverter phổ biến như SMA, Growatt, hay Huawei.
- Lưu ý: Khi thiết kế, bạn cần tuân thủ quy tắc không để độ lệch giữa các chuỗi quá 25%. Nếu bóng che quá nhiều và phức tạp, lời khuyên là vẫn nên lắp trọn bộ để hệ thống vận hành trơn tru nhất.
Có đáng để đầu tư Optimiser?
Thêm Optimiser chắc chắn sẽ làm tăng chi phí suất đầu tư (thường thêm khoảng 2.000 – 4.000 VNĐ cho mỗi Watt). Vậy khoản đầu tư này có đáng không?
Theo các dữ liệu thực nghiệm, trong điều kiện mái nhà bị bóng che trung bình (do cây cối, tum thang máy, tòa nhà bên cạnh), Optimiser giúp thu hồi từ 5% đến 25% sản lượng điện năng lẽ ra đã mất.
- Với những hệ thống bị che bóng nhiều, thời gian hoàn vốn cho tiền mua Optimiser chỉ khoảng 2-4 năm nhờ lượng điện thu hồi được.
- Ngoài ra, tính năng ngắt nhanh (Rapid Shutdown) tích hợp trong Optimiser giúp hạ điện áp trên mái nhà về mức an toàn (1V) khi có sự cố, giúp việc bảo trì hoặc cứu hỏa an toàn hơn rất nhiều. Đây là tiêu chuẩn an toàn bắt buộc ở nhiều nước phát triển mà Việt Nam cũng đang hướng tới.
Ảnh hưởng của bóng che không chỉ đơn thuần là mất đi một chút điện, nó ảnh hưởng đến tuổi thọ thiết bị và an toàn của cả hệ thống. Nếu mái nhà của bạn thoáng đãng hoàn toàn, Inverter chuỗi thông thường là đủ. Nhưng nếu có bất kỳ vật cản nào gây bóng râm, việc trang bị Optimiser là giải pháp kỹ thuật tối ưu và kinh tế về lâu dài.
Tùy vào ngân sách, bạn có thể chọn giải pháp toàn diện của SolarEdge hoặc giải pháp linh hoạt của Tigo. Quan trọng nhất, hãy yêu cầu đơn vị thi công khảo sát kỹ hướng nắng và mô phỏng bóng che trước khi xuống tiền lắp đặt.
