Tấm pin năng lượng mặt trời nào là tốt nhất? Cập nhật 2019

 Trong bài viết này, bạn sẽ tìm hiểu mọi thứ bạn cần biết về các loại tấm pin mặt trời khác nhau để sử dụng tại nhà (màng đơn, đa tinh thể và màng mỏng). Hãy bắt đầu với các loại tấm pin mặt trời khác nhau hiện có trên thị trường, liệt kê các lợi ích và nhược điểm của chúng, sau đó xem xét một vài tình huống điển hình trong đó các loại nhất định sẽ tốt hơn các loại khác (hy vọng một trong số chúng cộng hưởng với bạn).

Hãy bắt đầu với các loại tấm pin năng lượng mặt trời khác nhau hiện có trên thị trường, liệt kê các lợi ích và nhược điểm của chúng, sau đó xem xét một vài tình huống điển hình trong đó các loại nhất định sẽ tốt hơn các loại khác (hy vọng một trong số chúng cộng hưởng với bạn). Thuật ngữ các tấm pin năng lượng mặt trời sẽ được sử dụng để mô tả các tấm pin mặt trời quang điện (loại tạo ra điện), chứ không phải các bộ thu nhiệt mặt trời. Silic tinh thể (c-Si) Gần 90% quang điện thế giới ngày nay dựa trên một số biến thể của silicon. [1] Trong năm 2011, khoảng 95% tất cả các lô hàng của các nhà sản xuất Hoa Kỳ đến khu vực dân cư là các tấm pin mặt trời silicon tinh thể. Các silicon được sử dụng trong PV có nhiều hình thức. Sự khác biệt chính là độ tinh khiết của silicon. Nhưng độ tinh khiết silicon thực sự có nghĩa là gì? Các phân tử silicon càng được liên kết hoàn hảo, thì pin mặt trời sẽ chuyển hóa năng lượng mặt trời (ánh sáng mặt trời) thành điện năng (hiệu ứng quang điện) càng tốt. Hiệu quả của các tấm pin năng lượng mặt trời đi đôi với độ tinh khiết, nhưng các quá trình được sử dụng để tăng cường độ tinh khiết của silicon rất tốn kém. Hiệu quả không nên là mối quan tâm chính của bạn. Như sau này bạn sẽ khám phá ra, hiệu quả chi phí và không gian là yếu tố quyết định đối với hầu hết mọi người. So sánh Solar Solar là dịch vụ so sánh bảng năng lượng mặt trời toàn diện và cập nhật nhất trên Internet. So sánh các thông số kỹ thuật của hơn 10.000 mô-đun năng lượng mặt trời. Biểu đồ so sánh pin mặt trời cung cấp một cái nhìn tổng quan nhanh về các loại tế bào khác nhau, lợi ích của chúng và cách chúng so sánh với nhau.

Pin mặt trời đơn tinh thể (tấm pin mono)

Pin mặt trời làm từ silicon đơn tinh thể (mono-Si), còn được gọi là silicon đơn tinh thể (đơn tinh thể-Si), tấm pin mono khá dễ nhận biết bởi một màu thậm chí bên ngoài và màu đồng nhất, cho thấy silicon có độ tinh khiết cao, như bạn có thể thấy hình dưới đây:

Pin mặt trời đơn tinh thể tấm pin mono được tạo ra từ các thỏi silicon, có dạng hình trụ. Để tối ưu hóa hiệu suất và chi phí thấp hơn của một pin mặt trời đơn tinh thể tấm pin mono, bốn mặt được cắt ra khỏi các thỏi hình trụ để tạo ra các tấm silicon, đó là những gì mang lại cho các tấm pin mặt trời đơn tinh thể của chúng. Một cách tốt để phân tách các tấm pin mặt trời đơn và đa tinh thể là các pin mặt trời đa tinh thể trông hình chữ nhật hoàn hảo không có cạnh tròn.

Ưu điểm: 

Các tấm pin mặt trời đơn tinh thể tấm pin mono có tỷ lệ hiệu quả cao nhất vì chúng được làm từ silicon cao cấp nhất. Tỷ lệ hiệu quả của các tấm pin mặt trời đơn tinh thể tấm pin mono thường là 15-20%.

Các tấm pin mặt trời silicon đơn tinh thể là không gian hiệu quả. Vì các tấm pin mặt trời này mang lại sản lượng điện cao nhất, chúng cũng đòi hỏi ít không gian nhất so với bất kỳ loại nào khác.

Các tấm pin mặt trời đơn tinh thể tạo ra lượng điện năng gấp bốn lần so với các tấm pin mặt trời màng mỏng. Các tấm pin mặt trời đơn tinh thể tấm pin mono bền nhất. Hầu hết các nhà sản xuất tấm pin mặt trời đều bảo hành 25 năm cho tấm pin mono của họ. Có xu hướng hoạt động tốt hơn các tấm pin mặt trời đa tinh thể được xếp hạng tương tự ở điều kiện ánh sáng yếu. Hiệu quả của các pin mặt trời riêng lẻ cao hơn so với toàn bộ các tấm / mô-đun năng lượng mặt trời. Để có cái nhìn tổng quan hoàn chỉnh về tốc độ hiệu quả của các công nghệ pin mặt trời khác nhau đã phát triển kể từ năm 1975, hãy xem Hiệu quả nghiên cứu tế bào tốt nhất (NREL). Tỷ lệ hiệu quả trong bài viết này đề cập đến hiệu quả của bảng điều khiển / mô-đun năng lượng mặt trời. Kiểm tra những yếu tố nào xác định hiệu quả của bảng điều khiển năng lượng mặt trời? để biết thêm thông tin về chủ đề này.

Nhược điểm

Các tấm pin mặt trời đơn tinh thể tấm pin mono là đắt nhất. Từ quan điểm tài chính, một tấm pin mặt trời được làm từ silicon đa tinh thể (và trong một số trường hợp màng mỏng) có thể là lựa chọn tốt hơn cho một số chủ nhà.

Nếu bảng điều khiển năng lượng mặt trời được bao phủ một phần với bóng râm, bụi bẩn hoặc tuyết, toàn bộ mạch có thể bị hỏng. Cân nhắc việc sử dụng bộ biến đổi vi mô thay vì bộ biến tần chuỗi trung tâm nếu bạn nghĩ rằng phạm vi bảo hiểm sẽ là một vấn đề. Bộ biến đổi vi mô sẽ đảm bảo rằng không phải toàn bộ mảng mặt trời bị ảnh hưởng bởi các vấn đề bóng râm chỉ với một trong các tấm pin mặt trời. Quá trình Czochralski được sử dụng để sản xuất silicon đơn tinh thể. Nó dẫn đến các thỏi hình trụ lớn. Bốn mặt được cắt ra từ các thỏi để làm tấm silicon. Một lượng đáng kể silicon ban đầu kết thúc là chất thải.

Các tấm pin mặt trời đơn tinh thể có xu hướng hiệu quả hơn trong thời tiết ấm áp. Hiệu suất bị ảnh hưởng khi nhiệt độ tăng, nhưng ít hơn so với các tấm pin mặt trời đa tinh thể. Đối với hầu hết các chủ nhà nhiệt độ không phải là một mối quan tâm. Bài viết này chỉ nói về các loại tấm pin mặt trời khác nhau. Nếu bạn muốn tìm hiểu về các thiết bị khác mà một hệ thống quang điện bao gồm, hãy đến Hệ thống năng lượng mặt trời Grid-Tied, Off-Grid và Hybrid.

Pin mặt trời đa tinh thể silic (tấm pin poly)

Các tấm pin mặt trời đầu tiên dựa trên silicon đa tinh thể, còn được gọi là polysilicon (p-Si) và silicon đa tinh thể (mc-Si), đã được giới thiệu ra thị trường vào năm 1981. Không giống như các tấm pin mặt trời dựa trên monocrystalline, tấm pin mặt trời đa tinh thể tấm pin poly không yêu cầu quá trình Czochralski. Silic thô được nấu chảy và đổ vào khuôn vuông, được làm lạnh và cắt thành các tấm vuông hoàn hảo.

Ưu điểm

Quá trình được sử dụng để sản xuất silicon đa tinh thể đơn giản hơn và chi phí ít hơn. Lượng silicon thải ít hơn so với monocrystalline.

Các tấm pin mặt trời đa tinh thể tấm pin poly có xu hướng có khả năng chịu nhiệt thấp hơn một chút so với các tấm pin mặt trời đơn tinh thể. Về mặt kỹ thuật này có nghĩa là chúng hoạt động kém hơn một chút so với các tấm pin mặt trời đơn tinh thể ở nhiệt độ cao. Nhiệt có thể ảnh hưởng đến hiệu suất của các tấm pin mặt trời và rút ngắn tuổi thọ của chúng. Tuy nhiên, hiệu ứng này không đáng kể và hầu hết các chủ nhà không cần phải tính đến nó.

Nhược điểm

Hiệu suất của các tấm pin mặt trời dựa trên đa tinh thể tấm pin poly thường là 13-16%. Do độ tinh khiết silicon thấp hơn, các tấm pin mặt trời đa tinh thể không hoàn toàn hiệu quả như các tấm pin mặt trời đơn tinh thể.

Hiệu quả không gian thấp hơn. Bạn thường cần phải phủ một bề mặt lớn hơn để tạo ra năng lượng điện giống như với một tấm pin mặt trời làm từ silicon đơn tinh thể. Tuy nhiên, điều này không có nghĩa là mọi bảng điều khiển năng lượng mặt trời đơn tinh thể hoạt động tốt hơn so với các bảng điều khiển dựa trên silicon đa tinh thể. Các tấm pin mặt trời đơn tinh thể và màng mỏng có xu hướng thẩm mỹ hơn vì chúng có vẻ ngoài đồng đều hơn so với màu xanh lốm đốm của silicon đa tinh thể.

Chuỗi tế bào năng lượng mặt trời Ribbon Các tấm pin mặt trời String Ribbon cũng được làm từ silicon đa tinh thể. String Ribbon là tên của một công nghệ sản xuất tạo ra một dạng silicon đa tinh thể. Các dây chịu nhiệt được kéo qua silicon nóng chảy, dẫn đến các dải silicon rất mỏng. Các tấm pin mặt trời được làm bằng công nghệ này trông tương tự như các tấm pin mặt trời đa tinh thể truyền thống. Ưu điểm Việc sản xuất các tấm pin mặt trời String Ribbon chỉ sử dụng một nửa lượng silicon như sản xuất đơn tinh thể. Điều này góp phần giảm chi phí. Nhược điểm Việc sản xuất các tấm pin mặt trời String Ribbon có năng lượng lớn hơn đáng kể và tốn kém hơn. Hiệu quả là tốt nhất ngang bằng với các tấm pin mặt trời đa tinh thể cấp thấp ở mức khoảng 13-14%. Trong các phòng thí nghiệm nghiên cứu, các nhà nghiên cứu đã đẩy hiệu quả của pin mặt trời String Ribbon lên tới 18,3%. [3] Các tấm pin mặt trời String Ribbon có hiệu suất không gian thấp nhất trong số các loại tấm pin mặt trời dựa trên tinh thể chính.

Pin mặt trời màng mỏng (TFSC)

Đặt một hoặc một vài lớp vật liệu quang điện mỏng lên đế là ý chính cơ bản về cách thức sản xuất pin mặt trời màng mỏng. Chúng còn được gọi là các tế bào quang điện màng mỏng (TFPV). Các loại pin mặt trời màng mỏng khác nhau có thể được phân loại theo đó vật liệu quang điện được lắng đọng trên đế: Silic vô định hình (a-Si) Cadmium Telluride (CdTe) Đồng indium gallium selenide (CIS / CIGS) Tế bào quang điện hữu cơ (OPC)

Tùy thuộc vào công nghệ, các nguyên mẫu mô-đun màng mỏng đã đạt được hiệu quả giữa 7-13% và các mô-đun sản xuất hoạt động ở mức khoảng 9%. Hiệu suất mô-đun trong tương lai dự kiến sẽ tăng gần 10% 16%. Thị trường cho PV màng mỏng tăng trưởng 60% hàng năm từ 2002 đến 2007. Năm 2011, gần 5% các lô hàng mô-đun quang điện của Hoa Kỳ cho khu vực dân cư được dựa trên màng mỏng.

Ưu điểm

Sản xuất hàng loạt là đơn giản. Điều này làm cho chúng và có khả năng sản xuất rẻ hơn so với pin mặt trời dựa trên tinh thể. Ngoại hình đồng nhất của chúng làm cho chúng trông hấp dẫn hơn. Có thể được thực hiện linh hoạt, mở ra nhiều ứng dụng tiềm năng mới. Nhiệt độ cao và bóng râm ít ảnh hưởng đến hiệu suất của bảng điều khiển năng lượng mặt trời. Trong tình huống không gian không phải là vấn đề, các tấm pin mặt trời màng mỏng có thể có ý nghĩa.

Nhược điểm

Các tấm pin mặt trời màng mỏng nói chung không hữu ích cho hầu hết các tình huống dân cư. Chúng rẻ, nhưng chúng cũng đòi hỏi nhiều không gian. Các tấm pin mặt trời đơn tinh thể của SunPower tạo ra lượng điện năng gấp bốn lần so với các tấm pin mặt trời màng mỏng cho cùng một không gian. [3] Hiệu quả không gian thấp cũng có nghĩa là chi phí của thiết bị PV (ví dụ: cấu trúc hỗ trợ và cáp) sẽ tăng.

Các tấm pin mặt trời màng mỏng có xu hướng xuống cấp nhanh hơn các tấm pin mặt trời đơn và đa tinh thể, đó là lý do tại sao chúng thường đi kèm với bảo hành ngắn hơn. Các tấm pin mặt trời dựa trên silicon vô định hình, cadmium Telluride và đồng indium gallium selenide hiện là những công nghệ màng mỏng duy nhất có bán trên thị trường:

Pin mặt trời vô định hình (a-Si)

Do sản lượng điện năng thấp, pin mặt trời dựa trên silicon vô định hình thường chỉ được sử dụng cho các ứng dụng quy mô nhỏ như trong máy tính bỏ túi. Tuy nhiên, những đổi mới gần đây đã làm cho chúng hấp dẫn hơn đối với một số ứng dụng quy mô lớn

Với một kỹ thuật sản xuất có tên là xếp chồng, có thể kết hợp nhiều lớp pin mặt trời silic vô định hình, dẫn đến tỷ lệ hiệu quả cao hơn (thường là khoảng 6-8%). Chỉ có 1% silicon được sử dụng trong pin mặt trời silic tinh thể là cần thiết trong pin mặt trời silic vô định hình. Mặt khác, xếp chồng là đắt tiền. Tìm hiểu thêm về công nghệ này trong Tấm pin mặt trời vô định hình.

Pin mặt trời Cadmium Telluride (CdTe)

Cadmium Telluride là công nghệ tấm pin mặt trời màng mỏng duy nhất đã vượt qua hiệu quả chi phí của tấm pin mặt trời silicon tinh thể trong một phần đáng kể của thị trường (hệ thống nhiều kilowatt). Hiệu quả của các tấm pin mặt trời dựa trên cadmium Telluride thường hoạt động trong khoảng 9-11%. First Solar đã lắp đặt hơn 5 gigawatt (GW) tấm pin mặt trời màng mỏng cadmium Telluride trên toàn thế giới.

Cùng một công ty giữ xuất thương mại các tấm pin mặt trời CIGS linh hoạt đã được bắt đầu ở Đức vào năm 2011. Tỷ lệ hiệu quả  kỷ lục thế giới về hiệu suất mô-đun CdTe PV là 14,4%.

Pin mặt trời Copper Indium Gallium Selenide (CIS / CIGS)

So với các công nghệ màng mỏng khác ở trên, pin mặt trời CIGS đã cho thấy tiềm năng nhất về hiệu quả. Những pin mặt trời này chứa ít lượng cadmium vật liệu độc hại có trong pin mặt trời CdTe. Sản cho các tấm pin mặt trời CIGS thường hoạt động trong phạm vi 10-12%. Nhiều loại pin mặt trời màng mỏng vẫn còn sớm trong giai đoạn nghiên cứu và thử nghiệm. Một số trong số chúng có tiềm năng to lớn và chúng ta có thể sẽ thấy nhiều hơn trong số chúng trong tương lai

Tòa nhà tích hợp quang điện (BIPV)

Cuối cùng, chúng ta sẽ chạm nhanh vào chủ đề xây dựng quang điện tích hợp. Thay vì một loại công nghệ pin mặt trời riêng lẻ, việc xây dựng quang điện tích hợp có một số kiểu con (hoặc các phương pháp tích hợp khác nhau), có thể dựa trên cả pin mặt trời dạng tinh thể và màng mỏng.

Tòa nhà tích hợp quang điện có thể là mặt tiền, mái nhà, cửa sổ, tường và nhiều thứ khác được kết hợp với vật liệu quang điện. Nếu bạn có thêm tiền và muốn tích hợp quang điện với phần còn lại của ngôi nhà, bạn nên tìm kiếm công trình quang điện tích hợp. Đối với hầu hết các chủ nhà, nó chỉ đơn giản là quá đắt.

Loại bảng điều khiển năng lượng mặt trời tốt nhất để sử dụng tại nhà

Có một tình huống cụ thể của bạn được đánh giá bởi một chuyên gia sẽ là cách tốt nhất để tìm ra loại bảng điều khiển năng lượng mặt trời nào là tốt nhất cho gia đình bạn. Dưới đây là một số tình huống điển hình chúng ta thấy:

Không gian hạn chế

Đối với những người không có đủ không gian cho các tấm pin mặt trời màng mỏng (phần lớn chúng ta) hoặc nếu bạn muốn giới hạn dung lượng mà hệ thống PV của họ chiếm, tấm pin mặt trời dựa trên tinh thể là lựa chọn tốt nhất của bạn (và họ có thể sẽ là sự lựa chọn tốt nhất của bạn ngay cả khi bạn có thêm không gian). Không có nhiều nhà lắp đặt và nhà cung cấp năng lượng mặt trời cung cấp các tấm pin mặt trời màng mỏng cho chủ nhà tại thời điểm này.

Bạn sẽ có một sự lựa chọn của các kích thước bảng năng lượng mặt trời khác nhau. Các tấm pin mặt trời được xếp hạng 180, 200 và 220 watt thường có cùng kích thước vật lý. Chúng được sản xuất chính xác theo cùng một cách, nhưng kém hoặc vượt trội khi được thử nghiệm, do đó kết thúc ở các loại khác nhau cho sản lượng điện. Nếu kích thước là quan trọng, bạn nên sử dụng công suất định mức cao nhất cho kích thước vật lý cụ thể.

Cả hai tấm pin mặt trời đơn và đa tinh thể là những lựa chọn tốt và cung cấp những lợi thế tương tự. Mặc dù các tấm pin mặt trời đa tinh thể có xu hướng ít hiệu quả hơn về mặt trời và các tấm pin mặt trời đơn tinh thể có xu hướng sản xuất nhiều năng lượng điện hơn, nhưng điều này không phải lúc nào cũng đúng. Sẽ gần như không thể đề xuất cái này hay cái kia bằng cách không kiểm tra các tấm pin mặt trời và tình huống của bạn gần hơn. Các tấm pin mặt trời đơn tinh thể đắt hơn một chút, nhưng cũng tiết kiệm không gian hơn một chút.

Nếu bạn có một bảng điều khiển năng lượng mặt trời đa tinh thể và một đơn tinh thể, cả hai đều được định mức 220 watt, chúng sẽ tạo ra cùng một lượng điện, nhưng một tấm làm từ silicon đơn tinh thể sẽ chiếm ít không gian hơn. Chúng tôi luôn luôn cập nhật danh sách các tấm pin mặt trời hiệu quả nhất trên thị trường hiện nay: Tấm pin mặt trời hiệu quả nhất là gì?

Chi phí thấp nhất

Nếu bạn muốn chi phí thấp nhất cho mỗi công suất định mức, hay nói cách khác, hãy trả ít nhất có thể cho một lượng điện nhất định, bạn nên cân nhắc xem liệu tấm pin mặt trời màng mỏng trên thực tế có thể là lựa chọn tốt hơn so với tấm pin mặt trời đơn hay đa tinh thể hay không.