Điện mặt trời hoạt động như thế nào?

Tấm pin mặt trời được ghép từ nhiều tế bào (cell) silic có hai lớp bán dẫn: lớp n thừa electron và lớp p thiếu electron, tiếp giáp nhau tạo thành lớp p–n. Khi photon trong ánh sáng mặt trời mang đủ năng lượng đập vào tế bào, nó giải phóng electron khỏi liên kết, tạo cặp electron – lỗ trống.

Điện trường sẵn có ở lớp tiếp giáp p–n đẩy electron về một phía và lỗ trống về phía còn lại, tạo ra hiệu điện thế giữa hai cực. Khi nối hai cực qua mạch ngoài, electron di chuyển và sinh ra dòng điện một chiều — đây chính là hiệu ứng quang điện.

• Mỗi tế bào silic thông thường tạo ra điện áp hở mạch khoảng 0,6–0,7 V, nên nhiều tế bào được nối tiếp trong một tấm pin để đạt điện áp làm việc phù hợp.
• Dòng điện sinh ra tỷ lệ thuận với cường độ bức xạ chiếu tới bề mặt tấm pin.
• Điện áp giảm khi nhiệt độ tế bào tăng, vì vậy cùng một tấm pin sẽ cho công suất thấp hơn vào những ngày nắng gắt, ít gió so với điều kiện thử nghiệm tiêu chuẩn.

Các tấm pin được nối tiếp thành chuỗi (string) để nâng điện áp DC, rồi đưa về inverter. Inverter làm hai việc quan trọng: dò điểm công suất cực đại (MPPT) để luôn lấy được nhiều công suất nhất từ chuỗi pin theo điều kiện nắng, và nghịch lưu dòng DC thành dòng AC hình sin đồng bộ với lưới về tần số 50 Hz, điện áp và góc pha.

Điện AC sau inverter đi qua tủ phân phối, công tơ đo đếm rồi cấp cho phụ tải trong nhà máy. Phần thiếu hụt được lấy từ lưới; phần dư (nếu hệ không cài đặt chống phát ngược) sẽ phát lên lưới theo quy định hiện hành.

• Inverter chuỗi (string inverter): phổ biến cho hệ áp mái công nghiệp, mỗi máy quản lý nhiều MPPT độc lập.
• Inverter trung tâm (central inverter): dùng cho trang trại điện mặt trời quy mô lớn hoặc dự án điện mặt trời nổi.
• Bộ tối ưu hoặc micro-inverter: dùng khi mái bị che khuất cục bộ hoặc nhiều hướng mái khác nhau.
• Chức năng chống phát ngược (zero export) giới hạn công suất inverter để điện không phát lên lưới khi hệ chỉ được phép tự dùng.

• Tấm pin và hệ khung giá đỡ, tính toán theo tải trọng gió và kết cấu mái.
• Tủ DC với cầu chì, chống sét lan truyền và dao cách ly phục vụ bảo trì an toàn.
• Inverter, tủ AC, aptomat tổng và thiết bị bảo vệ chống dòng rò.
• Hệ đo đếm, thiết bị chống phát ngược và cảm biến dòng đặt tại điểm đấu nối.
• Hệ giám sát từ xa ghi sản lượng theo phút/giờ, cảnh báo sự cố chuỗi pin hoặc inverter.
• Tuỳ dự án: hệ lưu trữ BESS để dịch chuyển sản lượng ban ngày sang khung giờ khác.

Hệ hoà lưới tiêu chuẩn sẽ tự ngắt khi mất điện lưới (anti-islanding) để bảo vệ người sửa chữa; muốn có điện khi mất lưới cần cấu hình hybrid kèm lưu trữ.

Cùng một công suất lắp đặt, sản lượng có thể chênh nhau đáng kể giữa hai dự án. Các yếu tố chính gồm bức xạ khu vực, hướng và độ dốc mái, nhiệt độ vận hành, che khuất, bụi bẩn và chất lượng thiết kế điện.

• Bức xạ khu vực: tra cứu theo toạ độ dự án trên Global Solar Atlas trước khi chốt phương án.
• Hướng và độ dốc: mái hướng Nam với độ dốc hợp lý cho sản lượng cả năm cao nhất tại Việt Nam; mái Đông – Tây cho đường sản lượng trải rộng hơn trong ngày.
• Nhiệt độ: công suất tấm pin giảm theo hệ số nhiệt (thường quanh −0,3%/°C), nên cần khoảng hở thông gió dưới tấm pin.
• Che khuất và bụi: một phần bóng che có thể kéo tụt cả chuỗi nếu thiết kế chuỗi không hợp lý.
• Tổn thất hệ thống: dây dẫn, đấu nối, máy biến áp, hiệu suất inverter và thời gian dừng bảo trì.