Le Duc Man (Paul, Mr), Eng
Electricial Engineer - VATEC
Apr 19st, 2023
Theo PV magazine USA đến tháng 3 năm 2023 công suất lắp đặt điện mặt trời tích lũy trên toàn thế giới đã đạt trên 1TW (1000GW).
Trong đó các Quốc gia có công suất lắp đặt lớn nhất là Trung Quốc, Mỹ và Châu Âu. Điều này cho thấy thế giới đang có sự chuyển dịch mạnh mẽ từ các nguồn năng lượng truyền thống sang các nguồn năng lượng sạch đặc biệt là năng lượng mặt trời một cách nhanh chóng như là một xu thế tất yếu.
Đi kèm với nhu cầu hiện nay trên toàn cầu các nhà cung cấp thiết bị đang có cuộc cạch tranh rất lớn về công nghệ cũng như giải pháp để đáp ứng các ứng dụng và nhu cầu thị trường ngày càng cao. Chúng ta cùng điểm lại một số thành tựu về công nghệ điện mặt trời đặt được đến thời điểm hiện tại và dự báo các xu hướng cho tương lai.
I. Tổng quan về hiệu suất tấm quang điện (tấm PV) theo từng công nghệ.
Trong hệ thống điện mặt trời có 2 thành phần thiết bị chính là tấm PV (PV panel) và PV Inverter.
Đối với tấm PV (PV panel) là thành phần quan trọng chuyển đổi từ quang năng sang điện năng, quyết định sản lượng điện cũng như hiệu suất của toàn bộ hệ thống. Vậy nên việc nghiên cứu để tăng hiệu suất tấm PV được chú trọng bởi các nhà cung cấp thiết bị. Chúng ta cùng điểm qua công nghệ chuyển đổi của các nhà cung cấp tấm PV hàng đầu và dự đoán xu hướng các năm tiếp theo.
Đến thời điểm hiện tại các nhà sản xuất tấm PV hàng đầu đã tập trung vào các công nghệ quang điện chính với hiệu suất nằm trong dải như sau:
Hiệu suất tấm PV theo các công nghệ phổ biến hiện nay:
- Polycrystalline - 15 to 18%.
- Monocrystalline - 16.5 to 19%.
- Polycrystalline PERC - 17 to 19.5%.
- Monocrystalline PERC - 17.5 to 20%.
- Monocrystalline N-type - 19 to 20.5%.
- Monocrystalline N-type TOPcon - 20 to 22.4%.
- Monocrystalline N-type HJT - 20.5 to 22.6%.
- Monocrystalline N-type IBC - 20.8 to 22.8%.
- P-type PERC – 21.6% (Max).
- P-type TOPCon - 21.7% (Max).
Source: Clean energy reviews
Xu hướng mỗi công nghệ đều có các ưu nhược điểm khác nhau. Chúng ta hãy cùng tìm hiểu về các công nghệ đã và đang được phát triển đến hiện nay và các xu hướng tương lai.
II. Công đoạn cơ bản để sản xuất tấm PV.
Trước hết, cát silic (Silicon dioxide) được sử dụng để chiết xuất Silicon. Chẳng hạn như đá thạch anh (silica tinh khiết nhất) hay thạch anh nghiền. Nguyên liệu thô được nung nóng chảy ở 2000 độ C tạo ra silicon với độ tinh khiết 99%, khi đông đặc lại, nó biến thành chất rắn pha lê sáng bóng. Sau đó qua một số công đoạn xử lý sẽ tạo ta Silicon có độ tinh khiết 100%. Để đạt được hình dạng mong muốn, một lò nung hình trụ bằng thép được tạo ra và sử dụng riêng cho mục đích này. Các Wafers (tấm silicon mỏng) đại diện cho bước tiếp theo trong quá trình sản xuất. Thỏi silicon được cắt thành các đĩa mỏng. Máy cưa dây được sử dụng trong trường hợp này để cắt chính xác hơn. Độ mỏng của tấm wafer tương tự như một tờ giấy.
Vì silicon nguyên chất có độ sáng bóng có thể phản chiếu ánh sáng mặt trời. Để giảm lượng ánh sáng mặt trời bị phản xạ đi, một lớp phủ chống phản xạ được phủ trên tấm silicon. Mỗi tấm wafer đang được xử lý và các dây dẫn kim loại được thêm vào trên mỗi bề mặt. Các dây dẫn cung cấp cho wafer trên bề mặt như một ma trận. Lớp phủ sẽ tạo điều kiện thuận lợi hơn trong việc hấp thụ ánh sáng mặt trời, thay vì phản xạ lại ánh sáng mặt trời. Trong một buồng đốt, phốt pho được khuyếch tán thành một lớp mỏng trên bề mặt của các tấm wafer. Điều này sẽ tích điện bề mặt với một hướng điện âm. Sự kết hợp giữa bo và phốt pho sẽ tạo ra đường giao nhau giữa âm và dương, điều này rất quan trọng đối với sự tương thích với các tế bào PV. Các cell được hàn với nhau, sử dụng các đầu nối kim loại để liên kết các tế bào. Các tấm PV mặt trời được làm từ tế bào năng lượng được kết nối với nhau theo cấu trúc cấu hình định sẵn để trở thành tấm PV.
III. Các công nghệ sản xuất tấm PV - hiện tại và tương lai.
Tiếp theo chúng ta cần tìm hiểu các công nghệ phổ biến của tấm PV hiện nay như thế nào?
Tấm PV cơ bản loại Polycrystalline và Monocrystalline ban đầu gặp phải một số loại tổn thất như sau:
- Không đủ bức xạ mặt trời do ánh sáng phản chiếu từ bề mặt tấm PV hoặc do dây và các thành phần khác chặn ánh sáng.
- Sự tích tụ nhiệt quá nhiều ở mặt sau của tấm PV khi ánh nắng xuyên qua cell PV.
- Các electron tự do bị bật khỏi vị trí thẳng hàng do hiện tượng khúc xạ ánh sáng tán xạ.
- Các electron tái hợp với vật liệu silicon ở mặt trước và mặt sau của cell PV.
Các loại tổn thất ở cell PV cơ bản được các nhà nghiên cứu khắc phục để nâng cao hiệu suất
Để giải quyết các vấn đề tổn thất cơ bản trên các công nghệ tấm PV đã được ra đời.
1. Polycrystalline PERC và Monocrystalline PERC: Tấm PV PERC là các tế bào silicon đã được bổ sung có thêm một lớp ở mặt sau. Vì lớp bổ sung này có tính phản xạ nên nó có thể phản xạ ánh sáng chưa sử dụng trở lại qua các điểm nối loại n và loại p để tạo ra nhiều năng lượng hơn. Tốt hơn nữa, bề mặt phản xạ này cũng giúp giảm sự tái hợp phía sau và ngăn các bước sóng dài hơn trở thành nhiệt, nếu không sẽ làm giảm hiệu suất của tế bào. Tuy nhiên về cơ bản tấm Monocrystalline có hiệu suất cao hơn nên phần lớn các nhà sản xuất tập trung sản xuất loại Monocrystalline PERC thay vì Polycrystalline PERC.
2. Monocrystalline N-type và Monocrystalline P-type: Các tế bào loại N sử dụng phốt pho, có thêm một điện tử và mang lại cho lớp cơ sở của tế bào một điện tích âm (do đó là loại N). Sau đó, chúng được phủ một lớp silicon loại p để tạo mối nối P-N nhưng theo phương pháp ngược lại. Điều này có nghĩa là hướng dòng điện là khác nhau đối với các bảng loại P và N. Tuy nhiên, có những khác biệt khác ảnh hưởng đến hiệu suất của mô-đun. Trong khi đó ngược lại Monocrystalline P-type sử dụng boron, có ít electron hơn silicon (làm cho cell tích điện dương).
Cấu tạo cơ bản giữa cell loại P-Type và loại N-Type
3. N-type TOPcon: Các tế bào TOPCon loại N dựa trên một tấm wafer silicon tinh thể pha tạp loại N. Cốt lõi của Topcon là lớp Tunnel, được làm bằng màng SiO2 rất mỏng (1~2nm). Electron có thể vượt qua lớp còn các lỗ trống sẽ bị giữ lại, do đó sự tái hợp trên bề mặt tế bào giảm đi, dẫn đến hiệu suất chuyển đổi tăng lên.
Cấu tạo cơ bản của PV cell loại Topcon
4. Monocrystalline N-type HJT: Công nghệ này thực sự khác biệt so với cấu trúc PERC có thể dễ dàng nhận biết qua mô tả cấu tạo ở hình bên dưới. Về cơ bản nhờ lớp Si vô định hình có thể cung cấp khả năng thụ động khuyết tật ấn tượng cho cả bề mặt trước và sau của tấm Si (cả loại n và loại p phân cực). Việc kết hợp sử dụng ITO ở mặt trước và mặt sau làm tiếp điểm trong suốt đóng vai trò là lớp chống phản chiếu để mang lại khả năng thu ánh sáng tối ưu góp phần nâng cao hiệu suất.
Cấu tạo cơ bản của PV cell HJT so với PERC
Ngoài các công nghệ được nêu ở trên công nghệ được các hãng sản xuất đang nghiên cứu đưa vào chế tạo là công nghệ IBC. Đây có thể là công nghệ trong những năm tiếp theo.
Việc lựa chọn tấm PV cho các dự án đầu tư cần cân nhắc để cân đối giữa công nghệ và giá thành để tối ưu lợi nhuận cho dự án. Việc lựa chọn tấm PV có hiệu suất cao nhưng chi phí đầu tư ban đầu quá cao có thể dẫn đến thời gian thu hồi vốn kéo dài.
Chúng ta sẽ cùng tìm hiểu công nghệ về thiết bị chuyển đổi DC/AC (Solar Inverter) ở các bài viết tiếp theo.
Kết luận: Dựa trên sự kế thừa cũng như sự tương đồng về công nghệ và dây chuyền sản xuất. Các nhà sản xuất sẽ đầu tự dây chuyền công nghệ phù hợp với sự tính toán biên độ lợi nhuận trong hoạt động kinh doanh. Mỗi nhà sản xuất thường sẽ đi theo một công nghệ được tính toán đến mức đầu tư và biên độ lợi nhuận trước khi chuyển đổi hoàn toàn sang một dây chuyền công nghệ mới.
Tài liệu tham khảo:
Bài viết có sử dụng các tài liệu được cung cấp bởi các hàng sản xuất tấm PV hàng đầu thế giới như Longi, JA solar, Trina solar, Risen…
Web: https://pv-magazine-usa.com/; solarmagazine.com; https://www.cleanenergyreviews.info/;
(1): Renewable energy Report 2022.
Copyright © all rights reserved
