Hệ thống điện mặt trời nối lưới vận hành lâu đời nhất Châu Âu
Một hệ thống điện mặt trời (Photovoltaic : PV) 10 kW đã cung cấp điện vào mạng lưới điện của Thụy Sĩ từ năm 1982 – Tính đến nay đã gần 40 năm. Một nhóm nghiên cứu đã điều tra hiệu suất trong vòng đời 35 năm đầu tiên của hệ thống và phát hiện ra rằng các mô-đun năng lượng mặt trời có thể nhắm mục tiêu – ít nhất là ở vùng khí hậu ôn đới – tuổi thọ hoạt động của nó có thể đạt 35 năm.
Hệ thống PV TISO ‐ 10 (TIcino SOlare) được nối lưới vào năm 1982 trên mái nhà của SUPSI PVLab thuộc Đại học Khoa học Ứng dụng và Nghệ thuật miền Nam Thụy Sĩ, nằm ở bang Ticino của đất nước Ý, nơi nó đã hoạt động gần như không bị gián đoạn trong gần 40 năm.
Các phép đo hiệu suất của hệ thống được thực hiện trong khoảng 35 năm từ 1982 đến 2017, khi Văn phòng Năng lượng Liên bang Thụy Sĩ (SFOE) giao nhiệm vụ cho hai nhà khoa học – Alessandro Virtuani, nhà nghiên cứu cấp cao tại École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) và Mauro Caccivo, người đứng đầu SUPSI PVLab – và các nhóm của họ để phân tích và thu thập lượng dữ liệu khổng lồ. Caccivio nói với tạp chí pv : “Chúng tôi đã phải trải qua một đống giấy tờ đáng kinh ngạc và mất gần hai năm để sắp xếp tất cả các thông tin liên quan” .
Tấm pin mặt trời 40 năm tuổi
Hệ thống này được xây dựng với chi phí khoảng 284.000 CHF (khoảng 309.000 USD ngày nay –tương đương khoảng 7.2 tỷ VNĐ và 475.000 USD vào thời điểm đó) và với 288 mô-đun PV được sử dụng cho dự án có giá khoảng 21 CHF (22,9 USD hiện tại – tương đương 531.000VNĐ và khoảng 37 USD vào thời điểm đó) cho mỗi watt. Các sản phẩm tấm năng lượng mặt trời bằng kính, với công suất 37 W mỗi tấm, được cung cấp bởi Arco Solar, công ty đầu tiên được tập đoàn Siemens của Đức mua lại và sau đó là nhà sản xuất tấm pin năng lượng mặt trời có trụ sở tại Đức SolarWorld vào năm 2007. “Khi các mô-đun được mua vào năm 1980 , Arco Solar là một trong những nhà sản xuất lớn nhất thế giới và có công suất sản xuất hàng năm khoảng 1 MW” – Mauro Caccivio phát biểu.
Hệ thống dựa trên các mô-đun PV do Arco Solar cung cấp. Hình ảnh: SUPSI PVLab
Mặc dù cách bố trí điện của hệ thống đã thay đổi nhiều lần, sau khi thay thế các bộ biến tần, tất cả các mô-đun cũng đã “già” đi cùng nhau, luôn tiếp xúc với môi trường ngoài trời và ánh sáng mặt trời và không bao giờ được tân trang hoặc thay thế, chỉ có rất ít trường hợp ngoại lệ, trong đó có trường hợp hộp nối và Đi-ốt chuyển tiếp bị hỏng và đã được thay thế.
“Những mô-đun này có độ bền cơ học ấn tượng” – Virtuani và Caccivio nhấn mạnh. Tuy nhiên, lưu ý rằng trọng lượng và kích thước cơ học của chúng, cũng như độ dày của các tế bào năng lượng mặt trời (những yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến chất lượng tấm PV – LTC) không đại diện cho những gì có thể xảy ra đối với một mô-đun năng lượng mặt trời về mặt vết nứt được sản xuất ngày nay hoặc trong những năm gần đây. “Nhưng những mô-đun này có thể cho chúng ta thấy rằng có rất nhiều về sự xâm nhập của độ ẩm và sự ố vàng” – họ nói. Họ giải thích: “Mỗi tấm PV được bao bọc bằng một tấm lưng (mặt sau) làm bằng lá thép có chức năng như một rào cản đối với sự xâm nhập của nước, được kẹp bởi các lớp Tedlar ở cả hai mặt” họ giải thích thêm rằng sản phẩm này, mặc dù nó giống với cấu trúc của kính / thủy tinh hơn là tấm quang điện PV thông thường: tấm PV bằng kính / tấm nền, gần với những gì ngày nay chúng ta định nghĩa là một tấm kính thủy tinh.
Các ô của mô-đun có đường kính 102 mm – Hình ảnh: SUPSI PVLab
Các mô-đun này có hiệu suất 10%; điện áp hở mạch là 21,5 V; dòng ngắn mạch là 2,55 V và hệ số lấp đầy là 68%. Mỗi viên trong số chúng có kích thước 121,9 × 30,5 x 3,8 cm, nặng 4,9 kg và dựa trên 35 tế bào đơn tinh thể có đường kính 102 mm. Virtuani nói: “Ngày nay, các tế bào phức tạp hơn nhiều và có thể bao gồm các lớp thụ động bề mặt hoặc các cấu trúc hoa văn phức tạp hơn. Sự phức tạp này có thể làm cho các tế bào yếu hơn và khiến chúng có tốc độ suy thoái cao hơn”.
Nhìn chung, các biến tần đã được thay đổi năm (5) lần. Các thiết bị đầu tiên được cung cấp bởi các điều khiển Abacus, đã được thay thế sau 10 năm bằng một sản phẩm mới của Invertomatic và thiết kế hệ thống cũng được sửa đổi, với các chuỗi (string) dài hơn và số lượng mô-đun giảm đi một chút. Ở giai đoạn sau, các bộ biến tần SMA đã được lắp đặt và thiết kế hệ thống trở lại cấu hình ban đầu với 288 mô-đun. Các mô-đun năng lượng mặt trời là thành phần duy nhất của hệ thống chưa bao giờ được thay đổi.
Sản lượng khác nhau
Hiệu suất của các mô-đun không giống nhau đối với tất cả các tấm PV và các nhà nghiên cứu có thể chia chúng thành ba nhóm, trong đó nhóm hoạt động tốt nhất hầu như không có dấu hiệu ố vàng, trong khi hai nhóm còn lại có mức độ ố vàng trung bình và cao. Virtuani nói: “Ở nhóm thứ ba, màu vàng quá dữ dội đến mức một số tấm chuyển thành màu nâu. “ Hiệu suất điện lâu dài và sự lão hóa của các tấm pin có mối tương quan chặt chẽ với các nhóm tương ứng và hoạt động của chất bao bọc được sử dụng để sản xuất chúng”.
Phân tích hóa học được thực hiện trong những năm gần đây đã xác nhận rằng ba chất đóng gói được làm từ các polyme cơ bản giống nhau nhưng ba nhà cung cấp tương ứng của chúng đã sử dụng các chất phụ gia khác nhau trong công thức chất đóng gói, điều đó giải thích cho việc hiệu suất của các tấm khác nhau. “Như trong nhiều trường hợp lắp đặt PV, sự tàn phá nằm ở trong các bước chi tiết” – Virtuani nói. Ông nói thêm: “Bằng cách chỉ thay đổi một phần tử duy nhất, trong trường hợp này là nhà cung cấp chất đóng gói, toàn bộ hiệu suất của mảng PV có thể bị ảnh hưởng. “Điều đó cho thấy rằng việc lựa chọn nguyên vật liệu rất quan trọng. Rất nhiều!”
Hệ thống PV đã hoạt động được gần 40 năm – Hình ảnh: SUPSI PVLab
Do thực tế rằng chiết xuất các polyme từ mô-đun là một kỹ thuật phá hủy, các nhà nghiên cứu chỉ có thể tiến hành phân tích hóa học trên một số mô-đun hạn chế, nhưng họ đã loại trừ các nguyên nhân suy thoái khác, vì màu vàng là một vấn đề chỉ liên quan đến chất đóng gói nguyên vật liệu. Caccivio giải thích: “trong trường hợp này, các mô-đun không có dấu hiệu của sự xâm nhập của độ ẩm”.
Ba chất đóng gói đều dựa trên polyvinyl butyral (PVB), một loại polymer nhiệt dẻo đã được sử dụng từ đầu những năm 80 để bao bọc các mô-đun PV và từ đó đã được thay thế bằng ethylene vinyl acetate ( EVA ). Các nhà khoa học nhấn mạnh: “Một cựu quản lý của Arco Solar đã xác nhận rằng, vào thời điểm đó, chất đóng gói có khả năng là PVB và đã có ba nhà cung cấp PVB khác nhau đã được công ty sử dụng”, các nhà khoa học nhấn mạnh.
Có Ba nhóm PV
Khoảng 21,5% các mô-đun cho thấy sự suy giảm hàng năm -0,2% mỗi năm, tương ứng với giá trị mà nhà sản xuất hứa hẹn, trong khi một nhóm khác đại diện cho 72,9% các tấm pin cho thấy sự suy giảm hàng năm từ -0,2% đến -0,7% mỗi năm. “Hầu hết các tấm trong nhóm thứ hai cũng hoạt động tốt, đáp ứng kỳ vọng ban đầu,” Caccivio nói, lưu ý rằng nhóm này có thể được chia thành hai nhóm phụ liên quan đến các chất đóng gói khác nhau.
Từ năm 1982 đến năm 2017, các mô-đun của nhóm thứ nhất xuống cấp tổng thể nhiều nhất là 13% và của nhóm thứ hai lên đến 21%, mặc dù một nửa trong số chúng không vượt quá ngưỡng 20%. Theo tập đoàn Thụy Sĩ, khoảng 70% mô-đun được sử dụng trong hệ thống sẽ vẫn đáp ứng bảo hành hiệu suất mà các nhà sản xuất mô-đun hiện đang xem xét để áp dụng cho công nghệ của tương lai, có nghĩa là tuổi thọ 35 năm.
Phân tích cũng cho thấy rằng 87,5% mô-đun bị một số loại phân tách nhỏ phía trước và các vấn đề với một số hộp nối, nhưng những vấn đề này được phân bổ đều giữa ba nhóm. Tuy nhiên, hiện tượng quá nhiệt của các hộp nối có tác động thấp hơn đến các mô-đun của nhóm đầu tiên. Hơn nữa, một số mô-đun cho thấy các vết nứt, sự xuống cấp của tấm PV, ăn mòn mạch bên trong, các điểm nóng và vết cháy so với những mô-đun khác.
Bài học đầu tiên và quan trọng nhất rút ra từ việc nghiên cứu lắp đặt PV và các mô-đun “là vấn đề hóa đơn nguyên vật liệu (BOM)”, các nhà nghiên cứu tuyên bố, đồng thời cho biết thêm rằng việc lựa chọn vật liệu ngày nay cũng quan trọng như cách đây bốn mươi năm.
Cải tạo hay thay thế?
Khi được hỏi về tương lai của hệ thống PV này và hệ thống lắp đặt cũ nói chung, và nếu cải tạo hoặc cấp nguồn lại có thể là một lựa chọn tốt hơn so với việc để nguyên hiện trạng cũ tiếp tục phát điện, mặc dù với năng suất thấp hơn, hai nhà khoa học đã đưa ra các quan điểm khác nhau.
Caccivio nói: “Về mặt kinh tế, có thể tốt hơn là thực hiện cải tiến và cấp nguồn lại, hoặc cuối cùng thay thế hệ thống cũ bằng một hệ thống hoàn toàn mới. Tuy nhiên, Ủy ban Châu Âu đã thiết lập vòng đời 40 năm cho các mô-đun năng lượng mặt trời và, một cách hợp lý, chúng tôi phải sử dụng các sản phẩm năng lượng mặt trời cho đến khi kết thúc vòng đời của chúng hoặc cho đến khi hiệu suất của nó còn lại 80% như những tính toán”. “Hệ thống PV được nghiên cứu đã chỉ ra rằng một phần của nó chỉ mất 0,2% hiệu suất ban đầu và vẫn còn dồi dào trên ngưỡng 40 năm này” – Ông nói thêm.
Mảng này được xây dựng với chi phí khoảng 284.000 CHF. Hình ảnh: SUPSI PVLab
Theo Virtuani, có thể kéo dài vòng đời của hệ thống PV bằng cách thực hiện bảo trì thích hợp. Ông giải thích: “Nếu hệ thống PV hoạt động tốt, nó có thể hoạt động trong hơn 40 năm. Mặt khác, một số kế hoạch kinh doanh, hiện đang được phát triển trên khung thời gian 30 năm. Nhưng không có gì cấm chúng tôi mở rộng hoạt động của hệ thống PV lâu hơn kế hoạch, nếu các hệ thống và mô-đun đang hoạt động tốt ”.
Ông cũng nói rằng việc kéo dài tuổi thọ của hệ thống PV trong thời hạn 30 năm cũng có thể phụ thuộc vào các ứng dụng mà hệ thống PV có. Ví dụ, một hệ thống cấp nguồn cho máy bơm nước không cần phải hoạt động hết công suất và nó có thể được sử dụng cho nhiều hơn những gì mà chủ nhân của nó có thể mong đợi.
Kết quả của hai nhà nghiên cứu được trình bày trong hai bài báo khác nhau: “35 năm quang điện: Phân tích nhà máy năng lượng mặt trời TISO ‐ 10 ‐ kW, bài học kinh nghiệm về an toàn và hiệu suất — Phần 1” và “ 35 năm quang điện: Phân tích TISO Máy năng lượng mặt trời ‐10 ‐ kW, các bài học kinh nghiệm về an toàn và hiệu suất — Phần 2” cả hai đều đã được xuất bản trong Tiến bộ trong Quang điện (Progress in Photovoltaics).
Tổng kết của Lithaco: Với công nghệ của 40 năm trước đã sản xuất ra được những tấm pin năng lượng mặt trời với độ bền cao và hiệu suất lên đến 40 năm mà vẫn còn duy trì mức cao hơn tính toán độ giảm hiệu suất (80%). Với công nghệ cải tiến hiện nay, về hiệu suất các tấm pin năng lượng mặt trời chắc chắn sẽ tốt hơn. Đương nhiên như bài báo phân tích, chất lượng vật liệu chế tạo sẽ quyết định đến hiệu suất của các tấm PV. Việc lựa chọn các sản phẩm được các tạp chí, các cơ quan chức năng đánh giá, kiểm nghiệm là một trong những cách để hạn chế việc sử dụng các sản phẩm không đảm bảo chất lượng. Bởi lẽ, với các nhà sản xuất được đánh giá tốt về chất lượng, họ không thể nào đánh đổi chất lượng và uy tín lấy lợi nhuận trước mắt – nếu chạy theo lợi nhuận thì không sớm thì muộn cũng sẽ bị lụi tàn. Phương châm của Lithaco cũng không nằm ngoài uy tín và chất lượng. Do đó, chúng tôi luôn chọn các sản phẩm tốt, được các tổ chức uy tín như Bloomberg; Solar review …. đánh giá trong TOP 5 để cung cấp cho khách hàng. Ngoài ra, chế độ bảo hành của Lithaco cũng khác biệt, đó chính là bảo hành cả hệ thống PV theo vòng đời của sản phẩm. Lithaco sẵn sàng đồng hành với khách hàng suốt vòng đời sản phẩm để cam kết về chất lượng cũng như uy tín của chúng tôi.
Sưu tầm và biên tập bởi Cao Văn Sơn – Lithaco
Nguồn tham khảo :
- Exploring the depths of Europe’s oldest grid-connected PV system
- 35 years of photovoltaics: Analysis of the TISO-10-kW solar plant, lessons learnt in safety and performance—Part 1
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/pip.3104
- 35 years of photovoltaics: Analysis of the TISO-10-kW solar plant, lessons learnt in safety and performance—Part 2
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/pip.3104
Bài Viết Liên Quan
![[Bảng Giá] Điện Mặt Trời Cho Nhà Máy Công Nghiệp 2025](https://lithaco.vn/wp-content/uploads/2025/03/BẢNG-GIÁ-Điện-Mặt-Trời-Cho-Nhà-Máy-Công-Nghiệp-414x259.png)
