Hiện nay, năng lượng mặt trời được hiểu là tổ hợp số giờ nắng nhận được tại địa phương của bạn và cường độ năng. Năng lượng này thay đổi theo thời gian trong năm và nơi bạn sinh sống.
Tổ hợp số giờ và cường độ nắng được gọi là sự phơi nắng hoặc độ rơi nắng. Trong vật lý, đại lượng này được gọi là công suất bức xạ trung bình, tính theo đơn vị W/m2 , và đối với năng lượng mặt trời,bằng phương pháp của đại lượng này được tính theo kWh chiếu xuống một mét vuông mặt đất trong thời gian một ngày(kWh/m2/ngày). Một mét vuông tương đương 9.9 feet vuông.
Biểu đồ giờ nắng đỉnh tại từng khu vực của Việt Nam
Ý nghĩa của độ rọi nắng
Panel quang điện mặt trời đưa ra số watt công suất được kỳ vọng có thể tạo ra, dựa trên độ rọi nắng 1000 W/m2. Số này thường là giá trị watt-đỉnh(Wp), cho biết công suất panel mặt trời có thể tạo ra trong điều kiện lý tưởng. Độ rọi nắng 1000 W/m2 là điều bạn có thể nhận được vào giữa trưa mùa hè ở xích đạo. Đây không phải là giá trị trung bình dựa trên cơ sở hàng ngày.
Tuy nhiên, khi biết độ rọi nắng tại địa phương của bạn, theo giá trị trung bình hàng ngày (kWh/m2/ngày), bạn có thể nhân số này với số watt của panel mặt trời để ước lượng mức năng lượng do panel mặt trời của bạn có thể cung cấp
Tính toán độ rọi nắng
Để có thể ước tính một cách hợp lý, thông qua hệ thống vệ tinh thời tiết của NASA liên tục giám sát độ rọi nắng mặt trời trên bề mặt trái đất trong nhiều năm.Các giá trị này được dùng trong tính toán các điều kiện khí quyển trên cao. Độ phủ mây trung bình và nhiệt độ bề mặt, là cơ sở để lấy mẫu đo theo chu kỳ 3 giờ. Hệ thống này bao quát toàn bộ địa cầu.
Thu năng lượng mặt trời
Góc nghiêng của tấm panel mặt trời có tác dụng tăng mức độ thu nhận ánh nắng mặt trời: nếu đặt tấm panel thẳng đứng hoặc nằm ngang so với mặt đất, bạn sẽ thu được ánh nắng trong cả ngày ít hơn so với khi nghiêng tấm để luôn luôn hướng mặt về phía mặt trời.
Tác dụng của góc nghiêng panel theo vị trí mặt trời
Nếu nghiêng tấm panel về phía mặt trời sẽ thu được năng lượng mặt trời nhiều hơn, do đó điện năng chuyển đổi cũng hơn. Tuy nhiên, mỗi địa phương luôn luôn có các góc tối ưu để lắp đặt panel mặt trời, cho phép thu được ánh nắng tối đa có thể.
Phương pháp tính góc độ lắp đặt tấm pin năng lượng mặt trời
Đối với khu vực Đà Nẵng thì vị trí lắp tấm pin mặt trời theo hướng tây nam là tối ưu nhất, góc nghiêng tấm pin là 10o – 17o tường khu vực.
Góc nghiêng tối ưu theo thời gian trong năm
Tùy theo khoảng thời gian bạn muốn sử dụng năng lượng mặt trời. Mỗi tháng trong năm, góc mặt trời trên bầu trời thay đổi khoảng 7.8o – lên cao vào mùa hè và hạ thấp vào mùa đông. Bằng cách điều chỉnh góc nghiêng panel theo mặt trời, bạn có thể tăng hiệu suất của hệ thống điện một cách tương ứng.
Lý do để thực hiện điều này
Đối với hệ thống điện mặt trời độc lập, không nối với điện lưới, bạn cần sản xuất điện năng tối đa vào các tháng mùa đông để cân bằng với sự suy giảm ánh sáng tự nhiên.
Khi lắp hệ thống nối với lưới điện trong vùng khí hậu lạnh, nơi tập trung vào việc giảm khí thải carbon, bạn nên nâng công suất hệ thống vào mùa đông để bù cho lượng điện cần mua khi tang nhu cầu tiêu thụ điện.
Khi lắp hệ thống nối với lưới điện, nhằm mục đích thu lợi nhờ bán dẫn, bạn có thể điều chỉnh góc nghiêng các panel vào mùa hè để đạt được công suất điện cao nhất.
Panel mặt trời và bóng che
Tác động mạnh nhất đến năng suất năng lượng mặt trời là bóng che. Ngay cả khi chỉ một phần nhỏ dãy panel bị che chắn, hiệu suất của hệ thống điện mặt trời cũng giảm rõ rệt.
Khác với hệ thống nhiệt mặt trời, tổn thất công suất điện do bóng che lớn hơn so với phân panel trong bóng che. Với hệ thống nhiệt mặt trời, nếu 5% diện tích panel bị bóng che, tổn thất công suất chỉ khoảng 5%.
Tùy theo các điều kiện cụ thể, dù chỉ 5% diện tích panel điện mặt trời bị che bóng, tổn thất điện năng của toàn bộ dãy panel có thể lên đến 50-80%.
Vì lý do đó, điều rất quan trọng là hệ thống điện mặt trời không bị che bóng cả ngày,do đó cần có các thiết kế bổ sung để giảm ảnh hưởng của bóng che đến mức tối thiểu.
Các yếu tố tác động đến hiệu suất mảng panel
Sự biến thiên điện áp có thể còn cao hơn nếu bạn có nhiều panel mặt trời mắc nối tiếp với nhau – hoặc nếu bạn dùng laoị panel có điện áp cao hơn. Nói chung, mảng với 15 – 20 panel mắc nối tiếp sẽ có biến thiên điện áp đến hàng trăm volt khi có mây che mặt trời trong vài giây.
Phương pháp đơn giản và rẻ tiền là cắt bớt điện áp đến giá trị sao cho panel có thể duy trì một cách dễ dàng. Ví dụ, panel mặt trời có định mức 12V thường có thể duy trì mức điện áp không dưới 14V vào bạn ngày. Bộ điều khiển nạp điện hoặc bộ biến tần, giảm điện áp đến mức này và sẽ luôn có khả năng sử dụng công suất định mức. Nhược điểm là khi cắt bớt điện áp, công suất tính theo watt cũng giảm theo, nghĩa là sẽ tăng tổn thất điện năng.
Phương pháp thứ hai và tốt hơn, là sử dụng bộ điều khiển và bộ biến tần có tính năng ” dò theo điểm công suất cực đại ” (MPPT); điều chỉnh điện áp từ mảng panel mặt trời để cung cấp điện áp đúng cho các acquy hoặc bộ biến tần để giảm bớt tổn thất.
Để tính toán tương đối chính xác các tổn thất, bạn có thể chia tính toán của mình với 0.9 nếu sử dụng bộ điều khiển MPPT hoặc với 0.75 nếu sử dụng bộ biến tần và bộ điều khiển không có tính năng MPPT.
| Tính toán với bộ điều khển / biến tần không có MPPT | |
| Panel mặt trời nằm ngang | Panel mặt trời nghiêng 38o |
| 411 W ÷ 0.75 = 548 W | 288 W ÷ 0.75 = 384 W |
| Tính toán với bộ điều khiển / biến tần có MPPT | |
| Panel mặt trời nằm ngang | Panel mặt trời nghiêng 38o |
| 411 W ÷ 0.9 = 456 W | 228 W ÷ 0.9 = 320 W |