Cảnh báo mới về tuổi thọ tấm pin mặt trời: Biến đổi khí hậu có thể làm tăng giá điện mái nhà thêm 20%

Một nghiên cứu toàn cầu mới đây cho thấy biến đổi khí hậu đang đẩy nhanh quá trình xuống cấp của các tấm pin mặt trời mái nhà, làm gia tăng chi phí sản xuất điện và có thể khiến giá điện mặt trời tăng tới 20% trong tương lai.

Phát hiện này đặt ra thách thức lớn cho ngành điện mặt trời, đặc biệt tại các khu vực có nhiệt độ cao và dễ bị tổn thương bởi hiện tượng ấm lên toàn cầu.

Biến đổi khí hậu làm giảm tuổi thọ tấm pin mặt trời

Nghiên cứu do nhóm các nhà khoa học đến từ Trung Quốc và Mỹ thực hiện đã kết hợp mô hình khí hậu với mô phỏng kinh tế và cơ chế xuống cấp của hệ thống quang điện (PV).

Theo tác giả chính Haochi Wu, đây là phân tích toàn cầu đầu tiên định lượng mức độ ảnh hưởng của biến đổi khí hậu đến rủi ro nhiệt độ cao đối với điện mặt trời mái nhà – loại hình đặc biệt dễ tích tụ nhiệt do không gian lắp đặt hạn chế.

Khác với các nghiên cứu trước chỉ tập trung vào tổn thất hiệu suất do thay đổi bức xạ hoặc nhiệt độ trung bình, nhóm nghiên cứu lần này đã chỉ ra “điểm mù” quan trọng: sự xuống cấp nhanh do nhiệt độ vận hành cao kéo dài, yếu tố chưa từng được mô hình hóa hệ thống ở quy mô toàn cầu.

Tiêu chuẩn quốc tế chưa theo kịp thực tế khí hậu

Hiện nay, tiêu chuẩn quốc tế International Electrotechnical Commission (IEC) – cụ thể là IEC-63126 – xác định rủi ro nhiệt độ cao dựa trên dữ liệu thời tiết lịch sử giai đoạn 1998–2020.

Tuy nhiên, phân tích mới cho thấy:

• Trong kịch bản Trái Đất ấm lên 2°C, tiêu chuẩn hiện hành chỉ bao quát 74% công suất PV toàn cầu có rủi ro nhiệt độ cao.

• Ở kịch bản 4°C, con số này giảm còn 48%.

Điều này đồng nghĩa, nếu không cập nhật theo dự báo khí hậu tương lai, nhà đầu tư và đơn vị lắp đặt có thể đánh giá thấp nguy cơ xuống cấp tấm pin, dẫn đến chi phí thay thế và bảo trì ngoài dự kiến.

Mô phỏng 20 mô hình khí hậu đến năm 2100

Để đưa ra dự báo, nhóm nghiên cứu đã sử dụng 20 mô hình khí hậu thuộc chương trình Coupled Model Intercomparison Project Phase 6 (CMIP6), dự báo điều kiện thời tiết đến năm 2100.

Các kịch bản ấm lên được phân tích trong khoảng 1–4°C so với thời kỳ tiền công nghiệp.

Sau đó, mô hình vận hành PV tính toán nhiệt độ tấm pin dựa trên:

• Bức xạ mặt trời dự báo

• Nhiệt độ không khí

• Tốc độ gió

Các mô phỏng giả định sử dụng tấm pin silicon tinh thể (c-Si), lắp trên mái nghiêng 20 độ hướng về xích đạo.

Theo tiêu chuẩn IEC:

• Rủi ro nhiệt độ cao (HTR) xảy ra khi phân vị 98% nhiệt độ tấm pin vượt 70°C.

• Rủi ro cực hạn xảy ra khi vượt 80°C.

Chi phí điện mặt trời mái nhà có thể tăng 20%

Nhóm nghiên cứu sử dụng mô hình lão hóa Arrhenius để tính toán tuổi thọ tấm pin dựa trên nhiệt độ vận hành.

Với giả định mức xuống cấp trung bình 0,66%/năm và pin bị loại bỏ khi mất 20% công suất, họ tính toán lại chi phí điện năng quy dẫn (LCOE).

Kết quả cho thấy:

• Ở mức ấm lên 2,5°C, nhiều khu vực ghi nhận LCOE tăng tới 20%.

• Tác động này lớn gấp khoảng 3 lần so với ảnh hưởng từ thay đổi bức xạ hay hiệu suất thông thường.

Đặc biệt, các khu vực đang phát triển như châu Phi, Nam Á và một phần Nam Mỹ chịu tác động nặng nề hơn đáng kể so với các nền kinh tế giàu có.

Ở kịch bản 4°C, gánh nặng chi phí tại các vùng dễ tổn thương có thể tăng gấp đôi so với các khu vực ít bị ảnh hưởng.

Nguy cơ mở rộng bất bình đẳng năng lượng

Điện mặt trời mái nhà vốn được xem là công cụ thúc đẩy công bằng năng lượng. Tuy nhiên, nghiên cứu cảnh báo nếu không có giải pháp thích ứng, biến đổi khí hậu có thể làm xói mòn mục tiêu này.

Không chỉ làm giảm tuổi thọ tấm pin trên toàn cầu, hiện tượng ấm lên còn nới rộng khoảng cách chi phí giữa các khu vực.

Đáng chú ý, nếu nhiệt độ Trái Đất tăng 4°C, quy mô lắp đặt điện mặt trời mái nhà nằm trong vùng rủi ro nhiệt độ cao có thể tăng gần gấp đôi so với hiện nay.

Ngành điện mặt trời cần cập nhật tiêu chuẩn rủi ro

Nhóm nghiên cứu đã cung cấp bản đồ rủi ro nhiệt độ cao toàn cầu và trao đổi với Ủy ban Kỹ thuật IEC 82 – đơn vị phụ trách tiêu chuẩn hệ thống quang điện – nhằm thúc đẩy điều chỉnh tiêu chuẩn theo các kịch bản khí hậu tương lai.

Theo các chuyên gia, việc cập nhật tiêu chuẩn thiết kế và lựa chọn vật liệu chịu nhiệt cao sẽ là chìa khóa để bảo vệ hiệu quả đầu tư và đảm bảo tính bền vững của điện mặt trời mái nhà trong bối cảnh khí hậu ngày càng khắc nghiệt.