Nghịch lý của pin năng lượng mặt trời: Nắng càng gắt, hiệu suất phát điện càng giảm?

Vì sao trời càng nóng, pin năng lượng mặt trời lại hoạt động kém hiệu quả?

Nhiều người cho rằng ánh nắng càng gay gắt thì hệ thống điện mặt trời sẽ tạo ra càng nhiều điện năng. Tuy nhiên, thực tế lại tồn tại một nghịch lý ít người biết: nhiệt độ quá cao có thể khiến các tấm pin năng lượng mặt trời giảm hiệu suất đáng kể.

Theo các chuyên gia trong ngành năng lượng tái tạo, pin mặt trời hoạt động hiệu quả nhất khi có nhiều ánh sáng nhưng nhiệt độ môi trường ở mức phù hợp. Khi nhiệt độ vượt quá ngưỡng tiêu chuẩn, hiệu suất phát điện sẽ bắt đầu suy giảm.

Nhiệt độ cao khiến pin mặt trời giảm hiệu suất từ 10% đến 25%

CED Greentech – đơn vị cung cấp thiết bị năng lượng mặt trời tại Mỹ – cho biết nhiệt độ quá cao có thể làm giảm khả năng sản xuất điện của các tấm pin mặt trời từ 10% đến 25%, tùy theo điều kiện lắp đặt và môi trường hoạt động.

Trong khi đó, nền tảng năng lượng tái tạo EnergySage cho biết các tấm pin mặt trời thường được thử nghiệm ở mức nhiệt tiêu chuẩn khoảng 25°C và hoạt động tối ưu trong khoảng từ 15°C đến 35°C.

Tuy nhiên, trên thực tế, nhiệt độ bề mặt của các tấm pin mặt trời vào mùa hè có thể lên tới 65°C, đặc biệt tại các khu vực có cường độ bức xạ mặt trời cao hoặc mái nhà hấp thụ nhiệt mạnh. Đây là nguyên nhân trực tiếp khiến hiệu suất của các tế bào quang điện suy giảm.

Vì sao pin năng lượng mặt trời hoạt động kém khi trời quá nóng?

Hiện tượng này được lý giải dựa trên các nguyên lý nhiệt động lực học. Bên trong tấm pin mặt trời, dòng điện được tạo ra nhờ sự chuyển động có hướng của các electron.

Khi nhiệt độ tăng quá cao, các electron hấp thụ thêm nhiệt năng và chuyển động hỗn loạn hơn. Điều này làm giảm điện áp của hệ thống, kéo theo lượng điện năng tạo ra cũng suy giảm.

Theo các số liệu kỹ thuật, cứ mỗi khi nhiệt độ tăng thêm 1°C vượt ngưỡng tiêu chuẩn, hiệu suất của tấm pin mặt trời có thể giảm khoảng 0,5%. Điều đó đồng nghĩa trong những ngày nắng nóng cực đoan, hệ thống điện mặt trời khó đạt được công suất tối đa dù cường độ ánh sáng rất lớn.

Ngành điện mặt trời tìm cách “giải nhiệt” cho pin năng lượng

Trước tác động ngày càng rõ rệt của biến đổi khí hậu và các đợt nắng nóng kéo dài, ngành công nghiệp năng lượng mặt trời đang đẩy mạnh các giải pháp giảm nhiệt cho hệ thống pin.

Tạo khoảng trống tản nhiệt

Một trong những giải pháp phổ biến hiện nay là lắp đặt các tấm pin cách mái nhà một khoảng nhất định để tạo luồng không khí lưu thông phía dưới. Điều này giúp tản nhiệt tự nhiên và giảm nhiệt độ bề mặt pin.

Sử dụng vật liệu phản xạ nhiệt

Các chuyên gia cũng khuyến khích sử dụng vật liệu mái có màu sáng hoặc khả năng phản xạ nhiệt tốt nhằm hạn chế hấp thụ nhiệt từ ánh nắng mặt trời.

Bảo vệ linh kiện điện tử khỏi nhiệt độ cao

Các bộ phận điện tử nhạy cảm như bộ biến tần và hệ thống điều khiển thường được bố trí tại khu vực có bóng râm hoặc được thiết kế thêm hệ thống làm mát để tăng độ bền.

Không chỉ điện mặt trời, nhiều nguồn năng lượng khác cũng bị ảnh hưởng bởi nắng nóng

Nhiệt độ cực đoan không chỉ tác động đến pin năng lượng mặt trời mà còn gây áp lực lớn lên các nhà máy nhiệt điện và điện hạt nhân.

Các nhà máy này cần lượng nước khổng lồ để làm mát hệ thống. Khi nhiệt độ môi trường tăng cao và nguồn nước suy giảm, hiệu suất vận hành cũng bị ảnh hưởng đáng kể.

Trong bối cảnh biến đổi khí hậu khiến các đợt sóng nhiệt xuất hiện ngày càng thường xuyên, ngành năng lượng toàn cầu buộc phải tăng tốc đổi mới công nghệ nhằm thích nghi với điều kiện thời tiết khắc nghiệt hơn.

Tương lai của năng lượng tái tạo phụ thuộc vào công nghệ pin chịu nhiệt

Theo Cơ quan Năng lượng Tái tạo Quốc tế (IRENA), năng lượng tái tạo được kỳ vọng sẽ cung cấp khoảng 80% sản lượng điện toàn cầu vào năm 2050.

Để đạt mục tiêu này, các nhà nghiên cứu đang tập trung phát triển thế hệ pin mặt trời mới có khả năng chịu nhiệt tốt hơn, hoạt động hiệu quả hơn trong điều kiện thời tiết khắc nghiệt và thậm chí có thể sản xuất điện vào ban đêm.

Việc nâng cao khả năng chống chịu nhiệt cho các tấm pin năng lượng mặt trời được xem là bước đi quan trọng giúp ngành năng lượng xanh phát triển bền vững trong tương lai.