Bức xạ mặt trời là nguồn năng lượng tự nhiên quan trọng cung cấp ánh sáng và nhiệt cho Trái Đất, đồng thời cũng là nguồn đầu vào để các tấm pin mặt trời tạo ra điện năng. Hiểu rõ bức xạ mặt trời là gì, các loại bức xạ cũng như cách đo công suất và năng lượng bức xạ sẽ giúp bạn dễ dàng đánh giá tiềm năng của một hệ thống điện mặt trời. Cùng Vua Thợ Mall tìm hiểu chi tiết ngay dưới đây.
1. Bức xạ mặt trời là gì?
Bức xạ mặt trời là năng lượng được Mặt Trời phát ra dưới dạng sóng điện từ và truyền qua không gian đến Trái Đất. Nguồn năng lượng này được tạo ra từ các phản ứng nhiệt hạch diễn ra bên trong Mặt Trời. Khi đến Trái Đất, bức xạ mặt trời có thể:
Truyền trực tiếp xuống bề mặt.
Bị khí quyển hấp thụ một phần.
Bị mây và các phân tử khí tán xạ.
Phản xạ bởi mặt đất, mái nhà, nước hoặc các bề mặt khác.
Do đó, lượng bức xạ thực tế tại một vị trí sẽ thay đổi theo thời gian, thời tiết và điều kiện địa lý. Cần phân biệt bức xạ mặt trời với năng lượng mặt trời. Bức xạ mặt trời là năng lượng điện từ đến từ Mặt Trời, còn năng lượng mặt trời là khái niệm rộng hơn, chỉ nguồn năng lượng này khi được khai thác để tạo nhiệt, điện hoặc phục vụ các nhu cầu khác.
2. Các loại bức xạ mặt trời
Dựa vào cách bức xạ truyền đến bề mặt Trái Đất, có thể chia thành các loại chính sau:
Loại bức xạ | Đặc điểm |
Bức xạ trực tiếp | Tia bức xạ đi thẳng từ Mặt Trời đến bề mặt mà không bị tán xạ đáng kể |
Bức xạ khuếch tán | Bức xạ bị phân tử khí, bụi hoặc mây tán xạ trước khi đến bề mặt |
Bức xạ phản xạ | Phần bức xạ bị các bề mặt như mặt đất, nước, mái nhà hoặc công trình phản xạ lại |
Bức xạ toàn phần | Tổng lượng bức xạ nhận được trên một bề mặt từ các thành phần trực tiếp, khuếch tán và phản xạ |
Vào những ngày trời quang, bức xạ trực tiếp thường chiếm tỷ trọng lớn. Khi trời nhiều mây, bức xạ trực tiếp giảm nhưng tấm pin mặt trời vẫn có thể nhận được bức xạ khuếch tán, vì vậy hệ thống vẫn tạo ra điện nhưng sản lượng thấp hơn.
Phổ bức xạ mặt trời gồm những gì?
Bức xạ Mặt Trời bao gồm nhiều dải bước sóng khác nhau. Ba vùng thường được quan tâm nhất gồm:
Tia tử ngoại (UV): Có bước sóng ngắn và năng lượng photon cao. UV chỉ chiếm một phần nhỏ trong bức xạ tới bề mặt Trái Đất.
Ánh sáng khả kiến: Là vùng ánh sáng mắt người có thể nhìn thấy, thường nằm trong khoảng 380 – 750 nm. Đây là một vùng quan trọng đối với hoạt động của pin quang điện.
Tia hồng ngoại (IR): Có bước sóng dài hơn ánh sáng khả kiến và đóng góp đáng kể vào năng lượng nhiệt từ Mặt Trời.
Pin mặt trời không chỉ sử dụng riêng ánh sáng khả kiến mà có thể hấp thụ một phần bức xạ ở các dải khác nhau tùy vào vật liệu bán dẫn và công nghệ tế bào quang điện.
3. Công suất và năng lượng bức xạ mặt trời được tính như thế nào?
Hai khái niệm thường gặp khi đánh giá tiềm năng điện mặt trời là công suất bức xạ và năng lượng bức xạ. Mặc dù có liên quan với nhau, hai đại lượng này không hoàn toàn giống nhau.
3.1 Công suất bức xạ mặt trời là gì?
Công suất bức xạ mặt trời, hay thường gọi là cường độ bức xạ (irradiance), thể hiện công suất bức xạ Mặt Trời nhận được trên một đơn vị diện tích tại một thời điểm. Đơn vị phổ biến là:
W/m²
Ví dụ:
800 W/m²
có nghĩa là tại thời điểm đo, mỗi mét vuông bề mặt đang nhận công suất bức xạ khoảng 800 W. Ở phía ngoài khí quyển Trái Đất, cường độ bức xạ Mặt Trời trung bình tại khoảng cách trung bình giữa Trái Đất và Mặt Trời vào khoảng 1.361 W/m². Tuy nhiên, khi đi qua khí quyển, một phần bức xạ bị hấp thụ và tán xạ. Vì vậy, cường độ tại mặt đất thấp hơn và thay đổi liên tục. Trong ngành điện mặt trời, mức 1.000 W/m² được sử dụng làm điều kiện bức xạ tiêu chuẩn trong quá trình đánh giá công suất danh định của tấm pin theo điều kiện STC.
Công suất bức xạ thực tế bị ảnh hưởng bởi:
Thời điểm trong ngày.
Mùa trong năm.
Vị trí địa lý.
Mây và thời tiết.
Độ ẩm và bụi trong khí quyển.
Góc chiếu của Mặt Trời.
Hướng và độ nghiêng của bề mặt nhận bức xạ.
Thông thường, bức xạ tăng dần từ buổi sáng, đạt mức cao vào khoảng thời gian Mặt Trời lên cao và giảm về chiều.
3.2 Năng lượng bức xạ mặt trời là gì?
Nếu công suất bức xạ cho biết lượng công suất tại một thời điểm, thì năng lượng bức xạ mặt trời thể hiện tổng lượng năng lượng nhận được trong một khoảng thời gian.
Đơn vị thường gặp:
Wh/m²
kWh/m²
kWh/m²/ngày
Có thể hiểu đơn giản theo công thức:
Năng lượng bức xạ = Công suất bức xạ × Thời gian
Ví dụ, nếu một bề mặt nhận mức bức xạ trung bình tương đương 1.000 W/m² trong 5 giờ:
1.000 W/m² × 5 giờ = 5.000 Wh/m² = 5 kWh/m²
Trong điện mặt trời, dữ liệu kWh/m²/ngày rất quan trọng vì nó giúp ước tính lượng năng lượng Mặt Trời mà hệ thống có thể khai thác trong một ngày.
Có thể phân biệt nhanh:
Đại lượng | Đơn vị | Ý nghĩa |
Công suất/cường độ bức xạ | W/m² | Mức bức xạ tại một thời điểm |
Năng lượng bức xạ | kWh/m²/ngày | Tổng năng lượng nhận được trong một khoảng thời gian |
Một khái niệm liên quan thường gặp là Peak Sun Hours – số giờ nắng đỉnh. Chỉ số này quy đổi tổng năng lượng bức xạ trong ngày thành số giờ tương đương nếu bức xạ duy trì liên tục ở mức 1.000 W/m².
Ví dụ:
5 kWh/m²/ngày ≈ 5 giờ nắng đỉnh.
3.3 Bức xạ mặt trời được đo bằng cách nào?
Bức xạ mặt trời có thể được xác định bằng các thiết bị đo trực tiếp hoặc thông qua dữ liệu khí tượng, vệ tinh. Một số phương pháp phổ biến gồm:
Pyranometer: Thiết bị đo bức xạ toàn phần trên một bề mặt, thường dùng trong trạm khí tượng và hệ thống giám sát điện mặt trời.
Pyrheliometer: Dùng để đo bức xạ trực tiếp từ Mặt Trời và thường yêu cầu thiết bị hướng theo vị trí Mặt Trời.
Cảm biến bức xạ: Có thể được lắp tại hệ thống điện mặt trời để theo dõi cường độ bức xạ theo thời gian thực.
Dữ liệu vệ tinh: Cho phép đánh giá bức xạ mặt trời tại nhiều khu vực mà không cần đặt thiết bị đo trực tiếp.
Bản đồ bức xạ mặt trời: Thường được sử dụng trong giai đoạn khảo sát và ước tính tiềm năng sản lượng điện của dự án.
Đối với một hệ thống điện mặt trời chuyên nghiệp, dữ liệu bức xạ thường được kết hợp với nhiệt độ tấm pin, nhiệt độ môi trường và công suất đầu ra để đánh giá hiệu suất vận hành.
4. Bức xạ mặt trời ảnh hưởng thế nào đến hệ thống điện mặt trời?
Bức xạ mặt trời là một trong những yếu tố quan trọng nhất quyết định lượng điện mà hệ thống pin quang điện có thể tạo ra. Về cơ bản:
Bức xạ tăng → năng lượng tấm pin nhận được tăng → khả năng phát điện tăng.
Tuy nhiên, sản lượng thực tế không chỉ phụ thuộc vào bức xạ mà còn chịu ảnh hưởng bởi nhiệt độ, hiệu suất tấm pin, inverter và các dạng tổn hao khác.
Thời tiết và thời điểm trong ngày
Vào buổi sáng và chiều, góc chiếu Mặt Trời thấp nên cường độ bức xạ thường thấp hơn. Khoảng giữa ngày, bức xạ có xu hướng cao hơn nên công suất của hệ thống cũng thường đạt mức lớn hơn. Khi trời nhiều mây, bức xạ trực tiếp giảm mạnh nhưng vẫn còn bức xạ khuếch tán. Vì vậy, pin mặt trời vẫn phát điện nhưng công suất thường giảm.
Hướng và góc nghiêng của tấm pin
Tấm pin nhận được nhiều bức xạ hơn khi bề mặt được bố trí phù hợp với hướng chiếu của Mặt Trời. Góc nghiêng và hướng lắp đặt không phù hợp có thể khiến lượng bức xạ nhận được trong ngày giảm, từ đó ảnh hưởng đến sản lượng điện.
Bóng che
Cây cối, tòa nhà, bồn nước hoặc các vật thể xung quanh có thể che ánh sáng lên một phần tấm pin. Không chỉ làm giảm lượng bức xạ nhận được, bóng che còn có thể gây mất cân bằng giữa các cell hoặc module trong chuỗi pin, ảnh hưởng đến hiệu suất toàn hệ thống.
Bụi bẩn trên bề mặt pin
Bụi, lá cây và các chất bẩn làm giảm lượng ánh sáng truyền tới tế bào quang điện. Do đó, việc kiểm tra và vệ sinh tấm pin phù hợp với điều kiện môi trường cũng giúp duy trì khả năng hấp thụ bức xạ.
Vai trò khi thiết kế hệ thống điện mặt trời
Dữ liệu bức xạ là một trong những thông số đầu vào quan trọng khi:
Ước tính sản lượng điện theo ngày, tháng và năm.
Tính toán công suất hệ thống phù hợp.
Lựa chọn vị trí lắp đặt.
Xác định hướng và góc nghiêng của tấm pin.
Đánh giá hiệu quả đầu tư.
So sánh sản lượng thực tế với sản lượng dự kiến.
Hai hệ thống có cùng công suất kWp nhưng được lắp tại những khu vực có điều kiện bức xạ khác nhau hoàn toàn có thể tạo ra sản lượng điện khác nhau.
Hy vọng qua bài viết trên, bạn đã hiểu rõ bức xạ mặt trời là gì, các loại bức xạ cũng như sự khác nhau giữa công suất và năng lượng bức xạ mặt trời. Đây là một trong những thông số quan trọng khi đánh giá tiềm năng phát điện, lựa chọn vị trí lắp đặt và dự tính sản lượng của hệ thống điện mặt trời.
Nếu bạn đang tìm kiếm tấm pin năng lượng mặt trời, inverter, pin lưu trữ hoặc cần lắp đặt hệ thống điện mặt trời, hãy tham khảo các sản phẩm tại Vua Thợ Mall để lựa chọn giải pháp phù hợp với nhu cầu sử dụng.
