Cảnh báo mới về tuổi thọ tấm pin, chi phí điện mặt trời mái nhà có thể tăng 20%

Một nghiên cứu toàn cầu mới đây cho thấy biến đổi khí hậu có thể làm gia tăng đáng kể rủi ro nhiệt độ cao đối với các tấm pin mặt trời, từ đó đẩy nhanh quá trình xuống cấp và khiến chi phí điện mặt trời mái nhà tăng lên tới 20% trong một số khu vực.

Nghiên cứu do nhóm các nhà khoa học quốc tế đến từ các trường đại học tại Trung Quốc và Mỹ thực hiện đã kết hợp mô hình khí hậu, mô phỏng kinh tế và phân tích sự xuống cấp của hệ thống quang điện (PV) để đánh giá tác động của nhiệt độ đối với các hệ thống điện mặt trời áp mái trên toàn cầu.

 

Nhiệt độ cao đẩy nhanh quá trình xuống cấp của tấm pin

Theo tác giả chính của nghiên cứu, Haochi Wu, đây là phân tích toàn cầu đầu tiên định lượng tác động của biến đổi khí hậu đến rủi ro nhiệt độ cao đối với các tấm pin mặt trời mái nhà.

Ông cho biết hệ thống điện mặt trời áp mái thường dễ bị xuống cấp hơn so với các trang trại điện mặt trời quy mô lớn do không gian lắp đặt hạn chế khiến nhiệt tích tụ nhiều hơn.

Trong khi các nghiên cứu trước đây chủ yếu tập trung vào tổn thất hiệu suất do sự thay đổi bức xạ mặt trời hoặc nhiệt độ môi trường, nhóm nghiên cứu đã chỉ ra một “điểm mù” quan trọng: sự xuống cấp nhanh của tấm pin do nhiệt độ vận hành cao kéo dài.

Theo ông Wu, phát hiện này cho thấy ngành năng lượng mặt trời cần nhanh chóng điều chỉnh các tiêu chuẩn đánh giá rủi ro nhiệt độ cao để thích ứng với một tương lai có nhiệt độ ngày càng tăng.

 

Tiêu chuẩn hiện tại có thể chưa phản ánh đúng rủi ro

Hiện nay, tiêu chuẩn quốc tế IEC-63126 xác định các khu vực có rủi ro nhiệt độ cao dựa trên dữ liệu thời tiết lịch sử trong giai đoạn 1998–2020.

Tuy nhiên, kết quả nghiên cứu cho thấy tiêu chuẩn này có thể chưa phản ánh đầy đủ rủi ro trong tương lai.

Cụ thể:

• Trong kịch bản nhiệt độ toàn cầu tăng 2°C, tiêu chuẩn hiện tại chỉ bao phủ 74% công suất điện mặt trời toàn cầu có nguy cơ rủi ro
   
• Trong kịch bản tăng 4°C, con số này giảm xuống còn 48%
   

Điều này đồng nghĩa với việc nhà đầu tư và đơn vị lắp đặt có thể đánh giá thấp rủi ro xuống cấp của hệ thống, dẫn đến chi phí bảo trì và thay thế cao hơn dự kiến.                                                            

 

Mô hình dự báo khí hậu đến năm 2100

Để thực hiện nghiên cứu, nhóm khoa học đã sử dụng 20 mô hình khí hậu CMIP6, một tập hợp các mô phỏng khí hậu hiện đại dự báo điều kiện khí hậu toàn cầu đến năm 2100.

Các kịch bản được đánh giá ở mức tăng nhiệt độ toàn cầu từ 1°C đến 4°C, với khoảng giãn cách 0,5°C so với thời kỳ tiền công nghiệp.

Sau đó, nhóm nghiên cứu sử dụng mô hình vận hành hệ thống PV để tính toán:

• Nhiệt độ của tấm pin
   
• Sản lượng điện theo từng giờ
   
• Ảnh hưởng của bức xạ mặt trời
   
• Nhiệt độ không khí và tốc độ gió
   

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

Theo tiêu chuẩn của Ủy ban Kỹ thuật Điện Quốc tế (IEC), rủi ro nhiệt độ cao xảy ra khi phân vị thứ 98 của nhiệt độ tấm pin vượt 70°C, trong khi rủi ro cực hạn xảy ra khi nhiệt độ vượt 80°C.

 

Chi phí điện mặt trời có thể tăng tới 20%

Nhóm nghiên cứu cũng áp dụng mô hình Arrhenius để mô phỏng quá trình lão hóa của tấm pin theo nhiệt độ.

Các giả định được sử dụng gồm:

• Mức xuống cấp cơ bản: 0,66% mỗi năm
   
• Tấm pin được coi là hết vòng đời khi mất 20% công suất
   

Dựa trên các dữ liệu này, nhóm nghiên cứu đã tính toán chi phí điện năng quy dẫn (LCOE) trong điều kiện nhiệt độ tăng.

Kết quả cho thấy:

• Ở mức ấm lên 2,5°C, một số khu vực có LCOE tăng tới 20%
   
• Mức tăng này cao gấp khoảng 3 lần so với tác động do thay đổi bức xạ hoặc hiệu suất được đề cập trong các nghiên cứu trước đây
   

 

Các khu vực đang phát triển chịu ảnh hưởng lớn hơn

Nghiên cứu cũng chỉ ra sự chênh lệch đáng kể giữa các khu vực.

Những khu vực có điều kiện kinh tế khó khăn như châu Phi, Nam Á và một số khu vực Nam Mỹ có thể phải đối mặt với mức tăng chi phí điện mặt trời lớn hơn đáng kể so với các khu vực giàu có.

Nếu nhiệt độ toàn cầu tăng 4°C, chi phí LCOE tại các khu vực dễ bị tổn thương có thể tăng gấp đôi so với các khu vực ít chịu ảnh hưởng hơn.

Theo các nhà khoa học, điều này có thể làm gia tăng khoảng cách năng lượng giữa các khu vực, nếu không có các giải pháp thích ứng phù hợp.

 

Quy mô rủi ro nhiệt độ cao có thể tăng gấp đôi

Kết quả nghiên cứu cho thấy nếu nhiệt độ Trái Đất tăng thêm 4°C, quy mô các hệ thống điện mặt trời mái nhà nằm trong vùng rủi ro nhiệt độ cao trên toàn cầu có thể tăng gần gấp đôi so với hiện nay.

Nhóm nghiên cứu cho biết họ đã cung cấp bản đồ rủi ro nhiệt độ toàn cầu nhằm hỗ trợ việc cập nhật các tiêu chuẩn kỹ thuật cho ngành điện mặt trời trong tương lai.

Các chuyên gia thuộc Ủy ban Kỹ thuật IEC 82, cơ quan chịu trách nhiệm xây dựng tiêu chuẩn cho hệ thống quang điện, cũng bày tỏ sự quan tâm lớn đối với các dữ liệu và bản đồ rủi ro nhiệt độ cao được công bố trong nghiên cứu này.