Ảnh hưởng của gió mùa Đông Bắc đến hiệu suất hệ thống năng lượng mặt trời ra sao ?

Khi những đợt gió lạnh tràn về miền Bắc Việt Nam, mang theo bầu trời xám xịt và sương mù dày đặc, nhiều gia chủ bắt đầu lo lắng về hệ thống điện mặt trời trên mái nhà mình. Liệu ảnh hưởng của gió mùa Đông Bắc đến hiệu suất hệ thống năng lượng mặt trời có nghiêm trọng như lời đồn?

Thực tế, mùa đông không có nghĩa là “tắt điện”. Hãy cùng DAT Group phân tích sâu hơn về cơ chế hoạt động và tìm ra những giải pháp kỹ thuật để tối ưu hóa sản lượng điện ngay cả trong những ngày đông giá rét nhất.

1. Hoạt động hệ thống năng lượng mặt trời trong điều kiện ít nắng của gió mùa Đông Bắc

Nhiều người lầm tưởng rằng điện mặt trời cần nhiệt độ cao của nắng gắt để sinh ra điện. Tuy nhiên, sự thật kỹ thuật lại hoàn toàn khác biệt.

Nguyên lý dựa trên bức xạ, không cần nắng gắt.

Tấm pin PV hoạt động dựa trên hiệu ứng quang điện. Điều này có nghĩa là chúng cần ánh sáng chứ không phải nhiệt độ. Ngay cả trong những ngày gió mùa Đông Bắc âm u, ánh sáng mặt trời vẫn xuyên qua lớp mây và chạm tới bề mặt tấm pin dưới dạng bức xạ khuếch tán.

Miễn là trời còn sáng, các electron trong cell pin vẫn được kích hoạt và dòng điện vẫn được sinh ra. Tuy nhiên, cường độ dòng điện sẽ phụ thuộc trực tiếp vào cường độ của ánh sáng.

Mức giảm hiệu suất 30-50% do ít nắng.

Mặc dù vẫn hoạt động, nhưng chúng ta phải thừa nhận thực tế rằng sản lượng sẽ sụt giảm. Trong điều kiện mây mù dày đặc đặc trưng của gió mùa Đông Bắc, bức xạ mặt trời giảm mạnh.

Theo các số liệu đo đạc thực tế tại khu vực miền Bắc, hiệu suất hệ thống vào những ngày này thường giảm từ 30% đến 50% so với những ngày nắng đẹp mùa hè. Đây là mức sụt giảm đáng kể nhưng không có nghĩa là hệ thống ngừng hoạt động hoàn toàn.

2. Ảnh hưởng của gió mùa Đông Bắc đến hiệu suất hệ thống năng lượng mặt trời

Gió mùa Đông Bắc mang theo một tổ hợp các điều kiện thời tiết khắc nghiệt. Dưới đây là phân tích chi tiết từng yếu tố tác động đến hệ thống.

Mây dày và sương mù 

Đây là rào cản lớn nhất. Mây và sương mù đóng vai trò như một bộ lọc khổng lồ, chặn đứng phần lớn bức xạ trực tiếp từ mặt trời. Lúc này, tấm pin chỉ nhận được bức xạ tán xạ có năng lượng thấp hơn nhiều.

Thời gian nắng ngắn

Mùa đông ở bán cầu Bắc có đặc điểm là ngày ngắn, đêm dài. Số giờ nắng hiệu quả giảm đi rõ rệt. Nếu mùa hè có thể thu được 5-6 giờ nắng đỉnh, thì mùa đông con số này có thể chỉ còn 2-3 giờ. Thời gian sản xuất điện ngắn hơn đồng nghĩa với tổng sản lượng điện trong ngày thấp hơn.

Bóng râm dài

Vào mùa đông, mặt trời di chuyển ở quỹ đạo thấp hơn so với đường chân trời. Điều này làm cho bóng của cây cối, tòa nhà, hay ống khói đổ dài hơn. Những vật thể vốn không che khuất tấm pin vào mùa hè nay có thể tạo ra bóng râm lớn vào mùa đông.

Bóng râm không chỉ làm giảm sản lượng mà còn có thể gây ra hiện tượng “điểm nóng” ảnh hưởng tuổi thọ tấm pin.

Gió mạnh gây bụi bẩn, hư hỏng cơ học.

Gió mùa Đông Bắc thường đi kèm với gió giật mạnh. Gió cuốn theo bụi bẩn, lá cây khô phủ lên bề mặt tấm pin. Lớp bụi này ngăn cản ánh sáng tiếp xúc với cell pin, làm giảm hiệu suất đáng kể nếu không được vệ sinh. Ngoài ra, gió mạnh có thể gây rung lắc khung giá đỡ, làm lỏng các ốc vít nếu thi công không đảm bảo.

Nhiệt độ thấp tăng Voc biến tần 

Nhiệt độ thấp làm tăng điện áp hở mạch của các mô-đun PV, kéo theo việc tăng điện áp đầu vào cho biến tần. Nếu tình trạng này kéo dài, các linh kiện đóng cắt bên trong biến tần có thể bị ảnh hưởng, làm giảm tuổi thọ và độ tin cậy của thiết bị. [1]

Khi nhiệt độ xuống thấp, điện áp chuỗi PV thậm chí có thể vượt quá giới hạn điện áp đầu vào cho phép của biến tần, gây ra những rủi ro tiềm ẩn cho hệ thống.

Lưu ý: Hệ số nhiệt độ của điện áp hở mạch đối với loại pin mặt trời này là –0,28%/°C. Giá trị này có thể thay đổi tùy theo từng hãng hoặc từng model tấm PV khác nhau. [2]

Trong giai đoạn thiết kế sơ bộ của nhà máy điện mặt trời, cần tính toán đầy đủ giá trị Voc của chuỗi PV tại mức nhiệt độ thấp nhất có thể xảy ra. Việc chừa đủ biên độ an toàn giúp tránh tình trạng quá áp DC vào mùa đông, vốn có thể gây hư hỏng biến tần. 

Nếu hệ thống xuất hiện cảnh báo “OV-DC”, phải lập tức ngắt công tắc DC của biến tần và giảm số lượng mô-đun trong mỗi chuỗi PV để đảm bảo vận hành an toàn.

Tuyết phủ

Tại một số vùng núi cao phía Bắc như Sapa, Mẫu Sơn, hiện tượng băng tuyết có thể xuất hiện. Lớp tuyết phủ kín bề mặt sẽ chặn hoàn toàn ánh sáng, khiến hệ thống ngừng sinh điện cho đến khi tuyết tan hoặc được dọn sạch.

3. Yếu tố tác động hiệu suất hệ thống điện mặt trời

Mức độ ảnh hưởng của thời tiết không giống nhau cho mọi hệ thống. Nó phụ thuộc vào công nghệ và vị trí bạn lắp đặt.

Vị trí địa lý (miền Bắc ít nắng hơn)

Rõ ràng, các tỉnh phía Bắc chịu tác động trực tiếp của gió mùa Đông Bắc sẽ có sự chênh lệch sản lượng mùa hè – mùa đông lớn hơn nhiều so với miền Nam. Việc tính toán bài toán kinh tế cho điện mặt trời miền Bắc cần dựa trên sản lượng trung bình năm, chấp nhận sự bù trừ giữa các mùa.

Chất lượng tấm pin (mono/poly tốt hơn)

Công nghệ tấm pin đóng vai trò quyết định trong điều kiện thiếu sáng. Tấm pin Monocrystalline có độ tinh khiết cao hơn, thường nhạy cảm tốt hơn với ánh sáng yếu so với tấm pin Polycrystalline. Đặc biệt, các công nghệ mới như Half-cut cell hay Bifacial giúp tối ưu hóa việc thu nhận bức xạ tán xạ trong những ngày âm u.

Hệ thống lưu trữ hỗ trợ ngày ít nắng

Đối với hệ thống Hybrid hoặc Off-grid, dung lượng pin lưu trữ là yếu tố then chốt. Trong những ngày mưa phùn gió bấc kéo dài, nếu hệ thống lưu trữ không đủ lớn hoặc không được quản lý sạc/xả thông minh, gia đình có thể bị gián đoạn nguồn điện.

4. Bảng so sánh hiệu suất các mùa

Để bạn đọc dễ hình dung sự chênh lệch, DAT Group đưa ra bảng so sánh các chỉ số kỹ thuật cơ bản giữa hai mùa.

5. Giải pháp tối ưu và bảo trì hệ thống điện mặt trời chống gió mùa Đông Bắc

Chúng ta không thể thay đổi thời tiết, nhưng hoàn toàn có thể thay đổi cách vận hành để giảm thiểu ảnh hưởng của gió mùa Đông Bắc đến hiệu suất hệ thống năng lượng mặt trời.

5.1. Lắp thêm tấm pin, tăng công suất 20% bù thiếu nắng

Một giải pháp kỹ thuật phổ biến là “Oversizing”. Ví dụ, nếu Inverter công suất 5kW, bạn có thể lắp dàn pin có tổng công suất 6kWp hoặc hơn. Việc này giúp hệ thống thu được nhiều năng lượng hơn vào những ngày nắng yếu, đảm bảo đủ điện dùng. Vào mùa hè, Inverter sẽ tự động giới hạn công suất ở mức an toàn.

5.2. Góc nghiêng 30-40°, pin lithium lưu trữ + lưới điện.

Tối ưu góc nghiêng: Vào mùa đông, mặt trời xuống thấp. Để đón được nhiều nắng nhất, tấm pin nên được lắp dốc hơn. Tại miền Bắc, góc nghiêng lý tưởng vào mùa đông khoảng 30 – 40 độ . Nếu dùng khung giá đỡ điều chỉnh được là tốt nhất. [3]

Kết hợp lưu trữ: Sử dụng hệ thống Hybrid với pin Lithium giúp tích trữ điện vào những khoảnh khắc hửng nắng hiếm hoi trong ngày để dùng vào buổi tối. Đồng thời, hệ thống linh hoạt chuyển sang dùng điện lưới khi pin cạn kiệt.

5.3. Vệ sinh bụi/tuyết định kỳ, giám sát app realtime.

Vệ sinh tấm pin: Sau những đợt gió mùa mang theo bụi bẩn hoặc mưa phùn làm đọng vết bẩn, hãy vệ sinh bề mặt tấm pin. Một bề mặt sạch sẽ giúp tăng hiệu suất thêm 5-15%.

Giám sát qua App: Luôn theo dõi sản lượng điện qua ứng dụng trên điện thoại. Nếu thấy sản lượng sụt giảm bất thường so với thời tiết, cần kiểm tra ngay xem có vật cản, lá cây hay sự cố kỹ thuật nào không.

6. Lợi ích kinh tế dài hạn của hệ thống điện mặt trời 

Dù mùa đông hiệu suất có giảm, nhưng nhìn vào bức tranh tổng thể cả năm, điện mặt trời vẫn là khoản đầu tư hữu ích.

Tiết kiệm chi phí điện lưới

Miền Bắc có mùa hè rất nóng, nhu cầu sử dụng điều hòa cực cao. Đây cũng là lúc điện mặt trời hoạt động mạnh mẽ nhất, gánh vác phần lớn hóa đơn tiền điện bậc thang cao. Phần tiết kiệm được trong mùa hè dư sức bù đắp cho sự thiếu hụt vào mùa đông. Tính trung bình cả năm, bạn vẫn tiết kiệm được 30-70% chi phí năng lượng.

Giảm CO2, độc lập năng lượng

Ngoài lợi ích kinh tế, việc duy trì hệ thống năng lượng sạch giúp giảm phát thải CO2, bảo vệ môi trường sống. Hơn nữa, với xu hướng giá điện tăng và nguy cơ thiếu điện vào giờ cao điểm, việc sở hữu một hệ thống điện riêng giúp gia đình bạn chủ động và an tâm hơn trong mọi tình huống.

Chính vì vậy, Ảnh hưởng của gió mùa Đông Bắc đến hiệu suất hệ thống năng lượng mặt trời là điều không thể tránh khỏi, nhưng hoàn toàn có thể kiểm soát. Sự sụt giảm sản lượng vào mùa đông là đặc tính tự nhiên, đã được các chuyên gia tính toán trong bài toán hoàn vốn.

Bằng việc lựa chọn thiết bị chất lượng ngay từ đầu, kết hợp với chế độ bảo trì và vệ sinh hợp lý, hệ thống của bạn sẽ vẫn hoạt động hiệu quả, mang lại dòng điện sạch và giá trị kinh tế bền vững. Nếu bạn cần tư vấn giải pháp tối ưu cho mùa đông này, hãy liên hệ ngay với DAT Group qua site https://datsolar.com/ để được hỗ trợ chuyên sâu nhất.

Nguồn tham khảo : 

[1] Solis Seminar 【Episode 60】: Enhancing Winter Performance: Inverter Management in Cold Weather. (2024). Solisinverters.com.

[2] (Mùa Đông Có Ảnh Hưởng Như Thế Nào Tới Hoạt Động Của Hệ Thống Điện Mặt Trời?, n.d.)

[3] (Mùa đôNg ở Miền Bắc Hệ đIện Năng Lượng Mặt Trời Không Hoạt độNg đượC, Thực Hư Như Thế Nào?, n.d.)