Vai trò của điốt trong tấm pin năng lượng mặt trời là gì ?

Trong cấu tạo của một tấm pin năng lượng mặt trời, ngoài các tế bào quang điện lấp lánh, có một linh kiện cực kỳ quan trọng thường bị bỏ quên: đó là điốt (diode). Dù kích thước rất nhỏ và nằm ẩn mình phía sau tấm pin, nhưng vai trò của điốt trong tấm pin năng lượng mặt trời lại mang tính quyết định đến sự an toàn và tuổi thọ của cả hệ thống.

Hãy cùng DAT Group giải mã chi tiết về “người hùng thầm lặng” này ngay trong bài viết dưới đây.

1. Tổng quan về điốt

Trước khi đi sâu vào chức năng bảo vệ, chúng ta cần hiểu rõ bản chất kỹ thuật của linh kiện bán dẫn này trong mạch điện.

1.1. Điốt là gì ?

Điốt (diode) là linh kiện bán dẫn thiết yếu, chỉ cho phép dòng điện truyền theo một hướng nhất định. Trong tấm pin năng lượng mặt trời, điốt tạo lối dẫn thay thế cho dòng điện khi một số tế bào bị che khuất hoặc gặp sự cố. 

Nhờ đó, hiện tượng quá nhiệt cục bộ (hotspot) và nguy cơ hư hỏng được hạn chế, đồng thời hệ thống vẫn tiếp tục vận hành ổn định và giữ được hiệu suất phát điện ngay cả khi một phần bề mặt pin không nhận đủ ánh sáng.

1.2. Vị trí của điốt trong tấm pin mặt trời

Các điốt bypass thường được lắp vào mỗi chuỗi tế bào trong bảng điều khiển năng lượng mặt trời, và chúng thường được đặt trong hộp nối, nơi chứa các kết nối điện và các thành phần bảo vệ. 

Vị trí của các điốt này được thiết kế sao cho chúng hoạt động hiệu quả nhất, ngăn ngừa hiện tượng mất mát điện năng do bóng râm hoặc các sự cố xảy ra trong quá trình hoạt động của hệ thống.

Song song với nhóm cell: Mỗi điốt được mắc song song với một phần (một chuỗi) các tế bào pin (ví dụ, 18-24 cell/nhóm), chứ không phải từng cell riêng lẻ.

1.3. Các loại điốt trong tấm pin năng lượng mặt trời

Trong hệ thống điện mặt trời, có hai loại điốt chính được sử dụng với hai mục đích hoàn toàn khác nhau:

• Bypass Diode (Điốt cầu nối/Điốt bỏ qua): Loại này phổ biến nhất, được lắp song song với các chuỗi cell pin bên trong tấm pin.
• Blocking Diode (Điốt chặn): Loại này thường được lắp nối tiếp với tấm pin hoặc chuỗi pin (thường thấy trong hệ thống độc lập có pin lithium).

2. Vai trò của điốt trong tấm pin năng lượng mặt trời

Đây là phần quan trọng nhất giải thích tại sao tấm pin của bạn cần phải có điốt để hoạt động ổn định trong 25-30 năm.

2.1. Bảo vệ cell pin khi bị che bóng (Bypass Diode)

Trong điều kiện thực tế, tấm pin rất khó tránh khỏi việc bị che bóng một phần do lá cây, ống khói, mây hoặc bụi bẩn. Khi sự cố này xảy ra, các tế bào quang điện bị che sẽ ngừng sản sinh năng lượng và chuyển sang trạng thái trở thành một “tải tiêu thụ”.

Lúc này, dòng điện cực lớn từ các cell đang hoạt động tốt sẽ bị cưỡng bức chạy qua cell bị che. Theo định luật Joule-Lenz, quá trình này sinh ra một lượng nhiệt khổng lồ tại vị trí đó, gây ra hiện tượng Hotspot.

• Nếu không có điốt: Nhiệt độ tại điểm nóng có thể vượt quá 150°C, làm nung chảy lớp vỏ bảo vệ, nứt kính cường lực, thậm chí gây cháy tấm pin.
• Khi có điốt: Nó sẽ tự động kích hoạt, tạo ra một “lối thoát hiểm” điện trở thấp cho dòng điện đi vòng qua khu vực bị che, triệt tiêu hoàn toàn nguy cơ quá nhiệt.

2.2. Tối ưu hóa sản lượng của chuỗi nối tiếp

Các cell pin trong một tấm pin năng lượng mặt trời thường được mắc nối tiếp nhau. Theo nguyên lý mạch điện, dòng điện của cả chuỗi sẽ bị giới hạn bởi cell có dòng điện thấp nhất. Nếu một cell bị che bóng hoàn toàn, về lý thuyết, công suất của cả tấm pin sẽ về 0.

Để khắc phục, các nhà sản xuất sử dụng điốt bypass để chia tấm pin thành các cụm nhỏ độc lập:

• Cơ chế hoạt động: Khi một cụm bị che bóng, điốt của cụm đó sẽ dẫn dòng đi qua, cô lập chỉ riêng cụm bị lỗi.
• Hiệu quả: Hai cụm còn lại vẫn hoạt động bình thường và đẩy điện ra ngoài. Nhờ vậy, tấm pin vẫn duy trì được 2/3 công suất thay vì mất trắng toàn bộ sản lượng. 

2.3. Ngăn chặn dòng điện ngược (Blocking Diode)

Đây là chức năng sống còn đối với các hệ thống điện mặt trời độc lập hoặc có lưu trữ pin Lithium. Vào ban đêm, khi tấm pin ngừng hoạt động, điện áp của nó giảm về 0V, trong khi khối pin lưu trữ vẫn duy trì mức điện áp cao.

Theo nguyên lý vật lý, dòng điện sẽ chảy từ nơi có điện thế cao sang nơi có điện thế thấp.

• Rủi ro: Nếu không có biện pháp ngăn chặn, dòng điện từ pin lưu trữ sẽ chảy ngược về tấm pin. Điều này không chỉ làm tiêu hao năng lượng dự trữ vô ích mà còn gây nóng và hư hỏng cấu trúc bán dẫn của tấm pin do chịu tải ngược.
• Giải pháp: Blocking Diode được lắp đặt như một “van một chiều” kiên cố, khóa chặt dòng chảy ngược này, bảo vệ an toàn tuyệt đối cho cả nguồn lưu trữ và tấm pin.

2.4. Tăng độ bền vật lý và kéo dài tuổi thọ

Nhiệt độ cao gây lão hóa các linh kiện điện tử. Bằng cách loại bỏ hiện tượng Hotspot và giảm thiểu sự tích tụ nhiệt cục bộ, điốt giúp tấm pin luôn vận hành trong ngưỡng nhiệt độ an toàn.

Việc giải tỏa các căng thẳng nhiệt mang lại lợi ích dài hạn:

• Ngăn ngừa hiện tượng nứt vỡ kính cường lực do giãn nở nhiệt không đều.
• Bảo vệ lớp màng EVA và tấm nền khỏi bị ố vàng, giòn gãy hay bong tróc.
• Giúp tấm pin duy trì được độ bền cơ học và hiệu suất điện năng ổn định, đảm bảo cam kết bảo hành hiệu suất trong 25-30 năm.

3. Cấu tạo điốt và nguyên lý hoạt động

Để hiểu sâu hơn về độ tin cậy của thiết bị này, chúng ta hãy xem xét cấu tạo bên trong của nó.

3.1. Cấu tạo

Điốt được cấu tạo từ các chất bán dẫn (thường là Silicon) pha tạp chất để tạo ra hai lớp riêng biệt:

• Lớp P (Positive – Dương): Chứa nhiều lỗ trống (thiếu electron). Đây là cực Anode (A).
• Lớp N (Negative – Âm): Chứa nhiều electron tự do. Đây là cực Cathode (K).
• Hai lớp này tiếp xúc nhau tạo thành một lớp chuyển tiếp P-N (P-N Junction)

3.2. Nguyên lý hoạt động

Nguyên lý hoạt động của diode bypass dựa trên tính chất chỉ cho dòng điện chạy theo một chiều của diode.

• Phân cực thuận (Forward Bias): Khi ta cấp điện áp dương vào Anode và âm vào Cathode. Lúc này, lớp tiếp giáp P-N thu hẹp lại, cho phép dòng điện chạy qua dễ dàng. (Trạng thái mở van).
• Phân cực ngược (Reverse Bias): Khi ta cấp điện áp âm vào Anode và dương vào Cathode. Lớp tiếp giáp mở rộng ra, ngăn cản dòng điện chạy qua. (Trạng thái đóng van).

Trong tấm pin mặt trời, điốt bypass thường ở trạng thái phân cực ngược khi trời nắng bình thường. Nó chỉ chuyển sang phân cực thuận khi có sự chênh lệch áp suất do cell pin bị che bóng.

4. Ưu điểm và nhược điểm của điốt

Dù là linh kiện thiết yếu, điốt cũng có những giới hạn kỹ thuật nhất định.

4.1. Ưu điểm

• Chi phí thấp: Giá thành sản xuất điốt rất rẻ so với giá trị của tấm pin.
• Hiệu quả bảo vệ cao: Phản ứng tức thì với các sự cố che bóng hoặc dòng ngược.
• Kích thước nhỏ gọn: Dễ dàng tích hợp vào hộp nối mà không làm tăng trọng lượng hay kích thước tấm pin.
• Độ tin cậy: Các loại điốt Schottky hiện đại có độ bền rất cao và chịu được dòng điện lớn.

4.2. Nhược điểm

• Sụt áp (Voltage Drop): Khi dòng điện đi qua điốt, luôn có một lượng điện áp bị sụt giảm (khoảng 0.4V – 0.7V). Điều này gây ra một chút tổn thất điện năng.
• Tỏa nhiệt: Khi hoạt động, điốt sẽ tỏa nhiệt. Nếu hộp nối không tản nhiệt tốt, điốt có thể bị hỏng.
• Điểm chết tiềm ẩn: Nếu điốt bị hỏng, tấm pin sẽ mất khả năng bảo vệ, dẫn đến nguy cơ cháy cell pin nếu không phát hiện kịp thời.

5. Ứng dụng điốt pin mặt trời tại Việt Nam

Tại Việt Nam, điều kiện khí hậu và môi trường lắp đặt khiến vai trò của điốt càng trở nên quan trọng.

• Khí hậu nhiệt đới: Nắng nóng gay gắt làm tăng nguy cơ Hotspot. Điốt chất lượng cao giúp giảm thiểu rủi ro này.
• Môi trường đô thị: Các hệ thống điện mặt trời áp mái tại TP.HCM hay Hà Nội thường bị che bóng bởi tòa nhà cao tầng, bồn nước, hoặc cột ăng-ten. Hệ thống Bypass Diode hoạt động liên tục để tối ưu sản lượng.
• Lựa chọn tấm pin: Các thương hiệu pin Tier 1 tại Việt Nam (như Longi, Jinko, Canadian Solar) đều sử dụng các điốt Schottky cao cấp trong hộp nối tản nhiệt tốt (IP68) để đảm bảo độ bền trong môi trường nóng ẩm.

6. Kiểm tra và bảo dưỡng điốt pin

Làm sao để biết điốt trong tấm pin của bạn còn hoạt động tốt hay không? Dưới đây là bảng so sánh và cách kiểm tra.

Bảng so sánh Bypass Diode và Blocking Diode

Cách kiểm tra điốt hư hỏng

1. Kiểm tra trực quan: Mở hộp nối và quan sát. Nếu điốt hoặc bo mạch xung quanh bị ám khói đen, nứt vỡ hoặc biến dạng, nghĩa là nó đã bị cháy.
2. Sử dụng camera nhiệt: Khi hệ thống đang hoạt động, dùng camera nhiệt soi lên mặt tấm pin. Nếu thấy một vùng đỏ rực bất thường trong khi trời nắng đều, có thể điốt bảo vệ  vùng đó đã bị hỏng.
3. Sử dụng đồng hồ vạn năng (VOM):
   • Tháo tấm pin ra khỏi hệ thống.
   • Chuyển đồng hồ về thang đo điốt.
   • Đo hai đầu điốt theo chiều thuận và ngược. Nếu cả hai chiều đều thông hoặc đều không thông, thì điốt đã hỏng.

Như vậy, vai trò của điốt trong tấm pin năng lượng mặt trời là không thể thay thế. Nó là “vệ sĩ” bảo vệ tài sản và sự an toàn cho ngôi nhà của bạn. Khi lựa chọn tấm pin, hãy ưu tiên các sản phẩm có hộp nối chất lượng, sử dụng điốt tản nhiệt tốt để hệ thống vận hành bền bỉ suốt hàng thập kỷ.

Nếu bạn cần tư vấn sâu hơn về kỹ thuật hoặc kiểm tra bảo dưỡng hệ thống điện mặt trời, hãy liên hệ ngay với DAT Group qua site https://datsolar.com/ . Đội ngũ chuyên gia của chúng tôi luôn sẵn sàng hỗ trợ bạn!

Nguồn tham khảo:

SOLAR SPC. (2025, September 20). Diode Bypass Pin Mặt Trời. SOLAR SPC

(How to Connect Diode to Solar Panels (Diode Types & How to Connect Them), n.d.)