Nguyên nhân các nhà máy điện mặt trời hoạt động kém hiệu quả và giải pháp

Công suất của điện mặt trời liên quan đến nhiều yếu tố:

Các chuyên gia ở Công ty Phần mềm Dự báo cho các nhà máy điện mặt trời Inion Software (IS) của Lithuania mới đây đã hợp tác với Green Business của Na Uy phát triển phần mềm dự báo cho các nhà máy điện mặt trời (ĐMT), đồng thời nghiên cứu tìm ra nguyên nhân vì sao các nhà máy ĐMT hoạt động không hiệu quả trong cả đời dự án.

Theo nghiên cứu của IS: Khi lựa chọn xây dựng nhà máy ĐMT, các chủ đầu tư thường quan tâm nhiều đến công suất. Các thiết bị, hệ thống và cảm biến khác để giám sát và phân tích hoạt động của nhà máy thường bị đánh giá thấp. Nếu sử dụng trong vài thập kỷ, cộng thêm các lỗi sự cố, kể cả giám sát chất lượng nảy sinh trong quá trình vận hành sẽ tác động trực tiếp đến hiệu quả sản xuất điện của nhà máy.

Hiệu suất của một nhà máy ĐMT bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố (từ bụi bẩn, đất, phấn hoa, bóng đổ cây cối, cho đến sự cố của các bộ phận, đầu mối nối và dây cáp…). Để đảm bảo lợi tức đầu tư cao nhất, điều quan trọng là phải xác định chính xác các vấn đề, loại bỏ chúng đúng lúc. Tất cả những điều này do thiết bị giám sát của nhà máy ĐMT đảm nhận, ngoại trừ việc sửa chữa vật lý và thay thế thiết bị.

Biến tần PV của một số nhà sản xuất có các giải pháp giám sát tích hợp cho phép chủ đầu tư kiểm tra lượng điện được sản xuất, hoặc nhiều thông số khác. Tuy nhiên, những người hiểu biết cụ thể về các nhà máy ĐMT đều hiểu rất rõ rằng: Đây chỉ là một giọt nước trong đại dương. Chỉ biết một, hoặc một vài thông số sẽ không thể đánh giá hết hiệu suất của nhà máy điện, nhưng dù ít nó cũng ảnh hưởng và dự đoán các sự cố có thể xảy ra, hoặc tổn thất năng lượng của toàn nhà máy.

Các công cụ giám sát tiêu chuẩn giám sát một số thông số liên quan đến năng lượng và công suất của nhà máy ĐMT. Dữ liệu này thường được cập nhật 15 phút một lần. Để hiểu rõ hơn về cách hoạt động của nhà ĐMT, các chuyên gia của IS đã phát triển một công cụ giám sát ghi lại trung bình 25 thông số và dữ liệu được cập nhật sau 10 giây. Dữ liệu nhiều hơn 10 lần cho phép người giám sát cực kỳ chính xác và phản ứng với các vấn đề trong thời gian thực.

Dữ liệu nội bộ của Inion Software cho thấy: Các nhà máy ĐMT hiếm khi đạt được công suất tối đa - điều này là do chúng được thử nghiệm trong các điều kiện phòng thí nghiệm, hiếm khi đạt được trong thực tế hay ngoài thực địa.

Kinh nghiệm của Inion Software cũng cho thấy: Thái độ của các nhà sản xuất có ảnh hưởng lớn: Trong nhiều trường hợp, tài liệu về thiết bị giá rẻ được sản xuất bên ngoài Liên minh châu Âu (EU) chỉ ra công suất tối đa có thể đạt được trong điều kiện lý tưởng, trong khi các nhà sản xuất EU tính toán số lượng tối thiểu của lượng điện mà các nhà máy điện của họ sẽ sản xuất trong điều kiện lý tưởng.

Nói cách khác, thực tế không thể nhìn thấy con số mà các nhà sản xuất giá rẻ công bố trên thực tế, trong khi các nhà máy điện do EU sản xuất có thể đạt sản lượng cao hơn sự công bố.

Những chi tiết nhỏ cũng có thể có tác động lớn hiệu quả nhà máy ĐMT:

Theo nghiên cứu, hiệu quả của 2 nhà máy ĐMT giống hệt nhau được lắp đặt ở các vị trí khác nhau có thể khác nhau đáng kể. Không chỉ do mây mù, hướng, hoặc góc của mái nhà, mà còn vì nhiều lý do khác. Ví dụ bóng cây, hoặc bụi cây cũng có thể làm giảm hiệu suất tổng thể của nhà máy điện. Trong một số trường hợp, thậm chí chỉ 1/10 diện tích được che phủ có thể làm giảm tổng sản lượng lên đến 30%. Do đó, việc vệ sinh định kỳ các mô-đun năng lượng mặt trời, cắt tỉa thảm thực vật xung quanh và bảo dưỡng tương tự đóng một vai trò quan trọng.

Không phải mọi vấn đề đều được quan tâm và giải quyết. Các nhà máy ĐMT có đầy đủ các thiết bị, đầu mối nối và các thành phần khác có thể hỏng, hoặc ngắt kết nối bất ngờ dẫn đến sản xuất điện có thể bị giảm, hoặc thậm chí ngừng hoàn toàn.

Thông tin của Inion Software thu thập được cho thấy một vấn đề phổ biến đối với các nhà máy ĐMT là các thiết bị đi kèm đang nóng lên. Chúng thường được đặt trong tủ kín để bảo vệ chúng khỏi mưa, tuyết và các yếu tố môi trường khác, nhưng điều này lại có nguy cơ gây quá nhiệt.

Ngay cả những tác động nhỏ nhất, chẳng hạn như kết nối kém, có thể gây ra vấn đề. Hơi ẩm xâm nhập qua chúng có thể cản trở hoạt động bình thường.

Ví dụ: Biến tần bị ảnh hưởng bởi sương sớm khiến kết quả đo điện trở cách ly không chính xác và không khởi động đúng thời gian. Trung bình một trang trại năng lượng mặt trời có thể mất hàng nghìn Euro doanh thu mỗi năm do sự cố kiểu như vậy.

Đồ họa cho thấy hiệu suất của nhà máy điện bị giảm nếu lá rụng tích tụ trên bề mặt tấm pin. (Nguồn: PMC)

Sơ đồ của 3 nhà máy điện mặt trời (1 do kết nối kém kín, và 2 còn lại kết nối nhưng không khởi động đúng lúc). (Nguồn: PMC)

Giải pháp đảm bảo nhà máy ĐMT hoạt động hiệu quả:

Có những thứ đơn giản không thể cố định, hoặc cải tiến, đó là điều kiện tự nhiên khiến các nhà máy năng lượng mặt trời sẽ tạo ra ít điện hơn vào những ngày nhiều mây, mùa đông và do hao mòn. Yếu tố thứ hai thường quyết định sự suy giảm nhẹ lên đến 0,5%, giảm sản lượng mỗi năm. Nói cách khác, nếu trang trại năng lượng mặt trời sản xuất 10.000 kWh điện trong năm đầu tiên, thì đến năm thứ 2 giảm chỉ còn 9.950 kWh. Đây chỉ là những tính toán lý thuyết, vì điều kiện thời tiết giống hệt nhau không xảy ra hàng năm. Tuy nhiên, để phân biệt các biến động bình thường với các bất thường, cần phải có một hệ thống giám sát chất lượng cao và đáng tin cậy.

Thông thường trên thị trường người ta tính toán công suất hoạt động của nhà máy ĐMT nhờ cảm biến bức xạ mặt trời. Nó cho biết nhà máy năng lượng mặt trời có sản xuất điện nhiều như điều kiện thời tiết cho phép hay không. Tuy nhiên, cảm biến này không phải lúc nào cũng có thể phản ánh chính xác các điều kiện thời tiết thực, vì nó thường không hoạt động hết công suất do bụi bẩn. Do đó, các chủ trang trại năng lượng mặt trời không phải lúc nào cũng có thể biết được điện có được sản xuất hiệu quả hay không.

Để xem chính xác hơn hoạt động của nhà máy điện, các kỹ sư của Inion Software đã phát triển một hệ thống giám sát độc quyền, không yêu cầu cảm biến bức xạ mặt trời. Hiệu quả của nhà máy ĐMT được so sánh với hiệu quả của các nhà máy điện gần đó.

Ví dụ: Nếu vào những ngày nắng, một nhà máy năng lượng mặt trời sản xuất ít điện hơn các nhà máy khác trong cùng khu vực, đây là tín hiệu cho thấy nhà máy đang hoạt động không hết công suất.

Khi các công nghệ, thiết bị giám sát được cải tiến sẽ giúp nhà máy ĐMT sản xuất điện năng hiệu quả hơn. (Nguồn: PMC)

Đồ họa thông tin trong hình trên cho thấy công suất của một nhà máy ĐMT được đo bằng cảm biến bức xạ mặt trời và được đo bằng cách lấy giá trị trung bình trong vùng (màu đỏ cho biết sản lượng tham chiếu được đo bằng cảm biến bức xạ mặt trời, trong khi màu xanh lá cây cho thấy sản lượng điện).

Các nhà máy điện mặt trời đang “tiến hóa” để chuyển sang giai đoạn mới, khi các thiết bị giám sát được cải tiến, hiện đại sẽ giúp nhà máy sản xuất điện năng hiệu quả hơn.