Với nhu cầu sử dụng năng lượng sạch ngày càng tăng, pin năng lượng mặt trời đang trở thành giải pháp tối ưu cho cả hộ gia đình và doanh nghiệp. Thị trường hiện nay cung cấp đa dạng loại pin mặt trời, mỗi loại mang những đặc điểm riêng về hiệu suất, chi phí và ứng dụng. Khi hiểu rõ ưu nhược điểm của từng loại, bạn sẽ dễ dàng lựa chọn sản phẩm phù hợp nhất với nhu cầu sử dụng và điều kiện lắp đặt. Bài viết này sẽ cung cấp cái nhìn toàn diện về các loại pin năng lượng mặt trời hiệu quả nhất hiện nay.

Những loại pin năng lượng mặt trời tốt nhất hiện nay

Thị trường pin năng lượng mặt trời đang phát triển mạnh mẽ với sự góp mặt của nhiều nhà sản xuất và phân phối uy tín, mang đến cho người dùng đa dạng lựa chọn. Ba loại pin chính đang thống lĩnh thị trường bao gồm: mono (đơn tinh thể), poly (đa tinh thể) và thin-film (màng mỏng). Mỗi loại pin này đều có những đặc trưng riêng biệt về mặt cấu tạo kỹ thuật, thiết kế hình dạng, khả năng chuyển đổi năng lượng, mức giá thành, cũng như yêu cầu và phương pháp lắp đặt khác nhau.

Để lựa chọn được loại pin năng lượng mặt trời phù hợp nhất, bạn cần cân nhắc kỹ lưỡng dựa trên hai yếu tố chính: nhu cầu sử dụng thực tế và khả năng đầu tư tài chính của mình.

Các loại tấm pin mặt trời chính

Có ba loại pin mặt trời chính: mono, poly và thin-film. Mỗi loại có những ưu nhược điểm riêng. Việc lựa chọn loại pin phù hợp nhất sẽ phụ thuộc vào ngân sách và yêu cầu cụ thể của hệ thống bạn muốn lắp đặt.

Các loại pin năng lượng mặt trời được cấu tạo từ vật liệu gì?

Để sinh ra điện, pin mặt trời được chế tạo từ vật liệu bán dẫn có khả năng chuyển đổi ánh sáng thành điện năng. Silic là vật liệu bán dẫn phổ biến nhất trong sản xuất pin mặt trời.

Pin Mono và Poly

Pin mặt trời mono và poly đều sử dụng tế bào quang điện (solar cell) làm từ silic. Quy trình sản xuất bao gồm việc lắp các tấm wafer (miếng silic mỏng 0,76 mm) thành hàng và cột tạo hình chữ nhật, sau đó phủ kính và đóng khung.

Mặc dù cùng sử dụng silic, pin mono và poly có cấu tạo khác nhau. Pin mono được cắt từ một tinh thể silic đơn tinh khiết, trong khi pin poly được tạo từ nhiều mảnh tinh thể silic nung chảy và đúc trong khuôn trước khi cắt thành wafer.

Pin Thin-film

Khác với pin mono và poly, pin thin-film được làm từ nhiều loại vật liệu khác nhau. Phổ biến nhất là loại làm từ cadmium telluride (CdTe). Pin CdTe được tạo bằng cách đặt một lớp CdTe giữa các lớp màng dẫn trong suốt để thu ánh sáng mặt trời, và được bảo vệ bởi một lớp kính phía trên.

Pin thin-film cũng có thể được chế tạo từ silic vô định hình (a-Si). Tuy nhiên, thay vì dùng tấm silic cứng như mono và poly, loại này sử dụng silic không kết tinh được phủ lên các bề mặt như thủy tinh, nhựa hoặc kim loại.

Một công nghệ thin-film phổ biến khác là copper indium gallium selenide (CIGS). Pin CIGS được cấu tạo từ bốn thành phần chính, được đặt giữa hai lớp dẫn điện (như thủy tinh, nhựa, nhôm hoặc thép), cùng với các điện cực ở mặt trước và sau để thu dòng điện.

Tấm pin mặt trời mono

Pin mono có đặc trưng là các cell màu đen, xuất hiện do sự tương tác giữa ánh sáng và tinh thể silic nguyên chất. Các cell này có hình vuông vạt góc, xếp liền nhau và tạo ra những khoảng trống màu trắng. Mặc dù một số hãng như Canadian Solar có thiết kế bề mặt hơi khác biệt, màu đen vẫn là dấu hiệu nhận biết rõ ràng nhất.

Tấm pin mặt trời poly

Pin poly có màu xanh lốm đốm đặc trưng, do cách ánh sáng phản xạ từ các mảnh silic khác với phản xạ từ wafer silic đơn tinh thể.

Công nghệ Black Silicon mới đây đã cải tiến bằng cách phủ một lớp cấu trúc nano lên bề mặt pin poly, giúp giảm tối đa sự phản xạ ánh sáng và tăng hiệu suất phát điện. Tuy pin loại này có màu tối hơn bình thường, nhưng vẫn có thể nhận ra qua những đốm xanh đặc trưng.

Tấm pin mặt trời Thin-film

Pin thin-film nổi bật với ưu điểm về tính thẩm mỹ. Đúng như tên gọi, loại pin này mỏng hơn đáng kể - các tế bào của nó mỏng hơn khoảng 350 lần so với tế bào tinh thể trong pin mono và poly.

Pin thin-film có thể có màu xanh hoặc đen tùy theo chất liệu sản xuất. Hiện nay, loại pin này có thể được tích hợp vào vật liệu xây dựng để tạo ra mái ngói năng lượng mặt trời.

Hiệu suất của từng loại pin năng lượng mặt trời

Các loại pin năng lượng mặt trời có khả năng tạo ra điện năng khác nhau.

Tấm pin mono và poly

Pin mono có hiệu suất chuyển đổi và công suất cao nhất trong ba loại pin. Tấm pin mono thường đạt hiệu suất chuyển đổi khoảng 20%, trong khi pin poly đạt từ 15 đến 19%.

Pin mono tạo ra nhiều điện năng hơn so với poly và thin-film nhờ hiệu suất chuyển đổi vượt trội. Công suất pin mono thường lớn hơn 300W và có thể đạt tới 450W, trong khi pin poly có công suất thấp hơn.

Về kích thước, cả pin mono và poly đều tương đương nhau. Trước đây, hai loại pin này thường được thiết kế với 60 cell. Nhờ công nghệ chia đôi tấm pin và Half-cut cells, số lượng cell hiện nay đã tăng lên 120–144. Tuy nhiên, với cùng số lượng cell, pin mono luôn tạo ra nhiều điện hơn.

Tấm pin Thin-film

Pin thin-film có hiệu suất và công suất thấp hơn so với mono và poly. Hiệu suất chuyển đổi của loại pin này thường đạt khoảng 11%, tùy thuộc vào chất liệu sản xuất.

Khác với pin mono và poly có kích thước cell chuẩn hóa, pin thin-film không có kích thước đồng nhất. Công suất của pin thin-film phụ thuộc chủ yếu vào kích thước vật lý. Tính trên mỗi m², pin mono và poly tạo ra công suất cao hơn pin thin-film.

Sự khác nhau về giá giữa các loại pin năng lượng mặt trời

Quy trình sản xuất và chất liệu sử dụng khác nhau nên mỗi loại pin năng lượng mặt trời sẽ có mức giá khác nhau.

Tấm pin năng lượng mặt trời mono

Trong tất cả các loại tấm pin mặt trời, tấm mono có khả năng là sản phẩm có mức giá đắt nhất. Điều này phần lớn là do quá trình sản xuất – vì các tấm pin được làm từ một tinh thể silic duy nhất, các nhà sản xuất phải chịu chi phí tạo ra các tinh thể này. Quá trình này được gọi là quá trình Czochralski. Việc này tốn nhiều năng lượng và dư ra các mảnh silic thừa (những mảnh silic thừa này sau đó có thể được sử dụng để sản xuất pin poly).

Tấm pin năng lượng mặt trời poly

Các tấm pin mặt trời poly thường rẻ hơn so với các tấm pin mặt trời mono. Điều này là do các cell được sản xuất từ các mảnh silic chứ không phải là một tinh thể silic đơn thuần. Điều này cho phép việc sản xuất cell đơn giản hơn nhiều, do đó chi phí thấp hơn cho các nhà sản xuất và cuối cùng là người dùng cuối.

Tấm pin năng lượng mặt trời thin-film

Chi phí bạn phải trả cho các tấm pin mặt trời thin-film sẽ chủ yếu phụ thuộc vào loại chất liệu. CdTe nói chung là loại chất liệu rẻ nhất để sản xuất, trong khi CIGS đắt hơn nhiều để sản xuất so với cả CdTe hoặc silicon vô định hình (a-Si)..

Có thể có sự khác nhau về chi phí giữa các loại pin mặt trời thin-film nhưng nhìn chung chi phí cho loại pin này có thể thấp hơn so với pin mono và poly. Việc lắp đặt pin năng lượng mặt trời thin-film ít tốn công sức hơn vì chúng có trọng lượng nhẹ hơn và cơ động hơn, giúp người lắp đặt dễ dàng mang tấm pin lên trên mái nhà và bảo đảm an toàn cho chúng. Điều này có nghĩa là giảm chi phí thi công, giúp việc lắp đặt năng lượng mặt trời ít tốn kém hơn.

Nghe thì có vẻ lắp pin thin-film sẽ có lợi về kinh tế nhất, nhưng trong thực tế pin mono và poly vẫn được sử dụng nhiều nhất. Lý do là với cùng diện tích lắp đặt thì hai loại mono và poly sẽ tạo ra lượng điện lớn hơn nhiều so với pin thin-film.

Các loại pin năng lượng mặt trời khác

Dưới đây là những loại pin năng lượng mặt trời đang trong giai đoạn nghiên cứu và phát triển, chưa được ứng dụng rộng rãi trong thực tế.

Pin mặt trời sinh học (Biohybrid)

Pin mặt trời Biohybrid sử dụng công nghệ mới kết hợp giữa chất hữu cơ photosystem 1 (mô phỏng quá trình quang hợp tự nhiên) và chất vô cơ. Các lớp photosystem 1 có khả năng thu thập ánh sáng, chuyển đổi thành năng lượng hóa học và tạo ra dòng điện.

Ngoài thành phần vô cơ như các loại pin mặt trời thông thường, pin Biohybrid còn tích hợp nhiều lớp chất hữu cơ photosystem 1, giúp nâng cao hiệu quả chuyển đổi điện năng.

Pin mặt trời PV tập trung (Concentrated PV)

Pin mặt trời PV tập trung được thiết kế với bề mặt gương cong, thấu kính và hệ thống làm mát để tập trung ánh sáng vào một cell nhỏ, từ đó tăng hiệu suất. Với thiết kế đa chức năng này, hiệu suất chuyển đổi có thể đạt tới 41% — cao nhất trong tất cả các loại pin mặt trời hiện nay. (Đây được xem là một hệ thống hoàn chỉnh vì gồm nhiều thành phần, không đơn thuần chỉ là tấm pin).

Pin PV tập trung chỉ đạt hiệu suất tối ưu khi hứng ánh sáng mặt trời ở góc độ chính xác. Để duy trì hiệu suất cao, hệ thống cần được trang bị máy theo dõi hướng ánh sáng mặt trời và dàn xoay (solar tracker) nhằm tận dụng tối đa nguồn sáng trực tiếp.

Loại pin mặt trời nào tốt nhất để lắp đặt?

Việc lựa chọn loại pin năng lượng mặt trời phù hợp phụ thuộc vào ba yếu tố chính: tài chính, điều kiện thực địa và vị trí lắp đặt. Mỗi loại pin mono, poly và thin-film đều có những ưu và nhược điểm riêng.

Đối với không gian lắp đặt rộng, pin poly là lựa chọn hợp lý với chi phí thấp hơn dù hiệu suất trung bình. Ngược lại, với không gian hạn chế, pin mono với hiệu suất cao hơn sẽ phù hợp hơn.

Vị trí địa lý đóng vai trò quan trọng trong việc chọn loại pin. Pin mono cho hiệu suất chuyển đổi tốt hơn ở khu vực có bức xạ mặt trời yếu (khoảng 3,8–4,8 kWh/m²/ngày). Miền Nam có cường độ bức xạ mặt trời cao nhất cả nước (4,8–5,6 kWh/m²/ngày), trong khi miền Bắc thấp hơn (3,8–4,7 kWh/m²/ngày). Do miền Nam có nhiệt độ cao hơn, cần cân nhắc đến sự suy giảm hiệu suất do nhiệt. Thêm vào đó, chi phí đầu tư cho hệ thống pin poly thấp hơn. Vì vậy, pin poly nên sử dụng ở miền Nam và mono nên sử dụng ở miền Bắc.

Pin thin-film ít được sử dụng tại Việt Nam do yêu cầu diện tích lắp đặt lớn và hiệu suất chuyển đổi thấp. Tuy nhiên, loại pin này phù hợp cho những công trình không thể chịu được trọng lượng của hệ thống pin truyền thống. Ngoài ra, pin thin-film còn là giải pháp hữu ích cho các hệ thống năng lượng mặt trời di động như trên xe hoặc thuyền.

Việc lựa chọn pin năng lượng mặt trời phù hợp phụ thuộc vào ba yếu tố chính: ngân sách, diện tích lắp đặt và điều kiện khí hậu. Pin mono có hiệu suất cao và phù hợp với không gian hạn chế, trong khi pin poly có chi phí thấp hơn và thích hợp với diện tích lớn. Pin thin-film, mặc dù có ưu điểm về trọng lượng nhẹ và tính linh hoạt, lại có hiệu suất thấp hơn hai loại kia. Việc đầu tư vào hệ thống pin năng lượng mặt trời phù hợp sẽ giúp tối ưu hóa hiệu quả sử dụng điện, tiết kiệm chi phí dài hạn và góp phần vào sự phát triển bền vững.