Hệ thống pin mặt trời truyền thống (PV) lắp đặt trên mái, cố định hướng

Trong thời gian gần đây, việc sử dụng điện mặt trời áp mái tại Việt Nam ngày càng được chú trọng phát triển. Đối với các vùng nông thôn, vùng ngoại thành của các thành phố, điện mặt trời áp mái rất phù hợp để phát triển. Trong các thành phố lớn, việc ứng dụng điện mặt trời áp mái gặp phải những hạn chế rất khó khắc phục như: diện tích xây dựng các toà nhà không lớn, do đó diện tích mái để lắp đặt các tấm pin mặt trời nhỏ, dẫn đến việc đầu tư không hiệu quả; mật độ dân cư, mật độ xây dựng tại các đô thị là rất lớn, các toà nhà xen kẽ gần nhau, hầu như các công trình có chiều cao hạn chế bị bóng của các công trình cao hơn che khuất, ngăn ánh sáng tiếp cận với các tấm pin mặt trời được lắp đặt trên mái, nên hiệu quả sản xuất điện thấp.

Toà nhà Trung tâm hành chính thành phố Đà Nẵng xung quanh được thiết kế và bao phủ bằng vật liệu kính, tổng diện tích mặt phẳng của toà nhà tiếp xúc trực tiếp với môi trường bên ngoài là rất lớn

Trong khi việc áp dụng công nghệ điện mặt trời áp mái cho các toà nhà, trung tâm hành chính, tổ hợp trung tâm thương mại, dịch vụ tại các đô thị chưa phát huy hiệu quả do các nguyên nhân nêu trên, thì điểm dễ nhận thấy là tổng diện tích mặt phẳng của toà nhà tiếp xúc trực tiếp với môi trường bên ngoài là tương đối lớn. Diện tích này bao gồm: kết cấu bao che xung quanh, mái che, cửa sổ, nếu tận dụng được các bề mặt này để lắp đặt các tấm pin mặt trời thì sẽ phát huy hiệu quả rất lớn. Từ đó, Trường Đại học Điện lực đã tiến hành các nghiên cứu, ứng dụng công nghệ BIPV vào thực tế.

BIPV (Building Integrated PhotoVoltaics) - Pin mặt trời được tích hợp một phần, hoặc hoàn toàn với thành phần xây dựng của toà nhà, là một thành phần trong kết cấu của toà nhà như các vách bao che bên ngoài, mái che, hay cửa sổ. BIPV ngoài chức năng biến đổi năng lượng mặt trời thành điện năng như các tấm pin mặt trời (PV) thông thường, còn có các tính năng như các vật liệu xây dựng:

Khi sử dụng BIPV, các tấm pin mặt trời được sử dụng với chức năng như tường bao, cửa sổ, hay mái che của toà nhà; ngoài khả năng sản xuất điện, còn phải đáp ứng được các tiêu chuẩn về xây dựng, độ bền cơ học, tính thẩm mỹ…

Về cấu tạo cơ bản, nguyên lý hoạt động, thì BIPV hoàn toàn tương tự như tấm pin mặt trời truyền thống, điểm khác biệt lớn nhất để phân biệt giữa PV và BIBV là: thay vì vai trò như một phụ kiện, một thiết bị lắp thêm của tấm pin mặt trời truyền thống, thì BIPV là một phần không thể tách rời của toà nhà. Trong nhiều trường hợp, khi sử dụng các lớp kính cường lực bên ngoài các tế bào quang điện, BIPV còn được sử dụng như vật liệu an toàn, để đảm bảo an ninh cho toà nhà

BIPV và những ưu điểm

Độ trong suốt: Công nghệ BIPV hiện nay cho phép sản xuất các tấm pin mặt trời có độ trong suốt, có công năng gần như kính (glass) xây dựng thông thường. Bên trong nhìn ra như kính (glass) thông thường, bên ngoài nhìn vào đảm bảo tính thẩm mỹ, kín đáo cho sinh hoạt bên trong toà nhà, đồng thời lớp tế bào pin quang điện hấp thụ ánh sáng, gây ra phản xạ ít, không ảnh hưởng đến các toà nhà, khu vực xung quanh.

BIPV trong suốt sử dụng các tế bào quang CdTe

Màu sắc: Ngoài ưu điểm về khả năng trong suốt, BIPV còn có thể được chế tạo với các màu sắc khác nhau, rất thuận lợi cho việc đảm bảo thẩm mỹ cho các toà nhà trong đô thị.

Các tấm pin BIPV được chế tạo với các màu sắc khác nhau

Về giá thành: So với toà nhà sử dụng kính xây dựng thông thường, lắp đặt hệ thống pin mặt trời trên mái, việc sử dụng công nghệ BIPV tương ứng thì chi phí đầu tư không cao hơn đáng kể; bên cạnh đó ,công nghệ BIPV lại giúp giảm đáng kể chi phí vận hành; nhờ đặc tính cách nhiệt của BIPV, đồng thời sản xuất điện, phục vụ nhu cầu tự dùng của toà nhà, và khi nhu cầu sử dụng không lớn ( thứ bảy, chủ nhật, ngày lễ, nghỉ,…) hệ thống vẫn tiếp tục sản xuất điện, truyền tải lên lưới, bán cho công ty điện lực.

BIPV có vai trò như vật liệu cách nhiệt; vật liệu cách âm, chống ồn; chống chói do ánh sáng chiếu trực tiếp ban ngày.

BIPV làm tường kính cho hội trường Đại học Điện lực, BIPV thể hiện tốt vai trò cách nhiệt, chống ồn; chống chói do ánh sáng chiếu trực tiếp ban ngày

Một số tồn tại của BIPV

Giống như tấm pin mặt trời truyền thống PV, BIPV cũng có tính độc hại của các tế bào quang điện của các tấm pin mặt trời khi hết vòng đời sử dụng là một trở ngại, có khả năng ảnh hưởng đến môi trường. Tuy nhiên các nhà nghiên cứu đang nghiên cứu các phương án xử lý, tái chế các vật liệu này; với tuổi thọ lên tới 30 năm, hy vọng trong thời gian sắp tới, sẽ có phương án xử lý vấn đề này.

Vì BIPV là một thành phần trong kết cấu của công trình xây dựng, nên việc tính toán, thiết kế phải được thực hiện ngay từ đầu, cùng với việc thiết kế toà nhà. Nếu việc tính toán thiết kế không chính xác, thiếu đồng bộ sẽ dẫn đến việc phải cải tạo, sửa chữa các kết cấu khác của công trình sẽ gây ảnh hưởng đến hoạt động, tiến độ, cũng như chi phí xây dựng.

BIPV có độ trong suốt nên khả năng hấp thụ năng lượng mặt trời thấp hơn so với PV truyền thống nên hiệu suất cũng thấp hơn so với tấm pin PV.

Việc nghiên cứu, ứng dụng thành công BIPV vào thực tiễn tại Trường Đại học Điện lực đã mở ra hướng phát triển mới cho điện mặt trời tại các đô thị lớn ở Việt Nam. Việc tăng cường sử dụng năng lượng mặt trời tại các đô thị sẽ góp phần giữ gìn, bảo vệ môi trường hướng đến sự phát triển bền vững.