1. Hiện hành trạng thái của ngành công nghiệp quang điện (năng lượng mặt trời)

1.1 Sự tăng trưởng nhanh chóng của thị trường quang điện toàn cầu

Trong những năm gần đây, ngành công nghiệp quang điện toàn cầu đã chứng kiến ​​sự tăng trưởng bùng nổ. Theo dữ liệu từ Cơ quan Năng lượng Quốc tế (IEA), năm 2023, công suất lắp đặt mới toàn cầu của điện mặt trời đã vượt quá 350 GW, và tổng công suất lắp đặt tích lũy vượt quá 1,5 TW. Các quốc gia và khu vực như Trung Quốc, Hoa Kỳ, châu Âu và Ấn Độ đã trở thành những động lực chính trong thị trường điện mặt trời.

- Trung Quốc: Là thị trường điện mặt trời lớn nhất thế giới, Trung Quốc đã bổ sung hơn 200 GW công suất điện mặt trời trong năm 2023, chiếm hơn 57% tổng công suất lắp đặt mới toàn cầu. Chính sách hỗ trợ của chính phủ, tiến bộ công nghệ và giảm chi phí là những yếu tố chính thúc đẩy sự phát triển của ngành công nghiệp điện mặt trời tại Trung Quốc.

- Châu Âu: Bị ảnh hưởng bởi cuộc xung đột Nga-Ukraine, Châu Âu đã đẩy nhanh quá trình chuyển đổi năng lượng. Năm 2023, công suất lắp đặt mới của hệ thống quang điện mặt trời đã vượt quá 60 GW, với sự tăng trưởng đáng kể ở các quốc gia như Đức, Tây Ban Nha và Hà Lan.

- Hoa Kỳ: Được khuyến khích bởi Đạo luật Giảm Lạm phát (IRA), thị trường điện mặt trời quang điện của Hoa Kỳ tiếp tục tăng trưởng, với công suất lắp đặt mới đạt khoảng 40 GW vào năm 2023.

- Ấn Độ: Chính phủ Ấn Độ tích cực thúc đẩy phát triển năng lượng tái tạo. Năm 2023, công suất lắp đặt mới của điện mặt trời quang điện đã vượt quá 20 GW, với mục tiêu đạt 500 GW công suất lắp đặt năng lượng tái tạo vào năm 2030.

1.2Sự tiến bộ không ngừng trong công nghệ quang điện

Sự đổi mới liên tục trong công nghệ quang điện đã dẫn đến việc tăng hiệu quả và giảm chi phí trong sản xuất điện năng lượng mặt trời:

- Các công nghệ pin hiệu suất cao như PERC, TOPCon và HJT: Pin PERC (Passivated Emitter and Rear Contact) vẫn là xu hướng chủ đạo, nhưng công nghệ TOPCon (Tunnel Oxide Passivated Contact) và HJT (Heterojunction) đang dần mở rộng thị phần nhờ hiệu suất chuyển đổi cao hơn (>24%).

- Pin mặt trời Perovskite: Là công nghệ quang điện thế hệ tiếp theo, pin perovskite đã đạt được hiệu suất trong phòng thí nghiệm trên 33% và dự kiến ​​sẽ khả thi về mặt thương mại trong tương lai.

- Mô-đun hai mặt và giá đỡ xoay: Mô-đun hai mặt có thể tăng sản lượng điện từ 10% đến 20%, trong khi giá đỡ xoay tối ưu hóa góc chiếu sáng mặt trời, giúp nâng cao hơn nữa hiệu quả hệ thống.

1.3Cái Chi phí sản xuất điện năng lượng mặt trời tiếp tục giảm.

Trong thập kỷ qua, chi phí sản xuất điện năng từ năng lượng mặt trời đã giảm hơn 80%. Theo IRENA (Cơ quan Năng lượng Tái tạo Quốc tế), chi phí điện năng bình quân toàn cầu (LCOE) cho điện năng từ năng lượng mặt trời vào năm 2023 đã giảm xuống còn 0,03 - 0,05 đô la Mỹ/kWh, thấp hơn cả điện năng sản xuất từ ​​than đá và khí đốt tự nhiên, khiến nó trở thành một trong những nguồn năng lượng cạnh tranh nhất.

1.4 Phát triển phối hợp công nghệ lưu trữ năng lượng và quang điện.

Do tính chất không ổn định của việc phát điện quang điện, việc sử dụng kết hợp các hệ thống lưu trữ năng lượng (như pin lithium, pin ion natri, pin dòng chảy, v.v.) đã trở thành xu hướng. Năm 2023, công suất lắp đặt mới của các dự án quang điện kết hợp lưu trữ năng lượng trên toàn cầu đã vượt quá 30 GW và dự kiến ​​sẽ duy trì tốc độ tăng trưởng cao trong thập kỷ tới.

2. Cái tầm quan trọng của ngành công nghiệp quang điện

2.1 Giải quyết vấn đề khí hậu thay đổi và thúc đẩy các mục tiêu trung hòa carbon

Các quốc gia trên thế giới đang đẩy nhanh quá trình chuyển đổi năng lượng để giảm phát thải khí nhà kính. Năng lượng mặt trời, với tư cách là thành phần cốt lõi của năng lượng sạch, đóng vai trò quan trọng trong việc đạt được mục tiêu "trung hòa carbon". Theo Hiệp định Paris, đến năm 2030, tỷ lệ năng lượng tái tạo toàn cầu cần đạt trên 40%, và năng lượng mặt trời sẽ trở thành một trong những nguồn năng lượng chính.

2.2 An ninh và độc lập năng lượng

Các nguồn năng lượng truyền thống (như dầu mỏ và khí đốt tự nhiên) chịu ảnh hưởng lớn bởi địa chính trị, trong khi năng lượng mặt trời được phân bố rộng rãi và có thể giảm sự phụ thuộc vào năng lượng nhập khẩu. Ví dụ, châu Âu đã giảm nhu cầu khí đốt tự nhiên của Nga bằng cách triển khai các nhà máy điện mặt trời quy mô lớn, từ đó tăng cường khả năng tự chủ năng lượng.

2.3 Thúc đẩy tăng trưởng kinh tế và việc làm

Chuỗi ngành công nghiệp quang điện bao gồm nhiều mắt xích như vật liệu silicon, tấm silicon, pin, mô-đun, biến tần, giá đỡ và lưu trữ năng lượng, tạo ra hàng triệu việc làm trên toàn thế giới. Số lượng người lao động trực tiếp trong ngành công nghiệp quang điện của Trung Quốc vượt quá 3 triệu người, và ngành công nghiệp quang điện ở châu Âu và Hoa Kỳ cũng đang mở rộng nhanh chóng.

2.4 Điện khí hóa nông thôn và xóa đói giảm nghèo

Tại các nước đang phát triển, lưới điện mặt trời mini và hệ thống năng lượng mặt trời hộ gia đình cung cấp điện cho các vùng sâu vùng xa và cải thiện điều kiện sống của người dân. Ví dụ, "Hệ thống năng lượng mặt trời gia đình" ở châu Phi đã giúp hàng chục triệu người thoát khỏi tình trạng không có điện.

3.Sự cần thiết của thiết bị chống sét lan truyền (SPD) trong hệ thống quang điện

3.1 Rủi ro sét đánh và quá áp đối với hệ thống quang điện

Các nhà máy điện mặt trời thường được lắp đặt ở những khu vực trống trải (như sa mạc, mái nhà và núi), và rất dễ bị ảnh hưởng bởi sét đánh và quá áp. Các rủi ro chính bao gồm:

- Sét đánh trực tiếp: Sét đánh trực tiếp vào các mô-đun quang điện hoặc giá đỡ, gây hư hỏng thiết bị.

- Sét cảm ứng: Xung điện từ từ sét tạo ra điện áp cao trong dây dẫn, gây hư hỏng các thiết bị điện tử như biến tần và bộ điều khiển.

- Biến động lưới điện: Điện áp quá tải trong quá trình vận hành ở phía lưới điện (như thao tác chuyển mạch, sự cố ngắn mạch) có thể truyền đến hệ thống quang điện.

3.2 Chức năng của thiết bị chống sét lan truyền (SPD)

Bộ chống sét lan truyền là thiết bị quan trọng để chống sét đánh và chống quá áp trong hệ thống quang điện. Các chức năng chính của chúng bao gồm:

- Hạn chế quá áp thoáng qua: Kiểm soát điện áp cao do sét đánh hoặc dao động lưới điện tạo ra trong phạm vi an toàn.

- Xả dòng điện đột biến: Nhanh chóng dẫn dòng điện quá mức xuống đất để bảo vệ thiết bị phía hạ lưu.

- Nâng cao độ tin cậy của hệ thống: Giảm thiểu sự cố thiết bị và thời gian ngừng hoạt động do sét đánh hoặc quá áp.

3.3 Ứng dụng của SPD trong hệ thống quang điện

Hệ thống chống sét lan truyền cho hệ thống quang điện cần được thiết kế ở nhiều cấp độ:

- Bảo vệ phía DC (từ các mô-đun quang điện đến biến tần):

- Lắp đặt thiết bị chống sét lan truyền loại II (Type II SPD) ở đầu vào của chuỗi để ngăn ngừa hiện tượng sét đánh cảm ứng và quá áp trong quá trình vận hành.

- Lắp đặt thiết bị chống sét lan truyền loại I + II ở đầu vào DC của biến tần để giải quyết mối đe dọa kết hợp từ sét đánh trực tiếp và sét đánh gián tiếp.

- Bảo vệ phía AC (từ biến tần đến lưới điện):

- Lắp đặt thiết bị chống sét lan truyền loại II (Type II SPD) ở đầu ra của biến tần để ngăn ngừa hiện tượng quá áp xâm nhập từ phía lưới điện.

- Lắp đặt thiết bị chống sét lan truyền loại III (Type III SPD) trong tủ phân phối điện để bảo vệ chính xác các thiết bị nhạy cảm.

3.4 Những điểm quan trọng khi lựa chọn thiết bị chống sét lan truyền

- Phù hợp mức điện áp: Điện áp hoạt động liên tục tối đa (Uc) của thiết bị chống sét lan truyền phải cao hơn điện áp hệ thống (ví dụ: hệ thống quang điện 1000Vdc yêu cầu thiết bị chống sét lan truyền có Uc ≥ 1200V).

- Khả năng chịu tải hiện tại: Dòng xả định mức (In) của thiết bị chống sét lan truyền phía DC phải ≥ 20kA và dòng xả tối đa (Imax) phải ≥ 40kA.

- Mức độ bảo vệ: Lắp đặt ngoài trời phải đáp ứng tiêu chuẩn bảo vệ IP65 trở lên, phù hợp với môi trường khắc nghiệt.

- Tiêu chuẩn chứng nhận: Tuân thủ IEC 61643-31 (tiêu chuẩn dành cho thiết bị chống sét lan truyền chuyên dụng cho hệ thống quang điện) và UL 1449 cùng các chứng nhận quốc tế khác.

3.5 Rủi ro tiềm ẩn khi không lắp đặt SPD

- Hư hỏng thiết bị: Các thiết bị điện tử chính xác như biến tần và hệ thống giám sát rất dễ bị ảnh hưởng bởi xung điện và chi phí sửa chữa rất cao.

- Tổn thất sản lượng điện: Sét đánh gây ra sự cố hệ thống, ảnh hưởng đến lợi nhuận sản xuất điện.

- Nguy cơ cháy nổ: Điện áp quá cao có thể gây ra hỏa hoạn do chập điện, đe dọa đến sự an toàn của nhà máy điện.

4. Toàn cầu Xu hướng thị trường thiết bị chống sét lan truyền PV

4.1 Tăng trưởng nhu cầu thị trường

Cùng với sự gia tăng nhanh chóng về công suất lắp đặt hệ thống quang điện, thị trường thiết bị chống sét lan truyền cũng mở rộng đồng thời. Dự kiến ​​quy mô thị trường thiết bị chống sét lan truyền cho hệ thống quang điện toàn cầu sẽ vượt quá 2 tỷ đô la Mỹ vào năm 2025, với tốc độ tăng trưởng kép hàng năm (CAGR) là 15%.

4.2 Định hướng đổi mới công nghệ

- Thiết bị chống sét lan truyền thông minh: Được trang bị chức năng giám sát dòng điện và cảnh báo lỗi, hỗ trợ vận hành từ xa.

- Mức điện áp cao hơn: Các thiết bị chống sét lan truyền (SPD) có định mức điện áp cao hơn (như 1500V) đã trở nên phổ biến.

- Tuổi thọ cao hơn: Sử dụng các vật liệu nhạy cảm mới (như công nghệ composite oxit kẽm), giúp tăng cường độ bền của SPD.

4.3 Chính sách và tiêu chuẩn quảng bá

- Các tiêu chuẩn quốc tế như IEC 62305 (Tiêu chuẩn chống sét) và IEC 61643-31 (Tiêu chuẩn chống sét lan truyền cho hệ thống quang điện) quy định rằng các hệ thống quang điện phải được trang bị thiết bị chống sét lan truyền.

- "Thông số kỹ thuật chống sét cho các trạm điện mặt trời" (GB/T 32512-2016) của Trung Quốc quy định rõ ràng các yêu cầu về lựa chọn và lắp đặt thiết bị chống sét lan truyền (SPD).

5.Kết luận: Ngành công nghiệp quang điện không thể thiếu thiết bị chống sét lan truyền.

Sự phát triển nhanh chóng của ngành công nghiệp quang điện đã tạo động lực mạnh mẽ cho quá trình chuyển đổi năng lượng toàn cầu. Tuy nhiên, rủi ro do sét đánh và quá áp không thể bỏ qua. Thiết bị chống sét lan truyền, với vai trò là yếu tố đảm bảo an toàn cho hệ thống quang điện, có thể giảm thiểu hiệu quả nguy cơ hư hỏng thiết bị, nâng cao hiệu suất phát điện và kéo dài tuổi thọ hệ thống. Trong tương lai, với sự tăng trưởng liên tục của các hệ thống quang điện và sự phát triển của lưới điện thông minh, các thiết bị chống sét lan truyền hiệu suất cao và độ tin cậy cao sẽ trở thành thành phần thiết yếu của các nhà máy điện mặt trời.

Đối với các nhà đầu tư điện mặt trời, các công ty EPC và các đội vận hành bảo trì, việc lựa chọn thiết bị chống sét lan truyền chất lượng cao đáp ứng các tiêu chuẩn quốc tế là một biện pháp quan trọng để đảm bảo hoạt động ổn định lâu dài của nhà máy điện và tối đa hóa lợi nhuận đầu tư.