Bức xạ mặt trời là gì? Bản đồ & cường độ bức xạ tại Việt Nam

Bức xạ mặt trời là gì? Phân biệt bức xạ quang và bức xạ nhiệt

Bức xạ mặt trời là năng lượng được Mặt Trời phát ra dưới dạng sóng điện từ, truyền qua không gian và chiếu tới Trái Đất. Đây chính là nguồn năng lượng đầu vào để các tấm pin mặt trời chuyển hóa thành điện năng. Tuy nhiên, không phải mọi dạng bức xạ đều có lợi cho việc phát điện.

Khi nói đến “bức xạ mặt trời”, nhiều người thường nghĩ đơn giản là trời càng nắng gắt thì pin tạo ra càng nhiều điện. Thực tế, điều này chưa hoàn toàn đúng. Trong năng lượng mặt trời, cần phân biệt rõ hai dạng bức xạ khác nhau, vì chúng tác động trái ngược đến hiệu quả phát điện.

Bức xạ quang (Ánh sáng) - Yếu tố tạo ra điện

Bức xạ quang là phần ánh sáng khả kiến trong phổ bức xạ mặt trời, tức phần ánh sáng mà mắt người có thể nhìn thấy. Đây chính là nguồn năng lượng mà tấm pin mặt trời cần để tạo ra điện năng.

Cơ chế hoạt động: Khi ánh sáng chiếu vào bề mặt pin, các photon (hạt ánh sáng) kích thích các electron trong vật liệu bán dẫn. Dòng electron di chuyển tạo thành dòng điện một chiều. Quá trình này gọi là hiệu ứng quang điện

Đặc điểm quan trọng của bức xạ quang:

• Cường độ ánh sáng càng cao thì số electron được kích hoạt càng nhiều
• Sản lượng điện tạo ra tăng gần như tỷ lệ thuận với cường độ ánh sáng
• Ánh sáng ổn định, ít mây che giúp điện phát ra đều và ổn định

Vì vậy, khi đánh giá tiềm năng điện mặt trời, bức xạ quang mới là yếu tố quyết định chính, chứ không phải cảm giác “nắng nóng” bên ngoài.

Bức xạ nhiệt (Sức nóng) - Yếu tố làm giảm hiệu suất

Bức xạ nhiệt là phần năng lượng mặt trời làm tăng nhiệt độ môi trường và bề mặt tấm pin.

Khác với bức xạ quang, bức xạ nhiệt không tạo ra điện, mà ngược lại còn gây bất lợi.

Tác động của nhiệt độ cao lên tấm pin:

• Khi nhiệt độ pin tăng cao, điện áp đầu ra của pin giảm
• Hiệu suất chuyển đổi điện năng giảm theo mỗi độ C tăng thêm
• Trung bình, pin mặt trời có thể mất 0,3 - 0,5% hiệu suất cho mỗi 1°C vượt ngưỡng tiêu chuẩn (25°C)

Hệ quả thực tế:

• Trời nắng gắt, nhiệt độ pin lên 60 - 70°C khiến hiệu suất giảm rõ rệt
• Điện phát ra không ổn định, đặc biệt vào giữa trưa nắng nóng
• Về lâu dài, nhiệt độ cao liên tục có thể làm pin lão hóa nhanh hơn

Đây là lý do vì sao nắng gắt chưa chắc đã phát điện tốt, nếu ánh sáng không đi kèm điều kiện tản nhiệt phù hợp.

Bản đồ bức xạ mặt trời tại Việt Nam

Cường độ bức xạ & tiềm năng phát điện theo 3 miền

Việt Nam nằm trong khu vực nhiệt đới, có lợi thế lớn về bức xạ mặt trời. Tuy nhiên, cường độ bức xạ không phân bổ đồng đều, mà có sự khác biệt rõ rệt giữa miền Bắc, miền Trung  và miền Nam. Sự khác biệt này ảnh hưởng trực tiếp đến sản lượng điện, thời gian hoàn vốn và hiệu quả đầu tư điện mặt trời.

Miền Nam & Nam Trung Bộ - Khu vực có tiềm năng cao nhất

Cường độ bức xạ trung bình tại khu vực này khoảng 5 kWh/m²/ngày, thuộc nhóm cao nhất cả nước. Số ngày nắng trong năm nhiều, ít mây che. Gần như không có mùa đông, chênh lệch bức xạ giữa các tháng thấp. Giờ nắng đỉnh cao và ổn định quanh năm.

Điều này giúp hệ thống điện mặt trời:

• Phát điện đều, ít dao động theo mùa
• Dễ dự báo sản lượng và dòng tiền tiết kiệm
• Thời gian hoàn vốn ngắn, đặc biệt với hộ gia đình dùng điện nhiều ban ngày

Đối với các tỉnh như Ninh Thuận, Bình Thuận, bức xạ không chỉ mạnh mà còn ổn định, nên thường được xem là “thủ phủ” của năng lượng mặt trời. Với cùng một mức đầu tư, khu vực này thường cho sản lượng điện cao hơn 15- 25% so với miền Bắc.

Chính vì vậy, miền Nam và Nam Trung Bộ được ví như “mỏ vàng” của điện mặt trời tại Việt Nam.

Miền Trung - Tiềm năng tốt nhưng cần tính toán kỹ

Miền Trung có đặc điểm bức xạ mặt trời khá tốt, nằm giữa miền Bắc và miền Nam về cường độ trung bình. Lượng ánh sáng trong năm ở mức khá. Giờ nắng đỉnh tương đối tốt, đặc biệt vào mùa khô. Phù hợp để phát triển điện mặt trời cho cả hộ gia đình và kinh doanh.

Tuy nhiên, khu vực này có yếu tố đặc thù cần lưu ý:

• Mưa lớn kéo dài theo mùa
• Bão, gió mạnh, thời tiết cực đoan
• Độ ẩm cao có thể ảnh hưởng đến thiết bị nếu thiết kế không phù hợp

Vì vậy, khi triển khai hệ thống điện mặt trời tại miền Trung cần tính toán kỹ kết cấu chịu gió. Lựa chọn vật tư phù hợp với môi trường khắc nghiệt. Thiết kế thoát nước, chống ăn mòn tốt.

Nếu được thiết kế và thi công bài bản, miền Trung vẫn mang lại hiệu quả kinh tế rất tốt, đặc biệt tại các khu vực ven biển và đô thị có nhu cầu sử dụng điện ban ngày cao.

Miền Bắc - Cường độ thấp hơn nhưng vẫn hiệu quả kinh tế

Miền Bắc có cường độ bức xạ trung bình khoảng 3.8 - 4 kWh/m²/ngày. Có mùa đông, nhiều ngày âm u, sương mù. Chênh lệch bức xạ giữa mùa hè và mùa đông khá rõ.

So với miền Nam, sản lượng điện trung bình của hệ thống điện mặt trời tại miền Bắc thấp hơn, đặc biệt vào các tháng mùa đông. Tuy nhiên, điều này không đồng nghĩa với việc không nên đầu tư.

Lý do:

• Giá điện sinh hoạt bậc thang ngày càng tăng, đặc biệt ở các mức sử dụng cao
• Nhiều hộ gia đình, văn phòng, cửa hàng tại miền Bắc có nhu cầu dùng điện ban ngày lớn
• Điện mặt trời giúp cắt giảm trực tiếp điện mua từ lưới ở khung giá cao

Trên thực tế, tại Hà Nội và các tỉnh lân cận, hệ thống điện mặt trời vẫn mang lại dòng tiền tiết kiệm ổn định. Hiệu quả đầu tư vẫn hấp dẫn nếu được tính toán đúng theo bức xạ vùng.

Nói cách khác, miền Bắc không phải là vùng có bức xạ lý tưởng nhất, nhưng vẫn là bài toán kinh tế hợp lý trong bối cảnh giá điện tăng và nhu cầu tự chủ năng lượng ngày càng lớn.

Biểu đồ bức xạ mặt trời và khái niệm "Giờ nắng đỉnh"

Một quan niệm rất thường gặp là: Một ngày có khoảng 12 tiếng ban ngày thì pin mặt trời sẽ tạo ra điện tốt trong suốt 12 tiếng đó. Tuy nhiên, nhận định là này không chính xác.

Lý do vì cường độ ánh sáng không đồng đều trong suốt cả ngày. Buổi sáng sớm và chiều muộn, ánh nắng yếu, góc chiếu thấp. Nhiều thời điểm tuy “có nắng” nhưng bức xạ không đủ mạnh để pin đạt công suất cao. Do đó, nếu chỉ dựa vào thời gian ban ngày, bạn sẽ đánh giá sai sản lượng điện thực tế.

Giờ nắng đỉnh (Peak Sun Hours - PSH) là một khái niệm kỹ thuật dùng để quy đổi tổng năng lượng bức xạ trong ngày về số giờ có cường độ chuẩn. 

Cụ thể: 1 giờ nắng đỉnh = 1 giờ mà cường độ bức xạ đạt 1.000 W/m². Đây là mức bức xạ tiêu chuẩn để pin mặt trời đạt công suất danh định.

Tại Việt Nam, trong điều kiện thời tiết bình thường giờ nắng đỉnh không trải đều cả ngày, mà thường tập trung vào khung giờ 9h sáng - 15h chiều, đỉnh cao nhất thường rơi vào 10h30 – 13h30. Ngoài khung giờ này ánh sáng yếu hơn, pin vẫn tạo ra điện nhưng công suất thấp, đóng góp ít vào tổng sản lượng trong ngày.

Trong mọi bài toán điện mặt trời, giờ nắng đỉnh là biến số trung tâm, vì nó được dùng trực tiếp để:

• Tính sản lượng điện (kWh/ngày, kWh/tháng)
• Ước tính số tiền điện tiết kiệm
• So sánh hiệu quả đầu tư giữa các khu vực
• Xác định thời gian hoàn vốn

Số giờ nắng đỉnh quyết định hệ thống điện mặt trời hiệu quả đến đâu.

Tại sao cùng một tấm pin nhưng sản lượng điện lại khác nhau theo vùng?

Rất nhiều người khi tìm hiểu điện mặt trời thường thắc mắc: Cùng một loại pin, cùng công suất, cùng số tiền đầu tư. Vì sao lắp ở nơi này lại thu được nhiều điện hơn nơi khác?

Câu trả lời không nằm ở chất lượng pin, mà nằm ở điều kiện bức xạ mặt trời của từng vùng, cụ thể là giờ nắng đỉnh.

Mối quan hệ cốt lõi quyết định sản lượng điện

Trong điện mặt trời, sản lượng điện tạo ra không tính theo cảm giác nắng, mà được xác định bằng công thức:

Sản lượng điện (kWh) = Công suất hệ (kWp) × Giờ nắng đỉnh của khu vực (h)

Trong đó:

• Công suất hệ (kWp): Là tổng công suất danh định của các tấm pin (ví dụ: 3 kWp, 5 kWp, 10 kWp…)
• Giờ nắng đỉnh (h): Là số giờ quy đổi mà bức xạ đạt chuẩn 1.000 W/m² trong ngày

Mỗi khu vực sẽ có giờ nắng đỉnh khác nhau. Nếu giờ nắng đỉnh khác nhau, thì dù pin giống hệt nhau, sản lượng điện vẫn khác.

Giờ nắng đỉnh lại khác nhau theo vùng

Giờ nắng đỉnh phụ thuộc vào nhiều yếu tố tự nhiên:

• Vị trí địa lý (vĩ độ Bắc - Nam)
• Mật độ mây che
• Thời tiết theo mùa
• Độ ổn định của ánh sáng trong năm

Khu vực có nhiều ngày nắng quang mây thì giờ nắng đỉnh cao. Khu vực nhiều sương mù, mây dày thì giờ nắng đỉnh thấp. Đây là lý do bản đồ bức xạ mặt trời lại quan trọng đến vậy.

Ví dụ thực tế: Cùng một hệ pin sẽ cho ra hiệu quả khác nhau rõ rệt.

Giả sử: Cùng đầu tư 100 triệu đồng. Cùng lắp hệ 5 kWp. Thiết bị, công nghệ, chi phí hoàn toàn giống nhau.

Tại TP.HCM có giờ nắng đỉnh trung bình ở mức cao, ánh sáng ổn định quanh năm, ít chênh lệch giữa các mùa. Do vậy, sản lượng điện tạo ra cao hơn. Trung bình có thể tiết kiệm khoảng 2 triệu đồng/tháng.

Nhưng tại Hà Nội có giờ nắng đỉnh thấp hơn, có mùa đông, nhiều ngày âm u, sản lượng điện giảm vào các tháng cuối năm. Vì vậy, sản lượng điện sẽ thấp hơn. Trung bình tiết kiệm khoảng 1,5 triệu đồng/tháng.

Giờ đây, thay vì phải tra cứu bản đồ bức xạ rời rạc, tự ước lượng thủ công, dễ sai lệch. Bạn có thể sử dụng ứng dụng CoCo Solar để tính công suất hệ thống điện mặt trời phù hợp với gia đình. CoCo Solar đã ứng dụng công nghệ AI độc quyền dựa theo biểu đồ bức xạ từng khu vực tại Việt Nam. Người dùng chỉ cần nhập một số thông tin tỉnh thành, tiền điện trung bình hàng tháng, loại điện sử dụng để tính toán ra lượng điện tạo ra của hệ thống.

>>> Trải nghiệm công cụ CoCo Solar hoàn toàn miễn phí tại: https://cocosolar.vn/