[SMM Phân tích] Tìm hiểu về tấm pin quang điện mặt trời: Từ vật liệu thượng nguồn đến ứng dụng cuối cùng

Đã xuất bản: Oct 13, 2026 17:51 (GMT+8)

Chia sẻ

Lưu

Các tấm pin mặt trời PV được sản xuất từ thạch anh, silicon cấp luyện kim và polysilicon như thế nào? Sự khác biệt giữa tấm wafer silicon, pin mặt trời và tấm PV hoàn thiện là gì? Các định dạng tấm pin, phương pháp cắt pin, thông số kích thước và các công nghệ pin mặt trời khác nhau khác nhau như thế nào?

Khi ngành công nghiệp quang điện mặt trời (PV) toàn cầu tiếp tục phát triển, các tấm pin quang điện đã trở thành mắt xích quan trọng kết nối vật liệu thượng nguồn, sản xuất pin mặt trời và các hệ thống quang điện hạ nguồn. Mặc dù polysilicon, tấm silicon, pin mặt trời và tấm pin quang điện thuộc cùng một chuỗi giá trị công nghiệp, chúng khác biệt đáng kể về dạng vật liệu, quy trình sản xuất và chức năng.

Làm thế nào một tấm pin quang điện được sản xuất từ vật liệu silicon thượng nguồn? Sự khác biệt giữa tấm silicon và pin mặt trời là gì? Tại sao pin mặt trời phải trải qua quá trình đóng gói thêm trước khi trở thành tấm pin hoàn chỉnh? Các thông số kỹ thuật sản phẩm phổ biến như định dạng 48, định dạng 72, 18X và 210R đại diện cho điều gì? Và các công nghệ pin như PERC, TOPCon, HJT và BC có liên quan như thế nào?

Những câu hỏi này tương ứng với một số khía cạnh chính của tấm pin quang điện: vật liệu thượng nguồn, sản xuất tấm pin, thông số kỹ thuật sản phẩm và các lộ trình công nghệ pin mặt trời. Từ góc độ chuỗi cung ứng, các nguyên liệu thô chứa silica như thạch anh trải qua quá trình nấu chảy và tinh chế để tạo ra silicon cấp luyện kim và polysilicon. Những vật liệu này sau đó được xử lý thành tấm silicon và pin mặt trời. Các pin sau đó được kết nối điện, đóng gói và lắp ráp cấu trúc để tạo thành các tấm pin hoàn chỉnh phù hợp để tích hợp vào các hệ thống quang điện.

Do đó, để hiểu một tấm pin quang điện bắt đầu bằng việc truy ngược chuỗi cung ứng thượng nguồn của nó, xem xét cách vật liệu silicon được chuyển đổi từ tài nguyên khoáng sản thành các thiết bị quang điện có khả năng chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành điện năng, và cuối cùng thành các tấm pin quang điện hoàn chỉnh.

I. Từ thạch anh đến tấm pin quang điện: Tấm pin mặt trời được sản xuất như thế nào?

Từ tài nguyên khoáng sản đến điện năng: Hiểu về chuỗi cung ứng quang điện

Chuỗi cung ứng thượng nguồn của tấm pin quang điện có thể được truy ngược về tài nguyên khoáng sản chứa silica. Vật liệu silicon trải qua nhiều giai đoạn xử lý, bao gồm silicon cấp luyện kim, polysilicon, tấm silicon và pin mặt trời, trước khi được sản xuất thành tấm pin quang điện và tích hợp vào các hệ thống điện mặt trời.

Chuỗi cung ứng tổng thể có thể được đơn giản hóa như sau:

Nguyên liệu thạch anh → Silicon cấp luyện kim → Polysilicon → Tấm silicon → Pin mặt trời → Tấm pin quang điện → Hệ thống quang điện / Nhà máy điện mặt trời

Chuỗi cung ứng này có thể được hiểu là một quá trình tiến triển bao gồm tinh chế silicon, xử lý vật liệu và phát triển chức năng quang điện.

Các giai đoạn ban đầu chủ yếu tập trung vào độ tinh khiết của vật liệu. Silic cấp luyện kim được sản xuất từ các vật liệu chứa silica có trong tự nhiên và sau đó được tinh chế thành polysilicon độ tinh khiết cao phù hợp cho sản xuất quang điện. Silic đã tinh chế sau đó được xử lý thành các tấm wafer và tiếp tục được chế tạo thành pin mặt trời có khả năng chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành điện năng. Ở giai đoạn sản xuất mô-đun, các pin mặt trời được kết hợp với vật liệu kết nối điện, chất đóng gói và các thành phần cấu trúc để tạo ra các sản phẩm quang điện phù hợp cho vận chuyển, lắp đặt và vận hành lâu dài.

Từ thạch anh đến polysilicon độ tinh khiết cao

Một trong những nguyên liệu ban đầu trong chuỗi cung ứng quang điện là thạch anh, chứa silic dioxide (SiO₂). Thạch anh dùng trong sản xuất silic cấp luyện kim thường yêu cầu hàm lượng SiO₂ tương đối cao, thường đạt 99% trở lên, trong khi một số nguyên liệu cao cấp có thể chứa khoảng 99,4%–99,8% SiO₂.

Thạch anh tự nhiên cũng có thể chứa các tạp chất như sắt, nhôm, canxi và titan. Do đó, cấp của nguyên liệu, cùng với loại và nồng độ tạp chất, có thể ảnh hưởng trực tiếp đến các quá trình nấu luyện và tinh chế tiếp theo.

Trước tiên cần phân biệt rõ một điểm quan trọng:

Hàm lượng SiO₂ của thạch anh không tương đương với độ tinh khiết của silic nguyên tố.

Silic trong thạch anh chủ yếu tồn tại dưới dạng silic dioxide và phải trải qua quá trình khử ở nhiệt độ cao trước khi thu được silic cấp luyện kim.

Trong lò hồ quang chìm, thạch anh phản ứng với các chất khử gốc cacbon thông qua quá trình khử cacbon nhiệt ở nhiệt độ cao. Phản ứng có thể được biểu diễn dưới dạng đơn giản hóa như sau:

SiO₂ + C → Si + CO₂↑

Sản phẩm thu được là silic cấp luyện kim, còn thường được gọi là silic kim loại, với độ tinh khiết silic điển hình khoảng 98%–99%.

Mặc dù mức độ tinh khiết này tương đối cao đối với các vật liệu công nghiệp thông thường, nhưng vẫn chưa đủ cho sản xuất pin mặt trời.

Pin mặt trời là các thiết bị bán dẫn, và ngay cả nồng độ thấp của các tạp chất như bo, phốt pho, sắt, nhôm và các nguyên tố kim loại khác cũng có thể ảnh hưởng đến tính chất điện của vật liệu silic và hiệu suất chuyển đổi của pin thành phẩm.

Do đó, silic cấp luyện kim phải trải qua quá trình tinh chế hóa học tiếp theo để sản xuất polysilicon cấp năng lượng mặt trời.

Một trong những công nghệ sản xuất polysilicon phổ biến là quy trình Siemens cải tiến. Quy trình này bao gồm việc chuyển đổi silic cấp luyện kim thành các hợp chất chứa silic có thể tinh chế thêm. Tạp chất được loại bỏ thông qua các quá trình như chưng cất, sau đó là khử và lắng đọng để thu được polysilicon có độ tinh khiết cao.

Polysilicon cấp năng lượng mặt trời thường có thể đạt độ tinh khiết khoảng 6N–9N, trong đó:

6N = 99,9999%
9N = 99,9999999%

Các yêu cầu kiểm soát tạp chất cụ thể khác nhau tùy thuộc vào quy trình sản xuất, thông số kỹ thuật sản phẩm và ứng dụng hạ nguồn. Do đó, độ tinh khiết thực tế của các sản phẩm polysilicon có thể khác nhau.

Để so sánh, vật liệu silic cấp điện tử dùng trong các ứng dụng bán dẫn như mạch tích hợp và vi mạch thường yêu cầu kiểm soát chặt chẽ hơn về độ tinh khiết tổng thể và các tạp chất cụ thể, bao gồm bo, phốt pho và các nguyên tố kim loại. Độ tinh khiết của chúng thường có thể đạt khoảng 9N–11N hoặc thậm chí cao hơn.

Do đó, quá trình tiến triển từ thạch anh đến vật liệu silic có độ tinh khiết cao có thể được tóm tắt như sau:

Thạch anh với hàm lượng SiO₂ khoảng 99% trở lên → Silic cấp luyện kim với độ tinh khiết 98%–99% → Polysilicon cấp năng lượng mặt trời với độ tinh khiết 6N–9N → Silic cấp điện tử có độ tinh khiết cao hơn

Cần lưu ý rằng sự phân biệt giữa silic cấp năng lượng mặt trời và silic cấp điện tử không chỉ được xác định bởi số lượng chữ số chín trong mức độ tinh khiết của chúng. Hai loại này còn khác nhau về yêu cầu đối với các tạp chất cụ thể, tính nhất quán của vật liệu và kiểm soát quy trình sản xuất.

Từ Polysilicon đến Pin mặt trời phát điện

Polysilicon có độ tinh khiết cao không thể phát điện trực tiếp.

Trong ngành công nghiệp quang điện silic tinh thể chính thống, polysilicon trước tiên được xử lý thông qua quá trình nuôi tinh thể để tạo thành các thỏi silic đơn tinh thể. Các thỏi này sau đó trải qua các bước xử lý như cắt vuông, cắt lát và các bước khác để sản xuất các tấm wafer silic mỏng.

Trong quá trình phát triển tinh thể, các nguyên tố pha tạp cụ thể được đưa vào để điều chỉnh loại độ dẫn điện của vật liệu silicon, tạo cơ sở cho việc sản xuất pin mặt trời loại P hoặc loại N.

Do đó, tấm silicon có thể được hiểu là:

Vật liệu bán dẫn cơ bản dùng để sản xuất pin mặt trời.

Tuy nhiên, tấm silicon không thể hoạt động trực tiếp như một pin mặt trời hoàn chỉnh.

Tùy theo lộ trình công nghệ pin, tấm silicon phải trải qua một loạt quy trình sản xuất, bao gồm tạo nhám bề mặt, hình thành lớp tiếp giáp, thụ động hóa, lắng đọng màng mỏng, kim loại hóa và các xử lý khác trước khi trở thành pin mặt trời có khả năng chuyển đổi quang điện.

Ví dụ, tạo nhám bề mặt giúp giảm phản xạ ánh sáng và cho phép nhiều ánh sáng mặt trời đi vào pin hơn. Các quy trình thụ động hóa và màng mỏng giúp giảm một số tổn thất hạt tải, trong khi kim loại hóa tạo thành các điện cực chịu trách nhiệm thu thập và truyền dẫn dòng điện.

Do đó, sự khác biệt cơ bản giữa tấm silicon và pin mặt trời là:

Tấm silicon cung cấp nền tảng vật liệu bán dẫn, trong khi pin mặt trời chỉ có được khả năng chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành điện năng sau khi trải qua các quy trình sản xuất bổ sung.

Khi ánh sáng mặt trời chiếu vào pin mặt trời, các photon tạo ra electron và lỗ trống trong vật liệu bán dẫn. Điện trường bên trong giúp tách các hạt tải điện này, cho phép dòng điện được thu thập qua các điện cực kim loại.

Chính ở giai đoạn sản xuất pin mặt trời, vật liệu silicon lần đầu tiên có được chức năng cần thiết để phát điện quang điện.

Từ pin mặt trời đến mô-đun PV hoàn chỉnh

Mặc dù pin mặt trời đã có thể chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành điện năng, nhưng từng pin riêng lẻ cực kỳ mỏng và tương đối dễ vỡ. Điện áp và công suất đầu ra của chúng cũng hạn chế, khiến chúng không phù hợp để lắp đặt trực tiếp ngoài trời như sản phẩm hoàn chỉnh.

Các mô-đun PV phải hoạt động trong điều kiện môi trường có biến động nhiệt độ, độ ẩm, mưa, bức xạ tử ngoại, cát gió và tải trọng cơ học.

Do đó, pin mặt trời phải được kết hợp với các vật liệu kết nối điện, bao bọc và kết cấu để tạo thành các mô-đun hoàn chỉnh.

Một tấm pin mặt trời silicon tinh thể thông thường chủ yếu bao gồm các thành phần sau:

Thành phần	Chức năng chính
Pin mặt trời	Chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành điện năng
Kính quang điện	Cho ánh sáng truyền qua và bảo vệ pin mặt trời bên trong
Màng đóng gói	Kết dính, bao bọc và bảo vệ pin mặt trời
Tấm nền / Kính sau	Bảo vệ mặt sau, cách điện và chống chịu thời tiết
Dải kết nối	Kết nối pin mặt trời và truyền dòng điện
Khung nhôm	Hỗ trợ kết cấu và thuận tiện cho vận chuyển, lắp đặt
Hộp đấu nối và cáp	Truyền điện năng tạo ra bên trong tấm pin ra hệ thống bên ngoài

Các loại màng đóng gói phổ biến bao gồm EVA, POE và các vật liệu khác.

Các màng này bao quanh pin mặt trời, cung cấp khả năng kết dính, đệm và bảo vệ môi trường trong quá trình đóng gói.

Tùy theo cấu trúc đóng gói mặt sau, thị trường còn có tấm pin một mặt kính và hai mặt kính.

Tấm pin một mặt kính thông thường có kính trước và tấm nền, trong khi tấm pin hai mặt kính sử dụng kính sau thay cho tấm nền truyền thống.

Dải kết nối liên kết các pin mặt trời riêng lẻ và truyền dòng điện qua mạch điện bên trong tấm pin.

Hộp đấu nối, thường được lắp ở mặt sau của tấm pin, đóng vai trò là giao diện quan trọng giữa mạch điện bên trong tấm pin và hệ thống quang điện bên ngoài. Hộp này cũng thường chứa điốt bypass và các linh kiện điện tử khác.

Do đó, tấm pin mặt trời không chỉ đơn giản là một pin mặt trời phóng to. Thay vào đó, đây là một sản phẩm hoàn chỉnh bao gồm:

Bộ phận phát điện + Kết nối điện + Vật liệu đóng gói + Bộ phận kết cấu + Bộ phận xuất điện

Các vật liệu này được lắp ráp thành tấm pin mặt trời như thế nào?

Sau khi hiểu cấu trúc cơ bản của tấm pin mặt trời, bước tiếp theo là tìm hiểu cách các vật liệu này được lắp ráp thành sản phẩm hoàn chỉnh.

Quá trình sản xuất tấm pin bắt đầu bằng việc thiết lập kết nối điện giữa các pin mặt trời.

Các tế bào được sắp xếp theo thiết kế sản phẩm và kết nối với nhau bằng các dải băng dẫn điện để tạo thành chuỗi tế bào. Các chuỗi này sau đó được sắp xếp và kết nối theo cấu hình điện của mô-đun, dần hình thành cấu trúc mạch bên trong.

Sau khi hoàn tất việc bố trí điện, các chuỗi tế bào được xếp lớp với kính, màng đóng gói và vật liệu mặt sau.

Cấu trúc đã lắp ráp sau đó đi vào quy trình cán màng, trong đó các điều kiện nhiệt độ, chân không và áp suất được kiểm soát để tạo thành cấu trúc đóng gói ổn định.

Sau khi cán màng, mô-đun trải qua các công đoạn sản xuất bổ sung, bao gồm lắp khung, lắp hộp đấu nối và kết nối cáp.

Sau các công đoạn này, cấu trúc cơ bản và hình thức bên ngoài của mô-đun về cơ bản đã hoàn thiện.

Quy trình sản xuất tổng thể có thể được tóm tắt như sau:

Tế bào quang điện → Hàn chuỗi → Bố trí tế bào → Xếp lớp → Cán màng → Lắp khung → Lắp hộp đấu nối → Kiểm tra → Mô-đun PV thành phẩm

Tuy nhiên, quá trình sản xuất mô-đun không kết thúc ở việc lắp ráp vật lý.

Các mô-đun thành phẩm phải trải qua các bài kiểm tra chất lượng, hiệu suất điện và an toàn phù hợp.

Các công đoạn sản xuất khác nhau bao gồm nhiều quy trình kiểm tra khác nhau, trong khi các biện pháp kiểm soát chất lượng cụ thể có thể khác nhau giữa các nhà sản xuất. Do đó, các quy trình kiểm tra này không được thảo luận riêng ở đây.

Sau khi các mô-đun vượt qua các kiểm tra cần thiết, chúng được phân loại công suất, đóng gói và vận chuyển trước khi được cung cấp để tích hợp vào các hệ thống PV.

Quy trình sản xuất này cho thấy việc sản xuất mô-đun bao gồm nhiều hơn đáng kể so với việc chỉ đơn giản kết hợp các vật liệu khác nhau.

Chức năng cốt lõi của nó là:

Thiết lập các kết nối điện ổn định giữa các đơn vị phát điện riêng lẻ và tích hợp chúng vào một cấu trúc được bảo vệ có khả năng vận hành lâu dài.

Bắt đầu từ nguyên liệu thạch anh, quy trình sản xuất trải qua silicon cấp luyện kim, polysilicon, tấm silicon và tế bào quang điện trước khi tạo ra mô-đun PV hoàn chỉnh.

Quá trình chuyển đổi tổng thể có thể được tóm tắt như sau:

Tinh chế nguyên liệu thô → Gia công vật liệu bán dẫn → Sản xuất thiết bị quang điện → Kết nối điện và đóng gói

Ở giai đoạn này, các câu hỏi cơ bản về nguồn gốc, thành phần cấu tạo và cách sản xuất mô-đun PV đã được giải đáp.

Tuy nhiên, khi các tấm pin đã có mặt trên thị trường, chúng có rất nhiều kích thước, cấu hình và kiểu dáng sản phẩm khác nhau.

II. Thông số kỹ thuật tấm pin quang điện: Định dạng tế bào, phương pháp cắt và kích thước tế bào

Thông số kỹ thuật của tấm pin quang điện không được xác định bởi một tham số duy nhất.

Thông số sản phẩm thường đề cập đến các tấm pin định dạng 48, định dạng 54, định dạng 66 và định dạng 72, cũng như các cấu hình như 108 nửa tế bào, 132 nửa tế bào, 18X, 210 và 210R.

Các thuật ngữ này không đại diện cho cùng một chiều phân loại. Thay vào đó, chúng mô tả các khía cạnh khác nhau của thiết kế tấm pin.

Định dạng tấm pin chủ yếu phản ánh cách sắp xếp tế bào cơ bản và số lượng tế bào nguyên tương đương. Phương pháp cắt tế bào mô tả cách các tế bào được chia nhỏ và kết nối trong tấm pin. Kích thước tế bào chỉ ra thông số kích thước của tấm wafer silicon và tế bào được sử dụng.

Các yếu tố này cùng ảnh hưởng đến kích thước tổng thể, trọng lượng, công suất đầu ra, cấu hình điện và mức độ phù hợp của tấm pin đối với các ứng dụng khác nhau.

Do đó, để hiểu thông số kỹ thuật của tấm pin, cần phân biệt ba khái niệm sau:

Định dạng tấm pin — Các tế bào được sắp xếp như thế nào trong tấm pin?
Phương pháp cắt tế bào — Các tế bào được sử dụng ở cấu hình nguyên tế bào, nửa tế bào hay cắt nhiều phần?
Phân loại kích thước tế bào — Kích thước tế bào nào được sử dụng, chẳng hạn như 18X, 210 hay 210R?

Sau đó, các yếu tố này phải được xem xét cùng với kích thước tấm pin, trọng lượng, công suất đầu ra và ứng dụng dự kiến để có được hiểu biết đầy đủ hơn về một tấm pin quang điện cụ thể.

Định dạng tấm pin quang điện là gì?

Các định dạng tấm pin phổ biến bao gồm cấu hình định dạng 48, định dạng 54, định dạng 66 và định dạng 72.

Từ góc độ thiết kế sản phẩm, định dạng chủ yếu liên quan đến số lượng tế bào nguyên tương đương và cách sắp xếp tế bào cơ bản.Tuy nhiên, ảnh hưởng của nó vượt ra ngoài số lượng tế bào. Nó còn ảnh hưởng đến kích thước tấm pin, trọng lượng, công suất đầu ra, yêu cầu vận chuyển và lắp đặt, khả năng tương thích với mái nhà và thiết kế hệ thống tổng thể.Sự phát triển của các định dạng tấm pin khác nhau về cơ bản phản ánh nỗ lực của các nhà sản xuất nhằm cân bằng giữa kích thước tấm pin, công suất từng tấm và mức độ phù hợp với dự án trong các ứng dụng khác nhau.

Các định dạng nhỏ hơn, chẳng hạn như mô-đun 48 tấm và 54 tấm, thường cho phép nhà sản xuất duy trì kích thước và trọng lượng tương đối dễ quản lý.Do đó, chúng thường được sử dụng trong các hệ thống lắp đặt trên mái nhà dân dụng, hệ thống điện mặt trời phân tán quy mô nhỏ và một số dự án mái nhà thương mại và công nghiệp (C&I).Trong các ứng dụng này, không gian mái khả dụng, việc xử lý thủ công, sự thuận tiện khi lắp đặt và khả năng tương thích với các thiết bị hệ thống khác là những yếu tố thiết kế quan trọng.

Để so sánh, các mô-đun 66 tấm, 72 tấm và lớn hơn có thể chứa nhiều đơn vị pin hơn và dễ dàng đạt được công suất đầu ra cao hơn trên mỗi mô-đun.Do đó, chúng thường được sử dụng nhiều hơn trong các hệ thống lắp đặt C&I quy mô lớn và các dự án điện mặt trời quy mô tiện ích.Các ứng dụng này thường chú trọng hơn đến số lượng mô-đun cần thiết trên mỗi đơn vị công suất lắp đặt, kết cấu lắp đặt, cấu hình hệ thống điện, chi phí cân bằng hệ thống (BOS), hiệu quả vận chuyển và năng suất lắp đặt quy mô lớn.

Các ứng dụng phổ biến và yếu tố thiết kế của các định dạng khác nhau có thể được tóm tắt như sau:

Định dạng mô-đun	Kịch bản ứng dụng phổ biến	Yếu tố thiết kế sản phẩm chính
Định dạng nhỏ hơn, chẳng hạn như 48 / 54	Mái nhà dân dụng, hệ thống điện mặt trời phân tán nhỏ và một số mái nhà C&I	Kích thước mô-đun, trọng lượng, tận dụng không gian mái, xử lý và sự thuận tiện khi lắp đặt
Định dạng lớn hơn, chẳng hạn như 66 / 72 trở lên	Dự án C&I lớn và hệ thống lắp đặt điện mặt trời mặt đất quy mô tiện ích	Số lượng mô-đun, chi phí BOS, hiệu quả vận chuyển và năng suất lắp đặt quy mô lớn

Cần nhấn mạnh rằng không có mối quan hệ một-một chặt chẽ giữa định dạng mô-đun và kịch bản ứng dụng.

Định dạng mô-đun chủ yếu mô tả cách sắp xếp pin cơ bản, trong khi kích thước, trọng lượng và công suất đầu ra thực tế cũng phụ thuộc vào kích thước pin, hiệu suất chuyển đổi, phương pháp cắt và cấu trúc mô-đun.

Do đó, các sản phẩm sử dụng cùng một định dạng có thể phục vụ các phân khúc thị trường khác nhau tùy thuộc vào thiết kế cụ thể của chúng.

Ví dụ, mô-đun 54 tấm có thể được sử dụng trong cả ứng dụng dân dụng và một số ứng dụng C&I, trong khi mô-đun 72 tấm, mặc dù phổ biến hơn trong các dự án C&I lớn và quy mô tiện ích, không bị giới hạn trong một loại ứng dụng duy nhất.

Trong các điều kiện tương đương khác, các tấm pin khổ nhỏ thường có ưu thế trong việc kiểm soát kích thước và trọng lượng mô-đun, cải thiện tính linh hoạt khi vận chuyển và lắp đặt.

Trong khi đó, các tấm pin khổ lớn có thể dễ dàng đạt công suất đầu ra trên mỗi mô-đun cao hơn và giảm số lượng mô-đun cần thiết cho một công suất lắp đặt nhất định.

Tuy nhiên, tính phù hợp của một sản phẩm cụ thể vẫn phải được đánh giá dựa trên yêu cầu vận chuyển, điều kiện lắp đặt, trọng lượng mô-đun, kết cấu khung đỡ, cấu hình hệ thống điện và tổng chi phí BOS.

Từ pin nguyên tấm đến pin cắt nửa và cắt nhiều phần: Việc cắt pin ảnh hưởng thế nào đến thiết kế mô-đun?

Ngoài kích thước mô-đun, thông số kỹ thuật sản phẩm thường bao gồm các thuật ngữ như "108 pin cắt nửa", "132 pin cắt nửa" và "pin cắt nhiều phần".

Các thuật ngữ này chủ yếu đề cập đến phương pháp cắt pin và thiết kế điện bên trong của mô-đun.

Lấy mô-đun khổ 54 làm ví dụ, cấu hình pin nguyên tấm thông thường có số lượng pin tương đương nguyên tấm là 54.

Khi mỗi pin kích thước đầy đủ được chia thành hai pin cắt nửa, mô-đun chứa 108 đơn vị pin cắt nửa:

54 pin kích thước đầy đủ → 108 đơn vị pin cắt nửa

Do đó, "khổ 54" và "108 pin cắt nửa" không phải là hai loại mô-đun riêng biệt.

Thuật ngữ trước mô tả kích thước mô-đun và số lượng pin tương đương nguyên tấm, trong khi thuật ngữ sau đề cập đến số lượng đơn vị pin thực tế sau khi cắt.

Mục đích chính của công nghệ pin cắt nửa không chỉ đơn giản là tăng số lượng đơn vị pin bên trong mô-đun. Thay vào đó, nó nhằm tối ưu hóa việc truyền dẫn dòng điện và cấu hình mạch điện bên trong. Khi một pin kích thước đầy đủ được chia thành hai pin cắt nửa, dòng điện hoạt động của mỗi pin cắt nửa giảm tương ứng. Khi kết hợp với cấu hình nối tiếp-song song được thiết kế lại, điều này có thể giảm tổn thất điện trở dọc theo một số đường liên kết. Vì tổn thất công suất điện trở tỷ lệ với bình phương dòng điện, việc giảm dòng điện giúp giảm các tổn thất này và cải thiện hiệu suất đầu ra của mô-đun.

Do đó, các lợi ích chính của cấu hình pin cắt nửa bao gồm:

Giảm tổn thất điện trở dọc theo một số đường liên kết;
Tối ưu hóa việc truyền dẫn dòng điện trong mô-đun;
Mang lại tính linh hoạt cao hơn trong thiết kế mạch nối tiếp-song song;
Cải thiện hiệu suất đầu ra của mô-đun trong một số điều kiện nhất định.

Dựa trên thiết kế cell cắt nửa, một số tấm pin còn chia nhỏ cell kích thước đầy đủ thành nhiều đơn vị nhỏ hơn, thường được gọi là cấu hình cell cắt nhiều phần.

Nguyên lý cơ bản tương tự như công nghệ cắt nửa: điều chỉnh kích thước từng cell, dòng điện vận hành và phương pháp liên kết để tối ưu cấu trúc điện bên trong của tấm pin.

Từ góc độ thiết kế sản phẩm, quá trình phát triển có thể hiểu là:

Cell nguyên tấm → Cell cắt nửa → Cell cắt nhiều phần

Khi mức độ cắt cell tăng lên, các đơn vị cell riêng lẻ trở nên nhỏ hơn, có khả năng mang lại sự linh hoạt cao hơn trong bố trí tấm pin và liên kết điện. Tuy nhiên, việc tăng số lượng phân đoạn cell không tự động tạo ra tấm pin tốt hơn. Các phương pháp cắt phức tạp hơn cũng đặt ra yêu cầu cao hơn về chất lượng cắt, quy trình liên kết, khả năng tương thích thiết bị, chi phí sản xuất và độ tin cậy lâu dài. Do đó, thiết kế cell nguyên tấm, cắt nửa và cắt nhiều phần không nên được xem là một quá trình phát triển đơn giản trong đó nhiều phân đoạn cell hơn nhất thiết chỉ ra công nghệ tiên tiến hơn.

Thay vào đó, nhà sản xuất phải cân bằng:

Hiệu suất điện;
Quy trình sản xuất;
Chi phí và độ tin cậy.

Kích thước cell ảnh hưởng đến thông số kỹ thuật của tấm pin như thế nào?

Ngoài định dạng tấm pin và phương pháp cắt cell, kích thước cell là một yếu tố quan trọng khác ảnh hưởng đến thông số kỹ thuật của tấm pin PV. Không có mối quan hệ một-một cố định giữa định dạng tấm pin và kích thước cell. Trong thực tế, các loại kích thước cell khác nhau có thể được áp dụng cho các định dạng tấm pin khác nhau, trong khi các tấm pin sử dụng cùng định dạng có thể tích hợp các kích thước cell khác nhau. Do đó, kích thước cell được sử dụng trong một tấm pin không thể được xác định chỉ dựa trên định dạng của nó. Các thông số sản phẩm cụ thể cũng phải được xem xét. Trong lịch sử, ngành công nghiệp thường phân biệt giữa các loại kích thước tấm silicon và pin mặt trời 182 mm và 210 mm. Tuy nhiên, với sự phát triển của tấm silicon hình chữ nhật, kích thước cell không còn giới hạn ở các thông số hình vuông thông thường. Trong loại kích thước 182 mm, thị trường đã dần giới thiệu các thông số như 182,2 × 183,x mm và 182,2 × 191,x mm, dẫn đến các tổ hợp kích thước ngày càng đa dạng.

Trong một số phân loại sản phẩm ngành và thống kê thị trường, các sản phẩm phát triển quanh phân khúc kích thước 182 mm thường được gộp chung dưới thuật ngữ:

18X

Cần lưu ý rằng 18X không đại diện cho một kích thước cố định duy nhất. Thay vào đó, đây là thuật ngữ ngành mang tính khái quát dùng để mô tả một loạt các thông số kỹ thuật tấm silicon và pin mặt trời phát triển từ phân khúc kích thước 182 mm. Phạm vi kích thước chính xác của nó có thể khác nhau giữa các nhà sản xuất và phương pháp thống kê. Trong khi đó, phân khúc kích thước 210 mm cũng đã phát triển từ tấm wafer vuông truyền thống sang các thiết kế hình chữ nhật.

Một phân loại thường được tham chiếu là:

210R

Chữ "R" thường là viết tắt của Hình chữ nhật (Rectangular). So với các tấm wafer vuông thông thường có kích thước khoảng 210 × 210 mm, 210R nhấn mạnh kích thước hình chữ nhật, bao gồm các thông số như 182,2 × 210 mm hiện có trên thị trường.

Sự phát triển của kích thước pin hình chữ nhật mang lại cho nhà sản xuất thêm sự linh hoạt khi cân bằng:

Chiều dài và chiều rộng tấm module;
Công suất đầu ra của từng tấm module;
Hiệu quả xếp hàng trong container vận chuyển;
Thao tác thủ công;
Yêu cầu lắp đặt.

Việc lựa chọn cuối cùng về định dạng module, kích thước pin và phương pháp cắt không do bất kỳ yếu tố đơn lẻ nào quyết định. Thay vào đó, nó phản ánh ảnh hưởng tổng hợp của thông số pin, thiết kế module, quy trình sản xuất và yêu cầu ứng dụng hạ nguồn. Định dạng module thiết lập cách bố trí pin cơ bản, kích thước pin ảnh hưởng đến kích thước vật lý và công suất đầu ra khả thi của module, còn phương pháp cắt tiếp tục ảnh hưởng đến các kết nối điện bên trong và đường dẫn dòng điện. Do đó, để hiểu một tấm module PV cần xem xét định dạng, kích thước pin, phương pháp cắt, kích thước tổng thể, công suất đầu ra và ứng dụng dự kiến của nó. Các thuật ngữ như định dạng 48, 108 nửa pin, 18X và 210R không phải là những khái niệm độc lập. Thay vào đó, chúng mô tả các khía cạnh khác nhau của thiết kế module PV.

III. Các loại công nghệ module PV chính là gì?

Thị trường module PV toàn cầu hiện đang do công nghệ silicon tinh thể chi phối. Đồng thời, các công nghệ PV màng mỏng như cadmium telluride (CdTe), đồng indium gallium selenide (CIGS) và silicon vô định hình đã đạt được các ứng dụng thương mại. Các công nghệ mới nổi, bao gồm pin mặt trời perovskite và pin song song perovskite/silicon, cũng đang tiến triển qua quá trình nghiên cứu, phát triển và công nghiệp hóa. Mô-đun silicon tinh thể sử dụng tấm wafer silicon và pin mặt trời silicon tinh thể làm thành phần cốt lõi và hiện là dòng công nghệ chiếm ưu thế trên thị trường quang điện. Trong công nghệ pin mặt trời silicon tinh thể, có thể xác định một số lộ trình công nghệ và thiết kế cấu trúc khác nhau, bao gồm BSF, PERC, TOPCon, HJT và BC.

Ngoài sự khác biệt về cấu trúc pin và quy trình sản xuất, các công nghệ này còn liên quan đến một phân loại cơ bản:

Pin mặt trời loại P
Pin mặt trời loại N

Cụ thể hơn:

BSF là công nghệ pin silicon tinh thể thế hệ đầu, trước đây chủ yếu dựa vào thiết kế loại P.
PERC từng là công nghệ thống trị thị trường trong nhiều năm, với PERC loại P là cấu hình phổ biến nhất.
TOPCon đã trở thành một trong những lộ trình công nghệ pin loại N chủ đạo.
HJT cũng chủ yếu sử dụng tấm wafer silicon loại N và là một lộ trình công nghệ loại N hiệu suất cao khác.
BC chủ yếu chỉ cấu trúc pin tiếp xúc mặt sau. Các sản phẩm BC hiệu suất cao thương mại hiện nay chủ yếu sử dụng tấm wafer silicon loại N.

Các công nghệ chính có thể được tóm tắt như sau:

Công nghệ	Loại phổ biến	Mô tả cơ bản
BSF	Chủ yếu loại P	Công nghệ pin silicon tinh thể thế hệ đầu
PERC	Chủ yếu loại P	Công nghệ pin mặt trời từng chiếm ưu thế
TOPCon	Chủ yếu loại N	Một trong những công nghệ pin loại N chủ đạo
HJT	Chủ yếu loại N	Công nghệ dị thể loại N hiệu suất cao
BC	Chủ yếu loại N	Chủ yếu chỉ cấu trúc pin tiếp xúc mặt sau

Nói một cách đơn giản, loại P và loại N chủ yếu mô tả loại độ dẫn điện của đế silicon.

PERC, TOPCon và HJT chủ yếu chỉ các cấu trúc pin và lộ trình công nghệ sản xuất khác nhau, trong khi BC chủ yếu mô tả cấu trúc tiếp xúc mặt sau.

Do đó, các thông số kỹ thuật sản phẩm và tài liệu kỹ thuật thường sử dụng các kết hợp như:

PERC loại P
TOPCon loại N
HJT loại N

Tại sao TOPCon nhanh chóng trở thành công nghệ chủ đạo?

Trong những năm gần đây, công nghệ pin mặt trời silicon tinh thể đang chuyển đổi từ PERC loại P thông thường sang các công nghệ loại N hiệu suất cao hơn. Trong số đó, TOPCon đã trở thành một trong những lộ trình công nghệ loại N chủ đạo. Một mặt, tấm wafer silicon loại N có những ưu điểm nhất định về tính chất vật liệu, đặc tính suy giảm và tiềm năng cải thiện hiệu suất. Mặt khác, TOPCon sử dụng lớp oxit đường hầm và cấu trúc tiếp xúc thụ động để giảm tổn thất tái hợp hạt tải nhất định, từ đó cải thiện hiệu suất chuyển đổi của pin.

So với PERC loại P thông thường, TOPCon loại N thường mang lại:

Hiệu suất chuyển đổi mặt trước cao hơn, cho phép ưu thế hiệu suất được thể hiện ngay cả trong mô-đun một mặt;
Hệ số hai mặt tương đối cao khi sử dụng trong thiết kế mô-đun hai mặt;
Tiềm năng cải thiện hiệu suất chuyển đổi hơn nữa;
Độ nhạy thấp hơn đối với một số cơ chế suy giảm thường liên quan đến PERC loại P thông thường;
Khả năng tương thích quy trình tốt với cơ sở hạ tầng sản xuất silicon tinh thể hiện có, hỗ trợ công nghiệp hóa quy mô lớn.

Đáng chú ý là ưu điểm của TOPCon không chỉ giới hạn ở phát điện hai mặt.

Ngay cả khi được tích hợp vào mô-đun một mặt, hiệu suất chuyển đổi mặt trước cao hơn của nó vẫn có thể mang lại lợi ích về hiệu năng.

Trong cấu hình mô-đun hai mặt, hệ số hai mặt cao hơn có thể cải thiện hơn nữa việc tận dụng ánh sáng mặt trời chiếu tới mặt sau của mô-đun.

Do đó, quá trình thương mại hóa nhanh chóng của TOPCon không chỉ đến từ hiệu suất cao hơn gắn liền với công nghệ loại N.

Thay vào đó, nó phản ánh sự cân bằng thuận lợi giữa:

Hiệu suất chuyển đổi, chi phí sản xuất, khả năng tương thích quy trình và độ chín muồi công nghiệp.

Ngoài công nghệ pin: Còn có những phương pháp kết nối nào khác được sử dụng trong mô-đun quang điện?

Ngoài các lộ trình công nghệ pin và thiết kế cấu trúc như PERC, TOPCon, HJT và BC, mô-đun quang điện còn có thể áp dụng các phương pháp kết nối và sắp xếp pin khác nhau.

Một công nghệ tiêu biểu là:

Công nghệ pin xếp chồng vảy cá (Shingled)

Mô-đun shingled thường chia pin mặt trời kích thước đầy đủ thành các dải tương đối hẹp, sau đó được sắp xếp và kết nối điện thông qua cấu hình chồng lấn. So với thiết kế pin cắt nửa hoặc cắt nhiều phần thông thường, đặc điểm nổi bật của công nghệ shingled không chỉ đơn thuần là giảm thêm kích thước pin. Nó còn thay đổi cấu trúc sắp xếp và kết nối giữa các đơn vị pin riêng lẻ. Thiết kế này có thể giảm khoảng trống giữa các đơn vị pin thông thường và một số tổn thất che bóng liên quan đến kết nối, tăng diện tích nhận ánh sáng hiệu quả và mật độ đóng gói của mô-đun, đồng thời thiết kế lại đường truyền dòng điện bên trong. Do đó, công nghệ shingled được hiểu chính xác hơn là một công nghệ kết nối mô-đun, thay vì chỉ đơn thuần là một phương pháp cắt pin khác.

Quang điện màng mỏng

Không giống như mô-đun quang điện silicon tinh thể, công nghệ quang điện màng mỏng không dựa vào tấm wafer silicon tinh thể thông thường làm vật liệu cốt lõi. Thay vào đó, chúng thường liên quan đến việc lắng đọng các lớp vật liệu bán dẫn mỏng lên các đế như thủy tinh, kim loại hoặc các vật liệu phù hợp khác để đạt được chuyển đổi quang điện.

Các công nghệ màng mỏng phổ biến bao gồm:

CdTe (Cadmium Telluride)
CIGS (Copper Indium Gallium Selenide)
Công nghệ màng mỏng silicon vô định hình, cùng nhiều công nghệ khác.

So với mô-đun silicon tinh thể, sản phẩm màng mỏng khác biệt về hệ vật liệu, quy trình sản xuất, đặc tính nhiệt độ và kịch bản ứng dụng. Tuy nhiên, mô-đun silicon tinh thể vẫn tiếp tục chiếm ưu thế trên thị trường quang điện tổng thể về quy mô thị trường. Công nghệ màng mỏng và silicon tinh thể không nên được xem đơn giản là những sản phẩm thay thế trực tiếp. Thay vào đó, chúng đại diện cho các lộ trình công nghệ quang điện khác nhau dựa trên vật liệu và quy trình sản xuất riêng biệt.

Quang điện perovskite

Ngoài các công nghệ silicon tinh thể và màng mỏng đã được thương mại hóa, ngành quang điện vẫn tiếp tục phát triển các lộ trình công nghệ mới.

Một lĩnh vực thu hút sự chú ý đáng kể là:

Quang điện perovskite

Quang điện perovskite đại diện cho một thế hệ công nghệ pin mặt trời mới nổi và vẫn đang trong giai đoạn nghiên cứu, phát triển và công nghiệp hóa nhanh chóng.

Các hướng phát triển hiện tại bao gồm:

Pin mặt trời perovskite đơn tiếp giáp

Pin mặt trời perovskite sử dụng vật liệu bán dẫn có cấu trúc tinh thể perovskite để hấp thụ ánh sáng mặt trời và chuyển đổi thành điện năng. Những vật liệu này có tiềm năng đáng kể về hiệu suất chuyển đổi cao. Hiện tại, quang điện perovskite do đó được xem chính xác hơn là một công nghệ mới nổi đang tiến tới thương mại hóa rộng rãi hơn, thay vì một công nghệ chủ đạo đã được thiết lập và thay thế mô-đun silicon tinh thể.

Bức tranh công nghệ quang điện rộng hơn có thể được tóm tắt như sau:

Danh mục công nghệ	Công nghệ tiêu biểu	Trạng thái phát triển hiện tại
Quang điện silicon tinh thể	BSF, PERC, TOPCon, HJT, BC	Dòng công nghệ chiếm ưu thế trên thị trường hiện nay
Quang điện màng mỏng	CdTe, CIGS, v.v.	Đã thương mại hóa, nhưng chiếm tỷ trọng tương đối nhỏ trên thị trường tổng thể
Công nghệ quang điện mới nổi	Perovskite, pin song song perovskite/silicon	Tiếp tục nghiên cứu, phát triển và công nghiệp hóa

Nhìn chung, thị trường mô-đun quang điện vẫn do công nghệ silicon tinh thể chi phối, trong khi pin mặt trời silicon tinh thể đang chuyển đổi từ PERC loại P thông thường sang các công nghệ loại N hiệu suất cao hơn. Trong số đó, TOPCon đã trở thành một trong những lộ trình công nghệ chủ đạo, trong khi HJT và các cấu hình công nghệ BC khác nhau tiếp tục phát triển. Trong khi đó, quang điện màng mỏng và công nghệ perovskite đại diện cho các hướng đi khác nhau trong quá trình tiến hóa rộng lớn hơn của công nghệ pin mặt trời.

Từ góc độ chuỗi cung ứng, mô-đun quang điện kết nối vật liệu silicon thượng nguồn và sản xuất pin mặt trời với hệ thống quang điện hạ nguồn, đóng vai trò là giai đoạn then chốt trong việc biến thiết bị quang điện thành sản phẩm hoàn chỉnh. Quá trình từ thạch anh, silicon cấp luyện kim và polysilicon đến tấm wafer silicon và pin mặt trời, tiếp theo là kết nối điện, đóng gói và lắp ráp cấu trúc, phản ánh một chuỗi tích hợp của gia công vật liệu, sản xuất bán dẫn và thiết kế mô-đun. Ở cấp độ sản phẩm mô-đun, định dạng pin, kích thước, phương pháp cắt và công nghệ pin tiếp tục phân biệt các cấu hình sản phẩm khác nhau.

Các thuật ngữ ngành như định dạng 48, 18X, 210R, TOPCon, HJT và BC mô tả các khía cạnh khác nhau của thông số kỹ thuật sản phẩm, danh mục kích thước và lộ trình công nghệ. Cùng nhau, chúng xác định các đặc tính kỹ thuật và cấu trúc chính của mô-đun quang điện. Do đó, việc hiểu mô-đun quang điện có thể bắt đầu bằng một số câu hỏi cơ bản:

Mô-đun quang điện đến từ đâu? Chúng được làm bằng gì? Thông số kỹ thuật của chúng được thiết kế như thế nào? Và chúng sử dụng công nghệ pin mặt trời nào?

Trong khuôn khổ này, polysilicon, tấm wafer silicon, pin mặt trời, định dạng mô-đun, kích thước pin và lộ trình công nghệ không phải là những khái niệm riêng lẻ. Thay vào đó, chúng đại diện cho các khía cạnh liên kết với nhau của một sản phẩm mô-đun quang điện hoàn chỉnh. Khi công nghệ pin mặt trời, hệ vật liệu và yêu cầu thị trường hạ nguồn tiếp tục phát triển, mô-đun quang điện sẽ tiếp tục được tối ưu hóa về hiệu suất chuyển đổi, công suất đầu ra, độ tin cậy, chi phí và khả năng tương thích với các ứng dụng hệ thống quang điện khác nhau.

Solar PV Modules

Tuyên bố về Nguồn Dữ liệu: Ngoại trừ thông tin công khai, tất cả dữ liệu khác được SMM xử lý dựa trên thông tin công khai, giao tiếp thị trường và dựa trên mô hình cơ sở dữ liệu nội bộ của SMM. Chúng chỉ mang tính chất tham khảo và không cấu thành khuyến nghị ra quyết định.

Để biết thêm thông tin hoặc có thắc mắc gì, vui lòng liên hệ: lemonzhao@smm.cn

Để biết thêm thông tin về cách truy cập báo cáo nghiên cứu, vui lòng liên hệ:service.en@smm.cn