Một nhóm nghiên cứu do Đại học khoa học ứng dụng Thụy Sĩ (SUPSI) dẫn đầu, đã tiến hành phân tích dài hạn sáu hệ thống quang điện mặt trời, kết nối lưới điện, được lắp đặt tại Thụy Sĩ vào cuối những năm 1980 và đầu những năm 1990.

Các nhà nghiên cứu nhận thấy, tỉ lệ tổn thất điện năng hằng năm của các hệ thống này rất thấp, chỉ từ 0,16% đến 0,24% mỗi năm sau hơn 30 năm hoạt động, thấp hơn đáng kể so với mức 0,75% đến 1% mỗi năm thường được báo cáo trong các tài liệu nghiên cứu.

Nghiên cứu đã xem xét bốn hệ thống điện mặt trời mái nhà ở độ cao thấp, đặt tại Möhlin (310m-VR-AM55), Tiergarten Đông và Tây ở Burgdorf (533m-VR-SM55-HO), Burgdorf Fink (552m-BA-SM55). Các hệ thống này sử dụng cấu hình mái nhà thông gió hoặc gắn trên tòa nhà.

Phân tích này cũng bao gồm một nhà máy quy mô tiện ích ở độ cao trung bình tại Mont-Soleil (1.270m-OR-SM55) và hai hệ thống gắn trên mặt tiền ở độ cao lớn tại Birg (2.677m-VF-AM55) và Jungfraujoch (3.462m-VF-SM75).

Các hệ thống đều được trang bị tấm pin ARCO AM55 do Arco Solar của Mỹ sản xuất, khi đó là nhà sản xuất tấm pin mặt trời lớn nhất thế giới với công suất chỉ 1 MW, hoặc tấm pin Siemens SM55, SM55-HO và SM75. Siemens trở thành cổ đông lớn nhất của Arco Solar vào năm 1990.

Các module có công suất định mức từ 48 W đến 55 W, bao gồm một lớp kính phía trước, các lớp vật liệu ethylene-vinyl acetate (EVA) bao bọc, các tấm pin silicon đơn tinh thể và một lớp màng polymer ở phía sau.

Nghiên cứu thiết lập hệ thống giám sát tại chỗ công suất đầu ra AC và DC, nhiệt độ môi trường và tấm pin, bức xạ trên mặt phẳng mảng được đo bằng máy đo bức xạ mặt trời. Dựa trên điều kiện địa điểm, nhóm nghiên cứu phân loại các hệ thống lắp đặt thành các vùng khí hậu có độ cao thấp, trung bình và cao.

Họ cũng áp dụng phương pháp nhiều năm so với năm trước, để xác định tỉ lệ suy giảm hiệu suất ở cấp độ hệ thống. Kết quả cho thấy, tỉ lệ suy giảm hiệu suất trên tất cả các hệ thống, dao động từ 0,12% đến 0,55% mỗi năm, mức trung bình từ 0,16% đến 0,24% mỗi năm, thấp hơn rất nhiều so với tỉ lệ suy giảm điển hình báo cáo cho cả hệ thống điện mặt trời cũ và hiện đại.

Các nhà nghiên cứu cũng phát hiện rằng, các hệ thống ở độ cao lớn hơn thường có tỉ lệ hiệu suất trung bình cao hơn và tỉ lệ suy giảm thấp hơn so với các hệ thống tương đương lắp đặt ở độ cao thấp hơn, mặc dù tiếp xúc với cường độ bức xạ và tia cực tím cao hơn.

Theo nghiên cứu, các tấm pin cùng loại nhưng có thiết kế bên trong khác nhau thể hiện sự suy giảm khác biệt rõ rệt. Các tấm pin SM55 tiêu chuẩn thường hay gặp lỗi mối hàn, dẫn đến tăng điện trở nối tiếp và giảm hệ số lấp đầy. Ngược lại, các tấm pin SM55-HO được hưởng lợi từ thiết kế tấm nền được cải tiến, giúp tăng độ phản xạ bên trong và cải thiện độ ổn định lâu dài.

Nghiên cứu đã xác định danh sách vật liệu là yếu tố quan trọng nhất ảnh hưởng đến tuổi thọ của tấm pin mặt trời. Mặc dù tất cả tấm pin thuộc cùng một dòng sản phẩm, nhưng sự khác biệt về chất lượng lớp bao bọc, vật liệu phụ gia và quy trình sản xuất, dẫn đến sự khác biệt đáng kể về tốc độ suy giảm.

Các chất bao bọc thế hệ đầu tiên không có khả năng ổn định trước tia cực tím, cho thấy sự xuống cấp nhanh hơn, trong khi các thiết kế tấm pin sau này với lớp nền được tối ưu hóa và chất lượng sản xuất được cải thiện đã thể hiện độ ổn định lâu dài vượt trội.

Nhìn chung, các phát hiện cho thấy, sự suy giảm lâu dài trong các tấm pin mặt trời thế hệ đầu tiên chủ yếu do ứng suất nhiệt, điều kiện thông gió và thiết kế vật liệu gây ra, chứ không chỉ do độ cao hoặc bức xạ. Các tấm pin lắp đặt trong môi trường mát hơn, thông gió tốt hơn, cho thấy hiệu suất đặc biệt ổn định trong nhiều thập kỷ.

Kết quả thí nghiệm được trình bày trong bài báo “Ba thập kỷ, ba kiểu khí hậu: tác động của môi trường và vật liệu đến độ tin cậy lâu dài của tấm pin mặt trời”, được xuất bản trên tạp chí EES Solar.