Nguyên lý và cấu tạo của pin năng lượng mặt trời

Tấm pin năng lượng mặt trời là một bộ phận quan trọng không thể thiếu trong hệ thống điện mặt trời. Vậy pin năng lượng mặt trời là gì? Cấu tạo, nguyên lý hoạt động và chức năng của pin năng lượng mặt trời ra sao? Bài viết sau sẽ giúp bạn giải đáp chi tiết, cùng Venergy tìm hiểu nhé!

Pin năng lượng mặt trời là gì?

Pin năng lượng mặt trời hay còn được gọi tấm quang năng (Solar panel) bao gồm nhiều tế bào quang điện (Solar cells). Trong một tế bào quang điện này tinh thể silic bị kẹp giữa hai lớp dẫn điện (ribbon và các thanh busbar). Một tế bào quang điện sử dụng hai lớp silic khác nhau, loại N và loại P.

Pin mặt trời có rất nhiều  lợi ích, vì vậy chúng được ứng dụng rộng rãi trong việc tạo nguồn năng lượng xanh phục vụ cho con người. Độ bền của tấm Pin mặt trời là rất cao và không cần bảo trì hay bảo dưỡng.

Có mấy loại tấm pin năng lượng mặt trời?

Dựa trên quy trình sản xuất và đặc trưng riêng trong cấu tạo thì pin năng lượng mặt trời gồm 3 loại chính:

Đơn tinh thể

Pin năng lượng mặt trời đơn tinh thể là những tấm pin với module được sản xuất dựa trên quá trình Czochralski. Chúng được cắt ra từ chính những thỏi silic hình ống nên thường có giá thành cao hơn các loại pin năng lượng mặt trời khác. Tấm pin năng lượng mặt trời đơn thể có thể đạt hiệu suất lên tới 16% nhờ vào những mặt trống ở góc nối các module.

Đa tinh thể

Pin năng lượng mặt trời đa tinh thể được tạo ra từ chính các thỏi đúc từ silic nung chảy, sau đó sẽ được làm nguội và làm rắn lại.

Pin năng lượng mặt trời đa tinh thể sẽ có chi phí rẻ hơn pin năng lượng mặt trời đơn thể, chính vì thế mà hiệu suất của loại pin này cũng kém hơn. Thế nhưng, loại pin này lại có ưu điểm hơn so với pin năng lượng mặt trời tinh thể đó là có khả năng tạo thành các tâm vuông giúp che phủ bề mặt nhiều hơn.

Dải silic

Dải silic là pin năng lượng mặt trời được tạo ra từ chính các miếng phim mỏng từ silic nóng chảy mà không cần cắt từ thỏi silicon. Loại pin này có cấu trúc đa tinh thể, có hiệu suất thấp và giá thành rẻ nhất trong các loại pin năng lượng mặt trời.

Với 3 loại pin năng lượng mặt trời trên thì kích thước 1 tấm pin năng lượng mặt trời cũng có sự khác nhau giữa mỗi loại. Nếu so sánh tấm pin năng lượng mặt trời nào tốt nhất thì chắc chắn pin năng lượng mặt trời đơn tinh thể sẽ tốt nhất vì nó có hiệu suất cao.

Cấu tạo của tấm pin năng lượng mặt trời

Tấm pin năng lượng mặt trời còn được gọi với nhiều cái tên khác nhau như tấm pin mặt trời, tấm năng lượng mặt trời, tấm solar,… Chúng được làm từ các tế bào quang điện, tế bào năng lượng mặt trời (solar cell), các vật liệu hữu cơ và các vật liệu bán dẫn như silic, silicon,… Nhìn chung, một tấm pin năng lượng mặt trời được cấu tạo bởi 6 lớp, mỗi lớp lại được hình thành bởi một nguyên vật liệu khác nhau, nhưng chúng hoạt động cùng nhau để tạo ra điện năng từ ánh sáng mặt trời.

Các tấm pin năng lượng mặt trời có nhiều kích thước, hình dạng và công nghệ, tùy vào mục đích sử dụng và điều kiện kinh tế khác nhau. Chúng được sử dụng phổ biến trong đời sống hàng ngày như các sản phẩm đèn năng lượng mặt trời, hệ thống điện mặt trời gia đình, cung cấp năng lượng để sạc các thiết bị di động, máy tính hoặc được tích hợp vào các thiết bị an ninh.

► Kính cường lực: Mặt kích trước là phần nặng nhất, dày khoảng 2 – 4mm, có chức năng bảo vệ và đảm bảo độ bên cho toàn bộ tấm pin quang điện. Việc chọn kính cẩn thận, kiểm tra độ cứng cáp, khả năng dẫn truyền ánh sáng, phản xạ ánh sáng và thêm vào các lớp vật liệu chống phản quang, có thể mang lại sự cải thiện về hiệu suất tổng thể của tấm pin năng lượng mặt trời.

► Tấm cách nhiệt: Là tấm áp ở mặt sau. Nó được làm từ vật liệu nhựa có khả năng cách điện, cách nhiệt bảo vệ và che chắn cho các tế bào quang điện khỏi thời tiết xấu và độ ẩm. Tấm nền này có màu sắc, độ dày và vật liệu chế tạo khác nhau. Nhưng thường là màu trắng dạng cuộn hoặc tấm ván.

► Vật liệu đóng gói: Đóng vai trò là chất kết dính giữa các lớp khác nhau của tấm pin Vật liệu phổ biến nhất được sử dụng làm chất đóng gói là EVA – Ethylene Vinyl Acetate. Nó là một loại polymer dạng cuộn, được phết vào cả mặt trước và sau của tế bào quang điện. Khi chịu một lượng nhiệt lớn của quá trình nung nóng chân không, EVA sẽ như gel và kết hợp với các tế bào quang điện. Chất lượng của quá trình này sẽ đảm bảo tuổi thọ cho chính tấm pin, ảnh hưởng đến việc truyền ánh sáng, tốc độ xử lý và khả năng chống lại tác động của tia UV.

► Khung nhôm: Có chức năng đảo bảo độ bền, an toàn cũng như định hình cho tấm pin năng lượng mặt trời.

► Hộp nối mạch điện: Hộp nối có chức năng chứa các kết nối điện của tấm pin không bị lộ ra bên ngoài. Nó chứa các đi-ốt bảo vệ cho các dây cáp để kết nối các tấm năng lượng. Khi chọn hộp nối, nhà sản xuất chú ý đến chất lượng nhựa, mức độ niêm phong kín, loại kết nối của ruy băng và chất lượng của đi-ốt nối tắt.

Nguyên lý hoạt động của tấm pin năng lượng mặt trời

Hiểu một cách đơn giản, vào ban ngày tấm pin mặt trời sẽ hấp thụ trực tiếp năng lượng mặt trời. Đồng thời chuyển hóa chúng thành dòng điện một chiều điện áp thấp. Dòng điện này đi qua dây dẫn tới biến tần inverter, tại đây biến tần sẽ chuyển đổi thành dòng điện xoay chiều điện áp cao. Lúc này ta có thể dự trữ dòng điện xoay chiều vào thiết bị lưu trữ, hoặc cung cấp trực tiếp cho các tải thiết bị điện sử dụng, hay dẫn qua đồng hồ 2 chiều để bán điện cho EVN.

Chú ý: Ban đêm khi không có ánh sáng mặt trời, tấm pin năng lượng mặt trời sẽ không hoạt động.