Nội dung chính:
Pin năng lượng mặt trời là bước tiến vượt bậc trong ngành sản xuất và tái tạo năng lượng hiện nay. Ngày nay, tấm pin năng lượng mặt trời được ứng dụng dụng rất phổ biến và rộng rãi trong đời sống cũng như trong sản xuất. Cùng Venergy tìm hiểu chi tiết nhé!
Pin năng lượng mặt trời là gì?
Tấm pin năng lượng mặt trời (hay tấm pin quang điện) là một thiết bị có khả năng chuyển đổi ánh nắng thành dòng điện, hoạt động dựa trên hiệu ứng quang điện. Chúng là thành phần quan trọng trong hệ thống điện năng lượng mặt trời và được ứng dụng nhiều trong thực tế. Chúng đặc biệt thích hợp cho các vùng mà điện lưới khó vươn tới như núi cao, ngoài đảo xa, hoặc phục vụ các hoạt động trên không gian; cụ thể như các vệ tinh quay xung quanh quỹ đạo trái đất, máy tính cầm tay, các máy điện thoại cầm tay từ xa, thiết bị bơm nước…
Nguyên lý hoạt động của pin năng lượng mặt trời
Một pin mặt trời bao gồm một lớp silicon loại P được đặt bên cạnh một lớp silicon loại N. Ở lớp loại N chứa electron, còn ở lớp loại P thừa lỗ trống mang điện dương (là những chỗ trống do thiếu electron hoá trị). Gần chỗ tiếp giáp của hai lớp, các electron ở một bên của lớp tiếp giáp (lớp loại N) di chuyển vào các lỗ trống ở phía bên kia của lớp tiếp xúc (lớp loại P). Điều này tạo ra một vùng xung quanh đường giao nhau, được gọi là vùng suy giảm, trong đó các điện tử lấp đầy các lỗ trống.
Khi tất cả các lỗ trống được lấp đầy bởi các điện tử trong vùng suy giảm, thì mặt loại P của vùng suy giảm bây giờ chứa các ion mang điện tích âm và mặt loại N của vùng suy giảm bây giờ chứa các ion mang điện tích dương. Sự có mặt của các ion mang điện trái dấu này tạo ra điện trường bên trong ngăn cản các electron ở lớp N lấp đầy các lỗ trống ở lớp P.
Khi ánh sáng mặt trời chiếu vào pin mặt trời, các điện tử trong silicon bị đẩy ra, dẫn đến hình thành các “lỗ”-(chỗ trống do các điện tử thoát ra để lại). Nếu điều này xảy ra trong điện trường, điện trường sẽ chuyển các electron đến lớp loại N và các lỗ trống đến lớp loại P. Nếu chúng ta nối một một sợi dây kim loại giữa hai lớp, các electron sẽ đi từ lớp loại N sang lớp loại P bằng cách băng qua vùng suy giảm sau đó đi qua dây bên ngoài tạo ra một dòng điện.
Cấu tạo của tấm pin năng lượng mặt trời
Mỗi một tấm pin mặt trời thường được làm từ 8 bộ phận khác nhau dưới đây, mỗi bộ phận sẽ có những chức năng riêng biệt. Tính từ ngoài vào trong, pin có những bộ phận cụ thể dưới đây:
– Khung nhôm: Khung nhôm có nhiệm vụ cố định và bảo vệ các thành phần bên trong tấm pin mặt trời trước các tác động ngoại lực như mưa, gió, bão. Khung nhôm thường có trọng lượng nhẹ nhưng chắc chắn, cứng cáp. Khung có màu sắc chủ yếu là màu bạc.
– Kính cường lực: Kính cường lực có nhiệm vụ bảo vệ các tế bào quang điện không bị hư hại do tác động của thời tiết như: mưa đá, nhiệt độ, bụi bẩn và do các va chạm khác. Thông thường, độ dày của kính cường lực từ 2-4mm nhưng đa phần là từ 3.2-3,3mm, độ dày này là lý tưởng để vừa duy trì được độ trong suốt vừa đủ chắc chắn để bảo vệ các tế bào quang điện bên trong.
– Lớp màng EVA ethylene vinyl acetate): Đây là một chấp kết dính, đây là 2 lớp màng polymer trong suốt đặt ở bên trên và bên dưới của các tế bào quang điện, chúng dính tế bào quang điện với kính cường lực ở phía trên và tấm nền ở phía dưới. Ngoài ra, lớp màng EVA còn có tác dụng chống rung động cho tế bào quang điện, bảo vệ các tế bào này khỏi bụi bẩn, hơi ẩm. Lớp màng Eva thường rất bền, chịu được nhiệt độ cao.
– Lớp tế bào quang điện (Solar Cells): Tế bào quang điện gồm hai loại là poly và mono, chúng được làm từ vật liệu silic (chất bán dẫn). Mỗi một tế bào quang điện sẽ sử dụng 2 lớp silic khác nhau là N và P, khi 2 lớp này tác động với nhau sẽ tạo ra điện tích âm và dương. Tế bào quang điện có nhiệm vụ hấp thu ánh sáng mặt trời và chuyển đổi thành điện năng.
– Tấm nền: Tấm nền ở phía sau của tấm pin, có tác dụng cách điện, bảo vệ cơ học và chống ẩm. Tấm nền thường được làm bằng polymer, nhựa PP, PVF, PET. Tùy theo từng nhà sản xuất mà tấm nền của mỗi tấm pin mặt trời sẽ có độ dày khác nhau.
Hiện nay, có một số hãng sản xuất ra loại pin đặc biệt không có tấm nền, thay vào đó là lớp kính cường lực có tác dụng giúp cho tấm pin mặt trời có thể hấp thu ánh sáng từ cả hai mặt, từ đó làm tăng sản lượng điện một cách đáng kể.
– Hộp đấu dây (juction box): Vị trí của hộp đấu dây là ở sau cùng của tấm pin mặt trời, có tác dụng dẫn điện được tạo ra từ tấm pin mặt trời ra ngoài.
– Cáp điện DC: Cáp DC là loại cáp chuyên dụng dành cho hệ thống điện năng lượng mặt trời. Cáp DC có khả năng cách điện một chiều DC rất tốt, chống chịu thời tiết và các tác động cơ học cũng rất hiệu quả.
– Jack kết nối MC4: Jack này có công dụng là đầu nối để kết nối các tấm pin mặt trời với nhau. MC4 là viết tắt của thương hiệu Multi-Contact, sản phẩm bền bỉ, dễ dàng lắp đặt bằng tay.
Tấm pin năng lượng mặt trời có mấy loại?
Tấm pin năng lượng mặt trời có mấy loại? Các loại pin mặt trời thông dụng nhất hiện nay gồm 3 loại chính là: Polycrystalline (Poly), Monocrystalline (Mono) và Pin mặt trời dạng phim mỏng (Thin Film).
Pin năng lượng mặt trời Mono (Monocrystalline)
Monocrystalline hay được gọi là pin Mono đơn thể được cắt ra từ các thỏi silic hình ống, những tấm đơn tinh thể này có các mặt trống. Khi được cấu tạo từ tế bào tinh thể duy nhất, các electron tạo ra dòng điện có nhiều khoảng trống để chúng di chuyển hơn. Đây có thể coi là quá trình điều chế các silic đơn tinh thể vì silic vô cùng quan trọng khi chế tạo vi mạch bán dẫn.
Để tạo ra một tấm Mono các miếng silic mỏng chừng khoảng 0.76mm được lắp thành các hàng và cột tạo nên hình chữ nhật, sau đó phủ một tấm kính và đóng khung với nhau.
Loại pin này có công suất và hiệu suất chuyển đổi cao nhất. Hầu hết loại pin Mono thường đạt hiệu suất chuyển đổi trên dưới 20%. Các tấm pin Mono với xu hướng tạo ra nhiều năng lượng vì chúng có hiệu suất chuyển đổi tốt hơn. Nhiều tấm pin Mono có hiệu suất là 300W, có loại lên tới 450W. Điều đặc biệt là các tấm pin năng lượng mặt trời Mono hấp thụ ánh sáng mặt trời rất nhanh, trong trường hợp chỉ có ánh sáng mà không có nắng thì loại pin này vẫn tạo ra điện.
Pin năng lượng mặt trời Poly (Polycrystalline)
Polycrystalline còn gọi là pin mặt trời Poly đa tinh thể được làm từ các thỏi đúc từ Silic đã nóng chảy, làm nguội và làm rắn. Vì có nhiều tinh thể trong tế nào nên các khoảng trống ít hơn làm cho phân tử điện electron cũng khó khăn hơn. Cũng như pin năng lượng mặt trời Mono, để tạo ra một tấm Poly các tấm wafer được lắp ráp thành các hàng và cột tạo nên hình chữ nhật, sau đó được phủ một lớp kính và đóng khung với nhau. Đây là loại pin có hiệu suất chuyển đổi từ 15% đến 19%. Pin mặt trời Poly có hiệu suất thấp hơn pin Mono.
Loại pin này có khả năng hấp thụ ánh nắng mặt trời chậm và chỉ có thể hoạt động khi có lượng ánh nắng mặt trời nhất định. Khi thời tiết không có nắng thì Poly sẽ ngừng hoạt động. Tuy nhiên so về chất lượng và mức giá thì đây là lựa chọn đáng để cân nhắc.
Pin năng lượng mặt trời dạng phim mỏng (Thin – Film)
Pin mặt trời dạng phim mỏng tạo ra từ những miếng phim mỏng từ silic nóng chảy. Pin có cấu trúc đa tinh thể.
Để tạo ra loại pin này các nhà sản xuất đặt một lớp CdTe giữa các lớp màng dẫn trong suốt giúp thụ ánh sáng mặt trời. Loại Thin – film này có một lớp màng để bảo vệ. Các tấm phim mặt trời có hiệu suất và công suất thấp hơn Mono và Poly. Hiệu quả chỉ có thể thay đổi khi chất liệu cụ thể được sử dụng tạo ra các cell thay đổi. Hiệu suất của pin mặt trời dạng phim mỏng phụ thuộc vào kích thước vật lý.
Lợi ích của pin năng lượng mặt trời đem lại
Chúng được ứng dụng khá rộng rãi hiện nay nhờ những lợi ích mà nó mang lại:
Tạo ra nguồn năng lượng xanh
Ánh sáng mặt trời được xem là nguồn năng lượng tự nhiên và khá quen thuộc. Thông qua tấm pin mà nguồn năng lượng tự nhiên này được chuyển hóa thành điện năng để phục vụ cho đời sống của con người. Làm giảm phần nào gánh nặng cho lưới điện của quốc gia luôn trong tình hình quá tải, giúp khắc phục tình trạng thiếu điện cho nhu cầu sản xuất và sinh hoạt, không bị gián đoạn trong quá trình sử dụng.
Tiết kiệm
Giá của các tấm pin mặt trời khá rẻ, đi kèm là chi phí để lắp đặt các hệ thống cho các hộ gia đình, công ty, nhà xưởng…vừa phải. Với vốn đầu tư thấp nhưng hiệu quả sử dụng mang lại rất lớn giúp giảm thiểu chi phí từ hệ thống lắp đặt, không phải bảo trì bảo dưỡng, độ bền lên đến hơn 25 -30 năm, giúp tiết kiệm phí tri trả tiền điện hàng tháng rất nhiều so với khi dùng hệ thống điện lưới.
Thân thiện với môi trường
Một ưu điểm nổi bật của tấm pin chính là tạo ra từ nguồn năng lượng sạch, thân thiện với môi trường, góp phần rất lớn trong việc bảo vệ môi trường.
Bình luận