Phân loại pin năng lượng mặt trời

Từ xưa đến này chúng ta đã biết nguồn năng lượng từ mặt trời giúp cây cối phát triển xanh tươi, hoa lá nở rộ. Nhưng năng lượng mặt trời không chỉ nuôi dưỡng sự sống, mà còn có thể giúp chiếu sáng, cung cấp điện cho ngôi nhà của bạn, cho các nhà máy và thậm chí cả các phương tiện giao thông. Cùng Venergy tìm hiểu kỹ về chúng ngay dưới đây.

Năng lượng mặt trời là gì?

Năng lượng mặt trời là năng lượng bức xạ được tạo ra từ Mặt Trời, đây cũng được xem là nguồn năng lượng được con người sử dụng từ thuở sơ khai đến nay, ngay trước cả khi phát minh ra lửa. Hàng ngày, Mặt Trời chiếu xuống Trái Đất một lượng năng lượng khổng lồ, dự kiến đủ để đáp ứng nhu cầu tiêu thụ năng lượng của toàn nhân loại trong nhiều năm. Hiện nay, năng lượng mặt tời được chuyển đổi thành nhiều dạng năng lượng khác nhau như nhiệt năng, quang năng và đặc biệt nổi lên trong những năm gần đây đó là điện năng.

Điện mặt trời là gì?

Điện mặt trời hay điện năng lượng mặt trời là nguồn điện được tạo ra từ việc chuyển hóa quang năng (ánh sáng mặt trời) thành điện năng, hoạt động dựa trên hiệu ứng quang điện (tấm pin năng lượng mặt trời), chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành điện năng.

Hiện nay, có 3 loại hệ thống điện năng lượng mặt trời chính: 

• Hệ thống điện mặt trời hoà lưới (nối lưới – On-grid): Điện năng sản xuất được từ hệ thống sẽ được đưa lên nguồn lưới điện quốc gia, chính vì vậy chúng không có hệ thống pin lưu trữ.
• Hệ thống điện mặt trời độc lập (Off-grid): Giống với tên gọi, đây là hệ thống hoạt động hoàn toàn độc lập, không kết nối với nguồn lưới, do đó chúng được kết nối với hệ thống lưu trữ hay còn gọi là Battery bank.
• Hệ thống điện mặt trời Hybrid : Về cơ bản đây là hệ thống kết hợp của 2 hệ thống trên. Tức là hệ thống vừa có khả năng cung cấp nguồn điện sử dụng trực tiếp, vừa có thể tích trữ điện vào trong hệ thống lưu trữ. Ngoài ra, hệ này cũng có thể kết nối với lưới điện nhằm tích trữ điện giá rẻ, hay bán điện cho điện lưới quốc gia.
• Hệ thống điện mặt trời hoà lưới bám tải: Về cơ bản đây là hệ thống điện năng lượng mặt trời hoà lưới, nhưng inveter (biến tân) không có điện được sản xuất ra từ hệ thống tấm PV đi ngược lên lưới điện. Hệ thống này sinh ra giúp cho người dùng hộ gia đình, doanh nghiệp không cần phải làm các thủ tục pháp lý phức tạp.

Cấu tạo 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.

1. Lớp kính trước

Lớp kính cường lực này thường được các nhà sản xuất làm có độ dày từ từ 2mm – 4mm và vô cùng chắc chắn. Lớp kính này như một lớp bảo vệ đảm bảo các lớp bên trong không bị ảnh hưởng bởi các tác động của thời tiết như mưa bão, nhiệt độ, và các tác động vật lý gây hại khác.

2. Lớp EVA

Lớp EVA (Ethylene Vinyl Acetate) hay còn được gọi là chất kết dính, chúng có khả năng chịu đựng nhiệt độ tốt và có độ bền cực kỳ cao. Đây là lớp polymer bao bọc xung quanh tế bào quang điện, nhằm kết dính tế bào quang điện với các lớp xung quanh để cố định vị trí của chúng trong suốt quá trình hoạt động. Lớp này giúp tạo ra một môi trường cách điện và bảo vệ tế bào quang điện khỏi bị ẩm ướt và các tác nhân bên ngoài khác.

3. Tế bào quang điện (Solar Cell)

Các tế bào quang điện thường được làm từ silic hoặc các vật liệu bán dẫn khác.

Tuy nằm ở lớp thứ 3 nhưng lại là lớp có vai trò quan trọng nhất của tấm pin năng lượng mặt trời. Bởi lớp này thực hiện nhiệm vụ hấp thụ ánh sáng mặt trời và chuyển đổi trực tiếp quang điện thành dạng điện năng.

2 loại tế bào quang điện phổ biến:

• Tế bào đơn tinh thể Mono: Hiệu suất chuyển hóa khoảng 21%, tạo ra một tấm pin mặt trời 450W với khoảng 144 cells.
• Tế bào đa tinh thể Poly: Hiệu suất chuyển đổi 17.6%, tạo ra một tấm pin mặt trời 250W với khoảng 60 cells.

Điểm chung là các tế bào này đều được liên kết với nhau thông qua thanh nối tiếp (thường là một sợi dây đồng mỏng và được phủ hợp kim thiếc).

4. Tấm nền pin

Tấm nền pin được cấu tạo từ polymer, nhựa PET, PVF hoặc PP có vai trò như một lớp cách điện, cách nhiệt, chống ẩm và bảo vệ tấm pin khỏi các tác động vật lý khác. Tấm nền thường có màu trắng (có thể màu đèn hoặc trong suốt tùy vào nhà sản xuất) và được bán dưới dạng cuộn hoặc tấm.

5. Khung pin

Khung pin thường được làm từ nhôm giúp tăng độ bền của tấm pin trong thời gian dài. Chúng vừa cố định lại tấm pin vừa bảo vệ tế bào quang điện và các bộ phận của tấm pin tránh hỏng hóc.

6. Hợp mạch điện

Lớp này có chức năng vận chuyển năng lượng điện mặt trời được sản sinh ra từ tấm pin về nơi lưu trữ hoặc tiêu thụ. Các dây cáp quan trọng của tấm pin được đối nối tại lớp này, đảm bảo rằng điện năng được truyền đạt một cách hiệu quả và an toàn.

Phân loại pin năng lượng mặt trời

Nhìn chung các dòng pin năng lượng mặt trời đều được làm từ Silic. Đây là một nguyên tố tự nhiên, bền; tuy nhiên Silic luôn nằm trong hợp chất với các nguyên tố khác. Do đó việc tách, sản xuất Silic quyết định giá thành của các sản phẩm Pin năng lượng mặt trời. Mỗi loại pin năng lượng mặt trời được tạo ra đều có hiệu quả và ưu điểm riêng. Tuy nhiên nếu xét trong lĩnh vực thương mại, pin năng lượng mặt trời Mono và Poly nổi trội hơn hẳn.

Tùy từng mục đích, lượng ánh sáng thực tế, thời tiết tại các địa điểm khác nhau như thế nào để chọn dòng pin phù hợp. Từ đó pin năng lượng mặt trời có thể phát huy hết tác dụng được hiệu năng của chúng. Dưới đây là những loại pin năng lượng mặt trời phổ biến

Pin mặt trời mono đơn tinh thể (Monocrystalline)

Pin mặt trời Mono đơn tinh thể (Monocrystalline) được cắt ra từ thỏi Silic hình ống. Những tấm đơn tinh thể này có mặt trống ngay góc nối các Module. Do được cấu tạo bởi chỉ một tế bào tinh thể; các phân tử electron tạo ra dòng điện có nhiều khoảng trống để chúng di chuyển. Do đó, quy trình điều chế những Silic đơn tinh thể rất quan trọng khi chế tạo ra vi mạch bán dẫn. Pin mono bề ngoài có màu đen sẫm; tế bào quang điện hình vuông vạt góc xếp liền nhau tạo ra những khoảng trống hình thoi.

Đặc điểm của pin năng lượng mặt trời Monocrystalline là hấp thụ ánh sáng mặt trời nhanh. Chỉ cần có ánh sáng bình thường, kể cả khi trời không có nắng, loại pin này đều có thể tạo ra điện; tiến hành đo V hay A đều đầy đủ hai chỉ số. Do cấu tạo, chất liệu và sự quan trọng trong sản xuất nên pin mặt trời mono đơn tinh thể có giá khá cao.

Pin mặt trời poly đa tinh thể (Polycrystalline)

Pin năng lượng mặt trời Polycrystalline được tạo nên từ silicon đa tinh thể; có màu xanh đậm, các tế bào quang điện xếp khít với nhau. Có những ưu điểm trong quá trình sản xuất đơn giản và ít tốn kém nên giá thành của pin đa tinh thể thấp hơn so với pin mono. Tuy nhiên Pin mặt trời Poly sẽ ngưng hoàn toàn khi tắt nắng hoặc trời có nhiều mây.

Nếu điều kiện thời tiết không cho phép chẳng hạn như trời âm u thì pin mặt trời poly đa tinh thể cũng sẽ tạm dừng hoạt động.

Pin năng lượng mặt trời dạng phim mỏng

Loại pin này được tạo từ những miếng phim rất mỏng do Silic nóng chảy tạo nên. So sánh với hai dòng pin trên, Pin mặt trời dạng phim mỏng cho hiệu suất thấp nhất. Bên cạnh đó, việc sản xuất cũng vô cùng đơn giản nên giá cả cũng mềm hơn so với pin Mono và Poly.

Ngoài ra, một số pin năng lượng được kết hợp từ các dạng pin trên; giúp hiệu suất tấm pin năng lượng mặt trời sử dụng cao hơn, nhưng đồng thời giá cũng cao hơn. Các loại pin năng lượng mặt trời này thường được sử dụng chủ yếu cho quốc phòng, lĩnh vực không gian.