Cấu Tạo Và Nguyên Lý Hoạt Động Pin Năng Lượng Mặt Trời

Chúng ta nghe rất nhiều về Pin năng lượng mặt trời. Nhưng hầu hết chúng ta ít có thông tin về cấu tạo và nguyên lý hoạt động của chúng ra sao? Trong bài viết này chúng ta sẽ cùng nhau tìm hiểu về Cấu tạo và nguyên lý hoạt động Tấm Pin năng lượng mặt trời.

Xem thêm: Lắp đặt hệ thống Pin mặt trời hòa lưới cho hộ gia đình.

Cấu Tạo Pin Năng Lượng Mặt Trời.

Pin Năng Lượng Mặt Trời hay pin mặt trời, pin quang điện (solar panel). Cấu tạo pin năng lượng mặt trời gồm các tế bào quang điện (solar cells). Các tế bào này được hình thành từ các phần tử bán dẫn có chứa lượng lớn các cảm biến ánh sáng trên bề mặt (đi-ốt quang). Các đi-ốt quang này có trách nhiệm thực hiện biến đổi năng lượng từ ánh sáng thành điện năng.

Đi-ốt quang hay photodiode đây là một loại đi-ốt bán dẫn, có nhiệm vụ chuyển đổi photon thành điện tích theo hiệu ứng quang điện. Khi photon xâm nhập tới lớp hoạt động của đi-ốt quang là tiếp giáp p-n hoặc cấu trúc Pin, sẽ tạo ra điện tích phát sinh dòng điện.

Các tế bào quang điện được ghép lại với nhau thành khối để tạo thành Pin. Mỗi tấm pin thường có 60 hoặc 72 cell tế bào quang điện. Các tế bào này có khả năng hoạt động dưới ánh sáng mặt trời hoặc ánh sáng nhân tạo. Chúng được dùng để cảm biến ánh sáng, hoặc các phát xạ điện từ.

Các tế bào quang điện thông dụng được làm từ tinh thế silic (tên Latinh: silex, silic có nghĩa đá lửa). Đây là một nguyên tố hóa học trong bảng tuần hoàn nguyên tố có ký hiệu Si; có màu xám sẫm, ánh xanh kim loại, chiếm 29,5% vỏ trái đất, chỉ đứng sau oxy. Silic là nguyên tố quan trọng các thiết bị bán dẫn và công nghệ cao. Nó được đặt tên cho một khu công nghệ cao tại California (thung lũng Silicon).

Silic được ứng dụng để chế tạo bê tông, gạch, xi măng, gốm (men sứ), thép, thủy tinh, giấy nhám… Silic trộn thêm asen, bo, gali (photpho) để làm chất dẫn điện tốt hơn cho pin mặt trời. Để được sử dụng làm chất bán dẫn cho Pin mặt trời, Silic phải có độ tinh khiết rất cao.

Bề mặt tấm pin mặt trời phủ các đường dẫn bằng kim loại tạo thành nhánh nhỏ tỏa ra trên bề mặt. Các nhánh nhỏ này sẽ thu thập electron sinh ra bởi hiệu ứng quang điện. Cường độ dòng điện, hiệu điện thế hoặc điện trở của pin phụ thuộc vào lượng ánh sáng được chiếu lên bề mặt pin.

Xem thêm: Có Nên Đầu Tư Hệ Thống Pin Năng Lượng Mặt Trời?

Nguyên Tác Hoạt Động Của Pin Năng Lượng Mặt Trời.

Hoạt động của Pin mặt trời được chia làm 3 giai đoạn.

• Năng lượng từ photon ánh sáng được hấp thụ tạo thành các cặp electron-hole trong chất bán dẫn.
• Các cặp electron-hole bị phân chia bở ngăn cách tạo bởi các loại chất bán dẫn khác nhau (p-n junction). Tạo nên hiệu điện thế cho pin.
• Sau đó, pin được nối trực tiếp vào mạch ngoài để tạo nên dòng điện.

Trước đây, do giá thành đắt đỏ, pin mặt trời chỉ được dùng cho các khu vực điện lưới khó tới hoặc trên không gian; như vệ tinh quay quanh trái đất, máy tính cầm tay, điện thoại cầm tay từ xa, thiết bị bơm nước… Ngày nay pin được sử dụng rộng rãi hơn nhằm cung cấp điện năng lượng mặt trời cho nhu cầu sử dụng.

Các tấm pin mặt trời được thiết kế như các modul thành phần, ghép thành tấm lớn. Thường được lắp đặt trên nóc nhà, nơi có nhiều ánh sáng. Chúng được kết nối với bộ chuyển đổi Inverter để hòa vào lưới điện. Ngày nay, các tấm pin mặt trời được lắp thêm bộ phận tự điều khiển để xoay theo hướng ánh sáng.

Xem thêm: KWP Và KWH Trong Hệ Thống Pin Năng Lượng Mặt Trời Là Gì?

Quá Trình Hình Thành Pin Năng Lượng Mặt Trời.

Hiệu ứng quang điện được phát hiện vào năm 1839 bở nhà vật lý Alexandre Edmon Becqueel. Khi đó ông mơi 19 tuổi đang làm thí nghiệm tại phòng nghiên cứu của cha mình. Phát minh này được nhắc đến đầu tiên trên tạp chí Nuture ngày 20 tháng 2 năm 1973. Tuy nhiên, mãi đến 1883 pin mặt trời được tạo ra bởi Charles Fritts. Ông đã phủ lên mạch bán dẫn selen một lớp vàng cực mỏng để tạo mạch nối. Nhưng hiệu suất rất thấp, chỉ đạt 1%.

Năm 1888, nhà vật lý người Nga Alexsandr Stoletov tạo ra tấm pin đầu tiên dừa vào hiệu ứng quang điện được phát hiện bởi Heinrch Hertz năm 1887.

Năm 1905, Albert Einstein đã giải thích hiệu ứng quang điện. Công trình này đã giúp ông đạt giải Nobel vật lý năm 1921. Nhưng tới năm 1946, Russell Ohl mới được xem là người ta ra pin năng lượng mặt trời đầu tiên.

Nhưng tới năm 1954 thì Pin mặt trời mới ra mắt những ứng dụng đầu tiên bởi Dryl Chapin, Calvin Souther Fuller và Gerald Pearson. Pin được quan tâm đặc biệt khi được kết hợp với vệ tinh Vanguard I năm 1958.

Xem thêm: Điện Năng Lượng Mặt Trời Nối Lưới, Hòa Lưới, Bù Lưới Là Gì?

Vật Liệu Và Hiệu Suất Pin Năng Lượng Mặt Trời.

Cho đến nay, có nhiều loại vật liệu được thử nghiệm để chế tạo Pin. Nhưng đa phần pin mặt trời được làm từ các tinh thể silic (Si) hay gali asenua (GaAs). Có 2 tiêu chuẩn để đánh giá pin là hiệu suất và giá thành của pin.

a. Hiệu suất. là tỉ số giữa năng lượng điện từ và năng lượng từ ánh sáng mặt trời. Ví dụ, vào giữa trưa, trời nắng trong, ánh mặt trời tỏa nhiệt khoảng 100W/m2. Trong đó 10% hiệu suất 1 module 1m2 cung cấp năng lượng khoảng 100w. Hiệu suất của pin thay đổi từ 6% với pin được làm từ silic khôn hình thù có thể đẩy lên 30% hoặc cao hơn.

b. Giá thành. Có nhiều cách để tính toán giá thành của pin. Giá có thể dựa trên hiệu suất kilo watt giờ điện. Đôi với hệ thống pin mặt trời, hiệu suất là quan trọng. Để tạo ứng dụng thực tế cho pin mặt trời, điện năng tạo ra nên được nối với mạng lưới điện.

c. Vật liệu. Ngày nay vật liệu chủ yết để chế tạo pin là silic dạng tinh thể. Tinh thể silic cũng được dùng với giá thấp hơn, chủ yếu trong công nghiệp vi điện tử. Các tinh thể silic được chia làm 3 loại:

• Đơn tinh thể (module). sản xuất dựa trên quá trình Czochralski. Đơn tinh thể có hiệu suất tới 16%. Chúng thường đắt tiền do được cắt từ thỏi silic hình ống. Các tấm pin đơn tinh thể này có các mặt trống ở góc nối ác module.
• Đa tinh thể. được làm từ các thỏi đúc silic nung chảy. Các pin này thường rẻ hơn đơn tinh thể. Tuy hiệu suất thấp, nhưng chúng có thể tạo thành các tấm che phù bề mặt nhiều hơn.
• Dải silic tạo từ các miếng phim silic mỏng nóng chảy, có cấu trúc đa tinh thể. Loại này thường có hiệu suất thấp nhất, tuy nhiên giá rẻ.

Với vật liệu bằng tinh thể silic, khi pin bị làm nóng sẽ giảm hiệu suất hoạt động. Vì thế cần phải làm giảm nhiệt năng cho pin. Để pin đạt được hiệu năng tốt nhất, pin phải được hướng trực tiếp tới mặt trời.

Xem thêm: Có Nên Đầu Tư Hệ Thống Pin Năng Lượng Mặt Trời?

Light Solar hiện là đơn vị đi đầu trong lĩnh vực năng lượng sạch, chuyên thiết kế, thi công, lắp đặt hệ thống Điện năng lượng mặt trời cho hộ gia đình. Nhận thầu các công trình lớn nhỏ, với giá ưu đãi nhất với các gói lắp đặt 50 – 100 kwp trở lên.

Liên Hệ Với Chúng Tôi Để Được Hỗ Trợ Tư Vấn: 24/7.
VP Trụ sở: 52 Đông Du, Phường Bến Bến Nghé, TP.HCM.
VP Hỗ trợ kỹ thuật: 354/22 Phan Văn Trị, Phường 11, Bình Thạnh.
Website: https://lightsolar.net.
Hotline 0972 400 688