Tìm hiểu về những tấm pin trong hệ thống điện mặt trời

Năng lượng mặt trời là vô hạn được nghiên cứu và phát triển ngành công nghệ năng lượng mặt trời ứng dụng vào đời sống và sản xuất hiệu quả. Điện mặt trời được chuyển hóa từ sáng nắng mặt trời thông qua các tấm pin năng lượng. Vậy tấm pin năng lượng có cấu tạo như thế nào? Nguyên lý làm việc của chúng ra sao? Chúng ta cùng tìm hiểu qua bài viết dưới đây.

Pin năng lượng mặt trời là những tấm có bề mặt lớn thu thập ánh sáng mặt trời và biến nó thành điện năng. Đây là thiết bị cực kỳ quan trong trọng việc chuyển hóa năng lượng mặt trời thành năng lượng điện dựa trên hiệu ứng quang điện. Hiệu ứng quang điện là hiệu ứng phát ra điện tử electron khi được ánh sáng chiếu vào của vật chất.

 

Vật liệu chủ yếu cho pin mặt trời là các silic tinh thể. Pin mặt trời từ tinh thể silic chia ra thành 3 loại:
 

Đơn tinh thể loại này có hiệu suất tới 16%. Chúng thường rất mắc tiền do được cắt từ các thỏi hình ống, các tấm đơn thể này có các mặt trống ở góc nối các module.
 

Loại đa tinh thể này có thể tạo thành các tấm vuông che phủ phề mặt nhiều hơn loại đơn tinh thể. Tuy nhiên hiệu suất của nó thấp hơn và loại pin này cũng rẻ hơn rất nhiều.
 

 Loại này thường có hiệu suất thấp nhất, tuy nhiên loại này rẻ nhất trong các loại vì không cần phải cắt từ thỏi silicon. 

Các tấm pin năng lượng mặt trời có nhiều bộ phận cấu thành để có thể giúp cho việc chuyển hóa năng lượng dễ dàng và hiệu quả hơn. Chúng được chia thành 8 bộ phận chính: Khung nhôm, kính cường lực, tấm nền pin phía sau, lớp màng EVA, solar cell, hộp đấu dây, cáp điện, Jack kết nối MC4. Cùng tìm hiểu chi tiết cấu tạo của từng bộ phận dưới đây:

Khung được làm bằng nhôm nên có trọng lượng nhẹ, giá thành thấp, dễ di chuyển và lắp đặt. Có kết cấu cứng cáp để tích hợp solar cell và các bộ phận khác lên. Được sử dụng để bảo vệ và cố định các thành phần bên trong khỏi các tác động bên ngoài. Khung nhôm có màu trắng có thể được anode hóa và gia cố thanh ngang để tăng độ cứng cho tấm pin. 

Đây là bộ phận cứng chắc, có độ dày lên đến 4mm, được sử dụng để bảo vệ solar cell khỏi các tác động của thời tiết như nhiệt độ, mưa, tuyết, bụi, mưa đá và các tác động va đập khác từ bên ngoài. 

Lớp màng EVA gồm 2 lớp màng polymer trong suốt đặt trên và dưới lớp solar cell, có tác dụng kết kính chúng với lớp kính cường lực phía trên và tấm nền phía dưới. Lớp màng EVA có tác dụng hấp thụ và bảo vệ solar cell khỏi sự rung động, tránh bám bụi và hơi ẩm. Đây còn được gọi là chất kết dính nên có khả năng chịu được nhiệt độ khắc nghiệt và độ bền rất cao.

Đây là bộ phận không thể thiếu của pin. Tấm pin mặt trời được cấu tạo từ nhiều đơn vị nhỏ hơn là solar cell. Trong một cell, tinh thể silic bị kẹp giữa 2 lớp dẫn điện. Một tế bào quang điện sử dụng hai lớp silic khác nhau, loại N và loại P.

Tấm nền này được sử dụng để bảo vệ cơ học, chống ẩm và cách điện, giúp cho pin có tuổi thọ cao hơn và an toàn hơn khi sử dụng. Chúng có độ dày khác nhau, có màu trắng và thường làm bằng nhựa polymer, nhựa PP, PVF, PET.

Đây là bộ phận nằm ở phía sau cùng, là nơi tập hợp và chuyển năng lượng điện được sinh ra từ tấm pin năng lượng mặt trời ra ngoài. Vì đây là điểm trung tâm nên được thiết kế bảo vệ khá chắc chắn.

Là loại cáp điện chuyên dụng cho điện năng lượng mặt trời, có khả năng cách điện một chiều DC cực tốt, kèm với đó là khả năng chống chịu tốt trước sự khắc nghiệt của thời tiết (tia cực tím, bụi, nước, ẩm..) và tác động cơ học khác.

Là đầu nối điện thường được dùng để kết nối các tấm pin mặt trời. “MC" trong MC4 là viết tắt của nhà sản xuất Multi-Contact. Loại jack kết nối này giúp bạn dễ dàng kết nối các tấm pin và dãy pin bằng cách gắn jack từ các tấm pin liền kề với nhau bằng tay.

Điện mặt trời là một công nghệ hiện đại được chuyển hóa năng lượng mặt trời qua các tấm pin. Mặt trời là một lò phản ứng khổng lồ được phát năng lượng dưới hình thức các hạt nhỏ gọi là photon. Sử dụng pin mặt trời để hấp thu và chuyển hóa các photon này giúp chúng ta sử dụng điện năng hiệu quả từ tự nhiên. 

Tấm pin là một tập hợp nhiều tế bào quang điện (PV),  Các solar cell PV này được làm bằng vật liệu bán dẫn, điển hình là silicon, được cắt lát siêu mỏng.

Silicon được biết đến là một chất bán dẫn. Ánh sáng mặt trời gồm các photon va chạm với các nguyên tử silicon của pin sẽ truyền năng lượng của chúng tới tác electron rời rạc, kích thích làm cho electron đang liên kết với nguyên tử bị bật ra khỏi nguyên tử, đồng thời ở nguyên tử xuất hiện chỗ trống vì thiếu electron.

Electron mang điện tích âm và lỗ trống mang điện tích dương nay có thể di chuyển tự do, nhưng bởi vì trường điện từ tại tiếp diện P/N nên chúng chỉ có thể đi theo một hướng. Electron bị hút về mặt N và lỗ trống bị hút về mặt P. 

Năng lượng từ các photon đó làm lỏng các electron ở mặt âm của tế bào PV và khiến chúng chuyển động, có nghĩa là bây giờ chúng ta có dòng điện chạy qua. Đây được gọi là hiệu ứng quang điện.

Hình thức mà chúng ta tạo ra cho các electron được gọi là một mạch. Khi chúng rời khỏi lớp âm của tế bào PV, chúng ta muốn chúng chạy qua các tải của chúng ta (như đèn và thiết bị điện) để các electron có thể cung cấp năng lượng cho các tải đó khi chúng đi đến lớp dương của tế bào PV.

Điện được tạo ra từ tấm pin năng lượng mặt trời là điện một chiều (DC). Để có thể sử dụng cho các tải, thiết bị bình thường thì cần phải chuyển điện DC thành AC (điện xoay chiều). Và đó là chức năng của inverter.

Hiện tại, nhiều loại pin năng lượng mặt trời mới đang được nghiên cứu, phát triển. Trong số đó có những loại mà cấu tạo và nguyên lý hoạt động của nó rất khác nhau.

Tổng kết

Nguồn năng lượng mặt trời được nghiên cứu, tái tạo và đưa vào sử dụng các thiết bị điện một cách hiệu quả nhờ các tấm pin mặt trời.  Tấm pin không thể thiếu trong việc chuyển hóa năng lượng mặt trời thành điện năng sử dụng của chúng ta hàng ngày, chúng có hiệu suất cao và có tuổi thọ trung bình lên đến 30 năm. Bước đầu, đây là nguồn năng lượng sạch, mang lại nhiều lợi ích cho các hoạt động sinh hoạt hàng ngày và sản xuất công nghiệp. Chúng tự nhiên và tiết kiệm chi phí tối đa cho việc sử dụng điện. 

Xem thêm:

https://intechsolar.net/tim-hieu-ve-den-nang-luong-mat-troi-bv89.htm
https://intechsolar.net/cach-su-dung-hieu-qua-he-thong-dien-mat-troi-khi-bi-cup-dien-luoi-bv90.htm