13 Sep PIN MẶT TRỜI: NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG VÀ CẤU TẠO
Pin mặt trời là một thiết bị chuyển đổi quang năng thành điện năng, giúp giảm thiểu sự phụ thuộc vào các nguồn năng lượng hóa thạch. Với sự phát triển của công nghệ, pin mặt trời ngày càng trở nên phổ biến và giá cả phải chăng, mở ra nhiều cơ hội mới để ứng dụng pin mặt trời trong đời sống. Vậy pin mặt trời có cấu tạo và nguyên lý hoạt động như thế nào?
PIN MẶT TRỜI LÀ GÌ?
Pin Mặt Trời, tấm năng lượng Mặt Trời hay tấm quang điện (tiếng Anh: solar panel) thông dụng hiện nay được thiết kế gồm nhiều tế bào quang điện (solar cells) – là phần tử bán dẫn có chứa trên bề mặt một số lượng lớn các cảm biến ánh sáng là điốt quang, thực hiện biến đổi năng lượng ánh sáng thành năng lượng điện. Các tế bào này được sắp xếp theo mô hình dạng lưới trên bề mặt các tấm pin mặt trời.
CẤU TẠO CỦA TẤM PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI?
Các tấm pin mặt trời là những thiết bị được sử dụng để hấp thụ các tia nắng mặt trời và chuyển chúng thành điện năng. Tấm pin năng lượng mặt trời được cấu tạo từ các thành phần chính nào?
1. Khung nhôm
Khung nhôm của tấm pin mặt trời là một thành phần quan trọng, có kết cấu cứng cáp để tích hợp các tế bào quang điện (solar cells) và các bộ phận khác, bảo vệ và cố định các thành phần bên trong trước tải trọng gió lớn và ngoại lực tác động bên ngoài. Khung nhôm của các tấm pin thường được anode hóa (anodized aluminum) và gia cố thanh ngang để tăng kết cấu cứng cáp cho tấm pin, giúp tăng độ cứng, độ bền, chịu được tác động xấu của thời tiết và các tác động cơ học mài mòn.
Khung nhôm cũng có trọng lượng nhẹ, giúp giảm tải trọng cho hệ thống điện mặt trời, đặc biệt là hệ thống điện mặt trời áp mái. Khung nhôm có thể có màu bạc hoặc đen tùy thuộc vào nhà sản xuất, các phần góc có thể được vặn, ép hoặc kẹp lại với nhau.
2. Lớp kính cường lực
Giúp bảo vệ các tế bào quang điện (Solar cells) khỏi các tác động của thời tiết như nhiệt độ, bụi, mưa đá,.. và các tác động va chạm khác từ bên ngoài. Kính được sản xuất có độ dày 3mm-3,5mm, đảm bảo có thể bảo vệ nhưng vẫn giữ được độ trong suốt của kính để duy trì được độ truyền sáng hơn 91% cho tấm pin mặt trời giúp tăng khả năng hấp thụ và giảm phản xạ ánh sáng mặt trời.
3. Lớp EVA (ethylene vinyl acetate)
Đây là thành phần được coi là chất kết dính, là 2 lớp polymer mỏng đặt trên và dưới lớp solar cells. Nhằm kết dính lớp tế bào quang điện với kính cường lực phía trên và lớp phía dưới. Ngoài ra lớp này còn tối ưu hóa khả năng hấp thụ và bảo vệ solar cells khỏi sự rung động, tránh bám bụi bẩn và sự tích tụ hơi nước. Là vật liệu có khả năng chịu nhiệt rất tốt và độ bền cao.
4. Lớp tế bào quang điện (Lớp solar cell)
Lớp tế bào quang điện (lớp solar cell), là thành phần chính của tấm pin năng lượng mặt trời (Solar panel). Các tế bào quang điện thường được làm từ silic – chất bán dẫn phổ biến. Trong một tế bào (cell), tinh thể silic nằm ở giữa hai lớp dẫn điện. Các tế bào tinh thể silic này có thể là đơn tinh thể hoặc đa tinh thể, tùy theo quy trình sản xuất của từng hãng.
Solar cell có 2 lớp bán dẫn chính, bao gồm: (1) Lớp bán dẫn loại N – Lớp này có nhiều electron (hạt mang điện âm), được tạo ra bởi sự dư thừa electron và (2) Lớp bán dẫn loại P – Lớp này có nhiều lỗ trống (hạt mang điện dương), được tạo ra bởi sự thiếu hụt electron. Hai lớp bán dẫn này được nối với nhau bởi một Lớp tiếp giáp P-N.
5. Tấm nền pin
Có chức năng cách điện, bảo vệ cơ học và giữ độ ẩm. Tùy vào từng hãng sản xuất mà tấm nền pin sẽ có độ dày khác nhau. Màu sắc chủ yếu là màu trắng.
6. Hộp đấu dây
Hộp đấu dây có tên tiếng anh là junction box, là hộp nằm ở phía sau cùng, là nơi tập hợp và chuyển giao năng lượng điện được tạo ra từ tấm pin năng lượng mặt trời ra ngoài. Chính vì lẽ đó nên đây được coi là vị trí quan trọng nên được lắp ráp và thiết kế chắc chắn.
7. Đầu nối cáp MC4 và cáp điện DC
Còn gọi là jack MC4, là đầu nối điện được dùng để kết nối các tấm pin mặt trời. Việc sử dụng đầu nối MC4 giảm thiểu những tai nạn cháy nổ, hoặc hư hỏng hệ thống pin năng lượng mặt trời.
Cáp điện DC là loại cáp điện chuyên dụng cho điện năng lượng mặt trời, lớp đồng được tráng kẽm giúp giảm điện trở dây dẫn, lớp vỏ được thiết kế để chống tia UV & Ozone, kháng hóa chất và kháng dầu, với đặc tính chống cháy và tồn tại trong điều kiện thời tiết khắc nghiệt.
NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG: PIN MẶT TRỜI CHUYỂN HÓA QUANG NĂNG THÀNH ĐIỆN NĂNG NHƯ THẾ NÀO?
Tấm pin mặt trời hoạt động dựa trên hiệu ứng quang điện, là hiện tượng các electron bị giải phóng khỏi liên kết hóa học khi hấp thụ năng lượng của ánh sáng.
Khi bề mặt tấm pin mặt trời được chiếu sáng. Một phần bức xạ mặt trời đi vào tế bào quang điện, mang theo nguồn năng lượng proton dồi dào. Khi nguồn năng lượng này được tích trữ ngày một nhiều và có năng lượng đủ lớn sẽ đánh bật các electron khỏi liên kết hóa học. Hình thành các electron tự do mang điện tích âm và các lỗ trống mang điện tích dương. Chúng kết hợp với từ trường của 2 hai lớp bán dẫn P và N di chuyển thành một dòng (dòng điện một chiều).
Dòng điện tạo ra từ tế bào quang điện được dẫn đến các dây dẫn ở hai đầu tế bào. Các dây dẫn này sẽ kết nối các tế bào quang điện với nhau, tạo thành tấm pin mặt trời.
Tấm pin mặt trời có thể tạo ra dòng điện một chiều (DC). Để sử dụng dòng điện xoay chiều (AC), cần sử dụng thêm bộ chuyển đổi (inverter).
Hiệu suất chuyển đổi điện năng của tấm pin mặt trời phụ thuộc vào nhiều yếu tố, bao gồm loại vật liệu bán dẫn, cấu tạo của tế bào quang điện và điều kiện ánh sáng.
