Tấm pin năng lượng mặt trời là một trong những thành phần quan trọng của hệ thống điện mặt trời, có nhiệm vụ tiếp nhận ánh sáng và chuyển đổi năng lượng ánh sáng thành điện năng. Công nghệ này ngày càng được ứng dụng trong các hệ thống điện mặt trời dân dụng, thương mại và nhiều công trình khác.
Vậy tấm pin năng lượng mặt trời là gì, gồm những bộ phận nào và hoạt động theo nguyên lý ra sao? Hãy cùng Đông Thành Taesung tìm hiểu trong bài viết dưới đây.
Tấm pin năng lượng mặt trời là gì?
Tấm pin năng lượng mặt trời (solar panel hoặc photovoltaic module – mô-đun quang điện) là thiết bị gồm nhiều tế bào quang điện được liên kết với nhau để chuyển đổi năng lượng ánh sáng thành điện năng thông qua hiệu ứng quang điện.
Điện được tạo ra từ tấm pin là điện một chiều (DC). Trong hệ thống điện mặt trời sử dụng điện xoay chiều, dòng điện DC sau đó được đưa đến bộ biến tần (inverter) để chuyển đổi thành dòng điện xoay chiều (AC) phù hợp với hệ thống.
Cấu tạo tấm pin năng lượng mặt trời
Một mô-đun quang điện thông dụng được cấu thành từ nhiều lớp và bộ phận khác nhau. Tùy công nghệ và nhà sản xuất, cấu tạo cụ thể có thể thay đổi, nhưng thường bao gồm các thành phần chính sau.
1. Tế bào quang điện
Tế bào quang điện (solar cell) là thành phần trực tiếp thực hiện quá trình chuyển đổi năng lượng ánh sáng thành điện năng.
Nhiều tế bào quang điện được liên kết với nhau về điện và bố trí thành một mô-đun hoàn chỉnh. Silicon là vật liệu bán dẫn được sử dụng phổ biến trong các tế bào quang điện hiện nay.
Đặc tính của tế bào quang điện ảnh hưởng trực tiếp đến công suất và hiệu suất của tấm pin.
2. Lớp kính bảo vệ
Phía trước các tế bào quang điện thường được bảo vệ bằng một lớp kính có độ trong suốt cao.
Lớp kính vừa cho phép ánh sáng đi tới tế bào quang điện, vừa góp phần bảo vệ các thành phần bên trong trước những tác động cơ học và điều kiện môi trường trong phạm vi thiết kế của sản phẩm.
3. Lớp vật liệu đóng gói
Các tế bào quang điện cần được cố định và bảo vệ bên trong mô-đun. Một trong những vật liệu thường được sử dụng cho mục đích này là EVA (ethylene-vinyl acetate).
Lớp vật liệu đóng gói nằm ở hai phía của các tế bào quang điện, giúp liên kết các thành phần của mô-đun sau quá trình ép lớp và góp phần bảo vệ tế bào trước tác động của môi trường.
4. Tấm nền phía sau
Ở nhiều loại mô-đun truyền thống, phía sau các tế bào quang điện có một lớp nền bảo vệ (backsheet).
Lớp này góp phần cách điện và bảo vệ các thành phần bên trong mô-đun. Vật liệu và kết cấu của tấm nền phụ thuộc vào thiết kế của từng loại sản phẩm.
Một số công nghệ mô-đun khác có thể sử dụng kết cấu kính – kính thay cho cấu trúc kính và tấm nền truyền thống.
5. Khung tấm pin
Nhiều tấm pin năng lượng mặt trời sử dụng khung nhôm bao quanh mô-đun.
Khung giúp tăng độ cứng cơ học, bảo vệ cạnh của mô-đun và tạo vị trí thuận tiện để cố định tấm pin vào hệ thống giá đỡ.
Bên cạnh đó cũng có những loại mô-đun được thiết kế không sử dụng khung.
6. Hộp nối điện
Hộp nối (junction box) thường được bố trí ở mặt sau của tấm pin và là nơi thực hiện kết nối điện của mô-đun với hệ thống bên ngoài.
Hộp nối có thể chứa các diode bypass cùng các đầu kết nối và dây cáp phục vụ việc liên kết tấm pin với những thành phần khác trong hệ thống điện mặt trời.
Các loại tế bào quang điện silicon phổ biến
Trong các tấm pin sử dụng silicon tinh thể, hai nhóm thường được nhắc đến là tế bào đơn tinh thể (monocrystalline) và đa tinh thể (polycrystalline).
Pin mặt trời đơn tinh thể
Tế bào đơn tinh thể được chế tạo từ silicon có cấu trúc tinh thể tương đối đồng nhất. Đây là công nghệ được sử dụng rộng rãi trong các mô-đun quang điện hiện nay.
Hiệu suất cụ thể không nên xác định chỉ dựa vào tên công nghệ mà cần căn cứ vào thông số do nhà sản xuất công bố cho từng mô-đun.
Pin mặt trời đa tinh thể
Tế bào đa tinh thể được tạo thành từ vật liệu silicon có nhiều tinh thể. Công nghệ này từng được sử dụng rất phổ biến trong ngành điện mặt trời.
Tương tự pin đơn tinh thể, công suất và hiệu suất thực tế phụ thuộc vào thiết kế và thông số kỹ thuật của từng sản phẩm.
Nguyên lý hoạt động của tấm pin năng lượng mặt trời
Tấm pin năng lượng mặt trời tạo ra điện dựa trên hiệu ứng quang điện. Quá trình có thể hiểu theo các bước cơ bản sau:
- Ánh sáng chiếu vào tế bào quang điện: photon trong ánh sáng truyền năng lượng cho vật liệu bán dẫn.
- Các hạt mang điện được tạo ra: năng lượng từ ánh sáng có thể làm electron chuyển sang trạng thái cho phép chúng tham gia dẫn điện.
- Điện trường bên trong tế bào quang điện: cấu trúc bán dẫn của tế bào giúp phân tách các hạt mang điện theo những hướng khác nhau.
- Hình thành dòng điện: khi tế bào được kết nối với mạch điện bên ngoài, các hạt mang điện dịch chuyển qua mạch và tạo thành dòng điện một chiều.
- Điện năng được đưa vào hệ thống: nhiều tế bào được liên kết thành mô-đun và nhiều mô-đun có thể kết nối thành hệ thống có công suất lớn hơn.
Từ tấm pin đến nguồn điện sử dụng trong gia đình
Tấm pin năng lượng mặt trời tạo ra dòng điện một chiều (DC). Trong hệ thống cần cấp điện xoay chiều cho các thiết bị thông dụng, điện DC được đưa qua bộ biến tần (inverter) để chuyển đổi thành điện xoay chiều (AC).
Một hệ thống điện mặt trời hoàn chỉnh còn có thể bao gồm nhiều thành phần khác như thiết bị bảo vệ, dây dẫn, tủ điện, hệ thống giá đỡ, thiết bị giám sát và trong một số hệ thống có thêm bộ lưu trữ năng lượng.
Dây dẫn trong hệ thống điện mặt trời
Dây dẫn là một phần của hệ thống kết nối điện giữa các thiết bị. Việc lựa chọn dây cần căn cứ vào điện áp, dòng điện, điều kiện môi trường, phương pháp lắp đặt và yêu cầu kỹ thuật của hệ thống.
Đối với từng công trình, việc lựa chọn dây dẫn và thiết bị bảo vệ nên được thực hiện theo thiết kế điện phù hợp và hướng dẫn kỹ thuật của thiết bị.
Bạn có thể tham khảo thêm các nhóm sản phẩm tại Dây và cáp điện – cáp tín hiệu Hàn Quốc của Đông Thành Taesung.
Tổng kết
Tấm pin năng lượng mặt trời hoạt động dựa trên hiệu ứng quang điện, trong đó các tế bào quang điện tiếp nhận năng lượng ánh sáng và tạo ra dòng điện một chiều. Một mô-đun hoàn chỉnh còn bao gồm kính bảo vệ, vật liệu đóng gói, lớp nền hoặc lớp kính phía sau, khung và hộp nối điện.
Hiểu rõ cấu tạo và nguyên lý hoạt động của tấm pin giúp người dùng có cái nhìn tổng quan hơn về cách một hệ thống điện mặt trời tạo ra và đưa điện năng đến các thiết bị sử dụng.