Solar panels and composition

Sử dụng nguồn năng lượng mặt trời đang là xu thế được ưa chuộng hiện nay. Cùng Speaking of DongThanh đi tìm hiểu cấu tạo và hoạt động của những tấm pin năng lượng mặt trời này ra sao mà chúng được ưa chuộng như thế nhé

Tấm pin năng lượng mặt trời là gì?

Tấm pin năng lượng mặt trời có tên tiếng Anh là Solar panel là một bộ phận trong hệ thống điện mặt trời, đây là vật liệu có khả năng biến đổi quang năng từ mặt trời thành điện năng để tiêu thụ. Tấm pin mặt trời có hiệu suất cao và tuổi thọ trung bình lớn, được cấu tạo từ các tế bào quang điện đơn tinh thể và đa tinh thể.

Cấu tạo pin mặt trời

Cấu tạo tấm pin năng lượng mặt trời

Tế bào quang điện

Có chức năng hấp thụ ánh sáng mặt trời và biến đổi thành điện năng, đây là thành phần chính của tấm pin năng lượng mặt trời, có thể ở hai dạng là đơn tinh thể hoặc đa tinh thể.

Kích thước, màu sắc, số lượng thanh cái và hiệu quả chuyển đổi quang điện là các đặc tính kỹ thuật chính của các tế bào quang điện. Tế bào silicon đa tinh thể với hiệu suất trung bình khoảng 17,6% được sử dụng phổ biến nhất hiện nay. các tế bào được liên kết với nhau bằng một ruy băng.

Mặt kính

Có chức năng bảo vệ và đảm bảo độ bền cho tấm pin quang điện, duy trì độ ổn định, có độ dày dao động từ 2 – 4 mm, thường sẽ là 3,2mm. Mặt kính trước là – phần nặng nhất của mô-đun quang điện. 

Tấm nền

Tấm nền chỉ tấm áp ở mặt sau, được làm từ vật liệu nhựa có khả năng cách điện, bảo vệ và che chắn có các tế bào quang điện khỏi thời tiết và độ ẩm, thường có màu trắng dạng cuộn hoặc tấm ván. Tấm nền có nhiều màu sắc và độ dày khác nhau tùy theo nhu cầu sử dụng. 

Vật liệu đóng gói

Đây là một trong những vật liệu quan trọng nhất có vai trò là chất kết dính giữa các lớp khác nhau của bảng PV. Vật liệu đóng gói thường được làm từ EVA – Ethylene vinyl acetate, một loại polymer dạng cuộn, được cắt thành tấm và được phết vào cả mặt trước và sau của tế bào quang điện.

Khung

Là bộ phận cuối cùng để lắp ráp hoàn chỉnh được tấm pin năng lượng mặt trời, được cấu tạo từ nhôm và đảm nhiệm chức năng an toàn, định hình cho module năng lượng mặt trời.  Ngoài ra, cũng có những loại mô-đun quang điện không có khung hoặc sử dụng các loại nhựa đặc biệt.

Hộp đựng mối nối mạch điện

Dùng để chứa các kết nối điện của tấm pin PV không lộ ra bên ngoài, chứa các đi ốt  bảo vệ cho các dây cáp để kết nối các tấm năng lượng.

Chi tiết thành phần pin mặt trời

Đến hiện tại thành phần pin mặt trời gồm các vật liệu phổ biến là các silic tinh thể. Pin mặt trời cấu thành từ tinh thể silic được phân ra thành 3 loại:

Một tinh thể hay đơn tinh thể module sản xuất dựa vào quá trình Czochralski. Hiệu suất của đơn tinh thể này có thể lên tới 16%. Các loại tinh thể này thường mắc tiền do được cắt từ các thỏi hình ống; các tấm đơn thể này có các mặt trống ở góc nối các module.

Đa tinh thể được cấu thành từ các thỏi đúc từ silic nung chảy kỹ càng được làm nguội và làm rắn. Các tấm pin này thường sẽ rẻ hơn các đơn tinh thể nhưng hiệu suất sẽ kém hơn. Tuy nhiên các tấm pin này có thể tạo thành các tấm vuông phủ bề mặt nhiều hơn so với đơn tinh thể để bù lại cho hiệu suất thấp nhất của chúng. 

Dải silic tạo từ các tấm phim mỏng từ sự nóng chảy của silic và có cấu trúc đa tinh thể. Loại tấm phim này thường có hiệu suất khá thấp nhưng lại rẻ nhất trong số loại hiện có trên thị trường. Do các tấm phim này không phải cắt từ các thỏi silicon nên giá thành rất rẻ.

Công nghệ ở phần kể trên là công nghệ sản xuất tấm pin mặt trời, hay còn có cách nói khác là các loại trền có độ dày 300 μm cấu thành và được sắp xếp lại để tạo nên module hoàn chỉnh.

Nguyên lý hoạt động tấm pin năng lượng mặt trời

• Tấm pin năng lượng mặt trời chuyển hóa trực tiếp năng lượng ánh sáng mặt trời thành năng lượng điện dựa trên hiệu ứng quang điệṇ (là khả năng phát ra năng lượng điện từ khi có ánh sáng chiếu vào.)
• Chất bán dẫn Silicon là chất liệu trung gian giữa vật liệu dẫn điện và vật liệu cách điện. Đây là một thành phần quan trọng trong cấu tạo của pin năng lượng mặt trời.
• Silicon có cấu trúc tinh thể rất phù hợp cho việc tạo ra chất bán dẫn mặc dù có mức dẫn điện hạn chế. Nguyên tử Silicon có 2 số electron cần thiết nên nó sẽ bám chặt với các nguyên tử khác để tìm đủ 4 electron để trung hòa điện tích. Các electron tự do ở điện cực N sẽ di chuyển sang để lấp đầy các lỗ trống bên điện cực P Khi chất bán dẫn silicon tiếp xúc với năng lượng. Tiếp theo, các hạt electron từ điện cực N và điện cực P sẽ cùng nhau tạo ra điện trường. Những tế bào từ năng lượng mặt trời sẽ chuyển hóa thành một diode, từ đó cho phép electron di chuyển từ điện cực P đến điện cực N, nhưng không cho phép các electron di chuyển ngược lại.
• Để kích hoạt tiến trình cần có năng lượng xúc tác với các tế bào silicon. Các electron tự do di chuyển từ điện cực N tới điện cực P tạo ra dòng điện.
• Khi điện trường được tạo ra, ta thu thập và chuyển nó thành dòng điện sử dụng được. Dòng điện từ một chiều (DC) thành dòng điện xoay chiều (AC) bằng bộ biến tần được gắn với các tế bào năng lượng.