Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của pin năng lượng mặt trời

Các pin năng lượng Mặt trời có nhiều ứng dụng trong thực tế. Chúng đặc biệt thích hợp cho các vùng mà điện lưới khó vươn tới như núi cao, ngoài đảo xa, hoặc phục vụ các hoạt động trên không gian; cụ thể như các vệ tinh quay xung quanh quỹ đạo trái đất, máy tính cầm tay, các máy điện thoại cầm tay từ xa, thiết bị bơm nước… Nhưng không hẳn ai trong chúng ta cũng biết được cấu tạo và nguyên lý hoạt động của pin năng lượng mặt trời. Hãy để Vĩnh Cát Group giúp bạn tìm hiểu kỹ hơn các thông tin liên quan đến hệ thống năng lượng trời còn khá mới mẻ này nhé.

Pin năng lượng mặt trời là gì?

Pin năng lượng mặt trời (pin mặt trời/pin quang điện) là thiết bị giúp chuyển hóa trực tiếp năng lượng ánh sáng mặt trời (quang năng) thành năng lượng điện (điện năng) dựa trên hiệu ứng quang điện. Hiệu ứng quang điện là khả năng phát ra điện tử (electron) khi được ánh sáng chiếu vào của vật chất.

Tấm pin mặt trời, những tấm có bề mặt lớn thu thập ánh nắng mặt trời và biến nó thành điện năng, được làm bằng nhiều tế bào quang điện có nhiệm vụ thực hiện quá trình tạo ra điện từ ánh sáng mặt trời.

pin năng lượng mặt trời

Cấu tạo pin năng lượng mặt trời

Dựa trên nguyên lý hiệu ứng “ quang điện ” hiệu ứng quang điện tạo ra dòng điện bằng cách chuyển đổi năng lượng mặt trời dưới dạng ánh sáng nhìn thấy được, tia cực tím (UV) hoặc bức xạ hồng ngoại (IR) thành dòng điện trực tiếp .

Chất bán dẫn

Silicon được biết đến là một chất bán dẫn. "Chất bán dẫn là vật liệu trung gian giữa chất dẫn điện và chất cách điện. Chất bán dẫn hoạt động như một chất cách điện ở nhiệt độ thấp và có tính dẫn điện ở nhiệt độ phòng". Với tính chất như vậy, silicon là một thành phần quan trọng trong cấu tạo của pin năng lượng mặt trời.

Silicon tuy có mức dẫn điện hạn chế nhưng nó có cấu trúc tinh thể rất phù hợp cho việc tạo ra chất bán dẫn. Nguyên tử silicon cần 4 electron để trung hòa điện tích nhưng lớp vỏ bên ngoài một nguyên tử silicon chỉ có một nửa số electron cần thiết nên nó sẽ bám chặt với các nguyên tử khác để tìm cách trung hòa điện tích.

Khi điện trường đã được tạo ra, tất cả những gì chúng ta cần làm là thu thập và chuyển nó thành dòng điện có thể sử dụng. Một bộ biến tần được gắn với các tế bào năng lượng mặt trời sẽ biến dòng điện từ một chiều (DC) thành dòng điện xoay chiều (AC). Dòng điện xoay chiều là dòng điện chúng ta đang sử dụng ở khắp mọi nơi.

Nguyên lý hoạt động của tấm pin mặt trời để tạo ra điện

Để tạo ra pin mặt trời người ta phải phá thêm vào đó một số các phân tử loại khác gọi là pha tạp. Cấu trúc nguyên tử Si giống như của kim cương: gôm 4 electron ở vành ngoài liên kết với 4 nguyên tử Si

gần đó. Do đó, khi chúng pha thêm một ít nguyên tử photpho P vào sẽ có 5 nguyên tử ở vòng ngoài, thừa ra một electron tự do chuyển động dễ dàng hơn đây là bán dẫn loại n (negatif – âm).

Ngược lại nếu pha tạp một ít nguyên tử bo sẽ có 3 nguyên tố ở vành ngoài, dẫn đến thiếu một electron sẽ tạo thành lỗ trống (hole) đây là bán dẫn loại p (positif -dương).

pin năng lượng mặt trời

Phân loại pin năng lượng mặt trời

Cho tới hiện tại thì vật liệu chủ yếu cho pin mặt trời là các silic tinh thể, nó được chia thành 3 loại:

Đơn tinh thể module sản xuất dựa trên quá trình Czochralski. Đơn tinh thể loại này có hiệu suất lên tới 16%. Chúng thường có giá thành cao 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: làm từ các thỏi đúc-đúc từ silic nung chảy cẩn thận sau đó được làm nguội và làm rắn. Các loại pin này có giá rẻ hơn các đơn tinh thể, tuy nhiên hiệu suất kém hơn. Tuy nhiên chúng có thể tạo thành các tấm vuông che phủ bề mặt nhiều hơn đơn tinh thể bù lại cho hiệu suất thấp của nó.

Dải silic tạo từ các miếng phim mỏng từ silic nóng chảy và có cấu trúc đa tinh thể: Loại này thường có hiệu suất thấp nhất và có giá rẻ nhất trong các loại vì không cần phải cắt từ thỏi silicon. Các công nghệ trên là sản suất tấm, nói cách khác, các loại trên có độ dày 300 μm tạo thành và xếp lại để tạo nên module.


Copyright © 2019 vinhcatgroup. All rights reserved