Những năm gần đây nền khoa học kỹ thuật phát triển mạnh mẽ, song song đó thì các nhà khoa học không ngừng tìm tòi nghiên cứu những ứng dụng tiến tiến, hiện đại nhằm phục vụ tốt hơn cho xã hội cũng như phục vụ đời sống con người.
Một trong những phát minh đột phá có tính bước ngoặt trong ngành sản xuất và tái tạo năng lượng xanh chính là Tấm pin năng lượng mặt trời, nhờ đó mà mang đến rất nhiều lợi ích, nó được ứng dụng khá rộng rãi hiện nay. Hãy cùng VinPower Solar tìm hiểu rõ hơn về loại sản phẩm hữu ích này:
Pin năng lượng mặt trời là gì?
Pin mặt trời hay pin quang điện có tên tiếng Anh là Solar panel, nó bao gồm nhiều tế bào quang điện (gọi là solar cells). Tế bào quang điện này là các phần tử bán dẫn có chứa trên bề mặt nhiều các cảm biến của ánh sáng là đi ốt quang, nó làm biến đổi năng lượng của ánh sáng thành năng lượng điện.
Các chỉ số Cường độ dòng điện, hiệu điện thế hay điện trở của tấm pin thay đổi phụ thuộc vào lượng ánh sáng chiếu lên chúng. Các tế bào quang điện này được ghép lại thành một khối để trở thành pin mặt trời (thông thường sẽ từ 60 hoặc 72 tế bào quang điện trên một tấm pin).
Tấm Pin được biết đến như một là vật liệu có tính năng chuyển đổi quang năng của ánh sáng mặt trời thành điện năng được lắp đặt hệ thống điện mặt trời. Pin được tạo ra nguồn điện từ ánh sáng của mặt trời cũng giống như thủy điện thì tạo ra điện từ nước, nhiệt điện tạo ra điện từ than… Các loại tấm pin mặt trời có hiệu suất cao và có tuổi thọ trung bình có thể lên đến 30 năm.
Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của pin mặt trời:
Chúng thường được lắp đặt ở những nơi hấp thu được nhiều ánh sáng mặt trời nhất như trên mái của các tòa nhà hay các công trình. Hệ thống này sẽ chuyển đổi quang năng từ ánh sáng mặt trời hấp thụ được thành điện năng, nó được sử dụng như điện lưới thông thường.
Silicon được biết đến là một chất bán dẫn, nó là một thành phần quan trọng trong cấu tạo của pin năng lượng mặt trời. “Chất bán dẫn là vật liệu trung gian giữa chất dẫn điện và chất cách điện, hoạt động như chất cách điện ở nhiệt độ thấp và có tính dẫn điện ở nhiệt độ phòng”.
Ánh sáng năng lượng mặt trời gồm các hạt rất nhỏ gọi là photon được tỏa ra từ mặt trời. Nó va chạm với các nguyên tử Silicon của tấm pin, lúc này những hạt photon truyền năng lượng của chúng tới các 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. Tuy nhiên việc giải phóng các electron chỉ là một nửa công đoạn của pin mặt trời, tiếp đến nó dồn các electron rải rác này vào một dòng điện. Điều này ảnh hưởng đến việc tạo ra sự mất cân bằng điện trong pin, có tác dụng giống như xây một con dốc để các electron chảy theo cùng một hướng. Sự mất cân bằng này cũng có thể được tạo ra bởi tổ chức bên trong của silicon.
Các nguyên tử silicon được sắp xếp cùng nhau trong một cấu trúc liên kết chặt chẽ. Bằng cách ép một lượng nhỏ các nguyên tố khác vào cấu trúc này, nó sẽ tạo ra 2 loại Silicon là: loại n (bán dẫn âm – Negative) và loại p(bán dẫn dương – Positive). Chất bán dẫn loại n có tạp chất là các nguyên tố thuộc nhóm V, các nguyên tử này dùng 4 electron tạo liên kết và một electron lớp ngoài liên kết lỏng lẻo với nhân, đấy chính là các electron dẫn chính. Chất bán dẫn loại p có tạp chất là các nguyên tố thuộc nhóm III, dẫn điện chủ yếu bằng các lỗ trống.
Khi hai loại bán dẫn n và p này đặt cạnh nhau trong cùng một tấm pin mặt trời, electron dẫn chính của loại n sẽ chuyển qua lấp đầy những khoảng trống của loại p. Điều này có nghĩa là silicon loại n tích điện dương và silicon loại p được tích điện âm, tạo nên một điện trường trên tấm pin
Vì silicon là một chất bán dẫn nên có thể hoạt động như một chất cách điện và duy trì sự mất cân bằng này. Khi làm cho electron đang liên kết với nguyên tử bị bật ra khỏi nguyên tử silicon, photon trong ánh sáng mặt trời đưa các electron này vào một trật tự nhất định, từ đó cung cấp dòng điện cho máy tính, vệ tinh và tất cả các thiết bị ở giữa.
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.