Tấm pin năng lượng mặt trời ( hay tấm pin quang điện ) là một thiết bị có năng lực quy đổi ánh nắng thành dòng điện, hoạt động giải trí dựa trên hiệu ứng quang điện. Chúng là thành phần quan trọng trong mạng lưới hệ thống điện năng lượng mặt trời và được ứng dụng nhiều trong trong thực tiễn. Chúng đặc biệt quan trọng thích hợp cho những vùng mà điện lưới khó vươn tới như núi cao, ngoài hòn đảo xa, hoặc ship hàng những hoạt động giải trí trên khoảng trống ; đơn cử như những vệ tinh quay xung quanh quỹ đạo toàn cầu, máy tính cầm tay, những máy điện thoại thông minh cầm tay từ xa, thiết bị bơm nước …
Việc lắp đặt điện mặt trời đảm bảo kỹ thuật sẽ mang lại an toàn cho người sử dụng
Vậy cấu tạo tấm pin năng lượng mặt trời, vật liệu làm pin mặt trời thế nào? Sơ đồ nguyên lý pin mặt trời ra sao? Nó biến ánh sáng mặt trời quang năng thành điện năng thế nào?
Xem thêm :
Cấu tạo và nguyên lý làm việc của pin mặt trời
Vật liệu làm pin mặt trời
Vật liệu pin năng lượng mặt trời (Solar panel) bao gồm nhiều tế bào quang điện (solar cells) – là phần tử bán dẫn có thành phần chính là sillic tinh khiết – 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 quang điện này được bảo vệ bởi một tấm kính trong suốt ở mặt trước và một vật liệu nhựa ở phía sau. Toàn bộ nó được đóng gói chân không trong thông qua lớp nhựa polymer càng trong suốt càng tốt.
Cường độ dòng điện, hiệu điện thế hoặc điện trở của pin mặt trời đổi khác nhờ vào bởi lượng ánh sáng chiếu lên chúng. Tế bào quang điện được ghép lại thành khối để tạo tấm pin mặt trời ( thường thì 60 hoặc 72 tế bào quang điện trên một tấm pin năng lượng mặt trời ) .
Kết cấu năng lượng mặt trời
Cho tới hiện tại thì vật liệu pin mặt trời chủ yếu (và cho các thiết bị bán dẫn) là các silic tinh thể.
Các loại pin năng lượng mặt trời tinh thể silic:
- Một tinh thể hay đơn tinh thể module sản xuất dựa trên quá trình Czochralski. Đơn tinh thể loại này có hiệu suất tới 16%. Chúng thường rất 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 làm từ các thỏi đúc-đúc từ silic nung chảy cẩn thận được làm nguội và làm rắn. Các pin này thường 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, tuy nhiên loại này rẻ nhất trong các loại vì không cần phải cắt từ thỏi silicon.
Cấu tạo pin năng lượng mặt trời
Công nghệ trên là sản suất tấm, nói cách khác, những loại trên có độ dày 300 μm tạo thành và xếp lại để tạo nên module .
Lớp tế bào quang điện Solar Cells bên trong
Như đã nói ở trên, những tế bào quang điện là thành phần chính và có công dụng hấp thu ánh sáng mặt trời quang năng và đổi khác thành điện năng. Các tế bào tinh thể Silics này hoàn toàn có thể là đơn tinh thể ( goi là Pin Mono ) hoặc đa tinh thể ( Gọi là Pin Poly ), tùy theo quy trình tiến độ sản xuất của từng hãng pin mặt trời. Các đặc tính kỹ thuật chính là : size, sắc tố, số lượng tế bào – Cells pin và quan trọng hơn hết là hiệu suất quy đổi của pin mặt trời. Hiện nay, những tế bào Cell pin năng lượng mặt trời phổ cập nhất là những tế bào đa tinh thể Poly với hiệu suất chuyển hóa khoảng chừng 17,6 %, tạo ra một pin mặt trời 250W với 60 cells. Các tế bào Cells này được link với nhau bằng một dây đồng mỏng dính được phủ một kim loại tổng hợp thiếc .
Lớp kính cường lực trước của tấm pin năng lượng mặt trời
Phần Kính cường lực chống va đập mặt trước pin mặt trời là phần nặng nhất. Nó có tính năng bảo vệ và bảo vệ độ bền cho hàng loạt tấm pin mặt trời, duy trì độ trong suốt cao. Độ dày của lớp này thường là 3,3 mm nhưng nó hoàn toàn có thể xê dịch từ 2 mm đến 4 mm tùy thuộc vào loại kính cường lực chống va đập mà hãng sản xuất pin đó chọn. Điều quan trọng là phải quan tâm đến những yếu tố như chất lượng độ cứng, độ truyền quang phổ và truyền ánh sáng. Pin càng tốt thì lớp kính trước này hấp thu ánh sáng đi qua tốt hơn, phản xạ ánh sáng ít hơn .
Tấm nền của tấm pin năng lượng mặt trời
Tấm nền mặt sau của pin mặt trời được làm từ một vật tư nhựa có tính năng cách điện, bảo vệ và che chắn những tế bào PV khỏi thời tiết và nhiệt độ. Tấm đặc biệt quan trọng này thường có màu trắng và được bán ở dạng cuộn hoặc tấm. Các loại pin của những hãng khác nhau hoàn toàn có thể khác nhau về độ dày, sắc tố và sự hiện hữu của những vật tư đơn cử để che chắn tốt hơn hoặc cho độ bền cơ học cao hơn .
Vật liệu đóng gói hoàn thiện Pin mặt trời
Một trong những vật tư quan trọng nhất là vật liệu đóng gói – là chất kết dính giữa những lớp khác nhau của pin mặt trời. Vật liệu thông dụng nhất được sử dụng làm chất đóng gói là EVA – Ethylene vinyl acetate. Nó là một polymer đục mờ được đóng theo cuộn. Nó phải được cắt thành tấm và nằm trước và sau những tế bào quang điện. Khi chịu một quy trình nhiệt của nấu chân không, loại polymer đặc biệt quan trọng này trở đăc lại thành keo trong suốt và kết dính những tế bào quang điện. Chất lượng của quy trình này, được gọi là cán màng, bảo vệ tuổi thọ cao cho chính tấm pin đó, đồng thời có ảnh hưởng tác động đến việc truyền ánh sáng, vận tốc giải quyết và xử lý và năng lực chống lại màu vàng do tia UV .
Khung tấm pin mặt trời
Một trong những phần sau cuối được lắp ráp pin mặt trời là khung. Nó thường được làm bằng nhôm và có công dụng bảo vệ độ bền cho tấm pin .
Đối với những trường hợp sử dụng đặc biệt quan trọng, cũng có sẵn những tấm pin không khung hoặc những giải pháp nhựa đặc biệt quan trọng. Những giải pháp này thường tương quan đến việc sử dụng những dung dịch tương hỗ dán ở phía sau với công nghệ tiên tiến kính thủy tinh .
Hộp đựng mối nối mạch điện pin mặt trời
Hộp nối có tính năng đưa những mối nối điện của mô đun pin mặt trời ra bên ngoài. Nó chứa những dây cáp để liên kết những tấm trong mạng lưới hệ thống. Khi chọn hộp Nối, tất cả chúng ta nên chú ý quan tâm đến chất lượng nhựa, độ tốt của khớp nối .
Bên trên là chi tiết thành phần cấu tạo và vật liệu cấu thành tấm pin năng lượng mặt trời, dưới đây chúng ta sẽ tìm hiểu về sơ đồ nguyên lý pin mặt trời cũng như của hệ thống điện năng lượng mặt trời.
Sơ đồ nguyên lý pin mặt trời
Pin năng lượng mặt trời là thiết bị bán dẫn chứa lượng lớn những diod p-n, dưới sự hiện hữu của ánh sáng mặt trời có năng lực tạo ra dòng điện sử dụng được. Sự quy đổi này gọi là hiệu ứng quang điện .
Sơ đồ nguyên lý pin mặt trời – hiệu ứng quang điện
Tìm hiểu thêm về lịch sử hiệu ứng quang điện
Hiệu ứng quang điện được phát hiện tiên phong năm 1839 bởi nhà vật lý Pháp Alexandre Edmond Becquerel. Tuy nhiên cho đến 1883 một pin năng lượng mới được tạo thành, bởi Charles Fritts, ông phủ lên mạch bán dẫn selen một lớp cực mỏng mảnh vàng để tạo nên mạch nối. Thiết bị chỉ có hiệu suất 1 %, Russell Ohl xem là người tạo ra pin năng lượng mặt trời tiên phong năm 1946. Sven Ason Berglund đã có giải pháp tương quan đến việc tăng năng lực cảm nhận ánh sáng của pin .
Nền tảng vật lý chất bán dẫn
Silic thuộc nhóm IV, tức là có 4 electron lớp ngoài cùng. Silic hoàn toàn có thể tích hợp với silicon khác để tạo nên chất rắn. Cơ bản có 2 loại chất rắn silicon, đa thù hình ( không có trật tự sắp xếp ) và tinh thể ( những nguyên tử sắp xếp theo thứ tự dãy khoảng trống 3 chiều ). Pin năng lượng mặt trời thông dụng nhất dùng đa tinh thể silicon .
Silic là chất bán dẫn. Tức là thể rắn silic, tại một tầng năng lượng nhất định, electron hoàn toàn có thể đạt được, và một số ít tầng năng lượng khác thì không được. Các tầng năng lượng không được phép này xem là tầng trống. Lý thuyết này địa thế căn cứ theo thuyết cơ học lượng tử .
Ở nhiệt độ phòng, Silic nguyên chất có tính dẫn điện kém. Trong cơ học lượng tử, lý giải thất tế tại mức năng lượng Fermi trong tầng trống. Để tạo ra silic có tính dẫn điện tốt hơn, hoàn toàn có thể thêm vào một lượng nhỏ những nguyên tử nhóm III hay V trong bảng tuần hoàn hóa học. Các nguyên tử này chiếm vị trí của nguyên tử silic trong mạng tinh thể, và link với những nguyên tử silic bên cạnh tựa như như là một silic .
Tuy nhiên những phân tử nhóm III có 3 electron ngoài cùng và nguyên tử nhóm V có 5 electron ngoài cùng, cho nên vì thế nên có chỗ trong mạng tinh thể có dư electron còn có chỗ thì thiếu electron. Vì thế những electron thừa hay thiếu electron ( gọi là lỗ trống ) không tham gia vào những liên kết mạng tinh thể. Chúng hoàn toàn có thể tự do chuyển dời trong khối tinh thể .
Silic kết hợp với nguyên tử nhóm III (nhôm hay gali) được gọi là loại bán dẫn p bởi vì năng lượng chủ yếu mang điện tích dương (positive), trong khi phần kết hợp với các nguyên tử nhóm V (phốt pho, asen) gọi là bán dẫn n vì mang năng lượng âm (negative). Lưu ý rằng cả hai loại n và p có năng lượng trung hòa, tức là chúng có cùng năng lượng dương và âm, loại bán dẫn n, loại âm có thể di chuyển xung quanh, tương tự ngược lại với loại p.
Sơ đồ nguyên lý hoạt động pin mặt trời: Sự chuyển đổi ánh sáng quang điện thành điện năng
Các tấm pin mặt trời quy đổi quang năng thành dòng điện một chiều ( DC ). Sau đó, trải qua thiết bị inverter được trang bị thuật toán MPPT ( Maximum Power Point Tracking ), dòng điện DC được chuyển hóa thành dòng điện xoay chiều ( AC ). Nguồn điện AC được tạo ra từ mạng lưới hệ thống pin năng lượng mặt trời sẽ được liên kết với tủ điện chính, hòa đồng điệu vào lưới điện hiện hữu, cung ứng điện song song với nguồn điện lưới ( ưu tiên sử dụng điện mặt trời, nếu thiếu sẽ tự động hóa lấy từ lưới điện, nếu thừa sẽ phát ngược lên lưới điện ) giúp giảm điện năng tiêu thụ từ lưới điện. Đây cũng chính là nguyên lý hòa lưới điện mặt trời .
Khi mất điện lưới, inverter trong mạng lưới hệ thống sẽ ngay lập tức ngắt liên kết với lưới điện. Điều này bảo vệ chắc như đinh rằng mạng lưới hệ thống pin năng lượng mặt trời không phát điện lên lưới gây nguy hại cho nhân viên cấp dưới sửa chữa thay thế lưới điện .
Sơ đồ nguyên lý pin mặt trời
Khi một photon chạm vào mảnh silic, một trong hai điều sau sẽ xảy ra :
- Photon truyền trực xuyên qua mảnh silic. Điều này thường xảy ra khi năng lượng của photon thấp hơn năng lượng đủ để đưa các hạt electron lên mức năng lượng cao hơn.
- Năng lượng của photon được hấp thụ bởi silic. Điều này thường xảy ra khi năng lượng của photon lớn hơn năng lượng để đưa electron lên mức năng lượng cao hơn.
Khi photon được hấp thụ, năng lượng của nó được truyền đến những hạt electron trong màng tinh thể. Thông thường những electron này lớp ngoài cùng, và thường được kết dính với những nguyên tử lân cận cho nên vì thế không hề chuyển dời xa. Khi electron được kích thích, trở thành dẫn điện, những electron này hoàn toàn có thể tự do vận động và di chuyển trong bán dẫn .
Khi đó nguyên tử sẽ thiếu 1 electron và đó gọi là “ lỗ trống ”. Lỗ trống này tạo điều kiện kèm theo cho những electron của nguyên tử bên cạnh chuyển dời đến điền vào “ lỗ trống ”, và điều này tạo ra lỗ trống cho nguyên tử lân cận có “ lỗ trống ”. Cứ liên tục như vậy “ lỗ trống ” chuyển dời xuyên suốt mạch bán dẫn. Đây chính là sơ đồ nguyên lý pin mặt trời .
Một photon chỉ cần có năng lượng lớn hơn năng luợng đủ để kích thích electron lớp ngoài cùng dẫn điện. Tuy nhiên, tần số của mặt trời thường tương tự 6000 ° K, vì vậy nên hầu hết năng lượng mặt trời đều được hấp thụ bởi silic. Tuy nhiên hầu hết năng lượng mặt trời quy đổi thành năng lượng nhiệt nhiều hơn là năng lượng điện sử dụng được .
Xem thêm: Báo giá lắp đặt hệ thống điện năng lượng mặt trời
Hi vọng với lượng kỹ năng và kiến thức trên sẽ giúp giải đáp được hết những vướng mắc về thành phần cấu trúc và sơ đồ nguyên lý pin mặt trời của quý bạn đọc .
Tấm pin năng lượng mặt trời chất lượng cao do Vũ Phong Energy Group phân phối được Bảo hành 10 – 25 năm, tuổi thọ trên 50 năm, chất lượng đạt tiêu chuẩn Châu Âu, Bảo hành hiệu suất của pin quang điện sau 25 năm còn trên 80 % – 90 %. Sản phẩm có nhiều mức hiệu suất từ 3W đến 400W với size khác nhau .
Các thông tin trên là những thông tin cơ bản, để có bảng giá chi tiết, chính sách và thông số thiết bị xin vui lòng email [email protected], hoặc nhấp vào nhận báo giá điện mặt trời hoặc gọi số miễn cước 18007171 để kỹ sư tư vấn lắp điện mặt trời của Vũ Phong Energy Group hỗ trợ.
Vũ Phong Energy Group là đơn vị có kinh nghiệm trên 12 năm tổng thầu thi công điện mặt trời áp mái cho dân dụng, công nghiệp, nhà máy và trang trại năng lượng mặt trời, với đội ngũ hơn 350 nhân sự tính đến hết 2019, đã thi công hơn 500MWp và đang vận hành hơn 325MWp nhà máy điện mặt trời, đạt tiêu chuẩn ISO 9001:2015, ISO 14001:2015 và ISO 45001:2018 chứng nhận quốc tế bởi SGS Global, cam kết mang đến khách hàng các dự án điện mặt trời chất lượng cao, hiệu suất cao và tuổi thọ trên 30 năm.
Ảnh: Các chứng nhận ISO của Vũ Phong Energy Group.
