Cấu tạo pin mặt trời – Phân loại & Nguyên lý hoạt động – Soltechjsc

Cấu tạo tấm pin mặt trời (Solar Panel) từ vật liệu gì? Phân loại pin mono & poly, nguyên lý hoạt động & ứng dụng pin năng lượng mặt trời

Được xem là nguồn năng lượng thay thế đầy hứa hẹn trong nhiều thập kỷ, các tấm pin mặt trời được phủ lên mái nhà và được ứng dụng ở các công trình tiện ích nhằm mục đích thu được nguồn năng lượng tự nhiên vốn có để tạo ra nguồn điện phục vụ cho đời sống và sản xuất. Với nhiều thông tin còn khá ít thì nhiều người vẫn còn băn khoăn với những cụm từ khá chuyên ngành như solar panel là gì? Hay năng lượng mặt trời là gì? Vậy hãy cùng SOLTECH giải đáp những thắc mắc về cấu tạo pin mặt trời, phân loại & nguyên lý hoạt động của nguồn năng lượng mặt trời tự nhiên dồi dào này.

Hình ảnh pin năng lượng mặt trời

1. Cấu tạo pin mặt trời

1.1 Cấu tạo pin năng lượng mặt trời

Pin mặt trời là một thiết bị điện tử, trực tiếp chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành điện năng. Ánh sáng chiếu vào pin mặt trời tạo ra điện áp để tạo năng lượng điện. Quá trình này đòi hỏi trước tiên cấu tạo pin mặt trời phải là một vật liệu mà trong đó sự hấp thụ ánh sáng làm tăng electron lên trạng thái năng lượng cao hơn và thứ hai là sự chuyển động của electron năng lượng cao hơn này từ pin mặt trời sang mạch ngoài. Sau đó, electron sẽ tiêu tán năng lượng của nó trong mạch ngoài và quay trở lại pin mặt trời. Một loạt các vật liệu và quy trình có khả năng đáp ứng các yêu cầu về chuyển đổi năng lượng quang điện, nhưng trong thực tế, gần như tất cả các chuyển đổi năng lượng quang điện đều sử dụng vật liệu bán dẫn ở dạng tiếp giáp p-n.

1.2 Pin mặt trời được cấu tạo từ vật liệu gì?

Pin mặt trời được cấu tạo từ vật liệu gì mà có sức bền chịu đựng được nắng mưa trong thời gian dài tân 20 đến 50 năm như vậy? Liệu cấu tạo tấm pin mặt trời có gì đặc biệt? Cùng điểm qua một số thành phần cấu tạo nên tâm pin năng lượng mặt trời đặt biệt có thể hấp thụ ánh sáng mặt trời này.

Cấu tạo pin mặt trời được chế tạo bằng 6 thành phần chính được mô tả dưới bài viết dưới đây. Chúng được lắp ráp tại các nhà máy sản xuất tiên tiến, hiện đại bậc nhất thế giới với độ chính xác cực cao. Các tấm năng lượng mặt trời được chế tạo bằng pin mặt trời tinh thể silicon, cho đến nay đây được xem là công nghệ năng lượng mặt trời phổ biến nhất và hiệu suất cao nhất hiện nay. Các công nghệ PV mặt trời khác có sẵn như các tế bào in màng mỏng và màn hình những công nghệ này vẫn đang được cải tiến và phát triển.

6 thành phần chính để cấu tạo pin năng lượng mặt trời bao gồm:

Hình ảnh cấu tạo của hệ thống pin mặt trời

1. Các tế bào quang điện mặt trời (Solar cell)

2. Kính cường lực – dày 3 đến 4 mm

3. Khung nhôm ép

4. Bao bọc – Các lớp màng EVA

5. Tấm nền phía sau Polymer

6. Hộp kết nối – điốt và kết nối

1.2.1 Cấu tạo pin mặt trời từ tế bào quang điện PV

Các tế bào quang điện mặt trời hoặc tế bào PV là một nguyên liệu làm pin mặt trời nhằm giúp việc chuyển đổi ánh sáng mặt trời trực tiếp thành năng lượng điện DC. Hiệu suất của bảng điều khiển năng lượng mặt trời được xác định bởi các tế bào và đặc tính của silicon được sử dụng, với hai loại chính là silicon đơn tinh thể và đa tinh thể. Cơ sở của tế bào silicon có thể được xây dựng bằng cách sử dụng các chất phụ gia khác nhau để tạo ra silicon loại p dương tính hoặc silicon loại n âm tính. Có một số kích thước và cấu hình ô khác nhau có sẵn cung cấp mức độ hiệu quả cũng như hiệu suất khác nhau.

Hầu hết các tấm pin mặt trời chứa 60 tế bào đơn hoặc đa tinh thể được liên kết với nhau thông qua các thanh nối tiếp để tạo ra điện áp trong khoảng 30-40 V tùy thuộc vào loại tế bào được sử dụng. Các tấm pin mặt trời lớn hơn được sử dụng cho các hệ thống thương mại và nhà ở năng lượng mặt trời quy mô tiện ích chứa 72 hoặc 96 tế bào và lần lượt hoạt động ở điện áp cao hơn. Các tiếp điểm điện kết nối các tế bào được gọi là thanh cái và cho phép dòng điện chạy qua tất cả các tế bào trong một mạch.

1.2.2 Tấm kính bảo vệ

Tấm kính phía trước là một thành phần cấu tạo pin mặt trời để bảo vệ các tế bào PV khỏi thời tiết và tác động từ mưa đá hoặc mảnh vụn trong không khí. Kính được sử dụng thường là kính cường lực với cường độ cao, dày từ 3.0 đến 4.0mm và được thiết kế chống lại tải trọng cơ học và thay đổi nhiệt độ khắc nghiệt. Thử nghiệm tác động tiêu chuẩn tối thiểu theo tiêu chuẩn IEC yêu cầu các tấm pin mặt trời chịu được tác động của đá mưa có đường kính 1 inch (25mm) di chuyển lên đến 60 dặm/giờ (27 m / s). Trong trường hợp xảy ra tai nạn hoặc kính cường lực va chạm mạnh cũng an toàn hơn nhiều so với kính tiêu chuẩn vì nó vỡ thành các mảnh nhỏ thay vì các phần răng cưa sắc nhọn.

Kính bảo vệ

Để cải thiện hiệu quả và hiệu suất, kính cường lực xuyên thấu được sử dụng phổ biến ở các nhà sản xuất, bởi loại kính này hàm lượng sắt rất thấp và lớp phủ chống phản chiếu ở phía sau để giảm tổn thất và cải thiện khả năng truyền ánh sáng.

1.2.3 Khung nhôm

Khung nhôm đóng một vai trò quan trọng trong cấu tạo pin năng lượng mặt trời để bảo vệ cạnh của phần gỗ chứa các tế bào, cung cấp một cấu trúc vững chắc để gắn bảng điều khiển năng lượng mặt trời vào vị trí. Các phần nhôm ép đùn được thiết kế cực kỳ nhẹ, cứng và có thể chịu được áp lực cực lớn, tải từ gió lớn và các lực bên ngoài.

Khung nhôm bảo vệ

Khung nhôm có thể có màu bạc hoặc đen tùy thuộc vào nhà sản xuất bảng điều khiển, các phần góc có thể được vặn, ép hoặc kẹp lại với nhau cung cấp mức độ mạnh và độ cứng khác nhau.

1.2.4 Lớp phim EVA

EVA là viết tắt của ‘ethylene vinyl acetate, một lớp Polymer được thiết kế đặc biệt có độ trong suốt (nhựa) được sử dụng để bọc các tế bào và giữ chúng ở đúng vị trí trong quá trình sản xuất. Vật liệu EVA phải cực kỳ bền và chịu được nhiệt độ và độ ẩm khắc nghiệt, nó đóng một phần quan trọng trong hiệu suất dài hạn, ngăn chặn hơi ẩm và bụi bẩn xâm nhập vào trong cấu tạo của pin mặt trời.

Việc ghép hai bên của các tế bào PV sẽ tạo ra một số sự hấp thụ sốc giúp bảo vệ các tế bào và dây kết nối khỏi sự rung động, tác động đột ngột từ đá mưa đá và các vật thể khác. Một bộ phim chất lượng cao của EVA với mức độ cao được gọi là linking liên kết chéo có thể là sự khác biệt giữa tuổi thọ dài hoặc lỗi bảng điều khiển do thấm nước. Trong quá trình sản xuất, các tế bào được lắp đặt trước tiên với EVA trước khi được lắp ráp bên trong tấm kính và tấm lưng.

1.2.5 Tấm nền phía sau Polymer

Tấm nền là lớp phía sau cùng để cấu tạo pin năng lượng mặt trời, thông thường nó đóng vai trò như một hàng rào chống ẩm và lớp da bên ngoài cuối cùng để nhằm mục đích bảo vệ cơ học và cách điện. Vật liệu tấm nền được làm từ nhiều loại Polymer hoặc nhựa khác nhau bao gồm PP, PET và PVF cung cấp các mức độ bảo vệ khác nhau, ổn định nhiệt và chống tia cực tím lâu dài. Tấm nền thường có màu trắng nhưng cũng có thể dưới trong suốt hoặc đen tùy thuộc vào nhà sản xuất và mô-đun.

Vật liệu ‘Tedlar xông PVF từ Dupont được biết đến như một trong những tấm nền hiệu suất cao hàng đầu cho sản xuất mô-đun PV.

1.2.6 Hộp nối

Hộp nối là một vỏ bọc chống thời tiết nhỏ nằm ở phía sau của bảng điều khiển. Nó là một thiết bị khá cần thiết trong cấu tạo của pin năng lượng mặt trời để gắn chắc chắn các dây cáp để kết nối các bảng. Hộp nối có vai trò rất quan trọng vì nó là điểm trung tâm, nơi tất cả các tế bào đặt liên kết với nhau và phải được bảo vệ khỏi độ ẩm và bụi bẩn.

Hộp nối

Đầu nối năng lượng MC4

Hầu như trong cấu tạo tấm pin năng lượng mặt trời thì tất cả các tấm pin mặt trời được kết nối với nhau bằng cách sử dụng phích cắm và ổ cắm chịu được thời tiết đặc biệt gọi là đầu nối MC4. Thuật ngữ MC4 là viết tắt của đầu nối đường kính 4mm đa tiếp xúc. Do điều kiện thời tiết khắc nghiệt, các đầu nối phải rất chắc chắn, an toàn, chống tia cực tím và duy trì kết nối tốt với điện trở tối thiểu ở cả điện áp thấp và cao đến 1000V.

Các đầu nối được thiết kế để được sử dụng với cáp DC năng lượng mặt trời cách điện kép 4mm hoặc 6 mm với lõi đa sợi đồng mạ thiếc cho điện trở tối thiểu. Để lắp ráp chính xác các đầu nối, một công cụ uốn đặc biệt được sử dụng để uốn cáp nhiều sợi vào đầu cực bên trong, sau đó được lắp và ngắt vào vỏ MC4.

Sử dụng đầu nối năng lượng trong cấu tạo pin mặt trời để tránh và giảm thiểu những tai nạn cháy nổ, hoặc hư hỏng hệ thống pin năng lượng mặt trời. Những hình thức hoạt động khác nhau này tạo ra các loại tấm pin mặt trời khác nhau, mức giá cũng chênh lệch nhau đáng kể, cũng như tuổi thọ và sản lượng điện được tạo ra

2. Các loại pin năng lượng mặt trời

Pin năng lượng mặt trời có mấy loại? Tính chất của từng loại như thế nào? Tấm pin năng lượng mặt trời nào tốt nhất? Để giải đáp những thông tin này thì cùng SOLTECH tìm hiểu qua cấu tạo các loại pin năng lượng. Có 3 loại công nghệ được sử dụng trong các tấm pin mặt trời có sẵn trên thị trường hiện nay, đó là các loại đơn tinh thể, đa tinh thể và màng mỏng vô định hình. Trọng lượng tấm pin năng lượng mặt trời thường nặng ở mức 23kg/1 tấm

Gần 90% quang điện trên thế giới ngày nay dựa trên một số biến thể của silicon. Trong năm 2011, khoảng 95% tất cả các lô hàng của các nhà sản xuất từ Hoa Kỳ đến các khu vực khác là các tấm pin mặt trời silicon tinh thể.

Các silicon được sử dụng trong PV có nhiều hình thức như tấm pin vô định hình hay pin Mono và Poly. Sự khác biệt chính là độ tinh khiết của silicon. Nhưng độ tinh khiết silicon thực sự có nghĩa là gì? Các phân tử silicon càng được liên kết chặt chẽ, thì pin mặt trời sẽ chuyển hóa năng lượng mặt trời (ánh sáng mặt trời) thành điện năng (hiệu ứng quang điện) càng tốt.

Hiệu quả của các tấm pin mặt trời đi đôi với độ tinh khiết, nhưng các quá trình được sử dụng để tăng cường độ tinh khiết của silicon rất tốn kém. Vậy pin mặt trời loại nào tốt? Cùng SOLTECH điểm qua các loại tấm pin năng lượng mặt trời để hiểu rõ hơn về pin năng lượng mặt trời.

Pin năng lượng mặt trời này có thể được chế tạo dưới 3 loại:

• Silicon đơn tinh thể hay còn gọi là pin Mono

• Silicon đa tinh thể hay còn gọi là pin mặt trời Poly

• Silic vô định hình

Vậy pin mặt trời nào tốt? Cùng SOLTECH điểm qua một số thông tin về 3 loại pin năng lượng mặt trời để tìm ra pin năng lượng mặt trời loại nào tốt, phù hợp nhất mà bạn có thể lắp đặt sử dụng hệ thống pin năng lượng mặt trời này.

2.1 Pin năng lượng mặt trời Mono (Monocrystalline).

Pin năng lượng mặt trời Mono được tạo ra từ các tế bào silicon đơn tinh thể (Mono-Si), còn được gọi là silicon đơn tinh thể (đơn tinh thể-Si), cũng không quá khó để nhận biết tấm pin năng lượng Mono này, bởi nó có màu đen đặc trưng, các cạnh được bo góc, sự tinh khiết cho thấy nó được chế tạo từ loại silicon có độ tinh khiết cao.

Thêm vào đó, pin mặt trời đơn tinh thể cũng là dạng pin mặt trời silicon hiệu quả nhất trong không gian. Chúng có lợi thế là pin mặt trời dựa trên silicon với thời gian sử dụng lâu dài nhất, với tuổi thọ dự kiến ​​khoảng 50 năm. Trên thực tế, chúng ta sẽ thấy rằng nhiều nhà sản xuất sẽ sẵn sàng cung cấp điều kiện bảo hành sản phẩm lên tới 25 năm trên các tấm pin mặt trời này, kéo dài một nửa thời gian dự kiến ​​của họ.

Hình ảnh pin mặt trời Mono

Mặc dù loại pin này vẫn là một trong những loại ưu việt trong số tất cả các loại pin mặt trời, nhưng đi kèm với đó nó có một mức giá bán ra không hề nhỏ. Pin tế bào đơn tinh thể là lựa chọn tốt nhất trong số tất cả các loại pin năng lượng mặt trời silicon.

Với pin mặt trời Mono ở Việt Nam cũng đang được sử dụng khá nhiều, tùy mức chi phí bỏ ra để lắp đặt loại pin này khá cao nhưng lợi ích mà tấm pin này mang lại không hề nhỏ, giá trị sử dụng lâu dài nên vẫn được lựa chọn hàng đầu trong số 2 loại pin còn lại

2.2 Pin năng lượng mặt trời Poly (Polycrystalline).

Các tấm pin mặt trời đầu tiên dựa trên silicon đa tinh thể, còn được gọi là Polysilicon (p-Si) và silicon đa tinh thể (mc-Si), đã được giới thiệu ra thị trường vào năm 1981. Không giống như các tấm pin mặt trời dựa trên đơn tinh thể, các tấm pin mặt trời đa tinh thể. không yêu cầu quá trình Czochralski. Silic thô được nấu chảy và đổ vào khuôn vuông, được làm lạnh và cắt thành các tấm vuông hoàn hảo.

Hình ảnh pin năng lượng Poly

Quá trình sản xuất pin mặt trời silicon đa tinh thể tương tự như pin mặt trời đơn tinh thể, nhưng hiệu suất chuyển đổi quang điện của pin mặt trời đa tinh thể giảm đi rất nhiều, và hiệu suất chuyển đổi quang điện của nó là chỉ khoảng 13% – 16%. Bởi vì vật liệu sản xuất đơn giản của pin, tiết kiệm năng lượng, làm cho tổng chi phí sản xuất không quá cao, vì vậy pin năng lượng Poly đã được phát triển rất nhiều. Ngoài ra, tuổi thọ của pin mặt trời Poly silicon cũng ngắn hơn pin mặt trời đơn tinh thể khoản từ 15-25 năm. Về hiệu suất, pin mặt trời đơn sắc sẽ tốt hơn một chút.

2.3 Pin mặt trời silic vô định hình

Pin mặt trời silic vô định hình là một loại pin mặt trời màng mỏng mới xuất hiện vào năm 1976. Nó khác hoàn toàn với các phương pháp sản xuất pin mặt trời silicon đơn tinh thể và đa tinh thể, quá trình này được đơn giản hóa rất nhiều, vật liệu silicon được tiêu thụ ít hơn, năng lượng ít hơn tiêu thụ thấp hơn, và lợi thế chính của nó là có thể tạo ra điện trong điều kiện ánh sáng yếu. Tuy nhiên, vấn đề chính của pin mặt trời silic vô định hình là hiệu suất chuyển đổi quang điện thấp, không đủ ổn định. Với việc kéo dài thời gian, hiệu quả chuyển đổi của nó bị suy giảm.

2.4 So sánh pin Mono và Poly

Với 2 loại pin thường được sử dụng nhiều nhất hiện nay nhưng hiệu suất và năng suất hoạt động chênh lệch nhau khá lớn. Cùng SOLTECH so sánh pin Mono và Poly xem những đặc điểm của 2 loại pin này sử dụng qua mức hiệu suất hoạt động, giá thành cũng như tuổi thọ của mỗi loại pin.

Pin năng lượng Mono

Pin năng lượng Poly

Hiệu suất sử dụng

15% – 24%

13% – 16%

Tuổi thọ

Lên đến 35 năm

Khoản 15 – 25 năm

Màu sắc

Màu đen, giữa các tế bào là màu trắng

Màu xanh

Hệ số suy giảm hiệu suất

Ở mức từ 30% – 40%

Ở mức khoản 50%

Vị trí lắp đặt

Dễ dàng hấp thụ ánh nắng dù lắp đặt ở bất kỳ vị trí nào

Hấp thụ ánh nắng ở những nơi có nhiều nắng

(Sự giãn nở và chịu nhiệt khá tốt)

Giá thành

Giá thành cao do sử dụng loại silicon tinh khiết, đổ bềnh cao, tần suất tốt

Giá thành thấp hơn so với pin năng lượng Mono (nhưng hiện nay công nghệ đang được cải tiến thì việc vận hành và sử dụng tốt hơn rất nhiều)

Qua bảng so sánh pin mặt trời Mono và Poly này thì ta có thể dễ dàng nhận thấy rằng pin năng lượng Mono tuy giá thành cao hơn như về giá trị sử dụng lâu dài cũng như sức bền thì hơn hẳn so với Poly. Tùy theo mức chi phí ban đầu cũng như mục đích sử dụng mà mỗi gia đình, doanh nghiệp có thể lựa chọn cho mình hệ thống pin năng lượng phù hợp nhất.

2.5 Ưu nhược điểm pin năng lượng mặt trời Mono và Poly

– Ưu điểm của pin năng lượng mặt trời Mono

• Có mức hiệu quả cao nhất ở mức 15 – 24%

• Không cần quá nhiều không gian hơn so với các loại khác, hiệu quả hoạt động cao.

• Các nhà sản xuất cam kết loại pin mặt trời này tồn tại lâu bền nhất, được bảo hành lên đến 25 năm.

• Tấm pin năng lượng mặt trời này hoạt động tốt hơn ở mức độ thấp của ánh sáng mặt trời, khiến cho loại pin này trở nên lý tưởng khi lắp đặt ở mọi vị trí.

– Nhược điểm của tấm pin mặt trời Mono:

• Chúng là những pin mặt trời giá khá cao trên thị trường

• Các mức hiệu suất có xu hướng bị tăng nhiệt độ. Tuy nhiên, đó là một khuyết điểm khá nhỏ khi so sánh với các dạng pin mặt trời khác

• Có rất nhiều chất thải khi silicon bị cắt đào thải ra trong quá trình sản xuất

– Ưu điểm pin năng lượng mặt trời Poly:

• So sánh giữa pin Mono và Poly thì về mặt sản xuất thì pin Poly sẽ có mức giá thành thấp hơn nhiều so với pin năng lượng mặt trời Mono

• Nó tránh chất thải silicon ra ngoài môi trường ở mức thấp nhất

– Nhược điểm của pin năng lượng mặt trời Poly (Pin mặt trời đa tinh thể)

• Hiệu quả chỉ khoảng 13-16% do mức độ tinh khiết silicon thấp. Vì vậy, chúng không phải là loại pin hoạt động hiệu quả nhất trên thị trường

• Cần nhiều không gian lắp đặt để có thể thu được lượng nhiệt năng lượng mặt trời một cách tối đa và hiệu quả nhất.

• Nhiệt độ cao có nhiều tác động tiêu cực đến với pin năng lượng mặt trời Mono và Poly thì ở loại pin mặt trời Poly thì lượng nhiệt thoát ra khá nhiều, điều này gây ảnh hưởng đến hiệu suất hoạt động của pin.

• Chính nhờ sự hấp thụ ánh sáng mạnh khiến cho pin Poly được xem là loại pin không phù hợp với khí hậu tại Việt Nam nắng nóng thất thường.(vì nếu hấp thụ quá nhiều ánh sáng thì thời gian hoạt động của pin sẽ giảm đi rất nhiều).

Tùy theo nhu cầu cũng như mục đích mong muốn sử dụng mà chúng ta có thể lựa chọn loại pin năng lượng mặt trời với nhiều hiệu suất cũng như mức giá khác nhau để lắp đặt hệ thống năng lượng mặt trời. Nếu bạn vẫn còn đang băn khoăn và lo lắng về những loại pin để lắp đặt hệ thống điện năng lượng mặt trời thì bạn có thể liên hệ ngay SOLTECH để được nhân viên SOLTECH tư vấn cũng như hỗ trợ miễn phí giải đáp những thắc mắc, băn khoăn của bạn.

3. Nguyên lý hoạt động của pin mặt trời

Nguyên lý hoạt động của pin mặt trời xảy ra như thế nào? cách sử dụng pin năng lượng mặt trời hiệu quả. Các mô-đun quang điện, thường được gọi là mô-đun năng lượng mặt trời, là thành phần chính trong tấm pin năng lượng mặt trời, được sử dụng để chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành điện năng. Các mô-đun năng lượng mặt trời được làm bằng chất bán dẫn rất giống với các mô-đun được sử dụng để tạo ra các mạch tích hợp cho thiết bị điện tử.

Loại chất bán dẫn phổ biến nhất hiện đang được sử dụng được làm từ tinh thể silicon. Với nguyên lý pin mặt trời này thì các tinh thể silic được ép thành các lớp loại n và loại p, xếp chồng lên nhau. Ánh sáng chiếu vào các tinh thể tạo ra hiệu ứng quang điện trong, tạo ra điện. Điện được sản xuất từ tấm pin được gọi là dòng điện trực tiếp (DC) và có thể được sử dụng ngay lập tức hoặc được lưu trữ trong pin để chuyển hóa thành dòng điện xoay chiều AC sử dụng cho các thiết bị..

Đối với các hệ thống pin được lắp đặt trên các ngôi nhà được chuyển đổi nguồn điện một chiều DC bởi 1 thiết bị gọi là bộ hòa lưới, thiết bị này còn gọi là biến tần hòa lưới, nó sẽ thay đổi dòng điện một chiều DC thành dòng điện xoay chiều (AC), nguồn điện phổ biến được sử dụng rộng rãi hiện nay.

Tinh thể silicon có độ tinh khiết cao được sử dụng để sản xuất pin mặt trời. Các tinh thể được xử lý vào pin mặt trời bằng phương pháp nấu chảy và đúc. Đúc hình khối sau đó được cắt thành thỏi, và sau đó cắt thành các tấm mỏng rất mỏng.

4. Tìm hiểu solar panel là gì?

Solar panel là gì? Hay pin năng lượng mặt trời là gì? Với nhiều người khi mới tìm hiểu về nguồn năng lượng mặt trời thì còn khá xa lạ với cụm từ này. Solar Panel là tên tiếng anh của tấm pin điện năng lượng mặt trời, nhận được khá nhiều sự quan tâm trong thời gian qua. Vậy pin mặt trời là gì? Công dụng của pin đối với hệ thống năng lượng mặt trời? Cùng SOLTECH tìm hiểu về pin năng lượng mặt trời và vai trò quan trọng của nó.

Hình ảnh tấm pin năng lượng đang được sử dụng rộng rãi và phổ biến hiện nay

4.1 Pin mặt trời là gì?

Pin mặt trời được coi là một trong những công nghệ chính hướng tới việc cung cấp năng lượng bền vững tiết kiệm chi phí và bảo vệ môi trường hiệu quả. Mà nhiều gia đình cũng như doanh nghiệp đang hướng tới.

Nói một cách đơn giản, một tấm pin mặt trời hoạt động bằng cách cho phép các photon, hoặc các hạt ánh sáng đánh bật các electron khỏi nguyên tử, tạo ra dòng điện. Các tấm pin mặt trời bao gồm nhiều đơn vị nhỏ được gọi là các tế bào quang điện. (Quang điện có nghĩa là chúng chuyển đổi nguồn ánh sáng mặt trời thành điện năng để sử dụng) Nhiều tế bào liên kết với nhau tạo thành một tấm pin mặt trời.

Một tấm pin mặt trời là một tổ hợp các pin mặt trời có thể chuyển đổi ánh sáng trực tiếp thành điện năng. Bằng cách kết hợp công suất của một số tấm pin mặt trời, một phần nhu cầu điện của gia đình có thể được giảm chi phí.

Hiện tại, tùy thuộc vào loại bảng điều khiển, 5 đến 19% năng lượng ánh sáng có thể được chuyển đổi thành điện. Điều này được biết đến như là đầu ra của các hệ thống điện năng lượng hiện nay khí công nghệ liên tục được cải tiến, sản lượng sẽ tăng hơn nữa. Sử dụng các tấm pin mặt trời, chúng ta có thể chuyển đổi nguồn ánh sáng mặt trời dồi dào, miễn phí và không cạn kiệt thành điện năng. Việc chuyển đổi này đạt được nhờ vào vật liệu được gọi là vật liệu bán dẫn.

Pin mặt trời trong lịch sử đã được sử dụng trong các tình huống không có nguồn điện từ lưới điện, chẳng hạn như trong các hệ thống điện vùng xa, vệ tinh quay quanh Trái đất, hệ thống tiêu dùng, ví dụ: máy tính cầm tay hoặc đồng hồ đeo tay, điện thoại vô tuyến từ xa và các ứng dụng bơm nước.

Gần đây, các nhà nghiên cứu trên thế giới đã sản xuất những tâm pin năng lượng mặt trời siêu mỏng, pin mặt trời linh hoạt chỉ dày 1,3 micron – bằng khoảng 1/100 chiều rộng của một sợi tóc người – và nhẹ hơn 20 lần so với một tờ giấy văn phòng. Trên thực tế, các tế bào rất nhẹ đến nỗi chúng có thể ngồi trên bong bóng xà phòng, nhưng chúng tạo ra năng lượng với hiệu quả tương đương với pin mặt trời dựa trên thủy tinh, các nhà khoa học báo cáo trong một nghiên cứu được công bố năm 2016 trên tạp chí Organic Electronics. Các pin mặt trời nhẹ hơn, linh hoạt hơn như chúng có thể được tích hợp vào kiến ​​trúc, công nghệ hàng không vũ trụ hoặc thậm chí là các thiết bị điện tử có thể đeo được.

4.1 Solar cell là gì?

Solar cell là gì? nó có vai trò và ảnh hưởng như thế nào đến hệ thống pin năng lượng mặt trời đang được sử dụng ngày càng nhiều. Cell pin mặt trời hay còn gọi là tế bào quang điện là một thiết bị chuyển đổi các photon từ mặt trời (ánh sáng mặt trời) thành điện năng, khác với tế bào nhiệt quang điện (PVT). Những gì pin mặt trời làm là tạo ra năng lượng điện trực tiếp từ ánh sáng mặt trời. Chúng được kết nối bằng điện và được sắp xếp gọn gàng với nhau trong một khung lớn được gọi là bảng mặt trời. Bản thân pin mặt trời được làm từ chất bán dẫn silicon hấp thụ ánh sáng mặt trời và sau đó chuyển đổi thành điện năng.

Để hoạt động, cell pin năng lượng mặt trời (tế bào quang điện) cần thiết lập một điện trường. Giống như một từ trường xảy ra do các cực đối diện, một điện trường xảy ra khi các điện tích trái dấu được tách ra.

Cụ thể, để hạt phốt pho vào lớp silicon trên cùng, bổ sung thêm các electron, với điện tích âm, cho lớp đó. Trong khi đó, lớp dưới cùng nhận được một lượng boron, dẫn đến ít electron hơn hoặc tích điện dương. Tất cả điều này thêm vào một điện trường tại điểm nối giữa các lớp silicon. Sau đó, khi một photon ánh sáng mặt trời đánh bật một electron tự do, điện trường sẽ đẩy electron đó ra khỏi điểm nối silicon.

Một vài thành phần khác của tế bào biến những electron này thành sức mạnh có thể sử dụng được. Các tấm dẫn kim loại ở hai bên của tế bào thu thập các electron và chuyển chúng vào dây dẫn. Tại thời điểm đó, các electron có thể chảy như bất kỳ nguồn điện nào khác. Chuyển đổi này được gọi là hiệu ứng quang điện và lĩnh vực nghiên cứu liên quan đến cell năng lượng mặt trời được gọi là quang điện.

4.2 Pin năng lượng mặt trời ở việt nam

Ở Việt Nam thì trong những năm trở lại đây các hệ thống pin năng lượng mặt trời đang được chú trọng và đầu tư, nhằm tăng cường sử dụng nguồn năng lượng dồi dào sẵn có để sản sinh ra nguồn điện phục vụ cho các mục đích, nhu cầu về sinh hoạt kinh doanh.

Hiện nay việc lắp đặt hệ thống điện năng lượng mặt trời đang được mở rộng lắp đặt tại nhiều thành phố như Hà Nội, Hải Phòng, Đà Nẵng hay TP Hồ Chí Minh…

Với việc lắp đặt hệ thống pin năng lượng mặt trời ở Việt Nam sẽ góp phần tiết kiệm chi phí sử dụng lưới điện chung với giá điện ngày càng tăng dần đều theo thời gian.

5. Ứng dụng của pin mặt trời

Trên thế giới, hiện nay con người chúng ta đã sử dụng năng lượng mặt trời từ rất lâu rồi, và trong khi có rất nhiều cuộc thảo luận về việc sử dụng năng lượng mặt trời để tận dụng được nguồn năng lượng tự nhiên dồi dào này. Năng lượng mặt trời là một hằng số không thay đổi – một yếu tố chính trong sự tồn tại của Trái đất. Mặt trời có thể không thay đổi, nhưng sự hiểu biết của chúng ta về nguồn năng lượng tự nhiên này thì có thể thay đổi để không lãng phí nguồn năng lượng dồi dào sẵn có này.

Thay vì đốt nhiên liệu hóa thạch như than đá và khí đốt tự nhiên, người tiêu dùng có thể tận dụng nguồn năng lượng vô hạn của mặt trời để cung cấp năng lượng cho nhà cửa, xe hơi và các thiết bị khác. Cùng SOLTECH điểm qua một số ứng dụng của pin mặt trời giúp tận dụng được nguồn năng lượng sẵn có từ thiên nhiên này

5.1 Ứng dụng của pin mặt trời trong công nghiệp

• Các doanh nghiệp muốn tiết kiệm chi phí cũng như giảm giá thành sản xuất thì có thể lắp đặt hệ thống điện năng lượng mặt trời để có thể tận dụng được nguồn năng lượng tự nhiên này để sử dụng cho các thiết bị, máy móc.

• Cung cấp nguồn nhiệt đáng kể dành cho các thiết bị sử dụng nguồn nhiệt lớn.

• Sử dụng nguồn năng lượng để chiếu sáng cho hệ thống an ninh vào buổi tối

5.2 Ứng dụng dành trong ngành nông nghiệp

• Năng lượng mặt trời dành cho ngành nông nghiệp là một lợi thế khá lớn bởi hệ thống này sẽ là nguồn năng lượng tiết kiệm khá nhiều chi phí

• Như các nhà vườn thường sử dụng hệ thống bóng đèn nhân tạo để chiếu sáng, các chủ vườn có thể sử dụng năng lượng mặt trời để tiết kiệm chi phí cũng như giảm giá thành sản xuất, tăng lợi nhuận lâu dài

• Những ngôi nhà kính với cấu trúc phủ bằng vật liệu trong suốt, sẽ cung cấp một nguồn nhiệt khá lớn để phục vụ cho việc sản xuất.

• Sử dụng hệ thống điện năng lượng mặt trời cho hệ thống tưới tiêu, các trang trại cần lượng nước khá lớn, với việc sử dụng hệ thống pin năng lượng mặt trời sẽ giúp tiết kiệm được lượng điện năng tiêu thụ khá lớn

• Còn trong ngành nuôi thủy hải sản thì việc ứng dụng hệ thống điện năng lượng mặt trời để cung cấp nguồn ánh sáng cũng như tạo khí cho đầm tôm…

5.3 Ứng dụng pin mặt trời trong giao thông vận tải

Xe lửa, xe điện, tàu điện ngầm, xe buýt, máy bay và ô tô đang dần chuyển sang sử dụng năng lượng mặt trời. Vì nguồn năng lượng tự nhiên này giúp giảm thiểu khí thải đưa ra môi trường nhằm bảo vệ một môi trường sống trong lành ít khói bụi. Ứng dụng pin mặt trời vào lĩnh vực giao thông vận tải có thể giúp giải quyết các vấn đề môi trường và tạo ra một tương lai tươi sáng hơn cho tất cả mọi người.

Ngày nay trên thế giới thì các loại phương tiện sử dụng năng lượng mặt trời để thay thế các mô hình đốt dầu truyền thống. Các loại phương tiện đã được sử dụng năng lượng mặt trời trong hệ thống phổ biến như xe chạy bằng điện, xe hybrid và xe chạy bằng năng lượng quang điện (PV). Năng lượng PV đến từ mặt trời, và là sự đổi mới mới nhất của ngành năng lượng tái tạo ở trên thế giới. Gần đây, chiếc máy bay chạy bằng năng lượng mặt trời đầu tiên của Mỹ đã đi qua Thái Bình Dương như một minh chứng cho tiềm năng to lớn của nguồn năng lượng này.

5.4 Hệ thống sưởi năng lượng mặt trời

Năng lượng mặt trời là một công cụ tuyệt vời để sưởi ấm và làm mát, nhưng khả năng sưởi ấm của nó khá tốt. Bộ thu nhiệt mặt trời cho phép mọi người khai thác PV để lấy nhiệt, hoặc sử dụng nhiệt để dùng trong các hoạt động sản xuất cần lượng nhiệt lớn. Một số thiết bị sử dụng năng lượng mặt trời tồn tại trên thị trường sử dụng năng lượng nhiệt mặt trời Sun, bao gồm:

• Phòng năng lượng mặt trời

• Máy nước nóng năng lượng mặt trời

• Máy sưởi không gian năng lượng mặt trời

• Bể nước nóng năng lượng mặt trời và bồn tắm nước nóng

• Máy giặt chạy bằng năng lượng mặt trời

• Vòi sen di động

• Lò nướng năng lượng mặt trời và vỉ nướng

• Tua bin và máy phát điện sử dụng hơi nước nóng, áp suất

• Thu nhiệt dùng trong nông nghiệp

5.5 Nguồn điện mặt trời phục vụ cho cuộc sống hằng ngày

Cuối cùng nhưng không kém phần quan trọng, năng lượng mặt trời là nguồn năng lượng được phát ra từ mặt trời hàng ngày. Các tòa nhà dân cư và thương mại có thể sử dụng các tấm PV trên mái nhà hoặc khoảng trống dư thừa để thu được các tia nắng mặt trời tốt nhất và chuyển chúng thành điện năng để sử dụng. Một ngôi nhà hoặc doanh nghiệp có thể sử dụng điện năng lượng mặt trời như năng lượng điển hình – cho đèn, thiết bị, máy tính, trung tâm dữ liệu, máy móc, v.v. Một hệ thống mái với các tấm PV thường đủ để đạt được sự tiết kiệm lượng điện dùng chung đáng kể và đảm bảo một tương lai xây dựng vững bền giảm sự phụ thuộc vào lưới điện chính.

Ứng dụng của hệ thống pin trong đời sống hằng ngày

Năng lượng mặt trời là một dạng năng lượng sạch, có thể tái tạo, an toàn và dồi dào. Việc ứng dụng pin năng lượng mặt trời sẽ giúp ta không phụ thuộc vào việc đốt than, gas hoặc dầu. Nó không hủy hoại Trái đất các tài nguyên quan trọng hoặc thải chất độc có hại vào khí quyển. Ở đây đơn giản chỉ là sử dụng một kho năng lượng vô tận mà mặt trời có sẵn và cho chúng ta sử dụng mỗi ngày.

Thông thường thì ở mỗi gia đình việc lấy sử dụng điện dành cho các hoạt động sống, sinh hoạt là điều hết sức cần thiết, với những hệ thống điện năng lượng mặt trời khi được đưa vào sử dụng sẽ tạo là một lượng điện năng nhất định để sử dụng, tiết kiệm được một khoản chi phí đang kế.

Qua bài viết SOLTECH hy vọng sẽ một phần nào giúp mọi người có thêm thông tin về cấu tạo pin mặt trời, nguyên lý hoạt động cũng như ứng dụng của loại pin đặc biệt này. Hiện nay tại SOLTECH đang là một trong những đơn vị thi công lắp đặt hệ thống pin năng lượng mặt trời với công nghệ chuẩn Châu Âu. Với đội ngũ nhân viên chuyên nghiệp, SOLTECH cam kết mang đến cho khách hàng một hệ thống điện mặt trời tối ưu, tiết kiệm, đáng tin cậy và phù hợp nhất.