Cấu tạo của pin năng lượng mặt trời và nguyên lý hoạt động của nó ?
Pin năng lượng mặt trời có vai trò hấp thụ năng lượng và chuyển đổi quang năng thành điện năng nhằm cung cấp cho các hoạt động trong sinh hoạt và sản xuất. Vậy cấu tạo của pin năng lượng mặt trời và nguyên lý hoạt động của nó ra sao? Hãy theo dõi chia sẻ dưới đây của H’Strong nhé!
Cấu tạo của pin năng lượng mặt trời
1.Lớp tế bào quang điện Solar Cell bên trong
Tế bào quang điện, còn được gọi là solar cells, là các thành phần bán dẫn chủ yếu được làm từ silic tinh khiết. Các tế bào silic này có thể là đơn tinh thể hoặc đa tinh thể, phụ thuộc vào quy trình sản xuất của từng nhà sản xuất pin mặt trời.
Các đặc tính kỹ thuật quan trọng bao gồm kích thước, màu sắc, số lượng tế bào (cells) và hiệu suất chuyển đổi của pin mặt trời. Hiện nay, tế bào đơn tinh thể (Mono) là loại tế bào phổ biến nhất, có hiệu suất chuyển đổi khoảng 21%. Điều này cho phép tạo ra các pin mặt trời có công suất 450Wp với 144 tế bào. Thậm chí, các nhà sản xuất đang tiến dần đến việc phát triển và thương mại hóa tấm pin có công suất lên đến 600Wp trong tương lai. Các tế bào này được kết nối với nhau bằng dây đồng mỏng và được phủ bởi một lớp hợp kim thiếc.
2.Lớp kính cường lực trước của tấm pin năng lượng mặt trời
Lớp kính cường lực có tác dụng bảo vệ và đảm bảo độ bền cho tấm pin năng lượng mặt trời. Nó có độ dày khoảng 3,3mm nhưng nó có thể dao động từ 2mm đến 4mm tùy thuộc vào mỗi loại kính cường lực mà hãng sản xuất pin mặt trời đó chọn. Pin mặt trời càng tốt thì lớp kính cường lực này sẽ hấp thụ ánh sáng tốt hơn và phản xạ ánh sáng ít hơn.
3.Tấm nền của tấm pin năng lượng mặt trời
Tấm nền nằm ở mặt sau của pin năng lượng mặt trời được làm từ vật liệu bằng nhựa có chức năng cách điện , bảo vệ và che chắn các tế bào PV khỏi thời tiết và độ ẩm . Mỗi loại pin sẽ có sự khác nhau về độ dày , máu sắc, độ bền cơ học,...
4.Vật liệu đóng gói hoàn thiện pin mặt trời ( Lớp màng EVA)
Lớp màn EVA là một polymer đục mờ được đóng theo cuộn. Nó có tác dụng kết dính solar cell với lớp kính cường lực ở phía trên và tấm nền ở phía dưới. Bên cạnh đó nó còn có công dụng hấp thụ và bảo vệ solar cell. Vật liệu EVA có khả năng chịu đựng nhiệt độ khắc nghiệt và có độ bền cao.
5.Khung nhôm
Đây là một trong những phần cuối cùng được lắp rap . Khung nhôm thường được làm bằng nhôm và có chức năng đảm bảo độ bền cho tấm pin mặt trời. Ngoài ra nó có tác dụng kết cấu đủ cứng để tích hợp solar ceell và các bộ phận khác lên. Khung nhôm có thể bảo vệ , cố định các thành phần bên trong trước gió lớn và ngoại lực tác động từ bên ngoài.
6.Hộp đựng mối nối mạch điện pin năng lượng mặt trời
Hộp nối này có tác dụng đưa các mối nối điện mô đun pin mặt trời ra bên ngoài. Nó đựng các dây cap kết nối các tấm trong hệ thống. Khi chọn hộp nối, bạn nên chú ý đến chất lượng của nhựa và độ tốt của khớp nối.
Sơ đồ nguyên lý
Tấm pin năng lượng mặt trời chuyển đổi quang năng thành dòng điện một chiều (DC). Sau đó, thông qua thiết bị inverter đã 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 hệ thống pin năng lượng mặt trời sẽ kết nối với tủ điện chính, đồng bộ vào lưới điện hiện hữu, cung cấp điện song song với nguồn điện lưới (ưu tiên sử dụng điện mặt trời, nếu thiếu sẽ tự động 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 xảy ra mất điện lưới, inverter trong hệ thống sẽ lập tức ngắt kết nối với lưới điện. Điều này đảm bảo chắc chắn rằng hệ thống pin năng lượng mặt trời không phát điện lên lưới và gây nguy hiểm cho nhân viên sửa chữa lưới điện.
Khi một photon tương tác với một tấm silic, sẽ xảy ra một trong hai trường hợp sau:
- Photon đi qua tấm silic. Điều này thường xảy ra khi năng lượng của photon nhỏ hơn năng lượng cần thiết để đẩy các electron lên một 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 cần thiết để đẩy các electron lên một mức năng lượng cao hơn.
Khi photon được hấp thụ, năng lượng của nó được truyền cho các electron trong cấu trúc tinh thể silic. Các electron này thường nằm ở lớp ngoài cùng và bị ràng buộc với các nguyên tử lân cận, do đó chúng không thể tự do di chuyển. Khi các electron được kích thích và trở thành dẫn điện, chúng có thể tự do di chuyển trong bán dẫn.
Kết quả là một nguyên tử sẽ mất đi một electron, tạo ra một "lỗ trống". Lỗ trống này tạo điều kiện cho các electron từ nguyên tử lân cận di chuyển vào điền vào "lỗ trống", và quá trình này tạo ra lỗ trống cho nguyên tử lân cận khác. Quá trình này tiếp tục và các lỗ trống di chuyển xuyên suốt bán dẫn. Đây là nguyên lý cơ bản của một tấm pin mặt trời.
Một photon chỉ cần có đủ năng lượng để kích thích các electron lớp ngoài cùng dẫn điện. Tuy nhiên, tần số của ánh sáng mặt trời thường tương đương với 6000 K, vì vậy hầu hết năng lượng mặt trời được hấp thụ bởi silic. Tuy nhiên, một phần đáng kể năng lượng mặt trời được chuyển đổi thành năng lượng nhiệt thay vì năng lượng điện có thể sử dụng được.
Xem thêm : Lợi ích kinh tế của việc lắp đặt tấm pin năng lượng mặt trời ngày nay
Hy vọng với lượng kiến thức trên mà H'STRÖNG - Germany Standard cung cấp sẽ phần nào giúp giải đáp hết các thắc mắc của người đọc về thành phần cấu tạo của pin năng lượng mặt trời và nguyên lý hoạt động .
