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

Việc xây dựng các tấm pin mặt trời luôn là chủ đề của nhiều câu hỏi. Điều này đơn giản là vì các tấm pin mặt trời là bộ phận đầu tiên và quan trọng nhất của hệ thống năng lượng mặt trời. Các dịch vụ năng lượng mặt trời đang nở rộ, kèm theo vô số loại pin mặt trời của một loạt các thương hiệu công ty lớn và lớn.

Vậy các tấm pin mặt trời được tạo thành như thế nào? Làm thế nào nó hoạt động? Làm thế nào để nó chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành điện?

Cấu trúc của tấm pin mặt trời
Hãy cùng tìm hiểu về năng lượng mặt trời với năng lượng mặt trời Võ Gia.

Nội dung
Kết cấu và vật liệu của tấm pin mặt trời
Nguyên lý hoạt động tạo ra dòng điện của các tấm pin mặt trời
Kết cấu và vật liệu của tấm pin mặt trời

Cấu trúc của các lớp pin mặt trời
Vật liệu cấu thành pin mặt trời
Pin mặt trời hoặc pin mặt trời hoặc pin quang điện (Bảng mặt trời) bao gồm nhiều pin quang điện (pin mặt trời) – một nguyên tố bán dẫn với thành phần chính là silicon nguyên chất – chứa trên bề mặt của một số phần lớn các cảm biến ánh sáng là photodiodes, có khả năng chuyển đổi năng lượng ánh sáng thành năng lượng điện. Những tế bào quang điện này được bảo vệ bởi một tấm kính trong suốt ở mặt trước và vật liệu nhựa ở mặt sau. Toàn bộ điều được đóng gói chân không qua lớp polymer càng trong suốt càng tốt.

Cường độ dòng điện, điện áp hoặc điện trở của pin mặt trời thay đổi tùy thuộc vào lượng ánh sáng chiếu vào chúng. Các tế bào quang điện được tập hợp thành các khối để trở thành pin mặt trời (thường là 60 hoặc 72 tế bào quang điện trên một tấm pin mặt trời).

Cho đến nay, vật liệu chính cho pin mặt trời (và cho các thiết bị bán dẫn) là silicon tinh thể. Pin mặt trời từ tinh thể silicon được chia thành 3 loại:

Một tinh thể đơn hoặc tinh thể mô-đun được sản xuất dựa trên quy trình Czochralski. Các tinh thể đơn loại này có hiệu suất lên tới 16%. Chúng thường rất đắt tiền vì chúng được cắt từ các thanh hình ống, có bề mặt trống ở các góc của mô-đun.
Polycrystalline được làm từ các thỏi đúc nóng chảy cẩn thận từ silicon được làm lạnh và đông cứng. Những pin này thường rẻ hơn so với các tinh thể đơn, nhưng hoạt động kém. Tuy nhiên, chúng có thể tạo thành nhiều tấm vuông bao phủ bề mặt hơn các tinh thể đơn để bù cho hiệu suất thấp của nó.
Các dải silicon được làm từ các màng mỏng silicon nóng chảy và có cấu trúc đa tinh thể, thường có hiệu suất thấp nhất, nhưng rẻ nhất trong số tất cả vì nó không yêu cầu cắt từ các thỏi silicon.
Công nghệ trên là sản xuất tấm, nói cách khác, các loại trên có độ dày 300 formingm hình thành và gấp lại để tạo mô-đun.

Cấu trúc của các lớp bên trong của tấm pin mặt trời
Lớp bên trong của pin mặt trời
Như đã đề cập ở trên, các tế bào quang điện là thành phần và chức năng chính để hấp thụ ánh sáng mặt trời và chuyển đổi nó thành điện năng.
Các tế bào tinh thể silicon này có thể là đơn tinh thể (được gọi là Pin Mono) hoặc đa tinh thể (được gọi là Pin Poly), tùy thuộc vào quy trình sản xuất của mỗi công ty pin mặt trời.
Các thông số kỹ thuật chính là: kích thước, màu sắc, số lượng tế bào – Tế bào và quan trọng nhất là hiệu quả chuyển đổi của pin mặt trời.
Hiện nay, các tế bào pin phổ biến nhất là các tế bào đa tinh thể Poly với hiệu suất chuyển đổi khoảng 17,6%, tạo ra một pin mặt trời 250W với 60 tế bào. Các tế bào này được liên kết với nhau bằng một dây đồng mỏng được phủ một hợp kim thiếc.

Kính trước của pin mặt trời
Phần trước của bảng điều khiển năng lượng mặt trời là phần nặng nhất. Nó có chức năng bảo vệ và đảm bảo độ bền của toàn bộ tấm pin mặt trời, duy trì độ trong suốt cao. Độ dày của lớp này thường là 3,3mm nhưng nó có thể dao động từ 2 mm đến 4mm tùy thuộc vào loại kính mà nhà sản xuất pin chọn. Điều quan trọng là phải chú ý đến các yếu tố như chất lượng độ cứng, truyền quang phổ và truyền ánh sáng. Pin càng tốt, kính này càng hấp thụ ánh sáng xuyên qua tốt hơn, phản xạ ánh sáng ít hơn.

Tấm nền của pin
Mặt sau của pin mặt trời được làm bằng vật liệu nhựa có chức năng cách ly điện, bảo vệ và che chắn các tế bào PV khỏi thời tiết và độ ẩm. Tấm đặc biệt này thường có màu trắng và được bán ở dạng cuộn hoặc tấm. Các nhãn hiệu pin khác nhau có thể khác nhau về độ dày, màu sắc và sự hiện diện của các vật liệu cụ thể để che chắn tốt hơn hoặc cho độ bền cơ học cao hơn.

Vật liệu đóng gói cho pin mặt trời thành phẩm
Một trong những vật liệu quan trọng nhất là vật liệu đóng gói – chất kết dính giữa các lớp pin mặt trời khác nhau. Vật liệu phổ biến nhất được sử dụng làm vật liệu đóng gói là nhựa vinyl – Ethylene vinyl acetate. Nó là một polymer mờ đục đóng gói trong cuộn. Nó phải được cắt thành các tấm và đặt trước và sau các tế bào quang điện. Khi chịu một quá trình nhiệt của nấu chân không, polymer đặc biệt này trở nên sền sệt và bám dính vào các tế bào quang điện. Chất lượng của quá trình này, được gọi là cán màng, đảm bảo tuổi thọ dài cho chính
Các tấm pin cũng ảnh hưởng đến việc truyền ánh sáng, tốc độ xử lý và khả năng chống lại màu vàng do tia UV.

Khung năng lượng mặt trời
Một trong những bộ phận cuối cùng được lắp ráp các tấm pin mặt trời là khung. Nó thường được làm bằng nhôm và có chức năng đảm bảo độ bền của pin.
Đối với trường hợp sử dụng đặc biệt, tấm không khung hoặc giải pháp nhựa đặc biệt cũng có sẵn. Những giải pháp này thường liên quan đến việc sử dụng chất lỏng hỗ trợ trở lại với công nghệ thủy tinh.

Hộp đựng mối nối hai mạch điện
Hộp nối có chức năng đưa các kết nối điện của mô-đun năng lượng mặt trời ra bên ngoài.
Nó chứa dây cáp để kết nối các bảng trong hệ thống. Khi chọn hộp Nối, chúng ta nên chú ý đến chất lượng nhựa, độ tốt của khớp nối.

Nguyên lý hoạt động tạo ra dòng điện của các tấm pin mặt trời
Pin mặt trời (hay pin quang điện, pin quang điện), là các thiết bị bán dẫn có chứa một lượng lớn điốt p-n, dưới sự hiện diện của ánh sáng mặt trời có khả năng tạo ra dòng điện có thể sử dụng. Chuyển đổi này được gọi là hiệu ứng quang điện.

Lịch sử hiệu ứng quang điện
Hiệu ứng quang điện được phát hiện lần đầu tiên vào năm 1839 bởi nhà vật lý người Pháp Alexandre Edmond Becquerel. Tuy nhiên, mãi đến năm 1883, một loại pin điện mới được tạo ra, bởi Charles Fritts, người đã phủ lớp selen bán dẫn bằng một lớp vàng cực mỏng để tạo ra mối nối. Thiết bị này chỉ hiệu quả 1%, Russell Ohl đã coi là người tạo ra pin mặt trời đầu tiên vào năm 1946. Sven Ason Berglund có một phương pháp liên quan đến việc tăng khả năng cảm nhận ánh sáng.

Nền tảng vật lý bán dẫn
Để hiểu về pin mặt trời, cần có một vài lý thuyết cơ bản về vật lý bán dẫn. Để đơn giản, mô tả sau đây chỉ giới hạn hoạt động của pin năng lượng tinh thể silicon.

Silic thuộc nhóm IV, nghĩa là có 4 electron ngoài cùng. Silicon có thể kết hợp với silicon khác để tạo thành chất rắn. Về cơ bản có 2 loại chất rắn silicon, đa hình (không sắp xếp có trật tự) và tinh thể (các nguyên tử được sắp xếp theo thứ tự các chuỗi không gian 3 chiều). Pin mặt trời phổ biến nhất sử dụng silicon đa tinh thể.

Silicon là một chất bán dẫn. Đó là, một silicon rắn, ở một mức năng lượng nhất định, các electron có thể đạt được, và một số lớp năng lượng khác thì không. Những lớp năng lượng trái phép này được coi là sàn trống. Lý thuyết này dựa trên cơ học lượng tử.

Ở nhiệt độ phòng, silicon nguyên chất có độ dẫn điện kém. Trong cơ học lượng tử, giải thích sự mất năng lượng ở mức năng lượng Fermi trong lớp trống. Để tạo ra silicon có tính dẫn điện tốt hơn, có thể thêm một lượng nhỏ các nguyên tử nhóm III hoặc V vào bảng tuần hoàn. Các nguyên tử này chiếm vị trí của các nguyên tử silicon trong mạng tinh thể và liên kết với các nguyên tử silicon gần đó tương tự như silicon. Tuy nhiên, các phân tử nhóm III có 3 electron ngoài cùng và các nguyên tử nhóm V có 5 electron ngoài cùng, do đó, có chỗ trong mạng tinh thể có thêm electron và một số thiếu electron. Vì vậy, các electron thừa hoặc thiếu (gọi là lỗ trống) không liên quan đến các kết nối mạng. Họ được tự do di chuyển trong vòng pha lê. Silic liên kết với các nguyên tử nhóm III (nhôm hoặc gali) được gọi là chất bán dẫn p vì năng lượng chủ yếu là dương, trong khi phần liên kết với các nguyên tử của nhóm V (phốt pho, asen) được gọi là chất bán dẫn n vì năng lượng âm (âm). Lưu ý rằng cả hai loại n và p đều có năng lượng trung tính, tức là chúng có cùng năng lượng dương và âm, loại bán dẫn n, loại âm có thể di chuyển xung quanh, ngược lại với loại p.

Sự chuyển đổi ánh sáng quang điện thành điện năng

Nguyên lý hoạt động của pin mặt trời
Khi một photon chạm vào một miếng silicon, một trong những điều sau đây sẽ xảy ra:

1. Photon được truyền trực tiếp qua các mảnh silicon. Điều này thường xảy ra khi năng lượng của photon thấp hơn năng lượng cần thiết để đưa các hạt electron lên mức năng lượng cao hơn.
2. Năng lượng của photon được hấp thụ bởi silicon. 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 các hạt electron trong màng tinh thể. Thông thường các electron này ở lớp ngoài cùng và thường liên kết với các nguyên tử lân cận nên không thể di chuyển xa. Khi electron bị kích thích, trở nên dẫn điện, các electron này có thể tự do di chuyển trong chất bán dẫn. Sau đó nguyên tử sẽ thiếu 1 electron và đây được gọi là “lỗ”. Lỗ trống này cho phép các electron của nguyên tử gần đó di chuyển vào để lấp đầy “lỗ trống” và điều này tạo ra lỗ trống để nguyên tử lân cận có “lỗ trống”. Cứ như thế, “lỗ” di chuyển qua mạch bán dẫn.

Một photon chỉ cần năng lượng lớn hơn đủ năng lượng để kích thích electron ngoài cùng để dẫn điện. Tuy nhiên, tần số của mặt trời thường tương đương với 6000 ° K, vì vậy hầu hết các mặt trời
sử dụng được.

Hy vọng, lượng kiến thức này sẽ giúp trả lời tất cả các câu hỏi về pin mặt trời của độc giả.

Võ Gia Solar là một công ty năng lượng mặt trời với hơn 10 năm kinh nghiệm lắp đặt lưới điện mặt trời tại thành phố Hồ Chí Minh. Chúng tôi chuyên lắp đặt năng lượng mặt trời, điện mặt trời lưới, hệ thống năng lượng mặt trời, năng lượng mặt trời cho gia đình và doanh nghiệp giá rẻ uy tín nhất.

Trả lời