Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của tấm 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.

Hãy cùng VIETNAMSOLAR tìm hiểu kỹ hơn về cấu tạo và nguyên lý hoạt động của những tấm pin năng lượng mặt trời này.

Hình ảnh pin năng lượng mặt trời
Hình ảnh pin năng lượng mặt trời

1. Cấu tạo pin năng lượng mặt trời

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 tấm pin năng lượng mặt trời đặt biệt có thể hấp thụ ánh sáng mặt trời này.

Các tấm pin 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.

📞 Giữ Chỗ Hòa Lưới với EVN + Lắp với giá vốn O Đồng Độc Quyền tại Việt Nam Solar >> CLick để tìm hiểu thêm thông tin📞
Hình ảnh cấu tạo của hệ thống pin mặt trời
Hình ảnh cấu tạo của hệ thống pin mặt trời

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

  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
  • 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.

  • Tấm kính bảo vệ
Kính bảo vệ
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 3.0mm 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.

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.

  • Khung nhôm
Khung nhôm bảo vệ
Khung nhôm bảo vệ

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 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.

  • 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.

  • 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”

  • Hộp nối
Hộp nối
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.

  • 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.

>>> Tham khảo bảng giá các loại pin mặt trời hiện nay: https://vietnamsolar.vn/tam-pin-nang-luong-mat-troi/

2. Nguyên lý hoạt động của pin mặt trời

Khi một photon chạm vào mảnh silic, một trong hai điều sau sẽ xảy ra:

  1. Photon truyền trực tiếp 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.
    2. 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 các hạt electron trong màng tinh thể.

Thông thường các electron này lớp ngoài cùng, và thường được kết dính với các nguyên tử lân cận vì thế không thể di chuyển xa.

Khi electron được kích thích, trở thành dẫn điện, các electron này có thể tự do 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 cho các electron của nguyên tử bên cạnh di chuyển đến điền vào “lỗ trống”, và điều này tạo ra lỗ trống cho nguyên tử lân cận có “lỗ trống”. Cứ tiếp tục như vậy “lỗ trống” di chuyển xuyên suốt mạch bán dẫn.

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 đương 6000°K, vì thế nên phần lớn năng lượng mặt trời đều được hấp thụ bởi silic.

Hầu hết năng lượng mặt trời chuyển đổi thành năng lượng nhiệt nhiều hơn là năng lượng điện sử dụng được.

Lời kết

Bài viết này đơn giản là để cung cấp kiến thức cơ bản về cấu tạo và nguyên lý làm việc của pin năng lượng mặt trời. Nếu bạn đang bắt đầu tìm hiểu những kiến thức cơ bản thì bài viết này là một trong những nội dung nên đọc đầu tiên.

Nếu bạn cần tìm hiểu kỹ hơn về Pin năng lượng mặt trời thì hãy theo dõi chúng tôi tại fanpage Việt Nam Solar : https://www.facebook.com/vietnamsolar.vn/ để được cập nhật những thông tin mới nhất và chi tiết về hệ thống pin năng lượng mặt trời nhé.

Trả lời