THUẬT NGỮ
Quang điện là gì ? Ưu nhược điểm và ứng dụng trong cuộc sống
Giám Đốc Dự Án: 0981.982.979
Quang điện – một thuật ngữ quen thuộc trong lĩnh vực công nghệ và điện tử, mang đến cho chúng ta những hệ thống và ứng dụng đầy thú vị. Từ viễn thông, máy tính, đèn LED cho đến các thiết bị điện tử tiên tiến, quang điện đã trở thành một phần không thể thiếu trong cuộc sống hiện đại. Nhưng bạn có từng tự hỏi về nguồn gốc và cơ sở lý thuyết của quang điện? Hãy cùng vietnamsolar.vn tìm hiểu về sự kết hợp tuyệt vời giữa ánh sáng và điện trong thế giới quang điện.
Quang điện là gì ?
Công nghệ quang điện (Photovoltaic – PV) là một phương pháp chuyển đổi trực tiếp ánh sáng mặt trời thành điện năng bằng cách sử dụng các thiết bị điện tử đặc biệt. Được biết đến với tên gọi “tấm pin mặt trời”, công nghệ quang điện tận dụng năng lượng từ ánh sáng mặt trời và biến nó thành năng lượng điện bằng cách sử dụng vật liệu bán dẫn. Các thiết bị này, còn được gọi là pin mặt trời, được kết nối với nhau để tạo thành các đơn vị lớn hơn, gọi là mô-đun hoặc tấm pin, tạo ra năng lượng điện đáng kể.
Những loại quang điện PV nào trên thị trường hiện nay
Có nhiều loại quang điện PV khác nhau, bao gồm:
- Photovoltaic silicon tinh thể (Crystalline Silicon PV): Đây là loại PV phổ biến nhất và chiếm phần lớn sản lượng PV trên toàn cầu. Nó được sản xuất từ tinh thể silic và có hai dạng chính là silicon đơn tinh thể (monocrystalline silicon) và silicon đa tinh thể (polycrystalline silicon). PV silicon tinh thể có hiệu suất chuyển đổi tốt và độ bền cao.
- Photovoltaic màng mỏng (Thin-Film PV): Loại PV này sử dụng các vật liệu bán dẫn mỏng như silic, cadmium telluride (CdTe), đồng-indium-gali (CIGS) hoặc selenide (CIS) để tạo thành các tế bào quang điện. PV màng mỏng có thể linh hoạt và dễ dàng tích hợp vào các bề mặt không phẳng, như tường hoặc mái nhà. Tuy hiệu suất chuyển đổi thấp hơn so với PV silicon tinh thể, nhưng chúng có chi phí sản xuất thấp hơn và khả năng hoạt động tốt trong điều kiện ánh sáng yếu hoặc ánh sáng không đồng đều.
- Photovoltaic dạng hạt (Multijunction PV): Loại PV này sử dụng cấu trúc đa tầng gồm nhiều lớp tế bào quang điện với các vật liệu khác nhau. Cấu trúc này cho phép nắm bắt một phổ rộng các bước sóng ánh sáng, tăng hiệu suất chuyển đổi. PV dạng hạt thường được sử dụng trong các ứng dụng không gian và công nghệ cao, nơi hiệu suất cao là yêu cầu quan trọng.
- Photovoltaic hữu cơ (Organic PV): Đây là loại PV sử dụng các hợp chất hữu cơ có khả năng chuyển đổi ánh sáng thành điện năng. PV hữu cơ có khả năng linh hoạt và có thể được sản xuất bằng các phương pháp in ấn và phun sương, tạo ra tiềm năng cho ứng dụng tích hợp vào các bề mặt cong hoặc linh hoạt.
Ngoài ra, còn có nhiều công nghệ PV khác đang được nghiên cứu và phát triển, như PV quang nhiệt (Photovoltaic-Thermal PV) kết hợp chuyển đổi ánh sáng và nhiệt thành điện năng, và PV nano (Nanocrystal PV) sử dụng các hạt nhỏ kích thước nano để tạo ra điện năng.
Một Số Combo Điện Mặt Trời tại Việt Nam Solar
Một Số Combo Điện Mặt Trời tại Việt Nam Solar
Công nghệ quang điện hoạt động như thế nào?
Công nghệ quang điện (PV) hoạt động dựa trên hiệu ứng quang điện. Khi ánh sáng mặt trời chiếu vào vật liệu bán dẫn trong các tế bào quang điện, nó tạo ra các hiện tượng điện tử trong vật liệu. Điều này khiến các nguyên tử trong vật liệu bán dẫn bị kích thích và tạo ra dòng điện. Quá trình này được gọi là hiệu ứng quang điện.
Các tế bào quang điện, còn được gọi là tế bào mặt trời, là thiết bị cơ bản của công nghệ quang điện PV. Chúng bao gồm một tấm bán dẫn, thường là silicong, được chia thành hai lớp với một lớp mang điện âm và một lớp mang điện dương. Khi ánh sáng mặt trời chiếu vào tế bào, các electron trong lớp năng lượng cao được kích thích và di chuyển từ lớp âm sang lớp dương. Quá trình di chuyển này tạo ra một dòng điện liên tục.
Vật liệu và thiết bị quang điện (PV) chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành năng lượng điện (hay còn gọi là năng lượng mặt trời). Một thiết bị PV duy nhất được gọi là một tế bào. Một tế bào PV riêng lẻ thường nhỏ, có công suất khoảng 1 hoặc 2 watt. Những tế bào này được làm từ các vật liệu bán dẫn khác nhau và thường mỏng hơn độ dày của 4 sợi tóc người. Để bảo vệ chúng khỏi các yếu tố môi trường trong nhiều năm, các tế bào này được kẹp giữa các vật liệu bảo vệ, thường là kết hợp của thủy tinh và/hoặc nhựa.
Để tăng hiệu suất sản xuất điện của các tế bào PV, chúng được kết nối với nhau theo chuỗi để tạo thành các đơn vị lớn hơn, được gọi là mô-đun hoặc bảng. Các mô-đun này có thể được sử dụng độc lập hoặc kết nối với nhau để tạo thành một mảng. Một hoặc nhiều mảng sau đó được kết nối với lưới điện như một phần của hệ thống PV hoàn chỉnh. Nhờ cấu trúc mô-đun này, các hệ thống PV có thể được xây dựng để đáp ứng nhu cầu điện năng từ nhỏ đến lớn.
Các mô-đun và mảng PV chỉ là một phần của hệ thống PV. Hệ thống này cũng bao gồm cấu trúc lắp đặt để hướng các tấm pin về phía mặt trời, cùng với các thành phần chuyển đổi dòng điện một chiều (DC) từ mô-đun thành dòng điện xoay chiều (AC), được sử dụng để cung cấp năng lượng cho tất cả các thiết bị khác.
Ưu điểm của công nghệ quang điện
Công nghệ quang điện PV mang lại nhiều lợi ích quan trọng. Đầu tiên, nó là một nguồn năng lượng sạch không gây ra khí thải carbon. Điều này giúp giảm sự phụ thuộc vào năng lượng từ hóa thạch và hỗ trợ xây dựng hệ thống năng lượng tái tạo và bền vững. Thứ hai, công nghệ PV có tuổi thọ dài và ít yêu cầu bảo trì. Các tấm mặt trời có thể hoạt động hiệu quả trong nhiều năm và đáp ứng nhu cầu năng lượng cho gia đình và doanh nghiệp. Cuối cùng, công nghệ này có tiềm năng phát triển và được áp dụng rộng rãi trên toàn cầu.
Tuy nhiên, công nghệ PV cũng đối mặt với một số thách thức. Hiệu suất chuyển đổi ánh sáng thành điện năng của tế bào quang điện vẫn còn hạn chế và cần được cải thiện. Ngoài ra, cần một diện tích lớn để lắp đặt các mô-đun PV và một hệ thống lưu trữ năng lượng hiệu quả để sử dụng trong điều kiện thiếu ánh sáng mặt trời.
Công nghệ quang điện PV đóng vai trò quan trọng trong việc phát triển nguồn năng lượng tái tạo và giảm tác động của chúng ta lên môi trường. Với khả năng chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành điện năng, công nghệ này mở ra triển vọng cho một tương lai sáng với nguồn điện sạch và bền vững.
Quy trình sản xuất quang điện
Quá trình sản xuất Photovoltaic (PV) cơ bản không quá phức tạp vì không yêu cầu sự kết hợp của nhiều bộ phận phức tạp. Hệ thống PV có tuổi thọ khá dài, từ 10 đến 30 năm, do tồn tại dưới dạng vật liệu rắn. Để tăng sản lượng điện của hệ thống PV, nhà sản xuất chỉ cần thêm nhiều thành phần quang điện hơn, và việc này đòi hỏi tính kinh tế cao.
Mặc dù có nhiều loại PV hiệu quả, nhưng PV silicon tinh thể chiếm phần lớn sản lượng hệ thống PV trên toàn thế giới.
Quá trình sản xuất hệ thống PV silicon bao gồm các bước sau:
Bước 1: Polysilicon được chế biến từ thạch anh đã được khai thác để đạt được độ tinh khiết. Một thỏi dung dịch được tạo ra từ đa tinh thể lỏng. Thỏi dung dịch cũng có thể được đúc bằng khuôn.
Bước 2: Sử dụng cưa dây để cắt các tấm làm bằng vật liệu bán dẫn và sau đó khắc bề mặt trước khi làm sạch chúng.
Bước 3: Các tấm đặt vào một lò lắng hơi phốt pho, trong đó được đặt một lớp phốt pho rất mỏng, một nguyên tố thuộc nhóm V, để tạo ra một bề mặt bán dẫn loại n. Một lớp phủ chống phản xạ được áp dụng lên bề mặt, cùng với các điểm tiếp xúc điện để giảm sự thất thoát năng lượng.
Bước 4: Hoàn thiện tế bào. Các tế bào được kết nối thông qua mạch điện theo ứng dụng cụ thể và chuẩn bị cho việc vận chuyển và lắp đặt.
Quang điện silicon tinh thể chỉ là một dạng của PV. Tuy nhiên, hiện nay có nhiều công nghệ mới và triển vọng để mở rộng và đáp ứng nhu cầu năng lượng điện trong tương lai.
Lời kết
Trên hết, quang điện mang lại hy vọng cho một tương lai năng lượng sạch và bền vững. Với sự tiếp tục nghiên cứu và đầu tư vào công nghệ này, chúng ta có thể xây dựng một thế giới mà năng lượng mặt trời trở thành nguồn cung cấp chính cho nhu cầu điện năng của con người, giúp giảm thiểu tác động tiêu cực lên môi trường và tạo ra một môi trường sống tốt hơn cho thế hệ tương lai.
Xem Thêm Một Số Sản Phẩm Điện Năng Lượng Mặt Trời
Vui lòng đăng nhập để đánh giá!
