Cấu Tạo Tấm Pin Năng Lượng Mặt Trời Và Nguyên Lý Hoạt Động

Trong hệ thống điện mặt trời ta được biết pin mặt trời là bộ phận trọng tâm nhất. Vậy cấu tạo tấm pin năng lượng mặt trời như thế nào?, nguyên lý hoạt động của tấm pin làm sao? bài viết sau sẽ giúp bạn hiểu rõ hơn.

• • Vật liệu làm pin mặt trời
  • Lựa Chọn Thương Hiệu Pin Mặt Trời Tốt nhất hiện nay
  • 4 yếu tố ảnh hưởng đến tấm pin mặt trời
  • Cách phân biệt chất lượng tấm pin năng lượng mặt trời nào tốt

Tấm pin năng lượng mặt trời

Pin năng lượng mặt trời là một thiết bị có khả năng chuyển đổi các ánh nắng thành điện năng, hoạt động của pin dựa trên hiệu ứng quang điện. Chúng đó là thành phần quan trọng đối với hệ thống điện mặt trời và trong thực tế được áp dụng rất nhiều. Chúng rất thích hợp cho các vùng mà điện lưới khó lắp được như núi cao, ngoài đảo xa, hoặc phục vụ các công việc ngoài không gian; như các vệ tinh quay quanh quỹ đạo trái đất, máy tính cầm tay, các máy điện thoại cầm tay từ xa, thiết bị bơm nước…

Cấu tạo và nguyên lý làm việc của pin mặt trời

Vật liệu làm pin mặt trời

Vật liệu pin mặt trời ( Solar panel ) bao gồm nhiều tế bào cell pin mặt trời ( solar cells) hay được gọi là quang năng – là phần tử bán dẫn có thành phần chính là sillic tinh khiết – có  trên bề mặt một số lượng lớn các cảm biến ánh sáng là điốt quang, thực hiện biến đổi ánh sáng thành điện năng. Các tế bào này được bảo vệ bởi một tấm kính trong suốt ở mặt trước và một vật liệu nhựa ở phía sau. Toàn bộ nó được đóng gói chân không trong thông qua lớp nhựa trong suốt polymer.

Tế bào quang điện được ghép lại thành khối để thành pin mặt trời (thông thường 60 hoặc 72 tế bào quang điện trên một tấm măt trời). Cường độ dòng điện, hiệu điện thế hoặc điện trở của pin mặt trời thay đổi phụ thuộc bởi lượng ánh nắng chiếu lên chúng.

vật liệu cấu thành nên pin mặt trời

Cho tới hiện tại thì vật liệu làm pin mặt trời chủ yếu đó là các silic tinh thể. Pin mặt trời từ tinh thể silic chia ra thành 3 loại sau:

1. Một tinh thể hay đơn tinh thể module sản xuất theo quá trình Czochralski. Đơn tinh thể loại này có hiệu suất tới 16%. Chúng thường rất đắt tiền do được cắt từ các thỏi hình ống, các tấm đơn thể như thế này có các mặt trống ở góc nối các module.
2. Đa tinh thể làm từ các thỏi đúc-đúc từ silic nung chảy rất cẩn thận được làm nguội và làm rắn. Các pin này thường rẻ hơn là các đơn tinh thể, nhưng hiệu suất kém hơn. Tuy nhiên chúng có thể tạo thành những tấm vuông che phủ bề mặt nhiều hơn đơn tinh thể bù lại cho hiệu suất thấp của nó.
3. Dải silic tạo từ các miếng phim mỏng từ silic nóng chảy và có cấu trúc đa tinh thể, Loại này thường có hiệu suất thấp nhất, tuy nhiên loại này rẻ nhất trong các loại vì không cần phải cắt từ thỏi silicon.

Công nghệ trên là sản suất tấm, nói cách khác, các loại trên có độ dày 300 μm tạo thành và xếp lại để tạo nên module.

Cấu tạo tấm pin năng lượng mặt trời

Cấu trúc tấm pin mặt trời

Lớp tế bào quang điện Solar Cells bên trong tấm pin

Như đã nói ở trên, các tế bào quang điện là thành phần chính và có chức năng hấp thu ánh sáng mặt trời  và biến đổi thành điện năng. Các tế bào tinh thể Silics này có thể là đơn tinh thể (goi là Pin Mono) hoặc đa tinh thể (Gọi là Pin Poly), tùy theo quy trình sản xuất của từng hãng pin mặt trời. Các đặc tính kỹ thuật chính là: kích thước, màu sắc, số lượng tế bào – Cells pin và hơn hết là hiệu suất của tấm pin. Hiện nay, các tế bào Cells pin phổ biến nhất là các tế bào đa tinh thể Poly với hiệu suất chuyển hóa khoảng 17,6%, tạo ra một pin 250W với 60 cells. Các tế bào Cells này được liên kết với nhau bằng một dây đồng mỏng được phủ một hợp kim thiếc.

Lớp kính trước của pin quang điện

Phần Kính mặt trước pin mặt trời là phần nặng nhất. Nó có chức năng bảo vệ và đảm bảo độ bền cho toàn bộ 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 2mm đến 4mm tùy thuộc vào loại kính mà hãng sản xuất pin đó chọn. Điều đầu tiên là phải chú ý đến các yếu tố như độ cứng, độ truyền quang phổ và truyền ánh sáng. Pin càng tốt thì lớp kính trước này hấp thu ánh sáng đi qua tốt hơn, phản xạ ánh sáng ít hơn.

Tấm nền của pin mặt trời

Tấm nền mặt sau của pin mặt trời cấu tạo bởi từ một 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 loại pin của các hãng 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 hoàn thiện Pin  mặt trời

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

Khung pin mặt trời mặt trời

Một trong những phần cuối cùng được lắp ráp tấm pin là khung. Nó thường được làm bằng nhôm và có chức năng tăng độ bền cho tấm pin.

Đối với các trường hợp sử dụng đặc biệt, cũng có sẵn các tấm pin không khung hoặc các giải pháp nhựa đặc biệt. Những giải pháp này thường liên quan đến việc sử dụng các dung dịch hỗ trợ dán ở phía sau với công nghệ kính thủy tinh.

Hộp đựng mối nối mạch điện pin mặt trời

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

Bên trên là chi tiết thành phần cấu tạo và vật liệu cấu thành pin mặt trời, dưới đây chúng ta sẽ tìm hiểu về sơ đồ nguyên lý pin cũng như của hệ thống pin quang điện.

Sơ đồ nguyên lý pin mặt trời