Pin Năng Lượng Mặt Trời Là Gì? Cấu Tạo Pin Mặt Trời

pin năng lượng mặt trời

Pin năng lượng mặt trời ngày càng phổ biến và được sử dụng rộng rãi với quy mô toàn thế giới. Hãy cùng chúng tôi tìm hiểu quy trình sản xuất, cách sử dụng, cách bảo quản và lợi ích của nó qua bài viết bên dưới này nhé.

Pin năng lượng mặt trời giúp tiết kiệm năng lượng điện hiệu. Chúng chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành năng lượng điện. Việc lắp đặt một hệ thống năng lượng mặt trời cũng giúp bạn tiết kiệm một khoản chi tương đối cho việc sử dụng điện năng. Đặc biệt, sử dụng năng lượng mặt trời sẽ giúp bảo vệ môi trường. Bên cạnh những ưu điểm thì cũng có những khuyết điểm cần chú ý.

pin năng lượng mặt trời
Tấm pin năng lượng mặt trời

1. Pin năng lượng mặt trời là gì ?

Pin mặt trời là tấm pin chuyển đổi năng lượng ánh sáng mặt trời thành điện năng tiêu thụ. Việc này nhờ tập hợp nhiều tế bào quang điện (solar cells) được tạo thành từ chất bán dẫn và các diot quang học trên bề mặt.

Tấm pin mặt trời tiêu chuẩn được tạo ra từ việc tập hợp khoảng 62-72 tế bào quang điện. Cường độ ánh sáng mặt trời hay còn gọi là cường độ bức xạ mặt trời khi chiếu lên tấm pin là năng lượng chính để tạo ra dòng điện.

2. Lịch sử phát triển của pin năng lượng mặt trời

Vào năm 1839 nhà vật lý người pháp Alexandre Edmond Becquerel đã nhận định rằng năng lượng mặt trời có thể tạo ra một hiệu ứng quang điện. Sau đó tấm pin năng lượng đầu tiên được tạo ra  bởi Charle Fritts vào năm 1883. Tuy nhiên, khi đó hiệu suất rất thấp. Hiệu suất ban đầu chỉ đạt được 1%. Vào năm 1905, hiệu ứng quang điện đã được giải thích bởi nhà bác học Albert Einstein. Và cuối cùng vào năm 1946 Rusel Ohl một kỹ sư người Mỹ đã tạo ra pin mặt trời đầu tiên trên thế giới. Nó được phát triển bởi Gerald Pearson, Calvin Fuller và Daryl Chapin. Đây là một bước tiến khi được áp dụng vào đời sống.

Pin mặt trời được đặc biệt quan tâm khi vào năm 1958. Nó được sử dụng khi cung cấp năng lượng hoạt động cho vệ tinh Vanguard khi nó được phóng vào vũ trụ.

3. Nền tảng khoa học chế tạo pin năng lượng mặt trời

3.1. Vật liệu cấu thành pin mặt trời

Pin năng lượng mặt trời hay pin mặt trời hay pin quang điện (Solar panel) được cấu tạo từ nhiều tế bào quang điện (solar cells). Đây là phần tử bán dẫn có thành phần chính là silic tinh khiết. Trên bề mặt chứa một số lượng lớn các cảm biến ánh sáng là điốt quang. Những diot quang này thực hiện chuyển đổi năng lượng mặt trời thành điện năng. 1 tấm kính trong suốt đặt phía mặt trước sẽ bảo vệ các tế bào quang điện. Phía sau là một vật liệu nhựa. Chúng sẽ được đóng gói chân không trong thông qua lớp nhựa polymer càng trong suốt càng tốt.

Lượng ánh sáng trời chiếu lên tấm pin mặt trời là yếu tố quan trọng để biết cường độ dòng điện, hiệu điện thế hoặc điện trở của tấm pin. Hiện tại vật liệu tạo ra pin mặt trời (và cho các thiết bị bán dẫn) chủ yếu là các silic tinh thể.

Pin mặt trời được chia thành 3 loại như sau:

  • Một là loại đơn tinh thể được sản xuất dựa trên quá trình Czochralski. Loại đơn tinh thể nào có các mặt trống ở gói nối các module. Chúng được cắt ra từ các thỏi hình ống. Chúng có hiệu suất lên tới 16%.
  • Hai là loại đa tinh thể được tạo ra từ các thỏi đúc. Những thỏi này được đúc từ tinh thể silic được làm nguội và làm rắn. Các pin này sẽ có hiệu suất kém hơn các đơn tinh thể nên giá thành sẽ rẻ hơn. Tuy nhiên để bù lại cho hiệu suất thấp của nó, chúng có thể tạo thành các tấm vuông che phủ bề mặt nhiều hơn đơn tinh thể.
  • Dải silic tạo từ ấu trúc đa tinh thể và các miếng phim mỏng từ silic nóng chảy. Chúng có hiệu suất thấp nhất nên giá thành rẻ và vì chúng không cần phải cắt từ thỏi silicon.
pin năng lượng mặt trời
Cấu tạo tấm pin mặt trời

3.2. Cấu trúc các lớp bên trong tấm pin năng lượng mặt trời

Tùy theo quy trình sản xuất của từng hãng pin mặt trời khác nhau mà các tế bào tinh thể Silic này có thể là đơn tinh thể (gọi là Pin Mono) hoặc đa tinh thể (Gọi là Pin Poly)

Các đặc tính kỹ thuật cơ bản của tấm pin mặt trời là: kích thước, màu sắc, số lượng tế bào (cells pin) và đặc tính quan trọng nhất chính là hiệu suất chuyển đổi của pin năng lượng mặt trời.

Hiện nay, các tế bào đa tinh thể Poly là các tế bào cells pin phổ biến nhất với hiệu suất chuyển hóa khoảng 17,6%. Chúng tạo ra một pin mặt trời 250W với 60 cells. Chúng được liên kết với nhau bằng một dây đồng mỏng được phủ một hợp kim thiếc.

3.3. Lớp kính trước của pin mặt trời

Lớp kính trước của pin mặt trời có chức năng bảo vệ và đảm bảo độ bền cho toàn bộ tấm pin mặt trời, duy trì độ trong suốt cao. Đây được xem là phần nặng nhất của tấm pin mặt trời. Độ dày của lớp này thường là 3,3mm. Độ dày này có thể dao động từ 2mm đến 4mm tùy thuộc vào hãng sản xuất. Các yếu tố như chất lượng độ cứng, độ truyền quang phổ và truyền ánh sáng là những điều được chú trọng. Nêu lớp kính trước này hấp thụ ánh sáng đi qua tốt và phản xạ ánh sáng ít hơn thì hiệu suất cao hơn.

3.4. Tấm nền của pin mặt trời

Tấm nền mặt sau của pin mặt trời được thiết kế để bảo vệ và che chắn các tế bào PV khỏi thời tiết và độ ẩm. Chúng có chức năng cách ly điện và đa số vật liệu là nhựa. Chúng thường có màu trắng và được bán ở dạng cuộn hoặc tấm. Tấm này mặt sau đa dạng về màu sắc và độ dạy tùy thuộc vào nhà sản xuất.

3.5. Vật liệu đóng gói hoàn thiện của pin năng lượng mặt trời

Chất liệu đóng gói hay còn là chất kết dính giữa các lớp khác nhau của tấm năng lượng mặt trời là một trong những vật liệu quan trọng nhất. EVA (Ethylene vinyl acetate) một loại polymer đục mờ được đóng theo cuộn là vật liệu phổ biến nhất để làm chất đóng gói. Tuy nhiên để nó sẽ được cắt thành tấm, nằm trước và sau các tế bào quang điện.

Loại polymer đặc biệt này trở đặc lại thành keo trong suốt và kết dính các tế bào quang điện khi chịu quá trình nhiệt. Quá trình này được gọi là cán màng. Nó đảm bảo tuổi thọ cao cho chính tấm pin 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.

3.6. Khung tấm pin năng lượng mặt trời

Khung tấm pin năng lượng mặt trời là một trong những phần cuối cùng được lắp ráp. Khung có nhiệm vụ đảm bảo độ bền cho tấm pin và thường được làm bằng nhôm. Đôi khi nhiều nhà thiết kế sẽ không gắn khung tùy vào nơi lắp ráp tấm pin.

3.7. Hộp đựng mối nối mạch điện

Hộp nối có chức năng đưa các mối nối điện của mô đun pin mặt trời ra bên ngoài.

Hộp nối chứa các dây cáp để kết nối các tấm trong hệ thống. Chức năng chính của chúng là đưa các mối điện của pin mặt trời ra bên ngoài để kết nối với những phần khác. Chất lượng nhựa, độ tốt của khớp nối là yếu tố chính để lựa chọn mua hộp nối.

4. Các tiêu chí đánh giá pin năng lượng mặt trời

Có rất nhiều vật liệu dùng chế tạo pin mặt trời. Trong đó bao gồm cả kim loại và phi kim và nhiều vật liệu phụ. Có rất nhiều tiêu chí để đánh giá về tấm pin mặt trời. Tuy nhiên, thông thường chúng ta chỉ dựa trên 2 tiêu chí chính là hiệu suất và giá cả.

Hiệu suất: Tức là hiệu suất chuyển đổi, là tỉ lệ hấp thụ và chuyển hóa năng lượng mặt trời của tấm pin thành điện năng. Hiệu suất này phụ thuộc vào vật liệu cấu tạo nên tấm pin. Chúng có thể chuyển đổi từ 6% đến 30% hoặc cao hơn.

Giá thành của một hệ thống cung cấp điện năng từ năng lượng mặt trời phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố. Tuy nhiên, yếu tố quan trọng nhất vẫn là tấm pin năng lượng mặt trời. Bởi đối với những nơi bức xạ mặt trời thấp thì cần dùng những tấm pin hấp thụ tốt. Việc này là để hiệu suất chuyển đổi thành điện năng cao hơn. Từ đó, điều này dẫn đến việc giá thành sẽ cao hơn. Và ngược lại những nơi có bức xạ cao hấp thụ năng lượng mặt trời tốt thì có thể cân nhắc sử dụng những tấm pin kém hơn, những vẫn đảm bảo hiệu suất chuyển đổi. Giúp tiết kiệm hơn cho khách hàng.

5. Công suất của pin năng lượng mặt trời

pin năng lượng mặt trời
Công suất của pin mặt trời

Ban đầu công suất của những tấm pin năng lượng rất thấp. Công suất chỉ đạt từ vài w đến vài chục wp. Tuy nhiên, nhờ sự cải tiến và tiến bộ của ngành năng lượng mặt trời công suất những tấm pin được cải thiện rõ rệt. Công nghệ chế tạo pin mặt trời lỗi thời được thay đổi. Một trong những thay đổi quan trọng là sử dụng tấm pin công nghệ momo thay cho công nghệ poly trước đó. Chính vì thế công suất đối với tấm pin 1mx2m đã đạt công suất từ 400wp-450wp. Giúp hiệu suất tăng một cách đáng kể.

6. Lợi ích của pin năng lượng mặt trời

Lợi ích đầu tiền có thể thấy là các hộ gia đình sẽ tiết kiệm được điện năng và chi phí tiền điện 1 cách đáng kể từ pin mặt trời. Ngoài ra, với việc lắp đặt pin năng lượng phần mái chủ hộ sẽ được cách nhiệt. Thông qua hệ thống tấm pin mặt trời và giúp giảm nhiệt (khoảng 50C) cho ngôi nhà. Bên cạnh đó, chúng cũng sẽ giảm công suất tiêu thụ điện năng của máy lạnh, máy quạt,…

Điều quan trọng thứ hai là dùng pin năng lượng giúp bảo vệ môi trường. Vì đa số những năng lượng có sẵn như than đá, thủy điện, xăng dầu… là những tài nguyên không thể tái tạo. Với việc sử dụng năng lượng mặt trời sẽ giúp giảm thiểu tối đa việc sử dụng tài nguyên gây ảnh hưởng môi trường như than đá,…giúp môi trường sống cải thiện một cách rõ rệt.

7. Lời Kết

Có thể nói đầu tư và sử dụng năng lượng mặt trời cũng là đầu tư cho tương lai. Với sự thiếu hụt điện năng như hiện nay việc đầu tư một hệ thống pin năng lượng mặt trời không chỉ để tiết kiệm năng lượng, giảm chi phí tiền điện mà còn thu lại khoản tiền nếu đầu tư xây dựng một cách hiệu quả.

pin năng lượng mặt trời
Lợi ích sử dụng pin mặt trời

Trên đây là bài viết của chúng tôi về pin năng lượng mặt trời và những lợi ích của nó. Hi vọng thông qua bài viết bạn có thể biết nhiều hơn về chúng và có thể cân nhắc lắp đặt một hệ thống pin mặt trời cho gia đình.