Pin năng lượng mặt trời hoạt động như thế nào? Nguyên lý và cấu tạo

Là thành phần quan trọng nhất trong hệ thống điện mặt trời, Vậy pin năng lượng mặt trời có cấu tạo và nguyên lý hoạt động như thế nào? 

Cấu tạo tấm pin năng lượng mặt trời

Pin năng lượng Mặt trời hay pin mặt trời, pin quang điện (Solar panel) bao gồm nhiều tế bào quang điện (solar cells) – là phần tử bán dẫn có thành phần chính là sillic tinh khiết – có chứa trên bề mặt một số lượng lớn các cảm biến ánh sáng là điốt quang, thực hiện biến đổi năng lượng ánh sáng thành năng lượng điện. Các tế bào quang điện 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 polymer càng trong suốt càng tốt.

Cấu tạo pin mặt trời

Với các thành phần chính bao gồm:

• Khung nhôm

Khung nhôm của tấm pin mặt trời là một thành phần quan trọng, có kết cấu cứng cáp để tích hợp các tế bào quang điện (solar cells) và các bộ phận khác, bảo vệ và cố định các thành phần bên trong trước tải trọng gió lớn và ngoại lực tác động bên ngoài. Khung nhôm của các tấm pin thường được anode hóa (anodized aluminum) và gia cố thanh ngang để tăng kết cấu cứng cáp cho tấm pin, giúp tăng độ cứng, độ bền, chịu được tác động xấu của thời tiết và các tác động cơ học mài mòn.

• Kính cường lực

Giúp bảo vệ các tế bào quang điện (Solar cells) khỏi các tác động của thời tiết như nhiệt độ, bụi,.. và các tác động va chạm khác từ bên ngoài. Kính được sản xuất có độ dày 3mm-3,5mm, đảm bảo có thể bảo vệ nhưng vẫn giữ được độ trong suốt của kính để duy trì được độ truyền sáng hơn 91% cho tấm pin mặt trời giúp tăng khả năng hấp thụ và giảm phản xạ ánh sáng mặt trời.

• Lớp màng EVA (ethylene vinyl acetate)

Đây là thành phần được coi là chất kết dính, là 2 lớp polymer mỏng đặt trên và dưới lớp solar cells. Có tác dụng kết dính lớp tế bào quang điện với kính cường lực phía trên và lớp phía dưới. Ngoài ra lớp này còn tối ưu hóa khả năng hấp thụ và bảo vệ solar cells khỏi sự rung động, tránh bám bụi bẩn và sự tích tụ hơi nước. Vật liệu EVA có khả năng chịu đựng nhiệt độ khắc nghiệt và có độ bền cực kỳ cao. 

• Lớp Solar cell (tế bào quang điện)

Pin mặt trời được cấu tạo từ nhiều đơn vị nhỏ hơn là solar cell. Những loại pin năng lượng mặt trời thông dụng như mono và poly được làm từ silic, một loại chất bán dẫn phổ biến. Trong một tế bào (cell), tinh thể silic nằm ở giữa hai lớp dẫn điện. Các tế bào tinh thể silic này có thể là đơn tinh thể hoặc đa tinh thể, tùy theo quy trình sản xuất của từng hãng.

Solar cell có 2 lớp bán dẫn chính, bao gồm: Lớp bán dẫn loại N – Lớp này có nhiều electron (hạt mang điện âm), được tạo ra bởi sự dư thừa electron và Lớp bán dẫn loại P – Lớp này có nhiều lỗ trống (hạt mang điện dương), được tạo ra bởi sự thiếu hụt electron. Hai lớp bán dẫn này được nối với nhau bởi một Lớp tiếp giáp P-N.

• Tấm nền pin (phía sau)

Có chức năng cách điện, bảo vệ cơ học và chống ẩm. Vật liệu được sử dụng có thể là polymer, nhựa PP, PVF, PET. Tấm nền có độ dày khác nhau tùy vào hãng sản xuất. Phần lớn tấm nền sẽ có màu trắng. 

• Hộp đấu dây

Hộp đấu dây có tên tiếng anh là junction box, là hộp nằm ở phía sau cùng, là nơi tập hợp và chuyển giao năng lượng điện được tạo ra từ tấm pin năng lượng mặt trời ra ngoài. Chính vì lẽ đó nên đây được coi là vị trí quan trọng nên được lắp ráp và thiết kế chắc chắn.

Nguyên lý hoạt động của pin năng lượng mặt trời

Tấm pin mặt trời hoạt động dựa trên hiệu ứng quang điện, là hiện tượng các electron bị giải phóng khỏi liên kết hóa học khi hấp thụ năng lượng của ánh sáng.

Khi bề mặt tấm pin mặt trời được chiếu sáng. Một phần bức xạ mặt trời đi vào tế bào quang điện, mang theo nguồn năng lượng proton dồi dào. Khi nguồn năng lượng này được tích trữ ngày một nhiều và có năng lượng đủ lớn sẽ đánh bật các electron khỏi liên kết hóa học. Hình thành các electron tự do mang điện tích âm và các lỗ trống mang điện tích dương. Chúng kết hợp với từ trường của 2 hai lớp bán dẫn P và N di chuyển thành một dòng (dòng điện một chiều).

Nguyên lý hoạt động điện mặt trời

Để giải thích nguyên lý làm việc của pin năng lượng mặt trời rõ hơn thì phải lại giải thích nguyên lý của một đơn vị nhỏ hơn là solar cell (Pin mặt trời được cấu tạo từ nhiều solar cell). Như đã đề cập ở phần cấu tạo tấm pin năng lượng mặt trời, một tế bào quang điện sử dụng hai lớp silic khác nhau, loại N có các electron dư thừa và loại P có các khoảng trống cho các electron dư thừa, gọi là lỗ trống. 

- Tại nơi tiếp xúc giữa 2 loại silic (P/N Junction), electron có thể di chuyển qua tiếp diện P/N để lại điện tích dương ở một mặt và tạo ra điện tích âm ở mặt còn lại.

- Ánh sáng là một dòng các hạt nhỏ li ti gọi là các hạt photon (bắn ra từ mặt trời). Khi một trong các hạt này va đập vào solar cell với đủ năng lượng, nó có thể đánh bật một electron khỏi liên kết để lại một lỗ trống. 

- Electron mang điện tích âm và lỗ trống mang điện tích dương nay có thể di chuyển tự do, nhưng bởi vì trường điện từ tại tiếp diện P/N nên chúng chỉ có thể đi theo một hướng. Electron bị hút về mặt N và lỗ trống bị hút về mặt P. 

- Các electron di động được thu thập ở các lá kim loại tại đỉnh solar cell. Từ đây chúng đi vào mạch tiêu thụ thực hiện chức năng điện trước khi quay trở về lá nhôm ở mặt sau. 

- Electron là thứ duy nhất di chuyển trong solar cell và quay về nơi xuất phát. Chẳng có thứ gì hao mòn hay cạn kiệt nên solar cell có tuổi thọ lên tới hàng chục năm.

- Điện được tạo ra từ tấm pin năng lượng mặt trời là điện một chiều (DC). Để có thể sử dụng cho các tải, thiết bị bình thường thì cần phải chuyển điện DC thành AC (điện xoay chiều). Và đó là chức năng của inverter.

Hiệu suất chuyển đổi điện năng của tấm pin mặt trời phụ thuộc vào nhiều yếu tố, bao gồm loại vật liệu bán dẫn, cấu tạo của tế bào quang điện và điều kiện ánh sáng.

Thông tin liên hệ đơn vị thi công lắp đặt điện mặt trời uy tín

Nhìn chung, hệ thống điện mặt trời là một giải pháp tuyệt vời, nhưng chúng không hoàn hảo. Cũng giống như bất kỳ thiết bị nào khác, chúng dễ bị lỗi sản xuất và hao mòn. Vì vậy, điều quan trọng nhất khi lắp đặt hệ thống điện mặt trời là bạn cần lựa chọn công ty lắp đặt uy tín chuyên nghiệp có thể đồng hành với bạn và hỗ trợ kịp thời suốt quá trình sử dụng hệ thống. 

Công Ty TNHH Sản Xuất Thương Mại XNK Mặt Trời Việt - Sunpower Solar là một trong những đơn vị uy tín hàng đầu trong lĩnh vực lắp đặt điện mặt trời, cung cấp các thiết bị, vật tư cho hệ thống điện mặt trời. Với đội ngũ cán bộ, nhân viên là những kỹ sư có trình độ chuyên môn cao, có nhiều kinh nghiệm trong lĩnh vực điện mặt trời giúp quý khách có thể yên tâm khi sử dụng dịch vụ của chúng tôi.

Trên thực tế, SUNPOWER đã thực hiện lắp đặt điện mặt trời cho nhiều hộ gia đình, doanh nghiệp, nhà máy với quy mô khác nhau và nhận được phản hồi tích cực từ khách hàng.

Chúng tôi luôn cố gắng đưa sản phẩm đến tay người tiêu dùng ở mức giá cạnh tranh và hợp lý nhất, ngoài những chương trình khuyến mãi hấp dẫn mang đến nhiều quyền lợi cho khách hàng. Kết hợp với chế độ bảo hành lâu dài và chuyên nghiệp luôn đảm bảo tất cả những sản phẩm mà chúng tôi kinh doanh là sản phẩm chính hãng và được bảo hành chính hãng. 

Với những tiêu chí trên, Công ty chúng tôi tin rằng sản phẩm mà chúng tôi cung cấp sẽ luôn mang đến sự hiệu quả và làm hài lòng quý khách hàng thân thiết trên thị trường toàn quốc. Quý khách có nhu cầu lắp đặt hoặc thay thế, đổi mới các thiết bị hệ thống điện mặt trời có thể liên hệ với SUNPOWER để được hỗ trợ nhanh chóng nhất.