Thế giới ngày càng phát triển vượt bậc bởi những thành tựu khoa học kỹ thuật và xu hướng sử dụng năng lượng xanh như năng lượng mặt trời cũng ngày càng được khuyến khích. Chính vì vậy, pin năng lượng mặt trời là một sự lựa chọn hoàn hảo.
Vậy, cấu tạo của pin năng lượng mặt trời gồm những gì và chúng được tạo thành từ chất liệu gì? Chắc hẳn đó là những câu hỏi đang được nhiều người quan tâm muốn tìm hiểu và đi tới sử dụng. Bài viết dưới đây sẽ giải đáp những thắc mắc của các bạn về cấu tạo pin năng lượng mặt trời.
Pin năng lượng mặt trời là gì?
Như tên gọi, pin năng lượng mặt trời là một dạng thiết bị điện tử, thu nhận năng lượng từ nguồn ánh sáng mặt trời và chuyển hóa thành điện năng. Nó được cấu thành từ nhiều tế bào quang bố trí trên khắp bề mặt (hay còn gọi là solar cell). Các solar cell có nhiệm vụ chuyển đổi năng lượng ánh sáng mặt trời thành điện năng.
Tấm pin năng lượng mặt trời (solar panel) là một tổ hợp các pin mặt trời có thể chuyển đổi ánh sáng trực tiếp thành điện năng. Chúng hoạt động bằng cách cho phép các photon, hoặc các hạt ánh sáng đánh bật các electron khỏi nguyên tử, tạo ra dòng điện. Các solar panel bao gồm nhiều đơn vị nhỏ được gọi là các tế bào quang điện.
Cấu tạo pin năng lượng mặt trời
Ánh sáng chiếu vào pin năng lượng mặt trời chuyển hóa trực tiếp thành điện năng. Để hoạt động, quá trình này đòi hỏi đáp ứng 2 vấn đề:
- Một là cấu tạo pin mặt trời phải là một vật liệu mà trong đó sự hấp thụ ánh sáng làm tăng electron lên trạng thái năng lượng cao hơn.
- Hai là, sự chuyển động của electron năng lượng cao hơn này từ pin mặt trời sang mạch ngoài. Sau đó, electron sẽ tiêu tán năng lượng của nó trong mạch ngoài và quay trở lại pin mặt trời. Trong thực tế sử dụng, hầu hết các chuyển đổi năng lượng quang điện đều sử dụng vật liệu bán dẫn ở dạng tiếp giáp p-n.
Thành phần cấu tạo nên pin năng lượng mặt trời
Pin năng lượng mặt trời được cấu tạo từ 6 thành phần chính. Và các solar panel được chế tạo bằng pin mặt trời tinh thể silicon. Tính đến thời điểm hiện tại, đây được xem là công nghệ năng lượng mặt trời phổ biến nhất và hiệu suất cao nhất hiện nay. 6 thành phần chính của pin năng lượng mặt trời gồm:
- Các tế bào quang điện mặt trời (Solar cell)
- Kính cường lực – dày 3 đến 4 mm
- Khung nhôm ép
- Bao bọc – Các lớp màng EVA
- Tấm nền phía sau Polymer
- Hộp kết nối – điốt và kết nối
3 Loại pin năng lượng mặt trời
Trên thị trường hiện nay, có 3 loại công nghệ được sử dụng trong các tấm pin năng lượng mặt trời, đó là các loại đơn tinh thể, đa tinh thể và màng mỏng vô định hình. Một solar panel có trọng lượng khoảng 23kg/tấm
Gần 90% quang điện trên thế giới ngày nay dựa trên một số biến thể của silicon. Trong năm 2011, các tấm pin năng lượng mặt trời silicon tinh thể từ tất cả các lô hàng của các nhà sản xuất từ Hoa Kỳ đến các khu vực khác chiếm khoảng 95%.
Các silicon được sử dụng trong PV có nhiều hình thức như tấm pin vô định hình hay pin Mono và Poly. Độ tinh khiết của silicon là sự khác biệt chính giữa chúng. Pin năng lượng mặt trời sẽ chuyển hóa năng lượng mặt trời thành điện năng càng tốt khi các phân tử silicon càng được liên kết chặt chẽ.
Độ tinh khiết sẽ quyết định đến hiệu quả của các solar panel nhưng các quá trình được sử dụng để tăng cường độ tinh khiết của silicon rất tốn kém.
3 loại pin năng lượng mặt trời hiện nay:
- Pin Mono hay còn gọi là silicon đơn tinh thể
- Pin Poly hay còn gọi là silicon đa tinh thể
- Pin mặt trời silic vô định hình
Pin năng lượng mặt trời Mono (Monocrystalline)
Cấu tạo của pin năng lượng mặt trời Mono gồm các tế bào silicon đơn tinh thể (Mono-Si), còn được gọi là silicon đơn tinh thể (đơn tinh thể-Si). Để cũng nhận biết tấm pin năng lượng Mono cũng rất đơn giản, bởi nó có màu đen đặc trưng, các cạnh được bo góc, và được chế tạo từ silicon có độ tinh khiết cao.
Ngoài ra, dạng pin mặt trời silicon hiệu quả nhất trong không gian chính là pin mặt trời đơn tinh thể. Với thời gian sử dụng lâu dài nhất, tuổi thọ dự kiến khoảng 50 năm. Trên thực tế, các tấm pin Mono sẽ được nhà sản xuất cung cấp điều kiện bảo hành sản phẩm lên tới 25 năm, kéo dài một nửa thời gian dự kiến của họ.
Pin Mono là một trong những loại ưu việt trong số tất cả các loại pin mặt trời. Chính vì vậy, đi kèm với đó nó có một mức giá bán ra không hề nhỏ. Trong số tất cả các loại pin năng lượng mặt trời silicon, pin tế bào đơn tinh thể là lựa chọn tốt nhất trong sản xuất cũng như sinh hoạt của các hộ gia đình.
Ở Việt Nam, pin năng lượng mặt trời Mono cũng đang được sử dụng khá nhiều. Bởi tấm pin này mang lại lợi ích không hề nhỏ, giá trị sử dụng lâu dài nên vẫn được lựa chọn hàng đầu trong số 2 loại pin còn lại. Mặc dù chi phí để lắp đặt khá lớn.
Pin năng lượng mặt trời Poly (Polycrystalline)
Vào năm 1981, các tấm pin mặt trời đầu tiên đã được giới thiệu trên thị trường, được cấu tạo dựa trên silicon đa tinh thể và silicon đa tinh thể. Nếu các tấm pin mặt trời dựa trên đơn tinh thể yêu cầu quá trình Czochralski, thì các tấm pin mặt trời đa tinh thể lại không cần quá trình đó. Silic thô được nấu chảy và đổ vào khuôn vuông, được làm lạnh và cắt thành các tấm vuông hoàn hảo.
Hiệu suất chuyển đổi quang điện của pin mặt trời đa tinh thể chỉ khoảng 13% – 16%. Dù cả hai quá trình sản xuất pin mặt trời silicon đa tinh thể và pin mặt trời đơn tinh thể là như nhau, nhưng hiệu suất chuyển đổi quang điện của pin mặt trời đa tinh thể lại giảm đi rất nhiều.
Pin Mono có vật liệu sản xuất đơn giản, tiết kiệm năng lượng, kéo theo đó là tổng chi phí sản xuất không quá cao. Chính vì vậy, pin năng lượng Poly đã và đang được phát triển rộng rãi.
Bên cạnh đó, tuổi thọ của pin mặt trời Poly silicon ngắn hơn pin mặt trời đơn tinh thể khoảng từ 15 – 25 năm. Về hiệu suất, pin mặt trời đơn sắc sẽ tốt hơn một chút.
Pin năng lượng mặt trời Silic vô định hình
Pin mặt trời silic vô định hình xuất hiện vào năm 1976, là một loại pin mặt trời màng mỏng. Quá trình sản xuất pin mặt trời silic vô định hình rất đơn giản, không phức tạp như phương pháp sản xuất pin mặt trời silicon đơn tinh thể và đa tinh thể. Phương pháp này tiêu thụ vật liệu silicon ít hơn, năng lượng ít hơn, tiêu thụ thấp hơn.
Đặc biệt, pin năng lượng mặt trời silic vô định hình có lợi thế chính là có thể tạo ra điện trong điều kiện ánh sáng yếu. Tuy nhiên, hiệu suất chuyển đổi quang điện thấp, không đủ ổn định là vấn đề chính của pin mặt trời silic vô định hình. Bởi việc kéo dài thời gian sản xuất mà hiệu quả chuyển đổi của nó bị suy giảm.
Tổng kết
Năng lượng mặt trời là một dạng năng lượng xanh, sạch, bền vững và dồi dào. Việc ứng dụng pin năng lượng mặt trời sẽ giúp ta không phụ thuộc vào việc đốt than, gas hoặc dầu.
Pin năng lượng mặt trời không hủy hoại Trái đất các tài nguyên quan trọng hoặc thải chất độc có hại vào khí quyển. Ở đây đơn giản chỉ là sử dụng một kho năng lượng vô tận mà mặt trời có sẵn và cho chúng ta sử dụng mỗi ngày.
Hy vọng rằng bài viết trên sẽ giúp bạn hiểu được hết những thành phần cấu tạo của pin năng lượng mặt trời và các loại pin mặt trời hiện có trên thị trường.
Xem thêm
