Pin mặt trời là gì?

Câu hỏi: Pin mặt trời là gì? Trong pin mặt trời có sự biến đổi năng lượng nào? Nêu một số nhà máy điện mặt trời ở nước ta.

Trả lời:

  Pin mặt trời là những tấm phẳng làm bằng Silic. Nếu chiếu ánh sáng mặt trời vào tấm đó thì năng lượng Mặt trời sẽ trực tiếp biến đổi thành điện năng.

+ Nhà máy điện mặt trời và điện gió Fujiwara Bình Định (tỉnh Bình Thuận)

+ Nhà máy điện mặt trời Phong Phú (tỉnh Bình Thuận)

+ Nhà máy điện mặt trời Phong Điền (tỉnh Thừa Thiên Huế)

Cùng Top lời giải tìm hiểu thêm về pin mặt trời nhé!

1. Pin năng lượng mặt trời là gì?

   Pin mặt trời hay pin quang điện có tên tiếng Anh là Solar panel, nó bao gồm nhiều tế bào quang điện (gọi là solar cells). Tế bào quang điện này là các phần tử bán dẫn có chứa trên bề mặt nhiều các cảm biến của ánh sáng là đi ốt quang, nó làm biến đổi năng lượng của ánh sáng thành năng lượng điện.

   Pin Mặt trời, tấm năng lượng mặt trời hay tấm quang điện (Solar panel) bao gồm nhiều tế bào quang điện (solar cells) - là phần tử bán dẫn 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. Cường độ dòng điện, hiệu điện thế hoặc điện trở của pin mặt trời thay đổi phụ thuộc bởi lượng ánh sáng chiếu lên chúng. Tế bào quang điện được ghép lại thành khối để trở thành pin mặt trời (thông thường 60 hoặc 72 tế bào quang điện trên một tấm pin mặt trời). Tế bào quang điện có khả năng hoạt động dưới ánh sáng mặt trời hoặc ánh sáng nhân tạo. Chúng có thể được dùng như cảm biến ánh sáng (ví dụ cảm biến hồng ngoại), hoặc các phát xạ điện từ gần ngưỡng ánh sáng nhìn thấy hoặc đo cường độ ánh sáng.

   Các chỉ số Cường độ dòng điện, hiệu điện thế hay điện trở của tấm pin thay đổi phụ thuộc vào lượng ánh sáng chiếu lên chúng. Các tế bào quang điện này được ghép lại thành một khối để trở thành pin mặt trời (thông thường sẽ từ 60 hoặc 72 tế bào quang điện trên một tấm pin).

   Tấm Pin được biết đến như một là vật liệu có tính năng chuyển đổi quang năng của ánh sáng mặt trời thành điện năng được lắp đặt điện mặt trời. Pin được tạo ra nguồn điện từ ánh sáng của mặt trời cũng giống như thủy điện thì tạo ra điện từ nước, nhiệt điện tạo ra điện từ than… chúng có hiệu suất cao và có tuổi thọ trung bình có thể lên đến 30 năm.

   Sự chuyển đổi này thực hiện theo hiệu ứng quang điện. Hoạt động của pin mặt trời được chia làm ba giai đoạn:

+ Đầu tiên năng lượng từ các photon ánh sáng được hấp thụ và hình thành các cặp electron-hole trong chất bán dẫn.

+ Các cặp electron-hole sau đó bị phân chia bởi ngăn cách tạo bởi các loại chất bán dẫn khác nhau (p-n junction). Hiệu ứng này tạo nên hiệu điện thế của pin mặt trời. 

+ Pin mặt trời sau đó được nối trực tiếp vào mạch ngoài và tạo nên dòng điện. 

   Các pin năng lượng Mặt trời có nhiều ứng dụng trong thực tế. Do giá thành còn đắt, chúng đặc biệt thích hợp cho các vùng mà điện lưới khó vươn tới như núi cao, ngoài đảo xa, hoặc phục vụ các hoạt động trên không gian; cụ thể như các vệ tinh quay xung quanh quỹ đạo Trái Đất, máy tính cầm tay, các máy điện thoại cầm tay từ xa, thiết bị bơm nước... Các Pin năng lượng Mặt trời được thiết kế như những modul thành phần, được ghép lại với nhau tạo thành các tấm năng lượng Mặt trời có diện tích lớn, thường được đặt trên nóc các tòa nhà nơi chúng có thể có ánh sáng nhiều nhất, và kết nối với bộ chuyển đổi của mạng lưới điện. Các tấm pin Mặt Trời lớn ngày nay được lắp thêm bộ phận tự động điều khiển để có thể xoay theo hướng ánh sáng, giống như loài hoa hướng dương hướng về ánh sáng Mặt Trời.

2. Cấu tạo của tấm pin năng lượng mặt trời

Tấm pin năng lượng mặt trời được cấu tạo bởi 8 bộ phận chính, đó là:

1, Khung nhôm:

   Là một bộ phận có kết cấu cứng cáp để tích hợp các tế bào quang điện (solar cells) và các bộ phận khác. Tuy được thiết kế cứng cáp nhưng đồng thời vẫn đủ nhẹ để có thể bảo vệ và cố định các thành phần khác trước các yếu tố từ ngoại lực tác động. Màu sắc chủ yếu của nhôm là màu bạc.

2, Kính cường lực:

   Giúp bảo vệ solar cells khỏi các tác động của thời tiết như nhiệt độ, bụi, mưa đá,.. và các tác động va chạm khác từ bên ngoài. Kính được thiết kế có độ dày 3m-3.5m. Để đảm bảo có thể bảo vệ nhưng vẫn giữ được độ trong suốt của kính cường lực để dễ dàng hấp thụ ánh sáng mặt trời.

3, Lớp 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. Nhằm 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. Là vật liệu có khả năng chịu nhiệt rất tốt và độ bền cao.

4, Lớp solar cell

   Pin năng lượng mặt trời thông dụng được làm từ silic – chất bán dẫn phổ biến. Trong một tế bào (cell), tinh thể silic nằm ở giữa hai lớp dẫn điện. Một solar cells được sử dụng 2 lớp silic khác nhau.

5, Tấm nền pin 

   Có chức năng cách điện, bảo vệ cơ học và giữ độ ẩm. Tùy vào từng hãng sản xuất mà tấm nền pin sẽ có độ dày khác nhau. Màu sắc chủ yếu là màu trắng.

6, 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.

7, Cáp điện DC 

   Là loại cáp điện chuyên dụng cho điện năng mặt trời, có khả năng cách điện tốt đồng thời là khả năng chống chịu tốt từ môi trường bên ngoài như: tia cực tím, bụi,….

8, Jack kết nối MC4

   Là đầu nối để kết nối tấm pin mặt trời với nguồn điện thường dùng. Loại jack này giúp chúng ta dễ dàng kết nối tấm pin và dãy pin từ các tấm pin liền kề với nhau bằng cách gắn jack.

3. Phân loại:

  Cho tới hiện tại thì vật liệu chủ yếu cho pin mặt trời là các silic tinh thể, nó được chia thành 3 loại:

+ Đơn tinh thể module sản xuất dựa trên quá trình Czochralski. Đơn tinh thể loại này có hiệu suất lên tới 16%. Chúng thường có giá thành cao do được cắt từ các thỏi hình ống, các tấm đơn thể này có các mặt trống ở góc nối các module.

+ Đa tinh thể: làm từ các thỏi đúc-đúc từ silic nung chảy cẩn thận sau đó được làm nguội và làm rắn. Các loại pin này có giá rẻ hơn các đơn tinh thể, tuy nhiên hiệu suất kém hơn. Tuy nhiên chúng có thể tạo thành các tấm vuông che phủ bề mặt nhiều hơn đơn tinh thể bù lại cho hiệu suất thấp của nó.

+ 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 và có giá rẻ nhất trong các loại vì không cần phải cắt từ thỏi silicon. Các 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.

4. Hệ thống điện năng lượng mặt trời là gì?

   Hệ thống điện năng lượng mặt trời là hệ thống sử dụng tấm pin quang điện (tấm pin năng lượng mặt trời) và một số thành phần khác, hoạt động dựa trên hiệu ứng quang điện, chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành điện năng. Cấu tạo hệ thống điện năng lượng mặt trời gồm các thành phần như:

+ Tấm pin quang điện

+ Bộ hòa lưới điện (thiết bị biến tần inverter)

+ Tủ phân phối và bảo vệ DC/AC (tủ điện)

+ Khung giá đỡ và các phụ kiện chuyên dụng

+ Hệ thống đo đếm điện năng và giám sát từ xa

+ Hệ thống lưu trữ điện năng (trong hệ thống điện độc lập hoặc hòa lưới có dự trữ)

   Hệ thống điện mặt trời có thể chia thành 3 loại: hệ thống hòa lưới, hệ thống độc lập và hệ thống hòa lưới có dự trữ (loại hỗn hợp). Trong đó, điện mặt trời hòa lưới là hình thức đang được áp dụng phổ biến nhất hiện nay, ở cả quy mô hộ gia đình, trên mái nhà xưởng doanh nghiệp, điện mặt trời kết hợp nông nghiệp và nhà máy điện mặt trời quy mô lớn.