Pin năng lượng mặt trời (PIN NLMT) – pin mặt trời là gì? Cấu tạo – nguyên lý hoạt động – ứng dụng? Bạn có thể tìm hiểu các câu hỏi trên qua bài viết sau nhé!
Năng lượng mặt trời là gì?
Năng lượng mặt trời là 1 nguồn năng lượng sạch – miễn phí được tạo ra từ bức xạ ánh sáng và nhiệt từ Mặt trời. Năng lượng mặt trời được chuyển hóa thành năng lượng điện thông qua pin mặt trời – phần sẽ được trình bày phía dưới! Ngoài ra năng lượng mặt trời còn được con người sử dụng để tạo ra nước nóng, làm mát, sưởi ấm, nấu ăn…
Pin mặt trời là gì?
Pin mặt trời hay pin năng lượng mặt trời – pin quang điện là loại pin có cấu tạo từ nhiều tế bào quang điện (solar cells), các tế bào quang điện này ghép lại thành khối để trở thành tấm pin mặt trời. Đây là phương pháp sản xuất điện trực tiếp từ năng lượng mặt trời thông qua thiết bị biến đổi quang điện.
Tế bào quang điện là phần tử bán dẫn có chứa trên bề mặt 1 lượng lớn các đi ốt quang (cảm biến ánh sáng) nhằm mục đính biến đổi năng lượng ánh sáng thành năng lượng điện.
Pin mặt trời là gì?
Cấu tạo pin mặt trời là gì?
Cấu tạo module pin mặt trời
Vật liệu chủ yếu cho pin mặt trời là các silic tinh thể. Pin mặt trời từ tinh thể silic chia ra thành 3 loại:
- Một tinh thể hay đơn tinh thể module sản xuất dựa trên 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 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 được làm nguội và làm rắn. Các pin này thường 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, tuy nhiên loại này rẻ nhất trong các loại vì không cần phải cắt từ thỏi silicon.
Một lớp tiếp xúc bán dẫn pn có khả năng biến đổi trực tiếp năng lượng bức xạ mặt trời thành điện năng nhờ hiệu ứng quang điện bên trong gọi là pin mặt trời. Pin mặt trời được sản xuất và ứng dụng phổ biến hiện nay là các pin mặt trời được chế tạo từ vật liệu tinh thể bán dẫn silicon (Si) có hoá trị 4.
Từ tinh thể Si tinh khiết, để có vật liệu tinh thể bán dẫn Si loại n, người ta pha tạp chất donor là photpho có hoá trị 5. Còn có thể có vật liệu bán dẫn tinh thể loại p thì tạp chất acceptor được dùng để pha vào Si là Bo có hoá trị 3.
Đối với pin mặt trời từ vật liệu tinh thể Si khi bức xạ mặt trời chiếu đến thì hiệu điện thế hở mạch giữa 2 cực khoảng 0,55V và dòng điện đoản mạch của no khi bức xạ mặt trời có cường độ 1000W/m2 vào khoảng 25 ÷ 30 mA/cm2.
Hiện nay người ta đã chế tạo pin mặt trời bằng vật liệu Si vô định hình (a-Si). So với pin mặt trời tinh thể Si thì pin mặt trời a-Si giá thành rẻ hơn nhưng hiệu suất thấp hơn và kém ổn định.
Ngoài Si, hiện nay người ta đang nghiên cứu và thử nghiệm các loại vật liệu khác có nhiều triển vọng như Sunfit cadmi-đồng (CuCds), galium-arsenit (GaAs) …
Công nghệ chế tạo pin mặt trời gồm nhiều công đoạn khác nhau, ví dụ để chế tạo pin mặt trời từ Silicon đa tinh thể cần qua các công đoạn như hình, cuối cùng ta được module.
Quá trình tạo ra tấm pin mặt trời
Nguyên lý hoạt động của pin mặt trời là gì?
Pin mặt trời làm việc theo nguyên lý là biến đổi trực tiếp năng lượng bức xạ mặt trời thành điện năng nhờ hiệu ứng quang điện.
Hiệu ứng quang điện
Hiệu ứng quang điện được phát hiện đầu tiên năm 1839 bởi nhà vật lý Pháp Alexandre Edmond Becquerel. Tuy nhiên cho đến 1883 một pin năng lượng mới được tạo thành, bởi Charles Fritts, ông phủ lên mạch bán dẫn selen một lớp cực mỏng vàng để tạo nên mạch nối.
Thiết bị chỉ có hiệu suất 1%, Russell Ohl xem là người tạo ra pin năng lượng mặt trời đầu tiên năm 1946. Sau đó Sven Ason Berglund đã có các phương pháp liên quan đến việc tăng khả năng cảm nhận ánh sáng của pin.
Tóm tắt nguyên lý hoạt động
Hoạt động của pin mặt trời được chia làm các 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.
Nguyên lý hoạt động của pin mặt trời
Lợi ích của pin mặt trời
Ánh sáng mặt trời là nguồn năng lượng tự nhiên miễn phí phong phú. Nhờ pin năng lượng mặt trời mà chúng ta tận dụng được nguồn năng lượng tự nhiên đó. Pin năng lượng tạo ra nguồn điện xanh – thân thiện với môi trường sống.
Nguồn tài nguyên ngày một cạn kiệt, môi trường đang bị ôi nhiễm nghiêm trọng, pin mặt trời là thiết bị trong hệ thống điện năng lượng mặt trời tạo ra nguồn điện năng lớn kì vọng thay thế các nhà máy nhiệt điện, thủy điện…
Ứng dụng pin mặt trời là gì?
Pin mặt trời có ưu điểm là gọn nhẹ có thể lắp bất kỳ ở đâu có ánh sáng mặt trời, đặc biệt là trong lĩnh vực tàu vũ trụ. Ứng dụng năng lượng mặt trời dưới dạng này được phát triển với tốc độ rất nhanh, nhất là ở các nước phát triển.
Pin mặt trời vệ tinh vũ trụ
Ngày nay con người đã ứng dụng pin mặt trời trong rất nhiều dụng cụ cá nhân như máy tính, đồng hồ và các đồ dùng hàng ngày. Pin mặt trời còn dùng để chạy xe ô tô thay thế dần nguồn năng lượng truyền thống, dùng thắp sáng đèn đường, đèn sân vườn và sử dụng trong từng hộ gia đình. Trong công nghiệp người ta cũng bắt đầu lắp đặt các hệ thống điện dùng pin mặt trời với công suất lớn.
Đèn điện mặt trời
Hiện nay giá thành thiết bị pin mặt trời còn khá cao nên ở những nước đang phát triển pin mặt trời hiện mới chỉ có khả năng duy nhất là cung cấp năng lượng điện sử dụng cho các vùng sâu, xa nơi mà đường điện quốc gia chưa có.
Ứng dụng pin mặt trời cho điện mặt trời áp mái
Ở Việt Nam, với sự hỗ trợ của một số tổ chức quốc tế đã thực hiện công việc xây dựng các trạm điện dùng pin mặt trời có công suất khác nhau phục vụ nhu cầu sinh hoạt và văn hoá của các địa phương vùng sâu, vùng xa, nhất là đồng bằng sông Cửu Long và Tây Nguyên.
Nhà máy điện mặt trời – Ứng dụng PIN mặt trời là gì?
Một nhà máy điện mặt trời quy mô lớn công suất 154MW nối với lưới điện quốc gia với trị giá 420 triệu Đôla, đây là nhà máy quang điện lớn nhất và hiệu quả nhất thế giới sẽ được xây dựng ở Tây Bắc bang Victoria – Australia. Nhà máy này sẽ sử dụng công nghệ tập trung quang năng bằng kính hướng nhật (HCPV) (Các tấm gương dò theo hướng mặt trời).
Nhà máy sẽ bao gồm nhiều bãi đặt kính hướng nhật thu ánh nắng mặt trời vào các bình chứa. Các thiết bị thu này chứa nhiều module gồm nhiều dãy tấm pin mặt trời hiệu suất siêu cao sẽ chuyển trực tiếp ánh sáng mặt trời thành điện năng.
Trích nguồn: Sách “Năng lượng mặt trời lý thuyết và ứng dụng“, tác giả: TS. Hoàng Dương Hùng.
Tìm hiểu thêm: Các thông số tấm pin năng lượng mặt trời
Bài viết tham khảo: Cách tính sản lượng điện mặt trời theo khu vực
Bài viết tham khảo: Hệ thống điện mặt trời hòa lưới lưu trữ – không lưu trữ
Chuyên mục tham khảo: Điện năng lượng mặt trời
Bài viết tham khảo: Tổng hợp kiến thức về công suất – hệ số công suất bạn cần biết!
Bài viết tham khảo: Tổng hợp kiến thức về dòng điện và điện áp!
Nếu các bạn có bất cứ thắc mắc hay cần tư vấn về thiết bị dịch vụ vui lòng comment phía dưới hoặc Liên hệ chúng tôi!
Chúng tôi luôn sẵn sàng đem lại những giá trị tốt đẹp cho cộng đồng!
){kind=link}