Cấu tạo và Nguyên lý hoạt động của pin năng lượng mặt trời

Bạn đang tìm hiểu về cấu tạo và nguyên lý hoạt động của pin năng lượng mặt trời? Pin năng lượng mặt trời không chỉ là một công nghệ đột phá trong lĩnh vực năng lượng bền vừng, mà nó còn mang lại nhiều lợi ích cho cuộc sống và sản xuất hàng hằng ngày. Hãy cùng tìm hiểu chi tiết về cấu tạo và nguyên lý hoạt động của pin năng lượng mặt trời trong bài viết này nhé!

Cấu tạo của pin năng lượng mặt trời

Pin năng lượng mặt trời được xây dựng từ các thành phần quan trọng sau:

Khung nhôm

Khung nhôm là một phần cuối cùng được lắp ráp vào pin mặt trời. Thường được làm từ nhôm, khung này có chức năng chính là đảm bảo độ bền cho tấm pin. Ngoài ra, nó cũng cung cấp một cấu trúc cứng để tích hợp solar cell và các thành phần khác. Khung nhôm có khả năng bảo vệ và cố định các thành phần bên trong khỏi tác động của gió mạnh và lực tác động từ bên ngoài.

Lớp kính cường lực trước của tấm pin năng lượng mặt trời

Lớp này có vai trò bảo vệ và tăng độ bền cho pin. Độ dày của lớp kính này thường khoảng 3,3mm, tuy nhiên, có thể thay đổi từ 2mm đến 4mm tùy thuộc vào loại kính cường lực được sử dụng bởi nhà sản xuất pin mặt trời. Lớp kính cường lực này giúp tấm pin năng lượng mặt trời hấp thụ ánh sáng tốt hơn và giảm thiểu hiện tượng phản xạ ánh sáng.

Vật liệu đóng gói hoàn thiện pin mặt trời (Lớp màng EVA)

Lớp màng EVA là một loại polymer đục mờ được sử dụng để kết dính tế bào năng lượng mặt trời với lớp kính cường lực phía trên và tấm nền phía dưới. Ngoài việc gắn kết, lớp màng EVA còn có tác dụng hấp thụ và bảo vệ tế bào năng lượng mặt trời. Vật liệu EVA có khả năng chịu đựng nhiệt độ cao và độ bền cao trong môi trường hoạt động của pin.

Lớp tế bào quang điện Solar Cell bên trong

Tế bào quang điện hay gọi là solar cells, là thành phần chính của pin năng lượng mặt trời và được làm từ silic tinh khiết. Các tế bào silic này có thể có cấu trúc đơn tinh thể hoặc đa tinh thể, tùy thuộc vào quy trình sản xuất của từng nhà sản xuất pin mặt trời.

Các đặc tính kỹ thuật quan trọng như kích thước, màu sắc, số lượng tế bào và hiệu suất chuyển đổi. Hiện nay, tế bào đơn tinh thể (Mono) là loại phổ biến nhất, với hiệu suất chuyển đổi khoảng 21%. Điều này cho phép sản xuất các pin mặt trời có công suất lên đến 450Wp với 144 tế bào. Thậm chí, các nhà sản xuất đang nghiên cứu và phát triển tấm pin có công suất dự kiến lên đến 600Wp trong tương lai gần. Các tế bào này được kết nối với nhau bằng dây đồng mỏng và được phủ bởi một lớp hợp kim thiếc.

Tầm nền của tấm pin năng lượng mặt trời

Tấm nền nằm ở phía sau của pin năng lượng mặt trời và được làm từ vật liệu nhựa cách điện. Nhiệm vụ của tấm nền là bảo vệ và che chắn các tế bào năng lượng mặt trời khỏi tác động của thời tiết và độ ẩm. Độ dày, màu sắc và độ bền cơ học của tấm nền có thể thay đổi tùy thuộc vào từng loại pin.

Hộp kết nối (Junction Box)

Hộp kết nối được đặt ở phái sau cùng của tấm pin năng lượng mặt trười. Là nơi tụ hợp và chuyền đổi năng lượng điện được tạo từ pin ra bên ngoài. Vì đây là điểm trung tâm quan trọng nên được thiết kế bảo vệ khác chắc chắn.

Cáp điện Dc cho năng lượng mặt trời

Cáp điện DC là loại cáp được sử dụng đặc biệt cho năng lượng mặt trời, có khả năng cách điện một chiều DC tuyệt vời. Ngoài ra, nó cũng có khả năng chống chịu tốt trước các điều kiện khắc nghiệt của thời tiết như tia cực tím, bụi bẩn, nước và độ ẩm, cũng như các tác động cơ học khác.

Đầu nối Jack MC4

Đây là một loại đầu nối điện thông thường được sử dụng để kết nối các tấm pin mặt trời. "MC" trong MC4 là viết tắt của nhà sản xuất Multi-Contact. Loại đầu nối này giúp dễ dàng kết nối các tấm pin và dãy pin bằng cách gắn Jack từ các tấm pin liền kề với nhau một cách thuận tiện và nhanh chóng.

Nguyên lý hoạt động của pin năng lượng mặt trời

Tấm pin năng lượng mặt trời chuyển đổi năng lượng ánh sáng thành dòng điện một chiều (DC). Sau đó, thông qua inverter được trang bị thuật toán MPPT (Maximum Power Point Tracking), dòng điện DC được chuyển hóa thành dòng điện xoay chiều (AC). Nguồn điện AC tạo ra từ hệ thống pin năng lượng mặt trời được kết nối với bảng điện chính và đồng bộ hóa với lưới điện hiện có, cung cấp điện song song với nguồn điện lưới (ưu tiên sử dụng điện mặt trời và tự động chuyển sang lưới điện khi cần, hoặc phát ngược vào lưới khi có dư). Đây là nguyên lý cơ bản của hệ thống hòa lưới điện mặt trời.

Khi xảy ra mất điện lưới, inverter trong hệ thống sẽ ngay lập tức ngắt kết nối với lưới điện. Điều này đảm bảo rằng hệ thống pin năng lượng mặt trời không phát điện vào lưới và không gây nguy hiểm cho nhân viên sửa chữa lưới điện.

Khi một photon tương tác với một tấm silic, có hai trường hợp xảy ra:

- Photon đi qua tấm silic. Điều này xảy ra khi năng lượng của photon không đủ để đẩy các electron lên một mức năng lượng cao hơn.

- Năng lượng của photon được hấp thụ bởi silic. Điều này xảy ra khi năng lượng của photon lớn hơn năng lượng cần thiết để đẩy các electron lên một mức năng lượng cao hơn.

Khi photon được hấp thụ, năng lượng của nó được truyền cho các electron trong cấu trúc tinh thể silic. Các electron này thường nằm ở lớp ngoài cùng và bị ràng buộc với các nguyên tử lân cận, do đó chúng không thể tự do di chuyển. Khi các electron được kích thích và trở thành dẫn điện, chúng có thể tự do di chuyển trong vật liệu bán dẫn.

Kết quả là một nguyên tử sẽ mất đi một electron, tạo ra một "lỗ trống". Lỗ trống này tạo điều kiện cho các electron từ nguyên tử lân cận di chuyển và điền vào "lỗ trống", và quá trình này tạo ra lỗ trống cho nguyên tử lân cận khác. Quá trình này tiếp tục và các lỗ trống di chuyển xuyên suốt vật liệu bán dẫn. Đây là nguyên lý cơ bản của một tấm pin mặt trời.

Một photon chỉ cần đủ năng lượng để kích thích các electron ở lớp ngoài cùng để di chuyển. Tuy nhiên, tần số ánh sáng mặt trời thường tương đương với 600K, vì vậy hầu hết năng lượng mặt trời được hấp thụ bởi silic. Tuy nhiên, một phần đáng kể năng lượng mặt trời được chuyển đổi thành năng lượng nhiệt thay vì năng lượng điện có thể sử dụng.

Trên đây là toàn bộ những thông tin chi tiết về cấu tạo nguyên lý hoạt động của pin năng lượng mặt trời. Hy vọng những thông tin trên mà M&H Energy Solutions cung cấp giúp ích cho bạn.