Cấu tạo pin năng lượng mặt trời và nguyên lý hoạt động chi tiết

Pin năng lượng mặt trời rất hữu ích trong cuộc sống hiện đại giúp nhiều gia đình, xí nghiệp tiết kiệm được nguồn chi phí đáng kể để chi trả cho hóa đơn tiền điện. Vậy cấu tạo pin năng lượng mặt trời và nguyên lý hoạt động như thế nào mà mang đến nguồn điện năng ổn định được nhiều người tin tưởng và lựa chọn đến thế. Muốn biết chi tiết, hãy cùng Hà Thiên Energy tham khảo bài viết ngay nhé!

Pin năng lượng mặt trời là gì?

Pin năng lượng mặt trời ( pin mặt trời, tấm quang điện) là thiết bị có nhiều tế bào điện quang, là phần tử bán dẫn có chứa trên bề mặt một số lượng lớn cảm biến ánh sáng, được gọi là diot quang giúp chuyển đổi năng lượng ánh sáng thành năng lượng điện. Pin mặt trời được ứng dụng khá rộng rãi trong việc tạo ra nguồn năng lượng xanh phục vụ cải thiện cuộc sống người dân tốt hơn. Tấm pin mặt trời giá khá rẻ, nhưng độ bền cao, mang lại hiệu quả. 

Tìm hiểu pin năng lượng mặt trời

Cấu tạo pin năng lượng mặt trời như thế nào?

Pin mặt trời được cấu tạo từ vật liệu gì? Tại sao có sức bền chịu đựng nắng mưa trong suốt một thời gian dài 20 năm – 50 năm? Hà Thiên Energy phân tích cấu tạo pin mặt trời gồm 7 thành phần chính sau: các tế bào quang điện mặt trời, kính cường lực ( 3-4 năm), khung nhôm ép, các lớp màn EVA, tấm nền phía sau polymer, hộp kết nối,…

1. Các tế bào điện quang (Solar cell)

Các tế bào quang điện mặt trời hoặc tế bào PV một nguyên liệu mặt trời giúp chuyển đổi ánh sáng mặt trời trực tiếp thành nguồn năng lượng DC. Hiệu suất bảng điều khiển năng lượng được xác định bởi các tế bào solar cell với hai loại chính là silicon đơn tinh thể và đa tinh thể. Một tấm pin năng lượng mặt trời chứa khoảng 60 tế bào đơn hoặc đa tinh thể sẽ liên kết với nhau qua những thanh nối tiếp để tạo ra nguồn điện áp khoảng 30 – 40 V, phụ thuộc vào loại tế bào được sử dụng.

2. Tấm kính bảo vệ

Lớp tiếp theo của pin mặt trời chính  tấm kính bảo vệ, kính phía trước là một thành phần cấu tạo pin để bảo vệ các tế bào điện khỏi thời tiết và tác động khi thời tiết xấu như: mưa đá hoặc gặp phải mảnh vụn ở không khí. Như một tấm kính cường lực có cường độ cao, độ dày khoảng 3.0 mm – 4.0mm được thiết kế giày công giúp chống lại tải trọng cơ học và thích ứng tốt với thay đổi nhiệt độ khắc nghiệt.

Với một pin mặt trời chất lượng, tấm kính bảo vệ sẽ được thử nghiệm tác động tối ưu theo tiêu chuẩn IEC yêu cầu tấm pin phải chịu đựng được tác động từ mưa đá có đường kính khoảng 25mm tốc độ vận chuyển 27 m/s. Pin có kính cường lực xuyên thấu được sử dụng phổ biến vì tính hiệu quả, hiệu suất tốt và cải thiện khả năng truyền ánh sáng. 

Tấm kính bảo vệ pin mặt trời

3. Khung nhôm

Khung nhôm để bảo vệ cạnh của phần gỗ chứa các tế bào điện giúp cấu trúc vững chắc để gắng bảng điều khiển năng lượng mặt trời vào đúng vị trí. Các phần nhôm ép đùn được thiết kế khá nhỏ gọn, cứng và có thể chịu tốt được áp lực cực lớn, chống gió hoặc áp lực từ bên ngoài. Khung nhôm thường có màu bạc hoặc nhôm tùy thuộc vào công ty sản xuất, phần góc khung có thể được vặt, ép hoặc kẹp chặt lại với nhau cung cấp mức độ mạnh và cứng khác nhau. 

4. Lớp phim EVA

EVA (ethylene vinyl acetate) được thiết kế đặc biệt có độ trong suốt được sử dụng để bọc tất cả tế bào và giữ chúng đúng ở vị trí trong quá trình sản xuất. Vật liệu EVA đặc tính bền và chịu được nhiệt độ cao, độ ẩm khắc nghiệt, đóng vai trò quan trọng trong hiệu suất dài hạn, ngăn chặn bụi bẩn và hơi ẩm xâm nhập trong cấu tạo của pin. 

Lớp phim EVA bảo vệ pin

5. Tấm nền Polymer phía sau cùng 

Tấm nền là lớp phía sau cùng để tạo được cấu tạo pin năng lượng mặt trời, đóng vai trò như một hàng rào chống ẩm và lớp da bên ngoài cuối cùng mục đích để bảo vệ cơ học và cách điện. Vật liệu tấm nền được làm từ nhiều loại Polymer hoặc nhựa khác nhau bao gồm: PP, PET, PVC,…. bảo vệ pin năng lượng tốt, ổn định nhiệt và chống tia cực tím hiệu quả. Tấm nền Polymer có hai màu phổ biến là: trong suốt hoặc đen tùy vào nhà sản xuất hoặc mô đun. 

6. Hộp nối 

Cấu tạo pin năng lượng mặt trời bao gồm hộp nối là một vỏ bọc chống thời tiết nhỏ nằm phía sau bảng điều khiển. Thiết bị khá cần thiết để gắn chắc chắn các dây cáp để kết nối các bảng điện lại với nhau. Hộp nối có vai trò rất quan trọng vì là điểm trung tâm nơi mà tất cả tế bào được đặt liên kết với nhau, được bảo vệ khỏi độ ẩm bụi bẩn tác động từ bên ngoài.

Hộp nối tấm năng lượng mặt trời

7. Đầu nối năng lượng MC4

Các tấm pin mặt trời được kết nối với nhau bằng cách sử dụng ổ cắm, phích cắm chịu được thời tiết, đặc biệt gọi là đấu nối MC4. Đầu nối năng lượng MC4 có đường kính 4mm đa tiếp xúc. Các đầu nối phải an toàn, chắc chắn, chống tia cực tím, duy trì kết nối tốt với điện trở tối thiểu khi lúc cả điện áp thấp và cao đến 1000V. 

Đầu nối được thiết kế để được sử dụng với DC năng lượng mặt trời cách điện kép 4mm – 6mm kết hợp lõi đa sợi đồng mạ thiếc cho điện tối thiểu. Nên sử dụng đầu nối năng lượng trong cấu tạo pin năng lượng mặt trời để tránh và giảm thiểu tai nạn cháy nổ, hư hỏng. 

Sơ đồ nguyên lý hoạt động pin mặt trời chi tiết

Tiếp đến, Hà Thiên Energy sẽ trình bày với bạn sơ đồ nguyên lý hoạt động của pin mặt trời như sau:

• Photon truyền trực tiếp xuyên qua những mảnh silic. Sẽ thường xảy ra khi năng lượng photon thấp hơn năng lượng đủ để đưa các hạt electron lên mức năng lượng cao hơn.
• Năng lượng Photon được hấp thụ bởi silic, thường xảy ra khi năng lượng của photon lớn hơn năng lượng để đưa electron lên mức điện năng cao hơn.

Khi photon được hấp thu, năng lượng được truyền đến các hạt electron trong mạng tinh thể. Các electron lớp ngoài cùng, thường được kết dính với các nguyên tử lần vì không thể di chuyển xa hơn. Khi các electron được kích thích, sẽ nhanh chóng trở thành điện dẫn, các electron sẽ có thể tự do di chuyển trong chất bán dẫn. 

Lúc này, nguyên tử sẽ thiếu 1 electron, gọi là “lỗ trống”, tạo điều kiện cho các electron nguyên tử bên cạnh di chuyến đến lắp vào “ lỗ trống” và điều này sẽ tạo ra lỗ trống lân cho cho electron khác. Nguyên lý hoạt động lắp vào lỗ trống được diễn ra liên tục và xuyên suốt trong mạch bán dẫn. 

Và một photon chỉ cần có năng lượng lớn hơn năng lượng đủ để kích thích electron lớp ngoài để dẫn điện. Tần số mặt trời thường tương đương 6000 độ K. Vì thế, phần lớn năng lượng mặt trời đều được hấp thụ tốt bởi silic. Hầu hết năng lượng mặt trời chuyển đổi thành năng lượng nhiệt nhiều hơn là năng lượng điện tử sử dụng. 

Sơ đồ nguyên lý tấm năng lượng mặt trời 

Kết Luận  

Nếu bạn đang có ý tìm và mua tấm năng lượng mặt trời thì nhất định phải tìm hiểu qua cấu tạo pin năng lượng mặt trời và nguyên lý hoạt động ngay nhé! Khi hiểu được cấu tạo và sơ đồ nguyên lý bạn sẽ dễ dàng vận động thiết bị hơn, tăng hiệu suất tốt. Hy vọng, bài viết cung cấp nhiều thông tin hữu ích cho bạn tham khảo.