Pin năng lượng mặt trời: Cấu tạo và nguyên lý hoạt động

Pin năng lượng mặt trời đóng vai trò quan trọng trong hệ thống điện mặt trời, nó giúp tạo ra điện năng để sử dụng và lưu trữ. Việc tạo ra điện từ năng lượng mặt trời, yêu cầu nó phải có cấu tạo cực kì phức tạp và được tạo từ nhiều thành phần khác nhau. Sau đây mình sẽ cùng đi vào tìm hiểu cấu tạo và nguyên lý hoạt động của tấm pin năng lượng mặt trời nhé.

Pin năng lượng mặt trời là gì?

Pin năng lượng mặt trời là thiết bị chuyển đổi năng lượng ánh sáng mặt trời thành điện năng sử dụng được. Cấu trúc cơ bản của một tấm pin bao gồm các tế bào quang điện (hay còn gọi là tế bào mặt trời) được làm từ các vật liệu bán dẫn như silic, giúp tạo ra dòng điện khi ánh sáng chiếu vào.

Cấu tạo của pin năng lượng mặt trời

Các tấm pin năng lượng mặt trời sỡ hữu nhiều công nghệ hiện đại, nên nó có cấu tạo khá phức tạp. Nó được cấu thành từ 8 bộ phận gồm: Tế bào quang điện, lớp kính cường lực, lớp cách điện, dây dẫn, lớp diode, lớp lót và khung.

8 lớp cấu thành tấm pin năng lượng mặt trời
Cấu tạo tấm pin năng lượng mặt trời

Tế bào quang điện (Solar cells)

Là thành phần chính của tấm pin năng lượng mặt trời , được làm từ vật liệu bán dẫn như silic. Trong một cell, tinh thể silic bị kẹp giữa hai lớp dẫn điện (ribbon và các thanh busbar). Một tế bào quang điện sử dụng hai lớp silic khác nhau, loại N và loại P.

Lớp kính bảo vệ (Protective Glass)

Lớp kính bảo vệ được đặt phía trên cùng của tấm pin để bảo vệ tế bào quang điện khỏi các tác động bên ngoài như mưa, gió, bụi bẩn và va đập. Kính được thiết kế có độ dày từ 2 – 4mm (thông thường sẽ khoảng từ 3.2 – 3.3 mm). Để đảm bảo vừa đủ chức năng bảo vệ vừa duy trì được hiệu suất làm việc.

Lớp nền (Backsheet)

Là lớp cách điện được đặt ở phía sau của tấm pin, giúp cách điện và bảo vệ tế bào quang điện khỏi độ ẩm và các yếu tố môi trường khác. Vật liệu để làm ra lớp nền có thể là polymer, nhựa PP, PVF, PET. Tùy vào thương hiệu mà tấm nền sẽ có độ dày và chất liệu khác nhau. Phần lớn tấm nền sẽ có màu trắng

Dây dẫn (Busbars)

Dây dẫn là các dây kim loại (thường là bạc hoặc đồng) được đặt trên mặt trên của tế bào quang điện, chịu trách nhiệm thu thập dòng điện từ các tế bào và truyền nó đến điểm kết nối.

Lớp diode chống phản xạ (Anti-reflective Coating)

Lớp này được áp dụng lên mặt trên của tấm pin để giảm thiểu sự phản xạ của ánh sáng và tăng hiệu suất thu năng lượng từ ánh sáng mặt trời.

Lớp lót (Encapsulant)

Lớp lót được đặt giữa tế bào quang điện và lớp kính bảo vệ, giúp cố định và bảo vệ tế bào khỏi các tác động cơ học và môi trường.

Khung (Frame)

Khung được sử dụng để định hình và bảo vệ tấm pin năng lượng mặt trời, thường được làm từ hợp kim nhôm hoặc thép không gỉ. Có chức năng tạo ra một kết cấu đủ cứng cáp để tích hợp solar cell và các bộ phận khác lên. 

Xem thêm bài viết:

Nguyên lý hoạt động của pin năng lượng mặt trời

Pin năng lượng mặt trời hoạt động bằng cách chuyển đổi năng lượng ánh sáng mặt trời thành năng lượng điện thông qua hiệu ứng quang điện trong các tế bào quang điện của chúng.

Nguyên lý tạo ra điện năng của pin năng lượng mặt trời
Nguyên lý hoạt động của pin năng lượng mặt trời

Tấm pin năng lượng mặt trời chứa các tế bào quang điện được làm từ vật liệu bán dẫn như silic. Khi ánh sáng mặt trời chiếu vào tấm pin, các hạt năng lượng (photons) trong ánh sáng sẽ được hấp thụ bởi vật liệu bán dẫn (sillic).

Cấu tạo của một tế bào quang điện (solar cell)
Cấu tạo của một tế bào quang điện (solar cell)

Khi hạt năng lượng của photon được hấp thụ, nó có thể tạo ra một cặp điện tử-lỗ trống trong vật liệu bán dẫn. Điện tử được kích thích lên từ mức năng lượng của vật liệu bán dẫn, tạo ra một lỗ trống ở nơi chúng cùng nhau di chuyển.

Cặp điện tử-lỗ trống tạo ra một điện áp giữa hai phần của vật liệu bán dẫn, tạo điều kiện cho dòng điện chạy qua mạch điện ngoại vi kết nối với pin. Điện áp và dòng điện này có thể được sử dụng để cung cấp năng lượng điện cho các thiết bị hoặc hệ thống.

Cặp điện từ - lỗ trong trong chất bán dẫn.
Cặp điện từ – lỗ trong trong chất bán dẫn khi hấp thụ ánh nắng mặt trời tạo ra điện năng

Sau khi tạo ra dòng điện, các điện tử và lỗ trống có thể tái hợp lại trong vật liệu bán dẫn, hoặc được thu hồi bằng các lớp dẫn điện của tấm pin năng lượng mặt trời, để duy trì quá trình tạo ra điện.

Hiện nay, nhiều loại tấm pin năng lượng mặt trời đang được nghiên cứu và phát triển bằng nhiều công nghệ khách nhau. Vì vậy, công nghệ sẽ có phần thay đổi ít nhiều, những chia sẻ trên là những nguyên lý cơ bản nhất. Nếu có bất kì sai sót bạn có thể gửi góp ý cho chúng mình nhé.

Xem thêm bài viết:

Khi lựa chọn tấm pin năng lượng mặt trời cần lưu ý điều gì?

Khi lựa chọn tấm pin năng lượng mặt trời , bạn cần lưu ý một số yếu tố quan trọng sau:

Hiệu suất tấm pin năng lượng mặt trời

Tấm pin năng lượng mặt trời có hiệu suất cao sẽ chuyển đổi nhiều ánh sáng mặt trời thành điện năng hơn. Điều này giúp tiết kiệm diện tích lắp đặt và tăng cường sản lượng điện. Tuy nhiên việc lựa chọn tấm pin theo hiệu suất cũng phụ thuộc vào các yếu tốt như: diện tích mái, ngân sách đầu tư, công suất cần thiết,…

VD: Nếu diện tích mái thấp, công suất yêu cầu cao thì cần các tấm pin năng lượng mặt trời công suất lớn để tối ưu được diện tích, ngoài ra lắp đặt cho các hệ thống điện mặt trời doanh nghiệp cũng cần các tấm pin năng lượng mặt trời công suất lớn hơn.

Chất liệu tấm pin năng lượng mặt trời

Tấm pin năng lượng mặt trời thường được làm từ silicon đa tinh thể, đơn tinh thể hoặc màng mỏng. Mỗi loại có đặc điểm và hiệu suất khác nhau, vì vậy bạn cần lựa chọn phù hợp với nhu cầu và ngân sách của mình.

  • Tấm pin mono (đơn tinh thể) thường có hiệu suất cao nhất, đạt khoảng 15-20%, nhờ vào cấu trúc đơn tinh thể silicon tinh khiết, giúp chuyển đổi năng lượng mặt trời thành điện năng hiệu quả hơn. Chúng cũng có tuổi thọ dài và hoạt động tốt trong điều kiện ánh sáng yếu, nhưng giá thành cao hơn so với các loại khác.
  • Tấm pin poly (đa tinh thể) có hiệu suất thấp hơn, khoảng 13-16%, do được làm từ nhiều tinh thể silicon, khiến điện tử di chuyển kém hiệu quả hơn. Tuy nhiên, chúng có giá thành thấp hơn và dễ sản xuất hơn.
  • Tấm pin thin-film (màng mỏng) có hiệu suất thấp nhất, chỉ khoảng 10-12%, nhưng lại linh hoạt, nhẹ và có khả năng hoạt động tốt trong điều kiện ánh sáng khuếch tán hoặc nhiệt độ cao. Chúng thường được sử dụng cho các ứng dụng đặc biệt hoặc khi không gian lắp đặt không phải là vấn đề lớn. Tuy nhiên, độ bền của tấm pin màng mỏng thường kém hơn so với mono và poly, đòi hỏi bảo trì thường xuyên hơn.

Chứng chỉ và bảo hành

Chứng chỉ tấm pin năng lượng mặt trời
Chứng chỉ tấm pin năng lượng mặt trời

Khi lựa chọn tấm pin năng lượng mặt trời, việc kiểm tra các chứng chỉ chất lượng là vô cùng quan trọng để đảm bảo sản phẩm đạt tiêu chuẩn quốc tế. Một số chứng chỉ chất lượng phổ biến cho tấm pin năng lượng mặt trời bao gồm:

  • IEC 61215 (đảm bảo chất lượng và độ bền của tấm pin)
  • IEC 61730 (đảm bảo an toàn điện và cơ học)
  • UL 1703 (tiêu chuẩn an toàn cho tấm pin năng lượng mặt trời tại Mỹ)
  • TÜV Rheinland (đánh giá và kiểm định chất lượng sản phẩm theo tiêu chuẩn châu Âu)
  • ISO 9001 (quản lý chất lượng)
  • ISO 14001 (quản lý môi trường)

Các chứng chỉ này giúp người tiêu dùng yên tâm về hiệu suất, độ bền và an toàn của tấm pin năng lượng mặt trời trong quá trình sử dụng.

Giá cả tấm pin năng lượng mặt trời

So sánh giá cả giữa các nhà cung cấp và xem xét chi phí tổng thể bao gồm cả lắp đặt và bảo trì.

Giá cả của tấm pin năng lượng mặt trời phụ thuộc vào nhiều yếu tố như loại công nghệ, hiệu suất, độ bền và quy mô sản xuất.

  • Tấm pin đơn tinh thể (mono) thường có giá cao nhất do hiệu suất cao và quá trình sản xuất tốn kém hơn. Chúng thường được ưa chuộng trong các dự án yêu cầu hiệu suất tối đa và diện tích lắp đặt hạn chế. Giá trung bình của tấm pin mono dao động từ $0.30 đến $0.50 mỗi watt.
  • Tấm pin đa tinh thể (poly) có giá thành thấp hơn so với tấm pin mono, vì quá trình sản xuất ít tốn kém hơn và nguyên liệu đầu vào không cần tinh khiết như mono. Điều này làm cho chúng trở thành lựa chọn phổ biến cho các dự án lớn với ngân sách hạn chế. Giá trung bình của tấm pin poly dao động từ $0.20 đến $0.40 mỗi watt.
  • Tấm pin màng mỏng (thin-film) có giá thấp nhất trong ba loại, nhờ vào chi phí sản xuất thấp và khả năng sản xuất hàng loạt dễ dàng. Tuy nhiên, hiệu suất của chúng cũng thấp hơn, làm tăng diện tích cần thiết cho lắp đặt để đạt cùng sản lượng điện như các loại pin khác. Giá trung bình của tấm pin màng mỏng dao động từ $0.15 đến $0.30 mỗi watt.

Thương hiệu và nhà sản xuất

Khi lựa chọn tấm pin năng lượng mặt trời , việc chọn các thương hiệu uy tín đảm bảo chất lượng và hiệu suất là điều quan trọng.

  • Longi là một trong những nhà sản xuất lớn nhất thế giới, nổi tiếng với tấm pin đơn tinh thể hiệu suất cao và công nghệ tiên tiến.
  • Jinko cung cấp các sản phẩm đáng tin cậy với hiệu suất cao và giá cả phải chăng, được sử dụng rộng rãi trong các dự án năng lượng mặt trời trên toàn cầu.
  • Astronergy cũng là một thương hiệu uy tín, chuyên cung cấp các tấm pin đa dạng với chất lượng đảm bảo và dịch vụ hậu mãi tốt.

Các thương hiệu này đều đạt được nhiều chứng nhận quốc tế và được đánh giá cao bởi người tiêu dùng và các chuyên gia trong ngành.

Kích thước và công suất

Đánh giá diện tích lắp đặt và công suất điện cần thiết để lựa chọn tấm pin có kích thước và công suất phù hợp.

Ví dụ: Diện tích mái nhà là 30m2, không có vật cản, bóng râm che khuất mái. Ta có diện tích mỗi tấm pin là 2m2 => Số lượng tấm pin tối đa có thể lắp = 30/2 = 15 tấm pin.

Điều kiện khí hậu và vị trí lắp đặt

Xem xét điều kiện khí hậu của khu vực bạn sống và vị trí lắp đặt (mái nhà, mặt đất, tường) để chọn loại tấm pin năng lượng mặt trời phù hợp.

Nếu khu vực bạn sống có khí hậu nóng, nhiều nắng, tấm pin đơn tinh thể (mono) là lựa chọn tốt vì chúng có hiệu suất cao và hoạt động tốt trong điều kiện ánh sáng mạnh. Tuy nhiên, nếu khí hậu có nhiều mây hoặc sương mù, tấm pin màng mỏng (thin-film) có thể phù hợp hơn vì chúng hoạt động tốt trong điều kiện ánh sáng khuếch tán.

Vị trí lắp đặt cũng ảnh hưởng đến loại tấm pin bạn nên chọn. Nếu lắp đặt trên mái nhà, tấm pin đơn tinh thể hoặc đa tinh thể (poly) thường được ưa chuộng vì chúng có hiệu suất cao và tiết kiệm không gian. Đối với mặt đất, bạn có nhiều không gian hơn nên có thể sử dụng cả ba loại tấm pin, tùy thuộc vào nhu cầu và ngân sách. Lắp đặt trên tường yêu cầu tấm pin có tính linh hoạt và thẩm mỹ, do đó tấm pin màng mỏng có thể là lựa chọn phù hợp.

Ngoài ra, bạn cần xem xét hướng và góc nghiêng của bề mặt lắp đặt để tối ưu hóa lượng ánh sáng mặt trời nhận được. Việc lựa chọn đúng loại tấm pin năng lượng mặt trời dựa trên điều kiện khí hậu và vị trí lắp đặt sẽ giúp bạn tối ưu hóa hiệu suất và đảm bảo hệ thống hoạt động hiệu quả lâu dài.

Độ bền và khả năng chịu đựng

Tấm pin năng lượng mặt trời cần có khả năng chịu đựng được các điều kiện thời tiết khắc nghiệt như mưa, gió, tuyết, và nhiệt độ cao. Các tấm pin chất lượng cao thường được thiết kế với lớp kính cường lực chống thấm nước và khung nhôm chắc chắn để bảo vệ các tế bào quang điện bên trong khỏi hư hại.

Khả năng chịu nhiệt cũng là một yếu tố quan trọng, vì nhiệt độ quá cao có thể làm giảm hiệu suất của tấm pin. Các tấm pin cần có hệ số nhiệt độ thấp để giảm thiểu sự suy giảm hiệu suất khi nhiệt độ tăng.

Ngoài ra, tấm pin cần được kiểm tra và chứng nhận đạt tiêu chuẩn quốc tế như IEC 61215IEC 61730, đảm bảo chúng đã trải qua các thử nghiệm khắt khe về khả năng chịu đựng điều kiện thời tiết khắc nghiệt và an toàn điện.

Hiệu suất suy giảm theo thời gian

Tìm hiểu về mức độ suy giảm hiệu suất của tấm pin năng lượng mặt trời theo thời gian để dự đoán hiệu suất dài hạn.

Suy giảm hiệu suất dài hạn: Là mức độ suy giảm hiệu suất theo thời gian khi tấm pin được sử dụng lâu dài. Các nguyên nhân chính gây ra suy giảm này bao gồm:

  • Degradation (giảm chất lượng): Đây là quá trình dần dần mất đi hiệu suất của các tế bào quang điện trong tấm pin do môi trường hoặc các tác động khác. Các tế bào quang điện có thể mất điện tích, khả năng di chuyển của electron giảm, dẫn đến hiệu suất giảm.
  • Thermal degradation (giảm hiệu suất nhiệt): Nhiệt độ cao có thể làm giảm hiệu suất của tấm pin theo thời gian. Điều này có thể xảy ra do các vấn đề như thermal cycling (dao động nhiệt), hot-spot heating (nóng chỗ), và thermal stress (căng thẳng nhiệt).

Tốc độ suy giảm hiệu suất: Tốc độ suy giảm hiệu suất thường được xác định bằng các thông số chính như Tỷ lệ giảm (%/năm) hay mất mát điện năng theo thời gian. Đối với các tấm pin chất lượng cao, tốc độ suy giảm thường rơi vào khoảng 0.5-1% mỗi năm.

Hỗ trợ kỹ thuật và dịch vụ sau bán hàng

Chọn nhà cung cấp có dịch vụ hỗ trợ kỹ thuật tốt và dịch vụ sau bán hàng uy tín để đảm bảo bạn có thể giải quyết mọi vấn đề phát sinh trong quá trình sử dụng.

Đánh giá về dịch vụ hỗ trợ kỹ thuật

  • Kiểm tra xem nhà cung cấp có cung cấp dịch vụ hỗ trợ kỹ thuật 24/7 không, đặc biệt là trong những trường hợp khẩn cấp như hỏng hóc, sự cố.

Dịch vụ sau bán hàng

  • Xem xét chính sách bảo hành của nhà cung cấp, bao gồm thời gian bảo hành và điều kiện áp dụng.
  • Kiểm tra xem nhà cung cấp có chế độ bảo trì định kỳ hay không và có thể cung cấp các dịch vụ bảo trì bổ sung như vệ sinh, kiểm tra hiệu suất không.
  • Đánh giá các đánh giá và phản hồi từ các khách hàng trước đó về chất lượng dịch vụ sau bán hàng của nhà cung cấp.

Đánh giá về danh tiếng và kinh nghiệm:

  • Kiểm tra lịch sử hoạt động của nhà cung cấp, bao gồm thời gian hoạt động và dự án đã thực hiện.
  • Tìm hiểu về danh tiếng của nhà cung cấp trong ngành công nghiệp và từ khách hàng hiện tại hoặc đã từng sử dụng dịch vụ của họ.

Xem thêm bài viết:

Ứng dụng của pin năng lượng mặt trời?

Pin năng lượng mặt trời có rất nhiều ứng dụng khác nhau trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Dưới đây là một số ứng dụng phổ biến.

Cung cấp điện cho hộ gia đình

Lắp đặt trên mái nhà: Các tấm pin năng lượng mặt trời có thể được lắp đặt trên mái nhà để cung cấp điện cho các thiết bị gia đình như đèn, quạt, tủ lạnh, và điều hòa không khí. Điều này giúp giảm hóa đơn tiền điện và tăng cường sự độc lập về năng lượng​.

Ứng dụng trong công nghiệp và thương mại

  • Doanh nghiệp: Nhiều doanh nghiệp sử dụng năng lượng mặt trời để giảm chi phí điện năng và cải thiện hình ảnh doanh nghiệp thông qua việc cam kết bảo vệ môi trường. Ví dụ, các trung tâm thương mại, nhà máy, và kho hàng đều có thể lắp đặt hệ thống pin mặt trời.
  • Trang trại năng lượng mặt trời nổi: Được lắp đặt trên các hồ chứa và các vùng nước, giúp tăng hiệu quả sản xuất điện và giảm sự bay hơi của nước​.

Nông nghiệp

  • Bơm nước tưới tiêu: Tấm pin năng lượng mặt trời có thể cung cấp năng lượng cho các hệ thống bơm nước trong nông nghiệp, giúp tiết kiệm chi phí và bảo vệ môi trường.
  • Hệ thống sấy khô nông sản: Năng lượng mặt trời có thể được sử dụng để sấy khô nông sản, giảm sự phụ thuộc vào năng lượng hóa thạch và bảo vệ chất lượng sản phẩm​.

Giao thông vận tải

  • Xe hơi và xe buýt năng lượng mặt trời: Các phương tiện giao thông sử dụng năng lượng mặt trời để giảm thiểu khí thải và tiết kiệm chi phí nhiên liệu​.
  • Trạm sạc năng lượng mặt trời: Các trạm sạc năng lượng mặt trời cho xe điện hỗ trợ việc phát triển phương tiện giao thông sạch và bền vững.

Thiết bị di động và cá nhân

  • Sạc thiết bị di động: Các bộ sạc năng lượng mặt trời có thể sạc điện thoại di động, máy tính bảng, và thiết bị đeo, cung cấp nguồn điện bền vững và tiện lợi​.
  • Thiết bị đeo và phụ kiện: Các thiết bị đeo như đồng hồ thông minh và đèn pin có thể sử dụng năng lượng mặt trời để hoạt động.
trạm sạc năng lượng mặt trời
trạm sạc năng lượng mặt trời

Chiếu sáng công cộng

  • Đèn đường và biển quảng cáo: Hệ thống chiếu sáng công cộng sử dụng đèn năng lượng mặt trời để chiếu sáng đường phố, biển quảng cáo, và các khu vực công cộng khác, giúp giảm chi phí năng lượng và bảo trì​.
  • Tín hiệu giao thông và an toàn: Các tín hiệu giao thông và thiết bị an toàn như đèn tín hiệu và bảng hiệu cũng có thể sử dụng năng lượng mặt trời.
Đèn năng lượng mặt trời chiếu sáng công cộng
Đèn năng lượng mặt trời chiếu sáng công cộng

Lưu trữ năng lượng

Hệ thống lưu trữ năng lượng: Các hệ thống lưu trữ năng lượng từ tấm pin năng lượng mặt trời giúp duy trì nguồn điện liên tục, ngay cả khi không có ánh sáng mặt trời. Công nghệ lưu trữ bao gồm pin lithium-ion và các hệ thống lưu trữ nhiệt​.

Thông tin liên lạc và phát tín hiệu

  • Trạm phát sóng và hệ thống radar: Các tấm pin năng lượng mặt trời cung cấp điện cho các trạm phát sóng, hệ thống radar, và các thiết bị liên lạc ở những khu vực hẻo lánh.
  • Cảnh báo và tín hiệu an toàn: Các thiết bị cảnh báo và tín hiệu an toàn trên đường cao tốc và biển có thể sử dụng năng lượng mặt trời để hoạt động, giúp tiết kiệm chi phí và bảo vệ môi trường​.
  • Ứng dụng không gian và hàng không: Ứng dụng không gian và hàng không như các vệ tinh nhân tạo, máy bay không người lái (UAVs), và các thiết bị không gian khác.

Xem thêm bài viết:

Kết luận

Trong bối cảnh ngày càng tăng cường ý thức về năng lượng sạch và bền vững, tấm pin năng lượng mặt trời đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp nguồn điện sạch và tái tạo từ ánh sáng mặt trời. Hiểu rõ về nguyên lý hoạt động của nó giúp chúng ta lựa chọn được những sản phẩm phù hợp và có kiến thức trong lĩnh vực năng lượng tái tạo.

Với sự phát triển không ngừng, pin năng lượng mặt trời không chỉ là một giải pháp năng lượng hiệu quả mà còn là biểu tượng của sự tiến bộ và sự chăm sóc đối với môi trường.

Liên hệ ngay HOTLINE: 093 624 1501 để nhận được tư vấn và báo giá lắp đặt điện năng lượng mặt trời.

CÔNG TY TNHH ELECTRONICS CONTROL TECHNOLOGY
Hotline: 093 624 1501
Địa chỉ: 26 Ung Văn Khiêm, Phường 25, Quận Bình Thạnh, TP.HCM
Email: info.ectechltd@gmail.com
Website: https://ec-tech.vn/
Facebook: https://www.facebook.com/ectech.vn
TikTok: https://www.tiktok.com/@dienmattroiectech
Youtube: https://www.youtube.com/@dienmattroiectech

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *

Dự toán chi phí