Tìm hiểu từ A-Z cấu tạo Pin mặt trời

Pin mặt trời là thiết bị bán dẫn chứa các diod p-n có khả năng chuyển đổi năng lượng ánh sáng mặt trời thành điện năng, phục vụ cho nhu cầu sinh hoạt và sản xuất của con người. Bài viết hôm nay, chúng ta sẽ cùng tìm hiểu về cấu tạo pin mặt trời và nguyên lý hoạt động của nó.

Cấu tạo của pin năng lượng mặt trời gồm 6 bộ phận chính

1. Cấu tạo Pin mặt trời

Về cơ bản, pin năng lượng mặt trời được tạo thành từ các bộ phận gồm solar cell, lớp kính cường lực, lớp màng EVA, tấm nền pin, khung nhôm và hộp nối.

1.1. Lớp tế bào quang điện (solar cell)

Tấm pin mặt trời cấu tạo từ nhiều đơn vị nhỏ hơn là tế bào quang điện. Chúng là phần tử bán dẫn có thành phần chính là silic tinh khiết dạng đơn tinh thể hoặc đa tinh thể tùy vào quy trình sản xuất của mỗi hãng.

Hiện nay, tế bào đơn tinh thể Mono phổ biến nhất có hiệu suất chuyển hóa 21%, tạo ra 1 pin mặt trời 450Wp với 144 cells. Trong tương lai, người ta cũng đang dần hoàn thiện và thương mại những tấm pin công suất lớn đến 600Wp. Các tế bào cells này liên kiên bằng 1 dây đồng mỏng được phủ 1 hợp kim thiếc.

Solar cell là lớp tế bào quang điện

1.2. Lớp kính cường lực

Nó có tác dụng bảo vệ solar cell tránh khỏi sự tác động từ điều kiện thời tiết như nhiệt độ, mưa, gió, bụi,… cũng như va đập bên ngoài khác. Thường kính cường lực có độ dày khoảng 3 – 3.5mm để vừa đảm bảo độ trong suốt vừa đủ khả năng bảo vệ cho tấm pin mặt trời. 

Kính cường lực bảo vệ solar cell

1.3. Lớp màng EVA (ethylene vinyl acetate)

EVA là lớp màng polymer được thiết kế có độ trong suốt, chịu được nhiệt độ khắc nghiệt và độ bền cao. Chúng đặt trên và dưới solar cell nhằm kết dính solar cell cùng kính cường lực và tấm nền; đóng giúp ngăn chặn bụi bẩn, hơi ẩm xâm nhập vào trong pin mặt trời.

 

Lớp màng EVA giúp kết dính solar cell với kính cường lực và tấm nền

1.4. Tấm nền mặt sau của pin mặt trời

Tấm nền pin làm bằng vật liệu nhựa PP, PET, polymer,… đảm nhiệm chức năng cách điện, che chắn cho những tế bào PV khỏi thời tiết, độ ẩm. Hầu hết nó thường có màu trắng, độ dày khác nhau tùy từng thương hiệu sản xuất và được bán ở dạng tấm hoặc cuộn.

Tấm nền phía sau pin mặt trời thường có màu trắng

1.5. Khung nhôm

Khung nhôm sở hữu kết cấu cứng cáp, chắc chắn nhưng trọng lượng khá nhẹ. Dùng để tích hợp tế bào quang điện và những bộ phận khác tránh ngoại lực tác động, bảo vệ thành phần bên trong tấm pin.

Khung nhôm chắc chắn và cứng cáp

1.6. Hộp nối (junction box)

Nằm ở phía sau bảng điều khiển là hộp nối. Nó được dùng chứa các dây cáp để kết nối những tấm pin trong hệ thống, có chức năng đưa mối nối điện của mô đun pin mặt trời ra ngoài. Khi chọn hộp đựng mối nối mạch điện pin mặt trời bạn cần chú ý đến chất lượng nhựa và độ tốt của khớp nối.

Hộp đựng mối nối mạch điện pin năng lượng mặt trời

2. Nguyên lý hoạt động của tấm pin mặt trời

Theo như cấu tạo pin mặt trời thì 1 tế bào quang điện sẽ sử dụng 2 lớp silic khác nhau. Khi 1 photon chạm vào silic sẽ xảy ra 1 trong 2 điều sau:

• Nếu năng lượng của photon không đủ để đưa electron lên mức năng lượng cao hơn trong chất bán dẫn thì photon sẽ truyền qua silic mà không gây ra hiệu ứng quang điện.
• Nếu năng lượng của photon cao hơn năng lượng cần thiết để đưa electron lên mức cao hơn trong chất bán dẫn thì năng lượng của photon bị hấp thụ bởi silic.

Sau khi được hấp thụ, năng lượng của photon truyền tới các hạt electron. Thông thường, những hạt này kết dính cùng nguyên tử lân cận nên không thể di chuyển xa. Đến lúc chúng được kích thích trở thành dẫn điện thì sẽ tự do di chuyển trong bán dẫn và tạo ra lỗ trống. Lỗ trống này tạo điều kiện để các electron của những nguyên tử bên cạnh điền vào và đương nhiên lại xuất hiện lỗ trống ở nguyên tử lân cận. Cứ như vậy lỗ trống di chuyển xuyên suốt mạch bán dẫn.

Nguyên lý hoạt động của tấm pin mặt trời khá phức tạp

Năng lượng của 1 photon chỉ cần lớn hơn năng lượng đủ để kích thích electron lớp ngoài cùng dẫn điện. Tuy nhiên, tần số mặt trời khoảng 6000°K nên phần lớn năng lượng mặt trời được hấp thụ bởi silic.

Mong rằng, thông tin về cấu tạo pin mặt trời và nguyên lý hoạt động của nó trên đây sẽ giúp các bạn có thêm kiến thức bổ ích. Từ đó, biết cách sử dụng tấm pin năng lượng mặt trời sao cho hiệu quả và lâu bền nhất.