Pin mặt trời là một trong những bộ phận nắm giữ vai trò quan trọng nhất trong hệ thống chuyển đổi ánh sáng mặt trời trở thành điện năng. Chính vì thế, nếu muốn sử dụng nguồn năng lượng xanh đến từ mặt trời thì việc hiểu rõ cấu tạo và nguyên lý hoạt động của pin mặt trời là điều mà rất nhiều người tìm kiếm.
Vậy xin mời các bạn hãy cùng chúng tôi đi tìm hiểu về pin mặt trời ngay trong bài viết dưới đây nhé.
Pin mặt trời là gì?
Pin mặt trời (còn được gọi là pin năng lượng mặt trời) hay solar panel là một thiết bị có thể chuyển đổi năng lượng từ ánh sáng mặt trời ( quang năng) trở thành điện năng bằng các hiệu ứng về quang điện và lý thuyết về nền tảng vật lý bán dẫn.
Cụ thể hơn, theo Wikipedia: “Pin mặt trời bao gồm rất nhiều các tế bào quang điện (solar cells). Các tế bào này là một phần tử bán dẫn và sở hữu rất nhiều các cảm biến ánh sáng trên bề mặt tế bào. Những tế bào này sẽ đảm nhận việc biến đổi ánh sáng mặt trời thành năng lượng điện.”
Nguồn năng lượng điện được tạo ra từ ánh sáng mặt trời được đánh giá là có hiệu suất cao và tuổi thọ trung bình lên đến hơn 30 năm.
Ngoài ra, trong điều kiện các nguồn năng lượng không thể tái tạo như dầu thô, than đá,... đang dần dần cạn kiệt thì việc sử dụng một nguồn năng lượng xanh như ánh sáng mặt trời chính là xu hướng tương lai của cả thế giới.
Cấu tạo pin mặt trời như thế nào?
Pin mặt trời có cấu tạo bao gồm 8 bộ phận bao gồm:
- Khung nhôm
- Kính cường lực
- Lớp màng EVA
- Solar Cell
- Tấm nền pin (phía sau)
- Hộp đấu dây
- Cáp điện
- Jack kết nối MC4
Khung nhôm
Khung nhôm có chức năng tạo ra một kết cấu vững chắc và cứng cáp để có thể chống đỡ cho solar cell cùng với các bộ phận khác.
Bên cạnh độ cứng cáp, phần khung này cũng phải đảm bảo về khối lượng để có thể cố định chắc chắn và bảo vệ các bộ phận khác ở bên trong trước những tác động của ngoại lực bên ngoài.
Kính cường lực
Để có thể bảo vệ phần pin một cách tốt nhất khỏi các yếu tố của thời tiết như mưa, tuyết, bụi, mưa đá, gió, nhiệt độ,... hay các tác động va đập khác từ phía bên ngoài thì kính cường lực cũng là một trong những bộ phận được thiết kế vô cùng tỉ mỉ.
Phần kính cường lực thường được sử dụng trong pin mặt trời có độ dày từ 2 - 4 mm (độ dày thường thấy nhất là 3.2 -3.3mm). Đây là một độ dày hoàn hảo để vừa đủ khả năng bảo vệ lại duy trì được độ trong suốt (tránh việc ánh sáng mặt trời bị phản lại.
Lớp màng EVA
Lớp màng EVA (Ethylene vinyl acetate) là một lớp màng có trách nhiệm kết dính. Đây là 2 lớp màng polymer trong suốt được đặt trên và dưới solar cell có nhiệm vụ kết nối solar cell với 2 bộ phận là kính cường lực phía trên và tấm nền phía dưới.
Ngoài ra, bộ phận này còn có công dụng là bảo vệ solar cell khỏi sự rung động, hấp thụ bụi bẩn và hơi ẩm.
Thông thường, lớp màng EVA này sẽ có sức chịu được nhiệt độ khắc nghiệt và độ bền vô cùng cao.
Solar Cell
Về cơ bản, pin mặt trời được cấu tạo từ rất nhiều các đơn vị nhỏ hơn đó là solar cell. Hiện nay, trên thị trường, một số loại pin mặt trời thông dụng như mono hay poly thường có thành phần cấu tạo chính là silic.
Tấm nền pin (phía sau)
Để bảo đảm an toàn, tấm nền pin thường sẽ có chức năng cách điện, bảo vệ cơ học và chống ẩm. Một vài vật liệu thường được sử dụng để làm tấm nền pin đó là polymer, nhựa PVF, PP, PET,...
Hiện nay, với sự tiến bộ của công nghệ, rất nhiều hãng về năng lượng mặt trời đã cho ra mắt một số dòng sản phẩm không có tấm nền phía sau mà thay vào đó là kính cường lực trong suốt để tăng khả năng hấp thụ ánh sáng ở cả 2 mặt của sản phẩm.
Hộp đấu dây
Nằm ở vị trí phía trong cùng. Đây là nơi tập hợp và vận chuyển năng lượng điện do tấm pin sản sinh đi ra bên ngoài.
Bộ phận này thường là điểm trung tâm nên sẽ được thiết kế chắc chắn nhất.
Cáp điện DC
Đây là loại cáp điện chuyên dụng dành cho điện mặt trời. Loại cáp này có khả năng cách điện 1 chiều DC cực kỳ ấn tượng, cộng thêm vào đó là sự chịu đựng tốt trước những sự thay đổi khắc nghiệt của thời tiết và 1 số tác động khác.
Jack kết nối MC4
Đây là thiết bị đầu nối điện thường được dùng để kết nối các tấm pin mặt trời. "MC" trong MC4 là viết tắt của nhà sản xuất Multi-Contact. Loại jack kết nối này giúp bạn dễ dàng kết nối các tấm pin và dãy pin bằng cách gắn jack từ các tấm pin liền kề với nhau bằng tay.
Nguyên lý hoạt động của pin mặt trời
Nguyên lý hoạt động của pin mặt trời phụ thuộc chính vào solar cell. Trên mỗi một tấm pin mặt trời sẽ có kết cấu bao gồm 65-72 tế bào quang điện.
Như đã nói ở trên, bộ phận solar cells này được cấu tạo từ silic dạng đa tinh thể, một loại chất bán dẫn phổ biến nhất trên thế giới hiện nay,
Với chất bán dẫn này, tính dẫn điện của nó sẽ phụ thuộc vào mức năng lượng nhận được ( năng lượng photon từ ánh sáng và lý thuyết cơ học lượng tử) để kích thích các electron ở lớp N tách khỏi vị trí ban đầu của nó và để lại một lỗ hồng rồi di chuyển về phía lớp P. Lúc này, các electron đã có thể di chuyển tự do. Khi hiện tượng này diễn ra liên tiếp khi có nguồn ánh sáng chiếu vào liên tục và hình thành dòng chảy của electron.
Trên đây là những thông tin về cấu tạo pin mặt trời và nguyên lý hoạt động của nó. Nếu các bạn có những sự quan tâm và muốn lắp đặt một hệ thống pin mặt trời thì đừng bỏ qua những thông tin trên. Chúng sẽ giúp ích cho các bạn rất nhiều đó!
