Tấm pin năng lượng mặt trời là thành phần quan trọng không thể thiếu trong hệ thống điện mặt trời. Vậy tấm pin mặt trời hoạt động như thế nào, cấu tạo ra sao? Chúng ta sẽ tìm hiểu rõ hơn trong bài viết này.
Cấu tạo tấm pin năng lượng mặt trời
Pin năng lượng mặt trời gồm 8 bộ phận: khung nhôm, kính cường lực, lớp màng EVA, solar cell, tấm nền pin (phía sau), hộp đấu dây (junction box), cáp điện, Jack kết nối MC4.
- Khung nhôm: Nó thường được làm bằng nhôm và có chức năng đảm bảo độ bền cho tấm pin trước tải trọng gió lớn và ngoại lực tác động bên ngoài.
- Kính cường lực được thiết kế có độ dày từ 2-4mm giúp bảo vệ solar cell khỏi các tác động của thời tiết như nhiệt độ, mưa, tuyết, bụi, mưa đá.
- Lớp màng EVA (chất kết dính) có độ bền cực kỳ cao, nó có tác dụng kết dính solar cell với lớp kính cường lực phía trên và tấm nền phía dưới và bảo vệ solar cell khỏi sự rung động, tránh bám bụi và hơi ẩm.
- Lớp Solar cell (tế bào quang điện). Pin mặt trời được cấu tạo từ nhiều đơn vị nhỏ hơn là solar cell. Trong một cell, tinh thể silic bị kẹp giữa hai lớp dẫn điện
- Tấm nền pin (phía sau) làm từ polymer, nhựa PP, PVF… và nó có chức năng cách điện, bảo vệ cơ học và chống ẩm.
- Hộp đấu dây (junction box) nằm ở phía sau cùng, là nơi trung tâm tập hợp và chuyển hóa năng lượng điện được sinh ra và do đó nó được thiết kế rất chắc chắn
- Cáp điện DC là loại cáp điện chuyên dụng cho điện mặt trời, nó có khả năng cách điện một chiều DC và chống chịu tốt trước sự khắc nghiệt của thời tiết.
- Jack kết nối MC4 là đầu nối điện được dùng để kết nối các tấm pin mặt trời, kết nối các tấm pin và dãy pin bằng cách gắn jack từ các tấm pin liền kề với nhau trở nên dễ dàng hơn.
Nguyên lý hoạt động
- Một tấm pin mặt trời được hình thành từ nhiều khối tế bào quang điện. Mỗi tế bào quang điện tạo ra 0,5 Volt, trung bình một tấm pin có khoảng 60-70 tế bào quang điện (Silicon là thành phần chủ yếu của tế bào quang điện)
- Trong tế bào quang điện, vật liệu loại N-type sẽ nằm phía trên, phía dưới là loại P-type và chúng bị kẹp giữa hai lớp tiếp xúc kim loại cho phép dòng điện đi qua nhau. Khi hai loại vật liệu này tiếp xúc với nhau các electron sẽ khuếch tán từ N sang P, và các lỗ trống sẽ khuếch tán từ P sang N. Từ đó, tại vùng tiếp xúc này sẽ hình thành nên một lớp gọi là vùng chuyển tiếp P-N.
- Khi các hạt Photon từ ánh sáng mặt trời va đập vào vùng chuyển tiếp P-N, electron được giải phóng trở thành electron tự do và để lại lỗ trống, nhờ điện trường cản, electron sẽ di chuyển lên phía trên vật liệu N-type, lỗ trống sẽ di chuyển xuống phía dưới vật liệu P-type. Kết quả là các electron dư thừa tự do tích tụ trong vật liệu bán dẫn loại N tạo ra dòng điện trong tấm pin mặt trời và nó sẽ tiếp tục diễn ra vô thời hạn nếu vẫn đủ điều kiện có tiếp xúc với ánh sáng mặt trời.
- Các tấm pin mặt trời tạo ra một dòng điện trực tiếp (DC). Sau đó được chuyển qua một biến tần (inverter) để chuyển đổi nó thành một dòng điện xoay chiều (AC), sau đó có thể được đưa vào lưới điện quốc gia hoặc được sử dụng tại hộ gia đình hoặc doanh nghiệp.
- Electron là thứ duy nhất tạo ra dòng điện trong tế bào quang điện, và chúng đều quay về nơi xuất phát. Chẳng có thứ gì hao mòn hay cạn kiệt, nên tế bào quang điện có tuổi thọ tới hàng chục năm.
Kiểm tra tấm pin năng lượng mặt trời – Bạn cần biết
Chúng ta cần kiểm tra các vấn đề như keo chống thấm, vật liệu và hiệu quả của pin mặt trời (loại A,B,C), cáp điện, đầu nối, hộp chống thấm …Ngoài ra, còn một số hư hỏng do chất lượng của khung nhôm, kính, lớp màng EVA và hộp đựng dây nguồn. Việc hỏng các tấm panel kém chất lượng sẽ làm giảm sản lượng hoặc trường hợp nặng có thể gây ra sự cố.
Phân loại các tấm pin mặt trời như thế nào?
- Pin mặt trời loại A: Không có bất kỳ khuyết tật có thể nhìn thấy nào và dữ liệu điện được hiển thị đúng như trong thông số kỹ thuật.
- Pin mặt trời loại B :Có các khuyết tật có thể nhìn thấy nhưng rất nhỏ (cong nhẹ, lệch màu …) và dữ liệu điện được chỉ ra sẽ khác một chút về điện áp và dòng điện với tiêu chuẩn của pin tiêu dùng hạng A.
- Pin mặt trời loại C: Có một vài khuyết tật về thẩm mỹ và ảnh hưởng đến sản lượng điện nên công suất và hiệu suất đầu ra thấp hơn tấm pin hạng A và B
Pin năng lượng mặt trời có độc không và tái chế như thế nào?
Năng lượng mặt trời được xem là nguồn năng lượng sạch, do đó nước ta đang khuyến khích phát triển ngành năng lượng này. Thực tế cho thấy rằng pin mặt trời là không độc hại, nhưng quá trình để sản xuất ra nó có ảnh hưởng đến môi trường (axit hóa đất, nguồn nước…).
Bên cạnh đó, việc tái chế các tấm pin sau khi hết tuổi thọ đang là vấn đề được quan tâm khá nhiều. Tấm pin sẽ được tách ra: khung nhôm (được tái sử dụng đúc khung mới), mặt kính (tái chế lại), tế bào quang điện (xử lý ở nhiệt độ cao để tách phần nhựa và silicon).