Thay thế cho các nguồn năng lượng đang dần cạn kiệt hiện nay, các nhà khoa học đã sử dụng năng lượng từ ánh sáng mặt trời và chuyển đổi nó thành điện năng cung cấp cho đời sống của con người.
Một trong những bộ phận chính có vai trò chuyển đổi quang năng thành điện năng chính là những tấm pin mặt trời. Thế nhưng khi sử dụng nó, người dùng thường khá băn khoăn, không biết rõ về tấm pin.
Với bài viết chia sẻ những hiểu biết về tấm pin năng lượng mặt trời, sẽ cho bạn có thêm nhiều thông tin cần thiết về cấu tạo, nguyên lý hoạt động cũng như ứng dụng nó trong đời sống.
Tế bào quang điện là gì?
Tế bào năng lượng mặt trời còn được gọi là tế bào quang điện, được chế tạo từ vật liệu silicon tinh khiết, có hiệu quả cao và giảm chi phí tiêu thụ điện hàng tháng, từ loại pin năng lượng vô định hình (amorphous) không tinh thể đến loại đa tinh thể (polycrystalline) và đơn tinh thể (single crystal).
Không như các loại pin nhiên liệu khác, pin mặt trời không sử dụng phản ứng hóa học hay yêu cầu thêm bất cứ nhiên liệu nào để sản xuất điện.
Cấu tạo bên ngoài của tấm pin năng lượng mặt trời.
Hầu hết các tế bào năng lượng có kiểu dáng hình vuông có kích thước vài cm, được phủ lớp mỏng thủy tinh hay nhựa trong suốt.
Vì một pin mặt trời có kích cỡ 10 x 10 cm điển hình chỉ tạo ra khoảng 2 Watt công suất điện (15 đến 20% năng lượng ánh sáng trên bề mặt của tấm pin) cho nên chúng thường được mắc nối tiếp để tăng cường điện áp hay mắc song song để tăng dòng điện.
Tấm pin mặt trời thường gồm 36 ô tế bào quang điện, được kết nối với nhau trong khung nhôm kim loại, bao phủ bởi lớp kính cường lực chống va đập tốt.
Các tấm pin mặt trời khi chuyển đổi năng lượng trên bề mặt diện tích thường kém hiệu quả hơn so với các tế bào quang điện riêng biệt, bời vì trong lắp ráp sẽ có các khu vực không tránh khỏi không hoạt động.
Mặt sau của mỗi tấm pin mặt trời được trang bị ổ cắm theo tiêu chuẩn hóa để đầu ra của nó có thể kết hợp với các tấm pin khác, tạo nên một mảng lớn năng lượng mặt trời.
Lưu ý trong việc thiết kế tấm pin mặt trời
Vì silicon là nguyên tố phổ biến thứ hai trong lớp vỏ trái đất nên các yêu cầu vật chất để chế tạo ra sản phẩm rất lớn nhưng lại khả thi, từ đó khiến những người ủng hộ năng lượng mặt trời hình ra nền kinh tế mặt trời trong tương lai với nguồn năng lượng rẻ, sạch và có thể tái tạo.
Một hệ thống năng lượng mặt trời hoàn chỉnh có thể bao gồm nhiều tấm pin mặt trời khác nhau, hệ thống điện để chứa tải điện, mạch bên ngoài và pin lưu trữ…
Một yếu tố khác trong thiết kế tấm pin mặt trời là khả năng tạo ra các tế bào ở dạng màng mỏng (thin film) trên nhiều nguyên liệu khác nhau như thủy tinh, gốm, nhựa để triển khai linh hoạt hơn.
Để tạo ra cùng một lượng điện năng, tổng hợp nhiều tấm pin mặt trời vừa hấp thu và chuyển đổi năng lượng kém hiệu quả và chiếm nhiều không gian hơn.
Khi sử dụng tấm pin năng lượng trên vệ tinh cần đảm bảo chắc chắn, đáng tin cậy và có khả năng chống lại các thiệt hại do bức xạ gặp phải trong bầu khí quyển trên cao của Trái Đất.
Nguyên lý hoạt động của tấm pin năng lượng mặt trời
Khi ánh sáng rơi vào tế bào năng lượng mặt trời, các hạt năng lượng nhỏ photo bên trong sẽ được hấp thu vào các tế bào và giải phóng ra các hạt electron có bên trong lớp hấp thụ. Thông qua các đường dẫn kim loại, dẫn các electron xuống đáy của tế bào và tạo ra hiệu ứng quang điện.
Ứng dụng của tấm pin mặt trời
Các tế bào mặt trời có thể được sắp xếp thành các nhóm lớn gọi là mảng, gồm hàng nghìn tế bào riêng lẻ, hoạt động tương tự các nhà máy điện, biến đổi ánh sáng mặt trời thành nguồn năng lượng điện để phân phối cho công nghiệp, khu thương mại và khu dân cư.
Các tế bào năng lượng mặt trời có cấu hình nhỏ hơn rất nhiều, có cái tên gọi đơn giản là tấm pin mặt trời, thường được lắp đặt trên mái nhà của các hộ gia đình để thay thế hay tăng thêm nguồn điện cung cấp truyền thống trong nhà họ.
Bởi vì các tấm pin không có các bộ phận nào cần bảo trì hay cần bổ sung nhiên liệu nên chúng có thể cung cấp năng lượng cho hầu hết các không gian lắp đặt, từ vệ tinh thông tin và thời tiết đến trạm không gian.
Tấm pin năng lượng mặt trời cũng được sử dụng để cung cấp điện năng ở những vùng sâu vùng xa, nơi nguồn điện lưới quốc gia không có hay có nguồn điện chập chờn.
Tấm pin mặt trời cũng được sử dụng trong các sản phẩm tiêu dùng, chẳng hạn như đồ chơi điện tử, máy tính xách tay và các thiết bị công nghệ khác. Ngoài ra pin mặt trời còn được ứng dụng trong các loại đèn năng lượng mặt trời như đèn sân vườn, đèn đường, đèn pha…
