Tìm hiểu về tấm pin năng lượng mặt trời - cấu tạo nguyên lý hoạt động

Tìm hiểu về tấm pin năng lượng mặt trời - cấu tạo nguyên lý hoạt động của tấm pin. Bạn có thể tham khảo để hiểu hơn về cách năng lượng mặt trời chuyển hóa thành điện năng dưới bài viết này.

Tấm pin năng lượng mặt trời là gì ?

Tấm pin năng lượng mặt trời (Solar Panel) được gọi là pin quang điện bao gồm nhiều tế bào quang điện (Solar Cells). Tế bào quang điện này là các phần tử bán dẫn trên bề mặt có chứa nhiều đi ốt quang, nó làm biến đổi năng lượng của ánh sáng thành năng lượng điện. 
 
Các tế bào quang điện được ghép lại thành một khối để trở thành tấm pin mặt trời. Thông thường mỗi tấm pin sẽ có từ 60 đến 72 tế bào quang điện. 

Cấu tạo pin năng lượng mặt trời: 

Pin năng lượng mặt trời chia làm 8 bộ phận: Khung nhôm, kính cường lực, lớp mảng EVA, Solar cell, lớp mảng EVA, Tấm nền pin, hộp đấu dây, cáp điện, Jack kết nối MC4. 
 
Khung nhôm: chức năng tạo ra một kết cấu đủ cứng cáp để tích hợp Solar Cell và các bộ phận khác lên. Khung nhôm có thể bảo vệ các thành phần bên trong trước tác động ảnh hưởng từ môi trường. Một số hãng như Canadian Solar, khung nhôm còn được Anode hóa và gia cố thanh ngang để tăng độ cứng cáp cho tấm pin. 
 
Kính cường lực: giúp bảo vệ Solar Cell khỏi các tác động của thời tiết, giảm các tác động va đập khác từ bên ngoài. Kính cường lực thường có độ dày từ 2 – 4mm (Đa số là khoảng 3.2 – 3.3 mm). 
 
Lớp mảng EVA: được gọi là chất kết dính, nó là 2 lớp màng polymer trong suốt đặt trên và dưới lớp solar cell có tác dụng kết dích solar cell với kính cường lực phía trên và tấm nền phía dưới. Lớp này có tác dụng hấp thụ và bảo vệ solar cell khỏi sự  rung động, tránh bám bụi, hơi ẩm. Vật liệu này có khả nắng chịu nhiệt cực cao và cực bền. 
 
Solar Cell: còn được gọi là tế bào quang điện. Pin mặt trời được cấu tạo từ nhiều Solar cell. 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.
 
Tấm nền pin: Có chức năng cách điện, bảo vệ cơ học, chống ẩm. Vật liệu sử dụng có thể là polymer, nhựa PP, PVF, PET. Ở một số hãng nổi tiếng như Canadian Solar… đã có một số dòng pin đặc biệt như BiKu, loại pin không có tấm nền phía sau, thay vào đó là mặt kính cường lực trong suốt giúp pin có thể hấp thụ ánh sáng ở cả hai mặt trới và sau. 
 
Hộp đấu dây: (Junction Box) nằm ở phía sau cùng là nơi tập hợp và chuyển năng lượng điện được sinh ra từ tấm pin năng lượng mặt trời ra ngoài. Vì đây là điểm trung nên được bảo vệ khá chắc chắn. 
 
Jack kết nối MC4: là đầu nối điện, được dùng để kết nối các tấm pin mặt trời. 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 tấm pin mặt trời 

Để giải thích nguyên lý làm việc của Pin năng lượng mặt trời, trước tiên bạn phải tìm hiểu về  nguyên lý hoạt động của Solar Cell.  
 
Mỗi tế bào quang điện (Solar Cell) sử dụng hai lớp silic khác nhau, loại N có các Electron dư thừa và loại P có các lỗ trống -  khoảng trống cho các electron dư thừa. Tại nơi tiếp xúc giữa 2 loại silic, electron có thể di chuyển qua tiếp điện P/N tạo ra điện tích dương ở một mặt, điện tích âm ở mặt còn lại. 
 
Loại N có các Electron dư thừa và loại P có các lỗ trống.
 
Bạn có thể tượng tượng, từ mặt trời các hạt photon là một các hạt nhỏ li ti được bắn ra. 
 
Khi những hạt này va đập vào solar cell, nó có thể đánh bật một electron khỏi liên kết để lại một lỗ trống.
 
Các hạt Electron bị đánh ra mang điện tích âm và lỗ trống mang điện tích dương này có thể di chuyển tự do, nhưng bởi vì trường điện từ tiếp diện P/N nên chúng chỉ có thể đi theo một hướng. Electron bị hút vệ mặt N và lỗ trống bị hút về mặt P. 
 
Khi các Electron di động được thu thập ở các lá kim loại đặt tại đỉnh solar cell, từ đây chúng sẽ đi vào mạch tiêu thụ thực hiện chức năng điện, trước khi quay trơ về lá nhôm mặt sau.
 
Electron là thứ duy nhất di chuyển trong solar cell và quay về nơi xuất phát.