Bật mí cấu tạo và nguyên lý hoạt động của tấm pin năng lượng mặt trời

Các tấm pin năng lượng mặt trời ngày càng trở lên phổ biến và phát triển nhanh chóng cả về hiệu suất và giá thành. Với thời hạn sử dụng từ 20-30 năm, chúng được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống năng lượng mặt trời, chuyển hóa ánh sáng mặt trời thành điện năng sạch và bền vững. Để hiểu rõ hơn về cấu tạo và nguyên lý hoạt động của tấm pin năng lượng mặt trời, cùng TP Solar tìm hiểu về các thành phần quan trọng của chúng qua bài viết dưới đây nhé.

Cấu tạo của tấm pin năng lượng mặt trời

Tấm pin năng lượng mặt trời còn được gọi với nhiều cái tên khác nhau như tấm pin mặt trời, tấm năng lượng mặt trời, tấm solar,... Chúng được làm từ các tế bào quang điện, tế bào năng lượng mặt trời (solar cell), các vật liệu hữu cơ và các vật liệu bán dẫn như silic, silicon,... Nhìn chung, một tấm pin năng lượng mặt trời được cấu tạo bởi 6 lớp, mỗi lớp lại được hình thành bởi một nguyên vật liệu khác nhau, nhưng chúng hoạt động cùng nhau để tạo ra điện năng từ ánh sáng mặt trời.

Các tấm pin năng lượng mặt trời có nhiều kích thước, hình dạng và công nghệ, tùy vào mục đích sử dụng và điều kiện kinh tế khác nhau. Chúng được sử dụng phổ biến trong đời sống hàng ngày như các sản phẩm đèn năng lượng mặt trời, hệ thống điện mặt trời gia đình, cung cấp năng lượng để sạc các thiết bị di động, máy tính hoặc được tích hợp vào các thiết bị an ninh.

1. Lớp kính trước

Lớp kính cường lực này thường được các nhà sản xuất làm có độ dày từ từ 2mm - 4mm và vô cùng chắc chắn. Lớp kính này như một lớp bảo vệ đảm bảo các lớp bên trong không bị ảnh hưởng bởi các tác động của thời tiết như mưa bão, nhiệt độ, và các tác động vật lý gây hại khác.

2. Lớp EVA 

Lớp EVA (Ethylene Vinyl Acetate) hay còn được gọi là chất kết dính, chúng có khả năng chịu đựng nhiệt độ tốt và có độ bền cực kỳ cao. Đây là lớp polymer bao bọc xung quanh tế bào quang điện, nhằm kết dính tế bào quang điện với các lớp xung quanh để cố định vị trí của chúng trong suốt quá trình hoạt động. Lớp này giúp tạo ra một môi trường cách điện và bảo vệ tế bào quang điện khỏi bị ẩm ướt và các tác nhân bên ngoài khác.

3. Tế bào quang điện (Solar Cell)

Các tế bào quang điện thường được làm từ silic hoặc các vật liệu bán dẫn khác.

Tuy nằm ở lớp thứ 3 nhưng lại là lớp có vai trò quan trọng nhất của tấm pin năng lượng mặt trời. Bởi lớp này thực hiện nhiệm vụ hấp thụ ánh sáng mặt trời và chuyển đổi trực tiếp quang điện thành dạng điện năng.  

2 loại tế bào quang điện phổ biến:

• Tế bào đơn tinh thể Mono: Hiệu suất chuyển hóa khoảng 21%, tạo ra một tấm pin mặt trời 450W với khoảng 144 cells.

• Tế bào đa tinh thể Poly: Hiệu suất chuyển đổi 17.6%, tạo ra một tấm pin mặt trời 250W với khoảng 60 cells.

Điểm chung là các tế bào này đều được liên kết với nhau thông qua thanh nối tiếp (thường là một sợi dây đồng mỏng và được phủ hợp kim thiếc).

4. Tấm nền pin

Tấm nền pin được cấu tạo từ polymer, nhựa PET, PVF hoặc PP có vai trò như một lớp cách điện, cách nhiệt, chống ẩm và bảo vệ tấm pin khỏi các tác động vật lý khác. Tấm nền thường có màu trắng (có thể màu đèn hoặc trong suốt tùy vào nhà sản xuất) và được bán dưới dạng cuộn hoặc tấm. 

5. Khung pin

Khung pin thường được làm từ nhôm giúp tăng độ bền của tấm pin trong thời gian dài. Chúng vừa cố định lại tấm pin vừa bảo vệ tế bào quang điện và các bộ phận của tấm pin tránh hỏng hóc. 

6. Hợp mạch điện

Lớp này có chức năng vận chuyển năng lượng điện mặt trời được sản sinh ra từ tấm pin về nơi lưu trữ hoặc tiêu thụ. Các dây cáp quan trọng của tấm pin được đối nối tại lớp này, đảm bảo rằng điện năng được truyền đạt một cách hiệu quả và an toàn.

Nguyên lý hoạt động của tấm pin năng lượng mặt trời

Nguyên lý hoạt động của tấm pin năng lượng: Sự chuyển đổi ánh sáng thành điện năng. 

1. Tấm pin năng lượng mặt trời có một lớp chất bán dẫn là silicon chứa các tế bào quang điện. Khi ánh sáng mặt trời chiếu vào tấm pin, năng lượng của ánh sáng bị hấp thụ bởi các nguyên tử trong lớp bán dẫn.

2. Khii ánh sáng được hấp thụ, các nguyên tử trong lớp bán dẫn trở nên có đủ năng lượng để giải phóng các điện tử từ vị trí của chúng và tạo ra các điện tử tự do trong lớp bán dẫn.

3. Các điện tử tự do này sẽ di chuyển qua lớp bán dẫn để tạo ra dòng điện, chúng di chuyển từ vị trí có năng lượng cao đến vị trí có năng lượng thấp hơn.

4. Các điện tử di chuyển theo hướng một chiều tạo ra dòng điện liên tục trong mạch điện của tấm pin.

5. Kết nối và kiểm soát: Tấm pin thường được kết nối với một hệ thống kiểm soát (ví dụ: Bộ biến tần) để đảm bảo rằng dòng điện được điều chỉnh một cách hiệu quả.

Ưu - nhược điểm của tấm pin năng lượng mặt trời

1. Ưu điểm

• Sử dụng năng lượng mặt trời - Không gây ô nhiễm môi trường

• Tuổi thọ cao, thời gian sử dụng từ 20-30 năm

• Tiết kiệm chi phí - Chi phí sửa chữa, thay mới

2. Nhược điểm

• Chi phí ban đầu bỏ ra khá cao (tùy vào chất lượng và nhu cầu sử dụng)

• Những ngày mưa kéo dài, chúng sẽ nhận được ít năng lượng hơn

Tuổi thọ của tấm pin năng lượng mặt trời

Tuổi thọ của tấm pin năng lượng mặt trời là từ 25-30 năm, nhưng đó chỉ là thời gian bảo hành của nhà sản xuất. Vòng đời của pin năng lượng mặt trời có thể dài hơn rất nhiều so với con số đã công bố. Các tấm pin chất lượng cao thậm chí có tuổi thọ hơn từ 30-50 năm và có thể tiếp tục được sử dụng ngay cả khi hiệu suất bị suy giảm.

Trong 10 đến 12 năm đầu tiên, tỷ lệ suy giảm hiệu suất tối đa của tấm pin là 10% và giảm 20% sau 25 năm sử dụng. Những con số này được đảm bảo bởi hầu hết các nhà sản xuất.

Cách tăng tuổi thọ của tấm pin năng lượng mặt trời:

• Lắp đặt đúng hướng, đảm bảo chúng nhận được nhiều ánh sáng mặt trời nhất và độ nghiêng tối ưu để hạn chế bụi bẩn bám trên bề mặt tấm pin

• Lắp đúng, đầy đủ các phụ kiện, theo đúng hướng dẫn của nhà sản xuất. Tốt nhất nên giao cho người có chuyên môn, kỹ thuật 

• Bảo trì, vệ sinh tấm pin định kỳ và đúng cách

Trên đây là toàn bộ các thông tin liên quan về cấu tạo và nguyên lý hoạt động của tấm pin năng lượng mặt trời mà TP Solar muốn chia sẻ đến mọi người. Để tìm hiểu thêm về năng lượng mặt trời, đèn năng lượng mặt trời, tấm pin năng lượng, hãy liên hệ với TP Solar.

Với hơn 5 năm hoạt động trong lĩnh vực năng lượng mặt trời, TP Solar là một trong những công ty cung cấp đèn năng lượng mặt trời hàng đầu mà bạn có thể tham khảo. Mọi nhu cầu và thắc mắc về đèn năng lượng mặt trời vui lòng liên hệ:

CÔNG TY CỔ PHẦN TP SOLAR

• Hotline: 0363.993.993
• Website: https://tpsolar.vn/
• Trụ sở Hà Nội: số 20 lô C61, KĐT Geleximco Lê Trọng Tấn, Hà Đông, Hà Nội 
• Chi nhánh miền Nam: số 75 Võ Nguyên Giáp, Phước Tân, Biên Hòa, Đồng Nai