Pin năng lượng mặt trời hoạt động như thế nào?

Trái đất có thể hứng rất nhiều năng lượng từ mặt trời ước lượng khoảng 173 Gigawatts. Đó là nguồn năng lượng mạnh gấp 10.000 lần so với nhu cầu mà con người trên hành tinh này sử dụng. Hai thập kỷ qua sự đóng góp của năng lượng mặt trời vào tổng nguồn cung năng lượng của thế giới đã tăng lên đáng kể. Trong bài viết này chúng ta sẽ về cách mà pin năng lượng mặt trời tạo ra điện năng như thế nào.

Năng lượng từ mặt trời là nguồn năng lượng rất dồi giàu và hoàn toàn miễn phí để chuyển đổi được nguồn năng lượng này thành điện năng thì các tấm Pin năng lượng mặt trời được tạo thành từ các đơn vị nhỏ hơn gọi là tế bào quang điện. Tế bào quang điện phổ biến nhất được làm từ một thứ có rất nhiều trên trái đất đó là cát.

Để có thể sử dụng làm Pin mặt trời, cát phải được chuyển đổi thành tinh thể SILICON tinh khiết tới 99,999%. Để đạt được tới độ tinh khiết như thế cát phải trải qua một quá trình thanh lọc rất phức tạp.

Pin năng lượng mặt trời hoạt động ra sao?

Cát SILICON thô sẽ được chuyển đổi thành một hợp chất HCL ở dạng khí, sau đó hợp chất này sẽ được trộn với H2 để tạo ra những thỏi Silic đa tinh thể với độ tinh khiết cao, sau đó những thỏi Silic này sẽ được cắt thành những lát rất mỏng gọi là SILICON WAFER. SILICON WAFER chính là trái tim của một tế bào quang điện.

Khi phân tích cấu trúc của một nguyên tử SILICON các nhà khoa học thấy rằng chúng được liên kết với nhau khá chặt chẽ, kiểu như khi bạn gắng bó với ai đó bạn sẽ bị mất tự do. Tương tự các ELECTRON trong cấu trúc SILICON sẽ bị các liên kết này giữ lại nên cũng không thể duy chuyển tự do.

Một tế bào quang điện sử dụng hai lớp SILICON khác nhau:

Một lớp SILICON loại N là vật liệu bán dẫn có mật độ ELECTRON lớn hơn mật độ lỗ trống, do đó trong bán dẫn loại N ELECTRON tự do được gọi là hạt dẫn đa số.

Lớp SILICON còn lại: loại P là vật liệu bán dẫn có mật độ lỗ trống lớn hơn ELECTRON tự do, do đó trong bán dẫn loại P lỗ trống sẽ là hạt dẫn đa số.

Nếu 2 vật liệu bán dẫn này được tiếp xúc với nhau thì một số ELECTRON từ bên N sẽ duy chuyển qua vùng P và lắp đầy các lỗ trống có sẵn ở đó. Ngược lại lỗ trống từ bên P cũng sẽ duy chuyển qua vùng N để kết hợp với ELECTRON. Bằng cách này một vùng mà không có các ELECTRON và các lỗ trống tự do sẽ được hình thành. Các nhà khoa học gọi vùng này là vùng nghèo hoặc chuyển tiếp P - N.

Kết quả của sự duy chuyển ELECTRON và lỗ trống như trên làm cho ranh giới phía N sẽ trở nên tích điện dương (+) và phí P trở nên tích điện âm (-). Ở trạng thái bình thường thường được kết dính với các lỗ trống trong vùng chuyển tiếp P - N nên nó không thể duy chuyển đi xa được khi có ánh sáng chiếu vào.

>>> Xem thêm: Hướng dẫn cách vệ sinh tấm pin năng lượng mặt trời hiệu quả, nhanh chóng

Để dễ hình dung chúng ta có thể nghĩ rằng ánh sáng giống như dòng chảy của những hạt rất nhỏ được bắn ra từ mặt trời gọi là PHOTON. Khi hạt PHOTON va chạm lên tế bào quang điện thì năng lượng của nó sẽ được truyền đến các ELECTRON trong vùng chuyển tiếp P - N, và nếu như nguồn năng lượng này đủ mạnh thì nó có thể đánh bật ELECTRON ra khỏi liên kết hiện tại. Sau đó điện trường trong vùng chuyển tiếp P - N sẽ đẩy các ELECTRON và lỗ trống ra khỏi vùng này. Khi đó nếu chúng ta kết nối bất kỳ thiết bị điện nào chẳng hạng như bóng đèn vào tế bào quang điện này thì các ELECTRON sẽ bắt đầu chạy qua bóng đèn và kết hợp lại với các lỗ trống trong vùng P sau khi hoàn thành đường đi của chúng. Bằng cách này một tế bào quang điện sẽ tạo ra một dòng điện liên tục chạy qua bóng đèn.

Mỗi tế bào quang điện có thể tạo ra điện áp 0.5V vì vậy chúng cần được nối lại với nhau thành các môđun để có thể tăng thêm sức mạnh đủ để sử dụng cho các thiết bị điện. Chỉ cần kết nối 12 tế bào quang điện lại là đã đủ để sạc cho điện thoại di động. Trong khi cần phải kết nối nhiều môđun lại thì mới đủ năng lượng cung cấp cho toàn bộ ngôi nhà.

ELECTRON sau khi duy chuyển ra bóng đèn thì sẽ quay lại nơi chúng được tạo ra vì vậy không có gì bị mất mát trong quá trình phát điện. Chính vì lý do này Pin năng lượng mặt trời có thể hoạt động trong nhiều thập kỷ. Tuy nhiên tổng đóng góp toàn cầu của năng lượng mặt trời chỉ vào khoảng 3%. Vậy điều gì đã ngăn chúng ta sử dụng hoàn toàn điện năng từ năng lượng mặt trời ?

Cũng có những lý do mang tính chính trị, chẳng hạng như những doanh nghiệp đang hưởng lợi từ hệ thống điện hiện tại sẽ vận động hành lang để duy trì tình trạng hiện tại. Nhưng trong bài viết này chúng ta sẽ tập trung nói về những thách thức liên quan đến tự nhiên và hậu cần.

Điều dễ nhận thấy nhất là năng lượng mặt trời phân bố không đồng đều trên khắp hành tinh này. Một số khu vực sẽ có nhiều nắng hơn so với những khu vực khác. Hơn nữa năng lượng mặt trời cũng không ổn định, cụ thể là năng lượng mặt trời sẽ yếu đi vào những ngày nhiều mây hoặc gần như là không có vào ban đêm. Chính về lý do này nên nếu muốn sử dụng hoàn toàn bằng năng lượng mặt trời thì chúng ta sẽ phải phụ thuộc vào một hệ thống lưu trữ điện năng khổng lồ nhầm lưu trữ điện năng khi có nắng mạnh và sẽ lấy điện năng dự trữ này ra sử dụng khi trời ít nắng hoặc trời tối. Điều này nghe có vẻ không được khả thi lắm.

Hiếu suất của tế bào quang điện cũng là một thách thức, nếu ánh sáng mặt trời bị phản xạ lại thay vì được hấp thụ hoặc các ELECTRON bị đánh bật ra rồi lại bị rơi trở vào lỗ trống trước khi đi qua mạch điện thì năng lượng của PHOTON đó sẽ bị mất.

Hầu hết các hệ thống năng lượng mặt trời dành cho thương mại hiện nay chỉ đang hoạt động với hiệu suất từ 15 tới 23%. Mặc dù còn nhiều hạng chế nhưng thực sự năng lượng mặt trời có thể cung cấp năng lượng cho toàn thế giới với những công nghệ ngày càng hiện đại hơn.

Xin cảm ơn vì đã xem bài viết này, nếu thấy những thông tin hữu ích thì hãy cùng theo dõi trang web của chúng tôi để tìm hiểu thêm về những bài viết liên quan đến Pin năng lượng mặt trời nhé.

Đơn vị sản xuất và phân phối Pin năng lượng mặt trời

Hiện nay trên thị trường Việt Nam có rất nhiều nhiều doanh nghiệp cung cấp Pin và thi công hệ thống điện năng lượng mặt trời, tùy theo nhu cầu và mục đích sử dụng để lựa chọn phương pháp triển khai, nếu Quý khách hàng đang có nhu cầu tư vấn và triển khai có thể liên hệ với công ty DMT (tư vấn miễn phí), đơn vị cung cấp và thi công hệ thống điện và đèn năng lượng mặt trời uy tín và chất lượng tại Hồ Chí Minh và các tỉnh thành lân cận. Mọi thông tin chi tiết liên hệ hotline: 0978.126.123.

Xem thêm: Top đèn pha năng lượng mặt trời bán chạy nhất