[Chi tiết] Cấu tạo pin mặt trời và nguyên lý hoạt động

Pin năng lượng mặt trời là nơi diễn ra quá trình chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành điện năng. Nhưng có bao giờ bạn thắc về cấu tạo pin mặt trời và bên trong một tấm pin sẽ hoạt động như thế nào hay không? Trong bài viết này, hãy cùng DMT Solar tìm hiểu chi tiết về các thành phần của pin năng lượng mặt trời, cách mà chúng hoạt động cũng để hiểu rõ hơn về sản phẩm này nhé.

Nội dung

1. Tìm hiểu chung về pin mặt trời
- 1.1. Sơ lược về pin năng lượng mặt trời là gì?
- 1.2. Vật liệu làm pin mặt trời là gì?
2. Cấu tạo pin mặt trời gồm những gì?
3. Nguyên lý hoạt động của pin điện mặt trời
4. Cách làm tăng tuổi thọ pin năng lượng mặt trời
Câu hỏi thường gặp về cấu tạo pin năng lượng mặt trời
DMT Solar – Công ty lắp đặt, cung cấp tấm pin năng lượng mặt trời uy tín toàn quốc

1. Tìm hiểu chung về pin mặt trời

Trước khi đi sâu về các thành phần của pin năng lượng mặt trời, hãy cùng tìm hiểu sơ lược về pin mặt trời và vật liệu chính để tạo ra chúng là gì ngay dưới đây:

1.1. Sơ lược về pin năng lượng mặt trời là gì?

Tấm pin năng lượng mặt trời (tấm pin quang điện) là một thiết bị có khả năng chuyển đổi trực tiếp ánh nắng mặt trời thành điện năng. Chúng là thành phần quan trọng trong hệ thống điện năng lượng mặt trời và được ứng dụng nhiều trong đời sống. Pin mặt trời phù hợp lắp đặt tại những nơi khó kéo điện lưới như vùng núi, ngoài đảo xa hoặc phục vụ cho các hoạt động trên không gian.

Tìm hiểu cấu tạo điện mặt trời

1.2. Vật liệu làm pin mặt trời là gì?

Hiện nay có nhiều nguyên vật liệu được sử dụng để sản xuất tấm pin mặt trời, nhưng phổ biến nhất vẫn là Silic tinh khiết. Silic có chứa trên bề mặt một lượng lớn các cảm biến ánh sáng là điốt quang để chuyển đổi ánh sáng thành điện năng. Các tế bào quang điện này được bảo vệ bởi một tấm kính trong suốt ở mặt trước và nhựa ở mặt sau. Tất cả được đóng gói chân không qua lớp nhựa PMMA (polymer) trong suốt.

Cường độ dòng điện, hiệu điện thế/ điện trở của pin năng lượng mặt trời sẽ thay đổi bởi sự phụ thuộc từ lượng ánh sáng chiếu lên chúng. Tế bào quang điện được ghép lại thành khối để tạo nên tấm pin mặt trời, bao gồm có đến 60 hoặc 72 tế bào quang điện có trên một tấm pin năng lượng mặt trời.

Ngoài ra, cũng có một số các vật liệu khác cũng được sử dụng để sản xuất pin mặt trời như các hợp chất bán dẫn (semiconductor compounds), cadmium telluride (CdTe) và copper indium gallium selenide (CIGS) hay các vật liệu hữu cơ (organic materials) như polymer dẫn điện (conductive polymers) và hỗn hợp phân tử carbon (fullerene).

>>>Đừng bỏ lỡ: Tấm Pin Năng Lượng Mặt Trời Là Gì Và Được Tạo Như Thế Nào?

2. Cấu tạo pin mặt trời gồm những gì?

Cấu tạo pin mặt trời gồm nhiều lớp vật liệu khác nhau, mỗi một lớp sẽ giữ vai trò quan trọng trong quá trình chuyển đổi năng lượng. Dưới đây là tổng hợp các thành phần của pin năng lượng mặt trời chi tiết:

2.1. Lớp kính cường lực (Tempered Glass) bảo vệ và truyền ánh sáng

Kính cường lực là lớp ngoài cùng, cụ thể là mặt trước của tấm pin và cũng là phần nặng nhất. Đây là thành phần có chức năng bảo vệ và đảm bảo độ bền cho toàn bộ tấm pin mặt trời khỏi các tác động từ môi trường như bụi bẩn, gió mạnh, mưa đá,...giúp duy trì độ trong suốt cao. Độ dày của lớp này thường dao động tùy theo loại kính mà hãng sản xuất, nó có thể là 2mm, 3,3mm đến 4mm.

Điều quan trọng là cần chú ý đến các yếu tố như chất lượng độ cứng, độ truyền quang phổ và khả năng truyền ánh sáng. Pin càng tốt thì lớp kính phía trước sẽ hấp thu ánh sáng đi qua được tốt hơn và phản xạ ánh sáng ít hơn.

2.2. Lớp màng EVA ( Ethylene Vinyl Acetate) giữ cố định tế bào quang điện

Lớp màng EVA là một lớp polymer có độ trong suốt cao, được thiết kế đặc biệt dùng để bao bọc các tế bào và cố định tấm tế bào bên trong. Chất liệu EVA phải cực kỳ bền thì mới chịu được nhiệt độ và độ ẩm khắc nghiệt. Đồng thời góp phần quan trọng trong hiệu suất lâu dài bằng cách ngăn chặn sự xâm nhập của hơi ẩm và bụi bẩn.

Cấu tạo pin năng lượng mặt trời gồm những gì?

2.3. Tế bào quang điện (Solar cell) chuyển hóa ánh sáng thành dòng điện

Các tế bào quang điện là thành phần tấm pin năng lượng mặt trời đóng vai trò chính có nhiệm vụ hấp thụ ánh sáng mặt trời (quang năng) để chuyển hóa thành điện năng để sử dụng. Các tế bào Silic này có thể là đơn tinh thể (Pin Mono) hoặc đa tinh thể (tấm pin Poly) tùy theo quy trình sản xuất của từng hãng pin mặt trời.

Hiện nay, các cell pin năng lượng mặt trời phổ biến hiện nay là các tế bào đa tinh thể Poly cho hiệu suất chuyển hóa khoảng 17.6% tạo ra một pin mặt trời 250W với 60 cells. Các tế bào quang điện này được liên kết với nhau bằng một dây đồng mỏng được phủ một hợp kim thiếc.

2.4. Tấm nền (Backsheet) là thành phần cách điện, chống ẩm, tia UV

Tấm nền nằm ở mặt sau của pin mặt trời được làm từ vật liệu nhựa có chức năng cách điện, che chắn và bảo vệ các tế bào PV khỏi thời tiết và độ ẩm. Tấm nền backsheet thường có màu trắng và được bán ở dạng cuộn hoặc tấm. Các loại pin của mỗi hãng có thể khác nhau về độ dày, màu sắc và sự hiện diện của các vật liệu cụ thể với mục đích là giúp che chắn tốt hơn hoặc cho độ bền cơ học cao hơn.

2.5. Cấu tạo pin mặt trời gồm khung nhôm (Aluminum Frame)

Bao quanh toàn bộ tấm pin chính là khung nhôm định hình với trọng lượng nhẹ nhưng chắc chắn. Khung nhôm giúp củng cố tấm pin, tạo điểm gắn kết với khung gian và hỗ trợ cố định tấm pin trên mái nhà. Hơn thế nữa, nó còn giúp tản nhiệt và bảo vệ các lớp bên trong khỏi bị cong vênh.

2.6. Hộp đấu nối mạch điện pin năng lượng mặt trời

Chức năng của hộp nối là đưa các mối nối điện của mô đun pin mặt trời ra bên ngoài, là nơi chứa các dây cáp để kết nối các tấm trong hệ thống. Vì vậy khi chọn hộp nối, hãy chú ý đến chất lượng nhựa và độ tốt của khớp nối.

Từ các chi tiết về thành phần cấu tạo pin mặt trời và để biết chúng được hoạt động như thế nào? Hãy cùng tìm hiểu về nguyên lý hoạt động của pin năng lượng mặt trời trong phần tiếp theo.

Thành phần của pin năng lượng mặt trời gồm 6 phần

3. Nguyên lý hoạt động của pin điện mặt trời

Pin mặt trời được ghép từ nhiều tế bào quang điện nhỏ. Mỗi tế bào này được cấu tạo từ hai lớp chất bán dẫn chủ yếu làm từ Silic:

Chất bán dẫn loại N (Negative): Được pha tạp chất để tạo ra các electron tự do dư thừa, mang điện tích âm.
Chất bán dẫn loại P (Positive): Được pha tạp chất tạo ra sự thiếu hụt electron, hình thành các "lỗ trống" mang điện tích dương.

Quá trình này sẽ đi theo tuần tự các bước sau đây:

Bước 1: Sự hình thành vùng nghèo (không dẫn điện) và Điện trường

Khi hai lớp N và P tiếp xúc, các electron ở gần bề mặt lớp N sẽ nhảy sang lấp đầy các lỗ trống ở lớp P.
Quá trình này tạo ra một vùng nghèo (vùng không còn hạt mang điện tự do) và hình thành một điện trường nội tại ngăn không cho các electron khác tiếp tục tràn sang.

Bước 2: Cách ánh sáng tạo ra dòng điện

Ánh sáng mặt trời có chứa các hạt năng lượng gọi là photon ánh sáng. Cụ thể:

Khi các photon này bắn vào tế bào quang điện, nếu đủ năng lượng, chúng sẽ va chạm và đánh bật các electron ra khỏi liên kết tại vùng tiếp giáp.
Dưới tác động của điện trường đã hình thành trước đó, các electron tự do bị đẩy về phía lớp N, còn lỗ trống bị đẩy về phía lớp P.

Bước 3: Quá trình sinh điện

Khi ta nối dây dẫn giữa hai lớp N và P, các electron dư thừa ở lớp N sẽ chạy qua dây dẫn (tạo thành dòng điện) để quay về phía lớp P và kết hợp với các lỗ trống.
Ánh sáng càng mạnh (càng nhiều photon) thì lượng electron bị đánh bật ra càng nhiều, dẫn đến dòng điện càng lớn.

Tóm lại, pin mặt trời hoạt động dựa trên việc dùng hạt photon trong ánh sáng để "giải phóng" electron và dùng điện trường nội tại để hướng chúng chạy qua mạch ngoài, tạo thành điện năng phục vụ đời sống.

Nguyên lý làm việc của pin năng lượng mặt trời

4. Cách làm tăng tuổi thọ pin năng lượng mặt trời

Mặc dù cấu tạo tấm pin mặt trời đều là các lớp chắc chắn và bền bỉ, nhưng để duy trì hiệu suất đỉnh cao, dưới đây là một vài cách giúp làm gia tăng tuổi thọ pin mặt trời mà bạn có thể tham khảo:

Vệ sinh tấm pin định kỳ: Thông thường các tấm pin được lắp đặt trên cao thường dễ bám đầy bụi, lá cây hay phân chim trên mặt kính cường lực. Nếu không vệ sinh định kỳ sẽ làm giảm đáng kể lượng ánh sáng xuyên thấu, do đó hãy sử dụng chổi vệ sinh pin NLMT chuyên dụng theo định kỳ từ 2-3 lần/ năm.
Lắp đặt ở vị trí tốt: Để pin mặt trời đạt tối đa hiệu suất hoạt động, nên lắp tấm pin ở vị trí đón nhận ánh sáng mặt trời tốt nhất và tránh nơi có bóng râm, chắn gió hoặc có nhiều độ ẩm. Đồng thời, cần lắp đặt pin một cách chắc chắn để tránh bị hư hỏng do các tác động từ gió mạnh, mưa lớn hoặc động đất.
Lắp đặt đúng góc nghiêng: Điều chỉnh hướng nghiêng của pin theo hướng tối ưu hóa để đạt tối đa hiệu suất hoạt động của pin. Tránh tình trạng dư thừa hoặc thiếu năng lượng so với nhu cầu sử dụng.
Sử dụng bộ điều khiển: Giúp giám sát và điều khiển hoạt động của hệ thống năng lượng mặt trời đúng cách, giúp đảm bảo hoạt động của pin trong điều kiện tối ưu.
Chọn mua tấm pin chất lượng: Nên ưu tiên lựa chọn các tấm pin mặt trời từ các nhà sản xuất uy tín giúp đảm bảo chất lượng của vật liệu, kết cấu và quá trình sản xuất.

>>>Xem thêm: 9+ Ứng Dụng Của Pin Năng Lượng Mặt Trời

Cách làm tăng tuổi thọ pin năng lượng mặt trời

Việc hiểu rõ về cấu tạo pin mặt trời và nguyên lý hoạt động của nó không chỉ giúp bạn đưa ra quyết định đầu tư sáng suốt mà còn biết cách bảo trì để tối ưu hiệu suất trong suốt vòng đời sử dụng. Với tuổi thọ lên đến 25-30 năm, pin năng lượng mặt trời là giải pháp đầu tư dài hạn mang lại lợi ích kinh tế và môi trường bền vững.

Nếu bạn muốn sở hữu hệ thống điện mặt trời để tối ưu chi phí cho cả gia đình? Hãy kết nối ngay với DMT Solar qua số 0978.126.123 để nhận báo giá và tư vấn miễn phí.

Câu hỏi thường gặp về cấu tạo pin năng lượng mặt trời

1. Đâu là thành phần của pin năng lượng mặt trời quan trọng nhất?

Thành phần của pin năng lượng mặt trời được xem là quan trọng nhất chính là tế bào quang điện (solar cell) được làm từ silicon - nơi diễn ra quá trình chuyển hóa ánh sáng thành điện năng.

2. Tuổi thọ pin mặt trời kéo dài bao nhiêu lâu?

Các tấm pin mặt trời chất lượng được sản bởi các nhà sản xuất uy tín và được bảo trì đúng cách sẽ cho tuổi thọ cao đạt từ 25 - 30 năm. Tuy nhiên, nếu pin mặt trời được lắp đặt tại môi trường khắc nghiệt như nhiều bụi bẩn, độ ẩm hoặc nhiệt độ cao thì tuổi thọ của pin có thể giảm xuống.

3. Các loại pin phổ biến hiện nay

Hiện nay trên thị trường phổ biến 3 loại pin với mức hiệu suất và giá thành khác nhau như:

Monocrystalline (Pin Mono đơn thể): Là loại pin cho hiệu suất cao và giá thành cao.
Polycrystalline (Pin Poly đa tinh thể): Loại pin cho hiệu suất ổn định và mức giá hợp lý.
Thin-film (màng mỏng): Loại pin cho hiệu suất thấp với mức giá rẻ.

DMT Solar – Công ty lắp đặt, cung cấp tấm pin năng lượng mặt trời uy tín toàn quốc

DMT Solar - là một trong những công ty hàng đầu thế giới trong lĩnh vực năng lượng mặt trời, chuyên cung cấp các sản phẩm năng lượng mặt trời như đèn năng lượng mặt trời, tấm pin mặt trời, hệ thống điện mặt trời, pin lithium cho đèn năng lượng mặt trời....

Xem ngay: Các phụ kiện cần có của đèn năng lượng mặt trời

Hãy liên hệ ngay DMT Solar để được hỗ trợ tốt nhất
Hotline: 0978.126.123

Vì sao chọn DMT Solar?

Các thiết bị sử dụng năng lượng mặt trời của DMT Solar đạt tiêu chí về chất lượng, thương hiệu uy tín trên thị trường là sự lựa chọn hàng đầu của nhiều khách hàng, với khả năng cung cấp sản phẩm số lượng lớn cho các công trình - dự án trong nhiều năm qua, DMT Solar tự tin là nhà cung cấp sản phẩm năng lượng mặt trời tốt nhất hiện nay.