Tấm pin năng lượng mặt trời là một trong những thiết bị quan trọng nhất trong hệ thống điện mặt trời, có nhiệm vụ chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành điện năng phục vụ nhu cầu sinh hoạt & sản xuất. Với khả năng tận dụng nguồn năng lượng tái tạo, tấm pin mặt trời ngày càng được sử dụng phổ biến tại hộ gia đình, nhà xưởng & các dự án điện mặt trời quy mô lớn. Vậy chính xác tấm pin năng lượng mặt trời là gì? Có những loại nào? Cấu tạo, nguyên lý hoạt động ra sao? Hãy cùng tìm hiểu chi tiết với ATPro trong bài viết này!
Tìm hiểu tấm pin năng lượng mặt trời (Solar Panel) là gì?
Tấm pin năng lượng mặt trời (tên tiếng Anh: Solar Panel) là thiết bị sử dụng các tế bào quang điện để hấp thụ bức xạ từ ánh sáng mặt trời & chuyển đổi trực tiếp thành điện năng. Điện được tạo ra từ tấm pin thường là dòng điện 1 chiều (DC). Trong hệ thống điện mặt trời, nguồn điện này được đưa qua inverter để chuyển đổi thành dòng điện xoay chiều (AC) phù hợp với các thiết bị điện trong gia đình, nhà máy & hệ thống điện lưới.
Một tấm pin năng lượng mặt trời được cấu thành từ nhiều tế bào quang điện liên kết với nhau. Khi ánh sáng chiếu vào bề mặt pin, các tế bào quang điện tạo ra dòng điện nhờ hiệu ứng quang điện. Ngày nay, tấm pin mặt trời được ứng dụng trong nhiều mô hình như điện mặt trời áp mái hộ gia đình, điện mặt trời cho nhà xưởng/doanh nghiệp, hệ thống điện mặt trời độc lập, hệ thống điện mặt trời hoà lưới, các trang trại điện mặt trời quy mô lớn,…
Cấu tạo tấm pin năng lượng mặt trời
Một tấm pin năng lượng mặt trời bao gồm nhiều lớp vật liệu được kết hợp nhằm đảm bảo khả năng hấp thụ ánh sáng, tạo điện & bảo vệ các tế bào quang điện.
Tế bào quang điện
Tế bào quang điện (Solar Cell) là thành phần quan trọng nhất của tấm pin mặt trời. Solar Cell thường được sản xuất từ vật liệu bán dẫn, phổ biến nhất là silicon.
Khi ánh sáng mặt trời chiếu vào tế bào quang điện, năng lượng photon kích thích các electron trong vật liệu bán dẫn, từ đó tạo ra dòng điện 1 chiều. Số lượng & chất lượng tế bào quang điện có ảnh hưởng trực tiếp đến công suất, hiệu suất & khả năng phát điện của tấm pin.
Kính cường lực
Lớp kính nằm ở mặt trước của tấm pin mặt trời, có nhiệm vụ bảo vệ tế bào quang điện khỏi mưa, bụi, độ ẩm, tác động cơ học, gió, điều kiện thời tiết & sự thay đổi của nhiệt độ. Kính thường có độ trong suốt cao, hạn chế làm giảm lượng ánh sáng đi vào tế bào quang điện.
Lớp EVA
EVA (Ethylene Vinyl Acetate) là lớp vật liệu bao quanh tế bào quang điện, giúp cố định & bảo vệ tế bào quang điện khỏi độ ẩm, rung động cũng như tác động từ môi trường.
Tấm nền phía sau
Tấm nền phía sau có chức năng cách điện & bảo vệ các lớp bên trong của tấm pin mặt trời.
Khung nhôm
Khung nhôm giúp gia cố kết cấu của tấm pin, đồng thời tạo điều kiện thuận lợi cho việc lắp đặt lên mái nhà, hệ thống giá đỡ hoặc các kết cấu chuyên dụng.
Hộp đấu nối
Hộp đấu nối được đặt phía sau tấm pin, là nơi kết nối các dây dẫn điện của tế bào quang điện với hệ thống điện bên ngoài.
Nguyên lý hoạt động chung của tấm pin năng lượng mặt trời
Solar Panel hoạt động dựa trên hiệu ứng quang điện. Quá trình tạo ra điện như sau:
Bước 1: Ánh sáng mặt trời chiếu trực tiếp vào mặt trên tấm pin
Các photon trong ánh sáng mặt trời đi qua lớp kính bảo vệ & tiếp xúc với tế bào quang điện.
Bước 2: Tế bào quang điện hấp thụ năng lượng
Vật liệu bán dẫn bên trong tế bào quang điện hấp thụ năng lượng photon, tạo điều kiện để các electron chuyển động.
Bước 3: Tạo dòng điện 1 chiều
Sự chuyển động có định hướng của các electron tạo thành dòng điện 1 chiều (DC).
Bước 4: Thu gom, truyền tải điện
Dòng điện từ nhiều tế bào quang điện được thu gom & đưa ra ngoài thông qua hệ thống dây dẫn, sau đó chuyển đến inverter.
Bước 5: Chuyển đổi thành điện xoay chiều
Inverter chuyển đổi điện 1 chiều (DC) thành điện xoay chiều (AC) để cung cấp cho các thiết bị điện/đưa vào hệ thống điện theo thiết kế.
Các loại tấm pin năng lượng mặt trời phổ biến trên thị trường hiện nay
Trên thị trường hiện nay có nhiều loại tấm pin năng lượng mặt trời (Solar Panel) khác nhau:
Tấm pin Mono
Pin Mono được sản xuất từ các tế bào silicon đơn tinh thể. Các tế bào quang điện thường có màu đen/màu tối đặc trưng. Hiện nay, pin Mono được sử dụng phổ biến cho hệ thống điện mặt trời dân dụng, thương mại & công nghiệp.
Tấm pin Poly
Pin Poly sử dụng tế bào silicon đa tinh thể. So với Mono, hiệu suất của Poly thấp hơn đáng kể, đồng thời cần điện tích lớn hơn để đạt cùng mức công suất. Tuy nhiên, dòng pin này vẫn được sử dụng nhiều trong hệ thống điện mặt trời nhờ chi phí đầu tư phù hợp.
Tấm pin Thin-film
Thin-film là công nghệ sử dụng các lớp vật liệu quang điện mỏng được phủ lên bề mặt nền. Dòng pin này có thiết kế khác biệt so với pin silicon truyền thống, có thể có trọng lượng nhẹ & khả năng ứng dụng linh hoạt trong một số trường hợp.
Tuy nhiên, xét về hiệu suất trên cùng điện tích, Thin-film không phổ biến bằng các dòng pin silicon hiện đại.
Lợi ích nổi bật khi sử dụng tấm pin năng lượng mặt trời không phải ai cũng biết
Sử dụng tấm pin năng lượng mặt trời mang lại nhiều lợi ích cho cả hộ gia đình & doanh nghiệp:
Tiết kiệm chi phí điện
Điện năng do hệ thống mặt trời tạo ra có thể đáp ứng một phần/phần lớn nhu cầu sử dụng điện. Nhờ đó, người dùng có thể giảm lượng điện phải mua từ lưới điện tuỳ theo mô hình hệ thống & mức tiêu thụ.
Tận dụng nguồn năng lượng tái tạo
Ánh sáng mặt trời là nguồn năng lượng tự nhiên & có khả năng tái tạo. Việc khai thác nguồn năng lượng này góp phần đa dạng hóa nguồn cung điện.
Giảm phụ thuộc vào điện lưới
Khi kết hợp tấm pin với inverter & hệ thống lưu trữ, người dùng có thể chủ động hơn trong việc cung cấp điện, đặc biệt đối với những khu vực thường xuyên gặp vấn đề về nguồn điện.
Có thể mở rộng hệ thống
Hệ thống điện mặt trời có thể được thiết kế theo nhu cầu sử dụng. Khi nhu cầu điện tăng, người dùng có thể cân nhắc mở rộng số lượng tấm pin, inverter & dung lượng lưu trữ nếu hệ thống ban đầu được thiết kế phù hợp.
Thân thiện với môi trường
Điện mặt trời trong quá trình phát điện không cần đốt nhiên liệu hóa thạch trực tiếp, qua đó góp phần giảm thiểu sự phụ thuộc vào các nguồn năng lượng truyền thống.
Tấm pin năng lượng mặt trời là thành phần cốt lõi giúp biến ánh sáng mặt trời thành điện năng, đóng vai trò quan trọng trong các hệ thống điện mặt trời hiện nay. Với sự phát triển của công nghệ tế bào quang điện, các sản phẩm ngày càng được cải thiện về công suất, hiệu suất, độ bền & khả năng ứng dụng.