Bạn có thể đã nhìn thấy các tấm pin mặt trời quang điện trên các mái nhà, ở xung quanh khu vực sinh sống của mình, nhưng bạn có biết chúng thực sự hoạt động như thế nào để tạo ra điện không? Trong bài viết này, chúng ta sẽ xem xét các tế bào quang điện trong tấm pin mặt trời, là thành phần điện tử tạo ra điện khi tiếp xúc với các photon, hoặc các hạt ánh sáng.

Sự chuyển đổi này được gọi là hiệu ứng quang điện. Trong bài viết này, chúng tôi sẽ giải thích cách hoạt động của các tế bào quang điện PV. Cụ thể, chúng ta sẽ xem xét khoa học về pin mặt trời quang điện silicon, loại pin mặt trời quang điện tạo nên phần lớn các tấm pin mặt trời.

Pin mặt trời: các tế bào quang điện của tấm pin mặt trời

Nội dung

Một tấm pin mặt trời quang điện được tạo thành từ sáu thành phần khác nhau, nhưng thành phần quan trọng nhất là tế bào quang điện, thực sự tạo ra điện. Quá trình chuyển đổi ánh sáng mặt trời, hình thành các hạt photon chuyển động có hướng, tạo ra năng lượng điện bởi pin mặt trời được gọi là “hiệu ứng quang điện” – do đó tại sao chúng ta gọi pin năng lượng mặt trời là “quang điện” viết tắt là PV.

Các tế bào PV năng lượng mặt trời tạo ra điện bằng cách hấp thụ ánh sáng mặt trời và sử dụng năng lượng ánh sáng đó để tạo ra dòng điện. Có nhiều tế bào quang điện trong một tấm pin năng lượng mặt trời và dòng điện được tạo ra bởi tất cả các tế bào cùng nhau sẽ tạo ra đủ điện để cung cấp năng lượng cho ngôi nhà của bạn.

Một tấm pin tiêu chuẩn được sử dụng trên mái nhà sẽ có 60 ô được liên kết với nhau. Việc lắp đặt năng lượng mặt trời thương mại thường sử dụng các tấm pin lớn hơn với 72 ,144 tế bào quang điện trở lên.

Pin mặt trời quang điện hoạt động như thế nào?

Một pin năng lượng mặt trời hoạt động theo ba bước chung:

Ánh sáng bị hấp thụ và đánh bật các electron
Dòng electron chuyển động có hướng, tạo ra dòng điện
Dòng điện di chuyển trong dây dẫn điện

Hiệu ứng quang điện là một quá trình phức tạp, nhưng ba bước này là cách cơ bản để năng lượng từ mặt trời được chuyển đổi thành điện năng bởi các tế bào năng lượng mặt trời trong các tấm pin mặt trời.

Các loại pin mặt trời quang điện chính là gì?

Có hai loại pin mặt trời quang điện chính được sử dụng hiện nay: đơn tinh thể và đa tinh thể. Trong khi có nhiều cách khác để tạo ra các tế bào PV (ví dụ, tế bào màng mỏng, tế bào hữu cơ hoặc perovskites ), các tế bào năng lượng mặt trời đơn tinh thể và đa tinh thể (được làm từ nguyên tố silicon) cho đến nay vẫn là những lựa chọn thương mại và dân dụng phổ biến nhất.

Pin mặt trời quang điện silicon: đơn tinh thể và đa tinh thể

Một pin mặt trời quang điện đơn tinh thể được làm từ một tinh thể đơn của nguyên tố silicon. Mặt khác, pin mặt trời quang điện silicon đa tinh thể được tạo ra bằng cách nấu chảy nhiều mảnh tinh thể silicon với nhau. Điều này dẫn đến hai yếu tố khác biệt chính giữa tế bào đơn và tế bào đa. Về mặt hiệu quả, pin mặt trời quang điện đơn tinh thể thường có hiệu suất cao hơn so với các pin mặt trời quang điện đa tinh thể.

Điều này là do việc sử dụng một tinh thể silicon đơn, thẳng hàng, dẫn đến dòng chảy dễ dàng hơn cho các electron được tạo ra thông qua hiệu ứng quang điện. Các tế bào đa tinh thể có các mảnh silicon xếp theo nhiều hướng khác nhau khiến dòng điện khó khăn hơn một chút.

Tuy nhiên, các tấm pin mặt trời quang điện được làm bằng pin mặt trời quang điện đa tinh thể thường ít tốn kém hơn so với các lựa chọn đơn tinh thể. Điều này là do quy trình sản xuất tế bào đa tinh thể đơn giản hơn và đòi hỏi ít quy trình chuyên biệt hơn.

Pin mặt trời quang điện màng mỏng

Chúng nghe giống như pin mặt trời quang điện màng mỏng: pin mặt trời quang điện mỏng hơn, trọng lượng nhẹ hơn nhiều, thường linh hoạt, trong khi vẫn bền. Có bốn vật liệu phổ biến được sử dụng để tạo ra các tế bào PV màng mỏng: Cadmium Telluride (CdTe), Silicon vô định hình (a-Si), Copper Indium Gallium Selenide (CIGS) và Gallium Arsenide (GaAs).

Pin mặt trời quang điện màng mỏng gần như không phổ biến như các lựa chọn silicon tinh thể truyền thống để lắp đặt cho khu dân cư và thương mại. Các tấm màng mỏng vẫn đứng sau tấm silicon về hiệu quả và đối với hầu hết các gia đình và doanh nghiệp, điều này có nghĩa là họ sẽ không thể sản xuất đủ điện từ các tùy chọn màng mỏng.

Tuy nhiên, các công ty như First Solar đã xây dựng toàn bộ hoạt động kinh doanh bằng cách sản xuất các tấm pin mặt trời quang điện màng mỏng (ví dụ: pin CdTe) cho các tiện ích quy mô lớn hoặc lắp đặt năng lượng mặt trời của công ty.

Pin mặt trời quang điện hữu cơ

Các tấm pin mặt trời quang điện được làm bằng pin mặt trời quang điện hữu cơ chưa hoàn toàn khả thi về mặt thương mại, nhưng các tấm pin mặt trời quang điện hữu cơ có nhiều lợi ích tương tự như các tấm màng mỏng.

Điểm khác biệt lớn nhất đối với pin mặt trời quang điện hữu cơ là thành phần cấu tạo của chúng: trong khi các tấm pin mặt trời quang điện truyền thống và màng mỏng được làm từ silicon hoặc các chất bán dẫn tương tự khác, thì pin mặt trời quang điện hữu cơ được làm từ vật liệu gốc carbon. Chúng thường được gọi là “pin mặt trời quang điện nhựa” hoặc “pin mặt trời quang điện polyme” vì lý do này.

Pin mặt trời quang điện hữu cơ rất linh hoạt, bền và thậm chí có thể được làm trong suốt. Nghe nói về cửa sổ năng lượng mặt trời? Nếu chúng trở thành một sản phẩm phổ biến, chúng rất có thể được chế tạo bằng các tế bào năng lượng mặt trời hữu cơ trong suốt.

Pin mặt trời quang điện Perovskite

“Perovskite” là bất kỳ vật liệu nào có cấu trúc tinh thể giống như hợp chất oxit titan canxi, một vật liệu bán dẫn giống như silicon. Pin mặt trời quang điện Perovskite sử dụng vật liệu dựa trên oxit titan canxi do con người tạo ra để tạo ra một loại tấm pin mặt trời quang điện màng mỏng khác.

Giống như pin mặt trời quang điện hữu cơ, perovskites chưa được phổ biến rộng rãi. Tuy nhiên, chi phí sản xuất thấp và hiệu quả tiềm năng cao khiến chúng trở thành một lựa chọn hấp dẫn khi ngành năng lượng mặt trời tiếp tục mở rộng và phát triển các lựa chọn sản xuất năng lượng mặt trời ngày càng tốt hơn.

Giải thích hiệu ứng quang điện

Pin mặt trời quang điện silicon, thông qua hiệu ứng quang điện, hấp thụ các photon và tạo ra dòng điện chạy qua. Quá trình này thay đổi tùy thuộc vào loại công nghệ năng lượng mặt trời, nhưng có một số bước phổ biến trên tất cả các pin mặt trời.

Bước 1: Ánh sáng được hấp thụ bởi tế bào PV và làm dao động các electron

Đầu tiên, ánh sáng chiếu vào tế bào quang điện và các photon bị hấp thụ bởi vật liệu bán dẫn mà nó được làm từ (thường là silicon). Năng lượng ánh sáng tới này làm cho các electron trong silicon bị loại bỏ, cuối cùng sẽ trở thành điện mặt trời mà bạn có thể sử dụng trong nhà của mình.

Bước 2: Các electron bắt đầu chuyển động, tạo ra dòng điện

Có hai lớp silicon được sử dụng trong tế bào quang điện và mỗi lớp được xử lý đặc biệt (được gọi là “pha tạp”) để tạo ra điện trường, nghĩa là một bên có điện tích dương thuần và một bên có điện tích âm thuần. Điện trường này làm cho các electron lỏng lẻo chạy theo một hướng qua pin mặt trời, tạo ra dòng điện.

Bước 3: Dòng điện được bắt và kết hợp với các pin mặt trời quang điện khác

Một khi dòng điện được tạo ra bởi các electron rời, các tấm kim loại ở mặt bên của mỗi pin mặt trời quang điện sẽ thu các electron đó và chuyển chúng thành dây dẫn. Tại thời điểm này, các electron có thể chảy dưới dạng điện qua hệ thống dây dẫn đến bộ biến tần năng lượng mặt trời và sau đó đi khắp nhà của bạn.

Nhiều tế bào quang điện cùng nhau tạo ra điện mặt trời cho ngôi nhà của bạn

Bản thân tế bào quang điện không thể sản xuất đủ điện năng sử dụng cho nhiều thiết bị điện tử nhỏ. Để tạo ra lượng năng lượng mà một ngôi nhà có thể cần, các tế bào năng lượng mặt trời được kết nối với nhau để tạo ra các tấm pin mặt trời, được lắp đặt theo nhóm để tạo thành một hệ thống năng lượng mặt trời.

Một tấm pin mặt trời quang điện dân dụng điển hình với 60 tế bào quang điện kết hợp có thể tạo ra công suất từ 220 đến hơn 400 watt. Mỗi tấm pin có 144 tế bào có thể tạo ra tấm pin từ 330 đến 455 w.

Tùy thuộc vào các yếu tố như nhiệt độ, số giờ ánh sáng mặt trời và việc sử dụng điện, chủ sở hữu bất động sản sẽ cần số lượng tấm pin mặt trời quang điện khác nhau để sản xuất đủ năng lượng. Dù vậy, việc lắp đặt một hệ thống điện năng lượng mặt trời có thể sẽ bao gồm hàng trăm tế bào quang điện mặt trời hoạt động cùng nhau để tạo ra dòng điện.

Tăng hiệu quả của pin mặt trời quang điện PV

Hiệu suất của một tế bào PV là lượng điện năng phát ra từ tế bào so với năng lượng từ ánh sáng chiếu vào nó — con số này chứng tỏ tế bào chuyển đổi năng lượng hiệu quả như thế nào. Và như đã đề cập, có nhiều yếu tố cả bên trong và bên ngoài bản thân pin mặt trời, như cường độ ánh sáng và bước sóng, ảnh hưởng đến lượng điện mà một tế bào PV có thể tạo ra.

Một yếu tố quan trọng của chất bán dẫn PV là dải bước sóng ánh sáng mà vật liệu (silicon, màng mỏng, perovskite, v.v.) có thể hấp thụ và chuyển đổi thành năng lượng. Ánh sáng được tạo thành từ các photon dao động ở một dải bước sóng rộng và các bước sóng phù hợp với dải có thể hấp thụ của chất bán dẫn mặt trời (được gọi là dải tần) có thể được pin mặt trời quang điện đó thu nhận.

Một chiến lược sẽ giúp nâng cao hiệu quả sử dụng pin PV trong tương lai là ghép nhiều chất bán dẫn lại với nhau để tạo ra pin mặt trời quang điện đa chức năng. Mỗi lớp của pin mặt trời quang điện đa chức năng có thể có một dải tần khác nhau – có nghĩa là nó sẽ hấp thụ một phần khác nhau của quang phổ mặt trời, giúp tận dụng ánh sáng mặt trời tốt hơn so với pin mặt trời quang điện đơn mối truyền thống.

Các câu hỏi thường gặp liên quan đến cách hoạt động của pin mặt trời

Thảo luận về khoa học đằng sau tế bào PV đôi khi có thể phức tạp và khó hiểu, khiến mọi chủ đề dường như chẳng khác gì biệt ngữ — những từ như photon, chất bán dẫn và điện áp không có lời giải thích rõ ràng đối với người mua sắm năng lượng mặt trời bình thường.

Chúng tôi hiểu việc thu thập câu trả lời có thể khó khăn như thế nào, đặc biệt là khi bạn bắt tay vào hành trình sử dụng năng lượng tái tạo mới của mình. Kiểm tra một số câu hỏi phổ biến nhất mà chúng tôi đã nghe về pin năng lượng mặt trời:

Tế bào PV hoạt động như thế nào và chúng làm gì?

Nói một cách đơn giản, tế bào PV, hay pin mặt trời, tạo ra điện bằng cách hấp thụ ánh sáng mặt trời và sử dụng năng lượng ánh sáng để tạo ra dòng điện.

Quá trình hoạt động của các tế bào PV có thể được chia thành ba bước cơ bản: đầu tiên, một tế bào PV hấp thụ ánh sáng và đánh bật các electron. Sau đó, một dòng điện được tạo ra bởi các electron chuyển động lỏng lẻo. Cuối cùng, dòng điện được bắt và chuyển sang các dây dẫn.

Sự khác biệt giữa tế bào quang điện và pin mặt trời là gì?

Về cơ bản, pin mặt trời quang điện và tế bào quang điện là một trong cùng một và các thuật ngữ có thể được sử dụng thay thế cho nhau trong hầu hết các trường hợp. Cả pin mặt trời và tế bào quang điện đều là các thành phần điện tử tạo ra điện khi tiếp xúc với photon, tạo ra điện năng. Việc chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành năng lượng điện thông qua pin mặt trời quang điện được gọi là hiệu ứng quang điện, đó là lý do tại sao chúng ta gọi pin mặt trời quang điện là “quang điện”.

Chức năng của Cell PV là gì?

Các tế bào PV rất quan trọng trong việc sản xuất điện. Tuy nhiên, riêng một tế bào PV không thể sản xuất đủ năng lượng tái tạo cho toàn bộ ngôi nhà. Vì vậy, trong khi chức năng chính của pin PV là tạo ra điện, chúng ta cần kết nối nhiều pin mặt trời quang điện với nhau để tạo ra một tấm pin mặt trời quang điện chức năng.

Từ đó, toàn bộ một dãy tấn pinnăng lượng mặt trời phải được lắp đặt để sản xuất đủ năng lượng cho một ngôi nhà dân cư. Đọc bài viết của chúng tôi về cách hoạt động của các tấm pin mặt trời quang điện để tìm hiểu thêm.

Hãy lắp đặt các tấm pin mặt trời quang điện ngay hôm nay để bắt đầu tạo ra năng lượng từ mặt trời

Tế bào quang điện mặt trời là thành phần cấu tạo của các tấm pin mặt trời quang điện và bất kỳ chủ gia đình nào cũng có thể bắt đầu tạo ra điện miễn phí từ mặt trời với việc lắp đặt tấm pin mặt trời. Trên lắp điện mặt trời .com bạn có thể liên hệ với các kỹ sư để bắt đầu nhận khảo sát tư vấn báo giá lắp đặt năng lượng mặt trời.

Mặc dù tất cả các báo giá đều liên quan đến các tấm pin mặt trời quang điện làm từ tế bào quang điện, nhưng sản lượng tấm pin có thể thay đổi dựa trên chất lượng thiết bị. Nếu bạn đặc biệt quan tâm đến việc xem báo giá cho các tấm pin mặt trời quang điện hiệu suất cao, chỉ cần để lại ghi chú trên hồ sơ của bạn để thông báo cho người lắp đặt.