Năng lượng mặt trời đã trở thành nguồn năng lượng rẻ nhất trên thế giới, khiến nhiều người tò mò về cách tấm pin mặt trời có hiệu quả và giá rẻ đồng thời vẫn cung cấp năng lượng tái tạo. Để trả lời câu hỏi đó, người ta cần hiểu cách năng lượng mặt trời hoạt động, cách tạo ra tấm pin mặt trời và các thành phần của một tấm pin mặt trời.
Hầu hết các tấm pin trên thị trường được làm từ silic monokrystalline, polycrystalline, hoặc lớp mỏng (“amorphous”). Trong bài viết này, chúng tôi sẽ giải thích cách tạo ra các tế bào mặt trời và những thành phần cần thiết để sản xuất một tấm pin mặt trời.
Tấm pin mặt trời được làm từ những vật liệu nào?
Silicon là một trong những vật liệu quan trọng nhất được sử dụng trong tấm pin mặt trời, tạo nên bán dẫn tạo điện từ năng lượng mặt trời. Tuy nhiên, các vật liệu được sử dụng để sản xuất tế bào cho tấm pin mặt trời chỉ là một phần của chính tấm pin mặt trời. Quá trình sản xuất kết hợp sáu thành phần để tạo ra một tấm pin mặt trời hoạt động. Các thành phần này bao gồm tế bào silicon, khung kim loại, tờ kính, dây điện tiêu chuẩn 12V và dây bus. Nếu bạn có tinh thần làm tự thủ công và tò mò về vật liệu tấm pin mặt trời, có thể bạn muốn biết về danh sách “nguyên liệu” giả tưởng để tự sản xuất. Dưới đây là các thành phần thông thường của một tấm pin mặt trời được giải thích:
1.Tế bào silicon
Tế bào silicon chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành điện năng bằng hiệu ứng quang điện. Được hàn lại với nhau trong cấu trúc giống như ma trận giữa các tấm kính, tế bào silicon tương tác với tờ mỏng của kính và tạo ra điện tích.
2. Khung kim loại (thường là nhôm)
Khung kim loại của tấm pin mặt trời có ích vì nhiều lý do; bảo vệ chống lại điều kiện thời tiết khắc nghiệt hoặc tình huống nguy hiểm và giúp lắp đặt tấm pin mặt trời ở góc mong muốn.
3. Tấm kính
Tấm kính bọc thường có độ dày 6-7 milimét và mặc dù mỏng, nhưng đóng vai trò quan trọng trong việc bảo vệ tế bào silicon bên trong.
Ngoài các tế bào mặt trời, một tấm pin mặt trời tiêu chuẩn bao gồm một tấm kính ở phía trước để tăng độ bền và bảo vệ cho tế bào quang điện silicon. Dưới lớp vỏ kính, tấm pin có lớp vỏ để cách điện và một tờ bảo vệ ở phía sau, giúp hạn chế sự tỏa nhiệt và độ ẩm bên trong tấm pin. Cách điện đặc biệt quan trọng vì tăng nhiệt độ sẽ làm giảm hiệu suất, dẫn đến mức đầu ra của tấm pin mặt trời giảm đi. Do đó, các nhà sản xuất điện năng mặt trời phải đưa ra những biện pháp đặc biệt để đảm bảo ánh sáng được hấp thụ mà không làm quá nhiệt công nghệ.
4. Dây điện tiêu chuẩn 12V
Dây 12V giúp điều chỉnh lượng năng lượng được chuyển vào bộ biến đổi, hỗ trợ tính bền và hiệu suất của mô-đun năng lượng mặt trời.
5. Dây bus
Dây bus được sử dụng để kết nối các tế bào silicon mặt trời song song. Dây bus được phủ một lớp mỏng để dễ hàn và đủ dày để chịu dòng điện.
Làm thế nào để tạo ra tấm pin mặt trời?
Tấm pin mặt trời được làm từ các tế bào năng lượng mặt trời silicon loại monocrystalline hoặc polycrystalline được hàn lại và đóng kín dưới một lớp kính chống phản xạ. Hiệu ứng quang điện bắt đầu khi ánh sáng đánh vào các tế bào năng lượng mặt trời và tạo ra điện năng. Có năm bước quan trọng để tạo ra một tấm pin mặt trời:
1.Xây dựng các tế bào mặt trời
Các thành phần chính của một tấm pin mặt trời là các tế bào mặt trời. Các tế bào mặt trời loại P hoặc N sử dụng silicon tinh thể, gallium hoặc boron để tạo thành viên silicon. Khi phosphorus được thêm vào hỗn hợp, các tế bào có thể dẫn điện. Viên silicon sau đó được cắt thành các tờ mảnh mỏng và phủ một lớp chống phản xạ. Sau đó, các rãnh hẹp được cắt vào các tế bào để định hình dòng điện.”
Tế bào n-type so với tế bào p-type trong năng lượng mặt trời
Sự khác biệt giữa tế bào silicon loại p và n nằm ở hóa học của chúng. Tế bào loại p có điện tích dương do có một lớp boron, trong khi tế bào silicon loại n được xây dựng trên cơ sở phosphorus, tạo điện tích âm cho chúng. Tế bào loại n thường hiệu quả hơn so với tế bào loại p vì chúng tương tác tốt hơn với ánh sáng đến. Ngược lại với tế bào loại p, tế bào loại n suy giảm nhanh hơn khi tiếp xúc với lượng ánh sáng lớn, như trong mùa hè.`
2.Hàn các tế bào năng lượng mặt trời lại với nhau để tạo thành một tấm
Sau khi phosphorus tạo điện tích cho wafer silicon, các kết nối kim loại liên kết từng tế bào năng lượng mặt trời trong quá trình được gọi là hàn. Số lượng tế bào được hàn lại phụ thuộc vào kích thước của tấm pin mặt trời đang được sản xuất. Ví dụ, tấm pin 60 tế bào là kích thước tiêu chuẩn, và tấm pin 72 tế bào thường được sử dụng cho các dự án thương mại.
3. Lắp đặt lớp bảo vệ phía sau, lớp kính phía trước và khung
Một lớp bảo vệ được lắp đặt ở phía dưới tế bào năng lượng mặt trời, thường được làm từ một loại nhựa cực kỳ bền. Tiếp theo, một tờ kính mỏng được lắp đặt phía trên tế bào năng lượng mặt trời để lọc ánh sáng mặt trời vào các tế bào năng lượng mặt trời. Các bộ phận này được giữ lại bằng keo ethylene vinyl acetate (EVA). Tất cả các thành phần này được giữ lại bởi một khung kim loại mà kẹp lên kẹp lắp đặt trên mái nhà của bạn.
4. Lắp đặt hộp nối
Hộp nối bảo vệ dây điện của tấm pin mặt trời khỏi tổn thương để duy trì dòng điện chuyển từ tấm pin đến bộ biến đổi của nó, ngăn chặn điện từ đảo chiều. Chức năng này là quan trọng khi một tấm pin mặt trời không tạo ra điện năng vì tấm pin đó sẽ cố gắng tiêu thụ năng lượng thay vì tạo ra. Hộp nối không cho phép bất kỳ đảo chiều nào của dòng điện, để tấm pin mặt trời của bạn có thể hoạt động đúng cách.
5. Kiểm tra chất lượng
Mỗi tấm pin mặt trời đưa ra thị trường đều được kiểm tra dưới Điều Kiện Kiểm Tra Tiêu Chuẩn (STC) để đảm bảo rằng tấm pin đạt đến công suất, hiệu suất dự kiến và tất cả những điều khác mà nhà sản xuất cam kết trong tờ thông số kỹ thuật của họ. Các tấm pin được đưa vào máy kiểm tra flash nơi mô phỏng “điều kiện” tiêu chuẩn: 1000W/m2 bức xạ, nhiệt độ tế bào 25°C và một khối lượng không khí là 1.5g. Nếu nó vượt qua, tấm pin mặt trời sẵn sàng để gửi và lắp đặt.
Cách tấm pin mặt trời hoạt động
Năng lượng mặt trời photovoltaic được tạo ra từ nhiều thành phần, quan trọng nhất trong số đó là các tế bào silicon. Silicon, có số nguyên tử 14 trong bảng tuần hoàn, là một chất phi kim có tính dẫn điện, mang lại khả năng chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành điện năng. Khi ánh sáng tương tác với một tế bào silicon, nó làm cho electron bắt đầu chuyển động, khởi đầu một dòng điện. Điều này được biết đến là “hiệu ứng quang điện.”
Tuy nhiên, tế bào silicon một mình không thể cung cấp điện cho ngôi nhà của bạn. Chúng được kết hợp với một lớp vỏ kim loại và dây điện, cho phép electron của tế bào mặt trời thoát ra và cung cấp năng lượng hữu ích. Silicon có nhiều cấu trúc tế bào: tế bào đơn (monocrystalline), tế bào đa tinh (polycrystalline) hoặc dạng không tinh (amorphous), thường được liên kết với tấm pin mặt trời dạng màng mỏng.
Quy trình sản xuất tấm pin mặt trời và các loại tấm pin mặt trời
Có ba loại chính của tấm pin mặt trời, mỗi loại được sản xuất theo cách khác nhau.
Tấm pin mặt trời monocrystalline Tấm pin mặt trời monocrystalline được sản xuất từ một khối silicon lớn theo định dạng của wafer silicon. Quy trình sản xuất bao gồm cắt các wafer cá nhân từ silicon có thể được gắn vào tấm pin mặt trời. Tế bào silicon monocrystalline có hiệu quả cao hơn so với tế bào polycrystalline hoặc amorphous. Việc sản xuất các wafer monocrystalline cá nhân tốn nhiều công sức hơn, và do đó, chúng cũng đắt đỏ hơn để sản xuất so với các tế bào polycrystalline. Tế bào monocrystalline có một vẻ đen đặc trưng và thường được liên kết với kiểu dáng mảnh mai của tấm pin mặt trời cao cấp của SunPower.
Tấm pin mặt trời polycrystalline
Các tế bào mặt trời polycrystalline cũng là tế bào silicon, nhưng thay vì được tạo ra từ một khối lớn và cắt thành wafer, chúng được sản xuất bằng cách làm chảy nhiều tinh thể silicon cùng nhau. Nhiều phân tử silicon được làm chảy và sau đó được nối lại với nhau thành tấm pin mặt trời. Tế bào polycrystalline ít hiệu quả hơn so với tế bào monocrystalline nhưng cũng rẻ hơn. Chúng có một tông màu xanh dương thường được liên kết với vẻ đẹp của các tấm pin mặt trời SolarWorld.
Tấm pin mặt trời amorphous Cuối cùng, các tế bào silicon amorphous tạo ra các vật liệu tấm pin mặt trời linh hoạt thường được sử dụng trong các tấm pin mặt trời mảng mỏng. Các tế bào silicon amorphous không có cấu trúc tinh thể và thay vào đó được gắn kết vào một chất nền như kính, nhựa hoặc kim loại. Vì lý do này, tấm pin mặt trời mảng mỏng đúng như tên gọi của chúng: chúng mảnh mai và có thể uốn cong, không giống như một tấm pin tiêu chuẩn. Mặc dù là trường hợp sử dụng linh hoạt lý tưởng, tế bào mặt trời amorphous có hiệu suất rất kém so với tế bào monocrystalline hoặc polycrystalline.
Sau khi loại tế bào mặt trời độc đáo được tạo ra, nhà sản xuất tấm pin mặt trời hoàn tất quy trình bằng cách kết nối hệ thống điện, thêm lớp phủ chống phản xạ vào các tế bào và đặt cả hệ thống trong một ốp kim loại và kính.
Tìm kiếm những nhà sản xuất và lắp đặt tấm pin mặt trời chất lượng với EnergySage Cách tốt nhất để chủ nhân tài sản cá nhân tiết kiệm tiền với năng lượng sạch và giảm lượng phát thải từ nhiên liệu hóa thạch là lắp đặt một hệ thống năng lượng mặt trời photovoltaic cho nhà.
