Trong tấm pin điện mặt trời có gì?

Điện mặt trời là nguồn điện sản xuất từ các tấm pin điện mặt trời theo nguyên lý biến đổi từ quang năng thành điện năng. Trong tấm pin mặt trời có thành phần gì mà có thể chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành điện năng?

1. Tấm Pin Mặt Trời:

Tấm quang điện, hay còn gọi là tấm pin mặt trời (tên tiếng Anh là Solar panel), chính là linh hồn của bất kỳ hệ thống điện mặt trời nào. Nó là thiết bị trực tiếp thực hiện quá trình biến đổi năng lượng ánh sáng thành điện năng. Một tấm pin mặt trời không phải là một khối đơn lẻ mà bao gồm nhiều tế bào quang điện (gọi là solar cells) được kết nối với nhau.

1.1. Tế Bào Quang Điện – Solar Cells:

Tế bào quang điện là các phần tử bán dẫn có vai trò then chốt trong quá trình chuyển đổi năng lượng. Thành phần chính của chúng là silic tinh khiết. Trên bề mặt của các tế bào này có chứa các cảm biến của ánh sáng là đi ốt quang. Chính đi ốt quang này thực hiện nhiệm vụ biến đổi năng lượng của ánh sáng thành năng lượng điện thông qua hiệu ứng quang điện. Khi các hạt photon từ ánh sáng mặt trời chiếu vào tế bào silic, chúng sẽ giải phóng các electron, tạo ra dòng điện.

Các tế bào quang điện này được ghép lại với nhau thành một khối. Thông thường, một tấm pin điện mặt trời sẽ bao gồm từ 60 hoặc 72 tế bào quang điện trên một tấm pin tiêu chuẩn. Sự sắp xếp này giúp tạo ra một lượng điện áp và dòng điện đủ lớn để sử dụng.

1.2. Cấu Trúc Cơ Bản Của Tấm Pin Mặt Trời: Từng Lớp Thành Phần

Để bảo vệ các tế bào quang điện mỏng manh và đảm bảo chúng hoạt động hiệu quả trong nhiều năm, tấm pin mặt trời được cấu tạo từ nhiều lớp vật liệu khác nhau, mỗi lớp đóng một vai trò quan trọng:

1.2.1. Lớp Tế Bào Quang Điện

Đây là thành phần chính đã được đề cập, nơi quá trình chuyển đổi quang năng thành điện năng diễn ra. Các tế bào quang điện có thể là đơn tinh thể (gọi là pin Mono) hoặc đa tinh thể (gọi là pin Poly), tùy theo chu trình sản xuất và công nghệ của từng hãng sản xuất.

• Pin Mono (Đơn tinh thể): Được làm từ một tinh thể silicon duy nhất, có hiệu suất cao hơn và màu đen đồng nhất.
• Pin Poly (Đa tinh thể): Được làm từ nhiều mảnh tinh thể silicon, có hiệu suất thấp hơn một chút và màu xanh lam đặc trưng.

Việc lựa chọn loại tế bào này ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất và giá thành của tấm pin thành phẩm.

1.2.2. Lớp Màng Bọc EVA

Lớp màng bọc EVA là phần kết dính giữa các lớp của tấm pin mặt trời, đóng vai trò cực kỳ quan trọng trong việc bảo vệ và đảm bảo tuổi thọ của pin. Vật liệu phổ biến nhất được sử dụng làm lớp màng bọc là EVA (Ethylene Vinyl Acetate). Đây là một loại polymer đặc biệt, được cắt thành tấm, nằm trước và sau lớp tế bào quang điện.

Khi chịu một quá trình nhiệt của nấu chân không (quá trình cán màng), loại polymer đặc biệt này trở thành keo trong suốt và kết dính chặt chẽ các tế bào quang điện với lớp kính phía trước và lớp nền phía sau. Quá trình cán màng này đảm bảo tuổi thọ cao cho chính tấm pin đó, đồng thời có ảnh hưởng lớn đến việc truyền ánh sáng tối ưu vào các tế bào quang điện. Lớp EVA trong suốt giúp tối đa hóa lượng ánh sáng đi qua, trong khi khả năng kết dính của nó bảo vệ các tế bào khỏi độ ẩm, bụi bẩn và các tác nhân môi trường khác.

1.2.3. Lớp Kính Mặt Trước

Lớp kính mặt trước của pin mặt trời là phần nặng nhất nhưng cũng là lớp bảo vệ quan trọng hàng đầu. Nó có chức năng bảo vệ, đảm bảo độ bền cho toàn bộ tấm pin mặt trời, chống lại các tác động vật lý như mưa đá, gió mạnh và các mảnh vỡ. Ngoài ra, lớp kính này còn duy trì độ trong suốt cao để tối đa hóa lượng ánh sáng mặt trời tiếp cận các tế bào quang điện.

Độ dày của lớp kính này trung bình là 3.3mm, nhưng có thể dao động từ 2mm đến 4mm tùy thuộc vào hãng sản xuất pin và loại pin cụ thể. Để lựa chọn tấm pin mặt trời chất lượng tốt, bạn cần phải chú ý đến những yếu tố như độ cứng, độ truyền quang phổ và truyền ánh sáng của lớp kính. Pin tốt thì lớp kính này càng phải trong suốt để hấp thụ ánh sáng hiệu quả và giảm thiểu tỷ lệ phản xạ ánh sáng xuống mức thấp nhất, đảm bảo tối đa hóa sản lượng điện.

1.2.4. Lớp Nền Của Pin

Lớp nền mặt sau của pin mặt trời được làm từ một vật liệu nhựa chuyên dụng. Chức năng chính của nó là cách ly điện (ngăn chặn dòng điện rò rỉ) và bảo vệ các tế bào quang điện khỏi thời tiết và độ ẩm. Lớp nền này phải chịu được các yếu tố khắc nghiệt của môi trường như tia UV, nhiệt độ cao, độ ẩm và sự thay đổi thời tiết liên tục.

Các tấm pin do các hãng sản xuất khác nhau có thể có lớp nền khác nhau về độ dày, màu sắc và các vật liệu cụ thể để che chắn tốt hơn hoặc cho độ bền cơ học cao hơn. Lớp nền màu trắng thường được sử dụng để phản xạ ánh sáng mặt trời trở lại các tế bào, góp phần tăng hiệu suất.

1.2.5. Khung Tấm Pin

Khung tấm pin thường được làm bằng nhôm định hình, một vật liệu nhẹ, bền và chống ăn mòn tốt. Chức năng chính của khung là đảm bảo độ bền cho tấm pin, giúp cố định các lớp bên trong, bảo vệ các cạnh của tấm pin khỏi hư hại và cung cấp điểm gắn chắc chắn để lắp đặt lên giá đỡ.

Tuy nhiên, cũng có loại tấm pin mặt trời đặc biệt, không sử dụng khung mà sử dụng các giải pháp nhựa đặc biệt hoặc công nghệ kính đôi (kính thủy tinh cả mặt trước và mặt sau). Những giải pháp này thường liên quan đến việc sử dụng các dung dịch hỗ trợ dán ở phía sau hoặc thiết kế không khung để giảm trọng lượng và tăng tính thẩm mỹ, đặc biệt phù hợp với một số ứng dụng kiến trúc tích hợp (BIPV).

1.3. Các Loại Pin Mặt Trời Phổ Biến Theo Công Nghệ Sản Xuất

Dựa trên công nghệ sản xuất và vật liệu tế bào quang điện, người ta chia pin mặt trời phổ biến trên thị trường thành 3 loại với giá tiền và hiệu suất từ cao đến giảm dần, bao gồm:

• Pin mặt trời đơn tinh thể (Mono): Hiệu suất cao nhất (thường trên 20%), màu đen đồng nhất, thích hợp cho không gian hạn chế.
• Pin mặt trời đa tinh thể (Poly): Hiệu suất thấp hơn Mono (khoảng 15-17%), màu xanh lam, giá thành phải chăng hơn, phù hợp cho các dự án có ngân sách trung bình và diện tích lắp đặt lớn.
• Pin mặt trời màng mỏng (Thin-Film): Hiệu suất thấp nhất (tùy loại từ 6-15%), linh hoạt, nhẹ, dễ lắp đặt, nhưng đòi hỏi diện tích lớn để đạt cùng công suất.

1.4. Hiệu Suất Và Công Suất Tấm Pin Mặt Trời

Hiệu suất của tấm pin mặt trời được tính theo tỷ lệ chuyển đổi quang năng thành điện năng. Hiệu suất càng cao thì tấm pin càng sản sinh nhiều điện năng trên cùng một đơn vị diện tích. Đây là chỉ số quan trọng để đánh giá khả năng chuyển hóa ánh sáng thành điện của pin.

Công suất tấm pin mặt trời hiện nay có nhiều loại, dao động từ 250Wp – 600Wp (Watt peak – công suất đỉnh). Công suất này biểu thị lượng điện tối đa mà tấm pin có thể tạo ra trong điều kiện tiêu chuẩn.

Các loại pin mặt trời hiện nay được sản xuất có tuổi thọ trung bình có thể lên đến 20 – 25 năm, một khoản đầu tư bền vững và lâu dài.

2. Hệ Thống Điện Năng Lượng Mặt Trời Hoàn Chỉnh: Không Chỉ Có Pin

Một hệ thống điện năng lượng mặt trời hoàn chỉnh không chỉ có mỗi tấm pin. Nó là sự kết hợp của nhiều thành phần hoạt động đồng bộ để thu thập, chuyển đổi, lưu trữ và phân phối điện năng. Thông thường, một hệ thống sẽ bao gồm 4 thành phần chính và các phụ kiện đi kèm:

2.1. Tấm pin năng lượng mặt trời

Như đã phân tích chi tiết ở trên, tấm pin năng lượng mặt trời là thành phần cốt lõi, chịu trách nhiệm hấp thụ ánh sáng mặt trời và biến đổi nó thành dòng điện một chiều (DC).

2.2. Hệ Thống Sạc

Hệ thống sạc (hay bộ điều khiển sạc) có nhiệm vụ cực kỳ quan trọng trong các hệ thống điện mặt trời độc lập hoặc hòa lưới có lưu trữ. Nó chuyển điện từ pin mặt trời sang bình ắc quy để tích trữ điện. Bộ điều khiển sạc bảo vệ ắc quy khỏi tình trạng sạc quá mức (overcharge) hoặc xả quá sâu (overdischarge), kéo dài tuổi thọ của ắc quy và đảm bảo hiệu quả sạc tối ưu.

2.3. Hệ Thống Inverter (Biến Tần)

Inverter là một thiết bị không thể thiếu trong hầu hết các hệ thống điện mặt trời. Nó giúp chuyển đổi dòng điện 1 chiều (DC) được tạo ra từ tấm pin mặt trời thành dòng điện xoay chiều (AC), là loại điện mà hầu hết các thiết bị điện trong gia đình và lưới điện quốc gia sử dụng. Ngoài ra, inverter còn có chức năng ổn định điện áp (V) và tần số dòng điện (Hz), đảm bảo điện năng đầu ra phù hợp với yêu cầu của thiết bị và lưới điện.

2.4. Hệ Thống Lưu trữ điện

Hệ thống ắc quy (hoặc hệ thống lưu trữ pin) dùng để lưu trữ nguồn điện được tạo ra từ tấm pin mặt trời. Thành phần này đặc biệt quan trọng trong các trường hợp:

• Sử dụng thông thường tại khu vực không có điện lưới sinh hoạt: Đối với các vùng sâu, vùng xa.
• Sử dụng vào ban đêm hoặc khi ánh sáng mặt trời yếu: Khi tấm pin không tạo ra điện hoặc tạo ra không đủ.
• Sử dụng khi mất nguồn điện từ lưới điện: Đảm bảo nguồn điện dự phòng cho các tải ưu tiên.

Hệ thống ắc quy giúp đảm bảo nguồn cung cấp điện ổn định và liên tục, không phụ thuộc vào cường độ ánh sáng mặt trời hay sự cố lưới điện.

2.5. Các Phụ Kiện

Để một hệ thống điện mặt trời hoạt động hiệu quả và an toàn, các phụ kiện đóng vai trò hỗ trợ quan trọng:

• Giá đỡ hệ thống pin: Cấu trúc kim loại chắc chắn để lắp đặt và cố định các tấm pin mặt trời trên mái nhà hoặc mặt đất, đảm bảo góc nghiêng và hướng tối ưu để thu năng lượng.
• Khung đỡ tấm pin: Một phần của giá đỡ, hoặc các thanh ray dùng để gắn trực tiếp tấm pin lên cấu trúc hỗ trợ.
• Dây điện: Các loại cáp chuyên dụng (DC cables, AC cables) có khả năng chịu nhiệt, chống UV và chịu được điều kiện ngoài trời, dùng để kết nối các thành phần trong hệ thống.
• Máng che dây điện: Bảo vệ dây điện khỏi tác động của môi trường và động vật gặm nhấm, tăng tính thẩm mỹ và an toàn.
• Tủ điện: Chứa các thiết bị bảo vệ như cầu dao, aptomat, chống sét lan truyền để đảm bảo an toàn cho hệ thống và người sử dụng.
• Các thiết bị giám sát: Giúp người dùng theo dõi hiệu suất hoạt động, sản lượng điện và tình trạng của hệ thống.

Từ những tế bào quang điện nhỏ bé làm từ silic tinh khiết cho đến cấu trúc đa lớp phức tạp với lớp màng bọc EVA, lớp kính mặt trước, lớp nền và khung nhôm, mỗi thành phần của tấm pin mặt trời đều đóng vai trò không thể thiếu trong việc biến đổi ánh sáng mặt trời thành nguồn điện năng hữu ích. Kết hợp với hệ thống sạc, inverter và ắc quy, một hệ thống điện năng lượng mặt trời hoàn chỉnh sẽ mang lại nguồn năng lượng sạch, ổn định và hiệu quả kinh tế cho gia đình bạn. Đầu tư vào điện mặt trời không chỉ là đầu tư vào tương lai năng lượng của bạn, mà còn là đóng góp vào một môi trường xanh và bền vững hơn.

3. Lời Khuyên Từ KT Solar

Việc hiểu rõ về thành phần của tấm pin mặt trời và cấu trúc một hệ thống điện năng lượng mặt trời sẽ giúp bạn đưa ra những quyết định sáng suốt hơn khi đầu tư vào năng lượng sạch. Tại KT Solar, chúng tôi luôn sẵn sàng tư vấn và cung cấp các giải pháp điện mặt trời chất lượng cao, phù hợp với mọi nhu cầu và ngân sách.

Chúng tôi cam kết sử dụng các sản phẩm chất lượng, từ tấm pin mặt trời tốt nhất, đến các loại inverter và hệ thống lưu trữ tiên tiến. Đội ngũ kỹ sư của chúng tôi sẽ giúp bạn thiết kế và lắp đặt một hệ thống tối ưu, đảm bảo hiệu suất cao và tuổi thọ lên đến 20 – 25 năm.

Hãy liên hệ với chúng tôi để được tư vấn miễn phí và nhận báo giá chi tiết cho hệ thống điện mặt trời của bạn.

Nguồn: Điện lực 24/7