Nguyên lý và ứng dụng của Pin năng lượng mặt trời

Pin năng lượng mặt trời là một trong những từ khóa được tìm kiếm nhiều nhất trên google về chủ đề Pin năng lượng mặt trời. Trong bài viết này, volksheizung.info sẽ viết bài Nguyên lý và ứng dụng của Pin năng lượng mặt trời

Pin năng lượng mặt trời là gì?

Pin năng lượng mặt trời là tấm pin tập hợp nhiều tế bào quang điện (solar cells) được hình thành từ chất bán dẫn và chứa trên bề mặt rất nhiều diot quang học, có công dụng chuyển đổi năng lượng ánh sáng thành điện năng

Phân loại

Cho tới nay thì vật liệu trọng điểm cho pin mặt trời (và cho các thiết bị bán dẫn) là các silic tinh thể. Pin mặt trời từ tinh thể silic chia ra thành 3 loại:

* Một tinh thể hay đơn tinh thể module sản xuất dựa trên quá trình Czochralski.

Đơn tinh thể loại này có hiệu suất tới 16%. Chúng thường rất đắt tiền do được cắt từ các thỏi hình ống, các tấm đơn thể này có các mặt trống ở góc nối các module.

* Đa tinh thể

Làm từ các thỏi đúc-đúc từ silic nung chảy cẩn thận được làm nguội và làm rắn. Các pin này thường rẻ hơn các đơn tinh thể, tuy vậy hiệu suất kém hơn. tuy nhiên chúng có thể hình thành các tấm vuông che phủ bề mặt nhiều hơn đơn tinh thể bù lại cho hiệu suất thấp của nó.

* Dải silic

Tạo từ các miếng phim mỏng từ silic nóng chảy và có cấu trúc đa tinh thể, Loại này thường có hiệu suất thấp nhất, tuy vậy loại này rẻ nhất trong các kiểu vì không hẳn phải cắt từ thỏi silicon. Các công nghệ trên là sản suất tấm, Theo một cách khác, các loại trên có độ dày 300 μm hình thành và xếp lại để tạo nên module.

Xem thêm: Tổng hợp các nguồn năng lượng sạch cho tương lai

Nguyên lý công việc làm ra dòng điện của tấm pin năng lượng mặt trời

Pin năng lượng mặt trời (hay pin quang điện, tế bào quang điện), là thiết bị bán dẫn chứa lượng lớn các diod p-n, duới sự có mặt của ánh sáng mặt trời có cơ hội làm ra dòng điện sử dụng được. Sự chuyển đổi này gọi là hiệu ứng quang điện.

Lịch sử hiệu ứng quang điện

Hiệu ứng quang điện được phát hiện trước tiên năm 1839 bởi nhà vật lý Pháp Alexandre Edmond Becquerel. tuy nhiên cho đến 1883 một pin năng lượng mới được hình thành, bởi Charles Fritts, ông phủ lên mạch bán dẫn selen một lớp cực mỏng vàng để tạo nên mạch nối. Thiết bị chỉ có hiệu năng 1%, Russell Ohl coi là người làm ra pin năng lượng mặt trời đầu tiên năm 1946. Sven Ason Berglund đã có phương pháp liên quan đến việc tăng khả năng cảm nhận ánh sáng của pin.

Nền tảng vật lý chất bán dẫn

Để tìm hiểu về pin mặt trời, thì cần một ít lý thuyết nền tảng về vật lý chất bán dẫn. Để đơn giản, miêu tả sau đây chỉ giới hạn công việc của một pin năng lượng tinh thể silic.

Silic thuộc nhóm IV, tức là có 4 electron lớp ngoài cùng. Silic có thể liên kết với silicon khác để tạo nên chất rắn. căn bản có 2 loại chất rắn silicon, đa thù hình (không có trật tự sắp xếp) và tinh thể (các nguyên tử sắp xếp theo trình tự dãy không gian 3 chiều). Pin năng lượng mặt trời phổ biến nhất dùng đa tinh thể silicon.

Silic là chất bán dẫn. Tức là thể rắn silic, tại một tầng năng lượng nhất định, electron có thể có được, và một vài tầng năng lượng khác thì không nên. Các tầng năng lượng không nên phép này coi là tầng trống. Lý thuyết này căn cứ theo thuyết cơ học lượng tử.

Sự chuyển đổi ánh sáng quang điện thành điện năng

Nguyên lý công việc của Pin mặt trời

Khi một photon chạm vào mảnh silic, một trong hai điều sau sẽ xảy ra:

1. Photon truyền trực xuyên qua mảnh silic. Việc này thường xuất hiện khi năng lượng của photon thấp hơn năng lượng đủ để đưa các hạt electron lên mức năng lượng cao hơn.
2. Năng lượng của photon được hấp thụ bởi silic. Điều này thường xuất hiện khi năng lượng của photon lớn hơn năng lượng để đưa electron lên mức năng lượng cao hơn.

Những lợi ích khi dùng pin mặt trời:

Chúng được ứng dụng khá rộng rãi hiện nay nhờ những ích lợi mà nó mang lại:

Làm ra nguồn năng lượng xanh:

Ánh sáng mặt trời được coi là nguồn năng lượng tự nhiên và khá quen thuộc. Thông qua tấm pin mà nguồn năng lượng tự nhiên này được chuyển hóa thành điện năng để phục vụ cho đời sống của con người.

Tiết kiệm

Giá của các tấm pin mặt trời khá rẻ, đi kèm là chi phí để lắp đặt các bộ máy cho các hộ gia đình, công ty, nhà xưởng…vừa phải. Với vốn đầu tư thấp tuy nhiên hiệu quả dùng cung cấp rất lớn giúp giảm thiểu chi phí từ hệ thống lắp đặt, không phải bảo trì bảo dưỡng, độ bền lên đến hơn 25 -30 năm, giúp tiết kiệm phí tri trả tiền điện hàng tháng rất nhiều so sánh với khi dùng hệ thống điện lưới.

Thân thiện với môi trường:

Một ưu điểm đặc biệt của tấm pin chính là tạo ra từ nguồn năng lượng sạch, thân thiện với môi trường, góp một phần rất lớn trong việc bảo vệ môi trường.

Xem thêm: Thiết bị thông minh là gì? Lợi ích mang lại

Thời hạn sử dụng lâu dài:

Một tấm pin có thời gian dùng lên đến 25-30 năm

Phần mềm của pin mặt trời với nguồn điện cho thiết bị di động:

Một trong những ứng dụng của pin mặt trời chính là phân phối nguồn năng lượng bất tận để sạc các điện thoại di động như điện thoại, máy tính bảng, laptop…, giúp bạn dù đi bất cứ đâu cũng không cần sợ thiếu nguồn điện.

Những tấm pin mặt trời được thiết kế với nhiều hình dáng, được lắp đặt bên trong những phát minh sáng tạo, hiện đại, Điển hình như cục sạc đề phòng và trên một số ứng dụng khác.

Trạm sạc năng lượng mặt trời:

Trạm sạc năng lượng mặt trời được thiết kế dùng để sạc pin cho smartphone, có sẵn dây kết nối microUSB hay Lightning cho các thiết bị Android và iPhone với tốc độ sạc tương đương bộ sạc bằng nguồn điện lưới đất nước.

Balo năng lượng mặt trời:

Balo được tích hợp pin năng lượng mặt trời có khả năng chuyển đổi năng lượng bức xạ mặt trời thành năng lượng điện dùng để sạc cho các thiết bị điện tử như smartphone, iphone, ipad, sạc dự phòng…rất tiện lợi cho những doanh nhân thường xuyên đi công tác hay những bạn trẻ đi tham quan, du lịch, đi phượt…

Thùng rác năng lượng mặt trời:

Những chiếc thùng rác thông minh có chức năng lọc nước thải để nuôi cây xanh và đặc biệt là có thể sạc pin điện thoại bằng năng lượng mặt trời vô cùng tiện lợi hiện đang có tại Đà Nẵng.

Dù năng lượng mặt trời:

Một phần mềm của pin mặt trời chính là chiếc dù sáng tạo với nhiều công dụng được trang bị các tấm pin giữ nhiệm vụ chuyển hóa năng lượng mặt trời thành điện năng, được tích trữ ở phần tay cầm của ô.

Chiếc ô này được công ty tại Arab Saudi phát minh, có thể dùng làm quạt mát, đèn pin, công cụ định vị GPS và Đặc biệt có gắn thêm 3 cổng USB, có thể sạc bất cứ thiết bị điện tử nào.

Quần áo năng lượng mặt trời

Bộ sưu tập gồm những chiếc áo được trang bị dây dẫn điện bên trong được đan xen khéo léo cùng sợi vải kết nối với với chất liệu cao su tổng hợp, được khắc laser trực tiếp vào chất da.

Những chiếc áo này được một nhà thiết kế người Hà Lan có tên Pauline van Dongen mới tạo ra và tung ra trong bộ sưu tập mang tên Oloid, có khả năng tận dụng năng lượng từ mặt trời để sạc cho các thiết bị di động.

Quỳnh Như – Tổng hợp

Tham khảo (givasolar.com, vogiasolar.com, diensach.com, givasolar.com, kingteksolar.com.vn )