Giải thích về tấm pin mặt trời
Giải thích về tấm pin mặt trời
Tìm hiểu cách hoạt động của tấm pin mặt trời và khám phá những bí ẩn về cách hoạt động của năng lượng mặt trời. Chúng ta sẽ thảo luận về các loại tấm pin mặt trời khác nhau, cách hoạt động của năng lượng mặt trời, các tấm pin mặt trời khác nhau cho hộ gia đình, hiệu suất của tấm pin mặt trời và tìm hiểu sâu hơn về cách hoạt động của pin mặt trời.
Được tài trợ bởi PVCase, hãy xem thử https://pvcase.com/engineeringmindset
Cuộn xuống cuối để xem hướng dẫn trên YouTube!
Tại sao lại có tinh thể ở đây nhưng lại không có ở đây? Và tấm pin mặt trời hoạt động như thế nào? Chúng ta hãy cùng tìm hiểu.
Bây giờ bạn có thể mua cốc và áo hoodie để ủng hộ tác giả TẠI ĐÂY.
Tấm pin mặt trời chuyển đổi ánh sáng thành điện. Chúng là quang điện, nghĩa là ánh sáng và điện áp.
Nó hoạt động với ánh sáng mặt trời hoặc ánh sáng nhân tạo.
Lấy một tế bào năng lượng mặt trời nhỏ, thiết lập đồng hồ vạn năng, kết nối các dây dẫn và phơi nó ra ánh sáng. Chúng ta thấy ngay điện áp được tạo ra. Ánh sáng càng mạnh thì càng tạo ra nhiều điện.
Nhưng liệu điều này có thể đảo ngược được không?
Nếu chúng ta kết nối pin mặt trời với nguồn điện, nó sẽ tạo ra ánh sáng hồng ngoại. Mắt người không thể nhìn thấy điều này, NHƯNG nếu chúng ta lấy một chiếc máy ảnh và tháo bộ lọc; khi đó chúng ta có thể thấy ánh sáng đang được tạo ra từ pin.
Ánh sáng về cơ bản chỉ là rất nhiều hạt gọi là photon. Pin mặt trời hấp thụ các photon này. Khi chúng va vào pin mặt trời, chúng đánh bật một hạt khác gọi là electron ra khỏi pin mặt trời, để lại một lỗ trống. Đây là hiệu ứng quang điện. Tôi sẽ giải thích chi tiết về cách thức hoạt động của nó sau trong bài viết.
Tuy nhiên, lỗ trống trôi xuống phía dưới và electron bị kéo vào lớp trên cùng.
Electron bị hút vào lỗ, tương tự như cách các đầu đối diện của nam châm hút nhau. Nếu chúng ta tạo một đường dẫn bằng dây, electron sẽ chảy qua đường dẫn này để quay trở lại lỗ. Chúng ta đặt những thứ như đèn LED vào đường dẫn, và theo cách đó, electron phải chảy qua chúng khiến nó phát ra ánh sáng. Điều đó có nghĩa là nó phát ra photon.
Vậy, nếu đèn LED phát ra photon và pin mặt trời hấp thụ photon thì đèn LED có thể tự cung cấp năng lượng không?
Bạn có thể đã thấy pin mặt trời trên máy tính hoặc đèn sân vườn, chúng thường được sử dụng trên nhà di động và thuyền. Chúng ta thấy chúng trên nhà và thậm chí trên các mảng năng lượng mặt trời lớn trên cánh đồng.
Một mảng chỉ là nhiều chuỗi mô-đun năng lượng mặt trời được kết nối với nhau.
Một chuỗi chỉ là nhiều mô-đun năng lượng mặt trời được kết nối với nhau
Mô-đun năng lượng mặt trời chỉ là nhiều tế bào quang điện được kết nối với nhau.
Để tạo ra một tế bào quang điện cơ bản, chúng ta bắt đầu với một tấm kim loại dẫn điện, đây là phần tạo thành điện cực dương.
Trên cùng, chúng ta tìm thấy một lớp silicon mỏng. Đây là vật liệu bán dẫn của chúng ta. Thông thường, lớp này bao gồm một lớp hỗn hợp silicon boron ở dưới cùng và một lớp silicon phốt pho ở trên cùng. Mối nối giữa chúng được gọi là mối nối PN.
Phía trên lớp silicon có một lớp phủ chống phản xạ.
Sau đó, một lưới kim loại được đặt lên trên, đó là điện cực âm của chúng ta. Các dải mỏng được gọi là ngón tay và dải dày hơn được gọi là thanh cái. Chúng ta thường có một lớp bảo vệ bằng kính trên lớp này vì các tế bào năng lượng mặt trời rất mỏng và dễ vỡ, vì vậy chúng ta cần phải bảo vệ chúng.
Cell nhỏ này có thanh cái ở rìa ngoài cùng. Cái này ở giữa. Những cell lớn này có nhiều thanh cái ở giữa. Tất cả chúng đều có các ngón tay vươn ra trên silicon để thu thập các electron tự do. Các electron này sẽ chảy dọc theo các ngón tay, sau đó tập hợp lại và chảy cùng nhau trong các thanh cái.
Chúng ta cần càng nhiều ánh sáng càng tốt để đi vào silicon, vì vậy các dây dẫn kim loại cần phải càng mỏng càng tốt. Nhiều ngón tay hơn giúp thu thập electron dễ dàng hơn, nhưng nó cũng chặn ánh sáng.
Vật liệu silicon sáng bóng, có nghĩa là ánh sáng bị phản xạ. Vì vậy, lớp phủ chống phản xạ giúp giảm thiểu điều này, nhưng một số sẽ luôn bị phản xạ.
Chúng tôi cũng tìm thấy các ô có bề mặt thô ráp này. Điều này giúp thu được một số ánh sáng phản xạ và hướng nó trở lại vào ô năng lượng mặt trời.
Mỗi cell này chỉ tạo ra 0,5 vôn. Nhưng cell càng lớn thì có thể tạo ra dòng điện càng lớn.
Để tạo ra một mô-đun năng lượng mặt trời, chúng ta có một tấm nền rắn chắc, với một lớp keo EVA phủ lên trên và sau đó các tế bào năng lượng mặt trời được dán vào đó và kết nối với nhau. Một lớp màng EVA khác nằm trên cùng, sau đó là một lớp kính và cuối cùng là khung được lắp vào. Ở mặt sau, chúng ta có các kết nối điện kết nối với các tế bào. EVA bao bọc các tế bào năng lượng mặt trời, cách ly chúng khỏi độ ẩm và ứng suất cơ học có thể làm hỏng vật liệu theo thời gian.
Khi nhìn vào các mô-đun năng lượng mặt trời, đỉnh của một ô được kết nối với đáy của ô tiếp theo và điều này làm tăng điện áp. Khi nhìn vào bên trong đơn vị này, chúng ta có hai ô, cả hai đều tạo ra 0,5 vôn. Nếu nhìn kỹ, chúng ta có thể thấy các ô chồng lên nhau và nối lại để tạo thành một kết nối nối tiếp, các đầu đi qua mặt sau nơi chúng ta tìm thấy các đầu nối điện.
Các mô-đun nhỏ sử dụng 36 cell, tạo ra khoảng 18-19,8 Volt, hoàn hảo để sạc pin 12 Volt vì chúng ta cần nhiều điện áp hơn pin để sạc. Vì vậy, chúng ta thường thấy chúng được sử dụng cho các hệ thống ngoài lưới điện.
Nhưng hầu hết các hệ thống dân dụng đều được kết nối với lưới điện và sử dụng mô-đun 60 hoặc 72 cell.
Các cơ sở thương mại thường sử dụng mô-đun 60, 72 hoặc 96 cell, một số thậm chí có thể lớn hơn.
Khi chúng ta kết nối các cell theo chuỗi, điện áp sẽ tăng lên nhưng dòng điện vẫn giữ nguyên. Mô-đun này sử dụng 60 cell, mỗi cell cung cấp khoảng 0,5 vôn và 8 ampe dòng điện. Vì vậy, nó tạo ra khoảng 30 vôn và 8 ampe. Điều này cung cấp cho chúng ta công suất 240 watt.
Nếu chúng ta kết nối 4 mô-đun này theo chuỗi, chúng ta sẽ có 120 vôn và 8 ampe. Điện áp cộng lại nhưng dòng điện vẫn giữ nguyên. Điều này cho chúng ta 960 watt.
Nhưng nếu chúng ta kết nối 4 cái song song, chúng ta sẽ có 30 vôn và 32 ampe. Điện áp thì như nhau, nhưng dòng điện thì cộng lại. Điều này cũng cho chúng ta 960 watt.
Chúng tôi thường sử dụng kết hợp các kết nối song song nối tiếp. Các mô-đun kết nối với bộ điều khiển sạc và bộ biến tần. Chúng có điện áp và dòng điện tối đa và tối thiểu để hoạt động. Ví dụ, cái này có thể là 100 đến 150 vôn và 25 ampe. Chuỗi mô-đun của chúng tôi có 120 vôn và 8 ampe, vì vậy chúng tôi không thể thêm một chuỗi khác nối tiếp vì chúng tôi sẽ vượt quá giới hạn điện áp.
Do đó, chúng ta kết nối hai dây song song. Cung cấp cho chúng ta 120 vôn với 16 ampe.
Hệ thống có thể hoạt động độc lập hoặc kết nối lưới điện.
Chúng ta có thể sử dụng tấm pin mặt trời để cấp điện trực tiếp cho tải. Nhưng nó chỉ hoạt động khi tiếp xúc với ánh sáng. Ví dụ, quạt năng lượng mặt trời này sẽ tự động bật khi tiếp xúc với ánh sáng. Ánh sáng càng sáng thì quạt quay càng nhanh. Nhưng nó không hoạt động vào ban đêm.
Do đó, chúng ta cần một cục pin để lưu trữ năng lượng. Nó sạc vào ban ngày và sau đó chúng ta có thể sử dụng vào ban đêm. Đó là cách bộ sạc pin rất đơn giản này hoạt động.
Tuy nhiên, điện áp và dòng điện sẽ thay đổi và mô-đun năng lượng mặt trời có thể sạc quá mức pin, gây hỏng pin. Và vào ban đêm, pin có thể xả ngược qua tấm pin mặt trời. Vì vậy, chúng tôi tách chúng ra bằng bộ điều khiển sạc.
Bây giờ, khi mặt trời chiếu sáng, bộ điều khiển sẽ sạc pin. Chúng ta có thể bật đèn và bộ điều khiển sẽ gửi điện đến tải với bất kỳ năng lượng dư thừa nào để sạc pin. Vào ban đêm, bộ điều khiển bảo vệ tấm pin mặt trời khỏi pin nhưng vẫn cho phép chúng ta sử dụng năng lượng được lưu trữ trong pin. Đó là cách các bộ sạc điện thoại chạy bằng năng lượng mặt trời này hoạt động.
Bạn có thể thấy từ đèn sân vườn đơn giản này, bên trong chúng ta chỉ có một tế bào quang điện được kết nối với bộ điều khiển sạc cơ bản, tách biệt pin và đèn LED. Tế bào quang điện sạc pin và khi quá trình sạc dừng lại, đèn sẽ được cấp điện. Chúng ta cũng có thể điều khiển đèn bằng công tắc.
Tấm pin mặt trời và pin cung cấp điện một chiều. Nếu chúng ta kết nối đồng hồ vạn năng này với pin, chúng ta sẽ thấy một điện áp đường thẳng không đổi. Đó là vì các electron chảy theo một hướng, giống như dòng nước chảy xuống sông.
Chúng ta có thể sử dụng nó để cấp nguồn cho động cơ DC nhỏ, đèn và thiết bị USB. Hoàn hảo cho nhà di động và thuyền.
Nhưng nhiều thiết bị của chúng ta cần điện xoay chiều hoạt động theo cách khác. Nếu tôi kết nối với ổ cắm điện này, chúng ta sẽ có một mô hình sóng. Các electron đang chảy qua lại. Nó theo hướng thay đổi. Giống như thủy triều của biển, chảy vào và ra.
Để cấp điện cho các thiết bị này, chúng ta cần một bộ biến tần, bộ này sẽ chuyển đổi dòng điện một chiều thành dòng điện xoay chiều.
Bên trong về cơ bản chỉ có một số công tắc điện tử bật và tắt cực nhanh để điều khiển đường đi của các electron.
Bạn có thể đọc bài viết chi tiết về biến tần của chúng tôi TẠI ĐÂY.
Nhưng việc sử dụng bộ biến tần cho phép chúng ta sử dụng cả thiết bị AC và DC từ hệ thống này.
Tuy nhiên, pin sẽ hết năng lượng nếu không được sạc lại.
Do đó, đối với các công trình lắp đặt trong nước và thương mại, chúng tôi thường kết nối với lưới điện.
Trong một hệ thống đơn giản, chúng ta chỉ cần kết nối các tấm pin mặt trời với một bộ biến tần, bộ biến tần này sẽ cung cấp điện cho bảng cầu dao và tải AC trong nhà. Lưới điện cũng được kết nối thông qua một đồng hồ đo với tấm pin, do đó, bộ biến tần phải đồng bộ với lưới điện. Vào ban đêm, không có năng lượng mặt trời nào được tạo ra nên chúng ta mua điện từ lưới điện. Vào một ngày nắng, các tấm pin mặt trời sẽ đủ để cung cấp điện cho một vài vật dụng trong nhà và không có điện nào chạy qua đồng hồ đo điện. Vào những ngày rất nắng, các tấm pin cung cấp năng lượng di chuyển nhiều hơn mức chúng ta có thể sử dụng trong nhà, vì vậy lượng điện dư thừa sẽ được bán cho lưới điện. Đây là đo lường ròng.
Các hệ thống tiên tiến hơn sẽ sử dụng một ngân hàng pin cần có bộ điều khiển sạc. Các mô-đun năng lượng mặt trời sẽ sạc pin và cấp điện cho các thiết bị. Khi pin đầy, điện dư sẽ được bán lại cho lưới điện. Vào ban đêm, pin cung cấp điện cho ngôi nhà cho đến khi hết. Vào thời điểm này, điện sẽ cần phải được mua từ lưới điện. Trong trường hợp mất điện, pin sẽ cung cấp điện cho ngôi nhà cho đến khi hết. Vào ban ngày, chúng sẽ sạc lại.
Các trang trại năng lượng mặt trời sẽ có nhiều hàng tấm pin mặt trời tạo ra điện áp cao hơn nhiều. Sau đó, chúng sẽ kết hợp và kết nối thành một bộ biến tần lớn rồi đưa vào trạm biến áp. Tại đây, điện áp được tăng lên và sau đó được xuất ra lưới điện.
Vấn đề với năng lượng mặt trời là mặt trời liên tục di chuyển. Nó di chuyển từ đông sang tây mỗi ngày, và vào mùa hè, nó ở trên cao nhưng vào mùa đông, nó ở dưới thấp. Giả sử bạn ở bán cầu bắc.
Tấm pin mặt trời hoạt động tốt nhất khi vuông góc với mặt trời. Chúng ta có thể thấy bằng đèn pin rằng ánh sáng mạnh nhất ở đây, nhưng khi nghiêng, ánh sáng sẽ lan tỏa trên diện tích lớn hơn nên ít mạnh hơn.
Lý tưởng nhất là chúng ta chỉ cần di chuyển tấm pin mặt trời theo hướng mặt trời, nhưng điều này rất khó và tốn kém. Vì vậy, chúng ta cần đánh giá vị trí theo độ cao và phương vị của mặt trời tại vĩ độ đó, sau đó kiểm tra xem có bóng râm không, rồi chúng ta chọn hướng và góc nghiêng tốt nhất cho mô-đun. Điều này liên quan đến rất nhiều bảng dữ liệu và toán học, tốn thời gian.
Nhưng với PVcase , nhà tài trợ của chúng tôi, bạn có thể mô phỏng vị trí thực tế bằng phần mềm PV dựa trên AutoCAD thế hệ tiếp theo của họ, phần mềm này kết hợp các điểm dữ liệu địa hình 3D để bạn có thể tạo nguyên mẫu thiết kế cũng như tuyến cáp điện và khay cáp và đánh giá vị trí đặt biến tần. Việc xâu chuỗi và đi cáp có thể được thiết kế tự động hoặc thủ công.
Và với phân tích bóng râm của họ, bạn có thể tìm và loại bỏ các mô-đun bị che khuất để đảm bảo thiết kế tiếp xúc với ánh nắng mặt trời tối ưu và thậm chí so sánh các thiết kế khác nhau cạnh nhau, tất nhiên sau đó bạn có thể xuất các dự án. Bạn có thể thiết kế các dự án lắp trên mái nhà thương mại hoặc công nghiệp.
Và tự động tạo ra tài liệu xây dựng cũng như danh mục vật tư, điều này giúp bạn tiết kiệm thời gian từ khâu thiết kế ban đầu cho đến giai đoạn mua sắm.
Hoàn hảo cho các dự án thương mại, công nghiệp hoặc thậm chí là dự án tiện ích quy mô lớn.
Nhấp vào ĐÂY để tìm hiểu thêm.
Bạn có thể nhận thấy rằng pin mặt trời trông khác nhau. Có loại tinh thể và loại màng mỏng.
Một trong những loại phổ biến nhất là pin Polycrystalline. Nó thường có những vảy màu xanh lam này, mặc dù chúng ta có thể có những màu khác như phiên bản màu ngọc lục bảo này, màu sắc phụ thuộc vào lớp phủ chống phản xạ. Những vảy này là các tinh thể silicon riêng lẻ. Poly có nghĩa là "nhiều" và crystalline có nghĩa là "tinh thể". Chúng trông đẹp nhưng mỗi tinh thể là một nhóm nguyên tử riêng biệt, theo các hướng khác nhau. Các ranh giới của các tinh thể là các khuyết tật và chúng làm giảm hiệu suất của pin.
Những khuyết tật này rất phổ biến đối với các thiết bị điện tử sở thích, các sản phẩm chạy bằng năng lượng mặt trời và cả trong các tấm pin mặt trời. Chúng tương đối rẻ nhưng có hiệu suất khoảng 13-17%.
Để làm ra chúng, về cơ bản chúng tôi lấy một ít cát silic và một ít cacbon như than và nung chảy trong lò hồ quang điện, nó nguội đi và tạo thành những khối silic thô lớn. Đây là một miếng silic thô trong tay tôi. Nó rất nhẹ và bạn có thể thấy nó rất sáng bóng. Bạn có thể mua chúng TẠI ĐÂY.
Những khối này được nghiền thành bột, trộn với hydro clorua và đun sôi thành khí. Khí được chưng cất để loại bỏ tạp chất, sau đó đi vào lò phản ứng và từ từ tích tụ trên bề mặt các thanh tạo thành silicon nguyên chất. Các thanh silicon nguyên chất bị vỡ ra, tan chảy và làm nguội để tạo thành các khối thỏi. Khi vật liệu nguội đi, các nguyên tử kết hợp lại và tạo thành tinh thể. Các khối sau đó được cắt thành các tấm mỏng và được sử dụng làm pin mặt trời.
Đây là pin đơn tinh thể, cứng và thường có màu đen hoặc xanh lam đậm, không có tinh thể nhìn thấy được. Mono có nghĩa là một. Các nguyên tử tạo thành một cấu trúc rất có trật tự.
Đơn tinh thể hiệu quả hơn, khoảng 15-19% nhưng cũng đắt hơn để sản xuất vì nó tinh chế hơn.
Các khối silicon nguyên chất được đặt vào một nồi nấu chảy và nấu chảy. Một tinh thể hạt giống được hạ xuống và các nguyên tử silicon bám vào nó, tinh thể này được chiết xuất từ từ và nó nguội đi để tạo thành một thỏi. Các nguyên tử tự cấu trúc hoàn hảo trong quá trình này tạo thành một tinh thể khổng lồ. Sau đó, thỏi được cắt thành các khối và sau đó thành các lát mỏng. Để tạo thành các tế bào năng lượng mặt trời.
Chúng ta cũng có thể có loại màng mỏng, phiên bản đơn tinh thể này linh hoạt, phiên bản đa tinh thể này cũng vậy. Chúng thường được sử dụng cho mái cong của xe tải và thuyền. Tuổi thọ ngắn hơn và kém hiệu quả hơn.
Đèn sân vườn và máy tính này sử dụng silicon vô định hình màng mỏng có màu nâu này. Các nguyên tử có cấu trúc ngẫu nhiên, không có mẫu xác định.
Những loại này có giá thành sản xuất rất rẻ nhưng hiệu suất chỉ khoảng 5-8%.
Khi chúng ta nói về hiệu suất, chúng ta muốn nói đến năng lượng từ mặt trời và lượng năng lượng được chuyển đổi thành điện. Năng lượng di chuyển theo sóng. Sóng có nhiều kích cỡ khác nhau, từ tia Gama nhỏ nhưng năng lượng cao đến sóng vô tuyến lớn năng lượng thấp. Nhưng hầu hết năng lượng phát ra của nó nằm trong vùng cực tím, khả kiến và hồng ngoại.
Phổ khả kiến là thứ mắt người có thể nhìn thấy. Bước sóng quyết định màu ánh sáng mà mắt người có thể nhìn thấy.
Nếu chúng ta đo năng lượng trên mỗi diện tích theo bước sóng trong không gian, chúng ta sẽ thấy một đường cong như thế này. Nhưng ở mực nước biển, nó trông giống thế này hơn, vì bầu khí quyển đã hấp thụ và làm chệch hướng một số năng lượng.
Hãy nhớ rằng, bên trong tế bào năng lượng mặt trời, chúng ta cần một photon để đánh bật một electron ra khỏi nguyên tử silicon.
Chúng tôi sử dụng silicon vì electron ở dải hóa trị ngoài chỉ cần nhận khoảng 1,1 electron-volt để nhảy lên dải dẫn và thoát khỏi nguyên tử.
Điều đó tương đương với một photon có bước sóng khoảng 1.127 nanomet. Đây là quang phổ. Do đó, bất kỳ bước sóng nào vượt quá bước sóng này đều không thể được sử dụng để tạo ra điện bằng vật liệu này. Nhưng tất cả các bước sóng dưới bước sóng này đều có thể được sử dụng.
Tuy nhiên, các bước sóng này có nhiều năng lượng hơn mức cần thiết nên năng lượng dư thừa sẽ bị lãng phí khi làm nóng các tế bào quang điện.
Vì vậy, chỉ còn khoảng 30% năng lượng thực sự có thể được sử dụng để tạo ra điện bằng silicon. Một số năng lượng này sẽ bị phản xạ đi, bụi bẩn trên tấm pin mặt trời cũng sẽ chặn một số năng lượng và ngoài ra, khi các tế bào năng lượng mặt trời nóng lên từ năng lượng bị lãng phí, hiệu suất của chúng sẽ giảm xuống.
Và sau khi chúng ta tạo ra toàn bộ năng lượng đó, chúng ta cũng bị mất năng lượng từ bộ biến tần và cả từ dây điện.
Vì vậy, đèn LED đỏ này không thể tự cung cấp năng lượng. Nó có bước sóng khoảng 705 Nano mét, cung cấp 1,75 electron volt. Chúng ta chỉ cần 1,1, phần năng lượng còn lại sẽ bị lãng phí dưới dạng nhiệt.
Để tạo ra ánh sáng đó, chúng ta tiêu thụ 4 miliwatt và chỉ khoảng 10% trong số đó được chuyển đổi trở lại thành điện. Vì vậy, chúng ta sẽ cần khoảng 10 đèn LED để cấp nguồn cho chỉ 1 đèn LED.
Tôi đã thử ở đây và 9 đèn LED là vừa đủ để tạo ra ánh sáng.
Đèn LED cũng sử dụng silicon. Điốt cũng vậy. Về cơ bản, pin mặt trời là một đèn LED phẳng khổng lồ hoạt động ngược lại. Trên thực tế, chúng ta có thể chiếu sáng vào đèn LED và nó sẽ tạo ra điện áp.
Hãy xem video đèn LED của chúng tôi TẠI ĐÂY để tìm hiểu cách chúng hoạt động.
Khi chúng ta nhìn vào các nguyên tử silicon, chúng có 14 electron, với 4 electron ở lớp ngoài cùng, được gọi là lớp hóa trị. Các nguyên tử silicon ổn định nhất khi chúng có 8 electron ở lớp hóa trị, nhưng chúng chỉ có 4. Vì vậy, chúng sẽ chia sẻ một electron với mỗi electron lân cận để đạt được điều này.
Các electron và lỗ trống tự do đến từ đâu?
Đối với các electron, chúng ta thêm một ít Phốt pho vào một mặt vì nó có 5 electron ở lớp vỏ ngoài cùng. 4 trong số này sẽ được chia sẻ và bây giờ có 1 electron dự phòng có thể di chuyển tự do.
Đối với các lỗ, chúng ta thêm một ít Bo vào mặt bên kia vì nó chỉ có 3 electron ở lớp ngoài cùng. Không có đủ electron để chia sẻ, vì vậy bây giờ có một lỗ mà electron có thể chiếm giữ.
Bây giờ chúng ta có một lớp có quá nhiều electron và một lớp không có đủ electron. Lớp này kết hợp với nhau để tạo thành mối nối PN. N là viết tắt của âm, vì các electron mang điện tích âm. P là viết tắt của dương vì do đó các lỗ trống được coi là mang điện tích dương.
Tại điểm giao nhau này, chúng ta có một vùng cạn kiệt. Một số electron di chuyển qua và một số lỗ trống cũng di chuyển qua. Nhưng điều này sẽ tạo thành một rào cản với một vùng tích điện dương nhẹ và một vùng tích điện âm nhẹ.
Điều này tạo ra một trường điện ngăn cản nhiều electron hoặc lỗ trống di chuyển qua. Và đó là thứ tạo nên vùng cạn kiệt, nơi không có electron hoặc lỗ trống tự do nào có thể tồn tại.
Khi ánh sáng chiếu vào pin mặt trời, các photon xuyên qua lớp mỏng loại N và đến tiếp giáp PN. Nếu photon có đủ năng lượng, nó có thể đánh bật một electron khỏi một nguyên tử trong vùng này, giải phóng nó và để lại một lỗ electron. Hãy nhớ rằng, không có electron hoặc lỗ trống tự do nào có thể tồn tại trong vùng cạn kiệt này, vì vậy trường điện kéo electron tự do lên lớp loại N.
Các nguyên tử chia sẻ electron nên một nguyên tử khác sẽ di chuyển từ lớp loại P để lấp đầy lỗ hổng, nhưng điều này chỉ để lại một lỗ hổng khác phía sau nó. Lỗ hổng này cũng nhanh chóng được lấp đầy và do đó lỗ hổng trôi xuống qua lớp loại P.
Một lượng lớn electron và lỗ trống tích tụ ở hai vật liệu tại các cực, điều này gây ra sự tích tụ điện tích dương và điện tích âm, đây chính là nguyên nhân tạo ra điện áp.
Các electron tự do bị thu hút bởi các lỗ electron. Hãy nghĩ về chúng như các đầu đối diện của một nam châm, bị hút vào nhau.
Vì vậy, nếu chúng ta tạo ra một đường dẫn, các electron sẽ chảy qua dây dẫn để đến phía bên kia của tế bào quang điện, nơi chúng có thể kết hợp lại với một lỗ trống.
Ánh sáng chiếu vào pin mặt trời sẽ khiến một lượng lớn electron thoát ra, tất cả đều chảy qua dây và tạo ra dòng điện. Ngay khi ánh sáng chiếu vào pin mặt trời, các electron sẽ chảy liên tục. Do đó, chúng ta đã tạo ra điện DC. Và đó là cách pin mặt trời hoạt động.
Dưới đây là tóm tắt chính về cách hoạt động và đặc điểm của tấm pin mặt trời:
Nguyên lý cơ bản:
- Pin mặt trời chuyển đổi ánh sáng thành điện thông qua hiệu ứng quang điện
- Photon từ ánh sáng đánh bật electron, tạo ra dòng điện một chiều
- Hoạt động được với cả ánh sáng mặt trời và ánh sáng nhân tạo
Cấu tạo:
- Gồm các lớp: điện cực dương, silicon, lớp chống phản xạ, lưới kim loại âm
- Sử dụng silicon pha tạp với bo (lớp P) và phốt pho (lớp N)
- Có các "ngón tay" và thanh cái kim loại để thu electron
Loại pin mặt trời:
- Pin đơn tinh thể: hiệu suất 15-19%, đắt hơn
- Pin đa tinh thể: hiệu suất 13-17%, rẻ hơn
- Pin màng mỏng: hiệu suất 5-8%, rẻ nhất, linh hoạt
Ứng dụng và hệ thống:
- Có thể lắp độc lập hoặc nối lưới điện
- Cần bộ điều khiển sạc để bảo vệ pin
- Cần bộ biến tần để chuyển DC thành AC
- Sử dụng cho nhà ở, thương mại và trang trại năng lượng
Hiệu suất và hạn chế:
- Chỉ tận dụng được khoảng 30% năng lượng mặt trời
- Hiệu suất giảm khi nhiệt độ tăng
- Cần tính toán góc nghiêng và hướng lắp đặt tối ưu
- Hoạt động phụ thuộc vào điều kiện ánh sáng
Video giải thích:
Hy vọng qua bài dịch trên Điện Lạnh Mười đã giúp a/c hiểu thêm về tấm pin năng lượng mặt trời cũng như cấu tạo và cách hoạt động. Cảm ơn a/c đã dành thời gian đọc bài.
Nguồn: theengineeringmindset.com