Khái niệm cơ bản về pin mặt trời.

     Để biết rõ Pin mặt trời là gì chúng ta trước mắt tìm hiểu về Năng lượng mặt trời.

     Năng lượng mặt trời là nguồn năng lượng cuối cùng, được bổ sung tự nhiên trong một khoảng thời gian ngắn, vì lý do này, nó được gọi là nguồn " năng lượng tái tạo " hoặc " năng lượng bền vững ". Để tận dụng lợi thế của năng lượng mặt trời, sự đa dạng của các công nghệ được sử dụng để chuyển đổi năng lượng mặt trời thành nhiệt năng và điện năng . Việc sử dụng năng lượng mặt trời liên quan đến " bảo tồn năng lượng " bởi vì đó là cách sử dụng nguồn năng lượng đến từ thiên nhiên và sử dụng nó một cách khôn ngoan và hiệu quả hơn. Cách đó bao gồm Solar Cell, được mô tả như sau:

     Pin mặt trời là gì?

     Pin mặt trời  hay pin quang điện  là một thiết bị được tạo thành từ các vật liệu bán dẫn như silicon, gallium arsenide và cadmium Telluride, v.v ... chuyển đổi ánh sáng mặt trời trực tiếp thành điện năng. Khi pin mặt trời hấp thụ ánh sáng mặt trời, các electron và lỗ trống tự do được tạo ra tại các điểm nối dương / âm. Nếu các điểm nối tích cực và tiêu cực của pin mặt trời được kết nối với thiết bị điện DC, dòng điện được phân phối để vận hành thiết bị điện.

     Các loại pin mặt trời

     Có ba loại tế bào chính được phân loại theo công nghệ sản xuất và chất bán dẫn.

     1. Mô đun quang điện tinh thể silic: Hai loại silicon tinh thể (c-Si) được sử dụng để sản xuất mô đun quang điện; silicon đơn tinh thể hay còn gọi là silicon đơn tinh thể và silicon đa tinh thể, còn được gọi là silicon đa tinh thể. Mô đun quang điện silicon đa tinh thể có hiệu suất chuyển đổi thấp hơn mô đun quang điện  silicon đơn tinh thể nhưng cả hai đều có hiệu suất chuyển đổi cao, trung bình khoảng 10-16%.

     - Một tinh thể hay đơn tinh thể module sản xuất dựa trên quá trình Czochralski. . 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 nhiên hiệu suất kém hơn. Tuy nhiên chúng có thể tạo thành các tấm vuông che phủ bề mặt nhiều hơn đơn tinh thể bù lại cho hiệu suất thấp của nó.

     2. Mô đun quang điện silic vô định hình : Mô đun quang điện silic vô định hình (a-Si) hoặc mô đun quang điện silicon màng mỏng hấp thụ ánh sáng hiệu quả hơn mô đun quang điện silic tinh thể, do đó nó có thể được làm mỏng hơn. Nó phù hợp với bất kỳ ứng dụng nào mà hiệu quả cao là không bắt buộc và chi phí thấp là quan trọng. Hiệu suất điển hình của mô đun PV silic vô định hình là khoảng 6%.

     3. Mô-đun lai Silicon Silicon: Một sự kết hợp của silic tinh thể đơn được bao quanh bởi các lớp silic vô định hình mỏng cung cấp độ nhạy tuyệt vời cho mức độ ánh sáng thấp hơn hoặc ánh sáng gián tiếp. Mô-đun Hybrid silicon quang điện có hiệu suất chuyển đổi cao nhất khoảng 18%.

     Cấu trúc pin mặt trời

     Vật liệu bán dẫn nhất hiện đang sử dụng để sản xuất pin mặt trời là silicon, có một số lợi thế như; Nó có thể dễ dàng tìm thấy trong tự nhiên, không gây ô nhiễm, không gây hại cho môi trường và nó có thể dễ dàng tan chảy, xử lý và hình thành dạng silicon đơn tinh thể, v.v. Pin mặt trời thông thường được cấu hình như một điểm nối pn diện tích lớn làm từ silicon. Để làm ra pin mặt trời tinh khiết, người ta phải làm ra bán dẫn loại n và bán dẫn loại p rồi ghép lại với nhau cho nó có được tiếp xúc p - n. Một phiến bán dẫn tinh khiết tức là chỉ có các nguyên tử Si để tiếp xúc p - n, người ta phải pha thêm vào một ít nguyên tử khác loại, gọi là pha tạp. Nguyên tử Si có 4 electron ở vành ngoài, cùng dùng để liên kết với bốn nguyên tử Si gần đó (cấu trúc kiểu như kim cương). Nếu pha tạp vào Si một ít nguyên tử phôt-pho P có 5 electron ở vành ngoài, electron thừa ra không dùng để liên kết nên dễ chuyển động hơn làm cho bán dẫn pha tạp trở thành có tính dẫn điện electron, tức là bán dẫn loại n (negatif - âm). Ngược lại nếu pha tạp vào Si một ít nguyên tử bo B có 3 electron ở vành ngoài, tức là thiếu một electron mới đủ tạo thành 4 mối liên kết nên có thể nói là tạo thành lỗ trống (hole). Vì là thiếu electron nên lỗ trống mạng điện dương, bán dẫn pha tạp trở thành có tính dẫn điện lỗ trống, tức là bán dẫn loại p (positif -dương). Vậy trên cơ sở bán dẫn tinh khiết có thể pha tạp để trở thành có lớp là bán dẫn loại n, có lớp bán dẫn loại p, lớp tiếp giáp giữa hai loạị chính là lớp chuyển tiếp p  - n, Nếu ở bên ngoài ta dùng một dây dẫn nối bán dẫn loại n với bán dẫn loại p qua một phụ tải thì electron từ miền dẫn của bán dẫn loại n sẽ qua mạch ngoài chuyển đến bán dẫn loại p lấp vào các lỗ trống. Đó là dòng  điện pin Mặt trời silic sinh ra khi được chiếu sáng. Dùng bán dẫn silic tạo ra tiếp xúc p - n để từ đó làm pin Mặt trời biến ánh sáng Mặt trời thành dòng điện để sử dụng.   Để  có thể hiểu rõ hơn pin mặt trời là gì,ta hãy tìm hiểu thêm về hoạt động của nó như thế nào!

       Pin mặt trời hoạt động như thế nào?

Hình ảnh hoạt động của ping năng lượng mặt trời

Khi ánh sáng mặt trời chiếu vào bề mặt pin mặt trời, tế bào tạo ra hạt mang điện như điện tử và lỗ trống. Trường bên trong được tạo bởi đường giao nhau tách một số điện tích dương (lỗ trống) khỏi điện tích âm (electron). Các lỗ trống được quét vào lớp dương hoặc lớp p và các electron bị cuốn vào lớp âm hoặc lớp n. Khi một mạch được tạo ra, các electron tự do phải đi qua tải để kết hợp lại với các lỗ dương; hiện tại có thể được sản xuất từ ​​các tế bào dưới ánh sáng.

Các pin mặt trời riêng lẻ được kết nối với nhau để tạo ra một mô-đun (gọi là ' mô-đun năng lượng mặt trời ' hoặc 'mô-đun quang điện') để tăng dòng điện và các mô-đun được kết nối trong một mảng (gọi là 'mảng mặt trời' hoặc 'mảng quang điện'). Tùy thuộc vào yêu cầu hiện tại hoặc điện áp, các mảng năng lượng mặt trời được kết nối theo nhiều cách khác nhau:

Nếu các mảng năng lượng mặt trời được kết nối song song, dòng điện đầu ra sẽ tăng.

Nếu các mảng năng lượng mặt trời được kết nối nối tiếp, điện áp đầu ra sẽ tăng.

     Hệ thống quang điện

Năng lượng mặt trời Pin mặt trời tạo ra dòng điện trực tiếp (DC), do đó chúng chỉ được sử dụng cho các thiết bị DC. Nếu dòng điện xoay chiều (AC) là cần thiết cho các thiết bị AC hoặc năng lượng dự phòng là cần thiết, hệ thống quang điện mặt trời đòi hỏi các thành phần khác ngoài các mô-đun năng lượng mặt trời. Các thành phần này được thiết kế đặc biệt để tích hợp vào hệ thống quang điện năng lượng mặt trời, nghĩa là chúng là các sản phẩm năng lượng tái tạo hoặc các sản phẩm bảo tồn năng lượng và một hoặc nhiều thành phần có thể được bao gồm tùy thuộc và loại ứng dụng. Các thành phần của hệ thống quang điện mặt trời được bố trí  theo hình dưới đây

Sơ đồ nguyên lý hoạt động của điện năng lượng mặt trời

     1. Mô-đun năng lượng mặt trời là thành phần thiết yếu của bất kỳ hệ thống PV mặt trời nào chuyển đổi ánh sáng mặt trời trực tiếp thành điện một chiều.

     2. Bộ điều khiển sạc năng lượng mặt trời điều chỉnh điện áp và dòng điện từ các mảng năng lượng mặt trời, sạc pin, ngăn không cho pin sạc quá mức và cũng thực hiện kiểm soát quá trình xả.

     3. Pin lưu trữ điện hiện tại sản xuất từ ​​các mảng năng lượng mặt trời để sử dụng khi không nhìn thấy ánh sáng mặt trời, vào ban đêm hoặc các mục đích khác.

     4. Biến tần là một thành phần quan trọng của bất kỳ hệ thống quang điện năng lượng mặt trời nào có thể chuyển đổi đầu ra nguồn DC của mảng năng lượng mặt trời thành AC cho các thiết bị AC.

     5. Chống sét ngăn chặn các thiết bị điện khỏi thiệt hại do sét hoặc cảm ứng của điện áp cao. Nó là cần thiết cho các hệ thống quang điện năng lượng mặt trời quan trọng và kích thước lớn, bao gồm nối đất hiệu quả.

     Lợi thế của Pin mặt trời 

     Pin mặt trời Pin mặt trời hoặc tế bào quang điện sản xuất sạch với nguồn năng lượng không gây ô nhiễm, thân thiện với môi trường. Vì nó không sử dụng nhiên liệu nào ngoài ánh sáng mặt trời, không thải ra chất thải, không đốt cháy và không có bộ phận chuyển động khi hoạt động. Nó làm giảm việc thu gom các loại khí như carbon monoxide, sulfur dioxide, hydrocarbon và nitơ, v.v., được tạo ra từ các nhà máy điện đốt nhiên liệu, than và hóa thạch. Tất cả đều làm giảm tác động của năng lượng đến môi trường như hiệu ứng nhà kính, sự nóng lên toàn cầu, mưa axit và ô nhiễm không khí, v.v ... Rất dễ lắp đặt và vận chuyển. Với đặc tính mô-đun, nó có thể được xây dựng bất kỳ kích thước theo yêu cầu. Hơn thế nữa,Pin mặt trời  có tuổi thọ cao,dễ dàng bảo trì bảo dưỡng cũng như thay thế trong trường hợp bị sự cố hỏng hóc.

     Ứng dụng pin mặt trời