Tấm pin quang điện hoặc Tế bào quang điện
Định nghĩa
Một tế bào quang điện (PV) là thiết bị bán dẫn chuyển đổi ánh sáng thành năng lượng điện. Điện áp do tế bào PV tạo ra phụ thuộc vào cường độ của ánh sáng chiếu vào. Thuật ngữ "quang điện" bắt nguồn từ khả năng tạo ra điện áp ("voltaic") thông qua ánh sáng ("photo").
Trong vật liệu bán dẫn, electron được ràng buộc bởi các liên kết cộng hóa trị. Tia bức xạ điện từ bao gồm các hạt năng lượng nhỏ gọi là photon. Khi photon va chạm với vật liệu bán dẫn, electron trở nên có năng lượng và bắt đầu phát ra.
Những electron có năng lượng này được gọi là photoelectron, và hiện tượng phát ra electron được gọi là hiệu ứng quang điện. Việc hoạt động của tế bào quang điện dựa trên hiệu ứng quang điện.
Cấu tạo của Tế bào Quang Điện
Vật liệu bán dẫn như arsenide, indium, cadmium, silicon, selenium, và gallium được sử dụng để làm tế bào PV. Silicon và selenium thường được sử dụng để chế tạo các tế bào.
Lấy cấu trúc của tế bào quang điện silicon dưới đây làm ví dụ:
Các tế bào PV đơn lẻ được làm từ vật liệu bán dẫn đơn tinh thể hoặc đa tinh thể.
Tế bào đơn tinh thể được cắt từ một khối tinh thể duy nhất, trong khi tế bào đa tinh thể được sản xuất từ vật liệu có nhiều cấu trúc tinh thể.
Điện áp và dòng điện đầu ra của một tế bào đơn lẻ khá thấp, thường khoảng 0.6V và 0.8A tương ứng. Để tăng hiệu suất, các tế bào được kết hợp theo các cấu hình khác nhau. Có ba phương pháp chính để kết nối các tế bào PV:
Kết hợp song song của Tế bào PV
Trong cấu hình song song, điện áp giữa các tế bào không thay đổi, trong khi tổng dòng điện tăng gấp đôi (hoặc tăng tỷ lệ với số lượng tế bào). Đường cong đặc trưng của các tế bào PV kết hợp song song được hiển thị dưới đây.
Kết hợp chuỗi-song song của Tế bào PV
Trong cấu hình chuỗi-song song, cả điện áp và dòng điện đều tăng tỷ lệ. Các tấm pin mặt trời thường được xây dựng bằng cách sử dụng sự kết hợp này của các tế bào để đạt được công suất đầu ra cao hơn.
Một mô-đun mặt trời được tạo ra bằng cách kết nối các tế bào mặt trời riêng lẻ. Sự lắp ráp của nhiều mô-đun mặt trời được gọi là tấm pin mặt trời.
Cách hoạt động của Tế bào PV
Khi ánh sáng chiếu vào vật liệu bán dẫn, nó có thể đi xuyên qua hoặc phản xạ. Các tế bào PV được làm từ bán dẫn - vật liệu không phải là dây dẫn hoàn hảo cũng không phải là chất cách điện. Đặc tính này khiến chúng rất hiệu quả trong việc chuyển đổi năng lượng ánh sáng thành năng lượng điện.
Khi bán dẫn hấp thụ ánh sáng, các electron bắt đầu phát ra. Điều này xảy ra vì ánh sáng bao gồm các gói năng lượng nhỏ gọi là photon. Khi electron hấp thụ photon, chúng trở nên có năng lượng và bắt đầu di chuyển trong vật liệu. Một trường điện nội bộ ép các hạt này di chuyển theo một hướng, tạo ra dòng điện. Các điện cực kim loại trên bán dẫn cho phép dòng điện chảy ra ngoài.
Hình dưới đây mô tả một tế bào PV silicon được kết nối với tải kháng. Tế bào bao gồm các lớp bán dẫn P-type và N-type được nối lại để tạo thành mối nối PN.
Mối nối là giao diện giữa vật liệu p-type và n-type. Khi ánh sáng chiếu vào mối nối, electron bắt đầu di chuyển từ vùng này sang vùng khác.
Các tế bào mặt trời được lắp đặt như thế nào trong nhà máy điện mặt trời?
Các thiết bị như bộ theo dõi điểm công suất tối đa (MPPT), bộ biến đổi, bộ điều khiển sạc, và ắc quy được sử dụng để chuyển đổi bức xạ mặt trời thành điện áp điện.
Bộ Theo Dõi Điểm Công Suất Tối Đa (MPPT)
Một MPPT là bộ điều khiển kỹ thuật số chuyên dụng theo dõi vị trí của mặt trời. Do hiệu suất của tế bào PV phụ thuộc vào cường độ ánh sáng mặt trời, mà thay đổi trong ngày do sự quay của Trái đất, MPPTs điều chỉnh hướng của tấm pin để tối đa hóa sự hấp thụ ánh sáng và công suất đầu ra.
Bộ Điều Khiển Sạc
Bộ điều khiển sạc điều chỉnh điện áp từ tấm pin mặt trời và ngăn chặn việc sạc quá mức hoặc quá áp cho ắc quy, đảm bảo an toàn và hiệu quả trong việc lưu trữ năng lượng.
Bộ Biến Đổi
Bộ biến đổi chuyển dòng điện một chiều (DC) từ các tấm pin thành dòng điện xoay chiều (AC) để sử dụng với các thiết bị tiêu chuẩn, thường yêu cầu điện AC.
