Tấm pin mặt trời: Nguyên lý hoạt động & Cấu tạo (Bao gồm sơ đồ)

Điều gì là Tấm Pin Năng Lượng Mặt Trời?

Tấm pin năng lượng mặt trời (còn được gọi là tế bào quang điện hoặc tế bào PV) được định nghĩa là thiết bị điện chuyển đổi năng lượng ánh sáng thành năng lượng điện thông qua hiệu ứng quang điện. Tấm pin năng lượng mặt trời cơ bản là điôt p-n. Tấm pin năng lượng mặt trời là dạng của tế bào quang điện, được định nghĩa là thiết bị có đặc tính điện - như dòng điện, điện áp, hoặc điện trở - thay đổi khi tiếp xúc với ánh sáng.

Các tấm pin năng lượng mặt trời riêng lẻ có thể được kết hợp để tạo thành các mô-đun thường được gọi là các bảng pin năng lượng mặt trời. Tấm pin năng lượng mặt trời silicon đơn kết nối thông thường có thể tạo ra điện áp mở mạch tối đa khoảng 0,5 đến 0,6 volt. Bản thân nó không nhiều - nhưng hãy nhớ rằng các tấm pin năng lượng mặt trời này rất nhỏ. Khi kết hợp thành một bảng pin năng lượng mặt trời lớn, có thể tạo ra lượng lớn năng lượng tái tạo.

Cấu tạo của Tấm Pin Năng Lượng Mặt Trời

Tấm pin năng lượng mặt trời cơ bản là điôt p-n, mặc dù cấu tạo của nó hơi khác so với điôt p-n truyền thống. Một lớp bán dẫn loại p rất mỏng được tạo lên trên một lớp bán dẫn loại n dày hơn. Sau đó, chúng ta đặt một số điện cực nhỏ hơn trên đỉnh của lớp bán dẫn loại p.

Các điện cực này không cản trở ánh sáng đến lớp bán dẫn loại p mỏng. Ngay dưới lớp bán dẫn loại p là một mối nối p-n. Chúng ta cũng cung cấp một điện cực thu thập dòng điện ở đáy của lớp bán dẫn loại n. Toàn bộ lắp ráp được bao bọc bằng kính mỏng để bảo vệ tấm pin năng lượng mặt trời khỏi các cú sốc cơ học.

Nguyên lý hoạt động của Tấm Pin Năng Lượng Mặt Trời

Khi ánh sáng đến mối nối p-n, các photon ánh sáng có thể dễ dàng xâm nhập vào mối nối, thông qua lớp bán dẫn loại p rất mỏng. Năng lượng ánh sáng, dưới dạng photon, cung cấp đủ năng lượng cho mối nối để tạo ra một số cặp electron-lỗ trống. Ánh sáng chiếu vào phá vỡ điều kiện cân bằng nhiệt của mối nối. Các electron tự do trong vùng suy giảm có thể nhanh chóng di chuyển đến phía bán dẫn loại n của mối nối.

Tương tự, các lỗ trống trong vùng suy giảm có thể nhanh chóng di chuyển đến phía bán dẫn loại p của mối nối. Một khi các electron tự do mới di chuyển đến phía bán dẫn loại n, chúng không thể vượt qua mối nối vì tiềm năng rào cản của mối nối.

Tương tự, các lỗ trống mới một khi di chuyển đến phía bán dẫn loại p cũng không thể vượt qua mối nối vì cùng tiềm năng rào cản của mối nối. Khi nồng độ electron tăng cao ở một bên, tức là phía bán dẫn loại n của mối nối, và nồng độ lỗ trống tăng cao ở bên kia, tức là phía bán dẫn loại p của mối nối, mối nối p-n sẽ hoạt động như một viên pin nhỏ. Một điện áp được tạo ra, được gọi là điện áp quang. Nếu chúng ta kết nối một tải nhỏ qua mối nối, sẽ có một dòng điện nhỏ chảy qua nó.

Đặc tính V-I của Tế Bào Quang Điện

Vật liệu Sử dụng trong Tấm Pin Năng Lượng Mặt Trời

Các vật liệu được sử dụng cho mục đích này phải có khoảng cách dải năng lượng gần 1,5ev. Các vật liệu thường được sử dụng là:

1. Silicon.

2. GaAs.

3. CdTe.

4. CuInSe2

Tiêu chí cho Vật liệu Sử dụng trong Tấm Pin Năng Lượng Mặt Trời

1. Phải có khoảng cách dải năng lượng từ 1ev đến 1,8ev.

2. Phải có khả năng hấp thụ quang học cao.

3. Phải có độ dẫn điện cao.

4. Nguyên liệu thô phải có sẵn và giá cả phải thấp.

Lợi ích của Tấm Pin Năng Lượng Mặt Trời

1. Không gây ô nhiễm.

2. Phải tồn tại lâu dài.

3. Không có chi phí bảo trì.

Nhược điểm của Tấm Pin Năng Lượng Mặt Trời

1. Có chi phí lắp đặt cao.

2. Hiệu suất thấp.

3. Trong ngày nhiều mây, năng lượng không thể được sản xuất và ban đêm chúng ta cũng không nhận được năng lượng mặt trời.

Các ứng dụng của Hệ thống Sinh Năng lượng Mặt Trời

1. Có thể được sử dụng để sạc pin.

2. Sử dụng trong các máy đo ánh sáng.

3. Được sử dụng để cung cấp năng lượng cho máy tính cầm tay và đồng hồ đeo tay.

4. Có thể được sử dụng trong tàu vũ trụ để cung cấp năng lượng điện.

Kết luận: Mặc dù tấm pin năng lượng mặt trời có một số nhược điểm, nhưng những nhược điểm này được kỳ vọng sẽ được khắc phục khi công nghệ tiến triển. Vì công nghệ đang phát triển, chi phí của các tấm pin năng lượng mặt trời cũng như chi phí lắp đặt sẽ giảm xuống, để mọi người đều có thể cài đặt hệ thống. Hơn nữa, chính phủ đang nhấn mạnh vào năng lượng mặt trời, nên sau vài năm, chúng ta có thể kỳ vọng rằng mỗi hộ gia đình và hệ thống điện đều được cung cấp bởi năng lượng mặt trời hoặc nguồn năng lượng tái tạo.

Tuyên bố: Hãy tôn trọng nội dung gốc, các bài viết tốt đáng được chia sẻ, nếu có vi phạm quyền tác giả, vui lòng liên hệ để xóa.