Nguyên lý hoạt động của tấm pin chuyển hóa năng lượng mặt trời thành điện

Các tấm pin năng lượng mặt trời là một trong những bộ phận quan trọng nhất cấu thành nên một hệ thống điện mặt trời. Mặc dù có số lượng và kích thước khác nhau tùy vào quy mô của hệ thống nhưng nguyên lý hoạt động của tấm pin chuyển hóa năng lượng mặt trời thành điện sẽ tương tự như nhau.

Pin năng lượng mặt trời là gì?

Pin năng lượng mặt trời hay còn gọi là tấm pin chuyển hóa năng lượng mặt trời thành điện được định nghĩa là một thiết bị dùng để chuyển đổi năng lượng ánh sáng thành năng lượng điện thông qua các hiệu ứng quang điện. Pin mặt trời về cơ bản là một diode tiếp giáp pn sở hữu các đặc tính điện như điện áp, dòng điện, điện trở và chúng sẽ thay đổi khi tiếp xúc với ánh sáng.

Pin năng lượng mặt trời là gì

Các tấm pin mặt trời riêng lẻ có thể được ghép lại với nhau để tạo thành mô-đun có một mấu nối chung và có thể tạo ra điện áp hở mạch tối đa khoảng 0.5V đến 0.6V. Điện áp này khá nhỏ nhưng với số lượng rất lớn các tế bào trong tấm pin mặt trời sẽ tạo ra lượng điện năng lớn.

Cấu tạo của tấm pin năng lượng mặt trời

Pin năng lượng mặt trời có cấu tạo của một diode tiếp giáp pn, mặc dù cấu tạo của nó hơi khác so với các diode tiếp giáp pn thông thường. Một lớp rất mỏng chất bán dẫn loại p được xếp chồng lên trên chất bán dẫn loại n khiến nó trở nên dày hơn. Ngoài ra, một vài điện cực mịn sẽ được đặt trên đầu của lớp bán dẫn loại p.

Cấu tạo của tấm pin năng lượng mặt trời

Các điện cực này không cản trở ánh sáng truyền tới lớp p mỏng. Ngay bên dưới lớp loại p có một đường giao nhau pn có tác dụng cung cấp một điện cực thu dòng điện ở dưới cùng của lớp loại n. Toàn bộ bề mặt tấm pin mặt trời được bao bọc bởi lớp kính mỏng để bảo vệ pin mặt trời khỏi các tác động vật lý từ thời tiết và các vật thể bị gió cuốn bay.

Nguyên lý hoạt động của pin năng lượng mặt trời

Khi ánh sáng chiếu tới điểm tiếp giáp pn, các hạt photon ánh sáng có thể dễ dàng đi vào trong điểm tiếp giáp thông qua lớp loại p rất mỏng. Năng lượng ánh sáng ở dạng hạt photon có thể cung cấp đủ năng lượng cho điểm tiếp giáp để tạo ra một số cặp electron-lỗ trống. Ánh sáng tới phá vỡ điều kiện cân bằng nhiệt của mấu nối và làm cho các điện tử tự do trong vùng suy giảm có thể nhanh chóng tiếp cận phía loại n của tiếp giáp.

Các lỗ trống mới có thể nhanh chóng đến phía loại p của đường giao nhau. Khi các điện tử tự do mới được tạo ra tiến đến phía loại n thì sẽ không thể vượt qua tiếp giáp nữa vì có thế chắn của tiếp giáp ngăn cản lại.

Nguyên lý hoạt động của pin năng lượng mặt trời

Tương tự như vậy, các lỗ trống mới được tạo ra khi đến mặt loại p không thể vượt qua đường giao nhau đã trở thành có cùng điện thế chắn của đường giao nhau. Khi nồng độ của các electron trở nên cao hơn ở một phía, tức là mặt loại n của đường giao nhau và nồng độ lỗ trống trở nên nhiều hơn ở mặt khác, tức là mặt loại p của đường giao nhau, thì đường giao nhau pn sẽ hoạt động giống như một tế bào pin nhỏ.

Một điện áp được thiết lập được gọi là điện áp quang. Nếu chúng ta kết nối một dây dẫn nhỏ qua đường giao nhau, sẽ có một dòng điện cực nhỏ chạy qua nó. Từ đó tạo ra điện năng và có thể tích trữ trong các bình ắc quy để sử dụng.

Mặc dù các tấm pin mặt trời vẫn còn tồn tại những hạn chế nhưng trong tương lai nó sẽ được khắc phục và cải tiến bằng những công nghệ phát triển, tiến bộ hơn. Do đó, chi phí cho các hệ thống sử dụng pin năng lượng mặt trời sẽ ngày càng phù hợp để mở rộng được quy mô sử dụng tiwf các hộ gia đình cho đến các công trình lớn nhỏ khác.

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *