HIỂU HƠN VỀ TẤM PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI

I. Cấu tạo tấm pin mặt trời.

Thông thường các tấm pin mặt trời được cấu tạo bởi 06 thành phần chính được mô tả chi tiết dưới đây và được lắp ráp trong các cơ sở sản xuất tiên tiến với độ chính xác cao.
Sáu thành phần chính cấu tạo nên tấm pin năng lượng mặt trời:

Các thành phần chính của tấm pin năng lượng mặt trời

            1. Khung nhôm

Khung nhôm đóng một vai trò quan trọng bằng cách vừa bảo vệ mép của phần cán mỏng bao gồm các tế bào và cung cấp một cấu trúc vững chắc để gắn tấm pin năng lượng mặt trời vào đúng vị trí. Các phần nhôm được thiết kế cực kỳ nhẹ, cứng và có thể chịu lực và tải trọng cao từ gió lớn và ngoại lực.

 Khung nhôm tấm pin năng lượng mặt trời

Khung nhôm có thể có màu bạc hoặc đen anodised và tùy thuộc vào nhà sản xuất tấm pin năng lượng mặt trời, các phần góc có thể được vặn, ép hoặc kẹp với nhau để cung cấp các mức độ bền và độ cứng khác nhau.

          2.Kính cường lực

Tấm kính phía trước bảo vệ các tế quang điện khỏi thời tiết và tác động từ mưa đá hoặc các mảnh vỡ trong không khí. Kính cường lực thông thường có độ dày từ 3.0 đến 4.0mm và được thiết kế chống lại tác động cơ học và sự thay đổi nhiệt độ khắc nghiệt. Thử nghiệm va đập tiêu chuẩn tối thiểu của IEC yêu cầu các tấm pin mặt trời phải chịu được tác động của đá mưa đá có đường kính 25mm di chuyển với tốc độ 27m/s. Trong trường hợp xảy ra tai nạn hoặc va đập nghiêm trọng, kính cường lực cũng an toàn hơn nhiều so với kính tiêu chuẩn vì nó vỡ thành các mảnh nhỏ thay vì các phần sắc nhọn.

Kính cường lực pha kim loại

Để nâng cao hiệu quả và hiệu suất, hầu hết các nhà sản xuất đều sử dụng kính truyền sáng cao có hàm lượng sắt rất thấp và có lớp phủ chống phản xạ ở mặt sau để giảm tổn thất và cải thiện khả năng truyền ánh sáng (Solar temperd glass – Low iron glass).

          3. Lớp màng EVA (phim EVA)

EVA là viết tắt của 'ethylene vinyl acetate', là một lớp polyme có độ trong suốt cao (nhựa) được thiết kế đặc biệt được sử dụng để bao bọc các tế bào và giữ chúng ở vị trí trong quá trình sản xuất. Vật liệu EVA phải cực kỳ bền và chịu được nhiệt độ và độ ẩm khắc nghiệt, nó đóng một phần quan trọng trong hiệu suất lâu dài bằng cách ngăn chặn sự xâm nhập của hơi ẩm và bụi bẩn.

Việc cán mỏng hai bên của các tế bào quang điện cung cấp một số khả năng hấp thụ sốc và giúp bảo vệ các tế bào và các dây kết nối khỏi các rung động và tác động đột ngột từ đá mưa đá và các vật thể khác. Màng EVA chất lượng cao với mức độ cao của cái được gọi là 'liên kết ngang' có thể là sự khác biệt giữa tuổi thọ cao hoặc sự cố khi tấm panel do nước xâm nhập. Trong quá trình sản xuất, các tế bào đầu tiên được bao bọc với EVA trước khi được lắp ráp trong kính và tấm mặt sau.

          4. Tế bào quang điện

Tế bào quang điện hoặc tế bào PV chuyển đổi ánh sáng mặt trời trực tiếp thành năng lượng điện một chiều. Hiệu suất của tấm pin mặt trời được xác định bởi loại tế bào và đặc tính của silicon được sử dụng, với hai loại chính là silicon đơn tinh thể và silicon đa tinh thể. Cơ sở của tế bào quang điện là một tấm wafer rất mỏng, thường dày 0,1mm và được làm từ silicon loại P dương hoặc silicon loại N âm. Có nhiều kích thước và cấu hình ô khác nhau, cung cấp các mức hiệu quả và hiệu suất khác nhau bao gồm ô cắt một nửa hoặc ô chia nhỏ, ô đa thanh cái (Multi Bus Bar - MBB) và gần đây là các ô ghép bằng cách sử dụng các dải mỏng chồng lên nhau.

Hiện nay, hầu hết các tấm pin mặt trời dân dụng chứa từ 72 tế bào đơn tinh thể hoặc đa tinh thể được liên kết với nhau thông qua thanh cái nối tiếp để tạo ra điện áp từ 35 - 50 volt, tùy thuộc vào loại tế bào được sử dụng. Tiếp điểm điện kết nối các tế bào được gọi là thanh cái và cho phép dòng điện chạy qua tất cả các tế bào trong mạch.

Cell pin mặt trời 

          5. Tấm nền (Backsheet)

              Tấm nền là lớp cuối cùng của các tấm pin mặt trời thông thường, đóng vai trò như một màng chắn ẩm và lớp da bên ngoài cuối cùng để vừa bảo vệ cơ học và vừa cách điện. Vật liệu tấm lưng được làm từ các polyme hoặc nhựa khác nhau bao gồm PP, PET và PVF cung cấp các mức độ bảo vệ khác nhau, độ ổn định nhiệt và khả năng chống tia cực tím lâu dài. Tấm nền thường có màu trắng nhưng cũng có màu trong hoặc đen tùy thuộc vào nhà sản xuất và mô-đun.

          6. Hộp nối và  đầu nối (Junction Box and connectors)

Hộp nối là một hộp nhỏ chống thời tiết nằm ở phía sau của tấm pin mặt trời. Cần phải gắn chắc chắn các dây cáp cần thiết để kết nối các tấm pin với nhau. Hộp nối rất quan trọng vì nó là điểm trung tâm nơi tất cả các cell kết nối với nhau và nó được bảo vệ khỏi độ ẩm và bụi bẩn.

Hộp nối (Junction box)

      Hộp nối chứa các Diodes để ngăn chặn dòng điện ngược xảy ra khi một số cell bị bóng mờ hoặc bẩn. Diodes chỉ cho phép dòng điện chạy theo một chiều. Thông thường mỗi tấm pin mặt trời sẽ có 3 diodes bypass.

     Hầu hết các tấm pin mặt trời được kết nối với nhau bằng đầu nối MC4. Thuật ngữ MC4 là viết tắt của đầu nối đa tiếp điểm đường kính 4mm. Do điều kiện thời tiết khắc  nghiệt, các đầu nối phải rất chắc chắn, an toàn, chống tia cực tím và duy trì kết nối tốt với điện trở tối thiểu ở cả điện áp thấp và cao lên đến 1000V, một số hãng lên tới 15000V. Các đầu nối được thiết kế để sử dụng với cáp DC năng lượng mặt trời. Để lắp ráp chính xác các đầu nối, một công cụ uốn đặc biệt được sử dụng để uốn cáp nhiều sợi vào đầu  nối bên trong, sau đó được lắp vào và bắt vào vỏ MC4.

Đầu kết nối MC4 

II. Nguyên lý hoạt động của tấm pin mặt trời

Nguyên lý hoạt động của tế bào quang điện

Một tấm pin mặt trời hoạt động bằng cách cho phép các photon, hoặc các hạt ánh sáng, đánh bật các electron ra khỏi nguyên tử, tạo ra một dòng điện. Các tấm pin mặt trời bao gồm nhiều đơn vị nhỏ hơn được gọi là tế bào quang điện. (Quang điện đơn giản có nghĩa là chúng chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành điện năng.) Nhiều tế bào liên kết với nhau tạo thành một tấm pin mặt trời.

Để hoạt động, tế bào quang điện cần thiết lập một điện trường. Để làm được điều này, các nhà sản xuất đã cho hạt phốt pho vào lớp trên cùng của silicon, lớp này bổ sung thêm các electron, mang điện tích âm. Trong khi đó, lớp dưới cùng nhận được một lượng boron, dẫn đến ít electron hơn, và mang điện tích dương. Điều này đã tạo ra một điện trường ở phần tiếp giáp giữa các lớp silicon. Sau đó, khi một photon của ánh sáng mặt trời đánh vào một electron tự do, điện trường sẽ đẩy electron đó ra khỏi tiếp giáp silicon.

    Một vài thành phần khác của tế bào biến các điện tử này thành năng lượng có thể sử dụng được. Các tấm kim loại dẫn điện ở các mặt của tế bào thu nhận các electron và chuyển chúng sang các dây dẫn (thanh cái) và đưa về junction box.

III.Phân loại tấm pin mặt trời

      Tấm pin mặt trời được phân loại dựa trên công nghệ tạo ra tế bào quang điện của chúng.
 Hiện nay có 4 loại pin mặt trời:

• Đơn tinh thể ( Monocrystalline)
• Đa tinh thể (Polycrystalline)
• Phim mỏng (Thin film) 
• Đa điểm nối (Multi Junction)

1.Đơn tinh thể (Monocrystaline)
       Để chế tạo pin mặt trời cho các tấm pin mặt trời đơn tinh thể, silicon được tạo thành các thanh và cắt thành các tấm wafer. Các loại tấm này được gọi là "đơn tinh thể" để chỉ ra rằng silicon được sử dụng là silicon đơn tinh thể. Bởi vì tế bào được cấu tạo bởi một tinh thể đơn, các electron tạo ra dòng điện có nhiều chỗ hơn để di chuyển. Kết quả là, các tấm đơn tinh thể hiệu quả hơn các tấm đa tinh thể. 
                                        

Tấm pin đơn tinh thể (monocrystaline)

2. Đa tinh thể (Polycrystaline)
        Các tấm pin mặt trời đa tinh thể thường có hiệu suất thấp hơn so với các lựa chọn đơn tinh thể, nhưng lợi thế của chúng là mức giá thấp hơn, các tấm pin mặt trời đa tinh thể có xu hướng có màu xanh lam thay vì màu đen của các tấm pin đơn tinh thể. Chúng cũng được làm từ silicon. Tuy nhiên, thay vì sử dụng một tinh thể silicon, các nhà sản xuất nấu chảy nhiều mảnh silicon với nhau để tạo thành các tấm mỏng. Vì có nhiều tinh thể trong mỗi cell, nên có ít không gian hơn cho các electron chuyển động. Dẫn đến hiệu suất tạo ra điện không cao.

Tấm pin đa tinh thể (Polycrystaline)

3. Thin film

Các tế bào năng lượng mặt trời có các lớp hấp thụ ánh sáng nhỏ hơn khoảng 350 lần so với tấm silicon tiêu chuẩn. Do thiết kế hẹp và chất bán dẫn hiệu quả được tích hợp trong các tế bào của chúng, pin mặt trời màng mỏng là loại pin PV nhẹ nhất cho đến thời điểm hiện tại. Hiệu suất của các tấm màng mỏng chưa được cao, nhưng chi phí lắp đặt tấm pin loại này sẽ giảm vì thi công dễ dàng và thuận tiện, đòi hỏi ít nhân công lao động hơn.
   Các tấm pin mặt trời màng mỏng được sản xuất bằng bốn công nghệ sau:
   -  Cadmium Telluride (CdTe)
   -  Silicon vô định hình (a-Si)
   -  Đồng Indium Gali Selenide (CIGS)
   -  Gali Arsenide (GaAs)
các công bằng các tế bào năng lượng mặt trời có các lớp hấp thụ ánh sáng nhỏ hơn khoảng 350 lần so với tấm silicon tiêu chuẩn. Do thiết kế hẹp và chất bán dẫn hiệu quả được tích hợp trong các tế bào của chúng, pin mặt trời màng mỏng là loại pin PV nhẹ nhất cho đến thời điểm hiện tại. Hiệu suất của các tấm màng mỏng chưa được cao, nhưng chi phí lắp đặt tấm pin loại này sẽ giảm vì thi công dễ dàng và thuận tiện, đòi hỏi ít nhân công lao động hơn.

Tấm pin màng mỏng (Thin film)

Hiện tại, tấm pin màng mỏng chỉ được một số hãng sản xuất tấm pin mặt trời sản xuất và phát triển như: First Solar, SoloPower, Sharp, Solar Frontier...

4. Pin mặt trời đa điểm nối (Multi Junction)
        Pin mặt trời đa điểm tiếp giáp có khả năng hấp thụ các bước sóng khác nhau của ánh sáng mặt trời tới bằng cách sử dụng các lớp khác nhau, giúp chúng chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành điện năng hiệu quả hơn so với pin mặt trời đơn điểm. Mặc dù chúng có tiềm năng hiệu quả hơn nhiều lần so với pin mặt trời truyền thống, nhưng chi phí sản xuất cao, hiện vẫn đang tiếp tục nghiên cứu và phát triển.