Cấu tạo và nguyên lý của tấm pin điện mặt trời

Cấu tạo của pin năng lượng mặt trời

Tổng quan về tấm pin mặt trời

Tấm pin mặt trời (Solar Panel) là thiết bị có vai trò trung tâm trong bất kỳ hệ thống điện mặt trời nào, nơi đầu tiên tiếp nhận ánh sáng mặt trời và thực hiện chức năng chuyển đổi năng lượng ánh sáng thành điện năng.

Tấm pin mặt trời mái nhà

Xem chi tiết: Pin năng lượng mặt trời là gì?

Vai trò chính của tấm pin trong hệ thống điện mặt trời:

- Thu nhận ánh sáng mặt trời: Bề mặt tấm pin là nơi tiếp xúc trực tiếp với ánh sáng mặt trời.
- Quyết định hiệu suất toàn hệ thống: Nếu tấm pin có chất lượng thấp hoặc lắp đặt sai hướng, toàn bộ hệ thống sẽ hoạt động kém hiệu quả dù các thiết bị khác như inverter hay pin lưu trữ vẫn tốt.
- Ảnh hưởng đến thời gian hoàn vốn: Một tấm pin có tuổi thọ cao, hiệu suất ổn định sẽ giúp sinh ra nhiều điện hơn, từ đó tiết kiệm chi phí điện và rút ngắn thời gian hoàn vốn.
- Góp phần bảo vệ môi trường: Việc sử dụng tấm pin năng lượng mặt trời giúp khai thác nguồn năng lượng sạch, giảm phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch, góp phần bảo vệ môi trường sống.

Các loại pin năng lượng mặt trời phổ biến hiện nay:

- Monocrystalline (Pin Mono đơn thể): Hiệu suất cao, giá thành cao.
- Polycrystalline (Pin mặt trời Poly đa tinh thể): Hiệu suất tốt, giá hợp lý.
- Thin-film (Màng mỏng): Linh hoạt, giá rẻ nhưng hiệu suất thấp hơn.

Các loại pin năng lượng mặt trời phổ biến

Các lớp cấu tạo chính của tấm pin mặt trời

Cấu tạo của tấm pin mặt trời

Dưới đây là cấu tạo của tấm pin mặt trời chi tiết:

Lớp kính cường lực (Tempered Glass) - Bảo vệ & truyền sáng

Đây là lớp ngoài cùng, có độ dày khoảng 3-4mm, được thiết kế để chống va đập, chịu nhiệt và chịu lực tốt. Lớp kính này có vai trò bảo vệ các tế bào quang điện bên trong khỏi tác động từ môi trường như mưa đá, gió mạnh, bụi bẩn và các vật thể rơi vào. Đồng thời, nó vẫn đảm bảo khả năng truyền ánh sáng tốt để tối ưu hiệu suất thu năng lượng.

Lớp chống phản xạ (AR Coating) - Giúp tăng khả năng hấp thụ ánh sáng

Đây là lớp phủ siêu mỏng được áp dụng trên bề mặt tế bào quang điện, nằm dưới lớp kính cường lực. Chức năng chính của lớp chống phản xạ là giảm thiểu hiện tượng phản xạ ánh sáng mặt trời, giúp tối đa hóa lượng photon đi vào bên trong tế bào quang điện. Nhờ đó, tấm pin có thể hấp thụ nhiều ánh sáng hơn, nhờ đó tăng cường hiệu của của kính.

Lớp EVA (Ethylene Vinyl Acetate) - Cố định & bảo vệ tế bào quang điện

EVA là lớp keo dán đặc biệt nằm giữa kính và tế bào quang điện. Lớp này có tính đàn hồi, chịu nhiệt và bám dính cao. Chức năng chính của EVA là giữ cố định các tế bào quang điện và cách ly chúng khỏi độ ẩm hoặc các chấn động cơ học. Nếu lớp EVA không đạt chất lượng, tấm pin dễ bị bong, thấm nước và giảm tuổi thọ.

Tế bào quang điện (Solar Cells) - Chuyển ánh sáng thành điện

Đây là thành phần quan trọng nhất trong cấu tạo tấm pin năng lượng mặt trời. Các tế bào quang điện, thường làm từ silicon tinh thể, là nơi tiếp nhận ánh sáng mặt trời và chuyển hóa thành dòng điện một chiều (DC). Hiệu suất của pin mặt trời phụ thuộc rất lớn vào chất lượng và công nghệ chế tạo lớp này.

Lớp nền (Backsheet) - Cách điện, chống ẩm, tia UV

Lớp nền thường làm từ PET (polyester) hoặc TPT (thin-film polyester) có khả năng cách điện và chống tia UV. Nó nằm phía sau cùng của tấm pin, có nhiệm vụ bảo vệ mặt sau của tế bào quang điện khỏi độ ẩm, nấm mốc và tác động cơ học. Một lớp backsheet tốt sẽ giúp hệ thống hoạt động ổn định và an toàn lâu dài.

Khung nhôm (Aluminum Frame) - Bảo vệ, định hình & tản nhiệt

Bao quanh toàn bộ tấm pin là khung nhôm định hình, vừa nhẹ, vừa chắc chắn. Khung nhôm giúp gia cố tấm pin, tạo điểm gắn kết với khung giàn và hỗ trợ cố định tấm pin trên mái nhà. Ngoài ra, nó còn giúp tản nhiệt và bảo vệ các lớp bên trong khỏi bị cong vênh.

Hộp nối (Junction Box) - Kết nối điện, chứa diode bảo vệ

Nằm phía sau tấm pin, hộp nối chứa các diode bypass giúp điều hướng dòng điện và ngăn dòng điện ngược vào ban đêm. Nó là điểm kết nối giữa tấm pin và toàn bộ hệ thống điện mặt trời. Hộp nối cần đạt chuẩn chống nước và chịu nhiệt cao để đảm bảo an toàn điện trong suốt quá trình vận hành.

Nguyên lý hoạt động của pin năng lượng mặt trời

Cơ chế chuyển đổi quang điện

Quá trình tạo ra điện từ ánh sáng mặt trời trong pin năng lượng mặt trời gọi là hiệu ứng quang điện. Khi ánh sáng mặt trời chiếu vào tế bào quang điện sẽ xuyên qua lớp kính và được tế bào quang điện bằng silicon hấp thụ.

Tại đây, nếu photon có đủ năng lượng, nó sẽ kích thích electron trong nguyên tử của chất bán dẫn, khiến electron thoát khỏi liên kết và trở thành electron tự do. Nhờ cấu trúc đặc biệt của tế bào quang điện gồm hai lớp bán dẫn: lớp N (dư electron) và lớp P (thiếu electron), một điện trường nội tại được hình thành giữa hai lớp này.

Điện trường này khiến các electron tự do chỉ có thể di chuyển theo một chiều - tạo thành dòng điện một chiều (DC). Đây chính là dòng điện đầu tiên được sinh ra từ ánh sáng mặt trời.

Nguyên lý hoạt động của pin năng lượng mặt trời

Tích trữ và sử dụng điện năng

Dòng điện một chiều (DC) sau khi được sinh ra sẽ chạy qua các dây dẫn trong tấm pin, đi đến hệ thống điều khiển trung tâm. Tùy vào thiết kế hệ thống, dòng điện DC có thể được:

- Sử dụng trực tiếp cho các thiết bị DC.
- Lưu trữ trong pin (trong hệ thống Hybrid có pin lưu trữ).
- Chuyển đổi sang dòng điện xoay chiều (AC) bằng bộ inverter để phù hợp với hầu hết thiết bị gia dụng và hòa lưới quốc gia.

Với hệ thống hòa lưới bám tải (On-grid), dòng điện AC được dùng trong gia đình và phần dư có thể hòa vào lưới điện. Trong hệ thống hybrid, điện được ưu tiên dùng từ pin, phần thiếu mới lấy từ lưới - giúp tối ưu hóa tiết kiệm điện và đảm bảo cung cấp điện liên tục ngay cả khi mất điện.

Pin năng lượng mặt trời là nơi khởi nguồn cho toàn bộ quá trình chuyển hóa ánh sáng thành điện năng. Việc hiểu rõ cấu tạo và nguyên lý hoạt động của tấm pin không chỉ giúp bạn chọn đúng sản phẩm phù hợp, mà còn tối ưu hiệu suất và tuổi thọ hệ thống. Nếu bạn đang cân nhắc đầu tư, hãy để CoCo Solar đồng hành cùng bạn trên hành trình sử dụng năng lượng sạch hiệu quả và bền vững.