tế bào pin quang điện là gì

Pin mặt trời là gì?

Pin mặt trời là gì?

Các tế bào năng lượng mặt trời, còn được các nhà khoa học gọi là tế bào quang điện (PV), chuyển đổi ánh sáng mặt trời trực tiếp thành điện năng. PV lấy tên từ quá trình chuyển đổi ánh sáng (photon) thành điện năng (điện áp), được gọi là hiệu ứng PV.

Hiệu ứng PV được phát hiện vào năm 1954, khi các nhà khoa học tại Bell Phone phát hiện ra rằng silicon (một nguyên tố được tìm thấy trong cát) đã tạo ra một điện tích khi tiếp xúc với ánh sáng mặt trời. Chẳng mấy chốc, pin mặt trời đã được sử dụng để cung cấp năng lượng cho các vệ tinh không gian và các vật dụng nhỏ hơn như máy tính và đồng hồ.

Tế bào quang điện
Tế bào quang điện

Công nghệ năng lượng mặt trời thường được sử dụng trên một bảng điều khiển (do các tấm pin mặt trời). Các tế bào PV thường được tìm thấy kết nối với nhau và được gắn trên một khung gọi là mô-đun. Nhiều mô-đun có thể được nối với nhau để tạo thành một mảng, có thể được thu nhỏ lên hoặc xuống để tạo ra lượng điện năng cần thiết.

Vật liệu làm PV (photovoltaics)

Các tế bào PV có thể được làm từ các vật liệu bán dẫn khác nhau. Khi tia mặt trời tiếp xúc vào chất bán dẫn trong tế bào PV, các electron được giải phóng và tạo thành một dòng điện. Vật liệu được sử dụng phổ biến nhất hiện nay là silicon nhưng các vật liệu khác, như những vật liệu được liệt kê dưới đây. Đang được thử nghiệm và sử dụng để tăng hiệu quả chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành điện năng .

  • Silic đơn tinh thể
  • Silic đa tinh thể
  • Silicon vô định hình
  • Cadmium Telluride (CdTe)
  • Đồng Indium Gallium Selenide (CIGS)

Gần 90% công nghệ PV của thế giới, ngày nay, dựa trên một số biến thể của silicon. Trong năm 2011, khoảng 95% tất cả các lô hàng của các nhà sản xuất Hoa Kỳ đến khu vực dân cư là các tấm pin mặt trời tinh thể silicon.

Sự khác biệt chính giữa các công nghệ là vật liệu được sử dụng để tạo ra điện từ ánh sáng mặt trời. Mỗi loại vật liệu có các thuộc tính khác nhau, dẫn đến các ứng dụng và hiệu quả khác nhau. Nhìn chung, hiệu quả của các công nghệ điện mặt trời rất khác nhau, dao động từ 6-18% vào lúc này.

Làm thế nào tấm pin mặt trời hoạt động

Quang điện mặt trời là một công nghệ mới sản xuất điện từ ánh sáng mặt trời mà không cần các bộ phận chuyển động.

Trong một tế bào quang điện, ánh sáng mặt trời tách các electron khỏi các nguyên tử silicon chủ của chúng. Các gói năng lượng ánh sáng nhỏ gọi là photon được các electron bắt giữ; và truyền đủ năng lượng để đá electron khỏi nguyên tử chủ của nó.

Gần bề mặt trên của tế bào là một màng tế bào một chiều, được gọi là đường nối pn. Điểm nối pn được hình thành bằng cách khuếch tán một lượng nhỏ phốt pho đến độ sâu khoảng một micromet vào một wafer silicon mỏng.

tế bào quang điện hoạt động như thế nào
Hoạt động cảu tế bào quang điện

Khi một electron tự do đi qua tiếp giáp pn, nó không thể dễ dàng quay trở lại; khiến điện áp âm xuất hiện trên bề mặt đối diện với mặt trời (và điện áp dương ở bề mặt phía sau). Các bề mặt phía trước và phía sau có thể được kết nối với nhau thông qua một mạch bên ngoài để trích xuất dòng điện, điện áp và năng lượng từ pin mặt trời.

Tuổi thọ của tấm pin năng lượng mặt trời

Pin mặt trời được đóng gói phía sau kính để tạo thành các mô-đun quang điện, thường có tuổi thọ sử dụng điển hình từ 20 đến 40 năm. Trong nhiều trường hợp, các mô-đun quang điện gắn trên mái nhà có thể sản xuất nhiều điện như tòa nhà tiêu thụ.

Một mô-đun điển hình sẽ tạo ra khoảng 200 kilowatt giờ (AC) mỗi mét vuông mỗi năm. Do đó, một khu vực thu gom 25-50m 2 là cần thiết để cung cấp năng lượng cho một ngôi nhà để tiết kiệm năng lượng hợp lý. Cũng có một số hộ gia đình kết nối hệ thốn lưới điện quốc gia có thể nhượng lại số điện mà mình sử dụng còn dư. Hoặc họ có thể sử dụng điện từ tấm pin vào ban ngày và ban đêm sử dụng điện trong hệ thống lưới của công ty điện.

Đối với việc sử dụng pin năng lượng mặt trời sẽ giảm thiểu được lượng khí thải nhà kính hàng năm; khoản 0,2kg carbon dioxide mỗi km và tương đương sử dụng xe đi 10.000km mỗi năm.