Pin năng lượng mặt trời hoạt động như thế nào?

Nói về pin năng lượng mặt trời chắc hẳn trong chúng ta nhiều người còn chưa biết khái niệm về nó là gì, cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của nó ra sao mặc dù chúng ta đều biết năng lượng mặt trời là nguồn năng lượng vô tận, hoàn toàn miễn phí mà không ảnh hưởng môi trường. Nếu tận dụng được nguồn năng lượng này thì nơi ứng dụng nhiều nhất chính là các vùng sâu vùng xa, núi cao, ngoài đảo xa, ngoài ra nguồn năng lượng này còn phục vụ các hoạt động trên không gian, như các thiết bị vệ tinh quay xung quanh quỹ đạo trái đất, hay máy tính cầm tay, các máy điện thoại cầm tay từ xa, rồi cả thiết bị bơm nước ,… mà đường điện lưới không thể kéo tới được.

Vậy cấu tạo và nguyên lý hoạt động của pin năng lượng mặt trời là như thế nào chúng ta sẽ cùng nhau tìm hiểu.

Cấu tạo pin năng lượng mặt trời

Pin năng lượng mặt trời còn được gọi với tên gọi khác là pin quang điện hay tế bào quang điện. Pin năng lượng mặt trời tạo ra năng lượng điện (điện năng) được chuyển hóa từ năng lượng ánh sáng mặt trời (quang năng) dựa trên hiệu ứng quang điện. Hiệu ứng quang điện là khi được ánh sáng chiếu vào của vật chất thì sẽ có khả năng phát ra các điện tử (electron).

Các tế bào quang điện mặt trời là các thiết bị bán dẫn được làm từ các tấm silicon có độ tinh khiết cao kết hợp với một số hoạt chất đặc biệt tạo thành cấu trúc mạng chứa nhiều electron.

Silicon được coi là chất bán dẫn là cũng vật liệu trung gian giữa chất dẫn điện và chất cách điện. Đây là một trong những thành phần rất quan trọng trong cấu tạo của pin năng lượng mặt trời.

Silicon có cấu trúc tinh thể rất phù hợp cho việc tạo ra chất bán dẫn mặc dù nó có mức dẫn điện hạn chế, bởi lớp vỏ bên ngoài một nguyên tử silicon chỉ có một nửa số electron cần thiết , trong khi đó nguyên tử silicon lại cần 4 electron để trung hòa điện tích. Vì thế nó sẽ phải bám chặt với các nguyên tử khác để tìm cách trung hòa điện tích.

Kết hợp chất bán dẫn silicon tiếp xúc với năng lượng thì sẽ cùng nhau tạo ra điện trường. Khi điện trường được tạo ra thì chúng ta phải thu thập  chúng lại và chuyển nó thành dòng điện để sử dụng. Lúc này dòng điện đang là dòng điện một chiều nên sẽ phải dùng một bộ biến tần để gắn với các tế bào năng lượng mặt trời thì mới chuyển hóa dòng điện một chiều thành dòng điện xoay chiều. Và dòng điện chúng ta đang sử dụng hằng ngày chính là dòng điện xoay chiều.

» Xem thêm: Năng lượng mặt trời là gì ? Vai trò của năng lượng mặt trời trong chiếu sáng

Nguyên lý hoạt động của pin năng lượng mặt trời

– Nguyên lý hoạt động của pin mặt trời dựa trên hiệu ứng quang điện của các hạt photon trong ánh sáng mặt trời va chạm với nguyên tử silicon thì những hạt photon này truyền năng lượng của chúng tới các electron rời rạc, kích thích làm cho các electron này giải phóng khỏi các nguyên tử ban đầu, đồng thời ở nguyên tử xuất hiện “lỗ hổng” do thiếu electron.

– Các electron  rải rác được giải phóng sẽ cần phải dồn lại với nhau để tạo thành một dòng điện. Vì nếu không dồn chúng lại với nhau thì sẽ mất cân bằng điện trong pin năng lượng mặt trời. Việc dồn các electron lại với nhau giống như việc xây một con dốc để các electron chảy theo cùng một hướng.

– Sự mất cân bằng trong pin năng lượng mặt trời có thể được tạo ra bởi tổ chức bên trong của silicon. Mặc dù trong cấu trúc của nguyên tử silicon được ràng buộc chặt chẽ với nhau do nó được ép một số lượng nhỏ các nguyên tố khác vào cấu trúc này. Vì vậy sẽ có hai loại silicon được tạo ra khác nhau đó là loại P và loại N. Chất bán dẫn loại p (bán dẫn dương) có tạp chất là các nguyên tố thuộc nhóm III, dẫn điện chủ yếu bằng các lỗ trống. Chất bán dẫn loại n (bán dẫn âm) có nhiều tạp chất  chính là các nguyên tố thuộc nhóm V, các nguyên tử này dùng 4 electron tạo liên kết và một electron lớp ngoài liên kết lỏng lẻo với nhân, đây chính là các electron dẫn chính. Khi hai bán dẫn n và p này được đặt cạnh nhau trong một pin năng lượng mặt trời electron dẫn chính của loại n sẽ nhảy qua để lấp đầy những khoảng trống của loại p, tức là silicon loại n tích điện dương và silicon loại p được tích điện âm sẽ tạo ra một điện trường trên pin năng lượng mặt trời. Vì silicon là một chất bán dẫn nên có thể hoạt động như một chất cách điện và duy trì sự mất cân bằng này.

– Với nguyên lý pin mặt trời này thì các tinh thể silicon được ép thành các lớp loại n và loại p, xếp chồng lên nhau. Ánh sáng chiếu vào các tinh thể tạo ra hiệu ứng quang điện trong, tạo ra điện. Điện được sản xuất từ tấm pin được gọi là dòng điện trực tiếp (DC) và có thể được sử dụng ngay lập tức hoặc được lưu trữ trong pin để chuyển hóa thành dòng điện xoay chiều AC sử dụng cho các thiết bị.

Nhìn chung, năng lựơng từ mặt trời là nguồn năng lượng sạch, vô tận và đang được xem là nguồn năng lượng thay thế đầy hứa hẹn trong nhiều thế tới, bù đắp cho các loại khoáng sản đã bị khai thác cạn kiệt. Tuy vẫn còn hạn chế nằm ở các vật liệu sản xuất pin và phụ thuộc khá nhiều vào thời tiết nhưng những tấm pin năng lượng mặt trời thật sự là một phát kiến vĩ đại của trong tiến trình phát triển của lịch sử nhân loại. Chúng ta hoàn toàn có thể hy vọng vào việc khắc phục triệt để những điểm chưa hoàn thiện của loại pin này và hướng tới một tương lai năng lượng hoàn toàn mới.

» Nguồn: PhilipsVietnam

Tia UV là gì ? Tác hại và lợi ích của tia UV – Vậy đèn led có tia UV không

Độ chói là gì? Tính chất và ứng dụng trong chiếu sáng