Cách hoạt động của các tấm pin mặt trời

Thiết kế của pin năng lượng mặt trời và nguyên lý hoạt động của nó phụ thuộc vào vật liệu và công nghệ nó được làm bằng gì. Do đó, bạn cần hiểu rõ tính năng của các phương án chính để có thể hiểu được sự khác biệt của chúng là gì và lựa chọn giải pháp sử dụng phù hợp. Tất cả dữ liệu có liên quan đến các sản phẩm chất lượng cao, pin giá rẻ có thể không đáp ứng các thông số đã công bố, vì chúng thường được sản xuất vi phạm công nghệ.

Tiêu chuẩn thiết kế mảng năng lượng mặt trời cứng nhắc.

Thuật ngữ

Các thuật ngữ chính được sử dụng trong lĩnh vực này:

1. Năng lượng mặt trời là điện năng thu được từ mặt trời khi sử dụng các tấm pin.
2. Sự cách ly của mặt trời - cho biết có bao nhiêu ánh sáng mặt trời chiếu xuống một mét vuông bề mặt nằm vuông góc với các tia sáng.
3. Tế bào quang điện là mô-đun có khả năng chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành năng lượng điện. Thông thường chúng tạo ra năng lượng từ 1 đến 2 watt, nhưng cũng có nhiều lựa chọn năng suất hơn.
4. Hệ thống quang điện là một bộ thiết bị biến đổi ánh sáng mặt trời thành điện năng.
5. Các tấm pin hay tấm pin mặt trời là một nhóm các tế bào quang điện được nhóm lại thành một mô-đun lớn và được kết nối theo kiểu nối tiếp hoặc song song. Thông thường, một pin bao gồm từ 36 đến 40 phân đoạn.
6. Một mảng là một loạt các tấm pin mặt trời được kết nối với nhau để cung cấp lượng dòng điện mong muốn.
7. Mô-đun khung - cấu trúc trong một khung nhôm, bền và kín.
8. Các phần tử không khung là lựa chọn linh hoạt, chúng được sử dụng trong điều kiện tải trọng thấp hơn.
9. Kilowatt giờ (kW) là một phép đo tiêu chuẩn của công suất điện.
10. Hiệu quả (hiệu quả) - tấm pin mặt trời. Cho biết bao nhiêu năng lượng mặt trời chiếu vào bề mặt được chuyển đổi thành điện năng. Thông thường chỉ số này là 15-24%.
11. Suy thoái là sự suy giảm công suất của các tấm pin mặt trời xảy ra do các nguyên nhân tự nhiên. Nó được đo dưới dạng phần trăm của các chỉ số ban đầu.
12. Phụ tải cao điểm là thời điểm cần lượng điện lớn nhất.
13. Silicon tinh thể là nguyên liệu thô để sản xuất các tấm pin mặt trời. Lựa chọn phổ biến và lâu bền nhất cho ngày hôm nay.
14. Silicon vô định hình là một chế phẩm lắng đọng trên bề mặt do bay hơi và được bao phủ bởi một chế phẩm bảo vệ.
15. Chất bán dẫn là chất có thể dẫn dòng điện trong những điều kiện nhất định. Điều này bao gồm hầu hết các vật liệu mới được sử dụng trong sản xuất các tấm pin mặt trời.
16. Biến tần là thiết bị biến đổi dòng điện một chiều thành dòng điện xoay chiều.
17. Bộ điều khiển - điều chỉnh điện áp đầu ra từ các mô-đun năng lượng mặt trời để sạc pin đúng cách.

Bản đồ về sự cách ly trên lãnh thổ của Nga.

Đây chỉ là những điều khoản phổ biến nhất, có những tùy chọn bổ sung. Nhưng ngay cả khi biết những điều cơ bản sẽ giúp bạn hiểu chủ đề tốt hơn nhiều.

Danh mục chất lượng

Để đánh giá chất lượng của tấm pin mặt trời, trước hết cần phải tìm ra loại nguyên liệu thô được sử dụng để sản xuất tế bào quang điện. Hiệu quả và tuổi thọ của thành phẩm phụ thuộc vào điều này. 4 lớp chính:

1. Điểm A - lựa chọn tốt nhất, trong đó không có bất kỳ thiệt hại và vết nứt nào. Độ đồng đều của chất trám và độ nhẵn của bề mặt đảm bảo hiệu suất cao, thường thậm chí cao hơn so với quy định trong tài liệu. Ngoài ra, tùy chọn này có tỷ lệ xuống cấp thấp nhất và giữ được hiệu suất tốt trong thời gian dài.
2. Lớp B chất lượng kém hơn một chút, có thể có khuyết tật trên bề mặt. Nhưng đồng thời, thông thường, việc sử dụng có thể tạo ra các sản phẩm có hiệu suất tương đương với loại A. Các chỉ số suy thoái có thứ tự mức độ kém hơn, do đó, chúng mất đi các đặc tính ban đầu nhanh hơn.
3. Hạng C - một lựa chọn trong đó có thể có các khuyết tật khá nghiêm trọng - từ các vết nứt đến các phoi và các hư hỏng khác. Với mức giá, các mô-đun như vậy rẻ hơn nhiều, nhưng hiệu quả của chúng không vượt quá 15%. Một giải pháp rẻ tiền phù hợp với tải trọng nhỏ.
4. Hạng D - về bản chất, đây là chất thải còn lại sau quá trình sản xuất tế bào quang điện, không nên dùng để chế tạo pin. Nhưng nhiều nhà sản xuất không trung thực, đặc biệt là từ châu Á, sử dụng chúng trong sản xuất. Hiệu suất của tùy chọn này là rất thấp.

Tốt hơn là chọn tùy chọn đầu tiên, trong trường hợp cực đoan, tùy chọn thứ hai cũng phù hợp.Chỉ chúng mới có thể cung cấp hiệu quả bình thường và sẽ phục vụ lâu dài.

Màng bảo vệ trên tấm pin mặt trời cũng phải có chất lượng cao.

Vật liệu cán EVA là một loại màng đặc biệt nằm ở mặt trước và có thể được sử dụng ở mặt khác. Mục đích chính là bảo vệ các phần tử làm việc khỏi các tác động xấu mà không bị ánh sáng mặt trời can thiệp. Những lựa chọn chất lượng cao có tuổi thọ khoảng 25 năm, những lựa chọn chất lượng thấp - từ 5 đến 10. Không thể xác định được giống bằng mắt thường, vì vậy sẽ dễ dàng hơn khi tính giá cả - đối với những lựa chọn tốt, giá sẽ không thấp.

Ví dụ, trong video, họ hiểu rõ ràng làm thế nào một dòng điện phát sinh dưới tác động của ánh sáng mặt trời.

Nguyên lý hoạt động

Khá khó để giải thích các tính năng của pin năng lượng mặt trời, nhưng bạn có thể hiểu những điểm chung:

1. Khi ánh sáng mặt trời chiếu vào tế bào quang điện, sự hình thành các cặp electron-lỗ trống không cân bằng bắt đầu ở đó.
2. Do sự dư thừa của các electron, chúng bắt đầu di chuyển xuống lớp dưới của chất bán dẫn.
3. Hiệu điện thế đặt vào mạch ngoài. Cực dương xuất hiện ở chỗ tiếp xúc của lớp p và cực âm xuất hiện ở chỗ tiếp xúc của lớp n.
4. Nếu một pin được kết nối với các tế bào quang điện, thì một vòng tròn luẩn quẩn sẽ thu được và các electron chuyển động liên tục cung cấp điện tích dần dần cho pin.
5. Mô-đun silicon thông thường là các tế bào tiếp giáp đơn chỉ có thể tạo ra năng lượng từ một quang phổ nhất định của ánh sáng mặt trời. Chính vì điều này mà hiệu quả của thiết bị thấp.
6. Để giải quyết vấn đề, các nhà sản xuất đã phát triển các phương án phân tầng, họ có thể lấy năng lượng từ các tia khác nhau của quang phổ mặt trời.Điều này làm tăng hiệu quả, nhưng do chi phí sản xuất cao, giá của các tấm như vậy cao hơn nhiều.
7. Năng lượng không được chuyển hóa thành điện năng sẽ chuyển thành nhiệt năng nên trong quá trình hoạt động các tấm pin mặt trời sẽ nóng lên đến 55 độ, còn pin bán dẫn thì lên đến 180. Hơn nữa, khi pin mặt trời nóng lên thì hiệu suất của pin mặt trời càng giảm.

Sơ đồ đơn giản nhất của pin năng lượng mặt trời.

Nhân tiện! Các tấm pin mặt trời hoạt động hiệu quả nhất vào những ngày mùa đông rõ ràng, khi có đủ ánh sáng và nhiệt độ thấp làm nguội bề mặt.

Chúng được làm từ gì

Để nghiên cứu thiết bị pin năng lượng mặt trời, bạn cần phải hiểu các giống chính, vì công nghệ sản xuất có sự khác biệt đáng kể tùy thuộc vào nguyên liệu được sử dụng:

1. Pin CdTe. Cadmium Telluride được sử dụng trong sản xuất mô-đun phim. Một lớp vài trăm micromet là đủ để đạt được hiệu suất theo thứ tự 11% hoặc cao hơn một chút. Đây là một con số thực sự thấp, nhưng nếu xét về công suất 1 watt, chi phí điện rẻ hơn ít nhất 30% so với các lựa chọn silicon truyền thống. Mặc dù thực tế là giống này mỏng hơn và nhẹ hơn nhiều.
2. Loại CIGS. Viết tắt có nghĩa là thành phần bao gồm đồng, indium, gallium và selen. Hóa ra là một chất bán dẫn, cũng được áp dụng trong một lớp nhỏ, nhưng không giống như lựa chọn đầu tiên, hiệu suất ở đây cao hơn một bậc và lên tới 15%.
3. Các loại GaAs và InP phân biệt khả năng áp dụng một lớp mỏng 5-6 micron, trong khi hiệu suất sẽ đạt khoảng 20%. Đây là một từ mới trong công nghệ khai thác điện từ ánh sáng mặt trời.Do nhiệt độ hoạt động cao, pin có thể trở nên rất nóng mà không làm giảm hiệu suất. Nhưng do nguyên liệu đất hiếm được sử dụng trong sản xuất nên giá thành của loại này cao.
4. Pin chấm lượng tử (QDSC). Họ sử dụng các chấm lượng tử như một vật liệu hấp thụ để chuyển đổi năng lượng mặt trời thay vì các vật liệu rời truyền thống. Do các tính năng của điều chỉnh độ rộng vùng cấm, có thể chế tạo các mô-đun đa điểm nối hấp thụ năng lượng mặt trời hiệu quả hơn.
5. Silicon vô định hình được áp dụng bằng cách bay hơi và có cấu trúc không đồng nhất. Nó không có hiệu suất cao, nhưng một bề mặt đồng nhất hấp thụ ánh sáng tán xạ thậm chí rất tốt.
6. Đa tinh thể các biến thể được tạo ra bằng cách nấu chảy silicon và làm lạnh nó trong những điều kiện nhất định để tạo ra các tinh thể một chiều. Một trong những giải pháp phổ biến nhất do chi phí sản xuất thấp và các chỉ số hiệu quả tốt.
7. Đơn tinh thể nguyên tố bao gồm các tinh thể rắn được cắt thành các bản mỏng và pha tạp với phốt pho. Giải pháp bền nhất với tỷ lệ xuống cấp thấp và tuổi thọ ít nhất là 30 năm, nhưng thường lâu hơn 10-15 năm.

Pin làm bằng cadmium telluride là một trong những loại pin có lợi nhuận cao nhất về chi phí cho mỗi kilowatt điện.

Nhân tiện! Hiệu quả của phương án này hay phương án khác phụ thuộc vào công nghệ sản xuất nên cần phải làm rõ.

Đọc thêm

Các loại và phương pháp lắp đặt tấm pin mặt trời

 

Ưu và nhược điểm của tấm pin mặt trời

Mỗi loại có những đặc điểm riêng cần được cân nhắc khi lựa chọn để quyết định loại nào phù hợp nhất:

1. Các tấm đơn tinh thể có hiệu quả cao nhất và do đó, diện tích bố trí các mô-đun được tiết kiệm. Chúng tồn tại ít nhất 25 năm và từ từ mất điện. Đồng thời, bề mặt rất nhạy cảm với bụi bẩn, phải thường xuyên rửa sạch. Và giá là cao nhất trong tất cả các lựa chọn làm từ silicon.
2. Các tùy chọn đa tinh thể không hấp thụ hiệu quả tia nắng mặt trời, nhưng hoạt động tốt hơn trong ánh sáng khuếch tán. Xét về tỷ lệ giá cả chất lượng, chúng có lợi hơn nhưng lại chiếm nhiều không gian hơn do hiệu quả thấp hơn.
3. Pin silicon vô định hình có thể được đặt ở bất cứ đâu, kể cả trên tường của các tòa nhà, vì chúng hấp thụ tốt ánh sáng tán xạ. Với hiệu suất thấp, chúng có giá thành rẻ, vì vậy chúng có thể được sử dụng như một lựa chọn kinh tế. Đồng thời, chúng phục vụ trong thời gian dài và không sợ bị nhiễm bẩn bề mặt.
4. Các lựa chọn đất hiếm có những ưu điểm và nhược điểm tương tự nhau, vì vậy bạn có thể xem xét chúng cùng nhau. Về mặt hiệu quả, chúng vượt trội hơn so với các tấm cổ điển, chúng có thể được dán lên phim, rất tiện lợi. Chúng có dải nhiệt độ lớn hơn nên việc sưởi ấm không ảnh hưởng đến hiệu quả công việc. Nhưng do giá cao và sự quý hiếm của kim loại, những lựa chọn như vậy không được sử dụng rộng rãi.

Tùy chọn gắn trên tường giúp đơn giản hóa công việc lắp đặt.

Chúng được sử dụng ở đâu

Tất cả các phương án được cân nhắc có thể được lắp đặt trong khu vực tư nhân để nhận điện từ mặt trời và tiết kiệm tài nguyên năng lượng hoặc thậm chí đạt được quyền tự chủ hoàn toàn. Đối với việc sử dụng, bạn cần xem xét một số khuyến nghị đơn giản:

1. Các tùy chọn đơn tinh thể và đa tinh thể tốt nhất nên đặt trên mái nhà hoặc trên mặt đất, trước đó đã xây dựng khung ở góc mong muốn.Điều mong muốn là góc nghiêng được điều chỉnh để bạn có thể thích nghi với ánh nắng mặt trời.
2. Mô-đun phim có thể được đặt ở bất cứ đâu, cả trên tường và trên mái nhà. Chúng hoạt động tốt ngay cả khi các tia không chạm vào bề mặt ở một góc vuông, điều này rất quan trọng.
3. Ở quy mô công nghiệp, pin phim cũng được ưa chuộng vì rẻ hơn và dễ lắp đặt hơn.

Các tùy chọn phim dễ cài đặt hơn với khối lượng công việc lớn.

Có một số loại pin mặt trời, nhưng khoảng 90% thị trường là các mẫu silicon truyền thống do giá rẻ và hiệu suất tốt. Bạn có thể chọn một trong các giải pháp bán dẫn, nhưng sau đó bạn sẽ phải bỏ ra số tiền gấp rưỡi đến hai lần.