Tấm pin năng lượng mặt trời chính là cốt lõi của mọi hệ thống điện mặt trời. Hầu hết mọi tấm pin mặt trời đều có thể sử dụng trong cả hệ thống độc lập và hệ thống nối với điện lưới. Trải qua lịch sử phát triển hơn 100 năm, ngày nay công nghệ phát triển tấm pin năng lượng mặt trời đã đạt được nhiều thành tựu nhất định và góp phần rất lớn vào việc bổ sung nguồn năng lượng vô tận cho nhân loại.
Tấm pin năng lượng mặt trời là gì?
Tấm pin năng lượng mặt trời (Còn gọi là Panel điện mặt trời) là sản phẩm công nghệ được sử dụng để chuyển đổi quang năng thành điện năng. Năng lượng mặt trời càng mạnh, công suất nhận được càng cao. Các tấm pin năng lượng mặt trời được hình thành bằng cách mắc nối tiếp nhiều thành phần nhỏ gọi là solar cell thành một tấm lớn gọi là solar module.
Tấm pin được bao gồm nhiều “cell” (thường có hình vuông) chế tạo từ silic (cát) và kết nối với nhau để tạo ra điện áp và dòng điện. Qua quá trình sơ chế, cell tấm pin trở thành vật liệu bán dẫn: Vừa có tính chất dẫn điện lại vừa có tính chất cách điện. Tuy nhiên vật liệu chế tạo nên cell là Silic lại mang tính chất cách điện. Do đó bạn cần pha thêm một số chất khác ( Bo và Photpho ) để các “Electron” có thể di chuyển trên Cell.
Bề mặt Cell (tế bào còn gọi là pin) mà ánh sáng mặt trời chiếu vào được pha thêm Photpho (P) được gọi là lớp bán dẫn loại N. Mặt còn lại của Cell được pha thêm Bo (B) được gọi là lớp bán dẫn loại P.
Lớp tiếp giáp giữa 2 bề mặt được gọi là “tiếp giáp P – N”. Đặc điểm lớp tiếp giáp P – N hoạt động như một diode (chỉ cho dòng điện chạy theo 1 chiều duy nhất). Như vậy các electron sinh ra từ lớp N sẽ đi qua tải sau đó về lớp P. Sau đó các electron được đẩy qua lớp tiếp giáp và trở lại lớp N.
Hầu hết các panel mặt trời đều gồm các tế bào (pin) kết nối lại với nhau. Pin mặt trời thông dụng hiện nay chỉ tao ra điện áp khoảng 0.5 V. Do dó, chúng phải mắc nối tiếp với nhau trong panel mặt trời để tạo điện áp lớn hơn.
Nguyên lý hoạt động của pin mặt trời
Tấm pin năng lượng mặt trời sẽ hấp thu nguồn năng lượng từ ánh sáng mặt trời và chuyển đổi sang năng lượng điện năng sử dụng. Việc này được thực hiện thông qua một hiệu ứng được gọi là “hiệu ứng quang điện”.
Hiệu ứng quang điện là khả năng tạo ra điện áp và dòng điện khi đặt cell tiếp xúc với ánh sáng mặt trời. Quá trình này diễn ra như sau:
- Năng lượng từ ánh sáng mặt trời bao gồm các hạt “photon” chạm vào mặt N của cell tấm pin. Cung cấp cho chúng năng lượng để đẩy các electron ra ngoài tạo ra điện áp.
- Khi cell tấp pin được kết nối vào tải, electron sẽ di chuyển từ lớp N qua tải rồi về lớp P cung cấp điện năng cho tải hoạt động.
- Sau khi electron trở về lớp P, chúng sẽ kết hợp với lỗ trống của lớp P.
- Với việc ánh sáng mặt trời tiếp tục đưa các electron đi qua lớp P, vượt qua lớp tiếp giáp P – N để tiếp tục chu trình này.
Ngày nay, để giảm thiểu đổ bóng và nâng cao công suất, mỗi cell pin đã được chia ½ gọi là half-cell. Mỗi solar cells được tạo thành từ các lớp vật liệu silicon (p junction và n junction). Khi năng lượng mặt trời mang theo các hạt năng lượng photo chiếu vào tấm pin năng lượng sẽ làm đánh bật các điện tích electron chuyển dịch từ n-type sang p-type (như trên hình mô phỏng bên dưới) tạo ra dòng điện 1 chiều. Toàn bộ quá trình này được gọi là “photovoltaic”.
Bên cạnh đó, ngoài các tấm pin năng lượng mặt trời còn có các thiết bị giúp chúng ta có thể thu nguồn năng lượng mặt trời để chuyển đổi thành nguồn năng lượng hiệu dụng như: ắc quy lưu trữ, bộ điều khiển sạc, bộ inverter và một số phụ kiện khác. Nguồn năng lượng mặt trời sau khi hấp thu qua tấm pin sẽ tạo ra dòng điện 1 chiều (DC), sẽ được sạc trực tiếp vào ắc quy hoặc dư thừa có thể đi qua bộ chuyển đổi nguồn điện inverter thành nguồn điện xoay chiều (AC) 0.2kV hoặc 0.4kV để sử dụng.
Các loại tấm pin năng lượng mặt trời
Trong quá trình sản xuất tấm pin năng lượng mặt trời, các nhà sản xuất thường tạo ra 3 loại tấm pin như sau:
Tấm pin mặt trời loại Mono
Bắt đầu băng một khối silic nóng chảy có pha thêm Bo. Một tinh thể Silic – Bo dài khoảng 10 cm đường kính 5 cm được nhúng vào trong khối Silic nóng chảy. Tiếp đến Silic tự liên kết với tinh thể mẫu và có cấu trúc tinh thể chính xác như tinh thể mẫu.
Tinh thể mẫu được rút ra khỏi hỗ hợp và có một loạt các tinh thể bao quanh nó tạo thành một thỏi gọi là “ingot” đường kính từ 15 – 20 cm. Thỏi tiếp tục được kéo từ thùng nóng chảy cho đến khi đạt chiều dài mong muốn khoảng 1.8 m. Thỏi có hình trụ vì vậy cell mono ban đầu có hình tròn.
Các thỏi sau đó được cắt thành rất nhiều tấm mỏng được gọi là “wafer”. Wafer tiếp xúc với quá trình khuếch tán và được pha thêm Photpho. Sau đó các thanh dẫn kích thước nhỏ được đặt trên bề mặt cell ddeeer thu thập electron.
Tấm pin mặt trời đơn tinh thể là một bảng điều khiển năng lượng mặt trời bao gồm các tế bào năng lượng mặt trời đơn tinh thể. Các tế bào này được làm từ một thỏi silicon hình trụ được làm từ một tinh thể silicon đơn lẻ có độ tinh khiết cao. Thỏi hình trụ được cắt lát thành các tế bào dạng tấm mỏng. Những loại tấm này được gọi là “đơn tinh thể”. Bởi vì tế bào bao gồm một tinh thể duy nhất, các điện tử tạo ra dòng điện có nhiều khoảng trống để di chuyển.
Cell mono ( đơn tinh thể ) thường có hiệu suất cao hơn Cell poly ( đa tinh thể ). Vì cấu trúc phân tử của phôi ( ingot ) là đồng nhất. Đặc điểm này giúp cell tạo ra lượng electron lớn nhất vì các tinh thể được sắp xếp theo trật tự và có kích thước tương đồng nhau.
Các cell đơn tinh thể ban đầu hình tròn. Bởi vì tấm pin năng lượng mặt trời hoàn thiện có hình chữ nhật nên các cell sẽ được cắt theo hình vuông để phù hợp lắp đặt. Việc cắt thành hình vuông từ hình tòn sẽ thải ra 1 lượng lớn mảnh cell thừa. Do đó các nhà sản xuất cắt góc các cell để tạo ra hình bát giác.
Cell hình bát giác bố trí sát nhau hơn hình tròn. Tuy vậy, cell bát giác vẫn tạo ra các không gian chết (các góc của cell) không sinh ra điện năng.
Tấm pin năng lượng mặt trời loại Poly
Cell poly được sản xuất khác cell mono khi thỏi phôi là hình dạng vuông. Từ một thùng Silic-Bo nóng chảy thay vì dùng tinh thể mẫu kéo và kéo 1 thỏi ra khỏi hỗn hợp này như cell mono. Hỗn hợp được nấu chảy trong nồi nấu kim loại. Sau quá trình làm mát sẽ được phôi cho cell đa tinh thể.
Tiếp đến thỏi phôi được cắt thành từng tấm wafer mỏng. Sau đó, pha thêm P và đặt lưới điện (busbar) lên bề mặt. Hiệu suất của cell poly bị giảm do chứa nhiều tinh thể có cấu trúc khác nhau.
Các photon trong ánh sáng khó để tạo ra các electron khi chạm vào cell vì bề mặt tinh thể có nhiều hình dạng không đồng nhất. Về mặt tích cực, cell có hình vuông giúp chúng nằm sát nhau và giảm khoảng trống giữa các cell khi hoàn thiện tấm pin.
So sánh pin năng lượng mặt trời mono và poly
- Giá thành: Tấm pon Mono có giá thành đắt hơn pin poly (vì sử dụng chủ yếu silic dạng ống, tinh khiết)
- Hiệu suất: Pin Mono có hiệu suất cao hơn pin poly trong cùng điều kiện nhiệt độ và bức xạ ánh sáng.
- Mầu sắc: Các tấm mono có màu đen, Poly màu xanh đậm, giữa các tế bào có khoảng trống màu trắng.
- Tuổi thọ: Độ bền cả 2 loại đều trên 25 năm
Ý nghĩa của thông số kỹ thuật tấm pin mặt trời
Trên các tấm pin năng lượng mặt trời được nhà sản xuất in một bảng thông số kỹ thuật. Kỹ sư sẽ dựa vào các thông số trên đó để tính toán, thiết kế hệ thống điện mặt trời.
- Maxium Power (Pmax): Công suất đỉnh của tấm pin năng lượng tại điều kiện chuẩn.
- Power Tolerance: Độ sai lệch so với mức công suất chuẩn.
- Module Efficiency: Hiệu suất chuyển đổi quang năng của tấm pin mặt trời, giả sử tấm pin mặt trời có diện tích 1m2 với hiệu suất 16% thì có thể tạo ra công suất phát 160W ở điều kiện kiểm định tiêu chuẩn.
- Maximum Power Current (Imp): Dòng điện của tấm pin mặt trời ở mức công suất tối đa
- Maximum Power Voltage (Vmp): Điện áp của tấm pin mặt trời ở mức công suất tối đa.
- Short Circuit Current: Dòng điện ngắn mạch
- Open Circuit Voltage: Điện áp hở mạch
Thông số kỹ thuật của pin năng lượng mặt trời chuẩn công nghiệp được đo ở điều kiện chuẩn bức xạ mặt trời 1.000 W/m2, nhiệt độ tấm pin mặt trời 25oC và hệ số suy hao quang học AM 1,5.
Tấm pin mặt trời cũng giống như hầu hết các thiết bị điện tử khác chịu ảnh hưởng rất lớn bởi nhiệt độ. Thông thường, hiệu suất của tấm pin sẽ suy giảm theo chiều tăng của nhiệt độ solar cells.
Khi nhiệt độ tăng thì cường độ dòng điện ngắn mạch có xu hướng tăng, hai thành phần còn lại là điện áp hở mạch và công suất cực đại của tấm pin có xu hướng giảm.
Ứng dụng của tấm năng lượng mặt trời
Kể từ khi được tạo ra, pin năng lượng mặt trời ngày nay được ứng dụng vào rất nhiều các lĩnh vực khác nhau như:
- Sản xuất điện dân dụng và điện sản xuất
- Hàng không vũ trụ (vệ tinh nhân tạo, tàu thám hiểm)
- Chế tạo thiết bị điện thông minh
Không thể phủ nhận công năng của PV solar giúp bảo vệ môi trường giảm thiểu phát thải khí nhà kính ra ngoài môi trường. Biến đổi khí hậu đang ngày càng nghiệm trọng và việc tìm tới các nguồn năng lượng tái tạo để thay thế nguồn năng lượng hóa thạch đang ngày càng cấp bách. Và ứng dụng nguồn năng lượng mặt trời đang làm một giải pháp tối ưu và ngày được nhân rộng trên thế giới.
Khi công nghệ ngày càng phát triển chi phí đầu tư vào một hệ thống năng lượng mặt trời đã giảm rất nhiều lần so với trước kia. Hiện nay, chi phí đầu tư vào hệ thống NLMT đang có chi phí tiết kiệm nhất so với các nguồn năng lượng khác. Điều này giúp các Quốc gia đang phát triển có thể ứng dụng sớm và bắt tay vào công cuộc hướng tới sự phát triển bền vững bảo vệ môi trường.
Giá thành tấm pin năng lượng mặt trời
Giá thành tấm pin mặt trời hiện nay đã giảm rất nhiều lần so với những năm 2005. Bên cạnh các chính sách hỗ trợ về thuế nhập khẩu cũng như khuyến khích lắp đặt của chính phủ đã và đang tạo dựng nên lĩnh vực đầu tư hấp dẫn cho mảng năng lượng mặt trời.
Đối với mỗi tấm pin mặt trời hiện nay có công suất dao động từ 440Wp đến 540Wp. Việc tính toán giá thành được quy định đơn giá trên mỗi Wp. Giả sử: đơn giá 6000VNĐ/Wp => Tấm pin 540Wp có đơn giá: 6000 x 540 = 3,240,000 VNĐ/Tấm.
(Để biết chi tiết bảng giá của từng tấm pin xin vui lòng liên hệ chúng tôi theo SĐT: 0975.280.545 hoặc địa chỉ email: magtae.info@gmail.com)
Các thương hiệu tấm pin năng lượng mặt trời
Trên thị trường sản xuất tấm pin năng lượng mặt trời hiện nay có các thương hiệu phổ biến như: Jinko, JA Solar, Canadian, Longi …Dưới đây là bảng xếp hạng các nhà máy sản xuất tấm pin mặt trời vào quý 1 năm 2020.
| Nhà sản xuất | Năng xuất | Nhà sản xuất | Năng xuất |
| Jinko | 14400 | REC | 1620 |
| LONGi | 13500 | Neo Solar | 1620 |
| JA Solar | 13500 | HT-SAAE | 1350 |
| Canadian Solar | 11700 | Adani | 1350 |
| Risen | 9900 | Vietnam Sunergy | 1350 |
| QCells | 9630 | Boviet | 900 |
| Trina | 7200 | Lightway | 1080 |
| GCL | 6480 | Vikram Solar | 1080 |
| First Solar | 5580 | Jolywood | 990 |
| Talesun | 5400 | Hendigan | 900 |
| Seraphim | 4500 | Ulica | 720 |
| Suntech | 4050 | Hansol | 540 |
| Astronergy | 3780 | Hyundai | 540 |
| ZNShine | 3150 | S-Energy | 477 |
| Jinergy | 2430 | Goldi Solar | 450 |
| BYD | 2160 | Recom | 450 |
| SunPower/ Maxeon | 2160 | Heliene | 351 |
| LG | 1800 | Shinsung | 270 |
| Phono Solar | 1800 | Sharp | 189 |
| Waaree | 1800 |
