Pin năng lượng mặt trời ngày càng được ứng dụng rộng rãi nhờ khả năng chuyển đổi ánh sáng thành điện năng một cách hiệu quả và thân thiện với môi trường. Để hiểu rõ cách công nghệ này hoạt động, chúng ta cần nắm được nguyên lý vận hành của tấm pin – nơi khởi nguồn của dòng điện mặt trời.
Cấu tạo của tấm pin năng lượng mặt trời
Pin năng lượng mặt trời, hay còn gọi là pin quang điện (Solar panel), được cấu thành từ nhiều tế bào quang điện (solar cells) – là những phần tử bán dẫn chủ yếu làm từ silic tinh khiết. Trên bề mặt của các tế bào này chứa hàng loạt điốt quang nhạy sáng, đảm nhận chức năng chuyển hóa năng lượng ánh sáng Mặt trời thành dòng điện một chiều. Để đảm bảo độ bền và hiệu suất, các tế bào quang điện được đặt dưới một lớp kính trong suốt phía trước và một lớp vật liệu nhựa ở phía sau. Toàn bộ cấu trúc này được đóng gói chân không thông qua lớp nhựa polymer trong suốt, giúp tăng khả năng truyền sáng và bảo vệ tối ưu.
Tấm pin năng lượng mặt trời bao gồm các thành phần chính sau:
► Khung nhôm
Khung nhôm đóng vai trò như bộ khung xương bảo vệ toàn bộ tấm pin. Với kết cấu chắc chắn, khung giúp cố định các tế bào quang điện và những linh kiện khác, chống chịu tốt trước tải trọng gió mạnh và các tác động cơ học bên ngoài. Thông thường, khung được xử lý anode hóa (anodized) nhằm tăng khả năng chống oxy hóa, đồng thời được gia cố thêm các thanh ngang giúp nâng cao độ cứng cáp, kéo dài tuổi thọ và duy trì tính ổn định của tấm pin trong điều kiện thời tiết khắc nghiệt.
► Kính cường lực
Kính cường lực được sử dụng để bảo vệ lớp tế bào quang điện bên trong khỏi các yếu tố ngoại cảnh như nhiệt độ cao, mưa, bụi bẩn hoặc va chạm cơ học. Với độ dày từ 3mm đến 3,5mm, kính không chỉ đủ chắc chắn để đảm bảo an toàn mà còn có độ trong suốt cao – thường đạt trên 91% – giúp tăng khả năng truyền ánh sáng và nâng cao hiệu suất hấp thụ năng lượng của tấm pin.
► Lớp màng EVA (ethylene vinyl acetate)
EVA là lớp polymer mỏng, đóng vai trò như chất kết dính giữa các lớp cấu trúc trong tấm pin. Lớp màng này được đặt ở cả hai mặt trên và dưới của solar cells, đảm nhiệm chức năng liên kết tế bào quang điện với kính cường lực và lớp nền bên dưới. Ngoài khả năng kết dính, EVA còn giúp tối ưu hóa hiệu suất truyền sáng, bảo vệ các tế bào khỏi rung chấn, chống bám bụi và hạn chế sự tích tụ độ ẩm. Đặc biệt, vật liệu EVA có độ bền cao và khả năng chịu nhiệt rất tốt, phù hợp với môi trường vận hành khắc nghiệt.
► Lớp Solar cell (tế bào quang điện)
Đây là thành phần cốt lõi quyết định hiệu suất chuyển đổi năng lượng. Các tế bào quang điện thường được chế tạo từ silic – một loại chất bán dẫn phổ biến, có thể ở dạng đơn tinh thể (mono) hoặc đa tinh thể (poly) tùy theo công nghệ sản xuất. Mỗi tế bào gồm hai lớp bán dẫn chính:
-
Lớp bán dẫn loại N: chứa nhiều electron (hạt mang điện âm), hình thành từ sự dư thừa electron.
-
Lớp bán dẫn loại P: chứa nhiều lỗ trống (hạt mang điện dương), hình thành từ sự thiếu hụt electron.
Hai lớp này được nối với nhau thông qua lớp tiếp giáp P-N – là nơi xảy ra hiện tượng quang điện khi có ánh sáng chiếu vào, tạo ra dòng điện một chiều.
► Tấm nền pin (phía sau)
Tấm nền là lớp bảo vệ cuối cùng ở mặt sau của tấm pin, có chức năng cách điện, chống ẩm và gia cố cơ học. Chất liệu thường được sử dụng là các loại polymer như PP, PVF hoặc PET, có độ dày khác nhau tùy theo tiêu chuẩn từng nhà sản xuất. Hầu hết các tấm nền đều có màu trắng, nhằm phản chiếu lại phần ánh sáng không hấp thụ để tối ưu hiệu suất làm việc.
► Hộp đấu dây (junction box)
Hộp đấu dây là bộ phận quan trọng được gắn ở mặt sau của tấm pin, nơi tiếp nhận và truyền tải dòng điện từ các tế bào quang điện ra bên ngoài. Junction box không chỉ đảm bảo dòng điện được dẫn đi an toàn mà còn giúp bảo vệ các mối nối điện khỏi tác động của thời tiết và độ ẩm. Do tính chất quan trọng của nó, hộp đấu dây cần được lắp ráp chắc chắn và đạt tiêu chuẩn chống nước, chống bụi để đảm bảo độ bền lâu dài trong quá trình sử dụng.
