Mô-đun PV: Giải pháp năng lượng mặt trời cho gia đình và doanh nghiệp

Năng lượng mặt trời, đặc biệt là mô-đun PV (quang điện), đang đóng một vai trò quan trọng trong ngành năng lượng. Mô-đun PV cung cấp năng lượng tái tạo sạch và là một lựa chọn thay thế hợp lý cho các nguồn năng lượng khác như đốt cháy nhiên liệu hóa thạch. Hãy cùng tìm hiểu thêm về cơ bản và cách hoạt động của mô-đun PV trong bài viết dưới đây.

Mô-đun PV là gì?

Mô-đun PV (Photovoltaic), đôi khi còn gọi là tấm pin mặt trời, là phần không thể thiếu trong hệ thống năng lượng mặt trời. Mô-đun PV hấp thụ năng lượng ánh sáng từ mặt trời và chuyển đổi nó thành năng lượng điện. Mỗi mô-đun bao gồm một lưới các tế bào quang điện nhỏ, được làm từ vật liệu bán dẫn, chủ yếu là silicon.

Vật liệu này nhạy cảm với ánh sáng và sử dụng hiệu ứng quang điện để chuyển đổi năng lượng ánh sáng thành điện năng. Hiệu ứng quang điện là hiện tượng hóa học và vật lý cho phép một số vật liệu chuyển đổi ánh sáng thành điện.

Hình 1. Mô-đun PV (Photovoltaic) đôi khi còn gọi là tấm pin mặt trời

Mô-đun PV hoạt động như thế nào?

Ánh sáng mặt trời di chuyển dưới dạng các hạt nhỏ gọi là photon. Khi photon va vào vật liệu bán dẫn, nó có thể bị phản xạ, đi qua hoặc bị hấp thụ. Khi đủ photon được hấp thụ, vật liệu có thể giải phóng một số electron khỏi ánh sáng mặt trời.

Những electron tự do này có điện tích âm và tạo ra sự chênh lệch điện tích giữa mặt trước và mặt sau của tế bào. Sự chênh lệch này tạo ra một tiềm năng điện áp giữa các hạt dương và âm, tương tự như hai cực của một pin. Các dây dẫn hấp thụ các electron và di chuyển chúng qua mạch, tạo ra điện năng.

Hình 2. Nguyên lý hoạt động của mô-đun PV

Cấu trúc cơ bản của mô-đun PV

Mô-đun PV bao gồm nhiều lớp, mỗi lớp giúp hấp thụ ánh sáng mặt trời và chuyển đổi thành điện. Mỗi mô-đun bao gồm 60 hoặc 72 tế bào quang điện được kết nối với nhau. Các tế bào này là phần chính của mô-đun, có nhiệm vụ hấp thụ ánh sáng mặt trời. Chúng được bao bọc trong một mô-đun để bảo vệ chúng khỏi môi trường ngoài trời.

Có hai lớp trên cùng của tế bào – kính tôi và vật liệu bao bọc. Kính rất trong suốt để hỗ trợ việc giữ lại photon, đồng thời dày đủ để bảo vệ các thành phần khác. Vật liệu bao bọc được làm từ EVA. Các lớp này được dán vào mặt trước và mặt sau của tế bào, kết nối các phần chính của mô-đun.

Có một lớp nền bên dưới tế bào và vật liệu bao bọc. Nó được làm từ nhựa và có chức năng cách điện và bảo vệ các tế bào quang điện. Một khung nhôm bao quanh toàn bộ cấu trúc, giúp kết nối an toàn với các mô-đun khác và tăng độ ổn định. Một hộp kết nối được gắn vào mặt sau của mô-đun, chứa các dây điện và diode. Nhiều tấm pin được kết nối với nhau qua hộp kết nối.

Mô-đun PV thành công phụ thuộc vào chất lượng vật liệu và chất lượng của quá trình xây dựng.

Hình 3. Mô-đun PV có nhiều lớp

Các loại mô-đun PV

Có một số loại mô-đun PV trên thị trường, ba loại phổ biến nhất là: monocrystalline, polycrystalline, và thin-film. Dưới đây là sự so sánh giữa ba loại này và một số ưu điểm, nhược điểm của mỗi loại.

• Mô-đun monocrystalline là một trong những dạng tế bào quang điện lâu đời nhất. Các nhà sản xuất bắt đầu với silicon nóng chảy tinh khiết và dùng nó để tạo ra một thỏi. Sau đó, họ cắt thỏi đó thành các lát mỏng hình bát giác, các lát này kết hợp tốt với nhau trên tấm pin. Các tế bào được làm từ silicon tinh khiết, cho phép các electron di chuyển dễ dàng trong tế bào.

Mô-đun monocrystalline hiện nay là loại phổ biến nhất trong các mô-đun PV. Chúng có hiệu suất từ 10-15%, với một số mô-đun mới có thể đạt đến 50%. Mặc dù mô-đun monocrystalline có hiệu suất và độ bền cao nhất, nhưng chúng có thể khá đắt.

• Mô-đun polycrystalline là một loại mô-đun kết tinh khác, được làm từ silicon tinh khiết. Tuy nhiên, quy trình sản xuất của chúng khác. Thay vì tạo ra và cắt một thỏi silicon, silicon sẽ cứng lại và tách thành các mảnh nhỏ. Những mảnh này được làm nóng chảy và hình thành thành các khối vuông, sau đó được cắt thành các lát mỏng và ghép lại với nhau để tạo thành các tấm pin.

Mô-đun polycrystalline có hiệu suất từ 13-16%. Mặc dù hiệu suất của chúng kém hơn so với mô-đun monocrystalline, nhưng chúng lại rẻ hơn và có thời gian sản xuất nhanh hơn. Mặc dù chúng bền, nhưng hiệu suất của chúng giảm khi trời nóng.

• Mô-đun thin-film không sử dụng silicon mà thay vào đó là các vật liệu quang điện như a-Si, CdTe hoặc CIGS. Vật liệu này được đặt lên một tấm kính với một lớp khác ở trên. Chúng không cần khung và có thể linh hoạt khi kết hợp với nhựa.

Mô-đun thin-film là lựa chọn tốt nếu bạn muốn một sản phẩm phù hợp với kiến trúc của mình. Chúng cũng rẻ và nhẹ, tuy nhiên, hiệu suất của chúng thấp hơn. Chúng cũng không bền bằng và chiếm nhiều không gian.

Hiệu suất của hệ thống quang điện

Hiệu suất của hệ thống quang điện rất quan trọng để tận dụng tối đa năng lượng mặt trời. Yếu tố chính quyết định hiệu suất này là khả năng của tế bào quang điện. Mặc dù hiệu suất của tấm pin mặt trời đạt tối đa 25%, nhưng tiềm năng sản xuất điện có thể lên tới 1000W.

Ví dụ, một mô-đun PV mono-crystalline 250W có thể sản xuất lên tới 1000W, đạt hiệu suất kỷ lục 43.6%. Tuy nhiên, hiệu suất cũng bị ảnh hưởng bởi các yếu tố như hướng của mô-đun, góc nghiêng, cường độ bức xạ, nhiệt độ, bóng râm và tải trọng.

Mô-đun PV có thể là một giải pháp thay đổi cuộc chơi cho nhu cầu năng lượng của gia đình hoặc doanh nghiệp bạn. Các mô-đun liên tục được cải thiện về hiệu suất. Khi chọn hệ thống PV, hãy cân nhắc kỹ lưỡng các yếu tố như sản lượng năng lượng, không gian, tính thẩm mỹ và ngân sách.

Nguồn: Chintglobal