Cấu tạo tấm pin năng lượng mặt trời và nguyên lý hoạt động

Hãy cùng KITAWA tìm hiểu cấu tạo tấm pin năng lượng mặt trời và nguyên lý hoạt động của solar panel. Theo đó, bạn sẽ hiểu rõ cách thức cell pin NLMT tạo ra điện năng, cung cấp cho các thiết bị điện sử dụng trong gia đình, doanh nghiệp. Bài viết cũng gợi ý những thương hiệu sản xuất tấm pin quang điện uy tín, chất lượng giúp tối ưu hiệu suất hệ thống điện mặt trời.  

Tấm pin năng lượng mặt trời là gì?

Tấm pin quang điện (Solar Panel) là một thiết bị điện tử được thiết kế để hấp thụ năng lượng ánh sáng (photon) và chuyển hóa nó thành điện năng trong mọi hệ thống điện mặt trời áp mái.

Tấm pin quang điện mang vai trò cung cấp nguồn năng lượng sạch và bền vững, làm giảm sự phụ thuộc vào các nguồn năng lượng hóa thạch gây ô nhiễm và góp phần quan trọng vào việc bảo vệ môi trường. Tế bào quang điện (Solar Cell) nằm bên trong tấm pin là thành phần thực hiện quá trình chuyển đổi này dựa trên nguyên tắc khoa học về bán dẫn.

Cấu tạo tấm pin năng lượng mặt trời

Để đảm bảo hiệu suất hoạt động ổn định và độ bền vượt trội trong môi trường khắc nghiệt, tấm pin năng lượng mặt trời được cấu thành từ sự kết hợp của 8 thành phần vật lý và hóa học chuyên dụng, mỗi bộ phận giữ một chức năng riêng biệt nhưng tương hỗ lẫn nhau để hoàn thiện quá trình thu và phát điện.

Tế bào quang điện 

Tế bào quang điện (Solar Cell) là thành phần cốt lõi của pin năng lượng mặt trời, chế tạo chủ yếu từ silicon bán dẫn. Hai loại silicon chính là tinh thể đơn (Monocrystalline), mang lại hiệu suất chuyển đổi cao nhưng chi phí sản xuất lớn, và tinh thể đa (Polycrystalline). Tế bào quang điện vận hành dựa trên cấu trúc bán dẫn P-N (lớp P dương và lớp N âm), tạo ra dòng điện khi ánh sáng mặt trời kích hoạt.

Khung tấm pin 

Khung pin được chế tạo từ hợp kim nhôm hoặc thép không gỉ, đảm nhận chức năng bảo vệ cơ học các tế bào quang điện khỏi yếu tố môi trường (mưa, gió, bụi). Thành phần cấu tạo này duy trì sự ổn định cho solar cell, đồng thời tăng cường độ bền và tuổi thọ cho toàn bộ tấm pin.

Tấm nền pin 

Tấm nền (Backsheet) là lớp cách điện mặt sau của pin năng lượng mặt trời, thường chế tạo từ vật liệu polymer chuyên dụng (PET, TPT). Thành phần cấu tạo này đảm bảo cách điện và bảo vệ cơ học các tế bào quang điện khỏi độ ẩm và tác nhân bên ngoài, giảm thiểu rủi ro điện và kéo dài tuổi thọ của mô-đun PV.

Lớp màng EVA 

Lớp màng EVA (Ethylene Vinyl Acetate) là một lớp Polymer trong suốt, đóng vai trò là chất kết dính giữa các lớp khác nhau trong cấu trúc của tấm pin, đặc biệt là giữ chặt các tế bào quang điện. EVA phải có độ bền cao và khả năng chống tia UV vượt trội để duy trì độ trong suốt và không bị ố vàng theo thời gian.

Lớp màng EVA được đặt ở hai vị trí: một lớp nằm giữa kính cường lực và Solar Cell và một lớp khác nằm giữa Solar Cell và Tấm nền (Backsheet) giúp bao bọc các tế bào quang điện, bảo vệ chúng khỏi hơi ẩm và bụi bẩn.

Lớp kính cường lực 

Kính cường lực trên bề mặt tấm pin quang điện là thành phần bảo vệ thiết yếu, giúp chống va đập và che chắn solar cell. Lớp kính này còn tối ưu hóa khả năng truyền sáng, tăng cường hấp thụ ánh sáng mặt trời vào tế bào quang điện để nâng cao hiệu suất.

Cáp và cổng kết nối

Cáp điện DC chuyên dụng và Jack kết nối MC4 là thành phần thiết yếu trong cấu tạo pin năng lượng mặt trời, đảm nhận vai trò truyền tải dòng điện (từ solar cell) đến thiết bị hệ thống (Inverter). Dây cáp thường làm từ đồng hoặc nhôm, còn đầu nối MC4 đảm bảo kết nối điện an toàn, nhanh chóng giữa các mô-đun PV.

Hộp đấu dây

Hộp đấu dây gắn ở mặt sau tấm pin, chứa các diode bypass (diode chống phản hồi) và kết nối điện. Diode bypass đảm bảo chức năng ngăn chặn dòng điện ngược (khi tối/ánh sáng yếu) và bảo vệ solar cell khỏi hiện tượng điểm nóng, tối ưu hóa hiệu suất hệ thống PV.

Hệ thống gắn tấm pin

Hệ thống gắn là thành phần thiết yếu của hệ thống PV, bao gồm giá đỡ và bộ phận điều chỉnh góc, đảm nhận chức năng cố định tấm pin và tối ưu hóa góc nghiêng so với ánh sáng mặt trời. Hệ thống này bảo vệ mô-đun PV khỏi tác nhân môi trường và đảm bảo hiệu suất thu nhận quang năng tối đa.

Nguyên lý hoạt động của pin năng lượng mặt trời

Tấm pin mặt trời chuyển đổi quang năng thành dòng điện một chiều (DC). Bộ biến tần (Inverter), tích hợp thuật toán MPPT, thực hiện chuyển hóa điện DC thành điện xoay chiều (AC). 

Nguồn điện AC này được hòa đồng bộ vào lưới điện quốc gia tại tủ điện chính (nguyên lý hòa lưới), ưu tiên cung cấp điện mặt trời và giảm điện năng tiêu thụ từ lưới. Khi lưới điện bị mất, Inverter ngay lập tức ngắt kết nối để ngăn chặn rủi ro phát điện ngược lên lưới, đảm bảo an toàn cho nhân viên sửa chữa.

Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất tấm pin

Hiệu suất của tấm pin năng lượng mặt trời thể hiện khả năng chuyển hóa phần trăm ánh sáng mặt trời thành điện năng, chịu sự chi phối của nhiều yếu tố kỹ thuật và môi trường khác nhau. Việc tối ưu hóa các yếu tố này giúp nhà đầu tư đảm bảo hệ thống hoạt động với công suất cao nhất trong thời gian dài.

Chất lượng vật liệu (Silic)

Chất lượng của vật liệu Silic là yếu tố quyết định hàng đầu, ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất chuyển đổi của tế bào quang điện. Silic có độ tinh khiết càng cao và ít khuyết tật tinh thể (như trong pin Mono), thì càng tạo điều kiện cho các electron di chuyển dễ dàng, dẫn đến hiệu suất cao hơn.

Nhiệt độ môi trường và công nghệ tản nhiệt

Nhiệt độ môi trường có mối quan hệ nghịch đảo với hiệu suất pin; khi nhiệt độ bề mặt tấm pin tăng lên quá ngưỡng 25 độ C tiêu chuẩn, hiệu suất chuyển đổi sẽ giảm đi đáng kể. Công nghệ tản nhiệt như việc sử dụng khung nhôm dày hơn hoặc tấm nền có khả năng tản nhiệt tốt hơn giúp duy trì nhiệt độ ổn định và giảm thiểu tổn thất điện năng.

Cường độ ánh sáng và hiện tượng bóng che

Cường độ ánh sáng mặt trời trực tiếp là điều kiện tiên quyết cho việc sản xuất điện, nhưng hiện tượng bóng che (Shading) là tác nhân tiêu cực nhất, có khả năng làm giảm đáng kể sản lượng điện. Việc sử dụng Diode Bypass trong Junction Box giúp giảm thiểu tác động của bóng che bằng cách cho phép dòng điện vượt qua các cell bị che.

Công nghệ sản xuất tấm pin 

Các công nghệ sản xuất tiên tiến ra đời nhằm mục đích cải thiện đáng kể hiệu suất và độ bền của tấm pin.

• Mono PERC: Bổ sung một lớp thụ động hóa ở mặt sau, giúp hấp thụ ánh sáng bị phản xạ và tăng hiệu suất.

• Half-Cut Cell: Cắt đôi các tế bào quang điện, giảm tổn thất điện năng do điện trở và tăng khả năng chịu bóng che.

• Bifacial: Thiết kế cho phép hấp thụ ánh sáng từ cả mặt trước và mặt sau (ánh sáng phản xạ từ mặt đất hoặc mái nhà), tăng sản lượng điện tổng thể lên đến 5-25%.

Các thương hiệu pin mặt trời chất lượng

Việc lựa chọn tấm pin từ các nhà sản xuất uy tín đảm bảo chất lượng sản phẩm, hiệu suất hoạt động và chế độ bảo hành lâu dài. Các thương hiệu lớn được đánh giá dựa trên khả năng sản xuất quy mô lớn, đầu tư vào R&D và độ tin cậy tài chính (Tier 1).

• Longi Solar: Là nhà sản xuất hàng đầu thế giới chuyên về công nghệ Mono PERC và là tiên phong trong việc phát triển công nghệ Cell kích thước lớn và Half-Cut Cell..

• Jinko Solar: Là nhà cung cấp tấm pin lớn nhất toàn cầu trong nhiều năm, Jinko Solar được công nhận bởi khả năng đổi mới liên tục các dòng sản phẩm Tiger và Swan Bifacial.

• Canadian Solar: Là một trong những nhà sản xuất pin mặt trời lâu đời và uy tín nhất, Canadian nổi tiếng với độ tin cậy cao và hoạt động kinh doanh bền vững trên phạm vi toàn cầu.

• Trina Solar: Trina Solar được công nhận là người đi đầu trong các công nghệ năng lượng mặt trời mới, đặc biệt với dòng sản phẩm Vertex siêu công suất, đạt kỷ lục về hiệu suất tế bào quang điện.

• JA Solar: JA Solar là một nhà sản xuất các mô-đun quang điện chất lượng cao với mức giá cạnh tranh, được sử dụng rộng rãi trong các dự án quy mô lớn.

Mong rằng những chia sẻ chuyên môn trong bài viết trên sẽ giúp bạn hiểu rõ cấu tạo tấm pin năng lượng mặt trời và cách các tấm pin hoạt động trong hệ thống điện mặt trời. Việc nắm vững những kiến thức nền tảng này giúp nhà đầu tư và người tiêu dùng đưa ra các quyết định sáng suốt khi lựa chọn thiết bị cho hệ thống điện mặt trời của mình. Nếu bạn có bất kỳ thắc mắc nào về việc ứng dụng hay lựa chọn tấm pin phù hợp với nhu cầu của mình, hãy liên hệ với các chuyên gia của KITAWA qua hotline 0942699539 để được tư vấn chi tiết và nhận các giải pháp pin quang điện tối ưu nhất!