18.04.2019

Pin năng lượng mặt trời và cách mà nó tạo ra dòng điện?

Pin năng lượng mặt trời và cách mà nó tạo ra dòng điện?

Năng lượng mặt trời có thể nói là nguồn năng lượng vô tận, và miễn phí, nó được xem là nguồn năng lượng đầy hứa hẹn trong tương lai khi mà việc sử dụng và khai thác các nguồn năng lượng khác đang dần cạn kiệt, bạn sẽ thấy các tấm pin năng lượng phủ trên nóc nhà, bên trên các biển báo, đèn đường và hiện tại các tàu vũ trụ hoạt động cũng nhờ những tấm pin năng lượng mặt trời này.

Vậy tấm pin năng lượng mặt trời là gì và cách mà chúng tạo ra năng lượng như thế nào? Hãy cùng LED Hoàng Gia tìm hiểu nhé.

Pin năng lượng mặt trời là gì?

Pin năng lượng mặt trời hay pin mặt trời hay đôi khi được gọi là pin quang điện (Solar panel) bao gồm nhiều tế bào quang điện(solar cells) – là phần tử bán dẫn có chứa trên bề mặt một số lượng lớn các cảm biến ánh sáng là điốt quang, thực hiện biến đổi năng lượng ánh sáng thành năng lượng điện.

Cấu tạo và cách tấm pin năng lượng tạo ra dòng điện.

Tấm pin năng lượng mặt trời được cấu tạo từ các tế bào quang điện, mỗi tế bào quang điện chúng ta xem nó giống như chiếc bánh sandwich được tạo thành từ hai lớp vật liệu bao gồm một lớp loại P ( dương ) và một lớp N ( âm ) được ghép nối với nhau để tạo thành một “Liên kết P/N”. Chúng được làm từ các tấm silicon có độ tinh khiết cao (Si) được pha với các tạp chất đặc biệt, cho chúng nhiều “electron” và “lỗ trống” trong cấu trúc mạng của chúng.

Để hoạt động, các tế bào quang điện cần tạo ra một điện trường. Để có được điện trường này, nhà sản xuất các tế bào quang điện phải cung cấp cho mỗi lát bánh sandwich một điện tích dương hoặc âm.

Việc cung cấp thêm các tạp chất như các hạt phốt pho vào lớp silicon trên cùng để bổ sung thêm các electron, lớp này được gọi là bán dẫn N mang điện tích âm. Lớp dưới cùng nhận một lượng boron dẫn đến ít electron hơn, lớp này được gọi là lớp bán dẫn loại P. Tất cả điều này mục đích để tạo ra một điện trường tại điểm nối giữa các lớp silicon.

Khi một photon ánh sáng mặt trời đánh bật một electron tự do, điện trường sẽ đẩy electron ra khỏi điểm nối silicon lúc này sẽ có sự chênh lệch về điện tích. Các tấm dẫn kim loại ở hai bên của tế bào quang điện thu thập các electron và chuyển chúng vào dây dẫn. Lúc này sự chênh lệch về điện tích sẽ tạo ra dòng chảy tạo thành nguồn điện.

Lợi ích của việc sử dụng năng lượng mặt trời.

Năng lượng mặt trời được xem là vô tận và miễn phí do đó việc sử dụng năng lượng mặt trời có thể nói mang lại nhiều lợi ích đáng kể đó là:

• Giảm chi phí năng lượng điện hàng tháng: điều này là tất nhiên là vì bạn đang tự sản xuất điện để phục vụ cho chính mình, nếu số lượng điện bạn không sử dụng hết có thể bán lại bằng việc hòa vào lưới điện điều này sẽ giúp mọi người không còn phụ thuộc vào điện lưới và tiết kiệm một phần năng lượng điện cho quốc gia.
• Giảm tác động đến môi trường: năng lượng mặt trời tác động tiêu cực đến môi trường ít nhất so với các nguồn năng lượng khác. Nó không gây ra hiệu ứng nhà kính, ko làm ô nhiễm nguồn nước, không tạo ra bất kì tiếng ồn nào trong quá trình sản xuất.
• Năng lượng được sản xuất khớp với nhu cầu sử dụng: nhu cầu sử dụng năng lượng cao hơn rất nhiều trong khoảng thời gian từ 11h – 16h và vào buổi tối, năng lượng mặt trời cũng có thể xem là thu nhận được nhiều hơn cả trong khoảng thời gian này. Do đó nếu năng lượng mặt trời được cung cấp vào lưới điện thì sẽ giảm tải được việc thiếu hụt điện lưới trong giờ cao điểm và tất nhiên giá thành tiền điện sẽ được giảm đáng kể.
• Năng lượng mặt trời có thể áp dụng ở nhiều nơi: Điều này giúp cho năng lượng mặt trời thật sự cần cho những nơi khó tiếp cận được lưới điện như vùng sâu vùng xa, miễn là nới đó có ánh nắng mặt trời thì có thể sản xuất được năng lượng điện góp phần cải thiện cuộc sống của con người. Những con tàu du hành vũ trụ cũng được tích hợp những tấm pin năng lượng mặt trời nhằm cung cấp cho chúng hoạt động bên ngoài không gian.
• Ít bị mất mát trong quá trình truyền tải: đa phần các nguồn năng lượng đều bị mất đi 3 – 5% trong quá trình cung cấp và phân phối. Khoảng cách từ nhà máy sản xuất đến nơi sử dụng càng xa thì phần năng lượng này mất đi càng nhiều. Các tấm pin năng lượng mặt trời mọc ngay trên nhà để sản xuất năng lượng điện phục vụ cho ngôi nhà sẽ giúp rút ngắn được quá trình phân phối và giảm tải mất mát điện năng trong quá trình phân phối.
• Tạo việc làm: phần lớn chi phí sản xuất năng lượng mặt trời liên quan đến việc lắp đặt các tấm pin năng lượng. Điều này sẽ mở rộng tạo công ăn việc làm cho lao động địa phương. Sử dụng năng lượng mặt trời làm tăng nền kinh tế và cải thiện tích cực đến việc bảo vệ môi trường của con người.

Ứng dụng năng lượng mặt trời hiệu quả trong đời sống:

Những lợi ích từ việc sử dụng năng lượng mặt trời là vô cùng to lớn, những phát minh và ứng dụng năng lượng mặt trời trong cuộc sống ngày càng nhiều, phải kể đến đó là:

• Phục vụ ngành công nghiệp chiếu sáng: Các loại đèn chiếu sáng năng lượng mặt trời như đèn pha năng lượng, đèn đường phố, đèn sân vườn ngày càng được sử dụng rộng rãi và  mang lại những hiệu quả đáng kể như bảo vệ và cải tạo môi trường, tiết kiệm chi phí năng lượng công cộng, giảm tải thiếu hụt điện năng…

  

• Trạm bơm năng lượng mặt trời: Hệ thống tưới tiêu chạy bằng năng lượng mặt trời thực sự hiệu quả khi mà việc dẫn nguồn điện lưới đến các nông trại xa khu dân cư là thật sự khó khăn. Mùa hè nóng bức thì nhu cầu tưới tiêu càng lớn, đây cũng chính là khoảng thời gian chúng ta thu được nhiều năng lượng từ mặt trời nhất.

  

• Ôto chạy bằng năng lượng mặt trời: Những chiếc oto chạy bằng năng lượng mặt trời tuy chỉ hoạt động được trong một thời gian ngắn nhưng chúng được đánh giá là khá thân thiện với môi trường, các nhà nghiên cứu trên thế giới vẫn đang tiếp tục cải thiện và phát triển những chiếc xe này.

  

• Sản xuất khí hydro: Hiện tượng điện phân có thể phân tách phân tử nước thành các nguyên tử hydro và oxy, sau đó hydro có thể được sử dụng làm nhiên liệu. Nếu lượng điện cần thiết cho quá trình điện phân được cung cấp từ các nguồn nhiên liệu hóa thạch thì khí CO2 sẽ bị phát thải ra môi trường, còn nếu hiện tượng điện phân được thực hiện bởi các tế bào năng lượng mặt trời thì sẽ không có ô nhiễm môi trường.

  

• Sân vận động sử dụng năng lượng mặt trời: Sân vận động Verona’s Bentegoldi là khu phức hợp thể thao lớn nhất nước Ý có lắp đặt hệ thống quang năng. Hơn 13.000 tấm quang năng được lắp đặt tại sân vận động này đã cung cấp trên 1 MegaWatt/năm cho nhu cầu sử dụng điện của sân vận động, ước tính làm giảm phát thải CO2 trên 550 tấn/năm.

  

• Thuyền năng lượng mặt trời: Con thuyền năng lượng mặt trời có lên Planet Solar được lắp đặt tại xưởng đóng tàu HDW tại Kiel, Đức là con tàu lớn nhất thế giới và có thiết kế đặc biệt. Tàu đã đi vòng quanh thế giới với tốc độ vào khoảng 12 km/giờ và chỉ sử dụng động cơ điện hoạt động hoàn toàn bằng năng lượng mặt trời. Phía trên con tàu được lắp đặt khoảng 500 mét vuông các tấm quang năng cung cấp năng lượng cho 2 động cơ trong thân tàu.

  

• Đèn tín hiệu giao thông sử dụng pin năng lượng mặt trời: Đèn tín hiệu giao thông sử dụng năng lượng mặt trời có ưu điểm là không cần sử dụng dây điện và khá linh hoạt, có thể tiết kiệm khá nhiều tiền điện khi hoạt động liên tục trong thời gian dài. Chúng được thiết kế với một số bóng đèn LED thân thiện với môi trường và không cần phải sạc lại trong một thời gian khá lâu. Trong trường hợp mất điện lưới thì những đèn tín hiệu giao thông này vẫn tiếp tục hoạt động.

  

• Máy bay sử dụng pin năng lượng mặt trời: Chiếc máy bay mang tên The Solar Impulse với 12.000 tế bào quang điện trên cánh là một mẫu thử của máy bay năng lượng mặt trời, chiếc máy bay này đã có chuyến bay vòng quang thế giới vào năm 2012. Trước đó vào tháng 4/2012, The Solar Impulse đã bay trên vùng trời Switzerland trong 87 phút ở độ cao 1.200 mét.

  

  Thân chiếc máy bay này được làm từ vật liệu sợi carbon để đạt trọng lượng nhẹ nhất. Thời gian để chế tạo ra chiếc máy bay độc đáo này lên đến 6 năm. Với sải cánh tương đương máy bay Airbus 340 (63,4 mét) và cân nặng khoảng 1,5 tấn, chiếc máy bay này được trang bị 4 động cơ điện để có thể bay được cả ngày lẫn đêm nhờ vào năng lượng mặt trời được chuyển hóa thông qua các tế bào quang điện và tồn trữ trong các bộ pin có hiệu suất rất cao. Tốc độ lớn nhất theo thiết kế vào khoảng 44 km/giờ và độ cao tối đa là 8 km.