Pin năng lượng mặt trời (pin mặt trời/pin quang điện) là thiết bị giúp chuyển hóa trực tiếp năng lượng ánh sáng mặt trời (quang năng) thành năng lượng điện (điện năng) dựa trên hiệu ứng quang điện. Hiệu ứng quang điện là khả năng phát ra điện tử (electron) khi được ánh sáng chiếu vào của vật chất.
Các loại pin mặt trời chính
Các loại tấm pin mặt trời chính là tấm đơn tinh thể (Mono hay monocrystalline), đa tinh thể (Poly hay polycrystalline) và màng mỏng (Thinfilm) .
Sự khác biệt giữa tấm đơn và tấm đa tinh thể là tấm silicon đơn tinh thể được làm bằng pin mặt trời từ một tinh thể silicon đơn trong khi tấm silicon đa tinh thể được làm bằng cách nấu chảy nhiều tinh thể silicon lại với nhau.
Tấm đơn tinh thể được làm bằng một tinh thể silicon duy nhất, các tấm đơn tinh thể hiệu quả hơn, nhưng đắt hơn các tấm đa tinh thể.
Các tấm pin mặt trời màng mỏng thực sự chỉ được sử dụng cho các dự án quy mô nhà máy điện năng lượng mặt trời vì chúng là những tấm pin có hiệu suất rất thấp. Do đó cần nhiều tấm pin và diện tích để tạo ra điện. Khác với các tấm đơn tinh thể và đa tinh thể, các tấm màng mỏng không được tạo thành từ pin mặt trời mà được tạo ra bằng cách lắng đọng một lớp mỏng chất quang điện, như silicon vô định hình hoặc cadmium Telluride, lên bề mặt chất nền rắn như thủy tinh. Mặc dù quy trình sản xuất tấm màng mỏng làm cho chúng rẻ hơn và dễ lắp đặt hơn, nhưng chúng không được sử dụng để lắp đặt năng lượng mặt trời tại nhà vì chúng không bền hoặc hiệu quả.
Quy trình sản xuất tấm pin mặt trời đơn tinh thể
- Tạo silicon tinh khiết
Hầu hết các tấm pin mặt trời được làm bằng silicon có nguồn gốc từ Silic dioxide (SiO2), là thành phần chính trong cát bãi biển tự nhiên, đá thạch anh. Nguyên tố Silic có sẵn rất nhiều, khiến nó trở thành nguyên tố sẵn có thứ hai trên Trái đất.
Tuy nhiên, chuyển đổi cát thành silicon tinh khiết có chi phí cao và là một quá trình tiêu tốn nhiều năng lượng. Silicon có độ tinh khiết cao được sản xuất từ cát thạch anh trong lò hồ quang ở nhiệt độ rất cao.
- Chế tạo silicon tinh thể
Silic được thu thập, thường ở dạng đá rắn. Hàng trăm loại đá này đang được nấu chảy cùng nhau ở nhiệt độ rất cao để tạo thành các thỏi có hình trụ. Để đạt được hình dạng mong muốn, một lò nung hình trụ bằng thép được sử dụng, cấu trúc đơn tinh thể được tạo ra từ quy trình Czochralski.
Trong quá trình nóng chảy, người ta chú ý sao cho tất cả các nguyên tử được sắp xếp hoàn hảo theo cấu trúc và hướng mong muốn. Boron được thêm vào quy trình, điều này sẽ tạo ra cực điện dương của silicon.
Trong quy trình này, khi silicon đa tinh thể nóng chảy ở một mức độ nhất định một hạt silicon đơn tinh thể được nhúng vào. Sau khi hạt tinh thể co lại và xoay vòng theo quy trình của nó thì một phôi silicon hình trụ được hình thành.
- Chế tạo tấm bán dẫn – Tấm wafer
Tấm wafer đại diện cho bước tiếp theo trong quy trình sản xuất.
Thỏi silicon được cắt thành các đĩa mỏng, còn được gọi là tấm wafer. Một cưa dây được sử dụng để cắt chính xác. Độ mỏng của wafer tương tự như độ mỏng của một tờ giấy.
Vì silicon nguyên chất sáng bóng nên có thể phản chiếu ánh sáng mặt trời. Để giảm lượng ánh sáng mặt trời bị thất thoát, một lớp phủ chống phản chiếu được phủ lên tấm wafer silicon.
- Chế tạo tế bào pin mặt trời – Solar Cells
Các quy trình sau đây sẽ chuyển đổi một tấm wafer thành tế bào pin mặt trời (solar Cells) có khả năng chuyển đổi năng lượng mặt trời thành điện năng.
Mỗi tấm wafer đang được xử lý và dây dẫn kim loại được thêm vào trên mỗi bề mặt. Các dây dẫn cung cấp cho wafer một ma trận dạng lưới trên bề mặt. Điều này sẽ đảm bảo việc chuyển đổi năng lượng mặt trời thành điện năng. Lớp phủ sẽ tạo điều kiện cho sự hấp thụ ánh sáng mặt trời, thay vì phản chiếu nó.
Trong một buồng giống như lò nướng, phốt pho được khuếch tán thành một lớp mỏng trên bề mặt của các tấm bán dẫn. Điều này sẽ sạc bề mặt với định hướng điện âm. Sự kết hợp của boron và phốt pho sẽ tạo ra mối nối dương – âm, điều này rất quan trọng đối với chức năng thích hợp của tế bào PV.
- Từ tế bào pin mặt trời đến tấm pin mặt trời
Các tế bào pin mặt trời được hàn lại với nhau, sử dụng các đầu nối kim loại để liên kết các tế bào. Các tấm pin mặt trời được làm bằng các tế bào năng lượng mặt trời được tích hợp với nhau trong một cấu trúc giống như ma trận.
Cung cấp tiêu chuẩn hiện tại trên thị trường là:
- Tấm pin 48 tế bào (Cells) – thích hợp cho mái nhà dân dụng nhỏ.
- Tấm pin 60 tế bào (Cells) – đây là kích thước tiêu chuẩn.
- Tấm pin 72 tế bào (Cells) – được sử dụng để cài đặt quy mô lớn.
Sau khi các tế bào được ghép lại với nhau, một lớp kính mỏng (khoảng 6-7 mm) được thêm vào mặt trước, hướng về phía mặt trời. Tấm nền phía dưới được làm từ vật liệu dựa trên polyme có độ bền cao. Điều này sẽ ngăn nước, đất và các vật liệu khác xâm nhập vào bảng điều khiển từ phía sau. Sau đó, hộp nối được thêm vào để kích hoạt các kết nối bên trong tấm pin.
Tất cả kết hợp với nhau sau khi khung nhôm được lắp ráp. Khung cũng sẽ bảo vệ chống va đập và thời tiết. Việc sử dụng khung cũng sẽ cho phép gắn bảng điều khiển theo nhiều cách khác nhau, chẳng hạn như bằng kẹp gắn.
EVA (ethylene vinyl axetat) là chất keo kết dính mọi thứ lại với nhau. Điều rất quan trọng là chất lượng của chất bao bọc phải cao để không làm hỏng các tế bào trong điều kiện thời tiết khắc nghiệt.
- Kiểm tra các tấm pin
Khi tấm pin đã sẵn sàng, quá trình kiểm tra sẽ được tiến hành để đảm bảo các tế bào hoạt động như mong đợi.
- Kiểm Tra STC
STC (Điều kiện kiểm tra tiêu chuẩn) được sử dụng làm điểm tham chiếu. Bảng điều khiển được đưa vào máy kiểm tra quang điện tại cơ sở sản xuất. Máy thử nghiệm sẽ cung cấp bức xạ tương đương 1000W/m2, nhiệt độ tế bào 25°C và khối lượng không khí là 1,5g. Các thông số điện được ghi lại và bạn có thể tìm thấy những kết quả này trên bảng thông số kỹ thuật của mỗi bảng điều khiển. Xếp hạng sẽ tiết lộ sản lượng điện, hiệu quả, điện áp, dòng điện, tác động và khả năng chịu nhiệt độ.
- Kiểm Tra NOCT
Ngoài STC, mọi nhà sản xuất đều sử dụng NOCT (nhiệt độ tế bào vận hành danh nghĩa). Các thông số được sử dụng gần với lúc vận hành thực tế hơn: nhiệt độ hoạt động của tấm pin mạch hở ở bức xạ 800W/m2, nhiệt độ xung quanh 20°C, tốc độ gió 1m/s. Một lần nữa, xếp hạng của NOCT có thể được tìm thấy trên bảng thông số kỹ thuật.
- Kiểm tra phát quang EL
Ngoài ra tấm pin còn được Kiểm tra Electroluminescence/Kiểm tra EL: Một phương pháp kiểm tra không phá hủy được sử dụng để đánh giá chất lượng của các tấm quang điện về các vết nứt nhỏ và các điểm bất thường khác mà mắt thường không nhìn thấy được.
- Thử nghiệm Suy thoái Cảm ứng Tiềm năng (PID)
Thực hiện Thử nghiệm Suy thoái Cảm ứng Tiềm năng (PID) trên các tấm pin năng lượng mặt trời tạ được thực hiện như một thử nghiệm đảm bảo chất lượng cho các tấm pinđể biết chúng sẽ hoạt động như thế nào trong một thời gian dài trong các điều kiện khác nhau. Đối với thử nghiệm PID của các mô-đun năng lượng mặt trời, mô-đun phải chịu nhiệt độ 60 °C với độ ẩm khoảng 85% và dưới tải 1000v trong khoảng thời gian 96 giờ . Đây là lý do tại sao bài kiểm tra được gọi là PID (96h) . Nó mô phỏng các điều kiện điện áp và nhiệt độ mà mô-đun sẽ tiếp xúc và tính toán xem nó sẽ ảnh hưởng như thế nào đến tổn thất điện năng
Làm sạch và kiểm tra là những bước cuối cùng của quá trình sản xuất trước khi tấm pin sẵn sàng được dán nhãn, đóng gói, vận chuyển đến các hộ gia đình hoặc doanh nghiệp.
 |
 |
