Pin mặt trời đã là một trong những thiết bị không còn quá xa lạ gì với tất cả mỗi chúng ta. Bên cạnh việc mua những tấm pin có sẵn trên thị trường thì bạn hoàn toàn có thể tự chế ngay tại nhà mà không hề khó khăn một chút nào. Bạn không tin? Một số hướng dẫn cách làm pin năng lượng mặt trời mà chúng tôi chia sẻ ngay dưới đây nghe có vẻ “vô lí nhưng lại rất thuyết phục”.
>> Top 10 Nhà Máy Điện Năng Lượng Mặt Trời Lớn Nhất Đông Nam Á
>> Các Loại Pin Năng Lượng Mặt Trời Giá Rẻ Hiệu Suất Cao Thường Dùng Hiện Nay
Khái niệm cơ bản về pin mặt trời
Pin mặt trời hay còn gọi là pin năng lượng mặt trời, pin quang điện là một thiết bị bao gồm nhiều tế bào quang điện. Đây chính là các phần tử bán dẫn có chứa trên bề mặt các cảm biến ánh sáng giúp biến đối quang năng thành điện năng.
Các tế bào quang điện được ghép nối với nhau để tạo thành một tấm pin mặt trời. Thông thường, một tấm pin mặt trời sẽ được ghép nối từ 60 hoặc 72 tế bào quang điện. Tế bào quang điện có khả năng hoạt động khi có tác động từ nguồn ánh sáng mặt trời.
Hoạt động của pin năng lượng mặt trời thường được chia làm 3 giai đoạn như sau:
+ Năng lượng từ các photon ánh sáng được hấp thụ. Sau đó, hình thành nên các cặp electron-hole trong chất bán dẫn.
+ Các cặp electron-hole bị phân chia bởi các loại chất bán dẫn khác nhau tạo nên hiệu điện thế của pin mặt trời.
+ Pin mặt trời được nối trực tiếp vào mạch ngoài và tạo nên dòng điện
12 bước tự chế tạo pin năng lượng mặt trời đơn giản
Dưới đây là tổng hợp cách chế tạo pin năng lượng mặt trời đơn giản từ một số bước dưới đây:
Định hướng loại bảng điều khiển
Bảng điều khiển có chức năng cung cấp nguồn trực tiếp cho các thiết bị điện tử DC dòng điện nhỏ. Thông thường, bảng điều khiển bao gồm 8 tấm cell pin 1 x 3 được nối trực tiếp với một đi ốt chặn.
Vật liệu cấu tạo bảng điều khiển
+ Dây băng: dùng để kết nối các tế bào năng lượng mặt trời lại với nhau
+ Dây dẫn theo tiêu
+ Nhựa trong
+ Đế pin cho hai pin AA
+ Bốn, sáu vít gỗ
+ Sơn
+ Tấm gỗ, khoảng 1/2 inch dày panel
+ Hàn, khoan, bàn chải sơn, cưa
+ Chất dính
Giá đỡ tấm pin
Bạn có thể chế tạo giá đỡ tấm pin bằng một tấm gỗ phẳng có kích thước chuẩn với tấm pin và đảm bảo độ chắc chắn khi đặt pin.
Bắt đầu nối các tế bào mặt trời với nhau
Cắt băng thép nối thành 10 mảnh dài có kích thước khoảng 0.5 – 1 inch. Dùng máy hàn, hàn 8 trong số đó vào mặt trước của cả 8 ô. Sau đó, đặt phần hàn của cáp ruy băng lên trên cùng của ô và hàn nó.
Tiếp tục nối các tế bào tấm pin
Bạn hàn vào đầu của phần mỗi dải ruy băng dính ra ngoài các ô. Sau đó, lật các ô và sắp xếp thành 2 cột của 4 ô.
Hàn cáp ruy băng lên lưng với nhau để dòng điện chảy. Tiếp tục, hàn 2 mảnh cáp phẳng còn lại vào mặt sau không được bám.
Tiếp tục nối các tế bào
Bạn cần đảm bảo các đầu của mỗi bộ có ruy băng đều được kết nối với phía đối diện của các ô. Sau khi chúng đã được định vị, bạn cắt một đoạn dây để hai dải băng trên cùng và hàn vào thanh cáp ruy băng.
Gắn các ô cell solar vào mặt sau
Bạn dùng một mảnh giấy trắng, vạch ra các đường viền ở mặt sau giấy dùng để định vị các ô và đặt chúng trong bảng phác thảo. Hãy nhớ tạo không gian trên tất cả các mặt để có thể gắn phần vỏ nhựa và 2 dây sẽ được hàn vào ô. Bạn hãy dùng băng kéo loại tốt để giữ cố định.
Hàn dây điện vào cáp phẳng
Cắt 2 sợi dây khoảng 6 inch. Một dây được hàn vào cáp phẳng được gắn sau của ô ở phía dưới. Sợi dây còn lại hàn các đi ốt.
Tạo khung ngoài của bảng điều khiển
Bạn cắt 4 miếng nhựa để tạo khung chắn xung quanh các ô. Tuy nhiên, các nắp nhựa được đặt lên trên và nắp không được chạm vào ô. Bạn gắn các miếng khung vào mặt sau bằng keo dính. Tạo các lỗ trên nhựa để khoan lỗ cho vít gỗ.
Gắn ngăn chứa cell pin
Bạn tiến hành hàn các dây giữ pin vào dây kết nối của bảng điều khiển. Để bảo vệ giá đỡ khỏi trời mưa thì bạn hãy đặt nó vào trong một hộp nhựa. Sau đó, đục một lỗ để cho dây có thể đi qua.
Đặt panel solar dưới ánh mặt trời
Sau khi đã hoàn thiện bảng điều khiển hệ thống năng lượng mặt trời áp mái. Bạn hãy thử nghiệm đặt nó dưới ánh nắng mặt trời. Các cell pin sẽ thực hiện quá trình chuyển đổi điện khi có ánh nắng từ mặt trời.
Dễ dàng sửa chữa và tái tạo tấm pin
Bằng cách chế tạo pin năng lượng mặt trời, bạn hoàn toàn có thể thay đổi, sửa chữa, thậm chí cải thiện bảng điều khiển với số Volt lớn hơn.
>> Xu Hướng Phát Triển Năng Lượng Mặt Trời Ở Việt Nam
>> Ưu Điểm Và Nhược Điểm Của Năng Lượng Mặt Trời Bạn Nên Biết!
Trên đây, Mạnh Cường Solar đã hướng dẫn đến bạn cách làm pin năng lượng mặt trời mini đơn giản ngay tại nhà. Không quá phức tạp, chỉ cần một chút khéo léo là bạn đã có thể tự chế pin năng lượng mặt trời để phục vụ cho nhu cầu sử dụng điện của riêng mình. Chúc các bạn thực hiện thành công!
Nguồn: //solarmcgroup.com
Tôi là Phạm Hữu Tùng Lâm – chuyên viên tư vấn của Mạnh Cường Group về lĩnh vực Điện Năng Lượng Mặt Trời. Với kinh nghiệm 5 năm trực tiếp tư vấn và tham gia vào nhiều dự án lớn, nhỏ trên toàn quốc cũng như nước ngoài, tôi hy vọng những chia sẻ của tôi có thể giúp ích cho các bạn, giúp các bạn có được cái nhìn tổng quan hơn về sự cần thiết của Năng Lượng Mặt Trời. Nếu có gì còn thắc mắc các bạn vui lòng liên hệ qua số hotline hoặc comment trực tiếp vào bài viết để tôi có thể giải đáp cho các bạn ạ!
Tấm pin là một trong những thành phần chính quan trọng, giúp chuyển đổi năng lượng từ ánh sáng mặt trời thành nguồn điện cung cấp cho hệ thống điện, các thiết bị sử dụng công nghệ mặt trời.
Bài viết sau đây sẽ chia sẻ những thông tin chi tiết về quy trình sản xuất, các thành phần cấu tạo tấm pin mặt trời, để cho bạn có thể biết rõ hơn về thành phần quan trọng này.
Nguyên liệu làm Solar Cell
Nguyên liệu chính là silicon tinh khiết thế nhưng trong trạng thái tự nhiên thì thường rất thô, chúng có nguồn gốc từ silicon đioxit chẳng hạn như đá thạch anh [silica tinh khiết nhất] hay thạch anh nghiền.
Các quy trình tạo ra các tế bào quang điện
Quá trình làm sạch silicon
Để tạo ra tế bào quang điện, đầu tiên sẽ đặt các nguyên liệu thô trên vào lò nung quang điện hình cung, là nơi cacbon hình cung được sử dụng để giải phóng oxy.
Sản phẩm của quá trình này là carbon dioxide và silicon nóng chảy. Silicon lúc này có tạp chất 1%, chưa có tinh khiết để tạo tế bào quang điện, cần phải trải qua quá trình làm sạch thêm.
99% silicon tinh khiết còn lại được tinh chế hơn nữa bằng cách sử dụng kỹ thuật floating zone. Thanh silicon không tinh khiết sẽ truyền qua khu vực được gia nhiệt nhiều lần trong cùng một hướng.
Mỗi lần thông qua, khu vực này sẽ kéo các tạp chất hướng tới một đầu. Vào thời điểm này, silicon đã được làm sạch, hoàn toàn tinh khiết, còn đầu chứa tạp chất được loại bỏ.
Làm silicon đơn tinh thể
Các pin quang điện được làm từ các thỏi silicon hình trụ, có cấu trúc nguyên tử đơn tinh thể, được làm từ quy trình Czochralski.
Trong quy trình này, một hạt đơn tinh thể silicon được nhúng vào silicon đa tinh thể nóng chảy. Khi hạt tinh thể rút lại và xoay vòng, một phôi hình trụ hay boule của silicon được hình thành. Phôi thu được chưa chắc tinh khiết, bởi vì tạp chất có lẽ vẫn còn trong chất lỏng.
Làm tấm bán dẫn silic
Từ phôi hình trụ, người ta sử dụng cưa tròn có đường kính bên trong, cắt bên trong thỏi hình trụ thành từng tấm bán dẫn silic hay có thể cắt nhiều lát cùng một lúc bằng cưa đa dây [chiếc cưa hình kim cương tạo ra các vết cắt rộng và dày 5 milimet.
Chỉ khoảng một nửa silicon bị mất từ phôi hình trụ đến lát hình tròn đã hoàn thành hay nhiều hơn nếu sau đó tấm bán dẫn silic được cắt thành hình chữ nhật hay hình lục giác.
Các tấm bán dẫn hình chữ nhật hay hình lục giác đôi khi được sử dụng để tạo ra cell quang điện vì chúng có thể được gắn với nhau một cách hoàn hảo, nhờ đó tận dụng tất cả không gian có sẵn trên bề mặt phía trước của pin
Sau đó, các tấm bán dẫn được đánh bóng để loại bỏ các dấu cưa. Thời điểm gần đây, người ta nhận ra các tế bào thô ráp hấp thụ ánh sáng mặt trời hiệu quả hơn, do đó có vài nhà sản xuất đã bỏ qua quá trình đánh bóng tấm bán dẫn.
Quá trình pha tạp [doping]
Các Silicon tinh khiết được pha tạp với phốt pho và boron để tạo ra lượng electron dư thừa và sự thiếu hụt electron tương ứng sẽ tạo chất bán dẫn có khả năng dẫn điện.
Sau quá trình Czochralski, các tấm bán dẫn được hàn kín lại và đặt trong lò nung để gia nhiệt nhẹ nhàng dưới điểm nóng chảy của silic [2.570 độ F hay 1.410 độ C] với sự hiện diện của khí photpho.
Các nguyên tử photpho đào bên trong silicon xốp hơn vì nó gần như trở thành chất lỏng. Nhiệt độ và thời gian cho quá trình này được kiểm soát cẩn thận để đảm bảo đường nối đồng nhất và có độ sâu thích hợp.
Thời gian gần đây, người ta pha tạp silicon với photpho bằng cách sử dụng máy gia tốc hạt nhỏ để bắn các ion phốt pho vào thỏi. Bằng việc kiểm soát tốc độ của các ion, có thể kiểm soát được độ sâu thâm nhập của chúng. Tuy nhiên quy trình mới này không được nhà sản xuất thương mại chấp nhận.
Đặt các tiếp điểm điện
Các tiếp điểm điện kết nối từng tế bào năng lượng mặt trời với nhau và đến đầu thu của dòng điện hiện tại. Các tiếp điểm phải rất mỏng [ít nhất là ở phía trước] để không chặn ánh sáng mặt trời vào tế bào.
Các kim loại như paladi / bạc, niken hay đồng được hút chân không thông qua quá trình quang khắc [photoresist], in lụa hay chỉ lắng đọng trên phần tiếp xúc của các tế bào đã được phủ một phần bằng sáp.
Cả ba phương pháp đều liên quan đến một hệ thống với bên trong gồm một phần của tế bào có tiếp điểm không đòi hỏi được bảo vệ, trong khi phần còn lại tiếp xúc với kim loại.
Sau khi đặt các tiếp điểm, các miếng mỏng được đặt giữa các tế bào. Miếng mỏng sử dụng phổ biến được làm từ đồng bọc thiếc.
Phủ lớp chống phản quang
Bởi vì silicon tinh khiết rất sáng bóng, có thể phản xạ tới 35% ánh sáng mặt trời. Để làm giảm lượng ánh sáng mặt trời bị mất, trên các tấm bán dẫn silicon được phủ lớp chống phản chiếu.
Lớp phủ thường được sử dụng nhất làm bằng titan dioxit và silicon oxit. Chất liệu được sử dụng cho lớp phủ hoặc là nóng lên cho đến khi các phân tử của nó bay hơi, di chuyển đến silicon và ngưng tụ, hoặc là trải qua quá trình phún xạ [sputtering].
Trong quá trình phún xạ, điện áp cao đập các phân tử ra khỏi chất liệu và để chúng vào silicon ở điện cực. Một phương pháp khác cho phép silicon phản ứng với các khí có chứa oxy hay nitơ để hình thành silicon dioxit hay silicon nitride.
Đóng gói tế bào thành tấm pin
Các tế bào quang điện đã hoàn thành thường được đóng gói lại tạo thành các module và được đặt vào khung kim loại bằng nhôm có tấm ốp mặt sau tạo nên sự chắc chắn cho pin cùng tấm kính bằng nhựa siêu nhẹ, có độ bền cao.
Bên trong khung kim loại là vật liệu bảo vệ gồm cao su chứa silicon trong suốt hay nhựa butyryl [thường được sử dụng trong kính chắn gió ô tô] liên kết xung quanh các tế bào, sau đó nhúng trong etylen vinyl axetat.
Chất silicon được sử dụng tựa như xi măng để ghép tất cả các thành phần bên trên lại với nhau.
Tấm Năng Lượng Mặt Trời Được Tạo Ra Như Thế Nào? – Danh Sách các vật liệu cấu tạo
Bạn đã bao giờ tự hỏi những vật liệu nào được sử dụng để tạo ra một tấm pin mặt trời? Tất nhiên, rất nhiều công nghệ tiên tiến và một số kỹ thuật thông minh sẽ làm cho tất cả trở nên khả thi.
Cùng chúng tôi tìm hiểu thêm và đi sâu vào một số chi tiết thực tế về những gì cấu tạo nên các tấm pin của chúng ta.
Mặt trời phóng ra một lượng lớn năng lượng dưới dạng các photon. Đây là những sóng/hạt chuyển động nhanh mang năng lượng đến trái đất dưới dạng nhiệt, ánh sáng và bức xạ. Solar cell chuyển đổi năng lượng ánh sáng thành năng lượng điện bằng cách sử dụng một thứ gọi là hiệu ứng quang điện
Mỗi tấm pin được tạo thành từ nhiều tế bào quang điện và mỗi tấm này là một bộ chuyển đổi điện mặt trời riêng lẻ. Bên trong mỗi tế bào quang điện là hai đĩa silicon tích điện khác nhau được kẹp với nhau theo cách tạo thành điện trường.
Khi các photon từ mặt trời va vào các lát silicon này, một phản ứng phá vỡ các hạt nhỏ gọi là electron. Các electron mang điện tích và đây là những gì tạo ra dòng điện mà chúng ta thu và chuyển đổi để sử dụng trong gia đình.
Sau khi biết quy trình hoạt động như thế nào, cần xem xét về những gì cần để tạo ra một tấm pin năng lượng mặt trời đẻ chúng hoạt động. Để bắt đầu, chúng ta cần một tế bào quang điện dựa trên silicon.
Sau đó, tất nhiên, chúng ta cần một cái gì đó để chứa và bảo vệ các cell. Và vì chúng ta có một số tế bào này trong mỗi tấm pin, chúng ta sẽ cần một chất nền và khung để kết nối mọi thứ.
Cuối cùng, chúng ta cần làm điều gì đó với tất cả điện năng chúng ta tạo ra vì vậy phải có hệ thống cáp để kết nối tất cả các tế bào và vận chuyển điện để chúng ta có thể sử dụng nó.
Bây giờ chúng ta hãy liệt kê và kiểm tra từng bộ phận thành phần của pin mặt trời của bạn và xem xét các vật liệu được sử dụng để cấu tạo nó.
Silicon mà chúng tôi sử dụng trong các tấm pin mặt trời ở dạng tinh thể silicon [c-Si]. Silicon là nguyên tố đáp ứng nhu cầu của solar cell vì nó là chất bán dẫn. Nói cách khác, nó là một vật liệu dẫn điện.
Bản chất dẫn điện/không dẫn điện này của silicon và các chất bán dẫn khác có nghĩa là chúng được sử dụng rộng rãi trong sản xuất các thiết bị điện tử như bóng bán dẫn, điốt và mạch điện.
Silicon là một trong những nguyên tố phong phú nhất trên trái đất. Chúng ta có được nó bằng cách khai thác đá có chứa các hợp chất silic và sau đó trải qua một quá trình phức tạp để phá vỡ nguyên liệu thô này thành silic tinh thể tinh khiết.
Sau khi tách, silicon được xử lý và cắt thành các lát siêu mỏng. Nhưng nó vẫn chưa sẵn sàng để đi vào cell pin của chúng ta cho đến khi trải qua quá trình pha tạp chất.
Doping là một quá trình phức tạp áp dụng một điện tích vào mỗi mặt của tấm silicon để mặt trên mang điện tích dương và mặt dưới là điện tích âm. Chính trường điện được tạo ra bởi các điện tích này sẽ thúc đẩy quá trình quang điện và tạo ra điện từ các tấm pin mặt trời của chúng ta.
Sự phản xạ là kẻ thù của các tấm pin vì bất kỳ ánh sáng nào bị phản xạ khỏi tấm pin đều không thể được hấp thụ và chuyển đổi thành năng lượng. Đó là lý do tại sao các tấm pin có bề ngoài mờ hơn là bóng.
Để hoàn thiện tế bào quang điện, một lớp mỏng của lớp phủ chống phản xạ được phủ lên. Lớp phủ này làm giảm sự phản xạ và mang lại cho các tế bào silicon màu hơi xanh dễ nhận biết.
Silicon nitride là lớp phủ chống phản xạ được sử dụng phổ biến nhất trong các tấm pin
Một solar cell đã hoàn thành phải được niêm phong để bảo vệ. Các hợp chất thường được sử dụng để bọc là cao su silicon hoặc ethylene-vinyl axetat. Cao su silicon là một chất đàn hồi hoặc vật liệu giống như cao su. Nó được tạo ra bằng cách kết hợp silicon với carbon, oxy và hydro.
Cao su silicon được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp. Chất trám silicon bạn sử dụng xung quanh nhà cũng giống như vậy. Hợp chất này hoàn hảo để bao bọc các tấm pin vì nó không phản ứng và chịu được nhiệt độ rất cao. Nó cũng trong suốt, điều cần thiết để cho phép các tế bào nhận được ánh sáng mặt trời tối đa.
Ethylene-vinyl acetate hoặc PEVA là một loại polymer tổng hợp có các đặc tính tương tự như cao su silicon và là vật liệu thay thế tốt được sử dụng để làm kín các cell pin
Bây giờ tới bước lắp ráp tất cả các thành phần của cell, cần tập hợp chúng lại với nhau thành tấm pin bằng cách sử dụng vật liệu đủ bền để cho phép nó hoạt động với tuổi thọ dự kiến khoảng 25 năm.
Tiếp theo, các tế bào kín được tập hợp lại với nhau trên một tấm mặt sau. Cấu trúc hỗ trợ này thường được làm bằng Mylar hoặc Tedlar.
Tedlar là một tên gọi khác của polyme polyvinyl florua, và mylar là viết tắt của vật liệu polyester polyethylene terephthalate định hướng hai trục.
Đây đều là những vật liệu được sản xuất tổng hợp với các đặc tính độc đáo khiến chúng trở nên hoàn hảo để cung cấp độ bền của pin năng lượng mặt trời. Chúng có khả năng chống chọi với thời tiết và bền vững cũng như nhiệt độ khắc nghiệt.
Tấm pin mặt trời có khung kim loại. Do pin không thể thực sự ở vị trí dễ tiếp xúc hơn, nên điều quan trọng là phải sử dụng vật liệu không ăn mòn và chắc chắn cho khung. Kim loại có giá tốt nhưng điều cần thiết là phải sử dụng kim loại không bị ăn mòn dưới mưa và không có khả năng bị làm hại bởi bụi và các vật liệu lạ khác.
Điều quan trọng là khung các tấm pin không quá nặng vì trọng lượng là một yếu tố cho thấy chúng cần đủ nhẹ cho mái nhà của bạn.
Kim loại phù hợp nhất với tất cả các tiêu chí này là nhôm.
Nếu bạn đã từng nhìn thấy một tấm pin bị nứt hoặc vỡ, bạn sẽ nhận thức rõ rằng một tấm kính sẽ che mặt trước của tấm
Một loại kính cường lực đặc biệt, được gọi là kính cường lực, được sử dụng để làm pin. Kính cường lực là vật liệu hoàn hảo cho công việc này vì nó cứng hơn gấp 4-5 lần so với kính thông thường, cung cấp cho bảng một lớp bảo vệ chắc chắn và bền bỉ.
Kính cường lực cũng rất tốt cho sự an toàn vì khi vỡ nó không tạo ra các mảnh vỡ lởm chởm nguy hiểm như các loại kính thông thường. Thay vào đó, kính cường lực vỡ thành nhiều mảnh nhỏ và an toàn hơn. Điều này rất quan trọng nếu một tấm pin trên mái nhà bị hỏng và kính vỡ rơi xuống mặt đất bên dưới.
Kính cường lực được sản xuất theo quy trình công nghiệp, trong đó kính thường được gia nhiệt nhanh chóng và làm nguội nhiều lần, giúp tăng độ bền của kính.
Các tấm pin sẽ không có ích gì nếu chúng ta không có cách thu thập và chuyển điện mà chúng tạo ra. Vì vậy, tất cả các tấm pin đều cần dây cáp để thực hiện công việc này.
Nhôm và đồng là vật liệu được sử dụng để làm cáp cho các tấm pin mặt trời. Nhôm rẻ hơn trong hai kim loại. Nó không mạnh bằng đồng và cũng không dẫn điện, vì vậy các tấm pi tốt hơn sử dụng hệ thống cáp đồng.
Như tất cả các loại cáp khác, cáp kim loại cần được bảo vệ bởi một lớp nhựa bên ngoài. Vì các tấm được đặt ở vị trí ngoài trời và nhận được nhiều mưa và nhiệt độ cao, nên lớp phủ nhựa của chúng được làm từ nhựa nhiệt dẻo siêu bền và chịu nhiệt [THWN]. Các nhà sản xuất tấm pin phải đáp ứng các nguyên tắc nghiêm ngặt về loại cách nhiệt mà họ sử dụng cho hệ thống cáp điện
Vì vậy, sau tất cả những chi tiết đó, chúng ta có thể viết ra danh sách vật liệu tấm pin mặt trời.
- Solar cell – Tinh thể silicon [c-si], Silicon Nitride
- Chất bịt kín – Cao su silicon hoặc Ethylene-Vinyl axetat
- Tấm nền – Mylar Hoặc Tedlar
- Khung – nhôm
- Bìa – Kính
- Cáp – Nhôm hoặc đồng, nhựa nhiệt dẻo chịu ẩm và nhiệt
Lưu ý rằng đây là danh sách các thành phần cấu tạo nên các tấm pin. Một số tấm thương mại hoạt động theo một cách hơi khác và được sản xuất từ các vật liệu khác.
Điều quan trọng cần lưu ý là công nghệ năng lượng mặt trời luôn phát triển. Trong tương lai gần, chúng ta có thể không cần phụ thuộc quá nhiều vào silicon cho các tấm pin vì các chất bán dẫn khác cho thấy nhiều hứa hẹn