Năng lượng mặt trời giải thích quang điện và điện

Tế bào quang điện biến đổi ánh sáng mặt trời thành điện năng

Tế bào quang điện (PV), thường được gọi là pin mặt trời, là một thiết bị phi cơ học chuyển đổi trực tiếp ánh sáng mặt trời thành điện năng. Một số tế bào quang điện có thể chuyển đổi ánh sáng nhân tạo thành điện năng.

Photon mang năng lượng mặt trời

Ánh sáng mặt trời bao gồm các photon, hoặc các hạt năng lượng mặt trời. Những photon này chứa những lượng năng lượng khác nhau tương ứng với các bước sóng khác nhau của

Một

Dòng điện

Chuyển động của các electron, mỗi electron mang điện tích âm, về phía bề mặt trước của tế bào tạo ra sự mất cân bằng điện tích giữa bề mặt trước và sau của tế bào. Ngược lại, sự mất cân bằng này tạo ra một điện thế giống như cực âm và cực dương của pin. Dây dẫn điện trên tế bào hấp thụ các điện tử. Khi các dây dẫn được kết nối trong mạch điện với tải bên ngoài, chẳng hạn như pin, dòng điện chạy trong mạch.

Hiệu quả của các hệ thống quang điện thay đổi tùy theo loại công nghệ quang điện

Hiệu quả mà các tế bào PV chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành điện năng thay đổi tùy theo loại vật liệu bán dẫn và công nghệ tế bào PV. Hiệu suất của các mô-đun PV thương mại có sẵn trung bình dưới 10% vào giữa những năm 1980, tăng lên khoảng 15% vào năm 2015 và hiện đang đạt gần 20% đối với các mô-đun tiên tiến nhất. Tế bào PV thử nghiệm và tế bào PV cho các thị trường ngách, chẳng hạn như vệ tinh không gian, đã đạt hiệu suất gần 50%.

Hệ thống quang điện hoạt động như thế nào

Tế bào PV là khối xây dựng cơ bản của hệ thống PV. Các ô riêng lẻ có thể thay đổi kích thước từ khoảng 0,5 inch đến khoảng 4 inch. Tuy nhiên, một tế bào chỉ tạo ra 1 hoặc 2 Watts, chỉ đủ điện cho các mục đích sử dụng nhỏ, chẳng hạn như cấp nguồn cho máy tính hoặc đồng hồ đeo tay.

Các tế bào PV được kết nối điện trong một mô-đun hoặc bảng điều khiển PV được đóng gói, kín thời tiết. Các mô-đun PV khác nhau về kích thước và lượng điện mà chúng có thể sản xuất. Công suất phát điện của mô-đun PV tăng theo số lượng tế bào trong mô-đun hoặc theo diện tích bề mặt của mô-đun. Các mô-đun PV có thể được kết nối theo nhóm để tạo thành một mảng PV. Một mảng PV có thể bao gồm hai hoặc hàng trăm mô-đun PV. Số lượng mô-đun PV được kết nối trong một mảng PV xác định tổng lượng điện mà mảng có thể tạo ra.

Tế bào quang điện tạo ra dòng điện một chiều (DC). Dòng điện một chiều này có thể được sử dụng để sạc pin, từ đó cung cấp năng lượng cho các thiết bị sử dụng dòng điện một chiều. Gần như tất cả điện năng được cung cấp dưới dạng dòng điện xoay chiều (AC) trong các hệ thống truyền tải và phân phối điện. Thiết bị được gọi

Các tế bào và mô-đun quang điện sẽ tạo ra lượng điện lớn nhất khi chúng đối diện trực tiếp với mặt trời. Các mô-đun và mảng PV có thể sử dụng các hệ thống theo dõi di chuyển các mô-đun để liên tục hướng về phía mặt trời, nhưng các hệ thống này đắt tiền. Hầu hết các hệ thống PV đều có các mô-đun ở một vị trí cố định với các mô-đun hướng thẳng về phía nam (ở bán cầu bắchướng thẳng về phía bắc ở bán cầu nam) và ở một góc tối ưu hóa hiệu suất vật lý và kinh tế của hệ thống.

Các tế bào quang điện mặt trời được nhóm thành các tấm (mô-đun) và các tấm có thể được nhóm thành các mảng có kích thước khác nhau để tạo ra lượng điện từ nhỏ đến lớn, chẳng hạn như cung cấp năng lượng cho máy bơm nước cho nước chăn nuôi, cung cấp điện cho gia đình hoặc cho tiện ích- phát điện quy mô.

Nguồn: Phòng thí nghiệm năng lượng tái tạo quốc gia (có bản quyền)

Các ứng dụng của hệ thống quang điện

Hệ thống quang điện nhỏ nhất cung cấp năng lượng cho máy tính và đồng hồ đeo tay. Các hệ thống lớn hơn có thể cung cấp điện để bơm nước, cung cấp năng lượng cho thiết bị liên lạc, cung cấp điện cho một hộ gia đình hoặc doanh nghiệp hoặc tạo thành các mảng lớn cung cấp điện cho hàng nghìn người tiêu dùng điện.

Một số ưu điểm của hệ thống PV là

¢Các hệ thống PV có thể cung cấp điện ở những nơi không có hệ thống phân phối điện (đường dây điện) và chúng cũng có thể cung cấp điện cho một
• Các mảng PV có thể được cài đặt nhanh chóng và có thể có kích thước bất kỳ.
¢Các tác động môi trường của các hệ thống PV đặt trên các tòa nhà là tối thiểu.

Nguồn: Phòng thí nghiệm năng lượng tái tạo quốc gia (có bản quyền)

Nguồn: Phòng thí nghiệm năng lượng tái tạo quốc gia (có bản quyền)

Lịch sử quang điện

Tế bào PV thực tế đầu tiên được phát triển vào năm 1954 bởi các nhà nghiên cứu của Bell Telephone. Bắt đầu từ cuối những năm 1950, các tế bào quang điện đã được sử dụng để cung cấp năng lượng cho các vệ tinh không gian của Hoa Kỳ. Vào cuối những năm 1970, các tấm PV đã cung cấp điện ở vùng sâu vùng xa, hoặc

Cơ quan Thông tin Năng lượng Hoa Kỳ (EIA) ước tính rằng điện năng được tạo ra tại các nhà máy điện PV quy mô tiện ích đã tăng từ 76 triệu kilowatt giờ (kWh) năm 2008 lên 69 tỷ (kWh) vào năm 2019. Các nhà máy điện quy mô tiện ích có ít nhất 1.000 kilowatt (hoặc một megawatt) công suất phát điện. EIA ước tính rằng 33 tỷ kWh đã được tạo ra bởi các hệ thống PV nối lưới quy mô nhỏ vào năm 2019, tăng từ 11 tỷ kWh vào năm 2014. Các hệ thống PV quy mô nhỏ là các hệ thống có công suất phát điện dưới một megawatt. Hầu hết nằm trên các tòa nhà và đôi khi được gọi là