Bức xạ mặt trời và hệ thống điện năng lượng mặt trời

 

Bức xạ mặt trời hay còn gọi là bức xạ điện từ - được phát ra bởi mặt trời. Mặc dù mọi vị trí trên trái đất đều nhận được một số ánh sáng mặt trời trong một năm, nhưng lượng bức xạ mặt trời đến điểm bất kỳ trên bề mặt trái đất sẽ khác nhau. Các công nghệ năng lượng mặt trời thu nhận bức xạ này và biến nó thành các dạng năng lượng hữu ích.

 

Có hai loại công nghệ năng lượng mặt trời chính - quang điện (PV) và nhiệt điện mặt trời tập trung (CSP).

 
Quang điện (PV) được sử dụng trong các tấm pin năng lượng mặt trời. Khi mặt trời chiếu vào tấm pin năng lượng mặt trời, năng lượng từ ánh sáng mặt trời sẽ được các tế bào PV trong tấm pin hấp thụ. Năng lượng này tạo ra các điện tích di chuyển để phản ứng với điện trường bên trong tế bào, gây ra dòng điện. 

 Hệ thống nhiệt điện mặt trời tập trung (CSP) sử dụng gương để phản chiếu và tập trung ánh sáng mặt trời vào máy thu năng lượng mặt trời và chuyển nó thành nhiệt, sau đó có thể được sử dụng để sản xuất điện hoặc lưu trữ để sử dụng sau này. Nó được sử dụng chủ yếu trong các nhà máy điện rất lớn và tốn kém.

 
- Quy mô nhỏ: Năng lượng mặt trời quy mô nhỏ thường được lắp đặt trên nóc nhà của các hộ gia đình, doanh nghiệp nhỏ (Điện mặt trời áp mái) và thường có công suất từ ​​5 đến 20 (kW), tùy thuộc vào diện tích lắp đặt.

- Quy mô vừa: Các dự án năng lượng mặt trời ở quy mô vừa thường được lắp đặt ở quy mô lớn hơn so với năng lượng mặt trời dân dụng. Đó là các dự án điện mặt trời ở các doanh nghiệp lớn, trung tâm thương mại,… Mặc dù các dự án có thể khác nhau rất nhiều về diện tích lắp đặt, nhưng năng lượng mặt trời quy mô vừa phục vụ một mục đích nhất quán: cung cấp điện mặt trời tại chỗ cho các doanh nghiệp và tổ chức phi lợi nhuận.

- Quy mô lớn: Các dự án năng lượng mặt trời quy mô lớn thường có quy mô lắp đặt lớn, công suất cỡ vài (MW) cung cấp điện năng lượng mặt trời trên quy mô lớn. 

 Một tấm pin mặt trời (còn được gọi là mô-đun năng lượng mặt trời) bao gồm một lớp tế bào silicon, một khung kim loại, một bộ phận vỏ thủy tinh và hệ thống dây điện để truyền dòng điện từ silicon. Silicon (nguyên tử số 14 trong bảng tuần hoàn) là một phi kim có đặc tính dẫn điện cho phép nó hấp thụ và chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành điện năng sử dụng được. Khi ánh sáng chiếu vào một tế bào silicon, ánh sáng làm cho các electron trong silicon chuyển động, tạo ra một dòng điện. Đây được gọi là “hiệu ứng quang điện” và nó mô tả chức năng chung của công nghệ tấm pin năng lượng mặt trời.

 

Khoa học tạo ra điện bằng các tấm pin mặt trời bắt nguồn từ hiệu ứng quang điện này. Nó được phát hiện lần đầu tiên vào năm 1839 bởi Edmond Becquerel và có thể được coi là thuộc tính của các vật liệu cụ thể (được gọi là chất bán dẫn) cho phép chúng tạo ra dòng điện khi chúng tiếp xúc với ánh sáng mặt trời.

 
Pin mặt trời quang điện silicon hấp thụ bức xạ mặt trời.
Khi tia nắng mặt trời tương tác với tế bào silicon, các electron bắt đầu chuyển động, tạo ra dòng điện.
Dây điện bắt và cấp dòng điện một chiều (DC) này đến bộ biến tần năng lượng mặt trời để chuyển đổi thành điện xoay chiều (AC).

 

 
Năm 1954, Bell Labs đã phát triển tế bào quang điện silicon đầu tiên. Mặc dù năng lượng mặt trời trước đây đã được thu nhận và chuyển đổi thành năng lượng sử dụng được thông qua nhiều phương pháp khác nhau, nhưng chỉ sau năm 1954, điện mặt trời mới bắt đầu trở thành nguồn điện khả thi để cung cấp năng lượng cho các thiết bị trong thời gian dài. Các tế bào năng lượng mặt trời đầu tiên đã chuyển đổi bức xạ mặt trời thành điện năng với hiệu suất 4% - để tham khảo, nhiều tấm pin mặt trời phổ biến hiện nay có thể chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành năng lượng mặt trời với hiệu suất trên 20%, một con số không ngừng tăng lên.