Pin quang điện là chất bán dẫn được thiết kế để chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành điện năng. Bạn có thể nghĩ về chất bán dẫn như một cái kệ trống phía trên một cái thùng chứa đầy các quả bóng nảy – nơi các quả bóng giống như các electron trong chất bán dẫn. Các quả bóng trong thùng bên dưới không thể di chuyển xa, vì vậy vật liệu dẫn điện kém. Nhưng nếu một quả bóng nhảy lên kệ, nó có thể lăn rất dễ dàng, vì vậy vật liệu này sẽ biến thành một chất dẫn điện tốt. Khi ánh sáng mặt trời chiếu vào chất bán dẫn, nó có thể nhấc một quả bóng ra khỏi thùng và đặt nó lên giá. Bạn sẽ nghĩ càng nhiều ánh sáng mặt trời thì càng tốt – càng nhiều bóng được đặt trên giá, càng có nhiều dòng điện từ solar cell. Nhưng nhiều ánh sáng mặt trời hơn cũng có thể có nghĩa là nhiệt độ cao hơn – và nhiệt độ cao hơn nói chung làm giảm hiệu quả của tấm pin
Mục lục
Các tấm pin bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ như thế nào?
Chất bán dẫn
Khi ánh sáng mặt trời đi vào tế bào quang điện, nó sẽ bổ sung năng lượng cho các electron, nhưng những electron năng lượng đó không làm tốt trong tế bào – chúng phải thoát ra ngoài. Vì vậy, tế bào được thiết kế để giá đỡ ở một góc. Một quả bóng trên kệ nhanh chóng lăn xuống. Nếu bạn xây dựng một ống từ mép thấp của giá đỡ quanh co đến thùng bên dưới, thì các quả bóng sẽ chảy xuống từ tế bào và quay trở lại. Đó là điều ít nhiều xảy ra khi các dây dẫn điện được nối với các cell pin – các electron được ánh sáng mặt trời thu nhận và đẩy vào một mạch điện.
Công suất của 1 solar cell
Trong thuật ngữ điện, công suất là điện áp nhân với dòng điện. Dòng điện đề cập đến số lượng điện tử bị đẩy ra khỏi tế bào và điện áp đề cập đến “lực đẩy” mà mỗi điện tử nhận được. Nghĩ lại cái thùng và cái giá, dòng điện là số quả bóng được đặt lên giá mỗi giây và hiệu điện thế là độ cao của cái giá.
Khi mặt trời càng mạnh, nó cung cấp năng lượng cho nhiều electron hơn – nâng nhiều quả bóng lên giá hơn – nhưng giá không cao hơn nữa. Có nghĩa là, điện áp ra khỏi pin mặt trời cell pin phụ thuộc vào cách mà tế bào được chế tạo, trong khi dòng điện tối đa phụ thuộc vào lượng ánh sáng mặt trời mà nó hấp thụ. Điện áp và dòng điện cũng phụ thuộc vào một số yếu tố khác. Một trong số đó là nhiệt độ.
Hiệu ứng nhiệt độ:
Nhiệt độ đo lường mức độ mà mọi thứ đang chuyển động xung quanh. Trong trường hợp chất bán dẫn, nhiệt độ đo lường mức độ chuyển động của các electron và giá trị của các electron đó đang chuyển động xung quanh. Lại nghĩ đến cái giá và cái thùng đựng quả bóng, khi một chất bán dẫn nóng hơn, nó như thể những quả bóng đang khuấy động và nảy xung quanh trong thùng và cái kệ phía trên đang rung lên xuống.
Khi các tế bào quang điện nóng, các quả bóng đã nảy xung quanh một chút, ánh sáng mặt trời sẽ dễ dàng hơn để nhặt chúng và đặt chúng trên giá. Bởi vì kệ rung lên và xuống, các quả bóng cũng dễ dàng hơn để lên kệ, nhưng vì chúng không cao nên chúng không lăn nhanh. Nghĩa là, khi một tế bào silicon nóng hơn, nó tạo ra nhiều dòng điện hơn nhưng ít điện áp hơn. Thật không may, nó chỉ nhiều hơn một chút hiện tại và ít điện áp hơn rất nhiều, vì vậy kết quả là công suất giảm.
Đầu ra của tấm pin
Tấm pin được chế tạo từ một loạt các tế bào quang điên nối với nhau. Các nhà sản xuất khác nhau chế tạo các tấm pin của họ theo cách khác nhau, vì vậy bạn có thể tìm thấy một tấm pin mặt trời có 60 cell và một tấm pin khác có 156 cell. Ngay cả khi có sự khác biệt trong sản xuất pin năng lượng mặt trời silicon, vật liệu ít nhiều giống nhau, do đó ảnh hưởng nhiệt độ cũng gần như giống nhau. Thông thường, sản lượng điện từ cell silicon giảm khoảng 0,4% với mỗi độ C (1,8 độ F).
Nhiệt độ đề cập đến nhiệt độ vật liệu thực tế, chứ không phải nhiệt độ không khí, vì vậy vào một ngày nắng, không có gì lạ khi một tấm pin mặt trời đạt tới 45 độ C (113 độ F). Điều đó có nghĩa là một tấm pin được đánh giá cho 200W ở 20 độ C (68 độ F) sẽ chỉ đưa ra 180W
Ảnh hưởng của nhiệt độ đến khả năng sản xuất năng lượng mặt trời
Pin mặt trời chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành điện năng, vì vậy bạn sẽ nghĩ rằng càng nhiều ánh sáng mặt trời thì càng tốt. Điều đó không phải lúc nào cũng đúng, bởi vì ánh sáng mặt trời không chỉ bao gồm ánh sáng mà bạn nhìn thấy, mà còn chứa bức xạ hồng ngoại không nhìn thấy, mang nhiệt. Pin năng lượng mặt trời của bạn sẽ hoạt động tốt nếu nó nhận được nhiều ánh sáng, nhưng khi nó trở nên nóng hơn, hiệu suất của nó sẽ giảm.
Năng lượng từ quang điện
Các tấm quang điện là tập hợp các tế bào riêng lẻ được làm bằng vật liệu bán dẫn. Điện áp mà cell pin đặt ra chủ yếu được xác định bởi sự lựa chọn của chất bán dẫn và các chi tiết của các lớp bán dẫn. Dòng điện do pin mặt trời tạo ra là hàm của lượng ánh sáng mặt trời chiếu vào nó. Càng nhiều ánh sáng mặt trời chiếu vào nó, nó sẽ tạo ra càng nhiều dòng điện, đến giới hạn của tế bào. Công suất điện là tích của dòng điện nhân với điện áp.
Giảm điện áp
Các nhà sản xuất bảng điều khiển năng lượng mặt trời thử nghiệm sản phẩm của họ ở điều kiện tiêu chuẩn là 25 độ C (77 độ F) với độ cách điện 1.000 watt trên một mét vuông. Độ cách nhiệt là thước đo lượng năng lượng mặt trời chiếu vào mỗi mét vuông vuông góc với hướng của ánh sáng mặt trời. Sự cách điện có thể cao hơn 1.000 watt trên mét vuông vào khoảng giữa trưa vào những ngày trời quang đãng và điều đó sẽ làm cho bảng điều khiển năng lượng mặt trời của bạn tạo ra nhiều dòng điện hơn, nghĩa là nhiều điện hơn. Thật không may, đó là một câu chuyện khác với nhiệt độ. Khi nhiệt độ tăng trên 25 độ C, dòng điện tăng rất nhẹ, nhưng điện áp giảm nhanh hơn. Hiệu ứng ròng là giảm công suất đầu ra khi nhiệt độ tăng. Các tấm pin mặt trời silicon điển hình có hệ số nhiệt độ khoảng -0,4 đến -0,5 phần trăm. Điều này có nghĩa là cứ mỗi độ C trên 25, sản lượng điện từ mảng sẽ giảm theo tỷ lệ phần trăm đó. Ở 45 độ C (113 độ F), một tấm pin mặt trời 40 watt với hệ số nhiệt độ -0,4 sẽ tạo ra ít hơn 37 watt.
Nhiệt độ bù đắp
Hiệu suất tấm pin của bạn được đánh giá ở mức 25 độ C và nó giảm khi nhiệt độ tăng. May mắn thay, nó tăng trở lại khi nhiệt độ giảm. Nếu bạn đang ở vùng ôn đới, hiệu suất mà bạn mất đi trong cái nóng mùa hè sẽ được trả lại vào những ngày mùa đông trong lành, mát mẻ. Nếu điều đó vẫn chưa đủ an ủi cho bạn, bạn cũng có thể xây dựng hệ thống năng lượng mặt trời của mình để tận dụng hiệu ứng làm mát tự nhiên của các dòng chảy chuyển hướng gió để mang nhiệt ra khỏi các tấm pin. Đối với các hệ thống gắn trên mái, điều này có thể đơn giản như đảm bảo rằng bạn để lại khoảng trống 6 inch giữa các tấm và mái của bạn. Bạn có thể thực hiện một cách tiếp cận tích cực hơn để làm mát bằng cách sử dụng làm mát bay hơi – sử dụng sự bay hơi của nước để làm mát tấm nền của bạn giống như cách mồ hôi làm mát làn da của bạn vào một ngày nắng nóng.
Các vật liệu năng lượng mặt trời khác
Một giải pháp thay thế cho các tấm pin silicon truyền thống có dạng tấm màng mỏng. Chúng được làm bằng các vật liệu bán dẫn khác nhau và hệ số nhiệt độ của chúng chỉ bằng khoảng một nửa so với silicon. Các tấm màng mỏng không bắt đầu với hiệu suất cao như quang điện silicon tinh thể, nhưng độ nhạy thấp hơn với nhiệt độ cao hơn khiến chúng trở thành một lựa chọn hấp dẫn cho các vị trí rất nóng. Các tấm phim mỏng được sử dụng giống hệt như các tấm tinh thể của chúng, nhưng chúng thường kém hiệu quả hơn vài phần trăm. Hệ số nhiệt độ của chúng nằm trong khoảng từ -0,2 đến -0,3%. Có những vật liệu kết tinh khác bắt đầu với hiệu suất cao hơn silicon và cũng có hệ số nhiệt độ dương. Điều đó có nghĩa là chúng trở nên tốt hơn khi nhiệt độ tăng lên. Chúng cũng rất đắt, điều này giới hạn việc sử dụng chúng đối với một số ứng dụng chuyên biệt.
