Một tế bào năng lượng mặt trời , hoặc tế bào quang điện (PV), là một thiết bị chuyển đổi ánh sáng thành dòng điện bằng cách sử dụng hiệu ứng quang điện . Pin mặt trời đầu tiên do Charles Fritts chế tạo vào những năm 1880. Nhà công nghiệp người Đức Ernst Werner von Siemens là một trong những người nhận ra tầm quan trọng của khám phá này. Năm 1931, kỹ sư người Đức Bruno Lange đã phát triển một tế bào quang sử dụng bạc selen thay cho ôxít đồng , mặc dù các tế bào selen nguyên mẫu đã chuyển đổi ít hơn 1% ánh sáng tới thành điện năng.
Sau công việc của Russell Ohlvào những năm 1940, các nhà nghiên cứu Gerald Pearson, Calvin Fuller và Daryl Chapin đã tạo ra pin mặt trời silicon vào năm 1954. Những pin mặt trời ban đầu này có giá 286 đô la Mỹ / watt và đạt hiệu suất 4,5–6%. Năm 1957, Mohamed M. Atalla đã phát triển quá trình thụ động hóa bề mặt silicon bằng quá trình oxy hóa nhiệt tại Bell Labs . Quá trình thụ động hóa bề mặt từ đó rất quan trọng đối với hiệu quả sử dụng pin mặt trời .
Mảng của hệ thống điện quang điện , hay hệ thống PV, tạo ra dòng điện một chiều (DC) dao động theo cường độ ánh sáng mặt trời. Để sử dụng thực tế, điều này thường yêu cầu chuyển đổi sang điện áp mong muốn nhất định hoặc dòng điện xoay chiều (AC), thông qua việc sử dụng bộ biến tần . Nhiều pin mặt trời được kết nối bên trong các mô-đun. Các mô-đun được nối dây với nhau để tạo thành các mảng, sau đó được gắn với một bộ biến tần, bộ biến tần này tạo ra công suất ở điện áp mong muốn và đối với AC, tần số / pha mong muốn.
Nhiều hệ thống PV dân dụng được kết nối với lưới điện ở bất cứ nơi nào có sẵn, đặc biệt là ở các nước phát triển với thị trường lớn. Trong các hệ thống PV nối lưới này , việc sử dụng bộ lưu trữ năng lượng là tùy chọn. Trong một số ứng dụng nhất định như vệ tinh, hải đăng hoặc ở các nước đang phát triển, pin hoặc máy phát điện bổ sung thường được thêm vào làm dự phòng. Những hệ thống điện độc lập như vậy cho phép hoạt động vào ban đêm và vào những thời điểm ánh sáng mặt trời hạn chế khác.
Năng lượng mặt trời tập trung
Điện mặt trời tập trung (CSP), còn được gọi là “nhiệt mặt trời tập trung”, sử dụng thấu kính hoặc gương và hệ thống theo dõi để tập trung ánh sáng mặt trời, sau đó sử dụng nhiệt thu được để tạo ra điện từ các tuabin chạy bằng hơi nước thông thường.
Một loạt các công nghệ tập trung tồn tại: trong số những công nghệ được biết đến nhiều nhất là máng parabol , gương phản xạ Fresnel tuyến tính nhỏ gọn , đĩa Stirling và tháp năng lượng mặt trời . Các kỹ thuật khác nhau được sử dụng để theo dõi mặt trời và ánh sáng tập trung. Trong tất cả các hệ thống này, chất lỏng hoạt động được làm nóng bằng ánh sáng mặt trời tập trung, và sau đó được sử dụng để phát điện hoặc lưu trữ năng lượng. Việc lưu trữ nhiệt một cách hiệu quả cho phép tạo ra điện năng lên đến 24 giờ.
Một máng parabol bao gồm một phản xạ parabol tuyến tính mà cô đặc thắp lên một nhận vị trí dọc theo đường tiêu cự của gương. Máy thu là một ống được đặt dọc theo các tiêu điểm của gương parabol tuyến tính và được đổ đầy chất lỏng hoạt động. Gương phản xạ được tạo ra để theo dõi mặt trời vào ban ngày bằng cách theo dõi dọc theo một trục duy nhất. Hệ thống máng hình parabol cung cấp hệ số sử dụng đất tốt nhất so với bất kỳ công nghệ năng lượng mặt trời nào. Các nhà máy của Hệ thống tạo năng lượng mặt trời ở California và Nevada Solar One của Acciona gần Thành phố Boulder, Nevada là những đại diện của công nghệ này.
Máy phản xạ Fresnel tuyến tính nhỏ gọn là nhà máy CSP sử dụng nhiều dải gương mỏng thay vì gương parabol để tập trung ánh sáng mặt trời vào hai ống có chất lỏng hoạt động. Điều này có lợi thế là gương phẳng có thể được sử dụng, rẻ hơn nhiều so với gương parabol và có thể đặt nhiều gương phản xạ hơn trong cùng một khoảng không gian, cho phép sử dụng nhiều ánh sáng mặt trời hơn. Các tấm phản xạ Fresnel tuyến tính tập trung có thể được sử dụng trong các nhà máy lớn hoặc nhỏ gọn hơn.
Đĩa năng lượng mặt trời Stirling kết hợp đĩa tập trung hình parabol với động cơ Stirling thường dẫn động một máy phát điện. Ưu điểm của năng lượng mặt trời Stirling so với tế bào quang điện là hiệu suất chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành điện năng cao hơn và tuổi thọ cao hơn. Hệ thống đĩa hình parabol cho hiệu quả cao nhất trong số các công nghệ CSP. Big Dish 50 kW ở Canberra , Úc là một ví dụ về công nghệ này.
Một tháp năng lượng mặt trời sử dụng một mảng theo dõi phản xạ ( kính định nhật ) để ánh sáng tập trung vào một máy thu trung tâm trên đỉnh một tòa tháp. Các tháp điện có thể đạt được hiệu suất (chuyển đổi nhiệt thành điện) cao hơn so với các sơ đồ CSP theo dõi tuyến tính và khả năng lưu trữ năng lượng tốt hơn so với công nghệ quay đĩa.
Xem thêm:
- Lắp đặt điện năng lượng mặt trời
- Công nghệ chính của điện mặt trời
- Năng lượng mặt trời là gì?
- Máy phát điện: Portable Generators
