Pin năng lượng mặt trời hoạt động như thế nào?
2023.Aug
31
Giới thiệu
Trên bề mặt Trái đất có rất nhiều năng lượng: khoảng 173.000 terawatt. Nếu chúng ta tính toán lượng năng lượng được toàn bộ dân số trên hành tinh sử dụng, con số này sẽ tăng lên hơn 10.000. Để tận dụng tối đa năng lượng mặt trời, chúng ta hãy xem pin mặt trời hoạt động như thế nào? Và năng lượng này được chuyển hóa thành điện năng như thế nào?
Pin năng lượng mặt trời hoạt động như thế nào
Pin năng lượng
mặt trời là một hệ thống bao gồm một số lượng lớn các tế bào quang điện có liên quan. Chúng thường được làm bằng chất bán dẫn, trong đó phổ biến nhất là silicon. Trong pin, silicon tinh thể nằm giữa hai lớp có độ dẫn điện khác nhau, trong đó mỗi nguyên tử được kết nối bằng liên kết mạnh với bốn lớp liền kề. Những liên kết này giữ các electron và không cho dòng điện chạy qua. Vậy cách thức hoạt động của pin mặt trời: các electron chuyển từ lớp thừa electron (loại n) sang lớp khuyết tật (loại p), trong quá trình chuyển đổi này chúng ta gọi là tiếp giáp pn, một bên tạo thành điện tích dương và điện tích âm còn lại ở một bên.
Ánh sáng mặt trời là một dòng các hạt cực nhỏ, cụ thể là: photon. Các photon va chạm với các tế bào quang điện, "đá" các electron ra khỏi điểm nối của chúng, để lại một lỗ trống ở vị trí của chúng. Do hiệu ứng điện trường của quá trình chuyển đổi pn, các electron mang điện tích âm sẽ di chuyển về phía các lỗ mang điện tích dương. Do đó, các electron di động tích tụ trên bề mặt pin. Sau đó, chúng chạy dọc theo mạch ngoài đến lớp đối diện, thực hiện công điện cùng một lúc.
Một tế bào quang điện như vậy có công suất 0,5 watt. Việc kết hợp pin thành các mô-đun có thể tăng sức mạnh của pin, chẳng hạn như 12 viên pin là đủ để sạc một chiếc điện thoại di động, tất nhiên, muốn cung cấp năng lượng cho cả nhà thì cần nhiều mô-đun như vậy. Pin mặt trời có thể hoạt động trong nhiều thập kỷ vì thành phần chuyển động duy nhất trong thiết kế của chúng là các electron và chúng tiếp tục quay trở lại nơi xuất phát, nghĩa là không có gì bị lãng phí hoặc hao mòn.
(1) Quyết định này sẽ không chỉ bị ảnh hưởng bởi các chính trị gia mà còn bởi các công ty hàng đầu. Ngoài ra, còn một vấn đề vật lý: năng lượng mặt trời không thể phân bố đều trên bề mặt trái đất. Ví dụ, điều này ít xảy ra hơn vào những ngày nhiều mây hoặc vào ban đêm. Điều đó có nghĩa là cần nhiều nỗ lực hơn để sản xuất pin hiệu quả hơn cũng như tạo ra cơ sở hạ tầng để lưu trữ năng lượng được tạo ra.
(2) Bản thân hiệu quả của tế bào quang điện vẫn đặt ra nhiều câu hỏi. Nếu ánh sáng mặt trời không bị hấp thụ mà thay vào đó phản chiếu khỏi bề mặt tế bào hoặc nếu các electron quay trở lại lỗ trước khi đi qua mạch thì năng lượng của photon sẽ bị mất. Hiện tại, các tế bào hiệu quả nhất có hiệu suất là 46% và hầu hết các nhà máy đều kém hiệu quả hơn - khoảng 15-20%.
Ở trình độ phát triển công nghệ năng lượng mặt trời như hiện nay, con người vẫn có thể cung cấp năng lượng cho thế giới. Đó chỉ là vấn đề tài chính, tạo ra cơ sở hạ tầng cần thiết và tìm đủ không gian. Theo tính toán sơ bộ, cần có diện tích hàng trăm nghìn km2 để lắp đặt pin. Nhưng trên thực tế, một khu vực như vậy rất khó tìm.
Hàng trăm triệu người trên khắp thế giới, đặc biệt là ở các nước kém phát triển, không được tiếp cận nguồn năng lượng đáng tin cậy. Ở nhiều quốc gia này, mặt trời thực sự rất dồi dào. Vì vậy, ở những nơi này, năng lượng mặt trời sẽ rẻ hơn và an toàn hơn các nguồn năng lượng thay thế như nhiên liệu.
Lời kết
Mỗi năm, các tấm pin mặt trời ngày càng tốt hơn, rẻ hơn và cạnh tranh hơn với các nguồn năng lượng hiện có. Trong tương lai gần, có lẽ công nghệ này có thể cách mạng hóa cảnh quan hành tinh chúng ta. mong đợi!
