10/02/2025
Pin mặt trời hay pin quang điện (PV) là một thiết bị bán dẫn chuyển đổi ánh sáng trực tiếp thành điện năng nhờ hiệu ứng quang điện . Vật liệu phổ biến nhất trong sản xuất pin mặt trời là silicon tinh khiết có thể được ứng dụng theo nhiều cách khác nhau.
Monocrystalline silicon photovoltaics are made from silicon wafers cut from cylindrical monocrystalline silicon ingots. The round cells must be cut to form quasi-quadratic cells that can be easily integrated into a module. As a result, refined silicon is wasted during cell manufacturing. The cut material produced during the square forming process is typically recycled in polycrystalline wafer production or used as feedstock for polysilicon production due to the higher cleaning costs when fed directly into the CZ-mono crystallization process.
Monocrystalline silicon has uniform and predictable properties, however, due to the slow and careful manufacturing process required, it is also the most expensive type of silicon.
The slow processing time and higher energy consumption of the CZ crystallization process are offset by the advantage of cutting thinner wafers in the Diamond Wire Cutting process. Since polycrystalline wafer materials will produce higher cell breakage below 180 microns during cell processing, monocrystalline wafers can be as thin as 120-160 microns. Modules consisting of monocrystalline silicon photovoltaic cells achieve commercial efficiencies of 15 to 18%. They are by far the most efficient modules and accounted for about 85% in 2010, with the largest market share. However, other alternatives are challenging this technology.
Pin mặt trời được làm từ tấm wafer silicon đơn tinh thể
Polycrystalline or multicrystalline silicon PV cells are made from cast square ingots – large blocks of molten silicon; carefully cooled and solidified. They are less expensive to produce than monocrystalline silicon PV cells, but are slightly less efficient, with module conversion efficiencies ranging from 13 to 16.
Tế bào quang điện đa tinh thể được dát lớp vào vật liệu nền trong môđun quang điện
Various thin-film technologies are currently being developed that reduce the amount (or volume) of light-absorbing material required to make a solar cell. This can result in lower processing costs compared to bulk materials (in the case of silicon thin films) but also tends to reduce power conversion efficiency (average module efficiencies range from 6 to 12%). [1] Thin-film photovoltaic cells are fabricated by depositing extremely thin layers of photoconducting semiconductor material onto a substrate such as glass, stainless steel or plastic. Commercially used thin-film materials are amorphous silicon (a-Si), cadmium telluride (CdTe) and copper-indium-(gallium)-diselenide (CI(G)S). [1]
Commercially available thin-film modules:
Potentially cheaper to manufacture than crystalline cells
Have broader customer appeal as design elements due to their uniform appearance
Current disadvantages, such as low conversion efficiency and requiring larger PV array areas and more materials (cables, support structures) to produce the same amount of electricity
Hiện nay có các loại pin mặt trời dựa trên các công nghệ mới khác nhau đang trong quá trình trưởng thành trên thị trường, ví dụ như pin hiệu suất cao:
Quang điện tập trung (CPV) dựa trên thấu kính hoặc gương tập trung ánh sáng mặt trời trực tiếp vào pin mặt trời. Những tế bào này bao gồm một lượng nhỏ vật liệu PV hiệu quả cao nhưng đắt tiền (silicon hoặc hợp chất III-V, thường là gallium arsenide hoặc GaA). Hiện nay cường độ tập trung thay đổi từ hệ số 2 đến 100 mặt trời (nồng độ thấp) đến 1000 mặt trời (nồng độ cao). Hiệu suất của mô-đun thương mại nằm trong khoảng từ 20 đến 25%, mặc dù hiệu suất từ 25 đến 30% có thể đạt được với gali arsenide . Hiệu suất 41,1% đã đạt được trong phòng thí nghiệm bởi Fraunhofer Institut für Solare Energiesysteme, Đức (cường độ tập trung: 450 mặt trời) .Theo thứ tự, các mô-đun Bộ tập trung mặt trời được gắn trên hệ thống theo dõi 2 trục. Trong trường hợp PV nồng độ thấp, tồn tại hệ thống theo dõi 1 trục và thấu kính ít phức tạp hơn. |
mô-đun tập trung
thay vì vật liệu bán dẫn, pin mặt trời nhạy cảm với thuốc nhuộm lai sử dụng thuốc nhuộm hữu cơ để hấp thụ ánh sáng. Màn hình lụa đơn giản cho phép tiết kiệm chi phí sản xuất và cung cấp các phạm vi thiết kế khác nhau như thực hiện ở mặt tiền hoặc cho mục đích quảng cáo [5] . Pin mặt trời nhạy cảm với thuốc nhuộm lai có thể sử dụng ánh sáng mặt trời khuếch tán. Hiệu suất trung bình thay đổi từ 2 đến 4%.
Pin mặt trời hữu cơ vẫn đang ở giai đoạn phát triển ban đầu. Những tế bào này bao gồm các hợp chất hydrocarbon hữu cơ cũng như cấu trúc điện tử đặc biệt và có thể tạo ra điện trên lá kim loại và vải dệt. Hiện nay, hiệu suất trung bình của tế bào thay đổi từ 3 đến 5% [5] . Tiêu thụ nguyên liệu ít và công nghệ sản xuất hiệu quả hơn dẫn đến tiềm năng cao về sản xuất tiết kiệm chi phí. Tuy nhiên, vẫn cần có hoạt động nghiên cứu vì thời gian tồn tại rất ngắn.
Đối với hầu hết tất cả các ứng dụng, một nửa volt được tạo ra bởi một tế bào là không đủ. Vì vậy, các tế bào được mắc nối tiếp với nhau để tăng hiệu điện thế. Một số chuỗi tế bào này có thể được kết nối song song với nhau để tăng dòng điện. [6]
Để sử dụng các ô được kết nối trong các ứng dụng thực tế, chúng phải:
Do đó, các tế bào được liên kết với nhau và các kết nối điện của chúng được kẹp giữa lớp thủy tinh hoặc nhựa trong trên cùng và lớp nhựa hoặc nhựa và kim loại thấp hơn. Một khung bên ngoài được gắn vào để tăng độ bền cơ học và tạo cách để gắn thiết bị. Gói này được gọi là “mô-đun” hoặc “bảng điều khiển”. Thông thường, mô-đun là khối xây dựng cơ bản của hệ thống quang điện. [6]
Công suất cực đại của mô-đun năng lượng mặt trời phụ thuộc vào số lượng tế bào được kết nối và kích thước của chúng. Hiệu suất của mô-đun thường được đánh giá theo Điều kiện thử nghiệm tiêu chuẩn (STC) : bức xạ 1.000 W/m2 , quang phổ mặt trời AM 1,5 và nhiệt độ mô-đun ở 25°C. Các mô-đun năng lượng mặt trời được đánh giá theo công suất đỉnh [Wp ] theo sản lượng của chúng theo STC. Do đó, một mô-đun 50 W p có thể được kỳ vọng sẽ cung cấp công suất 50 W trong điều kiện tối ưu. Hiệu suất bị giảm bởi nhiệt độ cao. [6]
Giống như các mô-đun pin mặt trời có thể được kết nối nối tiếp và/hoặc song song để tăng điện áp và/hoặc dòng điện tùy thuộc vào yêu cầu của hệ thống. [6]
So sánh các loại mô-đun PV khác nhau [7] [8] :
Vật liệu tế bào | Hiệu suất mô-đun | Diện tích bề mặt cần thiết cho 1 kW p | Thuận lợi | Nhược điểm |
Silic đơn tinh thể | 15-18% | 7-9 mét vuông | – mô-đun PV hiệu quả nhất – dễ dàng có sẵn trên thị trường – được tiêu chuẩn hóa cao | – đắt nhất – lãng phí silicon trong quá trình sản xuất |
Silic đa tinh thể | 13-16% | 8-9 mét vuông | – cần ít năng lượng và thời gian hơn cho sản xuất so với pin đơn tinh thể (= chi phí thấp hơn) – dễ dàng có sẵn trên thị trường – được tiêu chuẩn hóa cao | – kém hiệu quả hơn một chút so với các mô-đun silicon đơn tinh thể |
Song song vi hình (aµ-Si) | 6-9% | 9-12 mét vuông | – cần nhiều không gian hơn cho cùng một đầu ra | |
Màng mỏng: Copper indium diselenide (CIS) | 10-12% | 9-11 mét vuông | – nhiệt độ và bóng râm cao hơn có tác động ít hơn đến hiệu suất – chi phí sản xuất thấp hơn | – cần nhiều không gian hơn cho cùng một đầu ra |
Màng mỏng: Cadmium Telluride (CdTe) | 9-11% | 11-13 mét vuông | – nhiệt độ và bóng râm cao hơn có tác động ít hơn đến hiệu suất – khả năng cắt giảm chi phí cao nhất | – cần nhiều không gian hơn cho cùng một đầu ra |
Màng mỏng: Silicon vô định hình (a-Si) | 6-8% | 13-20 mét vuông | – nhiệt độ và bóng râm cao hơn có tác động ít hơn đến hiệu suất – cần ít silicon hơn cho sản xuất | – cần nhiều không gian hơn cho cùng một đầu ra |
Để so sánh giá của các mô-đun khác nhau, cơ sở dữ liệu tiếp theo hiển thị các giá trị cập nhật hàng tháng: Solarserver.de
Do hiệu quả cao, các mô-đun silicon đơn và đa tinh thể tiêu chuẩn hóa và thâm nhập thị trường là những mô-đun phổ biến nhất được sử dụng trong hệ thống năng lượng mặt trời gia đình (SHS). Tuy nhiên, thị phần của mô-đun màng mỏng đang tăng lên, đặc biệt là trong các hệ thống PV tích hợp và đứng độc lập .
Chúng tôi làm việc chặt chẽ với khách hàng để hiểu được mong muốn của bạn cả về mặt triết lý và thực tế.
