Tổng quan về quang điện

Quang điện là gì? 

Các thiết bị quang điện (PV) tạo ra điện trực tiếp từ ánh sáng mặt trời thông qua một quá trình điện tử xảy ra tự nhiên trong một số loại vật liệu, được gọi là chất bán dẫn. Các electron trong các vật liệu này được giải phóng bằng năng lượng mặt trời và có thể được cảm ứng để đi qua một mạch điện, cung cấp năng lượng cho các thiết bị điện hoặc gửi điện vào lưới điện.

Các thiết bị PV có thể được sử dụng để cấp nguồn cho mọi thứ từ các thiết bị điện tử nhỏ như máy tính và biển báo đường bộ đến nhà và các doanh nghiệp thương mại lớn.

Công nghệ PV hoạt động như thế nào?

Các photon tấn công và ion hóa vật liệu bán dẫn trên bảng mặt trời, khiến các electron bên ngoài thoát khỏi liên kết nguyên tử của chúng. Do cấu trúc bán dẫn, các electron bị buộc theo một hướng tạo ra dòng điện. Pin mặt trời không hiệu quả 100% trong pin mặt trời silic tinh thể, một phần vì chỉ có ánh sáng nhất định trong quang phổ có thể được hấp thụ. Một số phổ ánh sáng bị phản xạ, một số quá yếu để tạo ra điện (hồng ngoại) và một số (tia cực tím) tạo ra năng lượng nhiệt thay vì điện.

Sơ đồ của một pin mặt trời tinh thể silicon điển hình. 

Các loại công nghệ quang điện khác 

Ngoài silicon tinh thể (c-Si), còn có hai loại công nghệ PV chính khác:

• PV màng mỏng là một phần phát triển nhanh nhưng nhỏ của thị trường năng lượng mặt trời thương mại. Nhiều hãng phim mỏng đang khởi nghiệp phát triển các công nghệ thử nghiệm. Chúng thường kém hiệu quả hơn – nhưng thường rẻ hơn – so với các mô-đun c-Si.
• Ở Hoa Kỳ, mảng PV tập trungđược tìm thấy chủ yếu ở sa mạc Tây Nam. Họ sử dụng ống kính và gương để phản chiếu năng lượng mặt trời tập trung vào các tế bào hiệu quả cao. Họ yêu cầu ánh sáng mặt trời trực tiếp và hệ thống theo dõi để có hiệu quả nhất.
• Quang điện tích hợp trong tòa nhàđóng vai trò là lớp bên ngoài của cấu trúc và tạo ra điện để sử dụng tại chỗ hoặc xuất vào lưới điện. Các hệ thống BIPV có thể cung cấp tiết kiệm chi phí vật liệu và điện, giảm ô nhiễm và thêm vào sự hấp dẫn kiến ​​trúc của một tòa nhà.

Lịch sử công nghệ quang điện

Hiệu ứng PV được Alexandre Edmund Becquerel quan sát vào đầu năm 1839 và là chủ đề của nghiên cứu khoa học trong suốt đầu thế kỷ XX. Năm 1954, Bell Labs ở Mỹ đã giới thiệu thiết bị PV năng lượng mặt trời đầu tiên sản xuất một lượng điện có thể sử dụng được và đến năm 1958, pin mặt trời đã được sử dụng trong nhiều ứng dụng khoa học và thương mại quy mô nhỏ.

Cuộc khủng hoảng năng lượng trong những năm 1970 đã chứng kiến ​​sự khởi đầu của mối quan tâm lớn trong việc sử dụng pin mặt trời để sản xuất điện trong gia đình và doanh nghiệp, nhưng giá cấm (cao hơn gần 30 lần so với giá hiện tại) khiến các ứng dụng quy mô lớn trở nên không thực tế.

Sự phát triển và nghiên cứu của ngành trong những năm tiếp theo làm cho các thiết bị PV trở nên khả thi hơn và một chu kỳ tăng sản xuất và giảm chi phí đã bắt đầu ngay cả ngày hôm nay.

Chi phí quang điện mặt trời

Giá giảm nhanh chóng đã làm cho năng lượng mặt trời phải chăng hơn bao giờ hết. Giá trung bình của một hệ thống PV hoàn thành đã giảm 59 phần trăm trong thập kỷ qua.

Quang điện hiện đại

Chi phí của PV đã giảm đáng kể khi ngành công nghiệp đã tăng quy mô sản xuất và tăng dần công nghệ với các vật liệu mới. Chi phí lắp đặt đã giảm xuống với các trình cài đặt có kinh nghiệm và được đào tạo nhiều hơn. Trên toàn cầu, Mỹ có thị trường lớn thứ ba về lắp đặt PV và đang tiếp tục phát triển nhanh chóng.

Hầu hết các pin mặt trời hiện đại được làm từ silicon tinh thể hoặc vật liệu bán dẫn màng mỏng. Tế bào silicon hiệu quả hơn trong việc chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành điện, nhưng thường có chi phí sản xuất cao hơn. Vật liệu màng mỏng thường có hiệu suất thấp hơn, nhưng có thể đơn giản hơn và ít tốn kém hơn khi sản xuất. Một loại chuyên dụng của pin mặt trời – được gọi là tế bào đa khớp hoặc song song – được sử dụng trong các ứng dụng đòi hỏi trọng lượng rất thấp và hiệu quả rất cao, chẳng hạn như vệ tinh và ứng dụng quân sự. Tất cả các loại hệ thống PV được sử dụng rộng rãi ngày nay trong một loạt các ứng dụng.

Nguồn SEIA.