Tấm pin mặt trời hoạt động thế nào? Giải thích dễ hiểu cho chủ nhà

Khi nhìn những tấm pin xanh đen nằm im trên mái, nhiều người tò mò không biết làm sao một tấm kính phẳng, không có động cơ hay bộ phận quay nào lại có thể tạo ra điện để chạy máy lạnh, tủ lạnh và cả xe máy điện. Câu trả lời nằm ở một hiện tượng vật lý được phát hiện từ thế kỷ mười chín và được ứng dụng rộng rãi trong vài chục năm gần đây.

Hiểu được cách tấm pin hoạt động không chỉ để thỏa trí tò mò. Nó còn giúp chủ nhà đọc hiểu báo giá, biết vì sao hướng mái hay bóng râm lại quan trọng, và đặt đúng câu hỏi khi làm việc với đơn vị lắp đặt.

Hiệu ứng quang điện: trái tim của tấm pin

Mỗi tấm pin được ghép từ nhiều tế bào quang điện làm bằng silic, loại vật liệu bán dẫn có mặt trong hầu hết các thiết bị điện tử. Tế bào này được chế tạo thành hai lớp có tính chất điện khác nhau ghép sát vào nhau. Ranh giới giữa hai lớp tạo ra một vùng điện trường bên trong.

Ánh sáng mặt trời được tạo thành từ vô số hạt năng lượng gọi là photon. Khi photon chiếu vào tế bào silic, nó truyền năng lượng cho các electron và khiến chúng bứt ra khỏi vị trí cũ. Vùng điện trường bên trong đẩy các electron này đi theo một chiều nhất định. Khi nối hai mặt tế bào bằng dây dẫn, dòng electron chuyển động đó chính là dòng điện. Quá trình này gọi là hiệu ứng quang điện.

Điểm hay của nguyên lý này là không có gì bị tiêu hao. Không đốt nhiên liệu, không mài mòn, không tiếng ồn. Chỉ cần còn ánh sáng, tế bào tiếp tục tạo ra điện, và đó là lý do tấm pin có thể làm việc bền bỉ hàng chục năm.

Cấu tạo một tấm pin hiện đại

Một tấm pin dùng cho nhà ở hiện nay thường có công suất khoảng 550 đến 620 Wp, kích thước xấp xỉ một cánh cửa lớn. Bên trong là nhiều lớp vật liệu xếp chồng, mỗi lớp có một nhiệm vụ riêng.

• Kính cường lực ở mặt trên, có lớp phủ chống phản xạ để giữ lại nhiều ánh sáng hơn và chịu được mưa đá cỡ nhỏ.
• Lớp màng bao bọc giữ cho tế bào không bị hơi ẩm và bụi xâm nhập.
• Các tế bào quang điện được nối với nhau bằng dải dẫn điện mảnh.
• Tấm nền phía sau cách điện và bảo vệ mặt dưới của tế bào.
• Khung nhôm và hộp đấu dây giúp tấm pin chắc chắn và dễ đấu nối với các tấm khác.

Đơn tinh thể, đa tinh thể và các công nghệ mới

Phần lớn tấm pin trên thị trường hiện nay dùng silic đơn tinh thể, có màu đen đồng đều và hiệu suất cao hơn loại đa tinh thể màu xanh trước đây. Một số dòng còn dùng thiết kế hai mặt kính, thu thêm ánh sáng phản xạ từ mặt dưới, phù hợp với mái sáng màu hoặc giàn đặt cao. Với chủ nhà, chỉ cần nhớ một nguyên tắc: chọn tấm pin Tier 1 từ nhà sản xuất có năng lực tài chính và mạng lưới bảo hành rõ ràng.

Từ điện một chiều đến điện dùng trong nhà

Tấm pin tạo ra điện một chiều, trong khi thiết bị gia dụng và lưới điện dùng điện xoay chiều. Vì vậy, hệ thống luôn cần một thiết bị trung gian quan trọng là biến tần.

Vai trò của biến tần hòa lưới

Biến tần nhận điện một chiều từ các chuỗi tấm pin, chuyển thành điện xoay chiều cùng tần số và điện áp với lưới. Nó liên tục dò tìm điểm làm việc tối ưu để lấy được nhiều công suất nhất khi nắng thay đổi. Biến tần còn có chức năng an toàn: tự ngắt khi lưới mất điện để không đẩy điện ngược lên đường dây, bảo vệ thợ điện đang sửa chữa.

Đường đi của dòng điện trong ngày

1. Tấm pin hấp thụ ánh sáng và tạo ra điện một chiều.
2. Điện đi qua dây dẫn và thiết bị bảo vệ đến biến tần.
3. Biến tần chuyển thành điện xoay chiều, cấp vào tủ điện của nhà.
4. Thiết bị đang chạy dùng điện mặt trời trước, phần thiếu mới lấy thêm từ lưới.
5. Nếu có pin lưu trữ, phần điện dư được nạp vào pin để dùng buổi tối.

Những yếu tố quyết định tấm pin phát được bao nhiêu điện

Cùng một hệ thống, có nhà đạt sản lượng cao, có nhà lại thấp hơn kỳ vọng. Nguyên nhân thường nằm ở điều kiện lắp đặt chứ không phải do tấm pin kém chất lượng.

Ở miền Nam, mỗi kWp lắp đúng kỹ thuật thường cho khoảng 4 đến 4,5 kWh mỗi ngày, tùy hướng mái và thời tiết. Ngày nhiều mây sản lượng có thể chỉ bằng một nửa, nhưng tấm pin vẫn phát điện nhờ ánh sáng tán xạ chứ không dừng hẳn.

Tuổi thọ và bảo hành: nên hiểu thế nào cho đúng

Tấm pin không hỏng đột ngột mà suy giảm hiệu suất rất chậm theo thời gian. Vì vậy, nhà sản xuất thường đưa ra hai loại bảo hành khác nhau mà chủ nhà nên phân biệt rõ.

• Bảo hành sản phẩm, thường khoảng 12 đến 15 năm, áp dụng cho lỗi vật liệu và lỗi sản xuất.
• Bảo hành hiệu suất, thường khoảng 25 đến 30 năm, cam kết tấm pin vẫn giữ được phần lớn công suất ban đầu sau chừng ấy năm.
• Biến tần thường được bảo hành khoảng 5 đến 10 năm và là thiết bị có thể cần thay thế một lần trong vòng đời hệ thống.

Điều này có nghĩa là một hệ thống được lắp đặt cẩn thận hôm nay vẫn có thể tạo ra điện cho gia đình bạn đến tận khi con cái trưởng thành. Với thời gian hoàn vốn thường khoảng 4 đến 6 năm, phần lớn quãng đời còn lại của hệ thống là điện gần như miễn phí.

Vì sao sản lượng thay đổi theo mùa

Nhiều chủ nhà ngạc nhiên khi thấy sản lượng tháng mùa khô cao hơn hẳn tháng mùa mưa. Đây là điều bình thường: số giờ nắng, độ cao mặt trời và lượng mây thay đổi theo mùa nên lượng ánh sáng đến tấm pin cũng khác nhau. Khi đánh giá hiệu quả hệ thống, nên nhìn tổng sản lượng cả năm thay vì so một tháng riêng lẻ, và so với cùng kỳ năm trước để thấy hệ thống có đang suy giảm bất thường hay không.

Câu hỏi chủ nhà hay đặt ra

Trời mưa có phát điện không?

Có, nhưng ít hơn nhiều so với ngày nắng. Mưa còn giúp rửa trôi một phần bụi nhẹ trên bề mặt kính.

Lắp tấm pin có làm nóng nhà hơn không?

Ngược lại, tấm pin che bớt nắng trực tiếp xuống mái nên phòng tầng trên thường mát hơn rõ rệt.

Mất điện lưới thì nhà có điện không?

Hệ bám lưới thuần sẽ tự ngắt để đảm bảo an toàn. Muốn có điện khi lưới mất, cần chọn hệ hybrid kèm pin lưu trữ.

Nếu bạn muốn biết mái nhà mình phù hợp lắp bao nhiêu kWp và mỗi tháng tiết kiệm được khoảng bao nhiêu, kỹ sư AIVA Solar sẽ đến khảo sát miễn phí, đo hướng mái, kiểm tra bóng đổ và giải thích cặn kẽ từng thiết bị trong báo giá. Gọi ngay hotline 0703 270 450 hoặc ghé văn phòng tại 75 Đường Số 37, KDC Vạn Phúc, TP. Thủ Đức để được tư vấn trực tiếp.