Hiện nay, pin mặt trời phổ biến nhất là loại làm từ silicon tinh thể, được chia thành 2 loại là Mono và Poly, tuy nhiên nhiều nghĩ vẫn nghĩ rằng chúng giống nhau và không quá bận tâm về vấn đề này. Hôm nay LEDSAIGON sẽ đưa ra những phân tích về sự khác biệt giữa pin mặt trời Mono và Poly, giúp khách hàng có những cái nhìn khách quan để có thể chọn được loại pin năng lượng mặt trời phù hợp với gia đình mình sau này.
Pin mặt trời có 2 loại phổ biến là pin mono và pin poly. Pin mono có màu đèn sẫm còn pin poly có màu xanh. Tuy nhiên pin Mono lại tốt hơn pin poly do có hiệu suất hoạt động tốt hơn. Pin mono có những khoảng trống giữa các cell, còn poly thì như một khối liền nhau, cùng với một diện tích trên tấm pin thì sản lượng điện cho ra giữa mono và poly là như nhau.
Sự khác biệt về hình dáng bên ngoài
Đầu tiên, đi vào hình ảnh trực quan ta sẽ thấy sự khác biệt cơ bản của pin mặt trời poly và mono như sau:
Pin mono [đơn tinh thể – Monocrystalline] : Màu đen sẫm đồng nhất. Những cell pin hình vuông được vạt góc xếp liền nhau tạo những khoảng trống hình thoi xen kẽ.
Pin poly [ đa tinh thể – Polycrystalline]: màu xanh đậm. Những cell pin được xếp khít với nhau như một mảng lớn nguyên vẹn.
Sự khác biệt về kỹ thuật công nghệ
Hơn 85% quang điện của thế giới dựa trên một số biến thể của silicon. Silicon được sử dụng trong điện mặt trời có nhiều dạng. Sự khác biệt cơ bản giữa pin mặt trời poly và mono, cũng như một số loại ít phổ biến khác chính là độ tinh khiết của silicon.
Hiệu suất của tấm pin năng lượng mặt trời tỉ lệ thuận với độ tinh khiết của silicon. Các phân tử silicon càng tinh khiết thì hiệu suất chuyển hóa năng lượng mặt trời thành năng lượng điện càng cao. Nhưng quá trình tăng cường độ tinh khiết của silicon lại rất tốn kém. Đây cũng chính là nguyên nhân cho sự chênh lệch giá thành của pin mặt trời poly và mono.
Silicon là nền tảng của các tế bào năng lượng mặt trời [ solar cell] của pin mặt trời poly và mono.
Pin mặt trời mono
Pin mono với các solar cell được làm bằng monocrystalline silicon [mono-Si], còn được gọi là silicon đơn tinh thể với độ tinh khiết cao. Chính vì vậy, nhìn bằng mắt thường sẽ thấy tấm pin đều màu và đồng nhất.
Các solar cell của pin mono được tạo nên từ các phôi silicon có hình trụ. Bốn mặt các phôi hình trụ được cắt ra khỏi để tối ưu hóa hiệu suất và giảm chi phí thành phần. Điều này tạo nên nét đặc trưng của pin mono như đã nêu ở đầu bài.
Ưu điểm:
- Được làm từ silicon với độ tinh khiết cao nên hiệu suất sử dụng cao. Tỉ lệ hiệu suất của các tấm pin mono thường ở khoảng 15-20%.
- Độ bền cao, hiệu quả sử dụng dài lâu
- Hoạt động hiệu quả hơn so với pin poly trong điều kiện ánh sáng yếu.
Nhược điểm:
- Giá thành khá cao do quy trình sản xuất tốn kém
- Hoạt động kém hiệu quả hơn poly trong cùng điều kiện nhiệt độ tăng cao.
Pin mặt trời Poly
Các tấm pin năng lượng mặt trời đầu tiên được tạo nên từ silicon đa tinh thể như polysilicon [p-Si] và silicon đa tinh thể [mc-Si].
Nguyên liệu silicon tan chảy và được đổ vào khuôn hình vuông, được làm nguội và cắt thành những tấm wafer vuông hoàn hảo.
Ưu điểm:
- Quá trình sản xuất đơn giản và ít tốn kém. Do đó giá thành cũng thấp hơn so với pin mono.
- Mức độ giãn nở và chịu nhiệt cao.
Nhược điểm:
- Hiệu suất hoạt động của pin poly nằm trong khoảng từ 13-16%. Do độ tinh khiết của silicon thấp hơn nên hiệu suất không cao bằng pin mono.
- Hiệu suất làm việc ngoài nắng rất cao làm tuổi thọ pin poly giảm so với pin mono trong cùng điều kiện ánh sáng.
Trên đây là những khác biệt cơ bản của pin mặt trời poly và mono. Mỗi loại có ưu nhược điểm riêng khó mà có thể đánh giá loại nào tốt hơn loại nào. Tuy nhiên, dựa vào những phân tích trên, bạn có thể dễ dàng lựa chọn loại pin mặt trời poly và mono phù hợp với nhu cầu sử dụng, khả năng kinh tế, mức độ đầu tư, khu vực vị trí địa lí cũng như ảnh hưởng của ánh nắng mặt trời.
Quý khách quan tâm đến các sản phẩm đèn trụ cổng năng lượng mặt trời, đèn pha năng lượng mặt trời, đèn sân vườn năng lượng mặt trời, đèn đường năng lượng mặt trời, hệ thống điện năng lượng mặt trời, đèn đường led, đèn pha led, đèn led nhà xưởng, máng đèn led… Hãy đến với Ledsaigon nơi bán những sản phẩm đèn chất lượng vượt trội, chính hãng, đã được thông qua quy trình kiểm tra nghiêm ngặt, đạt tiêu chuẩn an toàn quốc tế.
Ledsaigon luôn tư vấn nhiệt tình, hướng dẫn lắp đặt và phục vụ chu đáo tốt nhất cho quý khách.
Công Ty Cổ Phần Công Nghệ Điện Sài Gòn
Địa chỉ: 39 Gò Cấm Đệm, P 10, Q. Tân Bình, TPHCM
Hotline: [028]667.53111 - [028]224.71717
Email:
Website: www.ledsaigon.vn- Website: denlednangluongmattroi.com.vn
Tìm hiểu công nghệ chế tạo tấm pin mặt trời đơn tinh thể và đa tinh thể [Phần 1]
Khi nói đến tấm pin mặt trời theo công nghệ C-Si một công nghệ đang thống trị ngành năng lượng mặt trời trên thế giới vớ thị phần lên đến 95% so với các công nghệ khác, một trong những câu hỏi được đặt ra nhiều nhất là loại pin mặt trời nào tốt hơn: Monocrystalline hay Polycrystalline?
Nếu bạn đang tìm hiểu vấn đề này thì bài viết này sẽ cung cấp cho bạn câu trả lời thỏa đáng.
[Chà, nếu bạn đang tìm kiếm một câu trả lời chi tiết, thì bạn đã đến đúng nơi.]
Bài viết có dùng một số dữ liệu của Hiệp hội Năng lượng Mặt trời Hoa Kỳ [ASES]
Trong bài viết này, chúng tôi sẽ so sánh chuyên sâu đầy đủ giữa các tấm pin mặt trời đơn tinh thể gọi tắt là tấm pin poly và đa tinh thể gọi tắt là tấm pin mono bao gồm:
- Chúng được tạo ra như thế nào?
- Chúng trông như thế nào?
- Hiệu suất [efficient] của chúng như thế nào?
- Chúng phản ứng với nhiệt tốt như thế nào?
- Tuổi thọ dự kiến của chúng là bao nhiêu?
- Chúng có thể tái chế được không?
- Chúng đắt như thế nào?
Nhưng trước tiên, hãy xem cách hoạt động của Solar PV [Solar Photovoltaics]Quang điện mặt trời [PV : viết tắt của từ Photovoltaic] là sự chuyển đổi trực tiếp thành dòng điện tại điểm nối của hai chất tiếp xúc với năng lượng mặt trời. Nó xảy ra thông qua một quá trình được gọi là Hiệu ứng quang điện khiến các photon bị hấp thụ và phóng điện tử. Năng lượng mặt trời bao gồm các photon là những gói năng lượng điện từ nhỏ. Vật liệu thể hiện hiệu ứng quang điện này được gọi là PV hoặc pin Mặt trời.
Pin mặt trời được cấu tạo từ các vật liệu bán dẫn, chẳng hạn như silicon, được sử dụng trong ngành công nghiệp vi điện tử. Đối với pin mặt trời, một tấm wafer bán dẫn mỏng được xử lý đặc biệt để tạo thành điện trường, dương ở một phía và âm ở mặt kia. Khi ánh sáng mặt trời chiếu vào bề mặt của tấmpin mặt trời, các điện tử bị đánh bật khỏi các nguyên tử trong vật liệu bán dẫn. Nếu các vật dẫn điện được gắn vào các mặt âm và dương, tạo thành một mạch điện, thì các điện tử có thể bị bắt gặp dưới dạng dòng điện – hay chính xác hơn nó là dòng điện một chiều [DC]. Dòng điện này có thể cung cấp trực tiếp cho các tải DC hoặc biến đổi thành dòng điện xoay chiều AC để cung cấp cho đèn hoặc các thiết bị tiêu thụ điện trong nhà.
Mô-đun quang điện [hay còn gọi là tấm pin mặt trời] đầu tiên được chế tạo bởi Phòng thí nghiệm Bell [ Bell Laboratories ] ở Hoa Kỳ vào năm 1954.
Vì vậy, không cần phải quảng cáo thêm, chúng ta hãy đi ngay vào cách các tấm pin mặt trời được tạo ra.
A. Sản xuất [Manufacture]
- Các tấm pin mặt trời đơn tinh thể [Monocrystalline Solar Panels] được tạo ra như thế nào
Năm 1918 , nhà khoa học người Ba Lan Jan Czochralski đã phát hiện ra một phương pháp tuyệt vời để sản xuất silicon đơn tinh thể và gọi nó là Quy trình Czochralski [Czochralski Process], và sau đó vào năm 1941, tế bào đầu tiên đã được chế tạo thành công.
Quá trình sản xuất pin mặt trời đơn tinh thể bao gồm 8 bước chính và trong phần này, chúng ta sẽ nhanh chóng đi qua từng bước trong số đó .
- Tạo silicon luyện kim [Make Metallurgical Silicon]
Thành phần chính tạo nên các tấm pin mặt trời đơn tinh thể là silicon còn được gọi là cát Silica [Silica sand], Quartzite, hoặc SiO2
Bước đầu tiên trong sản xuất tế bào đơn tinh thể là chiết xuất silic tinh khiết từ thạch anh để chế tạo silic luyện kim [hoặc silicon tinh khiết].
Để tạo ra silicon luyện kim, các lò đặc biệt được sử dụng để nấu chảy SiO2 và Carbon ở nhiệt độ trên 2.552 độ F tương đương 75,5 độ C [1 độ C = 33,8 độ F], để lại 98% đến 99% silicon nguyên chất.
Mặc dù silicon luyện kim có độ tinh khiết cao nhưng nó không đủ tinh khiết để được sử dụng trong các tấm PV.
Do đó, việc thanh lọc hơn nữa cần phải được thực hiện.
- Làm sạch silic luyện kim [Purify Metallurgical Silicon]
Bước tiếp theo là tinh chế silicon luyện kim này bằng quy trình của Siemens [Siemens process].
Đầu tiên, chúng ta cho bột silic luyện kim loại Si trong bình phản ứng với HCl ở nhiệt độ cao tạo ra khí SiHCl3 .
Sau đó khí được làm lạnh và hóa lỏng để chưng cất [distillation].
Chưng cất là quá trình làm bay hơi sau đó ngưng tụ chất lỏng để loại bỏ các tạp chất không mong muốn.
Ví dụ, bạn có thể đun sôi nước biển [nước muối], sau đó ngưng tụ hơi nước để lấy nước tinh khiết, vì muối sẽ vẫn ở dưới đáy nồi.
Sử dụng khái niệm tương tự, SiHCl3 hóa lỏng được đun nóng sau đó làm lạnh để loại bỏ các tạp chất có nhiệt độ sôi cao hơn và thấp hơn như Canxi và Nhôm .
Sau khi chưng cất, SiHCl3 hóa lỏng được chuyển đến một lò phản ứng cách nhiệt khác với một thanh nóng, sau đó trộn với khí Hydro và hóa hơi một lần nữa ở nhiệt độ lên đến 2732 độ F.
Do nhiệt và sự có mặt của khí H2 , các nguyên tử Cl sẽ tan ra, để lại khoảng 99,9999% silicon nguyên chất.
- Tạo thỏi silicon [Creating Silicon Ingots]
Điều khác biệt giữa các tế bào đơn tinh thể với các tế bào đa tinh thể là các tấm pin đơn tinh thể được làm từ một thỏi silicon tinh khiết duy nhất.
Việc tạo ra một thỏi silicon nguyên chất thực sự rất khó khăn cho đến khi Czochralski phát hiện ra cách tuyệt vời này.
Đầu tiên, bạn nhúng một tinh thể hạt [seed crystal], là một thanh nhỏ silicon đơn tinh thể nguyên chất vào silicon nóng chảy.
Sau khi nhúng que [the rod], bây giờ là lúc từ từ kéo và xoay tinh thể hạt lên trên cùng một lúc để giảm thiểu ảnh hưởng của đối lưu trong quá trình tan chảy.
Khi tinh thể hạt được kéo lên, silicon lỏng sẽ từ từ đông đặc trong 4 ngày tạo ra silicon đơn tinh thể hình trụ lớn đồng nhất còn được gọi là thỏi silicon [silicon ingot]..
Kích thước của thỏi silicon phụ thuộc vào 3 yếu tố : nhiệt độ gradient, tốc độ nguội và tốc độ quay.
- Tạo các wafers silicon [Creating Silicon Wafers]
Cho đến nay, bạn đã có một thỏi silicon đơn tinh thể khổng lồ, nhưng làm thế nào bạn có thể tạo ra các tấm pin mặt trời từ nó?
Câu trả lời rất đơn giản, đó là cưa dây [wire saw]
Bước thứ ba là cắt thỏi silicon thành những lát rất mỏng bằng cách sử dụng một chiếc cưa dây [wire saw] rất sắc để tạo ra các tấm silicon 1 mm hoặc 0,0393 inch .
Sau khi cắt tấm wafer, đã đến lúc đánh bóng và rửa tấm wafer để làm sạch nó khỏi bụi, bẩn và trầy xước.
- Cải tiến Wafers [Improving the Wafers]
Bởi vì bề mặt tấm wafer rất phẳng, nhiều tia sáng bị phản xạ đi, và rõ ràng, bạn không muốn điều đó, vì nó sẽ làm giảm hiệu quả của tấm pin mặt trời.
Vì lý do này, các nhà sản xuất làm thô và khắc bề mặt của tấm wafer, do đó ánh sáng có thể khúc xạ nhiều lần, giúp cải thiện hiệu quả của tấm panel và ngăn cản sự phản xạ ánh sáng nhiều nhất có thể.
Các tấm wafer silicon tích điện dương. Nói cách khác, chúng hoạt động như một vật liệu loại p .
Để dẫn điện, bạn cần một tiếp giáp pn và để tạo ra một tiếp giáp pn, một lớp phốt pho mang điện tích âm được thêm vào mỗi phiến, sau đó các phiến được chuyển đến các lò nung đặc biệt 1652 độ F để bơm phốt pho với nitơ .
Hỗn hợp nitơ và phốt pho tạo ra một lớp n loại mạnh dẫn đến một tấm wafer tiếp giáp pn rất hiệu quả, điều này tất nhiên sẽ làm tăng hiệu quả của bảng điều khiển.
- Cải thiện độ dẫn điện [Improve Conductivity]
Để giảm tổn thất điện năng, một hợp kim bạc dẫn điện cao được ép lên mặt trước của tấm wafer, đảm bảo năng lượng được vận chuyển hoàn hảo và cải thiện hơn nữa độ dẫn điện của tế bào đơn tinh thể.
Cuối cùng, bước cuối cùng trong việc chế tạo các tấm đơn tinh thể là lắp ráp.
Mỗi tấm pin mặt trời đơn tinh thể được làm từ 32 đến 96 tấm tinh thể nguyên chất được ghép thành các hàng và cột.
Số lượng ô [cells] trong mỗi bảng quyết định tổng sản lượng điện của tấm pin.
- Tấm năng lượng mặt trời đa tinh thể được tạo ra như thế nào?
Polycrystalline còn được gọi là tấm pin mặt trời đa tinh thể hoặc nhiều tinh thể cũng được làm từ silicon nguyên chất.
Tuy nhiên, không giống như đơn tinh thể, chúng được làm từ nhiều mảnh silicon khác nhau thay vì một thỏi nguyên chất duy nhất.
Sự khác biệt giữa sản xuất pin mặt trời mono và poly là, sau khi tinh chế silicon, thay vì kéo thỏi từ từ để tạo ra tinh thể hình trụ đồng nhất [Quy trình Czochralski ] , silicon nóng chảy được để nguội và phân mảnh.
Những mảnh vỡ này sau đó được nấu chảy trong lò và đổ vào các chén nung hình khối.
Sau khi silicon nóng chảy đông đặc, các thỏi được cắt thành các tấm mỏng, sau đó được đánh bóng, cải tiến, khuếch tán và lắp ráp giống như các tấm đơn tinh thể.
B. Sự xuất hiện của các tấm năng lượng mặt trời đơn tinh thể và đa tinh thể
- Bảng đơn tinh thể trông như thế nào?
Bởi vì thỏi silicon nguyên chất có hình tròn, nên khi cắt chúng sẽ tạo ra các tấm xốp hình vuông với các cạnh tròn, tạo ra những khoảng trống nhỏ giữa các ô [cells] sau khi được lắp ráp.
Và do thực tế là chúng được làm bằng silicon nguyên chất, chúng xuất hiện với vẻ ngoài tối đồng nhất do cách ánh sáng tương tác với silicon nguyên chất .
Do đó, bạn có thể dễ dàng nhận ra các tế bào năng lượng mặt trời đơn tinh thể bởi bề ngoài tối đồng nhất [màu đen] của chúng và các cạnh tròn hình vuông với khoảng cách nhỏ giữa mỗi tế bào.
ٍĐừng lo lắng, mặc dù pin mặt trời đơn tinh thể có màu tối, nhưng có rất nhiều màu sắc và kiểu dáng cho tấm và khung mặt sau sẽ đáp ứng sở thích của bạn.
- Tấm năng lượng mặt trời đa tinh thể trông như thế nào?
Không giống như màu tối đồng nhất mà các tế bào năng lượng mặt trời đơn tinh thể có, các tế bào đa tinh thể có xu hướng có màu xanh lam do cách ánh sáng mặt trời tương tác với đa tinh thể.
Hơn nữa, vì các tấm wafer đa tinh thể không được cắt từ các hình trụ như các tấm monocrystalline, nên chúng sẽ không có các cạnh tròn.
Do đó, bạn có thể dễ dàng nhận ra chúng bởi màu hơi xanh và không có các cạnh tròn .
Các ô [cells] đa tinh thể cũng có rất nhiều tấm lưng đầy màu sắc và thiết kế khung chắc chắn sẽ phù hợp với mái nhà của bạn.
C. Hiệu suất [efficiency] tấm năng lượng mặt trời đơn tinh thể so với đa tinh thể
Hiệu suất của bảng điều khiển năng lượng mặt trời là một chỉ số cho thấy mức độ tốt của tế bào trong việc chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành điện năng.
Ví dụ, nếu chúng tôi mang 2 tấm pin mặt trời khác nhau, một tấm có hiệu suất 10% và tấm kia là 20% và chúng ta chiếu cùng một lượng ánh sáng trong cùng một khoảng thời gian.
Cái thứ hai sẽ tạo ra gần như gấp đôi lượng điện do cái đầu tiên tạo ra.
- Tấm năng lượng mặt trời đơn tinh thể có hiệu suất như thế nào?
Trong số các loại bảng điều khiển năng lượng mặt trời khác nhau, các tế bào đơn tinh thể có hiệu suất cao nhất thường trong khoảng 15-20% và dự kiến sẽ còn cao hơn nữa.
Thực tế thú vị: Vào năm 2019, Phòng thí nghiệm Năng lượng Tái tạo Quốc gia [National Renewable Energy Laboratory hay gọi tắt là NREL] đã phát triển một loại pin mặt trời sáu điểm nối với hiệu suất 47,1%, thiết lập 2 kỷ lục thế giới mới.
- Tấm năng lượng mặt trời đa tinh thể có hiệu suất như thế nào?
Vì mỗi tế bào đa tinh thể được cấu tạo từ quá nhiều tinh thể, nên sẽ có ít chỗ cho các electron di chuyển hơn, dẫn đến hiệu suất phát điện thấp hơn.
Mặc dù đơn tinh thể có tỷ lệ hiệu suất cao hơn, nhưng sự khác biệt giữa tế bào đơn tinh thể và tế bào đa tinh thể không quá lớn.
Hầu hết các tế bào PV đa tinh thể có hiệu suất từ 13% đến 16% , đây vẫn là một tỷ lệ rất tốt và dự kiến sẽ chỉ cao hơn trong tương lai.
D. Hệ số nhiệt độ Mono-Si và Poly-Si?
Một yếu tố tuyệt vời khác bị bỏ qua rất nhiều là hệ số nhiệt độ .
Hệ số nhiệt độ là một phép đo mức độ hoạt động của pin mặt trời khi nhiệt độ tăng lên.
Nói cách khác, nó chỉ ra sự mất mát hiệu quả đối với mỗi độ tăng nhiệt độ.
- Nhiệt độ ảnh hưởng như thế nào đến hiệu suất của tấm năng lượng mặt trời đơn tinh thể?
Hầu hết các tế bào năng lượng mặt trời monocrystalline có một hệ số nhiệt độ khoảng -0,3% / C đến -0,5% / C .
Vì vậy, khi nhiệt độ tăng 1 độ C hoặc 32 độ F , pin mặt trời đơn tinh thể sẽ tạm thời mất từ 0,3% đến 0,5% hiệu suất của nó.
- Nhiệt độ ảnh hưởng như thế nào đến hiệu quả của tấm pin mặt trời đa tinh thể?
Các tế bào PV đa tinh thể có hệ số nhiệt độ cao hơn các tế bào đơn tinh thể.
Điều này có nghĩa là các tấm pin đa tinh thể sẽ mất nhiều hiệu suất hơn khi nhiệt độ tăng lên khiến chúng không tối ưu để sử dụng ở các khu vực nóng.
Nguồn: ases.org
Xem tiếp:
Tìm hiểu công nghệ tấm pin mặt trời đơn tinh thể và đa tinh thể [Phần 2]