[Bạn có biết] Pin mặt trời tạo ra dòng điện như thế nào?

Hello, xin chào toàn thể anh chị em đã quay lại với chuyên mục Kiến Thức Hay có trên Blog chia sẻ kiến thức [dot] com. Mỗi ngày, đến với chuyên mục Kiến Thức Hay bạn sẽ nhận được những kiến thức vô cùng thú vị và hữu ích trong cuộc sống.

Như các bạn biết đó, điện năng là một thứ vô cùng quan trọng và có thể nói là không thể thiếu được trong một cuộc sống hiện đại ngày nay.

Có rất nhiều loại năng lượng có thể tạo ra nguồn điện để phục vụ đời sống con người, ví dụ như tận dụng sức nước hay gọi là thủy điện, năng lượng nhiệt (than đá, khí đốt) hay còn gọi là nhiệt điện.

Ngoài ra còn có một số loại năng lượng sạch, không làm ảnh hưởng đến môi trường sống và sức khỏe con người như là năng lượng gió và năng lượng mặt trời.

Đối với các loại năng lượng như nước và gió thì chắc hẳn bạn đã biết được cách thức hoạt động của nó rồi đúng không. Người ta tận dùng dòng chảy của nước hoặc sức gió để làm quay tuabin, từ đó tạo ra dòng điện.

Tuy nhiên, đối với điện được tạo ra từ năng lượng mặt trời thì chưa hẳn nhiều người đã biết về cách thức hoạt động của nó.

Nếu bạn cũng là một trong số những người chưa hiểu về cách thức hoạt động của Pin mặt trời thì hãy để mình giải thích trong bài viết ngày hôm nay nhé ! Okay, let’s cmn gooo thôi…

#1. Lịch sử hình thành Pin mặt trời

Năng lượng mặt trời là một nguồn năng lượng khổng lồ và chưa có dấu hiệu cạn kiệt, nó đã tồn tại suốt hàng triệu năm cùng với sự phát triển của trái đất.

Mà nếu mặt trời có tắt thì sự sống của con người cũng kết thúc, vậy nên có thể nói năng lượng mặt trời là vĩnh cửu đối với con người và vạn vật.

Mỗi ngày trái đất” hứng” rất nhiều năng lượng từ mặt trời, theo các nhà khoa học họ ước tính có khoảng 173.000 Terawatt (với mỗi 1 TW = 10^12 W).

Vâng, thật sự là một con số khủng khiếp phải không các bạn, đó là nguồn năng lượng lớn gấp 10.000 lần so với nhu cầu mà con người trên trái đất cần để sử dụng.

Vậy mới nói năng lượng từ mặt trời là nguồn năng lượng khổng lồ, sạch sẽ và luôn luôn miễn phí. Chính vì thế mà việc khai thác năng lượng mặt trời đã được con người áp dụng từ rất lâu rồi.

Vào thế kỷ 7 trước công nguyên, con người đã biết sử dụng lượng nhiệt từ mặt trời để đốt lửa nhờ vào vật liệu thủy tinh phóng đại.

Thế kỷ thứ 3 TCN thì người Hy Lạp và La Mã đã sử dụng năng lượng mặt trời trong việc đốt đuốc cho các nghi thức tôn giáo.

Và nổi bật nhất vẫn là phát minh của Acsimet khi sử dụng 1 chiếc gương để hội tụ ánh sáng mặt trời đốt cháy tàu địch.

Đến năm 1883 thì tấm Pin năng lượng mặt trời đầu tiên mới được phát minh ra bởi Charle Fritts.

Nhờ vào hiệu ứng quang điện được tìm ra bởi Alexandre Edmond Becquerel – một nhà vật lý học người Pháp vào năm 1839. Tuy nhiên hiệu suất của tấm Pin chỉ được 1% mà thôi.

Mặc dù hiệu suất còn thấp, tuy nhiên đây lại là dấu mốc rất quan trọng, đặt nền móng phát triển cho ngành năng lượng điện mặt trời sau này.

#2. Nguyên lý hoạt động của Pin mặt trời

Để biến năng lượng mặt trời thành điện năng thì trong các tấm Pin năng lượng mặt trời có các bộ phận nhỏ hơn, gọi là các tế bào quang điện được ghép lại với nhau.

Những tế bào quang điện này đã sử dụng năng lượng từ ánh sáng để chuyển thành điện năng.

Có rất nhiều loại tế bào quang điện nhưng loại phổ biến nhất được làm từ loại nguyên liệu có mặt hầu hết mọi nơi trên trái đất, đó là Cát (cát xây nhà đó các bạn).

Để có thể được sử dụng làm các tế bào quang điện, cát phải được chuyển đổi thành tinh thể Silicon (hay còn gọi là silic) có độ tinh khiết đạt gần như là đến 100% (khoảng 99.99%).

Vậy một câu hỏi đặt ra lúc này là làm thế nào để các tế bào quang điện có thể chuyển hóa ánh sáng thành điện năng được?

Sau khi tạo ra được silicon tinh khiết thì người ta cần pha thêm một số tạp chất theo tỷ lệ hợp lý thì ta sẽ được 2 loại chất bán dẫn là loại N và loại P.

Dành cho những người chưa biết chất bán dẫn là gì, thì đây là một loại chất có khả năng dẫn điện, nhưng đôi khi nó lại không dẫn điện, tùy vào điều kiện hoàn cảnh.

• Bán dẫn loại N: Là loại chất bán dẫn được pha thêm 1 số tạp chất để tạo ra các electron không bền vững có thể tách ra khỏi liên kết, và tạo thành các electron (e) tự do => thừa (e). Nói tóm lại, bán dẫn loại N có các electron tự do và mang điện tích âm (-).
• Bán dẫn loại P: Cũng là silic được pha thêm các loại nguyên tố khác, tuy nhiên các nguyên tố pha thêm này sẽ tạo ra sự thiếu Electron và những chỗ thiếu e là các lỗ trống, mang điện tích dương (+).

Khi 2 loại chất bán dẫn này được kết hợp với nhau thì electron tự do từ bán dẫn loại N sẽ kết hợp với các lỗ trống ở chất bán dẫn loại P => lúc này sẽ tạo ra vùng nghèo ở giữa, và vùng nghèo gần với chất bán dẫn loại N sẽ mang điện tích (+), còn vùng nghèo gần với chất bán dẫn P sẽ mang điện tích (-)

=> Như vậy 2 phía của vùng nghèo sẽ tạo ra một điện trường nhỏ (bên âm, bên dương mà).

Ở điều kiện bình thường, các electron của chất bán dẫn loại N và lỗ trống của P sẽ kết hợp với nhau và khó có thể tách rời.

Tuy nhiên, nếu có ánh sáng mặt trời chiếu vào thì sẽ khác…

Vì ánh sáng mặt trời sẽ mang các hạt Photon bắn vào, xuyên quan chất bán dẫn N và làm cho các electron bật ra khỏi lỗ trống, các (e) bật ra này sẽ di chuyển về phía bán dẫn N do tác động của điện trường trong vùng nghèo, còn lỗ trống di chuyển theo chiều ngược lại (về phía chất bán dẫn P)

=> Lúc này lớp bán dẫn N sẽ thừa nhiều (e) tự do, và lớp bán dẫn P sẽ có nhiều lỗ trống.

Khi đó nếu như ta kết nối bóng đèn vào tế bào quang điện thì e từ đầu chất bán dẫn loại N sẽ di chuyển qua bóng đèn và đến với lỗ trống ở đầu kia của chất bán dẫn loại P.  Từ đó sẽ có dòng điện chạy qua bóng đèn, và làm cho đèn sáng.

Tuy nhiên mỗi tế bào quang điện chỉ có thể tạo ra điện áp 0.5V mà thôi, thế nên người ta sẽ nối nhiều tế bào quang điện này lại với nhau để có được điện áp cao hơn.

Tuy là nguồn năng lượng dồi dào và miễn phí, thế nhưng theo thống kê thì trên thế giới hiện nay năng lượng mặt trời đóng góp vào tổng năng lượng điện trên toàn thế giới chỉ chiếm 3% mà thôi. Một con số thực sự rất khiêm tốn !

Vậy điều gì đã ngăn chặn chúng ta có thể khai thác sử dụng nguồn tài nguyên free này?

#3. Pin mặt trời khó sử dụng

Một phần là do năng lượng mặt trời phân bố không đồng đều trên trái đất, hơn nữa, năng lượng mặt trời cũng không ổn định. Cụ thể là những lúc trời mưa, âm u hoặc trời tối thì sẽ có rất ít, hoặc là không có nguồn điện được tạo ra.

Vì thế, nếu muốn sử dụng được ổn định thì ta sẽ cần phải có nguồn lưu trữ điện năng khổng lồ, để khi cần sẽ đưa ra sử dụng, không thì sẽ tích trữ ở đó. Nhưng nói thì dễ, làm mới khó @@, để xây dựng được các trạm lưu trữ như này không phải là điều dễ dàng.

Và một vấn đề nữa là chi phí để lắp đặt hệ thống điện mặt trời cũng rất đắt đỏ. Dù biết là thân thiện với môi trường và là nguồn tài nguyên free nhưng hiệu suất chuyển đổi từ năng lượng ánh sáng mặt trời sang điện năng tiêu thị là quá thấp nên cũng khó để thực hiện một cuộc chuyển đổi thay thế hàng loạt được.

#4. Lời kết

Như vậy là mình đã giúp các bạn hiểu được nguyên lý hoạt động của Pin mặt trời, cũng như là cách mà Pin mặt trời đã chuyển hóa ánh sáng mặt trời thành điện năng rồi ha.

Hi vọng là những thông tin trong bài viết này sẽ hữu ích với bạn. Đừng quên đánh giá 5 sao cho bài viết nếu bạn thấy nó hữu ích với bạn nhé ^^

Đọc thêm:

• [Bạn Có Biết] Tại sao vũ trụ lại có một màu đen?
• [KHOA HỌC] Bạn đã biết gì về đơn vị NĂM ÁNH SÁNG rồi?

CTV: Đinh Tùng – Blogchiasekienthuc.com