Hệ thống đèn đường dùng pin năng lượng mặt trời hoạt động như thế nào

Nguyên lý hoạt động của hệ thống đèn đường dùng pin năng lượng mặt trời

Năng lượng mặt trời tích hợp vào ban ngày :

Sử dụng tấm pin năng lượng mặt trời thu năng lượng từ ánh nắng sau đó chuyển hóa thành điện năng, đi qua bộ điều khiển sạc và lưu trừ điện năng vào bình ắc quy.

nguyen ly hoat dong cua he thong den duong dung pin nang luong mat troi 01

Sử dụng năng lượng mặt trời tích hợp vào ac-quy ban ngày, phát sáng vào ban đêm :

Lấy điện năng từ ắc quy đã lưu trữ trong ngày, cung cấp nguồn điện cho đèn led phát sáng vào ban đêm, hệ thống tự động bật sáng khi trời tối.

nguyen ly hoat dong cua he thong den duong dung pin nang luong mat troi 02

Hình ảnh triển khai thực tế hệ thống đèn đường sử dụng tấm pin năng lượng mặt trời về ban đêm.

nguyen ly hoat dong cua he thong den duong dung pin nang luong mat troi 03.jpg

nguyen ly hoat dong cua he thong den duong dung pin nang luong mat troi 04.jpg

Vào cuối tháng 2 năm 1953, Chapin bắt đầu thực hiện nghiên cứu quang điện. Để có thể đưa một tấm pin Mặt Trời vào khai thác thương mại, Chapin đặt ra mục tiêu là phải tạo ra được một tấm pin có thể tạo ra được dòng điện công suất 4,9 W trên mỗi mét vuông và hiệu suất chuyển đổi từ quang năng sang điện năng là cao nhất. Việc nghiên cứu của Chapin đã lan tới tai của Pearson. Ông đã nói với Chapin về phát hiện tình cờ của mình và đưa cho Chaplin mẫu silic pha gali.

Ngay lập tức, Chapin tiến hành thử nghiệm dưới ánh sáng Mặt Trời và nhận thấy phát hiện của Pearson là hoàn toàn chính xác. Theo đo lường của Chapin, pin Mặt Trời bằng mẫu Silic do Pearson cung cấp có hiệu suất chuyển đổi từ quang năng sang điện năng là 2,3%, lớn gấp 5 lần so với pin bằng Selen. Kể từ lúc đó, Chapin chuyển sang tập trung nghiên cứu phát triển pin Mặt Trời bằng silic.

Dựa trên các tính toán giả thuyết của mình, Chapin dự đoán pin Mặt Trời bằng silic có thể khai thác năng lượng Mặt Trời với hiệu suất lên tới 23% nếu đạt điều kiện lý tưởng. Tuy nhiên, mục tiêu ban đầu do ông đặt ra là hiệu suất chuyển đổi vào khoảng 6%. Đây là ngưỡng mà các kỹ sư thời bấy giờ đặt ra nếu muốn tạo thành một loại pin quang điện và coi nó là một nguồn năng lượng điện thực sự.

Tuy nhiên, dù đã thực hiện rất nhiều thử nghiệm với các phương pháp khác nhau, Chapin vẫn chưa có tiến triển so với ban đầu. Có những trở ngại xuất hiện và dường như không thể vượt qua. Và Chapin tìm lại những lý thuyết lượng tử ánh sáng của Enstein cũng như các nghiên cứu về bán dẫn trước đó của Pearson và Fuller. Cuối cùng, ông nhận ra một điều rằng cần phải nhờ đến sự giúp đỡ của Fuller nhằm đưa cấu trúc chuyển tiếp p-n càng gần với bề mặt pin càng tốt. Bên cạnh đó, Chapin nhận thấy bề mặt của tấm silic quá sáng bóng nên sẽ phản xạ lại một lượng ánh sáng đáng kể. Do đó, ông chọn cách phủ một tấm plastic mờ. Tiếp theo, ông phủ một lớp Bo lên trên bề mặt trên cùng của tấm pin quang điện để có thể thu được nhiều photon hơn.

Và kết quả cuối cùng là tấm pin mặt trời đúng như mục tiêu của Chapin đặt ra – có hiệu suấ chuyển đổi 6%. Nhóm 3 nhà khoa học đã báo cáo công trình nghiên cứu với Viện hàn lâm khoa học quốc gia về những thành công đạt được.

Ngày 25 tháng 4 năm 1954, giám đốc của phòng thí nghiệm Bell đã chính thức giới thiệu tấm pin Mặt Trời cho giới báo chí. Đó là một bảng chứa các tế bào quang điện có thể tạo ra một lượng điện năng để quay một đu quay Ferris đường kính 21 inch. Ngày hôm sau tại Washington, các nhà khoa học tại Bell đã dùng nguồn quang điện thu được để chạy một chiếc máy thu thanh, phát giọng nói và những bài hát trước sự chứng kiến của các nhà khoa học hàng đầu từ khắp nước Mỹ. Các tờ báo tại Mỹ đã gọi đây là nhiên liệu vô tận và có thể thay thế cho than đá, dầu và sánh ngang với uranium

Cuối cùng thì pin năng lượng Mặt Trời đã chính thức là một nguồn năng lượng mới cho con người. Kể từ đó cho đến hiện nay, pin năng lượng Mặt Trời tiếp tục được cải tiến và hoàn thiện nhằm nâng cao hiệu suất làm việc nhưng phương pháp chế tạo đơn giản và có giá thành thấp. Vô số phương pháp đã được phát triển và áp dụng để cuối cùng là những tấm pin năng lượng Mặt Trời như chúng ta thấy hiện nay.