Khoa học cùng với bé: Do đâu mà các tấm pin mặt trời sản xuất được điện?

Mặt trời phát ra rất nhiều năng lượng. Hiện nay có rất nhiều nước khai thác nguồn năng lượng này để dần thay thế cho các nguồn khác.

Ví dụ như ở Úc, người ta sử dụng năng lượng mặt trời nhiều gấp 20.000 lần so với năng lượng từ dầu, khí và than. Chừng nào mặt trời còn sống, chúng ta còn có thể sử dụng nguồn năng lượng này, tức là khoảng 5 tỷ năm nữa.

Để thu được năng lượng mặt trời, người ta dùng các tấm pin mặt trời (các tấm quang điện). Mỗi tấm gồm nhiều tế bào quang điện, có nhiệm vụ biến đổi năng lượng mặt trời dưới dạng ánh sáng thành điện.

Các tế bào quang điện tạo trực tiếp sản xuất ra điện từ ánh sáng mặt trời. Đây là công nghệ năng lượng an toàn nhất từ trước đến nay, được sử dụng cho các vệ tinh không gian và những vùng xa xôi hẻo lánh trên Trái Đất, những nơi mà điều kiện sửa chữa rất khó khăn khi xảy ra hỏng hóc.

Các tế bào quang điện hoạt động như thế nào?

Các tế bào quang điện được tạo thành từ các nguyên tử silicon. Các nguyên tử silicon vô cùng bé nhỏ và phải có hàng tỉ tỉ nguyên tử mới tạo nên được một tế bào quang điện.

Mỗi tế bào quang điện chứa một lá silicon tròn, đường kính khoảng 30 cm, và rất mỏng, chỉ bằng 1/3 độ dày của một sợi tóc. Người ta sử dụng nhiệt độ rất cao, lên đến 1.000 để làm biến đổi lá silicon này. Sau đó, một tấm kim loại được đặt xuống dưới lá silicon và bên trên miếng silicon là một tấm lưới kim loại. Mặt có lưới kim loại này sẽ hướng về phía mặt trời.

60 tế bào quang điện được xếp cùng nhau bên dưới một tấm kính để tạo thành một tấm quang điện.

Trên mái nhà này bạn có thể thấy một bình đun nước nóng (góc trên bên trái) và 42 tấm pin mặt trời, mỗi tấm gồm 60 tế bào quang điện nằm dưới lớp kính bảo vệ.

Một hệ thống điện mặt trời gia đình sẽ sử dụng từ 10 đến 50 tấm quang điện đặt trên mái nhà. Còn các nhà máy điện thì sẽ có hàng triệu tấm.

Mỗi nguyên tử silicon chứa vô vàn các hạt hạ nguyên tử (electron) vô cùng nhỏ bé. Mỗi electron mang một bộ nạp điện cũng rất bé nhỏ.

Ánh sáng mặt trời chiếu vào các tấm quang điện sẽ giải phóng một electron của một nguyên tử silicon.

Các electron tự do này có thể di chuyển nhưng do tế bào quang điện được làm một cách đặc biệt nên các electron chỉ có thể di chuyển theo một chiều hướng về mặt tiếp xúc với mặt trời chứ không thể di chuyển ngược lại.

Như vậy mỗi khi mặt trời chiếu sáng vào tế bào quang điện thì có vô số electron chạy lên phía trên tạo thành dòng điện để chúng ta sử dụng cho các thiết bị trong nhà như là đèn, TV và các thiết bị sử dụng điện khác.

Mỗi nguyên tử silicon có một hạt nhân ở giữa cấu tạo từ 14 hạt proton và 14 hạt neutron vô cùng nhỏ bé. 14 hạt electron chạy xung quanh hạt nhân. Thực tế thì một nguyên tử silicon trông không giống hệt như này, nhưng đây là hình mô phỏng để bạn dễ hình dung.

Nếu trời quang, nắng gắt thì càng có nhiều electron được giải phóng và dòng điện càng mạnh, còn trời âm u thì ngược lại, có ít electron được giải phóng và dòng điện yếu đi, có khi chỉ còn thậm chí ít hơn so với ngày nắng to.

Về đêm, các tấm quang điện không sản xuất ra điện và chúng ta cần có ắc qui hoặc các nguồn điện khác để sử dụng.

Các tế bào quang điện đang được sử dụng như thế nào?

Sử dụng tế bào quang điện là cách rẻ nhất để sản xuất điện, rẻ hơn cả các loại than mới hoặc năng lượng nguyên tử. Vì thế điện mặt trời đang được phát triển khắp nơi trên thế giới với tốc độ tăng gấp 5 lần so với điện than và 20 lần so với điện nguyên tử.

Cùng với năng lượng gió, năng lượng mặt trời giúp chúng ta giảm được phát thải các loại khí nhà kính vào khí quyển (là các loại khí gây ra biến đổi khí hậu, ảnh hưởng xấu đến Trái Đất). Chi phí để sử dụng năng lượng gió và mặt trời rất rẻ và ngày càng rẻ hơn và càng sử dụng nhiều các loại năng lượng này chúng ta càng sớm chấm dứt được việc sử dụng các nguồn năng lượng khác từ than, dầu, khí, nhờ đó mà không làm tổn thương Trái Đất.

Hơn thế nữa, silicon là loại vật chất phổ biến thứ hai trên thế giới, chỉ sau oxygen. Trên thực tế, thành phần chính của cát và đá chính là silicon và oxygen. Vì thế chúng ta không bao giờ sợ hết silicon để làm ra các tế bào quang điện.

Phạm Hương

Theo dantri.com.vn/The Conversation