Richard Hantula
Trần Nghiêm dịch

Năng lượng vô tận 1
Tế bào mặt trời đa công dụng 3
Năng lượng từ ánh sáng mặt trời 5
Tìm hiểu điện năng 7
Ngược dòng lịch sử 9
Bên trong một tế bào mặt trời 11
Ghép các tế bào mặt trời 13
Các tấm pin mặt trời gia dụng 15
Ưu điểm của các tấm pin mặt trời 18
Nhược điểm của các tấm pin mặt trời 20
Ủng hộ điện mặt trời 22
Các tế bào mặt trời ngày một hiệu quả hơn 24
Nhiều sản phẩm năng lượng mặt trời hơn 26
Thuật ngữ 28
1

vậy tạo ra nhiệt. Nhiệt làm cho nước
sôi lên và chuyển thành hơi nước. Hơi
nước làm chạy một cỗ máy gọi là
tuabin để phát ra điện. Thông thường,
dòng điện này được tải vào hệ thống
lưới điện công cộng, qua các dây dẫn,
đến từng nhà, đến trường học và cơ sở
làm việc trong một khu vực rộng lớn.
Phương pháp sản xuất điện như thế này
là phổ biến. Nhưng nó có một số hạn
chế. Hành tinh của chúng ta chỉ có thể
chu cấp dầu hỏa và than đá với trữ
lượng có hạn. Chúng là loại nhiên liệu
không thể hồi phục. Một khi đã qua
sử dụng thì chúng không còn nữa.
2

Đồng thời, chúng giải phóng các chất
khí khi đốt cháy. Những chất khí này
có thể làm nhiễm bẩn, hay nhiễm độc,
không khí, và một số chất khí này có
thể làm biến đổi khí hậu của Trái đất. Năng lượng tự do và năng lượng sạch
Một cách sản xuất điện năng là sử dụng ánh sáng mặt trời. Ánh
sáng mặt trời là tự do và không bao giờ cạn kiệt. Đồng thời, nó
còn có rất nhiều nữa. Năng lượng của ánh sáng mặt trời chiếu
tới trái đất trong một giờ nhiều hơn năng lượng cả thế giới sử
dụng trong một năm.

nhắn tin sử dụng năng lượng mặt trời.
Việc sử dụng năng lượng mặt trời
với các nguồn như thế này có nghĩa
là bạn không bao giờ phải lo lắng về
việc hết pin cả.
Các tấm pin mặt trời thỉnh thoảng
được sử dụng để sản xuất điện thắp
sáng đèn phố và các trạm xe bus.
Chúng có thể sản xuất điện cấp cho
các buồng điện thoại đường phố hay
các vạch đỗ xe trong công viên hoạt
động. Thậm chí một số máy ATM
(máy rút tiền hoặc nạp tiền vào tài
khoản ngân hàng của bạn) cũng có
các tấm pin mặt trời.
Nhà cửa sử dụng các tấm pin mặt trời
thường lắp chúng trên mái nhà.

Cấp điện cho nhà cửa
Bóng đèn trên trần nhà và mọi loại máy móc, dụng cụ điện sử
dụng trong nhà, tại trường học và nơi công sở lấy điện từ các dây
dẫn chạy trên tường hoặc xuyên bên trong tường. Thường thì
điện cấp cho nhà cửa lấy từng mạng lưới điện địa phương.
Nhưng người ta cũng có thể sử dụng các tấm pin mặt trời để cấp
điện song song với điện lưới. Thỉnh thoảng, người ta đặt các tấm
pin mặt trời trên mái nhà của họ. Những tòa nhà lớn cũng có thể
lắp chúng. Chúng giúp chúng ta tiêu thụ ít điện năng đắt đỏ từ
mạng lưới cung cấp của công ti điện. Ngoài ra, chúng còn hỗ trợ
4
trong trường hợp mất điện, hay mạng lưới điện gặp sự cố.

như sóng nước, nó là một chuỗi đỉnh sóng và hõm sóng. Một trong những thứ
mà các loại bức xạ điện từ khác nhau là bước sóng của chúng. Đây là khoảng
cách giữa hai đỉnh sóng (hoặc hai hõm sóng) liên tiếp trong một hàng. Bước
sóng của sóng vô tuyến thì dài hơn bước sóng của ánh sáng. Trong các loại ánh
sáng, ánh sáng đỏ có bước sóng dài hơn bước sóng của ánh sáng xanh. Mặt trời sáng rực với nguồn năng lượng gần như vô tận

6
Tế bào mặt trời sử dụng ánh sáng như thế nào ?
Chỉ một phần năng lượng Mặt trời gửi đến Trái đất thật sự đến được mặt đất.
Một phần năng lượng mặt trời bị phản xạ trở vào trong không gian. Một phần thì
bị không khí hấp thụ. Phần lớn năng lượng mặt trời đến được mặt đất ở dạng ánh
sáng nhìn thấy. Các tế bào mặt trời có thể khai thác ánh sáng này để sản xuất
điện năng. Nhưng chúng không hoạt động đồng đều với mọi dạng ánh sáng.
Những loại tế bào mặt trời khác nhau sử dụng những bước sóng ánh sáng khác
nhau. Điều này có nghĩa là một tế bào chỉ sử dụng một phần năng lượng mặt trời
mà nó nhận được. Những loại bức xạ điện từ khác nhau có bước sóng khác nhau. Các tế bào mặt trời
sử dụng những bước sóng nhất định thuộc dải ánh sáng nhìn thấy để sản xuất điện
năng.

Pin quang điện
Một tên gọi khác cho các tế bào mặt trời là tế bào quang điện. Tên gọi này hợp


8
Đo điện năng
Công suất điện là tốc độ sử dụng điện
năng. Nó được đo bằng watt. Một
bóng đèn 100 watt thì sáng hơn một
bóng đèn 60 watt. Nó tiêu thụ nhiều
điện năng hơn. (Khi nói tới những
lượng lớn của watt, người ta sử dụng
các đơn vị lớn hơn: 1 kilowatt là 1000
watt, 1 megawatt là 1 triệu watt).
Một đơn vị quan trọng nữa là watt giờ.
Nó đo lượng điện năng sản sinh ra hay
bị tiêu thụ trong một khoảng thời gian.
Nó bằng 1 watt công suất trong thời
gian 1 giờ. Một đơn vị tương tự nhưng
lớn hơn là kilowatt giờ. Đây là 1000
watt trong 1 giờ. Một bóng đèn 100
watt hoạt động trong 10 giờ sử dụng
1000 watt giờ điện năng. Giá trị này
bằng 1 kilowatt giờ.

Loại công tơ điện tiêu biểu này được sử
dụng để đo xem bao nhiêu kilo watt giờ
đã được tiêu thụ.
Đi tìm các electron
Dòng điện không phải là nơi duy nhất người ta có thể tìm thấy các electron.

một tế bào mặt trời giống như các tế
bào được sử dụng ngày nay. Ông làm
việc tại Phòng thí nghiệm Bell ở
New Jersey. Tế bào của ông chế tạo
bằng silicon (silicon tìm thấy trong
cát và nhiều loại đá). Ông gọi tế bào
đó là “một dụng cụ điện nhạy sáng”.
Ông đã đăng kí một bằng phát minh
cho nó vào năm 1941. 5 năm sau,
ông lấy được bằng phát minh. Năm
1954, Phòng thí nghiệm Bell chế tạo
tế bào mặt trời thực tiễn đầu tiên. Nó
là tế bào đầu tiên sản xuất đủ điện
năng để chạy các dụng cụ điện thông
thường.

Trang đầu tiên trong bản đăng kí bằng sáng
chế tế bào mặt trời của Russell Ohl, năm
1941.
10
Tuy nhiên, các tế bào buổi đầu
không sản xuất nhiều điện năng.
Đồng thời, chi phí sản xuất chúng rất
đắt đỏ. Công dụng quan trọng đầu
tiên của chúng là trong các vệ tinh vũ
trụ, bắt đầu vào năm 1958. Khi các tế
bào trở nên rẻ tiền hơn, chúng mới
được sử dụng trong những ứng dụng
khác. Nhà máy điện đầu tiên có khả
năng sản xuất 1 megawatt điện năng

chúng là “bán” (dẫn). Vì chúng chỉ
“bán” dẫn dòng điện, nên có thể
dùng chúng để điều khiển dòng điện.
Ở mặt trên và mặt dưới của chúng
thường có các tiếp xúc kim loại, nơi
dòng điện có thể chạy qua.
Một loại tế bào đơn giản điển hình
có hai lớp silicon. Một lớp gọi là loại
n. Lớp kia gọi là loại p. Các lớp đó
có các tính chất khác nhau.

Tế bào mặt trời sản sinh ra
điện như thế nào ?
Quá trình sản sinh điện năng bắt đầu
khi các nguyên tử silicon hấp thụ
một phần ánh sáng. Năng lượng của
ánh sáng đánh bật một số electron ra
khỏi các nguyên tử. Các electron
chạy qua giữa hai lớp. Dòng chạy đó
tạo ra một dòng điện. Dòng điện có
thể đi ra khỏi tế bào qua các tiếp xúc
kim loại và được sử dụng.
Khi ánh sáng đi tới một tế bào mặt
trời, phần nhiều năng lượng của
chúng bị tiêu hao. Một phần ánh
sáng bị phản xạ hoặc truyền xuyên
qua tế bào. Một phần bị chuyển
thành nhiệt. Chỉ phần ánh sáng có
bước sóng, hay màu sắc, thích hợp là
bị hấp thụ và sau đó chuyển hóa

thường được liên kết với nhau thành
các nhóm gọi là module mặt trời.
Một module mặt trời có một giàn
khung để giữ các tế bào. Một số
module dài và rộng đến vài foot.
Thường thì chúng có thể tạo ra tới
vài trăm watt điện năng. Nếu cần
công suất lớn hơn nữa, thì có thể
ghép các module lại thành ma trận
mặt trời.
Thỉnh thoảng, các module còn được
gọi là tấm pin mặt trời. Các ma trận
thỉnh thoảng cũng được gọi là tấm
pin mặt trời. Cho dù bạn gọi một
nhóm tế bào mặt trời bằng tên gì đi
chăng, thì có một thực tế luôn luôn
đúng: bạn càng ghép nhiều tế bào lại
thì bạn có công suất điện càng lớn.
Với đủ số module mặt trời, người ta
có thể tạo ra những lượng điện năng
lớn. Một thí dụ tiêu biểu là một nhà
máy điện mới xây dựng tại Moura ở
Bồ Đào Nha. Giai đoạn 1 của dự án
trên có 262.080 module mặt trời, mỗi
module có 8 tế bào mặt trời. Chúng
sẽ sản xuất đến 46 megawatt điện
năng.

Ma trận mặt trời này cấp điện cho một nhà
kho và khu láng trại của bang Utah, Mĩ.

không bị đối tượng khác che bóng râm. Thỉnh thoảng, người ta cũng lắp chúng
ngay trên mặt đất.
Các tấm pin mặt trời có nhiều màu sắc và mẫu mã khác nhau. Chúng có thể đặt
trên tường hoặc trên mái nhà và hòa hợp vào đó, cho nên có lúc bạn chẳng để ý
thấy chúng nữa. Các mái nhà uốn lượn và nghiêng có thể sử dụng các tấm pin
màng mỏng. 16
Nhà cửa sử dụng các tấm pin mặt
trời thường có một bộ đổi điện biến
đổi điện một chiều thành điện xoay
chiều. Ngôi nhà trong ảnh còn lấy
điện mà mạng lưới cấp điện, và nó
có thể cấp điện bổ sung cho mạng
lưới điện.
Thông thường, các tấm pin mặt trời
và dây nối không thể tự cấp điện cho
tòa nhà. Cần có thêm thiết bị khác
nữa. Các tế bào mặt trời sản xuất
điện một chiều. Loại điện này thích
hợp cho một số dụng cụ điện tử.
Nhưng các thiết bị điện gia dụng và
bóng đèn thường hoạt động với điện
xoay chiều. Cho nên nhà cửa thường
được mắc điện xoay chiều. Để đổi
điện một chiều thành xoay chiều, cần
sử dụng một dụng cụ gọi là bộ đổi
điện. Các tấm pin mặt trời có rất nhiều ưu điểm. Silicon sử dụng trong đa số tấm là
chất liệu rất phổ biến. Cát trên bãi biển có thành phần cấu tạo chủ yếu là silicon.
Các tấm pin mặt trời là đáng tin cậy. “Nhiên liệu” mà chúng sử dụng – ánh sáng
mặt trời – có sẵn dồi dào. Đó là nguồn tài nguyên có thể hồi phục sẽ tồn tại gần
như mãi mãi. Các nhà khoa học biết rằng Mặt trời sẽ tỏa sáng trong hàng tỉ năm
nữa. Ngoài ra, các tấm pin mặt trời còn sản xuất điện năng ngay tại nơi sử dụng
chúng. Như vậy sẽ không cần dây dẫn hay cáp nối để dẫn điện đi từ một nhà máy
điện ở xa.
Khi sử dụng, các tấm pin mặt trời hầu như chẳng có tác động gì đối với môi
trường. Chúng im lìm. Chúng không nhả bụi hoặc các chất khí thải vào không
khí. Chúng không làm cho nước nhiễm độc. Chúng không tạo ra các chất thải
nguy hiểm. Các “máng” thu gom năng lượng mặt trời tại nhà máy nhiệt điện mặt trời khổng lồ ở Kramer
Junction, California
19
Các nhà máy điện sạch hơn
Các nhà máy điện sử dụng các tấm pin mặt trời có một số ưu điểm. Thường thì
chúng có thể được xây dựng nhanh hơn các nhà máy đốt dầu, than đá, hoặc nhà
máy sử dụng nhiên liệu hạt nhân. Nếu cần công suất lớn hơn, thì chúng dễ mở
rộng hơn các loại nhà máy khác. Các nhà máy đốt dầu và than đá sử dụng một
lượng lớn nhiên liệu. Nhiên liệu này có thể đắt tiền và việc đốt cháy nó có thể
giải phóng các chất độc hại. Quá trình vận chuyển nhiên liệu đến nhà máy điện
cũng gây ra các trở ngại đối với môi trường. Với các nhà máy điện mặt trời thì
không có những vấn đề trở ngại như vậy.


Một vấn đề nữa cùng hay gặp phải. Khi trời tối, các tấm pin mặt trời không hoạt
động nữa. Nếu ngôi nhà xài điện mặt trời không nối với điện lưới, thì nó phải có
acquy hoặc một số phương thức khác để dự trữ điện năng dùng vào lúc ban đêm. Bản đồ giờ nắng trong tháng 6 ở nước Mĩ.

21
Giá thành của các tấm pin mặt trời
Trong khi ánh sáng mặt trời có nhiều và không phải trả đồng xu nào hết, nhưng
các tấm pin mặt trời thì không rẻ đâu nhé. Mặc dù tiền điện bạn không phải chi
trả cho hệ mặt trời làm gì. Trong nhiều trường hợp ngày nay, tổng chi phí hóa ra
có thể cao hơn cả điện lấy từ lưới điện. Điều này có thể thay đổi trong tương lai,
tuy nhiên, đó là vì giá thành sản xuất điện bởi các nhà máy chạy dầu tăng lên.
Đồng thời, khi bạn sử dụng nhiều tấm pin mặt trời hơn, thì giá thành của các tấm
cũng có thể giảm xuống.
Những nhà máy điện mặt trời sản xuất những lượng lớn điện năng đòi hỏi diện
tích đất rộng lớn – và cũng đòi hỏi sử dụng rất nhiều tấm pin mặt trời đắt giá
ngày nay.

Các vấn đề môi trường
Các tấm pin mặt trời sử dụng một nguồn tài nguyên có thể hồi phục. So với các
phương pháp sản xuất điện năng khác, thì chúng rất sạch. Nhưng chúng không
hoàn hảo đâu. Bạn cần tiêu tốn năng lượng để biến silicon thành thứ có thể sử
dụng trong tế bào mặt trời. Năng lượng này thường có nguồn gốc từ việc đốt
cháy các nhiên liệu không thể hồi phục như than đá hoặc dầu mỏ. Việc đốt
nhiên liệu giải phóng các chất khí độc vào trong không khí.

không có khả năng hồi phục là sử
dụng điện tiết kiệm. Mọi người có
thể góp phần cắt giảm lượng điện
năng tiêu thụ bằng những việc làm
đơn giản như là tắt hết bóng đèn khi
rời khỏi phòng.
Xúc tiến điện mặt trời
Có các chương trình thuộc chính phủ
ở Mĩ nhằm xúc tiến việc sử dụng và
khai thác điện mặt trời. Một số người
dùng đóng thuế ít hơn. Vào năm
2006, Bộ Năng lượng Hoa Kì đã bắt
đầu “Sáng kiến Mặt trời Mĩ”.
Chương trình này hỗ trợ các nhà
khoa học nghiên cứu các biện pháp
cắt giảm chi phí của công nghệ mặt
trời. Một chương trình thuộc Bộ
Năng lượng Mĩ gọi là Ngôi nhà nước
Mĩ có nhiệm vụ xúc tiến việc sử
dụng năng lượng có thể hồi phục,
như năng lượng mặt trời chẳng hạn.
Các dự án nghiên cứu của nó đã xây
dựng hơn 40.000 ngôi nhà. Mục tiêu
của nó là một ngôi nhà “năng lượng
tự do”. Một ngôi nhà như vậy sản
xuất vừa đủ lượng điện năng mà nó
tiêu thụ.
Các cuộc đua thể thao sẽ giúp mọi
người có thêm hứng thú với điện mặt
trời. Mỗi hai hoặc ba năm một lần,