Ô tô năng lượng mặt trời về cơ bản giống ô tô điện chỉ khác là nguồn điện được cung cấp từ pin quang điện qua hấp thu ánh sáng mặt trời và tạo ra dòng điện. Sơ đồ nguyên lý ô tô điện mặt trời gồm: động cơ điện, bộ điều khiển motor bằng điện tử (Electronic Control Module - ECM), pin mặt trời, bộ điều khiển sạc, bộ nguồn (bình điện), hệ thống cáp điện, vỏ ô tô, khung ô tô, nước mát ô tô, dầu bôi trơn, hệ phanh tái sinh, phanh cơ khí, hệ thống treo, lái và bộ chuyển đổi điện quang.
2.3.2.1. Cấu tạo Pin mặt trời [16]
Pin mặt trời là bộ phận chính yếu của hệ thống năng lượng mặt trời. Pin mặt trời có nhiệm vụ thu nhận năng lượng mặt trời, chuyển hóa thành điện năng và tạo ra dòng điện một chiều để cung cấp cho bình ắc quy. Pin mặt trời được cấu tạo bởi những phân tử làm bằng vật liệu bán dẫn Silic (Si) có hóa trị 4
được gắn nối tiếp hay song song với nhau. Từ tinh thể Si tinh khiết, để có vật liệu tinh thể bán dẫn Si loại n, người ta pha tạp chất Donor là Photpho (P) có hóa trị 5. Còn để có vật liệu bán dẫn tinh thể loại p thì tạp chất Accetor được dùng để pha vào Si là Bo có hóa trị 3. Đối với pin mặt trời từ vật liệu tinh thể Si khi được chiếu sáng thì
hiệu điện thế hở mạch giữa hai cực vào khoảng 0,55V, dòng đoản mạch của nó dưới bức xạ mặt Trời 1000W/m2vào khoảng (25÷30) mA/cm2.
Hiện nay người ta cũng đã đưa ra thị trường các loại pin mặt trời bằng vật liệu Si vô định hình (a-Si). Loại pin này có ưu điểm là tiết kiệm được vật liệu trong sản xuất nên có giá thành rẻ hơn. Tuy nhiên, so với pin mặt trời tinh thể Si thì hiệu suất biến đổi quang điện của nó thấp và kém ổn định khi làm việc.
Ngoài Si, người ta còn nghiên cứu và thử nghiệm các loại vật liệu khác có nhiều hứa hẹn như hệ bán dẫn hợp chất bán dẫn nhóm III - V, Sunfit cadmi-đồng (CuCdS), Galium-Arsenit (GaAs),…
2.3.2.2. Nguyên lý hoạt động
Nguyên lý hoạt động cơ bản của Pin mặt trời chính là quá trình chuyển hóa quang năng thành điện năng. Khi ánh sáng mặt trời bức xạ vào Pin, bán dẫn loại p và loại n chuyển từ trạng thái cơ bản lên trạng thái kích thích gọi là quá trình hấp thụ photon. Khi đó các electron
và lỗ trống sinh ra tách về hai vùng của chuyển tiếp p-n và được chuyển ra ngoài gọi là qúa trình tách hạt tạo dòng điện.
Hình 2.9: Cấu tạo pin mặt trời
Khi một photon chạm vào mảnh silic, một trong hai điều sau sẽ xảy ra
- Photon truyền trực xuyên qua mảnh silic: Thường xảy ra khi năng lượng của photon thấp hơn năng lượng đủ để đưa các hạt electron lên mức năng lượng cao hơn.
- Hoặc năng lượng của photon được hấp thụ bởi silic: Khi năng lượng của photon lớn hơn năng lượng để đưa electron lên mức năng lượng cao hơn.
Khi photon được hấp thụ, năng lượng của nó được truyền đến các hạt electron trong màng tinh thể. Thông thường các electron này lớp ngoài cùng, và thường được kết dính với các nguyên tử lân cận vì thế không thể di chuyển xa. Khi electron được kích thích, trở thành dẫn điện, các electron này có thể tự do di chuyển trong bán dẫn. Khi đó nguyên tử sẽ thiếu 1 electron và đó gọi là "lỗ trống". Lỗ trống này tạo điều kiện cho các electron của nguyên tử bên cạnh di chuyển đến điền vào "lỗ trống", và điều này tạo ra lỗ trống cho nguyên tử lân cận có "lỗ trống". Cứ tiếp tục như vậy "lỗ trống" di chuyển xuyên suốt mạch bán dẫn. Tần số của mặt trời thường tương đương 6000°K, vì thế nên phần lớn năng lượng mặt trời đều được hấp thụ bởi silic.
Hình 2.11: Nguyên lý hoạt động của 1 tế bào pin mặt trời
Càng ngày nhu cầu về năng lượng càng tăng. Trong khi đó các nguồn nhiên liệu dự trữ như than đá, dầu mỏ, khí thiên nhiên và ngay cả thủy điện thì có hạn khiến cho nhân loại đứng trước nguy cơ thiếu hụt năng lượng. Việc tìm kiếm và khai thác các nguồn năng lượng mới như năng lượng hạt nhân, năng lượng địa nhiệt, năng lượng gió và năng lượng mặt trời là một trong những hướng quan trọng trong kế hoạch phát triển năng lượng, không những đối với những nước phát triển mà ngay cả với những nước đang phát triển.
NLMT là nguồn năng lượng sạch và tiềm tàng nhất, đang được loài người đặc biệt quan tâm. Do đó, việc nghiên cứu nâng cao hiệu quả các thiết bị sử dụng năng lượng mặt trời và triển khai ứng dụng chúng vào thực tế là vấn đề vô cùng cấp bách.