Ánh sáng khả kiến là phần rất nhỏ trong phổ bức xạ điện từ nhưng lại có vai trò đặc biệt quan trọng đối với con người và tự nhiên. Đây là vùng ánh sáng mà mắt người có thể nhìn thấy, đồng thời cũng góp phần lớn vào nguồn năng lượng mà pin mặt trời hấp thụ. Vậy ánh sáng khả kiến là gì, có bước sóng bao nhiêu, gồm những màu nào và được ứng dụng ra sao trong năng lượng mặt trời? Cùng Vua Thợ Mall tìm hiểu ngay dưới đây.
1. Ánh sáng khả kiến là gì?
Ánh sáng khả kiến (Visible Light) là vùng bức xạ điện từ mà mắt người có khả năng nhìn thấy. Những gì chúng ta quan sát hằng ngày như ánh nắng Mặt Trời, ánh sáng từ đèn hay màu sắc của cầu vồng đều thuộc vùng ánh sáng này. Trong phổ điện từ, ánh sáng khả kiến nằm giữa tia tử ngoại (UV) và tia hồng ngoại (IR). Nếu sắp xếp theo chiều bước sóng tăng dần, ta có:
Tia gamma → tia X → tia tử ngoại → ánh sáng khả kiến → tia hồng ngoại → sóng vi ba → sóng vô tuyến.
Dù chỉ chiếm một khoảng nhỏ trong toàn bộ phổ điện từ, ánh sáng khả kiến lại rất quan trọng đối với thị giác, quang hợp của thực vật và các ứng dụng quang học, đặc biệt là công nghệ điện mặt trời.
1.1 Ánh sáng khả kiến có bước sóng bao nhiêu?
Bước sóng của ánh sáng khả kiến thường nằm trong khoảng 380 nm đến 750 nm, trong đó nm là nanomet. Ở vùng bước sóng ngắn khoảng 380 nm là ánh sáng tím, nằm gần tia tử ngoại. Khi bước sóng tăng dần, màu sắc lần lượt chuyển qua lam, lục, vàng, cam và đỏ. Ánh sáng đỏ nằm gần vùng hồng ngoại với bước sóng khoảng 620 – 750 nm. Bước sóng cũng liên quan trực tiếp đến năng lượng của photon. Theo công thức:
E = h × f = h × c / λ
Trong đó E là năng lượng photon, h là hằng số Planck, f là tần số, c là tốc độ ánh sáng và λ là bước sóng. Có thể hiểu đơn giản rằng bước sóng càng ngắn thì năng lượng photon càng lớn. Vì vậy, ánh sáng tím có năng lượng cao hơn ánh sáng đỏ trong vùng khả kiến.
2. Các màu trong quang phổ ánh sáng khả kiến
Ánh sáng trắng thực chất là sự kết hợp của nhiều bước sóng khác nhau. Khi đi qua lăng kính, ánh sáng bị tán sắc và tách thành nhiều vùng màu khác nhau.Trong ứng dụng thực tế, quang phổ ánh sáng khả kiến thường được chia thành 6 vùng màu chính:
Màu sắc | Khoảng bước sóng | Đặc điểm |
Tím | 380 – 450 nm | Bước sóng ngắn nhất, năng lượng photon cao nhất trong vùng khả kiến. |
Lam | 450 – 495 nm | Bị tán xạ mạnh trong khí quyển, góp phần tạo nên màu xanh của bầu trời. |
Lục | 495 – 570 nm | Nằm trong vùng mắt người có độ nhạy cao. |
Vàng | 570 – 590 nm | Dễ nhận biết, thường được sử dụng trong đèn tín hiệu và cảnh báo. |
Cam | 590 – 620 nm | Thường xuất hiện rõ vào lúc bình minh và hoàng hôn. |
Đỏ | 620 – 750 nm | Có bước sóng dài nhất và năng lượng photon thấp nhất trong vùng khả kiến. |
Các khoảng bước sóng trên chỉ mang tính tương đối vì quang phổ ánh sáng là một dải liên tục, màu sắc chuyển tiếp dần chứ không có ranh giới hoàn toàn tách biệt. Xét theo bước sóng, tím và lam có bước sóng ngắn nên năng lượng photon cao và dễ bị tán xạ trong khí quyển. Trong khi đó, cam và đỏ có bước sóng dài hơn, năng lượng thấp hơn và ít bị tán xạ hơn.
Đây cũng là lý do bầu trời ban ngày thường có màu xanh. Các bước sóng ngắn như lam bị phân tử khí trong khí quyển tán xạ mạnh hơn. Ngược lại, vào lúc bình minh hoặc hoàng hôn, ánh sáng phải đi qua lớp khí quyển dày hơn nên các màu cam và đỏ trở nên nổi bật.
3. Ánh sáng khả kiến có những đặc điểm gì?
Ánh sáng khả kiến thuộc nhóm sóng điện từ nên mang đầy đủ các tính chất cơ bản của ánh sáng.
Có lưỡng tính sóng – hạt: Ánh sáng vừa có tính chất của sóng điện từ, vừa tồn tại dưới dạng các photon mang năng lượng. Đặc tính này là nền tảng của hiệu ứng quang điện trong pin mặt trời.
Có thể truyền trong chân không: Ánh sáng không cần môi trường vật chất để truyền đi. Trong chân không, vận tốc ánh sáng xấp xỉ 300.000 km/s.
Có khả năng phản xạ và khúc xạ: Khi gặp bề mặt vật liệu, ánh sáng có thể bị phản xạ hoặc truyền qua. Khi đi từ môi trường này sang môi trường khác, hướng truyền có thể thay đổi do hiện tượng khúc xạ.
Có thể bị tán sắc: Khi ánh sáng trắng đi qua lăng kính hoặc giọt nước, các bước sóng khác nhau bị khúc xạ theo các góc khác nhau, từ đó tạo nên dải màu quang phổ.
Mang năng lượng: Photon ánh sáng có thể truyền năng lượng cho vật chất. Nếu photon có đủ năng lượng và được vật liệu bán dẫn hấp thụ, electron có thể chuyển sang trạng thái năng lượng cao hơn.
Chính đặc điểm này giúp ánh sáng khả kiến được ứng dụng hiệu quả trong các thiết bị quang học và công nghệ pin năng lượng mặt trời.
4. Ứng dụng của ánh sáng khả kiến trong năng lượng mặt trời
Một trong những ứng dụng quan trọng nhất của ánh sáng khả kiến là tạo ra điện thông qua tế bào quang điện. Khi ánh sáng Mặt Trời chiếu lên tấm pin, các photon đi qua lớp kính bảo vệ và tiếp xúc với tế bào quang điện, thường được chế tạo từ silicon.
Nếu photon có đủ năng lượng, nó sẽ truyền năng lượng cho electron trong vật liệu bán dẫn, tạo ra các electron tự do và lỗ trống. Điện trường bên trong tế bào quang điện sẽ định hướng chuyển động của các điện tích này và hình thành dòng điện một chiều DC.
Sau đó, inverter sẽ chuyển dòng điện DC thành dòng điện xoay chiều AC để sử dụng cho các thiết bị điện trong gia đình hoặc công trình.
Vì vậy, các công nghệ pin hiện nay như Mono PERC, TOPCon và HJT được cải tiến nhằm giảm tổn hao, tăng khả năng hấp thụ ánh sáng và nâng hiệu suất chuyển đổi. Bên cạnh công nghệ tế bào, hiệu quả sử dụng ánh sáng còn phụ thuộc vào điều kiện lắp đặt. Bóng che, bụi bẩn, hướng mái, góc nghiêng, nhiệt độ và cường độ bức xạ đều ảnh hưởng đến lượng ánh sáng thực tế mà tấm pin nhận được.
Hy vọng qua bài viết trên, bạn đã hiểu rõ hơn ánh sáng khả kiến là gì, khoảng bước sóng, các màu trong quang phổ cũng như vai trò của ánh sáng khả kiến đối với quá trình tạo điện của pin năng lượng mặt trời. Đây là kiến thức cơ bản giúp bạn dễ dàng hình dung cách tấm pin hấp thụ bức xạ Mặt Trời và chuyển đổi thành điện năng sử dụng trong thực tế.
Nếu bạn đang tìm kiếm tấm pin năng lượng mặt trời, inverter, pin lưu trữ và các phụ kiện lắp đặt, hãy tham khảo các sản phẩm tại Vua Thợ Mall. Vua Thợ Mall cung cấp đa dạng thiết bị điện mặt trời, hỗ trợ tư vấn lựa chọn sản phẩm và kết nối thợ lắp đặt phù hợp với nhu cầu của gia đình, công trình.
