Hệ thống năng lượng mặt trời
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.65 MB, 67 trang )
Cơng ty TNHH VIETPECO
Hệ thống điện năng lượng mặt trời
LỜI NĨI ĐẦU
http://astvn.com/Vie/he_thong.aspx?gid=1&idht=5
Trong tiến trình phát triển của lồi người, việc sử dụng năng lượng là đánh
dấu một cột mốc rất quan trọng. Từ đó đến nay, lồi người sử dụng năng lượng
ngày càng nhiều ,nhất là trong vài thế kỷ gần đây. Trong cơ cấu năng lượng hiện
nay,chiếm phần chủ yếu là năng lượng tàn dư sinh học than đá,dầu mỏ,khí tự
nhiên. Kế là năng lượng nước thủy điện, năng lượng hạt nhân, năng lượng sinh
khối (bio.gas, …) năng lượng mặt trời, năng lượng gió chỉ chiếm một phần khiêm
tốn. Xã hội lồi người khơng phát triển nếu khơng có năng lượng.
Ngày nay, năng lượng tàn dư sinh học, năng lượng khơng tái sinh, ngày càng
kiệt, giá dầu mỏ tăng từng ngày, ảnh hưởng xấu đến sự phát triển kinh tế xã hội
và mơi trường sống. Tìm kiếm nguồn năng lượng thay thế là nhiệm vụ cấp bách
của các nhà khoa học ,kinh tế, các chính trị gia,… và mỗi người chúng ta. Nguồn
năng lượng thay thế đó phải sạch, thân thiện với mơi trường, chi phí thấp, khơng
cạn kiệt (tái sinh), và dễ sử dụng.
Từ lâu, lồi người đã mơ ước sử dụng năng lượng mặt trời. Nguồn năng
lượng hầu như vơ tận, đáp ứng hầu hết các tiêu chí nêu trên. Nhiều cơng trình
nghiêng cứu đã được thực hiện, năng lượng mặt trời khơng chỉ là năng lượng của
tương lai mà cịn là năng lượng của hiện tại
Bạn khơng nên nghĩ rằng ứng dụng năng lượng mặt trời là cơng việc của
riêng của các nhà khoa học, đây cũng chính là nơi bạn có thể phát huy óc sáng tạo,
sự khéo tay, và tính kiên nhẫn của bạn. Cịn gì thú vị hơn khi bạn tự thực hiện và
ứng dụng năng lượng mặt trời trong chính ngơi nhà của mình.
Cuốn sách này giới thiệu chi tiết các ứng dụng năng lượng mặt trời trong
ngơi nhà hoặc trên mảnh vườn của bạn. Các dự án đó tương đối đơn giản, chi phí
trong tầm tay của bạn, nhưng hiệu quả cao, khơng đồi hỏi lý thuyết cao siêu, chỉ
cần bạn nhận ra lợi ích của việc sử dụng năng lượng mặt trời và quyết tâm thực
hiện. bạn có thể thực hiện từng bước theo hướng dẫn trong từng dự án, khi dạt
kết quả, bạn hồn tồn có thể chỉnh sửa, cải tiến để năng cao hiệu suất và giảm
chi phí tùy theo sự năng động và tính sáng tạo của bạn. Các dự án này cịn có thể
được thực hiện trong trường học, trường phổ thơng và trường dạy nghề, giúp cho
thầy cơ giáo có thêm phương cách thí nghiệm, học đi đơi với hành , giúp cho học
sinh tính sáng tạo và hứng thú học tập.
Nguyễn Đình Trai
Hệ thống điện năng lượng mặt trời
Cơng ty TNHH VIETPECO
MỤC LỤC
Trang
GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HỆ THỐNG ĐIÊN NĂNG
A
LƯỢNG MẶT TRỜI.............................................................................................................3
I
GIỚI THIỆU CHUNG....................................................................................................3
II
NGUN LÝ HOẠT ĐỘNG.........................................................................................3
III CẤU HÌNH TIÊU BIỂU.................................................................................................6
B.......................................ĐI SÂU VÀO HỆ THỐNG ĐIỆN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI
................................................................................................................................................10
CHƯƠNG I: PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI.......................................................................10
I
ƯU THẾ CỦA ĐIÊN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI..................................................10
II
TÌM HIỂU CHUNG VỀ PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI.......................................11
III ƯU, NHƯỢC ĐIỂM....................................................................................................19
IV ỨNG DỤNG PIN MẶT TRỜI Ở VIỆT NAM............................................................21
CHƯƠNG II: BỘ KÍCH INVERTER.........................................................................................26
I
LOẠI INVERTER CHO HỆ THỐNG..........................................................................26
II
HÌNH ẢNH, CẤU TẠO................................................................................................29
III HOẠT ĐỘNG CỦA INVERTER.................................................................................31
CHƯƠNG III: BỘ ĐIỀU KHIỂN SẠC......................................................................................41
CHƯƠNG IV: BATTERY(ẮC QUY)........................................................................................43
I
GIỚI THIỆU.................................................................................................................43
Nguyễn Đình Trai
Hệ thống điện năng lượng mặt trời
Cơng ty TNHH VIETPECO
II
CẤU TẠO......................................................................................................................43
III PHÂN LOẠI, NGUN LÝ HOẠT ĐƠNG................................................................45
CHƯƠNG V: PP THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỆN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI....................56
CHƯƠNG VI: HỊA HỆ THỐNG VÀO LƯỚI ĐIỆN QUỐC GIA.........................................57
A
GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HỆ THỐNG ĐIỆN
NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI
I – GIỚI THIỆU CHUNG:
Nguyễn Đình Trai
Hệ thống điện năng lượng mặt trời
Cơng ty TNHH VIETPECO
Một tế bào quang điện (cell) Tấm Pin năng lượng mặt trời (solar cells panel)
Pin mặt trời, hay pin quang điện, ký hiệu là PV, là hệ thống các tấm vật liệu đặc
biệt có khả năng chuyển đổi quang năng của ánh sáng mặt trời thành điện năng.
Pin mặt trời được cấu tạo bằng các tế bào quang điện (cells) đơn tinh thể
(monocrystalline) và đa tinh thể (polycrystalline) có hiệu suất cao (15% 18%),
cơng suất từ 25Wp đến 240Wp và có tuổi thọ trung bình 30 năm.
II – NGUN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG NĂNG LƯỢNG
MẶT TRỜI:
Từ giàn pin mặt trời, ánh sáng được biến đổi thành điện năng, tạo ra dịng
điện một chiều (DC). Dịng điện này được dẫn tới bộ điều khiển là một thiết bị
điện tử có chức năng điều hồ tự động các q trình nạp điện vào ắcquy và phóng
điện từ ắcquy ra các thiết bị điện một chiều (DC). Trường hợp cơng suất giàn pin
đủ lớn, trong mạch điện sẽ được lắp thêm bộ đổi điện để chuyển dịng một chiều
thành dịng xoay chiều (AC), chạy được thêm nhiều thiết bị điện gia dụng (đèn,
quạt, radio, TV…).
III CẤU HÌNH TIÊU BIỂU CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN NĂNG LƯỢNG
MẶT TRỜI:
S
tt
Tên thiết bị
Ghi chú
1
Solar Cells
Monocrystalline (đơn tinh thể ) Polycrytalline (đa
Panel
tinh thể)
2
Solar
Regulator
3
DCAC
Inverter
Dạng sóng ra : Step Wave hoặc Sine Wave
4
Battery (ắc
quy)
Bình khơ, kín khí, khơng cần bảo dưỡng.
5
6
7
Lựa chọn tùy mức điện thế và cơng suất của hệ
thống
Khung, gá
Chun dụng cho hệ thống
Dây cáp
Chun dụng cho hệ thống (ngồi trời và trong nhà)
Phụ kiện
lắp đặt
Nguyễn Đình Trai
Linh, phụ kiện đồng bộ khác
Cơng ty TNHH VIETPECO
1
Hệ thống điện năng lượng mặt trời
PANEL MẶT TRỜI :
Tấm pin Panel mặt trời (solar cells panel) biến đổi quang năng hấp thụ từ
mặt trời để biến thành điện năng. Một số thơng tin cơ bản về tấm pin mặt trời
Hiệu suất: từ 15% 18% Cơng suất: từ 25Wp đến 175 Wp Số lượng cells trên mỗi
tấm pin : 72 cells Kích thước cells: 5 – 6 inchs Loại cells: monocrystalline và
polycrystalline Chất liệu của khung nhơm Tuổi thọ trung bình của tấm pin : 30 năm
Có khả năng kết nối thành các trạm điện mặt trời cơng suất lớn khơng hạn chế, có
thể hịa lưới (grid), hoặc hoạt động độc lập như 1 hệ thống backup điện. Trong
một ngày nắng, mặt trời cung cấp khoảng 1 kW/m² đến mặt đất (khi mặt trời
đứng bóng và quang mây, ở mực nước biển). Cơng suất và điện áp của một hệ
thống sẽ phụ thuộc và cách chúng ta nối ghép các tấm pin Panel mặt trời lại với
nhau.Các tấm pin Panel mặt trời được lắp đặt ở ngồi trời để có thể hứng được
ánh nắng tốt nhất từ mặt trời nên được thiết kế với những tính năng và chất liệu
đặc biệt, có thể chịu đựng được sự khắc nghiệt của thời tiết, khí hậu, nhiệt độ…
2
BỘ ĐIỀU KHIỂN SẠC:
Là thiết bị thực hiện chức năng điều tiết sạc cho ắcquy, bảo vệ cho ắc
quy chống nạp q tải và xả q sâu nhằm nâng cao tuổi thọ của bình ắcquy, và
giúp hệ thống pin mặt trời sử dụng hiệu quả và lâu dài.
Bộ điều khiển cịn cho biết tình trạng nạp điện của Panel mặt trời vào ắc
quy giúp cho người sử dụng kiểm sốt được các phụ tải.
Bộ điều khiển cịn thực hiện việc bảo vệ nạp q điện thế (>13,8V) hoặc
điện thế thấp (<10,5V). Mạch bảo vệ của bộ điều khiển sẽ thực hiện việc ngắt
mạch khi bộ điều khiển xác nhận bình ắcquy đã được nạp đầy hoặc điện áp bình
q thấp.
3
ACDC INVERTER:
Là bộ biến điện nghịch lưu. Inverter chuyển đổi dịng điện 12V DC từ ăc
quy thành dịng điện AC (110VAC, 220VAC). Được thiết kế với nhiều cấp cơng
suất từ 0.3kVA – 10kVA.
Inverter có nhiều loại và cách phân biệt chúng bằng dạng sóng của điện áp
đầu ra : dạng sóng hình sin, giả sin, sóng vng, sóng bậc thang…
4
BATTERY (Ắcquy):
Nguyễn Đình Trai
Cơng ty TNHH VIETPECO
Hệ thống điện năng lượng mặt trời
Là thiết bị lưu trữ điện để sử dụng vào ban đêm hoặc lúc trời ít hoặc khơng
cịn ánh nắng.
Ắcquy có nhiều loại, kích thước và dung lượng khác nhau, tùy thuộc vào
cơng suất và đặc điểm của hệ thống pin panel mặt trời . Hệ thống có cơng suất
càng lớn thì cần sử dụng ăcquy có dung lượng lớn hoặc dùng nhiều bình ắcquy
kết nối lại với nhau.
5
KHUNG GÁ VÀ DÂY CÁP:
Để đảm bảo cho hệ thống pin Panel mặt trời đặt đúng vị trí tốt nhất (nắng
nhiều nhất và lâu nhất) và hiệu suất sử dụng hệ thống ln được ổn định lâu dài,
chúng ta cần dùng đến bộ khung gá và dây cáp chun dụng.
Để tối đa hóa hiệu suất của hệ thống, các tấm pin Panel mặt trời cần được
lắp đặt theo 1 góc nghiêng và 1 hướng nhất định (tùy thuộc từng vị trí lắp đặt cụ
thể).
Lưu ý khi lắp đặt tránh các vùng có khả năng bị che, khuất nắng, nên lựa
chọn những vị trí có thể hứng được nắng tốt nhất cho cả ngày.
Các phụ kiện đồng bộ kèm theo : ống, cơng tắc, bảng điện, Vaseline,
domino, ổ cắm… để lắp hồn chỉnh hệ thống điện mặt trời
1 : Tấm pin mặt trời (Solar Panel)
2: Bộ điều khiển sạc mặt trời (Solar Charger Controller)
3 : Bộ kích điện DCAC (Solar Inverter)
Nguyễn Đình Trai
Cơng ty TNHH VIETPECO
Hệ thống điện năng lượng mặt trời
4 : Cầu dao chuyển mạch (Solar Inverter)
5 : Ắc quy (Battery)
Mơ tả hoạt động của hệ thống:
Đây là sự tích hợp của hai hệ thống thành một hệ thống liên hồn bao gồm:
Hệ thống Sản xuất điện năng từ Mặt trời thành điện 220VAC/50Hz bổ sung
vào điện lưới (On grid).
Hệ thống Lưu trữ biến đổi điện điện năng từ Mặt trời thành điện
220VAC/50Hz (Off grid).
Tuy nhiên, q khách vẫn có thể sử dụng từng hệ thống trên một cách độc
lập tùy theo nhu cầu cụ thể.
Khi khởi động Battery bank ln được ưu tiên nạp điện từ Mặt trời cho đến
khi đầy. Lúc này GridTie Solar Inverter (GTSI) chưa làm việc.
Khi Battery bank đầy bộ InverterSolar Charger (ISC) sẽ ngưng sạc và bộ
GTSI sẽ hoạt động: Biến đổi điện DC từ Solar panel thành điện AC 220V có điện
áp, tần số pha trùng với điện lưới và được hịa trực tiếp vào lưới điện – Việc bán
điện sẽ được thơng qua đồng hồ W1.
Khi có điện lưới, điện năng cho tải thơng thường và tải ưu tiên sẽ được cấp
qua đồng hồ điện W2 (điện mua) do ISC lúc này đang ở chế độ On grid.
Nguyễn Đình Trai
Cơng ty TNHH VIETPECO
Hệ thống điện năng lượng mặt trời
Khi mất điện lưới, ISC sẽ lấy điện DC từ Battery bank và Solar để biến đổi
thành điện AC 220V cung cấp cho tải ưu tiên. Đồng thời GTSI sẽ ngưng làm việc.
ĐI SÂU VÀO HỆ THỐNG ĐIỆN NĂNG LƯỢNG
MẶT TRỜI
B
CHƯƠNG I: PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI
I
Ưu thế của năng lượng mặt trời
1.
Năng lượng hiện tại
Trong cuộc sống hang ngày , chúng ta sử dụng khối lượng năng lượng
khổng lồ. Cuộc sống của chúng ta xoay quanh sự tiêu thụ các nguồn tài ngun
thiên nhiên và tiêu thụ năng lượng .
Phần lớn trong tỷ lệ tiêu thụ năng lượng dược dùng cho sưởi ấm58% một
phần trong số này có thể cung cấp từ năng lượng mặt trời .
Kế tiếp là nấu nước, chiếm 24% tổng năng lượng tiêu thụ, hồn tồn có thể
nấu nước bằng năng lượng mặt trời .
Điều dó có nghĩa là có thể đáp ứng 83% nhu cầu năng lượng bằng cơng nghệ
năng lượng mặt trời .
Phần năng lượng, 13% được dùng để tạo ra điện năng để cung cấp cho
chiếu sáng và các thiết bị gia dụng.
Năng lượng được dùng cho nấu ăn,5% cũng có thể tạo ra từ năng lượng.
2.
Lý do chọn năng lượng mặt trời
Năng lượng mặt trời là dạng năng lượng sạch, xanh, miễn phí, và có giá trị
sử dụng tốt nhất. mặt trời đã xuất hiện cách đây 5 tỷ năm và tiếp tục them 5 tỷ
năm nủa, q đủ cho lồi người.
Nguyễn Đình Trai
Hệ thống điện năng lượng mặt trời
Cơng ty TNHH VIETPECO
Chúng ta đang tìm các cơng nghệ sử dụng dạng năng lượng này một cách
hiệu quả nhất, do đây là năng lượng sạch, rất than thiện vơi mơi trường. Đây thực
sự là nguồn tài ngun khổng lồ. tuy năng lượng mặt trời tập chung chủ yếu ở
3. Năng lượng hiện nay
Cơ quan năng lượng quốc tế dự báo khai thác năng lượng của 33 trong số 48
nhà sản xuất dẩu mõ hàng đầu thế giới đang giảm. Điều đó đang thành hiện thực.
Khơng chỉ có đỉnh sản lượng dầu mõ, hiện nay cịn có đỉnh than đá, đỉnh khí
tự nhiên, và đỉnh uranium. Tất cả các nguồn tài ngun này đều có giới hạn, khơng
thể khai thác mãi mãi.
Điều đó có nghĩa là những người tin tưởng vào năng lượng hạt nhân có thể
bị sốc, năng lượng hạt nhân từng được coi là nguồn thay thế hửu hiệu cho nhiên
liệu tàn dư sinh học, nhưng mọi người phải đối mặt với cùng một vấn đề. Nếu
tất cả đều chuyển sang năng lượng hạt nhân, tốc độ tiêu thụ uranium sẽ tăng
nhanh, chưa kể các nguy cơ về an tồn hạt nhân.
II
Tìm hiểu chung về pin năng lượng năng lượng mặt
trời:
Nguyễn Đình Trai
Công ty TNHH VIETPECO
1.
Hệ thống điện năng lượng mặt trời
Hướng đặt:
Điều khiển tấm pin theo mùa (xuân, hạ, thu, đông) cũng là 1 vấn đề
chúng ta đã biết, với mỗi mùa khác nhau, tại 1 địa điểm nhất đinh, mặt trời sẽ có 1
góc chiếu khác nhau.
Nguyễn Đình Trai
Cơng ty TNHH VIETPECO
Hệ thống điện năng lượng mặt trời
2.
Ngun lý hoạt động và cấu tạo
Nhiên liệu hóa thạch theo tính tốn của các nhà khoa học và mơi trường học
sẽ cạn kiệt trong vịng 50 năm nữa nếu cứ sử dụng với tốc độ hiện nay. Việc tìm
năng lượng thay thế là bài tốn cấp bách của tồn nhân loại . Có ý kiến cho rằng
Nguyễn Đình Trai
Cơng ty TNHH VIETPECO
Hệ thống điện năng lượng mặt trời
điện hạt nhân là một giải pháp, nhưng với mức độ an tồn và bản chất của q
trình khơng thuận nghịch của phản ứng hạt nhân khơng cho ta kết quả như mong
đợi .Năng lượng mặt trời xét về lâu dài mới là giải pháp cho tương lai. Một trong
các ngun nhân khác của việc sử dụng năng lượng mặt trời đó là do tính sạch của
nó về mặt mơi trường. Trong q trình sử dụng nó khơng sinh ra khí nhà kính hay
gây ra các hiệu ứng tiêu cực tới khí hậu tồn cầu. Việc dạy học gắn với nội dung
này nhằm giáo dục ý thức mơi trường và sự chuẩn bị hành trang cho chủ nhân
tương lai là cần thiết và phù hợp . Có 2 cách chính sử dụng năng lượng mặt trời:
Sử dụng dưới dạng nhiệt năng : lị hấp thụ mặt trời, nhà kính...
Sử dụng thơng qua sự chuyển hố thành điện năng: Hệ thống pin mặt trời
Câu hỏi đặt ra là pin mặt trời hoạt động thế nào
Pin mặt trời là thiết bị ứng dụng hiệu ứng quang điện trong bán dẫn ( thường
gọi là hiệu ứng quang điện trong quang dẫn) để tạo ra dịng điện một chiều từ
ánh sáng mặt trời. Loại pin mặt trời thơng dụng nhất hiện nay là loại sử dụng Silic
tinh thể. Để hiểu về ngun lý làm việc của pin mặt trời loại này chúng ta cần
biết một vài đặc điểm của chất bán dẫn Silic.
Trong bảng tuần hồn Silic (Si) có số thứ tự 14 1s22s22p63s23p2 . Các điện tử
của nó được sắp xếp vào 3 lớp vỏ. 2 lớp vỏ bên trong được xếp đầy bởi 10 điện
tử. Tuy nhiên lớp ngồi cùng của nó chỉ được lấp đầy 1 nửa với 4 điện tử 3s23p2.
Điều này làm ngun tử Si có xu hướng dùng chung các điện tử của nó với các
ngun tử Si khác. Trong cấu trúc mạng tinh thể ngun tử Si liên kết với 4 ngun
tử Si lân cận để lớp vỏ ngồi cùng có chung 8 điện tử (bền vững).
Nguyễn Đình Trai
Cơng ty TNHH VIETPECO
Hệ thống điện năng lượng mặt trời
Tinh thể Si tinh khiết là chất bán dẫn dẫn điện rất kém vì các điện tử bị giam
giữ bởi liên kết mạng, khơng có điện tử tự do. Chỉ trong điều kiện kích thích
quang, hay nhiệt làm các điện tử bị bứt ra khỏi hiên kết, hay nói theo ngơn ngữ
vùng năng lượng là các điện tử (tích điện âm) nhảy từ vùng hóa trị lên vùng dẫn bỏ
lại vùng hóa trị 1 lỗ trống (tích điện dương), thì khi đó chất bán dẫn mới dẫn điện.
Để tăng khả năng dẫn điện của bán dẫn silicon người ta thường pha tạp chất
vào trong đó. Trước tiên ta xem xét trường hợp tạp chất là ngun tử phospho (P)
với tỷ lệ khoảng một phần triệu. P có 5 điện tử ở lớp vỏ ngồi cùng nên khi liên
kết trong tinh thể Si sẽ dư ra 1 điện tử. Điện tử này trong điều kiện bị kích thích
Nguyễn Đình Trai
Cơng ty TNHH VIETPECO
Hệ thống điện năng lượng mặt trời
nhiệt có thể bứt khỏi liên kết với hạt nhân P để khuếch tán trong mạng tinh thể.
Chất bán dẫn Si pha tạp P được gọi là bán dẫn loại N :
(Negative) vì có tính chất dẫn điện bằng các điện tử tự do. Ngược lại, nếu
chúng ta pha tạp tinh thể Si bằng các ngun tử Boron (B) chỉ có 3 điện tử ở lớp
vỏ, chúng ta sẽ có chất bán dẫn loại P (Positive) có tính chất dẫn điện chủ yếu
bằng các lỗ trống.
Nguyễn Đình Trai
Cơng ty TNHH VIETPECO
Hệ thống điện năng lượng mặt trời
Điều gì sẽ xảy ra khi ta cho 2 loại bán dẫn trên tiếp xúc với nhau. Khi đó, các
điện tử tự do ở gần mặt tiếp xúc trong bán dẫn loại N sẽ sẽ khuyếch tán từ bán
dẫn loại N > bán dẫn loại P và lấp các lỗ trống trong phần bán dẫn loại P này.
Liệu các điện tử tự do của bán dẫn N có bị chạy hết sang bán dẫn P hay
khơng? Câu trả lời là khơng. Vì khi các điện tử di chuyển như vậy nó làm cho bán
dẫn N mất điện tử và tích điện dương, ngược lại bán dẫn P tích điện âm. Ở bề
mặt tiếp xúc của 2 chất bán dẫn bây giờ tích điện trái ngược và xuất hiện 1 điện
trường hướng từ bán dẫn N sang P ngăn cản dịng điện tử chạy từ bán dẫn N sang
P. Và trong khoảng tạo bởi điện trường này hầu như khơng có e hay lỗ trống tự do
Nguyễn Đình Trai
Cơng ty TNHH VIETPECO
Hệ thống điện năng lượng mặt trời
.
Thiết bị mà chúng ta vừa mơ tả ở trên chính là 1 đi ốt bán dẫn. Điện trường
tạo ra ở bề mặt tiếp xúc làm nó chỉ cho phép dịng điện tử chạy theo 1 chiều, ở
đây là từ bán dẫn loại P sang bán dẫn loại N, dịng điện tử sẽ khơng được phép
chạy theo hướng ngược lại. Để lí giải vì sao bạn có thể liên hệ một cách đơn giản
đến phần tĩnh điện.
Pin quang điện khơng phải cái gì khác chính là một điốt bán dẫn có diện tích
bề mặt rộng và có lớp N cực mỏng để ánh sáng có thể truyền qua. Khi chiếu ánh
sáng vào pin quang điện một phần sẽ bị phản xạ ( và do đó trên bề mặt pin
quang điện có một lớp chống phản xạ ) và một phần bị hấp thụ khi truyền qua lớp
N. Một phần may mắn hơn đến được lớp chuyển tiếp, nơi có các cặp e và lỗ trống
nằm trong điện trường của bề mặt giới hạn pn. Với các bước sóng thích hợp sẽ
truyền cho e một năng lượng đủ lớn để bật khỏi liên kết. Sẽ khơng thể có chuyện
gì nếu khơng có điện trường nhỏ tạo bởi lớp chuyển tiếp. Đó là lí do giải thích vì
sao nếu ta chiếu ánh sáng vào một vật bán dẫn thì khơng thể sinh ra dịng điện .
Nhưng cặp e và lỗ trống này nằm trong tác dụng của điện trường do đó e sẽ
bị kéo về phía bán dẫn loại n cịn lỗ trống bị kéo về phía bán dẫn loại p.kết quả là
nếu ta nối hai cực vào hai phần bán dẫn loại n và p sẽ đo được một hiệu điện thế.
Giá trị hiệu điện thế này phụ thuộc vào bản chất của chất làm bán dẫn và tạp
chấp được hấp phụ . Với Si ( B;P) thì giá trị này ở khoảng 0,6V.
Ánh sáng mặt trời cung cấp cho chúng ta khoảng 1 kilowatt/m2 ( Chính xác là
1,34 kW/m2: Đây chính là hằng số mặt trời) , tuy nhiên các hiệu suất chuyển thành
điện năng của các pin mặt trời chỉ vào khoảng 8% đến 12%. Tại sao lại ít vậy. Câu
trả lời là ánh sáng mặt trời có phổ tần số khá rộng. Khơng phải tần số nào cũng có
đủ năng lượng để kích thích điện tử từ vùng hóa trị lên vùng dẫn. Chỉ có những
photon năng lượng cao hơn khe vùng bán dẫn mới làm được điều này. Đối với bán
dẫn Si khe vùng vào khoảng 1.1eV. Các photon năng lượng thấp hơn sẽ khơng sử
Nguyễn Đình Trai
Cơng ty TNHH VIETPECO
Hệ thống điện năng lượng mặt trời
dụng được. Nếu photon có năng lượng cao hơn khe vùng thì phần năng lượng dư
đó cũng khơng có đóng góp gì thêm. Vậy tại sao chúng ta khơng chọn các vật liệu
có khe vùng hẹp để tận dụng nguồn photon tần số thấp. Vấn đề là khe vùng cũng
xác định hiệu điện thế (hay điện trường) ở bề mặt tiếp xúc. Khe vùng càng bé thì
hiệu điện thế này càng bé. Nên nhớ cơng suất của dịng điện bằng hiệu điện thế
nhân với dịng. Người ta đã tính tốn được khe vùng tối ưu là vào khoảng 1.4eV,
khi đó cơng suất dịng điện thu được tối đa.
Một ngun nhân nữa cũng cản trở việc nâng cao hiệu suất của pin mặt trời,
đó là cách chúng ta bố trí các tiếp xúc kim loại để lấy dịng điện. Ở mặt dưới của
tấm pin hiển nhiên ta có thể cho tiếp xúc với 1 tấm kim loại nhưng ở mặt trên nó
cần trong suốt để ánh sáng có thể đi qua. Nếu chỉ bố trí các tiếp xúc ở mép tấm pin
thì các điện tử phải di chuyển q xa trong tinh thể Si mới vào được mạch điện
(chú ý là bán dẫn Si dẫn điện kém, tức điện trở của nó lớn). Vì vậy người ta
thường dùng 1 lưới kim loại phủ lên bề mặt của pin mặt trời. Tuy nhiên kích
thước lưới khơng thể giảm vơ hạn nên cũng phần nào làm giảm hiệu suất chuyển
năng lượng ánh sáng thành năng lượng điện.
Có người nói: năng lượng làm ra một hệ thống pin mặt trời lớn hơn năng
lượng nó thu được trong q trình dùng ( hay nói một cách đời sống hơn tiền mua
nó đắt hơn tiền mua điện: Điều này trước đây là đúng, tuy nhiên với cơng nghệ
hiện nay tỉ lệ này là 1:4 nghiêng về tiền thu được. Tức là bỏ 1 triệu mua hệ thống
thì sẽ thu được 4 triệu tiền năng lượng thu được )
Một thực tế là việc sử dụng năng lượng Mặt trời ở nước ta cịn q xa vời là
do ta ỷ vào nguồn năng lượng thủy điện ( cũng là một loại năng lượng sạch)
nhưng thực tế nhu cầu tiêu thụ điện và sự khổ sở vì tình trạng các hồ chứa xuống
dưới mức chết đã gióng một hồi chng nhẹ tới suy nghĩ này của tồn bộ mọi
người!
3.
Sơ đồ cơ bản của hệ thống điện năng lượng mặt trời
Nguyễn Đình Trai
Cơng ty TNHH VIETPECO
III
Hệ thống điện năng lượng mặt trời
Ưu, Nhược điểm của năng lượng mặt trời:
Ưu điểm:
Giúp bạn tiết kiệm tiền:
Sau khi đầu tư ban đầu đã được thu hồi, năng lượng từ mặt trời là thiết thực
miễn phí.
1.
Thời kỳ hồn vốn cho đầu tư này có thể rất ngắn tùy thuộc vào bao nhiêu hộ
gia đình của bạn sử dụng điện.
Ưu đãi tài chính có hình thức chính phủ sẽ giảm chi phí của bạn.
Nếu hệ thống pin mặt trời sản xuất năng lượng nhiều hơn bạn sử dụng,
chính phủ của bạn có thể mua điện từ bạn.
Nó sẽ giúp bạn tiết kiệm tiền trên hóa đơn điện của bạn hàng tháng.
Năng lượng mặt trời khơng địi hỏi bất cứ nhiên liệu.
Nó khơng bị ảnh hưởng bởi việc cung cấp và nhu cầu nhiên liệu và do đó
khơng phải chịu mức giá ngày càng tăng của xăng dầu.
Tiết kiệm được ngay lập tức và trong nhiều năm tới.
Việc sử dụng năng lượng mặt trời gián tiếp làm giảm chi phí y tế.
Thân thiện với mơi trường:
Nguyễn Đình Trai
Cơng ty TNHH VIETPECO
Hệ thống điện năng lượng mặt trời
Năng lượng mặt trời sạch, tái tạo (khơng giống như dầu, khí đốt và than đá)
và bền vững, góp phần bảo vệ mơi trường của chúng tơi.
Nó khơng gây ơ nhiễm khơng khí do khí carbon dioxide phát hành, oxit nitơ,
khí lưu huỳnh hoặc thủy ngân vào khí quyển giống như nhiều hình thức truyền
thống của các thế hệ điện khơng.
Vì vậy năng lượng mặt trời khơng đóng góp cho sự nóng lên tồn cầu, mưa
axit hoặc sương mù.
Nó tích cực góp phần vào việc giảm phát thải khí nhà kính có hại.
Đó là tạo ra nơi cần thiết.
Bằng cách khơng sử dụng bất kỳ nhiên liệu, năng lượng mặt trời khơng
đóng góp cho các chi phí và các vấn đề của việc thu hồi và vận chuyển nhiên liệu
hoặc lưu trữ chất thải phóng xạ.
Độc lập, bán độc lập
Năng lượng Mặt trời có thể được sử dụng để bù đắp năng lượng tiêu thụ,
cung cấp tiện ích. Nó khơng chỉ giúp giảm hóa đơn điện của bạn, nhưng cũng sẽ
tiếp tục cung cấp điện trong trường hợp bị cúp điện.
Một hệ thống năng lượng mặt trời có thể hoạt động hồn tồn độc lập,
khơng địi hỏi một kết nối đến một mạng lưới điện hoặc khí ở tất cả. Hệ thống
do đó có thể được cài đặt trong vị trí từ xa (giống như đăng nhập cabins kỳ nghỉ),
làm cho nó thực tế hơn và hiệu quả hơn tiện ích cung cấp điện cho một trang web
mới.
Việc sử dụng năng lượng mặt trời làm giảm sự phụ thuộc vào các nguồn
nước ngồi và / hoặc tập trung năng lượng, ảnh hưởng do thiên tai, các sự kiện
quốc tế và vì thế góp phần vào một tương lai bền vững.
Năng lượng mặt trời hỗ trợ việc làm địa phương và tạo ra sự giàu có, thúc
đẩy nền kinh tế địa phương.
Các hệ thống năng lượng mặt trời hầu như bảo dưỡng miễn phí và sẽ kéo
dài trong nhiều thập kỷ.
Sau khi cài đặt, khơng có chi phí định kỳ.
Họ hoạt động âm thầm, khơng có bộ phận chuyển động, khơng có mùi khó
chịu phát hành và khơng u cầu bạn phải thêm bất kỳ nhiên liệu.
Nguyễn Đình Trai
Cơng ty TNHH VIETPECO
Hệ thống điện năng lượng mặt trời
Thêm tấm pin mặt trời có thể dễ dàng được thêm vào trong tương lai khi nhu
cầu của gia đình bạn phát triển.
2.
Khó khăn năng lượng mặt trời (nhược điểm)
Các chi phí ban đầu là bất lợi chính của việc cài đặt một hệ thống năng
lượng mặt trời, phần lớn là vì chi phí cao của các vật liệu bán dẫn được sử dụng
trong việc xây dựng một.
Chi phí năng lượng mặt trời cũng là cao so với tiện íchcung cấp điện khơng
tái tạo. Như tình trạng thiếu năng lượng đang trở nên phổ biến hơn, năng lượng
mặt trời ngày càng trở nên giá cạnh tranh.
Tấm năng lượng mặt trời địi hỏi khá một vùng rộng lớn để cài đặt để đạt
được một mức độ tốt hiệu quả.
Hiệu quả của hệ thống cũng phụ thuộc vào vị trí của mặt trời, mặc dù vấn
đề này có thể được khắc phục với việc cài đặt các thành phần nhất định.
Việc sản xuất năng lượng mặt trời bị ảnh hưởng bởi sự hiện diện của các
đám mây, gây ơ nhiễm trong khơng khí.
Tương tự như vậy, khơng có năng lượng mặt trời sẽ được sản xuất vào ban
đêm mặc dù một hệ thống pin dự phịng và / hoặc đo net sẽ giải quyết vấn đề này.
IV
Ứng dụng pin mặt trời ở Việt Nam
Pin mặt trời là phương pháp sản xuất điện trực tiếp từ năng lượng mặt trời
(NLMT) qua thiết bị biến đổi quang điện. Pin mặt trời (PMT) có ưu điểm là gọn
nhẹ, có thể lắp bất kỳ ở đâu có ánh sáng mặt trời, đặc biệt là trong lĩnh vực tàu vũ
trụ. Ứng dụng NLMT dưới dạng này được phát triển với tốc độ rất nhanh, nhất là
ở các nước phát triển. Ngày nay ứng dụng NLMT để chạy xe thay thế dần nguồn
năng lượng truyền thống.
Tuy nhiên giá thành thiết bị pin mặt trời cịn khá cao, trung bình hiện nay
khoảng 5 10 USD/Wp, nên ở những nước đang phát triển, pin mặt trời hiện mới
chỉ có khả năng duy nhất là cung cấp năng lượng điện sử dụng cho các vùng sâu,
vùng xa, nơi đường điện quốc gia chưa có.
Ở Việt Nam, với sự hỗ trợ của nhà nước (các bộ, ngành) và một số tổ chức
quốc tế đã thực hiện thành cơng việc xây dựng các trạm pin mặt trời có cơng suất
khác nhau phục vụ nhu cầu sinh hoạt và văn hóa của các địa phương vùng sâu,
vùng xa, các cơng trình nằm trong khu vực khơng có lưới điện. Tuy nhiên hiện nay
pin mặt trời vẫn đang cịn là món hàng xa xỉ đối với các nước nghèo như chúng
ta.
Đi đầu trong việc phát triển ứng dụng này là ngành bưu chính viễn thơng. Các
Nguyễn Đình Trai
Cơng ty TNHH VIETPECO
Hệ thống điện năng lượng mặt trời
trạm pin mặt trời phát điện sử dụng làm nguồn cấp điện cho các thiết bị thu phát
sóng của các bưu điện lớn, trạm thu phát truyền hình thơng qua vệ tinh. Ở ngành
bảo đảm hàng hải, các trạm pin mặt trời phát điện sử dụng làm nguồn cấp điện
cho các thiết bị chiếu sáng, cột hải đăng, đèn báo sơng. Trong ngành cơng nghiệp,
các trạm pin mặt trời phát điện sử dụng làm nguồn cấp điện dự phịng cho các
thiết bị điều khiển trạm biến áp 500 kV, thiết bị máy tính và sử dụng làm nguồn
cấp điện nối với điện lưới quốc gia. Trong sinh hoạt của các hộ gia đình vùng sâu,
vùng xa, các trạm pin mặt trời phát điện sử dụng để thắp sáng, nghe đài, xem vơ
tuyến. Trong ngành giao thơng đường bộ, các trạm pin mặt trời phát điện dần
được sử dụng làm nguồn cấp điện cho các cột đèn đường chiếu sáng. Để hiểu
được hết tác dụng, hiệu quả và tầm quan trọng của hệ thống pin mặt trời phát
điện, chúng ta có thể tìm hiểu sơ đồ ngun lý hệ thống điện pin mặt trời nối lưới
điển hình dưới đây:
Cơng trình ứng dụng
Khu vực phía Nam ứng dụng các dàn PMT phục vụ thắp sáng và sinh hoạt văn
hố tại một số vùng nơng thơn xa lưới điện. Các trạm điện mặt trời có cơng suất
từ 500 1.000 Wp được lắp đặt ở trung tâm xã, nạp điện vào ắc qui cho các hộ gia
đình sử dụng. Các dàn PMT có cơng suất từ 250 500 Wp phục vụ thắp sáng cho
các bệnh viện, trạm xá và các cụm văn hố xã. Đến nay có khoảng 800 1.000
dàn PMT đã được lắp đặt và sử dụng cho các hộ gia đình, cơng suất mỗi dàn từ
22,5 70 Wp. Khu vực miền Trung có bức xạ mặt trời khá tốt và số giờ nắng cao,
rất thích hợp cho việc ứng dụng PMT. Hiện tại ở khu vực miền Trung có hai dự
án lai ghép với PMT có cơng suất lớn nhất Việt Nam, đó là:
Dự án phát điện ghép giữa PMT và thuỷ điện nhỏ, cơng suất 125 kW được lắp
đặt tại xã Trang, huyện Mang Yang, tỉnh Gia Lai, trong đó cơng suất của hệ thống
PMT là 100 kWp (kilowatt peak) và của thuỷ điện là 25 kW. Dự án được đưa vào
vận hành từ cuối năm 1999, cung cấp điện cho 5 làng. Hệ thống điện do Điện lực
Mang Yang quản lý và vận hành.
Nguyễn Đình Trai
Cơng ty TNHH VIETPECO
Hệ thống điện năng lượng mặt trời
Sơ đồ hệ thống điện gia đình
Dự án phát điện lai ghép giữa PMT và động cơ gió phát điện với cơng suất là 9
kW, trong đó PMT là 7 kW. Dự án trên được lắp đặt tại làng Kongu 2, huyện Đak
Hà, tỉnh Kon Tum, do Viện Năng lượng thực hiện. Cơng trình đã được đưa vào sử
dụng từ tháng 11/2000, cung cấp điện cho một bản người dân tộc thiểu số với 42
hộ gia đình. Hệ thống điện do sở Cơng thương tỉnh quản lý và vận hành.
Các dàn pin đã lắp đặt ứng dụng tại các tỉnh Gia Lai, Quảng Nam, Bình Định,
Quảng Ngãi và Khánh Hồ, hộ gia đình cơng suất từ 40 50 Wp. Các dàn đã lắp
đặt ứng dụng cho các trung tâm cụm xã và các trạm y tế xã có cơng suất từ 200
800 Wp. Hệ thống điện sử dụng chủ yếu để thắp và truyền thơng; đối tượng phục
vụ là người dân, do dân quản lý và vận hành.
Nguyễn Đình Trai
Cơng ty TNHH VIETPECO
Hệ thống điện năng lượng mặt trời
Ở khu vực phía Bắc, việc ứng dụng các dàn PMT phát triển với tốc độ khá
nhanh, phục vụ các hộ gia đình ở các vùng núi cao, hải đảo và cho các trạm biên
phịng. Cơng suất của dàn pin dùng cho hộ gia đình từ 40 75 Wp. Các dàn dùng
cho các trạm biên phịng, nơi hải đảo có cơng suất từ 165 300 Wp. Các dàn dùng
cho trạm xá và các cụm văn hố thơn, xã là 165 525 Wp.
Tại Quảng Ninh có hai dự án PMT do vốn trong nước (từ ngân sách) tài trợ:
Dự án PMT cho đơn vị bộ đội tại các đảo vùng Đơng Bắc. Tổng cơng suất lắp
đặt khoảng 20 kWp. Dự án trên do Viện Năng lượng và Trung tâm Năng lượng
mới Trường đại học Bách khoa Hà Nội thực hiện. Hệ thống điện sử dụng chủ
yếu để thắp sáng và truyền thơng, đối tượng phục vụ là bộ đội, do đơn vị quản lý
và vận hành.
Dự án PMT cho các cơ quan hành chính và một số hộ dân của huyện đảo Cơ Tơ.
Tổng cơng suất lắp đặt là 15 kWp. Dự án trên do Viện Năng lượng thực hiện.
Cơng trình đã vận hành từ tháng 12/2001.
Cơng ty BP Solar của Úc đã tài trợ một dự án PMT có cơng suất là 6.120 Wp
phục vụ cho trạm xá, trụ sở xã, trường học và khoảng 10 hộ gia đình. Dự án trên
được lắp đặt tại xã Sĩ Hai, huyện Hà Quảng, tỉnh Cao Bằng.
Dự án “Ứng dụng thí điểm điện mặt trời cho vùng sâu, vùng xa” tại xã Ái
Quốc, tỉnh Lạng Sơn đã hồn thành vào tháng 11/2002. Tổng cơng suất dự án là
3.000 Wp, cung cấp điện cho trung tâm xã và trạm truyền hình, chủ yếu để thắp
sáng và truyền thơng; đối tượng phục vụ là người dân, do dân quản lý và vận hành.
Trung tâm Hội nghị Quốc gia sử dụng ĐMT: Tổng cơng suất pin mặt trời 154
kWp là cơng trình ĐMT lớn nhất ở Việt Nam. Hệ thống pin mặt trời hịa vào mạng
điện chung của Trung tâm Hội nghị quốc gia.
Trạm pin mặt trời nối lưới Viện Năng lượng cơng suất 1.080 Wp bao gồm 8
mơđun.
Trạm pin mặt trời nối lưới lắp đặt trên mái nhà làm việc Bộ Cơng thương, 54
Hai Bà Trưng, Quận Hồn Kiếm, Hà Nội. Cơng suất lắp đặt 2.700 Wp.
Lắp đèn năng lượng mặt trời trên đường phố Đà Nẵng sử dụng nguồn năng
lượng mặt trời. Hệ thống thu góp điện năng được “dán” thẳng trên thân trụ đèn.
Bên trong trụ có tám bình ắc qui dùng để tích năng lượng.
Hai cột đèn năng lượng mặt trời kết hợp năng lượng gió đầu tiên được lắp đặt
thành cơng tại Ban quản lý dự án Cơng nghệ cao Hịa Lạc. Hai cột đèn trị giá 8.000
USD, do Cơng ty cổ phần tập đồn quốc tế Kim Đỉnh lắp đặt. Hiện tại, hai cột đèn
này có thể sử dụng trong 10 h mỗi ngày, có thể thắp sáng bốn ngày liền nếu khơng
có nắng và gió.
Nguyễn Đình Trai
Cơng ty TNHH VIETPECO
Hệ thống điện năng lượng mặt trời
Tóm lại:
Tổng cơng suất lắp đặt: Khoảng 1,45 MWp.
Số địa phương lắp đặt: 40 tỉnh và thành phố; Bộ Bưu chính Viễn thơng, Bộ Quốc
phịng, Bộ Giao thơng, v.v.
Mục đích sử dụng: Sinh hoạt (chiếu sáng, TV, đài, bơm nước, v.v.), thơng tin liên
lạc, tín hiệu giao thơng, v.v.
Kinh phí viện trợ khơng hồn lại, thơng qua các dự án hợp tác quốc tế: 30 35%.
Kinh phí các doanh nghiệp: 40 45%.
Chính phủ (trung ương, địa phương): 20 30%.
Những khó khăn chính trong q trình triển khai ứng dụng:
* Về kỹ thuật
Người sử dụng khơng tn theo qui trình vận hành. Đấu tắt khơng qua bộ điều
khiển khi ắc qui yếu, làm ắc qui cạn kiệt, dẫn đến mau hỏng.
Trong 100 dàn đầu tiên cho các hộ gia đình lắp tại tỉnh Tiền Giang và Trà Vinh, vì
cơng suất mỗi dàn q nhỏ (22,5 Wp), nhu cầu dùng lại lớn nên ắc qui ln ln ở
trạng thái cạn kiệt và dẫn đến hỏng hàng loạt ắc qui.
* Về kinh tế
Trước mắt, PMT chỉ ứng dụng ở các vùng sâu, vùng cao và hải đảo, nơi khơng
thể đưa lưới điện quốc gia đến được. Song phần lớn thu nhập của người dân vùng
này thấp, trong khi giá thành đầu tư ban đầu của PMT hiện tại cịn rất cao.
* Giá thành của PMT
Giá thành lắp đặt dàn PMT bình qn chung trong cả nước vào khoảng 12 14
USD/Wp (áp dụng cho hộ gia đình và dàn tập thể). Giá thành trên khơng bao gồm
chi phí vận chuyển. Chi phí vận chuyển vào khoảng 5 7% giá trị thiết bị.
Kinh nghiệm triển khai ứng dụng
Để việc triển khai ứng dụng đạt được hiệu quả tốt, cần tiến hành những bước
sau:
Các sở khoa học cơng nghệ hoặc các sở cơng nghiệp của các tỉnh nên mở các lớp
tập huấn và tun truyền, quảng cáo.
Phối hợp với các cơ quan địa phương mở lớp tập huấn cho các cán bộ kỹ thuật
địa phương về lắp đặt, vận hành, bảo dưỡng và sửa chữa nhỏ.
Nguyễn Đình Trai
Cơng ty TNHH VIETPECO
Hệ thống điện năng lượng mặt trời
Sau khi lắp đặt, cần hướng dẫn cặn kẽ cho các hộ sử dụng về qui định vận
hành, bảo quản và bảo dưỡng thiết bị.
Trên cơ sở kết quả ứng dụng thí điểm, nghiên cứu thiết kế kỹ thuật lắp đặt phù
hợp với trình độ dân trí và hợp lý về qui mơ cơng suất để đáp ứng nhu cầu và khả
năng kinh tế của dân địa phương.
CHƯƠNG II: BỘ KÍCH INVERTER
I
Loại Inverter cho hệ thống năng lượng mặt trời:
Model: LIS15S
+ Power: 1500VA(1000W)
+ Input DC: 12VDC (1016VDC)
+ Input AC: 220VAC(175275VAC)
Nguyễn Đình Trai
