Xem mẫu
- Đồ án học phần 1A Hệ thống điện năng lượng mặt trời
LỜI NÓI ĐẦU
Trong tiến trình phát triển của loài người, việc sử dụng năng lượng là
đánh dấu một cột mốc rất quan trọng. Từ đó đến nay, loài 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 loài người không phát triển nếu không có năng
lượng.
Ngày nay, năng lượng tàn dư sinh học, năng lượng không tái sinh, ngày
càng kiệt, giá dầu mỏ tăng từng ngày, ảnh hưởng xấu đến sự phát triển kinh tế
xã hội và môi 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, than thiện với môi trường,
chi phí thấp, không cạn kiệt (tái sinh), và dễ sử dụng.
Từ lâu, loài người đã mơ ước sử dụng năng lượng mặt trời. Nguồn năng
lượng hầu như vô tận, đáp ứng hầu hết các tiêu chí nêu trên. Nhiều công trình
nghiêng cứu đã được thực hiện, năng lượng mặt trời không chỉ là năng lượng
của tương lai mà còn là năng lượng của hiện tại
Bạn không nên nghĩ rằng ứng dụng năng lượng mặt trời là công 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. Còn gì thú vị hơn khi bạn tự
thực hiện và ứng dụng năng lượng mặt trời trong chính ngôi nhà của mình.
Cuốn sách này giới thiệu chi tiết các ứng dụng năng lượng mặt trời
trong ngôi 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, không 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 hoàn toàn 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 còn có thể được thực hiện trong trường học, trường phổ
thông và trường dạy nghề, giúp cho thầy cô giáo có thêm phương cách thí
nghiệm, học đi đôi với hành , giúp cho học sinh tính sáng tạo và hứng thú học
tập.
Trường Đại Học Công Nghiệp Tp.HCM
- Đồ án học phần 1A Hệ thống điện năng lượng mặt trời
LỜI CẢM ƠN
Trước khi vào nội dung đồ án chúng em xin chân thành cảm ơn đến Cô:
Phạm Thị Lệ Diễm giảng viên trường ĐHCN Tp.HCM đã tận tình hướng dẫn
và giúp đỡ chúng em trong suốt quá trình thực hiện để hoàn thành đồ án này.
Cùng toàn thể thầy cô khoa Điện đã tận tình giảng dạy, chỉ bảo, truy ền
đạt nguồn kiến thức sâu rộng và những kinh nghiệm quý báu cho chúng em
trong suốt thời gian học tại trường.
Xin cảm ơn đến tất cả bạn bè, những người đã giúp đỡ chúng tôi trong
suốt thời gian học tập cũng như thực hiện đồ án học phần này.
Và cuối cùng chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến gia đình, bố
mẹ đã ủng hộ và tạo điều kiện cho chúng em hoàn thành đồ án này.
Mặc dù đã nỗ lực hết mình, nhưng do khả năng, kiến thức và th ời gian có
hạn nên không thể tránh được những sai sót trong lúc thực hiện đồ án này, em
kính mong quý thầy cô chỉ dẫn, giúp đỡ em để ngày càng hoàn thiện hơn kiến
thức của mình và có thể tự tin bước vào cuộc sống với vốn ki ến th ức đã có
được.
Trường Đại Học Công Nghiệp Tp.HCM
- Đồ án học phần 1A Hệ thống điện năng lượng mặt trời
Nhận xét của giảng viên hướng dẫn:
...........................................................................................................................
...........................................................................................................................
...........................................................................................................................
...........................................................................................................................
...........................................................................................................................
...........................................................................................................................
...........................................................................................................................
...........................................................................................................................
...........................................................................................................................
...........................................................................................................................
...........................................................................................................................
...........................................................................................................................
...........................................................................................................................
...........................................................................................................................
...........................................................................................................................
...........................................................................................................................
...........................................................................................................................
...........................................................................................................................
...........................................................................................................................
...........................................................................................................................
...........................................................................................................................
...........................................................................................................................
...........................................................................................................................
Trường Đại Học Công Nghiệp Tp.HCM
- Đồ án học phần 1A Hệ thống điện năng lượng mặt trời
Nhận xét của giảng viên phản biện:
...........................................................................................................................
...........................................................................................................................
...........................................................................................................................
...........................................................................................................................
...........................................................................................................................
...........................................................................................................................
...........................................................................................................................
...........................................................................................................................
...........................................................................................................................
...........................................................................................................................
...........................................................................................................................
...........................................................................................................................
...........................................................................................................................
...........................................................................................................................
...........................................................................................................................
...........................................................................................................................
...........................................................................................................................
...........................................................................................................................
...........................................................................................................................
...........................................................................................................................
...........................................................................................................................
...........................................................................................................................
...........................................................................................................................
...........................................................................................................................
Trường Đại Học Công Nghiệp Tp.HCM
- Đồ án học phần 1A Hệ thống điện năng lượng mặt trời
GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HỆ THỐNG ĐIỆN
A-
NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI
I – GIỚI THIỆU CHUNG:
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%), công suất từ 25Wp đến 240Wp và có tuổi thọ trung bình 30 năm.
II – NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG NĂNG LƯỢNG
MẶT TRỜI:
Trường Đại Học Công Nghiệp Tp.HCM
- Đồ án học phần 1A Hệ thống điện năng lượng mặt trời
Từ giàn pin mặt trời, ánh sáng được biến đổi thành điện năng, tạo ra dòng
điện một chiều (DC). Dòng điện này được dẫn tới bộ điều khiển là một thiết
bị điện tử có chức năng điều hoà tự động các quá trình nạp điện vào ắc-quy và
phóng điện từ ắc-quy ra các thiết bị điện một chiều (DC). Trường hợp công
suất giàn pin đủ lớn, trong mạch điện sẽ được lắp thêm bộ đổi điện để chuyển
dòng một chiều thành dòng 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:
Tên thiết bị Ghi chú
tt
Monocrystalline (đơn tinh thể ) Polycrytalline (đa
Solar Cells
tinh thể)
1 Panel
Lựa chọn tùy mức điện thế và công suất của hệ
Solar
thống
2 Regulator
DC-AC
Dạng sóng ra : Step Wave hoặc Sine Wave
3 Inverter
Battery (ắc-
Bình khô, kín khí, không cần bảo dưỡng.
4 quy)
Chuyên dụng cho hệ thống
Khung, gá
5
Chuyên dụng cho hệ thống (ngoài trời và trong nhà)
Dây cáp
6
Phụ kiện
Linh, phụ kiện đồng bộ khác
lắp đặt
7
PANEL MẶT TRỜI :
1-
Tấm pin Panel mặt trời (solar cells panel) biến đổi quang năng hấp thụ từ
mặt trời để biến thành điện năng. Một số thông tin cơ bản về tấm pin mặt trời
Hiệu suất: từ 15% - 18% Công 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 nhôm Tuổi thọ trung bình của tấm pin :
30 năm Có khả năng kết nối thành các trạm điện mặt trời công suất lớn không
hạn chế, có thể hòa lưới (grid), hoặc hoạt động độc lập như 1 hệ thống back-
up 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). Công suất và điện áp
Trường Đại Học Công Nghiệp Tp.HCM
- Đồ án học phần 1A Hệ thống điện năng lượng mặt trời
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 ngoài 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…
BỘ ĐIỀU KHIỂN SẠC:
2-
- Là thiết bị thực hiện chức năng điều tiết sạc cho ắc-quy, bảo vệ cho
ắc-quy chống nạp quá tải và xả quá sâu nhằm nâng cao tuổi thọ của bình ắc-
quy, và giúp hệ thống pin mặt trời sử dụng hiệu quả và lâu dài.
- Bộ điều khiển còn cho biết tình trạng nạp điện của Panel mặt trời vào
ắc-quy giúp cho người sử dụng kiểm soát được các phụ tải.
- Bộ điều khiển còn thực hiện việc bảo vệ nạp quá điện thế (>13,8V)
hoặc điện thế thấp (
- Đồ án học phần 1A Hệ thống điện năng lượng mặt trời
- 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, công tắc, bảng điện, Vaseline,
domino, ổ cắm… để lắp hoàn 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 DC-AC (Solar Inverter)
•
4 : Cầu dao chuyển mạch (Solar Inverter)
•
5 : Ắc quy (Battery)
•
Trường Đại Học Công Nghiệp Tp.HCM
- Đồ án học phần 1A Hệ thống điện năng lượng mặt trời
Mô tả hoạt động của hệ thống:
Đây là sự tích hợp của hai hệ thống thành một hệ thống liên hoàn 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, quý 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 luôn được ưu tiên nạp điện từ Mặt trời cho
đến khi đầy. Lúc này Grid-Tie Solar Inverter (GTSI) chưa làm việc.
Khi Battery bank đầy bộ Inverter-Solar 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 hòa trực tiếp vào lưới điện –
Việc bán điện sẽ được thông qua đồng hồ W1.
Khi có điện lưới, điện năng cho tải thông 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.
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.
Trường Đại Học Công Nghiệp Tp.HCM
- Đồ án học phần 1A Hệ thống điện năng lượng mặt trời
ĐI SÂU VÀO HỆ THỐNG ĐIỆN NĂNG
B-
LƯỢNG MẶT TRỜI
CHƯƠNG I: PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI
Ưu thế của năng lượng mặt trời
I-
Năng lượng hiện tại
1.
Trong cuộc sống hang ngày , chúng ta sử dụng khối lượng năng lượng
khổng lồ. Cuộc sống của chúng ta xoay quanh sự tiêu th ụ các ngu ồn tài nguyên
thiên nhiên và tiêu thụ năng lượng .
Phần lớn trong tỷ lệ tiêu thụ năng lượng dược dùng cho sưởi ấm-58%
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, hoàn toàn có
thể nấu nước bằng năng lượng mặt trời .
Trường Đại Học Công Nghiệp Tp.HCM
- Đồ án học phần 1A Hệ thống điện năng lượng mặt trời
Điều dó có nghĩa là có thể đáp ứng 83% nhu cầu năng lượng bằng công
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.
Lý do chọn năng lượng mặt trời
2.
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 ti ếp t ục them 5
tỷ năm nủa, quá đủ cho loài người.
Chúng ta đang tìm các công nghệ sử dụng dạng năng lượng này một cách
hiệu quả nhất, do đây là năng lượng sạch, rất than thiện vơi môi trường. Đây
thực sự là nguồn tài nguyên 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 hi ện
thực.
Không chỉ có đỉnh sản lượng dầu mõ, hiện nay còn có đỉnh than đá, đỉnh
khí tự nhiên, và đỉnh uranium. Tất cả các nguồn tài nguyên này đều có gi ới h ạn,
không 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 toàn hạt nhân.
Tìm hiểu chung về pin năng lượng năng lượng
II-
mặt trời:
Trường Đại Học Công Nghiệp Tp.HCM
- Đồ án học phần 1A Hệ thống điện năng lượng mặt trời
1. Hướng đặt:
Điều khiển tấm pin theo mùa (xuân, hạ, thu, đông) cũng là 1 v ấn đ ề
chúng ta đã biết, với mỗi mùa khác nhau, tại 1 địa đi ểm nh ất đinh, m ặt tr ời s ẽ
có 1 góc chiếu khác nhau.
Trường Đại Học Công Nghiệp Tp.HCM
- Đồ án học phần 1A Hệ thống điện năng lượng mặt trời
Nguyên lý hoạt động và cấu tạo
2.
Nhiên liệu hóa thạch theo tính toán của các nhà khoa học và môi trường
học sẽ cạn kiệt trong vòng 50 năm nữa nếu cứ sử dụng với tốc độ hiện nay.
Việc tìm năng lượng thay thế là bài toán cấp bách của toàn nhân loại . Có ý
kiến cho rằng điện hạt nhân là một giải pháp, nhưng với mức độ an toàn và
Trường Đại Học Công Nghiệp Tp.HCM
- Đồ án học phần 1A Hệ thống điện năng lượng mặt trời
bản chất của quá trình không thuận nghịch của phản ứng hạt nhân không 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 nguyên nhân khác của việc sử dụng năng lượng mặt
trời đó là do tính sạch của nó về mặt môi trường. Trong quá trình sử dụng nó
không sinh ra khí nhà kính hay gây ra các hiệu ứng tiêu cực tới khí hậu toàn cầu.
Việc dạy học gắn với nội dung này nhằm giáo dục ý thức môi 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 : lò hấp thụ mặt trời, nhà kính...
- Sử dụng thông qua sự chuyển hoá 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 dòng điện
một chiều từ ánh sáng mặt trời. Loại pin mặt trời thông dụng nhất hiện nay là
loại sử dụng Silic tinh thể. Để hiểu về nguyên 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 hoàn 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 ngoài cùng của nó chỉ được lấp đầy 1 nửa với 4 điện tử
3s23p2. Điều này làm nguyên tử Si có xu hướng dùng chung các điện tử của nó
với các nguyên tử Si khác. Trong cấu trúc mạng tinh thể nguyên tử Si liên kết
với 4 nguyên tử Si lân cận để lớp vỏ ngoài cùng có chung 8 điện tử (bền vững).
Trường Đại Học Công Nghiệp Tp.HCM
- Đồ án học phần 1A 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, không 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 ngôn
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 nguyên tử
phospho (P) với tỷ lệ khoảng một phần triệu. P có 5 điện tử ở lớp vỏ ngoài
Trường Đại Học Công Nghiệp Tp.HCM
- Đồ án học phần 1A Hệ thống điện năng lượng mặt trời
cùng nên khi liên kết trong tinh thể Si sẽ dư ra 1 điện tử. Điện tử này trong
điều kiện bị kích thích 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 nguyên 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.
Trường Đại Học Công Nghiệp Tp.HCM
- Đồ án học phần 1A 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
không? Câu trả lời là không. 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 dòng điện tử chạy từ
bán dẫn N sang P. Và trong khoảng tạo bởi điện trường này hầu như không có e
Trường Đại Học Công Nghiệp Tp.HCM
- Đồ án học phần 1A Hệ thống điện năng lượng mặt trời
hay lỗ trống tự do .
Thiết bị mà chúng ta vừa mô tả ở trên chính là 1 đi ốt bán dẫn. Điện trường
tạo ra ở bề mặt tiếp xúc làm nó chỉ cho phép dòng điện tử chạy theo 1 chiều, ở
đây là từ bán dẫn loại P sang bán dẫn loại N, dòng điện tử sẽ không 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 không 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 p-n. Với
các bước sóng thích hợp sẽ truyền cho e một năng lượng đủ lớn để bật khỏi
liên kết. Sẽ không thể có chuyện gì nếu không 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 không thể sinh ra dòng 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 còn 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. Không 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 không sử dụng được. Nếu photon có năng lượng cao hơn khe vùng
Trường Đại Học Công Nghiệp Tp.HCM
- Đồ án học phần 1A Hệ thống điện năng lượng mặt trời
thì phần năng lượng dư đó cũng không có đóng góp gì thêm. Vậy tại sao chúng
ta không 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 công
suất của dòng điện bằng hiệu điện thế nhân với dòng. Người ta đã tính toán
được khe vùng tối ưu là vào khoảng 1.4eV, khi đó công suất dòng điện thu
được tối đa.
Một nguyên 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 dòng 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 quá 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 không thể giảm vô 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 quá 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 công
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 còn quá 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 chuông nhẹ tới suy nghĩ này của toàn
bộ mọi người!
Sơ đồ cơ bản của hệ thống điện năng lượng mặt trời
3.
Trường Đại Học Công Nghiệp Tp.HCM
- Đồ án học phần 1A Hệ thống điện năng lượng mặt trời
Ưu, Nhược điểm của năng lượng mặt trời:
III-
Ưu điểm:
1.
• 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.
- Thời kỳ hoàn vốn cho đầu tư này có th ể rất ngắn tùy thu ộc 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 h ơn b ạn s ử d ụng,
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 không đòi hỏi bất cứ nhiên liệu.
- Nó không bị ảnh hưởng bởi việc cung cấp và nhu cầu nhiên liệu và do đó
không 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 môi trường:
•
lượng mặt trời sạch, tái tạo (không giống như dầu, khí đốt và than
- Năng
đá) và bền vững, góp phần bảo vệ môi trường của chúng tôi.
- Nó không gây ô nhiễm không khí do khí carbon dioxide phát hành, oxit
nitơ, khí lưu huỳnh hoặc thủy ngân vào khí quyển giống như nhiều hình th ức
truyền thống của các thế hệ điện không.
Trường Đại Học Công Nghiệp Tp.HCM
nguon tai.lieu . vn