Giáo trình Năng lượng xanh (Ngành: Công nghệ kỹ thuật điện – Điện tử, Trình độ: Cao đẳng) - Trường CĐ Kinh tế - Kỹ thuật Vinatex TP HCM

BỘ CƠNG THƯƠNG
TRƯỜNG CAO ĐẲNG VINATEX TP.HCM

GIÁO TRÌNH
MƠN HỌC: NĂNG LƯỢNG XANH
NGÀNH: CN KỸ THUẬT ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG

Ban hành kèm theo Quyết định số:
/QĐ-... ngày …tháng....
năm…...........……… của …………………………………..

TP.HCM, năm 2020


TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN
Tài liệu này thuộc loại sách giáo trình nên các nguồn thơng tin có thể được
phép dùng nguyên bản hoặc trích dùng cho các mục đích về đào tạo và tham
khảo.
Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc hoặc sử dụng với mục đích kinh doanh
thiếu lành mạnh sẽ bị nghiêm cấm.


LỜI GIỚI THIỆU
Giáo trình giảng dạy có ý nghĩa thiết thực cho hoạt động giảng dạy và học tập của sinh
viên hệ cao đẳng ngành CNKT điện - điện tử.
- Giáo trính giảng dạy Năng lượng xanh phù hợp chương trình mơn học, đáp ứng chất
lượng đào tạo, phù hợp với trình độ sinh viên.

Xin cám ơn tất cả giáo viên khoa cơ điện đã góp ý và giúp tơi hồn thiện giáo
trình này.

TP.HCM, ngày……tháng……năm 2020
Tham gia biên soạn
1. Ths. Lữ Thái Hòa
2. …………


MỤC LỤC
Trang
Lời giới thiệu
CHƯƠNG I- NĂNG LƯỢNG GIÓ ....................................................................... .1
I. TỔNG QUAN VỀ NĂNG LƯỢNG GIÓ ............................................................ 1
1. Khái niệm ......................................................................................................... 1
2. Lịch sử phát triển ............................................................................................... 1
3. Nguồn tài ngun gió ......................................................................................... 1
3.1. Sự hình thành năng lượng gió ........................................................................... 1
3.2. Bản chất của gió .............................................................................................. 2
4. Năng Lượng gió trên thế giới ............................................................................... 2
4.1. Thống kê tổng cơng suất năng lượng gió trên tồn thế giới ............................. 2
4.2. Sự tăng trưởng của điện gió từ năm 2020 đến 2024 theo GWEC .................... 3
5. Năng lượng gió ở Việt Nam Triển vọng và phát triển ....................................... 3
5.1. Tình hình cung- cầu điện năng ở Việt Nam ..................................................... 3
5.2. Tiềm năng điện gió của Việt Nam . .................................................................. 4
5.3. Phân bố năng lượng gió trên lãnh thổ Việt Nam................................................ 5
II. HỆ THỐNG NĂNG LƯỢNG GIÓ .................................................................... 6
1. Cấu trúc và nguyên lý hoạt động của tuốc bin năng lượng gió ........................... 6
1.1. Cấu tạo của tuốc bin gió thơng thường . ........................................................... 6
1.2. Nguyên lý hoạt động của tuốc bin gió .................................................. ……...8
III. THI CƠNG LẮP ĐẶT 01 HỆ THỐNG NĂNG LƯỢNG GIĨ CƠNG SUẤT
NHỎ........................................................................................................................ 8

1. Bài tập 1 .............................................................................................................. 8
2. Bài tập 2 ............................................................................................................ 10


3. Bài tập 3 ............................................................................................................ 10
CHƯƠNG II- NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI . ....................................................... 11
I. TỔNG QUAN VỀ NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI . ............................................. 11
1. Các khái niệm .. ................................................................................................ 11
2. Lịch sử phát triển của pin mặt trời .. ................................................................ 11
3. Năng lượng mặt trời trên thế giới . .................................................................... 11
4. Tiềm năng năng lượng mặt trời tại Việt Nam . ................................................ 12
II. PIN MẶT TRỜI .............................................................................................. 13
1. Cấu tạo .. ....................................................................................................... 13
2. Các công nghệ chế tạo pin năng lượng mặt trời ............................................... 14
2.1. Silic tinh thể (Crytalline silicon solar cell) .. ................................................ 14
2.2. Pin màng mỏng (Thin-Film CIGS and CdTe Photovoltaic Technologies) ... . 15
2.3. Nguyên lý hoạt động … . .............................................................................. 15
3. Tấm và dãy năng lượng mặt trời . ...................................................................... 16
4. Đặc điểm của pin mặt trời ............................................................................... 17
4.1. Mạch điện tương đương .. .............................................................................. 17
4.2. Điện áp hở mạch và dòng ngắn mạch . .......................................................... .19
III. BỨC XẠ MẶT TRỜI ..................................................................................... 19
1. Năng lượng từ mặt trời . .................................................................................... 19
2. Một số khái niệm . ........................................................................................... 20
3. Đo cường độ bức xạ mặt trời. ............................................................................ 23
IV. TÍNH TỐN THIẾT KẾ HỆ THỐNG PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI ...... 24
1. Lựa chọn sơ đồ cho hệ thống điện mặt trời .. ................................................... 26
2. Tính tốn hệ nguồn điện Pin mặt trời . .............................................................. 27
2.1. Tính phụ tải theo yêu cầu .............................................................................. 28

2.2. Tính tốn năng lượng mặt trời cần thiết . ....................................................... 29
2.3. Dung lượng của bộ acquy tính theo ampe-giờ (AH) .. .................................... 30
IV. THI CÔNG LẮP ĐẶT HỆ THỐNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI CÔNG
SUẤT NHỎ . ........................................................................................................ 34
1. Bài tập 1. ........................................................................................................... 34
2. Bài tập 2. ........................................................................................................... 34
3. Bài tập 3. ........................................................................................................... 34
Tài liệu tham khảo ................................................................................................. 35


GIÁO TRÌNH MƠN HỌC
Tên mơn học: NĂNG LƯỢNG XANH
Mã mơn học: MH28
Thời gian thực hiện môn học: 60 giờ; (Lý thuyết: 0 giờ; Thực hành, thí nghiệm,
thảo luận, bài tập: 58 giờ; Kiểm tra: 02 giờ)
I. Vị trí, tính chất của mơn học:
- Vị trí: Mơn học này học sau các mơn học chun mơn khác, được bố trí vào học
kỳ cuối của chương trình đào tạo.
- Tính chất: Là mơn học chun mơn thay thế khóa luận tốt nghiệp, thuộc các
mơn học bắt buộc trong chương trình đào tạo.
II. Mục tiêu mơn học:
- Về kiến thức: Trình bày được các hệ thống năng lượng gió và mặt trời.
- Về kỹ năng: Thi công, lắp đặt được hệ thống năng lượng gió và mặt trời cơng
suất nhỏ.
- Về năng lực tự chủ và trách nhiệm:
+ Nhận thức được ý nghĩa, giá trị khoa học của mơn học.
+ Rèn được tính cẩn thận, phương pháp học tư duy, phát huy tính tích cực, chủ
động và sáng tạo trong học tập.
III. Nội dung môn học:

1. Nội dung tổng quát và phân bổ thời gian:
Thời gian (giờ)
Số
Tên chương, mục
Tổng
Lý
Thực hành, Kiểm
TT
số
thuyết thí nghiệm, tra
thảo luận,
bài tập
1 Chương 1: Năng lượng gió
40
1. Mơ phỏng hệ thống tubin gió trên
10
Matlab
2. Thi cơng lắp ráp 01 hệ thống năng
29
1
lượng gió cơng suất nhỏ
2 Chương 2: Năng lượng mặt trời
20
1. Hệ thống năng lượng mặt trời
2
2. Thi công lắp ráp 01 hệ pin mặt trời
17
1
phục vụ chiếu sáng
Tổng cộng

60
58
2
2. Nội dung chi tiết:
Chương 1: Năng lượng gió
Thời gian: 40
giờ
1. Mục tiêu chương:
- Trình bày được nguyên lý làm việc hệ thống năng lượng gió.
- Chạy mơ phỏng hệ thống tubin gió trên Matlab.
- Thi cơng được 01 hệ thống năng lượng gió cơng suất nhỏ.


- Rèn được tính cẩn thận, phương pháp học tư duy, phát huy tính tích cực, chủ
động và sáng tạo trong học tập.
2. Nội dung chương:
2.1. Tổng quan năng lượng gió
Thời gian: 02 giờ
2.2. Mơ phỏng hệ thống tuabin gió trên matlab
Thời gian: 10 giờ
2.3. Thi công 01 hệ thống năng lượng gió cơng suất nhỏ
Thời gian: 27 giờ
Kiểm tra
Thời gian: 01 giờ
Chương 2: Năng lượng mặt trời
Thời gian: 20 giờ
1. Mục tiêu chương:
- Trình bày được nguyên lý làm việc của hệ thống năng lượng mặt trời.
- Thiết kế và thi công được hệ thống năng lượng mặt trời.
- Rèn được tính cẩn thận, phương pháp học tư duy, phát huy tính tích cực, chủ

động và sáng tạo trong học tập.
2. Nội dung chương:
2.1. Tổng quan năng lượng mặt trời
Thời gian: 02 giờ
2.2. Thi công lắp ráp pin mặt trời phục vụ chiếu sáng
Thời gian: 17 giờ
Kiểm tra
Thời gian: 01 giờ
IV. Điều kiện thực hiện mơn học:
1. Phịng học chun mơn hóa/nhà xưởng: Phịng học thực hành.
2. Trang thiết bị máy móc: Máy tính, bảng biểu minh họa, màn hình LCD, bảng
phấn, pin mặt trời, thiết bị gia cơng 01 hệ thống điện gió...
3. Học liệu, dụng cụ, nguyên vật liệu: Tài liệu giảng dạy, giáo trình mơn học, sách
tham khảo.
4. Các điều kiện khác: Không.
V. Nội dung và phương pháp đánh giá:
1. Nội dung đánh giá:
- Các hệ thống năng lượng gió và mặt trời.
- Thi cơng, lắp đặt hệ thống năng lượng gió và mặt trời cơng suất nhỏ.
- Chấp hành nội qui, qui chế của nhà trường.
- Chuẩn bị đầy đủ tài liệu học tập.
- Chuẩn bị đầy đủ nội dung tự học, tự nghiên cứu.
- Tham gia đầy đủ thời lượng của mơn học, tích cực trong giờ học.
2. Phương pháp đánh giá:
- Điểm kiểm tra thường xuyên gồm: Kiểm tra vấn đáp, kiểm tra viết với thời gian
làm bài bằng hoặc dưới 30 phút, kiểm tra một số nội dung thực hành, thực tập, tự
nghiên cứu, chấm điểm bài tập.
- Điểm kiểm tra định kỳ: Kiểm tra viết từ 45 phút đến 60 phút, chấm điểm bài tập
lớn, tiểu luận, làm bài thực hành, thực tập.
- Điểm trung bình kiểm tra = (Điểm trung bình kiểm tra thường xuyên x hệ số 1

+ Điểm trung bình kiểm tra định kỳ x hệ số 2)/3.
- Điểm mơn học = Điểm trung bình kiểm tra x 0.4 + Điểm thi kết thúc mơn học x
0.6.
- Hình thức, thời gian kiểm tra môn học: Thi thực hành (Thời gian: 45 ÷ 60
phút).
?

?

?

?


VI. Hướng dẫn thực hiện môn học:
1. Phạm vi áp dụng mơn học: Chương trình mơn học được sử dụng để giảng dạy
trình độ cao đẳng.
2. Hướng dẫn một số điểm chính về phương pháp giảng dạy mơn học:
- Đối với giảng viên:
+ Trước khi giảng dạy, giảng viên cần chuẩn bị đầy đủ điều kiện giảng dạy
thực hành, hồ sơ bài giảng, phương tiện hỗ trợ, chú trọng sử dụng các phương pháp
dạy học tích cực nhằm đảm bảo chất lượng giảng dạy.
+ Hướng dẫn sinh viên phương pháp học tập, tự học, tự nghiên cứu.
- Đối với sinh viên:
+ Tham dự ít nhất 70% thời gian học lý thuyết và làm đầy đủ các bài tập, các
yêu cầu của mơn học được quy định trong chương trình mơn học.
+ Chuẩn bị nội dung thảo luận nhóm, nội dung tự học tự nghiên cứu khi tới
lớp.
+ Xây dựng kế hoạch tự học, tự nghiên cứu cho cá nhân.
3. Những trọng tâm cần chú ý:

+ Thi công lắp ráp được 01 hệ thống năng lượng gió cơng suất nhỏ.
+ Thi công lắp ráp được 01 hệ thống năng lượng mặt trời.
4. Tài liệu tham khảo:
[1]. Đề cương bài giảng Công nghệ mới và ứng dụng, Trường Cao đẳng Kinh tế Kỹ thuật Vinatex Tp.HCM, 2015.
[2]. ThS. Trần Công Binh, Bài giảng năng lượng tái tạo, Đại học Bách Khoa
Tp.HCM, 2012.
[3]. TS. Hoàng Dương Hùng, Năng lượng mặt trời – lý thuyết và ứng dụng, NXB
Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng, 2011.
?

?


Chương 1: Năng lượng gió

1

CHƯƠNG 1: NĂNG LƯỢNG GIĨ
I. TỔNG QUAN VỀ NĂNG LƯỢNG GIĨ
1. Khái niệm
Nguồn năng lượng gió là sự biến đổi năng lượng của gió thành một loại năng
lượng hữu dụng như là điện năng sử dụng tuốc bin gió, nguồn năng lượng được sản
xuất từ tuốc bin gió là nguồn năng lượng xanh, sạch khơng gây ô nhiễm môi trường
không gây hiệu ứng nhà kính.
2. Lịch sử phát triển
Năng lượng gió được con người sử dụng cách đây 5.000 năm. Nó đã được
người Hy lạp cổ đại ứng dụng để chạy các thuyền buồm trên dòng sơng Nile. Sau đó
người Châu Âu đã ứng dụng năng lượng gió trong các lĩnh vực giao thơng vận tải và
các mục đích khác. Vào những năm 1700 và 1800 nó được ứng dụng để xay ngũ cốc,
máy bơm nước…

Tuốc bin gió đầu tiên được lắp đặt để tạo ra điện sử dụng cho những vùng nông
thôn ở Mỹ vào năm 1890 sau đó liên tiếp các thử nghiệm nối lưới các hệ thống tuốc
bin gió được lắp đặt. Một thử nghiệm lắp đặt tuốc bin gió có cơng suất 2MW được lắp
đặt tại Howard Knob năm 1979, tuốc bin gió 3MW được lắp đặt tại Scốt Len vào năm
1988.
Ngày nay khoa học công nghệ ngày càng phát triển, nhu cầu về cung cấp điện
cũng như các nguồn năng lượng hóa thạch ngày càng cạn kiệt. Những tuốc bin gió lớn
được lắp đặt ngày càng nhiều, nó mang lại những lợi ích về kinh tế và mơi trường to
lớn.
Dung lượng trung bình của các tuốc bin gió vào khoảng 300 kW cho đến những
năm 1990. Những tuốc bin gió mới được lắp đặt từ những năm 1990 đến nay nằm
trong phạm vi 1MW đến 3MW. Những tuốc bin gió có công suất 5MW đang được lắp
đặt tại một số quốc gia như Việt Nam, Đức, Mỹ, Hy Lạp, Trung Quốc...
3. Nguồn tài ngun gió
3.1. Sự hình thành năng lượng gió
Bức xạ mặt trời chiếu xuống bề mặt trái đất không đồng đều làm cho bầu khí
quyển, nước và khơng khí nóng khơng đều nhau. Một nửa bề mặt của trái đất, mặt ban
đêm bị che khuất không nhận được bức xạ mặt trời và thêm vào đó bức xạ mặt trời ở
các vùng gần xích đạo nhiều hơn là ở các cực, do đó có sự khác nhau về nhiệt độ và vì
thế là khác nhau về áp suất mà khơng khí giữa xích đạo và hai cực cũng như khơng khí
giữa mặt ban ngày và mặt ban đêm của trái đất di chuyển tạo thành gió. Trái đất xoay
trịn cũng góp phần vào việc làm xốy khơng khí và vì trục quay của trái đất nghiêng


Chương 1: Năng lượng gió

2

đi (so với mặt phẳng quỹ đạo trái đất tạo thành khi quay quanh mặt trời) nên cũng tạo
thành các dịng khơng khí theo mùa.

Do bị ảnh hưởng bởi hiệu ứng Coriolis được tạo thành từ sự quay quanh trục
của trái đất nên khơng khí đi từ vùng áp cao đến vùng áp thấp không chuyển động
thẳng mà tạo thành các cơn gió xốy có chiều xoáy khác nhau giữa bắc bán cầu và nam
bán cầu. Nếu nhìn từ vũ trụ thì trên bắc bán cầu khơng khí di chuyển vào một vùng áp
thấp ngược với chiều kim đồng hồ và ra khỏi một vùng áp cao theo chiều kim đồng hồ.
Trên nam bán cầu thì chiều hướng ngược lại.
3.2. Bản chất của gió
Năng lượng có sẵn trong gió khác nhau tùy thuộc vào lập phương của tốc độ
gió, do đó sự hiểu biết về đặc tính của tài ngun gió là rất quan trọng cho tất cả các
khía cạnh của khai thác năng lượng gió, từ việc xác định những địa điểm phù hợp và
dự đoán khả năng kinh tế của các dự án trang trại năng lượng gió cho tới việc thiết kế
các tuốc bin gió và sự hiểu biết về hiệu quả của năng lượng gió trên các mạng phân
phối điện.
Từ đặc điểm của năng lượng gió đặc tính nổi bật nhất của nguồn tài nguyên gió
là sự biến thiên của nó. Gió có sự biến động về mặt địa lý và tính chất tạm thời của nó.
Hơn nữa sự biến đổi này có quy mơ ảnh hưởng trên phạm vi rộng cả về không gian và
thời gian. Tầm quan trọng của điều này là mối quan hệ lập phương của tốc độ gió với
hệ năng lượng có sẵn.
Trên một quy mơ rộng lớn hơn, không gian biến thiên mô tả một thực tế rằng có
rất nhiều sự khác nhau về khí hậu ở các vùng khác nhau trên thế giới, một số nơi có
gió lớn hơn hoặc có nhiều bão hơn so với khu vực khác trên thế giới. Sự hiểu biết về
vấn đề này giúp cho vấn đề điều khiển và thiết kế các tuốc bin gió phù hợp với điều
kiện thời tiết từng khu vực. Trên thực tế một trong những vùng khí hậu biến thiên trên
một quy mơ nhỏ hơn phần lớn được quyết định bởi địa lý tự nhiên ví dụ như tỷ trọng
của đất và biển, kích thước của đất, và sự hiện diện của các ngọn núi hoặc vùng đồng
bằng.
4. Năng lượng gió trên thế giới
4.1. Thống kê tổng cơng suất năng lượng gió trên tồn thế giới
Theo thống kê của GWEC (Global wind energy council) kết thúc năm 2019
tổng công suất sản xuất được của các tuốc bin gió trên tồn cầu là hơn 651 Gigawats

(Gw) tăng 10% so với năm 2018 (riêng Trung Quốc và Mỹ tăng 60% lượng điện sản
xuất được của thế giới trong năm 2019). Năm nước đứng đầu trong việc lắp đặt điện
gió trong năm 2019 là: Trung Quốc, Mỹ, Anh, Ấn Độ và Tây Ban Nha.


Chương 1: Năng lượng gió

3

Trong năm 2020 các nước có sự tăng trưởng mạnh về điện gió như: Colombia,
Chile, Việt Nam, Thái Lan, Kenya, ngoài khơi Mỹ, ngoài khơi Trung Quốc, ngồi
khơi Nhật Bản.
4.2. Sự tăng trưởng của điện gió từ năm 2020 đến 2024 theo GWEC
Theo đánh giá của GWEC dự kiến sự tăng trưởng của điện gió trên tồn thế
giới tính từ năm 2020 đến 2024 là 355GW, trung bình mỗi năm tăng trưởng 71GW.
Bảng 1. Tổng dung lượng năng lượng gió 3 nước đứng đầu thế giới tính đến hết năm
2017
STT

Quốc gia

1

Trung Quốc

2

Hoa Kỳ

3

Đức

Sản lượng điện (TWh)
305,7
205
105,5

5. Năng lượng gió ở Việt Nam triển vọng và phát triển
5.1. Tình hình cung-cầu điện năng ở Việt Nam
Sản lượng điện hàng năm đã tăng hơn 20 lần, từ 8,6 TWh vào năm 1990
đến 240,1 TWh vào năm 2019. Tỷ lệ tăng hàng năm trong giai đoạn này rơi vào
khoảng 12-15%, gần như gấp đôi tốc độ tăng trưởng GDP. Thủy điện, khí tự nhiên và
than là những nguồn năng lượng chính cho sản xuất điện. Than chiếm tỷ trọng cao
nhất trong các nguồn năng lượng với 41,6%, theo sau là thủy điện với 37,7% và khí
với 18,8%. Ngồi thủy điện lớn, bao gồm cả thủy điện nhỏ, năng lượng tái tạo chỉ
chiếm một phần rất nhỏ (0,5%). Mặc dù vậy, từ đầu năm 2019, tỷ trọng năng lượng tái
tạo trong hệ thống năng lượng đã tăng lên đáng kể, phần nhiều nhờ vào năng lượng
mặt trời, tuy vậy, năng lượng gió cũng đang trên đà phát triển.


Chương 1: Năng lượng gió

4

Hình 1.1. Sản xuất điện và Công suất lắp đặt theo nguồn EVN (2019)
5.2. Tiềm năng điện gió của Việt Nam
Nằm trong khu vực cận nhiệt đới gió mùa với bờ biển dài, Việt Nam có một
thuận lợi cơ bản để phát triển năng lượng lượng gió. So sánh tốc độ gió trung bình
trong vùng biển đông Việt Nam và các vùng biển lân cận cho thấy gió tại Biển Đơng

khá mạnh và thay đổi nhiều theo mùa.
Trong chương trình đánh giá về năng lượng cho Châu Á, Ngân hàng thế giới đã
có một khảo sát chi tiết về năng lượng gió khu vực Đơng Nam Á, trong đó có Việt
Nam. Theo tính tốn của nghiên cứu này, trong bốn nước được khảo sát thì Việt Nam
có tiềm năng gió lớn nhất và hơn hẳn các quốc gia lân cận là Thái Lan, Lào và
Campuchia. Trong khi Việt Nam có tới 8.6% diện tích lãnh thổ được đánh giá có tiềm
năng từ “tốt” đến “rất tốt” để xây dựng các trạm điện gió cỡ lớn thì diện tích này ở
Campuchia là 0.2% ở Lào là 2,9% và ở Thái Lan cũng chỉ là 0.2%. Tổng tiềm năng
điện gió của Việt Nam ước đạt 513.360 MW tức là bằng hơn 200 lần công suất của
thủy điện Sơn La và hơn 10 lần tổng công suất dự báo của ngành điện vào năm 2020.
Nếu xét tiêu chuẩn để xây dựng các trạm điện gió cỡ nhỏ phục vụ cho phát triển kinh
tế ở những khu vực khó khăn thì Việt Nam có đến 41% diện tích nơng thơn có thể phát
triển điện gió loại nhỏ. Nếu so sánh con số này với các nước láng giềng thì Campuchia
có 6%, Lào có 13% và Thái Lan là 9% diện tích nơng thơn có thể phát triển năng
lượng gió.
Năng lượng gió được đánh giá là thân thiện nhất với mơi trường và ít gây ảnh
hưởng xấu về mặt xã hội. Để xây dựng một nhà máy thuỷ điện lớn cần phải nghiên
cứu kỹ lưỡng các rủi ro có thể xảy ra với đập nước. Ngoài ra, việc di dân cũng như


Chương 1: Năng lượng gió

5

việc mất các vùng đất canh tác truyền thống sẽ đặt gánh nặng lên vai những người dân
xung quanh khu vực đặt nhà máy và đây cũng là bài tốn khó đối với các nhà hoạch
định chính sách. Hơn nữa, các khu vực để có thể quy hoạch các đập nước tại Việt Nam
cũng khơng cịn nhiều.
Song hành với các nhà máy điện hạt nhân là nguy cơ gây ảnh hưởng lâu dài đến
cuộc sống của người dân xung quanh nhà máy. Các bài học về rị rỉ hạt nhân cộng

thêm chi phí đầu tư cho công nghệ, kĩ thuật quá lớn khiến càng ngày càng có nhiều sự
ngần ngại khi sử dụng loại năng lượng này các nhà máy điện chạy nhiên liệu hố thạch
thì luôn là những thủ phạm gây ô nhiễm nặng nề, ảnh hưởng xấu đến môi trường và
sức khoẻ người dân. Hơn thế nguồn nhiên liệu này kém ổn định và giá có xu thế ngày
một tăng cao.
Ngồi ra với đặc trưng phân tán và nằm sát khu dân cư, năng lượng gió giúp tiết
kiệm chi phí truyền tải. Hơn nữa, việc phát triển năng lượng gió cần một đội ngũ lao
động là các kỹ sư, kỹ thuật vận hành và giám sát tay nghề cao hơn các loại hình khác,
vì vậy giúp tạo ra thêm nhiều lao động với kỹ thuật, kỹ năng cao.
5.3. Phân bố năng lượng gió trên lãnh thổ Việt Nam
Bản đồ các dự án năng lượng gió đang hoạt động hoặc đã được phê duyệt ở
Việt Nam (cập nhật lần cuối 7/2020 theo EVN).


Chương 1: Năng lượng gió

6

Hình 1.2. Các dự án năng lượng gió đang hoạt động và đã được phê duyệt
II. HỆ THỐNG NĂNG LƯỢNG GIÓ
1. Cấu trúc và nguyên lý hoạt động của tuốc bin năng lượng gió
1.1. Cấu tạo động cơ tuốc bin gió thơng thường
Động cơ tuốc bin điện gió được xem như một chiếc máy phát điện sử dụng sức
gió. Chi tiết quan trọng nhất vẫn là chiếc motor điện một chiều. Thiết bị này sẽ dùng
cánh quạt có chỉnh độ nghiên để đón lấy gió. Tuốc bin gió bao gồm như hình 1.3.


Chương 1: Năng lượng gió

7

Hình 1.3. Cấu tạo của tuốc bin gió có trục quay nằm ngang
Chú thích:
1. Độ nghiên của cánh tuốc bin (Pitch): Độ nghiên của cánh ảnh hưởng rất lớn đến q
trình quay của rotor, do đó cần phải có độ nghiên hợp lý để nhận được sức gió là lớn
nhất.
2. Rotor (Rotor): Là phần quay của tuốc bin gió.
3. Trục tốc độ thấp (Law–Speed shaft): Phần truyền động từ cánh của tuốc bin gió đến
hộp số.
4. Hộp số (Gear box): Là phần biến đổi tốc độ của tuốc bin gió.
5. Máy phát (Generator): Máy phát điện
6. Bộ phận điền khiển (Controller): Bộ phận điều khiển nhận tín hiệu từ thiết bị đo tốc
độ gió và hướng gió để điều khiển độ nghiên của cánh và hướng nhận gió.
7. Thiết bị đo (Anemometer): Là thiết bị đo tốc độ của gió.


Chương 1: Năng lượng gió

8

8. Thiết bị cảm biến hướng gió (wind vane): Là thiết bị dùng để nhận biết hướng của
gió.
9. Trục tốc độ cao (High-speed-shaft): Là trục nhận tốc độ cao của hộp số và nối với
rotor của máy phát.
10. Bộ hãm (Brake) : Khi tốc độ quay rotor của tuốc bin gió vượt ngưỡng cho phép thì
bộ phận điều khiển sẽ kich hoạt thiết bị hãm để điều chỉnh tốc độ quay của rotor sao
cho phù hợp.
11. Điều chỉnh hướng (Yaw drive): Là thiết bị dùng để điều chỉnh hướng nhận gió của
tuốc bin gió.
12. Cánh (blades): Phần cánh của tuốc bin gió hay cịn gọi là cánh đón lấy gió.

13. Trụ, tháp đỡ (Tower): Là phần đỡ tuốc bin gió.
1.2. Nguyên lý hoạt động của tuốc bin gió
Các tuốc bin gió sẽ hoạt động, chuyển năng lượng của gió thành năng lượng cơ
học và phát ra điện. Tuốc bin gió được đặt trên trụ cao để đón năng lượng gió giúp tốc
độ quay nhanh hơn và ít bị các luồng gió bất thường.
Khi có gió, chuyển động sẽ tác động lực, đẩy cho cánh quạt quay và
dọc theo trục của tuốc bin. Đó là phần lực cơ học mà cánh quạt tạo ra.

Từ đó các bộ phận chuyển động khác của động cơ máy phát điện sẽ quay


khi kết nối với trục của tuốc bin. Đây chính là cơ chế tạo ra năng lượng tái
tạo. Nguồn điện từ năng lượng gió này nhằm phục vụ cho con người để sử
dụng cho các thiết bị trong đời sống sinh hoạt.
Ứng dụng, ưu và nhược điểm của động cơ tuốc bin điện gió.
Động cơ tuốc bin điện gió có thể sử dụng cung cấp điện cho nhà cửa
hoặc các nhu cầu điện năng khác. Chúng có thể nối tới một mạng điện lớn để
phân phối mạng điện ra rộng hơn.

Tuốc bin điện gió có thể lắp đặt ở mức công suất từ 50 kW đến công
suất lớn hơn đến vài MW (Megawatt).

Các tuốc bin điện gió cơng suất nhỏ dưới 50 kW thường được sử dụng
cho hệ thống điện gió gia đình. Đặc biệt, thích hợp lắp đặt và sử dụng cho


các vùng sâu vùng xa – những địa phương chưa có lưới điện.
III. THI CƠNG LẮP ĐẶT 01 HỆ THỐNG NĂNG LƯỢNG GIĨ CƠNG SUẤT
NHỎ
1. Bài tập 1: Lắp đặt và vận hành máy phát điện năng lượng gió 1kW (Mơ hình có

sẵn).


Chương 1: Năng lượng gió

Thơng số kĩ thuật như sau:
Cơng suất định mức: 1000W
– Công suất tối đa: 1500W
– Điện áp đầu ra định mức: DC 96/120V
– Tốc độ gió khởi động: 2.5m/s
– Tốc độ gió định mức: 11m/s
– Tốc độ gió tối đa: 50m/s
– Trọng lượng turbine khơng tháp: 27kg
– Đường kính cánh quạt: 330cm
– Số cánh quạt: 3 hoặc 5

9


Chương 1: Năng lượng gió

10

– Chất liệu cánh quạt: Sợi thủy tinh cường lực
– Động cơ: Động cơ điện 3 pha
– Chất liệu nam châm vĩnh cửu: NdFeB
– Vỏ động cơ: Hợp kim nhôm
– Hệ thống điều khiển: Nam châm điện / chỉnh vị trí cánh quạt theo hướng gió
– Điều chỉnh tốc độ cánh quạt: Điểu chỉnh bằng đuôi cánh quạt
– Nhiệt độ làm việc: Từ -40℃ đến 80℃

– Chiều cao tháp đề nghị: 5m- 6m
– Phương pháp dừng: Phanh kéo bằng Controller
Các bước thực hiện
- Chuẩn bị vật tư thiết bị.
- Lắp đặt hiệu chỉnh.
- Thiết kế hệ thống phụ tải.
- Vận hành và đo kiểm.
- An toàn lao động.
- Nhận xét, đánh giá.
2. Bài tập 2: Thi cơng lắp đặt hệ thống điện gió cơng suất nhỏ từ động cơ xe đạp điện
(SV thực hiện).
3. Bài tập 3: Thi cơng lắp đặt hệ thống điện gió cơng suất nhỏ từ động cơ máy giặt
(SV thực hiện).


Chương 2: Năng lượng mặt trời

11

CHƯƠNG 2: NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI
I. TỔNG QUANG VỀ NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI
1. Các khái niệm
Năng lượng mặt trời là năng lượng của các dòng bức xạ điện từ xuất phát từ
mặt trời cộng với một phần nhỏ năng lượng từ các hạt nguyên tử khác phóng ra từ mặt
trời.
Pin năng lượng mặt trời (hay pin quang điện, tế bào quang điện), là thiết bị bán
dẫn chứa lượng lớn các diod p-n, dưới sự hiện diện của mặt trời có khả năng tạo ra
dịng điện sử dụng được. Sự chuyển đổi này gọi là hiệu ứng quang điện.
Tấm năng lượng mặt trời là thiết bị dùng để thu nhận năng lượng từ ánh sáng
mặt trời thuật ngữ này được sử dụng để chỉ chung cho cả các tấm năng lượng mặt trời

để nung nước nóng (cung cấp nước nóng dùng trong nhà) hay tấm quang điện (cung
cấp điện).
2. Lịch sử phát triển của pin mặt trời
Từ thế kỷ thứ 7 trước công nguyên con người đã biết ứng dụng năng lượng mặt
trời vào phục vụ mục đích sưởi ấm bằng cách định hướng các ngơi nhà của họ để họ
có thể thu nhận được bức xạ mặt trời vào mùa đông.
Đến thế kỷ thứ 14 các định luật đầu tiên về năng lượng mặt trời được giới thiệu
tại Ý. Vào năm 1767 M.V Lomonossov đã đề nghị việc sử dụng các thấu kính để tập
trung các bức xạ. Nhưng bước tiến quan trọng nhất là vào năm 1839 hiệu ứng quang
điện được phát hiện bởi nhà vật lý người pháp Alexandre Edmond Becquerel. Tuy
nhiên cho đến năm 1883 một pin năng lượng mặt trời mới được tạo thành, bởi Charles
Fritts, ông phủ lên mạch bán dẫn selen một lớp cực mỏng vàng để tạo nên mạch nối.
Thiết bị chỉ có hiệu suất 1%.
Một bước tiến quan trọng quá trình nghiên cứu tạo ra các pin năng lượng mặt
trời được Y.Czochralski một nhà khoa học người Ba Lan phát triển. Ông đã đưa ra
một phương pháp để phát triển tinh thể đơn silicon.
Ngày nay năng lượng mặt trời đã phát triển rộng rãi và hiệu suất biến đổi điện
năng lượng từ bức xạ mặt trời thông qua hiệu ứng quang điện được nâng cao từ 14 –
16%. Với khoa học vật liệu ngày càng phát triển đến năm 2007 các nhà khoa học đã
nâng cao hiệu suất lên đến 22%.
3. Năng lượng mặt trời trên thế giới
Năm 1978, Quốc hội Mỹ thông qua một đạo luật có tên "chính sách xã hội
trong lĩnh vực các nguồn năng lượng" nhằm thúc đẩy ngành công nghiệp sản xuất các
loại năng lượng thay thế. Năm 2000 Đức ban bố "Luật phát triển năng lượng có khả


Chương 2: Năng lượng mặt trời

12

năng tái sinh". Các công ty nghiên cứu phát triển cơng nghệ này được Chính phủ Đức
trợ cấp kinh phí, các hộ gia đình sử dụng nguồn năng lượng này cũng được trợ cấp
kinh phí, đến năm 2003 đã có 100.000 nóc nhà được lắp đặt pin mặt trời để phát điện...
năm 2002 có 90 quốc gia trong thành phần liên minh năng lượng phục hồi
Johannesburg chính thức thoả thuận tăng số tiền đầu tư nghiên cứu trong lĩnh vực năng
lượng tái tạo.
Ở Nhật Bản, chỉ riêng năm 2000 đã tăng lượng điện mặt trời lên tới 128 MW
(gấp 4 lần trước đó); Philipines điện mặt trời đảm bảo nhu cầu sinh hoạt cho 400.000
dân, 250.000 ngôi nhà được lắp đặt pin mặt trời ở Sri Lanka, Trung Quốc, Mexico. Từ
những năm 90 ở Đức, Thụy Sỹ đã có hàng ngàn tồ nhà được lắp đặt các tấm pin thu
năng lượng mặt trời theo chương trình hỗ trợ tài chính của Chính phủ. Ở Kenya, từ
1993 số nhà sử dụng năng lượng điện mặt trời còn nhiều hơn số nhà được hệ thống
điện quốc gia cung cấp. Nam Phi triển khai nhiều chương trình lớn giúp đảm bảo được
hệ thống điện năng lượng mặt trời cho hàng triệu người dân. Ở Brazil, những vùng xa
xôi hiểm trở như Amazon, điện năng lượng mặt trời chiếm vị trí đầu bảng. Khối EU có
trên 25 triệu m2 thu năng lượng mặt trời dùng để phát điện và đun nước nóng. Israel
có luật bắt buộc nhà ở phải có bình đun nước nóng bằng năng lượng mặt trời và có
những khu phố giờ cao điểm sẽ cúp điện quốc gia. Nhờ chính sách khuyến khích đầu
tư khai thác năng lượng mặt trời, giá thành 1 kWh điện mặt trời chỉ còn 3 - 23 cent, so
với 20 năm trước người sử dụng phải tốn 2,5 USD. Theo dự tính đến năm 2020, điện
năng lượng mặt trời ở Mỹ sẽ đảm bảo 15% năng lượng tiêu thụ của cả nước. Nhiều tập
đoàn lớn đã đầu tư vào lĩnh vực này như Shap Corporation của Nhật Bản hiện chiếm
27% thị trường sản xuất pin mặt trời của thế giới.
4. Tiềm năng năng lượng mặt trời tại Việt Nam
Vị trí địa lý ưu ái cho Việt Nam một nguồn năng lượng tái tạo vô cùng lớn, đặc
biệt là năng lượng mặt trời. Trải dài từ vĩ độ 23023’ Bắc đến 8027’ Bắc, Việt Nam
nằm trong khu vực có cường độ bức xạ mặt trời tương đối cao. Trong đó, nhiều nhất
phải kể đến thành phố Hồ Chí Minh, tiếp đến là các vùng Tây Bắc (Lai Châu, Sơn La,
Lào Cai) và vùng Bắc Trung Bộ (Thanh Hóa, Nghệ An, Hà Tĩnh)…
Năng lượng mặt trời có những ưu điểm như: sạch, chi phí nhiên liệu và bảo

dưỡng thấp, an tồn cho người sử dụng… Đồng thời, phát triển ngành công nghiệp sản
xuất pin mặt trời sẽ góp phần thay thế các nguồn năng lượng hóa thạch, giảm phát khí
thải nhà kính, bảo vệ mơi trường. Vì thế, đây được xem là nguồn năng lượng quý giá,
có thể thay thế những dạng năng lượng cũ đang ngày càng cạn kiệt. Từ lâu, nhiều nơi
trên thế giới đã sử dụng năng lượng mặt trời như một giải pháp thay thế những nguồn
tài nguyên truyền thống. Tại Đan Mạch, năm 2000, hơn 30% hộ dân sử dụng tấm thu


Chương 2: Năng lượng mặt trời

13

năng lượng mặt trời, có tác dụng làm nóng nước. Ở Brazil, những vùng xa xôi hiểm
trở như Amazon, điện năng lượng mặt trời luôn chiếm vị trí tiên phong. Ngay tại Đơng
Nam Á, điện mặt trời ở Philipines cũng đảm bảo nhu cầu sinh hoạt cho 400.000 dân.
Việt Nam hiện có trên 100 trạm quan trắc toàn quốc để theo dõi dữ liệu về năng
lượng mặt trời. Tính trung bình tồn quốc thì năng lượng bức xạ mặt trời là 45kWh/m2 mỗi ngày. Tiềm năng điện mặt trời là tốt nhất ở các vùng từ Thừa Thiên Huế
trở vào miền Nam và vùng Tây Bắc. Vùng Đơng Bắc trong đó có Đồng bằng sơng
Hồng có tiềm năng kém nhất. Do giá thành cịn cao (60cent hay 8.000 đồng cho
1kWh) nên điện mặt trời chưa được phát triển rộng rãi. Hiện mới chỉ có 5 hệ thống
điện mặt trời lớn, trong đó có hệ thống ở Gia Lai, với tổng công suất 100 kWp (công
suất cực đại khi có độ nắng cực đại). Chính phủ cũng đang đầu tư để xây dựng 100 hệ
thống điện mặt trời gia đình và 200 hệ thống điện mặt trời cộng đồng đông dân ở các
vùng đảo Đông Bắc với tổng công suất là 25kWp. 400 hệ thống pin mặt trời gia đình
do Mỹ tài trợ đang được xây dựng cho các cộng đồng ở Tiền Giang và Trà Vinh với
tổng công suất 14kWp. Hiện nay hệ thống điện năng lượng mặt trời đang được xây
dựng tràn lang tại Tây Nguyên và các tỉnh ven biển miền Trung do các công ty, cá
nhân đầu tư ảnh hưởng đến sản xuất nông nghiệp, công nghiệp và dư điện cục bộ tại 1
số địa phương.
II. PIN MẶT TRỜI

Pin mặt trời hay pin quang điện có tên tiếng Anh là Solar panel, nó bao gồm
nhiều tế bào quang điện (gọi là solar cells). Tế bào quang điện này là các phần tử bán
dẫn có chứa trên bề mặt nhiều các cảm biến của ánh sáng là đi ốt quang, nó làm biến
đổi năng lượng của ánh sáng thành năng lượng điện.
1. Cấu tạo
Hiện nay vật liệu chủ yếu cho pin mặt trời là các silic tinh thể. Pin mặt trời từ
tinh thể silic chia làm 3 loại:
- Một tinh thể hay đơn tinh thể module sản xuất dựa trên quá trình czochralski. Đơn
tinh thể loại này có hiệu suất tới 16%. Chúng thường rất đắt tiền do được cắt các thỏi
hình ống, các tấm đơn thể này có các mặt trống ở góc nối module.
- Đa tinh thể làm từ các thỏi đúc–đúc từ silic nung chảy cẩn thận được làm nguội và
làm rắn. Các pin này thường rẻ hơn các đơn tinh thể, tuy nhiên hiệu suất kém hơn. Tuy
nhiên chúng có thể tạo thành các tấm vng che phủ bề mặt nhiều hơn đơn tinh thể bù
lại cho hiệu suất thấp.
- Dải silic tạo ra từ các miếng phim mỏng từ silic nóng chảy và có cấu trúc đa tinh thể.
Loại này thường có hiệu suất thấp nhất, tuy nhiên loại này rẻ nhất trong các loại vì
khơng cần phải cắt từ silicon.


Chương 2: Năng lượng mặt trời

14

Một lớp tiếp xúc bán dẫn p-n có khả năng biến đổi trực tiếp năng lượng bức xạ
mặt trời thành điện năng nhờ hiệu ứng quang điện bên trong gọi là pin mặt trời. Pin
mặt trời được sản xuất và ứng dụng phổ biến hiện nay là các pin mặt trời được chế tạo
từ vật liệu tinh thể bán dẫn silicon (Si) có hóa trị 4. Từ tinh thể silic tinh khiết, để có
vật liệu tinh thể bán dẫn Si loại n, người ta pha tạp chất donor là photpho có hóa trị 5.
Cịn có thể có vật liệu bán dẫn tinh thể loại p thì tạp chất acceptor được dùng để pha
vào silic là Bo có hóa trị 3. Đối với pin mặt trời từ vật liệu tinh thể silic khi bức xạ mặt

trời chiếu đến thì hiệu điện thế hở mạch giữa 2 cực khoảng 0,55V và dịng điện đoản
mạch của nó khi bức xạ mặt trời có cường độ 1000W/m2 vào khoảng 25 – 30 mA/cm2.
Hiện nay người ta đã chế tạo pin mặt trời bằng vật liệu Si vơ định hình (a-Si).
So với pin mặt trời tinh thể Si thì pin mặt trời a-Si giá thành rẻ hơn nhưng hiệu suất
thấp hơn và kém ổn định hơn. Ngoài Si, hiện nay người ta đang nghiên cứu và thử
nghiệm các loại vật liệu khác có nhiều triển vọng như Sunfit cadmi-đồng (CuCds),
galium-arsenit (GaAs),….
2. Các công nghệ chế tạo pin năng lượng mặt trời
2.1. Silic tinh thể (Crytalline silicon solar cell)
Công nghệ sản xuất pin mặt trời bằng vật liệu silic tinh thể phụ thuộc vào ba
yếu tố chính. Ba yếu tố chính trong một tế bào năng lượng mặt trời hình thành cơ sở
của công nghệ sản xuất này là: đầu tiên là các chất bán dẫn, mà hấp thụ ánh sáng và
chuyển nó thành các cặp điện tử lỗ. Thứ hai là đầu mối bán dẫn, trong đó tách biệt
màng hình ảnh được tạo ra (electron và lỗ trống) và thứ ba là các số liên lạc ở mặt
trước và mặt sau của tế bào cho phép các dòng chảy để các mạch bên ngồi. Hai loại
chính của cơng nghệ được xác định bởi sự lựa chọn của chất bán dẫn: hoặc silicon tinh
thể ở dạng mảnh bán dẫn hoặc màng mỏng của vật liệu khác.
Trong lịch sử, tinh thể silicon (c-Si) là chất bán dẫn đã được sử dụng nhiều nhất
trong tế bào năng lượng mặt trời, mặt dù nó là một chất hấp thụ tương đối nghèo của
ánh sáng và đòi hỏi một độ dày đáng kể (vài trăm micron) của vật liệu. Tuy nhiên nó
đã chứng tỏ vị trí thuận tiện vì nó mang lại ổn định các tế bào năng lượng mặt trời với
hiệu quả tốt (11-16%, một nửa đến hai phần ba số tối đa về mặt lý thuyết) và sử dụng
cơng nghệ q trình phát tiển từ cơ sở tri thức khổng lồ của nghành công nghiệp vi
điện tử.
Hai loại silicon tinh thể được sử dụng trong nghành công nghiệp. Đầu tiên là
monocrystalline, sản xuất bởi cắt mảnh bán dẫn (đường kính dày từ 150mm và lên đến
350 microns) từ một phôi tinh thể lớn duy nhất tăng trưởng khoảng 14000C, đó là một
q trình rất tốn kém. Các silicon phải có độ tinh khiết rất cao và có một cấu trúc tinh
thể gần hồn hảo. Một ví dụ của tế bào tinh năng lượng mặt trời được thể hiện trong

Chương 2: Năng lượng mặt trời

15

loại thứ hai là multicrytalline silicon, bằng cách sử dụng các công nghệ sản xuất mới,
ngay cả khi các q trình này có những vấn đề liên quan đến tăng trưởng thấp hơn/giá
kéo, tính đồng nhất nghèo hơn và bề mặt gồ ghề. Một phương pháp phát triển một
ribbon của silicon, hoặc như một dải hai chiều đồng bằng hoặc như là một cột hình bát
giác, bằng cách kéo nó từ một silicon nóng chảy. Các tế bào năng lượng mặt trời được
làm từ các tấm bán dẫn đơn tinh thể nói chung là quá đắt đối với sản xuất hàng loạt
quy mô lớn. Đây chính là lý do tại sao xu hướng sản xuất các tế bào tinh thể silicon
chủ yếu là chuyển hướng sản xuất đa tinh thể, mặc dù các tế bào đa tinh thể có kết quả
khơng hiệu quả như silicon tinh thể đơn lẻ.
2.2. Pin màng mỏng (Thin-Film CIGS and CdTe Photovoltaic Technologies)
Pin màng mỏng vơ định hình thường được gọi tắt là pin màng mỏng hoặc pin
vơ định hình. Vật liệu cốt lỏi để chế tạo pin màng mỏng là silic vơ định hình. Cơng
nghệ này thay vì sử dụng các tấm tinh thể rắn silicon mỏng sử dụng khí silane (SiH4)
mà là một hợp chất hóa học có chi phí sản xuất thấp hơn so với silicon tinh thể.
Silane (SiH4) còn được gọi là silic tetrahydride, silicanel, hoặc monosilane, đó
là một chất khí dễ cháy với mùi khó chịu. Nó khơng xảy ra trong tự nhiên. Silane lần
đầu tiên được F. Wohler và H. Buffy phát hiện năm 1857 bởi phản ứng acid clohydric
(HCL) với một hợp kim Al-Si.
Silane chủ yếu được sử dụng trong sản xuất công nghiệp của các thiết bị bán
dẫn cho ngành công nghiệp điện tử. Nó được sử dụng để lắng đọng đa tinh thể, kết nối
hoặc mặt nạ, hơi hóa chất lắng đọng của silicon điốt và sản xuất các thiết bị silic vơ
định hình như là phim quang và pin năng lượng mặt trời.
Pin năng lượng mặt trời được sản xuất từ vật liệu màng mỏng có hiệu suất
khoảng 4%. Nếu so sánh với hiệu suất 15-20% của pin mặt trời sử dụng vật liệu silic
tinh thể thì rõ ràng hiệu suất của vật liệu màng mỏng có hiệu suất thấp hơn. Nhưng với

vật liệu pin màng mỏng không cần ánh sáng mặt trời chiếu trực tiếp vẫn có thể chuyển
đổi bức xạ mặt trời thanh điện năng điều này có nghĩa là thời gian chuyển đổi bức xạ
mặt trời thành điện năng bằng vật liệu này sẽ kéo dài hơn so với vật liện đơn tinh thể.
2.3. Nguyên lý hoạt động
Cấu tạo vật lý của tế bào quang điện (pin mặt trời) tương tự như các điốt cổ
điển với một lớp tiếp xúc p-n. Khi lớp tiếp xúc hấp thụ bức xạ mặt trời thì năng lượng
của các photon bức xạ được truyền đến các hạt electron các electron này thơng thường
nằm ở lớp ngồi cùng nên chúng kết dính với nguyên tử lân cận và không thể di
chuyên đi xa. Khi các electron được kích thích trở thành dẫn điện, các electron này di
chuyển tự do trong bán dẫn điều này dẫn đến nguyên tử sẽ thiếu đi một electron và
sinh ra lỗ trống. Lỗ trống này sẽ tạo điều kiện cho các electron nguyên tử bên cạnh di


Chương 2: Năng lượng mặt trời

16

chuyển đến điền vào lỗ trống, điều này sẽ tạo ra một lỗ trống mới cho nguyên tử lân
cận. Cứ tiếp tục như vậy lỗ trống sẽ di chuyển xuyên suốt mạch bán dẫn và sinh ra
điện. Hiện tượng này gọi là hiệu ứng quang điện bên trong (Hình 2.1)

Hình 2.1. Hiệu ứng quang điện
3. Tấm và dãy năng lượng mặt trời
Các tế bào quang điện là cấu trúc cơ bản của một hệ thống năng lượng mặt trời.
Thơng thường nó được sản xuất một vài inch vng cho một watt. Để có cơng suất lớn
hơn người ta thường mắc nối tiếp và song song hàng loạt các tế bào quang điện lại với
nhau. Trên một bảng mạch (Modul) hay còn gọi là tấm năng lượng mặt trời trên một
diện tích vài cm2 hoặc lớn hơn tùy theo công suất yêu cầu.
Một dãy các tấm năng lượng được kết nối song song với nhau để đạt được công
suất yêu cầu. Nếu muốn tăng điện áp của hệ thống năng lượng mặt trời cần mắc nối

tiếp các tấm năng lượng mặt trời này lại với nhau. Như vậy muốn đạt được công suất
cũng như điện áp yêu cầu cho một hệ thống năng lượng mặt trời thì cần phải tính tốn
số lượng pin mặt trời mắc song song cũng như nối tiếp cho phù hợp với yêu cầu (hình
2.2).

Hình 2.2. Sự kết hợp của tế bào quang điện thành tấm năng lượng mặt trời và dãy năng
lượng mặt trời.