tìm hiểu về chuyên đề pin 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 (4.72 MB, 18 trang )

Trang 1<div class="page_container" data-page="1">

TRƯỜNG Đ I H C S PH M KỸỸ THU T THÀNH PHỐỐ HỐỒ CHÍ MINHẠỌƯẠẬKHOA: ĐI N-ĐI N TỆỆỬ

B MỐN:Ộ V T LI U ĐI N-ĐI N TẬỆỆỆỬ- - -  

-ĐỀỒ TÀI 13: CHUỸỀN -ĐỀỒ PIN NĂNG LƯỢNG M T TR I.ẶỜ

LÝ THUỸỀỐT NGUỸỀN LÝ, CẤỐU T O Đ C TÍNH KỸỸ THU T TẤỐM NĂNGẠẶẬLƯỢNG PIN M T TR I. CÁCH S D NG ĐẤỒU NỐỐI HI U QU TẤỐM NĂNGẶỜỬ ỤỆẢLƯỢNG M T TR I. CỐNG NGH S N XUẤỐT CÁC TẤỐM NĂNG LẶỜỆ ẢƯỢNG M TẶ

</div>Trang 2<div class="page_container" data-page="2">

MỤC LỤC

PHẤỒN GI I THI UỚỆ ...3

1. Lý do chọn đề tài:...3

M c têu nghiên c uụứ ...3

2. Đối tượng, phạm vi nghiên cứu...3

3. Phương pháp nghiên cứu...3

A. PHẦN NỘI DUNG...4

I. TÌM HIỂU VỀ CHUYÊN ĐỀ PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI...4

Pin năng lượng m t tr i là gì?ặờ...4

1. Cấu tạo và nguyên lý làm việc của pin năng lượng mặt trời...4

2. Đặc tính kỹ thuật tấm pin năng lượng mặt trời...8

II. CÁCH SỬ DỤNG HIỆU QUẢ TẤM NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI...10

III. CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT CÁC TẤM NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI THỜI NAY...11

1. Công nghệ 1: PERC – Passivated Emitter Rear Cell...11

2. Công nghệ 2: Bifacial – Dual sided panels and cells...11

3. Công nghệ 3: Multi Busbar – Multi ribbon and wire busbars...12

4. Công nghệ 4: Split panels – using half cut cells...13

5. Công nghệ 5: Shingled Cells – Overlapping cells...13

6. Công nghệ 6: IBC – Interdigitated Back Contact cells...14

7. Công nghệ 7: HJT – Heterojunction cells...15

8. Công nghệ 8: Dual Glass – Frameless double glass...15

B. PHẦN TỔNG KẾT...16

1. Nội dung đúc kết:...16

Cấu tạo:...16

2. Phần đánh giá công việc của nhóm:...17

3. Tài liệu tham khảo:...18

</div>Trang 3<div class="page_container" data-page="3">

A.PHẦN GIỚI THIỆU

1. Lý do chọn đề tài:

Ngày nay với tình hình dân số và nền công nghiệp phát triển không ngừng,năng lượng càng thể hiện rõ vai trò quan trọng và trở thành yếu tố không thể thiếu trong cuộc sống. Tuy nhiên trong khi nhu cầu sử dụng năng lượng đang ngày càng gia tăng thì các nguồn năng lượng truyền thống được khai thác sử dụng hàng ngày đang dần cạn kiệt và trở nên khan hiếm. Một số nguồn năng lượng đang được sử dụng như nguồn nguyên liệu hoá thạch (dầu mỏ, than đá…) đang cho thấy những tác động xấu đến mơi trường, gây ơ nhiễm bầu khí quyển như gây hiệu ứng nhà kính, thủng tầng ozôn, là một trong những nguyên nhân làm trái đất ấm dần lên.

Trước tình hình đó, vấn đề phải tìm được những nguồn năng lượng mới để đáp ứng nhu cầu sử dụng năng lượng đang lớn mạnh hàng ngày, thay thế những nguồn năng lượng có hại cho môi trường hoặc đang cạn kiệt đang trở nên cấp thiết, đòi hỏi nhiều sự quan tâm. So với những nguồn năng lượng mới đang được khai thác sử dụng như năng lượng gió, năng lượng hạt nhân…

Năng lượng mặt trời được coi là một nguồn năng lượng rẻ, vô tận, là một nguồn năng lượng sạch không gây hại cho môi trường đang thu hút sự quan tâm của rất nhiều nhà khoa học, nhà nghiên cứu và sẽ trở thành nguồn năng lượng tốt nhất trong tương lai: Hệ thống quang điện sử dụng năng lượng mặt trời.

Mục tiêu nghiên cứu

Tìm hiểu cấu tạo, nguyên lý hoạt động của pin năng lượng mặt trời. Đồng thời, đưa ra giải pháp phát triển, cải tiến pin năng lượng mặt trời, đưa chúng ra sử dụng rộng rãi với người tiêu dùng trong xã hội, thậm chí trong công nghiệp.

2. Đối tượng, phạm vi nghiên cứu

</div>Trang 4<div class="page_container" data-page="4">

- Đối tượng: pin năng lượng mặt trời và cơng nghệ xoay quanh nó.

- Phạm vi: trong và ngoài nước; lịch sử ra đời và hướng phát triển trong tương lai.

3. Phương pháp nghiên cứu

- Phương pháp nghiên cứu lý thuyết - Phương pháp nghiên cứu thực tiễn

1. Pin năng lượng mặt trời là gì?

một thiết bị có khả năng chuyển đổi ánh nắng thành dịng điện, hoạt động dựa trên hiệu ứng quang

điện. Chúng là thành phần quan trọng trong hệ thống điện năng lượng mặt trời và được ứng dụng nhiều trong thực tế. Chúng đặc biệt thích hợp cho các vùng mà điện lưới khó vươn tới như núi cao, ngồi đảo xa, hoặc phục vụ các hoạt động trên không gian; cụ thể như các vệ tinh

</div>Trang 5<div class="page_container" data-page="5">

quay xung quanh quỹ đạo trái đất, máy tính cầm tay, các máy điện thoại cầm tay từ xa, thiết bị bơm nước…

2. Cấu tạo và nguyên lý làm việc của pin năng lượng mặt trời

- Vật liệu làm pin mặt trời

- Vật liệu pin năng lượng mặt trời (Solar panel) bao gồm nhiều tế bào quang điện (solar cells) – là phần tử bán dẫn có thành phần chính là sillic tinh khiết – có chứa trên bề mặt một số lượng lớn các cảm biến ánh sáng là điốt

quang, thực hiện biến đổi năng lượng ánh sáng thành năng lượng điện. Các tế bào quang điện này được bảo vệ bởi một tấm kính trong suốt ở mặt trước và một vật liệu nhựa ở phía sau. Tồn bộ nó được đóng gói chân khơng trong thơng qua lớp nhựa polymer càng trong suốt càng tốt.

Cường độ dòng điện, hiệu điện thế hoặc điện trở của pin mặt trời thay đổi phụ thuộc bởi lượng ánh sáng chiếu lên chúng. Tế bào quang điện được ghép lại thành khối để tạo tấm pin mặt trời (thông thường 60 hoặc 72 tế bào quang điện trên một tấm pin năng lượng mặt trời ).

</div>Trang 6<div class="page_container" data-page="6">

Cho tới hiện tại thì vật liệu pin mặt trời chủ yếu (và cho các thiết bị bán dẫn) là các silic tinh thể.

Các loại pin năng lượng mặt trời tinh thể silic:

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 mắc tiền do được cắt từ các thỏi hình ống, các tấm đơn thể này có các mặt trống ở góc nối các 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

</div>Trang 7<div class="page_container" data-page="7">

thể tạo thành các tấm vuông che phủ bề mặt nhiều hơn đơn tinh thể bù lại cho hiệu suất thấp của nó.

Dải silic tạo 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 thỏi silicon.

Cấu tạo pin năng lượng mặt trời

- Công nghệ trên là sản suất tấm, nói cách khác, các loại trên có độ dày 300 μm tạo thành và xếp lại để tạo nên module.

- Lớp tế bào quang điện Solar Cells bên trong

Như đã nói ở trên, các tế bào quang điện là thành phần chính và có chức năng hấp thu ánh sáng mặt trời quang năng và biến đổi thành điện năng. Các tế bào tinh thể Silics này có thể là đơn

</div>Trang 8<div class="page_container" data-page="8">

tinh thể (goi là Pin Mono) hoặc đa tinh thể (Gọi là Pin Poly), tùy theo quy trình sản xuất của từng hãng pin mặt trời. Các đặc tính kỹ thuật chính là: kích thước, màu sắc, số lượng tế bào – Cells pin và quan trọng hơn hết là hiệu suất chuyển đổi của pin mặt trời. Hiện nay, các tế bào Cell pin năng lượng mặt trời phổ biến nhất là các tế bào đa tinh thể Poly với hiệu suất chuyển hóa khoảng 17,6%, tạo ra một pin mặt trời 250W với 60 cells. Các tế bào Cells này được liên kết với nhau bằng một dây đồng mỏng được phủ một hợp kim thiếc.

3. Đặc tính kỹ thuật tấm pin năng lượng mặt trời

Lớp kính cường lực trước của tấm pin năng lượng mặt trời Phần Kính cường lực mặt trước pin mặt trời là phần nặng nhất. Nó có chức năng bảo vệ và đảm bảo độ bền cho toàn bộ tấm pin mặt trời, duy trì độ trong suốt cao. Độ dày của lớp này thường là 3,3mm nhưng nó có thể dao động từ 2mm đến 4mm tùy thuộc vào loại kính cường lực mà hãng sản xuất pin đó chọn. Điều quan trọng là phải chú ý đến các yếu tố như chất lượng độ cứng, độ truyền quang phổ và truyền ánh sáng. Pin càng tốt thì lớp kính trước này hấp thu ánh sáng đi qua tốt hơn, phản xạ ánh sáng ít hơn.

Tấm nền của tấm pin năng lượng mặt trời

Tấm nền mặt sau của pin mặt trời được làm từ một vật liệu nhựa có chức năng cách điện, bảo vệ và che chắn các tế bào PV khỏi thời tiết và độ ẩm. Tấm đặc biệt này thường có màu trắng và được bán ở dạng cuộn hoặc tấm. Các loại pin của các hãng khác nhau có thể khác nhau về độ dày, màu sắc và sự hiện diện của các vật liệu cụ thể để che chắn tốt hơn hoặc cho độ bền cơ học cao hơn.

Vật liệu đóng gói hồn thiện Pin mặt trời

</div>Trang 9<div class="page_container" data-page="9">

Một trong những vật liệu quan trọng nhất là chất liệu đóng gói – là chất kết dính giữa các lớp khác nhau của pin mặt trời. Vật liệu phổ biến nhất được sử dụng làm chất đóng gói là EVA – Ethylene vinyl acetate. Nó là một polymer

đục mờ được đóng theo cuộn. Nó phải được cắt thành tấm và nằm trước và sau các tế bào quang điện. Khi chịu một q trình nhiệt của nấu chân khơng, loại polymer đặc biệt này trở đăc lại thành keo trong suốt và kết dính các tế bào quang điện. Chất lượng của quá trình này, được gọi là cán màng, đảm bảo tuổi thọ cao cho chính tấm pin đó,

đồng thời có ảnh hưởng đến việc truyền ánh sáng, tốc độ xử lý và khả năng chống lại màu vàng do tia UV.

Khung tấm pin mặt trời

Một trong những phần cuối cùng được lắp ráp pin mặt trời là khung. Nó thường được làm bằng nhơm và có chức năng đảm bảo độ bền cho tấm pin.

Đối với các trường hợp sử dụng đặc biệt, cũng có sẵn các tấm pin không khung hoặc các giải pháp nhựa đặc biệt. Những giải pháp này thường liên quan đến việc sử dụng các dung dịch hỗ trợ dán ở phía sau với cơng nghệ kính thủy tinh.

Hộp đựng mối nối mạch điện pin mặt trời

Hộp nối có chức năng đưa các mối nối điện của mơ đun pin mặt trời ra bên ngồi. Nó chứa các dây cáp để kết nối các tấm trong hệ thống. Khi chọn hộp Nối, chúng ta nên chú ý đến chất lượng nhựa, độ tốt của khớp nối.

Bên trên là chi tiết thành phần cấu tạo và vật liệu cấu thành tấm pin năng lượng mặt trời, dưới đây chúng ta sẽ tìm hiểu về sơ đồ nguyên lý pin mặt trời cũng như của hệ thống điện năng lượng mặt trời.

Sơ đồ nguyên lý pin mặt trời

</div>Trang 10<div class="page_container" data-page="10">

Pin năng lượng mặt trời là thiết bị bán dẫn chứa lượng lớn các diod p-n, dưới sự hiện diện của ánh sáng mặt trời có khả năng tạo ra dịng điện sử dụng được. Sự chuyển đổi này gọi là hiệu ứng quang điện.

II. CÁCH SỬ DỤNG HIỆU QUẢ TẤM NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI

Tấm pin năng lượng mặt trời thơng thường lắp đặt trên nóc nhà, hoặc cũng có thể xây một trạm độc lập, lắp trên cột, vách tường kính… Để sử dụng hiệu quả tối đa quanh năm thì quan trọng là tấm pin phải được đặt ở vị trí nhận trực tiếp nhiều năng lượng mặt trời nhất trong mọi điều kiện về môi trường, không gian và thời gian.

Hệ thống hấp thu năng lượng mặt trời sẽ đạt được công suất tối đa khi được đặt vng góc với ánh sáng mặt trời chiếu trực tiếp, thời điểm tốt nhất là nắng trưa mùa hè. Bạn phải kiểm tra và tránh những vật ngăn cản đường đi của ánh sáng mặt trời đến các tấm pin như cây cối hoặc tòa nhà cao tầng… Nếu

</div>Trang 11<div class="page_container" data-page="11">

có bất cứ điều gì ngăn cản thì việc dùng tấm pin năng lượng mặt trời của bạn sẽ bị giảm mất hiệu quả.

III. CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT CÁC TẤM NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI THỜI NAY

1. Công nghệ 1: PERC – Passivated Emitter Rear Cell

Hay còn gọi là Tế bào phía sau Emitter thụ động. Như chúng ta đã biết PERC là viết tắt của Passivated Emitter Rear Cell hay Passivated Emitter Rear Contact.

Năm 1980 lần đầu tiên được phát triển ở Úc.

Mục tiêu của công nghệ là tăng hiệu quả hoạt động của bảng điều khiển năng lượng mặt trời.

Tăng chuyển đổi ROI và tăng hệ số tiết kiệm.

Cơ chế: lắp một tấm film trên mặt sau của tế bào quang điện kết hợp các hóa chất trong túi nhỏ trong màng. Từ đó tăng khả năng hấp thụ ánh sáng. Mỗi nhà sản xuất sẽ phát triển và ứng dụng công nghệ này theo nhiều cách khác nhau.

Tuy nhiên sẽ mang tới lợi ích chung gồm: giảm sự tái tổ hợp electron, tăng khả năng hấp thụ ánh sáng, tăng phản xạ nội bộ.

</div>Trang 12<div class="page_container" data-page="12">

2. Công nghệ 2: Bifacial – Dual sided panels and cells

Hay cịn gọi là các bảng và ơ hai mặt

Nói một cách dễ hiểu đây là công nghệ chế tạo tấm pin mặt trời hai mặt. Nhờ đó gia tăng thêm khả năng hấp thụ năng lượng mặt trời từ mặt sau.

Hấp thụ ánh sáng khuếch tán từ các đám mây, tòa nhà hay các vật thể khác phản chiếu vào mặt sau.

Ưu điểm chính là gia tăng công suất phát điện của tấm pin.

Theo khảo sát sản lượng tăng từ 5% đến 30% khi sử dụng công nghệ sản xuất tấm pin năng lượng mặt trời này.

3. Công nghệ 3: Multi Busbar – Multi ribbon and wire busbars

</div>Trang 13<div class="page_container" data-page="13">

Hay còn gọi là thanh cái đa băng và dây

Đây là bước tiến mới của công nghệ điện mặt trời.

Cơ chế: cải thiện số lượng busbar thanh cái trong tấm pin. Tăng cường nhiệm vụ dẫn các electron ra mạch ngoài tạo thành dòng điện.

Mang đến khả năng nâng cao hiệu suất hơn cho các tấm pin mặt trời.

Công nghệ pin mặt trời mới Multi Busbar có từ 9BB trở lên.

4. Công nghệ 4: Split panels – using half cut cells

</div>Trang 14<div class="page_container" data-page="14">

Hay còn gọi là sử dụng tế bào phân nửa.

Phương pháp: sử dụng cách cắt cell pin ra thành hai phần bằng nhau bằng tia laser. Nó phân chia tấm pin mặt trời thành hai bảng nhỏ, mỗi bảng có cơng suất 50% và hoạt động song song với nhau.

Mục đích:

- Tăng hiệu suất do tổn thất điện trở ở mỗi busbar thấp hơn. - Giảm che bóng và tổn thất của cell pin

- Giảm sự hình thành nguy cơ và ảnh hưởng của các điểm nóng (hot-spot).

5. Cơng nghệ 5: Shingled Cells – Overlapping cells

Đây là công nghệ mới.

Phương pháp: chồng chéo các dải tế bào mỏng có thể được lắp ráp theo chiều ngang hoặc chiều dọc trên tấm pin. Shingled Cell được tạo ra bằng cách cắt laser một tế bào có kích thước đầy đủ thành 5 hay 6 dải và xếp chúng theo cấu hình ván lợp nối bằng keo kết nối phía sau.

Mục đích:

- Tăng hiệu quả của tấm pin giống như các tế bào IBC. - Giảm hiệu ứng đổ bóng với mỗi tế bào hoạt động độc lập

hiệu quả.

- Giá thành sản xuất tương đối rẻ.

</div>Trang 15<div class="page_container" data-page="15">

6. Công nghệ 6: IBC – Interdigitated Back Contact cells

Hay cịn gọi là cơng nghệ tế bào quang điện IBC.

Phương pháp: Đây là một mạng lưới dây dẫn có từ 30 dây trở lên được tích hợp vào đằng sau cell pin.

Mục đích:

- Giảm che bóng cho tế bào và giảm phản xạ một số photon ánh sáng. Từ đó gia tăng hiệu suất cho tấm pin.

7. Công nghệ 7: HJT – Heterojunction cells

</div>Trang 16<div class="page_container" data-page="16">

Phương pháp: sử dụng trên cơ sở silic tinh thể thông thường với các lớp silic thin film bổ sung ở hai bên của tế bào tạo thành dị hợp.

Mục tiêu: tăng hiệu quả mạnh mẽ đạt đến 26.5% trong điều kiện phịng thí nghiệm.

8. Cơng nghệ 8: Dual Glass – Frameless double glass

Hay còn gọi là tấm pin mặt trời hai mặt kính.

Phương pháp: Mặt kính sau thay thế cho tấm nền truyền thống và tạo ra một tấm pin có hai mặt kính cường lực.

Mục tiêu:

- Gia tăng ổn định cho hoạt động của tấm pin. - Không phản ứng và không hư hỏng theo thời gian. - Khơng bị suy thối UV.

- Gia tăng tuổi thọ cho tấm pin năng lượng mặt trời

C.PHẦN TỔNG KẾT

</div>Trang 17<div class="page_container" data-page="17">

1. Nội dung đúc kết:

Nguyên lý hoạt động: Pin năng lượng mặt trời là thiết bị bán

dẫn chứa lượng lớn các diod p-n, dưới sự hiện diện của ánh sáng mặt trời có khả năng tạo ra dịng điện sử dụng được. Sự chuyển đổi này gọi là hiệu ứng quang điện.

Cấu tạo:

Lớp tế bào quang điện Solar Cells bên trong.

Lớp kính cường lực trước của tấm pin năng lượng mặt trời. Tấm nên của tấm pin năng lượng mặt trời.

Vật liệu đóng gói hồn thiện pin mặt trời. Khung tấm pin mặt trời.

Hộp đựng mối nối mạch điện pin mặt trời.

Cách sử dụng pin năng lượng mặt trời hiệu quả:

Để sử dụng hiệu quả tối đa quanh năm thì quan trọng là tấm pin phải được đặt ở vị trí nhận trực tiếp nhiều năng lượng mặt trời nhất trong mọi điều kiện về môi trường, không gian và thời gian như trên lắp nóc nhà, lắp trên cột,…

Hệ thống hấp thu năng lượng mặt trời sẽ đạt được công suất tối đa khi được đặt vuông góc với ánh sáng mặt trời chiếu trực tiếp.

Cơng nghệ sản xuất tấm pin mặt trời:

1. PERC – Passivated Emitter Rear Cell. 2. Bifacial – Dual sided panels and cells. 3. Multi Busbar – Multi ribbon and wire busbars. 4. Split panels – using half cut cells.

5. Shingled Cells – Overlapping cells. 6. IBC – Interdigitated Back Contact cells. 7. HJT – Heterojunction cells.

8. Dual Glass – Frameless double glass.

</div>