ứng dụng hệ thống điện năng lượng mặt trời

BÁO CÁO ĐAMH1 – NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI GVHD: TS. MAI BÁ LỘC
LỜI NÓI ĐẦU
Trong tiến trình phát triển của loài người, việc sử dụng năng lượng là sự kiện đánh dấu một
cột mốc rất quan trọng. Từ đó đến nay, loài người sử dụng năng lượng ngày càng nhiều, nhất là
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 (biogas, ) 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 cạn 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 đó phải sạch, thân thiện với môi trường, chi
phí thấp, không cạn kiệt (có thể tái sinh) và dễ sử dụng.
Từ lâu, loài người đã mơ ước sử dụng năng lượng mặt trời. Nguồn năng lượng hầu như là vô
tận, đáp ứng hầu hết các tiêu chí nêu trên. Nhiều công trình nghiên 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 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
mình. Còn gì thú vị hơn khi bạn tự thực hiện và ứng dụng năng lượng mặt trời trong chính ngôi
nhà của mình.
Đồ án môn học 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 đòi 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 đạt kết quả, bạn hoàn toàn có thể chỉnh sửa, cải tiến để nâng 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 phát huy tính sáng tạo và hứng
thú học tập.
1
SVTH: Nguyễn Quang Giới

BÁO CÁO ĐAMH1 – NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI GVHD: TS. MAI BÁ LỘC
Nhận xét của giảng viên hướng dẫn:























2
SVTH: Nguyễn Quang Giới
BÁO CÁO ĐAMH1 – NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI GVHD: TS. MAI BÁ LỘC
MỤC LỤC
Trang

A. Giới thiệu về năng lượng mặt trời 4
I. Giới thiệu chung 4
II. Lịch sử phát triển 9
III. Ưu thế 14
B. Hệ thống điện năng lượng mặt trời 14
I. Nguyên lý hoạt động 14
II. Cấu hình tiêu biểu của điện năng lượng mặt trời 14
1. Tấm pin mặt trời 14
2. Bộ điều khiển sạc 15
3. Bộ kích điện DC-AC 15
4. Ắc quy 15
5. Khung, giá đỡ và dây cáp 16
III. Các loại máy phát năng lượng mặt trời 16
1. Máy phát điện độc lập 16
2. Máy phát điện nối lưới 17
3. Hệ thống đấu lưới có dự phòng 18
4. Máy phát điện dự phòng 19
IV. Pin mặt trời 20
1. Các loại pin mặt trời 20
2. Ứng dụng pin mặt trời 25
V. Phương pháp thiết kế điện năng lượng mặt trời 29
VI. Hòa hệ thống vào lưới điện quốc gia 33
VII. Ưu & nhược điểm của điện năng lượng mặt trời 34
VIII. Sử dụng điện năng lượng mặt trời tại Việt Nam 35
C. Tài liệu tham khảo 38
3
SVTH: Nguyễn Quang Giới
BÁO CÁO ĐAMH1 – NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI GVHD: TS. MAI BÁ LỘC
A – GIỚI THIỆU VỀ NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI
I. GIỚI THIỆU CHUNG:

Ngày nay nhu cầu năng lượng tiếp tục tăng mạnh cùng với mối quan tâm về môi trường,
thay thế cho việc sử dụng các nhiên liệu hóa thạch không tái tạo và gây ô nhiễm phải được điều
tra. Một trong những thay thế là năng lượng mặt trời
Năng lượng mặt trời đơn giản là năng lượng sản xuất trực tiếp của mặt trời được thu thập ở
các nơi khác, thường là trái đất. Mặt trời tạo ra năng lượng của mình thông qua một quá trình
nhiệt hạch có thể chuyển đổi khoảng 650.000.000 tấn hydro thành heli mỗi giây.Quá trình này
tạo ra bức xạ nhiệt và điện. Sức nóng trong ánh nắng mặt trời còn là công cụ trong việc duy trì
các phản ứng nhiệt hạch. Các bức xạ điện từ (bao gồm cả ánh sáng nhìn thấy, tia hồng ngoại, và
bức xạ tia cực tím) dòng vào không gian trong tất cả các hướng.
Chỉ một phần rất nhỏ trong tổng số bức xạ sản xuất tới trái đất. Bức xạ tới Trái Đất là nguồn
gián tiếp của hầu hết các loại năng lượng sử dụng ngày hôm nay. Các trường hợp ngoại lệ là
năng lượng địa nhiệt, và phản ứng phân hạch hạt nhân và phản ứng tổng hợp. Ngay cả nhiên liệu
hóa thạch cũng có nguồn gốc từ mặt trời, vì đời sống thực vật và động vật phụ thuộc vào mặt
trời.
Nhiều năng lượng cần thiết của thế giới có thể được cung cấp trực tiếp từ năng lượng mặt
trời. Và còn nhiều năng lượng khác có thể được cung cấp gián tiếp. Tính thực tiễn của nó sẽ
được kiểm tra, cùng với đó là những lợi ích và hạn chế. Ngoài ra, việc sử dụng năng lượng mặt
trời hiện đang áp dụng sẽ được ghi nhận.
Do tính chất của năng lượng mặt trời, hai thành phần được yêu cầu phải có chức năng của
một máy phát điện năng lượng mặt trời. Hai thành phần này là bộ thu và bộ lưu trữ. Bộ thu chỉ
đơn giản là thu thập các bức xạ rơi trên nó và chuyển đổi một phần nhỏ trong đó thành các dạng
năng lượng khác (hoặc điện và nhiệt hoặc chỉ là nhiệt). Các đơn vị lưu trữ là cần thiết vì về bản
chất không liên tục của năng lượng mặt trời, trong thời gian nhất định chỉ có một lượng rất nhỏ
phóng xạ sẽ được nhận. Vào ban đêm hoặc trong lúc có mây lớn che phủ, lượng năng lượng
được sản xuất bởi các bộ thu sẽ là khá nhỏ. Các bộ lưu trữ có thể giữ năng lượng dư thừa sản
xuất trong giai đoạn năng suất tối đa, và xả nó khi năng suất giảm xuống. Trong thực tế, một
nguồn cung cấp điện dự phòng thường được thêm vào nhằm đảm bảo cho các tình huống khi
lượng năng lượng được yêu cầu là lớn hơn những gì đang được sản xuất và những gì được lưu
trữ trong các thùng chứa.
Phương pháp thu thập và lưu trữ năng lượng mặt trời khác nhau tùy thuộc vào mục đích sử

dụng trong kế hoạch của các máy phát điện năng lượng mặt trời. Nói chung, có ba dạng thu gom
và nhiều hình thức của các đơn vị lưu trữ.
Ba dạng thu gom đó là thu bằng tấm phẳng, thu gom tập trung, và thu thụ động.
4
SVTH: Nguyễn Quang Giới
BÁO CÁO ĐAMH1 – NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI GVHD: TS. MAI BÁ LỘC
Bộ thu tấm phẳng là loại thường được sử dụng của bộ thu ngày nay. Chúng là những mảng
của tấm pin mặt trời được sắp xếp trong một mặt phẳng đơn. Chúng hầu như có mọi kích cỡ, và
sản lượng có liên quan trực tiếp đến một số thông tin bao gồm kích thước, bề mặt, và vệ sinh.
Các thông tin này đều ảnh hưởng đến lượng phóng xạ rơi trên các bộ thu. Thường thì những tấm
thu có cơ chế tự động mà giữ chúng luôn vuông góc với mặt trời. Năng lượng bổ sung thu được
trong quá trình điều chỉnh đó nhiều hơn ban đầu nên đủ bù đắp cho năng lượng cần thiết để điều
khiển máy móc phụ.
Trọng tâm của bộ thuchủ yếu là bề mặt phẳng của nó với các thiết bị quang học được sắp
xếp để tối đa hóa các bức xạ rơi vào trọng tâm của bộ thu. Công nghệ này hiện nay chỉ được sử
dụng ở một vài vùng lãnh thổ. Lò năng lượng mặt trời là một ví dụ của công nghệ này. Mặc dù
họ có thể sản xuất số lượng lớn hơn năng lượng tại một điểm nhất định so với tấm thu bằng mặt
phẳng, nhưng họ sẽ mất một số bức xạ mà các tấm phẳng này không tiếp nhận được. Bức xạ
phản chiếu trên mặt đất sẽ được hấp thụ bởi các tấm thu phẳng nhưng thường sẽ bị bỏ qua bởi
tấm thu trọng tâm (vùng bị tuyết phủ, bức xạ này có thể là đáng kể). Một vấn đề khác của bộ thu
trọng tâm nói chung là nhiệt độ. Những tấm mỏng silic hấp thụ bức xạ không đạt hiệu quả ở
nhiệt độ cao, và nếu nó nhận được lượng nhiệt quá lớn thì thậm chí có thể bị hư hỏng vĩnh viễn.
Bộ thu trọng tâm với bản chất tự nhiên có thể tạo ra nhiệt độ cao hơn và cần nhiều biện pháp bảo
vệ hơn để bảo vệ các thành phần silic của nó.
Bộ thu thụ động hoàn toàn khác với 2 loại thu trên. Bộ thu thụ động hấp thụ bức xạ và
chuyển đổi nó để làm nóng một cách tự nhiên, mà không cần được thiết kế và xây dựng để làm
như vậy. Mọi đối tượng có thuộc tính này đều đến mức độ nào, nhưng chỉ có một số đối tượng
(như bức tường) sẽ có thể tạo đủ nhiệt để làm cho nó đáng giá. Thường khả năng tự nhiên của
chúng để chuyển đổi bức xạ nhiệt được tăng cường trong một số cách này hay cách khác (bằng
cách sơn màu đen, ví dụ) và một hệ thống truyền nhiệt sang một vị trí khác thường được thêm

vào.
Người dân sử dụng năng lượng cho nhiều việc, nhưng một vài công việc chung tiêu thụ
lượng năng lượng lớn nhất. Những công việc này bao gồm giao thông vận tải, hệ thống sưởi, làm
mát, và các máy phát điện. Năng lượng mặt trời có thể được áp dụng cho cả bốn trong số những
nhiệm vụ với mức độ thành công khác nhau.
Sưởi ấm là lĩnh vực đầu tư kinh doanh bằng năng lượng mặt trời là thích hợp nhất. Nhiệt
lượng mặt trời đòi hỏi gần như không biến đổi năng lượng, vì vậy nó có một hiệu quả rất cao.
Năng lượng nhiệt có thể được lưu trữ trong chất lỏng, chẳng hạn như nước, hoặc được đóng gói
giống một cái giường. Đó là một thùng chứa đựng nhiều đồ vật nhỏ có thể giữ nhiệt (như đá) với
khoảng trống không khí giữa chúng. Năng lượng nhiệt cũng thường được lưu trữ trong giai đoạn
đổi đơn vị nhiệt của nhiệt hạch. Các thiết bị này sẽ sử dụng một hóa chất làm thay đổi giai đoạn
từ rắn sang chất lỏng ở nhiệt độ có thể được sản xuất bởi bộ thu năng lượng mặt trời. Năng lượng
của các bộ thu được dùng để thay đổi tính chất hóa học nhằm hóa lỏng chất đó, và kết quả được
lưu trữ trong các hóa chất riêng của mình. Nó có thể được khai thác sau bằng cách cho phép hóa
5
SVTH: Nguyễn Quang Giới
BÁO CÁO ĐAMH1 – NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI GVHD: TS. MAI BÁ LỘC
chất đó trở lại dạng rắn của nó. Năng lượng mặt trời thường được sử dụng trong nhà ở để làm
nóng nước. Đây là một ứng dụng dễ dàng, như kết quả cuối cùng mong muốn (nước nóng) là
thiết bị lưu trữ. Một bình nước nóng được đổ đầy nước nóng vào ban ngày, và để ráo nước khi
cần thiết. Ứng dụng này là một sự điều chỉnh rất đơn giản từ các nhiên liệu hóa thạch máy nước
nóng bình thường.
Bể bơi thường được đun nóng bằng năng lượng mặt trời. Đôi khi các hồ bơi tự biến mình
thành nơi lưu trữ, và đôi khi một chiếc giường đóng gói được thêm vào để lưu trữ nhiệt. Có hay
không một chiếc giường đóng gói được sử dụng, một số phương pháp giữ nhiệt của hồ bơi lâu
hơn thời gian bình thường (như một trang bìa) thường được dùng để giúp giữ nước ở nhiệt độ ấm
áp khi nó không được sử dụng.
Năng lượng mặt trời thường được dùng để làm nóng trực tiếp một nhà hoặc công trình. Sưởi
ấm một tòa nhà đòi hỏi năng lượng nhiều hơn so với đun nước của tòa nhà, nên cần có tấm thu
lớn hơn nhiều. Nói chung một tòa nhà được làm nóng bằng năng lượng mặt trời thì nước trong

tòa nhà sẽ được làm nóng bằng năng lượng mặt trời là tốt. Các loại thiết bị lưu trữ thường được
dùng nhiều cho lượng năng lượng mặt trời lớn như lưu trữ nhiệt của nhiệt hạch, nhưng các loại
khác (chẳng hạn như chiếc giường đóng gói, thùng chứa nước nóng) có thể được sử dụng khá tốt.
Ứng dụng của năng lượng mặt trời là ít phổ biến hơn so với hai đề cập ở trên, vì chi phí đầu tư
cho tấm thu và hệ thống lưu trữ cần thiết là rất lớn. Bộ thu thụ động nhìn chung sẽ là một phần
của tòa nhà, vì thế các tòa nhà lợi dụng bộ thu thụ động phải được tạo ra với hệ thống sưởi năng
lượng mặt.
Bộ thu thụ động có thể có một vài hình thức khác nhau. Loại cơ bản nhất là hấp thụ nhiệt bất
thường. Ý tưởng đằng sau hình thức này là khá đơn giản. Cho phép lượng ánh sáng tối đa có thể
lọt bên trong thông qua một cửa sổ (Cửa sổ nên được đối diện với mặt trời) và để nó rơi trên sàn
nhà làm bằng đá hoặc vật liệu giữ nhiệt. Trong ngày, khu vực này sẽ mát mẻ vì sàn hấp thụ hầu
hết nhiệt, và vào ban đêm, khu vực này sẽ trở nên ấm áp vì đá phát ra sức nóng nó hấp thụ trong
ngày.
Một hình thức chính của hấp thu thụ động được hình dung giống như bức tường hoặc mái
nhà. Với bộ thu thụ động này, nhiệt thường được hấp thu và lãng phí trong các bức tường và mái
nhà được chuyểnvào khu vực cần được sưởi ấm.
Hình thức chủ yếu nhất của bộ thu thụ động là ao năng lượng mặt trời. Điều này rất giống
với hồ bơi nước nóng năng lượng mặt trời được mô tả ở trên, nhưng trọng tâm là khác nhau. Với
hồ bơi, kết quả mong muốn là một hồ bơi ấm áp. Với ao năng lượng mặt trời, thì mục đích của
ao lại là để phục vụ như một điều tiết năng lượng cho một tòa nhà. Các ao được đặt hoặc gần
nhau hoặc trên các tòa nhà, và nó sẽ hấp thụ năng lượng mặt trời và chuyển đổi nó để làm nóng
trong ngày. Nhiệt này có thể được đưa vào trong tòa nhà, hoặc nếu toà nhà đã có đủ nhiệt rồi,
nhiệt có thể được bán phá giá từ các tòa nhà vào ao.
6
SVTH: Nguyễn Quang Giới
BÁO CÁO ĐAMH1 – NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI GVHD: TS. MAI BÁ LỘC
Năng lượng mặt trời có thể được sử dụng cho những việc khác ngoài việc sưởi ấm. Điều này
có vẻ kỳ lạ, nhưng một trong những ứng dụng thường gặp nhất của năng lượng mặt trời hiện nay
là làm mát. Làm mát bằng năng lượng mặt trời có giá đắt hơn gấp nhiều so với tạo nhiệt bằng
lượng mặt trời, do đó, nó gần như không bao giờ nhìn thấy trong nhà riêng. Năng lượng mặt trời

được sử dụng để làm mát nhờ giai đoạn hóa khí chất lỏng thông qua nhiệt, và sau đó cho khí đó
vào buồng áp suất thấp hơn. Nhiệt độ của một chất khí có liên quan đến áp suất của nó, và tất cả
những thứ khác được tổ chức như nhau, giống như khí ở áp suất càng thấp thì nhiệt độ càng
giảm. Khí lạnh này sẽ được dùng để hấp thụ nhiệt từ các khu vực quan trọng và sau đó được cho
vào một khu vực áp suất cao hơn, nơi nhiệt độ quá cao sẽ bị cách ly với thế giới bên ngoài. Tác
động ròng là một máy bơm sẽ làm nhiệm vụ bơm nhiệt từ một khu vực nhiệt độ cao đó chuyển
sang khu vực làm lạnh với áp suất thấp hơn rồi sẽ chuyển ngược trở lại và sử dụng.
Ngoài việc được sử dụng để sưởi ấm và làm mát, năng lượng mặt trời có thể được chuyển
đổi trực tiếp thành điện năng. Hầu hết các công cụ của chúng ta được thiết kế để được điều khiển
bằng điện, vì vậy nếu bạn có thể tạo ra điện năng từ năng lượng mặt trời, bạn có thể chạy gần
như bất cứ điều gì với năng lượng mặt trời. Thu gom năng lượng mặt trời chuyển đổi bức xạ
thành điện có thể là tấm thu phẳng hoặc hay tấm thu tập trung, và các thành phần silic của các bộ
thu là những tế bào quang điện.
Tế bào quang điện, với bản chất tự nhiên của nó, chuyển đổi bức xạ thành điện. Hiện tượng
này đã được biết đến trong hơn nửa thế kỷ qua, nhưng cho đến gần đây lượng điện được tạo ra là
tốt hơn với cùng một cường độ bức xạ. Hầu hết các tế bào quang điện trên thị trường hiện nay
hoạt động ở hiệu suất dưới 15%, tính cho lượng bức xạ rơi trên nó thì có ít hơn 15% trong số đó
được biến đổi thành điện. Hiệu quả lý thuyết tối đa cho một tế bào quang điện chỉ đạt 32,3%, tuy
nhiên với hiệu suất này, điện năng lượng mặt trời vẫn rất kinh tế. Hầu hết các hình thức sản xuất
điện khác của chúng tôi đang ở một hiệu quả thấp hơn thế này. Thật không may, thực tế vẫn còn
tụt hậu so với lý thuyết và hiệu suất 15% không thường được coi là kinh tế của hầu hết các công
ty điện lực, ngay cả khi nó có hiệu quả cho đồ chơi và máy tính bỏ túi. Hy vọng cho việc sản
xuất điện năng lượng mặt trời với quy mô lớn không nên từ bỏ, tuy nhiên, đối với tiến bộ khoa
học gần đây đã tạo ra một tế bào năng lượng mặt trời với hiệu suất 28,2% hiệu quả trong phòng
thí nghiệm. Đây là loại tế bào vẫn chưa được thử nghiệm. Nếu nó duy trì hiệu quả trong môi
trường không kiểm soát của thế giới bên ngoài, và nếu nó không có một xu hướng phá vỡ, nó sẽ
tiết kiệm cho công ty điện lực đủ để xây dựng các cơ sở năng lượng mặt trời sau tất cả những gì
đã nêu.
Mục tiêu chính của việc sử dụng năng lượng, ít nhất là phù hợp với năng lượng mặt trời là
giao thông vận tải. Phân tích rộng ra thì hiện nay xe tương đối chậm như tàu cần năng lượng lớn

với tấm pin mặt trời trên tàu phải lớn, nếu nhỏ thì không thể đáp ứng tính quay liên tục của bánh
lái. Cách duy nhất có thể có đó là một chiếc xe chạy hoàn toàn năng lượng mặt trời bằng việc sử
dụng các pin đã được sạc bằng năng lượng mặt trời tại một số điểm văn phòng và sau đó nạp vào
7
SVTH: Nguyễn Quang Giới
BÁO CÁO ĐAMH1 – NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI GVHD: TS. MAI BÁ LỘC
trong xe. Xe điện được hỗ trợ một phần bằng năng lượng mặt trời hiện nay, nhưng khó có khả
năng năng lượng mặt trời có mặt trong giao thông trên toàn thế giới trong tương lai gần.
Năng lượng mặt trời có hai lợi thế lớn so với nhiên liệu hóa thạch. Đầu tiên là nó có thể tái
tạo, không bị mất đi vĩnh viễn. Thứ hai là tác động của nó đối với môi trường.
Trong khi việc đốt các nhiên liệu hóa thạch tạo ra nhiều chất gây ô nhiễm độc hại đưa vào
khí quyển và góp phần vào vấn đề môi trường như nóng lên toàn cầu và mưa axit, năng lượng
mặt trời là hoàn toàn không gây ô nhiễm. Trong khi nhiều hecta đất bị phá hủy để nuôi sống một
nhà máy năng lượng nhiên liệu hóa thạch với nhiên liệu cần thiết cung cấp cho nó, chỉ có đất
dành cho nhà máy năng lượng mặt trời là vùng đất có thể phát triển. Thật vậy, nếu hệ thống năng
lượng mặt trời được đưa vào mỗi doanh nghiệp và nhà ở, thì đất sẽ không bị phá hủy với các dự
án về năng lượng. Khả năng này để phân cấp năng lượng mặt trời là cái gì đó mà nhiên liệu hóa
thạch không thể đứng ngang hàng.
Như là yếu tố chính của xây dựng các tấm năng lượng mặt trời, silic, là nguyên tố phổ biến
thứ hai trên hành tinh, có rất ít xáo trộn môi trường gây ra bởi việc tạo ra các tấm pin mặt trời.
Trong thực tế, năng lượng mặt trời chỉ phá vỡ môi trường nếu nó là tập trung và sản xuất trên
một quy mô khổng lồ. Năng lượng mặt trời chắc chắn được sản xuất trên quy mô khổng lồ.
Trong số các nguồn tài nguyên tái tạo, chỉ trong năng lượng mặt trời cho chúng ta thấy
những tiềm năng là một nguồn năng lượng có khả năng cung cấp năng lượng vô hạn.
Giả sử rằng các 4.5x10
17
kWh mỗi năm được sử dụng để hóa hơi từ các đại dương chúng tôi
chỉ cần dùng 0,1% hoặc 4.5x10
14
kWh mỗi năm. Chia cho các giờ trong năm thì cho một sản

lượng liên tục là 2.90x10
10
kW. Điều này có nghĩa là cung cấp 2,4 kW cho 12,1 tỷ người.
Tính cho khoảng năng lượng trung bình sử dụng của người Mỹ, vì đây là nước có mức tiêu
thụ năng lượng lớn nhất thế giới. Nhưng nó vẫn đáp ứng đủ cho 12 tỷ người, sẽ có đủ năng
lượng để cung cấp toàn bộ hành tinh bất kể dân số.
Thật không may, ở quy mô này, việc sản xuất năng lượng mặt trời sẽ có một số tác động tiêu
cực tới môi trường mà không thể lường trước. Nếu tất cả những người thu năng lượng mặt trời
được đặt trong một hoặc một vài khu vực, họ có thể sẽ có tác động lớn đến môi trường, và có thể
có tác động lớn đến môi trường thế giới. Tất cả mọi thứ từ những thay đổi trong vùng điều kiện
mưa cho đến Kỷ Băng Hà đã được dự đoán là kết quả của sản xuất năng lượng mặt trời trên quy
mô này. Vấn đề nằm ở sự thay đổi của nhiệt độ và độ ẩm gần tấm năng lượng mặt trời, nếu các
tấm sản xuất năng lượng không tập trung, họ không nên tập trung chúng lại, khi có thay đổi lớn
về nhiệt độ có thể có tác động xấu đến môi trường.
Trong tất cả các nguồn năng lượng có sẵn, năng lượng mặt trời có lẽ là triển vọng nhất. Về
mặt số lượng, nó có khả năng sản xuất năng lượng cần thiết để đáp ứng nhu cầu năng lượng toàn
bộ hành tinh. Về mặt môi trường, nó là một trong những nguồn gây tổn hại ít nhất so với các
8
SVTH: Nguyễn Quang Giới
BÁO CÁO ĐAMH1 – NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI GVHD: TS. MAI BÁ LỘC
nguồn năng lượng khác. Thực tế, nó có thể được điều chỉnh để năng lượng gần hòa nhập với tất
cả mọi thứ ngoại trừ giao thông vận tải với rất ít điều chỉnh, và thậm chí cả giao thông vận tải với
một số thay đổi nhỏ về hệ thống nói chung hiện nay của du lịch. Rõ ràng, năng lượng mặt trời là
một nguồn lực của tương lai.
II. LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN
Tiền sử
- Thế kỷ thứ 7 trước công nguyên: Thời Ai Cập Cổ Đại , các ngôi nhà được xây dựng để các bức
xạ mặt trời có thể được thu thập vào ban ngày và được sử dụng vào ban đêm.
- Thế kỷ thứ 5 trước công nguyên: người Hy Lạp định hướng nhà của họ để họ có thể nhận được
năng lượng mặt trời vào mùa đông để sưởi ấm ngôi nhà.

- Thế kỷ thứ 3 trước công nguyên: Archimedes đã sử dụng những tấm gương để phản chiếu bức xạ
mặt trời và để bảo vệ Syracuse từ cuộc xâm lược của người La Mã.
- Thế kỷ thứ 2 trước công nguyên: các cửa sổ đầu tiên làm từ mica trong suốt đã được chèn vào
trong nhà ở miền bắc Ý, với mục đích để tăng việc sử dụng bức xạ mặt trời trong thời gian mùa
đông.
- Thế kỷ thứ 1 sau công nguyên : các “heliocaminos” được bắt đầu sử dụng . Vào khoảng thế kỷ
thứ 5, những bồn tắm năng lượng mặt trời với các cửa sổ mica lớn hướng về phía nam được sử
dụng tối đa tại Ý.
- Thế kỷ thứ 14 : định luật năng lượng mặt trời đầu tiên được giới thiệu tại Ý.
- 1767 ở Nga: M.V. Lomonossov đề nghị việc sử dụng các thấu kính để tập trung bức xạ mặt trời.
- 1767 tại Thụy Sĩ: Horace de Saussure khám phá ra sự khuếch đại và tăng hiệu suất nhiệt trong
các hộp kính 5 nếp gấp loại Matjoshka.
- 1830 tại Nam Phi: J. Hershel sử dụng nồi nấu năng lượng mặt trời đầu tiên .
- Khoảng 1830: H. Repton xây dựng nhà kính đầu tiên ở châu Âu.
Lịch sử phát triển của quang điện
- 1839: Alexandre-Edmund Becquerel, một nhà vật lý thực nghiệm trẻ ở Pháp, phát hiện ra hiệu
ứng quang điện ở tuổi 19, trong khi giúp cha mình, thử nghiệm với các pin điện phân tạo ra bởi
hai điện cực kim loại
- 1873: W. Smith, làm việc tại Anh, phát hiện ra tính quang dẫn của Selenium, đưa đến việc phát
minh ra pin quang dẫn.
- 1876: G. W. Adams và R.E. Day, Mỹ, quan sát thấy hiệu ứng quang điện trong chất rắn
Selenium.
- 1883: Ch. Frits, một nhà phát minh người Mỹ, mô tả các pin năng lượng mặt trời được làm từ
những tấm Se-wafer.
- 1887: tại Đức ,H. Hertz phát hiện ra rằng ánh sáng tia cực tím thay đổi điện áp thấp nhất mà có
khả năng gây một tia lửa điện giữa hai điện cực kim loại.
- 1888: Ed. Weston nhận được bằng sáng chế cho pin năng lượng mặt trời.
9
SVTH: Nguyễn Quang Giới
BÁO CÁO ĐAMH1 – NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI GVHD: TS. MAI BÁ LỘC

- 1904: W. Hallwachs phát hiện ra sự nhạy cảm ánh sáng trong cặp đồng và ôxít đồng.
- 1904: A. Einstein xuất bản nghiên cứu lý thuyết tiên phong của ông về hiệu ứng quang điện (ông
nhận giải Nobel năm 1921 cho công trình này).
- 1916: R.A. Millikan cung cấp bằng chứng thực nghiệm của các hiệu ứng quang điện.
- 1916: Y. Czochralski (nhà khoa học người Ba Lan ) phát triển một phương pháp mới để phát
triển tinh thể đơn Silicon.
- 1930: W. Schottky phát hiện ra pin quang điện ôxít đồng mới.
- 1931: AF Ioffe hướng dẫn một dự án tại Viện Vật Lý Kỹ Thuật ở St Petersburg về pin quang
thallium sulphide ( TI2S) , đạt được hiệu xuất kỷ lục > 1% vào thời điểm đó. Ông đã gửi một đề
nghị tới chính phủ Xô viết liên quan đến việc sử dụng mái nhà điện quang để cung cấp điện.
- 1932: Audobert và Stora khám phá ra hiệu ứng quang điện của CdS.
- 1948: W. Schottky trình bày các khái niệm lý thuyết đầu tiên cho quang điện bán dẫn.
- 1951: tại phòng thí nghiệm BELL kết nối p-n đầu tiên được tạo ra trên germanium.
- 1953: D. Trivich công bố những tính toán lý thuyết đầu tiên về hiệu xuất chuyển đổi của quang
phổ đối với các vật liệu có bandgap khác nhau.
- 1953: G. Pearson tại phòng thí nghiệm Bell bắt đầu nghiên cứu pin năng lượng mặt trời bằng Li-
doped Silicon.
- 1953: D. Chapin; C. Fuller và G. Pearson Silicon thực hiện một pin năng lượng mặt trời rộng 2
cm2 với hiệu xuất 4% (công bố trên trang bìa NY Times ).
- 1954: D. Chapin, C. Fuller và G. Pearson cải tiến hiệu xuất của pin năng lượng mặt trời lên 6%;
pin năng lượng mặt trời AT & T ra mắt ở Murray Hill, NJ.
- 1954: tại Siemens ở Đức, G. Spenke và nhóm của ông phát triển một phương pháp hiệu quả cho
việc sản xuất poly-Si: Các nhà khoa học và chuyên gia từ Wacker và TU Munich tham gia trong
công trình này với Siemens. Cái được gọi là Phương pháp Siemens là công nghệ chính để sản
xuất pin năng lượng mặt trời và bán dẫn loại Si.
- 1954: J.J. Loferski và Jenny tại RCA báo cáo về hiệu ứng quang điện rõ nét trong CdS
- 1954: Hiệp hội quốc tế về năng lượng mặt trời -The International Solar Energy Society (ISES)-
được thành lập ở Phoenix, AZ. 1970. trụ sở chính của nó sau đó được chuyển tới Melbourne,
Australia, và vào năm 1995 nó đã được di chuyển một lần nữa đển Freiburg, Đức.
- 1957-1959: Hoffmann Electronics đạt được 8, 9 và 10% hiệu xuất và phát triển hệ thống các

mối nối, giảm điện trở của các thiết bị đáng kể.
- 1960: Hoffmann Electronics tăng hiệu xuất pin quang điện đến 14%, chủ yếu được sử dụng cho
vệ tinh và các ứng dụng không gian.
- 1960/1961: H. Mori ở Nhật Bản và A.K. Zaitseva & O. P. Fedoseeva ở Nga độc lập đề xuất
module quang điện lưỡng mặt .
- 1961: W. Shockley và H. Queisser phát triển một lý thuyết về nhiệt động lực học dựa trên
nguyên lý “sự cân bằng chi tiết” cho pin mặt trời 1 mối nối.
- 1961: Hội nghị các chuyên gia quang điện IEEE đầu tiên được tổ chức ở Philadelphia, Mỹ.
- 1963: Sharp ở Nhật Bản đã lắp đặt các mạng pin lớn nhất thế giới cho các ứng dụng trên mặt đất,
với công xuất 242 W.
- 1966: Mạng pin mặt trời 1 kW được cài đặt trên đài quan sát thiên văn quỹ đạo.
- 1966: Zh.I. Alferov, V.B. Khal n và R.F. Kazarinov phát hiện hiệu ứng “super-injection” trong
một double heterostructure (DHS).
10
SVTH: Nguyễn Quang Giới
BÁO CÁO ĐAMH1 – NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI GVHD: TS. MAI BÁ LỘC
- 1970: Zh.I. Alferov, V.M. Andreev và một đội ở Viện Ioffe, St Petersburg ra mắt pin năng lượng
mặt trời đầu tiên với GaAs heterostructure.
- 1973: Solarex được thành lập tại Hoa Kỳ. Công ty này sản xuất thương mại pin năng lượng mặt
trời đa tinh thể và các pin năng lượng mặt trời vô định hình. Solarex sau đó được mua lại bởi
Amoco / Emron và sau đó là BP Solar.
- 1974: Nhật Bản trình bày dự án Sunshine vào đầu của cuộc khủng hoảng dầu khí.
- 1976/1977: Thu huỳnh quang đầu tiên dung cho các ứng dụng năng lượng mặt trời được gợi ý
độc lập bởi A. Goetzberger và W. Greubel, và bởi WH Weber và J. Lambe.
- 1976: D. Carlson và Ch. Wronsky tại RCI, Mỹ trình bày pin năng lượng mặt trời bằng màng
mỏng a-Si: H đầu tiên với hiệu xuất khoảng 1%.
- 1977: Viện Nghiên Cứu Năng Lượng mặt trời (SERI), sau này trở thành Phòng Thí Nghiệm
Năng lượng Tái Tạo Quốc Gia (NREL) mở cửa tại Golden, CO, USA.
- 1977: Hội nghị Năng lượng Mặt trời EC PV khởi đầu ở Luxembourg.
- Năm 1978: phòng thí nghiệm đầu tiên về năng lượng mặt trời và các nguồn năng lượng tái tạo

(SENES) khởi đầu hoạt động tại Châu Âu tại Học viện Hàn Lâm Khoa học Bungari tại Sofia.
- 1980: M.Riel bắt đầu chương trình nổi tiếng 1000 mái nhà với pin năng lượng mặt trời ở Zurich,
Thụy Sĩ.
- 1980: BP đi vào kinh doanh năng lượng mặt trời.
- 1981: Viện Năng lượng Mặt trời Fraunhofer ISE ở Freiburg, Đức thành lập bởi Goetzberger A.
- 1981: R. Hezel giới thiệu Plasma Silicon Nitride (PECVD) như lớp phản chiếu và lớp thụ động,
mà hiện nay được áp dụng cho hầu như tất cả pin năng lượng mặt trời thương mại bằng Silicon.
- 1981: Gương tập trung phản chiếu năng lượng mặt trời sử dụng lần đầu tiên tại Viện Ioffe St
Petersburg.
- Năm 1982: sản xuất điện quang trên toàn thế giới đạt giá trị 10 MW.
- 1982: một nhà máy quang điện 1-MW – được xây dựng bởi ARCO Solar với 100 trackers lưỡng
trục với c- Si module đi vào sử dụng tại California.
- Năm 1983: sản xuất pin mặt trời trên toàn thế giới vượt mức 20 MW, và doanh số bán vượt mức
250 trieu USD.
- 1984: M.A Green và S. Wenham giới thiệu pin năng lượng mặt trời Laser-Grooved Buried-
Contact (LGBC).
- 1985: M. Green tại Đại học New South Wales, Australia, phá vỡ rào cản về hiệu xuất 20% cho
pin năng lượng mặt trời c-Si dưới một nắng trong phòng thí nghiệm.
- 1985: R. Swanson thành lập Sun Power tại California với mục tiêu để thương mại hóa pin năng
lượng mặt trời c-Si hiệu xuất cao.
- 1986: ARCO Solar bán module quang điện màng mỏng thương mại đầu tiên.
- 1987: The Solar Challenge được khánh thành, và cuộc đua xe dùng pin mặt trời dọc Australia.
- 1989: V.D. Rumyantsev tại Viện Ioffe, St Petersburg giới thiệu hệ thống pin mặt trời dùng thấu
kính tập trung với kích thước giảm dần.
- 1990: ARCO Solar được bán cho Siemens và đổi tên thành Siemens Solar.
- 1991: Nukem GmbH (nay Schott Solar) xây dựng thí điểm nhà máy quang điện 1 MW từ pin
mặt trời mono- and bifacial MIS-inversion-layer, được phát triển bởi nhóm của R.Hezel tại Đại
học Erlangen.
11
SVTH: Nguyễn Quang Giới

BÁO CÁO ĐAMH1 – NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI GVHD: TS. MAI BÁ LỘC
- 1991: M. Graetzel phát minh ra pin mặt trời dye-sensitized electrochemical. Hiệu xuất > 10% thu
được trong vòng 5 năm sau khi phát hiện.
- 1992: BP thương mại hoá pin mặt trời Laser Grooved c-Si (bằng sáng chế của MA Green và
S.Wenham).
- 1994: NREL phát triển và ra đời pin mặt trời 2 đầu với hiệu xuất cao GaInAsP /GaAs, với hiệu
xuất >30% dưới 180 nắng. Thế hệ thứ ba CPV ra đời.
- 1997: PV mái nhà dùng pin quang điện lớn nhất, với >3 MW được lắp đặt tại Munich, Đức.
- 1997: Sanyo bắt đầu sản xuất hàng loạt pin mặt trời hiệu xuất cao HIT c-Si/a-Si: H.
- 1998: SolarWorld AG được thành lập ở Đức, là công ty quang điện tích hợp theo chiều dọc đầu
tiên.
- 1999: M.A Green và J. Zhao đạt được hiệu xuất kỷ lục 24,7% trong phòng thí nghiệm với pin
mặt trời c-Si.
- 1999: Tổng số quang điện được cài đặt trên toàn thế giới vượt mức 1GW.
- 2000: Đức giới thiệu luật EEG mới (luật feed-in), trong 2008, luật này được dịch sang hơn 40
ngôn ngữ. Đức trở thành thị trường quang điện lớn nhất trên thế giới.
- 2002: Hội nghị Solar Silicon đàu tiên đối phó với cuộc khủng hoảng của Si nguyên liệu được tổ
chức bởi Photon tại Munich, Đức.
- 2002: Cypress Corp và Sun Power ở USA bắt đầu sản xuất thí điểm pin mặt trời hiệu xuất cao c-
Si Sun Power. Sản xuất hàng loạt thành lập ởPhilippines.
- 2002: Siemens Solar được bán cho Shell Solar, 2004 Shell Solar c-Si chuyển nhượng cho
SolarWorld.
- 2004: General Electric vào thi trường quang điện ( PV), sau khi trở thành chủ sở hữu của
AstroPower.
- 2005: Sharp vẫn là nhà sản xuất pin quang điện ( PV) lớn nhất trên toàn thế giới PV.
- 2005: Q-Cells, được thành lập vào năm 2002, là nhà sản xuất tế pin PV phát triển nhanh nhất
trên toàn thế giới.
- 2006: Lộ trình PV cho Châu Âu được đề xuất bởi WCRE.
- 2006: Hơn 25% các module PV sản xuất trên toàn thế giới được lắp đặt ở Đức.
- 2006: SolFocus tại Mỹ, Concentrix-Solar ở Freiburg, Đức, và SolarTec AG ở Munich, Đức, bắt

đầu sản xuất thí điểm Concentrator III-V PV (CPV). CPV Mô-đun bao gồm các pin bộ ba GaAs
trên Ge substrate với hiệu xuất > 35%, và thấu kính Fresnel tập trung làm từ silicon kháng UV ,
có khả năng cung cấp lên đến 800 nắng.
- 2006: Wacker mở rộng sản xuất pin năng lượng mặt trời poly-Si tại Burghausen, Đức, lên đến
16.000 tấn / năm để trở thành công ty lớn thứ hai trong lĩnh vực này trên toàn thế giới. Việc đầu
tư mới là khoảng 500 trieu Euro.
- 2006: Hội nghị quốc tế đầu tiên về Solar Glass được tổ chức bởi Photon tại Munich.
- 2007: Hemlock thông báo mở rộng với qui mô lớn về sản xuất poly-Si lên đến 3.600 tấn/năm tại
MI, Mỹ, và sẽ bắt đầu sản xuất vào năm 2010. Việc đầu tư là khoảng 1 tỷ USD , Hemlock là nhà
sản xuất poly-Si lớn nhất trên toàn thế giới.
- 2006: InterSolar, Hội chợ quốc tế về năng lượng mặt trời lớn nhất diễn ra lần thứ 10 và lần gần
nhất là ở Freiburg, Đức.
- 2007: SunPower và Sanyo thông báo hiệu xuất cao nhất cho sản xuất hàng loạt pin mặt trời trong
1 nắng là 22%.
12
SVTH: Nguyễn Quang Giới
BÁO CÁO ĐAMH1 – NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI GVHD: TS. MAI BÁ LỘC
- 2007: Al Gore và IPCC nhận giải Nobel Hòa Bình .
- 2007: Hội nghị Liên hiệp quốc dành cho biến đổi khí hậu diễn ra tại Bali.
- 2008: Q-Cells vượt qua Sharp để trở thành nhà sản xuất PV lớn nhất thế giới.
III. ƯU THẾ
Trong cuộc sống hàng ngày, chúng ta sử dụng khối lượng năng lượng khổng lồ. Cuộc sống
của chúng ta xoay quanh sự tiêu thụ các nguồn tài nguyên thiên nhiên và tiêu thụ năng lượng.
Cơ quan năng lượng quốc tế (IEA) dự báo khai thác năng lượng của 33 trong số 48 nhà sản
xuất dầu mỏ hàng đầu thế giới đang giảm. Không chỉ có dầu mỏ mà ngay cả than đá, khí tự
nhiên, uranium đều đang giảm nhanh về sự có mặt trong tự nhiên
Cộng với việc sự ô nhiễm môi trường, nóng lên của khí hậu do chịu ảnh hưởng của khí nhà
kính từ các hoạt động công nghiệp và sản xuất năng lượng cũng đang là vấn đề cấp bách
Nhu cầu năng lượng ngày càng tăng tạo nên một vòng lẩn quẩn của biến đổi khí hậu. Con
người đã và đang tìm nhiều nguồn năng lượng để thay thế và đáp ứng nhu cầu của con người,

một trong số đó là năng lượng mặt trời, nguồn năng lượng sạch và có thể tái tạo, giải quyết được
những vấn đề nan giải ban đầu
B – HỆ THỐNG ĐIỆN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI
I. NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG
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 hòa 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 ).
13
SVTH: Nguyễn Quang Giới
BÁO CÁO ĐAMH1 – NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI GVHD: TS. MAI BÁ LỘC
II. CẤU HÌNH TIÊU BIỂU CỦA ĐIỆN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI
Trong đó: 1 – Tấm pin mặt trời (Solar Panel)
2 – Bộ điều khiển sạc mặt trời (Solar Charger Controller)
3 – Bộ biến đổi DC – AC (Solar Inverter)
4 – Cầu dao chuyển mạch
5 - Ắc – quy (Battery)
1. Tấm pin mặt trời
Tấm pin 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 10% - 20%,
Công suất: từ 25Wp đến 175Wp,
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
14

SVTH: Nguyễn Quang Giới
BÁO CÁO ĐAMH1 – NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI GVHD: TS. MAI BÁ LỘC
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 1kW/m
2
đến mặt đất (khi mặt trời đứng
bóng và quang mây, ở mực nước biển). Công suất và điện áp của một hệ thống sẽ phụ thuộc vào
cách chúng ta ghép nối các tấm pin mặt trời lại với nhau. Các tấm pin 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,
2. Bộ điều khiển sạc:
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 tấm pin 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 (lớn hơn 13.8 V) hoặc điện thế thấp
(nhỏ hơn 10.5 V). Mạch bảo vệ của bộ điều khiển sẽ thực hiện việc ngắt mạch khi bộ điều khiển
xác nhận bình ắc-quy đã được nạp đầy hoặc điện áp bình quá thấp.
3. Bộ biến đổi DC-AC
Là bộ nghịch lưu. Inverter chuyển đổi dòng điện 12VDC từ ắc-quy thành dòng điện AC
(110-220VAC). Được thiết kế với nhiều cấp công 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 vuông, sóng bậc thang
4. Battery (Ắc-quy):
Là thiết bị lưu trữ điện để sử dụng vào ban đêm hoặc lúc trời ít hoặc không còn ánh nắng.
Ắc-quy có nhiều loại, kích thước và dung lượng khác nhau, tùy thuộc vào công suất hoặc đặc
điểm của hệ thống pin panel mặt trời. Hệ thống có công suất càng lớn thì cần sử dụng ắc-quy có

dung lượng lớn hoặc dùng nhiều bình ắc-quy kết nối lại với nhau.
5. Khung, giá đỡ và dây cáp:
Để đảm bảo cho hệ solar đặt đúng vị trí tốt nhất (nắng nhiều nhất và lâu nhất) và hiệu suất sử
dụng hệ thống luôn được ổn định lâu dài, chúng ta cần dùng đến bộ khung, giá đỡ và dây cáp
chuyên dụng.
15
SVTH: Nguyễn Quang Giới
BÁO CÁO ĐAMH1 – NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI GVHD: TS. MAI BÁ LỘC
Để tối đa hóa hiệu suất của hệ thống, các tấm pin 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, công tắc, bảng điện, Vaseline, domino, ổ cắm để lắp
hoàn chỉnh hệ thống điện mặt trời.
III. CÁC LOẠI MÁY PHÁT NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI
1. Máy phát điện độc lập:
Trong đó:
A: Tấm thu năng lượng mặt trời
B: Bộ sạc
C: Ắc quy
D: Inverter
E: Hộp đấu nối điện
F: Tải
Hệ thống hoạt động như sau: khi có nắng điện DC từ tấm thu năng lượng mặt trời (A) qua
hộp đấu nối điện (E) đến bộ sạc (B) và sạc cho ắc quy (C). Đồng thời khi có tải, điện từ hệ ắc-
16
SVTH: Nguyễn Quang Giới
BÁO CÁO ĐAMH1 – NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI GVHD: TS. MAI BÁ LỘC
quy 12V DC (24V DC hoặc 48V DC) sẽ được chuyển đổi qua bộ Inverter (D) thành điện 220V
50Hz AC để cấp cho tải (F).

Ưu điểm: không cần điện lưới nên phù hợp sử dụng ở những nơi chưa có điện lưới.
Nhược điểm: giá đầu tư cao.
Chi phí đầu tư cho hệ thống: 18000VNĐ/ 1W điện/ 1 ngày.
2. Máy phát điện nối lưới:
Trong đó:
A : Tấm thu năng lượng mặt trời
B: Inverter
C: Đồng hồ điện bán cho lưới
D: Hộp đấu nối điện
E: Lưới điện
F: Đồng hồ điện mua từ lưới
G: Tải
Hệ thống hoạt động như sau: khi có điện lưới, nguồn điện từ tấm thu năng lượng mặt trời
được phát trực tiếp lên lưới nhờ Grid inverter (B) và qua đồng hồ bán điện cho lưới (C). Đồng
thời Tải (G) được cấp điện từ lưới (E) qua đồng hồ điện (F). Tiền điện được tính bằng hiệu số
giữa đồng hồ C và F.
17
SVTH: Nguyễn Quang Giới
BÁO CÁO ĐAMH1 – NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI GVHD: TS. MAI BÁ LỘC
Ưu điểm: sử dụng điện ổn định khi không có bức xạ mặt trời.
Nhược điểm: phải có điện lưới. Chi phí đầu tư cho hệ thống cao: VNĐ 12,000/ 1W điện/ 1
ngày
3. Hệ thống đấu lưới có dự phòng.
Khi sử dụng hệ thống đấu trực tiếp vào lưới quốc gia, có một vấn đề không mong muốn là
khi điện lưới cúp thì hệ thống cũng không hoạt động.
Nhằm đáp ứng nhu cầu cấp điện liên tục, chúng tôi đưa ra giải pháp hoàn tòan tự động
chuyển đổi nguồn điện, đảm bảo gia đình luôn có điện.
Sơ đồ hệ thống như sau:
Trong đó:
A : Tấm thu năng lượng mặt trời

B: Grid inverter
C: Bộ chuyển đổi nguồn
D: Đồng hồ bánđiện
E: Đồng mua hồ điện
F: Sine inveter
G: Tải quan trọng
H: Tải không quan trọng.
18
SVTH: Nguyễn Quang Giới
BÁO CÁO ĐAMH1 – NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI GVHD: TS. MAI BÁ LỘC
Hệ thống hoạt động như sau: khi có điện lưới, nguồn điện từ tấm thu năng lượng mặt trời
được phát trực tiếp lên lưới nhờ Grid inverter (B) và qua đồng hồ bán điện cho lưới (D). Song
song đó, tất cả các tải (G) và (H) được lưới cấp trực tiếp thông qua đồng hồ mua điện (E). Lúc
này battery được sạc đầy thông qua sine inverter (F).
Khi lưới mất điện, sine inverter chuyển trạng thái từ sạc sang chuyển đổi DC/AC cấp nguồn
cho tải quan trọng (G).
Với hệ thống này thì lượng battery backup sẽ không nhiều chỉ đủ để hoạt động trong thời
gian ngắn cho những tải quan trọng.
Ưu điểm: đảm bảo luôn có điện.
Nhược điểm: phải có điện lưới.
Chi phí đầu tư cho hệ thống: VNĐ 12,000/ 1W điện/ 1 ngày + chi phí máy phát điện dự
phòng như bên dưới.
4. Máy phát điện dự phòng:
Hệ thống hoạt động như sau: khi có điện, hệ ắc-quy sẽ được sạc đầy thông qua bộ sạc. Khi
cúp điện, bộ switch sẽ chuyển nguồn cấp qua nguồn từ ắc-quy, lúc này điện sẽ từ hệ ắc-quy 12V
DC (24V DC hoặc 48V DC) qua bộ inverter được chuyển thành điện 220V 50Hz AC để cấp cho
những tải quan trọng (đã được chọn trước).
Ưu điểm: không ồn, giá đầu tư thấp hơn 3 hệ thống trên.
Chi phí đầu tư cho hệ thống: VNĐ 5,000/ 1W điện.
Nhược điểm: chỉ nên sử dụng những tải quan trọng.

19
SVTH: Nguyễn Quang Giới
BÁO CÁO ĐAMH1 – NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI GVHD: TS. MAI BÁ LỘC
IV. PIN MẶT TRỜI
1. Các loại pin mặt trời:
Pin năng lượng Mặt trời ( pin quang điện, tế bào quang điện) là phần tử bán dẫn
quang có chứa trên bề mặt một số lượng lớn các linh kiện cảm biến ánh sáng là các dạng
diod p-n, dùng biến đổi năng lượng ánh sáng thành năng lượng điện. Sự chuyển đổi này gọi
là hiệu ứng quang điện.
Các Pin năng lượng Mặt trời được thiết kế như những modul thành phần, được ghép lại với
nhau tạo thành các tấm năng lượng Mặt trời có diện tích lớn, thường được đặt trên nóc các tòa
nhà nơi chúng có thể có thể đó ánh sáng nhiều nhất, và kết nối với bộ chuyển đổi của mạng lưới
điện. Các tấm pin Mặt Trời lớn ngày nay được lắp thêm bộ phận tự động điều khiển để có thể
xoay theo hướng ánh sáng, giống như cây xanh hướng về ánh sáng Mặt Trời.
Đã có nhiều loại vật liệu khác nhau được thử nghiệm chế tạo pin Mặt trời. Có hai tiêu chuẩn
đánh giá, là hiệu suất và giá cả.
Hiệu suất là tỉ số giữa năng lượng điện từ và năng lượng ánh sáng Mặt trời. Vào buổi trưa
một ngày trời trong, ánh Mặt trời tỏa nhiệt khoảng 1000 W/m². trong đó 10% hiệu suất của
1module 1 m² cung cấp năng lượng khoảng 100 W. hiệu suất của pin Mặt trời thay đổi từ 6% từ
pin Mặt trời làm từ silic không thù hình, và có thể lên đến 30% hay cao hơn nữa.
Có nhiều cách để nói đến giá cả của hệ thống cung cấp điện (chính xác là phát điện), là tính
toán cụ thể giá thành sản xuất trên từng kilo Watt giờ điện (kWh). Hiệu năng của pin Mặt trời tạo
dòng điện với sự bức xạ của Mặt trời là 1 yếu tố quyết định trong giá thành. Nói chung, với toàn
hệ thống, là tổ hợp các tấm pin Mặt trời, thì hiệu suất là rất quan trọng. Và để tạo nên ứng dụng
thực tế cho pin năng lượng, điện năng tạo nên có thể nối với mạng lưới điện sử dụng dạng
chuyển đổi trung gian; trong các phương tiện di chuyển, thường sử dụng hệ thống ắc quy để lưu
trữ nguồn năng lượng chưa sử dụng đến. Các pin năng lượng thương mại và hệ thống công nghệ
cho nó có hiệu suất từ 5% đến 15%. Giá của 1 đơn vị điện từ 50 Eurocent/kWh (Trung Âu) giảm
xuống tới 25 eurocent/kWh trong vùng có ánh Mặt trời nhiều.Ngày nay thì vật liệu chủ yếu chế
tạo pin Mặt trời (và cho các thiết bị bán dẫn) là silic dạng tinh thể. Nền tảng chế tạo dựa trên

Công nghệ sản suất tấm mỏng, có độ dày 300 μm và xếp lại để tạo nên các module tạo thành các
loại pin trên.
Các loại pin mặt trời hiện nay
Pin Mặt trời từ tinh thể silic là loại pin mặt trời phổ biến nhất hiện nay, pin mặt trời silic có 3
loại như sau:
Một tinh thể hay tinh thể đơn (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 từ các thỏi silic hình ống,
các tấm đơn thể này có các mặt trống ở góc nối các module.
20
SVTH: Nguyễn Quang Giới
BÁO CÁO ĐAMH1 – NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI GVHD: TS. MAI BÁ LỘC
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 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 không cần phải cắt từ
thỏi silicon.
Cấu tạo của loại pin mặt trời tinh thể silic
Vật liệu xuất phát để làm pin Mặt trời silic phải là bán dẫn silic tinh khiết. Ở dạng tinh khiết,
còn gọi là bán dẫn ròng số hạt tải (hạt mang điện) là electron và số hạt tải là lỗ trống (hole) như
nhau. Để làm pin Mặt trời từ bán dẫn tinh khiết phải làm ra bán dẫn loại n và bán dẫn loại p rồi
ghép lại với nhau cho nó có được tiếp xúc p - n.
Xuất phát từ một phiến bán dẫn tinh khiết tức là chỉ có các nguyên tử Si để tiếp xúc p - n,
người ta phải pha thêm vào một ít nguyên tử khác loại, gọi là pha tạp. Nguyên tử Si có 4 electron
ở vành ngoài, cùng dùng để liên kết với bốn nguyên tử Si gần đó (cấu trúc kiểu như kim cương).
Nếu pha tạp vào Si một ít nguyên tử phôt-pho P có 5 electron ở vành ngoài, electron thừa ra
không dùng để liên kết nên dễ chuyển động hơn làm cho bán dẫn pha tạp trở thành có tính dẫn
điện electron, tức là bán dẫn loại n (negatif - âm). Ngược lại nếu pha tạp vào Si một ít nguyên tử
bo B có 3 electron ở vành ngoài, tức là thiếu một electron mới đủ tạo thành 4 mối liên kết nên có

thể nói là tạo thành lỗ trống (hole). Vì là thiếu electron nên lỗ trống mạng điện dương, bán dẫn
pha tạp trở thành có tính dẫn điện lỗ trống, tức là bán dẫn loại p (positif -dương). Vậy trên cơ sở
bán dẫn tinh khiết có thể pha tạp để trở thành có lớp là bán dẫn loại n, có lớp bán dẫn loại p, lớp
tiếp giáp giữa hai loạị chính là lớp chuyển tiếp p - n. Ở chỗ tiếp xúc p - n này một ít electron ở
bán dẫn loại n chạy sang bán dẫn loại p lấp vào lỗ trống thiếu electron, ở đó. Kết quả là ở lớp tiếp
xúc p-n có một vùng thiếu electron cũng thiếu cả lỗ trống, người ta gọi đó là vùng nghèo. Sự
dịch chuyển điện tử để lấp vào lỗ trống tạo ra vùng nghèo này cũng tạo nên hiệu thế gọi là hiệu
thế ở tiếp xúc p - n, đối với Si vào cỡ 0,6V đến 0,7V. Đây là hiệu thế sinh ra ở chỗ tiếp xúc
không tạo ra dòng điện được.
Hoạt động của loại pin mặt trời tinh thể silic
Silicon được biết đến là một chất bán dẫn. "Chất bán dẫn là vật liệu trung gian giữa chất dẫn
điện và chất cách điện. Chất bán dẫn hoạt động như một chất cách điện ở nhiệt độ thấp và có tính
dẫn điện ở nhiệt độ phòng". Với tính chất như vậy, silicon là một thành phần quan trọng trong
cấu tạo của pin năng lượng mặt trời.
Ánh sáng mặt trời bao gồm các hạt rất nhỏ gọi là photon được tỏa ra từ mặt trời. Khi va chạm
với các nguyên tử silicon của pin năng lượng mặt trời, những hạt photon truyền năng lượng của
21
SVTH: Nguyễn Quang Giới
BÁO CÁO ĐAMH1 – NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI GVHD: TS. MAI BÁ LỘC
chúng tới các electron rời rạc, kích thích làm cho electron đang liên kết với nguyên tử bị bật ra
khỏi nguyên tử, đồng thời ở nguyên tử xuất hiện chỗ trống vì thiếu electron.
Tuy nhiên giải phóng các electron chỉ mới là một nửa công việc của pin năng lượng mặt trời,
sau đó nó cần phải dồn các electron rải rác này vào một dòng điện. Điều này liên quan đến việc
tạo ra một sự mất cân bằng điện trong pin mặt trời, có tác dụng giống như xây một con dốc để
các electron chảy theo cùng một hướng.
Sự mất cân bằng này có thể được tạo ra bởi tổ chức bên trong của silicon. Nguyên tử silicon
được sắp xếp cùng nhau trong một cấu trúc ràng buộc chặt chẽ. Bằng cách ép một số lượng nhỏ
các nguyên tố khác vào cấu trúc này, sẽ có hai loại silicon khác nhau được tạo ra: loại n và loại
p. Chất bán dẫn loại n (bán dẫn âm - Negative) có tạp chất là các nguyên tố thuộc nhóm V, các
nguyên tử này dùng 4 electron tạo liên kết và một electron lớp ngoài liên kết lỏng lẻo với nhân,

đấy chính là các electron dẫn chính. Chất bán dẫn loại p (bán dẫn dương - Positive) có tạp chất là
các nguyên tố thuộc nhóm III, dẫn điện chủ yếu bằng các lỗ trống.
Khi hai loại bán dẫn này được đặt cạnh nhau trong một pin năng lượng mặt trời, electron dẫn
chính của loại n sẽ nhảy qua để lấp đầy những khoảng trống của loại p. Điều này có nghĩa là
silicon loại n tích điện dương và silicon loại p được tích điện âm, tạo ra một điện trường trên pin
mặt trời. Vì silicon là một chất bán dẫn nên có thể hoạt động như một chất cách điện và duy trì
sự mất cân bằng này.
Khi làm cho electron đang liên kết với nguyên tử bị bật ra khỏi nguyên tử silicon, photon
trong ánh sáng mặt trời đưa các electron này vào một trật tự nhất định, cung cấp dòng điện cho
máy tính, vệ tinh và tất cả các thiết bị ở giữa.
Tuy nhiên pin Mặt trời silic có một số hạn chế về kinh tế, kỹ thuật.
- Vật liệu xuất phát là silic tinh khiết nên rất đắt. Ban đầu là làm từ silic đơn tinh thể dùng trong
công nghệ vi điện tử, tuy chỉ là dùng đầu thừa đuôi thẹo nhưng giá vẫn là khá cao. Đã có những
cách dùng silic đa tinh thể, silic vô định hình tuy hiệu suất thấp hơn nhưng bù lại giá rẻ hơn.
Nhưng xét cho cùng thì vật liệu silic sử dụng phải là tinh khiết nên giá thành rẻ hơn không nhiều.
- Đối với silic, để đưa electron từ miền hoá trị lên miền dẫn phải tốn năng lượng cỡ 1,1 eV. Vậy
năng lượng của photon đến phải bằng hoặc cao hơn 1,1eV một chút là đủ để kích thích eletron
nhảy lên miền dẫn, từ đó tham gia tạo thành dòng điện của pin Mặt trời. Photon ứng với năng
lượng 1,1 eV có bước sóng cỡ 1 m tức là hồng ngoại. Vậy photon có các bước sóng lục, lam, tử
ngoại là có năng lượng quá thừa thãi để kích thích điện tử của Si nhảy lên miền dẫn. Do đó pin
Mặt trời Si sử dụng lãng phí năng lượng Mặt trời để biến ra điện.
Pin Mặt trời nhạy cảm chất màu DSC (Dye - sensitized solar cell)
- DSC là một loại pin Mặt trời mới, giá rẻ, dễ làm. Loại pin này do Michael Gratzel ở trường
Bách khoa Lausane (Thuỵ Sĩ) chế tạo lần đầu vào năm 1991 nên còn có tên là pin Gratzel. Cấu
22
SVTH: Nguyễn Quang Giới
BÁO CÁO ĐAMH1 – NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI GVHD: TS. MAI BÁ LỘC
tạo nguyên thuỷ của pin DSC gồm ba phần chính (hình 2). Trên cùng là một lớp mỏng chất dẫn
điện trong suốt, đóng vai trò anôt làm bằng oxyt thiếc pha tạp fluo (SnO2: F). Lớp này phủ lên
tấm thuỷ tinh trong suốt. Tiếp đó là một lớp có diện tích bề mặt rất lớn. Lớp dẫn điện SnO2: F và

lớp hạt bột oxyt titan TiO2 được nhúng vào hỗn hợp chất màu nhạy quang ruthenium
-polypyridin và dung môi. Sau khi nhúng, một lớp mỏng chất màu nhạy quang bám dính vào các
hạt TiO2 bằng liên kết cộng hoá trị. Tiếp đó mặt sau được tráng bằng một lớp mỏng chất điện ly
iôt và đậy kín bằng tấm điện cực kim loại, thường là platin. Toàn bộ được dán kín sao cho dung
dịch không bị rò chảy ra.
- Pin DSC hoạt động như sau: ánh sáng Mặt trời qua tấm kính, qua lớp điện cực trong suốt SnO2:F
chiếu vào chất màu nhạy quang dính trên bề mặt các hạt TiO2. Photon kích thích các phân tử
chất màu nhạy quang làm cho electron ở đó bị bứt ra nhảy vào miền dẫn của TiO2 rồi từ đó dễ
dàng chuyển động chạy về điện cực trong suốt ở phía trên. Khi bị mất electron để nhận thêm cho
phân tử không bị phân huỷ. Phân tử chất màu nhạy quang bèn lấy electron của iôt ở dung dịch
điện phân, biến anion iôt một I- thành anion iôt ba I3- . Các anion iôt này khi tiếp xúc với điện
cực kim loại sẽ lấy lại electron từ điện cực trong suốt qua mạch ngoài chạy về điện cực kim loại.
Như vậy đã thực hiện cơ chế photon kích thích làm cho electron nhảy lên, đến điện cực trong
suốt rồi qua mạch ngoài chạy về điện cực kim loại tạo ra dòng điện.
Vì nhiều lí do, hiệu suất của loại pin này chỉ vào cỡ 11% thấp hơn hiệu suất của pin
Mặt trời silic (12 - 15%). Tuy nhiên ưu điểm rõ rệt của loại pin này là:
- Vật liệu chế tạo rẻ, dễ kiếm. Đặc biệt TiO2 là chất bột trắng hay dùng để làm sơn trắng rất
phổ biến.
- Kỹ thuật chế tạo đơn giản, không phải cần máy móc cao cấp đắt tiền như ở trường hợp pin
Mặt trời silic. Thậm chí có thể làm pin mặt trời kiểu này theo cách thủ công.
23
SVTH: Nguyễn Quang Giới
BÁO CÁO ĐAMH1 – NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI GVHD: TS. MAI BÁ LỘC
- Dễ dàng cải tiến nhiều khâu kỹ thuật, nhất là ứng dụng công nghệ nano để làm bột TiO2 có
diện tích mặt ngoài cực lớn. Nhược điểm của loại pin này là có chứa chất lỏng phải có các biện
pháp chống rò rỉ khi dùng lâu. (Loại pin này tuổi thọ là 10 năm, bằng một nửa tuổi thọ của pin
Mặt trời silic).
Hiện nay đã có nhiều cải tiến đối với chất màu nhạy quang làm cho ánh sáng thuộc nhiều
bước sóng trong phổ ánh sáng Mặt trời đều dễ dàng bị hấp thụ để kích thích làm thoát điện tử tạo
ra dòng điện. Nhờ đó, khác với pin Mặt trời silic, loại pin Mặt trời mới này vẫn hoạt động tốt

khi nắng yếu, đặc biệt là hoạt động với ánh sáng trong nhà.
Pin mặt trời dạng keo nước (Lá nhân tạo)
Pin mặt trời dạng keo nước còn được gọi là Lá nhân tạo. Đây là loại Pin mặt trời có thể uốn
cong, có thành phần là keo nước chứa các phân tử nhạy sáng kết hợp với các điện cực phủ chất
liệu cacbon, ví dụ như ống nano cacbon hoặc than chì. Các phân tử nhạy sáng trở nên “kích
động” khi ánh sáng mặt trời chiếu vào và sản sinh ra điện năng; cơ chế này tương tự như cơ chế
kích thích tổng hợp đường để sinh trưởng của phân tử thực vật. Hiện tại, việc ứng dụng loại pin
này vẫn chưa được công bố do hiệu suất hoạt động của pin vẫn còn thấp.
2. Ứng dụng của pin mặt trời
a. Tích hợp vào thiết bị
Từ chiếc đồng hồ đeo tay nhỏ bé, chiếc điện thoại dắt trong túi quần cho đến những chiếc xe
điện mặt trời chạy trên mặt đất hay những chú robot trên sao Hỏa Sự tích hợp của Pin Mặt Trời
mang lại một sự khác biệt cho các thiết bị: Vừa thẩm mỹ, vừa tiện dụng và thân thiện với môi
trường.
24
SVTH: Nguyễn Quang Giới
BÁO CÁO ĐAMH1 – NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI GVHD: TS. MAI BÁ LỘC
25
SVTH: Nguyễn Quang Giới