Mô hình hóa và mô phỏng sự thay đổi công suất đầu ra của pin quang điện khi một số thông số môi trường thay đổi sử dụng matlab

LUNăVĔNăCAOăHC GVHD: PGS. TS. QUYN HUY ÁNH




HVTH: Nguyễn Thái Hoàng Long Trang x
MỤC LỤC

QUYTăĐNHăGIAOăĐ TÀI ii
XÁC NHN CA GINGăVIểNăHNG DN iii
LÝ LCH KHOA HC iv
LIăCAMăĐOAN vi
LI CM T vii
TÓM TT viii
MC LC x
DANH SÁCH CÁC HÌNH xiv
CHNGă1. TNG QUAN 1
CHNGă2. CăS LÝ THUYT LIÊN QUAN 6
CHNGă3.MÔ PHNGăPINăQUANGăĐIN 47
CHNGă 4.PHNGă PHÁPă TỊMă ĐIM CÔNG SUT CCă ĐIă ĐÁPă NG
CÁCăĐIU KINăTHAYăĐI 57
CHNGă5. KT LUNăVÀăHNG PHÁT TRIN CAăĐ TÀI 97
DANH SÁCH TÀI LIU THAM KHO 98

LUNăVĔNăCAOăHC GVHD: PGS. TS. QUYN HUY ÁNH




HVTH: Nguyễn Thái Hoàng Long Trang xi
DANH SÁCH CÁC HÌNH

Hình 1-1. Biuăđ các ngunănĕngălngăđin toàn cầuănĕmă2011ă 1
Hình 1-2. Bnăđ bc x mặt tri toàn cầu 2
Hình 2-1. Quang ph mặt tri và hiu sut chuynăhóaăquangăđin 7
Hình 2-2. Hiu ngăquangăđin 8
Hình 2-3. Hiu sut ca các loi vt liu tinh th dùng trong sn xut phin pin
quangăđin 11
Hình 2-4. Các dng vt liuăPinăquangăđin khác nhai 12
Hình 2-5. Các ng dng khác nhau caăpinăquangăđin 14
Hình 2-6. Mchăđinătngăđngăcaăpinăquangăđin 18
Hình 2-7.ăMôăhìnhăpinăquangăđinălỦătng 19
Hình 2-8.ăMôăđunăpinăquangăđin 20
Hình 2-9.ăĐặc tuyn I-V vi các bc x khác nhau 21
Hình 2-10.ăĐặc tuyn P-V vi các bc x khác nhau 22
Hình 2-11.ăCácăpinăđc nối song song 23
Hình 2-12.ăCácăpinăđc nối nối tip. 23
Hình 2-13.ăCácăpinăđc nối hn hp 24
Hình 2-14. Mô hình mô phng Simulink mngăpinăquangăđin(PV Array) 24
Hình 2-15.ăMôăđunăpinăquangăđin khi b bóng che mt phần 26
Hình 2-16.ăĐặc tuyn P-Vătngăng vi bc x 0,25-0,5-0,75-1 kW/m2 ca hai
dãy pin trong mng pin gm 2 dãy pin song song, mi dãy có 6 pin ghép nối tip
(100W/1pin),ătrongăđóăcóă1ădƣyăpinăb bóng che 27
Hình 2-17.ăĐặc tuyn P-V tng ca hai dãy pin trong Hình 2-16 27
Hình 2-18. Mngpinăquangăđin trong thc t 28
Hình 2-19.ăSăđ mchătĕngăápă 29
Hình 2-20. MchăđinăkhiăSăđóngă 30
Hình 2-21. Mchăđin khi S m 31
Hình 2-22. DngăsóngăđinăápăvƠădòngăđinătrênăLăkhiăSăđóngăvƠăm 32
LUNăVĔNăCAOăHC GVHD: PGS. TS. QUYN HUY ÁNH

HVTH: Nguyễn Thái Hoàng Long Trang xii
Hình 2-23. Cu hình mch buck 33
Hình 2-24.ăĐặc tuyn I-V, P-V caăpinăquangăđin viăđim công sut ccăđi 36
Hình 2-25.ăCácăđimăMPPădiăcácăđiu kinămôiătrngăthayăđi 37
Hình 2-26.ăSăđ khối ca h thống MPPT tiêu biu 37
Hình 2-27. B DC/DC giúp hút công sut ccăđi từ pinăquangăđin 39
Hình 2-28. Gii thut MPPT daătrênăcácăđin áp hằng số 41
Hình 2-29.ăĐặc tính caăpinăquangăđin 42
Hình 2-30.ă Đ th PVkhi bc x thayă đi và s làm vică tìmă đim ccă đi ca
phngăphápăP&Oă 43
Hình 2-31. Gii thut P&O 44
Hình 2-32.ăĐ dốc (dP/dV) ca PV 45
Hình 2-33. Gii thut INC 46
Hình 3-1.ăMôăhìnhăpinăquangđinăđc xây dng trong Matlab/Simulink 48
Hình 3-2.ăMôăhìnhăpinăquangăđin thu gn 49
Hình 3-3. Bng thông số đầu vào caăpinăquangăđin có 36 cell nối tip 51
Hình 3-4.ăĐặc tuyn I-V, P-V vi các bc x khác nhau (Nhităđ pin 250C) 52
Hình 3-5.ăĐặc tuyn I-V, P-V vi nhităđ vn hành khác nhau (bc x 1kW/m2) 52
Hình 3-6. Mô hình mô phng mngăquangăđin gm 8 module 53
Hình 3-7. Kt qu mô phngăđặc tuynI-VăvƠăđặc tuynP-V ca mngăquangăđin
gm 8pin 54
Hình 3-8.ăĐặc tuyn I-VăvƠăđặc tuyn P-V vi các bc x khác nhau 54
Hình 3-9.ăĐng cong P-V tiăđiu kin G=1000 W/m² 55
Hình 4-1. Cu hình b chuynăđiănĕngălng cho 1 tm pin 58
Hình 4-2. Cu hình b chuynăđiănĕngălng cho toàn mngpinăquangăđin 59
Hình 4-3.ăLuăđ gii thut MPPT cho khi b nhăhng ca bóng che 60
Hình 4-4.ăLuăđ gii thut MPPT cho cu hình b chuynăđiănĕngălngăđcăđ

xut 61
Hình 4-5. Cu hình ca mng pinăquangăđin 63
Hình 4-6. Mch boost trong Matlab và Simulink 63
LUNăVĔNăCAOăHC GVHD: PGS. TS. QUYN HUY ÁNH




HVTH: Nguyễn Thái Hoàng Long Trang xiii
Hình 4-7. DngăsóngăđinăápăvƠădòngăđin trên cun dây L 64
Hình 4-8. Cu hình mng pin NLMT sử dng 1 b DC/DC chung 67
Hình 4-9. Cu hình bên trong khối MPPT 68
Hình 4-10. Cu hình mng pin NLMT sử dng mt b DC/DC riêng cho từng pin 71
Hình 4-11. Cu hình bên trong khối PV 72
Hình 4-12.ăSăđ bên trong khối Subsystem 72
Hình 4-13. Thông số ca cu hình ca mô phng 74
Hình 4-14. Thông số ca bc x tĕngătừ 0,5 lên 1kW/m2 75
Hình 4-15. Thông số ca tm pin b bóng che 67% (ch có 12 pin hotăđng) 75
Hình 4-16. Bc x mặt triăthayăđi từ 0.5 lên 1 kW/m2 76
Hình 4-17.ăĐápăng ca b MPP trong cu hình 1 b chuynăđiănĕngălng chung 76
Hình 4-18. (a) Công sut,ă(b)ăđin áp pin, khi sử dng 1 b DC/DC cho toàn mng
pin 78
Hình 4-19. (a) Công sut,ă(b)ăđin áp ti, khi sử dng cu hình 1 b DC/DC cho 1
pin 80
Hình 4-20. Công sutăthuăđc từ 2 cu hình khác nhau 81
Hình 4-21. Bc x mặt triătácăđng lên mng pin 82
Hình 4-22. Thông số ca cu hình ca mô phng 83
Hình 4-23. Thông số ca bc x tĕngătừ 0,25 lên 0,5 kW/m2 84
Hình 4-24. Thông số ca tm pin khi không b bóng che 84
Hình 4-25. (a) Công sut,ă(b)ăđin áp pin, khi sử dng Cu hình 1 - trongătrng

hp các pin b che bc x ch gimăđiă½ălầnăsăvi các tm không b che 86
Hình 4-26. (a) Công sut,ă(b)ăđin áp ti, khi sử dng cuăhìnhă2.ăTrongătrng hp
các pin b che bc x ch gimăđiă½ălầnăsăvi các tm không b che 87
Hình 4-27. Công sutăthuăđc từ 2 cuăhìnhăkhácănhau.ăTrongătrng hp các pin
b che bc x ch gimăđiă½ălầnăsăvi các tm không b che 88
Hình 4-28. Công sutăthuăđc ca hai cu hình 89
Hình 4-29. Thông số ca cu hình ca mô phng 90
Hình 4-30. Thông số ca nhităđ tĕngătừ 25 lên 30oC 91
LUNăVĔNăCAOăHC GVHD: PGS. TS. QUYN HUY ÁNH




HVTH: Nguyễn Thái Hoàng Long Trang xiv
Hình 4-31. Nhităđ làm vic ca mt nhánh b thayăđi 91
Hình 4-32.ăĐápăng ca b MPP trong cu hình 1 b chuynăđiănĕngălng chung92
Hình 4-33. Công sutăthuăđc từ 2 cu hình khác nhau 92
Hình 4-34. Bc x mặt triătácăđng lên mng pin 94
Hình 4-35. Công sutăthuăđc từ 2 cuăhìnhăkhácănhauătrongătrng hp nhităđ
làm vic ca 2 nhánh pin khác nhau 95
Hình 4-36. Công sutăthuăđc ca hai cu hình 96

LUNăVĔNăCAOăHC GVHD: PGS. TS. QUYN HUY ÁNH


HVTH: Nguyễn Thái Hoàng Long Trang 1

CHNG 1
TNG QUAN
1.1 Tng quan chung v lĩnh vc nghiên cu

Đ tài nghiên cu v mô phngăđặcătínhăpinăquangăđin và vic sử dng pin
quangăđin hiu qu. Pinăquangăđin là mt thit b chuynăđi t nĕngălợng mặt
triăsangăđinănĕng.ăHinănay,ăđinănĕngătrênăth giiăđợc ly t nhiu ngun khác
nhau:ănĕngălợng hóa thch chim 68%,ănĕngălợng ht nhân chim 12%, thyăđin
chim 15%ăvƠănĕngălợng gióchim 2% và các ngunănĕngălợng khác (gmănĕngă
lợng mặt tri) chim 2%. Tuyănhiên,ăđngătrc bối cnh v ô nhimămôiătrng
và binăđi khí hu ngƠyăcƠngăgiaătĕng, các ngun đin đợc ly t mặt triăđangă
đợc chú trngăvƠăuătiênăphátătrin trên th gii vi tốcăđ trungăbìnhălƠă25%/nĕm,
biăvìătínhăuăvic v hn ch nhăhng tiêu ccăđnămôiătrng, luôn có sẵn và là
ngunănĕngălợng vô tn. Doăđó,ăđin mặt triăđợc gi là mt trong các ngun
nĕngălợng caătngălai.

Hình 1-1. BiuăđăcácăngunănĕngălợngăđinătoƠnăcầuănĕmă2011
LUNăVĔNăCAOăHC GVHD: PGS. TS. QUYN HUY ÁNH


HVTH: Nguyễn Thái Hoàng Long Trang 2

Bên cnhăđó, vic chuynăđiănĕngălợng mặt tri vn còn gặp nhiu rào cn,
vnăđ ch yu là giá thành đin cao (t 25 eurocent/kWhăđn 50 eurocent/kWh) do
vốnăđầuătăbanăđầu cao và hiu sut chuynăđi thp (chỉ t 5%ăđn 15%).ăDoăđó,ă
cácăhng nghiên cu trên th gii hin nay, tp trung vào vic gim giá thành đin
mặt tri thông qua gim giá thành sn xutăpinăquangăđin và nâng cao hiu sut sử
dng ca pin. Đ thc hină điu này, các nhà khoa hc tp trung vào phngă
pháptìm các ngun vt liu mi,ăphngăphápăphátăđin mi song song viăphngă
phápăđiu khinădòătìmăđim công sut ccăđi (Maximum Power Point Tracking ậ
MPPT) đ pinăquangăđin có th hotăđng  ch đ tốiăuănht v công sut có th.
Vit Nam có mt lợi th ln v vic sử dngănĕngălợng mặt tri,ăđóălƠăv trí
đa lý nằm gầnăđngăxíchăđo,ăcóănĕngălợng bc x mặt triătrungăbìnhăđt t
4kWh/m

2
/ngày ậ 5kWh/m
2
/ngày.

Hình 1-2. BnăđăbcăxămặtătriătoƠnăcầu
Trên th giiăcũngănhăti VităNam,ăđnănayăđƣăcóănhiu nghiên cu v pin
quangăđin,ănh:ăNơngăcaoăvƠănăđnhăhóaăđin áp caăPinăquangăđin,ăCácăphngă
phápătìmăđim công sut ccăđi caăPinăquangăđin, Các ngun vt liu miăđ ch
to t bƠoăquangăđin, Ci thin chtălợng ngunăđin t Pinăquangăđin. Riêng ti
trngăĐi hcăSăphm Kỹ thut Tp.HCM đƣăcóăcácăđ tài nghiên cu sau::
LUNăVĔNăCAOăHC GVHD: PGS. TS. QUYN HUY ÁNH


HVTH: Nguyễn Thái Hoàng Long Trang 3

- Tối ưu hóa công suất hệ thống Pin mặt trời: Luận văn thạc sĩ/ Lê Ngọc
Phương Bình, 2013.
- Tối ưu công suất hệ thống pin mặt trời: Luận văn thạc sĩ/ Phan Thanh
Nhi, 2012.
- Giải thuật mới dò tìm điểm công suất cực đại của pin mặt trời: Luận văn
thạc sĩ/ Nguyễn Đoàn Quốc Anh, 2011.
- Khảo sát các thuật toán dò tìm điểm công suất cực đại (MPPT) trong hệ
thống pin mặt trời: Luận văn thạc sĩ/ Ngô Xuân Mạnh, 2011.
- Nghiên cứu điều khiển hệ thống kết nối pin mặt trời với lưới bằng biến
tần lai: Luận văn thạc sĩ/ Lưu Kim Tuấn, 2011.
- Dò tìm điểm làm việc cực đại trong hệ thống pin quang điện bằng
phương pháp logic mờ: Luận văn thạc sĩ/ Trần Văn Lưu, 2012.
- Xây dựng giải thuật bộ dò điểm cực đại của Pin quang điện: Luận văn
Thạc sĩ/ Nguyễn Thanh Thuận, 2012.

1.2 Lý do chn đ tài
Tác gi nhn thyăcácăđ tài gầnăđơy ch yuăđ cpăđnăcácăphngăphápătối
uă trongă vică dòă tìmă đim làm vic có công sut ccă điă trongă điu kin bình
thng. Tuy nhiên, khi pin mặt tri hotăđng trc tipădi ánh sáng mặt tri s
gặp nhiu yu tố tácăđngăkhácănhămơy,ăgió…ăt đóădnăđn đn bc x cũngănhă
nhităđ tácăđngălênăcácăpinăkhôngăđngăđu nhau, gây ra nhăhng v đặc tính
hotăđng ca pin.
Lý do ca tác gi khi chnăđ tài này là nhằm mô phng s thayăđi caăđặc
tuyn pin khi các thông số caămôiătrngăthayăđi (c th là bc x và nhităđ),
quaăđóăxácăđnhăphngăphápătìmăđim công sut ccăđi phù hợp.
1.3 Mc đích ca đ tài
LUNăVĔNăCAOăHC GVHD: PGS. TS. QUYN HUY ÁNH


HVTH: Nguyễn Thái Hoàng Long Trang 4

Thc t,ăpinăquangăđin hotăđng luôn gặp phi nhngăđiu kin khác nhau,
thayăđi theo thi gian trong ngày hoặcătrongănĕm.ăChínhănhngăthayăđiăđó s dn
đn s thayăđiătrongăđặc tính caăpinăquangăđin, t đóălƠmăthayăđiăđim làm vic
caăpină quangăđin (không còn  đim công sut ccă đi na).ăĐiu này s làm
gim hiu sut ca pin.
Đ tài nghiên cu này nhằm giúp xác định tốt đim làm vic cc đi ca
pin quang đin khi pin quang đin hot đng trong thc t có các thông số từ
môi trng thay đi,ăđm boăpinăquangăđin luôn hotăđng trong trng thái tối
uănht v mặt công sut.
Trong phm vi lunăvĕnănƠy,ătácăgi tp trung mô phng s thayăđi v bc
x mặt tri và nhităđ hotăđng ca pin. Nhng mô phng này, nhằm chng minh
phngăánălắpăđặt tng b DC-DC cho pin s mang li công sut làm vic ca pin
caoăhn.
1.4 Nhim v và gii hn đ tài

- Mô hình hóa và mô phngăpinăquangăđin, phân tích đặc tuyn I-V, P-V.
- Mô phngăpină quangăđin trong nhngăđiu kină môiătrng khác nhau,
phân tích s ph thucă cácă đặc tính ca pină quangă đin diă cácă điu kin môi
trng.
- Trình bày phngăánătốiău dòătìmăđim làm vic ccăđi ca pin quang
đin.
1.5 Phng pháp nghiên cu
- Thu thp tài liuăliênăquanăđnăđ tài nghiên cuăđ tíchălũyăcăs lý thuyt.
- Sử dng phần mmăMatlab/Simulinkăđ mô hình hóa pinăquangăđin da
trênăcăs lý thuyt.
LUNăVĔNăCAOăHC GVHD: PGS. TS. QUYN HUY ÁNH


HVTH: Nguyễn Thái Hoàng Long Trang 5

- Thc hin mô phng, nhn xét kt qu mô phngăvƠăđaăraănhngăđ xut
da trên kt qu mô phng.
1.6 Ni dung lun văn
CHNGă1:ăTNG QUAN
CHNGă2:ăCăS LÝ THUYT LIÊN QUAN
CHNGă3:ăMỌăPHNGăPINăQUANGăĐIN
CHNGă4:ăNHăHNG T CÁCăĐIU KINăMỌIăTRNG
CHNGă5:ăTÌMăĐIM CÔNG SUT CCăĐI
CHNGă6: KT LUN VÀ HNG PHÁT TRIN CAăĐ TÀI
LUNăVĔNăCAOăHC GVHD: PGS. TS. QUYN HUY ÁNH


HVTH: Nguyễn Thái Hoàng Long Trang 6

CHNG 2

C S LÝ THUYT LIÊN QUAN
2.1 Chuyn Quang năng thƠnh đin năng
Các tm pin Mặt Tri chuynăđi trc tipăánhăsángăthƠnhăđină nĕng,ănhă
thngăđợc thy trong các máy tính cầmătayăhayăđng h đeoătay.ăChúngăđợc làm
t các vt liu bán dnătngăt nhătrongăcácăconăb đin tử trong máy tính. Mt
khi ánh sáng Mặt Triăđợc hp th bi các vt liuănƠy,ănĕngălợng Mặt Tri s
đánhăbt các htăđinătíchă(electron)ănĕngălợng thp trong nguyên tử ca vt liu
bán dn, cho phép các htătíchăđin này di chuyn trong vt liu và toăthƠnhăđin.
Quá trình chuynăđiăphotonăthƠnhăđin này này gi là hiu ngăquangăđin. Cho dù
đợc phát hin t hnă200ănĕmătrc, kỹ thutăquangăđin chỉ phát trin rng rãi
trong ng dng dân s k t cuc khng hong dầu m vƠoănĕmă1973.
Các pin Mặt Triăthôngăthngăđợc lắp thành mt module khong 40 phin
pin, và 10 module s đợc lắp gp li thành chuỗiăQuangăđin có th dài vài mét.
Các chuỗi Pin Mặt Tri dng phẳngănƠyăđợc lắp  mt góc cố đnhăhng v phía
Nam, hoặcăđợc lắp trên mt h thống hiu chỉnhă hng nắngă đ luôn bắtăđợc
nắng theo s thayăđiăquĩăđo ca nắng Mặt Tri. Qui mô h thốngăquangăđin có
th t mc 10-20 chuỗiăquangăđin cho các ng dng dân s,ăchoăđn h thống ln
bao gmăhƠngătrĕmăchuỗiăquangăđin kt nối viănhauăđ cung cpăchoăcácăcăs
sn xutăđin hay trong các ng dng công nghip
Mt số dng pin Mặt Triăđợc thit k đ vnăhƠnhătrongăđiu kin ánh
sáng Mặt Tri hi t. Các Pin Mặt TriănƠyăđợc lắpăđặt thành các collector tp
trung ánh sáng Mặt Tri sử dngăcácălĕngăkínhăhi t ánhăsáng.ăPhngăphápănƠyăcóă
mặt thut lợi và bt lợi so vi mng Pin Mặt Tri dng phẳng (flat-plate PV). Thun
lợi  đim là sử dng rt ít các vt liu Pin Mặt Tri bán dnăđắt tinătrongăkhiăđóă
hp tốiăđaăánhăsángăMặt Tri. Mặt bt lợiălƠăcácălĕngăkínhăhi t phiăđợcăhng
thẳngăđn Mặt Tri,ădoăđóăvic sử dng các h hp thu tp trung chỉ khai trin 
LUNăVĔNăCAOăHC GVHD: PGS. TS. QUYN HUY ÁNH


HVTH: Nguyễn Thái Hoàng Long Trang 7

nhng khu vc có nắng nhiu nht,ă đaăsố đòiăhi vic sử dng các thit b hiu
chỉnhăhng nằng tối tân, kỹ thut cao.
Hiu qu ca Pin Mặt Tri ph thuc trc tip vào hiu sut chuynăđi ánh
sáng thànhăđinănĕngăca phin pin MặT TRI. Chỉ có ánh sáng Mặt Tri vi mc
nĕngălợng nhtăđnh mi có th chuynăđi mt cách hiu qu thƠnhăđinănĕng,ă
chaăk đn mt phần lnălợng ánh sáng b phn chiu li hoặc hp thu bi vt liu
cu thành phin pin. Do đó,ăhiu sut tiêu biu cho các loi pin Mặt Triăthngă
mi hin nay vnătngăđi thp, khongă15%ă(tngăđngăvi 1/6 bc x Mặt
Tri chiuăđnăpinăđợc chuynăthƠnhăđin)[v]. Hiu sut thp dnăđn vicăđòiăhi
tĕngădin tích lắpăđặtăđ đtăđợc công sutăđaăra,ătcălƠătĕngăgiáăthƠnhăsn xuầt.
Doăđó,ămcătiêuăhƠnhăđầu hin nay ca ngành công nghipăĐMTălƠătĕngăhiu qu
Pin và gimăgiáăthƠnhătrênăđnăv phin pin.

Hình 2-1. QuangăphămặtătriăvƠăhiuăsutăchuynăhóaăquangăđin
2.1.1. Nguyên lý
2.1.1.a. T bào pin quang đin (Photovoltaic Cell)
LUNăVĔNăCAOăHC GVHD: PGS. TS. QUYN HUY ÁNH


HVTH: Nguyễn Thái Hoàng Long Trang 8

Phinăpinăquangăđin là kỳ công ca vt lý tinh th và bán dn.ăNóăđợc cu
to t các lp phẳng và mng ca các vt liuăđặc bit gi là bán dn xp chng lên
nhau, Hình 2-2.

Hình 2-2. Hiuăngăquangăđin
Có 3 lp vt liu chính: lp trên cùng gi là silicon loi n (n: negative, âm),
vt liu này có kh nĕngă“phóngăthích”ăcácăhtătíchăđin âm gi là electron mt khi
đợcăđaăraăngoƠiăánhăsángămặt tri. Lpădi cùng gi là lpăp,ătíchăđinădngă

khi tip xúc vi bc x Mặt Triă(p:ăpositive,ădng).ăLp vt liu  gia gi là lp
chèn (junction), lpănƠyăcóăvaiătròănhămt lp phân cách (insulator) gia lp n và
lpăp.ăCácăeletronăđợc phóng thích t lp n s di chuynătheoăđng ít b cn tr
nht, tc là di chuyn t lpănătíchăđin âm  bên trên v lpăpătíchăđinădngă
bênădi.ăNhăvy, nuăvùngăpăvƠăvùngănăđợc nối bi mt mchăđin to bi các
dây dn mng, dòng electron s di chuyn trong mchăđin này, toăraădòngăđin
mt chiu có th đợc sử dng trc tip hoặcăđợcă“d tr”ăđ dùngăsau.ăCngăđ
LUNăVĔNăCAOăHC GVHD: PGS. TS. QUYN HUY ÁNH


HVTH: Nguyễn Thái Hoàng Long Trang 9

dòngăđin sinh ra ph thuc vào số lợngăvƠăphngăthc nối các t bào Mặt Tri
trong pin Mặt Tri.
Vt liu bán dnăcăbnăvƠăđợc sử dng rng rãi nht trong t bào quang
đinălƠăsiliconăđnătinhăth. Các t bƠoăsiliconăđnătinhăth cũngăcóăhiu sut cao
hnăc,ăthôngăthng có th chuynăđiăđnă23%ănĕngălợng Mặt Tri thu nhn
đợcăthƠnhăđin. Các t bƠoănƠyăcũngărt bn và có tui th sử dng cao. Vnăđ
ch yu là giá thành sn xut. To nên silicon tinh th ln và cắt chúng thanh nhng
ming nh và mng (0,1-0,3 mm) là rt tốn thi gian và chi phí cao. Do lý do này,
đ gim giá thành sn xut,ăngi ta phát trin nghiên cu các vt liu thay th cho
t bƠoăsiliconăđnătinhăth, ví d nhăt bào siliconăđaătinhăth,ăcácăpinăquangăđin
công ngh “mƠngămng”,ăvƠăcácăt hợp tp trung.
2.1.1.b. H thống Pin Quang Đin (Photovoltaic System)
Căch quangăđin cho thyăcngăđ dòngăquangăđin tỷ l thun viăcng
đ ánh sáng Mặt Tri.ăDòngăđin sinh ra truyn qua chuỗi các t bƠoăquangăđin,
hay còn giălƠămoduleăquangăđin, có th cung cpăđin  bt c qui mô nào, t vài
miliwattă(MW)ănhătrongămáyătínhăb túiăchoăđnăvƠiăMWănhăquiămôăcácănhƠămáyă
đin.ăDòngăquangăđin mt chiu có th đợc np vào bình acquiăđ d tr cho các
sinh hot v bană đêmă hoặc vào nhng ngày không có nắng. Mt b điu khin

thngăđợc cài gia module và bình ắcăquiănhămt dng ốnăáp,ăgiúpătránhătrng
hợp ắc qui b sc quá ti. Toàn b các thit b này liên kt li thành h thống Quang
Đin sn xutăđin mt chiuăcóăđin th doăđng t 12ăđnă24ăvolt.ăĐin mt chiu
có th đợc chuynăđiăthƠnhăđin xoay chiu thông qua b binăđin. B binăđin
DC/AC ngày nay có công sut t 100-20,000 W và hiu sutăđt ti 90%.
Các module có th đợc lắp nối vi nhau mt cách d dàng to thành chuỗi
module có công sutăđápăng vi nhu cầuăđinăđặt ra. Mtăkhiăđợc lắpăđặt, thì chi
phí bo trì cho module gầnănhăkhôngăđángăk.
Module và các chuỗiăquangăđinăthngăđợcăđánhăgiáăda vào công sut tối
đaăca chúng  điu kin thử nghim tiêu chuẩn (Standard Test Conditions, vit tắt
LUNăVĔNăCAOăHC GVHD: PGS. TS. QUYN HUY ÁNH


HVTH: Nguyễn Thái Hoàng Long Trang 10

lƠăSTC).ăSTCăđợcăquiăđnh là module vn hành  nhităđ 250C vi tngălợng
bc x chiuălênămoduleălƠă1000ăW/m2ăvƠădi phân bố ph ca khối khí 1,5 (Air
Mass 1,5, góc nắng chiuănghiêngă370).ăDoăcácăđiu kin thử nghim trong phòng
thí nghimălƠătngăđốiălỦătng so viăđiu kin thc t ca các khu vc lắpăđặt
ĐMT,ăcácă moduleăchỉ đặt hiu sut cỡ 85-90% hiu sut thử nghim  điu kin
chuẩn (STC). Các module quangăđin ngày này rt an toàn, bnăvƠăđángătinăcy, vi
tui th sử dngădaoăđng t 20-30ănĕm.
2.1.1.c. Hiu sut ca Pin Mặt Tri
Hiu sut tốiăđaăca phần ln pin MT hin nay trên th trng là 15%, tc
là chỉ có 15% ánh nắng Mặt Triăđợc Pin Mặt Tri chuynăthƠnhăđin. Mặc dù trên
lý thuyt, hiu sut tốiăđaăca pin Mặt Tri có th đtăđn 32,3% (tc là có giá tr
kinh t rt ln), trên thc t hiu sut thpăhnăhnămt nửa giá tr lý thuyt, và con
số 15%ăkhôngăđợc các ngành công nghipănĕngălợng xem là mang li lợi ích kinh
t Các tin b kỹ thut gầnăđơyăchoăphépăto ra trong phòng thí nghim các t bào
quangăđinăđt hiu sut ti 28,2%. Các pin Mặt Tri dng này vn còn phi qua

các thử nghimătrongăđiu kin thc t. Nu thử nghim thành công trong các môi
trng thử nghim khắc nghit trong t nhiên, các pin Mặt Tri dng này s đợc
xem là mang li lợi ích kinh t c th vƠădoăđóăvic phát trinăđin Mặt Tri qui mô
ln là có tính kh thi v mặt kinh t.
LUNăVĔNăCAOăHC GVHD: PGS. TS. QUYN HUY ÁNH


HVTH: Nguyễn Thái Hoàng Long Trang 11


Hình 2-3. Hiuăsutăcaăcácăloiăvtăliuătinh thădùngătrongăsnăxutăphinăpină
quangăđin
2.1.2. Các ng dng ca Quang Đin
Ngày nay, ng dng caă ĐMTărtă đaădng.  qui mô nh,ă ĐMTăđợc sử
dngăđ cung cpă đin cho vic thắp sáng nhà cửa, t lnh và các ng dng gia
dngăvƠăkinhădoanh.ăĐMTăđặc bit có giá tr  vùng sâu vùng xa, khi vic kt nối
viăliăđin là rt tốn kém hoặc không kh thi.  qui mô lnăhn,ăcácănhƠămáyă
ĐMTăđợc sử dngăđ cung cpăđin b sung vào h thốngăliăđin trung tâm.
Các ng dng v vin thông caăĐMTăcũngărtăđaădng. Pin Mặt Triăđợc
dùng trong thu phát vi sóng, các h thốngăđƠiăvôătuyn cầm tay, các h thốngăđiu
khin t xa, truyn thông vô tuyn,ăđin thoi, các hpăđin thoi khẩn cp trên xa
l Nhiu ng dng trong thit b đin tử gia dngănhămáyătínhăcầm tay, máy vi
tính,ăđng h đoătay,ămáyăthuăhình ă
LUNăVĔNăCAOăHC GVHD: PGS. TS. QUYN HUY ÁNH


HVTH: Nguyễn Thái Hoàng Long Trang 12

Các h thống chiu sáng t xaăcũngăsử dng rt rngărƣiăĐMT,ăph bin nht
là các bng qung cáo, bng tín hiu giao thông, các trmăđỗ xeă ăCácăcăs công

nghip, quân s, giao thông vn ti và các ngành công nghip dầuăkhíăcũngăsử dng
các h thốngăĐMTăđ vn hành các tín hiu cnhăbáo,ăcácăđènăhiu ct mốc dn
đng, các tín hiu khẩn cp, các bngăđiu khin giao thông, các tín hiu xe lửa
v.v.

Hình 2-4. CácădngăvtăliuăPinăquangăđinăkhácănhai
Mt trong nhng ng dng rng rãi nht ngày nay caăĐMTălƠăcungăcpăđin
cho các trm theo dõi d báoăđặt  vùng sâu vùng xa. Hầu ht trong số hnă20ăngƠnă
LUNăVĔNăCAOăHC GVHD: PGS. TS. QUYN HUY ÁNH


HVTH: Nguyễn Thái Hoàng Long Trang 13

h thốngăĐMTăphc v công tác d báo sử dng ngày nay trên khắp th gii có
công sut nh hnă200ăWăvƠădùngăđ theo dõi thi tit, nhităđ vƠăluălợngănc,
giámăsátălợng cht thi công nghip và rò rỉ đng ống v.v.
Pin Mặt Tri còn có th cung cpăđin cho h thốngăbmănc phc v ti
tiêu,ănc sinh hot hoặcănc sử dng trong các nhà máy công nghip.
2.1.3. Các dng h thống Quang Đin
2.1.3.a. H thống hòa mng
Có hai dng h thốngăquangăđin kt mng: trc tip và tr ắc qui. Module
quangăđin và b chuyn AC/DC là 2 thành phần thit yu trong c 2 dng h thống
hòa mng.ăModuleăquangăđin có vai trò chuynăđi ánh sáng Mặt Tri thành dòng
đin mt chiu, và b chuyn AC/DC chuynădòngăđin mt chiuănƠyăthƠnhăđin 2
chiu.
H thốngăquangăđin nối mng trc tipătngăđốiăđnăginăhnăvƠăhiu qu
hnătrongăvƠiătrng hợp. H thống này chuynăđi tc thiădòngăđin mt chiu
thƠnhăđin xoay chiu và kt nối vàoăđng h đin trung tâm. Tiăđơy,ăquangăđin
chia ti vi h thốngăđinăliăvƠăquayăngợcăđng h đin bt c khi nào có thặng
dăđin[vii].ăĐơyălƠădng thit k giá thành thp/tit kim. H thống này không có

bin pháp d phòng vì nó không sử dng bt c thit b tr đin nào. Nu ngun
đin trung tâm b cắt, thì s xy ra hinătợngăcúpăđin  đầu ti.
H thốngăquangăđin sử dng bình tr đin ắc qui thì khắc phcăđợcătrng
hợp mtă đin khi ngună đin trung tâm b cắt. H thống bao gm mt b ắc
qui[viii]và các thit b điu khinăđin tử phc tp. Mt khi ngunăđin trung tâm b
cắt vào ban tối,ă đin d tr t ắc qui s đợc sử dng thay th choăđn khi cn
ngun d tr. Nu ngunăđin b cắt vào ban ngày, h thốngăpinăquangăđin s liên
tc np ắc qui, t đóăkéoădƠiăkh nĕngăd tr đin cho ban tối.
2.1.3.b. H thống đn lẻ (cc b - stand alone)
LUNăVĔNăCAOăHC GVHD: PGS. TS. QUYN HUY ÁNH


HVTH: Nguyễn Thái Hoàng Long Trang 14

Các h thốngăquangăđin cc b đợc thit k đ vn hành mtăcáchăđc lp
đi vi mngăđinăli. Qui mô và thit k ca h thống dng này phù hợp cho các
ti đin mt chiu và/hoặcăđin xoay chiu công sut nh. H thống cc b có th
chỉ hotăđng da vào duy nht các mngămoduleăquangăđin, hoặc có th kt hợp
vi các ngunăkhácăkhácănhăđinăgió,ămáyăphátădieselă ănhăngun phát th cp
(còn gi là h quangăđin liên kt ậ hybrid system, Hình 2-5.

Hình 2-5. Các ngădngăkhácănhauăcaăpinăquangăđin
Đối vi hầu ht các h thốngăđin Mặt Tri gia dng thì bình ắcăquiăđợc sử
dngăđ tr đin Mặt Tri cho vic sử dng vào bui ti và vào các ngày không
nắng hoặc nắng yu. Vào nhng ngày nắng tốt, bình ắc qui s đợc scăđầy nh
dòng DC t moduleăquangăđin, và tiăđin s sử dngăđin sặc t bình ắc qui.
2.2 Quang năng
2.1.1 Quang ph
Khái nimă“Vt th đen”ă(Blackbody): là mt khái nim lý thuyt so sánh,
dùngăđ mô t đ bc x ca mtăđốiătợng. Nĕngălợng bc x ca mt vt th là

hàm số ph thuc vào nhităđ.
LUNăVĔNăCAOăHC GVHD: PGS. TS. QUYN HUY ÁNH


HVTH: Nguyễn Thái Hoàng Long Trang 15

Phngătrìnhăbc x ca vt th đenăđợc cho biăđnh lut Planck:


=
3.74 × 10
8

5

14400

1
(2-1)
trongăđó:
E
λ
: công sut bc x trên mtăđnăv din tích (ca vt th đen)ătrongăđon
viăphơnăbc sóng (Wm
-2
( µm)
-1
).
T : nhităđ tuytăđối ca vt th đenă(K).ă
λă:ăbc sóng (µm).

Tng côngsut bc x ca mt vtth đen(trêntoƠnă b mặt)ă đợc cho bi
đnhlut Stefan-Boltzmann:
E = AσT
4
(2.2)
trongăđó:
E: công sut bc x tng (W)
σ:ăhằng số Stefan-Boltzmann = 5.67e
-8
Wm
-2
K
-4
.
T : nhităđ tuytăđối (K).
A : din tích b mặt ca vt th đenă(m
2
).
Đng cong ph bc x có giá tr ccăđi  bcăsóngăđợcăxácăđnh bi
công thc:





=
2898
()
(2-3)
Din tích caăđ th trên  gia 2 giá tr bc sóng bt kỳ chính là công sut

bc x ca vt th trong khongăbcăsóngăđó.ăNulytíchăphơnăđthtrênt 0ăđn
vô cùng chínhlàtng công sut bc x ca vt th.
LUNăVĔNăCAOăHC GVHD: PGS. TS. QUYN HUY ÁNH


HVTH: Nguyễn Thái Hoàng Long Trang 16

Tronglòng mặttri có nhităđ khong 15triuă Kelvin,ănhngăbc x t b
mặt ca mặt triătngăđng vi vt th đenăcóănhităđ 5800 K.
Công sut bc x ca vt th đenă5800ăKă(toƠnăb din tích caăđng cong)
là 1,37 kW/m2, bằng vi công sut bc x tng ca mặt tri  ngoài khí quyn trái
đt. Công sut bc x tng ca mặt triăđợc phân tỷ l nhăsau:ănhngăbc sóng
di tia cc tím (UltraViolet-UV) chim 7%, trong vùng kh kin chim 47%, t
vùng hng ngoi (Infrared-IR) tr lên chimă46%ă(bc sóng trong vùng kh kin
có tầm t 0.38µmăđn 0.78 µm).
Khi bc x mặttriăđiăvƠoăkhíăquynăcúatráiăđts b hpthu bi nhiuthành
phần.Doăđó,ăđng cong ph bc xca mặttri nhnăđợctrên mặtăđt b méo dng
nhiuso vi ngoài không gian. Ph bc x nhnăđợc trên mặtăđt còn ph thuc
vào góc chiu ca mặt tri so vi b mặtătráiăđt,ăđợc phn ánh theo tỷ số AM.
2.1.2 Định nghĩa tỷ số AM(Air Mass ratio)
Doătráiăđt có dng hình cầu, vì th mỗi góc chiu khác nhau thì tia sáng mặt
tri s xuyênăquaăquƣngăđng trong khí quyn khác nhau. Tỉ số AMăđợcătínhănhă
sau:


=


0
=

1
sin 
(2-4)
Trongăđó:
d
0
:ăquƣngăđng ngắn nhtăđiăquaăkhíăquyn (tia sáng vuông góc vi b mặt
tráiăđt)
d:ăquƣngăđng thc t caătiaăsángăđiăquaăkhíăquyn
k
AM
= 1 (d = d
0
h
2
h
1
= 1)ătngăng vi tia sáng chiu trc tip vuông góc vi
mặtăđt; k
AM
= 0ătngăng vi ph bc x  ngoài khí quyn; thông thngk
AM
=
1,5ăđợc xem là ph bc xtrung bình trên mặtăđt. Công sut bc x tng ng vi
LUNăVĔNăCAOăHC GVHD: PGS. TS. QUYN HUY ÁNH


HVTH: Nguyễn Thái Hoàng Long Trang 17

k

AM
= 1,5ăđợc phân tỷ l nhăsau:ă nhngă bc song di UV chim 2%, trong
vùng kh kin chim 54%,t vùng IR tr lên chim 44%.
Đngăcongăcóăkhuynhăhng gim li và dch chuyn v phíaăbc sóng
ln khi k
AM
tĕngălên.
2.1.3 Hiu sut ca vt liu quang đin
Bc x mặt tri phát ra theo mt dãy rt rng, tuy nhiên chỉ có nhng tia bc
x (ng viăbcăsóngăλ)ăcóănĕngălợng lnăhnămcănĕngălợng kích hot electron
ca cht bán dn (tuỳ tng cht bán dn) mi có kh nĕngăto ra hinătợng quang
đin.
Hiu sut ca pin silicon  mc di 50%. Thct, pin silicon còn có hiu
sut nh hn25%, bi vì nhng nguyên nhân sau:
+ Ni tr ca pin gây tn hao công sut.
+ Nhng photon không đợc hp th hoàn toàn do phn x ngợc li hoặc đi
xuyên qua pin.
+ Electron t do và lỗ trống có khuynh hng kt hợp làm gim dòng đin
pin.
+ Giátr đin áp band-gapkhi đo  haiđầu pin chỉ khong ½ đn 2/3 giá tr
đầy đ.
2.3 Pin quang đin
Mt lp tip xúc bán dn p-n có kh nĕngăbinăđi trc tipănĕngălợng bc x
mặt triăthƠnhă đin nh hiu ngă quangăđină đợc gi là pină quangăđin. Săđ
tngăđngăca pinăquangăđin gmăcóădòngăquangăđin I
ph
,ăđiot,ăđin tr dòng rò
R
sh
vƠăđin tr nối tip R

s
, Hình 2-6:
LUNăVĔNăCAOăHC GVHD: PGS. TS. QUYN HUY ÁNH


HVTH: Nguyễn Thái Hoàng Long Trang 18


Hình 2-6. Mchăđinătngăđngăcaăpinăquangăđin
Theo hình ta thy, đặc tuyn I-V caăpinăđợc mô t bằng biu thc sau:
= 











+


1


+




(2-5)
q:ăđin tích electron 1,6x10
-19
(C);
A: h số lỦătng ca pin;
I
ph
:ădòngăquangăđin (A);
k: hằng số Boltzmann’s,ă
k =1,38x10-23(J/K);
I
s
: dòng bão hòa (A);
T
c
: nhităđ vn hành ca pin (K);
Công thc tính dòngăquangăđin I
PH
:


=



+ 
1
(




)

 (2-6)
Trongăđó:
I
sc
: dòng ngắn mch ti nhităđ tiêu chuẩn 25
0
C (A) và bc x 1kW/m2;
LUNăVĔNăCAOăHC GVHD: PGS. TS. QUYN HUY ÁNH


HVTH: Nguyễn Thái Hoàng Long Trang 19

K
1
: h số dòngăđin ph thuc vào nhităđ (A/
0
C);
T
c
: Nhităđ vn hành ca pin quang đin (K);
T
Ref
: Nhităđ tiêu chuẩn ca pinăquangăđin (K);
λ:ăBc x mặt tri (kW/m
2

)
Dòng bão hòa Istheo công thc sau:


= 







3






1



1



(2-7)
Trongăđó:
I

RS
:ăDòngăđinăngợc bão hòa ti nhităđ tiêu chuẩn (A);
E
G
: Nĕngălợng lỗ trống ca cht bán dn
MtăpinăquangăđinălỦătng có đin tr dòng rò R
sh
là rt lnă(xemănhă∞),
R
s
là rtăbéă(xemănhă0). Mchăđinătngăđngăca pinăquangăđin đợc cho bi
Hình 2-7:

Hình 2-7. Mô hình pinăquangăđin lỦătng
Biu thc (2.1) đợc vit li:
= 











1

(2-8)

Dòng I
RS
:
LUNăVĔNăCAOăHC GVHD: PGS. TS. QUYN HUY ÁNH


HVTH: Nguyễn Thái Hoàng Long Trang 20

I
RS
=
I
SC
E

q V
OC
kA T
Ref

1
(2-9)
Mchăđinătngăđngăcaămôăđunăpinăquangăđin gm có N
p
nhánh song
song và N
s
pin nối tipăđợc mô t nhăHình 2-8:

Hình 2-8. Môăđunăpinăquangăđin

S dĩătaăphi ghép song song và nối tip là vì công sut ca pinăquangăđin và
đinăápăthng là nh. Vì vy, các pinăquangăđin đợc ghép nối vi nhau theo dng
nối tip - songăsongăđ sinhăraălợng công sutăvƠăđinăápăđ ln. Dòng din khi
ghép nối tip có công sutănhăsau:
I = N
P
I
PH
N
P
I
S

E
qV
N
S
KT
C
A
1

(2-10)