Thiết kế hệ thống điện dùng pin mặt trời cấp điện cho hộ gia đình công suất 3kw
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (3.86 MB, 77 trang )
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ
KHOA CÔNG NGHỆ
---- ----
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỆN DÙNG
PIN MẶT TRỜI CẤP ĐIỆN CHO HỘ
GIA ĐÌNH CÔNG SUẤT 3 kW
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN:
SINH VIÊN THỰC HIỆN:
TS : Trần Trung Tính
Mai Hoàng Nhi (MSSV: 1064087)
Ngành: Kỹ Thuật Điện – Khóa 32
Tháng 05/2010
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ
KHOA CÔNG NGHỆ
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do - Hạnh phúc
BỘ MÔN KỸ THUẬT ĐIỆN
*****
PHIẾU ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP
Năm học 2009 – 2010
1. Họ và tên cán bộ hướng dẫn: Trần Trung Tính
2. Tên đề tài: Thiết kế hệ thống điện dùng pin năng lượng Mặt Trời cấp điện
cho hộ gia đình công suất 3kW.
3. Địa điểm, thời gian thực hiện:
Địa điểm: Bộ môn Kỹ Thuật Điện – Khoa Công Nghệ - Trường Đại
Học Cần Thơ.
Thời gian thực hiện: 14 tuần (bắt đầu từ ngày 01/02/2010 và hoàn
thành ngày 02/05/2010)
4. Họ và tên sinh viên thực hiện: Mai Hoàng Nhi
MSSV: 1064087
Lớp: Kỹ Thuật Điện K32
5. Mục đích của đề tài:
Thiết kế hệ thống điện dùng Pin Mặt Trời cấp điện cho hộ gia đình,
đảm bảo theo yêu cầu kỹ thuật, cung cấp đủ cho tải tiêu thụ và tính kinh tế cao nhất.
6. Kinh phí dự trù cho việc thực hiện đề tài: 300.000 (đồng)
Cán bộ hướng dẫn
Sinh viên thực hiện
Trần Trung Tính
Mai Hoàng Nhi
Duyệt của Bộ môn
Duyệt của HĐ THI & XÉT TN
SVTH: Mai Hoàng Nhi
LỜI CẢM ƠN
***
Sau 14 tuần bắt tay vào công việc, đến nay luận văn tốt nghiệp của em đã
hoàn thành. Có được kết quả như hôm nay, ngoài sự phấn đấu của bản thân, em còn
nhận được sự dạy dỗ tận tình, sự động viên, giúp đở của gia đình, thầy cô, bạn bè.
Nhân đây, em xin chân thành cảm ơn quý thầy, cô Bộ môn Kỹ Thuật Điện,
trường Đại Học Cần Thơ, đặc biệt là thầy hướng dẫn Trần Trung Tính đã tận tình
chỉ bảo, giúp đỡ em hoàn thành luận văn đúng hạn.
Xin chân thành cảm ơn tất cả các bạn bè và người thân xung quanh đã động
viên, giúp đỡ em rất nhiều trong quá trình học tập, giúp mình hoàn thành tốt luận
văn tốt nghiệp.
Xin chân thành cảm ơn !
Cần Thơ, ngày 02 tháng 5 năm 2010
Sinh viên thực hiện
Mai Hoàng Nhi
SVTH: Mai Hoàng Nhi
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ
KHOA CÔNG NGHỆ
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do - Hạnh phúc
BỘ MÔN KỸ THUẬT ĐIỆN
*****
NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
1. Cán bộ hướng dẫn : Trần Trung Tính
2. Đề tài: Thiết kế hệ thống điện dùng pin năng lượng Mặt Trời cấp điện cho
hộ gia đình công suất 3kW.
3. Sinh viên thực hiện : Mai Hoàng Nhi
4. Lớp : Kỹ Thuật Điện.
5. Nội dung nhận xét :
a. Nhận xét về hình thức của LVTN:
b. Nhận xét về nội dung của LVTN:…………………………………..
………………………………………………………………………………………...
c. Nhận xét về nội dung của LVTN: (Đề nghị ghi chi tiết đầy đủ).
* Đánh giá nội dung thực hiện của đề tài:…………………..............
………………………………………………………………………………………...
…...……………………………………………………………………………………
* Những vấn đề còn hạn chế:............................................................
………………………………………………………………………………………...
d. Nhận xét đối với từng sinh viên tham gia thực hiện đề tài: (ghi rỏ
từng nội dung chính do sinh viên nào chịu trách nhiệm thực hiện nếu có)…………..
………………………………………………………………………………………...
.......................................................................................................................................
e. Kết luận, đề nghị và điểm :………………………………………….
Cần Thơ, ngày tháng
năm 2010.
Cán bộ chấm hướng dẫn
Trần Trung Tính
SVTH: Mai Hoàng Nhi
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ
KHOA CÔNG NGHỆ
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do - Hạnh phúc
BỘ MÔN KỸ THUẬT ĐIỆN
*****
NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ CỦA CÁN BỘ CHẤM PHẢN BIỆN
1. Cán bộ chấm phản biện : Đỗ Nguyễn Duy Phương
2. Đề tài: Thiết kế hệ thống điện dùng pin năng lượng Mặt Trời cấp điện cho
hộ gia đình công suất 3kW.
3. Sinh viên thực hiện : Mai Hoàng Nhi
4. Lớp : Kỹ Thuật Điện. Khóa 32
5. Nội dung nhận xét :
a. Nhận xét về hình thức của LVTN:…………....................................
b. Nhận xét về hình thức của LVTN:…………....................................
………………………………………………………………………………………...
c. Nhận xét về nội dung của LVTN: (Đề nghị ghi chi tiết đầy đủ).
* Đánh giá nội dung thực hiện của đề tài:…………………..............
………………………………………………………………………………………...
…...……………………………………………………………………………………
* Những vấn đề còn hạn chế:.............................................................
………………………………………………………………………………………...
d. Nhận xét đối với từng sinh viên tham gia thực hiện đề tài (ghi rỏ
từng nội dung chính do sinh viên nào chịu trách nhiệm thực hiện nếu có)…………
……………………………………………………………………………………...…
………………………………………………………………………………………...
e. Kết luận, đề nghị và điểm :………………………………………….
Cần Thơ, ngày tháng
năm 2010.
Cán bộ chấm phản biện
Đỗ Nguyễn Duy Phương
SVTH: Mai Hoàng Nhi
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ
KHOA CÔNG NGHỆ
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do - Hạnh phúc
BỘ MÔN KỸ THUẬT ĐIỆN
*****
NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ CỦA CÁN BỘ CHẤM PHẢN BIỆN
1. Cán bộ chấm phản biện : Đinh Mạnh Tiến
2. Đề tài: Thiết kế hệ thống điện dùng pin năng lượng Mặt Trời cấp điện cho
hộ gia đình công suất 3kW.
3. Sinh viên thực hiện : Mai Hoàng Nhi
4. Lớp : Kỹ Thuật Điện. Khóa 32
5. Nội dung nhận xét :
c. Nhận xét về hình thức của LVTN:…………....................................
d. Nhận xét về hình thức của LVTN:…………....................................
………………………………………………………………………………………...
c. Nhận xét về nội dung của LVTN: (Đề nghị ghi chi tiết đầy đủ).
* Đánh giá nội dung thực hiện của đề tài:…………………..............
………………………………………………………………………………………...
…...……………………………………………………………………………………
* Những vấn đề còn hạn chế:.............................................................
………………………………………………………………………………………...
d. Nhận xét đối với từng sinh viên tham gia thực hiện đề tài (ghi rỏ
từng nội dung chính do sinh viên nào chịu trách nhiệm thực hiện nếu có)…………
……………………………………………………………………………………...…
………………………………………………………………………………………...
e. Kết luận, đề nghị và điểm :………………………………………….
Cần Thơ, ngày tháng
năm 2010.
Cán bộ chấm phản biện
Đinh Mạnh Tiến
SVTH: Mai Hoàng Nhi
LỜI NÓI ĐẦU
---000--Trong thời đại khoa học kỹ thuật phát triển, nhu cầu về năng lượng ngày
càng tăng. Trong khi đó các nguồn nhiên liệu dự trữ như than đá, dầu mỏ, khí thiên
nhiên và ngay cả thủy điện thì có hạn khiến cho nhân loại đứng trước nguy cơ thiếu
hụt năng lượng. Hơn nữa việc khai thác và sử dụng các nguồn nhiên liệu trên gây ô
nhiểm môi trường rất nghiêm trọng, là nguyên nhân gây nên hiệu ứng nhà kính và
hiện tượng nóng lên toàn cầu.
Việc tìm kiếm và khai thác các nguồn năng lượng mới như năng lượng Mặt
Trời là một trong những hướng quan trọng trong kế hoạch phát triển năng lượng,
không những đối với những nước phát triển mà ngay cả với những nước đang phát
triển.
Năng lượng Mặt Trời - nguồn năng lượng sạch và tiềm tàng nhất - đang được
loài người thực sự đặc biệt quan tâm. Có thể vừa giải quyết và thay thế các nguồn
năng lượng thiên nhiên sắp bị cạn kiệt, và nhất là bảo vệ môi trường thiên nhiên,
đồng thời giải quyết phần nào ô nhiễm môi trường do con người tạo ra.
Việt Nam là nước có tiềm năng về năng lượng Mặt Trời rất lớn, nằm trong
khu vực có cường độ bức xạ mặt trời tương đối cao do đó việc sử dụng năng lượng
ở nước ta sẽ đem lại hiệu quả kinh tế lớn.
Hiện nay ở nước ta chỉ mới có vài công trình “Pin Mặt trời” được ứng dụng
chủ yếu cấp điện cho đồng bào miền núi, vùng hải đảo…do nhà nước tài trợ. Ngoài
ra cũng có một vài ngôi nhà lắp Pin Mặt Trời (viện trợ của nước ngoài), đã đem lại
lợi ích rất lớn, cần được nhân rộng.
Đó là lý do em chọn đề tài “Thiết kế hệ thống điện dùng pin năng lượng Mặt
Trời cấp điện cho hộ gia đình công suất 3kW”. Khi mô hình mái nhà pin mặt trời
này được ứng dụng rộng rãi sẽ giải quyết được tình trạng thiếu điện như hiện nay.
Nội dung luận văn gồm có 10 chương:
Chương I: Năng lượng Mặt Trời nguồn năng lượng sạch và vô tận.
Chương II: Pin năng lượng Mặt Trời
Chương III: Lý thuyết hệ thống Điện Mặt Trời
Chương IV: Khảo sát, tính toán các thành phần trong hệ thống.
SVTH: Mai Hoàng Nhi
Chương V: Kết quả tính toán.
Chương VI: Lựa chọn thiết bị cho hệ thống điện Mặt Trời.
Chương VII: Đấu nối hệ thống.
Chương VIII: Bài toán kinh tế.
Chương IX: Vận hành, bảo dưỡng hệ thống.
Chương X: Kết luận.
Phụ lục.
SVTH: Mai Hoàng Nhi
Mục lục
MỤC LỤC
Số trang
Lời nói đầu.
Chương I: NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI NGUỒN NĂNG LƯỢNG SẠCH VÀ
VÔ TẬN…………………………………………………………………………1
1.1 Cấu tạo Mặt Trời ........................................................................................ 1
1.2 Phản ứng hạt nhân trong Mặt Trời ........................................................... 2
1.3 Hằng số Mặt Trời ....................................................................................... 2
1.4 Năng lượng Mặt Trời ................................................................................. 3
1.5 Năng lượng Mặt Trời tạo ra điện như thế nào ? ....................................... 4
1.5.1 Sử dụng nhiệt năng tạo ra điện. ................................................... 4
1.5.2 Sử dụng quang năng (dùng tấm pin Mặt Trời) trực tiếp tạo ra
điện .................................................................................................................... 5
1.6 Những ứng dụng của Pin Mặt Trời và tiềm năng của Pin Mặt Trời ở
Việt Nam. .......................................................................................................... 5
1.6.1 Một số ứng dụng của Pin Mặt Trời đã được triển khai tại
Việt Nam. .......................................................................................................... 5
1.6.1.1. Tấm panel lấy điện cấp cho hộ gia đình. ............................. 4
1.6.1.2 Pin Mặt Trời cấp điện cho đồng bào miền núi, vùng sâu vùng
xa, hải đảo, cơ quan hành chính. ..................................................................... 6
1.6.1.3 Thắp sáng đèn đường, đèn tín hiệu. ..................................... 7
1.6.2 Tiềm năng Pin Mặt Trời tại Việt Nam. ....................................... 8
Chương II: PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI...................................................9
2.1 Hiệu ứng quang điện .................................................................................. 9
2.2 Cấu tạo, nguyên lý hoạt động của Pin Mặt Trời. .................................... 10
2.2.1 Cấu tạo............................................................................................. 10
2.2.2 Nguyên lý hoạt động. ...................................................................... 12
2.3 Các đặc trưng điện của Pin Mặt Trời ...................................................... 14
2.3.1 Sơ đồ tương đương. ......................................................................... 14
2.3.2 Dòng đoản mạch ISC. ....................................................................... 15
2.3.3 Thế hở mạch VOC ............................................................................ 16
2.3.4 Điểm làm việc công suất cực đại. .................................................... 17
2.4 Các tham số ảnh hưởng đến chế độ làm việc của Pin Mặt Trời ............ 18
SVTH: Mai Hoàng Nhi
Trang i
Mục lục
2.5 Hiệu suất ................................................................................................... 18
2.6 Sơ lược công nghệ chế tạo Pin Mặt Trời Si ............................................. 19
2.6.1 Sơ lọc cát thạch anh để có Silicon có độ sạch kỹ thuật. ................ 19
2.6.2 Làm sạch tiếp để có Silicon có độ sạch bán dẫn. .......................... 20
2.6.3 Tạo đơn tinh thể Si. ....................................................................... 20
2.6.4 Cắt thỏi Si đơn tinh thể thành các phiến Si. ................................. 20
2.6.5 Tạo lớp tiếp xúc p-n. ...................................................................... 20
2.6.6 Tạo lớp tiếp xúc Ohmic .................................................................. 21
2.6.7 Đóng gói Pin Mặt Trời thành modul. ............................................ 22
Chương III: LÝ THUYẾT HỆ THỐNG ĐIỆN MẶT TRỜI………………. 23
3.1 Ghép dàn Pin Mặt Trời ............................................................................ 23
3.1.1 Mắc nối tiếp các modul giống nhau. ................................................. 24
3.1.2 Mắc song song các modul. ................................................................ 25
3.2 Tích lũy năng lượng .................................................................................. 25
3.2.1 Acquy chì . ......................................................................................... 26
3.2.2 Các phương pháp phóng và nạp Acquy. .......................................... 27
3.2.2.1 Phóng điện Acquy. ..................................................................... 27
3.2.2.2 Nạp điện Acquy. ......................................................................... 27
a. Nạp với dòng điện không đổi. ......................................................... 28
b. Nạp với dòng điện giảm dần. .......................................................... 28
c. Nạp với điện thế không đổi. ............................................................ 28
d. Nạp thay đổi với điện thế không đổi. ............................................. 28
3.3 Các thiết bị bảo vệ, điều khiển ................................................................. 30
3.3.1 Bộ điều khiển phóng/nạp. ................................................................. 30
3.3.2 Biến đổi DC/AC................................................................................. 30
3.3.3 Các diod bảo vệ. ................................................................................ 30
3.3.4 Khung giá, hộp nối và dây điện ........................................................ 31
Chương IV: KHẢO SÁT, TÍNH TOÁN CÁC THÀNH PHẦN TRONG
HỆ THỐNG........................................................................................................32
4.1 Bài toán thiết kế ........................................................................................ 32
4.2 Các bước tính toán.................................................................................... 32
4.2.1 Lựa chọn sơ đồ khối cho hệ thống ................................................... 32
4.2.2 Tính phụ tải điện theo yêu cầu ........................................................ 32
4.2.3 Tính hiệu suất truyền năng lượng của hệ. ...................................... 33
SVTH: Mai Hoàng Nhi
Trang ii
Mục lục
4.2.4 Năng lượng hằng ngày dàn Pin Mặt Trời phải cấp cho hệ, Eout ... .33
4.2.5 Tính dung lượng dàn Pin Mặt Trời ra Oat-đỉnh (peak watt, Wp). 33
4.2.6 Tính số modul mắc song song và nối tiếp........................................ 34
4.2.7 Dung lượng Acquy theo ampe-giờ (Ah) .......................................... 34
4.2.8 Tính toán chọn dây dẫn, thiết bị bảo vệ cho hệ thống. ................... 34
4.2.8.1 Lựa chọn dây dẫn (theo dòng phát nóng cho phép).............. 34
4.2.8.2 Lựa chọn thiết bị bảo vệ. ........................................................ 35
Chương V: KẾT QUẢ TÍNH TOÁN................................................................37
5.1 Tổng điện năng tiêu thụ của hộ gia đình. ................................................ 37
5.2 Hiệu suất truyền năng lượng của hệ. ....................................................... 37
5.3 Năng lượng hằng ngày Eout. ..................................................................... 37
5.4 Dung lượng dàn Pin Mặt Trời cần lắp đặt. ............................................ 38
5.5 Số modun cần dùng. ................................................................................. 38
5.6 Số lượng Acquy cần dùng. ........................................................................ 38
5.7 Chọn dây dẫn, CB. .................................................................................... 39
5.7.1 Lựa chọn dây dẫn. ............................................................................. 39
5.7.2 Lựa chọn CB ...................................................................................... 39
Chương VI: LỰA CHỌN THIẾT BỊ CHO HỆ THỐNG ĐIỆN MẶT TRỜI
6.1. Tấm Pin Mặt Trời.................................................................................... 40
6.2. Điều khiển sạt........................................................................................... 40
6.3. DC-AC Inverter. ...................................................................................... 40
6.4. Acquy. ...................................................................................................... 41
6.5. Các thiết bị khác. ..................................................................................... 41
Chương VII: ĐẤU NỐI HỆ THỐNG...............................................................42
7.1 Một số lưu ý khi đấu nối. .......................................................................... 42
7.2 Sơ đồ đấu nối............................................................................................ 42
Chương VIII: BÀI TOÁN KINH TẾ................................................................45
8.1 Chi phí lắp đặt hệ thống Điện Mặt Trời 3 kW. ....................................... 45
8.2 Tính kinh tế của hệ thống Điện Mặt Trời. ............................................... 47
Chương IX: VẬN HÀNH, BẢO DƯỠNG VÀ TÍNH TOÁN KINH TẾ.......49
9.1 Vận hành. .................................................................................................. 49
SVTH: Mai Hoàng Nhi
Trang iii
Mục lục
9.2 Bảo dưỡng. ................................................................................................ 49
9.2.1 Kiểm tra bộ Acquy định kỳ. ............................................................. 49
9.2.2 Kiểm tra dàn Pin Mặt Trời. ............................................................. 50
9.2.3 Kiểm tra các đặc trưng điện của modul hay dàn pin. ..................... 50
Chương X: KẾT LUẬN.....................................................................................52
10.1 Kết luận.......................................................................................................52
10.2 Kết quả........................................................................................................53
Tài liệu tham khảo .......................................................................................... 54
PHỤ LỤC ........................................................................................................ 55
SVTH: Mai Hoàng Nhi
Trang iv
Phụ lục hình
MỤC LỤC HÌNH
Trang
Hình 1.1: Cấu trúc của Mặt Trời. ........................................................................ 1
Hình 1.2: Góc nhìn Mặt Trời ............................................................................... 2
Hình 1.3: Nhà máy Điện Mặt Trời ....................................................................... 4
Hình 1.4: Robot tự vận hành trên sao hỏa và vệ tinh nhân tạo. ............................ 5
Hình 1.5: Ngôi nhà Pin Mặt Trời tại Việt Nam .................................................... 6
Hình 1.6: Nhà sinh hoạt cộng đồng buôn Chăm .................................................. 6
Hình 1.7: Trụ đèn dùng năng lượng Mặt Trời...................................................... 7
Hình 1.8: Nhà máy sản xuất tấm Pin Mặt Trời .................................................... 8
Hình 2.1: Hiệu ứng quang điện trong tế bào Pin Mặt Trời ................................... 8
Hình 2.2: Một tế bào quang điện ......................................................................... 9
Hình 2.3: Cấu tạo của Pin Mặt Trời ..................................................................... 10
Hình 2.4: Các loại cấu trúc tinh thể của Pin Mặt Trời. ......................................... 11
Hình 2.5 : Nguyên lý hoạt động của Pin Mặt Trời. ............................................... 12
Hình 2.6 : Hệ thống 2 mức năng lượng trong đó E1 < E2. ................................... 12
Hình 2.7: Các vùng năng lượng. .......................................................................... 13
Hình 2.8: Sơ đồ tương đương của Pin Mặt Trời. .................................................. 13
Hình 2.9: Dòng đoản mạch ISC. ........................................................................... 15
Hình 2.10: Điện áp hở mạch VOC. ........................................................................ 16
Hình 2.11: Đặt trưng V-A của Pin Mặt Trời. ....................................................... 17
Hình 2.12: Quy trình chế tạo Pin Mặt Trời ........................................................... 19
Hình 3.1: Sơ đồ khối hệ thống Pin Mặt Trời độc lập............................................. 23
Hình 3.2: Mắc nối tiếp, song song các Pin Mặt Trời thành dãy. ........................... 22
Hình 3.3: Đồ thị V - A của một tấm Pin Mặt Trời. ................................................ 24
Hình 3.4: Mắc nối tiếp các tấm Pin Mặt Trời. ...................................................... 24
Hình 3.5: Mắc song song các tấm Pin Mặt Trời ................................................... 25
Hình 3.6: Cấu tạo của Acquy chì. ......................................................................... 26
Hình 3.7: Mắc diod nối tiếp – song song bảo vệ. .................................................. 31
Hình 4: Sơ đồ khối hệ thống Điện Mặt Trời. ........................................................ 32
Hình 6.1: Tấm Pin Mặt Trời Redsun..................................................................... 40
Hình 6.2: Điều khiển sạt Acquy BP SOLAR .......................................................... 40
Hình 6.3: Điều Bình Acquy Atlas .......................................................................... 40
SVTH: Mai Hoàng Nhi
Trang v
Phụ lục hình
Hình 6.4: Khung giá và đinh ốc. ........................................................................... 41
Hình 7.1: Mô hình Mái nhà kết nối thiết bị. .......................................................... 42
Hình 7.2: Sơ đồ mạch của hệ thống điện Mặt Trời. .............................................. 43
Hình 7.3: Lắp diod rẽ nhánh bảo vệ hệ thống ....................................................... 44
SVTH: Mai Hoàng Nhi
Trang vi
Phụ lục bảng
MỤC LỤC BẢNG
Bảng 5: Tải tiêu thụ trung bình trong một ngày của một hộ gia đình.. .................. 37
Bảng 8.1: Liệt kê các thiết bị. ............................................................................... 45
Bảng 8.2: Giá bán lẻ điện sinh hoạt...................................................................... 46
Bảng 8.3: So sánh sử dụng hệ thống điện Mặt Trời 216Wp với máy phát điện. ... 48
SVTH: Mai Hoàng Nhi
Trang vii
Chương I: Năng lượng Mặt Trời nguồn năng lượng sạch và vô tận
Chương I
NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI NGUỒN NĂNG LƯỢNG SẠCH
VÀ VÔ TẬN
1.1 Cấu tạo Mặt Trời.
Mặt Trời là một khối khí hình cầu có đường kính 1,390.106 km (lớn hơn 110
lần đường kính Trái Đất) cách xa Trái Đất 150.106km. Khối lượng Mặt Trời khoảng
2.1030kg. Nhiệt độ T ở trung tâm Mặt Trời thay đổi trong khoảng từ 10.106 oK đến
20.106 oK, trung bình khoảng 15,6.106 oK. Ở nhiệt độ như vậy vật chất không thể giữ
được cấu trúc trật tự thông thường gồm các nguyên tử và phân tử, các hạt nhân của
nguyên tử chuyển động tách biệt với các electron. Khi các hạt nhân tự do có va
chạm với nhau sẽ xuất hiện những vụ nổ nhiệt hạch.
Hình 1.1: Cấu trúc của Mặt Trời.
Ánh sáng nói riêng, hay bức xạ điện từ nói chung, từ bề mặt của Mặt Trời
được xem là nguồn năng lượng chính cho Trái Đất. Hằng số năng lượng Mặt Trời
được tính bằng công suất của lượng bức xạ trực tiếp chiếu trên một đơn vị diện tích
bề mặt Trái Đất, bằng khoảng 1370W/m2. Ánh sáng Mặt Trời bị hấp thụ một phần
trên bầu khí quyển Trái Đất, nên một phần nhỏ hơn tới được bề mặt Trái Đất, gần
bằng 1000W/m².
SVTH: Mai Hoàng Nhi
Trang 1
Chương I: Năng lượng Mặt Trời nguồn năng lượng sạch và vô tận
1.2 Phản ứng hạt nhân trong Mặt Trời.
Nguyên tố phổ biến nhất trên Mặt Trời là nguyên tố nhẹ nhất Hydro. Vật
chất của Mặt Trời bao gồm chừng 92,1% là Hydro và gần 7,8% là Heli, 0,1% là các
nguyên tố khác. Nguồn năng lượng bức xạ chủ yếu của Mặt Trời là do phản ứng
nhiệt hạch tổng hợp hạt nhân Hydro, phản ứng này dựa trên sự tạo thành Heli. Hạt
nhân của Hydro có một hạt mang điện dương là proton. Thông thường những hạt
nhân mang điện cùng dấu đẩy nhau, nhưng ở nhiệt độ đủ cao (nhiệt độ bề mặt của
Mặt Trời khoảng 57620K) chuyển động của chúng sẽ nhanh tới mức chúng có thể
tiến gần tới nhau ở một khoảng cách mà ở đó có thể kết hợp với nhau dưới tác dụng
của các lực hút. Khi đó cứ 4 hạt nhân Hydro lại tạo ra một hạt nhân Heli, 2 Neutrino
và một lượng bức xạ Gama ( ).
4H 11 →
He 42 + 2 Neutrino +
Neutrino là hạt không mang điện, rất bền và có khả năng đâm xuyên rất lớn.
Sau phản ứng các Neutrino lập tức rời khỏi phạm vi Mặt Trời và không tham gia
vào các “biến cố” sau đó.
Mỗi ngày Mặt Trời sản xuất một nguồn năng lượng qua phản ứng nhiệt hạch
lên đến 9.1024kWh (tức là chưa đầy một phần triệu giây Mặt Trời đã giải phóng ra
một lượng năng lượng tương đương với tổng số điện năng sản xuất trong một năm
trên Trái Đất). Trong 10 phút truyền xạ, Trái Đất nhận một năng lượng khoảng
5.1020J (500 tỷ tỷ Joule) tương đương với lượng tiêu thụ của toàn thể nhân loại
trong vòng một năm. Trong 36 giờ truyền xạ, Mặt Trời cho chúng ta một năng
lượng bằng tất cả những giếng dầu của Trái Đất cộng lại.
1.3 Hằng số Mặt Trời.
Trái Đất chuyển động quanh Mặt Trời theo một quỷ đạo hình elip với tâm sai
3% . Mặt Trời không ở tâm elip mà là tại một trong 2 tiêu điểm. Trái Đất chuyển
động quanh Mặt Trời, đồng thời
nó cũng quay quanh trục của nó.
Trong thời gian quay một vòng
quanh Mặt Trời, Trái Đất quay
365 vòng và 1/4 vòng quanh trục.
Khoảng cách giữa Mặt Trời và
Trái Đất là 1,495.108km, khoảng
Hình 1.2: Góc nhìn Mặt Trời
SVTH: Mai Hoàng Nhi
Trang 2
Chương I: Năng lượng Mặt Trời nguồn năng lượng sạch và vô tận
cách này được gọi là một đơn vị thiên văn.
Từ khoảng cách này tại một điểm nằm trên mặt đất người ta nhìn thấy Mặt
Trời dưới một góc đặt β = 32 phút (Hình 1.2), dưới góc này hai tia sáng xuất phát từ
đường bao của Mặt Trời gửi đến Trái Đất là gần như song song.
Hằng số Mặt Trời ISC được định nghĩa là cường độ bức xạ đo được trong
không gian nằm ngoài lớp khí quyển bao quanh Trái Đất, trong một đơn vị thời
gian, trên một đơn vị diện tích bề mặt đặt vuông góc với tia bức xạ. Ngày nay nhờ
vệ tinh và các dụng cụ đo chính xác người ta đã xác định được hằng số Mặt Trời có
giá trị bằng ISC =1.353W/m2, tương đương 1940Cal/cm2/phút, hay 4.871kJ/m2/h (số
liệu này do cơ quan vũ trụ NASA của Mỹ công bố năm 1971).
Tuy nhiên, khi chùm bức xạ xuyên qua lớp khí quyển bao quanh Trái Đất
chúng bị hấp thụ và tán xạ bởi các phân tử khí như: CO2, O3, CH4, H2O, cũng như
các hạt bụi lơ lửng trong không khí…Nên khi đến mặt đất thì cường độ bức xạ đã bị
giảm đi đáng kể.
Mật độ năng lượng bức xạ Mặt Trời thường được đo bằng cal/cm3. Đối với
việc thiết kế các hệ thống thiết bị năng lượng Mặt Trời người ta quan tâm trước hết
là giá trị trung bình của bức xạ Mặt Trời ở địa phương lắp đặt thiết bị.
Để tham khảo các số liệu bức xạ Mặt Trời ở các địa phương khác nhau trong
một nước hay trong một vùng địa lý nào đó người ta ta thường xây dựng các sổ tay
tra cứu hay các bản đồ bức xạ Mặt Trời. Có hai đại lượng chính để đánh giá bức xạ
Mặt Trời ở một địa phương: mật độ năng lượng Mặt Trời trung bình ngày và số giờ
nắng trung bình tháng trong năm và cả năm.
1.4 Năng lượng Mặt Trời.
Năng lượng Mặt Trời là sản phẩm của các phản ứng nhiệt hạt nhân diễn ra
trên Mặt Trời. Nhiệt độ bên ngoài mặt trời khoảng 6000oK, còn bên trong nhiệt độ
có thể lên tới hàng triệu độ. Áp suất bên trong Mặt Trời cao hơn 340.108Mpa. Do
nhiệt và áp suất cao như vậy nên vật chất đã nhanh chóng bị ion hóa và chuyển
động với năng lượng rất lớn. Chúng va chạm nhau và gây ra hàng loạt các phản ứng
khác nhau trên Mặt Trời. Có hai loại phản ứng hạt nhân chủ yếu: Phản ứng tuần
hoàn giữa các hạt Carbon và Nitơ (C-N) và các phản ứng hạt nhân proton- proton.
Cả hai loại phản ứng trên đều kết hợp 4 hạt nhân nguyên tử Hydro để tạo ra
hạt nhân nguyên tử Hêli (hạt α). Ta có: mp = 1,672.10-24g, mα = 6,644.10-24g.
Độ hụt khối của phản ứng là:
∆m = (4.mp - mα) = 0.044.10-24g
SVTH: Mai Hoàng Nhi
Trang 3
Chương I: Năng lượng Mặt Trời nguồn năng lượng sạch và vô tận
Hay bằng 0,7% tổng khối lượng của bốn proton. Từ biểu thức của Eisntein
E = ∆m.c2 ta tính được năng lượng giải phóng khi 1g hạt nhân tạo phản ứng là
9.1013J. Như vậy 1g proton tham gia phản ứng phát ra năng lượng là:
9.1013J x 0,7% = 6,3.1011J
Như vậy mỗi giây Mặt Trời bức xạ một năng lượng là 3,8.1026J. Mỗi giây
nhiên liệu Hydro tham gia phản ứng là 3,8.1026/6,3.1011 = 6,03.108tấn. Tổn thất
năng lượng thực tế là: 6,03.108 x 0,7% = 4,22.106tấn/giây.
1.5 Năng lượng Mặt Trời tạo ra điện như thế nào ?
Hiện nay có hai cách tạo ra điện từ năng lượng Mặt Trời đó là:
1.5.1 Sử dụng nhiệt năng tạo ra điện.
Điện năng còn có thể tạo ra từ năng lượng Mặt Trời dựa trên nguyên tắc tạo
nhiệt độ cao bằng một hệ thống gương phản chiếu và hội tụ để gia nhiệt cho môi
chất làm việc truyền động cho máy phát điện.
Hiện nay trong các nhà máy nhiệt điện
sử dụng năng lượng Mặt Trời có hai loại hệ
thống bộ thu chủ yếu là:
- Hệ thống dùng parabol trụ để tập trung
tia bức xạ mặt trời vào một ống môi chất đặt
dọc theo đường hội tụ của bộ thu, nhiệt độ có
thể đạt tới 400oC.
- Hệ thống nhận nhiệt trung tâm bằng Hình 1.3: Nhà máy Điện Mặt Trời
cách sử dụng các gương phản xạ có định vị
theo phương mặt trời để tập trung năng lượng Mặt Trời đến bộ thu đặt trên đỉnh
tháp cao, nhiệt độ có thể đạt tới trên 1500oC.
1.5.2 Sử dụng quang năng (dùng tấm pin Mặt Trời) trực tiếp tạo ra điện.
Pin năng lượng Mặt Trời (hay pin quang điện, tế bào quang điện), là thiết bị
bán dẫn chứa lượng lớn các diod p-n khi ánh sáng Mặt Trời chiếu vào sẽ có khả
năng tạo ra dòng điện sử dụng được. Sự chuyển đổi này gọi là “hiệu ứng quang
điện”.
Các tấm Pin Mặt Trời hấp thụ ánh sáng Mặt Trời sau đó chuyển hóa thành
điện một chiều (DC), qua bộ điều khiển sạt và được tích trữ lại (bộ Acquy), nguồn
SVTH: Mai Hoàng Nhi
Trang 4
Chương I: Năng lượng Mặt Trời nguồn năng lượng sạch và vô tận
điện từ Acquy sẽ được cấp cho tải DC hoặc được chuyển thành điện xoay chiều
(AC) cấp cho tải tiêu thụ thông qua bộ biến đổi điện (Inverter).
1.6 Những ứng dụng của Pin Mặt Trời và tiềm năng của Pin Mặt Trời ở Việt
Nam.
Đối với cuộc sống của loài người, năng lượng Mặt Trời là một nguồn năng
lượng vô cùng quý báu.
Có thể trực tiếp thu lấy năng lượng này thông qua hiệu ứng quang điện,
chuyển năng lượng các photon của Mặt Trời thành điện năng, như trong Pin Mặt
Trời. Năng lượng của các photon cũng có thể được hấp thụ để làm nóng các vật thể,
tức là chuyển thành nhiệt năng, sử dụng cho bình đun nước nóng năng lượng Mặt
Trời, bếp nấu năng lượng Mặt Trời hoặc làm sôi nước trong các máy nhiệt điện của
tháp Mặt Trời, hoặc vận động các hệ thống nhiệt như máy điều hòa bằng năng
lượng Mặt Trời, ứng dụng trong lĩnh vực hàng không vũ trụ…Và nhiều ứng dụng
khác. Trong đó ứng dụng dùng Pin Mặt Trời tạo ra điện đang rất được quan tâm.
Hình 1.4: Robot tự vận hành trên sao hỏa và vệ tinh nhân tạo.
1.6.1 Một số ứng dụng của Pin Mặt Trời đã được triển khai tại Việt Nam.
1.6.1.1 Tấm panel lấy điện cấp cho hộ gia đình.
Hiện nay ngôi nhà tại TP HCM sử dụng Điện Mặt Trời là ngôi nhà của Kỹ sư
Trịnh Quang Dũng (Trưởng phòng Phát triển Điện Mặt Trời - Phân viện Vật lý
TP.HCM) ở số 72/1 Nhất Chi Mai, phường 13, quận Tân Bình, TP HCM. Hệ thống
Điện Mặt Trời cung cấp 250-300kWh điện/tháng, với chi phí đầu tư thiết kế
khoảng 20.000USD. Với 40 tấm Pin Mặt Trời được lắp vào mái nhà, toàn bộ bề mặt
khoảng 20m2. Qua những tấm Pin Mặt Trời, năng lượng Mặt Trời chuyển hóa thành
Điện Mặt Trời được dẫn xuống trữ vào hệ thống các bình Acquy.
SVTH: Mai Hoàng Nhi
Trang 5
Chương I: Năng lượng Mặt Trời nguồn năng lượng sạch và vô tận
Khi sử dụng, dòng điện DC từ Acquy được
chuyển qua dòng điện AC 220V bởi 2 Invertor, sau đó
hòa vào mạng lưới điện gia đình. Công suất của hệ
thống là 2kW. Đặc biệt là tính năng tự động dò tải. Khi
nhận tín hiệu có nhu cầu sử dụng, hệ thống tự động bật
lên trong 15 giây, còn không nó ở chế độ ngắt để
tiết kiệm điện. Mỗi đêm vào giờ cao điểm (từ 18
đến 22h), hệ thống điện tự động phụ tải vào lưới
điện.
Hình 1.5: Ngôi nhà Pin
Mặt Trời tại Việt Nam
1.6.1.2 Pin Mặt Trời cấp điện cho đồng bào miền núi, vùng sâu vùng xa,
hải đảo, cơ quan hành chính…
Hiện nay đã có hơn 3.000 hộ dân vùng sâu, vùng xa được điện khí hóa bằng
hệ thống Điện Mặt Trời gia đình, 8.500 hộ sử
dụng Điện Mặt Trời qua các trạm sạc Acquy và
hàng trăm làng, nhà văn hóa, trạm thu vệ tinh,
viễn thông Điện Mặt Trời ra đời…
Từ năm 1995, buôn Chăm xã Eahsol
huyện Eahleo của tỉnh Đắc Lắc gồm 180 nhà dân
và các công trình công cộng tại địa phương sử
Hình 1.6: Nhà sinh hoạt cộng
dụng Điện Mặt Trời. Hiện Solarlap đã xây
đồng buôn Chăm
dựng hơn 50 trạm sạc Acquy cung cấp Điện
Mặt Trời cho khoảng 8.000 hộ dân và Nhà văn hóa biên giới Tây Ninh (1996), buôn
Chăm (Đắc Lắc năm 2002) và Minh Hưng (Bình Phước năm 2004)…Trạm Điện
Mặt Trời cung cấp cho những địa điểm sinh hoạt đông người như nhà văn hóa, hội
trường, nơi họp cộng đồng, tổ chức đám cưới, lễ hội…
Tại Trạm Kiểm lâm Vườn Quốc Gia Côn Đảo cũng được đầu tư hệ thống
Điện Mặt Trời từ năm 1994 với công suất khoảng 100Wp-180Wp.
Tại TP Hồ Chí Minh, khu vực Bình Chánh, Cần Giờ, Củ Chi, Điện Mặt Trời
cũng được ứng dụng khá nhiều như trạm Điện Mặt Trời Nhà văn hóa Tam Thôn
Hiệp tại Cần Giờ xây dựng từ năm 1990 với công suất 30Wp, Nhà văn hóa Điện
Mặt Trời xã Bình Mỹ, huyện Củ Chi với tổng công suất 1.000Wp, trạm Điện Mặt
Trời Bệnh viện Hóc Môn với công suất 300Wp, trạm Điện Mặt Trời đảo Thạnh An
với công suất 500Wp...Công trình Điện Mặt Trời trên đảo Thiềng Liềng, xã Cán
Gáo (công suất 3.000Wp) cung cấp điện cho 50% số hộ dân sống trên đảo và dự án
SVTH: Mai Hoàng Nhi
Trang 6
Chương I: Năng lượng Mặt Trời nguồn năng lượng sạch và vô tận
phát triển Điện Mặt Trời phục vụ cho rừng phòng hộ huyện Cần Giờ (công suất
150Wp – 300Wp) đã cung cấp Điện Mặt Trời cho các hộ giữa rừng và các tiểu khu
quản lý bảo vệ rừng, bảo đảm thông tin liên lạc 24/24 giờ.
Dự án phát điện ghép giữa pin Mặt Trời (100kWp) và thuỷ điện nhỏ (125
kW) được lắp đặt tại xã Trang, huyện Mang Yang, tỉnh Gia Lai đưa vào vận hành từ
cuối năm 1999, đã cung cấp điện cho 5 làng. Dự án phát điện lai ghép giữa pin Mặt
Trời và động cơ gió phát điện với công suất là 9kW (trong đó pin Mặt Trời là 7kW)
được lắp đặt tại làng Kongu 2, huyện Đak Hà, tỉnh Kon Tum, đưa vào sử dụng từ
tháng 11/2000, cung cấp điện cho một bản người dân tộc thiểu số với 42 hộ gia
đình.
Dự án Pin Mặt Trời cho các cơ quan hành chính và một số hộ dân của huyện
đảo Cô Tô công suất 15kWp do Viện Năng lượng thực hiện đã vận hành từ tháng
12/2001.
Trung tâm Hội nghị Quốc gia cũng sử dụng Điện Mặt Trời với tổng công
suất 154kWp là công trình Điện Mặt Trời lớn nhất ở Việt Nam.
Và còn nhiều, rất nhiều công trình, dự án Điện Mặt Trời khác đã và đang
được triển khai trên toàn quốc mang lại lợi ích thiết thực cần được quan tâm, triển
khai rộng rải.
1.6.1.3 Thắp sáng đèn đường, đèn tín hiệu.
Tại huyện Phong Điền (TP Cần Thơ) cũng đã lắp
đặt và đưa vào hoạt động hệ thống chiếu sáng công cộng
bằng năng lượng Mặt Trời tại trục đường trung tâm hành
chính mới. Gồm 15 trụ đèn với vốn đầu tư gần 1 tỷ đồng.
Đây cũng là địa phương đầu tiên tại Đồng Bằng Sông Cửu
Long sử dụng nguồn năng lượng Mặt Trời, góp phần giảm
chi phí, giảm sử dụng tài nguyên hóa thạch và tác
Hình 1.7: Trụ đèn dùng năng
động ô nhiễm môi trường. Mỗi trụ đèn chếu sáng
lượng Mặt Trời
gồm: 2 tấm pin quang điện; 1 bộ thiết bị điều khiển
dòng sạc vào Acquy, bảo vệ Acquy, điều chỉnh thời gian sáng của đèn; 2 bình
Acquy lưu trữ và hai bóng đèn chiếu sáng siêu tiết kiệm (loại 40W). Đèn sẽ sáng
trung bình từ 10-12h/ngày.
Tuy chi phí đầu tư ban đầu khá cao so với hệ thống điện công nghiệp cũ từ
1,3 đến 1,7 lần…nhưng có độ an toàn rất cao (nguồn điện này không gây giật),
không cần dây dẫn; phát ra năng lượng sạch, không gây ô nhiễm môi trường. Các
SVTH: Mai Hoàng Nhi
Trang 7
Chương I: Năng lượng Mặt Trời nguồn năng lượng sạch và vô tận
thiết bị cũng dễ lắp đặt, dễ di chuyển; thân thiện với môi trường; chi phí bảo trì, bảo
dưỡng thấp; tính mỹ thuật cao (đẹp hơn các loại đèn đường truyền thống)…Nếu
tính về lâu dài sẽ đem lại lợi rất lớn, do đó cần được nhân rộng.
1.6.2 Tiềm năng Pin Mặt Trời tại Việt Nam.
Việt Nam là nước có tiềm năng về năng lượng Mặt Trời rất lớn, nằm trong
khu vực có cường độ bức xạ Mặt Trời tương đối cao, với trị số tổng xạ khá lớn từ
100-175kcal/cm2.năm (4,2 -7,3GJ/m2.năm), trung bình khoảng 4,5kWh/m2/ngày và
2.200 giờ nắng/năm, do đó việc sử dụng năng lượng Mặt Trời ở nước ta sẽ đem lại
hiệu quả kinh tế lớn.
Khu vực Miền Nam là một trong những vùng có bức xạ Mặt Trời khá cao,
khoảng 5kWh/m2/ngày, nếu hiệu suất của pin Mặt Trời đạt 15% thì mỗi mét vuông
pin Mặt Trời sản sinh khoảng 0,75kWh/ngày. Tính trung bình một ngôi nhà đầu tư
5m2 panel Mặt Trời thì sản sinh năng lượng điện khoảng 3,75kWh/ngày
(112,5kWh/tháng).
Hiện nước ta đã xây nhà máy sản xuất
Pin Mặt Trời do Cty CP năng lượng Mặt Trời
Đỏ với hai đối tác chính là Trung tâm Tiết kiệm
năng lượng TPHCM, Cty TNHH TM-KT-DV
Tân Kỷ Nguyên xây dựng tại cụm công nghiệp
Đức Hòa Hạ, ấp Bình Tiền, xã Đức Hòa Hạ,
huyện Đức Hòa, tỉnh Long An đã chính thức đi
vào hoạt động vào ngày 27/04/2009.
Hình 1.8 : Nhà máy sản xuất
Việc xây dựng nhà máy sản xuất
tấm Pin Mặt Trời
tấm Pin Mặt Trời đầu tiên tại Việt Nam sẽ
được tạo cơ hội cho sự phát triển các ứng dụng Pin Mặt Trời vào đời sống, giảm chi
phí, hạ giá thành sản phẩm. Giá bán sản phẩm sẽ thấp hơn 30 - 40% so với giá bán
lẻ hiện tại trên thị trường.
SVTH: Mai Hoàng Nhi
Trang 8
Chương II: Pin năng lượng Mặt Trời
Chương II
PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI
2.1 Hiệu ứng quang điện.
Hiệu ứng quang điện là một hiện tượng điện - lượng tử, trong đó các điện tử
được thoát ra khỏi vật chất sau khi hấp thụ năng lượng từ các bức xạ điện từ. Hiệu
ứng quang điện đôi khi được người ta dùng với cái tên Hiệu ứng Hertz, do nhà khoa
học Heinrich Hertz tìm ra.
*
Hiện tượng
Khi bề mặt của một tấm kim loại được
chiếu bởi bức xạ điện từ có tần số lớn hơn một
tần số ngưỡng (tần số ngưỡng này là giá trị đặc
trưng cho chất làm nên tấm kim loại này), các
điện tử sẽ hấp thụ năng lượng từ các photon và
sinh ra dòng điện (gọi là dòng quang điện). Khi
các điện tử bị bật ra khỏi bề mặt của tấm kim
loại, ta có hiệu ứng quang điện ngoài. Các điện
tử không thể phát ra nếu tần số của
Hình 2.1: Hiệu ứng quang điện trong tế bào
bức xạ nhỏ hơn tần số ngưỡng bởi
Pin Mặt Trời
điện tử không được cung cấp đủ năng
lượng cần thiết để vượt ra khỏi rào thế (gọi là công thoát). Điện tử phát xạ ra dưới
tác dụng của bức xạ điện từ được gọi là quang điện tử. Ở một số chất khác, khi được
chiếu sáng với tần số vượt trên tần số ngưỡng, các điện tử không bật ra khỏi bề mặt,
mà thoát ra khỏi liên kết với nguyên tử, trở thành điện tử tự do (điện tử dẫn) chuyển
động trong lòng của khối vật dẫn, và ta có hiệu ứng quang điện trong. Hiệu ứng này
dẫn đến sự thay đổi về tính chất dẫn điện của vật dẫn, do đó, người ta còn gọi hiệu
ứng này là hiệu ứng quang dẫn.
SVTH: Mai Hoàng Nhi
Trang 9
Chương II: Pin năng lượng Mặt Trời
2.2 Cấu tạo, nguyên lý hoạt động của Pin Mặt Trời.
2.2.1 Cấu tạo.
Pin năng lượng Mặt Trời (hay pin quang điện, tế bào quang điện), là thiết bị
bán dẫn chứa lượng lớn các diod p-n, dưới sự hiện diện của ánh sáng Mặt Trời có
khả năng tạo ra dòng điện sử dụng được. Sự chuyển đổi này gọi là “hiệu ứng quang
điện”.
Hình 2.2: Một tế bào quang điện
Hình 2.3: Cấu tạo của Pin Mặt Trời
Cấu tạo của Pin Mặt Trời là một lớp tiếp xúc bán dẫn p-n có khả năng biến
đổi trực tiếp năng lượng bức xạ Mặt Trời thành điện năng nhờ hiệu ứng quang điện
bên trong.
Cho tới hiện tại thì vật liệu chủ yếu cho Pin Mặt Trời (và cho các thiết bị bán
dẫn) là các Silic tinh thể.
Pin Mặt Trời từ tinh thể Silic chia ra thành 3 loại:
- Đơn tinh thể: được sản xuất dựa trên quá trình Czochralski. Pin Mặt Trời
đơn tinh thể có thể đạt hiệu suất từ 11% - 16%. Chúng thường rất đắt tiền do được
cắt từ các thỏi hình ống, các tấm đơn thể này có các mặt rổng ở góc nối các modul.
- Đa tinh thể: làm từ các thỏi 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, từ 8% - 11%. 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.
- Pin Mặt Trời vô định hình: tạo từ các miếng phim mỏng từ Silic nóng
chảy và có cấu trúc đa tinh thể. Loại này có hiệu suất thấp nhất, từ 3% - 6%, tuy
nhiên loại này rẻ nhất trong các loại vì không cần phải cắt từ thỏi Silicon.
SVTH: Mai Hoàng Nhi
Trang 10
