LUẬN văn sư PHẠM vật lý tìm HIỂU NHÀ máy điện NĂNG LƯỢNG mặt TRỜI

TRƢỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ
KHOA SƢ PHẠM
BỘ MÔN SƢ PHẠM VẬT LÝ

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
NGHÀNH SƢ PHẠM VẬT LÝ – CÔNG NGHỆ

TÌM HIỂU NHÀ MÁY ĐIỆN
NĂNG LƢỢNG MẶT TRỜI

Giáo viên hướng dẫn:
Ths. Lê Văn Nhạn

Sinh viên thực hiện:
Lê Thị Cẩm Thúy
MSSV: 1080343
Lớp: SP Vật Lý – Công Nghệ

Cần Thơ, 04/2012


Luận văn tốt nghiệp

Tìm hiểu nhà máy điện năng lượng mặt trời

LỜI CẢM ƠN

Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy Lê Văn
Nhạn – ngƣời đã tận tình giúp đỡ, hƣớng dẫn và tạo mọi điều
kiện thuận lợi cho em hoàn thành luận văn tốt nghiệp.
Em xin chân thành cảm ơn quý thầy, cô trong bộ môn

Sƣ Phạm Vật Lý cũng nhƣ quý thầy, cô trƣờng Đại Học Cần
Thơ đã tận tình giảng dạy và hƣớng dẫn em trong suốt quá
trình học tập và rèn luyện ở trƣờng.
Đồng cảm ơn các bạn sinh viên lớp Sƣ Phạm Vật Lý –
Công Nghệ khóa 34, Trƣờng Đại Học Cần Thơ – Những ngƣời
đã luôn bên tôi, giúp đỡ, động viên và tạo điều kiện thuận lợi
để tôi đƣợc học tập , nghiên cứu, hoàn thành luận văn.
Dù đã có rất nhiều cố gắng song luận văn chắc chắn
không tránh khỏi những thiếu sót và hạn chế. Kính mong nhận
đƣợc sự chia sẽ và những đóng góp quý báu của quý thầy, cô
và các bạn.
Xin kính chúc sức khỏe đến quý thầy, cô và các bạn
thân mến!
Sinh viên thực hiện
Lê Thị Cẩm Thúy

Ths. Lê Văn Nhạn

SVTH: Lê Thị Cẩm Thúy


Luận văn tốt nghiệp

Tìm hiểu nhà máy điện năng lượng mặt trời

MỤC LỤC
A – PHẦN MỞ ĐẦU....................................................................................................... 1
1. Lý do chọn đề tài.......................................................................................................... 1
2. Mục đích đề tài ............................................................................................................ 2
3. Giới hạn của đề tài ...................................................................................................... 2

4. Khả năng ứng dụng của đề tài ..................................................................................... 2
5. Phương pháp và phương tiện thực hiện đề tài .............................................................. 2
6. Các bước thực hiện đề tài ............................................................................................ 2
B – PHẦN NỘI DUNG ................................................................................................... 3
Chƣơng I. TỔNG QUAN VỀ ĐIỆN NĂNG LƢỢNG MẶT TRỜI .................................. 3
1.1. Lịch sử phát triển điện năng lượng Mặt trời .............................................................. 3
1.1.1. Thời kì sơ khai của việc sử dụng nguồn năng lượng Mặt trời ................................. 3
1.1.2. Giai đoạn mở đầu .................................................................................................. 3
1.1.3. Giai đoạn phát triển ............................................................................................... 4
1.2. Lý do để chọn điện năng lượng Mặt trời ................................................................... 5
1.3. Tình hình điện năng lượng Mặt trời trong nước và trên thế giới ............................... 6
1.3.1. Tình hình điện Mặt trời trên thế giới ...................................................................... 6
1.3.2. Tình hình trong nước ............................................................................................. 9
Chƣơng II. NĂNG LƢỢNG MẶT TRỜI ....................................................................... 12
2.1. Mặt trời và cấu tạo Mặt trời.................................................................................... 12
2.2. Năng lượng Mặt trời ............................................................................................... 15
2.2.1. Quá trình phản ứng tuần hoàn C – N ................................................................... 15
2.2.2. Phản ứng tuần hoàn proton – proton ................................................................... 16
2.3. Phổ bức xạ Mặt trời ................................................................................................ 17
2.4. Bức xạ Mặt trời ....................................................................................................... 19
Chƣơng III. ĐIỆN MẶT TRỜI ...................................................................................... 23
3.1. Pin Mặt trời ............................................................................................................ 23
3.1.1. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của pin Mặt trời ................................................. 23
3.1.1.1. Hiệu ứng quang điện ......................................................................................... 23
3.1.1.2. Hiệu suất của quá trình biến đổi năng lượng ..................................................... 28
3.1.1.3. Sự tạo thành hàng rào thế ................................................................................. 29
3.1.1.4. Đường đặc trưng VA – sự tạo dòng quang điện ................................................. 30
Ths. Lê Văn Nhạn

SVTH: Lê Thị Cẩm Thúy

Luận văn tốt nghiệp

Tìm hiểu nhà máy điện năng lượng mặt trời

3.1.1.5. Cấu tạo pin Mặt trời.......................................................................................... 32
3.1.2. Hệ thống nguồn điện pin Mặt trời ........................................................................ 33
3.1.2.1. Hệ thống nguồn điện pin Mặt trời tổng quát ...................................................... 34
3.1.2.2. Dàn pin Mặt trời ............................................................................................... 36
3.1.2.3. Tích trữ năng lượng trong hệ thống năng lượng pin Mặt trời ............................ 37
3.1.3. Thiết kế và lắp đặt các hệ năng lượng pin Mặt trời .............................................. 38
3.1.3.1. Các thông số cần thiết để thiết kế hệ nguồn điện pin Mặt trời ........................... 39
3.1.3.2. Các bước thiết kế và tính toán hệ năng lượng pin Mặt trời ................................ 42
3.1.3.3. Lắp đặt hệ thống nguồn điện pin Mặt trời ......................................................... 49
3.2. Nhiệt điện Mặt trời.................................................................................................. 52
3.2.1. Nguyên tắc hoạt động chung của nhà máy nhiệt điện Mặt trời ............................. 52
3.2.2. Một số nhà máy nhiệt điện Mặt trời...................................................................... 54
3.2.2.1. Nhà máy nhiệt điện Mặt trời hình máng dạng parabol ...................................... 54
3.2.2.2. Nhà máy nhiệt điện tháp Mặt trời ...................................................................... 56
3.2.2.3. Nhà máy nhiệt điện Mặt trời sử dụng động cơ Stiling ........................................ 59
3.2.2.4. Nhà máy nhiệt điện Mặt trời có ống khối........................................................... 60
Chƣơng IV. MỘT SỐ ỨNG DỤNG KHÁC CỦA NĂNG LƢỢNG MẶT TRỜI ........... 62
4.1.Bếp nấu dùng năng lượng Mặt trời .......................................................................... 62
4.1.1. Bếp hình hộp ........................................................................................................ 62
4.1.2. Bếp parabol ......................................................................................................... 63
4.2. Hệ thống cấp nước nóng dùng năng lượng Mặt trời ................................................ 63
4.2.1. Hệ thống cấp nước nóng có nhiệt độ thấp ............................................................ 64
4.2.2. Hệ thống cấp nước nóng có nhiệt độ cao.............................................................. 71
4.3. Hệ thống sấy dùng năng lượng Mặt trời .................................................................. 75

4.4. Thiết bị chưng cất dùng năng lượng Mặt trời .......................................................... 77
4.5. Thiết bị lạnh dùng năng lượng Mặt trời .................................................................. 78
4.5.1. Máy lạnh hấp thụ rắn dùng năng lượng Mặt trời ................................................. 79
4.5.2. Hệ thống lạnh sản xuất nước đá ........................................................................... 82
4.5.3. Tổ hợp hệ thống sản xuất nước đá và nước nóng ................................................. 82
Chƣơng V. TƢƠNG LAI CỦA ĐIỆN NĂNG LƢỢNG MẶT TRỜI ............................. 84
C. PHẦN KẾT LUẬN ................................................................................................... 86
TÀI LIỆU THAM KHẢO.............................................................................................. 87
Ths. Lê Văn Nhạn

SVTH: Lê Thị Cẩm Thúy


Luận văn tốt nghiệp

Tìm hiểu nhà máy điện năng lượng mặt trời

A. PHẦN MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Chúng ta điều biết một trong những vấn đề sống còn của nhân loại là vấn đề
năng lƣợng. Trƣớc tình hình phát triển của thế giới, đặc biệt là sự tăng dân số, tiến bộ
kỹ thuật và sự thay đổi cơ cấu kinh tế đã tác động mạnh đến nhu cầu sử dụng năng
lƣợng. Vì lý do trong cuộc sống hằng ngày con ngƣời tiêu thụ năng lƣợng để nấu
nƣớng, sƣởi ấm, nền công nghiệp, nghành giao thông vận tải điều sử dụng một lƣợng
lớn năng lƣợng. Lâu nay con ngƣời sản xuất ra năng lƣợng từ các nhiên liệu hóa thạch
nhƣ than đá, dầu mỏ, khí thiên nhiên…nhƣng trữ lƣợng những thứ này không nhiều,
với tốc độ khai thác nhƣ hiện nay thì nhân loại sẽ cạn nguồn năng lƣợng.
Mặt khác, nguồn điện hóa thạch (nhiệt điện) đã đƣợc khẳng định là đã và đang
phát ra một lƣợng khí thải khổng lồ vào khí quyển gây hiệu ứng nhà kính làm nóng
dần hành tinh, với những hệ quả rất nguy hại đến cuộc sống của loài ngƣời (đặc biệt là

Việt Nam sẽ là một trong những điểm bị ảnh hƣởng tồi tệ nhất của hiệu ứng nhà kính).
Thủy điện cũng là một hình thức sản xuất năng lƣợng đƣợc sử dụng phổ biến
nhất, nó sử dụng nguồn năng lƣợng vô tận tái tạo đƣợc, nhƣng năng suất của thủy điện
lại bị hạn chế vào mùa khô và những tác hại của nó đối với môi trƣờng cũng không
nhỏ. Những nhà môi trƣờng đã bài tỏ lo ngại rằng các nhà máy thủy điện lớn có thể
phá vỡ sự cân bằng của hệ sinh thái xung quanh.
Cuối cùng là nhà máy điện hạt nhân, có khả năng cung cấp một lƣợng điện sạch
khổng lồ trên phạm vi toàn cầu, ít tốn kém về mặt năng lƣợng, không thải ra CO 2 hay
các loại khí gây ra hiệu ứng nhà kính khác. Tuy nhiên, để vận hành, điều khiển đƣợc
nó ta cần có kỹ thuật cao mà không phải quốc gia nào cũng có khả năng, và nguy cơ
cháy nổ là khó tránh khỏi khi ta không khống chế tốt năng lƣợng sinh ra từ phản ứng
hạt nhân,và nhƣ ta đã biết nếu điều này xảy ra thì tác hại của nó là vô cùng lớn. Điển
hình nhƣ: sự cố nổ nhà máy hạt nhân Chernobyl của Nga vào năm 1986 và mới đây
nhất là sự cố nổ nhà máy hạt nhân Fukushima của Nhật Bản vào tháng 3 năm 2011…
Từ những tác hại nói trên đã thúc đẩy các nhà khoa học trên thế giới đi tìm một
nguồn năng lƣợng mới: sạch, có thể sử dụng lâu dài và an toàn hơn. Đó là năng lƣợng
tái tạo hay năng lƣợng tái sinh.Tiềm năng của các nguồn năng lƣợng tái tạo là rất lớn,
nếu khai thác hết thì có thể đáp ứng mọi nhu cầu năng lƣợng của nhân loại trong tƣơng
lai. Trong đó có “năng lƣợng Mặt trời” đang dần dần đƣợc áp dụng rộng rãi vào thực
Ths. Lê Văn Nhạn

1

SVTH: Lê Thị Cẩm Thúy


Luận văn tốt nghiệp

Tìm hiểu nhà máy điện năng lượng mặt trời

tế với những lợi ích rất lớn. Đó là lý do mà em chọn đề tài “tìm hiểu nhà máy điện
năng lƣợng Mặt trời”. Qua đề tài này em không mong gì hơn là một phần nào giới
thiệu về nhà máy điện Mặt trời và một số ứng dụng năng lƣợng Mặt trời trong thực tế
cho sinh viên Vật Lý chúng ta, cũng nhƣ tất cả những ai quan tâm về vấn đề năng
lƣợng.
2. Mục đích đề tài
- Tìm hiểu lịch sử phát triển và lý do chọn điện năng lƣợng Mặt trời làm nguồn
năng lƣợng trong tƣơng lai.
- Tìm hiểu về tình hình phát triển điện năng lƣợng Mặt trời của Việt Nam và
các nƣớc trên thế giới.
- Tìm hiểu về nhà máy điện năng lƣợng Mặt trời.
- Tìm hiểu một số ứng dụng khác của năng lƣợng Mặt trời.
3. Giới hạn của đề tài
Do không có điều kiện tham quan nhà máy điện năng lƣợng Mặt trời, nên em
chỉ tìm hiểu nhà máy điện Mặt trời thông qua một số tài liệu tham khảo.
4. Khả năng ứng dụng của đề tài
Đề tài có thể làm tài liệu tham khảo cho sinh viên muốn tìm hiểu về vấn đề điện
năng lƣợng Mặt trời.
5. Phƣơng pháp và phƣơng tiện thực hiện đề tài.
- Phƣơng pháp: Nghiên cứu lý thuyết, phân tích và tổng hợp các tài liệu.
- Phƣơng tiện: Sử dụng sách báo, khai thác thông tin trên Internet để tìm hiểu
vấn đề điện năng lƣợng Mặt trời và một số ứng dụng của năng lƣợng Mặt trời.
6. Các bƣớc thực hiện
 Nhận đề tài và xác định nội dung giới hạn của đề tài.
 Nghiên cứu những tài liệu có liên quan.
 Tiến hành tổng hợp tài liệu, song song đó trao đổi với giáo viên hƣớng dẫn.
 Hoàn thành luận văn.
 Báo cáo luận văn.

Ths. Lê Văn Nhạn

2

SVTH: Lê Thị Cẩm Thúy


Luận văn tốt nghiệp

Tìm hiểu nhà máy điện năng lượng mặt trời

B. PHẦN NỘI DUNG

Chƣơng I. TỔNG QUAN VỀ ĐIỆN NĂNG LƢỢNG MẶT TRỜI
1.1. Lịch sử phát triển điện năng lƣợng Mặt trời
1.1.1. Thời kì sơ khai của việc sử dụng nguồn năng lượng Mặt trời
Thời kì này nguồn năng lƣợng Mặt trời đƣợc sử dụng chủ yếu dƣới dạng nhiệt.
Thế kỷ VII TCN: Thời Ai Cập Cổ Đại , các ngôi nhà đƣợc xây dựng để các bức
xạ Mặt trời có thể đƣợc thu thập vào ban ngày và đƣợc sử dụng vào ban đêm.
Thế kỷ V TCN: Ngƣời Hy Lạp định hƣớng nhà của họ để họ có thể nhận đƣợc
năng lƣợng Mặt trời vào mùa đông để sƣởi ấm ngôi nhà.
Thế kỷ III TCN: Archimedes đã sử dụng những tấm gƣơng để phản chiếu bức
xạ Mặt trời và để bảo vệ Syracuse (ngày nay là trung tâm kinh tế, giáo dục của Ai
Cập) từ cuộc xâm lƣợc của ngƣời La Mã.
Thế kỷ II TCN: Các cửa sổ đầu tiên làm từ mica trong suốt đã đƣợc 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 XIV : Định luật năng lƣợng Mặt trời đầu tiên đƣợc giới thiệu tại Ý.
Năm 1767 ở Nga: M.V. Lomonossov đề nghị việc sử dụng các thấu kính để tập
trung bức xạ Mặt trời.
Năm 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.
Năm 1830 tại Nam Phi: J. Hershel sử dụng nồi nấu năng lƣợng Mặt trời đầu
tiên. Khoảng 1830 H. Repton xây dựng nhà kính đầu tiên ở châu Âu.
1.1.2. Giai đoạn mở đầu
Năm 1838 Edmond Becquerel, nhà vật lý ngƣời Pháp, là ngƣời đầu tiên có
những ý tƣởng chuyển biến ánh sáng thành năng lƣợng.
Giai đoạn 1860-1881: Phải hơn 2 thập kỷ sau, tiếp nối những ý nghĩ của
Edmond Becquerel thì Auguste Mouchout thành công trong việc tạo ra một thiết bị
giúp chuyển hóa năng lƣợng Mặt trời thành năng lƣợng hơi nƣớc và cho ra đời chiếc
máy hơi nƣớc chạy bằng năng lƣợng Mặt trời đầu tiên.
Năm 1873 Willoughby Smith phát hiện ra vật liệu chế tạo pin năng lƣợng Mặt
trời.

Ths. Lê Văn Nhạn

3

SVTH: Lê Thị Cẩm Thúy


Luận văn tốt nghiệp

Tìm hiểu nhà máy điện năng lượng mặt trời

Từ năm 1876-1878 William Adams cho ra đời cuốn sách chính thống đầu tiên
về năng lƣợng Mặt trời mang tên: “Nguồn năng lượng thay thế cho năng lượng hóa
thạch tại các quốc gia nhiệt đới” và một mẫu thiết kế thú vị sử dụng gƣơng để tạo ra
nguồn năng lƣợng Mặt trời tƣơng đƣơng với một động cơ 2.5 mã lực.
Năm1883 Charles Fritz là nhà khoa học đầu tiên thành công trong việc chuyển
hóa năng lƣợng Mặt trời thành năng lƣợng điện.

Năm 1888 John Ericsson, một ngƣời Mỹ nhập cƣ đã viết ra những nhận định
nhƣ sau: “Sau hơn 2000 năm sinh sống và tồn tại trên trái đất, nhân loại sẽ sớm sử
dụng hết những nguồn năng lượng hóa thạch của mình. Con cháu chúng ta sẽ phải đối
mặt với tình trạng thiếu thốn năng lượng trầm trọng trong thế kỷ mới. Viễn cảnh đen
tối này sẽ trở thành hiện thực trừ khi chúng ta tìm ra cách chế ngự và khai thác năng
lượng Mặt trời…”. Lời “tiên tri” trên khép lại giai đoạn mở đầu trong dòng lịch sử
nghiên cứu và ứng dụng năng lƣợng Mặt trời.
1.1.3. Giai đoạn phát triển
Mở đầu cho giai đoạn phát triển mới về năng lƣợng Mặt trời năm 1904 Albert
Einstein công bố phát hiện về hiện tƣợng quang điện. Bƣớc đầu của sự phát triển năng
lƣợng Mặt trời là những phát minh trong lĩnh vực pin quang điện. Pin quang điện rất
phổ biến và phát triển rất nhanh. Chẳng hạn năm 1930 Schottky phát hiện ra pin quang
điện ôxít đồng mới. Đến năm 1931 AF Ioffe hƣớng dẫn một dự án tại Viện Vật Lý Kỹ
Thuật ở St Petersburg sản xuất thành công pin quang thallium sulphide ( TI2S) , đạt
đƣợc hiệu xuất kỷ lục > 1% vào thời điểm đó. Ông đã gửi một đề nghị đến chính phủ
Xô viết liên quan đến việc sử dụng mái nhà điện quang để cung cấp điện. Tiếp đó vẫn
là những phát hiện mới về quang – điện và là tiên đề cho các phát minh về sau.
Năm 1932 Audobert và Stora khám phá ra hiệu ứng quang điện của CdS.
Năm 1948 W. Schottky trình bày các khái niệm lý thuyết đầu tiên cho quang
điện bán dẫn.
Năm 1953 bƣớc đầu cho sự phát triển quang bán dẫn thì tại phòng thí nghiệm,
Bell bắt đầu nghiên cứu pin năng lƣợng Mặt trời từ bán dẫn.
Nhận thấy sự phát triển của nguồn năng lƣợng này thì năm 1954 Hiệp hội quốc
tế về năng lƣợng Mặt trời - The International Solar Energy Society (ISES) - đƣợc
thành lập ở Phoenix, AZ. Trụ sở chính của nó sau đó đƣợc chuyển tới Melbourne,

Ths. Lê Văn Nhạn

4

SVTH: Lê Thị Cẩm Thúy


Luận văn tốt nghiệp

Tìm hiểu nhà máy điện năng lượng mặt trời

Australia, và vào năm 1995 nó đã đƣợc di chuyển một lần nữa đến Freiburg, Đức. Và
về sau cũng có nhiều hội nghị bàn về năng lƣợng Mặt trời.
Năm 1961: Hội nghị các chuyên gia quang điện IEEE đầu tiên đƣợc tổ chức ở
Philadelphia, Mỹ.
Năm 1967, tàu Soyuz 1 trở thành con tàu vũ trụ có ngƣời lái đầu tiên sử dụng
các tế bào năng lƣợng Mặt trời.
Năm 1977: Hội nghị năng lƣợng Mặt trời EC PV khởi đầu ở Luxembourg.
Năm 1978 phòng thí nghiệm đầu tiên về năng lƣợng Mặt trời và các nguồn
năng lƣợng tái tạo (SENES) bắt đầu hoạt động ở Châu Âu là Học viện Hàn Lâm Khoa
học Bungari tại Sofia.
Năm 1981 gƣơng tập trung phản chiếu năng lƣợng Mặt trời sử dụng lần đầu
tiên tại Viện Ioffe St Petersburg.
Năm 1982 Nhà máy điện Mặt trời đầu tiên có công suất 1MW đƣợc hoàn thành
và đi vào sử dụng tại California, Mỹ.
Năm 1991 xây dựng thí điểm nhà máy quang điện 1 MW từ pin Mặt trời đƣợc
phát triển bởi Đại học Erlangen.
Về sau khoa học kĩ thuật cũng nhƣ công nghệ ngày càng phát triển nên việc
phát triển nhà máy điện năng lƣợng Mặt trời trên thế giới cũng tăng. Ngày càng có
nhiều nhà máy điện Mặt trời mọc lên với quy mô và công suất ngày càng tăng.
1.2. Lý do để chọn điện năng lƣợng Mặt trời
Năng lƣợng tái sinh là nguồn năng lƣợng vô tận. Có rất nhiều nguồn năng
lƣợng tái sinh đƣợc các nhà khoa học phát hiện, nghiên cứu và đƣa vào sử dụng. Và
đặc biệt có một vài nguồn năng lƣợng tái sinh đã và đang đƣợc sử dụng khá phổ biến

hiện nay trên thế giới là: Năng lƣợng sinh ra từ sức nƣớc chảy (hay chúng ta quen gọi
là thủy điện), năng lƣợng sinh ra từ sức gió (năng lƣợng gió), năng lƣợng sinh ra từ
sóng biển, năng lƣợng sinh ra từ thủy triều, và đặc biệt là năng lƣợng Mặt trời.
Rất dễ hiểu lý do tại sao lại chọn giải pháp sử dụng điện từ nguồn năng lƣợng
Mặt trời làm nguồn năng lƣợng trong tƣơng lai:
- Năng lƣợng Mặt trời là nguồn năng lƣợng rất lớn, có thể sản xuất ra điện năng
lâu dài chừng nào còn ánh sáng Mặt trời, an toàn và dễ sử dụng.
- Chi phí đầu tƣ hợp lý, ngày càng giảm. Trong khi giá điện ngày càng tăng.

Ths. Lê Văn Nhạn

5

SVTH: Lê Thị Cẩm Thúy


Luận văn tốt nghiệp

Tìm hiểu nhà máy điện năng lượng mặt trời

- Chủ động nguồn điện để sử dụng, không chịu ảnh hƣởng của điện lƣới. Điều
này khá quan trọng để chúng ta xem xét để đầu tƣ hệ thống điện năng lƣợng Mặt trời
vì hiện tại với khí hậu bất ổn, điện lƣới của chúng ta không cấp đủ cho nhu cầu sử
dụng nên buộc phải điều tiết cúp điện luân phiên, mà ai trong chúng ta cũng biết.
- Một điều đặc biệt quan trọng là khi sử dụng điện từ nguồn năng lƣợng Mặt
trời này là chúng ta đã góp một phần vào công cuộc chống hiệu ứng nhà kính, sự nóng
dần lên toàn cầu. Về điểm này, xin đƣợc giải thích thêm nhƣ sau: Nguồn điện hiện tại
chúng ta đang sử dụng chủ yếu đƣợc sản xuất từ những nguồn chính nhƣ sau: thủy
điện (đây cũng là nguồn năng lƣợng sạch, nên tìm cách phát huy), nhiệt điện chạy
bằng khí thiên nhiên (có thải khí CO2 nhƣng khá ít), nhiệt điện chạy bằng dầu DO, FO

(thải khí CO2 khá nhiều, nhƣng rất ít nhà máy còn sử dụng), nhà máy điện hạt nhân có
khả năng cung cấp một lƣợng điện sạch khổng lồ trên phạm vi toàn cầu nhƣng nguy cơ
cháy nổ là rất lớn và rất nguy hiểm, nhiệt điện chạy bằng than (thải rất nhiều CO2, gây
ô nhiễm nghiêm trọng cho bầu khí quyển của chúng ta).
- Điều cuối cùng là khả năng mở rộng. Hầu hết các nhà máy sản xuất, các
phƣơng tiện vận chuyển,... đang sử dụng nguyên liệu hóa thạch (khi đốt cháy sẽ sinh ra
khí CO2) đều có thể chuyển sang sử dụng điện. Nên ví dụ nhƣ bạn đầu tƣ cho ngôi nhà
của mình hệ thống điện sử dụng năng lƣợng Mặt trời, khi bạn có nhu cầu mua xe chạy
bằng điện (một xu hƣớng tất yếu trong tƣơng lai gần) bạn có thể mở rộng hệ thống để
cấp điện cho xe điện này.
1.3. Tình hình điện năng lƣợng Mặt trời trong nƣớc và trên thế giới
1.3.1. Tình hình điện Mặt trời trên thế giới
Tính cho tới thời điểm đầu năm 2011, thế giới đã có tới gần 40GW điện sản
xuất từ năng lƣợng Mặt Trời. Trong đó, công suất lắp đặt mới năm 2010 là 16.6GW,
tổng công suất lắp đặt điện Mặt trời năm 2010 đạt xấp xỉ 40GW.

Hình 1.1 - Công suất lắp đặt điện Mặt trời mới trên thế giới từ 2000-2010 (MW)
Ths. Lê Văn Nhạn

6

SVTH: Lê Thị Cẩm Thúy


Luận văn tốt nghiệp

Tìm hiểu nhà máy điện năng lượng mặt trời

Năm 2010 điện Mặt trời là công nghệ năng lƣợng tái tạo dẫn đầu ở Châu Âu
với mức tăng trƣởng công suất tới 13,000MW. Sản lƣợng năng lƣợng từ các dự án

điện Mặt trời này tƣơng đƣơng với sản lƣợng điện của hai nhà máy nhiệt điện lớn.
Tính đến cuối năm 2010, tổng công suất lắp đặt điện Mặt trời ở Châu Âu đã vƣợt qua
con số 28,000MW, với sản lƣợng điện bằng mức tiêu thụ của 10 triệu hộ gia đình ở
Châu Âu.
“Mức tăng trƣởng của điện Mặt trời năm 2010 thật ấn tƣợng. Chi phí giảm,
nhiều ứng dụng mới, sự quan tâm lớn từ các nhà đầu tƣ và những hỗ trợ chính sách
liên tục đã góp phần vào sự phát triển này, đƣa điện Mặt trời lên thành công nghệ năng
lƣợng xanh dẫn đầu về tăng trƣởng công suất ở Châu Âu”, Ingmar Wilhelm - Chủ tịch
Hiệp hội điện Mặt trời Châu Âu cho biết. “Điện Mặt trời đã trở thành công nghệ đƣợc
chứng minh, đóng góp vào tiến bộ giảm carbon hóa trong cơ cấu năng lƣợng của
chúng ta, và do đó sẽ đƣợc khai thác nhiều hơn nữa bởi các quốc gia thành viên nhằm
đạt các mục tiêu năng lƣợng tái tạo 2020”, ông cho biết thêm. “Hơn 70% tất cả các
công suất mới lắp đặt là từ các hệ thống điện Mặt trời nhỏ và trung bình. Điện Mặt trời
trên thực tế là sự lựa chọn của mọi ngƣời trong các công nghệ năng lƣợng tái tạo, khi
họ trực tiếp tham gia và đóng góp cá nhân vì một môi trƣờng sạch hơn”, ông nói.

Hình 1.2 - Công suất điện Mặt trời lắp đặt mới ở Châu Âu năm 2010 (MW)
Trong 2 năm liên tiếp, Đức đã trở thành nƣớc dẫn đầu về điện Mặt trời trên thế
giới, thêm 6,500MW công suất lắp đặt vào 9,800MW các hệ thống điện Mặt trời hiện
tại. Lần đầu tiên, công suất lắp đặt trong năm của Ý và Cộng hòa Séc đã vƣợt mức
1,000MW. Sau các nƣớc này là Bỉ, Pháp và Tây Ban Nha, với mức tăng trƣởng đáng
kể trong năm 2010. Các phân tích thị trƣờng và dự báo ngành trong vòng 4 năm tới sẽ

Ths. Lê Văn Nhạn

7

SVTH: Lê Thị Cẩm Thúy

Luận văn tốt nghiệp

Tìm hiểu nhà máy điện năng lượng mặt trời

đƣợc thảo luận vào hội thảo thị trƣờng của Hiệp hội trong tháng 3 này. Những kết quả
này sẽ đƣợc đƣa vào báo cáo Triển vọng thị trƣờng toàn cầu 2015 của EPIA.

Hình 1.3- Tổng công suất lắp đặt điện Mặt trời ở Châu Âu năm 2010 (MW)
“Các biện pháp chính sách hỗ trợ cho điện Mặt trời nên tiếp tục đóng vai trò
quan trọng trong những năm tới. Điều đó rất quan trọng trong việc thiết lập một lộ
trình quốc gia mạch lạc cho việc phát triển thị trƣờng điện Mặt trời đi tới cạnh tranh
hoàn toàn càng sớm càng tốt. Nhƣ thƣờng lệ, các điều chỉnh về khung pháp chế cần
đƣợc thông báo sớm, và các thủ tục hành chính cần đơn giản và minh bạch hơn”, Bà
Eleni Despotou - Tổng thƣ ký hiệp hội EIPA nhận xét. “Điều đó có thể giúp đánh giá
tốt hơn các quyết định đầu tƣ đồng thời giảm chi phí đáng kể”, bà kết luận.
Theo ƣớc tính mới nhất của EPIA, hơn 3,000MW điện Mặt trời đƣợc lắp đặt
mới ngoài Châu Âu trong năm 2010. Các đóng góp chính là từ Nhật Bản, nơi gần nhƣ
1,000MW đã đƣợc lắp đặt, tiếp theo là Mỹ và Trung Quốc. Các con số dự báo cũng
cho thấy, mặc dù tiềm năng điện Mặt trời lớn, đặc biệt là ở các nƣớc ở phía Nam, việc
thiếu những hỗ trợ chính trị đã làm hạn chế sự tăng trƣởng của các thị trƣờng này.

Hình 1.4- Công suất điện Mặt trời lắp đặt mới ở các nước ngoài EU (MW)

Ths. Lê Văn Nhạn

8

SVTH: Lê Thị Cẩm Thúy

Luận văn tốt nghiệp

Tìm hiểu nhà máy điện năng lượng mặt trời

1.3.2. Tình hình trong nước
1.3.2.1.Nhà máy điện năng lượng Mặt trời đầu tiên ở Việt Nam
Ngày 13 tháng 12, Scheider Electric đã tổ chức hợp báo công bố hoàn thành
nhà máy điện năng lƣợng Mặt trời đầu tiên ở Việt Nam.

Hình 1.5. Nhà máy điện Mặt trời đầu tiên ở Việt Nam
Nhà máy điện năng lƣợng Mặt trời đầu tiên của Scheider Electric xây dựng thí
điểm ở bản 61 xã Thƣợng Trạch, huyện Bố Trạch, Quảng Bình. Đây là dự án điện
năng lƣợng Mặt trời đầu tiên Scheider thực hiện tại Việt Nam và đƣợc tài trợ bởi chính
quyền tĩnh Quảng Bình, quỹ Suez và quỹ Scheider Electric với tổng kinh phí dự án lên
tới 160 ngàn USD.
Sau 6 tháng triển khai xây dựng, trạm điện năng lƣợng Mặt trời đã có thể phát
điện từ cuối tháng 12 năm 2010 với công suất 11 KW điện và 11 KW nhiệt. Nhà máy
sẽ cung cấp điện tiêu dùng đủ cho 150 hộ dân, một trƣờng học, doanh trại bộ đội biên
phòng và một số cơ quan trên địa bàn thuộc bản 61. Dự kiến, giá bán nguồn điện năng
lƣợng sạch này là 1 USD/KWh.
Dự án này thuộc chƣơng trình Bip – Bop với mục tiêu chính là góp phần mang
lại nguồn năng lƣợng xanh, sạch, bền vững cho 1,6 tỉ ngƣời chƣa có điều kiện tiếp cận
năng lƣợng trên thế giới, đồng thời giảm thiểu tác hại đến môi trƣờng.
Gần đây, dự án phát điện ghép giữa pin Mặt trời và thủy điện nhỏ, công suất
125 KW đƣợc lắp đặt tại xã Trang, huyện Mang Yang, tỉnh Gia Lai, và dự án phát điện
lai ghép giữa pin Mặt trời và động cơ gió với công suất 9 KW đặt tại làng Kongu 2,
huyện Đăk Hà, tỉnh Kon Tum, do viện năng lƣợng thực hiện, góp phần cung cấp điện
cho khu vực đồng bào dân tộc thiểu số.
Ths. Lê Văn Nhạn

9

SVTH: Lê Thị Cẩm Thúy


Luận văn tốt nghiệp

Tìm hiểu nhà máy điện năng lượng mặt trời

1.3.2.2. Dự án điện Mặt trời nối lưới đầu tiên ở Việt Nam trên nóc tòa nhà Bộ
Công Thương
Dự án có công suất 12 KWh gồm 52 module x 230 Wh. Sử dụng pin của hãng
SolarWorld. Do CHLB Đức tài trợ, công ty Altus của Đức và Trung tâm năng lƣợng
mới Đại Học Bách Khoa Hà Nội kết hợp triển khai.

Hình 1.6. Dự án điện Mặt trời nối lưới
1.3.2.3. Dàn pin Mặt trời tại trung tâm Y tế Tam Kỳ (Quảng Nam)
Công suất 3 KWh, trị giá 720 triệu đồng. Do chính phủ Tây Ban Nha tài trợ
50%. SolarLap lắp đặt, hoàn thành và đƣa vào sử dụng vào tháng 5 năm 2010.

Hình 1.7. Dàn pin Mặt trời tại trung tâm y tế Tam kỳ
1.3.1.4. Nhà máy điện Mặt trời ở TPHCM
Ngày 23/03/2011 công ty First Solar của Mỹ khởi công xây dựng nhà máy sản
xuất tấm thu năng lƣợng Mặt trời để tạo ra điện tại huyện Củ Chi, TP HCM. Dự án có
vốn đầu tƣ 300 triệu USD.

Ths. Lê Văn Nhạn

10

SVTH: Lê Thị Cẩm Thúy


Luận văn tốt nghiệp

Tìm hiểu nhà máy điện năng lượng mặt trời

Các tấm pin Mặt trời do First Solar sản xuất có công nghệ bán dẫn tiên tiến và
cung cấp giải pháp quang điện toàn diện. Nhà máy này khi hoàn thành sẽ có 4 dây
chuyền sản xuất, thu hút khoảng 600 lao động.
Từ việc tìm mua nguyên liệu thô cho đến thu gom sản phẩm phế thải và tái chế,
First Solar tập trung vào việc tạo ra các giải pháp năng lƣợng tái sinh, hiệu quả kinh tế
bảo vệ và củng cố môi trƣờng.
Nhà máy sẽ đóng vai trò chủ đạo trong kế hoạch tăng gấp đôi sản lƣợng điện
vào năm 2012 của First Solar và giảm hơn nữa chi phí điện năng lƣợng Mặt trời.
Đây là dự án có tầm quan trọng đối với TP HCM, trong tình hình thiếu hụt điện
năng nghiêm trọng nhƣ hiện nay. Nhiều vị lãnh đạo cấp cao của TP HCM nhƣ Bí thƣ
Thành ủy Lê Thanh Hải, Chủ tịch UBND thành phố Lê Hoàng Quân và lãnh đạo các
bộ ngành liên quan có mặt tại buổi khởi công.
Ngoài ra, hiện nay Việt Nam còn có rất nhiều dự án điện Mặt trời đang chuẩn bị
thi công và lắp đặt.

Ths. Lê Văn Nhạn

11

SVTH: Lê Thị Cẩm Thúy


Luận văn tốt nghiệp

Tìm hiểu nhà máy điện năng lượng mặt trời

Chƣơng II. NĂNG LƢỢNG MẶT TRỜI
2.1. Mặt trời và cấu tạo Mặt trời
Mặt trời là một khối khí hình cầu có đƣờng kính 1,4.106 km (lớn hơn 110 lần
đƣờng kính trái đất), cách xa trái đất 150.106 km . Khối lƣợng Mặt trời khoảng
Mo = 2.1030 kg . Nhiệt độ trung tâm Mặt trời thay đổi trong khoảng từ 10.106 K đến
6
20.106 K , trung bình khoảng 15,6.10 K. Ở nhiệt độ nhƣ vậy, vật chất không thể giữ

đƣợc cấu trúc trật tự thông thƣờng gồm các nguyên tử và phân tử. Nó trở thành plasma
trong đó 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. Khi quan sát tính chất của vật chất
nguội hơn trên bề mặt nhìn thấy của Mặt
trời, các nhà khoa học đã kết luận rằng
có phản ứng nhiệt hạch xảy ra ở trong
lòng Mặt trời.
Hình 2.1. Bên ngoài Mặt trời
Cũng giống nhƣ Trái đất, Mặt trời cũng có nhiều lớp khác nhau tạo nên cấu trúc
của nó. Nhƣng Mặt trời không giống Trái đất ở chỗ, nó hoàn toàn là một quả cầu khí,
không có một bề mặt chất rắn nào cả. Mặc dù Mặt trời hoàn toàn đƣợc tạo ra bằng các
khí, nhƣng tỷ trọng và nhiệt độ của các khí có sự khác biệt rất lớn từ phần trung tâm
cho đến vỏ của Mặt trời. Ở phần trung tâm của Mặt trời, tỷ trọng bằng
150gam / cm3 (gấp 10 lần tỷ trọng của vàng hoặc chì). Càng xa trung tâm Mặt trời, nhiệt

độ và tỷ trọng càng giảm.

Mặt trời có cấu tạo gồm 4 phần: Phần lõi, tầng bức xạ, tầng đối lƣu và quang
cầu tất cả họp thành một khối vật chất khổng lồ.
- Phần lõi: Phần lõi của Mặt trời là khu vực trung tâm, có bán kính khoảng
175.000km, khối lƣợng riêng 60g/cm3, nhiệt độ ƣớc tính từ 14 đến 20 triệu độ, áp suất
vào khoảng hàng tỷ atmosphe, là nơi các phản ứng hạt nhân tổng hợp hyđro để hình
thành heli. Những phản ứng này giải phóng năng lƣợng mà về sau nó đi ra khỏi Mặt
trời dƣới dạng các bức xạ. Tại đây, trọng lực sẽ hút tất cả mọi vật hƣớng vào trong và

Ths. Lê Văn Nhạn

12

SVTH: Lê Thị Cẩm Thúy


Luận văn tốt nghiệp

Tìm hiểu nhà máy điện năng lượng mặt trời

tạo ra một áp lực lớn. Chính áp lực này đã tác động khiến cho các nguyên tử khí hyđro
kết hợp với nhau để tạo ra phản ứng hạt nhân.
Nguồn năng lƣợng đƣợc phát ra dƣới nhiều dạng ánh sáng (tia cực tím, các tia
X, ánh sáng nhìn thấy, tia hồng ngoại, các sóng ngắn và sóng Radio). Mặt trời cũng
phát ra các hạt mang năng lƣợng (nơtron, proton và nơtrino) tạo ra gió Mặt trời. Nguồn
năng lƣợng chiếu xuống Trái đất giúp sƣởi ấm hành tinh này, tác động lên sức khỏe
của con ngƣời và cung cấp các nguồn năng lƣợng cho đời sống. Chúng ta hầu nhƣ
không bị các bức xạ và gió Mặt trời làm hại bởi vì đã có bầu khí quyển bảo vệ.
- Tầng bức xạ: là phần tiếp theo phần lõi, chiếm 55% bán kính Mặt trời. Ở khu
vực này, năng lƣợng từ phần lõi đƣợc truyền đi xa hơn nhờ các photon (lƣợng tử ánh
sáng). Khi một lƣợng tử ánh sáng đƣợc hình thành, nó sẽ di chuyển đƣợc một khoảng

micromet (một phần triệu mét) trƣớc khi bị hút bởi các phân tử khí. Sau khi hút các
photon, các phân tử khí sẽ bị đốt nóng và lại tiếp tục phát ra các lƣợng tử ánh sáng
khác với bƣớc sóng tƣơng tự. Các lƣợng tử ánh sáng đƣợc tái phát đó cũng đi thêm
đƣợc một quảng đƣờng là một micromet và cũng bị các phân tử khí khác hấp thụ, chu
trình này đƣợc lập đi lập lại liên tục, mỗi sự tƣơng tác giữa lƣợng tử ánh sáng và các
phân tử khí đều mất một khoảng thời gian nhất định. Quá trình hấp thụ và tái phát này
diễn ra khoảng 1025 lần trƣớc khi một lƣợng tử ánh sáng đi đến đƣợc bề mặt, vì vậy
khoảng thời gian để một lƣợng tử ánh sáng đƣợc tạo ra ở phần lõi và sau đó đi đến
đƣợc bề mặt là rất đáng kể.
- Tầng đối lưu: nằm trong khoảng 30% bán kính còn lại, nơi có các dòng đối
lƣu hoạt động mạnh và mang năng lƣợng đi ra khỏi bề mặt của Mặt trời. Các dòng đối
lƣu này làm tăng hoạt động của các khí nóng bên cạnh đó làm giảm hoạt động của các
dòng khí lạnh. Các dòng đối lƣu mang các lƣợng tử ánh sáng ra khỏi bề mặt của Mặt
trời nhanh hơn quá trình chuyển giao các bức xạ xảy ra giữa phần lõi và phần bức xạ.
Với rất nhiều sự tƣơng tác diễn ra giữa các lƣợng tử ánh sáng và phân tử khí trong các
tầng bức xạ và tầng đối lƣu, một lƣợng tử ánh sáng mất gần 100.000 đến 200.000 năm
để tới bề mặt.
- Vùng quang cầu: có nhiệt độ khoảng 6000K, dày 1000km, ở vùng này gồm
các bọt khí sôi sục, có chổ tạo ra các vết đen, là các hố xoáy có nhiệt độ thấp khoảng
4500K và các tai lửa có nhiệt độ từ 7000K-10000K.

Ths. Lê Văn Nhạn

13

SVTH: Lê Thị Cẩm Thúy


Luận văn tốt nghiệp

Tìm hiểu nhà máy điện năng lượng mặt trời

Vùng ngoài cùng là vùng bất định và gọi là “khí quyển” của Mặt trời, bao gồm
3 phần: Quyển sáng, quyển sắc và hào quang.
- Phần quyển sáng: là khu vực thấp nhất trong bầu khí quyển Mặt trời mà tại đó
có thể nhìn thấy từ trái đất, rộng khoảng 300 – 400km và có nhiệt độ trung bình là
5.800K. Nó xuất hiện dƣới dạng bong bóng hoặc kết tạo thành hạt, giống với bề mặt
của một bình nƣớc đang sôi. Khi đi ra khỏi quyển sáng thì nhiệt độ sẽ giảm và các khí
sẽ trở nên lạnh hơn, do vậy nó không phát ra nguồn năng lƣợng ánh sáng nữa. Vì thế,
rìa ngoài cùng của quyển sáng sẽ tối lại và một hiệu ứng rìa tối đã chiếm toàn bộ phần
xung quanh Mặt trời.
- Phần quyển sắc: nằm phía trên và cách phần quyển sáng khoảng 2000km,
nhiệt độ chảy dọc phần quyển sắc tăng từ 4.500K – 10.000K. Ngƣời ta cho rằng phần
quyển sắc bị đốt nóng là do sự đối lƣu xảy ra phía dƣới phần quyển sáng. Khi các chất
khí chuyển động hỗn loạn trong vùng quyển sáng, chúng sẽ tạo ta các sóng làm đốt
nóng các khí xung quanh và phóng chúng vào phần quyển sắc dƣới dạng các tia khí
nóng nhỏ gọi là các gai nhỏ. Mỗi cái gai cách quyển sáng khoảng 5.000km và tồn tại
một vài phút. Những cái gai này cũng kéo theo sau một vùng từ trƣờng của Mặt trời
mà nó đƣợc tạo ra bởi sự chuyển động của các khí bên trong Mặt trời.
- Vầng hào quang: là lớp cuối cùng của Mặt trời kéo dài hàng triệu km phía
ngoài vùng quyển sáng. Chúng ta có thể quan sát nó rõ nhất vào thời điểm nhật thực và
trong các bức ảnh của Mặt trời đƣợc chụp bằng tia X. Nhiệt độ của vầng trung bình là
2 triệu độ K, mặc dù không có ai có thể giải thích vì sao vầng lại nóng nhƣ vậy, nhƣng
theo một số phỏng đoán thì nguyên nhân là do từ tính Mặt trời. Và có những khu vực
sáng và nóng cũng nhƣ những khu vực tối gọi là các lỗ vòng hoa. Các lỗ vòng hoa
tƣơng đối lạnh và đƣợc xem là nơi hình thành các phân tử gió Mặt trời.

Hình 2.2. Cấu trúc của Mặt trời
Ths. Lê Văn Nhạn

14

SVTH: Lê Thị Cẩm Thúy


Luận văn tốt nghiệp

Tìm hiểu nhà máy điện năng lượng mặt trời

2.2.Năng lƣợng Mặt trời
Năng lƣợng Mặt trời là năng lƣợng của dòng bức xạ điện từ xuất phát từ Mặt
trời, cộng với một phần nhỏ năng lƣợng của các hạt hạ nguyên tử khác phóng ra. Dòng
năng lƣợng này sẽ tiếp tục phát ra cho đến khi phản ứng hạt nhân trên Mặt trời hết
nhiên liệu, vào khoảng 5 tỷ năm nữa.
Về mặt vật chất thì Mặt trời chứa đến 78,4% khí hydro ( H 2 ), heli (He) chiếm
19,8%, các nguyên tố khác chỉ chiếm 1,8%.
Năng lƣợng do Mặt trời bức xạ ra vũ trụ là một lƣợng khổng lồ. Mỗi giây trôi
qua, Mặt trời giải phóng ra không gian xung quanh 3,865.10 26 J , tƣơng đƣơng với năng
lƣợng đốt cháy 1,32.1016 tấn than đá tiêu chuẩn. Nhƣng bề mặt quả đất chỉ nhận đƣợc
một năng lƣợng rất nhỏ và bằng 17,52.1016 J tƣơng đƣơng năng lƣợng đốt cháy
6.106 tấn than đá.

Năng lƣợng khổng lồ từ Mặt trời đƣợc xác định là sản phẩm của các phản ứng
nhiệt hạt nhân. Theo thuyết tƣơng đối của Einstein và qua phản ứng nhiệt hạch hạt
nhân khối lƣợng có thể chuyển thành năng lƣợng. Nhiệt mặt ngoài của Mặt trời
khoảng 6000K, còn bên trong Mặt trời có thể lên đến hàng triệu độ. Áp suất bên trong
Mặt trời cao hơn 340.108 Mpa . Do nhiệt độ và áp suất bên trong Mặt trời cao nhƣ vậy
nên vật chất đã nhanh chóng bị ion hóa và chuyển động với năng lƣợng rất lớn. Chúng
va chạm vào nhau và gây ra hàng loạt các phản ứng hạt nhân. Các nhà khoa học đã xác
định đƣợc nguồn năng lƣợng Mặt trời chủ yếu do hai loại phản ứng hạt nhân gây ra.

Đó là phản ứng tuần hoàn giữa các hạt nhân cacbon và nitơ (còn gọi là chu trình Bethe
hay chu trình cacbon) và phản ứng hạt nhân proton-proton (hay chu trình hydro).
2.2.1. Quá trình phản ứng tuần hoàn C-N
Quá trình này được mô tả như sau:
- Hạt nhân 6 C 12 va chạm với một proton tạo ra đồng vị 7 N 13 và độ hụt khối
Δm1 biến thành năng lƣợng ΔE1 dƣới dạng tia γ (trong đó năng lƣợng ΔE1 = Δm1.c 2

với c=300.000km/s là vận tốc ánh sáng trong chân không).
- Đồng vị 7 N 13 không bền lại biến thành đồng vị 6 C 13 và phát ra một pozitron và
một nơtrino.
- Đồng vị 6 C13 va chạm với một proton tạo ra đồng vị

7

N 14 và tia γ là năng

lƣợng điện từ có bƣớc sóng rất ngắn ( ΔE2 ).
Ths. Lê Văn Nhạn

15

SVTH: Lê Thị Cẩm Thúy


Luận văn tốt nghiệp

Tìm hiểu nhà máy điện năng lượng mặt trời

- Đồng vị 7 N 14 va chạm với một proton tạo ra đồng vị 8 O15 không bền và độ hụt
khối Δm3 biến thành năng lƣợng ΔE3 cũng dƣới dạng tia gamma.

- Đồng vị

8

O15 biến đổi thành đồng vị

7

N 15 và phát ra một pozitron và một

nơtrino.
- Cuối cùng đồng vị 7 N 15 va chạm với một proton và biến tành 6 C 12 và một hạt
α (He).

Hay:
C 12 →

1

H1 +

7

N 13 →

1

H 1 + 6 C 13 →

1

H1 +

8

O15 →

7

1

H1 +

N 15 →

6

7

7

6

N 13 + γ

7

C 13 + e+ + ν
N 14 + γ

7

N 14 → O15 + γ
8
N 15 + e+ + ν
6

C 12 +

2

He4

Nhƣ vậy, ta thấy sau mỗi chuỗi phản ứng nói trên, hạt nhân 6 C 12 biến đổi lại
trở về đồng vị 6 C 12 . Điều đó có nghĩa là phản ứng hạt nhân C-N có tính tuần hoàn.
Trong quá trình phản ứng một lƣợng lớn hydro bị tiêu hao và chuyển thành năng
lƣợng.
2.2.2. Phản ứng tuần hoàn proton-proton
Phản ứng tuần hoàn này có thể viết như sau:
1

H 1 + 1 H 1 → 1 H 2 + e+ + ν

1

H 2 + 1H1 →

2

He3 +

2

2

He3 →

He3 + γ
2

He4 + 2 1 H 1

Trong đó 1 H 2 là đồng vị hydro nặng (còn gọi là đơteri); e+ là pozitron; γ là hạt
ánh sáng hay photon; 2 He3 , 2 He4 là các đồng vị của hạt nhân heli.
Cả hai loại phản ứng nói trên điều có kết quả chung là phản ứng kết hợp bốn hạt
nhân nguyên tử hydro để tạo thành hạt nhân nguyên tử heli (hạt α ). Ta biết khối lƣợng
của hạt nhân hydro hay proton và heli là: mp = 1,672.1024 g
mα = 6,644.1024 g

Từ đó ta có độ hụt khối Δm của phản ứng sẽ là:
Ths. Lê Văn Nhạn

16

SVTH: Lê Thị Cẩm Thúy


Luận văn tốt nghiệp

Tìm hiểu nhà máy điện năng lượng mặt trời

Δm

= ( 4m p  mα ) = 0,044.1024 g

Hay bằng 0,7% tổng khối lƣợng của 4 proton. Từ biểu thức của Einstein
E = m.c2 ta tính đƣợc năng lƣợng đƣợc giải phóng ra khi 1g hạt nhân tạo phản ứng sẽ

là 9.1013 J . Nhƣ vậy khi 1g proton tham gia phản ứng hạt nhân thì tiêu hao mất 0,7%
tổng khối lƣợng và phát ra một năng lƣợng là:
ΔE = 9.1013 J x 0,7% = 6,3.1011 J

Nhƣ trên đã cho thấy, mỗi giây Mặt trời bức xạ một năng lƣợng là 3,8.10 26 J .
Nhƣ vậy trong mỗi giây lƣợng nhiên liệu hydro tham gia phản ứng là:
( 3,8.1026 / 6,3.1011 ) = 6,03.108 tấn. Tổn thất thực tế là: 6,03.108 x 0,7% = 4,22.106
tấn/giây.
Nhƣ đã nói ở trên, khối lƣợng Mặt trời xấp xỉ 2.10 27 tấn. Nhƣ vậy để Mặt trời
chuyển hóa hết khối lƣợng của nó thành năng lƣợng cần một khoảng thời gian là 10 tỷ
năm. Từ đó có thể thấy nguồn năng lƣợng Mặt trời là khổng lồ và lâu dài.
2.3. Phổ bức xạ Mặt trời
Bức xạ Mặt trời có bản chất là sóng điện từ, là quá trình truyền các dao động
điện từ trong không gian. Trong quá trình truyền sóng, các vectơ cƣờng độ điện trƣờng
và cƣờng độ từ trƣờng luôn luôn vuông góc với nhau và vuông góc với phƣơng truyền
của sóng điện từ. Quảng đƣờng mà sóng điện từ truyền đƣợc sau một chu kỳ dao động
điện từ đƣợc gọi là bƣớc sóng λ .
Trong chân không vận tốc truyền của sóng điện từ gần bằng vận tốc ánh sáng
c = 3.108 m / s . Còn trong môi trƣờng vật chất, vận tốc truyền của sóng nhỏ hơn và bằng
v=

c
, trong đó n gọi là chiếc suất tuyệt đối của môi trƣờng, với n  1 . Các sóng điện

n

từ có bƣớc sóng trải dài trong một phạm vi rất rộng từ 10 7 nm (nano met) đến hàng
nghìn km.

Hình 2.3 Thang sóng điện từ của bức xạ Mặt trời.
Ths. Lê Văn Nhạn

17

SVTH: Lê Thị Cẩm Thúy


Luận văn tốt nghiệp

Tìm hiểu nhà máy điện năng lượng mặt trời

Ánh sáng nhìn thấy có bƣớc sóng khoảng 400nm đến 700nm, chỉ chiếm một
phần nhỏ của phổ Mặt trời. Cần chú ý rằng, mặc dù có cùng bản chất là sóng điện từ
nhƣng các loại sóng điện từ có bƣớc sóng λ khác nhau thì gây ra các tác dụng lý - hóa
và sinh học rất khác nhau. Nói riêng trong vùng ánh sáng nhìn thấy, sự khác nhau về
bƣớc sóng gây ra cho ta cảm giác màu sắc khác nhau của ánh sáng. Khi đi từ bƣớc
sóng λ = 700nm đến giới hạn sóng ngắn λ = 400nm ta nhận thấy màu sắc của ánh sáng
thay đổi liên tục từ đỏ, cam, vàng, lục, lam, chàm, tím. Mắt ngƣời nhạy nhất đối với
ánh sáng màu vàng có bƣớc sóng λ = 580nm . Sự phân bố năng lƣợng đối với các bƣớc
sóng khác nhau cũng khác nhau (Bảng 2.1).
Mật độ năng
Quang phổ

Bước sóng

lượng

Tỷ lệ %

( W / m2 )
Tia vũ trụ

<1nm

6,978.105

Tia X

0,1nm

6,978.107

Tia tử ngoại C

0,2  0,28 μm

Tia tử ngoại B
Tia tử ngoại A

Ánh sáng nhìn thấy

Tia hồng ngoại

Sóng vô tuyến

7,864.106

0,57

0,28  0,32 μm

2,122.101

1,55

0,32  0,4 μm

8,073.101

5,90

0,4  0,52 μm

2,240.102

16,39

0,52  0,62 μm

1,827.102

13,36

0,62  0,78 μm

2,280.102

16,68

0,78  1,40 μm

4,125.102

30,18

1,10  3,00 μm

1,836.102

13,43

3,00  100,00 μm

2,637.101

1,93

0,10  10,00 cm

6,978.109

10,00  100,00 cm

6,978.109

1,00  10,00 m

6,978.105

Bảng 2.1. Phân bố phổ bức xạ Mặt trời theo bước sóng
Bảng 2.1 cho thấy mật độ năng lƣợng của bức xạ điện từ phụ thuộc vào bƣớc
sóng của nó. Qua đó ta thấy rằng mật độ năng lƣợng của bức xạ Mặt trời chủ yếu phân
Ths. Lê Văn Nhạn

18

SVTH: Lê Thị Cẩm Thúy


Luận văn tốt nghiệp

Tìm hiểu nhà máy điện năng lượng mặt trời

bố trong dãi bƣớc sóng λ = 0,2 μm (tử ngoại C, tỷ lệ mật độ năng lƣợng 0,57%) đến
λ = 3,0 μm (hồng ngoại, tỷ lệ mật độ năng lƣợng 1,93%), còn ngoài vùng đó mật độ

năng lƣợng không đáng kể.
Nhƣ vậy, khi bức xạ Mặt trời đi qua tầng khí quyển bao quanh Trái đất, nó bị
các phân tử khí, các hạt bụi...hấp thụ hoặc bị phản xạ, nên quang phổ và năng lƣợng
Mặt trời khi đến bề mặt Trái đất bị thay đổi đáng kể.
Còn bảng 2.2 là quan hệ màu sắc của ánh sáng và bƣớc sóng của nó.
Màu sắc

Bước sóng (nm)

Vùng sóng (nm)

Đỏ

700

640  760

Da cam

620

590  640

Vàng

580

570  590

Lục

510

500  570

Lam

470

450  500

Chàm

440

430  450

Tím

420

400  430

Bảng 2.2. Màu sắc và bước sóng của ánh sáng nhìn thấy trong phổ Mặt trời.
2.4. Bức xạ Mặt trời
Bức xạ Mặt trời là dòng vật chất và năng lƣợng của Mặt trời tới Trái đất, nguồn
năng lƣợng chính cho các quá trình trên Trái đất. Gồm bức xạ hạt và bức xạ điện từ.
- Bức xạ hạt (còn gọi là gió Mặt trời) chủ yếu gồm các proton và điện tử, ở gần
Trái đất có vận tốc tới 300 – 1.500km/s và mật độ 5 – 80 ion / cm3 , nếu hoạt động Mặt
trời tăng có thể lên tới 103 ion / cm3 . Năng lƣợng bức xạ hạt của Mặt trời thƣờng thấp
hơn năng lƣợng bức xạ nhiệt 107 lần và thâm nhập vào tầng khí quyển không quá
90km.
- Bức xạ điện từ, khi tới bề mặt Trái đất, có hai dạng là bức xạ trực tiếp và bức
xạ khuếch tán. Có bƣớc sóng từ bức xạ gamma đến sóng vô tuyến với năng lƣợng cực
đại ở vùng ánh sáng nhìn thấy. Khi qua khí quyển trái đất, các bức xạ sóng ngắn có hại
cho sự sống hầu nhƣ bị lớp ozon hấp thụ hoàn toàn. Ngày nay do công nghiệp phát
triển, các chất CFC thải vào khí quyển đang phá hủy lớp ozon, tạo ra nguy cơ bức xạ
sóng ngắn hủy diệt sự sống trên Trái đất nếu mất đi lớp ozon.

Ths. Lê Văn Nhạn

19

SVTH: Lê Thị Cẩm Thúy


Luận văn tốt nghiệp

Tìm hiểu nhà máy điện năng lượng mặt trời

Ánh sáng nói riêng, hay bức xạ điện từ nói chung, từ bề mặt của Mặt trời đƣợc
xem là nguồn năng lƣợng chính cho trái đất. Hằng số năng lƣợng Mặt trời đƣợc tính
bằng công suất của lƣợng bức xạ trực tiếp chiếu trên một đơn vị diện tích của bề mặt
trái đất, và 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 đƣợc bề mặt trái đất, gần 1000W/m2 năng
lƣợng Mặt trời tới trái đất trong điều kiện quang đãng. Năng lƣợng này có thể dùng
vào các quá trình tự nhiên hay nhân tạo. Quá trình quang hợp trong cây sử dụng ánh
sáng Mặt trời và chuyển đổi CO2 thành Ôxy và các hợp chất hữu cơ, trong khi nguồn
nhiệt trực tiếp là làm nóng các bình đun nƣớc nóng dùng năng lƣợng Mặt trời, hay
chuyển thành điện năng bằng các pin năng lƣợng Mặt trời. Năng lƣợng dự trữ trong
dầu mỏ đƣợc giả định rằng là nguồn năng lƣợng của Mặt trời đƣợc chuyển đổi từ xa
xƣa trong quá trình quang hợp và phản ứng hóa sinh của cổ sinh vật.
Trong toàn bộ bức xạ của Mặt trời, bức xạ liên quan trực tiếp đến các phản ứng
hạt nhân xảy ra trong nhân Mặt trời không quá 3%. Bức xạ γ ban đầu khi đi qua
5.105 km chiều dày của lớp vật chất Mặt trời bị biến đổi rất mạnh. Tất cả các dạng của

bức xạ điện từ điều có bản chất sóng. Bức xạ γ là sóng ngắn nhất trong các sóng đó
(hình 2.4), từ tâm Mặt trời đi ra do sự va chạm hoặc tán xạ mà năng lƣợng của chúng

giảm đi và bây giờ chúng ứng với bức xạ có bƣớc sóng dài. Nhƣ vậy, bức xạ chuyển
thành bức xạ Rơnghen có bƣớc sóng dài hơn. Gần đến bề mặt Mặt trời nơi có nhiệt độ
đủ thấp để có thể tồn tại vật chất trong trạng thái nguyên tử và các cơ chế khác bắt đầu
xảy ra.

Hình 2.4. Dãi bức xạ điện từ
Ths. Lê Văn Nhạn

20

SVTH: Lê Thị Cẩm Thúy


Luận văn tốt nghiệp

Tìm hiểu nhà máy điện năng lượng mặt trời

Đặc trƣng của bức xạ Mặt trời truyền trong không gian bên ngoài Mặt trời là
một phổ rộng trong đó cực đại của cƣờng độ bức xạ nằm trong dãy 10 1  10 μm và hầu
nhƣ một nửa tổng năng lƣợng Mặt trời tập trung trong khoảng bƣớc sóng 0,38 –
0,78 μm đó là vùng nhìn thấy của quang phổ.
Chùm tia truyền thẳng từ Mặt trời gọi là bức xạ trực xạ. Tổng hợp các tia trực
xạ và tán xạ gọi là tổng xạ. Mật độ dòng bức xạ trực xạ ở ngoài lớp khí quyển, tính đối
với 1m2 bề mặt đặt vuông góc với tia bức xạ, đƣợc tính theo công thức:
q  DT CO (T / 100)4

(2.1)

Trong đó:  D T là hệ số góc bức xạ giữa Trái đất và Mặt trời.
D T   2 / 4

(2.2)

β là góc nhìn Mặt trời, β  32'

C0=5,67W/m2.K4 - hệ số bức xạ của vật đen tuyệt đối.
T  57620K - nhiệt độ bề mặt Mặt trời.
 q = 1353W / m2

Do khoảng cách giữa Trái đất và Mặt trời thay đổi theo mùa trong năm nên β
cũng thay đổi, do đó q cũng thay đổi nhƣng độ thay đổi không lớn lắm nên có thể xem
q là không đổi và đƣợc gọi là hằng số Mặt trời.
Toàn bộ Trái đất nhận đƣợc từ Mặt trời khoảng 2,4.1018cal/cm2, gồm 48% năng
lƣợng thuộc dãy phổ ánh sáng nhìn thấy (λ = 0,4 - 0,76 μm), 7% tia cực tím (λ < 0,4
μm) và 45% thuộc dãy phổ hồng ngoại (λ > 0,76 μm). Trong khí quyển, bức xạ Mặt
trời một phần bị các đám mây phản xạ, một phần bị hấp thụ biến thành nhiệt, một phần
bị các phân tử, các tạp chất khuếch tán thành bức xạ khuếch tán chiếu sáng mặt đất về
ban ngày. Bức xạ Mặt trời tới đƣợc mặt đất, một phần bị phản xạ lại, một phần đƣợc
hấp thụ làm nóng mặt đất và lớp nƣớc bên trên (hình 2.5).
Phần năng lƣợng bức xạ Mặt trời truyền tới bề mặt Trái đất trong những ngày
quang đãng (không có mây) ở thời điểm cao nhất vào khoảng 1000W / m2 .
Năng lƣợng bức xạ Mặt trời đang đƣợc nghiên cứu ứng dụng cho sản xuất và
đời sống. Đó là nguồn năng lƣợng rất có triển vọng của tƣơng lai: sạch, vô tận và
nguồn có sẵn.
Các ứng dụng năng lƣợng Mặt trời phổ biến hiện nay bao gồm hai lĩnh vực chủ
yếu. Thứ nhất là năng lƣợng Mặt trời đƣợc biến đổi trực tiếp thành điện năng nhờ các
Ths. Lê Văn Nhạn

21

SVTH: Lê Thị Cẩm Thúy