Mô tả công nghệ năng lượng mặt trời

Mô Tả Công Nghệ Năng
Lượng Mặt Trời
Nhóm 1 – Lớp D9DCN2


1. Khái niệm chung về năng lượng mặt trời


Năng lượng mặt trời là năng lượng được tạo ra từ các phản ứng nhiệt hạt nhân trên mặt
trời. Năng lượng này có thể thu được dưới dạng sóng bức xạ điện từ truyền đến Trái Đất.



Ở ngoài khí quyển trái đất cường độ của bức xạ mặt trời có giá trị là E = 1,367 kW/m² và
được gọi là hằng số mặt trời. Nhưng khi đi qua lớp khí quyển trái đất, do bị hấp thụ và tán
xạ, nên năng lượng mặt trời bị giảm khoảng 30%.



Hiện nay năng lượng mặt trời được ứng dụng vào hai công nghệ chính là: điện mặt trời và
nhiệt mặt trời.


2. Điện mặt trời
2.1. Tổng quan về điện mặt trời


Kỹ thuật điện mặt trời đơn giản là cách chuyển
quang năng thành điện năng trực tiếp nhờ các tấm
pin mặt trời ghép lại với nhau thành mô đun. Ánh
sáng mặt trời gồm các hạt photon khi đập vào

electron của các tấm pin làm năng lượng của
electron tăng lên và di chuyển tạo thành dòng điện.



Điện năng do pin mặt trời tạo để sử dụng hay để
sạc pin. Thời kỳ đầu diện mặt trời chỉ được dùng
cho vệ tinh nhân tạo hay phi thuyền nhưng ngày
nay công dụng chính của nó là để cấp điện vào
lưới điện chung nhờ bộ chuyển đổi từ dòng điện
một chiều trong pin sang điện xoay chiều. Còn một
phần nhỏ dùng cấp điện cho các ngôi nhà, trạm
điện thoại, bộ điều khiển từ xa...


2. Điện mặt trời
2.1. Tổng quan về điện mặt trời


Pin năng lượng Mặt trời hay pin mặt trời hay pin quang điện
(Solar panel) bao gồm nhiều tế bào quang điện (solar cells) là phần tử bán dẫn có chứa trên bề mặt một số lượng lớn các
cảm biến ánh sáng là điốt quang, thực hiện biến đổi năng
lượng ánh sáng thành năng lượng điện. Cường độ dòng điện,
hiệu điện thế hoặc điện trở của pin mặt trời thay đổi phụ
thuộc bởi lượng ánh sáng chiếu lên chúng. Tế bào quang
điện được ghép lại thành khối để trở thành pin mặt trời
(thông thường 60 hoặc 72 tế bào quang điện trên một tấm
pin mặt trời). Tế bào quang điện có khả năng hoạt động dưới
ánh sáng mặt trời hoặc ánh sáng nhân tạo. Chúng có thể
được dùng như cảm biến ánh sáng (vd cảm biến hồng

ngoại), hoặc các phát xạ điện từ gần ngưỡng ánh sáng nhìn
thấy hoặc đo cường độ ánh sáng.

Hình ảnh một tế bào quang điện
thông dụng được làm từ tinh thể
silicon. Trên bề mặt pin được
phủ các đường dẫn bằng kim loại
với các nhánh nhỏ hơn toả ra trên
bề mặt pin để thu thập electron
sinh ra bởi hiệu ứng quang điện


2. Điện mặt trời
2.2. Hệ thống điện mặt trời


2. Điện mặt trời
2.2. Hệ thống điện mặt trời
Thành phần chính của hệ thống gồm có:


PV Panel: tấm pin năng lượng mặt trời



DC Combiner Box: bộ kết nối các tấm pin mặt trời



Charge controller: bộ điều khiển sạc



Battery Bank: pin, ắc quy



Inverter: bộ chuyển đổi điện một chiều – xoay chiều


2. Điện mặt trời
2.2. Hệ thống điện mặt trời
Nguyên lý hoạt động:


Tấm pin năng lượng mặt trời (PV panel) sẽ biến đổi trực tiếp quang năng hấp thụ từ mặt
trời thành điện năng dưới dạng dòng điện một chiều (DC). Nguồn điện một chiều này sẽ
được sạc cho ắc quy qua bộ điều khiển sạc (Charge controller) đồng thời sẽ được bộ
chuyển đổi điện (Inverter) chuyển hóa thành điện xoay chiều (AC) để cấp cho tải sử dụng.



Bộ điều khiển sạc thực hiện chức năng điều tiết sạc cho ắc quy, mạch bảo vệ của nó sẽ ngắt
mạch khi ắc quy được nạp đầy hoặc xả quá sâu nhằm nâng cao tuổi thọ ắc quy và giúp hệ
thống năng lượng mặt trời sử dụng hiệu quả lâu dài.



Bộ chuyển đổi điện được thiết kế với nhiều cấp công suất phù hợp với lưới điện như ở Việt
Nam là 220VAC – 50Hz



Ắc quy là thiết bị lưu trữ điện để sử dụng vào ban đêm hoặc lúc trời ít ánh nắng. Tùy thuộc
vào công suất và đặc điểm của hệ thống pin mặt trời mà ắc quy sẽ có dung lượng lớn hoặc
kết nối nhiều ắc quy lại với nhau.


2. Điện mặt trời
2.2. Hệ thống điện mặt trời
Một số đặc điểm chính của hệ thống điện mặt trời:


Hệ thống pin mặt trời nói riêng, hay hệ thống Photovoltaics (PV) nói chung, không thể sản
xuất điện liên tục được, nó hoạt động chỉ khi có ánh sáng mặt trời chiếu vào những tấm pin
do đó để đạt hiệu suất tối đa cho hệ thống thì các tấm pin mặt trời cần được lặp đặt theo một
góc nghiêng và hướng nhất định (nhiều nắng nhất và lâu nhất)



Độ tin cậy và độ bền của hệ thống điện mặt trời rất cao, một hệ thống điển hình có thể hoạt
động tới 35 năm mà hầu như không cần bảo dưỡng.



Pin mặt trời có ưu điểm là hiệu quả kinh tế, gọn, nhẹ, có thể lắp bất kỳ ở đâu có ánh sáng
mặt trời, tuyệt đối an toàn khi sử dụng và hoàn toàn thân thiện với môi trường.



Các hệ thống pin mặt trời có khả năng hòa lưới điện hoặc hoạt động độc lập, và có thể cung
cấp điện cho nhiều ứng dụng: từ các hệ thống cấp điện cho các tòa nhà, căn hộ, tới các hệ
thống cấp điện cho các hệ thống chiếu sáng công cộng, hay cho các đài tiếp âm viễn thông
từ xa…





3. Nhiệt mặt trời
3.1. Tổng quan về nhiệt mặt trời


Nhiệt mặt trời là hình thức chuyển bức xạ mặt trời thành nhiệt năng.



Từ lâu nhiệt năng từ bức xạ mặt trời đã được dùng để phơi sấy, sưởi ấm,… một cách tự
nhiên. Hiện nay nhờ các thiết bị mới nên nhiệt mặt trời được sử dụng hiệu quả hơn. Có 2
công nghệ thông dụng khai thác nhiệt mặt trời dựa trên hiệu ứng hấp thụ nhiệt trực tiếp và
hiệu ứng hội tụ bức xạ mặt trời.


3. Nhiệt mặt trời
3.2. Ứng dụng nhiệt mặt trời


Hiện nay nhiệt năng nhận được từ bức xạ mặt trời được áp dụng
trong hệ thống đun nước nóng và hệ thống sưởi ấm, sấy khô.



Bình nước nóng năng lượng mặt trời là một ứng dụng phổ biến
nhất trong đời sống hằng ngày. Ánh sáng mặt trời sẽ chiếu vào
các tấm/ống thu nhiệt (collector). Nhiệt này được truyền vào các
ống dẫn nước và làm cho nước nóng lên. Theo nguyên lý đối
lưu thì nước nóng sẽ trở lên nhẹ hơn và nổi lên trên. Nước lạnh
sẽ chảy từ bình chứa vào các ống nhiệt thay thế nước nóng.
Quá trình đối lưu cứ tiếp diễn như vậy liên tục. Nước nóng nổi
lên trên, chảy về van trên cao của bình chứa nước. Còn nước
lạnh trong bình chìm xuống, chảy vào hệ thống ống dẫn nhiệt và
lại được đốt nóng. Van dẫn nước màu xanh (đưa nước lạnh) vào
trong bình chứa là van một chiều. Khi bình đã đầy nước thì van
này được coi là đã khoá lại hoàn toàn, giữ cho nước nóng không
bị thoát ra ngoài.


3. Nhiệt mặt trời
3.2. Ứng dụng nhiệt mặt trời


Các thiết bị sấy dùng năng lượng mặt
trời thường có quy mô nhỏ và có dạng
một chiếc tủ kín.



Một mặt của thiết bị sấy được làm bằng
kính, các mặt còn lại được bọc cách
nhiệt, bên trong sẽ phủ lớp sơn đen.



Bức xạ từ mặt trời được hấp thụ theo
nguyên lý hiệu ứng nhà kính sẽ làm tăng
nhiệt độ buồng sấy.



Không khí trong buồng sấy sẽ được đối
lưu tự nhiên hoặc dung quạt đối lưu
cưỡng bức.


3. Nhiệt mặt trời
3.3. Nhiệt điện mặt trời


Công nghệ hội tụ năng lượng mặt trời CSP (concentrated solar power) còn gọi là công nghệ
nhiệt năng mặt trời STE (Solar thermal energy). Trong công nghệ này sử dụng một hệ
thống nhiều ống kính, gương phản chiếu và các hệ thống theo dõi nhằm tập trung ánh sáng
mặt trời trên một khu vực rộng lớn vào một diện tích nhỏ. Trong diện tích này, nước hoặc
chất lỏng đặc biệt khác chứa trong các bể chứa hay ống dẫn được làm nóng lên đến nhiệt
độ từ vài chục độ hay vài trăm độ tùy theo mục đích sử dụng, như sưởi ấm bể bơi, cung cấp
nước ấm cho các hộ gia đình, lưu trữ năng lượng phòng khi không có mặt trời chiếu sáng
hoặc tạo thành những dòng hơi nước mạnh làm quay tuôc-bin để sản xuất điện trong các
nhà máy điện.



Tương tự trường hợp các trang trại Trang trại năng lượng mặt trời – Solar Farm theo công
nghệ Pin quang điện (SPV), ở đây nhà máy nhiệt điện mặt trời CSP cũng sử dụng 2 loại
“tiểu” công nghệ khác nhau.


3. Nhiệt mặt trời
3.3. Nhiệt điện mặt trời
Tiểu công nghệ thứ nhất
người ta dùng các tấm gương
cầu hoặc gương phẳng hội tụ
các tia nắng mặt trời vào các
bình chứa nước hay các ống
dẫn nước đặt song song với
gương.


3. Nhiệt mặt trời
3.3. Nhiệt điện mặt trời
Công nghệ thứ hai các tia nắng mặt trời được hệ thống gương phản chiếu cho hội
tụ một điểm duy nhất, nơi này để các bình chứa nước lớn và sau đó sẽ cho nước
bốc hơi.


3. Nhiệt mặt trời
3.3. Nhiệt điện mặt trời


Hạn chế lớn của việc khai thác năng lượng mặt trời theo công nghệ này là yêu cầu lớn về
diện tích đất để đặt các tấm thu ánh sáng mặt trời trong lúc việc mua hay thuê đất bằng
phẳng cũng là khó khăn lớn khiến giá thành của điện mặt trời bị đẩy lên khá cao.



Trong nhà máy nhiệt điện mặt trời CSP, có thể đặt một bộ phận lưu trữ nhiệt năng thu được
trong thời gian mặt trời chiếu sáng (ban ngày và lúc không có mây mưa). Phần nhiệt năng
này giữ lại dưới nhiều dạng khác nhau (nước hay dầu ở nhiệt độ cao, muối làm cho tan
chảy …) và sẽ được sử dụng cho phát điện vào lúc không có ánh nắng mặt trời. Đây là một
ưu thế của loại nhà máy điện hội tụ năng lượng mặt trời CSP hay nhiệt năng mặt trời STE.



Cũng cần kể đến một ưu thế khác nữa của loại nhà máy nhiệt điện mặt trời CSP, đó là công
suất cao hơn công suất của một nhà máy điện quang năng SPV và có thể cung cấp đủ
nguồn điện cho nhu cầu sử dụng trên quy mô lớn.