CÔNG NGHỆ ĐỒNG PHÁT sử DỤNG NĂNG LƯỢNG mặt TRỜI

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 1/59

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

CÔNG NGHỆ ĐỒNG PHÁT SỬ DỤNG
NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI

Công nghệ đồng phát

sử dụng năng lượng
mặt trời


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 2/59

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO

1.1 Giới thiệu
Năng lượng tái tạo hiện nay là một trong những ngành phát triển và quan tâm hàng
đầu để thay thế các dạng năng lượng hóa thạch có trong tự nhiên vốn đã và đang
cạn kiệt và trước sự phát triển toàn cầu hóa năng lượng tái tạo.
Nhận thấy Việt Nam có số thời tiết nắng nóng cao và đều độ nên việc phát triển
năng lượng mặt trời là một giải pháp hay và rất hiệu quả.
1. Giảm thời gian nước nóng lên.
2. Vừa tạo ra nước nóng vừa tạo ra điện năng quan sát và điều khiển trên
internet.
3. Phát triền sáng tạo ra phương tiện giao thông sử dụng NLMT thân thiện môi
trường
4. Đơn giản hóa để phát triển lọc nước trên các tàu đi biển.

Đây là các hướng phát triển rất có hiệu quả cho thực tế và thân thiện với môi
trường.
1.1.1 Lịch sử [2]
Tiền Sử


Thế kỷ thứ 7 trước công nguyên: Thời Ai Cập Cổ Đại, các ngôi nhà được xây
dựng để các bức xạ mặt trời có thể được thu thập vào ban ngày và được sử
dụng vào ban đêm.



Thế kỷ thứ 5 trước công nguyên: người Hy Lạp định hướng nhà của họ để họ
có thể nhận được năng lượng mặt trời vào mùa đông để sưởi ấm ngôi nhà.



Thế kỷ thứ 3 trước công nguyên: Archimedes đã sử dụng những tấm gương
để phản chiếu bức xạ mặt trời và để bảo vệ Syracuse từ cuộc xâm lược của
người La Mã.

Công nghệ đồng phát

sử dụng năng lượng
mặt trời


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 3/59



Thế kỷ thứ 2 trước công nguyên: các cửa sổ đầu tiên làm từ mica trong suốt
đã được chèn vào trong nhà ở miền bắc Ý, với mục đích để tăng việc sử dụng
bức xạ mặt trời trong thời gian mùa đông.



Thế kỷ thứ 1 sau công nguyên : các “heliocaminos” được bắt đầu sử dụng .
Vào khoảng thế kỷ thứ 5, những bồn tắm năng lượng mặt trời với các cửa sổ
mica lớn hướng về phía nam được sử dụng tối đa tại Ý.



Thế kỷ thứ 14 : định luật năng lượng mặt trời đầu tiên được giới thiệu tại Ý.



1767 ở Nga: M.V. Lomonossov đề nghị việc sử dụng các thấu kính để tập
trung bức xạ mặt trời.



1767 tại Thụy Sĩ: Horace de Saussure khám phá ra sự khuếch đại và tăng
hiệu suất nhiệt trong các hộp kính 5 nếp gấp loại Matjoshka.



1830 tại Nam Phi: J. Hershel sử dụng nồi nấu năng lượng mặt trời đầu tiên .



Khoảng 1830: H. Repton xây dựng nhà kính đầu tiên ở châu Âu.

Lịch sử phát triển của quang điện


1839: Alexandre-Edmund Becquerel, một nhà vật lý thực nghiệm trẻ ở Pháp,
phát hiện ra hiệu ứng quang điện ở tuổi 19, trong khi giúp cha mình, thử
nghiệm với các pin điện phân tạo ra bởi hai điện cực kim loại



1873: W. Smith, làm việc tại Anh, phát hiện ra tính quang dẫn của Selenium,
đưa đến việc phát minh ra pin quang dẫn.



1876: G. W. Adams và R.E. Day, Mỹ, quan sát thấy hiệu ứng quang điện
trong chất rắn Selenium.



1883: Ch. Frits, một nhà phát minh người Mỹ, mô tả các pin năng lượng mặt
trời được làm từ những tấm Se-wafer.



1887: tại Đức, H. Hertz phát hiện ra rằng ánh sáng tia cực tím thay đổi điện
áp thấp nhất mà có khả năng gây một tia lửa điện giữa hai điện cực kim loại.



1888: Ed. Weston nhận được bằng sáng chế cho pin năng lượng mặt trời.



1904: W. Hallwachs phát hiện ra sự nhạy cảm ánh sáng trong cặp đồng và
ôxít đồng.

Công nghệ đồng phát

sử dụng năng lượng
mặt trời


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 4/59



1904: A. Einstein xuất bản nghiên cứu lý thuyết tiên phong của ông về hiệu
ứng quang điện (ông nhận giải Nobel năm 1921 cho công trình này).



1916: R.A. Millikan cung cấp bằng chứng thực nghiệm của các hiệu ứng
quang điện.



1916: Y. Czochralski (nhà khoa học người Ba Lan) phát triển một phương
pháp mới để phát triển tinh thể đơn Silicon.



1930: W. Schottky phát hiện ra pin quang điện ôxít đồng mới.



1931: AF Ioffe hướng dẫn một dự án tại Viện Vật Lý Kỹ Thuật ở St
Petersburg về pin quang thallium sulphide (TI2S), đạt được hiệu xuất kỷ lục
> 1% vào thời điểm đó. Ông đã gửi một đề nghị tới chính phủ Xô viết liên
quan đến việc sử dụng mái nhà điện quang để cung cấp điện.



1932: Audobert và Stora khám phá ra hiệu ứng quang điện của CdS.



1948: W. Schottky trình bày các khái niệm lý thuyết đầu tiên cho quang điện
bán dẫn.



1951: tại phòng thí nghiệm BELL kết nối p-n đầu tiên được tạo ra trên
germanium.



1953: D. Trivich công bố những tính toán lý thuyết đầu tiên về hiệu xuất
chuyển đổi của quang phổ đối với các vật liệu có bandgap khác nhau.



1953: G. Pearson tại phòng thí nghiệm Bell bắt đầu nghiên cứu pin năng
lượng mặt trời bằng Li-doped Silicon.



1953: D. Chapin; C. Fuller và G. Pearson Silicon thực hiện một pin năng
lượng mặt trời rộng 2 cm2 với hiệu xuất 4% (công bố trên trang bìa NY
Times).



1954: D. Chapin, C. Fuller và G. Pearson cải tiến hiệu xuất của pin năng
lượng mặt trời lên 6%; pin năng lượng mặt trời AT & T ra mắt ở Murray Hill,
NJ.



1954: tại Siemens ở Đức, G. Spenke và nhóm của ông phát triển một phương
pháp hiệu quả cho việc sản xuất poly-Si: Các nhà khoa học và chuyên gia từ
Wacker và TU Munich tham gia trong công trình này với Siemens. Cái được

Công nghệ đồng phát

sử dụng năng lượng

mặt trời


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 5/59

gọi là Phương pháp Siemens là công nghệ chính để sản xuất pin năng lượng
mặt trời và bán dẫn loại Si.


1954: J.J. Loferski và Jenny tại RCA báo cáo về hiệu ứng quang điện rõ nét
trong CdS



1954: Hiệp hội quốc tế về năng lượng mặt trời -The International Solar
Energy Society (ISES)- được thành lập ở Phoenix, AZ. 1970. trụ sở chính
của nó sau đó được chuyển tới Melbourne, Australia, và vào năm 1995 nó đã
được di chuyển một lần nữa đển Freiburg, Đức.



1957-1959: Hoffmann Electronics đạt được 8, 9 và 10% hiệu xuất và phát
triển hệ thống các mối nối, giảm điện trở của các thiết bị đáng kể.



1960: Hoffmann Electronics tăng hiệu xuất pin quang điện đến 14%, chủ
yếu được sử dụng cho vệ tinh và các ứng dụng không gian.



1960/1961: H. Mori ở Nhật Bản và A.K. Zaitseva & O. P. Fedoseeva ở Nga
độc lập đề xuất module quang điện lưỡng mặt.



1961: W. Shockley và H. Queisser phát triển một lý thuyết về nhiệt động lực
học dựa trên nguyên lý “sự cân bằng chi tiết” cho pin mặt trời 1 mối nối.



1961: Hội nghị các chuyên gia quang điện IEEE đầu tiên được tổ chức ở
Philadelphia, Mỹ.



1963: Sharp ở Nhật Bản đã lắp đặt các mạng pin lớn nhất thế giới cho các
ứng dụng trên mặt đất, với công xuất 242 W.



1966: Mạng pin mặt trời 1 kW được cài đặt trên đài quan sát thiên văn quỹ
đạo.



1966: Zh.I. Alferov, V.B. Khal n và R.F. Kazarinov phát hiện hiệu ứng
“super-injection” trong một double heterostructure (DHS).



1970: Zh.I. Alferov, V.M. Andreev và một đội ở Viện Ioffe, St Petersburg ra
mắt pin năng lượng mặt trời đầu tiên với GaAs heterostructure.



1973: Solarex được thành lập tại Hoa Kỳ. Công ty này sản xuất thương mại
pin năng lượng mặt trời đa tinh thể và các pin năng lượng mặt trời vô định
hình. Solarex sau đó được mua lại bởi Amoco / Emron và sau đó là BP Solar.

Công nghệ đồng phát

sử dụng năng lượng
mặt trời


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 6/59



1974: Nhật Bản trình bày dự án Sunshine vào đầu của cuộc khủng hoảng dầu
khí.



1976/1977: Thu huỳnh quang đầu tiên dung cho các ứng dụng năng lượng
mặt trời được gợi ý độc lập bởi A. Goetzberger và W. Greubel, và bởi WH
Weber và J. Lambe.



1976: D. Carlson và Ch. Wronsky tại RCI, Mỹ trình bày pin năng lượng mặt
trời bằng màng mỏng a-Si: H đầu tiên với hiệu xuất khoảng 1%.



1977: Viện Nghiên Cứu Năng Lượng mặt trời (SERI), sau này trở thành
Phòng Thí Nghiệm Năng lượng Tái Tạo Quốc Gia (NREL) mở cửa tại
Golden, CO, USA.



1977: Hội nghị Năng lượng Mặt trời EC PV khởi đầu ở Luxembourg.



Năm 1978: phòng thí nghiệm đầu tiên về năng lượng mặt trời và các nguồn
năng lượng tái tạo (SENES) khởi đầu hoạt động tại Châu Âu tại Học viện
Hàn Lâm Khoa học Bungari tại Sofia.



1980: MRiel bắt đầu chương trình nổi tiếng 1000 mái nhà với pin năng lượng
mặt trời ở Zurich, Thụy Sĩ.



1980: BP đi vào kinh doanh năng lượng mặt trời.



1981: Viện Năng lượng Mặt trời Fraunhofer ISE ở Freiburg, Đức thành lập
bởi Goetzberger A.



1981: R. Hezel giới thiệu Plasma Silicon Nitride (PECVD) như lớp phản
chiếu và lớp thụ động, mà hiện nay được áp dụng cho hầu như tất cả pin
năng lượng mặt trời thương mại bằng Silicon.



1981: Gương tập trung phản chiếu năng lượng mặt trời sử dụng lần đầu tiên
tại Viện Ioffe St Petersburg.



Năm 1982: sản xuất điện quang trên toàn thế giới đạt giá trị 10 MW.



1982: một nhà máy quang điện 1-MW – được xây dựng bởi ARCO Solar với
100 trackers lưỡng trục với c- Si module đi vào sử dụng tại California.



Năm 1983: sản xuất pin mặt trời trên toàn thế giới vượt mức 20 MW, và
doanh số bán vượt mức 250 trieu USD.

Công nghệ đồng phát

sử dụng năng lượng
mặt trời


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 7/59



1984: M.A Green và S. Wenham giới thiệu pin năng lượng mặt trời LaserGrooved Buried-Contact (LGBC).



1985: M. Green tại Đại học New South Wales, Australia, phá vỡ rào cản về
hiệu xuất 20% cho pin năng lượng mặt trời c-Si dưới một nắng trong phòng
thí nghiệm.



1985: R. Swanson thành lập Sun Power tại California với mục tiêu để thương
mại hóa pin năng lượng mặt trời c-Si hiệu xuất cao.



1986: ARCO Solar bán module quang điện màng mỏng thương mại đầu tiên.



1987: The Solar Challenge được khánh thành, và cuộc đua xe dùng pin mặt
trời dọc Australia.



1989: V.D. Rumyantsev tại Viện Ioffe, St Petersburg giới thiệu hệ thống pin
mặt trời dùng thấu kính tập trung với kích thước giảm dần.



1990: ARCO Solar được bán cho Siemens và đổi tên thành Siemens Solar.



1991: Nukem GmbH (nay Schott Solar) xây dựng thí điểm nhà máy quang
điện 1 MW từ pin mặt trời mono- and bifacial MIS-inversion-layer, được
phát triển bởi nhóm của R.Hezel tại Đại học Erlangen.



1991: M. Graetzel phát minh ra pin mặt trời dye-sensitized electrochemical.
Hiệu xuất > 10% thu được trong vòng 5 năm sau khi phát hiện.



1992: BP thương mại hoá pin mặt trời Laser Grooved c-Si (bằng sáng chế
của MA Green và S.Wenham).



1994: NREL phát triển và ra đời pin mặt trời 2 đầu với hiệu xuất cao
GaInAsP /GaAs, với hiệu xuất >30% dưới 180 nắng. Thế hệ thứ ba CPV ra
đời.



1997: PV mái nhà dùng pin quang điện lớn nhất, với >3 MW được lắp đặt tại
Munich, Đức.



1997: Sanyo bắt đầu sản xuất hàng loạt pin mặt trời hiệu xuất cao HIT cSi/a-Si: H.



1998: SolarWorld AG được thành lập ở Đức, là công ty quang điện tích hợp
theo chiều dọc đầu tiên.

Công nghệ đồng phát

sử dụng năng lượng
mặt trời


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 8/59



1999: M.A Green và J. Zhao đạt được hiệu xuất kỷ lục 24,7% trong phòng
thí nghiệm với pin mặt trời c-Si.



1999: Tổng số quang điện được cài đặt trên toàn thế giới vượt mức 1GW.



2000: Đức giới thiệu luật EEG mới (luật feed-in), trong 2008, luật này được
dịch sang hơn 40 ngôn ngữ. Đức trở thành thị trường quang điện lớn nhất
trên thế giới.



2002: Hội nghị Solar Silicon đàu tiên đối phó với cuộc khủng hoảng của Si
nguyên liệu được tổ chức bởi Photon tại Munich, Đức.



2002: Cypress Corp và Sun Power ở USA bắt đầu sản xuất thí điểm pin mặt
trời hiệu xuất cao c-Si Sun Power. Sản xuất hàng loạt thành lập ởPhilippines.



2002: Siemens Solar được bán cho Shell Solar, 2004 Shell Solar c-Si chuyển
nhượng cho SolarWorld.



2004: General Electric vào thi trường quang điện (PV), sau khi trở thành chủ
sở hữu của AstroPower.



2005: Sharp vẫn là nhà sản xuất pin quang điện (PV) lớn nhất trên toàn thế
giới PV.



2005: Q-Cells, được thành lập vào năm 2002, là nhà sản xuất tế pin PV phát
triển nhanh nhất trên toàn thế giới.



2006: Lộ trình PV cho Châu Âu được đề xuất bởi WCRE.



2006: Hơn 25% các module PV sản xuất trên toàn thế giới được lắp đặt ở
Đức.



2006: SolFocus tại Mỹ, Concentrix-Solar ở Freiburg, Đức, và SolarTec AG ở
Munich, Đức, bắt đầu sản xuất thí điểm Concentrator III-V PV (CPV). CPV
Mô-đun bao gồm các pin bộ ba GaAs trên Ge substrate với hiệu xuất > 35%,
và thấu kính Fresnel tập trung làm từ silicon kháng UV , có khả năng cung
cấp lên đến 800 nắng.



2006: Wacker mở rộng sản xuất pin năng lượng mặt trời poly-Si tại
Burghausen, Đức, lên đến 16.000 tấn / năm để trở thành công ty lớn thứ hai

Công nghệ đồng phát

sử dụng năng lượng
mặt trời


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 9/59

trong lĩnh vực này trên toàn thế giới. Việc đầu tư mới là khoảng 500 trieu
Euro.


2006: Hội nghị quốc tế đầu tiên về Solar Glass được tổ chức bởi Photon tại
Munich.



2007: Hemlock thông báo mở rộng với qui mô lớn về sản xuất poly-Si lên
đến 3.600 tấn/năm tại MI, Mỹ, và sẽ bắt đầu sản xuất vào năm 2010. Việc
đầu tư là khoảng 1 tỷ USD, Hemlock là nhà sản xuất poly-Si lớn nhất trên
toàn thế giới.



2006: InterSolar, Hội chợ quốc tế về năng lượng mặt trời lớn nhất diễn ra lần
thứ 10 và lần gần nhất là ở Freiburg, Đức.



2007: SunPower và Sanyo thông báo hiệu xuất cao nhất cho sản xuất hàng
loạt pin mặt trời trong 1 nắng là 22%.



2007: Al Gore và IPCC nhận giải Nobel Hòa Bình.



2007: Hội nghị Liên hiệp quốc dành cho biến đổi khí hậu diễn ra tại Bali.



2008: Q-Cells vượt qua Sharp để trở thành nhà sản xuất PV lớn nhất thế giới.

/>1.1.2 Lý thuyết về năng lượng mặt trời [1]
- Việt Nam vốn là một trong những vùng có cường độ bức xạ mặt trời tương đối
cao trên thế giới. Hơn nữa, nước ta còn là một quốc gia đang phát triển, người dân
nghèo còn nhiều, không phải ai cũng có khả năng sử dụng điện sinh hoạt với mức
giá như hiện nay. Vì thế, năng lượng mặt trời được coi là một giải pháp hoàn toàn
phù hợp nếu được ứng dụng rộng rãi trong đời sống hàng ngày.
- Vị trí địa lý đã ban tặng cho Việt Nam một nguồn “năng lượng tái tạo “ vô cùng
lớn đặc biệt là NLMT. Lãnh thổ Việt Nam trải dài từ vĩ độ 8 027’ – 23023’Bắc, kinh
độ 10208’-109027’ Đông. Việt Nam nằm trong khu vực có cường độ BXMT tương
đối cao. Trong đó nhiều nhất là thành phố Hồ Chí Minh, kế đến là các vùng Tây

Bắc (Lào Cai, Lai Châu, Sơn La) và vùng Bắc Trung Bộ (Hà Tĩnh , Thanh Hóa,
Nghệ An).
Công nghệ đồng phát

sử dụng năng lượng
mặt trời


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 10/59

- Việt Nam là một nước có tiềm năng NLMT và phát triển bền vững. Trung bình
bức xạ mặt trời mỗi năm khá cao: 5,2kWh/m 2 cho mỗi ngày. Đó là một yếu tố thuận
lợi để có thể phát triển điện NLMT trên quy mô công nghiệp. Các công nghệ mới
không chỉ cho phép sảm xuất điện NLMT được phát vào lưới điện, đồng thời cũng
đảm bảo cung cấp điện năng bền vững của địa phương với giá thấp
Tổng lượng bức xạ
trung
bình:kWh/m.mngày

Thứ tự

Tên địa phương

1
2
3
4
5

Đông Bắc ,đồng bằng sông Hồng
3,91
Vùng núi Tây Bắc
4,44
Bắc Trung Bộ
4,8
Tây Nguyên, Nam Trung Bộ
5,61
Nam Bộ
4,8
Bảng 1.1 : Tổng giờ nắng trung bình trong năm

Thứ tự

Tên địa phương
1
2
3
4
5
6
7
8

Vùng núi Đông Bắc Bộ và đồng bằng sông Hồng
Vùng núi Tây Bắc Bộ
Bắc Trung Bộ
Nam Trung Bộ
Ninh Thuận , Bình Thuận
Tây Nguyên

Nam Bộ
Cả nước

Công nghệ đồng phát

sử dụng năng lượng
mặt trời

Tổng lượng bức xạ
trung
bình:kWh/m.mnăm
1427
1549
1799
2084
1799

Số giờ nắng
TB/năm
1631
1452
1818
2294
2961
2431
2411
1854


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Trang 11/59

Bảng 1.2 : Tổng bức xạ trung bình của một số địa phương ; kWh/m2 - năm
- Các hoạt động nghiên cứu và sử dụng nhiệt mặt trời ở Việt Nam cho đến hiện nay
thường tập trung vào các lĩnh vực như cung cấp nước nóng dùng trong sinh hoạt và
sấy ở quy mô nhỏ. Các hoạt động khác như nấu ăn, chưng cất nước , làm lạnh, …có
được chú ý đến nhưng vẫn còn ở qui mô lẻ tẻ, chưa đáng kể.
- Mặc dù được đánh giá là có tiềm năng rất đáng kể về năng lượng mặt trời , nhưng
tỉ trọng của ứng dụng năng lượng mặt trời trong cán cân năng lượng của toàn đất
nước vẫn còn rất nhỏ bé.

Công nghệ đồng phát

sử dụng năng lượng
mặt trời


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 12/59

Hình 1.3 : Bản đồ bức xạ mặt trời nước Việt Nam
- Tiềm năng điện mặt trời tốt nhất ở các vùng Thừa Thiên Huế trở vào Nam và
vùng Tây Bắc. Vùng Tây Bắc gồm các tỉnh Lai Châu, Sơn La, Lào Cai…. và vùng
Bắc Trung bộ gồm các tỉnh Thanh Hóa, Nghệ An, Hà Tĩnh…. có năng lượng mặt
trời khá lớn. Mật độ năng lượng mặt trời biến đổi trong khoảng 300 đến 500
cal/cm2.ngày. Số giờ nắng trung bình cả năm trong khoảng 1800 đến 2100 giờ. Như
vậy, các tỉnh thành ở miền Bắc nước ta đều có thể sử dụng hiệu quả.
Công nghệ đồng phát

sử dụng năng lượng

mặt trời


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 13/59

- Còn ở miền Nam, từ Đà Nẵng trở vào, năng lượng mặt trời rất tốt và phân bố
tương đối điều hòa trong suốt cả năm. Trừ những ngày có mưa rào, có thể nói trên
90% số ngày trong năm đều có thể sử dụng năng lượng mặt trời cho sinh hoạt. Số
giờ nắng trung bình cả năm trong khoảng 2000 đến 2600 giờ. Đây là khu vực ứng
dụng năng lượng mặt trời rất hiệu quả.

1.1.3 Hướng nghiên cứu
Năng lượng tái tạo hiện nay là một trong những ngành phát triển và quan tâm hàng
đầu để thay thế các dạng năng lượng hóa thạch có trong tự nhiên vốn đã và đang
cạn kiệt và trước sự phát triển toàn cầu hóa năng lượng tái tạo.
Nhận thấy Việt Nam có số thời tiết nắng nóng cao và đều độ nên việc phát triển
năng lượng mặt trời là một giải pháp hay và rất hiệu quả.
1. Giảm thời gian nước nóng lên.
2. Vừa tạo ra nước nóng vừa tạo ra điện năng quan sát và điều khiển trên
internet.
3. Phát triền sáng tạo ra phương tiện giao thông sử dụng NLMT thân thiện môi
trường
4. Đơn giản hóa để phát triển lọc nước trên các tàu đi biển.
Đây là các hướng phát triển rất có hiệu quả cho thực tế và thân thiện với môi
trường.
- Nhận thấy giải pháp số 2 ứng dụng Vừa tạo ra nước nóng vừa tạo ra điện năng
quan sát và điều khiển trên internet được chọn để nghiên cứu ở Việt Nam. Với điều
kiện khí hậu và thời tiết thuận lợi tôi nghĩ nếu được quan tâm và phát triển đúng đắn
thì sẽ hiệu quả và phát triển mạnh mẽ .

Công nghệ đồng phát

sử dụng năng lượng
mặt trời


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 14/59

1.2 Nguyên lý chung

Hình TỔNG QUAN NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO.4: Các bộ phận cấu thành
- Máy nước nóng năng lượng mặt trời (SWH) hoạt động theo nguyên lý đối lưu
nhiệt tự nhiên và hiện tượng hiệu ứng lồng kính để biến đỏi quang năng thành nhiệt
năng và bẫy nhiệt để thu giữ lượng nhiệt này.
- Thành phần chính của SWH là thiết bị thu nhiệt. Thông thường SWH được đặt
trên mái. Năng lượng mặt trời được hấp thụ tại bề mặt thiết bị, truyền nhiệt cho
nước qua bộ thu. Nước lạnh từ phần dưới của bể chứa nhận nhiệt bức xạ mặt trời
(~600C) khi qua SWH. Sau đó do quá trình đối lưu, nước nóng sẽ di chuyển lên
trên và trở lại phần trên bể chứa.
- Quá trình này diễn ra liên tục cho đến khi nhiệt độ trong bình bằng nhiệt độ của
nước tại thiết bị hấp thụ.

Công nghệ đồng phát

sử dụng năng lượng
mặt trời

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 15/59

Hình 1.5 : Các loại collector

1.2.1 Bộ thu nhiệt ống chân không

Hình 1.6 : Bộ thu nhiệt ống chân không

Công nghệ đồng phát

sử dụng năng lượng
mặt trời


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 16/59

Nguyên lý hoạt động :

Hình 1.7 : Nguyên lý hoạt động
- Đầu tiên nước lạnh trong bình bảo ôn sẽ chảy vào ống chân không.
- Ống chân không sẽ hấp thụ bức xạ mặt trời để làm nóng nước.
- Khi nước được đun nóng đạt đủ nhiệt độ sẽ tạo ra sự chênh lệch nhiệt độ đối với
phần nước lạnh phía bình trên tạo ra hiện tượng đối lưu nước, nước nóng sẽ đẩy lên
ống và phần nước lạnh sẽ xuống trong ống như vậy cho tới khi nước trong bình bảo
ôn đạt nhiệt độ nóng thích hợp để sử dụng.

Công nghệ đồng phát

sử dụng năng lượng
mặt trời


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 17/59

Hình 1.8 : Cấu tạo của 1 bộ thu nhiệt ống chân không
Cấu tạo của ống chân không:

Hình 1.9 : Cấu tạo ống thủy tinh chịu nhiệt
- Ống chân không được làm từ thủy tinh Borosilicate có khả năng chịu nhiệt và
chịu va đập cao. Với độ dày 1,6mm.
- Ống được phun mạ 3 lớp SS-CU-Ti-N/AL.
- lớp trong cùng là lớp tạo độ bám bề mặt với công nghệ Magnetron, hai lớp bên
ngoài là lớp hấp thụ được phun xạ với công nghệ Nanomax bụi kim loại([Lớp kết
Công nghệ đồng phát

sử dụng năng lượng
mặt trời


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 18/59

dính bề mặt] – [Đồng+Titan] – [Nhôm+Chất hấp thụ]) làm tăng hiệu suất hấp thụ
lên tới 96%.
- Ống được hàn miệng ống với ống phía ngoài với nhiệt độ 4000C
- Sau đó ống được hút chân không trong vòng 48h.
- Cuối cùng là thêm dung dịch hút khí phân tán hơi và làm ổn định chân không.

- chất thu khí này được tiếp xúc với nhiệt độ cao làm cho bên dưới của ống chân
không đã được phủ một lớp barium tinh khiết. Lớp barium này chủ động hấp thụ bất
kỳ CO, CO2, N2, O2, H2O và H2 được thải ra từ các ống chân không trong quá
trình lưu trữ và hoạt động, do đó giúp duy trì chân không. Lớp barium cũng thể hiện
tình trạng chân không rõ ràng bằng hình ảnh. Lớp barium màu bạc sẽ chuyển sang
màu trắng nếu chân không bị mất. Điều này giúp dễ dàng xác định ống đang trong
tình trạng tốt hay không.
Ưu điểm:
- Không cần sử dụng điện.
- Cấu tạo và lắp đặt đơn giản.
- Không phụ thuộc nhiệt độ môi trường do nung nóng bằng bức xạ mặt trời
- Giá thành mặt bằng chung khá ổn.
Nhược điểm:
- Nếu nguồn nước đảm bảo ( nhiễm mặn,nhiễm chì ,có cặn) sẽ dẫn đến đóng cặn
trong ống chân không làm giảm hiệu năng sử dụng của ống.
- Cần được bảo dưỡng và thay thế 5 năm/1 lần để đảm bảo khả năng làm việc bình
thường.
- Phụ thuộc vào dung tích bình bảo ôn mà sẽ có sự khác nhau trong quá trình làm
nóng nước.

Công nghệ đồng phát

sử dụng năng lượng
mặt trời


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 19/59

1.2.2 Bộ thu nhiệt ống dầu

Hình 1.10 : Bộ thu nhiệt ống dầu

Công nghệ đồng phát

sử dụng năng lượng
mặt trời


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 20/59

Hình 1.11 : Nguyên lý hoạt động của bộ thu nhiệt ống dầu
Nguyên lý hoạt động của nó tương tự như bình dạng ống chân không. Nhưng ống
hấp thu nhiệt chứa dầu và cách ly với bình chứa, thay vì chứa nước và dẫn trực tiếp.
Do dầu dễ bị bốc hơi hơn nước nên loại ống dầu giúp cho nước trong bình được làm
nóng hơn so nhiệt độ tại ống hấp thu nhiệt.
Ưu điểm
- Bình dạng ống chứa dầu khiến bạt ít phải vệ sinh hơn do nước không chảy vào
ống thu nhiệt.
Nhược điểm
- Bình nước nóng mặt trời dạng ống dầu có giá cao hơn khoảng 2-3 triệu so với loại
ống thường.

Công nghệ đồng phát

sử dụng năng lượng
mặt trời

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 21/59

1.2.3 Bộ thu nhiệt dạng tấm phẳng

Hình 1.12 : Bộ thu nhiệt tấm phẳng

Công nghệ đồng phát

sử dụng năng lượng
mặt trời


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 22/59

Hình 1.13 : Cấu tạo của 1 bộ thu nhiệt tấm phẳng

Nguyên lý :
Bộ thu phẳng là một hệ tấm phẳng: (kính, tấm hấp thụ, lớp cách nhiệt) được đặt
song song nhau tạo thành một hệ bền vững. Về nguyên lý thì các Collector tấm
phẳng có cấu tạo dựa trên nguyên lý hiệu ứng nhà kính. Nhưng tùy thuộc vào việc
sử dụng nhiệt vào các mục đích sử dụng: nung nóng không khí, đun nước nóng,
chưng cất nước, bếp mặt trời…mà cấu tạo Bộ thu phẳng có hình dạng khác nhau.

Công nghệ đồng phát

sử dụng năng lượng
mặt trời

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 23/59

Hình 1.14 : Nguyên lý hoạt động của bộ thu nhiệt tấm phẳng
- Tương tự như cách đối lưu nhiệt của ống thủy tinh chân không, nước lạnh sẽ được
chuyển vào bộ thu nhiệt và nước nóng sẽ trở về bình bảo ôn.
- Thay vì sử dụng các ống chân không thì bộ này sử dụng mạng lưới ống đồng có
thiết kế liên kết với nhau được đặt bên trong tắm phẳng chân không để tăng khả
năng hấp thụ nhiệt và thời gian đun nóng.
Ưu điểm
- Bề mặt là kính cường lực hấp thụ nhiệt
Bề mặt tấm thu là kính cường lực hấp thụ nhiệt & chịu nhiệt độ cao Đặc tính: Độ
trong suốt cao, chịu va đập và chịu tải đến 700Kg, chống phản xạ - tăng cường hiệu
suất hấp thụ năng lượng mặt trời
- Lớp hấp thụ năng lượng

Công nghệ đồng phát

sử dụng năng lượng
mặt trời


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 24/59

Lớp mạ Titanium màu xanh chọn lọc được sản xuất tại Đức được mạ trên các tấm
đồng / nhôm thuần khiết. Do vậy tấm thu có hệ số hấp thụ trên 95% năng lượng mặt
trời và hệ số phản xạ chỉ dưới 5%. Đồng là vật liệu dẫn nhiệt cao, tăng khả năng
dẫn nhiệt của tấm thu được hàn bằng công nghệ laser. Hiệu suất có thể tăng đến 5%

CÔNG NGHỆ TRUYỀN NHIỆT
Với công nghệ hấp thụ nhiệt thông qua lớp mạ Titanium xanh chọn lọc - công nghệ
cao cấp và có hệ số hấp thụ cao hơn 16% so với công nghệ mạ Chrom đen thông
thường - giúp các tấm thu dễ dàng sản xuất ra nước nóng dưới 60 độ C ngay cả
trong các ngày âm u, ít nắng. Các ống đồng trao đổi nhiệt được hàn với tấm hấp thụ
bằng công nghệ hàn laser (công nghệ hiện đại nhất hiện nay, không gây ra quá nhiệt
độ cho tấm hấp thụ nhiệt và do vậy không làm giảm hiệu suất hấp thụ và thay đổi
tính chất vật lý của các tấm hấp thụ này). Các ống đồng trao đổi nhiệt chịu được
nhiệt độ tới 230 độ C ngay cả khi không có nước trong ống - giúp tuổi thọ của tấm
thu có độ bền tối thiểu trên 15 năm
Ngoài ra tấm phẳng thu nhiệt Megasun còn chịu được áp suất cao, chống bể vỡ,
chống đông cứng và chống rỉ sét
Nhược điểm
- Giá thành cao hơn 2 loại trên.
- Khó khăn khi cần sửa chửa thay thế, rất tốn chi phí và đồi hỏi chuyên môn (sử
dụng axit H2SO4 5% để loại bỏ cặn bẩn trong ống đồng)
- Yêu cầu chất lượng nguồn nước cao do ống đồng rất dễ đóng cặn bẩn

Công nghệ đồng phát

sử dụng năng lượng
mặt trời


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 25/59

1.3 Giới thiệu về pin nhiệt điện
1.3.1 Lịch sử hình thành và phát triển
1.3.1.1

Lịch sử

Hiệu ứng Seebeck được đặt theo tên nhà vật lí người Đức Thomas Johann Seebeck
(1770-1831), người năm 1826 đã công bố kết quả của những thí nghiệm mà ông đã
thực hiện bốn năm trước đó, qua đó đã mở ra một lĩnh vực nhiệt điện mới. Ông
quan sát thấy rằng một dòng điện xuất hiện trong một dãy mạch của hai kim loại
khác nhau, với điều kiện các nút giao giữa hai kim loại ở nhiệt độ khác nhau.

Hiệu ứng Peltier, được nhà vật lý người Pháp Jean Charles Athanase Peltier (17851845) trình bày lần đầu tiên vào năm 1834, được xem như là sự ủng hộ cho hiệu
ứng Seebeck và mô tả khả năng tạo ra sự thay đổi nhiệt do sự khác biệt điện áp giữa
hai kim loại không đồng nhất ở điểm nối. Hiện tượng này trong một ứng dụng đã
được áp dụng như là một cơ chế làm mát cho các thiết bị trạng thái rắn.
Những hiệu ứng quan trọng này còn được gọi là hiệu ứng Peltier-Seebeck.
1.3.1.2

Nguyên lý

- Pin nhiệt hay pin nhiệt điện, Thermoelectric generator, còn gọi là Seebeck
generator, là linh kiện bán dẫn thực hiện chuyển đổi trực tiếp chênh lệch nhiệt sang
điện năng.

Công nghệ đồng phát

sử dụng năng lượng
mặt trời