HE THONG DIEN MAT TROI CHO CAN HO GIA DINH

Đại học Đông Á

1

Hệ thống điện Mặt Trời cho căn hộ gia đình

MỤC LỤC
MỤC LỤC ..............................................................................................................1
MỞ ĐẦU ................................................................................................................3
CHƢƠNG 1.TỔNG QUAN VỀ NĂNG LƢỢNG MẶT TRỜI .............................6
1.1 TÌNH HÌNH SỬ DỤNG NĂNG LƢỢNG MẶT TRỜI ................................6
1.1.1Tình hình sử dụng năng lƣợng mặt trời trên thế giới ...............................6
1.1.2 Tình hình sử dụng năng lƣợng mặt trời ở Việt Nam ...............................8
1.2 Tiềm năng năng lƣợng Mặt Trời ..................................................................10
1.3 Xu thế chi phí phát điện từ năng lƣợng tái tạo .............................................10
1.4 Triển vọng cho sản xuất điện từ năng lƣợng tái tạo .....................................11
1.5 Kết luận ........................................................................................................12
CHƢƠNG 2. NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC VÀ CẤU TẠO PV CELLS ................13
2.1 NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC TẤM PIN MẶT TRỜI .....................................13
2.1.1 Giới thiệu về bán dẫn .............................................................................13
2.1.2 Nguyên lý làm việc tấm pin Mặt trời.....................................................17
2.2 CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT TẤM PIN MẶT TRỜI[2] ..........................18
2.2.1 Cấu tạo và phân loại tấm Pin Mặt trời ...................................................18
2.2.2 Các thông số thuật .................................................................................19
2.2.3 Các yếu tố ảnh hƣởng đến đặc tính tấm Pin ..........................................20
CHƢƠNG 3. HỆ THỐNG ĐIỆN MẶT TRỜI .....................................................23
3.1. CÁC HỆ THỐNG ĐIỆN MẶT TRỜI ........................................................23
3.1.1 Hệ thống độc lập ....................................................................................23
3.1.2 Hệ thống hòa lƣới ..................................................................................23
3.1.3 Hệ thống kết hợp....................................................................................24
3.2 HỆ THỐNG ĐIỆN MẶT TRỜI QUY MÔ HỘ GIA ĐÌNH .......................26

3.2.1 Sơ đồ kết nối ..........................................................................................26
3.2.2 Các bộ phận chính .................................................................................27
3.3 THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỆN ....................................................................35


Đại học Đông Á

2

Hệ thống điện Mặt Trời cho căn hộ gia đình

3.3.1 Thiết kế hệ thống Pin NLMT ................................................................37
3.3.2 Thiết kế hệ thống Ắc quy ......................................................................39
3.3.3 Bộ điều khiển sạc ắc quy .......................................................................41
3.3.4 Thiết kế hệ thống Inverter DC/AC ........................................................42
3.3.5 Thiết kế hệ thống định hƣớng mặt trời ..................................................44
3.3.6 Thiết kế hệ thống chuyển đổi nguồn .....................................................46
CHƢƠNG 4. LẮP ĐẶT VÀ THIẾT KẾ GIAO DIỆN GIÁM SÁT ....................48
4.1 SƠ ĐỒ ĐẤU NỐI THIẾT BỊ.......................................................................48
4.2 THIẾT KẾ GIAO DIỆN GIÁM SÁT ..........................................................49
4.2.1 Giới thiệu về Matlab Guide ...................................................................49
4.2.2Thiết kế giao diện Guide ........................................................................51
4.3 ĐÁNH GIÁ ..................................................................................................52
KẾT LUẬN...........................................................................................................54
TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................55
CÁC BẢN VẼ ......................................................................................................57


Đại học Đông Á

3

Hệ thống điện Mặt Trời cho căn hộ gia đình

MỞ ĐẦU
Nhiên liệu hóa thạch rất phổ biến nhƣng đang gây ra những tác đông không nhỏ
đến môi trƣờng[1], nhƣ lƣợng khí thải CO2 tăng lên làm nóng bầu khí quyển, gây
hiệu ứng nhà kính,... Trong những năm gần đây, vấn đề tìm ra các nguồn năng
lƣợng mới, và năng lƣợng xanh để thay thế cho các nguồn nhiên liệu hóa thạch vừa
là nhu cầu bức thiết vừa là chìa khóa cho tƣơng lai.
Dù đã sang thế kỷ 21 nhƣng rất nhiều ngƣời không thể tiếp cận đến những thứ vô
cùng bình thƣờng nhƣ điện chẳng hạn. Theo cơ quan Năng lƣợng Quốc tế cho biết
rằng trong năm 2013, khoảng 1.2 tỷ ngƣời trên thế giới không có điện để dùng,
chiếm khoảng 17% dân số thế giới. Sử dụng nguồn năng lƣợng từ nhiên liệu hóa
thạch đang cạn kiệt là vô cùng phức tạp và tốn kém. Mặt khác, năng lƣợng gió hay
mặt trời có thể cung cấp nguồn năng lƣợng sơ cấp để phục vụ sản xuất điện năng lại
có khắp nơi trên thế giới.
Năng lƣợng mặt trời là một nguồn năng lƣợng tái tạo, không giống nhƣ các nhiên
liệu hóa thạch (không thể phục hồi) nhƣ than, dầu mỏ, khí đốt... Theo tính toán của
NASA, mặt trời còn có thể cung cấp năng lƣợng cho chúng ta trong khoảng 6,5 tỉ
năm nữa.Tiềm năng của năng lƣợng mặt trời là rất lớn - mỗi ngày, bề mặt trái đất
đƣợc hƣởng 120.000 terawatts (TW) của ánh sáng mặt trời, cao gấp 20.000 lần so
với nhu cầu của con ngƣời trên toàn thế giới (1TW = 1.000 tỉ W).
Hiện nay, năng lƣợng tái tạo nhƣ gió, mặt trời, song, địa nhiệt,.. là một phần rất
quan trọng trong việc phát triển ngành điện trong thế ký 21.Tuy nhiên năng lƣợng
từ Mặt Trời là liên tục và có thể coi là vô hạn luôn luôn phát sáng, và không phụ
thuộc vào điều kiện thời tiết trên Trái Đất. Nhƣng con ngƣời lại đang sinh sống trên
Trái Đất, nơi có rất nhiều yếu tố tự nhiên ảnh hƣởng đến việc thu nhập năng lƣợng
Mặt Trời nhƣ ngày - đêm, mây mƣa, gió, nhiệt độ, thời gian,... Chúng ta dễ dàng
nhận ra các vấn đề nhƣ sau:

- Vào ban ngày, nắng thì có thể tạo ra điện; vào ban đêm, ngày mƣa thì không tạo
ra đƣợc điện năng nhiều; nhƣng việc cung cấp điện cho nhu cầu con ngƣời thì luôn
cần thiết kể cả ngày lần đêm, mƣa hay nắng.
- Năng lƣợng Mặt Trời lại không thể tích trữ đƣợc vào bình chứa nhƣ nƣớc,
không khí hay việc tích trữ điện năng vào bình ắc quy. Do đó, để đảm bảo cho hộ
phụ tải điện đảm bảo tính cung cấp điện liên tục thì nhất thiết phải có hệ thống ắc


Đại học Đông Á

4

Hệ thống điện Mặt Trời cho căn hộ gia đình

quy Battery tích trữ điện năng mà hệ thống Pin Mặt Trời (PV- Cells) tạo ra vào ban
ngày, ngày nắng; sau đó sử dụng vào vào ban đêm và ngày không có nắng.
- Việc chuyển đổi đổi điện năng một chiều DC ở ắc quy thành dòng điện xoay
chiều AC cho các thiết bị dùng điện thông dụng lại cần bộ nghịch lƣu Inverter.
- Hiệu suất làm việc của các tấm pin Mặt Trời lại ảnh hƣởng lớn bởi bức xạ Mặt
Trời và nhiệt độ môi trƣờng[2], do đó để đảm bảo hiệu suất cao cho các tấm Pin Mặt
Trời (PhotoVoltaic Cells- PV Cells) thì chúng ta cần có hệ thống định hƣớng Pin
Mặt Trời.
- Ngoài ra để việc tích trữ năng lƣợng ở ắc quy (battery) hay chuyển đổi DC/DC
ở bộ nghịch lƣu (inverter) thì cần có các hệ thống điều khiển riêng.
Cũng giống nhƣ tất cả các nƣớc trên thế giới, Việt Nam tỉnh trạng cạn kiệt nhiên
liệu hóa thạch cũng ở mức báo động, các nguồn năng lƣợng gió, mặt trời đƣợc sử
dụng vào việc sản xuất điện phục vụ nhu cầu cuộc sống đang đƣợc ứng dụng rất lớn
để đảm bảo nguồn năng lƣợng phục vụ đời sống và sản xuất. Đặc biệt, các hộ gia
đình đang sử dụng các tấm pin để tự tạo ra nguồn năng lƣợng phụ vụ nhu cầu ngày
càng lớn.

Xuất phát từ nhu cầu thực tế thực tế đó, đồ án này nghiên cứu về năng lƣợng điện
Mặt Trời, hệ thống điện Mặt Trờicủa hộ gia đình. Nội dung chính của đồ án này bao
gồm các nội dung chính nhƣ sau:
Chương 1: Tổng quan năng lượng Mặt Trời về tình hình sử dụng các nguồn năng
lượng tái tạo như Gió, Mặt Trời,... Và tình hình sử dụng nguồn năng lượng Mặt
Trời để phát điện tại Việt Nam.
Chương 2: Nguyên lý làm việc Pin Mặt Trời, các thông số kỹ thuật của một tấm
Pin Mặt Trời.
Chương 3: Giới thiệu chung về các hệ thống điện Mặt Trời. Thiết kế Hệ thống
điện Mặt Trời cho căn hộ gia đình từ tấm Pin, bộ điều khiển sạc, bộ nghịch lưu và
tới phụ tải. Ngoài ra, còn thiết kế giàn đỡ các tấm Pin định hướng Mặt Trời. Trong
căn h,ộ sử dụng 2 nguồn điện là từ hệ thống Pin Mặt Trời và nguồn điện lưới. Giữa
hai nguồn điện này được chuyển đổi linh hoạt.
Chương 4: Liên kết, đấu nối mô hình hệ thống điện cho căn hộ gia đình. Đồn
thời, sử dụng phần mềm Matlab/Guide để lập trình giao diện điều khiển, giám sát
hệ thống điện Mặt Trời cho căn hộ gia đình này.


Đại học Đông Á

5

Hệ thống điện Mặt Trời cho căn hộ gia đình

Sau một thời gian, tìm hiểu, nghiên cứu và thực hiện, chúng em xin đƣợc gửi lời
cảm ơn chân thành đến Ban Giám Hiệu và các thầy cô trong trƣờng, đặc biệt là thầy
cô trong khoa Điện – Điện Tử Trƣờng Đại Học Đông Á TP.Đà Nẵng, đã tận tình chỉ
dạy, truyền đạt kiến thức cũng nhƣ tạo điều kiện thuận lợi cho chúng em trong suốt
quá trình học tập vừa qua. Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy ThS. ĐỖ CÔNG
NGÔN đã dành nhiều thời gian công sức, quan tâm theo dõi, tận tình hƣớng dẫn,

động viên và nhắc nhở chúng em hoàn thành tốt đồ án này.

Đà Nẵng, ngày .... tháng 06 năm2019
NGƢỜI THỰC HIỆN
(Ký và viết rõ họ tên)

ĐẶNG CÔNG DŨNG


Đại học Đông Á

6

Hệ thống điện Mặt Trời cho căn hộ gia đình

CHƢƠNG 1.TỔNG QUAN VỀ NĂNG LƢỢNG MẶT TRỜI
1.1 TÌNH HÌNH SỬ DỤNG NĂNG LƢỢNG MẶT TRỜI
1.1.1Tình hình sử dụng năng lƣợng mặt trời trên thế giới
Theo Cơ quan Năng lƣợng quốc tế (IEA), năng lƣợng tái tạo chiếm đến 2/3 các nguồn
năng lƣợng mới trên thế giới trong năm vừa rồi, trong đó đi đầu là năng lƣợng mặt trời[3].

Hình 1.1 Các tấm pin mặt trời ở thành phố New York, Mỹ

Cụ thể, công suất năng lƣợng mặt trời đã tăng 50% trong năm ngoái, phát triển nhanh
nhất trong số các nguồn năng lƣợng mới. Điều này khiến cho các nhà khoa học đánh giá
đây là một kỷ nguyên mới của thế giới.
Dẫn đầu là Trung Quốc, IEA cũng dự đoán rằng năng lƣợng mặt trời sẽ thống trị tăng
trƣởng tƣơng lai, với công suất toàn cầu trong 5 năm tới nhiều hơn so với công suất điện
của cả Ấn Độ và Nhật Bản hiện tại cộng lại.
Đến năm 2022, công suất năng lƣợng mặt trời dự báo sẽ chiếm tới một nửa so với công

suất năng lƣợng từ than, đồng thời trở thành nguồn năng lƣợng lớn nhất trong các nguồn
năng lƣợng tái tạo.
Thay đổi tích cực này đƣợc thúc đẩy nhờ vào việc giảm giá cũng nhƣ những chính sách
hỗ trợ của chính phủ, đặc biệt là Trung Quốc. Hiện nay, đất nƣớc này chiếm tới phân nửa
số tấm pin năng lƣợng mặt trời trên toàn thế giới.
"Điều mà chúng ta đang chứng kiến chính là sự ra đời của một kỷ nguyên năng lƣợng
mới", Giáo sƣ Fatih Birol, giám đốc điều hành của IEA, nói.
Theo đó, dự đoán về công suất năng lƣợng tái tạo vào năm 2022 đã tăng thêm so với
báo cáo vào năm ngoái, do mức tăng thêm khoảng 1/3 ở Trung Quốc và Ấn Độ.


Đại học Đông Á

7

Hệ thống điện Mặt Trời cho căn hộ gia đình

Ngoài ra, Ấn Độ cũng đƣợc dự đoán sẽ là một quả "bom" năng lƣợng mặt trời trong 5
năm tới, khi những nút thắt về cơ sở hạ tầng và thiết bị kĩ thuật đƣợc khắc phục. Khi đó,
công suất năng lƣợng tái tạo Ấn Độ đƣợc sẽ tăng gấp đôi, vƣợt qua cả mức tăng trƣởng
của liên minh châu Âu (EU).

Hình 1.2Hệ thống pin mặt trời kết hợp với điện gió ở Diêm Thành, thuộc tỉnh Giang Tô, Trung Quốc

Theo báo cáo, Mỹ là thị trƣờng năng lƣợng tái tạo tăng trƣởng nhanh thứ hai mặc dù
Tổng thống Donald Trump từng tuyên bố sẽ làm sống lại ngành công nghiệp than đá của
đất nƣớc này.
Paolo Frankl, ngƣời đứng đầu lĩnh vực năng lƣợng tái tạo ở IEA, cho biết những khoản
trợ cấp cho nguồn năng lƣợng mặt trời và năng lƣợng gió ở Mỹ trƣớc nay đã làm cho
những tác động từ chính sách của Tổng thống Trump với nguồn năng lƣợng xanh vẫn còn

hạn chế.
Tuy nhiên, điều này có thể thay đổi nếu có sự tính toán lại trong việc phân chia các
khoản tiền trợ cấp hoặc nếu khi Ủy ban thƣơng mại quốc tế Mỹ quyết định tăng thuế nhập
khẩu với những tấm pin năng lƣợng mặt trời có nguồn gốc từ Trung Quốc.
"Còn ở Vƣơng quốc Anh, bức tranh về năng lƣợng mặt trời khá phức tạp", Frankl cho
biết. Theo đó, IEA dự đoán các cơ sở năng lƣợng xanh sẽ đƣợc xây dựng ở đất nƣớc này
trong giai đoạn 2017-2022 chỉ bằng 1/5 số lƣợng thiết lập trong suốt 5 năm qua.
Mặc dù số cánh đồng năng lƣợng mặt trời xuất hiện nhiều hơn ở Anh, động lực chính
cho sự tăng trƣởng của ngành năng lƣợng nƣớc này lại là những bãi điện gió ngoài khơi.
Rẻ hơn năng lƣợng hóa thạch trong 5 năm tới
Báo cáo cũng cho rằng những nguồn năng lƣợng tái tạo ngày càng có khả năng cạnh
tranh cao về giá với nguồn hóa thạch. Điển hình, những dự án điện mặt trời và điện gió
liên tục lập kỉ lục giá rẻ trong những đợt đấu thầu ở nhiều quốc gia.


Đại học Đông Á

8

Hệ thống điện Mặt Trời cho căn hộ gia đình

"Những nguồn năng lƣợng mới có thể sẽ rẻ hơn các nguồn năng lƣợng hóa thạch trong
ít nhất 5 năm tới. Tuy nhiên, hiện nay khi đầu tƣ vào lĩnh vực này, các nhà kinh doanh có
thể vẫn gặp nhiều rủi ro về lợi nhuận", Frankl nói.
Tăng trƣởng của năng lƣợng tái tạo có thể gấp 2 lần khí của gas và than đá cộng lại
trong 5 năm tới, IEA nói.
Ngoài ra, dù đóng góp của năng lƣợng tái tạo trong sản lƣợng điện sẽ tăng từ 24% năm
2016 lên 30% trong năm 2022, than đá vẫn sẽ là nguồn lớn nhất cung cấp cho phát điện.
Cũng theo IEA, các quốc gia sẽ phải tiếp tục ban hành những chính sách linh hoạt hơn để
thúc đẩy nguồn năng lƣợng xanh trên toàn cầu. Đây là hƣớng đi đúng đắn cho sự phát

triển bền vững cũng nhƣ bảo tồn những nguồn tài nguyên có hạn cho các thế hệ tiếp
theo[4].
1.1.2 Tình hình sử dụng năng lƣợng mặt trời ở Việt Nam
Việt Nam là một trong những nƣớc đang phát triển ở Đông Nam Á có mức độ gia tăng
nhu cầu sử dụng điện khá cao, đồng thời tỷ trọng năng lƣợng hóa thạch sử dụng trong
phát điện vẫn còn khá lớn. Bên cạnh nguy cơ thiếu hụt nguồn năng lƣợng hóa thạch do trữ
lƣợng đang dần cạn kiệt thì việc sử dụng năng lƣợng hóa thạch đang gây ô nhiễm, ảnh
hƣởng lớn đến môi trƣờng cũng là một thực trạng mà Việt Nam phải đối mặt.
Trong khi đó, Việt Nam đƣợc biết đến là một nƣớc có tiềm năng khá lớn về năng lƣợng
tái tạo (NLTT) nhƣng hiện tại mới chỉ khai thác và sử dụng một tỷ lệ rất nhỏ. Cho đến nay
số các dự án có tầm cỡ và quy mô ở nƣớc ta rất ít, tỷ trọng công suất lắp đặt các nhà máy
điện từ NLTT trong tổng công suất đặt của cả hệ thống còn rất khiêm tốn. Mặc dù đã có
nhiều nỗ lực thúc đẩy phát triển NLTT và nguồn điện từ NLTT trong các Quy hoạch phát
triển điện lực gần đây, đặc biệt là Quy hoạch điện VII, nhƣng việc phát triển NLTT ở Việt
Nam vẫn chƣa tƣơng xứng với tiềm năng.
Bên cạnh đó, Việt Nam cũng chƣa đáp ứng đƣợc mục tiêu phát triển trong Chiến lƣợc
phát triển NLTT của Việt Nam đến năm 2030, tầm nhìn đến năm 2050 mới đƣợc phê
duyệt, cũng nhƣ Chiến lƣợc quốc gia về tăng trƣởng xanh, đồng thời chƣa đảm bảo các
cam kết của Việt Nam trong Hội nghị Thƣợng đỉnh Liên Hợp quốc về Biến đổi khí hậu
(Thỏa thuận Paris).
Đẩy mạnh sử dụng NLTT đang là xu thế của các nƣớc trên thế giới bởi vai trò quan
trọng và tính ƣu việt của chúng, đặc biệt trong bối cảnh công nghệ sản xuất điện từ NLTT
đang phát triển rất nhanh, dần đảm bảo khả năng cạnh tranh với các nguồn năng lƣợng


Đại học Đông Á

9

Hệ thống điện Mặt Trời cho căn hộ gia đình

truyền thống. Chính vì vậy, việc gia tăng tỷ lệ điện năng sản xuất từ NLTT là một đòi hỏi
tất yếu cho sự phát triển của hệ thống điện, cần đƣợc đƣa vào cụ thể hơn trong Quy hoạch
nguồn điện Việt Nam.
Theo Quy hoạch điện VII (điều chỉnh), năm 2020 nhu cầu điện năng của Việt Nam đạt
265 tỷ kWh và đến năm 2030 đạt trên 572 tỷ kWh. Tổng công suất lắp đặt năm 2020 là
60.000 MW và sẽ tăng lên 129.500 MW vào năm 2030, trong đó nhiệt điện than sẽ chiếm
tỷ trọng ngày càng cao cho đến năm 2030. Cụ thể, nếu nhƣ trong năm 2015-2016 nhiệt
điện than chỉ mới chiếm 34% thì đến năm 2020 lên đến 49,3%, năm 2025 lên 55% và đến
năm 2030 sẽ ở mức 53,2%.
Đối với điện từ năng lƣợng tái tạo (bao gồm cả thủy điện nhỏ) mức tăng còn hạn chế.
Cụ thể năm 2020 khoảng 6,4%, năm 2025 khoảng 6,9% và đến năm 2030 là 10,7%. Xét
về cơ cấu các nguồn năng lƣợng cho phát điện, theo báo cáo của Trung tâm Điều độ Hệ
thống điện Quốc gia năm 2015, nhiệt điện chiếm 54,15% công suất nguồn theo loại nhiên
liệu (trong đó nhiệt điện than 28,88%, nhiệt điện khí 21,85% và nhiệt điện dầu 3,42%);
thủy điện 39,96% và 5,9% là NLTT trong đó chủ yếu là thủy điện nhỏ, điện gió và điện
mặt trời còn chiếm một tỷ lệ rất nhỏ.

Hình 1.3 Cơ cấu công suất nguồn điện 2014
Hiện nay, ba nguồn phát điện chính là thủy điện, nhiệt điện khí và nhiệt điện than,
chiếm tới trên 94% tổng công suất nguồn điện trong hệ thống điện nƣớc ta. NLTT chƣa
đƣợc sử dụng nhiều cho phát điện, hơn nữa có đến 88,6% điện năng sản xuất từ NLTT ở
nƣớc ta là từ các nhà máy thủy điện nhỏ (Nguyễn Ngọc Hoàng, 2015). Trong đó, điện gió
và điện mặt trời chỉ đóng góp rất nhỏ trong cơ cấu sản xuất điện cả nƣớc. Theo báo cáo
tổng kết hàng năm của Trung tâm Điều độ Hệ thống điện Quốc gia, công suất lắp đặt các
nguồn điện sản xuất từ NLTT đến năm 2014 là 2.009 MW. Cụ thể, thủy điện nhỏ là 1.938
MW, sinh khối 24 MW, gió 46 MW, điện mặt trời 1MWp (Trung tâm Điều độ Hệ thống
Điện Quốc gia, 2015).

Đại học Đông Á

Hệ thống điện Mặt Trời cho căn hộ gia đình

10

1.2 Tiềm năng năng lƣợng Mặt Trời
Tiềm năng năng lƣợng mặt trời có thể khai thác đƣợc căn cứ vào bức xạ mặt trời. Việt
Nam là khu vực có bức xạ mặt trời hàng năm tƣơng đối lớn và ổn định, đặc biệt là các khu
vực Cao nguyên miền Trung, duyên hải miền Trung và miền Nam, Đồng bằng sông Cửu
Long. Tính trung bình toàn quốc thì năng lƣợng bức xạ mặt trời là 4-5kWh/m2 mỗi ngày.
Theo đánh giá, những vùng có số giờ nắng từ 1.800 giờ/năm trở lên thì đƣợc coi là có
tiềm năng để khai thác sử dụng. Đối với Việt Nam, tiêu chí này phù hợp với nhiều vùng,
nhất là các tỉnh phía Nam. Tiềm năng lý thuyết điện mặt trời tại Việt Nam đƣợc dự tính
nhƣ bảng sau:
Bảng 1.1 Tiềm năng lý thuyết của Điện Mặt Trời[5]

TT
1
2
3
4
5

Khu vực
Đồng bằng Bắc Bộ
và Sông Hồng
Tây Bắc Bộ
Bắc Trung Bộ
Nam Trung Bộ và

Tây Nguyên
Đồng bằng Nam Bộ
và Sông Cửu Long
Tổng

Tổng bức xạ
trung bình
(kWh/m2/ngày

Diện tích
(106 m2)

Công suất
pin mặt trời
(106MWp)

Điện
năng/ngày
(106MWh)

3,95

65637

8,204

21,065

4,8
4,9

50648
51459

6,355
6,432

19,766
20,487

5,3

99018

12,377

42,639

5,15

64153

8,019

26,844

300951

41,368

130,802

Khu vực Nam Trung bộ và Tây Nguyên có tiềm năng điện mặt trời cao nhất do có diện
tích đất và tổng xạ mặt trời cao nhất nƣớc.
Theo GreenID, tiềm năng có thể khai thác cho sản xuất điện năng từ năng lƣợng mặt
trời tại Việt Nam ƣớc tính khoảng 13.000 MW. Trong khi đó, tổng công suất lắp đặt pin
mặt trời để sản xuất điện mới chỉ khoảng 5 MW vào năm 2015, chủ yếu cho mục đích
nghiên cứu và điện khí hóa nông thôn.
1.3 Xu thế chi phí phát điện từ năng lƣợng tái tạo
Với sự phát triển nhanh về khoa học công nghệ, chi phí phát điện từ các nguồn năng
lƣợng tái tạo hiện đang giảm nhanh và ngày càng cạnh tranh hơn. Theo đánh giá của
IRENA, chi phí phát điện từ năng lƣợng mặt trời có thể giảm 59% và năng lƣợng gió có
thể giảm 26% trong khoảng thời gian từ năm 2015 đến năm 2025. Cụ thể chi phí phát điện
trung bình đối với điện gió trên bờ có thể giảm 26% và lên đến 35% với điện gió ngoài
khơi. Đối với Công nghệ hội tụ năng lƣợng mặt trời CSP (concentrated solar power) có


Đại học Đông Á

Hệ thống điện Mặt Trời cho căn hộ gia đình

11

thể giảm ít nhất 37% và Công nghệ quang điện PV (Solar Photovoltaic) có thể giảm đến
59%.
Bảng 1.2 Tiềm năng giảm chi phí sản xuất điện năng từ Mặt Trời 2015-2025[6]

Tấm pin Quang
điện
Điện mặt trời

máng Parabol
Điện mặt trời
kiểu tháp
Điện gió trên đất
liền
Điện gió ngoài
biển

Dữ liệu trung bình có trọng số toàn cầu
Chi phí đầu tƣ Tỉ lệ
Hệ số công Tỉ lệ Điện quy dẫn
thay
suất
thay
2015
đổi
đổi
(USD/kWh)
(%)
(%)
2015 2025
2015 2025
2015 2025

Tỉ lệ
thay
đổi
(%)

1810

790

-57

18

19

8

-59

5550

3700

-33

41

45

8,4

5700

3600

-37

46

49

7,6

1560

1370

-12

27

30

4650

3950

-15

43

45

0,13

0,06

0,15
-0,19
0,15
-0,19

0,09
-0,12
0,09
-0,11

11

0,07

0,05

-26

4

0,18

0,12

-35

-37
-43

Theo đánh giá của Lazard, chi phí sản xuất điện gió năm 2017 tại Mỹ chỉ bằng 33% so
với năm 2009, giảm từ $140/MWh xuống $46/MWh chỉ trong 8 năm. Chi phí sản xuất
điện từ năng lƣợng mặt trời còn có mức giảm thậm chí còn lớn hơn nhiều, giảm 86% kể từ
năm 2009 xuống mức 46-53 USD/ MWh hiện nay.
Hơn nữa, áp lực cạnh tranh ngày càng gia tăng sẽ thúc đẩy sự đổi mới liên tục, triển
vọng chi phí phát điện từ các nguồn năng lƣợng mặt trời, năng lƣợng gió sẽ giảm khá
nhanh trong tƣơng lai.
1.4 Triển vọng cho sản xuất điện từ năng lƣợng tái tạo
Cơ cấu các nguồn điện cho giai đoạn 2011-2020 tầm nhìn 2030 đã đƣợc đề ra trong
Quy hoạch điện VII (điều chỉnh) và đƣợc tóm tắt ở bảng 1.3. Theo đó, điện năng sản xuất
từ các nguồn NLTT chiếm 6,5% đến năm 2020; đến năm 2030 con số này tăng lên là
10,7%.
Bảng 1.3 Cơ cấu nguồn điện NLTT trong quy hoạch điện VII[7]

Năm
Cơ cấu công suất nguồn (%)
Cơ cấu điện sản xuất (%)

2020
9,9
6,5

2030
21,0
10,7

Khi tỷ lệ điện sản xuất từ NLTT gia tăng do suất đầu tƣ cho điện gió và điện mặt trời
giảm mạnh theo xu thế hiện nay thì tỷ lệ công suất nguồn điện từ NLTT hoàn toàn là khả

Đại học Đông Á

12

Hệ thống điện Mặt Trời cho căn hộ gia đình

thi theo nhƣ quy hoạch đã đƣa ra. Theo tính toán sơ bộ thì thậm chí tỷ lệ NLTT có thể
đƣợc tăng lên đến 12,6% vào năm 2030 khi đảm bảo một số điều kiện ràng buộc nhất
định.
Đồng thời, khi các thị trƣờng toàn cầu và khu vực về công nghệ năng lƣợng mặt trời,
năng lƣợng gió phát triển, quy mô thị trƣờng tăng lên sẽ mang lại cơ hội để nâng cao hiệu
quả của chuỗi cung ứng, qua đó suất đầu tƣ còn có cơ hội giảm sâu. Mặc dù trong quy
hoạch điện Việt Nam cũng đã có tính đến sự tham gia của NLTT trong phát điện, nhƣng
vẫn chƣa xét cụ thể cơ cấu từng nguồn năng lƣợng tái tạo. Việc xây dựng quy hoạch vì
vậy cần phải có nhiều dữ liệu chi tiết hơn và phải đƣợc thu thập, phân tích một cách có hệ
thống để xác định cụ thể và chính xác tiềm năng các nguồn NLTT, xu thế công nghệ cũng
nhƣ sự đánh đổi của các lựa chọn chính sách. Điều này đặc biệt quan trọng vì xu hƣớng
giảm nhanh chi phí sản xuất điện từ NLTT trong tƣơng lai. Đặc biệt, chi phí sản xuất điện
từ NLTT cần đƣợc so sánh với chi phí sản xuất từ các nguồn năng lƣợng hóa thạch khi
tính đầy đủ những chi phí ngoại biên liên quan đến cảnh quan bị phá hủy, sức khỏe con
ngƣời và sinh kế bị ảnh hƣởng, cũng nhƣ môi trƣờng bị ô nhiễm.
1.5 Kết luận
Xu thế công nghệ phát điện từ NLTT cho thấy, phát triển các nguồn NLTT nói chung,
năng lƣợng mặt trời nói riêng cho phát điện đã và đang có triển vọng lớn và là giải pháp
hiệu quả nhằm đạt đƣợc những mục tiêu đã đề ra về an ninh năng lƣợng cũng nhƣ cam kết
giảm khí thải của Việt Nam trong Thỏa thuận tại COP21. Nó cũng là cơ sở cho một tƣơng
lai chuyển đổi mạnh mẽ trong ngành năng lƣợng và trong phát điện bằng NLTT. Sự thiếu
hụt nguồn năng lƣợng truyền thống phục vụ sản xuất điện ở Việt Nam hoàn toàn có thể
đƣợc bù đắp bằng việc khai thác và sử dụng các nguồn NLTT nếu có những chính sách
thích hợp. Hiện vẫn còn thiếu các thông tin và chính sách khuyến khích để phát triển

NLTT, những rào cản này cần đƣợc khắc phục để thực hiện có hiệu quả nhằm đảm bảo sự
phối hợp tối ƣu giữa các nguồn năng lƣợng truyền thống và tái tạo. Đối với một quốc gia
đang phát triển nhƣ Việt Nam, việc đẩy nhanh sự tham gia của các nguồn NLTT nói
chung và nguồn năng lƣợng gió, năng lƣợng mặt trời nói riêng cho phát điện đóng vai trò
quan trọng không chỉ trong việc đáp ứng nhu cầu điện năng mà còn đảm bảo cho phát
triển bền vững của nền kinh tế.


Đại học Đông Á
đình

13

Hệ thống điện Mặt Trời cho căn hộ gia

CHƢƠNG 2. NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC VÀ CẤU TẠO PV CELLS
2.1 NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC TẤM PIN MẶT TRỜI
2.1.1 Giới thiệu về bán dẫn
a. Chất bán dẫn
Bán dẫn là chất có cấu trúc nguyên tử tƣơng đối đặc biệt. Các điện tử vành
ngoài không dễ dàng tách khỏi hạt nhân nhƣ vật liệu dẫn điện nhƣng cũng không
ràng buộc quá chặt với hạt nhân nhƣ vật liệu cách điện. Các loại bán dẫn thông
dụng là Ge, Si. Với cấu trúc nhƣ vậy nên tính dẫn điện của bán dẫn nằm giữa vật
liệu dẫn điện và vật liệu cách điện.
b. Phân loại
Ngƣời ta chia chất bán dẫn thành 2 loại : bán dẫn loại P và bán dẫn loại N.
Chất bán dẫn loại P : là loại vật liệu bán dẫn hầu nhƣ không có điện tử tự do.
Nó dẫn điện nhờ lỗ trống nên đƣợc gọi là bán dẫn lỗ trống hay bán dẫn loại P.
Trong chất bán dẫn loại P nồng độ lỗ trống cao hơn nồng độ điện tử vì vậy lỗ
trống đƣợc gọi là hạt mang đa số và điện tử là hạt mang thiểu số.

Bán dẫn loại N : là loại vật liệu bán dẫn mà hạt mang điện tử rất nhiều, chúng
là đa số. Số lƣợng hạt mang lỗ trống là rất ít nó là tối thiểu. Dẫn điện ở đây chủ
yếu dựa vào điện tử nên gọi là bán điện tử hay bán dẫn loại N.
Chất bán dẫn sạch : vật liệu bán dẫn thuần khiết đƣợc gọi là bán dẫn sạch.
Hạt dẫn điện của bán dẫn sạch là điện tử hoặc lỗ trống,
- Lỗ trống: để làm rõ bản chất lỗ trống ta xem xét cấu trúc của Ge và Si: trong
nguyên tử ở vành ngoài cùng chúng đều có 4 điện tử.Ví dụ:
Si có 14 điện tử : 2 - 8 - 4 (hoá trị 4)
Ge có 32 điện tử : 2 - 8 - 18 - 4 (hoá trị 4)
Khi sắp xếp thành tinh thể, 4 điện tử vành ngoài không những không chịu ảnh
hƣởng của hạt nhân mà còn liên kết với 4 nguyên tử đứng xung quanh.


Đại học Đông Á
đình

14

Hệ thống điện Mặt Trời cho căn hộ gia

Hai nguyên tử cạnh nhau có đôi điện tử góp chung đó là mối liên đồng hoá trị.

Hình 2.1 Cấu tạo nguyên tử Si và Ge

Trong điều kiện nhất định nào đó (nhiệt độ) chuyển động nhiệt đã làm cho
một số điện tử thoát khỏi sự ràng buộc của hạt nhân trở thành điện tử tự do và để
lại một lỗ trống. Ở lỗ trống, điện tử kế cận rơi vào đó và lại tạo nên lỗ trống mới
ở cạnh. Từ đó đã gây nên sự di chuyển của lỗ trống. Sự di chuyển này tƣơng tự
nhƣ sự di chuyển của hạt nhân mang điện dƣơng.
Nhƣ vậy, trong chất bán dẫn hạt mang điện là điện tử tự do mang điện âm và

lỗ trống mang điện dƣơng. Khi có điện áp đặt vào, chuyển động của điện tử tự
do và lỗ trống sẽ tạo nên dòng điện trong chất bán dẫn. Trong quá trình chuyển
động có lúc điện tử và lỗ trống tái hợp.
Ở điều kiện nhất định sự phát xạ và sự tái hợp của các điện tử và lỗ trống
diễn ra không ngừng nhƣng quá trình luôn ở mức cân bằng động nhất định.
Bán dẫn pha tạp chất:
Chất bán dẫn sạch có điện có điện tử tự do và lỗ trống, tuy nhiên mật độ các
hạt mang điện đó là thấp nên khả năng dẫn điện nói chung là kém.
Khi pha thêm tạp chất vào bán dẫn sạch, có khả năng làm tăng tính dẫn địen
lên rất nhiều nhờ vậy nó có nhêìu ứng dụng quan trọng.
Với Si khi pha thêm Bore B: ( bán dẫn loại P)


Đại học Đông Á
đình

Hệ thống điện Mặt Trời cho căn hộ gia

15

Hình 2.2 Cấu chất bán dẫn loại P

Hình 2.3 Cấu chất bán dẫn loại N

B là nguyên tố hoá trị 3, có 3 điện tử vành ngoài, khi liên kết đồng hoá trị với
Si thì mỗi nguyên tử B sẽ hình thành một lỗ trống .
Vì số lƣợng B pha là nhỏ nên không làm thay đổi cấu trúc cơ bản của tinh thể
Si song nó lại làm tăng số lỗ trống lên rất nhiều.
Vật liệu bán dẫn loại này dẫn điện yếu nhờ lỗ trống, vì vậy lỗ trống đƣợc gọi
là hạt đa số và vật liệu bán dẫn lỗ trống đƣợc gọi là bán dẫn loại P.

Với Si pha thêm Phôt pho - P ( bán dẫn loại N)
Nếu khuyếch tán nguyên tố hoá trị 5 nhƣ P vào đơn tinh thể Si thì xảy ra khác
hẳn. P có 5 điện tử hoá trị, khi liên kết đồng hoá trị với Si , chỉ 4 điện tử hoá trị
của P ghép chung với Si, còn 1 điện tử của P thừa chịu ràng buộc yếu với hạt
nhân, nó trở thành điện tử tự do và là hạt dẫn đa số.
Chất bán dẫn này hạt dẫn đa số là điện tử, hạt mang thiểu số là lỗ trống. Chất
bán dẫn điện tử gọi là bán dẫn loại N.
c. Lớp tiếp xúc P-N:
Khi ghép 2 tấm bán dẫn P và N với nhau. Do nồng độ điện tử và lỗ trống ở 2
tấm khác nhau nên có sự khuếch tán ngƣợc sang nhau.

Hình 2.4 Sự hình thành lớp tiến giáp P-N


Đại học Đông Á
đình

16

Hệ thống điện Mặt Trời cho căn hộ gia

Sự khuyếch tán sẽ dừng lại khi hình thành điện trƣờng nội đủ lớn ngăn lại sự
chuyển động của điện tử và lỗ trống .
Khi có sự cân bằng, ở lớp tiếp xúc hình thành một miền mà ở đó không có
điện tích không gian nữa (điện tử và lỗ trống ), ở đây thiếu các hạy dẫn nên gọi
là vùng nghèo kiệt, ở điều kiện thƣờng độ dày vùng nghèo kiệt lớp tiếp xúc này
là khoảng vài chục µm. Độ dày này có thể thay đổi tuỳ thuộc điều kiện tác động
bên ngoài nhƣ nhiệt độ, điện trƣờng ngoài.
Ta khảo sát lớp tiếp xúc PN khi có tác dụng của điện trƣờng ngoài.

Hình 2.5 Sự hình thành điện trƣờng E và điện áp tiếp xúc

Khi có điện áp thuận đặt vào lớp PN: làm cho vung nghèo kiệt thu hẹp lại.
Sự cản trở của vùng nghèo kiệt giảm và tính dẫn điện qua lớp tiếp xúc tăng. Có
thể nói: Khi có điện áp thuận đặt vào, điện trở lớp tiếp xúc trở nên rất nhỏ - tính
dẫn điện là tốt hơn.
Khi có điện áp thuận đặt vào lớp PN: khi có điện trƣờng ngoài cung chiều với
điện trƣờng trong vùng nghèo kiệt làm tăng thêm độ rông. Sự cản trở chuyển
động các hạt mang tăng lên có thể nói: khi có điện áp ngƣợc đặt vào lớp tiếp xúc
tăng lên.
d. Diod bán đẫn
Điốt bán dẫn là một lớp tiếp xúc PN đƣợc nối các điện cực và đóng vỏ, các
chất bán dẫn thông dụng là Ge ( loại P và N) và Si (loại P và N).
Điốt có nhiều loại và đƣợc dùng vào nhiều mục đích khác nhau : tần số cao,
tần số thấp, công suất lớn, công suất nhỏ, điốt ổn áp...
Sự phụ thuộc dòng điệ qua điốt và hiệu điện thế dặt vào hai đầu điốt đƣợc
biểu diẽn bởi phát triển phƣơng trình :
I = IS (
I dòng điện qua điốt.

– 1) = Is (

(2-01)


Đại học Đông Á
đình

17

Hệ thống điện Mặt Trời cho căn hộ gia

I S Dòng bảo hoà nghịch.
Vt = kt / q đƣơng lƣợng điện áp của nhiệt độ.
K = 1,381.10 23 /0 K, biết q = 1,6.10-19 C nên vt = 1/1600
ở T0K=3000K thì vt=26mV
(2-02)
I = IS ( – 1) = Is (
Khi có điện áp thuận đặt vào dòng điện phụ thuộc vào điện áp theo dạng
hàm mũ . Khi có điện áp lớn hơn Vo, dòng điện tăng vọt.
Ngƣỡng điện áp Vo đƣợc gọi là điện áp mở điốt .
Với Si : dòng mở khoản 0,5 V.
Với Ge : điện áp mở khoảng 0,1 V.
Khi có điện áp nghịch đặt vào điốt dòng qua điốt thƣờng rất nhỏ và không
thay đổi theo điện áp và đƣợc gọi là dòng ngƣợc của điốt.
Với Si : dòng ngƣợc khoảng nA.
Với Ge dòng ngƣợc khoảng nA.
Dòng ngƣợc phụ thuộc vào nhiệt độ. Khi Ungƣợc tăng đến một giá trị nào đó đủ
lớn Vb thì dòng ngƣợc lại tăng vọt. Khi đó ta nói điốt đã bị đánh thủng.
Với đặc tuyến V – A nhƣ vậy của điốt cho phép sử dụng điốt nhƣ khoá điện tử
Từ đặc tuyến đóng mở của điốt cho ta thấy, khi V < Vo thì dòng qua điốt Id
nhỏ. Với điốt thƣờng lấy ngƣỡng Vo = V và đó là ngƣỡng tắt của điốt . Khi đó ta
nói điốt đóng và Id>0 .
Khi V > Vo thì Diod mới thực sự cho dũng điện tăng vọt, khi đó ta nối diod
thực sự thủng. Do vậy ta lấy ngƣỡng V0 = 0,7 làm ngƣỡng thủng của Diod và
Diod trở thành dẫn hoàn toàn.
2.1.2 Nguyên lý làm việc tấm pin Mặt trời
Một tế báo quang điện (Photovoltaic cell, PV Cell) đƣợc cấu tạo từ hai lớp
bán dẫn p và n ghép lại với nhau, hình thành một diode, cho phép electron di
chuyển từ điện cực p đến điện cực n, không cho phép di chuyển ngƣợc lại

Khi có các photon ánh sáng mặt trời chiếu vào tế bào quang điện, các electron
nhận năng lƣợng và bức ra thành electron tự do, có khả năng dẫn điện và di
chuyển về phía điện cực n. Nếu mắc hai điện cực với mạch ngoài sẽ tạo đƣợc


Đại học Đông Á
đình

18

Hệ thống điện Mặt Trời cho căn hộ gia

dòng electrong di chuyển từ cực n sang cực p, qua đó hình thành dòng điện ở
mạch ngoài từ p-n.
Mỗi tế bào quang điện tạo ra điện áp khoảng từ 0,5÷1V. Tấm Pin mặt trời (PV
Cells) là tổ hợp nhiều tế bào quang điện (28÷72 cells) đƣợc ghép lại với nhau.

Hình 2.6 Sơ đồ nguyên lý hoạt động pin quang điện PV-Cells

2.2 CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT TẤM PIN MẶT TRỜI[2]
2.2.1 Cấu tạo và phân loại tấm Pin Mặt trời
a. Cấu tạo nguyên tử
Mỗi nguyên tử bao gồm một hạt nhân ở trung tâm chứa các điện tích dƣơng
mà ta gọi là proton. Hạt nhân đƣợc bao xung quanh bởi lớp vỏ gồm các hạt mang
điện tích âm gọi là electron. Số lƣợng electron bằng với số lƣợng proton trong
hạt nhân và vì điện tích của proton và electron là bằng nhau nên nguyên tử trung
hòa về điện.
Vỏ nguyên tử gồm có nhiều lớp, mỗi lớp vỏ nguyên tử lại đƣợc chia thành các
lớp con, đƣợc ký hiệu là s, p, d, f.
Số electron trong lớp vỏ ngoài cùng có ảnh hƣởng rất lớn đến tính chất điện

của vật liệu. Vật liệu dẫn điện có rất ít electron trong lớp vỏ ngoài cùng, và chỉ
cần một năng lƣợng nhỏ là có thể giải phóng chúng trở thành các electron tự do.
Đối với vật liệu cách điện, lớp vỏ ngoài cùng thƣờng liên kết chặt với hạt nhân,
do đó chúng có rất ít electron tự do.

Hình 2.7 Cấu hạt nhân nguyên tử


Đại học Đông Á
đình

19

Hệ thống điện Mặt Trời cho căn hộ gia

b.Phân loại Pin Mặt Trời
Theo lịch sử phát triển và ứng dụng thì pin mặt trời đƣợc chia là bốn thế hệ.
- Thế hệ pin mặt trời thứ nhất:Pin năng lƣợng mặt trời mono đơn tinh thể
hay còn gọi là Monocrystalline, đƣợc chế tạo từ Silic có độ tinh khiết cao. Đơn
tinh thể loại này có hiệu suất tới cao nên chúng thƣờng rất đắt tiền. Tuy giá thành
cao nhƣng cho hiệu suất khoảng 25%. Pin Si tinh thể đƣợc chia làm ba loại chính
tùy thuộc vào cách màng Si đƣợc tạo thành: đơn tinh thể; đa tinh thể và màng
định hình. Có bề dày khoảng 200†500μm.
- Thế hệ pin mặt trời thứ hai: đƣợc gọi là pin mặt trời màng mỏng (thin- film
solar cells), có giá thành rẻ hơn pin mặt trời thế hệ thứ nhất nhƣng lại chỉ có hiệu
suất khoảng 15%, và phải sử dụng một số vật liệu có độc tính, có bề dày khoảng
1†10μm.
Hiện nay hiệu suất đang đƣợc tăng lên và độ tin cậy sau thời gian sử dụng
đƣợc cải thiện nên có xu hƣớng đƣợc sử dụng nhiều. Có ba loại pin màng mỏng
là: pin silic vô định hình (amorphous silicon); cadmium Telluride (Cd-Te);

đồngIndium- Selenide (CIS) và đồng- indium- Gallium- Diselenide (CIGS).
- Thế hệ pin mặt trời thứ ba: là loại nhiều lớp (multi- layer); các tế bào đƣợc
làm bằng silicon vô định hình hoặc Gallium Arsenide (GaAs, pin mặt trời hữu
cơ, pin mặ trời nhạy màu, pin mặt trời ứng dụng công nghệ nano, chấm lƣợng tử
và các công nghệ chuyển đổi thuận và chuyển đổi nghịch và pin mặt trời hạt tải
nóng (hot-carrier cells).
Hiện pin mặt trời thế hệ thứ ba đang đƣợc nghiên cứu. Có các dạng chính là:
pin mặt trời tập trung (concentrating), nhạy màu (dye-sensitized), hữu cơ
(organic), polymer, perovskite, chấm lƣợng tử. Một cách để phân biệt các vật
liệu quang điện là dựa trên các vùng p và n của các chất bán dẫn đƣợc làm bằng
cùng một vật liệu nhƣ silicon, gọi là pin quang điện đồng liên kết. Khi mối nối pn đƣợc hình thành giữa hai chất bán dẫn khác nhau, đƣợc gọi là pin quang điện
dị liên kết. Hiện nay ở thị trƣờng Việt Nam chủ yếu sử dụng loại
monocrystalline và polycrystalline.
2.2.2 Các thông số thuật
Bảng 2.1 Bảng các thông số cơ bản của tấm pin mặt trời

Maximum power at STC

Optimum operating voltage

Công suất cực đại ở điều
kiện thử nghiệm tiêu
chuẩn
Điện áp hoạt động tối ƣu

Pmax

50W

Vmp

18.2V


Đại học Đông Á
đình

20

Optimum operating current
Open-circuit voltage
Short-circuit current
Short-circuit
current
temperature coefficient
Open-circuit
voltage
temperature coefficient
Peak
power
temperature
coefficient
Normal
Operating
Cell
Temperature NOCT (Air
20ºC; Sun 0.8kW/m wind
1m/s)
Operating temperature
Maximum system voltage

Power tolerance
Standard Test Conditions
STC Irradiance 1000W/m2,
Module temperature 25ºC, air
mas AM=1.5

Hệ thống điện Mặt Trời cho căn hộ gia

Dòng điện hoạt động tối
ƣu
Điện áp hở mạch
Dòng điện ngắn mạch
Hệ dòng điện phụ thuộc
vào nhiệt độ
Hệ số điện áp phụ thuộc
vào nhiệt độ
Hệ số công suất phụ thuộc
vào nhiệt độ
Nhiệt độ hoạt động bình
thƣờng của tấm Pin
(không khí 20ºC; Bức xạ
mặt trời 0.8kW/m wind
1m/s)
Dải nhiệt độ làm việc
Điện áp một chiều lớn
nhất
Sai số công suất
Điều kiện kiểm nghiệm
tiêu chuẩn, bức xạ mặt
trời 1000W/m2; nhiệt độ

module 25ºC, hệ số khối
không khí AM=1.5

Imp

2.74A

Voc
Isc
KI

23.27V
2.94A
0.065±0.015%/ºC

KU

-80±10mV/ºC

Kp

-0.5±0.05%/ºC
47±2

t

-40ºC÷85ºC
1000V DC
±3%

2.2.3 Các yếu tố ảnh hƣởng đến đặc tính tấm Pin
Các tấm pin mặt trời ảnh hƣởng khá nhiều đến các yếu tố môi trƣờng nhƣ
cƣờng độ chiếu sáng của Mặt trời, nhiệt độ không khí,..
Gọi Sref là bức xạ tham chiếu của mặt trời (W/m2), S là bức xạ thực tế của mặt
ref
trời (W/m2), I SC
là cƣờng độ dòng điện ngắn mạch tham chiếu của tế bào quang

điện (A) và chênh lệch nhiệt độ môi trƣờng thực T (oC) với nhiệt độ môi trƣờng
tham chiếu Tref=25oC là T  T  Tref . Thì dòng điện ngắn mạch của tế bào quang
điện theo công thức (3-17) với a=25.10-4 nhƣ sau:
ref
I SC  I SC

S
1  a.T 
S ref

(2-03)

Điện áp hở mạch VOC phụ thuộc vào nhiệt độ môi trƣờng và cƣờng độ chiếu
sáng của mặt trời theo công thức (3-18) với b=5.10-4 , c=288.10-5 nhƣ sau:
ref
1  c.T  ln(e  b.S )
VOC  VOC

S 

S
S ref

1

(2-04)


Đại học Đông Á
đình

Hệ thống điện Mặt Trời cho căn hộ gia

21

Có thể sử dụng công thức gần đúng nhƣ sau:
ref
1  kU .t 
VOC  VOC

t  t  t cell

Dòng điện cực đại và điện áp cực đại thay đổi tƣơng ứng nhƣ sau:
S

ref
I max  I max

S ref

1  a.T 

(2-05)

ref
1  c.T ln(e  b.S )
Vmax  Vmax

Duong dac tinh V-I

7

Duong dac tinh V-P
220

1200W/m2

200

1200W/m2

6
1000W/m2

180
1000W/m2

5

160

Cong suat P (W)

Dong dien (A)

800W/m2

4
600W/m2
3
400W/m2

800W/m2

140
120

600W/m2
100
400W/m2
80

2
200W/m2

60
1

0

200W/m2

40
20
0

5

10

15

20

Dien ap (V)

25

30

35

40

0

0

5

10

15

20

25

30

35

40

Dien ap (V)

a)Đặc tính V-I phụ thuộc vào bức xạ mặt trời b)Đặc tính V-P phụ thuộc vào bức xạ mặt trời
Hình 2.8 Ảnh hƣởng của bức xạ mặt trời S (W/m2) đến đặc tính PV cell

a)Đặc tính V-I phụ thuộc vào nhiệt độ
b)Đặc tính V-P phụ thuộc vào nhiệt độ
Hình 2.9 Ảnh hƣởng của nhiệt độ môi trƣờng đến đặc tính PV cell

Từ kết quả mô phỏng ở hình trên cho ta thấy:
- Trong hình 2.9 thì khi bức xạ mặt trời S tăng lên thì dòng điện I tăng mạnh tỉ
lệ thuận với bức xạ, điện áp V cũng tăng nhƣng tăng theo tỉ lệ thấp hơn. Điện áp
cực đại Umax và dòng điện cực đại Imax đều tăng, do đó điểm làm việc cực đại di
chuyển về phía bên tay phải. Do khi bức xạ mặt trời tăng lên thì số lƣợng photon
ánh sáng chiếu vào tăng và số lƣợng electron nhận năng lƣợng trở vƣợt khỏi


Đại học Đông Á

đình

22

Hệ thống điện Mặt Trời cho căn hộ gia

vùng hóa trị lên vùng dẫn nhiều. Dẫn đến số lƣợng lectron tự do nhiều hơn và
dòng điện tăng theo tỉ lệ với bức xạ mặt trời. Đồng thời, khi electron tự do nhiều
thì số lƣợng electron di chuyển từ lớp n sang lớp p sẽ tăng, và tạo điện trƣờng
lớn và điện áp tiếp xúc tăng lên. Nhƣng do điện trƣờng này xuất hiện sẽ sinh ra
dòng trôi ngƣợc chiều với dòng khuếch tán, nên điện áp sẽ tăng với tỉ lệ nhỏ theo
hàm logarit.
- Trong hình 2.10 thì khi nhiệt độ tăng lên thì dòng điện tăng nhẹ còn điện áp
thì giảm đáng kể, điểm làm việc cực đại có hƣớng di chuyển về phía bên tay trái.
Có thể giải thích nhƣ sau, khi nhiệt độ tăng lên sẽ làm cho chất bán dẫn có nhiều
electron từ vùng hóa trị vƣợt qua vùng cấm lên vùng dẫn, khiến cho khả năng
dẫn điện của bán dẫn tăng lên. Nhƣ vậy, trong bán dẫn loại n thì số electron tăng
và trong cả bán dẫn p thì electrong cũng tăng lên. Qua đó, trong bán dẫn loại p
làm giảm đi mật độ lỗ trống. Nhƣ vậy sẽ làm giảm đi dòng khuếch tán electron
từ lớp n sang lớp p. Đồng thời ở nhiệt độ cao hơn thì chuyển động nhiệt của các
electron cũng tăng, làm quá trình tái hợp giữa electron và lỗ trống cũng tăng lên
và dẫn đến chênh lệch điện tích ở lớp tiếp xúc p-n giảm đi. Do đó, điện trƣờng
và điện áp tiếp xúc ở lớp p-n bị giảm. Vì vậy khi nhiệt độ tăng lên thì dòng điện
của tế bào quang điện tăng lên nhƣng điện áp sẽ bị giảm đi.
2.3 KẾT LUẬN
Chƣơng 2 tập trung tìm hiểu nguyên lý cấu tạo và nguyên lý làm việc cùng
các đặc tính của tấm pin, đồng thời là các thông số kỹ thuật của tấm pin Mặt trời.
Từ đó có cơ sở để thiết kế hệ thống pin mặt trời cho hộ gia đình, đƣợc thực hiện
ở chƣơng 3.

Đại học Đông Á

23

Solar Power System for Home

CHƢƠNG 3. HỆ THỐNG ĐIỆN MẶT TRỜI
3.1. CÁC HỆ THỐNG ĐIỆN MẶT TRỜI
3.1.1 Hệ thống độc lập
Hệ thống điện mặt trời độc lập là hệ thống cấp điện trực tiếp từ nguồn điện mặt
trời đến phụ tải. Hệ thống này hoàn toàn độc lập với lƣới điện quốc gia.
Hệ thống này bao gồm bộ sạc điện cho battery từ nguồn điện mặt trời. Bộ biến
đổi DC/DC biến đổi từ điện áp battery thành điện áp một chiều có điện áp thích hợp
cung cấp cho tải một chiều hoặc bộ nghịch lƣu. Bộ nghịch lƣu DC/AC biến đổi điện
áp một chiều thành điện áp xoay chiều để cung cấp cho phụ tải xoay chiều.

Hình 3.1 Sơ đồ hệ thống điện mặt trời độc lập

Ứng dụng của Hệ thống điện mặt trời độc lập thích hợp cho vùng không có điện
lƣới quốc gia nhƣ:
- Nông thôn, hải đảo, vùng sâu vùng xa, miền núi,..
- Những nơi có điện nhƣng điện lƣới không ổn định
- Nhà phố ở khu đô thị muốn có hệ thống điện năng lƣợng mặt trời dùng dự
phòng khi cúp điện.
3.1.2 Hệ thống hòa lƣới
Hệ thống gồm bộ biến đổi DC/DC biến đổi từ nguồn điện mặt trời thành điện áp
một chiều có thể thích hợp để cung cấp cho bộ nghịch lƣu; cách ly nguồn điện một
chiều trên pin mặt trời với lƣới điện xoay chiều. Bộ nghịch lƣu DC/AC biến đổi
điện áp một chiều thành xoay chiều dạng sin để hòa lƣới. Biến áp để tăng điện áp và

cách ly điện áp ở bộ nghịch lƣu với điện áp lƣới. Ngoài ra còn có bộ phận điều
khiển để hòa lƣới và tải công suất tác dụng, phản kháng lên lƣới sao cho tận dụng
tối đa nguồn năng lƣợng từ pin mặt trời MPPT.
Bộ điều khiển hòa lƣới có các chức năng sau:


Đại học Đông Á

24

Solar Power System for Home

- Điều khiển hòa đồng bộ với lƣới điện (dùng vòng khóa pha) và máy phát hiện
mất lƣới;
- Điều khiển công suất tác dụng và công suất phản kháng lên lƣới điện (cosφ=1);
- Điều khiển thu nhận tối ƣu năng lƣợng từ pin mặt trời (MPPT).

Hình 3.2 Sơ đồ hệ thống điện mặt trời hòa lƣới tổng quát

Qua bộ hòa lƣới điện (Grid Tie Inverter) có nhiệm vụ đổi nguồn từ điện DC sang
điện AC cùng pha (1 pha hoặc 3 pha) cùng tần số với điện lƣới và hòa chung với
điện lƣới:
- Khi công suất tải bằng công suất hòa lƣới. Lúc này thì tải tiêu thụ điện hoàn
toàn từ nguồn điện thu đƣợc của dàn pin mặt trời.
- Khi công suất tải tiêu thụ lớn lớn hơn hơn công suất hòa lƣới. Thì tải sẽ lấy
thêm điện lƣới bù vào phần thiếu hụt.
- Khi công suất tải tiêu thụ nhỏ hơn công suất hòa lƣới. Thì điện từ bộ inverter
hòa lƣới sẽ trả ra lƣới.
Hệ thống điện mặt trời hòa lƣới thích hợp cho những nơi sử dụng tải nhiều vào
ban ngày, nhƣ : văn phòng công sở, Trƣờng học, nhà máy, xí nghiệp, khu trung tâm

hành chính…nhằm giảm thiểu phụ thuộcđiện lƣới, giảm tiền điện sử dụng.
3.1.3 Hệ thống kết hợp
Ngoài việc kết nối các nguồn điện từ năng lƣợng mặt trời với hệ thống điện thì
còn có sự kết hợp giữa các loại nguồn điện từ nhiều dạng năng lƣợng tái tạo nhƣ gió,
mặt trời, pin nhiên liệu, nhà máy điện thủy triều, sinh khối,...


Đại học Đông Á

25

Solar Power System for Home

Hình 3.3 Sơ đồ hệ thống điện kết hợp gió và mặt trời

Sự kết hợp giữa các nguồn điện này đƣợc phân loại theo sự góp chung của thanh
cái: chung hệ thống thanh cái DC hoặc chung thanh cái AC.

Hình 3.4 Sơ đồ hệ thống điện kết hợp các nhà máy

Ở Việt Nam, với điều kiện thời tiết chia làm 4 mùa ở miền Bắc và 2 mùa ở miền
Nam, nhƣng nhìn chung vào thời gian nắng ít thì sẽ có mƣa, gió và ngƣợc lại. Do
vậy, để tận dụng đƣợc điều đó thì việc kết hợp 2 nguồn điện gió và mặt trời với
nhau là một giải pháp cực thông minh để tăng tính ổn định của nguồn phát cũng nhƣ
tiết kiệm chi phí cho ngƣời dùng.
Điện gió và điện năng lƣợng mặt trời là một hệ thống kết hợp ƣu điểm của cả tua
bin phát điện gió lẫn pin mặt trời, nhằm mang lại tính ổn định, hiệu quả và độ tin
cậy cao hơn trong quá trình sử dụng. Điện gió khi kết hợp với điện NLMT sẽ là một
giải pháp phù hợp với thời tiết khí hậu tại Việt Nam – nơi có nhiều địa phƣơng có
điều kiện gió và nắng đều rất tốt.

Hệ thống điện năng mặt trời là thiết bị sản xuất ra điện năng khi ánh sáng mặt
trời chiếu vào các tế bào quang điện của panel. Khi đó, pin năng lƣợng mặt trời
đƣợc đặt trên kết cấu giá đỡ (khung sắt) ở nơi thoáng, và không bị che khuất bởi
bóng cây để thu đƣợc ánh sáng mặt trời một cách tốt nhất. Pin mặt trời đƣợc đấu nối