Nghiên cứu hệ thống điều khiển, tối ưu điều phối điện năng trong hệ thống điện năng lượng mặt trời
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (2.96 MB, 77 trang )
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
---------------------------------------
NGÔ NHẬT HUY
NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN,
TỐI ƯU ĐIỀU PHỐI ĐIỆN NĂNG TRONG
HỆ THỐNG ĐIỆN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI
LUẬN VĂN THẠC SĨ
KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA
Đà Nẵng – Năm 2017
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
---------------------------------------
NGÔ NHẬT HUY
NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN,
TỐI ƯU ĐIỀU PHỐI ĐIỆN NĂNG TRONG
HỆ THỐNG ĐIỆN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI
Chuyên ngành : Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa
Mã số
: 60.52.60
LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. GIÁP QUANG HUY
Đà Nẵng – Năm 2017
LỜI CAM ĐOAN
Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu đã nêu
trong luận văn có nguồn gốc rõ ràng, kết quả nghiên cứu là trung thực và chưa được
ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác.
Tôi đã tự nghiên cứu, học hỏi dựa trên các kiến thức đã học, làm việc và nhận
được sự hỗ trợ của Giáo viên hướng dẫn cũng như sự động viên từ gia đình.
Tác giả
Ngô Nhật Huy
MỤC LỤC
MỞ ĐẦU .................................................................................................................... 1
1.
Lý do chọn đề tài ................................................................................................. 1
2.
Mục tiêu và mục đích nghiên cứu ....................................................................... 1
3.
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ....................................................................... 1
4.
Phương pháp nghiên cứu..................................................................................... 2
5.
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn............................................................................. 2
6.
Cấu trúc của luận văn .......................................................................................... 2
CHƯƠNG 1 - GIỚI THIỆU ....................................................................................... 3
1.1.
Nhu cầu về năng lượng hiện nay ..................................................................... 3
1.2.
Sự cần thiết trong việc tiết kiệm điện năng ..................................................... 4
1.3.
Các giải pháp đáp ứng nhu cầu năng lượng .................................................... 5
1.4.
Vai trò của việc sử dụng năng lượng mặt trời trong hệ thống điện độc lập và nối
lưới
......................................................................................................................... 6
CHƯƠNG 2 - CẤU TRÚC HỆ THỐNG ................................................................ 12
2.1.
Giới thiệu hệ thống ........................................................................................ 12
2.2.
Cấu trúc và các bộ phận cấu thành hệ thống ................................................. 14
2.2.1.
Microgrid ............................................................................................... 14
2.2.2.
Cấu tạo và hoạt động pin mặt trời (PV) ................................................. 15
2.2.3.
Bộ biến đổi DC/DC ................................................................................ 28
2.2.4.
Bộ biến đổi DC/AC ................................................................................ 32
2.2.5.
Pin (Ắc-quy) ........................................................................................... 33
2.3.
Hệ thống giám sát nguồn năng lượng............................................................ 34
2.4.
Hoạt động của hệ thống ................................................................................. 35
2.4.1.
Hệ PV độc lập ........................................................................................ 36
2.4.2.
Hệ PV làm việc với lưới ........................................................................ 39
2.4.3.
Điều khiển bộ biến đổi DC/DC .............................................................. 40
CHƯƠNG 3 - MÔ HÌNH HÓA HỆ THỐNG .......................................................... 42
3.1.
Pin mặt trời .................................................................................................... 42
3.2.
Hệ thống pin lưu trữ năng lượng ................................................................... 46
3.3.
Tải tiêu thụ ..................................................................................................... 47
CHƯƠNG 4 - QUẢN LÝ NĂNG LƯỢNG TỐI ƯU CHO HỆ THỐNG ............... 48
4.1.
Phương pháp tối ưu SLSQP .......................................................................... 48
4.2.
Xây dựng bài toán tối ưu ............................................................................... 48
4.2.1.
Mô hình tối ưu hóa ................................................................................. 48
4.2.2.
Hàm mục tiêu và các ràng buộc ............................................................. 49
4.3.
Áp dụng thuật toán SQP vào việc tối ưu năng lượng hệ thống ..................... 52
CHƯƠNG 5 - MÔ PHỎNG VÀ KẾT QUẢ ............................................................ 53
5.1.
Các giá trị tham số mô phỏng ........................................................................ 53
5.2.
Mô phỏng bằng Python ................................................................................. 53
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI ........................................ 57
TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................ 58
PHỤ LỤC ................................................................................................................. 59
NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN, TỐI ƯU ĐIỀU PHỐI ĐIỆN NĂNG
TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI
Học viên: NGÔ NHẬT HUY Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa
Mã số: 60.52.60
Khóa: K33 (PFIEV)
Trường Đại học Bách khoa-ĐHĐN
Tóm tắt - Trong giai đoạn hiện nay, năng lượng nói chung và năng lượng điện nói riêng đóng
một vai trò rất quan trọng trong mọi lĩnh vực đời sống kinh tế xã hội. Nhu cầu về sử dụng
năng lượng ở Việt Nam rất lớn, tuy nhiên lại bị hạn chế về mặt năng lượng, đặc biệt là năng
lượng điện. Chính vì thế việc sử dụng và khai thác không hợp lý gây ra nhiều hậu quả nghiêm
trọng. Chi phí điện năng cho các tải tiêu thụ chiếm một tỉ lệ rất lớn, do đó việc tìm ra những
giải pháp tiết kiệm năng lượng nhằm giảm chi phí và nâng cao được tính cạnh tranh của sản
phẩm trên thị trường là điều quan tâm hàng đầu của các nhà sản xuất. Đồng thời, việc này
cũng giúp giảm được sự tiêu tốn tài nguyên thiên nhiên, góp phần tích cực vào việc bảo vệ
môi trường. Xuất phát từ thực tế này, tác giả đã tiến hành nghiên cứu để tìm ra giải pháp
nhằm tối ưu hóa việc cung cấp điện năng từ hệ thống điện mặt trời bằng cách: xác định cấu
trúc mô hình và các biểu thức toán học của phụ tải, từ đó xây dựng bài toán tối ưu với hàm
mục tiêu là chi phí tối thiểu để chuyển đổi việc sử dụng nguồn năng lượng từ pin mặt trời
trong các giờ cao điểm. Tác giả đã tóm tắt các kết quả đạt được và đưa ra các hướng phát triển
tiếp theo.
Từ khóa – Năng lượng; quản lý năng lượng; tối ưu hóa; hệ thống năng lượng, pin.
RESEARCHING CONTROL SYSTEM, OPTIMIZING ELECTRICITY
COORDINATION IN SOLAR POWER ELECTRICITY SYSTEM
Abstract - Today, energy in general and electricity in particular play a very important role in
all fields of socio-economic life. Demand for energy in Vietnam is very large, however, it is
limited in source of energy, especially electrical energy. Therefore, irrational use and
exploitation cause serious consequences. Power costs for loads are very high, so finding
energy-saving solutions to reduce costs and improve the competitiveness of the product in the
market are the target of manufacturers. At the same time, it also reduces the expense of
natural resources and contributes positively to the environment protection. For this reason, the
author has conducted research to find a solution to optimize the power supply from the solar
power system by: determine the model structure and mathematical expressions of the load,
thereby, building optimization problem with the objective function is the minimum cost to
convert the use of solar energy in the peak hours. The author has summarized the results
obtained and give the development for the future.
Key words - Energy; energy management; optimization; power system; battery.
DANH MỤC CÁC BẢNG
Số hiệu
Tên bảng
Trang
Bảng 1.1
Nhà máy điện mặt trời lớn nhất thế giới tính đến tháng 5 năm
2011.
9
(Nguồn: Denis Lenardic, pvresources.com/Solarserver).
Bảng 1.2
Các nhà máy điện Mặt trời ở Việt Nam
10
Bảng 4.1
Giá bán điện theo thời điểm sử dụng
51
DANH MỤC CÁC HÌNH
Số hiệu
Tên hình
Trang
Hình 1.1
Biểu đồ tương quan kinh tế và năng lượng 2005-2030
3
Hình 1.2
Nhà máy điện mặt trời Ivanpah tại California, nước Mỹ
10
Hình 1.3
Khởi công xây dựng nhà máy điện mặt trời Thiên Tân
11
Hình 2.1
Sơ đồ cấu trúc hệ thống
12
Hình 2. 2
Minh họa hoạt động lưới điện siêu nhỏ khi tách ra khỏi lưới
điện tập trung
14
Hình 2. 3
Tế bào quang điện thông dụng được làm từ tinh thể Silicon
16
Hình 2. 4
Hiệu ứng quang điện
17
Hình 2. 5
Nguyên lý hoạt động của pin mặt trời
18
Hình 2. 6
Các tấm pin mặt trời
19
Hình 2. 7
Đặc tính làm việc U - I của pin mặt trời
20
Hình 2. 8
Sơ đồ tương đương của pin mặt trời
20
Hình 2. 9
Đường đặc trưng theo độ chiếu sáng của Pin mặt trời
21
Hình 2. 10
Sự phụ thuộc của đặc trưng V – A của pin mặt trời vào
cường độ bức xạ mặt trời
22
Hình 2. 11 Sự phụ thuộc của đặc tính pin mặt trời vào nhiệt độ
22
Hình 2. 12 Điểm làm việc và điểm công suất cực đại
23
Hình 2. 13 Ghép nối hai modul mặt trời với nhau
26
Hình 2. 14 Đường đặc tính V-A của modul và cả hệ
26
Hình 2. 15 Ghép song song hai modul pin mặt trời
27
Số hiệu
Tên hình
Trang
Hình 2. 16 Đường đặc trưng V-A của modul và hệ
28
Hình 2. 17 Sơ đồ nguyên lý mạch Buck
30
Hình 2. 18 Sơ đồ nguyên lý mạch Boost
32
Hình 2. 19 Bộ biến đổi DC/AC 1 pha dạng nửa cầu
33
Hình 2. 20 Cấu trúc hệ thống giám sát nguồn năng lượng
34
Hình 2. 21 Mô hình hệ thống với các đồng hồ đo năng lượng
35
Hình 3. 1
Giao diện lấy dữ liệu bức xạ mặt trời từ PVgis
43
Hình 3. 2
Tìm kiếm vị trí cần khảo sát
44
Hình 3. 3
Chọn thông số và định dạng kết xuất dữ liệu
44
Hình 3. 4
Dữ liệu thu thập được xuất dưới dạng file .txt
45
Hình 4. 1
Mô hình tối ưu hóa
49
Hình 5. 1
Công suất ba pha tất cả tải tiêu thụ
53
Hình 5. 2
Tổng công suất của ba pha các tải tiêu thụ
54
Hình 5. 3
Công suất các thành phần tham gia trong hệ thống
54
Hình 5. 4
Công suất của các nguồn cung cấp và của các tải tiêu thụ
55
Hình 5. 5
Năng lượng của pin trong quá trình tối ưu
55
1
MỞ ĐẦU
1. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI
Trong giai đoạn hiện nay, năng lượng nói chung và năng lượng điện nói riêng
đóng một vai trò rất quan trọng trong mọi lĩnh vực đời sống kinh tế xã hội. Nước ta là
một nước đang phát triển, chính vì thế, nhu cầu về sử dụng năng lượng rất lớn, tuy
nhiên lại bị hạn chế về mặt năng lượng, đặc biệt là năng lượng điện. Chính vì thế việc
sử dụng và khai thác không hợp lý gây ra nhiều hậu quả nghiêm trọng. Đứng trước
tình hình ngày càng khan hiếm về tài nguyên năng lượng, việc sử dụng năng lượng tiết
kiệm và hiệu quả là ưu tiên hàng đầu trong chính sách năng lượng quốc gia.
Như chúng ta đã biết, chi phí điện năng cho các tải tiêu thụ chiếm một tỉ lệ rất
lớn. Vì thế, việc tìm ra những giải pháp tiết kiệm năng lượng nhằm giảm chi phí, giảm
giá thành và nâng cao được tính cạnh tranh của sản phẩm trên thị trường là điều quan
tâm hàng đầu của các nhà sản xuất. Đồng thời, việc này cũng giúp giảm được sự tiêu
tốn tài nguyên thiên nhiên, góp phần tích cực vào việc bảo vệ môi trường.
Nhận thức được tầm quan trọng của việc tiết kiệm năng lượng nói chung cũng
như điện năng nói riêng và sự tiết kiệm chi phí khi sử dụng năng lượng từ hệ thống pin
mặt trời trong các giờ cao điểm, đó là lý do nghiên cứu, tính toán các giải pháp tiết
kiệm điện năng cho hệ thống tải tiêu thụ điện.
2. MỤC TIÊU VÀ MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU
Mục tiêu: Xác định cấu trúc mô hình và các biểu thức toán học của các thành
phần tham gia trong hệ thống tiêu thụ năng lượng, từ đó xây dựng bài toán tối ưu cho
hàm mục tiêu nhằm chuyển đổi sử dụng nguồn năng lượng từ pin mặt trời trong các
giờ cao điểm.
- Mục đích: Giảm điện năng tiêu thụ từ lưới điện trong giờ cao điểm, góp phần
giảm thiểu chi phí ở mức thấp nhất cho việc tiêu thụ năng lượng của tải.
3. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU
- Đối tượng nghiên cứu: Các phụ tải tiêu thụ điện, hệ thống điện mặt trời độc lập,
nối lưới.
- Phạm vi nghiên cứu: Các hệ thống tiêu thụ điện trong các khu dân cư, hộ gia
đình.
2
4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
- Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: Nghiên cứu các tài liệu sách, báo, giáo
trình, bài giảng trong và ngoài nước.
- Phương pháp thực nghiệm: Áp dụng các lý thuyết đã nghiên cứu để xây dựng
các biểu thức toán học nhằm giải quyết bài toán tối ưu trong việc sử dụng hệ thống
năng lượng mặt trời thông qua việc mô phỏng hệ thống.
5. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN
- Ý nghĩa khoa học: Từ kết quả nghiên cứu của đề tài góp phần làm cơ sở cho
việc định hướng khai thác, hoạch định tài nguyên năng lượng một cách hợp lý.
- Ý nghĩa thực tiễn: Sử dụng năng lượng thay thế hiệu quả trong các giờ cao
điểm đối với phụ tải điện qua đó tiết kiệm được điện năng, giảm chi phí ở mức thấp
nhất, góp phần cải thiện môi trường, từ đó có thể nhân rộng việc áp dụng giải pháp cho
các hộ gia đình hoặc cơ sở sản xuất khác.
6. CẤU TRÚC CỦA LUẬN VĂN
Nội dung của luận văn gồm có năm chương sau:
Chương 1 – Giới thiệu
Chương 2 – Cấu trúc hệ thống
Chương 3 – Mô hình hóa hệ thống
Chương 4 – Quản lý năng lượng tối ưu cho hệ thống
Chương 5 – Mô phỏng và kết quả
3
CHƯƠNG 1 - GIỚI THIỆU
1.1.
NHU CẦU VỀ NĂNG LƯỢNG HIỆN NAY
Năng lượng luôn là một nhân tố quan trọng để phát triển kinh tế và nâng cao chất
lượng cuộc sống. Ý thức được tầm quan trọng của các nguồn năng lượng tái tạo trong
chiến lược quốc gia về an ninh năng lượng và sự phát triển bền vững, việc tìm ra
nguồn năng lượng sạch, vô tận luôn là ưu tiên hàng đầu.
Năng lượng là yếu tố vô cùng quan trọng cho sự phát triển của mỗi Quốc gia. Xã
hội càng phát triển thì nhu cầu sử dụng năng lượng ngày càng cao. Nhưng nguồn năng
lượng hóa thạch truyền thống đang cạn kiệt dần tỷ lệ thuận với tốc độ phát triển của
nền kinh tế trên thế giới. Bởi vậy, các cuộc xung đột, chiến tranh cục bộ và khu vực,
những điểm nóng trên thế giới những năm gần đây, đều có nguyên nhân từ vấn đề
tranh chấp và tìm kiếm năng lượng.
Hình 1.1 Biểu đồ tương quan kinh tế và năng lượng 2005-2030
(Nguồn: MPI, UNDP. Nghiên cứu, xây dựng các mục tiêu định lượng giảm phát
thải khí nhà kính trong ngành năng lượng Việt Nam, giai đoạn 2013-2030. Hỗ trợ xây
dựng, thực hiện Chiến lược Quốc gia về TĂNG TRƯỞNG XANH. Số đăng ký ĐKXB:
1287-2013/CXB/06-632/BĐ)
Trong những năm gần đây, sự phát triển của đất nước ta nói chung cũng như tại
các khu đân cư, hộ gia đình nói riêng phát triển với tốc độ ngày càng nhanh. Kinh tế
phát triển cũng đồng nghĩa với việc khai thác, chế biến và sử dụng chưa hợp lý các
nguồn tài nguyên thiên nhiên dẫn đến nhu cầu về năng lượng ngày một gia tăng.
4
Từ biểu đồ Hình 1.1 cho thấy so sánh tương quan giữa tăng trưởng kinh tế GDP
và tổng nhu cầu năng lượng, từ năm 2025 đến năm 2030 khả năng thiếu năng lượng
đáp ứng nhu cầu tăng trưởng kinh tế là không tránh khỏi, đòi hỏi ngay từ bây giờ
chúng ta phải có chiến lược sớm trong việc đáp ứng tổng nhu cầu năng lượng.
1.2.
SỰ CẦN THIẾT TRONG VIỆC TIẾT KIỆM ĐIỆN NĂNG
Không ai một ngày lại không sử dụng ít nhiều đến điện, do đó việc tìm lời giải
cho bài toán tiết kiệm điện năng không thể là trách nhiệm của riêng Chính phủ và
những nhà chức trách mà nó phải là trách nhiệm của toàn xã hội. Từ gia đình đến
doanh nghiệp và những người trong cuộc cần phải có những cách thức để tiết kiệm
điện năng hợp lý để nhanh chóng hóa giải được bài toán đau đầu này.
Sở dĩ chúng ta phải tiết kiệm điện năng là vì:
Điện năng tiêu thụ rất lớn trong khi khả năng cung cấp điện của các nhà
máy điện không đáp ứng đủ nhu cầu, dẫn đến mất điện, ảnh hưởng rất lớn đến đời
sống sinh hoạt, sản xuất của chúng ta.
Khi điện năng tiêu thụ lớn làm điện áp của mạng điện bị giảm xuống, ảnh
hưởng xấu đến chế độ làm việc của đồ dùng điện.
Công suất làm việc của các đồ dùng điện càng lớn thì tiêu thụ điện càng
nhiều làm ảnh hưởng đến tuổi thọ của các đồ dùng điện.
Nếu tiết kiệm điện năng thì chúng ta sẽ tiết kiệm tiền cho gia đình, hạn chế
điện năng trong giờ cao điểm và tránh hỏng hóc đồ dùng điện trong gia đình.
- Hơn nữa điện là nhân tố gây ra hiệu ứng nhà kính, làm trái đất nóng lên, ô
nhiễm môi trường….. vì thế tiết kiệm điện nghĩa là chúng ta đã và đang bảo vệ tính
mạng của bản thân, gia đình và xã hội.
- Tiết kiệm điện là tiết kiệm tài nguyên thiên nhiên của chính chúng ta. Sự cạn
kiệt dần nguồn năng lượng của trái đất đặt ra nhiều thách thức đối với mỗi chúng ta.
Cuộc khủng hoảng năng lượng đang trở nên hết sức cấp bách, không chỉ đe dọa đến
tăng trưởng kinh tế thế giới, mà còn đe dọa trực tiếp hoà bình, an ninh quốc tế. Nguồn
năng lượng hoá thạch, món quà cực kỳ quý báu của thiên nhiên ban tặng con người
đang cạn kiệt. Năng lượng chỉ có hạn, con người càng ngày càng sinh ra nhiều, nhu
cầu năng lượng ngày càng lớn, nếu ko sử dụng tiết kiệm và nghiên cứu các giải pháp
năng lượng mới, thì khủng hoảng năng lượng sẽ xảy ra.
- Nguồn cung cấp điện luôn thiếu và là vấn đề khó khăn đối với bất cứ quốc gia
nào. Hầu hết năng lượng bây giờ được tạo ra từ các nguồn tài nguyên thiên nhiên. Ví
5
dụ như điện thì được tạo ra từ nước, than, dầu, khí.....Vì vậy nếu không tiết kiệm năng
lượng thì dẫn đến việc các nguồn tài nguyên thiên nhiên sẽ bị cạn kiệt nhanh chóng.
Qua các vấn đề đã nêu trên, ta thấy được tầm quan trọng của việc tiết kiệm điện
năng.
1.3.
CÁC GIẢI PHÁP ĐÁP ỨNG NHU CẦU NĂNG LƯỢNG
Tài nguyên nhiên liệu và năng lượng là nguồn lực cơ bản đáp ứng nhu cầu phát
triển kinh tế-xã hội của đất nước, quốc gia nào giàu có về nguồn tài nguyên này là cơ
sở tiền đề tốt nhất cho đáp ứng đầu vào của hệ thống kinh tế.
Để đáp ứng nhu cầu năng lượng cho phát triển kinh tế và xã hội trong những năm
tới, Việt Nam cần có những giải pháp phù hợp với thể chế kinh tế thị trường trong
hoàn cảnh chúng ta ngày càng hội nhập sâu vào nền kinh tế thế giới, tính chất cạnh
tranh ngày càng khốc liệt.
Bên cạnh đó, việc lựa chọn thiết bị tiết kiệm điện; lắp đặt hợp lý, khoa học; điều
chỉnh thói quen sử dụng đồ điện... là những giải pháp giúp tiết kiệm điện năng trong
các hộ gia đình hoặc các khu chung cư.
Chẳng hạn một số ví dụ thực tế điển hình đang được áp dụng phổ biến như sau:
Lựa chọn thiết bị tiết kiệm điện
Các thiết bị điện, thế hệ càng mới khả năng tiết kiệm điện càng cao. Khi chọn lựa
thiết bị điện quay (bơm nước, quạt điện, máy giặt...), nên chọn động cơ có nhiều nấc
tốc độ hoặc có biến tần đi kèm để tiết kiệm điện. Với bóng đèn, nên sử dụng đèn tuýp
và compact thay cho bóng đèn tròn, vì bóng đèn tròn tiêu thụ điện gấp 3-4 lần.
Lắp đặt thiết bị hợp lý, khoa học
Biện pháp này cũng góp phần tiết kiệm điện rất lớn.
Lắp đặt thiết bị điện hợp lý sẽ góp phần tiết kiệm lượng lớn điện năng tiêu thụ
trong gia đình bạn. Ví dụ: Máy bơm đặt ở vị trí thích hợp sẽ giúp bể nước nhanh đầy
hơn. Trong nhà nên quét vôi hoặc lăn tường bằng màu sáng, tận dụng ánh sáng tự
nhiên để tiết kiệm một phần ánh sáng điện. Nên lắp đặt quạt trần, vì khi quạt trần hoạt
động gió sẽ tỏa ra khắp phòng, mát và tiết kiệm hơn so với quạt cây.
Thay đổi thói quen sử dụng đồ điện trong gia đình
Tủ lạnh:
Nên hạn chế mở tủ lạnh để đỡ tốn điện. Nhiệt độ bên trong tủ lạnh nên để ở chế
độ 3-6 độ C. Với chế độ đông lạnh, để -15 độ C đến -18 độ C. Cứ lạnh hơn 10 độ C là
6
tốn thêm 25% điện năng. Cũng nên thường xuyên kiểm tra gioăng cao su, nếu bị hở thì
bộ phận nén khí của tủ lạnh sẽ phải làm việc nhiều nên rất tốn điện.
Máy điều hoà nhiệt độ:
- Để nhiệt độ ở mức trên 20 độ C. Cứ cao hơn 10 độ C là đã tiết kiệm được 10%
điện năng.
- Nếu thường xuyên lau chùi bộ phận lọc thì sẽ tiết kiệm được từ 5 - 7% điện
năng. Nếu đặt máy xa tường thì sẽ tiết kiệm được 20 - 25% điện năng.
- Nên tắt máy điều hòa nếu vắng nhà 1 giờ trở lên.
Quạt:
- Nên cho quạt chạy ở tốc độ thích hợp để tiết kiệm điện vì quạt càng chạy nhanh
càng tốn điện.
- Sau mỗi lần sử dụng rút phích cắm điều khiển từ xa ở quạt.
Ngoài những phương pháp thông dụng đã được ứng dụng nhiều như đã nêu trên,
trong luận văn này sẽ đề cập đến một phương án đó là cần có cơ chế chính sách
khuyến khích sử dụng đối với nguồn năng lượng tái tạo, trước hết là năng lượng gió,
năng lượng mặt trời và năng lượng sinh học. Tuy nhiên trong bối cảnh hiện nay, do
đầu tư công nghệ và chi phí lớn, nên sản phẩm năng lượng đầu ra của các loại năng
lượng và nhiên liệu này còn cao.
1.4. VAI TRÒ CỦA VIỆC SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI
TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN ĐỘC LẬP VÀ NỐI LƯỚI
Năng lượng tái tạo đã và đang là một xu hướng và sẽ chiếm phần lớn trong việc
tạo ra điện trên thế giới. Các nhà máy điện truyền thống sẽ dần bị thay thế bởi các
Trang trại điện mặt trời/điện gió (Solar Farm/Wind Farm).
Trong bối cảnh nhu cầu năng lượng của Việt Nam ngày một gia tăng, khả năng
cung cấp các nguồn năng lượng nội địa hạn chế (phải nhập than cho điện với khối
lượng lớn) trong khi tiềm năng nguồn năng lượng tái tạo của Việt Nam rất lớn, kèm
theo nhu cầu sử dụng điện và nhiệt cho sản xuất rất cao thì việc xem xét khai thác
nguồn năng lượng tái tạo sẵn có cho sản xuất điện, đồng phát năng lượng (cả điện và
nhiệt) là rất khả thi cả về công nghệ lẫn hiệu quả kinh tế, môi trường.
Ưu thế trong việc sử dụng của năng lượng mặt trời:
Năng lượng hiện tại trong cuộc sống hằng ngày, chúng ta sử dụng khối lượng
năng lượng khổng lồ. Cuộc sống của chúng ta xoay quanh sự tiêu thụ các nguồn tài
nguyên thiên nhiên và tiêu thụ năng lượng. Phần lớn trong tỷ lệ tiêu thụ năng lượng
7
được dùng cho sưởi ấm (58%) một phần trong số này có thể cung cấp từ năng lượng
mặt trời . Kế tiếp là nấu nước, chiếm 24% tổng năng lượng tiêu thụ, hoàn toàn có thể
nấu nước bằng năng lượng mặt trời. Điều dó có nghĩa là có thể đáp ứng 83% nhu cầu
năng lượng bằng công nghệ năng lượng mặt trời. Phần năng lượng, 13% được dùng để
tạo ra điện năng cung cấp cho chiếu sáng và các thiết bị gia dụng. Năng lượng được
dùng cho nấu ăn, 5% cũng có thể tạo ra từ năng lượng.
Việt Nam có tiềm năng về nguồn năng lượng mặt trời, có thể khai thác cho các
sử dụng như: đun nước nóng, phát điện và các ứng dụng khác như: sấy, đun nấu... Việt
Nam được xem là một quốc gia có tiềm năng rất lớn về năng lượng mặt trời, đặc biệt ở
các vùng miền trung và miền nam của đất nước, với cường độ bức xạ mặt trời trung
bình khoảng 5 kWh/m2. Ở Việt Nam, với tổng số giờ nắng trong năm dao động trong
khoảng 1.400-3.000 giờ/năm, bức xạ mặt trời trung bình 230-250 kcal/cm2 theo hướng
tăng dần về phía Nam, chiếm khoảng 2.000 - 5.000 giờ trên năm, với ước tính tiềm
năng lý thuyết khoảng 43,9 tỷ TOE. Với kết quả này có thể đánh giá Việt Nam có tiềm
năng lớn, là cơ sở tốt về phát triển công nghệ năng lượng mặt trời. Năng lượng mặt
trời ở Việt Nam có sẵn quanh năm, khá ổn định và phân bố rộng rãi trên các vùng
miền khác nhau của đất nước. Đặc biệt, số ngày nắng trung bình trên các tỉnh của miền
trung và miền nam là khoảng 300 ngày/năm. Năng lượng mặt trời được khai thác sử
dụng chủ yếu cho các mục đích như: sản xuất điện và cung cấp nhiệt.
Tuy nhiên hiện nay việc khai thác và sử dụng nguồn năng lượng này còn hạn chế,
nhất là sử dụng cho phát điện, đun nước nóng và vào sấy khô… một trong những
nguyên nhân cơ bản là giá sử dụng nguồn năng lượng này so với các nguồn năng
lượng khác kém cạnh tranh trên thị trường, mặt khác cơ chế chính sách khuyến khích
sử dụng năng lượng mặt trời và nhận thức của người dân cũng còn hạn chế. Trong
tương lai khi mà khai thác các nguồn năng lượng khác đã đến mức tới hạn thì nguồn
năng lượng mặt trời sẽ là một tiềm năng lớn.
Những tiện ích mà điện năng lượng mặt trời mang lại:
- Năng lượng mặt trời không đòi hỏi bất cứ nguồn nhiên liệu nào, hoàn toàn miễn
phí và thiết thực;
- Giúp tiết kiệm tiền điện cho người sử dụng hàng tháng;
- Tạo ra một nguồn điện độc lập, xanh sạch và bảo vệ môi trường;
- Cung cấp nguồn điện liên tục kể cả khi điện lưới bị cắt.
Việc sử dụng điện năng lượng mặt trời như một nguồn năng lượng tại chỗ thay
thế cho các dạng năng lượng truyền thống không những góp phần tiết kiệm điện, giảm
8
tải nhu cầu ngày càng tăng lên về năng lượng cho quốc gia, mà còn góp phần phát
triển kinh tế và đảm bảo an ninh năng lượng quốc gia.
Hệ thống điện mặt trời hòa lưới không chỉ đáp ứng nhu cầu tiết kiệm chi phí sử
dụng điện mà còn góp phần cải thiện tình trạng thiếu điện của điện lưới quốc gia.
Các dự án điện mặt trời
Từ năm 1839 khi con người phát hiện ra hiện tượng quang điện cho đến nay,
năng lượng mặt trời nói chung và điện mặt trời nói riêng đã có những bước tiến vượt
bậc.
Từ những ứng dụng nhỏ như máy tính bỏ túi ở Việt Nam, đến những chiếc xe ô
tô mặt trời tại Úc, rồi vệ tinh dùng năng lượng mặt trời của Mỹ. Người ta cũng bắt gặp
những chiếc đèn sạc bằng năng lượng mặt trời ở các ngôi làng chưa có điện lưới ở
Châu Phi, tới những bộ điện mặt trời quy mô hộ gia đình ở Bangladesh, hay những
trang trại điện mặt trời rộng hàng ngàn mét vuông ở Đức.
Cả thế giới đã có tới gần 40GW điện sản xuất từ năng lượng mặt trời. Trong đó,
công suất lắp đặt mới năm 2010 là 16.6GW, nước Đức đóng góp gần 50% lượng điện
sản xuất ra từ năng lượng mặt trời năm 2010, bằng một nửa nhu cầu điện năng của cả
nước ta.
Trong vòng 5 năm qua, công suất lắp đặt điện mặt trời đã tăng một cách ngoạn
mục nhờ những nỗ lực về chính sách nghiên cứu phát triển, hỗ trợ công nghiệp và đặc
biệt là chính sách biểu giá FIT, hỗ trợ điện từ năng lượng mặt trời. Bình quân mỗi năm
công suất lắp đặt tăng 50%, trong vòng 5 năm trở lại đây. Năm 2008, tổng công suất
lắp đặt điện mặt trời đạt 16GW, chỉ một năm sau đã tăng lên tới 22GW và năm 2010
đạt xấp xỉ 40GW.
Trong đó Châu Âu chiếm tới 75% sản lượng điện từ năng lượng mặt trời. Trung
Quốc cũng là một thị trường mới nổi nhờ sự đầu tư lớn vào ngành công nghiệp sản
xuất pin mặt trời cũng như chính sách trợ giá cho người tiêu dùng. Năm 2011 đánh dấu
1GW công suất lắp đặt đầu tiên của nước này. Ba khu vực sản xuất điện mặt trời chính
của thế giới là EU, Asia Pacific (Nhật Bản, Trung Quốc, Hàn Quốc, Úc, Đài Loan,
Thái Lan) và Bắc Mỹ.
Xu hướng hiện nay trên thế giới là phân tán các nguồn cung năng lượng quy mô
lớn, và nhờ đó, điện mặt trời có chỗ đứng với công suất cho một nhà máy ngày càng
tăng. Theo khảo sát của PVR Partners (), thì một phần tư
công suất lắp đặt mới năm 2010 là cho các hệ thống lớn từ 500kWp trở lên.
9
Nhờ những nỗ lực trong nghiên cứu đưa hiệu suất pin tăng lên (tới 40% theo kết
quả của NREL), hay từ 16-20% cho các loại pin tinh thể Silic thông thường. Đây là 1
động lực lớn góp phần tăng tính cạnh tranh cho điện mặt trời nhờ giảm được nhược
điểm về diện tích lắp đặt và giá thành của pin mặt trời.
Dự án lớn nhất thế giới về xây dựng nhà máy điện mặt trời tại sa mạc Sahara với
công suất 100GW, cung cấp cho nhu cầu 15% năng lượng của châu Âu, dự kiến hoàn
thành vào năm 2050 với sự tham gia của 12 tập đoàn lớn trên thế giới với giá trị dự án
lên đến 555 tỷ USD. ( />Một số dự án điện mặt trời trên thế giới được trình bày trong Bảng 1.1.
Bảng 1.1 Nhà máy điện mặt trời lớn nhất thế giới tính đến tháng 5 năm 2011.
(Nguồn: Denis Lenardic, pvresources.com/Solarserver).
Địa điểm dự án
Nước
CS
(MW)
Năm
1
Nhà máy điện mặt trời Sarnia PV
Canada
97
2010
2
Nhà máy điện mặt trời Montalto di
Castro
Ý
84
2010
3
Solarpark Finsterwalde I,II,III
Đức
80
2010
4
Nhà máy điện mặt trời Rovigo
Ý
71
2010
5
Nhà máy điện mặt trời Parque
Fotovoltaico Olmedilla de Alarcón
Tây Ban Nha
60
2008
6
Nhà máy điện mặt trời Solarpark
Straßkirchen
Đức
54
2009
7
Nhà máy điện mặt trời Solarpark
Lieberose
Đức
53
2009
8
Nhà máy điện mặt trời Copper
Mountain Solar Facility
Mỹ
48
2010
9
Nhà máy điện mặt trời Parque
Fotovoltaico Puertollano
Tây Ban Nha
48
2008
Bồ Đào Nha
46
2008
10 Nhà máy điện mặt trời Moura
10
Hình 1.2 Nhà máy điện mặt trời Ivanpah tại California, nước Mỹ
Điện mặt trời tại Việt Nam
Tiềm năng điện mặt trời ở Việt Nam
Đối với cuộc sống của loài người, năng lượng Mặt Trời là một nguồn năng lượng
tái tạo quý báu.
Theo các nhà chuyên môn thì trong tương lai, nhu cầu sử dụng các thiết bị chạy
bằng năng lượng mặt trời ở nước ta là rất lớn, kể cả khu vực thành thị cũng như khu
vực nông thôn. Pin mặt trời vừa có thể thay thế cho thuỷ điện nhỏ khi mùa hanh khô,
vừa có thể là nguồn năng lượng dự trữ khi điện lưới quốc gia không đủ cung cấp cho
người dân. Do đó việc sử dụng năng lượng mặt trời ở nước ta sẽ đem lại hiệu quả kinh
tế rất lớn.
Những dự án điện mặt trời ở Việt Nam
Bảng 1.2 Các nhà máy điện Mặt trời ở Việt Nam
Địa điểm dự án
1
Nhà máy quang điện mặt trời Thiên Tân
2
Nhà máy điện mặt trời Tuy Phong
Mức đầu tư CS (MW)
Năm
800 tỉ
19,2 2015
1.454 tỉ
30 2017
11
Hình 1.3 Khởi công xây dựng nhà máy điện mặt trời Thiên Tân
Như vậy, nếu xét về cả mặt kinh tế lẫn môi trường thì rõ ràng nhà máy điện mặt
trời tỏ ra có quá nhiều ưu điểm so với hai kiểu nhà máy năng lượng cũ là thủy điện và
nhiệt điện khi nó sử dụng năng lượng sạch và gần như không bao giờ cạn, mặc dù chi
phí đầu tư ban đầu cao nhưng nó lại không gây ra bất kỳ hậu quả tiêu cực nào đến môi
trường cũng như cuộc sống của con người.
Đề tài này cho ta cái nhìn tổng quan về năng lượng mặt trời, đồng thời có được
sự thay thế sử dụng năng lượng mặt trời một cách tối ưu trong các giờ cao điểm cho
các tải tiêu thụ điện, góp phần tiết kiệm năng lượng cũng như giảm tải cho lưới điện
quốc gia một phần năng lượng. Bên cạnh đó, nguồn năng lượng mặt trời có thể được
dự trữ góp phần giảm quá tải của nguồn lưới vào giờ cao điểm.
12
CHƯƠNG 2 - CẤU TRÚC HỆ THỐNG
2.1.
GIỚI THIỆU HỆ THỐNG
Hình 2.1 Sơ đồ cấu trúc hệ thống
Các bộ phận chính của hệ thống nối lưới được thể hiện trong Hình 2.1, gồm có:
bộ phát điện bằng pin mặt trời (PV), hệ thống pin lưu trữ năng lượng (batteries), các
tải tiêu thụ (Loads), nguồn điện lưới (Grid) và các bộ chuyển đổi điện áp (converters)
[2].
Đây là một trong các giải pháp mô hình Microgrid sử dụng điện mặt trời kết hợp
bình ắc quy dự trữ (pin) [1]. Năng lượng dự trữ trong bình ắc quy được biến đổi thành
điện AC nhờ vào bộ nghịch lưu, cấp cho tải sử dụng.
Ưu điểm giải pháp:
Không phụ thuộc điện lưới.
Được thiết kế dạng module, dễ dàng nâng cấp công suất sau này.
Có nhiều loại ắc quy linh động trong việc lựa chọn sử dụng: 12V, 24V,
36V, 48V hay 60V.
Giải pháp đã có các chức năng bảo vệ cho hệ thống khi hoạt động: quá
dòng, quá áp, quá tải, ngược cực…
13
Chế độ làm việc của inverter hoàn toàn tự động, có màn hình theo dõi
kiểm soát hệ thống và có các cảnh báo lỗi kịp thời khi có sự cố.
Hệ thống có thể giám sát từ xa qua hệ thống Ethernet. Người dùng có thể
dễ dàng truy cập mọi lúc, mọi nơi trên tất cả các thiết bị có kết nối
Ethernet. Thông tin về tình trạng hệ thống được đo bởi các cảm biến và
được đảm bảo cập nhật liên tục.
Với hệ thống đã giới thiệu như hình 2.1 là một hệ thống điện mặt trời nối lưới là
giải pháp tối ưu về chi phí đầu tư và chi phí sử dụng điện, đặc biệt thích hợp cho hộ
gia đình, nhà máy, tòa nhà… những nơi đã có điện lưới. Hiện nay, việc điện mặt trời
tạo ra này có thể bán lại cho các công ty điện lực đang là xu hướng tại nhiều nước trên
thế giới, kể cả Việt Nam.
Hệ thống chuyển hóa thành nguồn điện một chiều (DC) từ các tấm pin năng
lượng mặt trời thành nguồn điện xoay chiều (AC) thông qua bộ chuyển đổi điện nối
lưới (inverter). Bộ chuyển đổi này được lập trình tự dò điểm công suất cực đại
(Maximum Power Point Tracker_MPPT) từ các tấm pin nhằm tối ưu điện năng nhận
được từ năng lượng mặt trời. Ngoài ra, hệ thống sẽ đồng bộ pha và kết nối giữa điện
mặt trời và điện lưới; trong đó, ưu tiên sử dụng điện mặt trời cung cấp trực tiếp cho tải.
Một số ưu điểm khác của hệ thống
Hệ thống đơn giản, dễ vận hành và sử dụng.
Dễ dàng nâng cấp mở rộng hệ thống.
Tuổi thọ của hệ thống pin năng lượng mặt trời cao, lên đến hơn 20 năm.
Thể hiện sự hiện đại của công trình.
Giảm thiểu chi phí điện, góp phần bảo vệ môi trường từ việc giảm lượng
khí thải.
Hệ thống tự động ngưng hoạt động trong trường hợp điện lưới bị mất để
đảm bảo an toàn cho lưới điện và người sử dụng.
Vẫn sử dụng được thiết bị điện khi cúp điện bằng nguồn dự trữ từ ắc quy
(đã được ưu tiên sạc đầy từ nguồn điện mặt trời). Số lượng ắc quy được
tính toán tối ưu dựa vào nhu cầu tải sử dụng.
Phù hợp cho các nhu cầu cần sử dụng thiết bị 24/24, không phụ thuộc vào
điện lưới.
14
2.2. CẤU TRÚC VÀ CÁC BỘ PHẬN CẤU THÀNH HỆ THỐNG
2.2.1. Microgrid
Hình 2. 2 Minh họa hoạt động lưới điện siêu nhỏ khi tách ra khỏi lưới điện tập trung
Lưới điện siêu nhỏ (Microgrid) còn là một khái niệm tương đối mới trong
khoảng thời gian những năm sau này. Có thể có nhiều định nghĩa cho khái niệm này,
nhưng một định nghĩa tương đối đầy đủ là của Navigan Research: “Lưới điện siêu nhỏ
là một hệ thống năng lượng tích hợp bao gồm các nguồn năng lượng phân tán (DER distributed energy resources), một số phụ tải và hệ thống đo đếm, hệ thống này có thể
hoạt động như một lưới điện độc lập, tách khỏi lưới điện phân phối hiện hành”. Chính
tính năng hoạt động độc lập đã tạo cho lưới điện siêu nhỏ sự quan tâm đặc biệt tại
Châu Mỹ và một số thị trường khác.
Microgrid là một nhóm các bộ lưu trữ năng lượng phân tán dước dạng các máy
phát phân tán và các phụ tải liên kết với nhau qua hệ thống phân phối. Microgrid là
những lưới điện độc lập, có thể/không liên kết với lưới điện quốc gia, điện áp làm việc
thấp, công suất vận chuyển nhỏ, cung cấp cho một nhóm hộ tiêu thụ nhỏ, chủ yếu sử
dụng các nguồn phát tại chỗ. Microgrid chủ yếu liên kết các cụm nguồn phát công suất
phân tán có công suất nhỏ từ nguồn năng lượng tái tạo như: Gió, mặt trời, sinh khối …
cung cấp trực tiếp cho khách hàng, sử dụng nhiều ở các vùng sâu, vùng xa chưa có
lưới quốc gia hay lưới liên kết yếu.
VẬN HÀNH MICRO GRID: Microgrid có thể hoạt động trong các chế độ: nối
lưới điện quốc gia, chế độ độc lập, chế độ lai ghép
15
+ Chế độ nối lưới, mục tiêu điều khiển là kiểm soát điểm dừng công suất bằng
cách điều khiển công suất phát của các DG, đặc biệt là các DG dùng công nghệ nghịch
lưu nối lưới.
+ Chế độ độc lập, mục tiêu điều khiển là kiểm soát biên độ điện áp và tần số ở
mức chấp nhận được trong ràng buộc hợp lý về công suất phát của các DG trong lưới
Đặc biệt là việc khai thác các lưới điện siêu nhỏ sẽ giảm thiểu thiệt hại của toàn
bộ hệ thống điện, đồng thời giảm thiệt hại cho khách hàng sử dụng điện trong trường
hợp xảy ra thiên tai.
Minh chứng cho nhận định trên là một nghiên cứu của Viện Perfect Power tại
Hoa Kỳ: nếu 24 tiểu bang của Hoa Kỳ bị ảnh hưởng của siêu bão Sandy sử dụng
khoảng 2.000 lưới điện siêu nhỏ tại các cơ quan thiết yếu của xã hội như cảnh sát, cứu
hỏa, y tế, trường học, trạm xăng, khách sạn v…v thì các tiểu bang đều có thể đảm bảo
các sinh hoạt thiết yếu cho cộng đồng trong vòng một tháng mà không phải kết nối với
lưới điện phân phối tập trung vốn đã bị thiệt hại nghiêm trọng do siêu bão Sandy gây
ra.
Sự thông minh của hệ thống lưới điện siêu nhỏ còn thể hiện ở khả năng linh hoạt
trong quản lý điện, cung cấp mức độ sử dụng phù hợp với con người và môi trường.
Nếu lượng điện năng cung cấp vượt quá nhu cầu của tải thì bộ xử lý của hệ thống sẽ
báo số liệu đến các máy phát điện để các máy phát điện tự kết nối với nhau và điều
chỉnh nguồn điện cung cấp cho phù hợp hoặc có thể đưa nguồn năng lượng dư thừa đó
vào hệ thống pin để lưu trữ dự phòng sau này. Bên cạnh đó, việc lắp mới các thiết bị
vào hệ thống lưới điện siêu nhỏ cũng dễ dàng hơn nhiều so với hệ thống điện hiện nay.
2.2.2. Cấu tạo và hoạt động pin mặt trời (PV)
Mặt trời là một trong những ngôi sao phát sáng mà con người có thể quan sát
được trong vũ trụ. Mặt trời cùng với các hành tinh và các thiên thể của nó tạo nên hệ
mặt trời trong dãi ngân hà cùng với hàng tỷ hệ mặt trời khác. Mặt trời luôn phát ra
nguồn năng lượng khổng lồ và một phần nguồn năng lượng đó truyền bức xạ đến trái
đất chúng ta. Trái đất và mặt trời có mối quan hệ chặt chẽ, chính bức xạ mặt trời là yếu
tố quyết định cho sự tồn tại của sự sống trên hành tinh của chúng ta. Năng lượng mặt
trời là một trong các nguồn năng lượng sạch và vô tận vì nó là nguồn gốc của các
nguồn năng lượng khác trên trái đất. Con người đã biết tận hưởng nguồn năng lượng
quý giá này từ rất lâu tuy nhiên việc khai thác sử dụng nguồn năng lượng này một cách
hiệu quả nhất thì vẫn là vấn đề mà chúng ta đang quan tâm.
Pin mặt trời hay pin quang điện (ký hiệu là PV), là hệ thống các tấm vật liệu đặc
biệt có khả năng chuyển đổi quang năng của ánh sáng mặt trời thành điện năng. Pin
16
mặt trời được cấu tạo bằng các tế bào quang điện (cells) đơn tinh thể (monocrystalline)
và đa tinh thể (polycrystalline) có hiệu suất cao (15% - 18%), công suất từ 25Wp đến
240Wp và có tuổi thọ trung bình 30 năm.
Pin năng lượng Mặt trời hay pin mặt trời hay pin quang điện (PV) 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 2. 3 Tế bào quang điện thông dụng được làm từ tinh thể Silicon
Pin mặt trời là phương pháp sản xuất trực tiếp từ năng lượng mặt trời qua thiết bị
biến đổi quang điện. Pin mặt trời có ưu điểm là gọn nhẹ có thể lắp ở bất kỳ đâu có ánh
nắng mặt trời, đặc biệt là trong lĩnh vực tàu vũ trụ. Ngày nay con người đã ứng dụng
pin mặt trời trong lĩnh vực hàng không vũ trụ, để chạy xe và trong sinh hoạt thay thế
dần nguồn năng lượng truyền thống. Công suất và điện áp của một hệ thống sẽ phụ
thuộc vào cách chúng ta nối ghép các tấm pin mặt trời lại với nhau. Các tấm pin mặt
trời được lắp đặt ở ngoài trời để có thể hứng được ánh nắng tốt nhất từ mặt trời nên
được thiết kế với những tính năng và chất liệu đặc biệt, có thể chịu đựng được sự khắc
nghiệt của thời tiết, khí hậu, nhiệt độ…
Pin năng lượng mặt trời (pin mặt trời/pin quang điện) là thiết bị giúp chuyển hóa
trực tiếp năng lượng ánh sáng mặt trời (quang năng) thành năng lượng điện (điện
năng) dựa trên hiệu ứng quang điện.
