Nâng cao hiệu suất làm việc của hệ thống điện mặt trời dựa trên điều khiển mô hình động

BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

HỒ NGỌC LINH SƠN

NÂNG CAO HIỆU SUẤT LÀM VIỆC CỦA HỆ
THỐNG ĐIỆN MẶT TRỜI DỰA TRÊN ĐIỀU
KHIỂN MƠ HÌNH ĐỘNG
Chuyên ngành: KỸ THUẬT ĐIỆN
Mã chuyên ngành: 60520202

LUẬN VĂN THẠC SĨ

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, NĂM 2020


Cơng trình được hồn thành tại Trường Đại học Cơng nghiệp TP. Hồ Chí Minh.
Người hướng dẫn khoa học: TS. Nguyễn Trung Nhân

Người phản biện 1: PGS. TS. Trương Đình Nhơn

Người phản biện 2: TS. Nguyễn Nhật Nam

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Hội đồng chấm bảo vệ Luận văn thạc sĩ Trường Đại
học Công nghiệp thành phố Hồ Chí Minh ngày 5 tháng 7 năm 2020
Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:
1. PGS. TS. Trương Việt Anh ............................ - Chủ tịch Hội đồng
2. PGS. TS. Trương Đình Nhơn ......................... - Phản biện 1
3. TS. Nguyễn Nhật Nam ................................... - Phản biện 2
4. TS. Bạch Thanh Quý ...................................... - Ủy viên
5. TS. Trần Thanh Ngọc ..................................... - Thư ký

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

TRƯỞNG KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN


BỘ CƠNG THƯƠNG

CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Hồ Ngọc Linh Sơn

Họ tên học viên:
Ngày, tháng, năm sinh:
Chuyên ngành:

MSHV:

16083381

Nơi sinh: Ninh Thuận

03/09/1993
Kỹ Thuật Điện

Mã chuyên ngành: 60520202

I. TÊN ĐỀ TÀI:

Nâng cao hiệu suất làm việc của hệ thống điện mặt trời dựa trên điều khiển mơ hình
đợng
NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:
Giới thiệu tổng quan về năng lượng điện mặt trời, đề xuất giải pháp để điều khiển tối
ưu biến tần dùng trong hệ thống điện mặt trời khi các thông số vận hành thay đổi.
II. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 2660/QĐ-ĐHCN ngày 11/12/2018

III. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 15/3/2020
IV. NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TIẾN SĨ NGUYỄN TRUNG NHÂN
Tp. Hồ Chí Minh, ngày 15 tháng 3 năm 2020
NGƯỜI HƯỚNG DẪN

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO

(Họ tên và chữ ký)

(Họ tên và chữ ký)

TRƯỞNG KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN
(Họ tên và chữ ký)


LỜI CẢM ƠN

Đầu tiên, em xin tỏ lòng biết ơn và gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy TS. Nguyễn
Trung Nhân. Người thầy đã trực tiếp hướng dẫn và tận tình chỉ bảo em trong suốt thời
gian nghiên cứu, tìm kiếm tài liệu và giải quyết các vấn đề trong qua trình nghiên cứu
đề tài của em, nhờ đó mà em mới có thể hồn thành được bài luận văn của mình. Tiếp
theo em cảm ơn các quý thầy, cô trong khoa kỹ thuật điện và sau đại học đã quan tâm,
góp ý và hợ trợ em trong suốt q trình nghiên cứu và hồn thành bài luận văn của
mình. Cuối cùng em xin cảm ơn sâu sắc đến mẹ và các người thân trong gia đình đã tạo
điều kiện thuận lợi trong suốt quá trình em theo học khóa thạc sĩ kỹ thuật điện tại
trường.

i


TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ
Trong bài luận văn này phần đầu sẽ trình bày về tình hình năng lượng của tồn cầu và
tình hình sử dụng của năng lượng mặt trời, khái niệm và công nghệ chế tạo của pin
quang điện. Phần tiếp theo sẽ đưa các mơ hình tốn của mợt pin quang điện và khảo sát
sự ảnh hưởng của các mơ hình tốn này trên phần mềm MATLAB. Cuối cùng đưa ra
mơ hình tối ưu nhất kết hợp sử dụng phương pháp đề xuất để nâng cao hiệu suất của hệ
thống điện mặt trời khi các thông số bên ngồi pin quang điện ln linh đợng thay đổi.

ii


ABSTRACT
In this essay, the first section will discuss the global energy situation and the situation
of solar power usage, the concept and manufacturing technology of photovoltaic cells.
The next section will show the mathematical models of a photovoltaic cell and examine
the influence of these mathematical models on MATLAB software. Finally, the most
optimal model combined with the proposed method to improve the efficiency of the

solar power system when the parameters outside the photovoltaic cells always
changing dynamically.

iii


LỜI CAM ĐOAN
Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của bản thân tôi. Các kết quả nghiên
cứu và các kết luận trong luận văn là trung thực, không sao chép từ bất kỳ một nguồn
nào và dưới bất kỳ hình thức nào. Việc tham khảo các nguồn tài liệu (nếu có) đã được
thực hiện trích dẫn và ghi nguồn tài liệu tham khảo đúng quy định.
Học viên
(Chữ ký)

Hồ Ngọc Linh Sơn

iv


MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN

i

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ

ii

ABSTRACT

iii

LỜI CAM ĐOAN

iv

MỤC LỤC

v

DANH MỤC HÌNH ẢNH

viii

DANH MỤC BẢNG BIỂU

xii

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

xiii

MỞ ĐẦU

1

1.

Đặt vấn đề

1

2.

Mục tiêu nghiên cứu

1

3.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

2

4.

Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu

2

5.

Ý nghĩa thực tiễn của đề tài

2

CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN VỀ NĂNG LƯỢNG TỒN CẦU

4

1.1 Tổng quan về năng lượng tồn cầu

4

1.2 Xu hướng và hiện trạng sử dụng năng lượng mặt trời vào hệ thống quang điện

8

1.3 Tổng quang về quang điện

11
v


1.3.1

Định nghĩa quang điện

11

1.3.2

Cơng nghệ chế tạo quang điện

12

1.3.3

Mơ hình hóa ánh sáng mặt trời và các tế bào quang điện

14

1.4 Kết luận
CHƯƠNG 2

14
MƠ HÌNH TỐN CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN MẶT TRỜI

15

2.1 Mơ hình tốn lý tưởng

15

2.2 Mơ hình tốn có tính đến điện trở mối nối

17

2.3 Mơ hình tốn có tính đến điện trở mối nối và điện trở shunt

21

2.4 Kết luận

23

CHƯƠNG 3

KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC THÔNG SỐ CẤU TRÚC

ĐẾN ĐẶC TÍNH VẬN HÀNH CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN MẶT TRỜI

24

3.1 Mơ hình lý tưởng

24

3.2 Mơ hình có tính đến điện trở mối nối

28

3.3 Mơ hình có tính đến điện trở mối nối và điện trở shunt

35

3.4 Kết luận

40

CHƯƠNG 4

GIẢI PHÁP NÂNG CAO HIỆU SUẤT LÀM VIỆC

41

4.1 Giới thiệu

41

4.2 Phương pháp lặp điện trở Rs và Rp

41

4.3 Mô hình điều khiển đợng cho hệ thống điện mặt trời

57

4.3.1

Phương pháp điều khiển đề xuất

57
vi


4.3.2

Kết quả mơ phỏng mơ hình đợng của hệ thống điện mặt trời

60

4.4 Kết Luận

66

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN

67

1.

Kết luận

67

2.

Hướng phát triển

67

TÀI LIỆU THAM KHẢO

69

LÝ LỊCH TRÍCH NGANG CỦA HỌC VIÊN

71

vii


DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1 Ước tính tỷ lệ năng lượng tái tạo của tổng mức tiêu thụ năng lượng năm 2016
[10] .................................................................................................................... 5
Hình 1.2 Tăng trưởng năng lượng tái tạo toàn cầu so với tổng mức tiêu thụ năng lượng,
giai đoạn 2005-2015 [10] .................................................................................. 6

Hình 1.3 Cơng śt pin mặt trời toàn cầu được bổ sung hàng năm, 2007-2017 [10] ...... 9
Hình 1.4 Cơng śt pin mặt trời tồn cầu PV, theo quốc gia hoặc khu vực, 2007-2017
[10] .................................................................................................................. 10
Hình 1.5 Cơng śt và cơng śt bổ sung của điện mặt trời của 10 quốc gia hàng đầu
trong năm 2017 [10] ....................................................................................... 11
Hình 1.6 Bức xạ mặt trời và phơi nắng .......................................................................... 12
Hình 1.7 Sơ đồ hiệu suất của silicon đơn tinh thể.......................................................... 13
Hình 2.1 Mạch tương đương lý tưởng của pin mặt trời ................................................. 16
Hình 2.2 Mạch tương đương của pin mặt trời với 𝑅𝑠 .................................................... 17
Hình 2.3 Mạch tương đương của pin mặt trời với điện trở mối nối 𝑅𝑠 và điện trở shunt
𝑅𝑝 .................................................................................................................... 21
Hình 3.1 Đặc tính I-V của mơ hình lý tưởng khi G thay đổi ......................................... 25
Hình 3.2 Đặc tính P-V của mơ hình lý tưởng khi G thay đổi ........................................ 26
Hình 3.3 Đặc tính I-V của mơ hình lý tưởng khi T thay đổi.......................................... 27
Hình 3.4 Đặc tính P-V của mơ hình lý tưởng khi T thay đổi ......................................... 28

viii


Hình 3.5 Đặc tính I-V của mơ hình có ảnh hưởng của điện trở mối nối (Rs=Rsmax) khi G
thay đổi............................................................................................................ 29
Hình 3.6 So sánh đặc tính I-V của mơ hình có ảnh hưởng điện trở mối nối và lý tưởng
(Rs=0 và Rs=Rsmax) khi G thay đổi .................................................................. 30
Hình 3.7 So sánh đặc tính P-V của mơ hình có ảnh hưởng của điện trở mối nối và lý
tưởng (Rs=0 và Rs=Rsmax) khi G thay đổi ....................................................... 31
Hình 3.8 Đặc tính I-V của mơ hình có ảnh hưởng của điện trở mối nối (Rs=Rsmax) khi
thay đổi nhiệt đợ.............................................................................................. 32
Hình 3.9 So sánh đặc tính I-V của mơ hình có ảnh hưởng của điện trở mối nối và lý
tưởng (Rs=0 và Rs=Rsmax) khi thay đổi nhiệt đợ ............................................. 33
Hình 3.10 So sánh đặc tính P-V của mơ hình có ảnh hưởng của điện trở mối nối và lý

tưởng (Rs=0 và Rs=Rsmax) khi thay đổi nhiệt đợ........................................... 34
Hình 3.11 Đặc tính I-V của mơ hình có ảnh hưởng của điện trở mối nối và điện trở
shunt (Rs=Rsmax, Rshunt=Rshuntmin) khi thay đổi bức xạ ....................... 35
Hình 3.12 So sánh đặc tính I-V của mơ hình có ảnh hưởng điện trở mối nối và điện trở
shunt với mơ hình chỉ ảnh hưởng của điện trở mối nối (Rs=Rsmax,
Rshunt=Rshuntmin và Rs=Rsmax) khi G thay đổi ................................................... 36
Hình 3.13 So sánh đặc tính P-V của mơ hình có ảnh hưởng điện trở mối nối và điện trở
shunt với chỉ ảnh hưởng của điện trở mối nối (Rs=Rsmax, Rshunt=Rshuntmin và
Rs=Rsmax) khi G thay đổi................................................................................ 37
Hình 3.14 Đặc tính I-V của mơ hình có ảnh hưởng của điện trở mối nối và điện trở
shunt (Rs=Rsmax, Rshunt=Rshuntmin) khi thay đổi nhiệt độ ................................ 38

ix


Hình 3.15 So sánh đặc tính I-V của mơ hình có ảnh hưởng điện trở mối nối và điện trở
shunt với chỉ ảnh hưởng của điện trở mối nối (Rs=Rsmax, Rshunt=Rshuntmin và
Rs=Rsmax) khi T thay đổi ................................................................................. 39
Hình 3.16 So sánh đặc tính P-V của mơ hình có ảnh hưởng điện trở mối nối và điện trở
shunt với chỉ ảnh hưởng của điện trở mối nối (Rs=Rsmax, Rshunt=Rshuntmin và
Rs=Rsmax) khi T thay đổi ................................................................................. 40
Hình 4.1 Sơ đồ thuật tốn của phương pháp lặp điện trở mối nối Rs và điện trở shunt Rp
......................................................................................................................... 43
Hình 4.2 Đường đặc tính I-V ......................................................................................... 45
Hình 4.3 Đường đặc tính P-V ........................................................................................ 46
Hình 4.4 Đường đặc tính I-V ......................................................................................... 47
Hình 4.5 Đường đặc tính P-V ........................................................................................ 48
Hình 4.6 Đường đặc tính I-V ......................................................................................... 49
Hình 4.7 Đường đặc tính P-V ........................................................................................ 50
Hình 4.8 Đường đặc tính I-V ......................................................................................... 51

Hình 4.9 Đường đặc tính P-V ........................................................................................ 52
Hình 4.10 Đường đặc tính I-V ....................................................................................... 53
Hình 4.11 Đường đặc tính P-V ...................................................................................... 54
Hình 4.12 Đường đặc tính I-V ....................................................................................... 55
Hình 4.13 Đường đặc tính P-V ...................................................................................... 56
Hình 4.14 Sơ đồ phương pháp điều khiển đề xuất ......................................................... 58
x


Hình 4.15 Sơ đồ khối mơ hình điều khiển đợng của hệ thống điện mặt trời ................. 59
Hình 4.16 Đồ thị so sánh dòng điện khi sử dụng phương pháp đề xuất và không sử
dụng phương pháp đề xuất ........................................................................... 60
Hình 4.17 Đồ thị so sánh dịng điện khi sử dụng phương pháp đề xuất và không sử
dụng phương pháp đề x́t ........................................................................... 61
Hình 4.18 Đồ thị so sánh dịng điện khi sử dụng phương pháp đề xuất và không sử
dụng phương pháp đề xuất ........................................................................... 62
Hình 4.19 Đồ thị so sánh dòng điện khi sử dụng phương pháp đề x́t và khơng sử
dụng phương pháp đề x́t ........................................................................... 63
Hình 4.20 Đồ thị so sánh dòng điện khi sử dụng phương pháp đề xuất và không sử
dụng phương pháp đề x́t ........................................................................... 64
Hình 4.21 Đồ thị so sánh dịng điện khi sử dụng phương pháp đề xuất và không sử
dụng phương pháp đề xuất ........................................................................... 65

xi


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 3.1 Bảng thông số kỹ thuật của pin mặt trời KC200GT ....................................... 24
Bảng 4.1 Bảng kết quả công suất tối ưu của tấm pin mặt trời có sử dụng phương pháp
đề x́t và khơng sử dụng phương pháp đề xuất ............................................ 57

xii


DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
c-Si

Monocrystalline silicon

PPAs

Power purchase agreements

PV

Photovoltaic

TFEC

Total final energy consumption

TFPV

Thin-film photovoltaic cell

TFSC

Thin-film solar cell

xiii

MỞ ĐẦU
1. Đặt vấn đề
Trong nhiều tài liệu đề cập đến hệ thống điện mặt trời thì các nhà nghiên cứu đã đưa ra
các yếu tố ảnh hưởng đến công suất của hệ thống điện mặt trời. Công suất của hệ thống
phụ tḥc vào các đặc tính bên trong của tấm quang điện, hay các đặc tính bên ngồi
như mức độ bức xạ và nhiệt độ. Nhưng việc nghiên cứu ảnh hưởng của bức xạ lên tấm
quang điện là rất khó vì bức xạ từ mặt trời đến bề mặt tấm pin phụ thuộc rất nhiều yếu
tố như nhiệt độ, ảnh hưởng khí quyển. Nên đa số các nhà nghiên cứu thường hay chú
trọng đến sự ảnh hưởng bên trong của tấm quang điện, các nhà nghiên cứu đã đưa ra
các giải pháp tương đối hoàn chỉnh với các đại lượng đặc trưng được tất cả các thông
số vật lý của tấm quang điện. Trong các thông số vật lý của tấm quang điện thì có
thành phần điện trở ký sinh mối nối và điện trở shunt (𝑅𝑠 , 𝑅𝑠ℎ ) có ảnh hưởng đến đặc
tính vận hành của hệ thống điện mặt trời mà ít các nhà nghiên cứu quan tâm, hay
thường bỏ qua chúng để đơn giản hóa mơ hình. Nên các mơ hình sẽ khơng tối ưu công
suất so với công suất thực nghiệm trên tấm quang điện do nhà sản xuất cung cấp. Điện
trở mối nối và điện trở shunt (𝑅𝑠 , 𝑅𝑠ℎ ) không chỉ phụ tḥc vào cơng nghệ chế tạo mà
cịn phụ tḥc vào điều kiện vận hành, nên cần mợt mơ hình linh động để điều chỉnh
điện trở mối nối và điện trở shunt (𝑅𝑠 , 𝑅𝑠ℎ ) để giữ điểm vận hành công suất tối đa nhất
so với công suất tối đa thực nghiệm do nhà sản xuất cung cấp.
2. Mục tiêu nghiên cứu
Trong hệ thống điện mặt trời phần quan trọng nhất để nâng cao hiệu suất là tấm pin
quang điện, hiệu suất của tấm quang điện phụ thuộc vào nhiều yếu tố để quyết định
như: cường độ bức xạ mặt trời tấm quang điện tiếp xúc, công nghệ chế tạo tấm quang
điện, cách thức vận hành nó (điểm vận hành trên đặc tính I-V của tấm quang điện). Để
xác định cách thức vận hành của tấm quang điện ta xây dựng mơ hình tốn của tấm
quang điện trên các dữ liệu thực tế của tấm quang điện. Trong các nghiên cứu trước,
1

mơ hình Rs và Rsh thường xun bỏ qua hay coi là tham số độc lập, điều này không
đúng nếu muốn điều chỉnh chính xác mơ hình có cơng śt tối đa và gần với thực tế.
Trong bài luận văn này sẽ trình bày phương pháp lặp của 2 điện trở mối nối và điện trở
shunt (𝑅𝑠 , 𝑅𝑠ℎ ) và xây dựng mơ hình tốn dựa trên các thơng số và điều kiện vận hành
thực nghiệm. Dựa trên mô hình tốn lặp 𝑅𝑠 và 𝑅𝑝 ta có thể tìm đươc điểm vận hành
công suất tối đa. Giải pháp này sẽ được đưa vào mơ hình điều khiển đợng của hệ thống
điện mặt trời và mô phỏng bằng phần mềm MATLAB/SIMULINK.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Trong bài luận văn này sẽ nghiên cứu nâng cao hiệu suất của hệ thống pin mặt trời dựa
trên nâng cao công suất của pin quang điện. Việc nâng cao công suất pin quang điện
trong bài luận văn này sẽ sử dụng phương pháp lặp điện trở mối nối Rs và điện trở
shunt Rp dựa trên đường đặc tính I-V tại 3 điểm đáng chú ý là tại vị trí điện áp hở
mạch, dịng điện ngắn mạch và điểm cơng śt cực đại.
4. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu
Trong nhiều bài báo của các nhà nghiên cứu trước thường bỏ qua 2 điện trở mối nối Rs
và điện trở shunt Rp nên việc mơ hình có sự sai số rất lớn so với thực nghiệm và các
phương pháp của các bài báo này thường là dự đốn các thơng số hay sử dụng phương
pháp q phức tạp như trí thơng minh nhân tạo. Nên bài luận văn này xin trình bày
phương pháp lặp điện trở mối nối Rs và điện trở shunt Rp, phương pháp này vừa đơn
giản vừa hiệu quả khi khơng có sự sai số q lớn so với thực nghiệm của nhà sản xuất
pin quang điện.
5. Ý nghĩa thực tiễn của đề tài
Trong thời đại hiện nay việc sử dụng nguồn năng lượng điện ngày càng tăng mà nhiều
nguồn tài nguyên để sản xuất điện đang có nguy cơ cạn kiệt, hay trong qua trình cung
cấp điện các phương thức này sẽ gây ô nhiễm môi trường nặng. Nên việc sử dụng
nguồn năng lượng xanh và sạch đang ngày càng được các nước chú ý và phát triển,
2

mợt trong những nguồn năng lượng xanh và sạch đó có nguồn năng lượng mặt trời,
việc nâng cao cơng śt của hệ thống điện mặt trời là rất cần thiết trong thời đại ngày
nay. Trong bài luận văn này việc nghiên cứu cải thiện và nâng cao công suất hệ thống
điện mặt trời dựa trên điều khiển mơ hình đợng sẽ giúp hệ thống điện mặt trời có thể
nhanh chóng thay thế các hệ thống điện sử dụng nhiên liệu hóa thạch và điện hạt nhân,
điều đó làm giảm các tác nhân gây ô nhiễm môi trường.

3


CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN VỀ NĂNG LƯỢNG TOÀN CẦU

1.1 Tổng quan về năng lượng tồn cầu
Nguồn năng lượng hóa thạch và năng lượng hạt nhân khi khai thác và chuyển hóa sang
dạng năng lượng khác đã sinh ra nhiều vấn đề ô nhiễm môi trường, nhất là lượng phát
thải carbon và phóng xạ, chúng cũng là nguồn năng lượng hữu hạn. Chính vì vậy cần
có 1 nguồn năng lượng thay thế, đó là nguồn năng lượng tái tạo. Trong những năm gần
đây năng lượng tái tạo đã đạt được sự phát triển mạnh. Đặc trưng của sự phát triển đó
là chi phí giảm, tăng đầu tư và có nhiều tiến bợ trong công nghệ. Nhiều thông báo và
quan hệ đối tác cao cấp có tầm ảnh hưởng quan trọng đến lĩnh vực năng lượng tái tạo.
➢ Tháng 11 năm 2017, một nhóm gồm 27 quốc gia đã cam kết loại bỏ việc sản xuất
điện bằng than, đến đầu năm 2018 có hơn 60 quốc gia đã tham gia cam kết.

➢ Đặt mục tiêu chung là xe điện sử dụng năng lượng tái tạo sẽ chiếm 30% trong số
các xe tải, xe khách và xe buýt vào năm 2030.
Tuy sự phát triển của năng lượng tái tạo đầy triển vọng nhưng vẫn còn nhiều thách
thức cần được giải quyết. Tăng trưởng kinh tế tồn cầu dẫn đến nhu cầu năng lượng
ước tính tăng 2,1% trong năm 2017 nhiều hơn gấp đôi mức tăng trung bình trong 5

năm trước. Chính vì sự tăng trưởng nhanh của kinh tế toàn cầu nên việc cung cấp năng
lượng của nguồn năng lượng tái tạo là không thể đáp ứng nên nhiên liệu hóa thạch vẫn
chiếm phần lớn năng lượng được tiêu thụ của thế giới (TFEC). Mợt số trường hợp
chuyển từ than sang khí đốt tự nhiên thay là dùng năng lượng tái tạo. Đó là do tiến độ
không đồng đều giữa các ngành và khu vực. Nhất là các nước ở châu Phi cận sahara, tỷ
lệ truy cập năng lượng vẫn thấp, nhưng ở châu Á thì được cải thiện đều đặn. Chính vì
cịn nhiều nơi có tỷ lệ truy cập năng lượng thấp nên theo thống kê của năm 2016 có
khoảng 1,06 tỷ người trên tồn cầu đã sống mà khơng có điện.

4


Tính đến năm 2016, năng lượng tái tạo hiện tại (không bao gồm sử dụng sinh khối
truyền thống) chiếm khoảng 10,4% TFEC, tăng nhẹ so với năm 2015 (xem hình 1.1).
Phần lớn nhất của phần tái tạo hiện tại là điện tái tạo (chiếm 5,4% TFEC), phần lớn
được tạo ra bởi thủy điện (3,7%). Tiếp theo là năng lượng nhiệt tái tạo (ước tính 4,1%
TFEC) và giao thơng bằng nhiên liệu sinh học (khoảng 0,9%). Sử dụng sinh khối
truyền thống, chủ yếu để nấu ăn và sưởi ấm ở các nước đang phát triển, chiếm thêm
7,8%. Năng lượng tái tạo kết hợp chiếm khoảng 18,2% TFEC.

Hình 1.1 Ước tính tỷ lệ năng lượng tái tạo của tổng mức tiêu thụ năng lượng năm 2016
[10]
Tỷ lệ chung của năng lượng tái tạo trong TFEC chỉ tăng khiêm tốt trong những năm
gần đây, mặc dù vẫn có mợt số lĩnh vực tái tạo có sự tăng trưởng mạnh (xem hình 1.2).
Sự tăng khiêm tốn này là do sự tăng trưởng liên tục của nhu cầu năng lượng (trừ năm
2009, do sự suy thối kinh tế tồn cầu), nó chống lại đà phát triển của các công nghệ
năng lượng tái tạo hiện tại.

5

Hình 1.2 Tăng trưởng năng lượng tái tạo tồn cầu so với tổng mức tiêu thụ năng lượng,
giai đoạn 2005-2015 [10]
Cung cấp nhiệt tái tạo tăng 20,5% còn sản xuất điện tái tạo tăng 56,6% trong giai đoạn
2007-2015. Trong giao thơng thì năng lượng sinh học chiếm 2,8% và điện chiếm 1,3%.
Việc tăng trưởng trong lĩnh vực năng lượng tái tạo chủ yếu là năng lượng mặt trời và
năng lượng gió, trong năm 2017 việc lắp đặt cơng śt của các tấm pin đã tăng gấp đôi
so với năng lượng gió trong năm 2017, tăng thêm cơng śt lưới hơn so với than, khí tự
nhiên và hạt nhân cợng lại. Sự tăng trưởng không đều trong công nghệ năng lượng tái
tạo, phần lớn công suất năng lượng tái tạo được bổ sung là năng lượng mặt trời và năng
lượng gió.
Đầu tư toàn cầu vào năng lượng tái tạo và nhiên liệu năm 2017 đạt tổng cộng 279,8 tỷ
USD (không bao gồm các nhà máy thủy điện lớn hơn 50 MW), tăng 2% so với năm
2016 nhưng thấp hơn 13% so với mức cao nhất trong năm 2015. Gần như tất cả các
khoản đầu tư là vào điện mặt trời (57%) và năng lượng gió (38%). Chi phí giảm mạnh
của các công nghệ phát triển, đến mức việc lắp đặt công suất năng lượng tái tạo trong
năm 2017 đã vượt quá so với năm 2016 do đầu tư tuyệt đối thấp hơn, vì mỗi đơ la thể
6


hiện nhiều công suất hơn trên mặt đất. Các nền kinh tế đang phát triển và mới phát
triển chiếm 63% tổng vốn đầu tư năng lượng tái tạo, tỷ trọng cao hơn các nước phát
triển trong năm thứ ba liên tiếp, riêng Trung Quốc chiếm 45% đầu tư toàn cầu. Đầu tư
năm 2017 giữ ổn định hoặc có xu hướng tăng ở Mỹ Latinh và Hoa Kỳ nhưng đã giảm
30% ở châu Âu, nơi nó đã suy giảm kể từ khoảng năm 2010.
Các quyết định mua sắm và đầu tư của khu vực tư nhân đang đóng mợt vai trị quan
trọng trong việc thúc đẩy triển khai năng lượng tái tạo. Tính đến đầu năm 2017, 48%
trong 500 cơng ty có trụ sở tại Hoa Kỳ đã có mục tiêu giảm phát thải, hiệu suất năng
lượng hoặc năng lượng tái tạo (hoặc kết hợp chúng); 10% cơng ty có mục tiêu năng
lượng tái tạo cụ thể và 23 công ty có mục tiêu năng lượng tái tạo 100%. Những mục

tiêu như vậy đã dẫn đến việc mở rộng các thỏa thuận mua điện của công ty (PPAs):
trong năm 2017, các cơng ty trên tồn thế giới đã ký hợp đồng ước tính 5,4 gigawatt
(GW) cơng śt phát điện tái tạo mới, tăng 26% so với năm 2016. Vào đầu năm 2018,
hơn 130 tập đoàn hàng đầu toàn cầu đã tham gia sáng kiến RE100, mợt mạng lưới các
tập đồn cam kết sử dụng 100% điện tái tạo, tăng từ 87 tập đồn vào năm 2016. Nhưng
hiện tại thì chi phí đầu tư của các công ty vào năng lượng tái tạo vẫn còn hạn chế hơn
so với việc đầu từ vào năng lượng hóa thạch.
Tiêu thụ than tồn cầu tăng khoảng 1% trong năm 2017, so với việc giảm trong 2 năm
trước. Việc tăng này là do việc sử dụng điện được sản xuất từ than và việc sử dụng
than trong cơng nghiệp và các tịa nhà. Việc xây dựng mợt nhà máy nhiệt điện than có
tuổi thọ 40 năm sẽ có thể khóa đi cả thế hệ sẽ thải nhiều lượng carbon, khóa đi việc sử
dụng và phát triển năng lượng tái tạo. Các nhà máy điện than trên tồn cầu đang phát
triển có cơng śt là 654 GW. Việc trợ cấp cho nhiên liệu hóa thạch được ước tính
khoảng 360 tỷ USD trong năm 2016, nó giảm 15% so với năm 2015, nhưng so với việc
trợ cấp vào sản xuất điện tái tạo thì tăng 2.5 (trợ cấp sản xuất điện tái tạo là khoảng 140
tỷ USD).

7


Tuy nhiên, ngày càng có nhiều cơng ty sở hữu, phát triển và vận hành nhà máy điện
than chuyển khỏi hoạt động kinh doanh than trong năm 2017. Các tiện ích ở Châu Phi,
Úc, Châu Âu, Ấn Độ và Hoa kỳ đã có ý định rút khỏi sản xuất nhiên liệu hóa thạch và
chuyển sang tái tạo quy mơ lớn.
1.2 Xu hướng và hiện trạng sử dụng năng lượng mặt trời vào hệ thống quang
điện
Vì các tài ngun hóa thạch có thể cạn kiệt nhanh và nhu cầu sử dụng năng lượng của
thế giới tăng nên việc khai thác nguồn năng lượng mặt trời là hồn tồn cần thiết. vì
năng lượng mặt trời là nguồn tài nguyên miễn phí và dồi dào, năng lượng bức xạ của
mặt trời trong 1 giờ bằng năng lượng của thế giới sử dụng trong 1 năm. Hiện nay các

nước phát triển đã sử dụng nguồn quang điện vào trong đời sống, nhưng đa số là ứng
dụng vào các ứng dụng công cộng hoặc các nơi mà lưới điện quốc gia không đến được.
Năng lượng mặt trời vẫn đang được các nước trên thế giới quan tâm và nghiên cứu để
thay thế cho nguồn năng lượng hóa thạch.
Trong những năm gần đây việc tăng cường công suất từ pin mặt trời được quan tâm
hơn so với các công nghệ sản xuất điện khác. Việc lắp đặt các tấm pin mặt trời được
chú trọng hơn so với tăng cường bổ sung công suất lưới điện của nhiên liệu hóa thạch
và năng lượng hạt nhân cợng lại. Trong năm 2017, pin mặt trời là nguồn cung cấp năng
lượng mới hàng đầu ở một số thị trường lớn như: Trung Quốc, Ấn Độ, Nhật Bản và
Hoa Kỳ. Trên tồn cầu có ít nhất 98 GW cơng śt pin mặt trời được lắp đặt (trên mái
và ngồi trời), cơng suất này gần bằng 1/3 tổng công suất của các nguồn cung cấp điện
khác (xem hình 1.3).

8


Hình 1.3 Cơng śt pin mặt trời tồn cầu được bổ sung hàng năm, 2007-2017 [10]
Sự gia tăng lớn lượng cơng śt điện mặt trời trên tồn cầu là chủ yếu do Trung Quốc,
nơi mà lượng cài đặt mới được tăng hơn 50%. Năm thứ 5 hoạt đợng thì Châu Á là nơi
phát triển mạnh lĩnh vực điện mặt trời, chiếm 75% cơng śt được bổ sung vào cơng
śt tồn cầu. 5 thị trường quốc gia hàng đầu về điện mặt trời là Trung Quốc, Hoa Kỳ,
Ấn Độ, Nhật Bản và Thổ Nhỉ Kỳ, các nước này đã đóng góp gần 84% công suất mới
lắp đặt. Về công suất lưu trữ thì các quốc gia hàng đầu trong lĩnh vực này là Trung
Quốc, Hoa Kỳ, Nhật Bản, Đức và Ý (xem hình 1.4). Cuối năm 2017, mỗi lục địa đã cài
đặt ít nhất là 1 GW và có ít nhất 29 quốc gia có cơng śt trên 1 GW, các quốc gia có
cơng śt pin mặt trời trên mỗi người dân là Đức, Nhật Bản, Bỉ, Ý và Úc.

9