TIỂU LUẬN MÔN KỸ THUẬT NĂNG LƯỢNG NHIỆT ĐIỆN ĐỀ TÀI : ĐIỆN MẶT TRỜI PHOTOVOLTAIC

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NƠNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠ KHÍ – CƠNG NGHỆ

TIỂU LUẬN MƠN HỌC
MƠN KỸ THUẬT NĂNG LƯỢNG NHIỆT ĐIỆN

ĐỀ TÀI : ĐIỆN MẶT TRỜI
PHOTOVOLTAIC

Nhóm 3
Lớp : DH18NL

Tháng 12/2021


BẢNG DANH SÁCH THÀNH VIÊN VÀ PHÂN CÔNG NHIỆM VỤ
Họ và tên
Đồn Nguyễn Ngọc
Bình

Nguyễn Tiến Dũng

MSSV

18137004

hoạt động pin năng lượng mặt

Tốt

trời

Tìm hiểu cấu tạo, ngun lý
18137013

18137024

Cao Hồng Thiện

18137040

Phan Khánh Trung

18137046

Trường

Đánh giá

Tìm hiểu cấu tạo, nguyên lý

Trần Đăng Khoa

Hồ Nguyễn Phi

Nhiệm vụ

18137047

hoạt động pin năng lượng mặt
trời
Tìm hiểu về phân loại, lưu trữ

năng lượng mặt trời
Tìm hiểu về phân loại, lưu trữ
năng lượng mặt trời
Tìm hiểu về ưu nhược điểm và
ứng dụng của pin mặt trời
Tìm hiểu về ưu nhược điểm và
ứng dụng của pin mặt trời

Tốt

Tốt
Tốt
Tốt
Tốt

i


MỤC LỤC

MỤC LỤC

ii

MỤC LỤC HÌNH

iv

MỤC LỤC BẢNG

v

PHẦN 1: TĨM TẮT NỘI DUNG - KẾT QUẢ

1

1. Nội dung:......................................................................................................1
2. Kết quả:........................................................................................................1
PHẦN 2: ĐẶT VẤN ĐỀ

2

1. Lý do nghiên cứu:........................................................................................2
2. Mục tiêu nghiên cứu:....................................................................................2
PHẦN 3 : NỘI DUNG THỰC HIỆN

3

1. Giới thiệu chung về mặt trời:........................................................................3
1.1. Cấu tạo của mặt trời:...............................................................................3
1.2. Năng lượng bức xạ mặt trời:...................................................................3
2. Quang điện ( Photovoltaic ):.........................................................................3
2.1. Lịch sử:...................................................................................................3
2.2. Khái niệm:..............................................................................................4
2.3. Hiệu ứng quang điện:..............................................................................4
3. Pin năng lượng mặt trời:...............................................................................5
3.1. Khái niệm:..............................................................................................5
3.2. Cấu tạo pin năng lượng mặt trời:............................................................5
4. Nguyên lý hoạt động của pin mặt trời:.......................................................11
4.1. Sơ lược về cách chế tạo pin mặt trời:....................................................11

4.2 Nguyên lý hoạt động:.............................................................................11
4.3. Nguyên lý cấu tạo thực tế của PV:........................................................12
5. Phân loại pin mặt trời:................................................................................13
5.1.Tấm pin mặt trời mono:.........................................................................14
5.2.Tấm pin mặt trời poly:...........................................................................15

ii


5.3.Tấm pin mặt trời thin-film:....................................................................16
5.5. Các loại pin mặt trời khác:....................................................................17
6. Các yếu tố chính trong hệ thống pin PV:....................................................17
6.1. Mô đun và mảng quang điện:................................................................17
6.2. Pin:........................................................................................................18
6.3. Biến tần:................................................................................................18
6.4. Hệ thống dây:........................................................................................19
6.5. Bộ điều kiển:.........................................................................................19
7. Lưu trữ năng lượng mặt trời:......................................................................19
7.1. Giới thiệu tổng quát:.............................................................................19
7.2. Hệ nguồn điện pin mặt trời độc lập (Off-grid):.....................................20
7.3. Hệ nguồn điện pin mặt trời nối lưới (On-grid):.....................................20
7.4. Hệ thống điện năng lượng mặt trời Hybrid:..........................................21
7.5. Loại pin lưu trữ sử dụng cho hệ thống điện năng lượng mặt trời:.........22
8. Ưu nhược điểm của pin năng lượng mặt trời:.............................................23
8.1. Ưu điểm:...............................................................................................23
8.2. Nhược điểm:.........................................................................................23
9. Ứng dụng pin mặt trời:...............................................................................23
9.1. Trụ đèn đường, đèn giao thông bằng pin PV:.......................................23
9.2. Trạm xe bt chiếu sáng tự động:.........................................................24
9.3. Ơtơ chạy bằng năng lượng mặt trời:.....................................................25

10. Một số nhà máy điện mặt trời ở Việt Nam và trên Thế Giới:...................25
10.1. Nhà máy điện mặt trời Bầu Ngư:........................................................25
10.2. Nhà máy điện mặt trời Gelex Ninh Thuận:.........................................26
10.3. Nhà máy điện mặt trời Bhadla Solar Park ( Ấn Độ ):.........................27
10.4. Nhà máy điện mặt trời Huanghe Hydropower Hainan Solar Park
( Trung Quốc ):.......................................................................................................28
PHẦN 4 : KẾT LUẬN – ĐỀ NGHỊ

29

1. Kết luận:.....................................................................................................29
2. Đề nghị:......................................................................................................29
PHẦN 5 : TÀI LIỆU THAM KHẢO

30

iii


MỤC LỤC HÌNH
Hình 1.1. Hiện tượng của hiệu ứng quang điện............................................4
Hình 1.2. Ảnh minh họa pin năng lượng mặt trời.........................................5
Hình 1.3. Thành phần chính của pin mặt trời................................................6
Hình 1.4. Một pin mặt trời đơn tinh thể với 5 thanh cái................................7
Hình 1.5. Kính bảo vệ pin mặt trời...............................................................8
Hình 1.6. Khung nhơm.................................................................................8
Hình 1.7. Phim EVA....................................................................................9
Hình 1. 8. Tấm lót / tấm nền pin mặt trời...................................................10
Hình 1.9. Bên trong hộp nối của một bảng điều khiển................................10
Hình 1.10. Sơ đồ ngun lí hoạt động của pin mặt trời..............................12

Hình 1.11. Nhiều mơ-đun kết nối với nhau để tạo thành một mảng...........18
Hình 1.12. Đèn tín hiệu giao thơng dùng pin PV........................................24
Hình 1.13. Ảnh minh họa trạm xe bt.......................................................24
Hình 1.14. Ảnh minh họa ơ tơ chạy bằng năng lượng mặt trời...................25
Hình 1.15. Nhà máy điện mặt trời hồ Bầu Ngư Ninh Thuận......................26
Hình 1.16 Nhà máy điện mặt trời Gelex Ninh Thuận.................................27
Hình 1.17. Cơng viên năng lượng mặt trời Bhadla.....................................27
Hình 1.18. Một góc của nhà máy điện mặt trời Pavagada Solar Park.........28

iv


MỤC LỤC BẢNG
Bảng 5.1. Pin mặt trời mono.....................................................................15
Bảng 5.2. Pin mặt trời poly.......................................................................16
Bảng 5.3. Pin mặt trời thin – film.............................................................17

v


PHẦN 1: TÓM TẮT NỘI DUNG - KẾT QUẢ
1. Nội dung:
 Tổng quan quang điện
 Khái niệm pin mặt trời
 Cấu tạo pin mặt trời
 Nguyên lí hoạt động pin mặt trời
 Phân loại pin mặt trời
 Ưu điểm và nhược điểm pin mặt trời
 Ứng dụng pin mặt trời
2. Kết quả:

 Hiểu rõ khái niệm quang điện.
 Nắm được cấu tạo, nguyên lý hoạt động của pin năng lượng mặt trời.
 Biết phân biệt các loại pin năng lượng mặt trời cơ bản.
 Hiểu sâu sắc hơn các kiến thức về pin năng lượng mặt trời cùng khả năng lưu
trữ nguồn năng lượng này.
 Phân tích được các ưu, nhược điểm để có thể áp dụng vào thực tiễn.
 Biết được các ứng dụng của pin năng lượng mặt trời ở trong và ngoài nước.
 Học hỏi để ứng dụng pin năng lượng mặt trời vào đời sống.

1


PHẦN 2: ĐẶT VẤN ĐỀ
1. Lý do nghiên cứu:
 Ngày nay, sự phát triển mạnh mẽ của khoa học và cơng nghệ. Đi cùng với nó
là nguồn ngun liệu hóa thạch ngày càng cạn cạn kiệt, dần không đáp ứng đủ
nhu cầu về năng lượng. Điều này thúc đẩy việc tìm kím những ngun vật liệu
mới và sự nóng lên tồn cầu làm nhiệt độ trung bình trên trái đất tăng lên.
 Vì thế năng lượng tái tạo đóng một vai trò quan trọng trong việc bổ sung và
đáp ứng một phần đáng kể nhu cầu năng lượng ngày càng tăng của con người.
Đây là một nguồn tài nguyên dồi dào, có sẵn trong tự nhiên và tồn tại dưới
nhiều dạng phổ biến. Trong đó năng lượng mặt trời, là một nguồn năng lượng
gần như vơ hạn có thể được khai thác tại phần lớn khu vực trên thế giới, đang
nổi lên như một sự lựa chọn bổ sung lý tưởng cho các nguồn năng lượng
truyền thống khác.
 Một trong những đề tài ứng dụng thành công nhất của nguồn năng lượng sạch
và vơ tận này có thể nói đến là “Pin năng lượng mặt trời”. Cũng chính vì vậy
mà “Pin năng lượng mặt trời” sẽ được chúng ta tìm hiểu và nghiên cứu sâu
hơn trong tiểu luận này.
2. Mục tiêu nghiên cứu:

 Giúp chúng ta có cái nhìn tổng quan về tài nguyên năng lượng mặt trời nói
chung cũng như pin năng lượng mặt trời nói riêng.
 Trang bị những kiến thức có ích cho sinh viên ngành Nhiệt Lạnh hiểu rõ hơn
về cấu tạo, nguyên lý của pin năng lượng mặt trời và giúp ích cho sinh viên có
nền tảng kiến thức vững vàng hơn về lĩnh vực này sau khi ra trường.

2


PHẦN 3 : NỘI DUNG THỰC HIỆN
1. Giới thiệu chung về mặt trời:
1.1. Cấu tạo của mặt trời:
 Một khối cầu chứa chất khí cực nóng Gồm H, He, O, C, Ne, Fe ...
 Nhiệt độ bề mặt: 5.800 K.
 Nhiệt độ lõi: 13.600.000 K.
 Năng lượng tỏa ra từ bề mặt Mặt trời: 230 triệu W/m 2.
 Năng lượng phát ra: tia cực tím, bức xạ nhìn thấy được, tia hồng ngoại và
neutrino.
1.2. Năng lượng bức xạ mặt trời:
 Không phải tất cả bức xạ này đều đến được bề mặt Trái đất.
 Một số sẽ bị phân tán bởi bụi và các phân tử trong khí quyển.
 Một số sẽ bị phân tán trở lại không gian trong khi phần còn lại sẽ rơi xuống
bề mặt Trái đất dưới dạng bức xạ khuếch tán.
 Nhiều bức xạ được phản xạ trở lại không gian bởi các đám mây.
 Một phần khác của bức xạ được hấp thụ bởi các phân tử như nước, carbon
dioxide, ozone và oxy trong khí quyển.
2. Quang điện ( Photovoltaic ):
2.1. Lịch sử:
 Năm 1839, nhà vật lý học người Pháp đã khám phá ra hiệu ứng quang điện,
ông nhận ra rằng năng lượng mặt trời có thể tạo ra một hiệu ứng quang

điện.
 Năm 1883, tấm pin năng lượng mặt trời được tạo ra đầu tiên bởi Charle
Fritts với hiệu suất ban đầu chỉ đạt được 1%. Với hiệu suất 1-2% của pin
mặt trời là tỷ lệ ánh sáng mặt trời có sẵn được chuyển đổi bởi tế bào quang
điện thành điện, nhưng sự biến đổi có xảy ra khơng vẫn chưa chứng minh
được. Do đó năng lượng quang điện vẫn là một trong những ẩn số trong
nhiều năm vì khi đó nó không hiệu quả trong việc biến đổi ánh sáng mặt
trời thành điện.

3


 Vào giữa những năm 1950, pin quang năng đã đạt được hiệu suất 4%, và
hiệu suất sau đó nâng lên 11%, với các tế bào silicon ( Nguyên liệu phổ
biến thứ hai trên trái đất ).
 Vào cuối những năm 1950 và 1960, chương trình khơng gian của NASA đã
đóng một vai trị tích cực trong sự phát triển của quang điện: “Các tế bào là
nguồn năng lượng điện hồn hảo cho vệ tinh vì chúng rất chắc chắn, nhẹ và
có thể đáp ứng các u cầu cơng suất thấp đáng tin cậy.”̣ [1]
2.2. Khái niệm:
 Quang điện xuất phát từ các từ photo, có nghĩa là ánh sáng và vôn, một
phép đo điện năng.
 Quang điện là phương pháp tạo ra năng lượng điện bằng cách chuyển đổi
bức xạ mặt trời thành dịng điện một chiều thơng qua một số vật liệu (chẳng
hạn như chất bán dẫn) thể hiện hiệu ứng quang điện.
2.3. Hiệu ứng quang điện:
 Là sự sinh ra hiệu điện thế qua mặt tiếp giáp PN trong chất bán dẫn do hấp
thụ bức xạ ánh sáng gọi là hiệu ứng quang điện.
 Thiết bị dựa trên hiệu ứng này được gọi là thiết bị quang điện.[2]

Hình 1.1. Hiện tượng của hiệu ứng quang điện [2]

4


3. Pin năng lượng mặt trời:
3.1. Khái niệm:
 Pin năng lượng mặt trời (hay pin quang điện, tế bào quang điện) là thiết bị
quang điện sử dụng vật liệu bán dẫn để chuyển đổi ánh sáng mặt trời trực
tiếp thành điện năng. Khi ánh sáng mặt trời bị hấp thụ bởi các vật liệu này,
nó làm cho các electron chạy qua vật liệu tạo ra các dòng điện. 
 Pin năng lượng mặt trời bao gồm nhiều tế bào quang điện được kết nối
thành các modul hay các mảng năng lượng mặt trời. Số tế bào quang điện
được sử dụng trong tấm pin tùy theo công suất và điện áp yêu cầu. [2]

Hình 1.2. Ảnh minh họa pin năng lượng mặt trời [3]
3.2. Cấu tạo pin năng lượng mặt trời:
Pin năng lượng mặt trời được cấu tạo gồm 6 phần chính:
 Tế bào quang điện mặt trời ( solar cells )
 Tấm kính bảo vệ( Glass )
 Khung nhơm ( Aluminium Frame )
 Các lớp phim EVA ( Encapsulant EVA )
 Tấm lót / tấm nền ( Back sheet )
 Hộp đấu nối ( Junction Box ) [4]

5


Hình 1.3. Thành phần chính của pin mặt trời [4]
3.2.1. Tế bào quang điện mặt trời ( solar cell):

 Tế bào quang điện mặt trời hoặc tế bào PV chuyển đổi ánh sáng mặt trời
trực tiếp thành năng lượng điện một chiều. Hiệu suất của tấm pin mặt
trời được xác định bởi loại tế bào và đặc tính của silicon được sử dụng,
với hai loại chính là silicon đơn tinh thể và silicon đa tinh thể.
 Hầu hết các tấm pin mặt trời chứa 60 tế bào đơn hoặc đa tinh thể được
liên kết với nhau thông qua các thanh nối tiếp được gọi là busbar để tạo
ra điện áp trong khoảng 30-40 V tùy thuộc vào loại tế bào được sử dụng.
Các tấm pin mặt trời lớn hơn được sử dụng cho các hệ thống thương mại
và nhà ở năng lượng mặt trời quy mơ tiện ích chứa 72 hoặc 144 tế bào và
lần lượt hoạt động ở điện áp cao hơn. Các tiếp điểm điện kết nối các tế
bào được gọi là thanh cái và cho phép dòng điện chạy qua tất cả các tế
bào trong một mạch. [4]

6


Hình 1.4. Một pin mặt trời đơn tinh thể với 5 thanh cái [4]
3.2.2.Tấm kính bảo vệ ( Glass):
 Tấm kính phía trước bảo vệ các tế bào PV khỏi thời tiết và mưa đá hoặc
các tác động khác từ bên ngồi. Kính thường dày 3.0 đến 4.0mm và được
thiết kế chống lại tải và thay đổi nhiệt độ khắc nghiệt. Thử nghiệm va
đập tiêu chuẩn tối thiểu của IEC yêu cầu các tấm pin mặt trời phải chịu
được tác động của đá mưa đá có đường kính 1 inch (25 mm) di chuyển
với tốc độ 60 dặm/giờ (27 m/s).
 Trong trường hợp xảy ra tai nạn hoặc va đập nghiêm trọng, kính cường
lực cũng an tồn hơn nhiều so với nhiều loại kính khác vì nó sẽ vỡ thành
các mảnh nhỏ chứ không phải là các phần sắc nhọn lởm chởm.
 Ngồi ra, cịn có thể thêm vào tấm kính một lớp chống phản xạ
Antireflex(AR) bằng cách mạ một lớp phim chống phản xạ trước khi
kính được tơi nhiệt. Lớp phủ bổ sung này giúp làm giảm lượng ánh sáng

phản xạ và tăng 2,5% ánh sáng mặt trời được hấp thụ từ các tế bào quang
điện. Góp phần nâng cao hiệu quả và độ ổn định cơ học của tấm pin năng
lượng mặt trời. [4]

7


Hình 1.5. Kính bảo vệ pin mặt trời [4]
3.2.3. Khung nhơm ( Aluminium Frame):
 Khung nhơm đóng một vai trị quan trọng bằng cách vừa bảo vệ mép của
phần cán mỏng bao gồm các tế bào và cung cấp một cấu trúc vững chắc
để gắn bảng điều khiển năng lượng mặt trời vào đúng vị trí. Các phần
nhơm ép đùn được thiết kế cực kỳ nhẹ, cứng và có thể chịu lực và tải
trọng cao từ gió lớn và các lực bên ngồi.
 Khung nhơm có thể có màu bạc hoặc đen anodised và tùy thuộc vào
nhà sản xuất bảng điều khiển, các phần góc có thể được vặn, ép hoặc
kẹp với nhau để cung cấp các mức độ bền và độ cứng khác nhau. [4]

Hình 1.6. Khung nhơm [4]

8


3.2.4. Các lớp phim EVA ( Encapsulant EVA ):
 EVA là viết tắt của “ethylene vinyl acetate” là một lớp polyme có độ
trong suốt cao (nhựa) được thiết kế đặc biệt được sử dụng để bao bọc các
tế bào và giữ chúng ở vị trí trong q trình sản xuất. Vật liệu EVA phải
cực kỳ bền và chịu được nhiệt độ và độ ẩm khắc nghiệt, nó đóng một
phần quan trọng trong hiệu suất lâu dài bằng cách ngăn chặn sự xâm
nhập của hơi ẩm và bụi bẩn.

 Lớp tấm EVA trên cả hai mặt của các tế bào là để bảo vệ chúng khỏi
những cú sốc, rung động, độ ẩm và bụi bẩn.. [4]

Hình 1.7. Phim EVA [4]
3.2.5. Tấm lót / tấm nền ( Back sheet ):
 Tấm lưng là lớp cuối cùng của các tấm pin mặt trời thơng thường, đóng
vai trị như một màng chắn ẩm và lớp da bên ngoài cuối cùng để cung
cấp cả bảo vệ cơ học và cách điện. Vật liệu tấm lưng được làm từ các
polyme hoặc nhựa khác nhau bao gồm PP, PET và PVF cung cấp các
mức độ bảo vệ khác nhau, độ ổn định nhiệt và khả năng chống tia cực
tím lâu dài. Lớp biểu tính ngược thường có màu trắng nhưng cũng có
màu trong hoặc đen tùy thuộc vào nhà sản xuất và mơ-đun.
 Các tấm kính kép: một số tấm như tấm hai mặt và không khung sử dụng
tấm kính phía sau thay vì tấm lưng polyme. Kính mặt sau bền hơn và lâu

9


hơn so với hầu hết các vật liệu ốp lưng và vì vậy một số nhà sản xuất
cung cấp bảo hành hiệu suất 30 năm cho các tấm kính kép. [4]

Hình 1. 8. Tấm lót / tấm nền pin mặt trời [4]
3.2.6. Hộp đấu nối ( Junction Box ):
Hộp nối là một vỏ bọc chống thời tiết nhỏ nằm ở phía sau của bảng điều
khiển. Nó là một thiết bị khá cần thiết trong cấu tạo của pin năng lượng mặt
trời để gắn chắc chắn các dây cáp để kết nối các bảng. Hộp nối có vai trị rất
quan trọng vì nó là điểm trung tâm, nơi tất cả các tế bào đặt liên kết với
nhau và phải được bảo vệ khỏi độ ẩm và bụi bẩn. [4]

Hình 1.9. Bên trong hộp nối của một bảng điều khiển [4]

10


4. Nguyên lý hoạt động của pin mặt trời:
4.1. Sơ lược về cách chế tạo pin mặt trời:
 Năng lượng từ Mặt trời là năng lượng dồi dào nhất và hồn tồn miễn phí
trên hành tinh trái đất. Để sử dụng năng lượng này, chúng ta cần sự trợ giúp
từ nguyên tố dồi dào thứ hai trên trái đất, cát. Cát phải được chuyển đổi
thành 99.999% tinh thể silicon tinh khiết để sử dụng trong pin mặt trời. Để
đạt được điều này, cát phải trải qua một quá trình tinh chế phức tạp như
hình bên.
 Silicon thơ được chuyển thành dạng hợp chất silicon ở thể khí. Sau đó, chất
này được trộn với hydro để thu được silicon đa tinh thể có độ tinh khiết cao.
Những thỏi silicon này được định hình lại và chuyển thành những lát rất
mỏng được gọi là tấm silicon. Tấm silicon là trái tim của tế bào quang điện.
Khi chúng tơi phân tích cấu trúc của các nguyên tử silicon, bạn có thể thấy
chúng được liên kết với nhau. Khi bạn bị ràng buộc với ai đó, bạn sẽ mất tự
do. Tương tự như vậy các electron trong cấu trúc silicon cũng khơng có
chuyển động tự do. [5]
4.2 Nguyên lý hoạt động:
 Giả sử rằng các nguyên tử photpho có năm electron hóa trị được tiêm vào
nó. Ở đây một electron tự do chuyển động. Trong cấu trúc này khi nhận đủ
năng lượng các electron sẽ chuyển động tự do. Hãy cố gắng tạo ra một pin
mặt trời được đơn giản hóa cao chỉ bằng cách sử dụng loại vật liệu này. Khi
ánh sáng chiếu vào chúng, các electron sẽ nhận được năng lượng photon và
sẽ tự do chuyển động. Tuy nhiên chuyển động này của các electron là ngẫu
nhiên. Nó khơng dẫn đến bất kỳ dòng điện nào qua tải. Để làm cho dòng
electron chuyển động đơn hướng thì cần phải có một động lực.
 Một cách dễ dàng và thiết thực để tạo ra động lực là một điểm nối PN. Hãy

xem cách một Giao lộ PN tạo ra động lực. Tương tự như pha tạp loại n nếu
bạn bơm bo có ba electron hóa trị vào silicon nguyên chất sẽ có một lỗ
trống cho mỗi nguyên tử. Đây được gọi là pha tạp loại p. Nếu hai loại vật
liệu pha tạp này kết hợp với nhau, một số electron từ phía N sẽ di chuyển
đến vùng P và lấp đầy các lỗ trống ở đó. Bằng cách này, một vùng suy giảm

11


được hình thành, nơi khơng có các điện tử và lỗ trống tự do. Do sự di
chuyển của điện tử mà ranh giới phía N trở nên hơi mang điện tích dương.
Và mặt P trở nên tích điện âm. Một điện trường chắc chắn sẽ được hình
thành giữa các điện tích này. Điện trường này tạo ra động lực cần thiết.
 Khi ánh sáng chiếu vào PN Junction, một điều rất thú vị sẽ xảy ra. Ánh
sáng chiếu vào vùng N của tế bào PV và nó xuyên qua và đến vùng cạn
kiệt. Năng lượng photon này đủ để tạo ra các cặp lỗ trống electron trong
vùng suy giảm. Điện trường trong vùng suy giảm đẩy các electron và lỗ
trống ra khỏi vùng suy giảm. Ở đây chúng ta quan sát thấy rằng nồng độ
của các điện tử trong vùng N và các lỗ trống trong vùng P trở nên cao đến
mức một sự khác biệt tiềm năng sẽ phát triển giữa chúng. Ngay sau khi
chúng ta kết nối bất kỳ tải nào giữa các vùng này, các điện tử sẽ bắt đầu
chạy qua tải. Các electron sẽ tái kết hợp với các lỗ trống trong vùng P sau
khi hoàn thành con đường của chúng. Bằng cách này, pin mặt trời liên tục
tạo ra dòng điện một chiều. [5]
4.3. Nguyên lý cấu tạo thực tế của PV:
 Trong một tế bào năng lượng mặt trời thực tế, bạn có thể thấy rằng lớp N
trên cùng rất mỏng và bị pha tạp nhiều. Trong khi lớp P dày và pha tạp nhẹ.
Điều này là để tăng hiệu suất của tế bào. Chỉ cần quan sát sự hình thành
vùng suy giảm ở đây.
 Bạn cần lưu ý rằng độ dày của vùng suy giảm ở đây cao hơn nhiều so với

trường hợp trước. Điều này có nghĩa là do ánh sáng chiếu vào các cặp lỗ
trống điện tử được tạo ra trong một khu vực rộng hơn so với trường hợp
trước. Điều này dẫn đến việc tạo ra nhiều ô PV hiện tại hơn. Ưu điểm khác
là do lớp trên cùng mỏng, nhiều năng lượng ánh sáng hơn có thể đến vùng
suy giảm. [5]

12


Hình 1.10. Sơ đồ ngun lí hoạt động của pin mặt trời [2]
5. Phân loại pin mặt trời:
Căn cứ vào vật liệu chế tạo và giá thành, hiện nay, pin mặt trời được chia làm 3
loại là:
 Pin mặt trời đơn tinh thể (mono)
 Pin mặt trời đa tinh thể (poly)
 Pin mặt trời phim mỏng (thin-film)

13


5.1.Tấm pin mặt trời mono:
Bảng 5.1. Pin mặt trời mono [6]
Chất liệu

 Tấm pin gồm có các solar cell (tế bào quang điện) được chế
tạo từ các tấm silic. Mỗi tấm silic là một lá cắt tinh thể silic
đơn, tinh khiết.
 Trong quá trình sản xuất, người ta gắn lớp nhôm dẫn điện và
các lớp bảo vệ khác lên tấm wafer (miếng silic mỏng có độ
dày khoảng 0,76mm) để tránh tác động từ mơi trường.

 Sau đó, người ta lắp các tấm wafer theo từng hàng, cột tạo
thành hình chữ nhật và phủ kính, đóng khung lại làm nên tấm

Cách nhận
biết

pin mặt trời.
 Màu sắc: Tấm pin có màu đen do ánh sáng tác động đến tinh
thể silic nguyên chất và phản xạ lại.
 Hình dáng: Các tế bào quang điện có hình vng vạt góc và
được xếp nối tiếp nhau và tạo ra các khoảng hình thoi màu
trắng.
 Kích thước: Trước đây, số lượng tế bào quang điện khoảng 60.

Đối tượng

Sau này, số lượng cell được nâng lên thành 120 – 144.
 Những nơi ít nắng như miền Bắc, có diện tích lắp đặt nhỏ.

sử dụng
Hiệu suất

 Hiệu suất chuyển đổi (khoảng 20%) và công suất cao hơn tấm
pin poly và tấm pin thin-film

Giá thành

 Công suất khoảng 300 – 450W
 Giá cao hơn tấm pin poly và tấm pin thin-film.
 Tế bào quang điện pin mono được chế tạo từ một tinh thể silic

duy nhất. Quá trình tạo ra tinh thể này (q trình Czochralski)
khó, tiêu hao nhiều năng lượng và tạo ra nhiều mảnh silic thừa

Ưu điểm
Nhược

nên chi phí cao.
 Hiệu suất và cơng suất cao
 Giá cao

điểm
5.2.Tấm pin mặt trời poly:
Bảng 5.2. Pin mặt trời poly [6]

14


Chất liệu

 Tấm pin mặt trời poly cũng gồm các solar cell (tế bào quang
điện) được chế tạo từ các tấm silic. Nhưng mỗi tấm silic này lại
được cấu tạo từ nhiều mảnh tinh thể silic nung nóng chảy trong

Cách nhận
biết

khuôn, để nguội, cắt ra thành tấm wafer.
 Màu sắc: Tấm pin mặt trời poly có màu hơi xanh lốm đốm do
ánh sáng tác động đến các mảnh silic trong cell phản xạ theo
nhiều hướng khác nhau.

 Nếu sử dụng công nghệ Black Silicon, phủ thêm một lớp cấu
trúc nano lên bề mặt, tỉ lệ phản xạ ánh sáng xuống tấm pin bị
giảm xuống mức tối đa, tấm pin trông đen hơn các tấm pin poly
bình thường nhưng vẫn có những đốm xanh rõ nét.

Đối tượng

 Kích thước: Tấm pin có khoảng 60 tế bào quang điện.
 Những nơi có số giờ nắng nhiều, nắng quanh năm như miền

sử dụng
Hiệu suất

Nam.
 Hiệu suất chuyển đổi (khoảng 15 – 19%) và công suất thấp hơn

Giá thành

tấm pin mono.
 Giá thấp hơn tấm pin mono. Do tế bào quang điện của tấm pin
poly được sản xuất  từ các mảnh silic nên quá trình sản xuất đơn

Ưu điểm

giản hơn, khơng tốn kém nhiều và chi phí sản xuất thấp hơn.
 Giá thành phải chăng, thấp hơn pin mono.
 Có độ giãn nở và khả năng chịu nhiệt cao.

Nhược
điểm

 Hiệu suất làm việc ngoài nắng cao.
 Độ ổn định về cấu trúc và tính bền vững không cao.
 Tuổi thọ thấp hơn pin mono khi làm việc trong cùng điều kiện
ánh sáng.
 Hiệu suất và công suất thấp hơn tấm pin mono

5.3.Tấm pin mặt trời thin-film:
Bảng 5.3. Pin mặt trời thin – film [6]
Chất liệu

 Được làm từ nhiều loại vật liệu khác nhau:
 Phổ biến nhất là cadmium Telluride (CdTe): Tấm pin này
gồm có một lớp CdTe ở giữa và các lớp màng dẫn trong

15


suốt ở hai bên giúp hấp thu ánh sáng mặt trời. Phía trên
cùng là lớp kính giữ vai trị bảo vệ.
 Silic vơ định hình (a-Si): Silic khơng kết tinh đặt trên nhựa
hoặc thủy tinh, kim loại (thường là nhôm) để tạo thành
tấm pin.
 Copper Indium Gallium Selenide (CIGS): Gồm 4 thành
phần đặt giữa hai lớp dẫn điện như nhựa, thủy tinh, thép,
nhôm. Mặt trước và mặt sau tấm pin là các điện cực có tác
Cách nhận biết

dụng thu dịng điện.
 Màu sắc: Tùy theo chất liệu cấu tạo, tấm pin thin-film có

thể có màu đen hoặc xanh.
 Kích thước: Các tế bào trong tấm pin thin-film mỏng hơn
các tấm tinh thể trong tấm pin mono và tấm pin poly
khoảng 350 lần. Do đó, tấm pin thin-film mỏng hơn tấm
pin mono và tấm pin poly. Kích thước của tấm pin thinfilm không theo một tiêu chẩn nhất định và không đồng

Đối tượng sử
dụng

đều.
 Pin thin-film có thể tích hợp với vật liệu xây dựng để tạo
ra ngói năng lượng mặt trời. Loại pin này thường được lắp
đặt ở nơi hay di chuyển hoặc không thể chịu được trọng

Hiệu suất

lượng của các thiết bị năng lượng mặt trời truyền thống.
 Hiệu suất pin khoảng 11%. Hiệu suất cụ thể tùy theo chất
liệu tạo ra các cell. Công suất được xác định dựa trên kích
thước vật lý nên khơng cố định. Tuy nhiên nếu tính cơng
suất trên m2 thì cơng suất  tấm pin thin-film thấp hơn công

Giá thành

suất tấm pin mono và tấm pin poly.
 Chi phí sản xuất pin: Giá pin thin-film phụ thuộc vào chất
liệu. Xếp theo mức giá từ thấp đến cao là CdTe, silicon vơ
định hình (a-Si), CIGS. Nhìn chung, giá pin thin-film thấp
hơn giá pin mono và pin poly.
 Chi phí thi cơng, lắp đặt tấm pin thin-film: Rẻ hơn vì tấm

Ưu điểm

pin này nhẹ, cơ động, lắp đặt dễ dàng, ít tốn cơng sức.
 Nhẹ, linh hoạt, dễ lắp đặt

16


Nhược điểm

 Giá pin và chi phí thi cơng, lắp đặt đều rẻ
 Hiệu suất và công suất thấp.
 Khi lắp đặt cần có điểm tựa

5.5. Các loại pin mặt trời khác:
 Bên cạnh 5 loại pin mặt trời trên, vẫn còn 2 loại pin mặt trời khác là pin mặt
trời sinh học (Biohybrid) và pin mặt trời PV tập trung (Concentrated PV).
 Tuy nhiên, hai loại pin này mới chỉ đang trong giai đoạn nghiên cứu phát triển,
chưa sử dụng nhiều trong thực tế. [5]
6. Các yếu tố chính trong hệ thống pin PV:
6.1. Mô đun và mảng quang điện:
 Một số pin mặt trời được kết nối điện với nhau và được gắn trong một cấu
trúc hoặc khung đỡ được gọi là môđun quang điện. Các mô-đun được thiết
kế để cung cấp điện ở một điện áp nhất định. Dòng điện được tạo ra phụ
thuộc trực tiếp vào lượng ánh sáng chiếu vào mơ-đun.
 Nhiều mơ-đun có thể được kết nối với nhau để tạo thành một mảng. Diện
tích của một mơ-đun hoặc mảng càng lớn, thì càng nhiều điện được sản
xuất. 
 Mơ-đun và mảng quang điện tạo ra dịng điện một chiều. Chúng có thể

được kết nối trong cả hai kiểu bố trí điện nối tiếp và song song để tạo ra bất
kỳ sự kết hợp điện áp và dòng điện cần thiết nào.

17


Hình 1.11. Nhiều mơ-đun kết nối với nhau để tạo thành một mảng [7]
6.2. Pin:
 Pin là một thành phần thiết yếu cho hệ thống điện dự phòng tắt hoặc khẩn
cấp. Một số pin liên kết với nhau tạo thành một "ngân hàng" pin, thu thập
và lưu trữ năng lượng do mảng PV tạo ra trong các khoảng thời gian. Một
số yếu tố có thể được sử dụng để giúp xác định kích thước của ngân hàng
pin.
 Chúng bao gồm phụ tải điện, thời gian của công suất dự trữ bắt buộc và sự
sẵn có của nguồn điện dự phịng, lưới điện hoặc máy phát điện. Một ngân
hàng pin axít chì, chất lượng tốt sẽ tồn tại lâu dài từ 500 đến 1000 chu kỳ
xạc.
 Các loại pin khác có sẵn như Nickel Cadmium loại pin này có tuổi thọ cao
hơn, nhưng đắt hơn một chút so với pin axit chì. Cần có hộp pin để bao bọc
pin. [8]
6.3. Biến tần:
 Biến tần phải được lựa chọn cẩn thận để đảm bảo hoạt động phù hợp với
các thành phần khác của hệ thống, đối với hầu hết các ứng dụng đo thực.
Biến tần lớn thường chứa bộ sạc pin tích hợp. Điều này cho phép biến tần
hoạt động như một bộ sạc pin khi có điện từ một nguồn AC khác chẳng hạn
như máy phát điện. Có 2 loại biến tần:
 Biến tần trực tiếp: chúng chỉ được sử dụng chính cho các loại động cơ cơng
suất lớn. Do đó, mà người ta rất ít thấy biến tần trực tiếp được bán ở trong
thị trường. Đa phần loại này chỉ được tìm thấy tại các xưởng – nhà máy lớn
khi cần dòng điện cao.

 Biến tần gián tiếp: sử dụng các loại động cơ có cơng suất từ 0,25 kW đến
700kW được sử dụng khá rộng rãi. Đây là định mức của công suất được
dùng khá nhiều hiện nay tại các nhà máy nhỏ và các hệ thống điện mặt trời.
Chính thế, mà gần 100% biến tần gián tiếp được lựa chọn cho việc vận
hành máy móc. [9]

18


6.4. Hệ thống dây:
 Việc kết nối các tấm PV với hộ gia đình yêu cầu hệ thống dây điện có kích
thước phù hợp, được lắp đặt theo tiêu chuẩn mã. Tất cả các hệ thống cũng
yêu cầu có cầu chì để bảo vệ con người và thiết bị. [10]
6.5. Bộ điều kiển:
 Bộ điều khiển sạc điều chỉnh lượng năng lượng chảy từ mảng PV đến pin.
Điều này là cần thiết để tránh tình trạng làm hỏng pin do sạc quá nhiều. [10]
7. Lưu trữ năng lượng mặt trời:
 Các tấm pin năng lượng mặt trời chỉ là bước đầu tiên, chúng ta cần một nơi để
lưu trữ điện năng, nên các thành phần khác sẽ tạo nên một hệ thống liên kết
hoàn chỉnh.
 Tất cả điện năng được tạo ra bởi tấm pin năng lượng mặt trời được nối với một
bộ biến tần (inverter), nơi quá trình chuyển đổi từ DC sang AC diễn ra. Nhưng
một biến tần vẫn không lưu trữ bất kỳ điện năng nào, điều này xảy ra trong
giai đoạn tiếp theo và cách thức hoạt động của nó phụ thuộc vào loại hệ thống
năng lượng mặt trời mà chúng ta đang sử dụng.
7.1. Giới thiệu tổng qt:
 Hiện nay có hai cơng nghệ nguồn điện pin mặt trời thơng dụng. Đó là hệ
nguồn điện pin mặt trời độc lập và hệ nguồn nối lưới.
 Đối với hệ nguồn pin mặt trời nối lưới, dòng điện một chiều từ dàn pin mặt
trời được biến đổi thành dòng điện xoay chiều và được hòa vào mạng lưới

điện công nghiệp. Công nghệ này được sử dụng phổ biến ở các nước phát
triển như: Mỹ, Nhật Bản, Pháp, Đức,… Ưu điểm của loại nguồn này là
không phải dùng bộ trữ điện năng. Nhược điểm là chi phí lớn, bảo dưỡng
phức tạp.
 Đối với các khu vực khơng có lưới điện hoặc sử dụng với quy mơ nhỏ, thì
ta sẽ dùng công nghệ nguồn pin mặt trời độc lập. Phần lớn ứng dụng nguồn
điện mặt trời ở khu vực nông thôn, vùng sâu. [11]

19