Năng lượng mặt trời• Trái đất nhận 174 petawatts PW từ bức xạ mặt trời, khoảng 30% phản xạ trở lại không gian, phần còn lại được hấp thụ bởi các đám mây, đất, đại dương… • Năng lượng Mặt
Trang 1Báo cáo môn học Nhiên liệu thay thế dùng cho Động cơ đốt trong
NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI ĐIỆN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI
Học viên: Nguyễn Quang Đạo
Lớp: 13BCKĐL.KH
Hướng dẫn: TS Trần Thị Thu Hương
Trang 2Chương I Tổng quan về Năng lượng Mặt trời
1.1 Mặt trời
Mặt trời là một ngôi sao (thiên thể) trung tâm của Hệ Mặt trời Đặc biệt có vai trò quyết định trong việc hình thành, duy trì sự sống trên trái đất Mặt trời được coi là ổn định và ít thay đổi trong nhiều tỷ năm
Đường kính: 1390 000 km = 110 lần đường kính Trái đất
Khối lượng: 1,99.1030 kg = khoảng 333 000 lần Trái đất
Trang 31.1 Mặt trời
• Mặt trời - Trái đất khoảng 149,6 triệu km (1AU) Ánh sáng Mặt trời cần 8’19’’ để đến được Trái đất Khoảng cách này thay đổi từ 147,1 triệu km ở điểm cận nhật (khoảng 03/01) đến 152,1 triệu
km ở điểm viễn nhật (khoảng 04/07)
• Bề mặt tồn tại ở dạng Plasma, không rắn, chuyển động không đồng tốc quanh trục Xích đạo chu kỳ 25,6ngày, cực 33,5ngày
• Thành phần chủ yếu của Mặt trời là hiđrô (khoảng 74% về khối lượng, 92% về thể tích), heli (khoảng 24% về khối lượng, 7% về thể tích) còn lại là các nguyên tố khác như: sắt, niken, ô xi, lưu huỳnh…
Trang 41.1 Mặt trời
Trang 51.2 Năng lượng mặt trời
• Trái đất nhận 174 petawatts (PW) từ bức xạ mặt trời, khoảng 30% phản xạ trở lại không gian, phần còn lại được hấp thụ bởi các đám mây, đất, đại dương…
• Năng lượng Mặt trời gồm bức xạ nhiệt và ánh sáng từ Mặt
Trang 6Phổ bức xạ Mặt trời
Trang 7• Công nghệ NLMT: khai thác, sử dụng tối ưu NLMT tới Trái đất.
về Công nghệ năng lượng Mặt trời hoạt động
1.2 Năng lượng mặt trời
Trang 81.3 Sử dụng năng lượng mặt trời.
1.3.1 Nhiệt Mặt trời
• Công nghệ nhiệt Mặt trời là sử dụng nhiệt của Mặt trời, hay biến đổi ánh sáng thành nhiệt
1.3.2 Điện năng lượng Mặt trời
• Chuyển đổi ánh sáng Mặt trời thành điện năng sử dụng cho các thiết bị,
Trang 9CHƯƠNG II ĐIỆN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI
2.1 Điện năng lượng mặt trời - Điện NLMT
• Điện NLMT là nói về công nghệ sản xuất điện năng từ NLMT Đây là một giải pháp thay thế sạch và có tác động tích cực
• Công nghệ sản xuất Điện NLMT là sử dụng các tấm pin Điện NLMT – Tế bào quang điện Hấp thụ ánh sáng Mặt trời,
chuyển thành điện năng nhờ hiệu ứng quang điện trong
Trang 102.2 Hiệu ứng quang điện
• Hiệu ứng quang điện là một hiện tượng điện - lượng tử, trong
đó các điện tử được thoát ra khỏi vật chất sau khi hấp thụ năng lượng từ các bức xạ điện từ Hiệu ứng quang điện đôi khi được người ta dùng với cái tên Hiệu ứng Hertz, do nhà khoa học
Heinrich Hertz tìm ra.
• Khi bề mặt của tấm kim loại nhận bức xạ điện từ có tần số > tần
số ngưỡng (tần số đặc trưng), các điện tử hấp thụ năng lượng
từ các photon và sinh ra dòng điện (gọi là dòng quang điện).
Trang 112.2 Hiệu ứng quang điện
Trang 12• Nếu các điện tử bị bật ra khỏi bề mặt của tấm kim loại, ta có hiệu ứng quang điện ngoài (external photoelectric effect).
• Điện tử phát xạ ra dưới tác dụng của bức xạ điện từ được gọi
là quang điện tử
• Nếu các điện tử thoát khỏi liên kết với nguyên tử, trở thành điện tử tự do (điện tử dẫn) chuyển động trong lòng của khối vật dẫn, ta có hiêu ứng quang điện trong (internal
photoelectric effect) Còn được gọi là hiệu ứng quang dẫn
Trang 132.3 Cấu tạo pin năng lượng mặt trời
Trang 14• Pin mặt trời hoạt động dựa trên hiệu ứng quang điện trong.
• Khi có ánh sáng chiếu tới, Lớp bán dẫn P-N hấp thụ ánh sáng có tần số bức xạ lớn hơn tần số ngưỡng, tạo ra các cặp điện tử - lỗ trống - các hạt tải tự do
• Điện tử đi về cực lớp bán dẫn N, lỗ trống đi về cực bán dẫn P
• Nếu bên ngoài các cực nối dây dẫn có tải, xuất hiện dòng điện
• Điện tử di chuyển từ bán dẫn loại N ra cực qua dây dẫn tới tải, rồi trở về cực bán dẫn loại P để tái hợp với lỗ trống
2.3 Nguyên lý hoạt động
Trang 16Các thông số đặc trưng Pin Mặt trời
• Thế mạch hở: là hiệu điện thế V cực
đại khi được chiếu sáng với thông
lượng ɸ, khi đó R = ∞, I = 0
• Dòng đoản mạch ISC: là dòng của pin
mặt trời khi làm ngắn mạch ngoài
V= 0
• Công suất pin mặt trời: P = V.I
Tại giá trị (IMP, VMP) công suất đạt cực
đại Pmax
Trang 17Các thông số đặc trưng Pin Mặt trời
• Hệ số lấp đầy là tỷ số giữa công suất cực đại Pmax với tích số VOC.ISC
• Hiệu suất hoạt động ƞ là tỷ lệ giữa công suất điện cực đại được tạo ra với công suất ánh sáng chiếu tới:
• Các yếu tốt giới hạn lên hiệu suất
- Các chất bán dẫn chỉ hấp thụ ở một giải phổ nhất định
- Ảnh hưởng của tạp chất, khuyết tật tinh thể, hiệu ứng bề mặt
- Mất mát quang học
- Mất mát do điện trở bán dẫn, lớp tiếp xúc
• Công suất vào:
• A – điện tích của pin mặt trời, thông lượng photon
•
Trang 18Các thế hệ pin Mặt trời
a Thế hệ thứ nhất
• Làm từ vật liệu Silicon gồm đơn tinh thể và
đa tinh thể.Chiếm khoảng 80 đến 85% thị
trường pin mặt trời
• Hiệu suất chuyển đổi năng lượng tối đa
31% (trên lý thuyết) Đạt được ở phòng thí
nghiệm: 25% cho pin đơn tinh thể; 20,4%
cho pin đa tinh thể
• Yêu cầu độ tinh khiết rất cao
Trang 20Các thế hệ pin Mặt trời
c Thế hệ thứ 3
• Pin mặt trời dùng chất màu nhạy sáng DSSC
• Pin mặt trời dùng chất hữu cơ Polymer
• Pin mặt trời quang điện hóa
• Pin mặt trời lai vô cơ – hữu cơ
d Pin mặt trời chấm lượng tử nhạy sáng
Trang 21CHƯƠNG III ỨNG DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI
3.1 Ứng dụng Nhiệt năng lượng Mặt trời
a Hệ thống nước nóng năng lượng Mặt trời
Trang 223.1 Ứng dụng Nhiệt năng lượng Mặt trời
b Hệ thống sưởi ấm, điều hòa không khí
Trang 233.1 Ứng dụng Nhiệt năng lượng Mặt trời
c Xử lý nước – Chưng cất nước năng lượng Mặt trời
Trang 243.1 Ứng dụng Nhiệt năng lượng Mặt trời
d Bếp năng lượng Mặt trời
Hình ảnh Bếp Năng lượng Mặt trời Sơ đồ cấu tạo bếp năng lượng Mặt trời
1 Vỏ ngoài; 2, 5 Bề mặt phản xạ; 3 Nồi; 4 Nắp kính trong suốt; 6 Bông thủy tinh; 7 Đế
đặt nồi
Trang 253.1 Ứng dụng Nhiệt năng lượng Mặt trời
e Động cơ Stirling chạy bằng năng lượng Mặt trời
Trang 263.1 Ứng dụng Nhiệt năng lượng Mặt trời
f Nhiệt điện năng lượng mặt trời
Trang 273.2 Ứng dụng Điện năng lượng Mặt trời
a Pin năng lượng mặt trời
Tế bào quang điện
b Ngôi nhà “Mặt trời”
Trang 283.2 Ứng dụng Điện năng lượng Mặt trời
c Nguồn điện cho những
vùng không lưới điện
d Nhà máy Điện mặt trời
Trang 293.2 Ứng dụng Điện năng lượng Mặt trời
e Pin mặt trời cho
các sản phẩm tiêu dùng
f Thiết bị đèn chiếu sáng giao thông
Trang 303.2 Ứng dụng Điện năng lượng Mặt trời
g Ô tô năng lượng Mặt trời
h Máy bay năng lượng Mặt trời
Trang 313.2 Ứng dụng Điện năng lượng Mặt trời
i Khám phá Vũ trụ
Trang 32TÀI LIỆU THAM KHẢO
1 Trịnh Quang Dũng (1992) Điện Mặt trời NXB Khoa học Kỹ thuật
2 Hoàng Dương Hùng, Phan Quang Xưng (1998), Một số loại
collector hấp thụ năng lượng mặt trời và tính toán so sánh hiệu quả của chúng, Tạp chí khoa học công nghệ Nhiệt số 2.
3 Trịnh Quang Dũng, (2008), Tổng quan tình hình phát triển điện
mặt trời ở Việt Nam, Báo cáo tại Hội thảo quốc tế về: Điện mặt trời công nghiệp từ sản xuất chế tạo đến khai thác hiệu quả”,
TPHCM.
4 Phùng Hồm Phan Quốc Phô, (2008), Giáo trình vật liệu bán dẫn,
NXB Khoa học Kỹ thuật