nghiên cứu sử dụng điện mặt trời cho lồng bè nuôi thủy sản

Từ lâu, công nghệ sử dụng năng lượng mặt trời đã được ứng dụng ở nhiều nơi, trong nhiều lĩnh vực, hiện nay công nghệ này đang được ứng dụng vào quá trình nuôi trồng thủy sản công nghiệp,

LỜI CẢM ƠN

Dưới áp lực của tốc độ phát triển kinh tế xã hội và sự gia tăng dân số nhanh, nhu cầu năng lượng của con người cũng ngày một tăng lên Mỗi năm, nhu cầu điện năng ở Việt Nam tăng khoảng 15%, trong khi đó các nguồn năng lượng hoá thạch đang giảm nhanh chóng và sẽ cạn kiệt dần trong tương lai Do vậy, phát triển năng lượng tái tạo đặc biệt năng lượng mặt trời đang trở thành một xu thế cho tương lai

Do vị trí địa lý của những lồng bè nuôi thuỷ sản nằm cách xa đất liền nên việc đưa lưới điện phục vụ nhu cầu sinh hoạt hằng ngày là vô cùng khó khăn, vì vậy việc áp dụng điện mặt trời cho lồng bè nuôi thuỷ sản là điều cần thiết

Trong quá trình thực hiện đề tài: “NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG ĐIỆN MẶT TRỜI CHO LỒNG BÈ NUÔI THỦY SẢN” tôi muốn gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất đến Thầy Trần Tiến Phức đã hướng dẫn, chỉ bảo tận tình tôi trong suốt quá trình thực hiện

Đồ án tốt nghiệp này

Tôi xin bày tỏ lời cảm ơn sâu sắc đến các Thầy, Cô trong bộ môn đã giảng dạy, cung cấp cho tôi nhiều kiến thức trong suốt quá trình học tập tại trường Đại học Nha Trang, những kiến thức mà tôi đã nhận được trên giảng đường Đại học sẽ là hành trang giúp tôi vững bước trong tương lai

Tôi xin chân thành cảm ơn các Thầy bên Khoa nuôi trồng, Chú Ba ở lồng bè Đại học Nha Trang đã tạo điều kiện thuận lợi nhất và giúp đỡ tôi nhiệt tình trong suốt quá trình lắp đặt thực tế tại lồng bè nuôi thuỷ sản

Do vốn kiến thức của Tôi còn hạn chế nên chắc chắn đồ án không tránh khỏi nhiều thiếu sót Tôi rất mong được sự chỉ bảo, góp ý của Thầy cô và các bạn

Nha Trang, ngày tháng năm 2012

Sinh viên

Lê Nhật Quang

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN i

MỤC LỤC ii

DANH MỤC HÌNH iv

DANH MỤC BẢNG vi

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 4

CHƯƠNG 2 MẶT TRỜI VÀ NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI 6

2.1 LỊCH SỬ NGHIÊN CỨU NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI CỦA NHÂN LOẠI 6

2.2 TIỀM NĂNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI 9

2.3 ĐIỆN MẶT TRỜI 13

2.3.1 Các phương pháp chuyển đổi tạo nên điện mặt trời 13

2.3.2 Tốc độ phát triển điện mặt trời trên thế giới 16

2.3.3 Tốc độ phát triển điện mặt trời ở Việt Nam 18

2.4 MỘT SỐ CÔNG TRÌNH ĐIỆN MẶT TRỜI TRÊN THẾ GIỚI 21

2.5 ƯU ĐIỂM VÀ NHƯỢC ĐIỂM CỦA ĐIỆN MẶT TRỜI 22

CHƯƠNG 3 ĐIỆN MẶT TRỜI, TIỀM NĂNG LỚN Ở VIỆT NAM 25

3.1 TIỀM NĂNG ĐIỆN MẶT TRỜI Ở VIỆT NAM 25

3.2 MỘT SỐ ỨNG DỤNG ĐIỆN MẶT TRỜI TẠI VIỆT NAM 28

CHƯƠNG 4 PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI 33

4.1 CẤU TẠO VÀ HOẠT ĐỘNG CỦA PIN MẶT TRỜI 33

4.1.1 Cấu tạo pin mặt trời 33

4.1.2 Nguyên lý hoạt động của pin mặt trời 35

4.1.3 Hiệu suất của quá trình biến đổi quang điện 37

4.1.4 Ứng dụng pin mặt trời 38

CHƯƠNG 5 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỆN MẶT TRỜI CHO LỒNG BÈ NUÔI THỦY SẢN 40

5.1 VỊ TRÍ ĐỊA LÍ 40

5.2 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN MẶT TRỜI 40

5.3 PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ MỘT HỆ THỐNG ĐIỆN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI 40

5.3.1 Các thông số cần thiết để thiết kế hệ thống điện mặt trời 42

5.3.2 Các bước thiết kế hệ thống điện mặt trời 44

5.3.2.1 Lựa chọn sơ đồ khối 44

5.3.2.2 Tính toán hệ nguồn điện pin mặt trời 45

5.3.2.3 Các bộ điều phối năng lượng 49

5.4 THỐNG KÊ CÔNG SUẤT CÁC ĐỒ DÙNG ĐIỆN VÀ TÍNH TOÁN ĐƯA RA CẤU HÌNH HỆ THỐNG ĐIỆN MẶT TRỜI TRÊN MỘT SỐ LỒNG BÈ KHU VỰC VŨNG NGÁN 54

5.4.1 Lồng bè Ông Bùi Kiệm 54

5.4.2 Lồng bè Ông Lê Văn Tuấn 55

5.5 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ VÀ CHỌN CẤU HÌNH CHI TIẾT CHO PHỤ TẢI TRÊN LỒNG BÈ ĐẠI HỌC NHA TRANG 57

5.5.1 Tổng lượng điện tiêu thụ mỗi ngày 58

5.5.2 Số pin mặt trời phải dùng 58

5.5.3 Tính toán dung lượng acquy 59

5.5.4 Tính bộ chuyển đổi DC-AC inverter 60

5.5.5 Chọn bộ điều khiển (solar charge controller) 60

5.6 LẮP ĐẶT HỆ THỐNG 61

CHƯƠNG 6 KẾT QUẢ TRIỂN KHAI THỬ NGHIỆM HỆ THỐNG PIN MẶT TRỜI TRÊN LỒNG BÈ NUÔI THUỶ SẢN CỦA ĐẠI HỌC NHA TRANG 63

6.1 KẾT QUẢ TRIỂN KHAI THỰC NGHIỆM HỆ THỐNG 63

6.2 THAY THẾ THIẾT BỊ CHIẾU SÁNG TRÊN LỒNG BÈ 65

6.3 NGHIÊN CỨU HIỆU SUẤT TẤM PIN QUA CÁC HƯỚNG 68

6.4 NGHIÊN CỨU CÁC BỘ ĐIỀU KHIỂN SẠC PIN MẶT TRỜI (SOLAR CHARGE CONTROLLER) 70

6.4.1 Bộ sạc pin mặt trời tự ngắt dùng relay 70

6.4.2 Phân tích bộ điều khiển nạp bình acquy dùng trong thực tế trên lồng bè của Đại học Nha Trang 70

TÀI LIỆU THAM KHẢO 76 PHỤ LỤC

DANH MỤC HÌNH

Hình 2.1: Edmond Becquerel……… 6

Hình 2.2: Chiếc máy hơi nước chạy bằng năng lượng mặt trời……… … 7

Hình 2.3: Thiết kế sử dụng gương tạo ra nguồn năng lượng mặt trời……… 8

Hình 2.4: Mẫu thiết kế pin mặt trời đầu tiên……… 8

Hình 2.5: Jonh Ericson……… ……… 9

Hình 2.6: Công viên sử dụng quang điện……… 14

Hình 2.7: Tấm pin mặt trời tập trung………14

Hình 2.8: Hệ thống dàn xoay 1 trục……… 15

Hình 2.9: Hệ thống dàn xoay 2 trục……….… 15

Hình 2.10: Công suất lắp đặt điện mặt trời trên thế giới từ năm 2000 – 2010……… 16

Hình 2.11: Công suất lắp đặt điện mặt trời mới ở châu Âu năm 2010……… 17

Hình 2.12: Công suất điện mặt trời lắp đặt mới ở các nước ngoài EU……… 18

Hình 2.13: Mô hình điện mặt trời tại Buôn Chăn (Đăk Lăk)………20

Hình 3.1: Hệ thống điện mặt trời tại nhà máy Intel Việt Nam……… 28

Hình 3.2: Pin mặt trời nối lưới trình diễn tai trụ sở Bộ Công Thương……… 29

Hình 3.3:Dự án điện mặt trời-diesel ở thôn Bãi Hương, Cù Lao Chàm,Quảng Nam……… 29

Hình 3.4: Dự án pin mặt trời tại trung tâm y tế Tam Kỳ (Quảng Nam)………30

Hình 3.5: Dự án tại xã Thượng Trạch, Bố Trạch, Quảng Bình……….30

Hình 3.6: Dàn pin công suất 5 Kwp tại đảo Hòn Chuối, Cà Mau……….31

Hình 3.7: Trường Tiểu học cấp 2 Minh Châu, Quan Lạn và Trạm y tế Minh Châu….31 Hình 3.8: Những tấm pin năng lượng mặt trời trên nóc nhà đảo Trường Sa Đông… 32

Hình 3.9: Những tấm pin năng lượng mặt trời đầu tiên do nhà máy sản xuất……… 32

Hình 4.1: Quá trình tạo module……….34

Hình 4.2: Cấu tạo module……… 34

Hình 4.3: Pin mặt trời………34

Hình 4.4: Hệ 2 mức năng lượng………35

Hình 4.5: Các vùng năng lượng……….…36

Hình 4.6: Nguyên lý hoạt động của pin mặt trời……… 37

Hình 4.7: Quan hệ (Eg)……… 38

Hình 5.1: Hệ thống pin mặt trời………41

Hình 5.2: Góc nghiêng của pin mặt trời……… 44

Hình 5.3: Sơ đồ khối của hệ thống điện mặt trời……… 45

Hình 5.4: Acquy axit……….49

Hình 5.5: Tấm pin 75Wp……… 59

Hình 5.6: Acquy dung lượng 200Ah dùng trên lồng bè Đại học Nha Trang……… 59

Hình 5.7: Bộ DC – AC inverter dùng trên lồng bè Đại học Nha Trang……… 60

Hình 5.8: Bộ sạc 15A/12V dùng trong hệ thống……… 60

Hình 5.9: Tấm pin mặt trời sau khi đã chỉnh đúng hướng……… 61

Hình 5.10: Tiến hành cột tấm pin vào mái nhà và nối dây sau khi đã chỉnh đúng góc nghiêng và hướng mang lại hiệu quả tốt nhất……… 61

Hình 5.11: Hoàn tất nối dây và cố định pin mặt trời trên mái nhà……… 62

Hình 5.12: Nối dây hoàn tất từ pin mặt trời xuống bộ điều khiển sạc mặt trời (control- solar panel)………62

Hình 5.13: Nối dây từ bộ sạc mặt trời xuống acquy……… 62

Hình 6.1: Bộ inverter DC – AC được nối từ acquy lên và đang dùng để sạc điện

thoại……… 63

Hình 6.2: Sử dụng laptop lấy điện từ hệ thống điện mặt trời……….64

Hình 6.3: Sử dụng Radio lấy điện từ hệ thống điện mặt trời……… … 65

Hình 6.4: Sơ đồ mạch nguồn xung cho led sử dụng IC 555……….65

Hình 6.5 Nguồn xung áp dụng thực tế……… 66

Hình 6.6: Led chiếu sáng trên lồng bè……… … 67

Hình 6.7: So sánh hiệu suất của 1 hệ thống pin mặt trời gắn cố định và hệ thống pin mặt trời được điều khiển………68

Hình 6.8 : Mạch điều khiển sạc pin mặt trời dùng Relay……… 70

Hình 6.9 : Mạch điều khiển sạc pin mặt trời……….71

Hình 6.10: Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển sạc pin mặt trời……… ……… 71

Hình 6.11: Kết quả đo oscilloscope tại điểm số 1 trên Hình 6.10……….72

DANH MỤC BẢNG

Bảng 3.1: Giá trị trung bình cường độ bức xạ mặt trời ngày trong năm và số giờ nắng

của một số khu vực khác nhau ở Việt Nam……… 27

Bảng 3.2: Số giờ nắng và bức xạ mặt trời của khu vực miền Nam……… 27

Bảng 3.3: Điều tra năng lượng mặt trời tại vùng Tây Bắc………28

Bảng 5.1: Quan hệ giữa cường độ dòng điện và tiết diện dây dẫn……… 53

Bảng 5.2: Bảng thống kê các đồ dùng điện trên lồng bè của Ông Bùi Kiệm……… 55

Bảng 5.3: Bảng thống kê các đồ dùng điện trên lồng bè của Ông Lê Văn Tuấn…… 56

Bảng 5.4: Bảng thống kê các đồ dùng điện trên lồng bè của Trường Đại học Nha Trang……… 57

Bảng 5.5: Thông số tấm pin 75W……… 58

Bảng 6.1 Bảng giá trị U, I của hệ thống điện mặt trời đo được sau khi hoàn tất lắp đặt……… 64

Bảng 6.2: Thông số led 1W……… 65

Bảng 6.3: Độ rọi của led (5W) trên sàn nhà (đơn vị đo lx)……… 67

Bảng 6.4: Độ rọi của bóng đèn huỳnh quang trên sàn nhà (đơn vị đo lx)……….68

Bảng 6.5: Giá trị U, I của tấm pin theo các hướng………69

Bảng 6.6: Điện áp tại các điểm (II), (III) đánh dấu trên Hình 6.7……….73

MỞ ĐẦU

 GIỚI THIỆU CHUNG

Nhu cầu về năng lượng của con người trong thời đại khoa học kỹ thuật phát triển ngày càng tăng Trong khi đó các nguồn nhiên liệu dự trữ như than đã, dầu mỏ, khí thiên nhiên và ngay cả thuỷ điện đều có hạn, khiến cho nhận loại đứng trước nguy

cơ thiếu hụt năng lượng

Vấn đề tìm kiếm và khai thác các nguồn năng lượng mới như năng lượng hạt nhân, năng lượng địa nhiệt, năng lượng gió và năng lượng mặt trời… là hướng quan trọng trong kế hoạch phát triển năng lượng

Việc nghiên cứu sử dụng năng lượng mặt trời ngày càng được quan tâm, nhất là trong tình trạng thiếu hụt năng lượng và vấn đề cấp bách về môi trường hiện nay Năng lượng mặt trời được xem là dạng năng lượng ưu việt trong tương lai, đó là nguồn năng lượng sẵn có siêu sạch và miễn phí Do vậy năng lượng mặt trời ngày càng được sử dụng rộng rãi trên thế giới

Ở Việt Nam năng lượng mặt trời cũng đã dần thức giấc đem lại nhiều hiệu quả cao trong kinh tế Điện mặt trời đã được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau, trong đó có lĩnh vực nuôi trồng thuỷ sản, một lĩnh vực có quy mô ngày càng mở rộng

và có một vị trí vô cùng quan trọng trong sự phát triển đất nước

Hiện nay, việc nuôi trồng thuỷ sản trên các lồng bè xa bờ chủ yếu dùng năng lượng acquy nạp trên đất liền điều này là rất bất tiện Chính vì vậy, sử dụng hệ thống thiết bị sử dụng năng lượng mặt trời vào lồng bè nuôi thuỷ sản là rất cần thiết bởi công nghệ này góp phần giảm giá thành sản xuất và bảo vệ môi trường sinh thái lại an toàn cho người sử dụng

 TÍNH CẦN THIẾT CỦA ĐỀ TÀI

Những năm gần đây, nghề nuôi thủy sản lồng bè đang phát triển mạnh mẽ tại nước ta – một ngành kinh tế mũi nhọn của Việt Nam Tuy nhiên, vị trí địa lý thích hợp đặt lồng bè thường ở giữa biển hoặc vùng ven đảo cách xa đất liền nơi có những điều kiện phù hợp với từng loại hải sản Chính vì vậy nguồn năng lượng để đáp ứng nhu

cầu công việc hàng ngày cho người dân nơi đây vô cùng khó khăn

Qua chuyến khảo sát thực tế tại một số lồng bè tại vịnh Nha Trang cho thấy: Một số lồng bè dùng năng lượng sức gió, số khác dùng máy phát điện diesel (những hộ có điều kiện) nhưng phần lớn nguồn năng lượng điện phục vụ cho công việc, giải trí mỗi ngày dựa vào nguồn acquy đươc nạp đầy từ đất liền đưa ra Vì thế việc sử dụng điện năng ở đây vô cùng tiết kiệm

Mặc khác, cần phải tìm nguồn năng lượng vừa có thể phục vụ cho sự phát triển, vừa đảm bảo cho môi trường, đó chính là nguồn năng lượng tái tạo được Điển hình là năng lượng mặt trời

Từ lâu, công nghệ sử dụng năng lượng mặt trời đã được ứng dụng ở nhiều nơi, trong nhiều lĩnh vực, hiện nay công nghệ này đang được ứng dụng vào quá trình nuôi trồng thủy sản công nghiệp, đây chính là giải pháp hiệu quả giải quyết vấn đề năng lượng điện cung cấp cho lồng bè

Việc sử dụng hệ thống điện mặt trời vào lồng bè là cần thiết, vừa giảm tiêu hao nhiên liệu, không có tiếng ồn, không mất thời gian và công lao động đưa bình acquy vào bờ

để nạp điện lại vừa bảo vệ môi trường sinh thái

 NHIỆM VỤ VÀ PHẠM VI ÁP DỤNG THỰC TẾ CỦA ĐỀ TÀI

 Nhiệm vụ

Đề ra cấu hình tối ưu và thực hiện mô hình điện mặt trời cho lồng bè nuôi thủy sản của Trường Đại học Nha Trang sử dụng các phụ tải chiếu sáng, báo hiệu, thông tin liên lạc, giải trí

 Phạm vi áp dụng thực tế của đề tài

Đề tài thực hiện cho lồng bè nuôi thủy sản của Trường Đại Học Nha Trang

 ỨNG DỤNG NHU CẦU THỰC TẾ CỦA ĐỀ TÀI

Thiết kế hệ thống điện mặt trời cho lồng bè nuôi thủy sản của Trường Đại học Nha Trang với mục đích giúp giảm chi phí, tiết kiệm năng lượng, nhiên liệu trong nuôi thủy sản và góp phần bảo vệ môi trường Đề tài được nghiên cứu và áp dụng ngay tại lồng bè nuôi thủy sản của Trường Đại Học Nha Trang

 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

- Tìm hiểu về năng lượng mặt trời, điện mặt trời, cách thiết kế, tính toán một hệ thống điện mặt trời

- Khảo sát thực tế lấy các thông số (P, Uđm, Iđm) phụ tải chiếu sáng, báo hiệu, thông tin liên lạc, giải trí trên lồng bè của Trường Đại học Nha Trang

- Thông qua số liệu đã thu thập được tính toán thiết kế đưa ra cấu hình hệ thống điện mặt trời tối ưu phục vụ cho phụ tải trên lồng bè

- Đánh giá kết quả đạt được

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN

Việt Nam với lợi thế là một trong những nước nằm trong giải phân bố ánh nắng mặt trời nhiều nhất trong năm trên bản đồ bức xạ của thế giới, năng lượng mặt trời ở Việt Nam có sẵn quanh năm, khá ổn định và phân bố rộng rãi trên các vùng miền Đặc biệt, số ngày nắng trung bình trên các tỉnh của miền Trung và miền Nam là khoảng

Đáp ứng nhu cầu đó nhóm nghiên cứu Công ty điện tử và dịch vụ công nghiệp Sài Gòn đã nghiên cứu và thử nghiệm thành công mô hình ứng dụng năng lượng mặt trời vào nuôi trồng thuỷ sản gồm hai tấm pin mặt trời, thiết bị trữ điện là hai bình acquy 12V DC cung cấp cho hệ thống chiếu sáng và động cơ sục khí 120W, động cơ bơm nước

Gần đây tập đoàn Solar Air LLC của Mỹ cũng đã triển khai dự án với năng lượng mặt trời trong nuôi tôm và cá da trơn đến bà con nuôi thuỷ sản ở hai tỉnh Bạc Liêu và Cà Mau Cụ thể là ứng dụng năng lượng mặt trời để tạo oxy cho mô hình nuôi tôm công nghiệp, thay thế máy chạy dầu diesel Dự án sử dụng pin năng lượng mặt trời tích điện cho bình acquy và cung cấp điện cho các máy nén khí để sục khí xuống lồng nuôi tôm

và cá da trơn Qua mô hình thử nghiệm kết quả cho thấy tôm sinh trưởng tốt, giảm tỷ

lệ nhiễm bệnh và giảm lượng thức ăn tới 30%, cải thiện môi trường nước, loại bỏ các

vi khuẩn gây hại, cải thiện hệ sinh thái tảo,…

Tuy nhiên, hạn chế chủ yếu việc áp dụng pin mặt trời là giá thành dàn pin còn cao và hiệu suất hệ thống giảm vào những ngày không có nắng chính vì vậy vấn đề cần giải quyết là tính toán cấu hình hệ thống phù hợp đáp ứng đủ công suất cho những ngày trời không có nắng

CHƯƠNG 2

MẶT TRỜI VÀ NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI

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 nằm trong dải ngân hà cùng với hàng tỷ hệ mặt trời khác Mặt trời luôn phát ra một nguồn năng lượng khổng lồ và một phần năng lượng đó truyền bằng bức xạ đến trái đất chúng ta Trái đất và mặt trời có 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 và 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 đáng quan tâm

2.1 LỊCH SỬ NGHIÊN CỨU NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI CỦA NHÂN LOẠI

 Năm 1838: Edmond Becquerel, nhà vật lý người Pháp, được ghi nhận là người

đầu tiên có những ý tưởng và ghi chép chính thống về một phương pháp “thần diệu” giúp chuyển biến ánh sáng thành năng lượng Tại thời điểm bấy giờ, ý tưởng của ông được nhiều người cho là khá mới mẻ và thú vị, tuy nhiên nó không có nhiều ứng dụng thực tế cho lắm nên đã nhanh chóng đi vào quên lãng

 Giai đoạn 1860 – 1881: Phải hơn 2 thập kỷ sau, những ý tưởng của Becquerel

mới lại được người ta nhắc đến Tiếp nối những ghi chép lại của người tiền bối,

Hình 2.1: Edmond Becquerel

Auguste Mouchout đã được cấp bằng sáng chế cho mẫu động cơ đầu tiên có khả năng chạy bằng năng lượng mặt trời Nhận được tài trợ từ chính phủ Pháp, ông thành công trong việc tạo ra một thiết bị giúp chuyển hóa năng lượng mặt trời thành năng lượng hơi nước và từ đó cho ra đời chiếc máy hơi nước chạy bằng năng lượng mặt trời đầu tiên

Không dừng lại đây, nhà phát minh này sau đó đã sử dụng động cơ hơi nước của mình

để lắp cho một chiếc tủ làm lạnh, Ông muốn chứng minh cho mọi người thấy rằng tia nắng mặt trời nếu được ứng dụng đúng cách thậm chí có thể tạo ra băng đá, như

Newton đã nói: “năng lượng không tự nhiên sinh ra, cũng chẳng tự nhiên mất đi Nó chỉ chuyển hóa từ dạng này sang dạng khác”

Đáng tiếc là những nghiên cứu của Auguste Mouchout chỉ dừng lại tại đây Nước Pháp ít lâu sau ký được một số thỏa thuận với nước Anh trong việc cung cấp lâu dài nguồn năng lượng than đá giá rẻ Phát minh của Auguste trong việc tìm ra nguồn năng lượng thay thế đã không còn là ưu tiên của chính phủ Pháp Không nhận được nguồn kinh phí tài trợ cần thiết cho việc nghiên cứu, Auguste Mouchout sau đó đã sớm phải từ bỏ giấc mơ về một nguồn năng lượng mới vô tận của mình

 Năm 1873: Willoughby Smith, một nhà khoa học người Anh tình cờ phát hiện

ra vật liệu chế tạo pin năng lượng mặt trời Khi đang thử nghiệm một số chất liệu cho mẫu thiết kế dây cáp viễn thông xuyên đại dương của mình, ông vô tình tìm ra một

Hình 2.2: Chiếc máy hơi nước chạy bằng năng lượng mặt trời

loại chất liệu mới có tính nhạy sáng cao Một số thí nghiệm đầu tiên đã được thực hiện

và ghi lại liên quan tới mẫu vật liệu mới này

 Giai đoạn 1876 – 1878: William Adams cho ra đời cuốn sách chính thống đầu

tiên về năng lượng mặt trời mang tên: “Nguồn năng lượng thay thế cho năng lượng hóa thạch tại các quốc gia nhiệt đới” Cùng với sự trợ giúp của cậu sinh viên Richard

Day trẻ tuổi, Ông đã có mẫu thiết kế thú vị sử dụng gương để tạo ra nguồn năng lượng mặt trời tương đương với động cơ 2,5Hp Mẫu thiết kế của Ông được coi là bước tiến

bộ vượt bậc (mẫu thiết kế trước đó của Mouchout chỉ tương đương với động cơ 0,5Hp), và vẫn còn được ứng dụng cho tới tận ngày nay

Hình 2.3: Thiết kế sử dụng gương tạo ra nguồn năng lượng mặt trời

 Năm 1883: Charles Fritz là nhà khoa học đầu tiên thành công trong việc

chuyển hóa năng lượng mặt trời thành năng lượng điện Mẫu thiết kế pin mặt trời của Ông tuy có mức chuyển hóa không cao, chỉ từ 1 – 2%, tuy nhiên vẫn được cộng đồng khoa học quốc tế đánh giá là cột mốc quan trọng trong lịch sử phát triển và ứng dụng năng lượng mặt trời của nhân loại

Hình 2.4: Mẫu thiết kế pin mặt trời đầu tiên

 Năm 1888: Jonh Ericson, một người Mỹ nhập cư đã viết ra những nhận định

như sau: “Sau hơn 2000 năm sinh sống và tồn tại trên trái đất, nhân loại sẽ sớm sử dụng hết những nguồn năng lượng hóa thạch của mình Con cháu của chúng ta sẽ phải đối mặt với tình trạng thiếu thốn năng lượng trầm trọng trong thế kỷ mới Viễn cảnh đen tối này sẽ trở thành hiện thực trừ khi chúng ta tìm ra cách chế ngự và khai thác năng lượng mặt trời…”

Lời “tiên tri” trên khép lại giai đoạn mở đầu trong dòng lịch sử nghiên cứu và ứng

dụng năng lượng mặt trời Nhân loại bước sang kỷ nguyên mới, kỷ nguyên của

“NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI”

2.2 TIỀM NĂNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI

Năng lượng mặt trời (NLMT) là nguồn năng lượng mà con người biết sử dụng

từ rất sớm, nhưng ứng dụng năng lượng mặt trời vào các công nghệ sản xuất và trên quy mô rộng thì mới chỉ thực sự vào cuối thế kỷ 18 và cũng chủ yếu ở những nước nhiều năng lượng mặt trời, những vùng sa mạc Từ sau các cuộc khủng hoảng năng lượng thế giới năm 1968 và 1973, năng lượng mặt trời càng được đặc biệt quan tâm Các nước công nghiệp phát triển đã đi tiên phong trong việc nghiên cứu ứng dụng năng lượng mặt trời

Với chi phí lắp đặt ngày một giảm, việc sử dụng năng lượng mặt trời đang trở nên ngày một phổ biến trên thế giới, thậm chí còn hơn cả năng lượng gió, nhờ dễ khai thác

và sản xuất

Hình 2.5: Jonh Ericson

Các ứng dụng năng lượng mặt trời phổ biến hiện nay bao gồm 2 lĩnh vực chủ yếu:

Thứ nhất là năng lượng mặt trời được biến đổi trực tiếp thành điện năng nhờ các tế bào quang điện bán dẫn, hay còn gọi là pin mặt trời, các pin mặt trời sản xuất ra điện năng một cách liên tục chừng nào còn có bức xạ mặt trời chiếu tới

Lĩnh vực thứ hai là sản xuất điện mặt trời đưới dạng nhiệt năng, ở đây chúng ta dùng các thiết bị thu bức xạ nhiệt mặt trời và tích trữ nó dưới dạng nhiệt năng để dùng vào các mục đích khác nhau

Theo thống kê trên thế giới: “Tổng sản lượng điện năng lượng mặt trời từ 38% năm

2006 đến 89% năm 2008, trước khi thụt lùi xuống còn 51% năm 2009 Riêng sản xuất điện từ quang năng trên thế giới cứ sau 2 năm là tăng gần gấp đôi kể từ năm 2001 và

có tổng công suất vượt ngưỡng 20000 MW trong năm 2011”

Về mặt sản xuất, những nước tiên phong như Mỹ, Nhật, Đức đã bị Trung Quốc vượt mặt, hiện tại công suất của các tấm pin mặt trời được sản xuất hàng năm ở Trung Quốc đã gấp đôi Nhật Bản

Mỹ đang xúc tiến khoảng 77 dự án quang điện qui mô lớn và nâng tổng công suất quang điện lên tới 13200 MW Nhóm công nghiệp năng lượng của Italia đang có

dự án lắp đặt các nhà máy phát điện bằng quang năng với tổng công suất 15000 MW vào năm 2020 Còn Nhật Bản đang lên kế hoạch nâng tổng công suất phát điện lên

3000 MW vào năm 2017

Maroco hiện đang lên kế hoạch tiến hành 5 dự án sản xuất năng lượng quy mô lớn (trong đó có cả quang năng lẫn nhiệt năng hoặc kết hợp cả hai) với công suất phát điện của mỗi dự án 100 – 500 MW

Saudi Arabia – đất nước giàu năng lượng mặt trời – đã thông báo kế hoạch chuyển dần sang sử dụng năng lượng mặt trời cho các nhà máy khử muối, biến nước biển thành nước ngọt cung cấp đủ nước canh tác và sinh hoạt cho nhân dân Đất nước này đang tiêu tốn tới 15 triệu thùng dầu để cung cấp năng lượng cho khoảng 30 nhà máy khử muối hoạt động

Tính đến cuối năm 2009, tổng công suất quang điện trên toàn thế giới lên tới

23000 MW, tương đương với công suất phát điện của 23 nhà máy điện hạt nhân

Với một nhà máy có công suất quang điện gần 10000 MW đã được lắp đặt, Đức đã bỏ

xa nước đứng đầu thế giới về công suất phát điện của các nhà máy quang điện đơn lẻ Đến năm 2020, tổng công suất của các nhà máy quang điện trên toàn thế giới có thể lên tới 1,5 triệu MW Mặc dù đây là một mục tiêu xem ra quá tham vọng, nhưng trên thực tế điều đó có thể đạt được bởi nếu 1,5 tỷ người đang thiếu điện hàng ngày mà lại

có đủ điện dùng vào năm 2020 thì chắc chắn là họ cần lắp đặt các hệ thống năng lượng mặt trời tại nhà Nhiều trường hợp, việc lắp đặt các thiết bị năng lượng mặt trời cho các hộ gia đình rẻ hơn là phải xây cả một mạng lưới cung cấp điện từ một nhà máy phát điện trung tâm

Ngoài quang điện, một phương pháp khác là biến nhiệt năng của mặt trời thành điện năng cũng được áp dụng Đây chính là phương pháp giúp xây dựng các nhà máy điện mặt trời công suất lớn (CSP) Phương pháp này sử dụng những tấm gương parabol tập trung nhiệt lượng mặt trời làm nóng chảy muối, sản xuất ra hơi nước để vận hành quạt gió và sản xuất điện năng

Nhiệt lượng thu được từ mặt trời có thể được lưu trữ trong muối nóng chảy ở nhiệt độ trên 1.0000F Sau đó, số nhiệt lượng được lưu trữ này lại biến thành hơi nước quay turbin phát điện trong khoảng thời gian từ 8 – 10 tiếng đồng hồ sau khi mặt trời lặn CSP đầu tiên được xây dựng trong năm 1991 cùng với khu nhà máy liên hợp nhiệt năng 350 MW ở California Đó là cơ sở sản xuất nhiệt năng qui mô tiện ích duy nhất trên thế giới cho đến khi hoàn thành nhà máy năng lượng 64 MW ở tiểu bang Nevada năm 2007 Mỹ đã có hơn 40 nhà máy nhiệt năng đang hoạt động và hiện đang trong quá trình xây dựng, phát triển một loạt các nhà máy tương tự có công suất từ 10 đến

1200 MW

Tây Ban Nha có 60 nhà máy phát điện CSP và mỗi nhà máy có công suất 50

MW Theo hội năng lượng mặt trời Mỹ, nguồn nhiệt năng mặt trời ở miền Tây Nam nước Mỹ có thể đáp ứng gấp 4 lần nhu cầu điện năng hiện nay của nước Mỹ

Tháng 7 năm 2009, một nhóm 11 doanh nghiệp châu Âu hàng đầu và một doanh nghiệp Algeria (do hãng tái bảo hiểm Munich Re cầm đầu) thông báo sẽ phát triển sản xuất điện mặt trời ở Bắc Phi và Trung Đông Dự án điện mặt trời khổng lồ này có thể

thỏa mãn nhu cầu điện các quốc gia sản xuất và cung cấp một phần điện năng cho châu

Âu thông qua cáp dẫn điện ngầm dưới biển

Trước dự án này, Algeria – một nước xuất khẩu dầu – đang có kế hoạch xây dựng nhà máy sản xuất điện mặt trời có công suất 6000 MW để xuất khẩu điện sang châu Âu thông qua cáp ngầm dưới biển Algeria có đủ năng lượng mặt trời có thể đáp ứng nhu cầu điện của kinh tế thế giới

Về phía Đức đã nhanh chóng đáp ứng và có kế hoạch xây dựng một hệ thống vận chuyển điện dài 1900 dặm từ Adra (Ageria) đến Aachen, một thành phố ở biên giới giữa Đức và Hà Lan

Ở mức độ toàn cầu, Greenpeace, hiệp hội năng lượng điện nhiệt năng và chương trình Solar Paces cơ quan năng lượng quốc tế đã thảo ra một kế hoạch nâng

công suất điện mặt trời lên 1,5 triệu MW vào năm 2050 và vào năm 2025, “nguồn năng lượng mặt trời sẽ thay thế cho sản lượng điện hàng năm của khoảng 150 nhà máy phát điện chạy bằng than đá”

Theo kế hoạch ổn định khí hậu toàn cầu của Học viện chính sách trái đất đưa ra mục tiêu xây dựng nhà máy CSP 200000 MW vào năm 2020 để đảm bảo môi trường

an toàn cho con người Nhịp độ phát triển nhiệt năng đang tăng lên cũng như việc lắp đặt các máy làm nóng nước bằng năng lượng mặt trời trên mái nhà đang cất cánh nhờ những thiết bị thu nhiệt năng đa dạng Thiết bị này hiện đang được sử dụng nhiều nhất tại Trung Quốc để cung cấp nước nóng cho 120 triệu hộ gia đình

Báo cáo của hai Tổ chức: “Hòa Bình Xanh” và Hiệp hội Công nghiệp sản xuất điện từ ánh sáng mặt trời châu Âu” (EPIA) cho biết các hệ thống sản xuất điện từ ánh sáng mặt trời hiện đang cung cấp 0,5% nhu cầu điện của thế giới và có thể tăng lên 2,5% vào năm 2025, sau đó tăng vọt lên 16% vào năm 2040 Cũng theo báo cáo trong năm 2005 thị trường các hệ thống quang điện sử dụng ánh sáng mặt trời đã thu về 8,1

tỷ Euro (10,41 tỷ USD) Theo dự kiến con số này sẽ tăng 113,8 tỷ Euro vào năm 2025

Ở châu Âu, khoảng 2 triệu người Đức đang sử dụng các hệ thống năng lượng trên mái nhà để làm nóng nước và sưởi ấm

Việc giá thành các tấm panel pin mặt trời đã thu hút nhiều quốc gia khác tham gia như Israel, Tây Ban Nha và Bồ Đào Nha tận dụng khai thác nguồn năng lượng mặt trời

Ngay cả tại châu lục đen, Nam Phi cũng đang thúc đẩy việc phát triển các máy làm nóng nước bằng năng lượng mặt trời trên mái nhà

Việt Nam là nước có tiềm năng về năng lượng mặt trời, trải dài từ vĩ độ 8’’ Bắc đến 23’’ Bắc, là một trong những nước nằm trong dải phân bố ánh nắng mặt trời nhiều nhất trong năm trên bản đồ bức xạ mặt trời của thế giới, với lượng bức xạ trung bình 5Kw/m2/ngày với khoảng 2000 giờ nắng/năm Do đó việc sử dụng năng lượng mặt trời

ở nước ta sẽ đem lại hiệu quả kinh tế lớn

Việt Nam đã áp dụng nhiều hệ thống sử dụng năng lượng mặt trời, trong đó hiệu quả nhất là sử dụng năng lượng mặt trời vào đun nóng nước Một số liệu của Trung tâm Thông tin Khoa học công nghệ quốc gia cho biết năm 2008 ở Việt Nam mới chỉ có khoảng 60 hệ thống đun nước nóng bằng năng lượng mặt trời cho tập thể

và hơn 5000 hệ thống cho gia đình

Thiết bị sử dụng năng lượng mặt trời ở Việt Nam hiện nay chủ yếu là hệ thống cung cấp điện dùng pin mặt trời, hệ thống nấu cơm có gương phản xạ, hệ thống cung cấp nước nóng, chưng cất nước dùng năng lượng mặt trời, dùng năng lượng mặt trời chạy các động cơ nhiệt (động cơ Stirling), và ứng dụng năng lượng mặt trời để làm lạnh là đề tài hấp dẫn có tính thời sự đã và đang được nhiều nhà khoa học trong và ngoài nước nghiên cứu

Với những lợi thế và tiềm năng của mình, điện mặt trời có thể là một nguồn năng lượng thay thế giúp giải quyết những khó khăn như thiếu lương thực, tình trạng ô nhiễm… mà cả thế giới đang phải đối mặt hiện nay Tuy vậy, vì giá thành của 1 hệ thống năng lượng mặt trời vẫn còn cao nên nó vẫn còn là một món hàng xa xỉ với những nước nghèo trên thế giới

2.3 ĐIỆN MẶT TRỜI

2.3.1 Các phương pháp chuyển đổi tạo nên điện mặt trời

 Chuyển đổi trực tiếp bằng cách sử dụng quang điện (PV)

Dùng pin mặt trời, hay tế bào quang điện (PV) chuyển đổi trực tiếp ánh sáng thành dòng điện bằng cách sử dụng hiệu ứng quang điện (khi ánh sáng chiếu tới các tế bào quang điện, nó sẽ sản sinh ra điện năng, khi không có ánh sáng các tế bào này ngừng sản xuất điện quá trình chuyển đổi này được gọi là hiệu ứng quang điện)

- Hiệu ứng quang điện được phát hiện đầu tiên năm 1838 bởi Nhà vật lý Pháp Alexandre Edmon Becquerel Tuy nhiên cho đến năm 1883 một tấm pin năng lượng mới được tạo thành, bởi Charles Fritts, ông phủ lên mạch bán dẫn Selen một lớp cực mỏng vàng để tạo mạch nối Thiết bị chỉ có hiệu suất 1%

 Chuyển đổi gián tiếp bằng cách sử dụng điện mặt trời tập trung

Hệ thống pin mặt trời tập trung có nghĩa tiếng Anh là Concentrator Photovoltaics (CPS) Ý tưởng chung của pin mặt trời tập trung là sử dụng hệ thống quang học tập trung ánh sáng vào một tế bào quang điện nhỏ, nhờ đó diện tích trung tâm của tấm pin được giảm đi, đồng thời cường độ ánh sáng được khuyếch đại lên tương ứng với tỷ lệ tập trung của hệ thống Nhờ giảm diện tích pin sử dụng và tăng hiệu suất mà có thể giảm được chi phí trên mỗi đơn vị Watt của tấm pin

Hình 2.7: Tấm pin mặt trời tập trung Hình 2.6: Công viên sử dụng quang điện

Đặc điểm của hệ pin mặt trời tập trung này là nó chỉ hấp thụ được các tia sáng trực tiếp, do đó các hệ thống này thường đòi hỏi dàn xoay theo hướng mặt trời ( dàn xoay 1 trục dùng cho hệ thống quang học hội tụ theo đường và dàn xoay 2 trục dùng cho hệ thống quang học hội tụ theo điểm) để tận dụng tối đa nguồn sáng trực tiếp, cùng với bộ phận quang học, dàn xoay làm tăng thêm chi phí và mức độ phức tạp của

hệ thống, đồng thời đòi hỏi các công tác bảo trì thường xuyên hơn

Hình 2.8: Hệ thống dàn xoay 1 trục

Hình 2.9: Hệ thống dàn xoay 2 trục

Sau 30 năm nghiên cứu và phát triển, ngày nay thị trường pin mặt trời tập trung dường như đã sẵn sàng cất cánh với tốc độ phát triển nhanh chóng nhờ vào chính sách

hỗ trợ giá FIT ở một số nước cũng như việc cải thiện hiệu suất tấm pin lên tới 40% cho loại tế bào quang điện đa kết nối

Từ đó ta rút ra được ưu, nhược điểm của hệ thống điện mặt trời tập trung:

- Ưu điểm:

+ Tiết kiệm nguyên liệu (do diện tích tế bào quang điện nhỏ)

+ Hiệu suất cao (cường độ ánh sáng cực lớn)

- Nhược điểm:

+ Phải sử dụng dàn xoay (do tế bào quang điện chỉ hấp thu ánh sáng trực tiếp)

+ Chi phí dàn xoay, bộ phận quang học, sản xuất pin đắt

2.3.2 Tốc độ phát triển điện mặt trời trên thế giới

Trong vòng khoảng 15 năm qua điện mặt trời phát triển rất nhanh, với tốc độ trung bình là 25% năm Công nghiệp điện mặt trời bao gồm quang điện mặt trời và nhiệt điện mặt trời

Năm 2010 điện mặt trời là công nghệ năng lượng tái tạo dẫn đầu ở châu Âu với mức tăng trưởng công suất tới 13000MW Sản lượng năng lượng từ các dự án điện mặt trời này tương đương với sản lượng điện của hai nhà máy nhiệt điện lớn Tính đến cuối năm 2011, tổng công suất lắp đặt điện mặt trời ở châu Âu đã vượt qua con số 28000MW, với sản lượng điện bằng mức tiêu thụ của 10 triệu hộ gia đình ở châu Âu

Hình 2.10: Công suất lắp đặt điện mặt trời trên thế giới từ năm

2000 – 2010

Mức tăng trưởng của điện mặt trời năm 2011 rất ấn tượng Với sự quan tâm hỗ trợ lớn của các nhà đầu tư đã góp phần vào sự phát triển này Việc đưa điện mặt trời lên thành công nghệ năng lượng xanh dẫn đầu về tăng trưởng công suất điện ở châu

Âu

Chủ tịch Hiệp hội điện mặt trời châu Âu cho biết: “Điện mặt trời đã trở thành công nghệ được chứng minh, đóng góp vào tiến trình giảm lượng carbon hoá trong cơ cấu năng lượng của chúng ta, và do đó sẽ được khai thác nhiều hơn bởi các quốc gia thành viên nhằm đạt các mục tiêu năng lượng tái tạo 2020”, Ông cho biết thêm: “Hơn 70% tất cả các công suất mới lắp đặt là từ các hệ thống điện mặt trời nhỏ và trung bình Điện mặt trời trên thực tế là sự lựa chọn đầu tiên của mọi người trong các công nghệ tái tạo, khi họ trực tiếp tham gia và đóng góp cá nhân vì môi trường sạch hơn”

- Trong 2 năm liên tiếp, Đức đã trở thành nước dẫn đầu về điện mặt trời trên thế giới, thêm 6500 MW công suất lắp đặt vào 9800 MW các hệ thống điện mặt trời hiện tại

- Lần đầu tiên, công suất lắp đặt trong năm của Italia và Cộng Hoà Séc đã vượt mức 1000MW

- Sau Italia, Cộng Hoà Séc là Bỉ, Pháp và Tây Ban Nha với mức tăng trưởng đáng kể trong năm 2010 Các phân tích thị trường và dự báo ngành trong vòng 4 năm tới sẽ được thảo luận vào hội thảo thị trường của hiệp hội trong tháng 3 này

Hình 2.11: Công suất lắp đặt điện mặt trời mới ở châu Âu năm 2010

- Bà Eleni Despotou – Tổng thư ký hiệp hội EIPA nhận xét: “Các biện pháp chính sách hỗ trợ cho điện mặt trời nên tiếp tục đóng vai trò quan trọng trong việc thiết lập một lộ trình quốc gia mạch lạc cho việc phát triển thị trường điện mặt trời đi tới cạnh tranh hoàn toàn càng sớm càng tốt”

Theo ước tính mới nhất của EIPA, hơn 3000 MW điện mặt trời được lắp đặt mới ngoài châu Âu trong năm 2011 Các đóng góp chính là từ Nhật Bản, nơi gần như 1000MW đã được lắp đặt, tiếp theo là Mỹ, Trung Quốc

2.3.3 Tốc độ phát triển điện mặt trời ở Việt Nam

Việt Nam có cơ sở rất lớn để phát triển ngành công nghiệp điện mặt trời

Nước ta phát triển điện mặt trời từ những năm 1960, tới nay đã hoàn toàn làm chủ công nghệ điện mặt trời

Vì vậy hiện nay điện mặt trời đã từng bước nhân rộng khắp các địa phương trên

cả nước góp phần đẩy nhanh chương trình điện khí hoá nông thôn (dự kiến đến năm

2020, cung cấp điện cho toàn bộ 100% hộ dân nông thôn, miền núi, hải đảo)

Từ những năm 1990, khi nhiều thôn xóm ngoại thành chưa có lưới điện quốc gia, phân viện TP Hồ Chí Minh đã triển khai các sản phẩm điện mặt trời Tại một số huyện như: Bình Chánh, Cần Giờ, Củ Chi điện mặt trời đã được sử dụng trong một số nhà văn hoá, bệnh viện… Đặc biệt, công trình điện mặt trời trên đảo Thiềng Liềng, xã Cán Gáo, huyện Cần Giờ cung cấp cho 50% số hộ sống trên đảo

Hình 2.12: Công suất điện mặt trời lắp đặt mới ở các nước ngoài EU

Năm 1995 mạng lưới điện mặt trời đi vào hoạt động tại buôn Chăn, xã Easol, huyện Ealeo, tỉnh Đăk Lăk cung cấp điện sinh hoạt cho hơn 200 hộ dân, nhà sinh hoạt cộng đồng của Buôn, các lớp học, bơm nước giếng khoan,…

Gần đây, dự án phát điện ghép giữa pin mặt trời và thuỷ điện nhỏ, công suất 125Kw được lắp đặt tại xã Trang, huyện Mang Yang, tỉnh Gia Lai, và dự án phát điện lai ghép giữa pin mặt trời và động cơ gió với công suất 9Kw đặt tại làng Kongu 2, huyện Đăk Hà, tỉnh Kon Tum do Viện năng lượng thực hiện, góp phần cung cấp điện cho khu vực đồng bào dân tộc thiểu số

Từ những thành công này Viện năng lượng và Trung tâm năng lượng mới (Trường Đại học bách khoa Hà Nội) triển khai ứng dụng giàn pin mặt trời nhằm cung cấp điện cho một số hộ gia đình và các trạm biên phòng ở đảo Cô Tô (Quảng Ninh),

đồng thời thực hiện dự án “ứng dụng thí điểm điện mặt trời cho vùng sâu, vùng xa” tại

xã Ái Quốc, tỉnh Lạng Sơn

Tại Nha Trang đã lắp đặt hệ thống gồm 14 trụ điện sử dụng những tấm pin mặt trời thiết kế quanh quảng trường 2/4 chiều cao 5m Dự kiến trong thời gian tới đèn năng lượng mặt trời sẽ được sử dụng rộng rãi trong thành phố Nha Trang

Điện mặt trời cũng được ứng dụng trong nuôi trồng thuỷ sản: Mới đây ứng dụng năng lượng mặt trời được áp dụng tại các hộ nuôi tôm sú ở một số tỉnh miền Tây Nam Bộ góp phần giảm chi phí sản xuất, bảo vệ môi trường và tăng lợi nhuận cho người nuôi

Tuy còn non trẻ song ngành công nghiệp điện mặt trời Việt Nam cũng đã đạt được

những thành tựu bước đầu đáng kể Trong đó, thành phố Hồ Chí Minh với nguồn “tài nguyên nắng” dồi dào, và các điều kiện thuận lợi về cơ sở hạ tầng cũng như chất lượng

lực lượng sản xuất, là một trung tâm có tiềm năng phát triển công nghiệp năng lượng mặt trời nhất trong cả nước Vì vậy, thành phố Hồ Chí Minh được đánh giá là một

“điểm tựa” đột phá cho ngành công nghiệp điện mặt trời Việt Nam với lộ trình 20 năm

Thông tin từ hội thảo điện mặt trời công nghiệp (tại thành phố Hồ Chí Minh) cho thấy, nhiều dự án ứng dụng pin mặt trời đang được triển khai và nhà máy pin năng

lượng mặt trời đầu tiên ở Việt Nam vừa khởi công nhằm thay thế dần nguồn năng lượng truyền thống

Về việc triển khai các dự án ứng dụng pin mặt trời, đã triển khai tại Phú Quốc, buôn Chăn (Đăk Lăk), Sóc Bom Bo (Bình phước), quần đảo Trường Sa, đảo Cồn Cỏ,…

Tính đến nay, công nghiệp điện mặt trời thành phố Hồ Chí Minh đã tạo dựng được một số cơ sở sản xuất tiêu biểu như nhà máy sản xuất module pin mặt trời quy

mô công nghiệp đầu tiên tại Việt Nam, cơ sở hạ tầng công nghiệp sản xuất chế tạo các thiết bị điện tử ngoại vi phục vụ cho điện mặt trời xây dựng trên sự hợp tác giữa Solar

và Công ty Cổ phần Nam Thái Hà, Nhà máy “Solar Materials Incorporated” có khả năng cung cấp cả hai loại silic khối (mono anh multi – crystaline) sử dụng cho công nghiệp sản xuất pin mặt trời

Có thể kể đến một số sản phẩm tiêu biểu như module pin mặt trời, các thiết bị ngoại vi inverter, các nhà máy smart, thiết bị điện mặt trời nối lưới công nghệ SIPV đã chiếm lĩnh một phần thị trường trong nước và bước đầu vươn ra thị trường trong khu vực và thị trường thế giới

Tại tỉnh Long An tháng 3/2008, Trung tâm tiết kiệm năng lượng thành phố Hồ Chí Minh phối hợp với Công ty cổ phần năng lượng mặt trời đỏ đã khởi công xây

Hình 2.13: Mô hình điện mặt trời tại Buôn Chăn (Đăk Lăk)

dựng nhà máy pin năng lượng mặt trời đầu tiên ở Việt Nam Nhà máy được thiết kế

theo tư vấn kỹ thuật của Tập đoàn Sunwatt (Pháp), sản phẩm chính là các tấm pin

(module panel) 25 Wp – 175 Wp, và có thể kết nối thành các trạm phát điện công suất

lớn, dự án đã hoàn thành vào cuối tháng 11/2008

Theo đánh giá của các nhà khoa học, công nghiệp pin mặt trời thành phố Hồ

Chí Minh đã gần đi vào hoàn thiện, hiện chỉ còn thiếu hai khâu trong một quy trình

công nghiệp khép kín, đó là tinh chế quặng silic từ cát và chế tạo phiến pin mặt trời từ

phiến silic Nếu hoàn thiện nốt hai khâu trên, Việt Nam chúng ta sẽ trở thành một

trong số ít những nước châu Á có nền công nghiệp chế tạo pin mặt trời khép kín

2.4 MỘT SỐ CÔNG TRÌNH ĐIỆN MẶT TRỜI TRÊN THẾ GIỚI

Từ lâu nhiều nước trên thế giới đã sử dụng điện mặt trời như một giải pháp thay

thế những nguồn tài nguyên truyền thống bởi năng lượng mặt trời có nhiều ưu điểm

(sạch, chi phí nhiên liệu bảo dưỡng thấp, an toàn cho người sử dụng …), vì vậy trong

vài năm tới, điện mặt trời chắc chắn sẽ dần trở thành đối thủ cạnh tranh về chi phí với

các loại điện năng khác

Dưới đây là một vài ứng dụng và công trình độc đáo sử dụng điện mặt trời của

một số nước trên thế giới:

Hãng sản xuất xe ôtô Toyota của Nhật Bản vừa cho lắp đặt 17000 tấm quang điện tại nhà máy ở Debyshire, Anh, ước tính sẽ cung cấp đủ nguồn năng lượng

để sản xuất 7000 chiếc xe mỗi năm Theo tính toán, hệ thống này có khả năng cung

cấp đủ năng lượng để sản xuất khoảng 7000 chiếc xe đồng thời giảm 2000 tấn khí thải

CO2 mỗi năm

Đây là nhà máy sản xuất ôtô đầu tiên tại Anh lắp đặt hệ thống tấm năng lượng

mặt trời trên quy mô lớn và là một phần trong chiến lược giảm lượng khí thải carbon

của Công ty Toyota

Nước Anh đang khởi động dự án xây dựng cầu năng lượng mặt trời lớn nhất thế

giới tại trung tâm London, có khả năng sản xuất 900000 KWh điện mỗi năm và dự

kiến khi công trình được đưa vào sử dụng (mùa hè 2012), lượng khí thải CO2 mỗi năm

sẽ giảm hơn 500 tấn… Gần đây thị trường điện mặt trời tại khu vực châu Á – Thái

Bình Dương dự kiến sẽ đạt mức tăng trưởng ấn tượng trong năm 2012

Phát minh máy bay sử dụng nguồn năng lượng mặt trời: Máy bay sử dụng năng lượng mặt trời từ lâu đã được một số quốc gia như Anh, Mỹ, Nhật Bản… tìm cách phát triển và đã thu được thành công lớn Chiếc máy bay chạy bằng điện mặt trời hiện đại nhất hiện nay của Mỹ là loại máy bay có sải cánh dài 70 m, trọng lượng khoảng 1,6 tấn thực hiện thành công nhiều chuyến bay không cần đến nhiên liệu nào khác

Năng lượng sạch trong sinh hoạt của con người: Tại một số nơi trên thế giới, năng lượng mặt trời đã bắt đầu được sử dụng để cung cấp điện năng cho các khu dân

cư sinh sống Ở Mỹ, Anh, Pháp… người ta đã lắp đặt những tấm pin thu năng lượng

mặt trời trên những diện tích rộng hàng trăm hecta và chính “những cánh đồng pin”

năng lượng mặt trời đã cung cấp đủ lượng điện sinh hoạt của hơn 78000 hộ gia đình

Mô hình này hiện nay đã phát huy hiệu quả tiết kiệm nhiên liệu và đang được nhân rộng khắp thế giới

Trạm xe buýt chiếu sáng tự động: Ý tưởng này bắt đầu được đưa ra thực hiện tại Florence – Italia Vào ban đêm, những trạm xe buýt này trở thành những công trình chiếu sáng công cộng sang trọng và thu hút nhiều khách tham quan Ngoài ra, trong trạm xe buýt, còn cài đặt thêm hệ thống cho phép người đợi xe kết nối wifi và sử dụng điện thoại truy cập internet miễn phí trong lúc chờ đợi tất cả hệ thống đều sử dụng điện lấy từ pin mặt trời

Một nhà máy điện mặt trời quy mô lớn công suất 154 MW nối với lưới điện quốc gia với trị giá 420 triệu đôla, đây là nhà máy quang điện lớn nhất và hiệu quả nhất thế giới sẽ được xây dựng ở Tây Bắc bang Victoria-Australia Nhà máy này sẽ được sử dụng công nghệ tập trung quang năng bằng kính hướng nhật (HCPV) (Các tấm gương dò theo hướng mặt trời) Nhà máy sẽ bao gồm nhiều bãi đặt kính hướng nhật thu ánh sáng mặt trời vào các bình chứa nhiều module gồm nhiều dãy tấm pin mặt trời hiệu suất siêu cao sẽ chuyển trực tiếp ánh sáng mặt trời thành điện năng

2.5 ƯU ĐIỂM VÀ NHƯỢC ĐIỂM KHI ÁP DỤNG ĐIỆN MẶT TRỜI VÀO THỰC TẾ

Khi đánh giá ưu điểm và nhược điểm của điện mặt trời, chúng ta cần phải xem xét các khả năng sử dụng điện mặt trời từ quan điểm của các yêu cầu công nghiệp

cũng như yêu cầu của người dùng Chúng ta hãy xét các lợi ích và hạn chế có liên quan đến điện mặt trời

 Ưu điểm

Đây là một số lợi thế mà điện mặt trời cung cấp:

- Đầu tiên và quan trọng nhất, năng lượng mặt trời là nguồn năng lượng tái tạo và không bao giờ kết thúc Khi mặt trời còn tồn tại, ta sẽ có năng lượng mặt trời có sẵn vì vậy điện mặt trời sẽ không bao giờ cạn có thể dùng thoải mái không lo cạn kiệt

- Thứ hai, vì năng lượng mặt trời không phải ở một vị trí cụ thể giống như một số dạng năng lượng khác Bất kể một người trong một thành phố đông đúc hoặc trong một xã vùng sâu, trong một sa mạc khô cằn hay trong một khu rừng xanh tốt, trên biển hoặc lên trên núi… đều có ánh sáng mặt trời vì vậy bất kỳ nơi đâu ta đều có điện mặt trời

- Với những nguyên liệu hoá thạch chỉ có ở 1 số vùng miền, chi phí khai thác, vận chuyển rất lớn Còn ánh sáng mặt trời thì có ở khắp mọi nơi, tất cả những gì cần thiết là 1 tấm pin mặt trời để khai thác nó

- Giá nhiên liêu hoá thạch liên tục biến động Với điện mặt trời thì khác nó là miễn phí

- Sử dụng nguyên liệu hoá thạch giải phóng nhiều khí độc hại gây ô nhiễm môi trường, ảnh hưởng tới sức khoẻ con người Với năng lượng mặt trời không có bất

kỳ một sản phẩm độc hại nào và luôn thân thiện với môi trường

- Nhược điểm chính của năng lượng mặt trời là chi phí ban đầu lắp đặt một hệ thống điện mặt trời Tấm pin mặt trời tương đối khá đắt tiền do nguyên liệu và thiết kế phức tạp

- Trời mây mù, điều kiện mưa,… Có thể ảnh hưởng đến việc sản xuất điện mặt trời

- Điện mặt trời sẽ không được sản xuất vào ban đêm Giải pháp duy nhất cho vấn đề này là dự trữ điện vào các bình acquy vào ban ngày và sử dụng nó vào ban đêm

Ở trên là một số ưu điểm và nhược điểm mà điện mặt trời mang lại, tuy còn tồn tại nhiều nhược điểm nhưng với sự tiến bộ từng ngày của khoa học một ngày nào đó những khuyết điểm sẽ bị loại bỏ

CHƯƠNG 3

ĐIỆN MẶT TRỜI, TIỀM NĂNG LỚN Ở VIỆT NAM

3.1 TIỀM NĂNG ĐIỆN MẶT TRỜI Ở VIỆT NAM

Là một nước có tiềm năng lớn nguồn năng lượng tái tạo, nhưng Việt Nam có nhiều lợi thế phát triển hệ thống sử dụng năng lượng mặt trời Trong đó, hiệu quả nhất

là sử dụng năng lượng mặt trời vào việc sản xuất điện mặt trời Tuy vậy, Việt Nam mới chỉ khai thác được 25% nguồn năng lượng mặt trời này và còn lại 75% vẫn chưa khai thác được

Với sự tăng trưởng kinh tế mạnh mẽ của Việt Nam trong hơn thập kỷ qua đã khiến cho nhu cầu điện năng tăng thêm khoảng 15% mỗi năm Tuy nhiên, lĩnh vực điện năng đang chủ yếu dựa vào nhiệt điện và thuỷ điện Vì vậy, sự thiếu hụt nguồn điện của Việt Nam cũng đang gia tăng, đặc biệt là vào mùa khô do sự phụ thuộc quá lớn vào thuỷ điện Trong điều kiện khí hậu nhiệt đới như Việt Nam, nguồn điện năng

do mặt trời đem lại hầu như quanh năm… tiềm năng điện mặt trời tốt nhất ở các vùng Thừa Thiên Huế trở vào Nam và vùng Tây Bắc (gồm các tỉnh Lai Châu, Sơn La, Lào Cai…), vùng Bắc Trung Bộ (gồm các tỉnh Thanh Hoá, Nghệ An, Hà Tĩnh…) có năng lượng mặt trời khá lớn

Mật độ năng lượng mặt trời biến đổi trong khoảng 300 đến 500Cal/cm2/ngày

Số giờ nắng trung bình cả năm trong khoảng 1800 – 2100 giờ Như vậy, các tỉnh thành

ở miền Bắc nước ta đều có thể có sản xuất điện mặt trời cung cấp cho sinh hoạt

Còn ở miền Nam, từ Đà Nẵng trở vào, năng lượng mặt trời rất tốt và phân bố điều hoà trong suốt cả năm Trừ những ngày có mưa rào, có thể nói trên 90% số ngày trong năm đều có thể sử dụng năng lượng mặt trời tạo ra điện mặt trời Số giờ nắng trung bình cả năm trong khoảng 2000 đến 2600 giờ Đây là khu áp dụng điện mặt trời rất hiệu quả

Nhiều gia đình ở nước ta, nhất là các tỉnh phía Nam có điều kiện ánh sáng mặt trời ổn định, đã bắt đầu làm quen và bắt tay vào lắp đặt hệ thống điện mặt trời đáp ứng nhu cầu sinh hoạt hàng ngày

Tại khu vực Tây Bắc tình hình cung cấp và sử dụng điện tại khu vực Tây Bắc nói chung còn gặp nhiều khó khăn, các giải pháp cung cấp điện nay đều không đảm

bảo được chất lượng và sự ổn định cao Đối với các địa phương xa lưới điện quốc gia thì giải pháp khả thi nhất là sử dụng điện mặt trời để cung cấp điện năng phục vụ nhu cầu của đồng bào, chiến sĩ tại khu vực này

Theo đề tài nghiên cứu 52C – 01 – 01 thuộc chương tình tiến bộ kỹ thuật của nhà nước về năng lượng mới đã xây dựng sổ tra cứu về bức xạ mặt trời của Việt Nam trên cơ sở số liệu quan trắc nhiều năm ở 18 trạm đo bức xạ ( khu vực miền Bắc có 9 trạm đo, khu vực miền Trung có 6 trạm đo, khu vực miền Nam có 3 trạm đo) và 74 trạm đo nắng trên phạm vi cả nước Kết quả của đề tài nghiên cứu 52C – 01 – 01 cho thấy, khu vực Tây Bắc được đánh giá có tiềm năng năng lượng mặt trời vào loại khá trong toàn quốc do không bị ảnh hưởng nhiều bởi gió mùa và hoàn toàn có thể ứng dụng hiệu quả hệ thống điện mặt trời tại khu vực Tây Bắc Bức xạ mặt trời trung bình năm từ 4,1 – 4,9 Kwh/m2/ngày Số giờ nắng trung bình năm đạt từ 1800 – 2100 giờ nắng, các vùng có số giờ nắng cao nhất thuộc các tỉnh Điện Biên, Sơn La Số liệu

Bảng 3.3 cho thấy, thời điểm trong năm khai thác hiệu quả nhất năng lượng mặt trời

tại khu vực Tây Bắc là vào tháng 3 đến tháng 9

Đối với khu vực phía Nam chỉ có 2 mùa: Mùa mưa có năng lượng bức xạ nặt trời khoảng 3 – 4,5 Kwh/m2/ngày và mùa khô có năng lượng bức xạ mặt trời khoảng

5 – 6,5 Kwh/m2/ngày với số giờ nắng từ 2500 – 2900 giờ/năm Đây là khu vực ứng dụng điện mặt trời rất hiệu quả Hàng năm, có khoảng 300 ngày nắng, năng lượng bức

xạ mặt trời tập trung mạnh trong khoảng thời gian từ 9h – 15h Đặc điểm riêng của các tỉnh miền Nam là ít khi trời mưa hoặc âm u suốt cả ngày Ngay cả trong mùa mưa cũng chỉ có mưa lớn trong thời gian ngắn và sau đó lại có nắng ngay Có thể nói điều kiện khí tượng của các tỉnh phía Nam nói chung rất thuận lợi cho việc ứng dụng điện

mặt trời Số liệu Bảng 3.2 cho thấy, thời điểm trong năm khai thác hiệu quả nhất năng

lượng mặt trời tại khu vực miền Nam là vào tháng 1 đến tháng 4 và hai tháng 11 và 12

Năng lượng là nhu cầu sống còn của nhân loại trong tương lai Năng lượng cho phát triển trong thế kỉ 21 phải là năng lượng sạch, do đó nguồn năng lượng mặt trời là nguồn năng lượng vô tận Điện mặt trời là đích tới của loài người 20 – 30 năm tới, đó cũng là một thời gian tối thiểu để xây dựng và phát triển nền công nghiệp điện mặt trời

ở Việt Nam Việt Nam cần phải trở thành một nước có nền công nghiệp năng lượng

mặt trời tiên tiến, cạnh tranh thế giới, dựa trên chính tiềm năng sản xuất điện mặt trời dồi dào của mình

(kwh/m2/ngày)

Số giờ nắng trung bình (giờ/năm)

trời

(kwh/m2/ngày

5,2 5,6 6 5,8 5,1 4,8 4,7 4,6 4,7 4,5 4,7 4,7 5,1

Bảng 3.1: Giá trị trung bình cường độ bức xạ mặt trời ngày trong năm và số giờ

nắng của một số khu vực khác nhau ở Việt Nam

(Nguồn: Theo sổ tra cứu về bức xạ mặt trời của Việt Nam)

Bảng 3.2: Số giờ nắng và bức xạ mặt trời của khu vực miền Nam:

(Nguồn: Theo sổ tra cứu về bức xạ mặt trời của Việt Nam)

3.2 MỘT SỐ ỨNG DỤNG ĐIỆN MẶT TRỜI TẠI VIỆT NAM

Hệ thống điện mặt trời tại nhà máy Intel Việt Nam, được làm từ 1092 tấm năng lượng mặt trời, tổng công suất 200 Kwp, cùng 21 bộ biến điện được kết nối nhau bởi hơn 10000 m dây cáp Sử dụng pin của Hãng Sunpower Do Tập đoàn GES thiết kế thi công Tổng giá trị dự án là 1,1 triệu USD Khánh thành 24 – 4 – 2012

Một “nhà máy điện mặt trời” cũng được lắp đặt tại nóc nhà trụ sở Bộ Công

Thương tại Hà Nội Dự án có công suất 12 KWp gồm 52 module x 230 Wp sử dụng

Tháng 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Số giờ nắng trung

bình tháng 159 165 199 200 200 145 140 145 171 172 151 155 Cường độ bức xạ

(kw/m2)

0,57 0,62 0,67 0,7 0,78 0,96 1,08 1,07 0,88 0,75 0,61 0,56

Tổng xạ TB ngày

(kwh/m2/ngày) 2,94 3,66 4,29 4,66 5,01 4,63 4,87 5,01 5,02 4,17 3,07 2,81 Tổng xạ trung bình

tháng

(kwh/m2/tháng)

91,05 102 132 139 155 138 151 155 150 129 91 87

(Nguồn: Theo sổ tra cứu về bức xạ mặt trời của Việt Nam)

Hình 3.1: Hệ thống điện mặt trời tại nhà máy Intel Việt Nam

pin của Hãng SolarWorld Do CHLB Đức tài trợ, Công ty Altus của Đức và Trung tâm năng lượng mới Đại học bách khoa Hà Nội kết hợp triển khai

Dự án điện mặt trời - diesel ở thôn Bãi Hương, Cù Lao Chàm, Quảng Nam Hệ thống 20 Kw diesel kết hợp 28 Kw pin mặt trời do Công ty Systech lắp đặt Tổng vốn đầu tư 412000USD trong đó chính phủ Thụy Điển tài trợ 332000USD, còn lại do tỉnh Quảng Nam đầu tư

Hình 3.2: Pin mặt trời nối lưới trình diễn tai trụ sở Bộ Công Thương

Hình 3.3: Dự án điện mặt trời - diesel ở thôn Bãi Hương, Cù Lao Chàm, Quảng Nam

Dự án pin mặt trời tại Trung tâm y tế Tam Kỳ (Quảng Nam) Công suất 3 Kwp, trị giá 720 triệu đồng do chính phủ Tây Ban Nha tài trợ 50% Hệ thống do Công ty solarleb lắp đặt, hoàn thành 5 – 2010

Dự án tại xã Thượng Trạch, Bố Trạch, Quảng Bình Công suất 11 Kwp, trị giá

160000 USD Dự án do quỹ Suez Foundation tài trợ và do Tập đoàn Schenier Đức lắp đặt

Dàn pin công suất 5 Kwp tại đảo Hòn Chuối, Cà Mau do RCEE và Abakus Solar Ag lắp đặt trong khuôn khổ dự án Solar Campus

Hình 3.4: Dự án pin mặt trời tại trung tâm y tế Tam Kỳ (Quảng Nam)

Hình 3.5: Dự án tại xã Thượng Trạch, Bố Trạch, Quảng Bình

Trường Tiểu học cấp 2 Minh Châu, Quan Lạn và Trạm y tế Minh Châu, Quảng Ninh Dàn pin công suất 1,3 Kwp Trong khuôn khổ dự án Solar Campus Viet Nam do RCEE và Abakus Solar Ag phối hợp lắp đặt

Trung tâm tiết kiệm năng lượng TP.Hồ Chí Minh – Sở Khoa học công nghệ TP.HCM (cơ quan chủ trì dự án ) đã phối hợp với Phòng phát triển Công nghệ điện

Hình 3.6: Dàn pin công suất 5 Kwp tại đảo Hòn Chuối, Cà Mau

Hình 3.7: Trường Tiểu học cấp 2 Minh Châu, Quan Lạn và Trạm y tế Minh Châu

mặt trời (Solarlab) – Viện vật lý TP.HCM, Công ty TNHH đầu tư và phát triển năng lượng mặt trời Bách khoa và công ty TNHH Selco – Việt Nam thực hiện dự án thử

nghiệm “ứng dụng năng lượng mặt trời và năng lượng gió cung cấp điện cho quần đảo Trường Sa” Dự án được thực hiện trong thời gian 24 tháng với tổng kinh phí đầu

tư 5,8 tỷ đồng

Hiện nay Việt Nam đã có nhà máy lắp ráp pin mặt trời do Công ty cổ phần năng lượng mặt trời đỏ với 2 đối tác chính là Trung tâm tiết kiệm năng lượng thành phố Hồ Chí Minh (ECC) và Công ty TNHH thương mại – kỹ thuật Tân Kỷ Nguyên xây dựng sản phẩm chính của nhà máy là các tấm thu điện năng lượng mặt trời (Solar Panel) có công suất từ 50 Wp đến 175 Wp, đạt tiêu chuẩn Châu Âu (IEC), với hiệu suất gần 16%, và tuổi thọ trung bình khoảng 25 năm Nguồn nguyên liệu chính là các tế bào quang điện (solar cells) được Công ty nhập khẩu trực tiếp từ Đức (Công ty Schott và Solarworld) Nhờ vậy mà giá thành tấm pin năng lượng mặt trời đã giảm xuống rất nhiều

Hình 3.8: Những tấm pin năng lượng mặt trời trên nóc nhà đảo Trường Sa Đông

Hình 3.9: Những tấm pin năng lượng mặt trời đầu tiên do nhà máy sản xuất

CHƯƠNG 4

PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI

Pin mặt trời là phương pháp sản xuất điện 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 bất kì ở đâu

có ánh sáng mặt trời, đặc biệt là trong lĩnh vực tàu vũ trụ Ứng dụng năng lượng mặt trời dưới dạng này được phát triển với tốc độ rất nhanh, nhất là ở các nước phát triển Ngày nay, con người đã ứng dụng pin mặt trời trong lĩnh vực hàng không vụ trụ, để chạy xe và trong sinh hoạt thay thế dần nguồn năng lượng truyền thống

4.1 CẤU TẠO VÀ HOẠT ĐỘNG CỦA PIN MẶT TRỜI

4.1.1 Cấu tạo pin mặt trời

Hiện nay vật liệu chủ yếu cho pin mặt trời là các silic tinh thể

Pin mặt trời từ tinh thể silic chia ra thành 3 loại:

 Một tinh thể hay đơn tinh thể module sản xuất dựa trên quá trình Czochralski Đơn tinh thể loại này có hiệu suất tới 16% Chúng thường rất đắt tiền do được cắt từ các thỏi hình ống, các tấm đơn thể này có các mặt trống ở góc nối các module

 Đa tinh thể làm từ các thỏi đúc - đúc từ silic nung chảy cẩn thận được làm nguội và làm rắn Các pin này thường rẻ hơn các tinh thể, tuy nhiên hiệu suất kém hơn Tuy nhiên chúng có thể tạo thành các tấm vuông che phủ bề mặt nhiều hơn đơn tinh thể bù lại nó cho hiệu suất thấp

 Dải silic tạo từ các miếng phim mỏng từ silic nóng chảy và có cấu trúc đa tinh thể Loại này thường có hiệu quả thấp nhất, tuy nhiên loại này rẻ nhất trong các loại vì không cần phải cắt từ thỏi silicon

Một lớp tiếp xúc bán dẫn p - n có khả năng biến đổi trực tiếp năng lượng bức

xạ mặt trời thành điện năng nhờ hiệu ứng quang điện bên trong gọi là pin mặt trời Pin mặt trời được sản xuất và ứng dụng phổ biến hiện nay là các pin mặt trời được chế tạo

từ vật liệu tinh thể bán dẫn silicon (Si) có hóa trị 4 Từ tinh thể Si tinh khiết, để có vật

liệu tinh thể bán dẫn Si loại n, người ta pha tạp chất donor là photpho có hoá trị 5 Còn bán dẫn loại p thì tạp chất accceptor được dùng để pha vào Si là Bo có hóa trị 3 Đối

với pin mặt trời từ vật liệu tinh thể Si khi bức xạ mặt trời chiếu đến thì hiệu điện thế hở

mạch giữa 2 cực khoảng 0,55V và dòng điện đoản mạch của nó khi bức xạ mặt trời có cường độ 1000W/m2 vào khoảng 25 30( mA cm/ 2)

Hiện nay người ta đã chế tạo pin mặt trời bằng vật liệu Si vô định hình (a - Si)

So với pin mặt trời tinh thể Si thì pin mặt trời a - Si giá thành rẻ hơn nhưng hiệu suất thấp hơn và kém ổn định

Ngoài Si, hiện nay người ta đang nghiên cứu và thử nghiệm các loại vật liệu khác có triển vọng hơn như Sunfit cadmi-đồng (CuCds), Galium-asenit (GaAs)…

Công nghệ chế tạo pin mặt trời gồm nhiều công đoạn khác nhau, ví dụ để chế tạo pin mặt trời từ Silicon đa tinh thể cần qua các công đoạn như Hình 4.1 cuối cùng ta được module như Hình 4.2

Hình 4.3: Pin mặt trời Hình 4.2: Cấu tạo module

Hình 4.1: Quá trình tạo module