Pin năng lượng mặt trời

Pin năng lượng mặt trời

LỜI NÓI ĐẦU Như biết mốc lịch sử quan trọng lịch sử phát triển loài người việc phát minh lửa dùng loại nhiên liệu tự nhiên củi rừng để trì lửa, nhờ phát triển thành văn minh nhân loại thoát khỏi sống động vật Sau nhiều nghìn năm mải đến kỷ thứ trước công nguyên người biết dùng sức nước để làm quay guồng nước, đến đầu kỷ thứ XII biết sử dụng sức gió để làm quay cối xay gió Khoảng nửa cuối kỹ thứ XVIII người phát nguồn nhiên liệu hóa thạch như: than đá, dầu khí đốt tự nhiên Đến kỷ XX nhà máy điện nguyên tử giới đời, nhờ thỏa mãn nhu cầu lượng người đưa văn minh nhân loại tiến bước dài ngày Tuy nhiên, nguồn lượng hóa thạch có hạn, người khai thác đến lúc hết, nửa khai thác sử dụng nguồn nhiên liệu hóa thạch, thủy điện điện nguyên tử… để lại cho loài người hậu tác động môi trường vô lớn lao Một hậu sử dụng nguồn nhiên liệu thải môi trường loại khí độc làm ô nhiểm bầu khí bao quanh Trái Đất, mà hậu tai hại tượng làm thay đổi khí hậu, tác động xấu sống tương lai loài người Ngày nay, mà tiềm thủy điện người khai thác gần hết, nguồn nhiên liệu như: than, dầu khí khả tái tạo tương lai không xa cạn kiệt, mà lượng nguyên tử đặt nhiều tranh cãi độc hại việc nghiên cứu tìm nguồn lượng trở thành nghiên cứu mũi nhọn nhiều quốc gia, đặt biệt nước phát triển Trong công tìm nguồn lượng này, người đạt thành công định: Đó đời trung tâm phát điện dùng lượng gió, lượng mặt trời với công suất lên tới hàng ngàn mega oát Tuy nhiên nguồn lượng tương đối phụ thuộc vào tự nhiên Hòa xu hướng phát triển khoa học kỷ thuật giới, năm gần hoạt động nghiên cứu tái tạo nói chung lượng mặt trời nói riêng nước ta triển khai mạnh mẻ rộng khắp Vì vậy, cần phải nghiên cứu ứng dụng nguồn lượng vô tận cách tốt có hiệu Một đề tài ứng dụng thành công nguồn lượng vô tận nói đề tài “ Pin lượng mặt trời” Cũng mà đề tài “ Pin lượng mặt trời” nghiên cứu tìm hiểu sâu tiểu luận PHẦN I NỘI DUNG CHÍNH I GIỚI THIỆU TỔNG QUÁT VỀ PIN Khái niện Pin Định nghĩa cách đơn giản Pin thiết bị lưu trữ lượng dạng hoá học Pin nguồn cung cấp lượng hoạt động cho tất thiết bị cầm tay Và số dụng cụ thường dùng gia đình như: Radio, điều khiển từ xa, đồng hồ treo tường,… Điện áp Pin Điện áp Pin đo Vôn (V) Với loại Pin nickel, metal hydrid (Ni-MH) Ni-Cd, điện áp khoảng 1.2V viên Với Alkaline loại Pin không sạc điện áp cao hơn, thường 1.5V viên Điện áp Pin phải phù hợp với định thiết bị Dùng Pin không điện áp làm hỏng thiết bị ta Dung Lượng Của Pin Dung lượng Pin (hay ta thường gọi dòng Pin) đo đơn vị: Miliampe (mAh) Thí dụ: Pin có dung lượng 1000 mAh tức cung cấp dòng điện 1000mA tức 1Ampe (1A) cho thiết bị sử dụng Chỉ số giúp ta so sánh độ mạnh loại Pin Pin có mAh lớn Pin mạnh Khả Năng Chịu Tải Khả chịu tải Pin phụ thuộc nhiều vào nội trở Pin Pin có nội trở nhỏ khả chịu tải cao (cung cấp dòng điện lớn) Điều có ích thiết bị ta có tải nặng (thí dụ máy ảnh có nhiều motor đèn flash) Bảo Quản Pin Không có loại Pin giữ nguyên vẹn lượng trình bảo quản Nguyên nhân phản ứng điện hoá Pin gây suy hao không tránh Sự tự xả giới hạn thời gian bảo quản Pin Với loại Pin sạc, mức tự xả cao loại không sạc được, thường 15-25% tháng bảo quản nhiệt độ phòng (khoảng 250C) so với mức 1.5% năm Pin không sạc Ta không nên bảo quản Pin tủ lạnh ngưng tụ nước làm tăng nội trở làm giảm khả chịu tải Pin 6.1 Các Loại Pin Sạc Và Pin Thường Pin thường * Pin Alkaline Pin Alkaline mua dễ dàng Nếu ta dùng với máy ảnh số thời gian sủ dụng ngắn Tuy với giá rẻ Pin Alkaline lựa chọn nhiều người Pin Alkaline có chất lượng tốt thị trường hãng danh tiếng Fuji hay Duracell sản xuất Khi sử dụng điện áp khả chịu tải Pin Alkaline giảm Nhờ vậy, người dùng nhận biết thời điểm hết Pin Pin Alkaline có nội trở nhỏ, khả chịu tải cao, bảo quản nhiều năm, suy yếu trung bình 2%/năm * Pin Silver oxide (oxit bạc) Hoạt động môi trường nhiệt độ thấp, nội trở nhỏ có khả chịu tải lớn Pin Silver có độc tính cao không thông dụng giá đắt Ta thấy loại Pin số loại đồng hồ, máy trợ thính, ….và máy ảnh tiêu thụ điện * Pin Zinc cloride Zinc carbon Pin carbon kẽm có giá rẻ Đây lựa chọn tốt cho thiết bị tiêu thụ điện (đèn Pin đồ chơi) Các loại Pin nước sản xuất (Pin Con Ó ) thường thuộc loại Do có nội trở cao, ta không sử dụng loại Pin cho thiết bị máy ảnh, radio, đồng hồ treo tường tốt Mức tự xả Pin tròn Zinc carbon kẽm tối đa 4%/năm * Pin Lithium (Li/MnO2) Pin Lithium lựa chọn tốt cho ta sử dụng dòng Pin không sạc cần độ tin cậy cao, mức xả ổn định Loại Pin có mật độ lượng cao, trọng lượng nhẹ, hoạt động tốt dải nhiệt độ rộng (từ 40 - 60 độ C), có khả bảo quản tốt (giảm 2% lượng/năm) Khi sử dụng Pin ta không nên dùng lẫn với loại Pin khác có đặc tính xả khác với loại Pin khác.Mặt khác, điện cao (1.5V/viên), Pin trở thành nguồn nạp điện cho Pin lại có điện thấp 6.2 Pin sạc * Ni-Cd (hay NiCad) Pin Ni-Cd có nội trở nhỏ ½ so với Pin Ni-MH, phù hợp dùng với đèn flash (chu kỳ nạp nhanh hơn) nhiên ta phải cẩn thận sử dụng Pin Ni-Cd độc Một số yếu điểm Pin Ni-Cd điện giảm đột ngột cuối chu kỳ xả Sự giảm đột ngột không nhanh Pin Ni-MH thấy rõ so với Pin Alkaline Vì vậy, để tránh “sự điện đột ngột này” ta nên có Pin dự phòng xa hay làm việc quan trọng Một đặc điểm Ni-Cd hiệu ứng nhớ (memory efface) Đây tượng suy giảm tuổi thọ nhanh chóng không sử dụng Pin cách Hiện tượng giải thích sau: Khi ta sạc Pin Ni-cd với dòng sạc nhỏ hay trước dùng kiệt số hợp chất hoá học tích tụ cực âm Pin Nếu ta tiếp tục sạc kiểu này, hợp chất tích tụ ngày nhiều thêm làm giảm khả tích lũy lượng Cách tốt để tránh tượng dùng Pin hết hay xả trước sạc Các sạc Pin Ni-Cd tốt thường có nút bấm để xả Pin tự động sạc điện áp thụt đến mức thấp * Pin Ni-MH (Nickel Metal Hudride) Pin Ni-MH dạng “AA” dùng vơi tất thiết bị dùng Pin Alkaline Ni-Cd Pin Ni-MH có khả lưu trữ lượng tốt nội trở nhỏ Đây lựa chọn phổ biến Pin Ni-MH hiệu ứng nhớ dung lượng Pin cao hai lần Pin Ni-Cd Với Pin ta sạc lúc mà không cần phải xả Pin Tuy nhiên bị hỏng nhiệt sạc lâu Ta nên sử sụng sạc pin chất lượng cao Có điều khiển tự động để tránh điều Khi mua Pin Ni-MH, ta sử dụng nên sử dụng loại có dung lượng cao (cỡ 1800mA/h trở lên) Trên thị trường ta chọn Pin Ni-MH hãng như: Sanyo, Panasonic, Sony có dung lượng 2000-2200mAh Một lưu ý không nên dùng sạc Pin Ni-Cd cho Pin Ni-MH để tránh cháy, nổ Pin dùng sạc nhanh Sau sạc bỏ Pin khỏi sạc để tránh “rò” Pin * Pin Lithium-lon (Li-lon) Pin Li-lon sử dụng nhiều thiết bị cao cấp điện thoại di động, PDA, máy ảnh đắt tiền máy tính xách tay lưu trữ nhiều lượng Pin Ni-Cd Ni-MH đắt nhiều công nghệ chế tạo chất liệu sử dụng Trong viên Pin Li-lon thường có mạch điều khiển trình sạc bảo vệ Pin Pin Li-lon suy giảm chất lượng theo thời gian ta dùng hay không dùng Vì sử dụng Pin, ta cần đảm bảo Pin sản xuất Ta sạc Pin lúc nào, đầy hay hết không quan trọng giãm chất lượng sau lần sạc Đó lý chương trình kiểm tra Pin (battery monitoring) máy tính xách tay đếm số lần sạc Pin * Pin Lithium-Polymer (Li-Po) Là hệ Pin đắt tiền nên xuất thiết bị PDA điện thoại di động cao cấp Pin Li-Po có chất điện phân dạng rắn khác với điện phân lỏng hầu hết loại Pin khác Điều có nghĩa có trọng lượng nhẹ nhiều so với loại Pin khác nhà sản xuất chế tạo Pin Li-Po với hình dạng Pin Li-Po nhẹ có khả lưu trữ điện nhiều loại Pin kể giới mô hình (RC) ưa chuộng sử dụng phổ biến môn mô hình II TÌM HIỂU KHÁI QUÁT VỀ PIN NHIÊN LIỆU Khái niện chung Pin nhiên liệu - Pin nhiên liệu ký hiệu: (PAC: Piles as Combustible) - Khái niệm pin nhiên liệu thực có từ lâu, thiết bị điện hoá mà biến đổi hoá thành điện nhờ trình oxy hoá nhiên liệu, mà nhiên liệu thường dùng khí H2 khí O2 không khí Quá trình biến đổi lượng pin nhiên liệu trực tiếp từ hoá sang điện theo phản ứng: H2 + O2 = H2O + Dòng điện, nhờ có tác dụng chất xúc tác, thường màng platin nguyên chất hỗn hợp platin, chất điện phân kiềm, muối Cacbonat, Oxit rắn thực chất loại pin điện hoá Người ta phân loại pin nhiên liệu theo chất điện phân, điện cực chất xúc tác pin nguồn nguyên liệu H2 O2 (không khí) Trước người ta dùng khí H2 để biến đổi thành nhiệt dạng đốt cháy, sau từ nhiệt biến đổi thành qua tua-bin khí tua-bin dẫn động máy phát điện để biến đổi thành dòng điện, với biến đổi gián tiếp hiệu suất trình thấp Từ ta dễ dàng so sánh trình biến đổi trực tiếp pin nhiên liệu có hiệu suất cao Hình Pin nhiên liệu Phân viện Vật lý TP.HCM chế tạo Sơ lược hình thành phát triển PAC - Nguyên lý hoạt động pin nhiên liệu (PAC) tìm từ năm 1802 tới năm 1839 có bước tiến quan trọng: hoạt động lần pin nhiên liệu với điện cực platin dung dịch điện phân axít sunfuric Đến năm 1855, có nhiều nghiên cứu hướng vào việc chế tạo, thiết kế PAC đạt số kết quả: than dùng làm nhiên liệu Tuy nhiên, kết đạt khiêm tốn Và đề tài dường bị quên lãng Người ta phải đợi có tham gia người Mỹ công chinh phục vũ trụ (khoảng năm 1960) ý lại Song song với nghiên cứu loại công nghệ nhằm ứng dụng vào lĩnh vực giao thông Thế vấn đề công nghệ, giá thành khiến cho PAC phát triển cạnh tranh với kỷ nguyên thống trị dầu lửa - Tuy nhiên vòng vài trục năm trở lại đây, dự án quan trọng cho hình thành phát triển nguồn lượng tương lai pin nhiên liệu sử dụng làm nguồn điện thiết bị không gian nằm dự án Gemini, Apollo Tàu thoi NASA Và năm 80, sử dụng nhà máy điện có công suất từ (20 kW đến 50 kW) từ nay, có nhiều nhà máy điện sử dụng lượng nước phát triển Mỹ, Canada, Nhật Bản số nước Châu Âu với công suất hàng trăm MW tuổi thọ hàng chục nghìn làm việc Ngoài thu hút loại pin nhiên liệu có tên "pin nhiên liệu dạng màng trao đổi proton" [màng proton ion exchange membrane, lớp màng mỏng cho phép proton (hạt nhân phân tử H2) di chuyển qua Thông thường lớp màng bao gồm vật liệu có tính phân cực mạnh (electrolyte) gia cố lớp màng polime xen kẽ Như mặt nguyên lý hoạt động, có khác với màng thẩm thấu ngược (reverse osmosis)] phát triển công nghiệp ô tô vận tải, nguồn nguyên liệu xe hơi, phát triển công ty ô tô hàng đầu giới General Motor, Ford (Mỹ), Daimler Benz (Đức), Renaul (Pháp), Toyota, Nissan, Honda (Nhật bản), Hyundai (Hàn Quốc) tiềm ngành công nghiệp phục vụ đời sống to lớn - Pin nhiên liệu nắm giữ vai trò chủ đạo viễn cảnh nguồn lượng giới tương lai Những đặc điểm ưu việt hiệu suất cao, ổn định lớn, độ phát xạ thấp, không gây ồn, không gây ô nhiễm môi trường , bắt buộc pin nhiên liệu sử dụng nhà máy điện tương lai Có thể nói Hydro trở thành nguồn lượng kỷ XXI, mà nghiên cứu rằng, pin nhiên liệu có ưu nghi ngờ tất thiết bị biến đổi lượng khác Sơ lược nguyên lý hoạt động PAC * Nguyên lý hoạt động : Nguyên lý hoạt động PAC đơn giản, trình ngược lại thuỷ phân nước Pin nhiên liệu tổ hợp oxi hidro để tạo thành nước, cung cấp điện, nhiệt mà không thải chất gây ô nhiễm Quá trình biểu diễn phương trình hoá học sau : 2H2 + O2 → 2H2O Một điện cực oxi (O2), điện cực hydro (H2), hiệu điện tạo thực tế đạt 0,7V cặp điện cực Do cần đặt nhiều phần tử nối tiếp để đạt điện áp mong muốn Pin nhiên liệu hoạt động dựa phản ứng oxi hydro Để hoạt động phần hoá học, máy phát điện loại cần có phần khác: đầu vào, đầu ra, phần phụ, hệ thống điều khiển * Đầu vào: Sản xuất hydro: Có thể điều chế từ loại hydro cacbon (CxHy), sản phẩm phụ công nghiệp hoá dầu lửa, điều chế hydro từ nước (H2O) Dự trữ nhiên liệu (hydro): Có thể dùng hydro lỏng (ở -252 độ C) áp suất 100bar hyđrua kim loại (rất nặng đắt), ống nonatomic (là ống dùng vật liệu phi hạt nhân) Chất cháy: Dùng oxi không khí điều kiện bình thường Tuy nhiên số trường hợp để tăng hiệu suất, người ta phải nén khí Hơn nữa, không khí thường không cần lọc trước dùng * Đầu ra: Bộ phận thải khí: Để thải khí trơ bám a-not làm giảm trình phản ứng, khí bão hoà thành nước bám vào ca-tot Tản nhiệt: Các phản ứng pin có phát nhiệt, cần phải tản nhiệt để đảm bảo nhiệt độ pin Ta tận dụng nhiệt để làm nhiều việc khác Lượng nhiệt tản gần tương đương với điện thu Điện năng: Điện phát hai cực pin phải đảm bảo điện áp chiều tối thiểu làm việc pin Điểm làm việc (điện áp ra) cố định nhờ biến đổi điện Nếu muốn có điện xoay chiều cần thêm vào biến đổi (từ chiều thành xoay chiều) * Các hệ thống phụ khác: Để khởi động PAC cần dùng đến hệ thống pin điện hoá Nó dùng để nâng nhiệt độ pin đến ngưỡng cần thiết, đảm bảo hoạt động phận cùa pin lúc khởi động, đồng thời đảm bảo an toàn cho pin trường hợp cố * Khối điều khiển: Nó gồm tất đo, đồng hồ … cho phép biết trạng thái vận hành hệ thống, tình trạng, thông số tất phần tử…Nó lập trình xác cho trình khởi động, độ, dừng chế độ làm việc xác lập để điều khiển tối ưu làm việc hệ thống Hình Hoạt động pin nhiên liệu Hình Sơ đồ tam giác lượng Hydro nhờ lượng mặt trời Một số ưu nhược điểm Pin nhiên liệu Ưu điểm - Hiệu suất cao: Nếu sản xuất điện đạt 40% (bằng nhiệt điện), cụm nhiệt điện đạt tới 90% - Hiệu suất thay đổi theo công suất phát - Công suất PAC từ vài kW tới hàng MW mà không làm thay đổi hiệu suất - Ít gây ồn (ngoại trừ máy nén khí bơm) - Ít phải bảo quản giá thành bảo dưỡng rẻ - Gần không gây ô nhiễm môi trường: không cháy, không thải khí độc SOx, COx thấp lần NOx thấp 50 lần so với máy phát nhiệt điện 4.2 Nhược điểm cần khắc phục - Độ tin cậy hệ thống: cần đạt 40 nghìn vận hành với ứng dụng tĩnh (phát điện lên lưới điện) - Giá thành sản xuất giảm: phải đạt cỡ 5000 kW công suất đặt Riêng với ôtô số cần giảm 10 lần (tức pin 500 kW) - Giảm lượng platin cần dùng * Hơn phải đảm bảo ổn định nguồn nhiên liệu hoà vào lưới điện PAC Methanol - PAC Methanol tạo điện trình phản ứng hóa học có kiển soát Nhiên liệu dung dịch chất methanol phản ứng nước phân tử chất xúc tác metallic bổ sung vào nhiên liệu chất methanol phân hóa Một màng nhầy cho phép chất phế thải di chuyển qua giữ lại chất methanol cô đặc, dùng cho việc phản ứng - Chất methanol cô đặc tốt Trong công nghệ Ở tỉ lệ cô đặc cao, phần methanol thấm qua màng nhầy, màng hạn chế khả phát điện Những loại pin nhiên liệu dùng cho máy tính mini trước hoạt động với tỉ lệ cô đặc methanol thấp dung tích pin phải lớn cung cấp lượng nhiên liệu thích hợp để tạo đủ điện cho hoạt động máy tính - Vật liệu PAC Methanol cho phép chất methanol lưu dung dịch có tỉ lệ 30% mà không bị rò thấm Vì nhà chế tạo PAC Methanol khẳng định với 300ml dung dịch tạo điện cho máy Notebook hoạt động vòng – 10 Hình Sơ đồ cấu tạo hoạt động Pin nhiên liệu cồn Methanol III NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI Mặt trời cấu tạo mặt trời Hình Cấu tạo bề măt trời Mặt trời khối khí hình cầu có đường kính 1,390.106 km (lớn 110 đường kính trái đất), cách xa trái đất 150.106 km (bằng đơn vị thiên văn AU ánh sáng mặt trời cần khoảng phút để vượt qua khoảng cách đến trái đất) Khối lượng mặt trời khoảng Mo= 2.1030 kg Nhiệt độ To trung tâm mặt trời thay đổi khoảng từ 10.106 K đến 20.106 K, trung bình khoảng 15600000 K Ở nhiệt độ vật chất giử cấu trúc trận tự thông thường gồm nguyên tử phân tử Nó trở thành plasma hạt nhân nguyên tử chuyển động tách biệt với electron Khi hạt nhân tự có va trạm với xuất vụ nổ nhiệt hạch Khi quan sát tính chất vật chất nguội bề mặt nhìn thấy mặt trời, nhà khoa học kết luận có phản ứng nhiệt hạch xảy lòng mặt trời Về cấu trúc, mặt trời chia làm vùng, tất hợp thành khối cầu khí khổng lồ Vùng giửa gọi hạt nhân hay “ lỏi” có chuyển động đối lưu, nơi xảy phản ứng nhiệt hạt nhân tạo nên nguồn lượng mặt trời, vùng có bán kính khoảng 175000km, khối lượng riêng 160kg/dm3, nhiệt độ ước tính từ 14 đến 20 triệu độ, áp suất vào khoảng hàng trăm tỷ at Vùng vùng trung gian gọi vùng “đổi ngược” qua lượng truyền từ ngoài, vật chất vùng gồm có: sắt (Fe), Canxi (Ca), Natri (Na), Stronti (Sr), Crom (Cr), Niken (Ni), Cacbon (C), Silic (Si), khí Hydro (H2), Heli (He)…, chiều dày vùng khoảng 400000km Tiếp theo vùng “đối lưu” dày 125000km vùng “quang cầu” có nhiệt độ khoảng 6000K, dày 1000km vùng gồm bọt khí sôi sục, có chổ tạo Sơ lược công nghệ chế tạo pin mặt Trời Si Hiện nay, khoảng 90% pin mặt Trời sản xuất ứng dụng pin mặt Trời từ vật liệu silicon (Si) dạng đơn tinh thể, đa tinh thể vô định hình chủ yếu dạng tinh thể Vì ta nghiên cứu công nghệ chế tạo pin mặt Trời tin thể Si Quá trình công nghệ bao gồm công đoạn sau: - Sơ lọc cát thạch anh để có silicon có độ kỹ thuật (độ luyện kim) - Làm tiếp để có silicon có độ bán dẫn - Pha tạp để có Si-n Si-p tạo tiếp xúc pn - Tạo tiếp xúc điện, điện cực, lớp chống phản xạ - Tạo module, kiểm tra, phân loại * Dưới mô tả sơ lược công đoạn nói trên: Sơ lọc cát thạch anh để có silicon có độ kỹ thuật Cát dùng làm vật liệu ban đầu chế tạo Si phải cát giàu thạch anh SiO2 (hàm lượng SiO2 vào khoảng 90% cao hơn) Trong lò hồ quang nhiệt độ cao, SiO2 cho phản ứng với cacbon (C) silicon (Si) có độ kỹ thuật theo phản ứng: SiO2 + 2C  → Si + 2CO Làm tiếp để có silicon có độ bán dẩn Có ba công nghệ để làm Si đến độ bán dẫn: + Quá trình silan; + Quá trình silicon fluorid; + Quá trình trichlorsolan; * Sản phẩm thu công nghệ vật liệu đa tinh thể gồm hạt đơn tinh thể Si nhỏ Tạo đơn tinh thể Si Có thể tạo đơn tinh thể Si dạng (thỏi), dạng dạng băng Các công nghệ chế tạo đơn tinh thể dùng phổ biến công nghệ Czochralski, công nghệ vùng công nghệ trao đổi nhiệt Cắt thỏi Si đơn tinh thể thành phiến Si Đầu tiên ta phải cắt gọt thỏi Si để có hình dạng trụ đồng đều, thường có đường kính D = 7,5 ÷ 10 cm Sau dùng cưa diamond, cưa dây tia laser cắt thỏi thành phiến hình đũa tròn có chiều dày cỡ 0,3 ÷ 0,5 mm sau mài nhẵn làm bề mặt phiến phương pháp ăn mòn hóa học để khử khuyết tật bề mặt trình cưa cắt gây Do công nghệ chế tạo nói nhiều nhược điểm như: hao tinh thể, nhiều công đoạn,…Vì ta nên sử dụng công nghệ sau để đạt hiệu cao hơn: Kỹ thuật “kéo” đơn tinh thể khuôn Tạo lớp tiếp xúc pn Có hai phương pháp điển hình để tạo lớp bán dẩn tiếp xúc pn là: khuếch tán nhiệt, cấy ion * Phương pháp khuếch tán nhiệt Từ phiến đơn tinh thể để có Si loại n ta dùng tạp Photpho (P), để có Si loại p dùng tạp Bo (B) Các nguồn tạp chất rắn muối P2O5, B2O3, lỏng POCl3, BBr3, khí như: PH3, BCl3 Sự tạo lớp tiếp xúc pn thực theo định luật khuếch tán Pick Theo định luật nguyên tử khyếch tán từ nơi có nồng độ cao đến nơi có nồng độ thấp Tốc độ khuếch tán độ sâu khuếch tán phụ thuộc vào nhiệt độ thời gian khuếch tán Người ta dùng đế Si-p pha tạp Bo với nồng độ 1016 nguyên tử Bo/cm3, sau phủ lên đế lớp Photpho (P) đưa vào buồng khuếch tán có nhiệt độ khoảng 900 ÷ 9500C Khi P khuếch tán vào để tạo thành lớp Si-n có độ dày khoảng 1,2 ÷ 1,5 µm người ta hạ nhiệt độ để chấm dứt trình khuếch tán Lớp tiếp xúc pn lớp mỏng có nồng độ tạp chuyển từ P sang B tiếp xúc pn xem đặt biên giới mà có nồng độ P N Do nồng độ P bề mặt lớp tiếp xúc cao chí sau trình khuếch tán, P Si tác dụng với tạo lớp bề mặt gọi “lớp chết” có điện trở cao nguyên nhân gây tái hợp điện tử - lỗ trống, làm giảm hiệu suất pin quang điện Vì phải cắt bỏ lớp Vì 50% ánh sáng mặt Trời tới pin mặt Trời bị hấp thụ trước hết lớp bề mặt chiều dày 3µm sát bề mặt, phần lại ánh sáng mặt Trời hấp thụ lớp có độ dày 300 µm Vì pin mặt Trời nên chế tạo cho phía lớp colector mỏng (chiều dày ≤ 3µm) tiếp lớp đế dày có độ linh động hạt tải cao để hạt tải chuyển động lớp tiếp xúc pn điện cực chúng tạo miền * Phương pháp bắn cấy ion Các phiến Si đặt trước đĩa ion lượng cao Tùy theo muốn chế tạo Si-n Si-p mà người ta dùng “đạn” ion P hay B Nhờ thay đổi cường độ tia ion thay đổi chiều sâu đâm xuyên ion Bề mặt Sis au phải ủ tia laser tia điện tử để khử hư hỏng bề mặt ion bắn phá vào mạng tinh thể gần bề mặt Lớp tiếp xúc pn tạo phương pháp cấy ion không khác nhiều so với tạo phương pháp khuếch tán nhiệt Chiều sâu lớp pn vào cở 0,25 µm Mật độ tạp chất biến đổi từ 1016 nguyên tử/cm3 lớp tiếp xúc đến 1021 nguyên tử/cm3 bề mặt Tạo lớp tiếp xúc Ohmic Vật liệu làm điện cực tiếp xúc phải có độ dẫn tốt vừa phải bám dính tốt bán dẫn Ngoài điện cực mặt cần phải thiết kế sau cho ánh sáng mặt Trời đến lớp tiếp xúc pn Cần phải điều hòa vấn đề che sáng điện trở điện cực Phủ lớp chống phản xạ ánh sáng Si chưa xử lý phản xạ đến 30% ánh sáng tới Một lớp chống phản xạ SiO2 làm giảm phản xạ xuống 10% Nếu dùng hai lớp chống phản xạ làm giảm phản xạ xuống 3% Các vật liệu dùng làm vật liệu chống phản xạ SiO2, TiO2 Ta2O5 Công nghệ bốc chân không công nghệ thích hợp để tạo lớp chống phản xạ Đóng gói pin mặt Trời thành modun Các pin mặt Trời phải làm việc điều kiện trời lâu dài Vì để bảo vệ lớp tiếp xúc dây nối, bảo vệ vật liệu cách điện muốn tăng tuổi thọ pin mặt Trời ta cần phải đóng kín pin mặt Trời vật liệu suốt Tất nhiên đóng gói pin mà ta đóng gói nhiều pin để tạo thành modun (tấm) pin mặt Trời Khi đóng gói ta cần ý phải lựa chọn pin hoàn toàn gần hoàn toàn giống đặc trưng quang điện học để xếp vào modun Hình 23: Cấu tạo modun pin mặt Trời (Ghi chú: EVA là: Ethylene Vinyl Acetate.) Vật liệu công nghệ sản xuất loại pin mặt Trời Các loại vật liệu cho pin mặt Trời Thông số quan trọng ảnh hưởng đến biến đổi hiệu suất biến đổi quang điện vật liệu pin mặt Trời độ rộng vùng cấm Lý thuyết thực nghiệm cho thấy rằng, để có hiệu suất η ≥ 8% độ rộng vùng cấm vật liệu phải khoảng eV ÷ 1,6 eV Bảng cho ta biết hiệu suất biến đổi quang - điện lý thuyết số vật liệu dùng để chế tạo pin mặt Trời Bảng 4: Hiệu suất lý thuyết số vật liệu pin mặt Trời Năng lượng Vật liệu Hiệu suất lý thuyết cực đại (%) vùng cấm (eV) Indi diselenid (CuInSe2) 1,04 13 Cadmi Sulfid (CdS) 2,6 18 Silicon (Si) 1,1 22 Cadmi Tellurid (CdTe) 1,4 25 Indi Photphorid (InP) 1,2 26 Gali Arsenid (GaAs) 1,4 27 Al Antimonid (AlSb) 1,6 27 Vật liệu cho pin mặt Trời màng mỏng (pin mặt Trời vô định hình) Vật liệu dùng chế tạo pin mặt Trời màng mỏng vật liệu trực tiếp chế tạo pin có chất lượng cao, phương pháp chế tạo đòi hỏi phải có xử lý phụ kèm công nghệ phức tạp như: ủ nhiệt độ cao, ủ môi trường khí đặc biệt,… Bảng cho ta biết số vật liệu dùng công nghệ chế tạo pin mặt Trời màng mỏng Bảng 5: Các vật liệu công nghệ pin mặt trời màng mỏng Vật liệu a-Si a-(Si,Ge) a-(Si-,C) CuInSe2 CuGaSe2 Cu(In, Ga)Se2 CuInS2 CdSe CdTe Vùng cấm Eg(eV) 1,7 1,3 ÷ 1,7 1,7 ÷ 2,2 1,04 1,68 1,04 ÷ 1,68 1,5 1,7 1,5 Loại độ dẩn p-i-n p-i-n p-i-n p/n p p/n p/n n p/n Vật liệu Cd(Se,Te) ZnTe ZnSe Zn(Te,Se) WSe2 FeS2 FeSi2 GaAs Một số loại pin mặt Trời khác * Pin mặt Trời vô định hình Si (a-Si) * Pin mặt Trời vô định hình bán dẩn hợp chất * Pin mặt Trời sở vật liệu CuInSe2 * Pin mặt Trời sở vật liệu CdTe * Pin mặt Trời có độ rộng vùng cấm giảm dần * Pin mặt Trời hội tụ Vùng cấm Eg(eV) 1,5 ÷ 1,7 2,26 2,4 2,2 ÷ 2,4 1,3 0,8 0,9 1,4 Loại độ dẩn p/n p n p/n p/n p/n p p/n V HỆ THỐNG NGUỒN ĐIỆN PIN MẶT TRỜI * Giới thiệu tổng quát Hiện có hai công nghệ nguồn điện pin mặt Trời thông dụng Đó hệ nguồn điện pin mặt Trời nối lưới hệ nguồn độc lập Trong hệ nguồn pin mặt Trời nối lưới, điện chiều từ dàn pin mặt Trời biến đổi thành dòng điện xoay chiều hòa vào mạng lưới điện công nghiệp Công nghệ xử dụng phổ biến nước phát triển như: Mỹ, Nhật Bản, Pháp, Đức… Ưu điểm loại nguồn dùng trữ điện năng, thành phần chiếm tỷ trọng chi phí lớn, phải chăm sóc bảo dưởng phức tạp gây ô nhiễm môi trường Đối với khu vực lưới điện sử dụng với quy mô nhỏ, ta dùng công nghệ nguồn pin mặt Trời độc lập Phần lớn ứng dụng nguồn điện mặt Trời khu vực nông thôn, vùng sâu nước phát triển ta nên sử dụng công nghệ nguồn độc lập Dưới nghiên cứu loại hệ nguồn Hệ pin mặt Trời pin mặt Trời độc lập đơn giản Hệ thống nguồn điện pin mặt Trời tổng quát Một hệ thống lượng pin mặt Trời độc lập định nghĩa tổ hợp thành phần sau đây: - Dàn pin mặt Trời hay máy phát điện mặt Trời; - Bộ tích trữ điện năng; - Các thiết bị điều khiển, biến đổi điện, tạo cân lượng hệ; - Các tải (thiết bị) tiêu thụ điện Sơ đồ khối hệ thống lượng pin mặt Trời tổng quát thể qua hình 3.1** Dàn pin mặt Trời gồm modun pin mặt Trời ghép (song song, nối tiếp hay hổn hợp) để có công suất điện, hiệu điện phù hợp với yêu cầu tải Dàn pin mặt Trời thành phần hệ nguồn điện mặt Trời chiếm đến khoảng 60% tổng chi phí đầu tư Dàn pin mặt Trời nhận lượng ánh sáng mặt Trời biến đổi trực tiếp thành điện chiều cung cấp cho tải tiêu thụ điện Thông thường tải tiêu thụ điện thiết bị thông tin, đèn chiếu sáng, tivi, radio,… cần có nguồn điện làm việc liên tục vào thời gian nắng Trong lúc đó, pin mặt Trời phát điện lúc có nắng Vì cần phải có tích trữ lượng điện (ví dụ: ac-quy) Ngoài tích trữ lượng điện ổn định điện cho cấp tải Trong số trường hợp đặc biệt, ví dụ tải máy bơm nước, không cần phải hoạt động lúc nắng, hệ không cần thành phần tích trữ lượng Để điều khiển tự động trình dàn pin mặt Trời nạp điện cho ac-quy trình ac-quy phóng điện cấp cho tải tiêu thụ, tránh trạng thái có hại ac- quy bị nạp điện “quá no” phóng điện “quá đói”, ta cần phải dùng điều khiển kiển soát tự động trình phóng nạp cho ac-quy Các thiết bị tiêu thụ điện nói chung cần dòng điện xoay chiều, hiệu điện 220V 110V, tần số 50 ÷ 60 Hz Trong lúc điện từ dàn pin mặt Trời acquy điện chiều Vì vậy, để có dòng điện xoay chiều người ta phải đưa vào hệ thiết bị biến đổi điện Tất thiết bị điều khiển trình phóng nạp điện cho ac-quy, thiết bị biến đổi điện,… có nhiệm vụ chung phối hợp, điều tiết cung cấp cân lượng hệ thống: nên chúng gọi chung thành phần cân lượng, viết tắt là: BOS (Balance of Syetem) Các thiết bị thành phần BOS gây tổn thất lượng điện Vì hệ lượng pin mặt Trời, việc lựa chọn loại thiết bị, chất lượng kích cỡ thiết bị vấn đề quan trọng công tác thiết kế lắp đặt hệ thống Chèn hình Dàn pin mặt Trời * Như biết modun pin mặt Trời có công suất hiệu điện thiết kế trước Để có công suất hiệu điện yêu cầu cho hệ thống lượng cụ thể đó, phải ghép nối nhiều modun lại với Có hai cách ghép nối ghép nối tiếp ghép song song Để có hiệu điện lớn ta ghép nối tiếp modun lại với nhau, để có dòng điện lớn ta ghép song song modun với Trong thực tế dạng thường thấy ghép hổn hợp modun lại với + Ghép nối tiếp modun pin mặt Trời giống + Ghép nối tiếp modun pin mặt Trời không giống + Ghép song song modun pin mặt Trời giống + Ghép song song modun pin mặt Trời không giống * Ghi chú: Các thông số cần biết pin mặt Trời: - Công suất làm việc cực đại Pmax (Wp) - Dòng điện ngắn mạch Isc (A) - Thế hở mạch VOC (V) - Dòng điện làm việc tối ưu IOPT (A) - Thế làm việc tối ưu VOPT (V) - Hiệu suất cực đại η (%) - Vùng nhiệt độ làm việc cho phép (0C) - Kích thước, trọng lượng pin mặt Trời (m, kg) + Các đặc trưng điện phải đo điều kiện tiêu chuẩn quốc tế Cụ thể là: Nguồn xạ để đo phải có phổ phổ xạ mặt Trời, có mật độ 1000 W/m2 nhiệt độ chuẩn Tc = 250C Ngoài đo đạc trên, modun phải đạt tiêu chuẩn khác như: độ cách điện, độ bền học, chịu độ ẩm,… Tích trữ lượng cho hệ pin mặt Trời * Có hai phương pháp phổ biến để tích trữ lượng hệ pin mặt Trời + Phương pháp thứ hòa điện pin mặt Trời vào lưới điện địa phương Lưới điện địa phương lưới điện công nghiệp lưới điện tổ hợp từ máy phát điện khác như: thủy điện, động gió,… Trong phương pháp này, lưới điện địa phương đóng vai trò “bể chứa”, nhằm tích trữ lượng điện dư hệ pin mặt Trời phát lúc có nắng dùng lúc cần thiết Tích trữ kiểu hòa vào lưới điện địa phương thực lâu dài kinh tế, phương pháp thực nơi có lưới điện + Phương pháp thứ hai dùng acquy để tích trữ lượng điện hệ pin mặt Trời Phương pháp ứng dụng mạnh mẽ cho khu vực nông thôn, vùng xa xôi, hẻo lánh,… lưới điện * Một số loại acquy thường dùng cho hệ thống pin mặt Trời + Acquy chì – axit + Acquy Niken – Cadmi (Ni-Cd) + Acquy Niken – Sắt (Ni-Fe) VI BẢO DƯỠNG HỆ PIN MẶT TRỜI Công việc bảo dưỡng hệ lượng pin mặt Trời cần thiết để đảm bảo hệ hoạt động bình thường, đạt tiêu kỹ thuật thiết kế Một ưu điểm hệ pin mặt Trời không cần phải bảo dưỡng thường xuyên Tuy nhiên ta cần phải bảo dưỡng cách kiểm tra định kỳ Đối với việc lau chùi, làm bề mặt hệ pin cực acquy nên thực hàng tháng Các kiểm tra nên thực định kỳ hàng quý năm * Kiểm tra acquy (cho tất acquy) Để kiểm tra acquy ta cần phải kiểm tra đại lượng sau: + Nhiệt độ: Nhiệt độ dung dịch acquy không nên thay đổi 10C + Điện thế: Điện acquy phải nằm khoảng ± 0,05V so với điện trung bình Nếu điện acquy vượt giới hạn cần phải nạp cân cho Mật độ dung dịch điện phân ρ acquy chì – axit phải giới hạn sau: Acquy nạp no, ρ = 1240 kg/m3; Acquy bị phóng điện hoàn toàn, 1130 kg/m3 + Quan sát mắt acquy • Màu bán cực: Bản cực dương phải có màu đen, cực âm có màu xám • Sự giản nở cực: Làm tăng chiều cao cực phần • Sự tạo “cây”: Là “bắc cầu” giửa cực dương âm, gây phóng điện bên acquy làm chậm trình nạp acquy • Sự dung dịch: Do nạp “no” làm bay mạnh dung dịch • Đóng cặn đáy bình: Cho thấy vật liệu hoạt hóa cực bị hao hụt, dung lượng acquy giảm đáng kể • Sự sun-pat hóa: Là tượng xuất lớp bột màu trắng bề mặt cực • Các đầu nối: Không bị hoen gỉ tiếp xúc điện tốt * Kiểm tra dàn pin mặt Trời + Quan sát mắt modun pin mặt Trời để kiểm tra điểm sau: • Nứt, gãy modun pin mặt Trời: Các nứt gãy hư hỏng học trình chế tạo, vận chuyển, lắp đặt,…cũng bị nóng cục • Sự biến đổi màu lớp keo dán: Sự biến đổi màu phần keo dán ép pin mặt Trời modun làm giảm cường độ xạ tới pin giảm dòng modun • Sự bong rộp keo dán: Làm giảm xạ tới pin mặt Trời, làm tăng phản xạ, làm nước xâm nhập vào modun • Lớp bụi bao phủ mặt modun: Làm giảm cường độ xạ tới pin mặt Trời, dẩn đến hiệu ứng nóng cục làm giảm tuổi thọ gây hư hỏng modun pin mặt Trời • Han, gỉ: Nếu phần kim loại pin nối pin bị han gỉ điện trở nội modun tăng lên, làm giảm dòng modun + Kiểm tra đặc trưng điện dàn pin mặt Trời • Đo dòng đoản mạch: Đo dòng đoản mạch biết nhanh chóng tình trạng dàn pin: bị chập, bị gò điện, hay phận dàn pin hư hỏng,… • Đo hiệu điện dàn pin: Đo hiệu điện làm việc dàn pin (các tải acquy làm việc bình thường) cho biết hư hỏng có hệ nguồn Nếu hiệu điện đo thấp nhiều hiệu điện thiết kế hệ nguồn phận hệ nguồn bị hư hỏng Sau đo hiệu điện modun dàn pin ta tìm nguyên nhân hư hỏng • Đo kiểm tra hệ thống tiếp đất, điện trở tiếp đất * Nếu việc kiểm tra bảo dưỡng thực tốt tuổi thọ dàn pin 20 năm Đối với acquy chì tuổi thọ khoảng 2,5 đến năm PHẦN II ỨNG DỤNG CỦA PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI HIỆN NAY I ỨNG DỤNG CỦA PIN MẶT TRỜI TRÊN THẾ GIỚI HIỆN NAY Điều kiện chung Như biết giới đề tài lượng mặt Trời ứng dụng lượng mặt Trời đề tài nóng bỏng Pin mặt Trời ứng dụng tối ưu việc sử dụng nguồn lượng vô tận Trên giới việc sử dụng pin mặt Trời phát triển tất lĩnh vực: máy tính, đồng hồ, đồ dùng cá nhân, đồ dùng ngày… Pin mặt Trời dùng để chạy xe ôtô thay dần nguồn lượng truyền thống, dùng thắp sáng đèn đường, sử dụng hộ gia đình Trong công nghiệp người ta bắt đầu lắp đặt hệ thống điện dùng pin mặt Trời với công suất lớn Hình: Đèn dùng pin mặt Trời Theo tính nhà khoa học giới nguồn lượng mà người tiêu dùng 41,76% dầu mỏ, 24,72% than, 21,16% gas, 6,25% lượng nguyên tử, 6,11% thuỷ điện, nguồn lượng khác mặt trời, gió, sinh học, thuỷ triều chưa 1% nhu cầu lượng nhân loại Trong đó, nguồn lượng truyền thống: dầu khí, gas, than đá ngày cạn kiệt Vì vậy, nhiệm vụ đặt cho nhà quản lý, nhà khoa học giới phải tìm kiếm nguồn lượng có tính khả thi cao bền vững để thay nguồn lượng truyền thống bị cạn kiệt dần Thế Giới sử dụng pin mặt Trời Năm 1978, Quốc hội Mỹ thông qua đạo luật có tên "chính sách xã hội lĩnh vực nguồn lượng" nhằm thúc đẩy ngành công nghiệp sản xuất loại lượng thay Năm 2000 Đức ban bố "Luật phát triển lượng có khả tái sinh" Các công ty nghiên cứu phát triển công nghệ Chính phủ Đức trợ cấp kinh phí, hộ gia đình sử dụng nguồn lượng trợ cấp kinh phí, đến năm 2003 có 100.000 nhà lắp đặt pin mặt trời để phát điện năm 2002 có 90 quốc gia thành phần liên minh lượng phục hồi Johannesburg thức thoả thuận tăng số tiền đầu tư nghiên cứu lĩnh vực lượng tái tạo Hình : Một nhà lắp hệ thống pin mặt Trời Ở Nhật Bản, riêng năm 2000 tăng lượng điện mặt trời lên tới 128 MW (gấp lần trước đó); Philipines điện mặt trời đảm bảo nhu cầu sinh hoạt cho 400.000 dân, 250.000 nhà lắp đặt pin mặt trời Sri Lanka Trung Quốc, Mexico Từ năm 90 Đức, Thụy Sỹ có hàng ngàn nhà lắp đặt pin thu lượng mặt trời theo chương trình hỗ trợ tài Chính phủ, Kenya, từ năm 1993 số nhà sử dụng lượng điện mặt trời nhiều số nhà hệ thống điện quốc gia cung cấp Nam Phi triển khai nhiều chương trình lớn giúp đảm bảo hệ thống điện lượng mặt trời cho hàng triệu người dân Ở Brazil, vùng xa xôi hiểm trở Amazon, điện lượng mặt trời chiếm vị trí đầu bảng Khối EU có 25 triệu m2 thu lượng mặt trời dùng để phát điện đun nước nóng Nhờ sách khuyến khích đầu tư khai thác lượng mặt trời, giá thành 1kWh điện mặt trời - 23 cent (đơn vị tiền tệ Anh), so với 20 năm trước người sử dụng phải tốn 2,5 USD Theo dự tính đến năm 2020, điện lượng mặt trời Mỹ đảm bảo 15% lượng tiêu thụ nước Nhiều tập đoàn lớn đầu tư vào lĩnh vực Shap Corporation Nhật Bản chiếm 27% thị trường sản xuất pin mặt trời giới Hình: Một hệ thống điện mặt trời Los Angeles Ngành công nghiệp lượng Mặt trời ngày bùng nổ cung cấp 2,5% nhu cầu điện giới vào năm 2025 thay cho nguồn nhiên liệu hoá thạch, báo cáo công bố Tổ chức Hòa bình xanh Hiệp hội công nghiệp sản xuất điện từ ánh sáng Mặt trời châu Âu (EPIA) Theo hai tổ chức này, vào năm 2025, “nguồn lượng Mặt trời thay cho sản lượng điện hàng năm khoảng 150 nhà máy điện chạy than đá” Báo cáo cho biết hệ thống sản xuất điện từ ánh sáng Mặt Trời cung cấp 0,5% nhu cầu điện giới tăng lên 2,5% vào năm 2025, sau tăng vọt lên 16% vào năm 2040 Cũng theo báo cáo này, năm 2005, thị trường hệ thống quang điện sử dụng ánh sáng Mặt trời thu 8,1 tỷ euro (10,41 tỷ USD) Con số dự kiến tăng 113,8 tỷ euro vào năm 2025 (Nguồn: nangluongmattroi.blogspot.com ) Hội nghị Năng lượng toàn cầu Born - CHLB Đức năm 2004 khẳng định tâm giới thay 20% lượng điện truyền thống nguồn lượng (trong có điện mặt trời) vào năm 2020 Trên thực tế, lượng mặt trời bước phục vụ hữu hiệu cho phát triển vũ bão hành tinh Yếu tố “sạch” tiêu chí hàng đầu cho công nghệ muốn tồn phát triển kỷ 21 Do đó, công nghiệp lượng mặt trời ngày khẳng định ưu vị trí quan trọng tương lai Năm 2010 tổng sản lượng điện mặt trời giới đạt 14.000 GW; nhắm tới mốc 140.000 GW vào năm 2030 (Nguồn: vietnamnet.vn) II ỨNG DỤNG PIN MẶT TRỜI TẠI VIỆT NAM Điều kiện tự nhiên yếu tố thúc đẩy phát triển pin mặt Trời Việt Nam Theo báo cáo Viện Chiến lược Bộ Kế hoạch & Đầu tư, Viện Năng lượng Việt Nam, Tổng công ty Than Việt Nam, Petro Việt Nam, 10 năm qua nước ta, việc khai thác lượng sơ cấp (than dầu khí, thuỷ năng) tăng trung bình 16,4%/năm Sử dụng lượng sơ cấp tăng bình quân 10%/năm Tốc độ tăng trưởng lượng cuối tăng 11%/năm, cao tăng trưởng kinh tế 1,46% Dự báo năm tới, trung bình năm, lượng khai thác than 25 triệu tấn, dầu thô 20 triệu tấn, khí 18 - 20 tỉ m3 Như vậy, có khai thác cách kinh tế, dầu khí đủ dùng vòng 30 - 40 năm, than có khả sử dụng vòng 60 năm Nhưng bù lại, Việt Nam có xạ mặt trời vào loại cao giới, với số nắng dao động từ 1600 - 2600 giờ/năm, (trung bình xấp xỉ kwh/m2/ngày), đánh giá khu vực có tiềm lớn lượng mặt trời, đặc biệt khu vực miền Trung miền Nam Không thế, theo nhà chuyên môn tương lai, nhu cầu sử dụng thiết bị chạy lượng mặt trời nước ta lớn, kể khu vực thành thị khu vực nông thôn Tại khu vực nông thôn, miền núi hay hải đảo - nơi điều kiện đưa mạng điện lưới quốc gia tới, việc sử dụng hệ thống pin mặt trời hoàn toàn hợp lý Pin mặt trời vừa thay cho thuỷ điện nhỏ mùa hanh khô, vừa nguồn lượng dự trữ điện lưới quốc gia không đủ cung cấp cho người dân Ngay từ năm 80 - 90 kỷ XX, Việt Nam bắt đầu có chương trình cấp Nhà nước lượng tái tạo số đơn vị tham gia Tuy nhiên từ đến nay, hoạt động nghiên cứu, ứng dụng lĩnh vực dừng hình thức nhỏ lẻ, mang tính chất tự phát cảm tính, chưa có sản phẩm chuyển giao công nghệ để sản xuất với quy mô công nghiệp Theo báo cáo Hội thảo hoạt động nghiên cứu ứng dụng lượng & tái tạo Việt Nam PGS - TS Đặng Đình Thống (Trường ĐHBK - HN), nước ta nghiên cứu ứng dụng số nguồn lượng như: lượng mặt trời (nghiên cứu ứng dụng công nghệ pin mặt trời cung cấp điện cho khu vực nông thôn, miền núi nơi chưa có điện; nhiệt mặt trời chủ yếu để sản xuất nước nóng, nước sạch, chưng cất nước mắm, sấy sản phẩm công nghiệp, v.v ) Hiện nay, Việt Nam thực số dự án lớn như: Chương trình hành động lượng mới, xây dựng kế hoạch phát triển ứng dụng lượng & tái tạo Ngân hàng giới tài trợ; Dự án cung cấp điện hệ thống pin mặt trời cho 300 trung tâm xã thuộc khu vực miền núi đặc biệt khó khăn Uỷ ban Dân tộc & Miền núi làm chủ đầu tư, nhiều dự án khác vẩn thực (nguồn: thoibaokinhte.vn & nangluongmattroi.blogspot.com) Những ứng dụng cụ thể pin mặt Trời Việt Nam Tại Việt Nam, từ năm 1989 điện mặt trời ứng dụng phát triển cách rộng rãi Tuy nhiên, thực tế cho thấy phát triển giới hạn khu vực nông thôn, vùng xa xôi hẻo lánh, trung tâm tỉnh, thành phố lớn đối tượng sử dụng điện mặt trời Ông Trịnh Quang Dũng, Phân viện Vật lý Việt Nam cho biết, điện mặt trời gia đình bắt đầu ứng dụng rộng rãi Việt Nam từ năm 1989 Cho đến nay, có 3.000 hộ dân vùng sâu, vùng xa điện khí hóa hệ điện mặt trời gia đình, 8.500 hộ sử dụng điện mặt trời qua trạm sạc ắc quy hàng trăm làng, nhà văn hóa, trạm thu vệ tinh, viễn thông điện mặt trời đời… Từ năm 1995, buôn Chăm xã Eahsol huyện Eahleo tỉnh Đác Lắc xã điện khí hóa 100%, bao gồm 180 nhà dân công trình công cộng địa phương sử dụng điện mặt trời Mô hình trạm sạc ắc quy điện mặt trời sử dụng phổ biến có tính kinh tế cao, giá thành lắp đặt rẻ Hiện Solarlap xây dựng 50 trạm sạc ắc quy cung cấp điện mặt trời cho khoảng 8.000 hộ dân Nhà văn hóa biên giới Tây Ninh (1996), buôn Chăm (Đắc Lắc năm 2002) Minh Hưng (Bình Phước năm 2004)… Điều đáng nói có nhiều nơi trạm điện mặt trời cung cấp cho địa điểm sinh hoạt đông người nhà văn hóa, hội trường, nơi họp cộng đồng, tổ chức đám cưới, lễ hội… Chỉ tính riêng TP Hồ Chí Minh, khu vực ngoại thành Bình Chánh, Cần Giờ, Củ Chi, điện mặt trời ứng dụng nhiều trạm điện mặt trời Nhà văn hóa Tam Thôn Hiệp Cần Giờ xây dựng từ năm 1990 với công suất 30Wp pin mặt trời, Nhà văn hóa điện mặt trời xã Bình Mỹ huyện Củ Chi với tổng công suất 1.000Wp, trạm điện mặt trời Bệnh viện Hóc Môn với công suất 300Wp, trạm điện mặt trời đảo Thạnh An với công suất 500Wp Đặc biệt công trình điện mặt trời đảo Thiềng Liềng, xã Cán Gáo dự án phát triển điện mặt trời phục vụ cho rừng phòng hộ huyện Cần Giờ Trong đó, công trình điện mặt trời đảo Thiềng Liềng với công suất 3.000Wp cung cấp điện cho 50% số hộ dân sống đảo Riêng dự án điện mặt trời rừng phòng hộ Cần Giờ có công suất 150Wp – 300Wp cung cấp điện mặt trời cho hộ rừng tiểu khu quản lý bảo vệ rừng, giúp đơn vị bảo đảm thông tin liên lạc 24/24 giờ.(ghi chú: Peak Watt công suất đỉnh hay công suất cực đại Pin, viết tắt là: Wp) Tính đến cuối năm 1999, nước lắp đặt khoảng 70 thiết bị sấy, 70 thiết bị đun nóng, 600 dàn pin hàng loạt thiết bị chưng cất nước nhiều khu vực Những thiết bị hàng năm tạo lượng điện đáng kể từ ánh sáng mặt trời cung cấp cho người dân, đồng thời tiết kiệm cho Nhà nước hàng tỷ đồng (Nguồn: nangluongmattroi.blogspot.com & saigongiaiphong.vn) Sở Khoa học công nghệ TP.HCM tài trợ tỷ đồng triển khai lắp đặt “Công trình cung cấp điện lượng mặt trời lượng gió” đảo Trường Sa Đây dự án nhằm giúp quân dân thị trấn Trường Sa huyện Trường Sa tỉnh Khánh Hoà cải thiện bước sở vật chất, có nguồn điện thắp sáng phục vụ sinh hoạt hàng ngày Hình : Dàn pin mặt Trời đảo Trường Sa Kỹ sư Diệp Thế Cường, chuyên viên kỹ thuật phụ trách công trình cho biết: “Mô hình bước đầu đem lại kết khả quan Với khí hậu thời tiết khu vực Trường Sa đầy nắng gió công trình phát huy hiệu tích cực” Thông tin từ hội thảo Điện mặt trời công nghiệp (TP.HCM, 26-27/09/08) cho thấy, nhiều dự án ứng dụng pin điện mặt trời triển khai nhà máy pin lượng mặt trời Việt Nam vừa khởi công nhằm thay dần nguồn lượng điện truyền thống Về việc triển khai dự án ứng dụng pin điện mặt trời, GS.TS Châu Văn Minh - Chủ tịch Viện Khoa học Công nghệ Việt Nam cho biết giao Viện Vật lý TP.HCM triển khai hiệu dự án theo Nghị định thư Việt Nam - CHLB Đức, Việt Nam - Tây Ban Nha tới Việt Nam - Cu Ba Trong nước, triển khai Phú Quốc, Buôn Chăn (Đắk Lắk), Sóc Bom Bo (Bình Phước), quần đảo Trường Sa, đảo Cồn Cỏ Ngày 20/03/08, nhà máy sản xuất pin sử dụng lượng mặt trời Việt Nam thức khởi công xây dựng Công trình hứa hẹn cho đời sản phẩm có giá thành thấp pin nhập từ 15% đến 20% Công trình xây dựng cụm công nghiệp nhựa Hòa Đức, tỉnh Long An, dự án phối hợp đầu tư Trung tâm Tiết kiệm lượng TP HCM Công ty cổ phần lượng Mặt Trời Đỏ Tổng vốn đầu tư 10 triệu USD Theo kế hoạch, giai đoạn 1, nhà máy lắp ráp panel pin mặt trời từ linh kiện nhập với công suất cung cấp megawat điện năm 40% sản phẩm dùng phục vụ thị trường nước, 60% gia công xuất Các loại pin mặt trời sản xuất giai đoạn cho 75 - 125 wat điện Giai đoạn 2, dự kiến khởi công vào năm 2010 Nhà máy sản xuất linh kiện lắp ráp pin từ nguyên liệu nước Hình : Phối cảnh nhà máy sản xuất pin sử dụng lượng mặt trời (Nguồn: vietnamnet.vn) [...]... kê năm 1989) IV 1 PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI Sơ lược về Pin năng lượng mặt Trời Khái niệm Pin năng lượng mặt trời (hay pin quang điện, tế bào quang điện), là thiết bị bán dẫn chứa lượng lớn các diod p-n, duới sự hiện diện của ánh sáng mặt trời có khả năng tạo ra dòng điện sử dụng được Sự chuyển đổi này gọi là “hiệu ứng quang điện” Hình 10 Một tế bào quang điện Các pin năng lượng mặt trời có nhiều ứng... Một số loại pin mặt Trời khác * Pin mặt Trời vô định hình Si (a-Si) * Pin mặt Trời vô định hình bán dẩn hợp chất * Pin mặt Trời trên cơ sở vật liệu CuInSe2 * Pin mặt Trời trên cơ sở vật liệu CdTe * Pin mặt Trời có độ rộng vùng cấm giảm dần * Pin mặt Trời hội tụ Vùng cấm Eg(eV) 1,5 ÷ 1,7 2,26 2,4 2,2 ÷ 2,4 1,3 0,8 0,9 1,4 Loại độ dẩn p/n p n p/n p/n p/n p p/n V HỆ THỐNG NGUỒN ĐIỆN PIN MẶT TRỜI * Giới... Thuyết lượng tử vừa được công bố vào năm 1900 của Max Planck Các công trình này đã dẫn đến sự công nhận về bản chất hạt của ánh sáng, và sự phát triển của lý thuyết lưỡng tính sóng - hạt của ánh sáng 2 Pin năng lượng mặt trời Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của Pin năng lượng mặt Trời Pin năng lượng mặt Trời (hay Pin mặt Trời) có cấu tạo cũng khá đơn giản Gồm một lớp tiếp xúc bán dẩn pn có khả năng biến... biến đổi quang điện của pin mặt Trời là thiết kế, chế tạo các pin mặt Trời gồm một số lớp pn để tăng cường khả năng hấp thụ photon có năng lượng khác nhau trong phổ bức xạ mặt Trời Hình 12 Nguyên lý hoạt động của pin mặt Trời Các đặc trưng điện của pin mặt Trời Sơ đồ tương đương Khi được chiếu sáng, nếu ta nối các bán dẩn p và n của một tiếp xúc pn bằng một dây dẩn, thì pin mặt Trời phát ra một dòng... của mặt trời vẫn không thay đổi trong thời gian hàng tỷ năm nửa Mỗi ngày mặt trời sản xuất một nguồn năng lượng qua phản ứng nhiệt hạch lên đến 9.1024 kWh, (tức là chưa đầy một phần triệu giây mặt trời đã giải phóng ra một lượng năng lượng tương đương với tổng số điện năng sản xuất trong một năm trên trái đất) 2 Hình 6 Cấu trúc mặt Trời Năng lượng bức xạ mặt trời Trong toàn bộ bức xạ của mặt trời, ... nhỏ, ta có thể dùng công nghệ nguồn pin mặt Trời độc lập Phần lớn các ứng dụng nguồn điện mặt Trời ở khu vực nông thôn, vùng sâu ở các nước đang phát triển thì ta nên sử dụng công nghệ nguồn độc lập Dưới đây chúng ta sẽ nghiên cứu loại hệ nguồn Hệ pin mặt Trời pin mặt Trời độc lập đơn giản 1 Hệ thống nguồn điện pin mặt Trời tổng quát Một hệ thống năng lượng pin mặt Trời độc lập được định nghĩa là một... tổ hợp của các thành phần sau đây: - Dàn pin mặt Trời hay máy phát điện mặt Trời; - Bộ tích trữ điện năng; - Các thiết bị điều khiển, biến đổi điện, tạo cân bằng năng lượng trong hệ; - Các tải (thiết bị) tiêu thụ điện Sơ đồ khối của một hệ thống năng lượng pin mặt Trời tổng quát được thể hiện qua hình 3.1** Dàn pin mặt Trời gồm một hoặc một số modun pin mặt Trời ghép (song song, nối tiếp hay hổn hợp)... Đóng gói các pin mặt Trời thành modun Các pin mặt Trời sẽ phải làm việc ở điều kiện ngoài trời lâu dài Vì vậy để bảo vệ các lớp tiếp xúc và dây nối, bảo vệ vật liệu cách điện và do đó muốn tăng tuổi thọ pin mặt Trời ta cần phải đóng kín pin mặt Trời trong các vật liệu trong suốt Tất nhiên không thể đóng gói từng pin mà ta có thể đóng gói nhiều pin để tạo thành một modun (tấm) pin mặt Trời Khi đóng... mạch (có thể là điện trở trong của pin mặt Trời) Như vậy, một pin mặt Trời được chiếu sáng có sơ đồ tương đương như sau: I Rs ID IΦ + Ish + _ Isc I Rsh Im PM V _ O (a) (b) Vm Voc V Hình 13: Sơ đồ tương đương của pin mặt Trời (a) Đường đặc trưng sáng của pin mặt Trời (b) Từ sơ đồ tương đương, có thể dể dàng viết được phương trình đặc trưng sáng von-ampe của pin mặt Trời như sau: q (V + Rs I  V + Rs... suất đỉnh Pin mặt Trời Popt = Vopt Iopt và tích số Voc.Ioc FF = Vopt I opt VOC I SC (2.11) 3 Sơ lược về công nghệ chế tạo pin mặt Trời Si Hiện nay, khoảng 90% các pin mặt Trời được sản xuất và ứng dụng là các pin mặt Trời từ vật liệu silicon (Si) dưới dạng đơn tinh thể, hoặc đa tinh thể hoặc vô định hình nhưng chủ yếu là dạng tinh thể Vì vậy dưới đây ta chỉ nghiên cứu công nghệ chế tạo pin mặt Trời tin ... số loại pin mặt Trời khác * Pin mặt Trời vô định hình Si (a-Si) * Pin mặt Trời vô định hình bán dẩn hợp chất * Pin mặt Trời sở vật liệu CuInSe2 * Pin mặt Trời sở vật liệu CdTe * Pin mặt Trời có... IV PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI Sơ lược Pin lượng mặt Trời Khái niệm Pin lượng mặt trời (hay pin quang điện, tế bào quang điện), thiết bị bán dẫn chứa lượng lớn diod p-n, duới diện ánh sáng mặt trời. .. CỦA PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI HIỆN NAY I ỨNG DỤNG CỦA PIN MẶT TRỜI TRÊN THẾ GIỚI HIỆN NAY Điều kiện chung Như biết giới đề tài lượng mặt Trời ứng dụng lượng mặt Trời đề tài nóng bỏng Pin mặt Trời