Nghiên cứu ứng dụng mô hình khảo sát đặc tuyến v a của pin quang điện

ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP TP.HCM KHOA CƠNG NGHỆ ĐIỆN KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG MƠ HÌNH KHẢO SÁT ĐẶC TUYẾN V-A CỦA PIN QUANG ĐIỆN SINH VIÊN : Lê Huỳnh Minh Khang Nguyễn Hoài Bảo MSSV : 15090441 15053661 LỚP : DHDI11CTT GVHD : THS Phạm Quốc Nghiệp TP HCM, NĂM 2019 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP HCM KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN PHIẾU GIAO NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên/ nhóm sinh viên giao đề tài LÊ HUỲNH MINH KHANG MSSV:15090441 NGUYỄN HOÀI BẢO MSSV:15053661 Tên đề tài NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG MƠ HÌNH KHẢO SÁT ĐẶC TUYẾN V-A CỦA PIN QUANG ĐIỆN Nhiệm vụ (Nội dung số liệu ban đầu) - TÌM HIỂU VỀ MẶT TRỜI VÀ PIN QUANG ĐIỆN - TÌM HIỂU ĐIỀU HƯỚNG PIN QUANG ĐIỆN - THIẾT KẾ VÀ THI CƠNG MƠ HÌNH KHẢO SÁT ĐẶC TUYẾN V-A CỦA PIN QUANG ĐIỆN Kết dự kiến MƠ HÌNH KHẢO SÁT ĐẶC TUYẾN V-A CỦA PIN QUANG ĐIỆN Giảng viên hướng dẫn Tp HCM, ngày tháng Sinh viên Trưởng môn i năm 2019 NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN - ii MỤC LỤC PHIẾU GIAO NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP i NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẨN ii MỤC LỤC iii DANH SÁCH CÁC HÌNH v DANH SÁCH CÁC BẢNG viii CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI 1.1 Giới thiệu mặt trời 1.2 Cấu tạo mặt trời 1.3 Quỷ đạo trái đất so với mặt trời 1.4 Bức xạ mặt trời 1.4.1 Bức xạ hạt 1.4.2 Bức xạ điện từ 1.4.3 Năng lượng xạ mặt trời 1.5 Các phương pháp thu lượng mặt trời 1.6 Tình hình sử dụng điện lượng mặt trời Việt Nam 17 1.6.1 Cường độ xạ trung bình Việt Nam 17 1.6.2 Các nhà máy pin quang điện việt nam 21 CHƯƠNG 2: PIN QUANG ĐIỆN 25 2.1 Giới thiệu pin quang điện 25 2.1.1 giới thiệu chung pin quang điện 25 2.1.2 Tấm Pin lượng mặt trời 30 2.2 Các loại pin sản xuất 34 2.2.1 Monocrystalline 34 2.2.2 Polycrystalline 35 2.2.3 Pin mặt trời dạng phim mỏng 36 2.2.4 So sánh loại pin mặt trời 37 iii 2.2.5 Solar Cell – Tế bào quang điện pin quang điện 38 2.3 Hiệu suất pin quang điện 39 2.3.1 Nguyên lý hoạt động 39 2.3.2 Ứng dụng 41 2.4 Ưu nhược điểm 44 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ THI CƠNG MƠ HÌNH KHẢO SÁT ĐẶC TUYẾN VA CỦA PIN QUANG ĐIỆN 45 3.1 Giới thiệu mơ hình 45 3.2 Thiết kế thi cơng mơ hình 47 3.3 Phiếu hướng dẩn thực hành khảo sát mơ hình 50 3.3.1 Chuẩn bị thực hành 50 3.3.2 Đấu nối theo sơ đồ đo thông số 50 3.3.3 Vẽ đặc tuyến thay đổi theo tải trở 52 CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT PHÁT TRIỂN 53 Phụ lục 52  Tài liệu tham khảo 57  Lời cảm ơn 58 iv DANH SÁCH CÁC HÌNH Hình 1.1 Mặt cắt cấu trúc mặt trời Hình 1.2 Cấu tạo mặt trời Hình 1.3 Quỷ đạo trái đất so với mặt trời Hình 1.3.1 điểm cân lực hấp dẩn Hình 1.4 Hiệu ứng nhà kính Hình 1.4.1 Bức xạ hạt Hình 1.4.2 Bức xạ điện từ Hình 1.5.1 Sử dụng nhiều lớp pin Hình 1.5.2 mơ hình thí nghiệm tách phân tử nước đê sx NLMT Hình 1.5.3 Ảnh phác họa đưa thí nghiệp lên quy mơ cơng nghiệp Hình 1.5.4 Máy nước nóng NLMT 10 Hình 1.5.5 Sưởi ấm NLMT 10 Hình 1.5.6 Chưng cất nước sấy khô NLMT 11 Hình 1.5.7 Lị nung NLMT 12 Hình 1.5.8 Bếp NLMT 12 Hình 1.5.9 Bơm NLMT 13 Hình 1.5.10 Quang điện mặt trời 13 Hình 1.5.11 Nhiệt điện mặt trời 14 Hình 1.5.12 Nhà xanh NLMT 14 Hình 1.5.13 Xe chạy NLMT 15 Hình 1.5.14 Đèn đường chiếu sáng NLMT 15 Hình 1.6.1 đồ xạ mặt trời Việt Nam 18 Hình 1.6.2.1 TTC Krơng Pa 20 Hình 1.6.2.2 TTC Phong Điền 21 Hình 1.6.2.3 Nhà máy điện mặt trời Cư Jút 22 Hình 1.6.2.4 Nhà máy điện mặt trời Cát Hiệp, Bình Định 22 Hình 1.6.2.5 Nhà máy điện vĩnh hảo 6( Bình Thuận) 23 Hình 2.1.1.1 Các lớp pin quang điện 24 Hình 2.1.1.2 Sơ đồ cấu tạo pin quang điện 25 Hình 2.1.1.3 Cách khắc phục cell pin bị hỏng, bóng che 26 v Hình 2.1.1.1 Góc thiên độ 26 Hình 2.1.1.5 Góc cao độ trưa 27 Hình 2.1.2.1 Pin sử dụng bypassdiode 30 Hình 2.1.2.2 Đặc tuyến V-I tế bào quang điện thông thường với cường độ chiếu sáng tăng dần 30 Hình 2.1.2.3 Ảnh hưởng nhiệt độ đến điện áp dòng điện với cường độ sáng cố định chiếu tới tế bào 31 Hình 2.1.2.1 Đặc tính V-A công suất – điện áp pin mặt trời với cường độ sáng khác (Pin mặt trời 225 W hãng SHARP) 31 Hình 2.2.1 pin Monocrystalline 32 Hình 2.2.2 pin Polycrystalline 33 Hình 2.2.3 Pin mặt trời dạng phim mỏng 34 Hình 2.3 Hiệu suất pin quang điện 36 Hình 2.3.1 Nguyên lý hoạt động 37 Hình 2.3.2 Trạm xe buýt chiếu sáng tự động 38 Hình 2.3.2.1 sản xuất hydro 39 Hình 2.3.2.2 Ứng dụng ni tơm 39 Hình 2.3.2.3 Ứng dụng vào đen giao thông 40 Hình 3.1 Sơ đồ nguyên lý 42 Hình 3.2 Mơ hình đặc tuyến V-A pin quang điện 46 Hình 3.3.3 Đặc tuyến theo tải trở 48 Hình 4.2 Cơng suất phát điện mặt trời (PMT) hàng năm giai đoạn 2004-2013 toàn cầu 50 Hinh 4.3 Đầu tư (tỷ USD) công suất điện PMT xây dựng thêm hàng năm (GW) toàn cầu giai đoạn 2004-2013 50 Hình 4.4 Công suất nhiệt điện mặt trời (CSP) phân theo quốc gia vùng lãnh thổ (REN21-2014) 51 Hình 4.5 Tổng cơng suất loại thiết bị nước nóng NLMT hàng năm tồn cầu giai đoạn 2000-2013 (REN21-2014) 51 vi Hình 4.6 Thị phần cơng suất lắp đặt thiết bị nước nóng NLMT 10 nước dẫn đầu giới 52 DANH SÁCH CÁC BẢNG Bảng 1.6.1.1 Số liệu xạ mặt trời Việt Nam 17 Bảng 1.6.1.2 Lượng tổng xạ mặt trời trung bình ngày/tháng/năm nước ta 19 Bảng 1.6.1.3 Số nắng cường dộ xạ khu vực Tây Bắc 20 Bảng 2.1.1 Tra cứu n(số ngày theo thời điểm) 27 Bảng 2.2.4 So sánh loại pin 35 Bảng 2.4 Ưu nhược điểm pin quang điện 41 Bảng 3.1 Thống kê vật liệu 43 Bảng 3.3.2 Thông số đo thay đổi theo tải 47 Bảng 4.1 Tốc độ tăng trưởng trung bình (%) cơng suất phát điện NLTT giai đoạn 2008-2013 năm 2013 (nguồn REN21-2014) 50 vii Khóa luận tốt nghiệp Lê Huỳnh Minh Khang Nguyễn Hoài Bảo CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI 1.1 Giới thiệu mặt trời Mặt Trời trung tâm Hệ Mặt Trời, chiếm khoảng 99,86% khối lượng Hệ Mặt Trời Trái Đất thiên thể khác hành tinh, tiểu hành tinh, thiên thạch, chổi, bụi quay quanh Mặt Trời Khoảng cách trung bình Mặt Trời Trái Đất xấp xỉ 149,6 triệu kilômét (1 Đơn vị thiên văn AU) nên ánh sáng Mặt Trời cần phút 19 giây đến Trái Đất Trong năm, khoảng cách thay đổi từ 147,1 triệu kilômét (0,9833 AU) điểm cận nhật (khoảng ngày tháng 1), tới xa 152,1 triệu kilômét (1,017 AU) điểm viễn nhật (khoảng ngày tháng 7) Năng lượng Mặt Trời dạng ánh sáng hỗ trợ cho hầu hết sống Trái Đất thơng qua q trình quang hợp, điều khiển khí hậu thời tiết Trái Đất Thành phần Mặt Trời gồm hydro (khoảng 74% khối lượng, hay 92% thể tích), heli (khoảng 24% khối lượng, 7% thể tích), lượng nhỏ nguyên tố khác, gồm sắt, nickel, oxy, silic, lưu huỳnh, magiê, carbon, neon, canxi, crom Mặt Trời có hạng quang phổ G2V G2 có nghĩa có nhiệt độ bề mặt xấp xỉ 5.778 K (5.505 °C) khiến có màu trắng, thường có màu vàng nhìn từ bề mặt Trái Đất tán xạ khí Chính tán xạ ánh sáng giới hạn cuối màu xanh quang phổ khiến bầu trời có màu xanh Quang phổ Mặt Trời có chứa vạch ion hố kim loại trung tính đường hydro yếu Trong lớp quang phổ thể Mặt Trời, hầu hết khác, thuộc dãy Điều có nghĩa tạo lượng tổng hợp hạt nhân hạt nhân hydro thành heli Có 100 triệu ngơi lớp G2 Ngân Hà Từng bị coi nhỏ tầm thường thực tế theo hiểu biết tại, Mặt Trời sáng 85% Ngân Hà với đa số lùn đỏ Khóa luận tốt nghiệp Lê Huỳnh Minh Khang Nguyễn Hồi Bảo Hình1.1 mặt cắt cấu trúc mặt trời Khóa luận tốt nghiệp Lê Huỳnh Minh Khang Nguyễn Hoài Bảo CHƯƠNG THIẾT KẾ VÀ THI CƠNG MƠ HÌNH KHẢO SÁT ĐẶC TUYẾN V-A CỦA PIN QUANG ĐIỆN 3.1 Giới thiệu mơ hình Chức năng: khảo sát đặc tuyến V-A pin quang điện SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ Hình 3.1 Sơ Đồ nguyên lý 45 Khóa luận tốt nghiệp  Lê Huỳnh Minh Khang Nguyễn Hồi Bảo Các thiết bị sử dụng mơ hình: Các sắt chữ V lỗ Đồng hồ ampe kế kim DC 5A Đồng hồ đo voltage kim DC 30V Biến trở 46 Khóa luận tốt nghiệp Lê Huỳnh Minh Khang Nguyễn Hoài Bảo Đèn halogen 1000w Tấm pin quang điện 50w - Và dụng cụ khác : chi cắm, dây điện, ống lồng dây điện, ốc vít, kềm,… Bảng 3.1 thống kê vật liệu 3.2 Thiết kế thi cơng mơ hình 47 Khóa luận tốt nghiệp Lê Huỳnh Minh Khang Nguyễn Hồi Bảo 48 Khóa luận tốt nghiệp Lê Huỳnh Minh Khang Nguyễn Hoài Bảo 49 Khóa luận tốt nghiệp Lê Huỳnh Minh Khang Nguyễn Hồi Bảo Hình 3.2 mơ hình đặc tuyến V-A pin quang điện 50 Khóa luận tốt nghiệp 3.3 Lê Huỳnh Minh Khang Nguyễn Hoài Bảo Phiếu hướng dẩn thực hành khảo sát 3.3.1 chuẩn bị Dây cắm Đồng hồ đo lux kế Đồng hồ VOM Kiểm tra sơ lượn mơ hình Nối dây theo sơ đồ Kiểm tra chui cắm mơ hình Bật cb đèn Bật cb pin Vắn núm vặn cho đèn chiếu sang, đợi khoảng 5s cho pin hấp thụ, tiến hành đo ghi thông số vào bảng bên 3.3.2 Đấu nối theo sơ đồ đo thông số Nội dung thực hành: - B1: Đấu nối theo sơ đồ - B2: kiểm tra nguồn - B3: Bậc CB đèn, CB mạch - B4: Vận hành mơ hình đo thơng số Có trường hợp: - TH1: Thay đổi tải - TH2: Thay đổi cường độ sáng 51 Khóa luận tốt nghiệp Lê Huỳnh Minh Khang Nguyễn Hoài Bảo TH1: Thay đổi tải Tải trở (Ω) Bức xạ (lux) Dịng điện (A) Điện áp(V) Cơng suất(W) 25 2000 0.8 19.4 15.52 50 2000 0.4 20 75 2000 0.23 20 4.6 100 2000 0.2 20 Bảng 3.3.2 thông số đo thay đổi tải TH2: Thay đổi cường độ sáng Tải trở(Ω) Bức xạ(lux) Dòng điện (A) Điện áp(V) Công suất(W) 25 1000 0.79 15 11.85 50 1000 0.39 19.3 7.527 75 1000 0.22 20.2 4.444 100 1000 0.18 20.8 3.744 52 Khóa luận tốt nghiệp Lê Huỳnh Minh Khang Nguyễn Hoài Bảo 3.3.3 Vẽ đặc tuyến thay đổi theo tải trở 25 20 19.4 15 15.52 20 20 20 4.6 10 0.8 25 0.4 50 dòng điện (A) 0.23 điện áp(V) 75 0.2 100 cơng suất Hình 3.3.3 Đặc tuyến theo tải trở Chart Title 120 100 80 60 40 20 1000 Tải trở(Ω) 1000 Dòng điện (A) 1000 Dòng điện (A)2 Hình 3.3.3 Đặc tuyến theo độ sáng 53 1000 Cơng suất(W) Khóa luận tốt nghiệp Lê Huỳnh Minh Khang Nguyễn Hoài Bảo CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT PHÁT TRIỂN Điện ngày đóng vai trị quan trọng đời sống người Chính ưu điểm vượt trội so với nguồn lượng khác (như: dễ chuyển thành dạng lượng khác, dễ truyền tải xa, hiệu suất cao) mà ngày điện sử dụng rộng rãi lĩnh vực từ công nghiệp, dịch vụ, phục vụ đời sống sinh hoạt ngày gia đình Có thể nói ngày khơng quốc gia giới không sản xuất tiêu thụ điện năng, tương lai nhu cầu người nguồn lượng đặc biệt tiếp tục cao Hiện nay, đất nước ta đường cơng nghiệp hóa- đại hóa nên nhu cầu sử dụng điện tất lĩnh vực ngày tăng Vì lượng điện có vai trị quan trọng phát triển kinh tế ổn định trị xã hội.Với tính ưu việt điện sử dụng rộng rãi, thiếu sinh hoạt sản xuất xây dựng nhà máy, khu cơng nghiệp hay tịa nhà cao tầng vấn đề xây dựng hệ thống điện để cung cấp điện cho tải tiêu thụ thiếu Hệ thống điện ngày phức tạp, địi hỏi việc thiết kế cung cấp có nhiệm vụ đề phương án cung cấp điện hợp lí tối ưu Một phương án cung cấp điện tối ưu giảm chi phí đầu tư xây dựng hệ thống điện giảm tổn thất điện vận hành đơn giản thuận tiện việc bảo trì sửa chữa Ngày nguồn lượng sơ cấp có nguy bị suy kiệt, người ngày có nhu cầu sử dụng điện cao nên việc khai thác tài nguyên sơ cấp nhiều để cung cấp đủ lượng điện cho người sử dụng Mà quy trình chuyển nguồn lượng sơ cấp sang điện thương gây ô nhiễm môi trường Nên yêu cầu cấp thiết tìm kiếm nguồn lượng sử dụng tương lai, ứng dụng nguồn lượng thiết kế cung cấp điện cho người 54 Khóa luận tốt nghiệp Lê Huỳnh Minh Khang Nguyễn Hồi Bảo Trên sở hướng dẫn thầy Vũ Hoàng Hải hướng dẩn giúp đở truyền đạt kiến thức lượng mặt trời, nguồn lượng sạch, hữu ích lúc nhóm chúng em xin cám ơn thầy giúp đở tụi em Tốc độ tăng trưởng công suất điện NLTT (%) Nhiệt (%) Giao thông vận tải (Nhiên liệu sinh học, %) Thời gian Địa nhiệt Thủy điện Điện MT (PV) Nhiệt điện MT NL gió Nhiệt Mặt SX ethanol SX biodiesel trời 2008-2013 3,2 3,7 55 48 21 14 5,7 11 2013 4,2 39 35 12,4 15,7 5,6 11,4 Bảng 4.1 Tốc độ tăng trưởng trung bình (%) cơng suất phát điện NLTT giai đoạn 2008-2013 năm 2013 (nguồn REN21-2014) Hình 4.2 Cơng suất phát điện mặt trời (PMT) hàng năm giai đoạn 2004-2013 tồn cầu 55 Khóa luận tốt nghiệp Lê Huỳnh Minh Khang Nguyễn Hoài Bảo Hinh 4.3 Đầu tư (tỷ USD) công suất điện PMT xây dựng thêm hàng năm (GW) tồn cầu giai đoạn 2004-2013 Hình 4.4 Công suất nhiệt điện mặt trời (CSP) phân theo quốc gia vùng lãnh thổ (REN21-2014) 56 Khóa luận tốt nghiệp Lê Huỳnh Minh Khang Nguyễn Hồi Bảo Hình 4.5 Tổng cơng suất loại thiết bị nước nóng NLMT hàng năm tồn cầu giai đoạn 2000-2013 (REN21-2014) Hình Thị phần công suất lắp đặt thiết bị nước nóng NLMT 10 nước dẫn đầu giới 57 Khóa luận tốt nghiệp Lê Huỳnh Minh Khang Nguyễn Hồi Bảo  Tài liệu tham khảo [1] Gilbert M.masters, Renewable and Efficient Electric Power Systems, NXB Stanford University, 2004 [2] TS Hoàng Dương Hùng, Năng lượng mặt trời – Lý thuyết & ứng dụng, NXB Vũ Phong Solar, 2016 [3] Duy Tân, Nghiên cứu, khảo sát lượng mặt trời biến đổi điện tử công suất http://kdientu.duytan.edu.vn/media/49971/nghien-cuu-ve-nang-luong-mattroi-va-cac-bo-bien-doi-dien-tu-cong-suat.pdf [4] S.Phương, Ưu khuyết điểm lượng mặt trời, 13:00 | 03/03/2018 https://petrotimes.vn/uu-khuyet-diem-cua-nang-luong-mat-troi-502614.html [5] Vũ Phong, Cường độ xạ lượng mặt trời việt nam, 11/04/2016 https://solarpower.vn/cuong-do-buc-xa-nang-luong-mat-troi-tai-cac-khu-vuc-viet-nam/ [6] Bách khoa toàn thư mở Wikipedia tiếng Việt https://vi.wikipedia.org/wiki/M%E1%BA%B7t_Tr%E1%BB%9Di [7] REN21, Renewables 2011, Global Status Report, August 2011 [8] REN21, Renewables 2014, Global Status Report, December 2014 58 Khóa luận tốt nghiệp Lê Huỳnh Minh Khang Nguyễn Hoài Bảo LỜI CẢM ƠN Trong thời gian làm đồ án tốt nghiệp, em nhận nhiều giúp đỡ, đóng góp ý kiến bảo nhiệt tình thầy cơ, gia đình bạn bè Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Thầy VŨ HOÀNG HẢI, giảng viên Bộ môn Cung Cấp Điện-trường đại học cơng nghiệp TP.HCM người tận tình hướng dẫn, bảo em suốt q trình làm khố luận Em xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo trường ĐHCN TP.Hồ Chí Minh nói chung, thầy Bộ mơn Cung Cấp Điện nói riêng dạy dỗ cho em kiến thức môn đại cương mơn chun ngành, giúp em có sở lý thuyết vững vàng tạo điều kiện giúp đỡ em suốt trình học tập Tuy nhiên trình nghiên cứu xây dựng đề tài, kiến thức chuyên ngành yếu, hạn chế nên em vẩn cịn nhiều thiếu sót tìm hiểu, đánh già trình bày đề tài Rất mong nhận quan tâm góp ý thầy cô giảng viên môn để đề tài em đầy đủ hoàn chỉnh Cuối cùng, em xin chân thành cảm ơn gia đình bạn bè, tạo điều kiện, quan tâm, giúp đỡ, động viên em suốt trình học tập hồn thành khố luận tốt nghiệp Em xin chân thành cảm ơn Sinh viên thực Lê Huỳnh Minh Khang Nguyễn Hoài Bảo 59 ... HÌNH KHẢO SÁT ĐẶC TUYẾN V- A C? ?A PIN QUANG ĐIỆN Kết dự kiến MƠ HÌNH KHẢO SÁT ĐẶC TUYẾN V- A C? ?A PIN QUANG ĐIỆN Giảng viên hướng dẫn Tp HCM, ngày tháng Sinh viên Trưởng môn i năm 2019 NHẬN XÉT C? ?A. .. CHƯƠNG PIN QUANG ĐIỆN 2.1 Giới thiệu pin quang điện 2.1.1 Giới thiệu chung pin quang điện Pin quang điện nguồn điện quang chuyển h? ?a thành điện Pin quang điện hoạt động d? ?a tượng quang điện chất... CỨU ỨNG DỤNG MƠ HÌNH KHẢO SÁT ĐẶC TUYẾN V- A C? ?A PIN QUANG ĐIỆN Nhiệm v? ?? (Nội dung số liệu ban đầu) - TÌM HIỂU V? ?? MẶT TRỜI V? ? PIN QUANG ĐIỆN - TÌM HIỂU ĐIỀU HƯỚNG PIN QUANG ĐIỆN - THIẾT KẾ V? ? THI