3. Kiến thức chuyên môn:
4.1. Giới thiệu mô hình tự động điều hướng pin mặt trời (tracking solar)
Theo khảo sát, tại một vị trí trong một ngày hè trung bình sẽ được chiếu sang khoảng 8 tiếng bởi mặt trời (khoảng từ 8h sang đến 16h chiều). Trong khoảng thời gian từ 11h đến 13h, mặt đất sẽ nhận được cường độ ánh sáng mạnh nhất và sau đó giảm dần. Lúc này các tia bức xạ từ mặt trời chiếu vuông góc với mặt đất. Tại vị trí này, đặt một tấm pin mặt trời cố định song song với mặt đất thì chỉ đạt hiệu suất lớn nhất trong khoảng thời gian từ 11h đến 13h.
Bảng hiệu suất của hai loại pin mặt trời phổ biến nhất là Mono và Poly trong các khoảng thời gian chiếu sáng trong ngày (khi đặt trong hệ thống đỡ pin cố định):
Bảng 4.1.
Thời gian từ 8h đến 16h.
Hiệu suất sử dụng pin mặt trời monocrystalline.
Hiệu suất sử dụng pin mặt trời polycrystalline.
Từ 8h đến 11h >= 70% >50%
Từ 11h đến 13h 70% => 90% 50% => 90%
Từ 13h đến 16h >= 80% >75%
Pin mặt trời Monocrystalline là loại pin năng lượng mặt trời đơn tinh thể, đạt hiệu suất tốt trong điều kiện ánh sang thấp. Pin mặt trời Polycrystalline là loại pin đa tinh thể, ưu điểm giá rẻ hơn nhiều so với loại đơn tinh thể Mono nhưng nhược điểm là đạt hiệu suất thấp hơn loại Mono trong cùng điều kiện ánh sang thấp.
Như vậy, dựa vào bảng thống kê từ trang Wikipedia, nhận thấy khi sử dụng pin mặt trời với hệ thống đỡ pin cố định thì khoảng thời gian tốt nhất để một tấm Pin năng lượng mặt trời cho hiệu suất tối đa trong 2 giờ (khoảng 11h đến 13h). Vì vậy, việc sử dụng pin sẽ không hiệu quả, không khai thác tối đa nguồn tài nguyên vô tận này.
Để khắc phục nhược điểm hệ thống pin mặt trời trên. Đề tài nghiên cứu hệ thống pin mặt trời được đặt trên hệ thống tự động điều hướng, hệ thống không sử dụng thời gian thực để điều chỉnh góc quay của pin mặt trời mà sử dụng chính tia bức xạ của mặt trời để điều chỉnh góc quay cho pin mặt trời luôn luôn vuông góc với tia bức xạ phát ra. Phương pháp này có ưu điểm là luôn luôn cho độ chính xác (vì không phải phụ thuộc
vào thời gian và không chịu tác động của sự dịch chuyển cơ động địa chất), pin mặt trời luôn luôn được hướng vuông góc về nơi có ánh sang mạnh nhất. Do đó, hệ thống pin sẽ luôn cho ra một hiệu suất cao nhất. Bằng thực nghiệm đo lường của nhóm tác giả, so sánh hiệu suất của cùng một tấm pin năng lượng mặt trời Mono 18V, 6W khi đặt trên hệ thống giá đỡ pin cố định và khi đặt trên hệ thống tự động điều hướng pin mặt trời trong khoảng thời gian 8 giờ (khoảng 9h sang đến 5h chiều) cho ra kết quả sau:
Lưu ý: Số liệu này được lấy từ kết quả của mỗi lần đo trong từng thời điểm khác nhau. Hiệu suất được tính bằng kết quả đo trung bình trong khoảng thời gian đó chia cho kết quả đo lớn nhất, không phải hiệu suất chuyển từ quang năng sang điện năng của viên pin năng lượng mặt trời.
Bảng 4.2. Thời gian từ 9h đến 17h
Hiệu suất pin khi đặt trên giá cố định (song song với mặt đất)
Hiệu suất pin khi đặt trên mô hình tự động điều hướng
Từ 9h đến 11h ≥ 70% ≈ 85%
Từ 11h đến 13h 70% ÷ 90% ≈ 90%
Từ 13h đến 17h ≥ 65% 80% ÷ 85%
Bảng thống kê hiệu suất của tấm pin Mono 18V, 6W khi đặt trên hệ thống giá đỡ pin cố định và hệ thống tự động điều hướng trong cùng một khoảng thời gian.
Như vậy, dựa vào bảng thống kê hiệu suất của một viên pin trong hai trường hợp (đặt trên hệ thống giá đỡ cố định và khi đặt trên hệ thống tự động điều hướng) ta thấy tuy cùng một viên pin nhưng hiệu suất có sự chênh lệch đáng kể. Đối với pin khi đặt trên hệ thống giá đỡ cố định thì thời gian pin cho hiệu suất tốt nhất sẽ rơi vào khoảng từ 11h đến 13h. Ngoài khoảng thời gian này, hiệu suất sẽ giảm dần (từ 11h trở về trước và từ 13h trở về sau).
Còn đối với pin mặt trời khi được đặt trên hệ thống giá đỡ pin tự động điều hướng thì hiệu suất luôn luôn được giữ ổn định trong khoảng từ 80% đến 90%. Điều này giúp chúng ta khai thác được nguồn năng lượng từ Mặt trời một cách lớn nhất, giảm tối đa việc phụ thuộc quá nhiều vào các đơn vị phân phối điện đồng thời giảm được tình trạng ô nhiễm môi trường. Đối với hệ thống lớn, còn có thể sử dụng năng lượng tái tạo từ mặt trời để bán ngược lại cho các hệ thống phân phối. Do đó tiết kiệm được đáng kể phí tiền điện hàng tháng.