- Nguồn điện: Nhà máy nhiệt điện Cao Ngạn có công suất thiết kế 2x50MW, đã đưa vào vận hành năm 2006.
b. Công nghệ Pin mặt trờ
* Cấu tạo và nguyên lý hoạt động Pin mặt trời:
Một lớp tiếp xúc bán dẫn PN 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).
Hình 3.11 là sơ đồ cấu tạo một pin mặt trời tình thể Silicon (Si). Phần chính của nó là một lớp tiếp xúc bán dẫn pn (4) giữa lớp vật liệu Si loại n (lớp (3)) và lớp vật liệu Si loại p (lớp (5)). Lớp bán dẫn loại n (3) khá mỏng, độ dày khoảng vài
--- 70 ---
chục m ( m = micro-mét = 1 phần triệu mét) để cho ánh sáng có thể xuyên vào sâu trong các lớp chất bán dẫn.
Hình 3.11- Sơ đồ cấu tạo một pin mặt trời tinh thể Si
Để đảm bảo độ bền cơ học cho PMT người ta phải chế tạo lớp bán dẫn p (5) khá dày, 300 500 m. Điện cực mặt trên (2) làm bằng kim loại và có dạng lưới để ánh sáng có thể lọt qua và vào được lớp (4). Điện cực mặt dưới cũng bằng kim loại (6). Trên cùng là một màng chống phản xạ ánh sáng (1) để giảm sự phản xạ ánh sáng trên bề mặt trên của Pin.
Hoạt động của pin mặt trời như sau:
Khi chiếu ánh sáng mặt trời vào mặt trên của pin, ánh sáng sẽ tạo ra trong các lớp bán dẫn lân cận lớp tiếp xúc pn (4) các cặp điện tử – lỗ trống. Các cặp này là các hạt dẫn điện mang điện tích âm (điện tử) và điện tích dương (lỗ trống). Do tính chất đặc biệt của lớp tiếp xúc bán dẫn, nên tại lớp tiếp xúc (4) đã có sẵn một điện trường tiếp xúc Etx. Điện trường này lập tức tách điện tử và lỗ trống trong các cặp điện tử, lỗ trống vừa được ánh sáng tạo ra và bắt chúng chuyển động theo các chiều ngược nhau để tạo thành dòng điện. Vì vậy nếu nối các điện cực trên và dưới bằng một dây dẫn có bóng đèn (7) thì sẽ có một dòng điện qua bóng đèn và đèn sáng.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn --- 71 ---
Hiện tượng chiếu ánh sáng vào lớp tiếp xúc bán dẫn pn ta thu được dòng điện ở mạch ngoài được gọi là hiệu ứng Quang - Điện. Như vậy PMT hoạt động dựa trên hiệu ứng quang- điện để sản xuất điện.
Hơn 90% PMT được sản xuất và ứng dụng hiện nay là PMT làm bằng chất bán dẫn tinh thể Si. Đối với PMT loại này, thì khi chiếu ánh sáng mặt trời với cường độ Eo= và ở nhiệt độ To= 25oC thì hiệu điện thế giữa 2 cực của pin là khoảng 0,55V và cường độ dòng điện cực đại đạt được 25 30 mA/cm2
.
Vì hiệu điện thế và dòng điện nhỏ như vậy, nên để ứng dụng PMT, trong thực tế người ta phải nối nối tiếp hay song song nhiều pin lại với nhau tạo thành modun PMT. Ngoài ra việc chế tạo modun còn nhằm bảo vệ PMT khỏi sự phá hoại của môi trường. Việc vận chuyển và lắp đặt các hệ thống PMT cũng thuận lợi và an toàn hơn.
Hình 3.12- Sơ đồ cấu tạo PMT Si Hình 3.13- Một mô đun PMT hoàn thiện (nhìn từ mặt trên)
Các PMT sau khi đã được nối điện xong (3) được đặt vào giữa 2 tấm keo EVA (Ethylene Vinyl Acetate) trong suốt (2). Trên cùng người ta đặt tấm kính (1) và dưới đáy người ta đặt tấm đế (5) bằng kính, chất dẻo hoặc vật liệu không thấm nước vào đó. Người ta nung trong buồng chân không cả hệ thống trên đến 100
--- 72 ---
110oC thì các tấm keo EVA bị nóng chảy. Sau đó người ta ép khi làm nguội cả hệ thống, các lớp keo EVA sẽ đông cứng và kết dính tất cả các lớp và các tấm thành một khối vững chắc. Các PMT do đó được cách ly hoàn toàn với môi trường và được bảo vệ trước mọi va đập cơ học. Hình 3.3 là hình ảnh một mô đun PMT đã hoàn thiện.
Cho đến nay nước ta chưa sản xuất được PMT thương mại mà phải nhập của nước ngoài, giá khoảng 4USD/Wp.
Công suất của modun PMT được đo bằng Oát- đỉnh (peak Watt- viết tắt là Wp) là công suất điện mà modun PMT phát ra được khi ánh sáng mặt trời có cường độ 1000W/m2
chiếu vào mặt modun và ở nhiệt độ 25oC. Ví dụ 1 modun PMT 75Wp có nghĩa là khi đặt tấm PMT dưới ánh sáng mặt trời có cường độ 1000W/m2 (nắng lúc giữa trưa vào mùa hè) thì modun đó phát ra 75W điện năng. Vào các thời gian nắng kém hơn, ví dụ buổi sáng hay buổi chiều, mùa đông,v.v.... modun không phát ra đủ 75W.
* Ưu điểm của Pin mặt trời
Với công nghệ Pin mặt trời năng lượng mặt trời được biến đổi trực tiếp thành điện. Các Pin mặt trời sản xuất ra điện một cách liên tục chừng nào còn có bức xạ mặt trời tới nó. Các hệ thống năng lượng Pin mặt trời rất đơn giản, không có phần chuyển động, không đòi hỏi phải bảo dưỡng, chăm sóc thường xuyên như các hệ thống năng lượng khác, nên nó là hệ thống rất được quan tâm nghiên cứu, phát triển và ứng dụng.