zunia.vn

Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z

zunia.vn

» Kỹ Thuật - Công Nghệ

» Năng lượng

Bài giảng Năng lượng tái tạo - Chương 3: Điện mặt trời - ThS. Nguyễn Bá Thành

Chia sẻ: Minhle Tr | Ngày: | Loại File: DOCX | Số trang:48

Báo xấu

316
lượt xem 69
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Chương này được biên soạn nhằm cung cấp cho sinh viên: Kiến thức về pin mặt trời, lịch sử phát triển pin mặt trời; cấu tạo và nguyên lý hoạt động của tế bào quang điện, các đặc trưng của pin mặt trời, cách ghép nối modul pin mặt trời, hệ thống nguồn điện pin mặt trời; các bước tính toán, thiết kế hệ thống pin mặt trời công suất nhỏ. Mời các bạn cùng tham khảo.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Năng lượng tái tạo - Chương 3: Điện mặt trời - ThS. Nguyễn Bá Thành

Chương 3 Điện mặt trời 1 Chương này được biên soạn nhằm cung cấp cho sinh viên: o Kiến thức về pin mặt trời, lịch sử phát triển pin mặt trời. o Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của tế bào quang điện. o Các đặc trưng của pin mặt trời. o Cách ghép nối modul pin mặt trời. o Hệ thống nguồn điện pin mặt trời. o Các bước tính toán, thiết kế hệ thống pin mặt trời công suất nhỏ. Câu hỏi chương 3: Câu 1: Pin quang điện là gì? Trình bày cấu tạo và nguyên lý hoạt động của pin quang điện? Câu 2: Tình hình sử dụng năng lượng mặt trời trên thế giới và tiềm năng phát triển ở Việt Nam? Câu 3: Các đặc trưng của pin mặt trời? Câu 4: Trình bày sơ đồ hệ thống nguồn điện pin mặt trời? Câu 5: Các bước tính toán, thiết kế hệ thống điện pin mặt trời? ThS. Nguyễn Bá Thành
Chương 3 Điện mặt trời 2 Chương 3: Điện mặt trời Mặt trời là một khối cầu có đường kính khoáng 1,4 triệu km với thành phần gồm các khí có nhiệt độ rất cao. Nhiệt độ bên trong mặt trời đạt đến gần 15 triệu độ, với áp suất gấp 70 tỷ lần áp suất khí quyển của Trái đất. Đây là điều kiện lý tưởng cho các phản ứng phân hạch của các nguyên tử hydro. Bức xạ gamma từ các phản ứng phân hạch này, trong quá trình được truyền từ tâm mặt trời ra ngoài, tương tác với các nguyên tố khác bên trong mặt trời và chuyển thành bức xạ có mức năng lượng thấp hơn, chủ yếu là ánh sáng và phần nhiệt của phổ năng lượng. Bức xạ điện từ này, với phổ năng lượng trải dài từ cực tím đến hồng ngoại, phát ra không gian ở mọi hướng khác nhau. Quá trình bức xạ của mặt trời diễn ra từ 5 tỷ năm nay, và sẽ còn tiếp tục trong khoảng 5 tỷ năm nữa. Hình 3.1 Bản đồ phân bố năng lượng mặt trời ThS. Nguyễn Bá Thành
Chương 3 Điện mặt trời 3 Mỗi giây mặt trời phát ra một khối lượng năng lượng khổng lồ vào Thái dương hệ, chỉ một phần nhỏ tổng lượng bức xạ đến được trái đất có công suất vào khoảng 1.367MW/m2 ở ngoại tầng khí quyển của Trái đất, 30% bức xạ này bị phản xạ lại về không gian, 70% được hấp thụ bởi mặt đất, đại dương và khí quyển chuyển thành nhiệt sau đó tỏa lại về không gian. Chỉ một phần nhỏ NLMT được sử dụng thì có thể đáp ứng được nhu cầu về năng lượng của thế giới. Mặt trời là nguồn năng lượng mà con người có thể tận dụng được: sạch sẽ, đáng tin cậy, gần như vô tận và có ở khắp mọi nơi. Việc thu giữ NLMT không thải ra khí và nước độc hại, do đó không góp phần vào vấn đề ô nhiễm môi trường và hiệu ứng nhà kính. Tiềm năng về NLMT trên thế giới: phân bố không đồng đều trên thế giới, mạnh nhất là vùng xích đạo và vùng khô hạn, giảm dần về phía cực trái đất (Phụ lục 2.2.1). Tiềm năng kính tế sử dụng NLMT phụ thuộc vào vị trí địa điểm trên trái đất, phụ thuộc vào đặc điểm khí hậu, thời tiết cụ thể của từng vùng miền. Theo số lượng thống kê bức xạ trung bình của một địa điểm trên thế giới vào khoảng 2000kWh/m2/năm. Tiềm năng về NLMT ở Việt Nam: phân bố khôn đồng đều trên lãnh thổ Việt Nam do đặc điểm địa hình khí hậu khác nhau của hai miền Nam và Bắc. Nói chung là cường độ năng lượng bức xạ không cao và thay đổi thất thường Bảng 3.1 Tiềm năng NLMT một số nước trên thế giới [4] Tiềm năng Bức xạ trung bình STT Quốc gia tWh/năm kWh/m2/năm 1 Angiêri 13,9 1970 2 Ai Cập 36,0 2450 3 Bồ Đào Nha 3,0 1910 4 Cô oét 2,5 1900 5 Hy Lạp 4,0 1730 6 Iran 16,0 2100 ThS. Nguyễn Bá Thành
Chương 3 Điện mặt trời 4 7 Irắc 6,8 2050 8 Ý 10,0 1800 9 Li Băng 1,5 1920 10 Marốc 17,0 2000 11 Saudi Arabi 13,9 2130 12 Tây Ban Nha 5,0 2000 Bảng 3.2 Tiềm năng NLMT ở Việt Nam[4] Giờ nắng Bức xạ Khả năng Vùng trong năm kcal/cm2/năm ứng dụng Đông bắc 15001700 100125 Thấp Tây bắc 17501900 125150 Trung bình Bắc trung bộ 1700200 140160 Tốt Tây nguyên, nam trung 20002600 150175 Rất tốt bộ Nam bộ 22002500 130150 Rất tốt Trung bình cả nước 17002500 100175 Tốt Hai ứng dụng chính của NLMT là: Nhiệt mặt trời : Chuyển bức xạ mặt trời thành nhiệt năng, sử dụng ở các hệ thống sưởi hoặc để đun nước tạo hơi quay turbin điện. Điện mặt trời: Chuyển bức xạ mặt trời (dạng ánh sáng) trực tiếp thành điện năng (hay còn gọi là quang điện – photovoltaics PV). Hai dạng hệ thống dân dụng sử dụng NLMT phổ biến nhất hiện nay là hệ thống nhiệt NLMT và hệ thống quang điện cá nhân. Một số hệ thống khác là: Hệ thống đun nước mặt trời, máy bơm NLMT và điện mặt trời sử dụng cho các trạm truyền thông vô tuyến ở vùng sâu vùng xa. Nhu cầu về điện mặt trời tăng rất nhanh trong 20 năm qua, với tốc độ trung bình là 25% mỗi năm, trong năm 2004 tổng công suất lắp đặt điện mặt trời toàn cầu đạt 927 ThS. Nguyễn Bá Thành
Chương 3 Điện mặt trời 5 MW, tăng gần gấp đôi năm 2003( 574MW) và gấp hơn 40 lần so với 25 năm trước. Các quốc gia phát trên thế giới đang thúc đẩy mạnh mẽ các kế hoạch phát triển điện mặt trời thông qua cải thiện kỹ thuật cũng như trợ vốn. 3.1 Pin mặt trời và lịch sử phát triển Quang điện là một hiện tượng ánh sáng sinh điện. Khi ánh sáng rọi trên bề mặt một vật. Vật sẽ hấp thụ năng lượng nhiệt của ánh sáng cho đến tần số thời gian đạt đến mức hấp thụ cao nhất. Vật sẽ không còn hấp thụ năng lượng nhiệt của ánh sáng. Tại thời điểm này năng lượng ánh sáng sẽ tách điện tử rời khỏi bề mặt của vật trở thành điện tử tự do có khả năng làm cho vật trở thành dẫn điện. Hiệu ứng quang điện được phát hiện đầu tiên năm 1839 bởi nhà vật lý Pháp Alexandre Edmond Becquerel. Tuy nhiên cho đến 1883 một pin năng lượng mới được tạo thành, bởi Charles Fritts, ông phủ lên mạch bán dẫn selen một lớp cực mỏng vàng để tạo nên mạch nối, thiết bị chỉ có hiệu suất 1%. Russell Ohl xem là người tạo ra pin năng lượng mặt trời đầu tiên năm 1946. Sven Ason Berglund đã có phương pháp liên quan đến việc tăng khả năng cảm nhận ánh sáng của pin. Năm 1887 Heinrich Hertz quan sát thấy hiệu ứng quang điện ngoài đối với các kim loại (cũng là năm ông thực hiện thí nghiệm phát và thu sóng điện từ). Sau đó Aleksandr Grigorievich Stoletov đã tiến hành nghiên cứu một cách tỷ mĩ và xây dựng nên các định luật quang điện. Một trong các công trình của Albert Einstein xuất bản trên tạp chí Annal der Physik đã lý giải một cách thành công hiệu ứng quang điện cũng như các định luật quang điện dựa trên mô hình hạt ánh sáng, theo thuyết lượng tử vừa được công bố năm 1900 của Max planck. Các công trình này dẫn đến sự công nhận về bản chất hạt của ánh sáng và sự phát triển của lý thuyết lưỡng tính sónghạt của ánh sáng. 3.2 Nguyên lý hoạt động của tế bào quang điện 3.2.1 Hiện tượng quang điện ngoài ThS. Nguyễn Bá Thành
Chương 3 Điện mặt trời 6 Hiện tượng ánh sáng làm bật các electron ra khỏi mặt kim loại gọi là hiện tượng quang điện (ngoài). Ánh sáng kích thích chỉ có thể làm bậc các electron ra khỏi một kim loại khi bước sóng của nó ngắn hơn hoặc bằng giới hạn quang điện của kim loại đó. (3.1) Trong đó: λ: bước sóng ánh sáng. λ0: giới hạn quang điện của kim loại. A: Công thoát. h, c: hằng số Hình 3.2 Hiện tượng ánh sáng làm bật electron ra khỏi bề mặt kim loại 3.2.2 Hiện tượng quang điện trong Một số chất bán dẫn như Ge, Si, PbS, PbSe, PbTe,CdS, CdSe, CdTe,… có tính chất đặt biệt như sau: Chúng là chất dẫn điện kém khi không bị chiếu sáng và trở thành chất dẫn điện tốt khi bị chiếu ánh sang thích hợp, các chất này gọi là chất quang dẫn. ThS. Nguyễn Bá Thành
Chương 3 Điện mặt trời 7 Dựa vào thuyết lượng tử, ta có thể giải thích đặc tính của các chất quang dẫn như sau: Khi không bị chiếu sáng, các êlectron ở trong các chất nói trên điều ở trạng thái liên kết với nút mạng tinh thể. Không có êlectron tự do. Khi đó các chất nói trên là chất cách điện. Khi chiếu sáng chất quang dẫn, mỗi phôtôn của ánh sáng kích thích sẽ truyền toàn bộ năng lượng của nó cho một êlectron liên kết. Nếu năng lượng mà êlectron nhận được đủ lớn thì êlectron đó có thể được giải phóng khỏi mối liên kết để trở thành êlectron dẫn và tham gia vào quá trình dẫn điện. Mặt khác, khi êlectron liên kết được giải phóng thì nó sẽ để lại một lỗ trống. Lỗ trống này cũng tham gia vào quá trình dẫn điện. Kết quả là khối chất nói trên trở thành chất dẫn điện. Hiện tượng ánh sáng giải phóng các electron liên kết để cho chúng trở thành các electron dẫn, đồng thời tạo ra các lỗ trống cùng tham gia vào quá trình dẫn điện gọi là hiện tượng quang điện trong. Hiện tượng quang điện trong được ứng dụng trong quang điện trở và pin quang điện. 3.2.3 Pin quang điện Pin quang điện (còn gọi là pin mặt trời) là một nguồn điện chạy bằng năng lượng ánh sáng. Nó biến trực tiếp quang năng thành điện năng. Các pin quang điện thường được làm bằng Si, Se, Ge, Te, CdS, GaAs... Ta hãy xét cấu tạo và hoạt động chung của pin quang điện. Hình 3.3 Sơ đồ cấu tạo của pin quang điện ThS. Nguyễn Bá Thành
Chương 3 Điện mặt trời 8 Pin có một tấm bán dẫn loại n, bên trên có phủ một lớp mỏng chất bán dẫn loại p (H 3.1). Có thể tạo ra lớp này bằng cách cho khuếch tán một tạp chất thích hợp vào lớp bề mặt của lớp bán dẫn loại n. Trên cùng là một lớp kim loại rất mỏng. Dưới cùng là một đế kim loại. Các kim loại này cùng đóng vai trò các điện cực trơ. Electron sẽ khuếch tán từ bán dẫn loại n sang bán dẫn loại p, để lại những lỗ trống dương. Các êlectron này vẫn có liên kết với các lỗ trống tạo thành một lớp gọi là lớp tiếp xúc p – n. Trong lớp tiếp xúc này có điện trường Etx hướng từ dương sang âm, tức là hướng từ bán dẫn loại n sang bán dẫn loại p. Điện trường Etx ngăn cản sự khuếch tán của êlectron từ n sang p và lỗ trống từ p sang n. Vì vậy người ta còn gọi lớp tiếp xúc này là lớp chặn. Khi chiếu ánh sáng có bước sóng ngắn hơn giới hạn quang dẫn vào lớp kim loại mỏng phía trên cùng thì ánh sáng sẽ đi xuyên qua lớp này vào lớp bán dẫn loại p, gây ra hiện tượng quang điện trong và giải phóng ra các cặp êlectron và lỗ trống. Electron khuếch tán dễ dàng từ p sang n qua lớp chặn. Còn lỗ trống thì bị chặn lại và ở lại trong lớp p. Kết quả là điện cực kim loại mỏng ở trên sẽ nhiễm điện dương và trở thành điện cực dương của pin, còn đế kim loại ở phần dưới sẽ nhiễm điện âm và trở thành điện cực âm của pin. Nếu nối hai điện cực bằng một dây dẫn thông qua một ampe kế thì sẽ có dòng quang điện chạy từ cực dương sang cực âm. Suất điện động của pin quang điện nằm trong khoảng từ 0,5V đến 0,8V. Vậy nguyên tắc hoạt động của pin quang điện là dựa vào hiện tượng quang điện trong xảy ra bên cạnh một lớp chặn. Pin quang điện đã được dùng làm nguồn điện cho các trạm nghiên cứu và cho sinh hoạt ở những nơi khó khăn cho việc dẫn điện lưới đến như: núi cao, hải đảo, các phương tiện lưu động, vệ tinh nhân tạo, trạm vũ trụ... ThS. Nguyễn Bá Thành
Chương 3 Điện mặt trời 9 Để tránh gây ô nhiễm môi trường, người ta đã nghiên cứu thay thế các động cơ chạy xăng ở ôtô, máy bay... bằng các động cơ chạy bằng pin quang điện. Người ta sử dụng Pin quang điện để biến đổi năng lượng ánh sáng mặt trời thành điện năng (Solar Cell). Nếu dùng pin quang điện bằng chất bán dẫn Silic, hiệu suất của nó có thể đạt đến 1415%. Người ta tính được trên diện tích 1m2 của pin quang điện được ánh sáng chiếu tới ta có thể nhận được một công suất điện là 100 W và như vậy với diện tích của một mái nhà trung bình ta có đủ điện năng để thỏa mãn mọi tiện nghi cho một gia đình. Tuy nhiên, về giá thành của các Pin quang điện hiện nay còn tương đối khá đắt so với các nguồn năng lượng khác. 3.2.4 Nguyên lý hoạt động ThS. Nguyễn Bá Thành
Chương 3 Điện mặt trời 10 Hình 3.4 Nguyên lý hoạt động của Pin mặt trời Hình 3.5 Hệ thống 2 mức năng lượng trong đó E1
Chương 3 Điện mặt trời 11 lượng tử ánh sáng (photon) mang năng lượng hv (h là hằng số Plank và v là tần số ánh sáng)bị điện tử hấp thụ và chuyển lên mức E2. Phương trình cân bằng năng lượng: hv = E1E2 (3.2) Trong các vật rắn ,do tương tác rất mạnh của mạng tinh thể lên điện tử vành ngoài , nên các năng lượng của nó bị tách ra nhiều mức năng lượng con rất sát nhau và tạo thành vùng năng lượng. Vùng năng lượng thấp bị các điện tử chiếm đầy khi ở trạng thái cân bằng gọi là vùng hoá trị mà bên trên của nó có năng lượng EV. Vùng năng lượng phía trên tiếp đó hoàn toàn trống hoặc chỉ bị chiếm một phần gọi là vùng dẫn, bên dưới của vùng có năng lượng là EC, cách ly giữa vùng hóa trị và vùng dẫn đó gọi là một vùng cấm có độ rộng năng lượng là Eg, trong đó không có mức năng lượng cho phép nào của điện tử. Khi ánh sáng chiếu đến vật rắn có vùng năng lượng nói trên, photon có năng lượng hv tới hệ thống , bị điện tử của vùng hoá trị hấp thụ và nó có thể chuyển lên vùng dẫn để trở thành điện tử tự do e,lúc này vùng hoá trị sẽ có một lỗ trống có thể di chuyển như “hạt“ mang điện tích dương nguyên tố (kí hiệu h+). Lỗ trống này có thể di chuyển và tham gia van quá trình dẫn điện . Phương trình hiệu ứng lượng tử: eV+hv→ e + h+ (3.3) Điều kiện để điện tử có thể hấp thụ năng lượng của photon và chuyển từ vùng hoá trị lên vùng dẫn, tạo ra căp điện tử –lỗ trống là: hv > Eg = EC – EV (3.4) Suy ra bước sóng tới hạn λC của ánh sáng để có thể tạo ra cặp e h+ là: λC = hc/( EC – EV) (3.5) ThS. Nguyễn Bá Thành
Chương 3 Điện mặt trời 12 Vậy khi chiếu sáng vào vật rắn, điện tử ở vùng hoá trị hấp thụ năng lượng photon hv và chuyển lên vùng dẫn tạo ra cặp hạt dẫn điện tử – lỗ trống e h+, tức là tạo ra một điện thế. Hình 3.6 Các vùng năng lượng Hiện tượng đó gọi là hiện tượng quang điện bên trong. Nguyên lý hoạt động của pin mặt trời chính là hiện tượng quang điện xảy ra trên lớp tiếp xúc pn. Khi một photon chạm vào mảnh Silic, một trong hai điều sau sẽ xảy ra: Photon truyền trực xuyên qua mảnh silic. Điều này thường xảy ra khi năng lượng của photon thấp hơn năng lượng đủ để đưa các hạt electron lên mức năng lượng cao hơn. Năng lượng của photon được hấp thụ bởi silic. Điều này thường xảy ra khi năng lượng của photon lớn hơn năng lượng để đưa electron lên mức năng lượng cao hơn. Khi photon được hấp thụ, năng lượng của nó được truyền đến các hạt electron trong màng tinh thể. Thông thường các electron này lớp ngoài cùng, và thường được kết dính với các nguyên tử lân cận vì thế không thể di chuyển xa. Khi electron được kích thích, trở thành dẫn điện , các electron này có thể tự do di chuyển trong bán dẫn. ThS. Nguyễn Bá Thành
Chương 3 Điện mặt trời 13 . Hình 3.7 Nguyên lý dẫn điện của vật dẫn Khi đó nguyên tử sẽ thiếu 1 electron và đó gọi là lỗ trống. Lỗ trống này tạo điều kiện cho các electron của nguyên tử bên cạnh di chuyển đến điền vào lỗ trống, và điều này tạo ra lỗ trống cho nguyên tử lân cận có "lỗ trống". Cứ tiếp tục như vậy lỗ trống di chuyển xuyên suốt mạch bán dẫn. Một photon chỉ cần có năng lượng lớn hơn năng luợng đủ để kích thích electron lớp ngoài cùng dẫn điện . Tuy nhiên, tần số của mặt trời thường tương đương 6000°K, vì thế nên phần lớn năng lượng mặt trời đều được hấp thụ bởi silic. Tuy nhiên hầu hết năng lượng mặt trời chuyển đổi thành năng lượng nhiệt nhđiều hơn là năng lượng điện sử dụng được. ThS. Nguyễn Bá Thành
Chương 3 Điện mặt trời 14 Hình 3.8 Nguyên lý hoạt động của pin mặt trời 3.2.5 Các đặc trưng của pin mặt trời 3.2.5.1 Sơ đồ tương đương Khi pin mặt trời được chiếu sang nếu như ta nối 2 lớp ban dẫn của tiếp xúc PN thì sẽ có dòng điện chạy qua lớp bán dẫn. dòng điện nãy gọi là Iph lúc này pin mặt trời tương đương một nguồn dòng. Vì được cấu tạo là một lớp bán dẫn PN cho nên pin mặt trời có tính chất chỉnh lưu tương tự như một diod. Vì là một diode nên khi bị phân cưc ngược vẫn có một dòg điện gọi là dòng dò di qua nó. Nười ta đặc trưng đại lượng ầny bằng điệ trở sun Rsh. Khi được chiếu sang sẽ có một dòng điện chạy trong pin mặt trời. và dòng điện này được đặc trưng bằng một điện trở Rs. ThS. Nguyễn Bá Thành
Chương 3 Điện mặt trời 15 Hì nh 3.9 Sơ đồ tương đương của pin mặt trời 3.2.5.2 Dòng đoản mạch ISC Dòng ngắn mạch là dòng điện chạy trong pin mặt trời khi ngõ ra bị ngắn mạch. Tức là dòng điện chạy trong pin khi khi điện áp ngõ ra bằng không. Công thức tính dòng ngắn mạch là: (3.6) Iph – Dòng quang điện (A/m2) ID – Dòng qua diode (A/m2) IS – Dòng bão hòa (A/m2) n – được gọi là thừa số lý tưởng phụ thuộc vào các mức độ hòan thiện công nghệ chế tạo pin mặt trời. lý tưởng có thể lấy N=1 RS – điện trở nối tiếp (điện trở trong của pin mặt trời) RSh – điện trở Sun (/m2) q – điện tích của điện tử (C) Khi pin mặt trời được chiếu sáng trong điều kiện bình thường thì có thể bỏ qua điện trở nối tiếp RS, và dòng ID = 0 do đó ISC = IPh=kE Trong đó: E: cường độ sáng K: hệ số tỉ lệ ThS. Nguyễn Bá Thành
Chương 3 Điện mặt trời 16 Nhận xét: Trong điều kiện bình thường ta có dòng ngắn mạch I sc của Pin mặt trời tỉ lệ thuận với cường độ bức xạ chiếu sáng. Hình 3.10 Sự phụ thuộc của đặc trưng VA của Pin mặt trời vào cường độ bức xạ mặt trời 3.2.5.3 Thế hở mạch Là điện thế của pin mặt trời đo ở trạng thái hở mạch, khi hở mạch thì dòng mạch ngoài bằng 0 và giả thiết Rsh là rất lớn thì: (3.7) Vì Iph>>IS nên có thể viết Trong biểu thức Voc ta thấy nó phụ thuộc vào nhiệt độ một cách trực tiếp, và sự phụ thuộc của Voc vào Is gián tiếp. Trong đó Is là dòng bảo hoà là dòng các hạt tải điện không cơ bản được tạo ra do kích thích nhiệt và bị gia nhiệt bởi điện trường tiếp xúc. Như vậy khi nhiệt độ tăng thì Is cũng tăng theo hàm mũ. ThS. Nguyễn Bá Thành
Chương 3 Điện mặt trời 17 Hình 3.11 Sự phụ thuộc của cường độ bức xạ mặt trời đến đường VA của Pin mặt trời 3.2.5.4 Điểm làm việc với công suất cực đại Xét một đường đặc trưng VA của pin mặt trời đối với một cường độ bứ xạ cho trước và ở nhiệt độ xác định. Nếu các cực của pin mặt trời được nối với một tải tiêu thụ điện R thì điểm cắt nhau của đường đặc trưng VA của pin mặt trời và đường đặc trưng của tải trong tọa độ OIV là điểm làm việc của pin mặt trời. Nếu tải tiêu thụ điện của pin mặt trời là một tải điện trở Ohm thuần thì đường đặc trưng tải là một đường thẳng qua góc tọa độ và có độ nghiêng anpha đối với trục OV và taga = 1/R trên hình 2.14 (theo định luật Ohm ta có i=V/R. Trong trường hợp này công suất pin mặt trời cấp cho tải chỉ phụ thuộc vào giá trị điện trở R). Trong tọa độ OIV, công suất pin mặt trời cấp cho tải R bằng dđiện tích hình chữ nhật giới hạn bi hòanh độ và tung độ của điểm làm việc. với các giá trị R khác nhau, các ThS. Nguyễn Bá Thành
Chương 3 Điện mặt trời 18 điểm làm việc sẽ khác nhau và do đó công suất tải tiêu thụ cũng khác nhau. Tồn tại một giá trị R=ROPT mà tại đó công suất tải tiêu thụ là cực đại. Điểm làm việc ứng với công suất cực đại, điểm A trên hính 2.14 là điểm tíếp xúc giữa đường đặc trưng VA của pin mặt trời và đường công suất không đổi (đường công suất không đổi IV=có là các đường hyperpol) ROPT=VOPT/IOPT ROPT giá trị của điện trở tải tối ưu Ở điều kiện cường độ bức xạ không đổi và ở nhiệt độ cho trước ta thấy: + Nếu điện trở tải RROPT , pin mặt trời làm việc trong miền PS với hiệu điện thế gần như không đổi và bằng điện thế hở mạch VOC. Rõ ràng là pin mặt trời chỉ làm việc có hiệu quả khi tải tiêu thụ điện có giá trị lân cận ROPT. Hình 3.12 Điểm làm việc và điểm làm việc công suất cực đại 3.2.5.5 Các điều kiện về tải tiêu thụ điện ThS. Nguyễn Bá Thành
Chương 3 Điện mặt trời 19 Tải là tên gọi chung cho các thiết bị tiêu thụ điện . Trong trường hợp tổng quát, điểm làm việc của pin mặt trời hay hệ pin mặt trời cũng được xác định bởi điểm cắt giữa các đường đặc trưng VA của nó và các đường tải. Trong đề tài này nghiên cứu và thi công mô hình hệ thống điện mặt trời nạp xả qua acquy nên tìm hiểu tải tiêu thụ là acquy. Acquy là tải có điện thế gần như không đổi đường đặc tuyến VA của nó gần như song song vơi trục OI trên mặt phẳng tạo độ IOV. Một đặc điểm của hệ thống pin mặt trời là đặc trưng VA của nó thay đổi theo cường độ ánh sáng mặt trời chiếu lên nó. Do vậy điểm làm việc có công suất cực đại sẽ khác nhau. Tập hợp các điểm làm việc có công suất cực đại đối với các cường độ sáng khác nhau tạo ra đường gọi là đường công suất cực đại. Để đánh gia sự phù hợp giữa một nguồn năng lượng mặt trời và một tải ta có thể xem xét đường công suất cực đại của nguồn và đường tải của thiết bị tiêu thụ điện . Một hệ thống pin mặt trời đơn giản sẽ gồm : pin mặt trời, ắcquy và tải. 3.2.5.6 Các tham số ảnh hưởng đến chế độ làm việc & hiệu suất của pin MT Có 5 tham số ảnh hưởng đến chế độ làm việc của pin mặt trời là Điện trở nội Rs Điện trở shun Rsh Dòng bão hòa Is Cường độ bức xạ mặt trời E Nhiệt độ của pin T ở điều kiện bức xạ bình thường (không hội tụ) các ham số trên có thể xem như các tham số độc lập, chỉ trừ dòng điện bão hòa IS và nhiệt độ T. điện trở Son RSH đặc trưng cho dòng rò qua lớp tiếp xúc PN, phụ thuộc vào công nghệ chế tạo lớp tiếp xúc. Thông thường giá trị RSH khá lớn, nên dòng rò có thể bỏ qua. ThS. Nguyễn Bá Thành
Chương 3 Điện mặt trời 20 3.2.5.7 Hiệu suất biến đổi quang điện của pin mặt trời Công suất đỉnh (peak power) của pin mặt trời là công suất do pin mặt trời phát ra khi nó làm việc ở điểm làm việc tối ưu dưới bức xạ có cường độ là 1000w/m 2 và ở nhiệt độ 25oC, công suất đỉnh được đo bằng WP hay KWp . Hiệu suất biến đổi quang điện của pin mặt trời là tỉ số giữa công suất điểm đỉnh và ổng năng lượng bức xạ tới pin mặt trời ở 1 nhiệt độ cho trước. Công thức: (3.8) Trong đó hiệu suất biến đổi quang điện (%) A – Diện tích bề mặt pin mặt trời được chiếu sáng (m2). E0 – Cường độ bức xạ chuẩn (1000W/m2). Đối với pin mặt trời tinh thể Si thương mại hiệu suất thường vào khoảng từ (12 15%) . trong phòng thí nghiệm hiệu suất có thể đạt đến 20 – 22%. Như đã nói, nhiệt độ có ảnh hưởng lên các đặc trưng của pin mặt trời. Cụ thể là, dòng quang điện tăng theo nhiệt độ với giá trị 0,1 % khi nhiệt độ tăng 1oC hay 0,03 mA/oC.cm2. Sự tăng dòng quang điện của pin măt trời là do sự giảm độ rộng vùng cấm của vật liệu Eg khi nhiệt độ tăng theo định luât. Công thức: (3.9) Với a và b là hằng số phụ thuộc vào vật liệu, Eg(0)là độ rộng vùng cấm của vật liệu ở T = 00K. dưới đây là giá trị của Eg(0), a và b của vài vật liệu pin mặt trời điển hình: Bảng 3.2 Các giá trị Eg, a, b,của Si và GaAs Eg (0) (eV) A (104 eV) B (0K) Si 1.46 7 1100 GaAs 1.52 5.8 300 ThS. Nguyễn Bá Thành

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

LV.15: Bộ Đồ Án Tốt Nghiệp Chuyên Ngành Cơ Khí

65 tài liệu

2431 lượt tải

THÔNG TIN

TRỢ GIÚP

HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG

Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright © 2022-2032 TaiLieu.VN. All rights reserved.