Điện mặt trời: Bài giảng Năng lượng tái tạo Chương 3

Chương 3 Điện mặt trời

1

ươ ượ ằ ấ ạ Ch ng này đ c biên so n nh m cung c p cho sinh viên:

ặ ờ ị ứ ề ử ế ể ặ ờ o Ki n th c v pin m t tr i, l ch s phát tri n pin m t tr i.

ấ ạ ạ ộ ủ ế ệ bào quang đi n.

o C u t o và nguyên lý ho t đ ng c a t

ư ủ ặ ặ ờ o Các đ c tr ng c a pin m t tr i.

ố ặ ờ o Cách ghép n i modul pin m t tr i.

ệ ố ệ ặ ờ ồ o H th ng ngu n đi n pin m t tr i.

ướ ế ế ệ ố ặ ờ ấ c tính toán, thi ỏ t k h th ng pin m t tr i công su t nh .

o Các b

ươ ỏ Câu h i ch ng 3:

ạ ộ ủ ệ ấ ạ Câu 1: Pin quang đi n là gì? Trình bày c u t o và nguyên lý ho t đ ng c a pin quang

đi n?ệ

ử ụ ượ ặ ờ ế ớ ề Câu 2: Tình hình s d ng năng l ng m t tr i trên th gi i và ti m năng phát tri n ể ở

ệ Vi t Nam?

ặ ờ ư ủ ặ Câu 3: Các đ c tr ng c a pin m t tr i?

ơ ồ ệ ố ặ ờ ệ ồ Câu 4: Trình bày s đ h th ng ngu n đi n pin m t tr i?

ThS. Nguyễn Bá Thành

ướ ế ế ệ ố ặ ờ Câu 5: Các b c tính toán, thi ệ t k h th ng đi n pin m t tr i?

Chương 3 Điện mặt trời

2

ươ

ệ

Ch

ặ ờ ng 3: Đi n m t tr i

ặ ờ ố ầ ườ ệ ầ ớ ồ ộ M t tr i là m t kh i c u có đ ng kính khoáng 1,4 tri u km v i thành ph n g m các

ệ ộ ấ ệ ộ ặ ờ ạ ế ộ ớ ệ ầ khí có nhi t đ r t cao. Nhi t đ bên trong m t tr i đ t đ n g n 15 tri u đ , v i áp

ấ ấ ỷ ầ ể ủ ề ệ ấ ấ ưở su t g p 70 t l n áp su t khí quy n c a Trái đ t. Đây là đi u ki n lý t ng cho các

ả ứ ủ ạ ử ứ ạ ừ ph n ng phân h ch c a các nguyên t hydro. B c x gamma t ả ứ các ph n ng phân

ượ ề ừ ặ ươ ớ ạ h ch này, trong quá trình đ c truy n t ờ tâm m t tr i ra ngoài, t ng tác v i các

ố ứ ứ ể ạ ặ ờ ượ nguyên t khác bên trong m t tr i và chuy n thành b c x có m c năng l ấ ng th p

ủ ế ầ ệ ủ ượ ứ ạ ệ ừ ơ h n, ch y u là ánh sáng và ph n nhi ổ t c a ph năng l ng. B c x đi n t ớ này, v i

ổ ượ ừ ự ế ồ ph năng l ả ng tr i dài t ạ c c tím đ n h ng ngo i, phát ra không gian ở ọ ướ ng m i h

ứ ạ ủ ặ ờ ễ ừ ỷ khác nhau. Quá trình b c x c a m t tr i di n ra t 5 t ế ụ ẽ năm nay, và s còn ti p t c

ả ỷ ữ trong kho ng 5 t năm n a.

ThS. Nguyễn Bá Thành

ả ố ượ ồ Hình 3.1 B n đ phân b năng l ặ ờ ng m t tr i

Chương 3 Điện mặt trời

3

ố ượ ặ ờ ộ ỗ ượ ồ ươ M i giây m t tr i phát ra m t kh i l ng năng l ổ ng kh ng l vào Thái d ệ ng h ,

ỉ ộ ỏ ổ ượ ạ ế ứ ượ ấ ấ ầ ch m t ph n nh t ng l ng b c x đ n đ ả c trái đ t có công su t vào kho ng

ở ứ ạ ể ủ ạ ầ ả ị 1.367MW/m2 ấ ngo i t ng khí quy n c a Trái đ t, 30% b c x này b ph n x l ạ ạ ề i v

ượ ặ ấ ụ ở ạ ươ ấ ể không gian, 70% đ c h p th b i m t đ t, đ i d ể ng và khí quy n chuy n thành

ệ ỏ ạ ề ầ ỏ ượ ử ụ nhi t sau đó t a l ỉ ộ i v không gian. Ch m t ph n nh NLMT đ c s d ng thì có th ể

ượ ề ầ ượ ế ớ ủ ứ đáp ng đ c nhu c u v năng l ng c a th gi i.

ặ ờ ồ ượ ườ ể ậ ụ ượ ạ M t tr i là ngu n năng l ng mà con ng i có th t n d ng đ ẽ c: s ch s , đáng tin

ầ ậ ở ọ ơ ệ ắ ữ ả ư ậ c y, g n nh vô t n và có kh p m i n i. Vi c thu gi NLMT không th i ra khí và

ề ễ ấ ườ ướ ộ ạ n ầ c đ c h i, do đó không góp ph n vào v n đ ô nhi m môi tr ệ ứ ng và hi u ng nhà

kính.

ế ớ ề ề ế ớ ề ố ạ Ti m năng v NLMT trên th gi ồ i: phân b không đ ng đ u trên th gi ấ i, m nh nh t

ụ ụ ự ề ạ ả ấ ạ ề ầ là vùng xích đ o và vùng khô h n, gi m d n v phía c c trái đ t (Ph l c 2.2.1). Ti m

ế ử ụ ụ ụ ể ấ ộ ộ ị ị năng kính t s d ng NLMT ph thu c vào v trí đ a đi m trên trái đ t, ph thu c vào

ờ ế ụ ể ủ ừ ố ượ ể ề ậ ố ặ đ c đi m khí h u, th i ti t c th c a t ng vùng mi n. Theo s l ứ ng th ng kê b c

2/năm.

ế ớ ủ ể ả ộ ị ạ x trung bình c a m t đ a đi m trên th gi i vào kho ng 2000kWh/m

ề ề ở ệ ề ố ổ ệ Ti m năng v NLMT Vi ồ t Nam: phân b khôn đ ng đ u trên lãnh th Vi t Nam do

ể ề ắ ậ ị ủ ặ đ c đi m đ a hình khí h u khác nhau c a hai mi n Nam và B c. Nói chung là c ườ ng

ượ ứ ạ ấ ổ ườ ộ đ năng l ng b c x không cao và thay đ i th t th ng

ộ ố ướ ề ả ế ớ B ng 3.1 Ti m năng NLMT m t s n c trên th gi i [4]

ề

ứ ạ

Ti m năng

B c x trung bình

STT

ố Qu c gia

tWh/năm

kWh/m2/năm

1 Angiêri

13,9

1970

2 Ai C pậ

36,0

2450

ồ

3 B Đào Nha

3,0

1910

4 Cô oét

2,5

1900

5 Hy L pạ

4,0

1730

6 Iran

16,0

2100

ThS. Nguyễn Bá Thành

Chương 3 Điện mặt trời

4

7 Ir cắ

6,8

2050

8 Ý

10,0

1800

9 Li Băng

1,5

1920

10 Mar cố

17,0

2000

11 Saudi Arabi

13,9

2130

12 Tây Ban Nha

5,0

2000

ề ả ở ệ B ng 3.2 Ti m năng NLMT Vi t Nam[4]

ờ ắ

Gi

n ng

ả Kh năng

Vùng

B c xứ ạ kcal/cm2/năm

ứ

trong năm

ụ ng d ng

Đông b cắ

15001700

100125

Th pấ

Tây b cắ

17501900

125150

Trung bình

ắ

ộ

B c trung b

1700200

140160

T tố

R t t

ấ ố t

20002600

150175

Tây nguyên, nam trung bộ

130150

R t t

ấ ố t

Nam bộ

22002500

100175

T tố

Trung bình c n

ả ướ c

17002500

ụ ứ ủ Hai ng d ng chính c a NLMT là:

ứ ạ ặ ờ ể ệ ử ụ ở ặ ờ Chuy n b c x m t tr i thành nhi t năng, s d ng các h ệ

(cid:0) Nhi ệ

t m t tr i :

ưở ướ ạ ệ ơ ố th ng s ặ ể i ho c đ đun n c t o h i quay turbin đi n.

ệ ạ ặ ờ ứ ự ể ế ạ ệ ặ ờ Chuy n b c x m t tr i (d ng ánh sáng) tr c ti p thành đi n

(cid:0) Đi n m t tr i:

ệ ọ năng (hay còn g i là quang đi n – photovoltaics PV).

ệ ố ổ ế ử ụ ụ ệ ấ ạ ệ ố Hai d ng h th ng dân d ng s d ng NLMT ph bi n nh t hi n nay là h th ng

ệ ộ ố ệ ố ệ ố ệ ố ệ nhi t NLMT và h th ng quang đi n cá nhân. M t s h th ng khác là: H th ng đun

ặ ờ ử ụ ặ ờ ệ ề ạ ơ ướ n c m t tr i, máy b m NLMT và đi n m t tr i s d ng cho các tr m truy n thông

ế ở vô tuy n vùng sâu vùng xa.

ề ệ ớ ố ấ ầ ặ ờ ộ Nhu c u v đi n m t tr i tăng r t nhanh trong 20 năm qua, v i t c đ trung bình là

ThS. Nguyễn Bá Thành

ặ ờ ấ ắ ệ ầ ạ ặ ỗ ổ 25% m i năm, trong năm 2004 t ng công su t l p đ t đi n m t tr i toàn c u đ t 927

Chương 3 Điện mặt trời

5

ấ ầ ầ ấ ơ ớ MW, tăng g n g p đôi năm 2003( 574MW) và g p h n 40 l n so v i 25 năm tr ướ c.

ế ớ ố ẽ ế ể ẩ Các qu c gia phát trên th gi i đang thúc đ y m nh ệ ạ m các k ho ch phát tri n đi n ạ

ặ ờ ệ ậ ả ỹ ư ợ ố m t tr i thông qua c i thi n k thu t cũng nh tr v n.

ặ ờ ử ể ị

3.1 Pin m t tr i và l ch s phát tri n

ệ ượ ệ ộ ề ặ ệ ọ Quang đi n là m t hi n t ộ ng ánh sáng sinh đi n. Khi ánh sáng r i trên b m t m t

ậ ẽ ấ ụ ượ ệ ủ ế ầ ố ờ ậ v t. V t s h p th năng l ng nhi ạ ế t c a ánh sáng cho đ n t n s th i gian đ t đ n

ứ ấ ụ ụ ấ ấ ượ ệ ủ ậ ẽ m c h p th cao nh t. V t s không còn h p th năng l ng nhi ạ t c a ánh sáng. T i

ể ờ ệ ử ờ th i đi m này năng ượ l ẽ ng ánh sáng s tách đi n t ỏ ề ặ ủ ậ ở r i kh i b m t c a v t tr thành

ệ ử ự ậ ở ệ ẫ ả đi n t t do có kh năng làm cho v t tr thành d n đi n.

ệ ứ ệ ượ ệ ầ ậ ở Hi u ng quang đi n đ c phát hi n đ u tiên năm 1839 b i nhà v t lý Pháp Alexandre

ế ộ ượ ớ ượ ạ Edmond Becquerel. Tuy nhiên cho đ n 1883 m t pin năng l ng m i đ c t o thành,

ộ ớ ự ể ạ ủ ạ ỏ ẫ ở b i Charles Fritts, ông ph lên m ch bán d n selen m t l p c c m ng vàng đ t o nên

ạ ế ị ệ ấ ỉ ườ ạ m ch n i, ố thi t b ch có hi u su t 1%. Russell Ohl xem là ng i t o ra pin năng l ượ ng

ờ ầ ặ ươ m t tr i đ u tiên năm 1946. Sven Ason Berglund đã có ph ế ng pháp liên quan đ n

ủ ệ ả ả ậ vi c tăng kh năng c m nh n ánh sáng c a pin.

ố ớ ệ ấ ạ ệ ứ Năm 1887 Heinrich Hertz quan sát th y hi u ng quang đi n ngoài đ i v i các kim lo i

ệ ừ ự ệ ệ (cũng là năm ông th c hi n thí nghi m phát và thu sóng đi n t ). Sau đó Aleksandr

ứ ế ộ ỷ ự ị Grigorievich Stoletov đã ti n hành nghiên c u m t cách t mĩ và xây d ng nên các đ nh

ệ ậ lu t quang đi n.

ấ ả ủ ạ ộ M t trong các công trình c a Albert Einstein xu t b n trên t p chí Annal der Physik đã

ả ệ ứ ư ệ ậ ộ ị lý gi ệ i m t cách thành công hi u ng quang đi n cũng nh các đ nh lu t quang đi n

ạ ượ ố ự d a trên mô hình h t ánh sáng, theo thuy t ế l ng t ử ừ ượ v a đ ủ c công b năm 1900 c a

ấ ạ ủ ế ự ề ả ẫ ậ Max planck. Các công trình này d n đ n s công nh n v b n ch t h t c a ánh sáng

ế ưỡ ự ạ ủ ể ủ và s phát tri n c a lý thuy t l ng tính sóngh t c a ánh sáng.

ạ ộ ủ ế ệ

3.2 Nguyên lý ho t đ ng c a t

bào quang đi n

3.2.1 Hiện tượng quang điện ngoài

ThS. Nguyễn Bá Thành

Chương 3 Điện mặt trời

6

ệ ượ ạ ọ ặ ậ ỏ Hi n t ng ánh sáng làm b t các electron ra kh i m t kim lo i g i là hi n t ệ ượ ng

ệ quang đi n (ngoài).

ể ậ ạ ỏ ộ ỉ ướ Ánh sáng kích thích ch có th làm b c các electron ra kh i m t kim lo i khi b c sóng

ặ ằ ắ ớ ạ ạ ơ ủ c a nó ng n h n ho c b ng gi ệ ủ i h n quang đi n c a kim lo i đó.

(3.1)

Trong đó:

λ ướ : b c sóng ánh sáng.

ớ ạ ệ ủ ạ λ0: gi i h n quang đi n c a kim lo i.

A: Công thoát.

ố ằ h, c: h ng s

ệ ượ ỏ ề ặ ậ Hình 3.2 Hi n t ạ ng ánh sáng làm b t electron ra kh i b m t kim lo i

ệ ượ ệ

3.2.2 Hi n t

ng quang đi n trong

ộ ố ấ ư ẫ ấ ặ M t s ch t bán d n nh Ge, Si, PbS, PbSe, PbTe,CdS, CdSe, CdTe,… có tính ch t đ t

ệ ấ ẫ ư ế ệ ở ị bi ấ t nh sau: Chúng là ch t d n đi n kém khi không b chi u sáng và tr thành ch t

ThS. Nguyễn Bá Thành

ệ ố ế ấ ấ ẫ ợ ọ ị ẫ d n đi n t t khi b chi u ánh sang thích h p, các ch t này g i là ch t quang d n.

Chương 3 Điện mặt trời

7

ế ượ ự ử ể ả ư D a vào thuy t l ng t , ta có th gi i thích ủ đ cặ tính c a các ch t ẫ ấ quang d n nh sau:

ế ị ở ạ Khi không b chi u sáng, các êlectron ấ trong các ch t nói trên đi u ế ề ở tr ng thái liên k t

ạ ự ấ ấ ể ớ v i nút m ng tinh th . Không có êlectron t do. Khi đó các ch t nói trên là ch t cách

đi nệ .

ế ẫ ấ ủ ề ẽ Khi chi u sáng ch t quang d n, m ỗi phôtôn c a ánh sáng kích thích s truy n toàn b ộ

ượ ủ ế ế ộ ượ ậ năng l ng c a nó cho m t êlectron liên k t. N u năng l ng mà êlectron nh n đ ượ c

ể ượ ả ế ể ở ỏ ố ủ ớ đ l n thì êlectron đó có th đ c gi i phóng kh i m i liên k t đ tr thành êlectron

ế ượ ệ ặ ẫ d n và tham gia vào quá trình d ẫn đi n. M t khác, khi êlectron liên k t đ c gi ả i

ẽ ể ạ ộ ỗ ố ỗ ố phóng thì nó s đ l i m t l tr ng. L tr ng này cũng tham gia vào quá trình d ẫn

ệ ế ả ố ở ấ đi n. K t qu là kh i ch t nói trên tr thành ch t d ấ ẫn đi n.ệ

ệ ượ ả ế ể ở Hi n t ng ánh sáng gi i phóng các electron liên k t đ cho chúng tr thành các

ờ ạ ẫ ồ ỗ ố ệ ẫ ọ electron d n, đ ng th i t o ra các l tr ng cùng tham gia vào quá trình d n đi n g i là

ệ ượ ệ hi n t ng quang đi n trong.

ệ ượ ệ ượ ứ ụ ệ ệ ở Hi n t ng quang đi n trong đ c ng d ng trong quang đi n tr và pin quang đi n.

3.2.3 Pin quang đi nệ

ặ ờ ệ ệ ạ ằ ọ ộ ồ ượ Pin quang đi n (còn g i là pin m t tr i) là m t ngu n đi n ch y b ng năng l ng ánh

ự ế ế ệ sáng. Nó bi n tr c ti p quang năng thành đi n năng.

ệ ườ ượ ằ Các pin quang đi n th ng đ ấ c làm b ng Si, Se, Ge, Te, CdS, GaAs... Ta hãy xét c u

ạ ộ ủ ệ ạ t o và ho t đ ng chung c a pin quang đi n.

ThS. Nguyễn Bá Thành

ơ ồ ấ ạ ủ ệ Hình 3.3 S đ c u t o c a pin quang đi n

Chương 3 Điện mặt trời

8

(cid:0) ủ ộ ớ ộ ấ ạ ấ ẫ ẫ ỏ ạ Pin có m t t m bán d n lo i n, bên trên có ph m t l p m ng ch t bán d n lo i

ộ ạ ể ạ ế ằ ấ ớ p (H 3.1). Có th t o ra l p này b ng cách cho khu ch tán m t t p ch t thích

ề ặ ủ ớ ộ ớ ẫ ớ ạ ấ ạ ợ h p vào l p b m t c a l p bán d n lo i n. Trên cùng là m t l p kim lo i r t

ộ ế ướ ạ ạ ỏ m ng. D i cùng là m t đ kim lo i. Các kim lo i này cùng đóng vai trò các

ệ ự ơ đi n c c tr .

(cid:0) ẽ ế ừ ể ạ ẫ ạ ẫ ạ Electron s khu ch tán t bán d n lo i n sang bán d n lo i p, đ l ữ i nh ng l ỗ

ố ươ ế ớ ỗ ố ạ tr ng d ng. Các êlectron này v n ẫ có liên k t v i các l ộ tr ng t o thành m t

tx h

ế ế ệ ọ ớ ớ ườ ớ l p g i là l p ti p xúc p – n. Trong l p ti p xúc này có đi n tr ng E ngướ

ứ ướ ừ ẫ ạ ẫ ạ ừ ươ t d ng sang âm, t c là h ng t ệ bán d n lo i n sang bán d n lo i p. Đi n

ườ ả ự ủ ừ ỗ ố ừ tr ng E ế tx ngăn c n s khu ch tán c a êlectron t n sang p và l tr ng t p sang

ườ ọ ớ ế ặ ậ n. Vì v y ng i ta còn g i l p ti p xúc này là ớ l p ch n.

(cid:0) 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

ế ễ ừ ặ ỗ ố lỗ trống. Electron khu ch tán d dàng t ớ p sang n qua l p ch n. Còn l tr ng thì

ặ ạ ệ ự ế ả ạ ớ ỏ ở ị b ch n l i và ở ạ l i trong l p p. K t qu là đi n c c kim lo i m ng trên s ẽ

ễ ệ ươ ở ự ươ ủ ế nhi m đi n d ng và tr ệ thành đi n c c d ng c a pin, còn đ kim lo i ạ ở

ầ ướ ẽ ệ ự ủ ễ ệ ở ph n d i s nhi m đi n âm và tr thành đi n c c âm c a pin.

ệ ự ằ ế ế ẽ ẫ ộ ố ộ N u n i hai đi n c c b ng m t dây d n thông qua m t ampe k thì s có dòng quang

ạ ừ ự ươ ệ ự đi n ch y t c c d ng sang c c âm.

ủ ệ ệ ằ ả ấ ộ ừ Su t đi n đ ng c a pin quang đi n n m trong kho ng t ế 0,5V đ n 0,8V.

ạ ộ ự ệ ậ ắ ệ ượ ệ ủ V y nguyên t c ho t đ ng c a pin quang đi n là d a vào hi n t ng quang đi n trong

ộ ớ ạ ặ xảy ra bên c nh m t l p ch n.

ệ ượ ứ ệ ạ ồ Pin quang đi n đã đ c dùng làm ngu n đi n cho các tr m nghiên c u và cho sinh

ạ ở ệ ướ ế ả ả ữ ư ệ ẫ ơ ho t nh ng n i khó khăn cho vi c d n đi n l i đ n nh : núi cao, h i đ o, các

ThS. Nguyễn Bá Thành

ươ ệ ư ộ ụ ệ ạ ạ ph ng ti n l u đ ng, v tinh nhân t o, tr m vũ tr ...

Chương 3 Điện mặt trời

9

ễ ể ườ ườ ứ ế ơ ộ Đ tránh gây ô nhi m môi tr ng, ng ạ i ta đã nghiên c u thay th các đ ng c ch y

ở ơ ạ ệ ằ ằ ộ xăng ôtô, máy bay... b ng các đ ng c ch y b ng pin quang đi n.

ườ ể ế ử ụ ệ ổ ượ ặ ờ Ng i ta s d ng Pin quang đi n đ bi n đ i năng l ng ánh sáng m t tr i thành

ế ệ ệ ệ ằ ẫ ấ ấ đi n năng (Solar Cell). N u dùng pin quang đi n b ng ch t bán d n Silic, hi u su t

2 c a pin quang

ườ ượ ủ ể ạ ế ủ c a nó có th đ t đ n 1415%. Ng i ta tính đ ệ c trên di n tích 1m

ệ ượ ế ớ ậ ượ ấ ộ đi n đ c ánh sáng chi u t ể i ta có th nh n đ ệ c m t công su t đi n là 100 W và nh ư

ủ ệ ể ỏ ủ ệ ộ ớ ọ ệ ậ v y v i di n tích c a m t mái nhà trung bình ta có đ đi n năng đ th a mãn m i ti n

ủ ệ ề ệ ộ nghi cho m t gia đình. Tuy nhiên, v giá thành c a các Pin quang đi n hi n nay còn

ắ ố ồ ượ ươ t ớ ng đ i khá đ t so v i các ngu n năng l ng khác.

ạ ộ

3.2.4 Nguyên lý ho t đ ng

ThS. Nguyễn Bá Thành

Chương 3 Điện mặt trời

10

ạ ộ ủ ặ ờ Hình 3.4 Nguyên lý ho t đ ng c a Pin m t tr i

ệ ố ứ ượ Hình 3.5 H th ng 2 m c năng l ng trong đó E1

ThS. Nguyễn Bá Thành

ườ ử ế ượ ệ ố ế ấ ơ Bình th ệ ng đi n t ứ chi m m c năng l ng th p h n E1. Khi chi u sáng h th ng,

Chương 3 Điện mặt trời

11

ử ượ ầ ố ằ ố ượ l ng t ánh sáng (photon) mang năng l ng hv (h là h ng s Plank và v là t n s ánh

ị ệ ử ấ ụ ứ ể sáng)b đi n t h p th và chuy n lên m c E2.

ươ ằ ượ Ph ng trình cân b ng năng l ng:

hv = E1E2 (3.2)

ậ ắ ươ ủ ệ ể ạ ấ ử Trong các v t r n ,do t ạ ng tác r t m nh c a m ng tinh th lên đi n t vành ngoài ,

ượ ủ ứ ề ị ượ ấ nên các năng l ng c a nó b tách ra nhi u m c năng l ạ ng con r t sát nhau và t o

ượ ượ ệ ấ ử ế ầ thành vùng năng l ng. Vùng năng l ị ng th p b các đi n t chi m đ y khi ở ạ tr ng

ủ ằ ọ ượ ị thái cân b ng g i là vùng hoá tr mà bên trên c a nó có năng l ng EV. Vùng năng

ế ế ầ ặ ộ ọ ố ị ỉ ượ l ẫ ng phía trên ti p đó hoàn toàn tr ng ho c ch b chi m m t ph n g i là vùng d n,

ướ ủ ượ ữ ẫ ọ ị bên d i c a vùng có năng l ng là EC, cách ly gi a vùng hóa tr và vùng d n đó g i là

ộ ộ ấ ộ ượ ứ ượ m t vùng c m có đ r ng năng l ng là Eg, trong đó không có m c năng l ng cho

ủ phép nào c a đi n t ệ ử .

ậ ắ ế ế ượ ượ Khi ánh sáng chi u đ n v t r n có vùng năng l ng nói trên, photon có năng l ng hv

ị ệ ử ủ ị ấ ụ ể ể ớ ệ ố t i h th ng , b đi n t ẫ c a vùng hoá tr h p th và nó có th chuy n lên vùng d n

ệ ị ẽ ộ ỗ ố ể ở đ tr thành đi n t ử ự t do e,lúc này vùng hoá tr s có m t l ể ể tr ng có th di chuy n

ư ệ ạ ươ ố ệ nh “h t“ mang đi n tích d ng nguyên t ể ỗ ố (kí hi u h+). L tr ng này có th di

ệ ể ẫ chuy n và tham gia van quá trình d n đi n .

(cid:0) ươ ệ ứ ượ ử Ph ng trình hi u ng l ng t :

(3.3) eV+hv → e + h+

ể ệ ề ệ ử ể ấ ụ ượ ể ừ ủ Đi u ki n đ đi n t có th h p th năng l ng c a photon và chuy n t vùng hoá

ạ ẫ ị tr lên vùng d n, t o ra căp đi n t ệ ử ỗ ố –l tr ng là:

hv > Eg = EC – EV (3.4)

λ ướ ớ ạ ể ạ ủ ể ặ Suy ra b c sóng t i h n C c a ánh sáng đ có th t o ra c p e h+ là:

ThS. Nguyễn Bá Thành

λ C = hc/( EC – EV) (3.5)

Chương 3 Điện mặt trời

12

ậ ắ ế ệ ậ ụ ượ V y khi chi u sáng vào v t r n, đi n t ử ở ị ấ vùng hoá tr h p th năng l ng photon hv

ạ ẫ ẫ ạ ệ ể ặ ử ỗ ố ạ và chuy n lên vùng d n t o ra c p h t d n đi n t – l ộ ứ tr ng e h+, t c là t o ra m t

ệ ế đi n th .

Hình 3.6 Các vùng năng l ngượ

ệ ượ ệ ọ ượ ạ ộ ủ ệ Hi n t ng đó g i là hi n t ng quang đi n bên trong. Nguyên lý ho t đ ng c a pin

ặ ờ ệ ượ ế ệ ả ộ ớ m t tr i chính là hi n t ng quang đi n x y ra trên l p ti p xúc pn. Khi m t photon

ẽ ả ề ạ ả ộ ch m vào m nh Silic, m t trong hai đi u sau s x y ra:

ự ề ề ả ườ ả ượ Photon truy n tr c xuyên qua m nh silic. Đi u này th ng x y ra khi năng l ủ ng c a

ấ ơ ượ ủ ể ư ứ ạ ượ ơ photon th p h n năng l ng đ đ đ a các h t electron lên m c năng l ng cao h n.

ượ ủ ượ ụ ở ề ấ ườ ả Năng l ng c a photon đ c h p th b i silic. Đi u này th ng x y ra khi năng

ủ ớ ơ ượ ể ư ứ ượ ượ l ng c a photon l n h n năng l ng đ đ a electron lên m c năng l ơ ng cao h n.

ượ ấ ượ ượ ế ề ạ Khi photon đ ụ c h p th , năng l ủ ng c a nó đ c truy n đ n các h t electron trong

ườ ườ ượ ế ể màng tinh th . Thông th ớ ng các electron này l p ngoài cùng, và th ng đ c k t dính

ử ế ể ể ậ ượ ớ v i các nguyên t lân c n vì th không th di chuy n xa. Khi electron đ c kích thích,

ThS. Nguyễn Bá Thành

ể ự ệ ẫ ở ể ẫ tr thành d n đi n , các electron này có th t do di chuy n trong bán d n.

Chương 3 Điện mặt trời

13

ẫ ệ ủ ậ ẫ Hình 3.7 Nguyên lý d n đi n c a v t d n

ử ẽ ế ọ ỗ ố ỗ ố ề ạ Khi đó nguyên t s thi u 1 electron và đó g i là l ệ tr ng. L tr ng này t o đi u ki n

ủ ử ế ề ạ ỗ ố ề cho các electron c a nguyên t ể bên c nh di chuy n đ n đi n vào l tr ng, và đi u này

ỗ ố ử ỗ ố ư ậ ỗ ố ạ t o ra l tr ng cho nguyên t ậ lân c n có "l ứ ế ụ tr ng". C ti p t c nh v y l tr ng di

ể ẫ ạ ố chuy n xuyên su t m ch bán d n.

ỉ ầ ộ ượ ợ ớ ơ M t photon ch c n có năng l ớ ủ ể ng l n h n năng lu ng đ đ kích thích electron l p

ầ ố ủ ặ ờ ệ ẫ ườ ươ ươ ngoài cùng d n đi n . Tuy nhiên, t n s c a m t tr i th ng t ng đ ng 6000°K, vì

ầ ớ ế ượ ượ ụ ở ầ ấ th nên ph n l n năng l ặ ờ ề ng m t tr i đ u đ ế c h p th b i silic. Tuy nhiên h u h t

ượ ặ ờ ổ ượ ệ ề năng l ể ng m t tr i chuy n đ i thành năng l ng nhi ơ t nhđi u h n là năng l ượ ng

ThS. Nguyễn Bá Thành

ử ụ ệ ượ đi n s d ng đ c.

Chương 3 Điện mặt trời

14

ủ ặ ờ ạ ộ Hình 3.8 Nguyên lý ho t đ ng c a pin m t tr i

ư ủ ặ ặ ờ 3.2.5 Các đ c tr ng c a pin m t tr i

ơ ồ ươ ươ 3.2.5.1 S đ t ng đ ng

ặ ờ ượ ẫ ủ ư ế ế ế ố Khi pin m t tr i đ ớ c chi u sang n u nh ta n i 2 l p ban d n c a ti p xúc PN thì s ẽ

ệ ệ ặ ẫ ạ ớ ọ ờ có dòng đi n ch y qua l p bán d n. dòng đi n nãy g i là Iph lúc này pin m t tr i

ươ ộ ồ ươ t ng đ ng m t ngu n dòng.

ượ ấ ạ ộ ớ ẫ ấ ặ ờ ỉ Vì đ ư c c u t o là m t l p bán d n PN cho nên pin m t tr i có tính ch t ch nh l u

ự ư ộ ư ộ ị ượ ẫ ộ ươ t ng t nh m t diod. Vì là m t diode nên khi b phân c c ng c v n có m t dòg

ạ ượ ườ ư ệ ặ ọ ầ ằ ệ ở đi n g i là dòng dò di qua nó. N i ta đ c tr ng đ i l ng ny b ng đi tr sun Rsh.

ượ ặ ờ ệ ế ẽ ệ ộ Khi đ ạ c chi u sang s có m t dòng đi n ch y trong pin m t tr i. và dòng đi n này

ThS. Nguyễn Bá Thành

ư ệ ằ ộ ở ượ ặ đ c đ c tr ng b ng m t đi n tr Rs.

Chương 3 Điện mặt trời

15

Hì

ơ ồ ươ ươ ủ nh 3.9 S đ t ng đ ặ ờ ng c a pin m t tr i

ả ạ 3.2.5.2 Dòng đo n m ch I

ặ ờ ứ ệ ạ ắ ạ ắ ạ ị Dòng ng n m ch là dòng đi n ch y trong pin m t tr i khi ngõ ra b ng n m ch. T c là

ệ ệ ằ ạ dòng đi n ch y trong pin khi khi đi n áp ngõ ra b ng không.

ứ ạ ắ Công th c tính dòng ng n m ch là:

(3.6)

ệ Iph – Dòng quang đi n (A/m

ID – Dòng qua diode (A/m2)

IS – Dòng bão hòa (A/m2)

ượ ừ ố ọ ưở ứ ộ ụ ộ n – đ c g i là th a s lý t ệ ng ph thu c vào các m c đ hòan thi n

ệ ế ạ ặ ờ ưở công ngh ch t o pin m t tr i. lý t ể ấ ng có th l y N=1

ở ố ế ặ ờ ủ ệ ệ ở RS – đi n tr n i ti p (đi n tr trong c a pin m t tr i)

ệ ở RSh – đi n tr Sun (/m

ệ ử ủ ệ q – đi n tích c a đi n t (C)

ặ ờ ượ ế ề ệ ườ Khi pin m t tr i đ c chi u sáng trong đi u ki n bình th ệ ể ỏ ng thì có th b qua đi n

S, và dòng ID = 0 do đó ISC = IPh=kE

ở ố ế tr n i ti p R

Trong đó:

ườ E: c ộ ng đ sáng

ThS. Nguyễn Bá Thành

ệ ố ỉ ệ K: h s t l

Chương 3 Điện mặt trời

16

sc c a Pin m t tr i t l

ề ệ ậ ườ ạ ắ ủ Nh n xét: Trong đi u ki n bình th ng ta có dòng ng n m ch I ặ ờ ỉ ệ

ớ ườ ậ ộ ứ ạ ế thu n v i c ng đ b c x chi u sáng.

ộ ủ ặ ự ụ ặ ờ ủ ư ườ Hình 3.10 S ph thu c c a đ c tr ng VA c a Pin m t tr i vào c ộ ứ ạ ặ ng đ b c x m t

tr iờ

ế ở ạ 3.2.5.3 Th h m ch

ế ủ ệ ặ ờ ở ạ ở ạ ở ạ Là đi n th c a pin m t tr i đo ạ tr ng thái h m ch, khi h m ch thì dòng m ch

ằ ả ấ ớ ngoài b ng 0 và gi thi ế sh là r t l n thì: t R

(3.7)

ể ế Vì Iph>>IS nên có th vi t

ứ ụ ể ấ ộ ệ ộ ộ ự ế Trong bi u th c Voc ta th y nó ph thu c vào nhi ự t đ m t cách tr c ti p, và s ph ụ

ộ ủ ạ ả ế ả thu c c a Voc vào Is gián ti p. Trong đó Is là dòng b o hoà là dòng các h t t ệ i đi n

ơ ả ượ ạ ệ ệ ở ệ ườ không c b n đ c t o ra do kích thích nhi ị t và b gia nhi t b i đi n tr ế ng ti p xúc.

ThS. Nguyễn Bá Thành

ư ậ ệ ộ Nh v y khi nhi t đ tăng thì Is cũng tăng theo hàm mũ.

Chương 3 Điện mặt trời

17

ộ ủ ườ ộ ứ ạ ặ ờ ế ườ ự ụ Hình 3.11 S ph thu c c a c ng đ b c x m t tr i đ n đ ặ ủ ng VA c a Pin m t

tr iờ

ể ấ ự ạ ệ ớ 3.2.5.4 Đi m làm vi c v i công su t c c đ i

ộ ườ ặ ờ ố ớ ộ ườ ư ủ ặ Xét m t đ ng đ c tr ng VA c a pin m t tr i đ i v i m t c ộ ứ ạ ng đ b x cho tr ướ c

ở ệ ộ ự ủ ờ ượ ế ặ ị ố ớ ộ ả và nhi t đ xác đ nh. N u các c c c a pin m t tr i đ c n i v i m t t i tiêu th ụ

ủ ệ ể ắ ườ ư ặ ặ ờ ườ đi n R thì đi m c t nhau c a đ ủ ng đ c tr ng VA c a pin m t tr i và đ ặ ng đ c

ủ ả ư ệ ủ ế ả ể ặ ộ ọ ờ tr ng c a t i trong t a đ OIV là đi m làm vi c c a pin m t tr i. N u t i tiêu th ụ

ệ ủ ặ ờ ộ ả ệ ầ ở ườ ư ặ ả đi n c a pin m t tr i là m t t i đi n tr Ohm thu n thì đ ng đ c tr ng t ộ i là m t

ố ớ ụ ẳ ộ ọ ộ ườ đ ng th ng qua góc t a đ và có đ nghiêng anpha đ i v i tr c OV và taga = 1/R

ị ườ ấ ợ ậ trên hình 2.14 (theo đ nh lu t Ohm ta có i=V/R. Trong tr ng h p này công su t pin

ặ ờ ấ ả ỉ ụ ị ệ ộ ở m t tr i c p cho t i ch ph thu c vào giá tr đi n tr R).

ặ ờ ấ ọ ộ ấ ả ữ ệ ằ Trong t a đ OIV, công su t pin m t tr i c p cho t ậ i R b ng dđi n tích hình ch nh t

ộ ủ ệ ể ớ ị ớ ạ ộ i h n bi hòanh đ và tung đ c a đi m làm vi c. v i các giá tr R khác nhau, các gi ThS. Nguyễn Bá Thành

Chương 3 Điện mặt trời

18

ệ ẽ ấ ả ể ụ đi m làm vi c s khác nhau và do đó công su t t i tiêu th cũng khác nhau. T n t ồ ạ i

OPT mà t

ộ ị ạ ấ ả ự ạ ệ ứ ụ ể m t giá tr R=R i đó công su t t ớ i tiêu th là c c đ i. Đi m làm vi c ng v i

ấ ự ạ ữ ườ ể ế ể ư ặ công su t c c đ i, đi m A trên hính 2.14 là đi m tí p xúc gi a đ ng đ c tr ng VA

ặ ờ ườ ấ ổ ườ ấ ổ ủ c a pin m t tr i và đ ng công su t không đ i (đ ng công su t không đ i IV=có là

ườ các đ ng hyperpol)

ROPT=VOPT/IOPT

ệ ị ủ ROPT giá tr c a đi n tr t ở ả ố ư i t i u

Ở ề ệ ườ ộ ứ ạ ổ ở ệ ộ ướ ấ đi u ki n c ng đ b c x không đ i và nhi t đ cho tr c ta th y:

ở ả ế ặ ờ ề ẽ ệ + N u đi n tr t i R

SC.

ườ ư ệ ằ ầ ạ ầ ộ ỏ mà c ổ ng đ dòng đi n g n nh không đ i và g n b ng dòng đ an m ch I

OPT , pin m t tr i làm vi c trong mi n PS v i hi u đi n th

ế ở ặ ờ ệ ệ ệ ề ớ ệ + N u đi n tr R>R ế

OC.

ế ở ạ ư ệ ổ ằ ầ g n nh không đ i và b ng đi n th h m ch V

ặ ờ ệ ệ ả ả ụ ệ ị ỉ Rõ ràng là pin m t tr i ch làm vi c có hi u qu khi t ậ i tiêu th đi n có giá tr lân c n

ROPT.

ể ệ ệ ấ ự ạ ể Hình 3.12 Đi m làm vi c và đi m làm vi c công su t c c đ i

ThS. Nguyễn Bá Thành

ệ ề ả ụ ệ ề 3.2.5.5 Các đi u ki n v t i tiêu th đi n

Chương 3 Điện mặt trời

19

ả ọ ế ị ườ ợ ổ T i là tên g i chung cho các thi ụ ệ t b tiêu th đi n . Trong tr ể ng h p t ng quát, đi m

ệ ủ ặ ờ ặ ờ ệ ượ ể ắ ở ị làm vi c c a pin m t tr i hay h pin m t tr i cũng đ ữ c xác đ nh b i đi m c t gi a

ườ ư ủ ặ ườ ả các đ ng đ c tr ng VA c a nó và các đ ng t i.

ặ ờ ạ ệ ố ứ ề ệ ả Trong đ tài này nghiên c u và thi công mô hình h th ng đi n m t tr i n p x qua

ể ả ụ acquy nên tìm hi u t i tiêu th là acquy.

ả ế ầ ổ ườ ư ệ ủ ế ặ ầ Acquy là t i có đi n th g n nh không đ i đ ng đ c tuy n VA c a nó g n nh ư

ơ ụ ẳ ạ ặ ộ song song v i tr c OI trên m t ph ng t o đ IOV.

ủ ệ ố ặ ờ ộ ặ ư ủ ể ặ ổ M t đ c đi m c a h th ng pin m t tr i là đ c tr ng VA c a nó thay đ i theo c ườ ng

ấ ự ạ ẽ ặ ờ ế ể ệ ậ ộ đ ánh sáng m t tr i chi u lên nó. Do v y đi m làm vi c có công su t c c đ i s khác

ạ ố ớ ấ ự ể ệ ậ ợ ườ nhau. T p h p các đi m làm vi c có công su t c c đ i đ i v i các c ộ ng đ sáng

ạ ườ ườ ấ ự ạ khác nhau t o ra đ ọ ng g i là đ ng công su t c c đ i.

ự ữ ể ợ ộ ồ ượ ộ ả ặ Đ đánh gia s phù h p gi a m t ngu n năng l ờ ng m t tr i và m t t i ta có th ể

ườ ồ ườ ả ủ ế ị xem xét đ ấ ự ạ ủ ng công su t c c đ i c a ngu n và đ ng t i c a thi ụ ệ t b tiêu th đi n .

ặ ờ ơ ả ẽ ồ ộ ệ ố ặ ờ ắ ả M t h th ng pin m t tr i đ n gi n s g m : pin m t tr i, cquy và t i.

ố ả ưở ấ ủ ế ộ ế ệ ệ 3.2.5.6 Các tham s nh h ng đ n ch đ làm vi c & hi u su t c a pin MT

ố ả ưở ệ ủ ặ ờ ế ộ ế Có 5 tham s nh h ng đ n ch đ làm vi c c a pin m t tr i là

ệ

Đi n tr n i R ở ộ s

ệ

Đi n tr shun R ở

Dòng bão hòa Is

ộ ứ ạ ặ ờ ườ

C ng đ b c x m t tr i E

ệ ộ ủ t đ c a pin T

Nhi

ở ề ệ ạ ườ ộ ụ ư ể ố ứ đi u ki n b c x bình th ng (không h i t ) các ham s trên có th xem nh các

S và nhi

ố ộ ậ ệ ệ ộ ỉ ừ tham s đ c l p, ch tr dòng đi n bão hòa I t đ T.

SH đ c tr ng cho dòng rò qua l p ti p xúc PN, ph thu c vào công

ệ ở ư ụ ế ặ ớ ộ đi n tr Son R

SH khá l n, nên dòng rò có th b

ế ạ ớ ệ ế ườ ị ớ ngh ch t o l p ti p xúc. Thông th ng giá tr R ể ỏ

ThS. Nguyễn Bá Thành

qua.

Chương 3 Điện mặt trời

20

ế ổ ủ ệ ệ ấ ặ ờ 3.2.5.7 Hi u su t bi n đ i quang đi n c a pin m t tr i

ặ ờ ấ ỉ ủ ấ ặ ờ Công su t đ nh (peak power) c a pin m t tr i là công su t do pin m t tr i phát ra khi

2 và

ệ ở ể ệ ố ư ướ ứ ạ ườ ộ ở nó làm vi c đi m làm vi c t i b c x có c i u d ng đ là 1000w/m nhi ệ t

oC, công su t đ nh đ

P hay KWp .

ấ ỉ ượ đ 25ộ ằ c đo b ng W

ỉ ố ữ ặ ờ ủ ệ ế ệ ể ấ ấ ổ ỉ Hi u su t bi n đ i quang đi n c a pin m t tr i là t s gi a công su t đi m đ nh và

ổ ượ ứ ạ ớ ặ ờ ở ệ ộ ướ ng năng l ng b c x t i pin m t tr i 1 nhi t đ cho tr c.

Công th c:ứ

(3.8)

ệ ệ ấ ổ ế Trong đó hi u su t bi n đ i quang đi n (%)

2).

ặ ờ ượ ệ ế ề ặ A – Di n tích b m t pin m t tr i đ c chi u sáng (m

2).

ộ ứ ạ ườ ẩ E0 – C ng đ b c x chu n (1000W/m

ố ớ ể ặ ờ ươ ạ ấ ườ ả ừ Đ i v i pin m t tr i tinh th Si th ệ ng m i hi u su t th ng vào kho ng t (12

ể ạ ế ệ ấ ệ 15%) . trong phòng thí nghi m hi u su t có th đ t đ n 20 – 22%.

ư ệ ộ ả ưở ặ ờ ụ ể ư ủ ặ Nh đã nói, nhi t đ có nh h ng lên các đ c tr ng c a pin m t tr i. C th là, dòng

oC hay 0,03

ệ ệ ộ ớ ệ ộ quang đi n tăng theo nhi ị t đ v i giá tr 0,1 % khi nhi t đ tăng 1

ự ả ộ ộ ự ệ ờ mA/oC.cm2. S tăng dòng quang đi n c a pin măt tr i là do s gi m đ r ng vùng ủ

g khi nhi

ủ ậ ệ ệ ộ ị ấ c m c a v t li u E t đ tăng theo đ nh luât.

Công th c:ứ

(3.9)

g(0)là đ r ng vùng c m c a v t li u

ậ ệ ằ ộ ớ ộ ộ ấ ố ụ V i a và b là h ng s ph thu c vào v t li u, E ủ ậ ệ ở

g(0), a và b c a vài v t li u pin m t tr i đi n hình:

ướ ị ủ ặ ờ ậ ệ ủ ể T = 00K. d i đây là giá tr c a E

g, a, b,c a Si và GaAs

ả ị ủ B ng 3.2 Các giá tr E

ThS. Nguyễn Bá Thành

Eg (0) (eV) 1.46 1.52 A (104 eV) 7 5.8 B (0K) 1100 300 Si GaAs

Chương 3 Điện mặt trời

21

ớ ự ả ộ ệ ộ ế ở ạ Th h m ch V ế OC gi m m t cách tuy n tính v i s tăng nhi t đ vì dòng bão hòa I

ạ ả ủ ơ ả ượ ạ tăng theo hàm mũ. Dòng bão hòa là dòng c a các h t t i không c b n đ c t o ra do

ệ ộ ủ ụ ự ệ ộ ễ kích thích nhi t . S ph thu c c a dòng bão hòa vào nhi ể ể t đ có th bi u di n nh ư

Trong đó Io=Is (T= )=qALDgo

ặ ờ ị ả ấ ự ạ ể ủ ế ả ả K t qu là công su t c c đ i có th c a pin m t tr i b gi m kho ng 0,35% khi nhi ệ ộ t đ

ớ ệ ố ư ậ ặ ờ ế ệ ấ ủ ị ả tăng 10C và vì th hi u su t c a pin m t tr i cũng b gi m v i h s nh v y. hình 31

ễ ự ả ế ổ ủ ệ ể ệ ệ ộ ố ớ ấ bi u di n s gi m c a hi u su t bi n đ i quang đi n theo nhi ậ ệ t đ đ i v i các v t li u

Si và GaAs.

ệ ố ấ ầ 3.2.5.8 H s l p đ y (Fill Factor)

opt = Vopt . Iopt tích s Vố oc.Isc

ừ ố ấ ầ ỷ ố ữ ấ ỉ Th a s l p đ y FF là t s gi a công su t đ nh P

FF =

ự ụ ệ ấ ộ ủ Hình 3.13 S ph thu c c a hi u su t vào nhi ệ ộ t đ .

ệ ả ấ ế ệ

3.3 Công ngh s n xu t t

bào quang đi n

ể ế ạ ừ ặ ờ ạ ậ ệ ề ấ ạ ồ Pin m t tr i có th ch t o t nhi u lo i v t li u khác nhau và r t đa d ng g m : silic

ệ ượ ử ụ ể ị tinh th , GaAs, a – Si (silic vô đ nh hình) CdS, CdTe, vv. Công ngh đ c s d ng đ ể

ệ ố ư ạ ặ ấ ặ ấ ờ ờ ả s n xu t pin m t tr i cũng r t phong phú nh công ngh b c bay t o pin m t tr i

ủ ế ệ ệ ệ ỏ ạ màng m ng. Công ngh khu ch tán, công ngh Ruban, công ngh phân h y silan t o

ị PMT silic vô đ nh hình vv...

ủ ế ử ụ ậ ệ ế ạ ệ ệ Tuy nhiên v t li u ch y u s d ng trong công nghi p ch t o PMT hi n nay là Silic

ậ ệ ế ỷ ướ ể ể ẽ ầ ị tinh th và Silic vô đ nh hình. H ng v t li u này s còn phát tri n vào đ u th k 21

ờ ặ ị ế ủ ổ nh đ c tính n đ nh và kinh t c a chúng.

ThS. Nguyễn Bá Thành

ặ ờ ể 3.3.1 Pin m t tr i tinh th Silic

Chương 3 Điện mặt trời

22

2) ng

ừ ậ ệ ầ ườ ế ạ ồ T v t li u ban đ u là cát (SiO i ta tinh ch ra Silic r i sau đó t o Silic đa tinh

ể ằ ể ệ ệ ặ ố ơ th b ng công ngh đúc kh i ho c kéo thành đ n tinh th theo công ngh Choxranski.

ố ậ ệ ể ườ ư ằ ắ ươ Khi đã có kh i v t li u tinh th Silic, ng i ta c a, c t chúng b ng dao kim c ng,

ạ ư ế ể ả ắ laser ... thành các phi n tinh th Silic dày kho ng 400 μm. Qua các công đo n c a, c t,

ề ặ ể ẩ ạ ẩ ọ ị ướ ử x lý hóa h c, mài, t y s ch b m t đ chu n b và các b ậ ệ ế c công ngh ti p theo v t

ệ ả ị li u đã b tiêu hao kho ng 50%.

ể ế ẩ ườ ế ướ Sau khi đã có phi n Silic tinh th tiêu chu n, ng i ta ti n hành b ấ ọ c quan tr ng nh t

ạ ớ ệ ể ế ằ trong công ngh làm PMT là t o l p chuy n ti p p – n b ng cách pha Brôm (Br),

0C. Đây là

ế ừ ắ ở ồ ệ ộ photpho (P) vào phi n pin Silic t các ngu n Br, P r n nhi t đ 900 – 1000

ấ ủ ỏ ự ế ị ệ ộ m t chu trình đòi h i s chính xác cao vì nó quy t đ nh hi u su t c a PMT.

ặ ờ ừ ế ạ Hình 3.14 Qui trình ch t o pin m t tr i t cát

ThS. Nguyễn Bá Thành

ả ượ ả ặ ờ B ng 3.3 S n l ng pin m t tr i 1990 – 2000(MWp)

Chương 3 Điện mặt trời

23

Năm/PMT 1990 1995 2000

Silic tinh thể 31.7 85 190

Silic vô đ nhị 14.7 65 160

hình

ổ ố T ng s 46.4 150 350

ệ ộ ả ượ ế ế ở ộ ể ố ượ Nhi t đ khu ch tán ph i đ c kh ng ch đ xác chính cao đ có đ ộ c đ sâu

ế ố ườ ụ ươ ể ả khu ch tán mong mu n. Ng i ta đã áp d ng ph ấ ng pháp c y ion đ gi i quy t đ ế ộ

ự ộ ế ạ ủ ế ạ chính xác và t đ ng hóa c a công đo n ch t o này. Ti p theo, các nhà công ngh ệ

ả ạ ớ ặ ướ ế ể ấ ủ ặ ph i t o l p ti p xúc (contact) m t tr ề ặ ệ c và m t sau đ l y đi n ra và ph lên b m t

ả ạ ố ớ l p màng ch ng ph n x A.R.C – (Anti Reflection Coating).

Khi có ánh sáng chi u t ế ớ i,

ạ ạ ả ự ượ ạ ệ ử ự ồ hai lo i h t t i t do đ ẫ c t o ra trong lòng bán d n Silic g m các đi n t t do mang

ệ ở ỗ ố ự ệ ươ ở đi n tích âm ẫ vùng d n và các l tr ng t do mang đi n tích d ng ị vùng hóa tr .

ạ ả ự ệ ể ả ặ ờ Quá trình chuy n hóa quang năng m t tr i thành đi n năng x y ra khi các h t t i t do

ượ ể ề ạ ượ này đ c các photon ánh sáng kích ho t và di chuy n theo hai chđi u ng c nhau d ướ i

ụ ệ ộ ườ ở ể ế ệ ượ ấ ủ tác d ng c a n i đi n tr ng vùng chuy n ti p p – n, dòng đi n đ c l y ra nh ờ

ế ặ hai contact ở ặ ướ m t tr ủ c và m t sau c a phi n PMT.

ể ủ ể ượ ế ấ ộ ả C u trúc tiêu bi u c a m t phi n PMT silic tinh th đ c mô t trên hình 8. Trên cùng

ặ ướ ượ ớ ế ạ ệ ằ ướ ế ế là l p contact m t tr c đ c ch t o b ng công ngh in l ố i, k ti p là màng ch ng

ạ ả ấ ủ ế ệ ể ầ ấ ọ

ằ ph n x nh m tăng cao hi u su t chuy n hóa. Ph n quan tr ng nh t c a phi n pin là ThS. Nguyễn Bá Thành

Chương 3 Điện mặt trời

24

ặ ướ ừ ể ế ế ặ ớ ớ ớ l p chuy n ti p p – n ti p theo là l p contact m t sau. T 2 l p contact m t tr c và

ườ ể ấ ệ ườ ế ỗ sau ng i ta hàn các dây NiCr đ l y đi n ra. Thông th ng m i phi n PMT cho th ế

ủ ệ ế ắ ạ ả ộ ở ạ h m ch kho ng 0,5V còn dòng ng n m ch tùy thu c theo dđi n tích c a phi n PMT.

ặ ờ ị

3.3.2 Pin m t tr i Silic vô đ nh hình

ặ ờ ắ ầ ấ ầ ờ ị Pin m t tr i Silic vô đ nh hình ra đ i sau cùng nh t. Ra m t l n đ u tiên vào năm 1974

ẻ ơ ủ ủ ệ ạ ỹ ạ t i phòng thí nghi m RCA c a M . Tuy nhiên giá thành c a nó r h n các lo i khác

ề ư ế ạ ế ệ ả ờ ộ nh quá trình ch t o có nhi u u th , chu trình khép kín, kh năng làm di n tích r ng.

ặ ờ ị ườ ế ậ ị Do v y mà pin m t tr i Silic vô đ nh hình đã nhanh chóng chi m lĩnh th tr ng

Màng TIO

ặ ờ ấ ị Hình 3.16 c u trúc Pin m t tr i Silic vô đ nh hình.

ườ ạ ị ở ủ ằ Ng i ta t o ra PMT vô đ nh hình pha khí b ng cách phân h y khí Silan SiH4 và

2H6 và PH4. Contact m t tr

ể ượ ạ ạ ủ ở ự ế chuy n ti p P.I.N đ c t o ra b i s pha t p c a khí B ặ ướ c

ổ ế ư ư ấ ạ ố ượ đ c dùng là các lo i màng oxit trong su t nh TiO, SnO ... nh ng ph bi n nh t là

ể ượ ạ ị ế ạ màng ITO (hình 9). Vì là lo i pin vô đ nh hình, nên nó có th đ c ch t o trên b t k ấ ỳ

ư ắ ạ ế ẳ ọ ủ ứ ệ ớ ộ ớ ơ lo i đ nào nh : s t, th y tinh, sành s ... v i di n tích r ng l n h n h n l ai pin tinh

ậ ả ể ỹ ướ ẫ ệ ầ ạ ặ ệ th . M và Nh t B n là hai n ế ạ c d n đ u trong vi c ch t o lo i pin này. Đ c bi t là

ậ ướ ầ ư ứ ư ệ ạ ạ ả Nh t B n đã có h ng đ u t táo b o trong vi c nghiên c u đ a lo i pin này thành

ử ổ ặ ậ ệ ự ư ể ạ ộ ờ ờ ặ m t lo i “v t li u xây d ng” nh ngói m t tr i và kính c a s m t tr i. Có th nói

ế ỷ ớ ứ ẹ ề ạ ộ ậ ấ ằ r ng đây là m t lo i PMT có r t nhđi u h a h n trong th k t ỹ i khi mà k thu t và

ượ ấ ủ ệ ơ ộ ổ ơ ị ệ công ngh nâng đ ữ c hi u su t c a nó lên cao h n và đ lão hóa n đ nh h n. Nh ng

ố ầ ế ớ ủ ầ ạ ượ ấ i cho th y đã đ t đ ữ c nh ng b ướ c

công b g n đây c a các công ty hàng đ u th gi ThS. Nguyễn Bá Thành

Chương 3 Điện mặt trời

25

ề ệ ư ế ấ ti n dài v hi u su t nh SANYO 11,7% ; TDK 12% ; FUJI 11,5% ; ECD 11,3%;

ộ ơ ồ SOLAREX 10,9%; GLASS TECH 10,6%; ARCO SOLAR 10,2% ... M t s đ nguyên

ế ạ ị ượ ả lý ch t o PMT vô đ nh hình đ c mô t trên hình 10.

ơ ồ ế ị ế ạ ị Hình 3.17 S đ thi ặ ờ t b ch t o pin m t tr i Si vô đ nh hình

ấ

3.3.3 Pin m t tr i hi u su t cao ặ ờ ệ

ặ ờ ể

3.3.3.1

Pin m t tr i Silic đa tinh th

ể ạ ọ Đ h giá thành PMT, các hãng Solarex, Photowatt, Kyocera ... đã ch n Silic đa tinh

ậ ệ ẻ ề ậ ệ ề ặ ế ạ ể ệ ấ ầ ấ th , là v t li u r ti n, làm v t li u ch t o PMT. V n đ đ t ra là c n tăng hi u su t

ớ ạ ỡ ề ấ ạ ươ ủ c a lo i PMT này (năm 1990 m i đ t c 10 – 12%). R t nhi u ph ng pháp đã đ ượ c

ử ụ ệ ươ ơ ở ư ỉ th nghi m. Ví d trong ch ng trình châu Âu “Multichess”, các c s nh IMFC (B ),

2, hi uệ

ạ ượ CNRS và Photowatt, Eurosolaire và Enea (Ý) đã đ t đ ệ c PMT di n tích 4cm

ử ụ ế ạ ệ ấ ằ ỹ ậ su t 16,5% vào năm 1993, b ng cách s d ng các công ngh ch t o PMT k thu t

ở ể ả cao nêu đi m a, b, c, e, f và g trong b ng 5.

ử ụ ươ ệ ấ ạ ủ Ngày nay, các PMT c a Photowatt s d ng ph ệ ng pháp đ t hi u su t 15% trên di n

2 và

ThS. Nguyễn Bá Thành

ệ ệ ượ ệ ế ấ tích 100cm2. Vi n công ngh Georgran thu đ c hi u su t 17,7% trên đ 1cm

Chương 3 Điện mặt trời

26

2. Nh v y hi u su t 16% đ i v i PMT ấ

ượ ệ ố ớ ư ậ ệ Kyocera thu đ c 16,4% trên dđi n tích 225cm

ạ ượ ể ấ ạ ể ả ể Silic đa tinh th là đã đ t đ c, đ có th s n xu t đ i trà.

ệ ệ ấ ả B ng 3.4 Các công ngh PMT hi u su t cao

ụ STT Công ngh ệ M c đích

+ b ng oxide

ụ ộ ằ ả A Th đ ng hóa emitter N ợ Gi m tái h p b m t tr ề ặ ướ c

ỏ ớ ụ ộ B Làm m ng l p Emitter Th đ ng hóa b m t tr ề ặ ướ c

+ vaf giarm tasi

ử ụ ườ ằ ặ ườ C S d ng tr ng m t sau b ng cách ạ T o tr ặ ng m t sau p

pha tap Bo h pợ

ề ặ ồ ề ằ ạ ả ạ ộ ộ d ạ T o b m t g gh b ng lazer và t o ủ Tăng đ góp h t gi m đ che c a

ặ ướ contact m t tr c. contact Ni chìm

ấ ượ ả ế e ệ C i thi n ch t l ậ ệ ng v t li u đ P ằ Gotter b ng phopho

ố ơ f B c h i chân không contact

ạ ố g ả Màng ch ng ph n x ARC kép

ơ ể

3.3.3.2

Silic đ n tinh th

ươ ệ ạ ấ Ph ng pháp đ t hi u su t cao:

ế ớ ấ ấ ả ớ ở Các hãng s n xu t PMT l n nh t th gi i là Siemens Solar và BP Solar châu Âu,

ế ạ ể ằ ậ ơ ỹ ử ụ Solarex (M ), Kyocera (Nh t) vv... s d ng Silic đ n tinh th ch t o b ng ph ươ ng

ậ ệ ấ ợ ể ể ế ấ ắ ế pháp Czochralsky đ làm v t li u đ . Có hai đi m b t l i là phi n Silic r t đ t và có

ệ ợ Ư ể ệ ạ d ng tròn, không tđi n l i khi đóng module. u đi m chính là cùng công ngh ch ế

ể ừ ế ệ ệ ấ ổ ơ ạ t o, hi u su t bi n đ i quang đi n cao h n Silic đa tinh th t 1 – 2%. Tuy nhiên xét

ư ẩ ỉ ủ ề v giá thành trên watt đ nh c a thành ph m là nh nhau.

ể ấ ụ ả ạ ỏ ố B n có th th y th i Silicon có hình tr mà không ph i là hình kh i là do quá trình x ử

ỏ ượ ạ ằ ạ ả lí Czochralski , th i đ c t o b ng cách kéo và quay silicon nóng ch y và hình d ng t ự

ả ủ ủ ứ ể ế ả nhiên c a tinh th Silicon trong k t qu c a quá trình trên là hình tròn ch không ph i

hình vuông.

ThS. Nguyễn Bá Thành

ượ ự ệ ế ộ Các ti n b đang đ c th c hi n:

Chương 3 Điện mặt trời

27

ủ ụ ệ ố ộ Theo phân tích c a Siemens Solar, giá thành cu i cùng ph thu c giá nguyên li u (20 –

ề ế ệ ế ệ ấ ằ ổ ả 40USD/kg), chi u dày phi n Silic và hi u su t bi n đ i quang đi n . B ng cách gi m

ế ướ ặ ướ ả ể ạ ộ ầ đ d y phi n Silic d ộ i 200μm, gi m đ che contact m t tr c, có th đ t giá thành

PMT 2USD/Wp.

ươ ứ ủ ấ ồ Ch ệ ng trình nghiên c u c a châu Âu l y tên “Eurochess” g m các phòng thí nghi m

ở ứ ỉ Madrid (Tây Ban Nha), Freiburg (Đ c) và Leren (B ), hãng BP Solar và Siemens Solar

ạ ớ ụ ệ ệ ệ ấ ằ ả có nhi m v chung là đ t t ấ i hi u su t 18% b ng công ngh mà giá thành s n xu t

ấ ậ ượ ạ ượ ệ ố ắ ch p nh n đ c trong công nghi p. BP Solar đã đ t đ ậ c 16,5%. Các c g ng t p

ệ ạ ạ ẻ ề ư ụ ắ ọ trung vào vi c t o màng contact kim lo i r ọ ti n nh : in l a, l ng đ ng hóa h c

ề ặ ướ ồ ề ằ ơ ọ ử ọ ặ ạ Nikel, ho c t o b m t tr c g gh b ng ăn mòn hóa h c, x lý c h c.

ấ ệ Các PMT hi u su t cao:

ử ụ ả ạ ằ ố ố ị B ng cách s d ng contact b c bay, màng ch ng ph n x kép, emitter và contact đ nh

ượ ặ ờ ạ ượ ứ ệ ấ ệ ứ x , Vi n năng l ng m t tr i Freiburg (Đ c) đã đ t đ ệ c hi u su t 20,7% trên dđi n

ừ ậ ệ ế ạ ừ ể ơ ế ặ ờ tích 4cm2 t v t li u Silic đ n tinh th ch t o t Pin m t tr i có ti p xúc ph ươ ng

ế ạ ừ ậ ệ ể ằ ơ pháp Czochralsky (Cz). Thay v t li u này b ng Silic đ n tinh th ch t o t ph ươ ng

ệ ươ ằ ả ẳ ự ệ ứ pháp nóng ch y vùng th ng đ ng (Si Fz), b ng công ngh t ng t , Vđi n Freiburg

ệ ệ ấ ạ đ t hi u su t 22,3% trên dđi n tích 4cm

ỷ ụ ề ệ ậ ệ ấ ấ ằ ớ ạ B ng v t li u Si Fz, v i các c u trúc PMT khác, các k l c v hi u su t cũng đã đ t

ườ ợ ượ đ c. Chúng ta nêu ra hai tr ể ng h p đi n hình:

ạ ọ ạ ượ ủ ệ ấ c hi u su t 23,5%

a) Các PMT Perc và Perl c a đ i h c Sydney (Úc) đã đ t đ

2 (6) trong hình 36 :

ệ trên di n tích 4cm

ề ặ ướ ượ ồ

- Perc (passivated emitter and real cell) : B m t tr

c đ ể ề c làm g gh theo ki u

ằ ươ ề ặ ắ “Piramid” b ng ph ng pháp quang kh c (photolito – graphic), emitter và b m t sau

ụ ộ ằ ượ đ c th đ ng hóa b ng oxid.

ạ ố

- Perl (passivated emitter and real locally diffused cell) : lo i PMT này gi ng nh

+ đ nh x m t sau. ứ ặ

ThS. Nguyễn Bá Thành

ớ ộ ị trên c ng thêm l p p

Chương 3 Điện mặt trời

28

ạ ọ Hình 3.18 PMT “PERC” Đ i h c Sydney

2 t

ạ ượ ặ ố ớ ệ c 22,7% trên dđi n tích 8cm nămừ

b) PMT v i contact c u n i m t sau đ t đ ầ

+ và p+, các vùng này

ở ề ể ệ 1988 ả California. Ngoài vi c gi m thi u chđi u dày vùng n

ể ả ặ ướ ủ ự ạ ặ ố ượ đ c n i ra m t sau đ gi m s che c a contact kim lo i m t tr ạ c. Các lo i

ượ ư ấ ở ả ỏ PMT đã đ c đ a vào s n xu t qui mô nh trong nhà máy. Sau đây là hai ví

ượ ụ d : PMT TPER (Textured, passivated, real field and reflection cell) đ c c ơ

ụ ứ ế ạ ứ ệ ệ ấ ấ ự ạ ạ quan nghiêng c u vũ tr Đ c ch t o đ t hi u su t 18,5% và hi u su t c c đ i

2 mà không dùng ph

ệ ươ ắ ạ đ t 19,4% trên dđi n tích 23cm ng pháp quang kh c (hình

37) :

Hình 3.19 PMT TPER

ủ ệ ấ ạ ầ ố ớ ự ạ ạ PMT v i contact c u n i (hình 38) c a Sunpower đ t hi u su t 21,1% và c c đ i đ t

2 v i hai b

ớ ướ ắ ượ ể ệ 22% trên dđi n tích 18cm c quang kh c đ c bán cho hãng Honda đ trang

ThS. Nguyễn Bá Thành

ụ ụ ặ ờ ộ ị b cho ô tô Dream ph c v các cu c thi ô tô m t tr i.

Chương 3 Điện mặt trời

29

ậ ằ ể ế ể ớ ệ ấ ơ Chúng ta có th k t lu n r ng PMT Silic đ n tinh th v i hi u su t 20% hoàn toàn có

ể ạ ượ ấ ậ ầ ộ ớ ượ th đ t đ c trong m t ngày g n đây v i giá ch p nh n đ c. PMT có th đ t đ ể ạ ượ c

ệ ấ ắ ề ấ ụ ệ ấ ậ ấ ớ ơ ử ụ hi u su t cao h n v i công ngh r t đ t ti n r t khó ch p nh n cho m c tiêu s d ng

ườ ặ ấ ế ạ ệ ể ậ bình th ộ ng trên m t đ t. Tuy v y chúng ta có th dùng công ngh ch t o PMT h i

ụ t ụ cao cho m c tiêu đó.

1

ầ

2 Hình 3.20 PMT contact c u n i ố

3.3.3.3

ặ ờ Pin m t tr i GaAs

ậ ệ ẫ ượ ử ụ ệ ử ố ớ ề ấ Sau Silic, GaAs là v t li u bán d n đ c s d ng nhđi u nh t cho vi đi n t . Đ i v i

ế ở ạ ặ ờ ố ớ ư ể ạ ử ụ s d ng m t tr i nó có u đi m là đ t th h m ch cao (1,0V thay vì 0,7V đ i v i Si)

ổ ồ ệ ệ ế ặ ấ ổ ỷ ụ và hi u su t bi n đ i quang đi n cao (k l c là 25% thay vì 23%) m c dù ph h ng

2 (thay vì 40mA/cm2).

ư ị ắ ạ ầ ố ắ ả ố ngo i g n nh b c t làm gi m dòng n i t t xu ng còn 28mA/cm

ệ ế ạ ể ử ụ ứ ạ ề ơ ố ớ Công ngh ch t o ph c t p h n nhđi u so v i PMT Si v n không th s d ng

ươ ử ổ ụ ộ ế ằ ư ể ằ ớ ph ng pháp th đ ng hóa b ng oxid, nh ng có th thay th b ng l p “c a s ” Ga

ặ ướ ằ ầ ườ ượ ề ặ ế ạ ớ xAlxAs) (x g n b ng 0,9), contact m t tr c th ng đ c ch t o trên l p b m t

ứ ờ ươ ạ ạ ể ủ ế ườ ắ ơ ị pha t p m nh đ nh x nh ph ng pháp quang kh c. Các đ n tinh th c a đ th ng

ề ặ ấ ắ ư ế ỏ ườ ế ằ ể ể ơ chi m b m t nh và r t đ t nh ng ng i ta có th thay th b ng đ n tinh th Ge.

ượ ề ớ ế ạ ạ ấ ằ ộ ồ ợ PMT GaAs đ ộ c ch t o b ng nhi u l p h p ch t có n ng đ pha t p khác nhau, m t

ThS. Nguyễn Bá Thành

ấ ượ ữ ấ ả ơ ở ả trong nh ng c u trúc đ n gi n nh t đ c trình bày b ng 6.

Chương 3 Điện mặt trời

30

ượ ạ c t o ra trong quá trình tinh th đ

ơ ử ự ớ ủ c l n lên liên t c. S l n lên c a ứ ế ị ấ t b r t ph c ụ trong thi

ể ả ắ ặ ộ ộ ể ượ ớ ớ Các l p này đ ằ ỏ tinh th x y ra trong pha l ng, pha h i ho c b ng bán phân t ả ử ụ ạ t p và b t bu c ph i s d ng khí vô cùng đ c.

ấ ả B ng 3.5 C u trúc PMT GaAs

ợ ầ ề Chđi u d y Câu trúc H p kim Pha t pạ

(μm) (cm3)

ườ ặ ng m t

ệ 0,5 0,05 0,5 3 0,75 1,5 300 –500 GaAs Gan1AlnAs GaAs GaAs Gan8Aln2 As GaAs GaAs P = 1,6.1020 P = 1018 P = 5.1018 N =1,7.1017 N = 1018 N = 1019 N = 1016

Contact ử ổ C a s Emitter Đ ế Tr sau ớ L p đ m Đ ế

ề ấ ạ ượ ệ ề ậ ỹ ỹ ữ ế V v n đ này, Varian (M ) và Vi n k thu t Ioffé (Nga) đ t đ c nh ng k t qu ả

ụ ụ ụ ấ ắ ệ ấ ậ ỹ ử ả ấ r t xu t s c. Vđi n k thu t Ioffé đã th s n xu t pilot PMT GaAs ph c v m c tiêu

ế ụ ượ ụ ụ ặ ấ ụ ệ ầ ư ở ph c v trên m t đ t và ngoài vũ tr và hi n đang ti p t c đ c đ u t b i kinh phí

ỹ ủ c a M .

Ở ụ ệ ộ ượ ậ ở Pháp, m t phòng thí nghi m chuyên d ng đã đ c CNRS thành l p Valbonne vào

ạ ượ ụ ề ế năm 1983, do ông C.Vérié, sau đó ông P.Gibart ph trách đã đ t đ c nhi u k t qu ả

ờ ự ầ ư ấ ắ ữ ự ự ể ỳ xu t s c, nh s đ u t ấ ắ ệ đáng k và nh ng kinh nghi m th c hành c c k xu t s c.

2 đ i v i PMT có c u trúc

ọ ạ ượ ấ ỷ ụ ệ ệ ố ớ ấ H đ t đ c hi u su t k l c 26% trên dđi n tích 0,04cm

ư ở ả ư ậ ầ ượ ả ố ắ ữ ấ nh b ng 6 và c u trúc Tandems. Nh ng c g ng nh v y c n đ ằ ả c đ m b o b ng

ThS. Nguyễn Bá Thành

ồ ngu n kinh phí lâu dài.

Chương 3 Điện mặt trời

31

ề ươ ắ Nói thêm v ph ng pháp quang kh c:

ằ ắ ậ ợ ượ ầ ử Quang kh c là t p h p các quá trình quang hóa nh m thu đ c các ph n t trên b ề

ặ ủ ế ạ ướ ắ ử ụ ị m t c a đ có hình d ng và kích th c xác đ nh. Có nghĩa là quang kh c s d ng các

ả ứ ể ạ ph n ng quang hóa đ t o hình.

ề ặ ủ ế ề ặ ượ ử ấ ữ ơ ọ ủ ộ ợ B m t c a đ sau khi x lý b m t đ ấ ả c ph m t h p ch t h u c g i là ch t c n

ấ ị ứ ế ạ ấ ổ quang (photoresist), có tính ch t nh y quang (t c là tính ch t b thay đ i khi chi u các

ờ ạ ề ạ ồ ườ ề ả ợ ứ b c x thích h p), đ ng th i l i b n trong các môi tr ng ki m hay axit. C n quang

ệ ả ế ủ ậ ệ ỏ ị ướ ủ có vai trò b o v các chi ti t c a v t li u kh i b ăn mòn d ụ i các tác d ng c a ăn

ặ ạ ủ ạ ế ầ ế ạ ả mòn ho c t o ra các khe rãnh có hình d ng c a các chi ti t c n ch t o. C n quang

ườ ượ ề ặ ấ ủ ậ ỹ th ng đ ằ c ph lên b m t t m b ng k thu t quay ph ( ủ spincoating).

ả ượ C n quang đ ạ c phân làm 2 lo i

(cid:0) C n quang d

ả ươ ế ấ ả ổ ế ng: Là c n quang có tính ch t bi n đ i sau khi ánh sáng chi u

ẽ ị ử ị vào s b hòa tan trong các dung d ch tráng r a.

(cid:0) C n quang âm: Là c n quang có tính ch t bi n đ i sau khi ánh sáng chi u vào

ế ế ấ ả ả ổ

ử ị ị thì không b hòa tan trong các dung d ch tráng r a.

ổ

3.3.3.4

ặ ờ Pin m t tr i đa ph

ấ ơ ủ ả ạ ườ ổ ặ Nguyên lý c a lo i này r t đ n gi n : ng ề ớ ờ i ta phân ph m t tr i thành nhđi u l p,

ượ ể ở ộ ươ ứ ệ ấ ố ỗ ớ m i l p đ c chuy n hóa b i m t PMT t ạ ng ng. Mu n đ t hi u su t cao, t ấ ả t c

ể ả ố ụ ở ớ ạ ặ ị ấ ứ ờ ướ các PMT ph i chuy n hóa t ư i đa b c x m t tr i ch a b h p th b i l p tr c đó.

ứ ạ ượ ạ ọ ả Lo i PMT kép, còn g i là “tandem” khá ph c t p đ c mô t trên hình 39. V ph ề ươ ng

ệ ệ ả ổ ề dđi n đi n , có nhđi u kh năng thay đ i.

ạ ộ ự ự ể ề ấ ầ ớ ồ PMT tandem v i hai đ u ra có th xây d ng cho s ho t đ ng đ ng nh t, v nguyên

ứ ạ ư ề ề ệ ấ ơ ớ ự lý không ph c t p h n nhđi u so v i GaAs nh ng có hai đi u ki n r t khó th c

ự ằ ố ắ ủ ủ ệ ở ữ hi n : đó là s b ng nhau c a dòng n i t ị t c a 2 pin và v trí trung gian gi a hai pin

ộ ườ ư ộ ầ ầ ố ố ủ c a m t diod “đ ng ng m” (tunel) bán trong su t nh m t thành ph n n i. PMT

ThS. Nguyễn Bá Thành

ố ố ễ ế ạ ệ ấ ơ ơ tandem b n l i ra d ch t o h n và có hi u su t cao h n.

Chương 3 Điện mặt trời

32

Hình 3.21 PMT tandem

ặ ờ ộ ụ ệ

3.3.3.5

Các h pin m t tr i h i t

ộ ệ ố ắ ề ệ ế ấ ả ệ ầ Trong m t h th ng quang đi n , thành ph n đ t ti n nh t là PMT. N u ta gi m dđi n

ờ ệ ộ ụ ủ ầ ể ả ệ ầ tích c a PMT C l n nh h h i t C l n, ta có th gi m giá thành h PMT ngay khi nó

ự ộ ề ướ ặ ờ ể ặ ượ ắ đ c g n quay t đ ng v h ả ng m t tr i, ho c ngay c khi nó không chuy n hóa

ủ ứ ạ ặ ờ ộ ệ ạ ộ ư ậ ế ầ ượ đ c thành ph n khu ch tán c a b c x m t tr i. Rõ ràng m t h ho t đ ng nh v y

ạ ộ ể ệ ớ ơ ứ ạ ự ế ấ ả có th ho t đ ng trong vùng nhi t đ i n i b c x tr c ti p r t cao kho ng 6 –

ự ố ư ệ ố ấ ủ ệ ẽ 7,5KWh/m2/ngày và s t i u hóa s tăng hi u su t c a toàn h th ng.

ấ ơ ồ ử ụ ấ ắ ậ Trên hình 40 và 41 ta th y s đ s d ng th u kính Fesnel và và n p đ y hình lăng tr ụ

ặ ướ ủ ả ộ gi m đ che c a răng contact m t tr c.

ổ ế ệ ấ ấ ượ ổ ế ủ Th u kình Fesnel là h ph bi n nh t, đ c hãng Entech – Texas n i ti ng c a M ỹ

ể ử ụ ọ ch n đ s d ng.

ự ặ ờ ề ơ ả ộ ệ ố H th ng t ứ ạ quay theo m t tr i tuy có làm ph c t p thêm v c khí và gi m m t ít đ ộ

ổ ệ ố ủ ư ể ệ ẩ ị ượ ộ n đ nh c a toàn h th ng, nh ng h này có th thúc đ y năng l ng sinh ra m t cách

ể ừ ệ ố ử ụ ầ ạ đáng k , đôi khi t 20 – 40%. Ngoài làm c n chú ý s d ng h th ng làm l nh đ ể

ThS. Nguyễn Bá Thành

ệ ộ ủ ề nhi t đ c a PMT không tăng lên nhđi u.

Chương 3 Điện mặt trời

33

ấ Hình 3.22 Th u kính Fresnel ấ Hình 3.23 N p che lăng t ụ ả gi m

ủ ộ đ che c a contact

Ư ể ộ ụ ủ ể ệ ầ ấ u đi m chính c a PMT h i t ệ ố ộ là tăng hi u su t chuy n hóa lên C l n (C là h s h i

ế ở ạ ấ ơ ố ắ ủ ả ậ ấ ầ ụ t ). Lý do r t đ n gi n : th h m ch là loga c a dòng n i t t, vì v y l y g n đúng

ể ậ ụ ố ế ố ở ố ế ủ ệ ầ ả cũng là logic. Đ t n d ng t i đa y u t này c n gi m đi n tr n i ti p c a PMT, khi

ề ộ ủ ướ ặ ướ ớ ự ủ ớ đó tăng b r ng c a các l i contact m t tr ụ ể ả c v i s ph l p hình lăng tr đ gi m

ặ ướ ủ ớ ự ạ ượ ề ệ ả ự s che c a contact m t tr c. V i s hoàn h o v công ngh , BP Solar đ t đ ệ c hi u

ệ ố ộ ụ ố ớ ệ ấ ấ su t 20,1% đ i v i các PMT hi u su t 18% khi h s h i t C =1.

ặ ờ ụ

3.3.3.6

Pin m t tr i cho vũ tr

ụ ử ụ ệ ế ả ỗ M i năm các v tinh và tàu vũ tr s d ng hàng trăm MWp PMT, chi m kho ng 3%

ị ườ ụ ậ ớ th tr ng PMT nói chung. Giá PMT vũ tr vào th p niên 1960 t i 1000USD/Wp. Ngày

ớ ử ụ ở ắ ơ ụ ả ầ nay giá PMT dùng cho vũ tr kho ng 55USD/Wp, đ t h n 15 l n so v i s d ng

ặ ấ ấ ượ ầ ế ố ệ ả ả ậ ộ m t đ t vì yêu c u ch t l ng cao, các y u t đó là : đ tin c y ph i hoàn h o, hi u

ấ ọ ượ ỏ ề ệ ế ấ ả ở ụ ớ su t cao và tr ng l ng nh . V hi u su t ph i tính đ n dùng PMT trên vũ tr v i

ổ ứ ạ ơ ặ ấ ư ệ ấ ả ơ ứ ạ ớ b c x l n h n 35% trên m t đ t, nh ng hi u su t gi m đi 12% vì ph b c x h i

ứ ạ ế ề ả ườ ạ ị d ch v ánh sáng xanh. Ngoài ra còn ph i tính đ n “vành đai b c x ” th ng phá ho i

0C đ n ế

ở ộ ổ ủ ự ệ ộ ấ ớ ừ PMT đ cao 700 – 14.000km và s thay đ i c a nhi t đ r t l n (t 150

ThS. Nguyễn Bá Thành

ụ ụ ử ụ ụ ụ ườ ườ ử ụ 600C). Ph c v cho m c tiêu s d ng ngoài vũ tr , ng i ta th ng s d ng PMT

Chương 3 Điện mặt trời

34

ể ệ ệ ặ ơ ớ ấ GaAs ho c PMT Si đ n tinh th hi u su t cao. So v i PMT Si, PMT GaAs có hi u

ề ấ ườ ể ấ ưỡ ử ụ ụ ụ ơ su t cao h n nhđi u th ng có th g p r i. S d ng PMT cho m c đích vũ tr là

ứ ụ ụ ứ ầ ươ ng d ng đ u tiên và còn là ng d ng lâu dài trong t ng lai.

ặ ờ ụ ễ ệ Pin m t tr i vũ tr chính là chìa khóa cho Công ngh thông tin Vi n thông qua các v ệ

ể ụ ư ườ ộ ỹ tinh. Có th nói PMT vũ tr đã đ a loài ng ệ ớ i sang m t k nguyên công ngh m i,

ủ ệ ệ ễ ầ ạ thông tin vi n thông toàn c u và hàng lo i các tđi n ích c a công ngh thông tin.

ThS. Nguyễn Bá Thành

ặ ờ ụ ạ Hình 3.24 Tr m Skylab – giàn pin m t tr i 20W phóng lên vũ tr 1973

Chương 3 Điện mặt trời

35

ặ ờ ệ ể ọ ủ ấ

3.3.3.7

Tri n v ng c a pin m t tr i hi u su t cao

ể ế ạ ằ ơ ươ ử ụ Các PMT Si đ n tinh th ch t o b ng ph ng pháp Cz và s d ng các công ngh ch ệ ế

ạ ượ ệ ấ ạ ượ ả ế t o đ c c i ti n, đ t đ c hi u su t 16 – 18%.

ệ ệ ấ ạ ấ Các PMT Si hi u su t cao và pin GaAs đ t hi u su t 20 – 25% và đang là h ướ ng

ứ ầ ố ượ ậ ử ụ ủ ế ẹ ế ụ nghiên c u c n ti p t c. Tuy v y đ i t ng s d ng khá h p, ch y u dùng cho các

con tàu vũ tr . ụ

ữ ướ ộ ụ ấ ậ ợ ệ ử ụ ở ướ Gi a hai h ng trên là PMT h i t r t thu n l i cho vi c s d ng các n c nhi ệ t

ữ ủ ế ệ ể ấ ớ ộ ớ đ i. Song song v i nh ng ti n b này c a PMT hi u su t cao, PMT đa tinh th và vô

ộ ướ ạ ớ ẽ ượ ế ở ị đ nh hình v i giá thành h cũng là m t h ng đáng quan tâm, s đ c bàn đ n ầ ph n

khác.

ặ ờ ả ấ ề ề ệ ệ ề ặ ấ ố Hi n nay, các t m pin m t tr i truy n th ng đang g p ph i v n đ v tính hi u qu ả

ệ ượ ỉ ấ ấ ượ ả ấ trong vi c h p thu năng l ng. Các t m pin này ch h p thu đ c kho ng 20% năng

ừ ộ ỹ ư ầ ộ ườ ạ ọ ượ l ng t ánh sáng. Tuy nhiên g n đây, m t k s thu c tr ng đ i h c Missouri, M ỹ

ộ ấ ể ượ ặ ờ ạ ơ ấ ả đã phát tri n m t t m pin năng l ế ng m t tr i linh ho t h n, có kh năng h p thu đ n

ượ ừ ẽ ư ự ị ữ ử ệ ả ẩ 90% năng l ng t ầ ánh sáng. Ông d đ nh s đ a nh ng s n ph m th nghi m đ u

ườ ớ ế tiên đ n tay ng i tiêu dùng trong vòng năm năm t i.

ồ ệ ệ

3.4 H thông ngu n đi n pin

ặ ờ m t tr i

ặ ờ ộ ậ ệ ố ồ 3.4.1 H th ng ngu n pin m t tr i đ c l p

ố ớ ơ ướ ươ ớ ử ụ ự Đ i v i các khu v c n i mà không có l ệ i đi n v ớ i s d ng v i quy mô nh n t ỏ

ườ ặ ờ ộ ậ ử ụ ồ th ng s d ng ngu n Pin m t tr i đ c l p.

ặ ờ ộ ậ ộ ệ ố ậ ồ ộ ồ M t h th ng ngu n Pin m t tr i đ c l p g m các b ph n chính sau:

ặ ờ Dàn Pin m t tr i.

ộ ữ ệ B tích tr đi n năng.

ế ị ề ệ ể ế ằ ạ ổ ượ Các thi t b đi u khi n, bi n đ i đi n , t o cân b ng năng l ệ ng trong h .

ThS. Nguyễn Bá Thành

ế ị ụ ệ Thi t b tiêu th đi n .

Chương 3 Điện mặt trời

36

ThS. Nguyễn Bá Thành

ặ ờ ộ ậ ố ệ ơ ồ Hình 3.25 S đ kh i h thông pin m t tr i đ c l p

Chương 3 Điện mặt trời

37

ồ Hình 3.26 Ngu n Pin m t tr i n i l ặ ờ ố ướ i

ặ ờ ố ướ ệ ố

3.4.2 H th ng pin m t tr i n i l

ờ ố ướ ệ ặ ờ ượ ạ ệ ể ặ Trong h thông pin m t tr i n i l i thì đi n m t tr i đ ổ c t o ra thì chuy n đ i

ạ ướ ệ ượ ệ ổ ế ở thành AC và hòa vào m ng l i công nghi p. Đây là công ngh đ c ph bi n các

ặ ờ ư ứ ể ậ ỹ ướ n c phát tri n Pin m t tr i đã lâu năm nh : M , Nh t, Pháp, Đ c,…

Ư ể ộ ự ữ ệ ủ ệ ố ể ả u đi m c a h th ng này là có th không ph i dùng b d tr đi n năng, xem l ướ i

ử ụ ể ấ ư ứ ệ ầ ồ ươ nh là b n ch a đi n năng khi c n thì có th l y ra s d ng, đây là ph ng pháp

ả ố ủ ữ ộ ượ ư ả ả không ph i t n chi phí c a b tích tr năng l ng, nh ng ph i chăm sóc b o d ưỡ ng

ứ ạ ph c t p.

ế ế ệ ố ặ ắ

3.4.3 Thi

ặ ờ t k và l p đ t các h th ng pin m t tr i

3.4.3.1

ặ ờ Dàn pin m t tr i

ặ ờ Modun pin m t tr i:

ặ ờ ố ố ể ả ệ ệ ậ ờ Vì các pin m t tr i làm vi c ngoài tr i lâu dài, vì v y đ b o v các m i n i dây, b ề

ặ ờ ậ ệ ặ ủ ọ ủ ả ầ ổ m t c a pin, tăng tu i th c a pin ta c n ph i đóng pin m t tr i trong v t li u trong

su t.ố

ườ ậ ệ ấ ọ ề ặ ậ Vì v y ng ờ i ta đóng nhi u pin trong v t li u trong su t g i là modun pin m t tr i.

ặ ờ ấ ị ệ ệ ế ệ ấ ỗ ớ M i modun có công su t và hi u đi n th nh t đ nh. Hi n nay v i pin m t tr i Si thì

ộ ệ ả ả ỉ

m t modun ch kho ng 100Wp và có di n tích kho ng 1m ThS. Nguyễn Bá Thành

Chương 3 Điện mặt trời

38

ặ ờ ấ T m pin m t tr i:

Hình 3.27 Cell – Module – Array

ự ế ỗ ặ ờ ư ậ ế ệ ệ ấ ị Trong th c t m i modun m t tr i có công su t và hi u đi n th có đ nh. Nh v y đ ể

ượ ố ủ ả ư ệ ế ệ ấ ả có đ ệ c hi u su t và hi u đi n th nh ý mu n c a t ớ i ta ph i ghép các modun v i

ả ố ế ư ể ế ặ ặ ỗ ợ nhau, tùy theo t i ta có th ghép n i ti p ho c song song ho c h n h p. N u nh đòi

ệ ớ ế ớ ệ ệ ố ỏ h i có dòng đi n l n ta ghép các modun song song và mu n có hi u đi n th l n ta

ườ ớ ợ ỗ ghép song song, trong th c t ự ế ườ ng i ta th ng ghép h n h p các modun v i nhau.

ặ ờ ớ ố ế

3.4.3.2

Ghép n i ti p modun pin m t tr i v i nhau

ệ ố Hai modun gi ng h t nhau có:

(3.12) ISC=ISC1= ISC2

VOC1= VOC2

V i:ớ

ả ạ ISC là dòng đo n m ch

ế ở ạ VOC là th h m ch

ắ ố ế ườ ặ Hai modun m c n i ti p thì chúng có cùng đ ng đ c tính VA.

ứ ạ ặ ờ ắ ố ế ề ế ệ ấ ằ ố Trong đi u ki n b c x m t tr i chi u xu ng các t m m c n i ti p là b ng nhau thì:

ThS. Nguyễn Bá Thành

ả ạ ủ ệ + Dòng đo n m ch c a h :

Chương 3 Điện mặt trời

39

ISC=ISC1= ISC2 (3.13)

ệ ế ở ủ + Th h c a h :

VOC=VOC1+ VOC2 (3.14)

ệ ấ ấ ỗ ả ằ ả ậ ượ ổ Công su t đi n do m i modun c p cho t i b ng nhau và t i nh n đ ấ c t ng công su t

ủ c a hai modun:

P=P1+P2=2P1=2P2 (3.15)

ThS. Nguyễn Bá Thành

ặ ờ ố ế Hình 3.28 Modun pin m t tr i ghép n i ti p

Chương 3 Điện mặt trời

40

ặ ờ ớ

3.4.3.3

Ghép song song modun pin m t tr i v i nhau

Ở ề ệ ạ ả đi u ki n đo n m ch: (R=0)

Isc= Isc1 + Isc2 , V=0 (3.16)

Ở ề ở ạ ệ đi u ki n h m ch (R = ):

Voc= Voc1= Voc2 ; I=0

Ở ả các t i khác, 0 < R <

(3.17)

I= I1 + I2 ; V=V1=V2 P=I.V=( I1 + I2 ).V=P1+P2

ặ ờ Hình 3.29 Modun m t tr i ghép song song

ố ỹ

3.4.3.4

ặ ờ ậ ủ Các thông s k thu t c a Modun Pin m t tr i

ứ ể ể ạ ố ớ ệ Đ tránh các ghép n i không đúng các modun t o thành dàn l n (t c là đ tránh hi u

ứ ể ở ườ ả ấ ầ ể ả ạ ng đi m nóng đã trình bày trên), ng i s n xu t c n ph i đo đ c, ki m tra chính

ộ ố ư ặ ướ ệ ặ xác m t s các đ c tr ng d i đây và ghi rõ trên modun ho c trong các tài li u bán

kèm modun:

ấ Công su t làm vi c c c đ i P ệ ự ạ max (Wp)

sc (A)

ệ ắ ạ Dòng đi n ng n m ch I

ế ở ạ Th h m ch V (V)

ệ ệ ố ư opt Dòng đi n làm vi c t i u I (A)

opt

ệ ố ư ế Th làm vi c t i u V (V)

ệ ấ ự ạ Hi u su t c c đ i (%)

ệ ộ Vùng nhi ệ t đ làm vi c cho phép (0C)

ướ ượ Kích th ọ c, tr ng l ng modun.

ặ ư ả ượ ệ ở ề ố ế ụ ể ệ ẩ Các đ c tr ng đi n ph i đ c đo đi u ki n tiêu chu n qu c t ồ ứ . C th là: Ngu n b c

2 và

ổ ứ ạ ặ ờ ậ ộ ư ả ổ ở ạ ể x đ đo ph i có ph nh ph b c x m t tr i, có m t đ 1000W/m nhi ệ ộ t đ

c=250C. Ngoài các do đ c trên, các modun còn ph i đ t các tiêu chu n khác nh : ư

ả ạ ạ ẩ chu n Tẩ

ơ ọ ệ ị ượ ấ ị ượ ộ ề ộ đ cách đi n , đ b n c h c (ch u đ c gió c p 12 hay 130km/h, ch u đ ư c m a đá),

ị ộ ẩ

ch u đ m,… ThS. Nguyễn Bá Thành

Chương 3 Điện mặt trời

41

ướ ế ế ệ ượ ặ ờ

3.4.3.5

Các b c thi t k h năng l ng m t tr i

ự

3.4.3.5.1 L a ch n s đ kh i. ọ ơ ồ ố

ặ ư ủ ả ứ ầ ế ế ơ ồ ợ Căn c vào yêu c u và đ t tr ng c a t ụ i tiêu th mà ta thi ố t k s đ kh i thích h p.

ố ề ộ ổ ơ ồ ầ ượ ấ ị Mõi thành ph n trong s đ kh i đ u có m t t n hao năng l ng nh t đ nh cho nên

ế ế ả ạ ố ố khi thi ế t k ph i h n ch càng ít kh i càng t t.

ộ ệ ố ố ớ ả ố ơ ơ ồ ư ả Đ i v i m t h th ng t i DC thì ta có s đ kh i đ n gi n nh sau:

ặ ờ ơ ố ệ ơ ồ ả ồ Hình 3.30 S đ kh i h ngu n pin m t tr i đ n gi n

ồ ệ ầ

3.4.3.5.2 Tính toán các thành ph n trong h ngu n

ộ ố ươ ế ế ướ ươ ụ ấ ố Có m t s ph ng pháp thi t k , tính toán d i đây là ph ng pháp th ng d ng nh t

ể ế ặ ờ ự ệ ằ ượ đ c dung đ tính toán thi ủ ế ự t kê dàn pin m t tr i ch y u d a trên s cân b ng đi n

năng hàng ngày.

ả ầ i yêu c u

a. Tính đi n năng t ệ

ủ ả ệ ụ ượ ặ Đi n năng c a t i tiêu th đ c tính theo ngày ho c theo tháng và theo năm.

ả ử ệ ồ ế ị ụ ầ ượ ấ Gi s h g m các thi t b A,B,C… có các công su t tiêu th l n l t là Pa, Pb, Pc….

ủ ệ ờ Và th i gian làm vi c trong ngày c a chúng là ta, tb, tc…

ổ ả ầ ầ ộ ệ Thì t ng đi n năng mà t i yêu c u trong m t ngày c n là:

En = Pa.ta + Pb.tb + Pc.tc +…. (3.18)

ừ ượ ệ ầ ộ ộ ể T đó ta có th suy ra năng l ng h c n trong m t tháng hay trong m t năm.

ề ệ ượ ủ ệ ng c a h

b. Tính hi u su t truy n năng l ấ

ấ ủ ệ ầ G i ọ η1: hi u su t c a thành ph n th nh t ứ ấ

ấ ủ ứ ệ ầ η2 : hi u su t c a thành ph n th 2

ấ ạ ủ ệ η3: hi u su t n p phóng c a acquy….

ThS. Nguyễn Bá Thành

ấ ủ ệ ẽ ượ ệ ứ Thì hi u su t c a h s đ c tính theo công th c:

Chương 3 Điện mặt trời

42

ηS = η1 .η2 .η3…

ượ ả ấ ệ ầ ng hàng ngày c n ph i c p cho h , Eout

c. Năng l

ượ ấ ả ượ Năng l ặ ờ ng hàng ngày dàn pin m t tr i ph i cung c p cho h , E ệ out đ c tính theo công

th c:ứ

ượ ặ ờ ỉ ng dàn pin m t tr i W đ nh (Peak Watt, Wp)

d. Tính dung l

ứ ượ ặ ờ ườ ượ Trong công th c tính toán dung l ng dàn pin m t tr i th ng đ ấ c tính ra công su t

ự ạ ặ ờ ứ ấ ở ề ỉ đ nh hay c c đ i (peak Watt,Wp), t c là công su t dàn pin m t tr i phát ra ệ đi u ki n

0 = 1000W/m2 và

0 = 250C.

ạ ẩ ở ệ ộ ẩ ổ t ng x chu n E nhi t đ chu n T

ườ ặ ờ ả ả ủ ả ợ ượ ả Ta tính cho tr ng h p dàn pin m t tr i ph i đ m b o đ năng l ng cho t ụ i liên t c

ườ ộ ứ ạ ặ ờ ể ả ườ ả c năm. Khi đó c ng đ b c x m t tr i dùng đ tính ph i là c ộ ứ ạ ng đ b c x hàng

ấ ấ ngày trung bình cua tháng th p nh t trong năm.

ế ườ ộ ứ ạ ặ ẳ ọ N u g i Ith c ng đ b c x trên m t ph ng ngang.

ộ ứ ạ ườ ạ ặ ẳ ễ IDh – C ng đ b c x nhi u x trên m t ph ng ngang.

ủ ấ ổ ườ ộ ứ ạ ẳ ứ ạ ấ C a thánh có b c x th p nh t, thì t ng c ặ ng đ b c x trên m t ph ng nghiêng góc

ặ ẳ ớ ượ ứ so v i m t ph ng ngang đ c tính theo công th c:

Ở ườ ộ ổ ự ễ ạ ạ ạ ặ ẳ đây ITt là c ng đ t ng x (= tr c x + nhi u x ) trên m t ph ng nghiêng, R là

ặ ờ ặ ề ạ ủ ặ ả ơ ớ ắ ệ ố h s ph n x c a m t n n n i có l p đ t dàn pin m t tr i. Vì các góc t ủ i vàc a tia

ặ ờ ố ớ ứ ạ ụ ẳ ặ ẳ ộ ặ m t tr i đ i v i m t ph ng nghiêng và m t ph ng ngang ph thu c ph c t p van gi ờ

ộ ặ ệ ượ ườ quan sát hàng ngày, vào tháng trong năm, vào vĩ đ đ t h năng l ng nên ng i ta có

ể ầ ỷ ố ở ờ ữ ư ừ ứ ể th tính g n đúng khi tính t s th i gian gi a tr a. T công th c (1), ta có th suy

ố ớ ờ ướ ặ ặ ị ươ ở ắ ra đ i v i m t dàn pin m t tr i h ng Nam cho các cho các đ a ph ng B c Bán

ầ C u và nghiên góc. Ta có:

ThS. Nguyễn Bá Thành

ố ớ ặ ẳ Đ i v i m t ph ng ngang: nên

Chương 3 Điện mặt trời

43

ố ớ ặ ẳ

Đ i v i m t ph ng nghiêng : ặ

ướ (h ng m t Nam), và (3.21)

ể ấ ộ ị ủ ể ệ ắ ặ ớ ặ ờ V i là vĩ đ đ a đi m l p đ t dàn pin m t tr i, có th l y là góc l ch trung bình c a

tháng đang tính toán.

ượ ặ ờ ẽ Dung l ng dàn Pin m t tr i tính ra Peak watt (Wp) s là:

(3.22)

ườ ộ ổ ặ ặ ạ Trong đó c ng đ t ng x trên m t nghiêng ITt tính theo Wh/m2.ngày và ta đã đ t

ộ ổ ạ ườ c ẩ ng đ t ng x chu n E0=1000W/m2.

ế ế ị ổ ệ ạ ọ Trong thi t k , vi c ch n giá tr t ng x trung bình ngày ITh và do đó ITt có ý nghĩa

ế ấ ị ủ ạ ượ ọ ạ ặ ủ ờ ấ r t quan tr ng. N u l y giá tr c a các đ i l ấ ứ ng đó c a ngày b c x m t tr i th p

ư ấ ở ả ặ ờ nh t trong năm, nh đã nói ọ trên, có nghĩa là ph i ch n dàn pin m t tr i có dung

ớ ạ ượ ư ừ ệ ồ ượ l ng l n, thì trong các tháng còn l i năng l ng h ngu n phát ra là d th a, hiêu

ả ầ ư ẽ ấ ủ ả ế ể ọ ế ế qu đ u t ứ ạ s th p. Còn n u ch n ngày b c x trung bình c a c năm đ thi t k , thì

ượ ỏ ơ ư ẽ ặ ả ơ dung l ệ ng dàn pin s nh h n, chi phí ít h n, nh ng đó ho c ph i dùng các máy đi n

ặ ờ ả ắ ụ ể ặ ả ả ph ( có th cũng là pin m t tr i hay diezen,…) ho c ph i c t gi m t ụ i tiêu th . Tóm

ụ ể ủ ộ ấ ụ ứ ụ ệ ề ầ ậ ộ ạ l i vi c v n d ng công th c ph thu c r t nhđi u vào yêu c u c th c a h tiêu

ủ ụ ệ ườ th , vào kinh nghi m c a ng i thi ế ế t k .

ệ ứ ệ ỉ ệ ộ t đ .

e. Hi u ch nh hi u ng nhi

ượ ỉ ủ ấ ặ ờ ệ ộ ẩ Dung l ng dàn pin m t tr i theo nói trên ch đ c p cho t ả ở i nhi t đ chu n

ờ ệ ộ ủ ủ ặ ờ ơ ệ To=250C. Khi làm vi c ngoài tr i, do nhi ệ t đ c a c a các pin m t t tr i cao h n nhi t

ặ ờ ị ả ệ ủ ệ ế ẩ ấ ổ ộ đ chu n, nên hi u su t bi n đ i quang đi n c a pin và modun pin m t tr i b gi m.

ể ệ ệ ườ ả ượ ấ ọ ượ Đ h làm vi c bình th ng ta ph i tăng dung l ng t m pin lên. G i dung l ủ ng c a

ệ ứ ể ế ệ ộ dàn pin có k đ n hi u ng nhi t đ là E(Wp,T) thì:

M(T) = ηM(TC).(1+PC.(TTC))

ượ ứ ị Trong đó đ c xác đ nh theo công th c η (3.23)

ố ế ắ ố

f. Tính s module m c song song và n i ti p.

ệ ố ư ế Th làm vi c t i u V

ThS. Nguyễn Bá Thành

ệ ệ ố ư md Dòng đi n làm vi c t i u I

Chương 3 Điện mặt trời

44

ấ ỉ Công su t đ nh P

ệ ượ ầ ố ả S modun c n ph i dung cho h đ c tính t ừ ỷ ố s : t

(3.23)

ố ế ố ượ ị ừ ệ ế S modun n i ti p thành dãy trong dàn pin đ c xác đ nh t ầ ủ đi n th yêu c u c a

h V:ệ

(3.24)

ố ượ ị ừ ầ ủ ệ ệ Còn s dãy modun ghép song song đ c xác đ nh t dòng đi n toàn ph n c a h I:

(3.25)

Trong đó N=Nnt.Nss.

ở ố ự ệ ỏ ượ Trong tính toán ờ trên. Ta đã b qua đi n tr dây n i, s hao phí năng l ụ ng do b i

ặ ờ ủ ế ế ả ườ ầ ph trên dàn pin m t tr i,… N u c n ph i tính đ n các hao phí đó, ng i ta th ườ ng

ượ ẽ ộ ệ ố ư đ a vào m t h s K và dung l ặ ờ ng dàn pin m t tr i khi đó s là:

K.E(Wp,T) (3.26)

ớ ượ ự ế ệ ề ả ọ V i K đ c ch n trong kho ng (11.2) tùy theo các đi u ki n th c t , và th ườ ng

ThS. Nguyễn Bá Thành

ệ ố ượ ọ đ ủ ệ c g i là các h s an toàn c a h .

Chương 3 Điện mặt trời

45

ủ ộ ờ

ượ ượ ệ ủ ệ ụ ế ố Dung l Dung l ,Ah ng c a b acquy tính theo ampegi ộ ủ ộ ng tính ra Ah c a b acquy ph thu c vào th làm vi c c a h V, s ngày

ượ ệ ủ ấ ạ ệ ắ ố ầ ự ữ c n d tr năng l ng (s ngày không có n ng) D, hi u su t n p phóng đi n c a

ệ ộ ợ ượ ứ acquy và đ sâu phóng đi n thích h p DOS và đ c tính theo công th c:

ờ ể (C cũng có th tính ra oatgi ứ , Wh, dùng công th c Wh=Ah x V x BF).

ệ ủ ệ ố ế ủ ế ệ ệ ệ ế ệ ồ ỗ N u V là hi u đi n th làm vi c c a h th ng ngu n, còn v là hi u đi n th c a m i

ắ ố ế ố ộ acquy, thì s bình m c n i ti p trong b là:

ố ắ S dãy bình m c song song là:

b tính ra Ah. T ng s bình acquy đ

ỗ ượ ổ ố ượ ị Trong đó m i bình có dung l ng C c xác đ nh

ư nh sau:

(V/v)

Ở ế ủ ộ ế ỗ ệ ệ đây V là đi n th c a b acquy, v là đi n th m i bình acquy

ứ ự ắ ố ượ ự ự ọ Trong công th c D là s ngày d phòng không có n ng đ c l a ch n d a trên s ố

ệ ượ ề ố ắ ở li u khí t ng v s ngày không có n ng trung bình trong tháng đã nói trên và vào

ự ế ủ ả ầ ụ ụ ọ ớ yêu c u th c t c a t i tiêu th . Tuy nhiên khong nên ch n D quá l n, ví d >10 ngày,

ượ ẽ ấ ớ ừ ố ề ạ ừ vì khi đó dung l ng acquy s r t l n, v a t n kém v chi phí, l i v a làm cho acquy

ượ ạ ư ỏ ườ ượ ọ không khi nào đ c n p no, gây h h ng cho acquy. Thông th ng D đ c ch n trong

ừ ế ả kho ng t 3 đ n 10 ngày.

ố ớ ệ ộ ượ ế ọ Đ sâu phóng đi n DOS đ i v i acquy chì đ ả c ch n trong kho ng 0.6 đ n 0.7.

ấ ả

3.4.3.5.3 Xác đ nh công su t t ị

ơ ộ ầ ụ ứ ể ấ ỏ Do mô hình có công su t nh nên có th áp d ng cách th c tính toán s b g n đúng

ư nh sau:

ầ ượ ế ế ồ ứ ệ ị Ph n bóng đèn đ c thi t k g m 32 con led siêu sáng mõi con có đi n áp đ nh m c là

ả ố ế ử ụ ầ ạ 3.2V. Do đó khi s d ng acquy 6V (khi đ y là 6.4V) ta ph i n i ti p 2 led l i thành 16

ThS. Nguyễn Bá Thành

ắ dãy và m c song song nhau:

Chương 3 Điện mặt trời

46

ủ ệ ấ ậ

Dòng đi n qua mõi led là 20mA v y công su t P c a bóng đèn là :

P=6,4.20.10^3.16=2W

ể ấ ờ ậ ộ ượ ầ . V y mõi ngày c n m t l ng acquy là 2Ah

Đ th p sáng trong 1 ngày 10 gi

ứ ạ ọ ị ượ ng là 4.5 Ah.

Ta ch n acquy lo i khô có đi n áp đ nh m c là 6V và dung l ệ

ấ ấ ị

3.4.3.5.4 Xác đ nh công su t t m pin

ể ạ ượ ớ ặ V i acquy 6V, 4.5Ah đ n p đ ầ c thì yêu c u đ t ra là:

ề ệ ể ỏ ủ ấ ề ệ ọ V đi n áp U ệ n pạ = 7,2V7,7V. đ th a mãn đi u ki n này ta ch n đi n áp c a t m pin

ươ ươ ớ phát ra là 9V t ng đ ắ ố ế ng v i 18 cell 0.5V m c n i ti p

ạ ắ ạ ố ề ệ ẩ ạ ấ ằ V dòng đi n n p theo tiêu chu n n p cquy thì dòng n p t t nh t là b ng 1/10 ampe

n pạ =0.45 A

ờ ứ gi t c là I

ừ ượ ờ ầ ấ ấ ử ụ ặ T đây ta tính đ c công su t t m pin m t tr i c n s d ng P=0,45.9=4.05W. Do

ấ ủ ớ ấ ử ụ ư ậ ớ cong su t c a mõi cell là 1/3W v i 18cell s d ng ta có 6W. Nh v y v i t m pin 6W

ả ượ ạ ắ ầ ộ ể ẩ ta có th đ m b o đ c yêu c u n p cquy trong m t ngày.

ế ế

3.4.3.5.5 Thi công thi

t k module

ặ ờ ượ ự ế ế Module pin m t tr i đ c chúng em t thi ầ t k và thi công, sau đây xin trình bày ph n

thi công module:

ặ ặ ướ ặ ờ ặ ướ ự ề ự ươ Mõi cell có 2 m t m t trên h ng v phía m t tr i là c c âm, m t d i là c c d ng,

ể ố ế ủ ế ặ ặ ậ ướ do v y đ n i ti p các cell ta hàn m t liên ti p các contact m t trên c a cell tr ớ c v i

ặ ướ ủ ự ầ ồ ươ ư các contact m t d i c a cell trên r i cho ra hai đ u c c âm và d ng nh hình bên

i.ướ d

ạ ớ ặ ị Sau khi hàn xong các cell l ể ị i v i nhau ta dùng silicon đ đ nh v các cell trên m t sau

ồ ủ c a bo đ ng.

ầ ế ế ộ ằ ớ ướ ủ Ph n làm khung cho mô hình ta thi t k m t khung nhôm b ng v i kích th t c a bo

ThS. Nguyễn Bá Thành

ộ ấ ế ậ ở ữ ồ đ ng sau đó cho đ y m t t m ki n lên trên và cho vào khe rãnh gi a khung nhôm. Sau

Chương 3 Điện mặt trời

47

ủ ấ ộ ớ ể ế ố đó ta ti n hành trét m t l p silicon xung quanh các khe rãnh c a t m panel đ ch ng

ướ ấ th m n c.

ThS. Nguyễn Bá Thành

ặ ờ Hình 3.31 Modun pin m t tr i hoàn thành.

Chương 3 Điện mặt trời

48

ThS. Nguyễn Bá Thành

ặ ờ ế ấ ỏ Hình 3.32 Mô hình chi u sáng pin m t tr i công su t nh

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

Chủ đề:

Kỹ thuật năng lượng tái tạo

Bài giảng Kỹ thuật năng lượng tái tạo

Chương 3 Điện mặt trời

1

o C u t o và nguyên lý ho t đ ng c a t

o Các b

Chương 3 Điện mặt trời

2

ươ

ệ

Ch

ặ ờ ng 3: Đi n m t tr i

Chương 3 Điện mặt trời

3

ề

ứ ạ

Ti m năng

B c x trung bình

STT

ố Qu c gia

tWh/năm

kWh/m2/năm

1

Angiêri

13,9

1970

2

Ai C pậ

36,0

2450

ồ

3

B Đào Nha

3,0

1910

4

Cô oét

2,5

1900

5

Hy L pạ

4,0

1730

6

Iran

16,0

2100

Chương 3 Điện mặt trời

4

7

Ir cắ

6,8

2050

8

Ý

10,0

1800

9

Li Băng

1,5

1920

10

Mar cố

17,0

2000

11

Saudi Arabi

13,9

2130

12

Tây Ban Nha

5,0

2000

ờ ắ

Gi

n ng

ả Kh năng

Vùng

15001700

100125

17501900

125150

1700200

140160

20002600

150175

130150

22002500

100175

17002500