Các tấm pin mặt trời hoạt động như thế nào?

Chia sẻ: Nguyen Lan | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:32

Thêm vào BST

Báo xấu

328
lượt xem 126
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tham khảo sách 'các tấm pin mặt trời hoạt động như thế nào?', kỹ thuật - công nghệ, điện - điện tử phục vụ nhu cầu học tập, nghiên cứu và làm việc hiệu quả

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Các tấm pin mặt trời hoạt động như thế nào?

Richard Hantula Tr n Nghiêm d ch
Năng lư ng vô t n ............................................................ 1 T bào m t tr i đa công d ng ..........................................3 Năng lư ng t ánh sáng m t tr i .....................................5 Tìm hi u đi n năng ..........................................................7 Ngư c dòng l ch s ...........................................................9 Bên trong m t t bào m t tr i ........................................ 11 Ghép các t bào m t tr i ................................................ 13 Các t m pin m t tr i gia d ng ........................................ 15 Ưu đi m c a các t m pin m t tr i ..................................18 Như c đi m c a các t m pin m t tr i ........................... 20 ng h đi n m t tr i ......................................................22 Các t bào m t tr i ngày m t hi u qu hơn ...................24 Nhi u s n ph m năng lư ng m t tr i hơn .....................26 Thu t ng ...................................................................... 28
Năng lư ng có nhi u d ng khác nhau. Ánh sáng là m t d ng năng lư ng. Nhi t là m t d ng năng lư ng. i n cũng là m t d ng năng lư ng. Thư ng thì m t d ng năng lư ng này có th chuy n hóa thành d ng khác. Th c t này r t quan tr ng vì nó gi i thích làm th nào chúng ta có ư c i n năng, cái chúng ta s d ng v i nhi u phương th c khác nhau. i n năng ư c s d ng th p sáng ư ng i n năng là m t d ng năng lư ng quan ph và nhà c a, ch y máy vi tính và tr ng. Nó th p sáng khu v c Seattle ti vi, và ch y nhi u máy móc và Washington. thi t b khác dùng nhà, trư ng h c và công s . M t phương pháp thu l y i n năng là t cháy nhiên li u như d u h a ho c than á. S cháy c a nhiên li u như v y t o ra nhi t. Nhi t làm cho nư c sôi lên và chuy n thành hơi nư c. Hơi nư c làm ch y m t c máy g i là tuabin phát ra i n. Thông thư ng, dòng i n này ư c t i vào h th ng lư i i n công c ng, qua các dây d n, n t ng nhà, n trư ng h c và cơ s làm vi c trong m t khu v c r ng l n. Phương pháp s n xu t i n như th này là ph bi n. Nhưng nó có m t s h n ch . Hành tinh c a chúng ta ch có th chu c p d u h a và than á v i tr Các t m khai thác năng lư ng m t tr i c p lư ng có h n. Chúng là lo i nhiên li u i n cho xe t hành thám hi m sao H a. không th h i ph c. M t khi ã qua s d ng thì chúng không còn n a. 1
ng th i, chúng gi i phóng các ch t khí khi t cháy. Nh ng ch t khí này có th làm nhi m b n, hay nhi m c, không khí, và m t s ch t khí này có th làm bi n i khí h u c a Trái t. Năng lư ng t do và năng lư ng s ch M t cách s n xu t i n năng là s d ng ánh sáng m t tr i. Ánh sáng m t tr i là t do và không bao gi c n ki t. ng th i, nó còn có r t nhi u n a. Năng lư ng c a ánh sáng m t tr i chi u t i trái t trong m t gi nhi u hơn năng lư ng c th gi i s d ng trong m t năm. M t d ng c nh g i là t bào m t tr i có th s n xu t i n năng ngay t ánh sáng m t tr i (trong ti ng Anh, “solar” có nghĩa là ph i làm cái gì ó v i M t tr i). M t t bào m t tr i không th i ra b t kì ch t khí nào. Nó cũng ch ng gây n ào gì. M t t m pin m t tr i là m t nhóm t bào m t tr i ho t ng ng b v i nhau. Vi c s d ng các t bào m t tr i ang phát tri n nhanh Mĩ và các qu c gia khác. Vi c c p i n nh ng nơi xa xôi Các t m pin m t tr i là m t phương pháp di ng s n xu t i n năng nh ng nơi xa xôi, nơi ch ng có m ng lư i i n nào. Chúng c p i n th p sáng èn hi u t i các ư ng băng Nam C c. Chúng ư c s d ng trên phi thuy n vũ tr và trên “xe t hành” thám hi m H a tinh. 2
Các t bào m t tr i và pin m t tr i có r t nhi u công d ng. Chúng có m t trong m i th như máy tính b túi, ng h và èn flash máy nh. Có các món chơi, radio, máy hát nh c MP3 c p ngu n b ng ánh sáng m t tr i. Có i n tho i di ng và máy nh n tin s d ng năng lư ng m t tr i. Vi c s d ng năng lư ng m t tr i v i các ngu n như th này có nghĩa là b n không bao gi ph i lo l ng v vi c h t pin c . Các t m pin m t tr i th nh tho ng ư c s d ng s n xu t i n th p sáng èn ph và các tr m xe bus. Chúng có th s n xu t i n c p cho các bu ng i n tho i ư ng ph hay Nhà c a s d ng các t m pin m t tr i các v ch xe trong công viên ho t thư ng l p chúng trên mái nhà. ng. Th m chí m t s máy ATM (máy rút ti n ho c n p ti n vào tài kho n ngân hàng c a b n) cũng có các t m pin m t tr i. C p đi n cho nhà c a Bóng èn trên tr n nhà và m i lo i máy móc, d ng c i n s d ng trong nhà, t i trư ng h c và nơi công s l y i n t các dây d n ch y trên tư ng ho c xuyên bên trong tư ng. Thư ng thì i n c p cho nhà c a l y t ng m ng lư i i n a phương. Nhưng ngư i ta cũng có th s d ng các t m pin m t tr i c p i n song song v i i n lư i. Th nh tho ng, ngư i ta t các t m pin m t tr i trên mái nhà c a h . Nh ng tòa nhà l n cũng có th l p chúng. Chúng giúp chúng ta tiêu th ít i n năng t t m ng lư i cung c p c a công ti i n. Ngoài ra, chúng còn h tr 3
trong trư ng h p m t i n, hay m ng lư i i n g p s c . m t s nơi, b n thân m ng lư i i n còn thu m t ph n i n năng t các t m pin m t tr i. Chi c Zephyr c p ngu n b ng năng lư ng m t tr i có th trong không khí hàng ngày li n. Máy bay m t tr i Các t m pin m t tr i còn ư c s d ng trên máy bay m t tr i – nhưng ch có vài ba chi c thôi. V n là chúng khó s d ng trên máy bay. Chúng c n bao ph m t di n tích l n m i sinh ra i n năng. Khi tr i t i, thì chúng không ho t ng n a. Chi c máy bay u tiên c p ngu n b ng năng lư ng m t tr i bay ư c m t kho ng cách xa là chi c Solar Challenger. Nó ã băng qua Eo bi n Anh châu Âu vào năm 1981. Các cánh c a nó có hơn 16 000 t bào m t tr i. Vào năm 2008, chi c Zephyr-6 ã bay ư c hơn ba ngày trong không trung. Nó là m t chi c máy bay không ngư i lái. Nó mang theo các b pin d tr i n năng do các t m pin m t tr i s n xu t ban ngày ti p t c ho t ng vào ban êm. 4
M t tr i liên t c gi i phóng năng lư ng. Năng lư ng ó lan i trong không gian dư i d ng b c x i n t . Có vài lo i b c x i n t . Ánh sáng là m t lo i. Sóng vô tuy n là m t lo i n a. B c x i n t truy n i gi ng như nh ng con sóng truy n i trong nư c. Gi ng như sóng nư c, nó là m t chu i nh sóng và hõm sóng. M t trong nh ng th mà các lo i b c x i n t khác nhau là bư c sóng c a chúng. ây là kho ng cách gi a hai nh sóng (ho c hai hõm sóng) liên ti p trong m t hàng. Bư c sóng c a sóng vô tuy n thì dài hơn bư c sóng c a ánh sáng. Trong các lo i ánh sáng, ánh sáng có bư c sóng dài hơn bư c sóng c a ánh sáng xanh. M t tr i sáng r c v i ngu n năng lư ng g n như vô t n 5
T bào m t tr i s d ng ánh sáng như th nào ? Ch m t ph n năng lư ng M t tr i g i n Trái t th t s n ư c m t t. M t ph n năng lư ng m t tr i b ph n x tr vào trong không gian. M t ph n thì b không khí h p th . Ph n l n năng lư ng m t tr i n ư c m t t d ng ánh sáng nhìn th y. Các t bào m t tr i có th khai thác ánh sáng này s n xu t i n năng. Nhưng chúng không ho t ng ng u v i m i d ng ánh sáng. Nh ng lo i t bào m t tr i khác nhau s d ng nh ng bư c sóng ánh sáng khác nhau. i u này có nghĩa là m t t bào ch s d ng m t ph n năng lư ng m t tr i mà nó nh n ư c. Nh ng lo i b c x i n t khác nhau có bư c sóng khác nhau. Các t bào m t tr i s d ng nh ng bư c sóng nh t nh thu c d i ánh sáng nhìn th y s n xu t i n năng. Pin quang i n M t tên g i khác cho các t bào m t tr i là t bào quang i n. Tên g i này h p lí, vì quang có nghĩa là “ánh sáng”, và i n ám ch i n năng. 6
Ngư i ta thư ng nghĩ i n là cái gì ra i n m t chi u. Lo i i n kia là ó ang ch y i. Th t ra, i u ó r t i n xoay chi u (AC). ây là dòng úng. i n là m t dòng ch y g m i n bi n i. Nó i chi u nhi u l n nh ng h t r t nh g i là electron. trong m t giây. M ng lư i i n cung Dòng ch y ó ư c g i là dòng i n. c p i n xoay chi u. a s các d ng Có hai lo i dòng i n. M t là i n c i n trong nhà s d ng i n xoay m t chi u (DC). ây là dòng i n chi u. không i. Nó luôn luôn ch y theo m t hư ng. Pin và t bào m t tr it o Các t m pin m t tr i t i Căn c Không quân Nellis Nevada, Mĩ. Nhà máy quang i n Nellis là nhà máy i n m t tr i l n nh t Mĩ. 7
Đo đi n năng Công su t i n là t c s d ng i n năng. Nó ư c o b ng watt. M t bóng èn 100 watt thì sáng hơn m t bóng èn 60 watt. Nó tiêu th nhi u i n năng hơn. (Khi nói t i nh ng lư ng l n c a watt, ngư i ta s d ng các ơn v l n hơn: 1 kilowatt là 1000 watt, 1 megawatt là 1 tri u watt). M t ơn v quan tr ng n a là watt gi . Nó o lư ng i n năng s n sinh ra hay b tiêu th trong m t kho ng th i gian. Nó b ng 1 watt công su t trong th i gian 1 gi . M t ơn v tương t nhưng l n hơn là kilowatt gi . ây là 1000 watt trong 1 gi . M t bóng èn 100 watt ho t ng trong 10 gi s d ng 1000 watt gi i n năng. Giá tr này b ng 1 kilowatt gi . Lo i công tơ i n tiêu bi u này ư c s d ng o xem bao nhiêu kilo watt gi ã ư c tiêu th . i tìm các electron Dòng i n không ph i là nơi duy nh t ngư i ta có th tìm th y các electron. Chúng còn có m t trong nh ng h t nh g i là nguyên t c u t o nên m i th mà chúng ta th y xung quanh mình. M i nguyên t có m t tâm, g i là h t nhân. H t nhân này ch a ít nh t m t h t g i là proton. Trong a s các lo i nguyên t , h t nhân có vài ba proton và nh ng h t khác n a g i là neutron. M t ho c nhi u electron thư ng quay tròn xung quanh h t nhân. 8
Edmond Becquerel nư c Pháp là năng ch y các d ng c i n thông ngư i u tiên ý th y ánh sáng có thư ng. th làm cho các ch t sinh ra i n. ó là vào năm 1839. Sau ó, các nhà khoa h c khác ã b t tay vào nghiên c u các ràng bu c gi a ánh sáng, v t ch t và i n năng. M t ngư i trong s h là Albert Einstein. Năm 1905, ông ã gi i thích làm th nào các nguyên t h p thu b c x i n t (thí d như ánh sáng) r i sau ó gi i phóng các electron. Quá trình này ư c g i là hi u ng quang i n. Einstein ã giành gi i Nobel V t lí năm 1921 cho công trình nghiên c u v hi u ng này. Các t bào m t tr i đ u tiên Russell Ohl là ngư i u tiên i n m t t bào m t tr i gi ng như các t bào ư c s d ng ngày nay. Ông làm vi c t i Phòng thí nghi m Bell New Jersey. T bào c a ông ch t o b ng silicon (silicon tìm th y trong cát và nhi u lo i á). Ông g i t bào ó là “m t d ng c i n nh y sáng”. Ông ã ăng kí m t b ng phát minh cho nó vào năm 1941. 5 năm sau, ông l y ư c b ng phát minh. Năm 1954, Phòng thí nghi m Bell ch t o Trang u tiên trong b n ăng kí b ng sáng t bào m t tr i th c ti n u tiên. Nó ch t bào m t tr i c a Russell Ohl, năm là t bào u tiên s n xu t i n 1941. 9
Tuy nhiên, các t bào bu i u bào tr nên r ti n hơn, chúng m i không s n xu t nhi u i n năng. ư c s d ng trong nh ng ng d ng ng th i, chi phí s n xu t chúng r t khác. Nhà máy i n u tiên có kh t . Công d ng quan tr ng u năng s n xu t 1 megawatt i n năng tiên c a chúng là trong các v tinh vũ v i các t m pin m t tr i m c a tr , b t u vào năm 1958. Khi các t Hesperia, California, năm 1982. Edmond Becquerel Edmond Becquerel ( nh) s ng th hơn 70 tu i, t năm 1820 n năm 1891. Ông tham gia r t nhi u lĩnh v c nghiên c u. Các lĩnh v c ó bao g m ánh sáng, i n h c và t h c. S khám phá c a ông ra dòng i n t ánh sáng x y ra vào năm 1839, khi ông ch m i 19 tu i. Ngư i con trai Henri c a Edmond sau này còn tr nên n i ti ng hơn c cha mình. Năm 1896, Henri ã khám phá ra s phóng x . 10
Các t bào m t tr i có nhi u kích c khác nhau. M t s lo i m ng hơn T bào m t tr i s n sinh ra m t con tem. M t s lo i có b đi n như th nào ? ngang n 12 cm. Quá trình s n sinh i n năng b t u Các t bào m t tr i ch t o t m t khi các nguyên t silicon h p th lo i ch t li u g i là ch t bán d n. m t ph n ánh sáng. Năng lư ng c a Thư ng thì chúng ch t o t silicon. ánh sáng ánh b t m t s electron ra Các ch t bán d n có th d n, ho c kh i các nguyên t . Các electron mang, dòng i n. Tuy nhiên, chúng ch y qua gi a hai l p. Dòng ch y ó không d n i n t t như kim lo i. ó t o ra m t dòng i n. Dòng i n có là nguyên do vì sao ngư i ta g i th i ra kh i t bào qua các ti p xúc chúng là “bán” (d n). Vì chúng ch kim lo i và ư c s d ng. “bán” d n dòng i n, nên có th dùng chúng i u khi n dòng i n. Khi ánh sáng i t i m t t bào m t m t trên và m t dư i c a chúng tr i, ph n nhi u năng lư ng c a thư ng có các ti p xúc kim lo i, nơi chúng b tiêu hao. M t ph n ánh dòng i n có th ch y qua. sáng b ph n x ho c truy n xuyên qua t bào. M t ph n b chuy n M t lo i t bào ơn gi n i n hình thành nhi t. Ch ph n ánh sáng có có hai l p silicon. M t l p g i là lo i bư c sóng, hay màu s c, thích h p là n. L p kia g i là lo i p. Các l p ó b h p th và sau ó chuy n hóa có các tính ch t khác nhau. thành i n năng. 11
M t t bào m t tr i ơn gi n tiêu bi u s d ng m t ph n ánh sáng m t tr i t o ra dòng i n ch y qua gi a hai l p ch t bán d n. Dòng i n này i ra kh i t bào qua các ti p xúc kim lo i và ư c s d ng. M t lo i t bào m t tr i khác M t s t bào m t tr i ch t o t nh ng l p ch t li u r t, r t m ng. Các l p ó m ng hơn 10 micro mét, hay m t ph n nghìn c a m t centi mét. M t s t bào “màng m ng” này, gi ng như các t bào m t tr i bình thư ng, có r n phía sau. M t s khác thì có ch t d o. Các t bào màng m ng thích h p cho vi c s n xu t các t m pin nh cân ho c d u n d o. Chúng còn thích h p cho vi c bao ph m t di n tích l n, thí d như thành tư ng c a các tòa nhà. 12
M t t bào m t tr i s n sinh lư ng l n. M t thí d tiêu bi u là m t nhà i n năng r t ít. V i a s m c ích máy i n m i xây d ng t i Moura s d ng, ngư i ta c n có nhi u t bào B ào Nha. Giai o n 1 c a d án m t tr i. Vì lí do này, các t bào trên có 262.080 module m t tr i, m i thư ng ư c liên k t v i nhau thành module có 8 t bào m t tr i. Chúng các nhóm g i là module m t tr i. s s n xu t n 46 megawatt i n M t module m t tr i có m t giàn năng. khung gi các t bào. M t s module dài và r ng n vài foot. Thư ng thì chúng có th t o ra t i vài trăm watt i n năng. N u c n công su t l n hơn n a, thì có th ghép các module l i thành ma tr n m t tr i. Th nh tho ng, các module còn ư c g i là t m pin m t tr i. Các ma tr n th nh tho ng cũng ư c g i là t m pin m t tr i. Cho dù b n g i m t nhóm t bào m t tr i b ng tên gì i chăng, thì có m t th c t luôn luôn úng: b n càng ghép nhi u t bào l i thì b n có công su t i n càng l n. V i s module m t tr i, ngư i ta Ma tr n m t tr i này c p i n cho m t nhà có th t o ra nh ng lư ng i n năng kho và khu láng tr i c a bang Utah, Mĩ. 13
s n xu t nhi u i n năng, các t bào m t tr i có th ghép l i v i nhau thành m t module m t tr i, và nhi u module có th ghép l i thành m t ma tr n m t tr i. Nhi u năng lư ng hơn Nhi u chuyên gia nghĩ r ng nh ng nhà máy i n m t tr i v i công su t l n hơn là có kh năng xây d ng trong nh ng năm s p t i. M t ngày nào ó s có nh ng nhà máy i n m t tr i s n xu t t i 500 megawatt i n năng. ây là công su t tiêu bi u c a m t nhà máy i n than hi n nay. Các t m pin m t tr i ho t ng t t nh t khi chúng i m t tr c ti p v i ánh sáng m t tr i. Vì lí do này, các t m pin thư ng ư c t trên “b dò n ng t ng”. Các b dò n ng s hư ng các t m pin v phía m t tr i khi m t tr i di chuy n trên b u tr i. T p trung ánh sáng m t tr i Các t bào m t tr i ho t ng t t hơn v i ánh n ng r c r . t các module nh n càng nhi u ánh sáng càng t t, th nh tho ng ngư i ta s d ng các b t sáng. ây là nh ng d ng c thu gom ánh sáng m t tr i trên m t di n tích l n. Chúng s d ng gương ho c th u kính t p trung ánh sáng vào các module m t tr i. Vì các b t sáng ph i hư ng th ng v phía m t tr i, nên chúng thư ng ư c t trên các b dò n ng t ng. 14
Các t m pin m t tr i dùng cho các ngôi nhà không khác gì v i nh ng t m pin m t tr i khác. Chúng ph i nh n ánh sáng m t tr i m i có th s d ng ư c. Thư ng thì chúng ư c l p trên mái nhà i m t tr c di n v i M t tr i và không b i tư ng khác che bóng râm. Th nh tho ng, ngư i ta cũng l p chúng ngay trên m t t. Các t m pin m t tr i có nhi u màu s c và m u mã khác nhau. Chúng có th t trên tư ng ho c trên mái nhà và hòa h p vào ó, cho nên có lúc b n ch ng ý th y chúng n a. Các mái nhà u n lư n và nghiêng có th s d ng các t m pin màng m ng. 15
Nhà c a s d ng các t m pin m t tr i thư ng có m t b i i n bi n i i n m t chi u thành i n xoay chi u. Ngôi nhà trong nh còn l y i n mà m ng lư i c p i n, và nó có th c p i n b sung cho m ng lư i i n. Thông thư ng, các t m pin m t tr i và dây n i không th t c p i n cho tòa nhà. C n có thêm thi t b khác n a. Các t bào m t tr i s n xu t i n m t chi u. Lo i i n này thích h p cho m t s d ng c i n t . Nhưng các thi t b i n gia d ng và bóng èn thư ng ho t ng v i i n xoay chi u. Cho nên nhà c a thư ng ư c m c i n xoay chi u. i i n m t chi u thành xoay chi u, c n s d ng m t d ng c g i là b i i n. D tr đi n năng Tuy nhiên, n u nhà không ư c n i v i m ng lư i c p i n, thì ph i có m t s gi i pháp nào ó d tr i n năng dùng khi tr i t i, lúc các t m pin m t tr i không ho t ng ư c. Thư ng thì ngư i ta s d ng acquy d tr i n năng. Acquy có th h u ích, c trong nh ng tòa nhà ư c c p i n lư i. Chúng có th c p i n khi i n lư i b c t i n. Các m t phía b c và phía nam c a tòa nhà Conde Nast thành ph New York có các t m pin m t tr i ki u màng m ng. 16
“ i i n” S d ng i n lư i thì ph i tr ti n. N u m t ph n năng lư ng c a ngôi nhà ư c khai thác t các t m pin m t tr i, thì ngôi nhà có th s d ng ít i n lư i hơn. Nhưng còn có m t cách khác có th ti t ki m hóa ơn ti n i n. M t i u lu t thông qua h i năm 2005 Mĩ yêu c u các công ti i n thanh toán ti n “ i i n”. ây là chương trình c bi t dành cho các khách hàng s d ng i n, ng th i s h u các t m pin m t tr i. V i lu t i i n, n u khách hàng có th a i n m t tr i – ph n năng lư ng h s n xu t nhưng không dùng – thì công ti i n mua l i ph n năng lư ng này. 17