intTypePromotion=3

Đồ án học phần 1A: Hệ thống điện năng lượng mặt trời

Chia sẻ: Buiductung Tung | Ngày: | Loại File: DOCX | Số trang:71

0
1.150
lượt xem
361
download

Đồ án học phần 1A: Hệ thống điện năng lượng mặt trời

Mô tả tài liệu
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Trong tiến trình phát triển của loài người, việc sử dụng năng lượng là đánh dấu một cột mốc rất quan trọng. Từ đó đến nay, loài người sử dụng năng lượng ngày càng nhiều ,nhất là trong vài thế kỷ gần đây. Trong cơ cấu năng lượng hiện nay,chiếm phần chủ yếu là năng lượng tàn dư sinh học than đá,dầu mỏ,khí tự nhiên. Kế là năng lượng nước thủy điện, năng lượng hạt nhân, năng lượng sinh khối (bio.gas, …) năng lượng mặt trời, năng lượng gió chỉ chiếm một phần khiêm tốn. Xã hội loài người không phát triển nếu không có năng lượng....

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Đồ án học phần 1A: Hệ thống điện năng lượng mặt trời

  1. Đồ án học phần 1A Hệ thống điện năng lượng mặt trời LỜI NÓI ĐẦU Trong tiến trình phát triển của loài người, việc sử dụng năng lượng là đánh dấu một cột mốc rất quan trọng. Từ đó đến nay, loài người sử dụng năng lượng ngày càng nhiều ,nhất là trong vài thế kỷ gần đây. Trong cơ cấu năng lượng hiện nay,chiếm phần chủ yếu là năng lượng tàn dư sinh học than đá,dầu mỏ,khí tự nhiên. Kế là năng lượng nước thủy điện, năng lượng hạt nhân, năng lượng sinh khối (bio.gas, …) năng lượng mặt trời, năng lượng gió chỉ chiếm một phần khiêm tốn. Xã hội loài người không phát triển nếu không có năng lượng. Ngày nay, năng lượng tàn dư sinh học, năng lượng không tái sinh, ngày càng kiệt, giá dầu mỏ tăng từng ngày, ảnh hưởng xấu đến sự phát triển kinh tế xã hội và môi trường sống. Tìm kiếm nguồn năng lượng thay thế là nhiệm vụ cấp bách của các nhà khoa học ,kinh tế, các chính trị gia,… và mỗi người chúng ta. Nguồn năng lượng thay thế đó phải sạch, than thiện với môi trường, chi phí thấp, không cạn kiệt (tái sinh), và dễ sử dụng. Từ lâu, loài người đã mơ ước sử dụng năng lượng mặt trời. Nguồn năng lượng hầu như vô tận, đáp ứng hầu hết các tiêu chí nêu trên. Nhiều công trình nghiêng cứu đã được thực hiện, năng lượng mặt trời không chỉ là năng lượng của tương lai mà còn là năng lượng của hiện tại Bạn không nên nghĩ rằng ứng dụng năng lượng mặt trời là công việc của riêng của các nhà khoa học, đây cũng chính là nơi bạn có thể phát huy óc sáng tạo, sự khéo tay, và tính kiên nhẫn của bạn. Còn gì thú vị hơn khi bạn tự thực hiện và ứng dụng năng lượng mặt trời trong chính ngôi nhà của mình. Cuốn sách này giới thiệu chi tiết các ứng dụng năng lượng mặt trời trong ngôi nhà hoặc trên mảnh vườn của bạn. Các dự án đó tương đối đơn giản, chi phí trong tầm tay của bạn, nhưng hiệu quả cao, không đồi hỏi lý thuyết cao siêu, chỉ cần bạn nhận ra lợi ích của việc sử dụng năng lượng mặt trời và quyết tâm thực hiện. bạn có thể thực hiện từng bước theo hướng dẫn trong từng dự án, khi dạt kết quả, bạn hoàn toàn có thể chỉnh sửa, cải tiến để năng cao hiệu suất và giảm chi phí tùy theo sự năng động và tính sáng tạo của bạn. Các dự án này còn có thể được thực hiện trong trường học, trường phổ thông và trường dạy nghề, giúp cho thầy cô giáo có thêm phương cách thí nghiệm, học đi đôi với hành , giúp cho học sinh tính sáng tạo và hứng thú học tập. Trường Đại Học Công Nghiệp Tp.HCM
  2. Đồ án học phần 1A Hệ thống điện năng lượng mặt trời LỜI CẢM ƠN Trước khi vào nội dung đồ án chúng em xin chân thành cảm ơn đến Cô: Phạm Thị Lệ Diễm giảng viên trường ĐHCN Tp.HCM đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ chúng em trong suốt quá trình thực hiện để hoàn thành đồ án này. Cùng toàn thể thầy cô khoa Điện đã tận tình giảng dạy, chỉ bảo, truy ền đạt nguồn kiến thức sâu rộng và những kinh nghiệm quý báu cho chúng em trong suốt thời gian học tại trường. Xin cảm ơn đến tất cả bạn bè, những người đã giúp đỡ chúng tôi trong suốt thời gian học tập cũng như thực hiện đồ án học phần này. Và cuối cùng chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến gia đình, bố mẹ đã ủng hộ và tạo điều kiện cho chúng em hoàn thành đồ án này. Mặc dù đã nỗ lực hết mình, nhưng do khả năng, kiến thức và th ời gian có hạn nên không thể tránh được những sai sót trong lúc thực hiện đồ án này, em kính mong quý thầy cô chỉ dẫn, giúp đỡ em để ngày càng hoàn thiện hơn kiến thức của mình và có thể tự tin bước vào cuộc sống với vốn ki ến th ức đã có được. Trường Đại Học Công Nghiệp Tp.HCM
  3. Đồ án học phần 1A Hệ thống điện năng lượng mặt trời Nhận xét của giảng viên hướng dẫn: ........................................................................................................................... ........................................................................................................................... ........................................................................................................................... ........................................................................................................................... ........................................................................................................................... ........................................................................................................................... ........................................................................................................................... ........................................................................................................................... ........................................................................................................................... ........................................................................................................................... ........................................................................................................................... ........................................................................................................................... ........................................................................................................................... ........................................................................................................................... ........................................................................................................................... ........................................................................................................................... ........................................................................................................................... ........................................................................................................................... ........................................................................................................................... ........................................................................................................................... ........................................................................................................................... ........................................................................................................................... ........................................................................................................................... Trường Đại Học Công Nghiệp Tp.HCM
  4. Đồ án học phần 1A Hệ thống điện năng lượng mặt trời Nhận xét của giảng viên phản biện: ........................................................................................................................... ........................................................................................................................... ........................................................................................................................... ........................................................................................................................... ........................................................................................................................... ........................................................................................................................... ........................................................................................................................... ........................................................................................................................... ........................................................................................................................... ........................................................................................................................... ........................................................................................................................... ........................................................................................................................... ........................................................................................................................... ........................................................................................................................... ........................................................................................................................... ........................................................................................................................... ........................................................................................................................... ........................................................................................................................... ........................................................................................................................... ........................................................................................................................... ........................................................................................................................... ........................................................................................................................... ........................................................................................................................... ........................................................................................................................... Trường Đại Học Công Nghiệp Tp.HCM
  5. Đồ án học phần 1A Hệ thống điện năng lượng mặt trời GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HỆ THỐNG ĐIỆN A- NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI I – GIỚI THIỆU CHUNG: Một tế bào quang điện (cell) Tấm Pin năng lượng mặt trời (solar cells panel) Pin mặt trời, hay pin quang điện, ký hiệu là PV, là hệ thống các tấm vật liệu đặc biệt có khả năng chuyển đổi quang năng của ánh sáng mặt trời thành điện năng. Pin mặt trời được cấu tạo bằng các tế bào quang điện (cells) đơn tinh thể (monocrystalline) và đa tinh thể (polycrystalline) có hiệu suất cao (15% - 18%), công suất từ 25Wp đến 240Wp và có tuổi thọ trung bình 30 năm. II – NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI: Trường Đại Học Công Nghiệp Tp.HCM
  6. Đồ án học phần 1A Hệ thống điện năng lượng mặt trời Từ giàn pin mặt trời, ánh sáng được biến đổi thành điện năng, tạo ra dòng điện một chiều (DC). Dòng điện này được dẫn tới bộ điều khiển là một thiết bị điện tử có chức năng điều hoà tự động các quá trình nạp điện vào ắc-quy và phóng điện từ ắc-quy ra các thiết bị điện một chiều (DC). Trường hợp công suất giàn pin đủ lớn, trong mạch điện sẽ được lắp thêm bộ đổi điện để chuyển dòng một chiều thành dòng xoay chiều (AC), chạy được thêm nhiều thiết bị điện gia dụng (đèn, quạt, radio, TV…). III - CẤU HÌNH TIÊU BIỂU CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI: Tên thiết bị Ghi chú tt Monocrystalline (đơn tinh thể ) Polycrytalline (đa Solar Cells tinh thể) 1 Panel Lựa chọn tùy mức điện thế và công suất của hệ Solar thống 2 Regulator DC-AC Dạng sóng ra : Step Wave hoặc Sine Wave 3 Inverter Battery (ắc- Bình khô, kín khí, không cần bảo dưỡng. 4 quy) Chuyên dụng cho hệ thống Khung, gá 5 Chuyên dụng cho hệ thống (ngoài trời và trong nhà) Dây cáp 6 Phụ kiện Linh, phụ kiện đồng bộ khác lắp đặt 7 PANEL MẶT TRỜI : 1- Tấm pin Panel mặt trời (solar cells panel) biến đổi quang năng hấp thụ từ mặt trời để biến thành điện năng. Một số thông tin cơ bản về tấm pin mặt trời Hiệu suất: từ 15% - 18% Công suất: từ 25Wp đến 175 Wp Số lượng cells trên mỗi tấm pin : 72 cells Kích thước cells: 5 – 6 inchs Loại cells: monocrystalline và polycrystalline Chất liệu của khung nhôm Tuổi thọ trung bình của tấm pin : 30 năm Có khả năng kết nối thành các trạm điện mặt trời công suất lớn không hạn chế, có thể hòa lưới (grid), hoặc hoạt động độc lập như 1 hệ thống back- up điện. Trong một ngày nắng, mặt trời cung cấp khoảng 1 kW/m² đến mặt đất (khi mặt trời đứng bóng và quang mây, ở mực nước biển). Công suất và điện áp Trường Đại Học Công Nghiệp Tp.HCM
  7. Đồ án học phần 1A Hệ thống điện năng lượng mặt trời của một hệ thống sẽ phụ thuộc và cách chúng ta nối ghép các tấm pin Panel mặt trời lại với nhau.Các tấm pin Panel mặt trời được lắp đặt ở ngoài trời để có thể hứng được ánh nắng tốt nhất từ mặt trời nên được thiết kế với những tính năng và chất liệu đặc biệt, có thể chịu đựng được sự khắc nghiệt của thời tiết, khí hậu, nhiệt độ… BỘ ĐIỀU KHIỂN SẠC: 2- - Là thiết bị thực hiện chức năng điều tiết sạc cho ắc-quy, bảo vệ cho ắc-quy chống nạp quá tải và xả quá sâu nhằm nâng cao tuổi thọ của bình ắc- quy, và giúp hệ thống pin mặt trời sử dụng hiệu quả và lâu dài. - Bộ điều khiển còn cho biết tình trạng nạp điện của Panel mặt trời vào ắc-quy giúp cho người sử dụng kiểm soát được các phụ tải. - Bộ điều khiển còn thực hiện việc bảo vệ nạp quá điện thế (>13,8V) hoặc điện thế thấp (
  8. Đồ án học phần 1A Hệ thống điện năng lượng mặt trời - Lưu ý khi lắp đặt tránh các vùng có khả năng bị che, khuất nắng, nên lựa chọn những vị trí có thể hứng được nắng tốt nhất cho cả ngày. - Các phụ kiện đồng bộ kèm theo : ống, công tắc, bảng điện, Vaseline, domino, ổ cắm… để lắp hoàn chỉnh hệ thống điện mặt trời 1 : Tấm pin mặt trời (Solar Panel) • 2: Bộ điều khiển sạc mặt trời (Solar Charger Controller) • 3 : Bộ kích điện DC-AC (Solar Inverter) • 4 : Cầu dao chuyển mạch (Solar Inverter) • 5 : Ắc quy (Battery) • Trường Đại Học Công Nghiệp Tp.HCM
  9. Đồ án học phần 1A Hệ thống điện năng lượng mặt trời Mô tả hoạt động của hệ thống: Đây là sự tích hợp của hai hệ thống thành một hệ thống liên hoàn bao gồm: Hệ thống Sản xuất điện năng từ Mặt trời thành điện 220VAC/50Hz bổ sung vào điện lưới (On grid). Hệ thống Lưu trữ biến đổi điện điện năng từ Mặt trời thành điện 220VAC/50Hz (Off grid). Tuy nhiên, quý khách vẫn có thể sử dụng từng hệ thống trên một cách độc lập tùy theo nhu cầu cụ thể. Khi khởi động Battery bank luôn được ưu tiên nạp điện từ Mặt trời cho đến khi đầy. Lúc này Grid-Tie Solar Inverter (GTSI) chưa làm việc. Khi Battery bank đầy bộ Inverter-Solar Charger (ISC) sẽ ngưng sạc và bộ GTSI sẽ hoạt động: Biến đổi điện DC từ Solar panel thành điện AC 220V có điện áp, tần số - pha trùng với điện lưới và được hòa trực tiếp vào lưới điện – Việc bán điện sẽ được thông qua đồng hồ W1. Khi có điện lưới, điện năng cho tải thông thường và tải ưu tiên sẽ được cấp qua đồng hồ điện W2 (điện mua) - do ISC lúc này đang ở chế độ On grid. Khi mất điện lưới, ISC sẽ lấy điện DC từ Battery bank và Solar để biến đổi thành điện AC 220V cung cấp cho tải ưu tiên. Đồng thời GTSI sẽ ngưng làm việc. Trường Đại Học Công Nghiệp Tp.HCM
  10. Đồ án học phần 1A Hệ thống điện năng lượng mặt trời ĐI SÂU VÀO HỆ THỐNG ĐIỆN NĂNG B- LƯỢNG MẶT TRỜI CHƯƠNG I: PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI Ưu thế của năng lượng mặt trời I- Năng lượng hiện tại 1. Trong cuộc sống hang ngày , chúng ta sử dụng khối lượng năng lượng khổng lồ. Cuộc sống của chúng ta xoay quanh sự tiêu th ụ các ngu ồn tài nguyên thiên nhiên và tiêu thụ năng lượng . Phần lớn trong tỷ lệ tiêu thụ năng lượng dược dùng cho sưởi ấm-58% một phần trong số này có thể cung cấp từ năng lượng mặt trời . Kế tiếp là nấu nước, chiếm 24% tổng năng lượng tiêu thụ, hoàn toàn có thể nấu nước bằng năng lượng mặt trời . Trường Đại Học Công Nghiệp Tp.HCM
  11. Đồ án học phần 1A Hệ thống điện năng lượng mặt trời Điều dó có nghĩa là có thể đáp ứng 83% nhu cầu năng lượng bằng công nghệ năng lượng mặt trời . Phần năng lượng, 13% được dùng để tạo ra điện năng để cung cấp cho chiếu sáng và các thiết bị gia dụng. Năng lượng được dùng cho nấu ăn,5% cũng có thể tạo ra từ năng lượng. Lý do chọn năng lượng mặt trời 2. Năng lượng mặt trời là dạng năng lượng sạch, xanh, miễn phí, và có giá trị sử dụng tốt nhất. mặt trời đã xuất hiện cách đây 5 tỷ năm và ti ếp t ục them 5 tỷ năm nủa, quá đủ cho loài người. Chúng ta đang tìm các công nghệ sử dụng dạng năng lượng này một cách hiệu quả nhất, do đây là năng lượng sạch, rất than thiện vơi môi trường. Đây thực sự là nguồn tài nguyên khổng lồ. tuy năng lượng mặt trời tập chung chủ yếu ở 3. Năng lượng hiện nay Cơ quan năng lượng quốc tế dự báo khai thác năng lượng của 33 trong số 48 nhà sản xuất dẩu mõ hàng đầu thế giới đang giảm. Điều đó đang thành hi ện thực. Không chỉ có đỉnh sản lượng dầu mõ, hiện nay còn có đỉnh than đá, đỉnh khí tự nhiên, và đỉnh uranium. Tất cả các nguồn tài nguyên này đều có gi ới h ạn, không thể khai thác mãi mãi. Điều đó có nghĩa là những người tin tưởng vào năng lượng hạt nhân có thể bị sốc, năng lượng hạt nhân từng được coi là nguồn thay thế hửu hiệu cho nhiên liệu tàn dư sinh học, nhưng mọi người phải đối mặt với cùng một vấn đề. Nếu tất cả đều chuyển sang năng lượng hạt nhân, tốc độ tiêu thụ uranium sẽ tăng nhanh, chưa kể các nguy cơ về an toàn hạt nhân. Tìm hiểu chung về pin năng lượng năng lượng II- mặt trời: Trường Đại Học Công Nghiệp Tp.HCM
  12. Đồ án học phần 1A Hệ thống điện năng lượng mặt trời 1. Hướng đặt: Điều khiển tấm pin theo mùa (xuân, hạ, thu, đông) cũng là 1 v ấn đ ề chúng ta đã biết, với mỗi mùa khác nhau, tại 1 địa đi ểm nh ất đinh, m ặt tr ời s ẽ có 1 góc chiếu khác nhau. Trường Đại Học Công Nghiệp Tp.HCM
  13. Đồ án học phần 1A Hệ thống điện năng lượng mặt trời Nguyên lý hoạt động và cấu tạo 2. Nhiên liệu hóa thạch theo tính toán của các nhà khoa học và môi trường học sẽ cạn kiệt trong vòng 50 năm nữa nếu cứ sử dụng với tốc độ hiện nay. Việc tìm năng lượng thay thế là bài toán cấp bách của toàn nhân loại . Có ý kiến cho rằng điện hạt nhân là một giải pháp, nhưng với mức độ an toàn và Trường Đại Học Công Nghiệp Tp.HCM
  14. Đồ án học phần 1A Hệ thống điện năng lượng mặt trời bản chất của quá trình không thuận nghịch của phản ứng hạt nhân không cho ta kết quả như mong đợi .Năng lượng mặt trời xét về lâu dài mới là giải pháp cho tương lai. Một trong các nguyên nhân khác của việc sử dụng năng lượng mặt trời đó là do tính sạch của nó về mặt môi trường. Trong quá trình sử dụng nó không sinh ra khí nhà kính hay gây ra các hiệu ứng tiêu cực tới khí hậu toàn cầu. Việc dạy học gắn với nội dung này nhằm giáo dục ý thức môi trường và sự chuẩn bị hành trang cho chủ nhân tương lai là cần thiết và phù hợp . Có 2 cách chính sử dụng năng lượng mặt trời: - Sử dụng dưới dạng nhiệt năng : lò hấp thụ mặt trời, nhà kính... - Sử dụng thông qua sự chuyển hoá thành điện năng: Hệ thống pin mặt trời Câu hỏi đặt ra là pin mặt trời hoạt động thế nào Pin mặt trời là thiết bị ứng dụng hiệu ứng quang điện trong bán dẫn ( thường gọi là hiệu ứng quang điện trong - quang dẫn) để tạo ra dòng điện một chiều từ ánh sáng mặt trời. Loại pin mặt trời thông dụng nhất hiện nay là loại sử dụng Silic tinh thể. Để hiểu về nguyên lý làm việc của pin mặt trời loại này chúng ta cần biết một vài đặc điểm của chất bán dẫn Silic. Trong bảng tuần hoàn Silic (Si) có số thứ tự 14- 1s22s22p63s23p2 . Các điện tử của nó được sắp xếp vào 3 lớp vỏ. 2 lớp vỏ bên trong được xếp đầy bởi 10 điện tử. Tuy nhiên lớp ngoài cùng của nó chỉ được lấp đầy 1 nửa với 4 điện tử 3s23p2. Điều này làm nguyên tử Si có xu hướng dùng chung các điện tử của nó với các nguyên tử Si khác. Trong cấu trúc mạng tinh thể nguyên tử Si liên kết với 4 nguyên tử Si lân cận để lớp vỏ ngoài cùng có chung 8 điện tử (bền vững). Trường Đại Học Công Nghiệp Tp.HCM
  15. Đồ án học phần 1A Hệ thống điện năng lượng mặt trời Tinh thể Si tinh khiết là chất bán dẫn dẫn điện rất kém vì các điện tử bị giam giữ bởi liên kết mạng, không có điện tử tự do. Chỉ trong điều kiện kích thích quang, hay nhiệt làm các điện tử bị bứt ra khỏi hiên kết, hay nói theo ngôn ngữ vùng năng lượng là các điện tử (tích điện âm) nhảy từ vùng hóa trị lên vùng dẫn bỏ lại vùng hóa trị 1 lỗ trống (tích điện dương), thì khi đó chất bán dẫn mới dẫn điện. Để tăng khả năng dẫn điện của bán dẫn silicon người ta thường pha tạp chất vào trong đó. Trước tiên ta xem xét trường hợp tạp chất là nguyên tử phospho (P) với tỷ lệ khoảng một phần triệu. P có 5 điện tử ở lớp vỏ ngoài Trường Đại Học Công Nghiệp Tp.HCM
  16. Đồ án học phần 1A Hệ thống điện năng lượng mặt trời cùng nên khi liên kết trong tinh thể Si sẽ dư ra 1 điện tử. Điện tử này trong điều kiện bị kích thích nhiệt có thể bứt khỏi liên kết với hạt nhân P để khuếch tán trong mạng tinh thể. Chất bán dẫn Si pha tạp P được gọi là bán dẫn loại N : (Negative) vì có tính chất dẫn điện bằng các điện tử tự do. Ngược lại, nếu chúng ta pha tạp tinh thể Si bằng các nguyên tử Boron (B) chỉ có 3 điện tử ở lớp vỏ, chúng ta sẽ có chất bán dẫn loại P (Positive) có tính chất dẫn điện chủ yếu bằng các lỗ trống. Trường Đại Học Công Nghiệp Tp.HCM
  17. Đồ án học phần 1A Hệ thống điện năng lượng mặt trời Điều gì sẽ xảy ra khi ta cho 2 loại bán dẫn trên tiếp xúc với nhau. Khi đó, các điện tử tự do ở gần mặt tiếp xúc trong bán dẫn loại N sẽ sẽ khuyếch tán từ bán dẫn loại N -> bán dẫn loại P và lấp các lỗ trống trong phần bán dẫn loại P này. Liệu các điện tử tự do của bán dẫn N có bị chạy hết sang bán dẫn P hay không? Câu trả lời là không. Vì khi các điện tử di chuyển như vậy nó làm cho bán dẫn N mất điện tử và tích điện dương, ngược lại bán dẫn P tích điện âm. Ở bề mặt tiếp xúc của 2 chất bán dẫn bây giờ tích điện trái ngược và xuất hiện 1 điện trường hướng từ bán dẫn N sang P ngăn cản dòng điện tử chạy từ bán dẫn N sang P. Và trong khoảng tạo bởi điện trường này hầu như không có e Trường Đại Học Công Nghiệp Tp.HCM
  18. Đồ án học phần 1A Hệ thống điện năng lượng mặt trời hay lỗ trống tự do . Thiết bị mà chúng ta vừa mô tả ở trên chính là 1 đi ốt bán dẫn. Điện trường tạo ra ở bề mặt tiếp xúc làm nó chỉ cho phép dòng điện tử chạy theo 1 chiều, ở đây là từ bán dẫn loại P sang bán dẫn loại N, dòng điện tử sẽ không được phép chạy theo hướng ngược lại. Để lí giải vì sao bạn có thể liên hệ một cách đơn giản đến phần tĩnh điện. Pin quang điện không phải cái gì khác chính là một điốt bán dẫn có diện tích bề mặt rộng và có lớp N cực mỏng để ánh sáng có thể truyền qua. Khi chiếu ánh sáng vào pin quang điện một phần sẽ bị phản xạ ( và do đó trên bề mặt pin quang điện có một lớp chống phản xạ ) và một phần bị hấp thụ khi truyền qua lớp N. Một phần may mắn hơn đến được lớp chuyển tiếp, nơi có các cặp e và lỗ trống nằm trong điện trường của bề mặt giới hạn p-n. Với các bước sóng thích hợp sẽ truyền cho e một năng lượng đủ lớn để bật khỏi liên kết. Sẽ không thể có chuyện gì nếu không có điện trường nhỏ tạo bởi lớp chuyển tiếp. Đó là lí do giải thích vì sao nếu ta chiếu ánh sáng vào một vật bán dẫn thì không thể sinh ra dòng điện . Nhưng cặp e và lỗ trống này nằm trong tác dụng của điện trường do đó e sẽ bị kéo về phía bán dẫn loại n còn lỗ trống bị kéo về phía bán dẫn loại p.kết quả là nếu ta nối hai cực vào hai phần bán dẫn loại n và p sẽ đo được một hiệu điện thế. Giá trị hiệu điện thế này phụ thuộc vào bản chất của chất làm bán dẫn và tạp chấp được hấp phụ . Với Si ( B;P) thì giá trị này ở khoảng 0,6V. Ánh sáng mặt trời cung cấp cho chúng ta khoảng 1 kilowatt/m2 ( Chính xác là 1,34 KW/m2: Đây chính là hằng số mặt trời) , tuy nhiên các hiệu suất chuyển thành điện năng của các pin mặt trời chỉ vào khoảng 8% đến 12%. Tại sao lại ít vậy. Câu trả lời là ánh sáng mặt trời có phổ tần số khá rộng. Không phải tần số nào cũng có đủ năng lượng để kích thích điện tử từ vùng hóa trị lên vùng dẫn. Chỉ có những photon năng lượng cao hơn khe vùng bán dẫn mới làm được điều này. Đối với bán dẫn Si khe vùng vào khoảng 1.1eV. Các photon năng lượng thấp hơn sẽ không sử dụng được. Nếu photon có năng lượng cao hơn khe vùng Trường Đại Học Công Nghiệp Tp.HCM
  19. Đồ án học phần 1A Hệ thống điện năng lượng mặt trời thì phần năng lượng dư đó cũng không có đóng góp gì thêm. Vậy tại sao chúng ta không chọn các vật liệu có khe vùng hẹp để tận dụng nguồn photon tần số thấp. Vấn đề là khe vùng cũng xác định hiệu điện thế (hay điện trường) ở bề mặt tiếp xúc. Khe vùng càng bé thì hiệu điện thế này càng bé. Nên nhớ công suất của dòng điện bằng hiệu điện thế nhân với dòng. Người ta đã tính toán được khe vùng tối ưu là vào khoảng 1.4eV, khi đó công suất dòng điện thu được tối đa. Một nguyên nhân nữa cũng cản trở việc nâng cao hiệu suất của pin mặt trời, đó là cách chúng ta bố trí các tiếp xúc kim loại để lấy dòng điện. Ở mặt dưới của tấm pin hiển nhiên ta có thể cho tiếp xúc với 1 tấm kim loại nhưng ở mặt trên nó cần trong suốt để ánh sáng có thể đi qua. Nếu chỉ bố trí các tiếp xúc ở mép tấm pin thì các điện tử phải di chuyển quá xa trong tinh thể Si mới vào được mạch điện (chú ý là bán dẫn Si dẫn điện kém, tức điện trở của nó lớn). Vì vậy người ta thường dùng 1 lưới kim loại phủ lên bề mặt của pin mặt trời. Tuy nhiên kích thước lưới không thể giảm vô hạn nên cũng phần nào làm giảm hiệu suất chuyển năng lượng ánh sáng thành năng lượng điện. Có người nói: năng lượng làm ra một hệ thống pin mặt trời lớn hơn năng lượng nó thu được trong quá trình dùng ( hay nói một cách đời sống hơn tiền mua nó đắt hơn tiền mua điện: Điều này trước đây là đúng, tuy nhiên với công nghệ hiện nay tỉ lệ này là 1:4 nghiêng về tiền thu được. Tức là bỏ 1 triệu mua hệ thống thì sẽ thu được 4 triệu tiền năng lượng thu được ) Một thực tế là việc sử dụng năng lượng Mặt trời ở nước ta còn quá xa vời là do ta ỷ vào nguồn năng lượng thủy điện ( cũng là một loại năng lượng sạch) nhưng thực tế nhu cầu tiêu thụ điện và sự khổ sở vì tình trạng các hồ chứa xuống dưới mức chết đã gióng một hồi chuông nhẹ tới suy nghĩ này của toàn bộ mọi người! Sơ đồ cơ bản của hệ thống điện năng lượng mặt trời 3. Trường Đại Học Công Nghiệp Tp.HCM
  20. Đồ án học phần 1A Hệ thống điện năng lượng mặt trời Ưu, Nhược điểm của năng lượng mặt trời: III- Ưu điểm: 1. • Giúp bạn tiết kiệm tiền: - Sau khi đầu tư ban đầu đã được thu hồi, năng lượng từ mặt trời là thiết thực miễn phí. - Thời kỳ hoàn vốn cho đầu tư này có th ể rất ngắn tùy thu ộc vào bao nhiêu hộ gia đình của bạn sử dụng điện. - Ưu đãi tài chính có hình thức chính phủ sẽ giảm chi phí của bạn. - Nếu hệ thống pin mặt trời sản xuất năng lượng nhiều h ơn b ạn s ử d ụng, chính phủ của bạn có thể mua điện từ bạn. - Nó sẽ giúp bạn tiết kiệm tiền trên hóa đơn điện của bạn hàng tháng. - Năng lượng mặt trời không đòi hỏi bất cứ nhiên liệu. - Nó không bị ảnh hưởng bởi việc cung cấp và nhu cầu nhiên liệu và do đó không phải chịu mức giá ngày càng tăng của xăng dầu. - Tiết kiệm được ngay lập tức và trong nhiều năm tới. - Việc sử dụng năng lượng mặt trời gián tiếp làm giảm chi phí y tế. Thân thiện với môi trường: • lượng mặt trời sạch, tái tạo (không giống như dầu, khí đốt và than - Năng đá) và bền vững, góp phần bảo vệ môi trường của chúng tôi. - Nó không gây ô nhiễm không khí do khí carbon dioxide phát hành, oxit nitơ, khí lưu huỳnh hoặc thủy ngân vào khí quyển giống như nhiều hình th ức truyền thống của các thế hệ điện không. Trường Đại Học Công Nghiệp Tp.HCM

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

 

Đồng bộ tài khoản