ứng dụng năng lượng mặt trời

ra dao âäüng mảnh (photon). Nàng lỉåüng bë täøn hao do quạ trçnh phủc
häưi s l E
ph
= hν - E
g
.
Tọm lải khi váût ràõn nháûn tia bỉïc xả màût tråìi, âiãûn tỉí åí vng hoạ
trë háúp thủ nàng lỉåüng photon hν v chuøn lãn vng dáùn tảo ra càûp
hảt dáùn âiãûn tỉí - läù träúng e
-
- h
+
, tỉïc l â tảo ra mäüt âiãûn thãú. Hiãûn
tỉåüng âọ gi l hiãûu ỉïng quang âiãûn bãn trong.
Bỉåïc 1
ám tênh
dỉång tênh
låïp p
låïp n
âiãûn têch dỉång
âiãûn têch ám
Bỉåïc 2
låïp p
låïp n
tiãúp xục p-n
âiãûn trỉåìng
Bỉåïc 3
âiãûn trỉåìng
tiãúp xục p-n
låïp p
låïp n
phäton
âiãûn trỉåìng
Bỉåïc 4
ti âiãûn
âiãûn tỉí tỉû do
Màût tråìi
Präton
Âiãûn tỉí
Âiãûn tỉí
tỉû do
Läù träïng
Hçnh 2.3. Ngun l hoảt âäüng ca pin màût tråìi
Hçnh 3.3 Ngun l hoảt âäüng ca pin màût tråìi

35

3.1.2. Hiãûu sút ca quạ trçnh biãún âäøi quang âiãûn
Ta cọ thãø xạc âënh hiãûu sút giåïi hản vãư màût l thuút η ca
quạ trçnh biãún âäøi quang âiãûn ca hãû thäúng 2 mỉïc nhỉ sau:

∫
∫
∞
⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡
=
o
o
o
o
g
d
hc
J
dJE
c
λ
λ
λ
λλ
η
λ
)(
)(
(3.4)
Trong âọ:
J
o
(λ) l máût âäü photon cọ bỉåïc λ
J
o
(λ)dλ l täøng säú photon tåïi cọ bỉåïc sọng trong khong λ ÷ λ + dλ
hc/λ l nàng lỉåüng ca photon
E
g
= l nàng
lỉåüng hỉỵu êch m âiãûn tỉí
háúp thủ ca photon trong
quạ trçnh quang âiãûn,
()
λλ
λ
dJ
c
∫
0
0
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0
0.5
1
1.5 2
E
g
eV
η

Hçnh 3.4. Quan hãû
η
( E
g
)

λ
λ
λ
d
hc
J
o
o
⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡
∫
∞
)(
l täøng
nàng lỉåüng ca cạc photon
tåïi hãû.
Nhỉ váûy hiãûu sút η l mäüt
hm ca E
g
(hçnh 3.4).
Bàòng tênh toạn l thuút âäúi våïi cháút bạn dáùn Silicon thç hiãûu
sút η ≤ 0,44.
3.1.3. Cáúu tảo pin màût tråìi

Hëãn nay váût liãûu ch úu cho pin màût tråìi l cạc silic tinh thãø.
Pin màût tråìi tỉì tinh thãø silic chia ra thnh 3 loải:

36

•
Mäüt tinh thãø hay âån tinh thãø module sn xút dỉûa trãn quạ
trçnh Czochralski. âån
tinh thãø loải ny cọ hiãûu
sút tåïi 16%. Chụng
thỉåìng ráút âàõt tiãưn do
âỉåüc càõt tỉì cạc thi hçnh
äúng, cạc táúm âån thãø ny
cọ cạc màût träúng åí gọc
näúi cạc module.
•
Âa tinh thãø lm tỉì cạc
thi âục-âục tỉì silic nung chy cáøn tháûn âỉåüc lm ngüi v lm
ràõn. Cạc pin ny thỉåìng r hån cạc âån tinh thãø, tuy nhiãn hiãûu
sút kẹm hån. Tuy nhiãn chụng cọ thãø tảo thnh cạc táúm vng
che ph bãư màût nhiãưu hån âån tinh thãø b lải cho hiãûu sút tháúp
ca nọ.

Hçnh 3.5. Pin màût tråìi
•
Di silic tảo tỉì cạc miãúng phim mng tỉì silic nọng chy v cọ
cáúu trục âa tinh thãø. Loải ny thỉåìng cọ hiãûu sút tháúp nháút, tuy
nhiãn loải ny r nháút trong cạc loải vç khäng cáưn phi càõt tỉì
thi silicon.
Mäüt låïp tiãúp xục bạn dáùn pn cọ kh nàng biãún âäøi trỉûc tiãúp nàng
lỉåüng bỉïc xả màût tråìi thnh âiãûn nàng nhåì hiãûu ỉïng quang âiãûn bãn
trong gi l pin màût tråìi. Pin màût tråìi âỉåüc sn xút v ỉïng dủng phäø
biãún hiãûn nay l cạc pin màût tråìi âỉåüc chãú tảo tỉì váût liãûu tinh thãø bạn
dáùn silicon (Si) cọ hoạ
trë 4. Tỉì tinh thãø Si tinh khiãút, âãø cọ váût liãûu
tinh thãø bạn dáùn Si loải n, ngỉåìi ta pha tảp cháút donor l photpho cọ
hoạ trë 5. Cn cọ thãø cọ váût liãûu bạn dáùn tinh thãø loải p thç tảp cháút
acceptor âỉåüc dng âãø pha vo Si l Bo cọ hoạ trë 3. Âäúi våïi pin màût
tråìi tỉì váût liãûu tinh thãø Si khi bỉïc xả màût tråìi chiãúu âãún thç hiãûu âiãûn
thãú håí mảch giỉỵa 2 cỉûc khong 0,55V v dng âiãûn âon mảch ca nọ

37

khi bỉïc xả màût tråìi cọ cỉåìng
âäü 1000W/m
2
vo khong
25 ÷ 30 mA/cm
2
.
Silicon âa
tinh thãø
38
Hiãûn nay ngỉåìi ta â chãú
tảo pin màût tråìi bàòng váût
liãûu Si vä âënh hçnh (a-Si).
So våïi pin màût tråìi tinh thãø
Si thç pin màût tråìi a-Si giạ
thnh r hån nhỉng hiãûu
sút tháúp hån v kẹm äøn
âënh.
Ngoi Si, hiãûn nay ngỉåìi
ta âang nghiãn cỉïu v thỉí
nghiãûm cạc loải váût liãûu
khạc cọ nhiãưu triãøn vng
nhỉ Sunfit cadmi-âäưng
(CuCds), galium-arsenit
(GaAs)
11
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
Thi Silicon
Bọc tảo thi
Tảo Silicon
âån tinh thãø
Pha tảp cháút
tảo bạn dáùn
Tảo bãư màû
t
Pin màût tråìi
âån
Cäng nghãû chãú tảo pin
màût tråìi gäưm nhiãưu cäng
âoản khạc nhau, vê dủ âãø
chãú tảo pin màût tråìi tỉì
Silicon âa tinh thãø cáưn qua
cạc cäng âoản nhỉ hçnh 3.6
cúi cng ta âỉåüc module.
Tảo âiãûn cỉûc
Tảo tiãúp xục âiãûn,
låïp bo vãû
Âọng khung
Thnh module


Module
Pin màût tråìi



Hçnh 3.6. Quạ trçnh tảo module


Táúm kênh ph phêa trãn
Låïp cạc pin màût tråìi
Táúm keo EVA
Táúm keo EVA
Táúm âạy


Hçnh 3.7. Cáúu tảo module








3.2. THIÃÚT KÃÚ HÃÛ THÄÚNG ÂIÃÛN MÀÛT TRÅÌI

Hãû thäúng âiãûn màût tråìi l mäüt hãû thäúng bao gäưm mäüt säú cạc
thnh pháưn nhỉ; cạc táúm pin màût tråìi (mạy phạt âiãûn), cạc ti tiãu thủ
âiãûn, cạc thiãút bë têch trỉỵ nàng lỉåüng v cạc thiãút bë âiãưu phäúi nàng
lỉåüng,
Thiãút kãú mäüt hãû thäúng
âiãûn màût tråìi

l xáy dỉûng mäüt
quan hãû tỉång thêch giỉỵa cạc
thnh pháưn ca hãû vãư màût âënh
tênh v âënh lỉåüng, âãø âm
bo mäüt sỉû truưn ti nàng
lỉåüng hiãûu qu cao tỉì mạy
phạt - pin màût tråìi âãún cạc ti
tiãu thủ.
Khäng nhỉ cạc hãû nàng
lỉåüng khạc, “nhiãn liãûu” ca
mạy phạt âiãûn l bỉïc xả màût
tråìi, nọ ln thay âäøi phỉïc tảp
theo thåìi gian, theo âëa
phỉång v phủ thüc vo cạc
âiãưu kiãûn khê háûu, thåìi tiãút, nãn våïi cng mäüt ti âiãûn u cáưu, cọ



Hçnh 3.8. Hãû thäúng pin màût tråìi.

39

thãø cọ mäüt säú thiãút kãú khạc nhau ty theo cạc thäng säú riãng ca hãû. Vç
váûy, nọi chung khäng nãn ạp dủng cạc hãû thiãút kãú “máùu” dng cho táút
c hãû thäúng âiãûn màût tråìi.
Thiãút kãú mäüt hãû thäúng âiãûn màût tråìi bao gäưm nhiãưu cäng âoản,
tỉì viãûc lỉûa chn så âäư khäúi, tênh toạn dung lỉåüng dn pin màût tråìi v
bäü acquy, thiãút kãú cạc thiãút bë âiãûn tỉí âiãưu phäúi nhỉ cạc bäü âiãưu khiãøn,
âäøi âiãûn, âãún viãûc tênh toạn làõp âàût cạc hãû giạ âåỵ pin màût tråìi, hãû
âënh hỉåïng dn pin màût tråìi theo vë trê màût tråìi, nh xỉåíng âàût thiãút bë,
acquy, Trong ti liãûu n
y cụng täi chè giåïi thiãûu nhỉỵng cäng âoản
quan trng nháút nhỉ lỉûa chn så âäư khäúi, tênh toạn dung lỉåüng dn pin
màût tråìi, dung lỉåüng acquy v làõp âàût hãû thäúng.
Trong hai thnh pháưn âỉåüc quan tám åí âáy - dn pin màût tråìi v
bäü acquy - l hai thnh pháưn chênh ca hãû thäúng v chiãúm mäüt t trng
låïn nháút trong chi phê cho mäüt hãû thäúng âiãûn màût tråìi. Cng mäüt phủ
ti tiãu thủ, cọ nhiãưu phỉång ạn lỉûa chn hãû thäúng âiãûn màût tråìi trong
âọ giỉỵa dung lỉåüng dn pin màût tråìi v bäü acquy cọ quan hãû tỉång häù
sau:
- Tàng dung lỉåüng acquy thç gim âỉåüc dung lỉåüng dn pin màût tråìi;
- Tàng dung lỉåüng dn pin màût tråìi, gim âỉåüc dung lỉåüng acquy.
Tuy nhiãn, nã
úu lỉûa chn dung lỉåüng dn pin màût tråìi quạ nh, thç
acquy s bë phọng kiãût hồûc ln ln bë “âọi”, dáùn âãún hỉ hng.
Ngỉåüc lải nãúu dung lỉåüng dn pin màût tråìi quạ låïn s gáy ra lng phê
låïn. Do váûy phi lỉûa chn thêch håüp âãø hãû thäúng hoảt âäüng cọ hiãûu qu
nháút.
Trong thỉûc tãú cọ nhỉỵng hãû thäúng âiãûn màût tråìi nàòm trong nhỉỵng
täø håüp hãû thäúng nàng lỉåüng, gäưm hãû thäúng âiãûn màût tråìi, mạy phạt
âiãûn giọ, mạy phạt diezen, Trong hãû thäúng âọ, âiãûn nàng tỉì hãû
thäúng âiãûn màût tråìi âỉåüc “ha” vo lỉåïi âiãûn chung ca täø håüp hãû
thäú
ng.


40

3.2.1. Cạc thäng säú cáưn thiãút âãø thiãút kãú hãû thäúng âiãûn màût tråìi
Âãø thiãút kãú, tênh toạn mäüt hãû thäúng âiãûn màût tråìi trỉåïc hãút cáưn
mäüt säú thäng säú chênh sau âáy:
- Cạc u cáưu v cạc âàûc trỉng ca phủ ti;
- Vë trê làõp âàût hãû thäúng.
u cáưu v cạc âàûc trỉng ca phủ ti
Âäúi våïi cạc phủ ti, cáưn phi biãút cạc thäng säú sau:
- Gäưm bao nhiãu thiãút bë, cạc âàûc trỉng âiãûn ca mäùi thiãút bë nhỉ
cäng sút tiãu thủ, hiãûu âiãûn thãú v táưn säú lm viãûc, hiãûu sút ca cạc
thiãút bë âiãûn,
- Thåìi gian lm viãûc ca mäù
i thiãút bë bao gäưm thåìi gian biãøu v
qung thåìi gian trong ngy, trong tưn, trong thạng,
- Thỉï tỉû ỉu tiãn ca cạc thiãút bë. Thiãút bë no cáưn phi hoảt âäüng liãn
tủc v u cáưu âäü äøn âënh cao, thiãút bë no cọ thãø ngỉìng tảm thåìi.
Cạc thäng säú trãn trỉåïc hãút cáưn thiãút cho viãûc lỉûa chn så âäư
khäúi. Vê dủ nãúu ti lm viãûc vo ban âãm thç hãû cáưn phi cọ thnh
pháưn têch trỉỵ nàng lỉåüng, ti lm viãûc våïi âiãûn xoay chiãưu hiãûu âiãûn
thãú cao thç cáưn dng cạc bäü âäøi âiãûn. Ngoi ra cạc thäng säú ny cng
chênh l cå såí âãø tênh toạn âënh lỉåüng dung lỉåüng ca hãû thäúng.
Vë trê làõp âàût hãû
thäúng
u cáưu ny xút phạt tỉì viãûc thu nháûp cạc säú liãûu vãư bỉïc xả
màût tråìi v cạc säú liãûu thåìi tiãút khê háûu khạc. Nhỉ â trçnh by, bỉïc xả
màût tråìi phủ thüc vo tỉìng âëa âiãøm trãn màût âáút v cạc âiãưu kiãûn tỉû
nhiãn ca âëa âiãøm âọ. Cạc säú liãûu vãư bỉïc xả màût tråìi v khê háûu, thåìi
tiãút âỉåüc cạc trảm khê tỉåüng ghi lải v xỉí l trong cạc khong thåìi
gian ráút di, hng chủc, cọ khi hng tràm nàm. Vç cạc thäng säú ny
biãún âäøi ráút phỉïc tảp, nãn våïi mủc âêch thiãút kãú âụng hãû thäúng âiãûn
màû
t tråìi cáưn phi láúy säú liãûu åí cạc trảm khê tỉåüng â hoảt âäüng trãn
mỉåìi nàm. Cỉåìng âäü bỉïc xả màût tråìi tải mäüt âiãøm báút k trãn trại âáút
chụng ta cọ thãø xạc âënh theo mủc 2.2. Khi thiãút kãú hãû thäúng âiãûn màût

41

tråìi, r rng âãø cho hãû cọ thãø cung cáúp â nàng lỉåüng cho ti trong
sút c nàm, ta phi chn giạ trë cỉåìng âäü täøng xả ca thạng tháúp nháút
trong nàm lm cå såí. Táút nhiãn khi âọ, åí cạc thạng ma h nàng lỉåüng
ca hãû s dỉ thỉìa v cọ thãø gáy lng phê låïn nãúu khäng dng thãm cạc
ti phủ. Ta khäng thãø dng cạc bäü têch trỉỵ nàng lỉåüng nhỉ acquy âãø
têch trỉỵ âiãûn nàng trong cạc thạng ma h âãø dng trong cạc thạng
ma âäng vç khäng kinh tãú. Âãø gii quút váún âãư trãn ngỉåìi ta cọ thãø
dng thãm mäüt ngưn âiãûn dỉû phng (vê dủ mạy phạt diezen, mạy näø)
cáúp âiãûn thãm cho nhỉỵng thạng cọ cỉåì
ng âäü bỉïc xả màût tråìi tháúp hồûc
sỉí dủng cäng nghãû ngưn täø håüp (hybrid system technology). Trong
trỉåìng håüp ny cọ thãø chn cỉåìng âäü bỉïc xả trung bçnh trong nàm âãø
tênh toạn v do âọ gim âỉåüc dung lỉåüng dn pin màût tråìi.
Ngoi ra cn mäüt thäng säú khạc liãn quan âãún bỉïc xả màût tråìi
l säú ngy khäng cọ nàõng trung bçnh trong nàm. Nãúu khäng tênh âãún
thäng säú ny, vo ma mỉa, cọ thãø cọ mäüt säú ngy khäng cọ nàõng,
acquy s bë kiãût v ti phi ngỉìng hoảt âäüng. Mún cho ti cọ thãø lm
viãûc liãn tủc trong cạc ngy khäng cọ nàõng cáưn phi tàng thãm dung
lỉåüng acquy dỉû trỉỵ âiãûn nàng
Vë trê làõp âàû
t hãû thäúng âiãûn màût tråìi cn dng âãø xạc âënh gọc
nghiãng ca dn pin màût tråìi sao cho khi âàût cäú âënh hãû thäúng cọ thãø
nháûn âỉåüc täøng
cỉåìng âäü bỉïc xả låïn
nháút.


Hçnh 3.9. Gọc nghiãng
β
ca hãû thäúng
β

Nãúu gi β gọc
nghiãng ca dn
pin màût tråìi so våïi
màût phàóng ngang
(hçnh 3.9), thç thäng
thỉåìng ta chn
β= ϕ
l
± 10
0


42

våïi ϕ l vé âäü nåi làõp âàût. Cn hỉåïng, nãúu åí bạn cáưu Nam thç quay vãư
héa khạc âọ l
ạc nhau, nhiãût âäü mäi trỉåìng cng khạc
nhau v
M
(T) = η
M
(T
C
).{1+P
C
.(T – T
C
)}
(3.5)

åí âáy : η
M
(T
øn T
C
= 25
0
C;
tãú
.
2.2. Ca
u cáưu v cạc âàûc trỉng ca cạc phủ ti
âiãûn ta
hỉåïng Bàõc, nãúu åí bạn cáưu Bàõc thç quay vãư hỉåïng Nam.
Ngoi ra viãûc âàût nghiãng dn pin cn cọ mäüt ng
kh nàng tỉû lm sảch. Khi cọ mỉa, do màût dn pin nghiãng nãn nỉåïc
mỉa s táøy rỉía bủi báøn báúm trãn màût pin, lm tàng kh nàng háúp thủ
bỉïc xả màût tråìi ca dn pin.
ÅÍ cạc vë trê làõp âàût kh
do âọ nhiãût âäü lm viãûc ca pin màût tråìi cng khạc nhau.
Thäng thỉåìng nhiãût âäü lm viãûc ca pin màût tråìi cao hån nhiãût âäü mäi
trỉåì
ng (20 ÷ 25
0
C) v ty thüc vo täúc âäü giọ. Vç khi nhiãût âäü tàng,
hiãûu sút ca module pin Màût tråìi η
M
gim v cọ thãø biãøu diãùn bàòng
quan hãû sau:
η
) l hiãûu sút ca module åí nhiãût âäü T;
η
M
(T
C
) l hiãûu sút ca module åí nhiãût âäü ch
P
C
l hãû säú nhiãût âäü ca module. Trong tênh toạn thỉûc
thỉåìng láúy giạ trë gáưn âụng bàòng P
C
= -0,005/
0
C.
ïc bỉåïc thiãút kãú hãû thäúng âiãûn màût tråìi 3.
3.2.2.1. Lỉûa chn så âäư khäúi
Tỉì sỉû phán têch cạc
s chn mäüt så âäư khäúi thêch håüp. Hçnh 3.10 l så âäư khäúi
thỉåìng dng âäúi våïi cạc hãû thäúng âiãûn màût tråìi.
Bäü âiãưu
khiãøn

Bäü âäøi âiãûn
DC-AC
Phủ
Acquy
Ngưn âiãûn
Hçnh 3.10. Så âäư khäúi hãû thäúng âiãûn màût tråìi
Pin màût tråìi
ti

43

Cạc khäúi âỉa vo trong hãû thäúng âãưu gáy ra täøn hao nàng lỉåüng. Vç
váûy cáưn lỉûa chn så âäư khäúi sao cho säú khäúi hay thnh pháưn trong hãû
l êt nháút. Vê dủ, nãúu ti l cạc thiãút bë 12 VDC (ân 12 VDC, radio,
TV âen tràõng cọ äø càõm âiãûn 12 VDC, thç khäng nãn dng bäü biãún
âäøi âiãûn.
3.3.2. Tênh toạn hãû ngưn âiãûn pin màût tråìi
Cọ nhiãưu phỉång phạp tênh toạn, thiãút kãú hãû ngưn âiãûn pin màût
tråìi. ÅÍ âáy chè nãu mäüt phỉång phạp thäng dủng nháút ch úu dỉûa
trãn sỉû cán bàòng âiãûn nàng trung bçnh hng ngy. Theo phỉång phạp
ny, cạc tênh toạn hãû ngưn cọ thãø âỉåüc tiãún hnh qua nhiãưu bỉåïc theo
thỉï tỉû sau.
1- Tênh phủ ti âiãûn u cáưu
Phu
û ti âiãûn cọ thãø tênh theo hng ngy v sau âọ cọ thãø tênh
theo thạng hồûc nàm.
Gi sỉí hãû cáưn cáúp âiãûn cho cạc ti T
1
, T
2
, T
3
, cọ cạc cäng
sút tiãu thủ tỉång ỉïng P
1
, P
2
, P
3
, v thåìi gian lm viãûc hng ngy
ca chụng l τ
1
, τ
2
, τ
3
,
Täøng âiãûn nàng phi cáúp hng ngy cho cạc ti bàòng täøng táút c
âiãûn nàng ca cạc ti:
E
ng
= P
1
τ
1
+ P
2
τ
2
+ P
3
τ
3
+ =
∑

(3.6)

=
n
i
ii
P
1
τ
Tỉì E
ng
nãúu nhán våïi säú ngy trong thạng hồûc trong nàm ta s
tênh âỉåüc nhu cáưu âiãûn nàng trong cạc thạng hồûc c nàm.
2-Tênh nàng lỉåüng âiãûn màût tråìi cáưn thiãút E
cáúp
Nàng lỉåüng âiãûn hng ngy dn pin màût tråìi cáưn phi cáúp cho hãû,
E
cáúp
âỉåüc xạc âënh theo cäng thỉïc:
E
cáúp
=
η
ng
E

(3.7)

Trong âọ
η
=
η
1
.
η
2
.
η
3

η
n
=
∏

(3.8)

=
n
i
i
1
η

44

Xem chi tiết: ứng dụng năng lượng mặt trời