Phân tích ảnh hưởng công nghệ half cell đến công suất pin quang điện khi bị bóng đổ trên modul CS3W 440MS luận văn thạc sĩ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC LẠC HỒNG * * * NGUYỄN CAO CƯỜNG PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG CÔNG NGHỆ HALF CELL ĐẾN CÔNG SUẤT PIN QUANG ĐIỆN KHI BỊ BÓNG ĐỔ TRÊN MODUL CS3W-440MS CHUYÊN

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC LẠC HỒNG

* * *

NGUYỄN CAO CƯỜNG

PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG CÔNG NGHỆ HALF CELL ĐẾN CÔNG SUẤT PIN QUANG ĐIỆN KHI BỊ BÓNG ĐỔ TRÊN MODUL CS3W-440MS

CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT ĐIỆN

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

TS LÊ PHƯƠNG TRƯỜNG

Đồng Nai – Năm 2020

Sau một khóa học và thời gian thực hiện luận văn, bản thân tôi đã tiếp cận được nhiều phương pháp và kiến thức mới Bên cạnh đó tôi cũng nhận được sự quan tâm, động viên, giúp đỡ của Quý thầy cô tại trường Đại học Lạc Hồng, các anh chị học viên lớp 18CD911, bạn bè và đồng nghiệp tại cơ quan

Xin chân thành cảm ơn Lạnh đạo nhà trường, Khoa Sau Đại học, Khoa Cơ điện – Điện tử trường Đại học Lạc Hồng, quý thầy cô tham gia giảng dạy lớp 18CD911 đã giúp

đỡ, tạo điều kiện cho tôi trong suốt thời gian học tập và nghiên cứu

Xin gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất tới Thầy TS Lê Phương Trường, đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ tôi trong suốt thời gian nghiên cứu và hoàn thiện luận văn này

Cuối cùng tôi xin xảm ơn gia đình tôi đã tạo động lực và điều kiện tốt nhất cho tôi

để hoàn thành chương trình Cao học và luận văn này

Trong suốt thời gian làm luận văn, tôi đã cố gắng hết sức nhưng chắc chắn sẽ không thể tránh khỏi những thiếu sót, rất mong nhận được những ý kiến đóng góp xây dựng của quý thầy cô, các anh chị học viên

Đồng Nai, tháng 12 năm 2020 Học viên thực hiện

Nguyễn Cao Cường

Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu này là của tôi với sự hướng dẫn của Thầy TS

Lê Phương Trường Các số liệu, kết quả trong luận văn này đều trung thực và chính xác Mô hình mô phỏng và thực nghiệm trong luận văn đều do tác giả nghiên cứu

Học viên thực hiện

Nguyễn Cao Cường

Đề tài “Phân tích ảnh hưởng công nghệ Half cell đến công suất pin quang điện khi bị bóng đổ trên modul CS3W-440MS” dựa trên môi trường MATLAB/Simulink Hệ thống gồm mô hình pin quang điện Half cell và mô hình pin quang điện Full cell thương mại được xây dựng để mô phỏng và so sánh sự ảnh hưởng của bóng đổ đến công suất ngõ ra với hai công nghệ là Full cell và Half cell

Các dữ liệu bức xạ mặt trời, nhiệt độ hoạt động của pin quang điện, điện áp V, cường

độ dòng điện I được đo tự động từ các cảm biến và đồng hồ số Từ các dữ liệu đo được từ thực tế trên modul pin quang điện Half cell CS3W-440MS, tác giả đưa vào mô hình mô phỏng trên Matlab để so sánh công suất mô phỏng và công suất thực nghiệm, từ đó thấy được mô hình Matlab do tác giả xây dựng có độ tin cậy cao thông qua việc độ sai lệch công suất giữa mô hình mô phỏng và thực nghiệm là 1.51%

Việc xây dựng mô hình mô phỏng các tấm pin quang điện trên môi trường MATLAB/Simulink, giúp cho chúng ta thấy được sự khác biệt giữa hai công nghệ pin Half cell và Full cell khi bị bóng đổ như thế nào Để từ đó lựa chọn loại pin phù hợp cho từng

dự án cụ thể

LỜI CAM ĐOAN

TÓM TẮT LUẬN VĂN

MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

DANH MỤC HÌNH ẢNH

DANH MỤC CÁC BẢNG

MỞ ĐẦU 1

1 Lý do chọn đề tài 1

2 Mục tiêu nghiên cứu 2

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 2

4 Phương pháp nghiên cứu 2

5 Kết cấu của luận văn 2

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 4

1.1 Tổng quan về năng lượng mặt trời trên thế giới 4

1.1.1 Tình hình năng lượng mặt trời trên thế giới 4

1.1.2 Các nghiên cứu về bóng đổ lên công suất pin Half cell và Full cell 7

1.2 Tổng quan về năng lượng mặt trời tại Việt Nam 8

CHƯƠNG 2 CÔNG NGHỆ PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI 15

2.1 Các công nghệ pin năng lượng mặt trời 15

2.2 Công nghệ pin Full cell 21

2.3 Công nghệ pin Half cell 22

2.4 So sánh giữa công nghệ Pin Half cell và Full cell 23

CHƯƠNG 3 XÂY DỰNG MÔ HÌNH BÓNG ĐỔ PIN HALF CELL VÀ FULLCELL TRÊN PHẦN MỀM MATLAB/SIMULINK 25

3.1 Mô hình pin quang điện một diode 25

3.2 Mô hình tính toán hệ thống trên môi trường Matlab/Simulink 27

3.3 Mô hình tính toán pin Half cell và Full cell 28

4.1 Thông số đầu vào 31

4.2 Kết quả mô phỏng 31

4.2.1 Trường hợp đường đặc tính I-V-P của Pin Halfcell CS3W tại điều kiện chuẩn 31

4.2.2 Trường hợp bức xạ mặt trời suy giảm từ 1kW/m2 xuống 0.8kW/m2 33

4.2.3 Trường hợp bức xạ mặt trời suy giảm từ 1kW/m2 xuống 0.6kW/m2 34

4.2.4 Trường hợp bức xạ mặt trời suy giảm từ 1kW/m2 xuống 0.4kW/m2 36

4.2.5 Trường hợp bức xạ mặt trời suy giảm từ 1kW/m2 xuống 0.2kW/m2 37

4.3 Thảo luận 39

4.4 Mô hình thực nghiệm pin Half cell CS3W-440MS 39

4.5 Phân tích và đánh giá kết quả thực nghiệm 40

4.5.1 Trường hợp không bị che bóng 40

4.5.2 Trường hợp bị che bóng 45

4.5.2.1 Trường hợp che 1 dãy cell pin 45

4.5.2.2 Trường hợp che một nửa tấm pin 47

CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN 52

DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO

Chữ viết tắt Diễn giải

IBC Interdigitated Back Contact cells Các ô tế bào liên hệ ngược xen

kẽ

đại

PERC Passivated Emitter and Rear Cell Công nghệ phát quang thụ động

Hình 1.1 Biểu đồ công suất lắp đặt PV trên thế giới 4

Hình 1.2 Công suất lắp đặt PV của 5 nước dẫn đầu thế giới giai đoạn 2015-2019 5

Hình 1.3 Tổng công suất lắp đặt PV của 5 nước dẫn đầu thế giới giai đoạn

Hình 1.10 Dự án điện năng lượng mặt trời – Tổng công ty Điện lực Miền Nam 12

Hình 2.1 Tế bào thông thường

Hình 3.2 Mô tả hệ thống 27

Hình 4.15 Đặc tuyến nhiệt độ hoạt động của pin quang điện Half cell

Hình 4.18 Đặc tuyến công suất đo so với công suất mô hình trong 8 giờ 42

Hình 4.19 Đặc tuyến sai lệch dòng điện giữa kết quả đo lường và mô hình 44

Hình 4.20 Đặc tuyến sai lệch công suất giữa kết quả đo lường và mô hình 44

440MS

Hình 4.23 Đặc tuyến điện áp của pin quang điện Half cell CS3W-440MS 46

Hình 4.29 Đặc tuyến sai số giữa dòng điện mô phỏng và thực nghiệm trong 1 giờ 49

Hình 4.31 Đặc tuyến sai lệch công suất thực nghiệm và mô phỏng ngõ ra trong 1

STT Bảng Mô tả Trang

1 Bảng 1.1 Các nghiên cứu ảnh hưởng của bóng đổ đến hiệu

3 Bảng 2.2 Các tấm pin mặt trời có hiệu suất tốt nhất năm 2019 20-21

8 Bảng 4.4 Phân tích độ sai lệch của hệ thống thực nghiệm và

9 Bảng 4.5 Phân tích độ sai lệch của hệ thống thực nghiệm và

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Trong những năm gần đây, sự phát triển dân số và phát triển công nghệ đã dẫn đến nhu cầu tiêu thụ năng lượng ngày càng tăng Tuy nhiên, việc phát triển mạng lưới điện ở nhiều vùng nông thôn và vùng sâu, vùng xa, đặc biệt là ở các nước đang phát triển gặp khá nhiều khó khăn Hơn nữa, việc sử dụng các nguyên liệu hóa thạch để làm nhiệt điện, hoặc xây dựng thủy điện trên các con sông mang lại rất nhiều hệ lũy về môi trường và cân bằng sinh thái Để giải quyết những vấn đề này, chúng ta cần tìm một nguồn điện thay thế thân thiện với môi trường

Tại Việt Nam, theo số liệu của Diễn đàn doanh nghiệp Việt Nam năm 2015, phần lớn nguồn cung cấp điện được sản xuất từ các nguồn nhiên liệu hóa thạch (33% từ nhiệt điện than và 21% từ khí đốt tự nhiên và thủy điện là 38%) Tuy nhiên, nguồn điện cung cấp vẫn chưa thể đáp ứng nhu cầu cho sinh hoạt và phát triển kinih tế dẫn tới việc phải cắt điện luân phiên làm ảnh hưởng tới phát triển công nghiệp Nhu cầu về điện trong phục vụ phát triển kinh tế, xã hội công với các vấn đề về môi trường, cạn kiệt nguồn năng lượng, nguồn năng lượng tái tạo trở thành lựa chọn tất yếu

Để khuyến khích các dự án điện mặt trời, Chính phủ đã có những bước đi cụ thể như Quyết định số 13/2020/QĐ-TTg ngày 06/04/2020 của Thủ tướng Chính phủ [1] về cơ chế khuyến khích phát triển điện mặt trời tại Việt Nam, đặc biệt là các dự án điện mặt trời áp mái Theo quyết định này, thì giá mua điện mặt trời được chia ra thành 3 loại hình là dự án điện mặt trời nổi, dự án điện mặt trời mặt đất, hệ thống điện mặt trời mái nhà với giá mua tương ứng là 1.783VNĐ/kWh, 1.644VNĐ/kWh, 1.943VNĐ/kWh Với sự ưu đãi hết sức hấp dẫn như vậy, các dự án điện mặt trời, đặt biệt là dự án điện mặt trời áp mái đang ngày càng phát triển một cách mạnh mẽ Tính đến ngày 7/6/2020 [2] đã có hơn 31.100 hệ thống Điện mặt trời mái nhà được lắp đặt với tổng công suất hơn 640MWp, sản lượng phát lên lưới hơn 145 triệu kWh, tương đương số tiền hơn 300 tỉ đồng mà EVN phải trả cho khách hàng Lợi ích từ các dự án năng lượng mặt trời là thế Tuy nhiên, hệ thống năng lượng mặt trời cũng gặp không ít khó khăn, trở ngại liên quan đến các yếu tố ngoại cảnh như bóng

đổ của các tòa nhà cao tầng, bóng cây, bóng mây… đã làm cho hiệu suất của tấm pin cũng

sẽ bị ảnh hưởng Đây là trở ngại rất lớn của các dự án khi sử dụng công nghệ pin Full cell đang còn gặp phải

Ngày nay, với sự tiến bộ vượt bậc của các nghành công nghiệp chế tạo pin năng lượng mặt trời, các nhà sản suất pin mặt trời đã nghiên cứu và sản xuất ra công nghệ pin Half cell nhằm khắc phục các vấn đề về bóng đổ Để giúp cho chúng ta có cái nhìn trực quan về ưu điểm cũng như lợi ích của công nghệ Half cell mang lại cho các dự án năng lượng mặt trời như thế nào? Và hiệu suất của công nghệ pin Half cell so với công nghệ pin Full cell ra làm sao?

Đó là lý do em đã chọn đề tài: Phân tích ảnh hưởng công nghệ Half cell đến công suất pin Quang điện khi bị bóng đổ trên modul CS3W-440MS

2 Mục tiêu nghiên cứu

Nghiên cứu này giúp chúng ta hiểu rõ ưu điểm của công nghệ pin Half cell như thế nào?

Để từ đó lựa chọn loại pin phù hợp cho dự án Xây dựng mô hình phân tích ảnh hưởng của công nghệ Half cell đến công suất pin Quang điện khi bị bóng đổ trên môi trường Matlab/Simulink và thực nghiệm

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng của nghiên cứu là phần mềm Matlab/Simulink với mô hình phân tích ảnh hưởng của công nghệ Half cell đến công suất pin Quang điện khi bị bóng đổ và thực nghiệm

Phạm vi nghiên cứu là chỉ phân tích ảnh hưởng của 2 công nghệ pin Half cell và Full cell khi bị bóng đổ Thực nghiệm trên tấm pin Half cell Modul Pin CS3W – 440MS

4 Phương pháp nghiên cứu

- Thu thập tài liệu và tìm hiểu cấu tạo của công nghệ pin Half cell và Full cell

- Xây dựng mô hình tính toán bóng đổ dựa trên môi trường Matlab/Simulink

- Tìm hiểu và sử dụng phần mềm Matlab/Simulink để mô phỏng kết quả của mô hình

5 Kết cấu của luận văn

Luận văn gồm có 5 chương:

Chương 1: Tổng quan

Chương 2: Công nghệ pin năng lượng mặt trời

Chương 3: Xây dựng mô hình tính toán bóng đổ pin Half cell và Full cell trên phần

mềm MATLAB/SIMULINK

Chương 4: Kết quả mô phỏng, thực nghiệm và thảo luận

Chương 5: Kết luận.

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 3.1 Tổng quan về năng lượng mặt trời trên thế giới

1.1.1 Tình hình năng lượng mặt trời trên thế giới

Vào cuối năm 2019, tổ chức IRENA [3] cơ quan năng lượng tái tạo quốc tế đã thống

kê tình hình phát triển của năng lượng mặt trời trên thế giới cho thấy tốc độ tăng trưởng của năng lượng mặt trời trong 5 năm gần đây như hình 1 Điều đó cho thấy các nước đang dần quan tâm đến việc sử dụng nguồn năng lượng sạch để phục vụ cho sinh hoạt và phát triển kinh tế, xã hội

Hình 1.1 Biểu đồ công suất lắp đặt PV trên thế giới

Theo hình 1.1, công suất lắp đặt năm 2016 tăng 74 MW so với năm 2015, năm 2017 tăng 93 MW so với năm 2016, năm 2018 tăng 100 MW so với năm 2017, năm 2019 tăng

98 MW so với năm 2018 Điều đó cho thấy các nước trên thế giới đã nhận thức được cần đầu tư cho năng lượng tái tạo, năng lượng sạch, cụ thể là năng lượng mặt trời để thay thế cho năng lượng truyền thống đang dần cạn kiệt, qua đó giúp giảm gánh nặng cho các nguồn năng lượng truyền thống và vừa bảo vệ môi trường, vì năng lượng mặt trời là nguồn năng lượng sẵn có và vô tận

Trong đó 5 quốc gia phát triển năng lượng mặt trời hàng đầu như hình 1.2 [4]:

Hình 1.2 Công suất lắp đặt PV của 5 nước dẫn đầu thế giới giai đoạn 2015-2019

Hình 1.3 Tổng công suất lắp đặt PV của 5 nước dẫn đầu thế giai đoạn 2015-2019

43,5 28,6 23,4 39,2 5,6

78 38,4

34,7 40,7 10

131 44,2

43,1 42,3 18,2

175,2 55,5

53,2 45,2 27,4

205,5 62

62,3 49 35

Trung Quốc

Nhật Bản

Mỹ Đức

Trung Quốc Nhật Bản Mỹ Đức Ấn Độ

Tổng công suất trong 5 năm (MW)

Trung Quốc là nước sản xuất điện mặt trời lớn nhất trên thế giới với 1330 GW mỗi năm Trung Quốc cũng là quốc gia có dự án điện mặt trời lớn nhất toàn cầu với công suất 1,547 MW tại sa mạc Tenggger, đây được coi là “Bức tường năng lượng mặt trời vĩ đại” (năm 2018) Việc phát triển như vũ bão như trên là vì Trung Quốc là nhà sản xuất pin năng lượng mặt trời lớn nhất thế giới

Với sự phát triển trong công nghệ và chế tạo, Nhật Bản đã đặt mục tiêu nâng nguồn cung cấp năng lượng tái tạo từ 15% lên 22-24% trong giai đoạn 2018-2030 Nhất là sau thảm họa Nhà máy điện Hạt nhân Fukushima Daiichi năm 2011, chính phủ Nhật Bản đã đặt quyết tâm chuyển đổi từ điện hạt nhân sang nguồn năng lượng tái tạo Nhờ đó mà tính đến cuối năm 2019 tổng công suất lắp đặt điện mặt trời của Nhật Bản đứng thứ 2 trên thế giới với 229 MW [4]

Ngày 1/6/2017, cho dù Tổng thống Donald Trump đã quyết định rút khỏi hiệp định Paris, tuy nhiên các dự án năng lượng tái tạo tại Mỹ vẫn được hưởng lợi nhờ các chính sách

ưu đãi thuế liên bang và chính sách cấp tiểu bang đối với các đơn vị cung cấp và phân phối pin năng lượng mặt trời Đặt biệt ngày 11/5/2020 Bộ nội vụ Mỹ đã phê duyệt các dự án năng lượng mặt trời tại bang Nevada với kinh phí đầu tư lên đến 1 tỷ USD Nhờ đó mà các

dự án điện mặt trời tại Mỹ vẫn phát triển rất mạnh mẽ và Mỹ cũng được xem là nhà của những “Cánh đồng pin mặt trời” [5] Tính đến cuối năm 2019 thì Mỹ đã lắp đặt được 216,755 MW điện mặt trời

Đức cũng là một trong những nước đã triển khai mãnh mẽ và là quốc gia hàng đầu sản xuất năng lượng mặt trời Các nguồn năng lượng tái tạo đang được quốc gia này ưu tiên bậc nhất với mục tiêu đạt 80% năng lượng điện từ năng lượng tái tạo đến năm 2050 Theo thống kê thì năm 2018, điện mặt trời chiếm 7% lượng tiêu thụ điện của quốc gia [5]

Ấn Độ cũng là quốc gia phát triển điện mặt trời nhanh nhất thế giới, với khả năng cung cấp nguồn Quang điện lên tới 28.18 GW vào tháng 3 năm 2019 [5] và đây cũng là nơi có nhà sản xuất điện mặt trời có chi phí thấp nhất thế giới Do đó, Ấn Độ cũng đã đặt mục tiêu

là tới năm 2020 sẽ sản xuất được 20 GW điện năng mỗi năm nhờ vào điện mặt trời Theo như hình 2 thì công suất lắp đặt tính đến cuối năm 2019 về năng lượng mặt trời của Ấn Độ

là 96,039 MW qua đó chiếm lấy vị trí số 5 tổng công suất lắp đặt điện mặt trời trên toàn thế giới

1.1.2 Các nghiên cứu về bóng đổ lên công suất pin Half cell và Full cell

Hiện nay, trên thế giới đã có nhiều nghiên cứu về ảnh hưởng của bóng đổ lên công suất của tấm pin mặt trời tại một số quốc gia như bảng 1 Theo đó các thống kê ở bảng 1 cho ta thấy các tác giả đã tập trung nghiên cứu các phương pháp khác nhau để làm tăng hiệu suất của tấm pin khi bị ảnh hưởng của bóng đổ Qua đó, các tác giả đưa ra các phân tích của mình về ưu điểm và nhược điểm của từng phương án để đưa ra các kết luận thích hợp cho từng dự án

Các nhà nghiên cứu [6-15] đã tập trung nghiên cứu ảnh hưởng của bóng đổ tới công suất của tấm pin mặt trời, để từ đó đưa ra các giải pháp khác nhau nhằm cải thiện sự tác động của bóng đổ lên công suất tấm pin Kết quả cho thấy sử dụng công nghệ Half cell là một trong những giải pháp tối ưu nhất cho các dự án gặp những điều kiện bất lợi về bóng

đổ Công nghệ Half cell sẽ giúp cho công suất của tấm pin đạt được hiệu suất tốt nhất và làm tăng tuổi thọ của tấm pin Như vậy, mục đích cuối cùng của các nghiên cứu là cải thiện

hệ thống đạt công suất tối ưu nhất khi hoạt động Mỗi nghiên cứu đều chỉ nêu ra một vấn

đề mà hệ thống điện mặt trời hiện nay đang gặp phải

Bảng 1.1 Các nghiên cứu ảnh hưởng của bóng đổ đến hiệu suất của Pin quang điện

G Trzmiel và cộng sự

[6]

Full cell Thay đổi vị trí kết nối

các tế bào quang điện

Hiệu suất giảm tới 80%

Qian và cộng sự

[7]

Full cell Half cell

Phân tích Hotspot modul Half cell

Tăng 50% so với Full cell

Tài liệu tham khảo Công nghệ Phương pháp Kết quả

Lu và cộng sự

[10]

Full cell Half cell

Thay đổi hướng theo trục X và Y

Hiệu suất của Half cell tốt hơn Full cell Bana và cộng sự

[11]

Full cell Cấu hình SP, TCT,

BL và HC của PV

Lực chọn cấu hình TCT Qian và cộng sự

[12]

Full cell Half cell

Phân tích Hotspot Nhiệt độ của Half

cell thấp hơn 250𝐶 Ajmal và cộng sự

[13]

Full cell Cấu hình S, SP, TCT,

BL và HC của PV

TCT tạo ra năng lượng cao Peng và cộng sự

[14]

18%-35% Steim và cộng sự

[15]

Full cell Diode bypass hữu cơ Diode bypass hữu

cơ chỉ mất 30% điện năng

3.2 Tổng quan về năng lượng mặt trời tại Việt Nam

Từ những năm 2015, 2016 và 2017 thì tình hình phát triển năng lượng mặt trời tại Việt Nam đang còn khá mới mẻ Khi đó, chính phủ Việt Nam chưa quan tâm nhiều tới việc phát triển các nguồn năng lượng tái tạo, cụ thể là năng lượng mặt trời Do đó tổng công suất lắp đặt tại thời điểm đó khá ít (6 MW- 9 MW) [3] Tuy nhiên, sau khi nhận thấy tiềm năng về mặt trời của Việt Nam là rất triển vọng Ngày 11/4/2017, Thủ tướng chính phủ Nguyễn Xuân Phúc đã ban hành Quyết định 11/2017/QÐ-TTg [16] về cơ chế khuyến khích phát triển điện mặt trời Lúc này, Việt Nam mới bắt đầu có vị thế về phát triển năng lượng mặt trời trong khu vực Đông Nam Á, cụ thể năm 2018 tổng công suất lắp đặt tăng vượt bậc từ 9MW lên 106 MW và đỉnh điểm là cuối năm 2019 tăng lên 5,694 MW Tổng công suất lắp đặt năm 2019 của Việt Nam nhiều hơn tổng công suất lắp đặt trong 5 năm của Malaysia, Philippines, Singapore Qua đó trở thành nước phát triển mạnh mẽ nhất về Năng lượng mặt

trời ở khu vực Đông Nam Á Về tổng công suất lắp đặt năng lượng mặt trời trong 5 năm của Việt Nam chỉ xếp sau Thái Lan, nước có tổng công suất lắp đặt điện mặt trời lên tới 12,532 MW Điều đó cho thấy Việt Nam đang trở thành thị trường đầu tư các dự án về Năng lượng mặt trời rất hấp dẫn

Hình 1.4 Công suất lắp đặt PV 5 nước dẫn đầu Đông Nam Á giai đoạn 2015-2019

Hình 1.5 Tổng công suất lắp đặt PV của 5 nước dẫn đầu

Đông Nam Á giai đoạn 2015-2019

6

1425 229

166 46

6

2451 279

775 97

9

2702 370

897 118

106

2961 536

897 160

5695 2987

882 922 255

VIỆT NAM THAILAND MALAYSIA PHILIPPINES

3,657 676

Theo báo cáo tại cuộc họp ngày 11/6/2020 của bộ phận kinh doanh EVN [17], tính đến ngày 7/6/2020, cả nước đã có hơn 31,100 hệ thống Điện mặt trời nối mái, tổng công suất lắp đặt hơn 640 MWp, sản lượng phát lên lưới hơn 145 triệu kWh, qua đó số tiền mà EVN trả cho khách hàng hơn 300 tỉ đồng

Dưới đây là một số hình ảnh dự án điện mặt trời nối mái ở Việt Nam [18]:

Hình 1.6 Dự án điện năng lượng mặt trời – Otran Logistics [18]

Đây là dự án có công suất 712,8 kWp được lắp đặt ngày 10/9/2019 tại Bà Rịa – Vũng Tàu, sản lượng tạo ra 1,040,688kWh/năm

Hình 1.7 Dự án điện năng lượng mặt trời – Hoàn Cầu [18]

Dự án có công suất 153 kWp được lắp đặt ngày 26/11/2019 tại Củ Chi, sản lượng tạo

ra 223,380 kWp/năm

Hình 1.8 Dự án điện năng lượng mặt trời – PC Tây Ninh [18]

Dự án có công suất 388,8 kWp được lắp đặt ngày 30/10/2019 tại Tây Ninh, sản lượng tạo ra 576,684 kWp/năm

Hình 1.9 Dự án năng lượng mặt trời – PC Củ Chi [18]

Dự án có công suất 388,8 kWp được lắp đặt ngày 30/10/2019 tại Tây Ninh, sản lượng tạo ra 576,684 kWp/năm

Hình 1.10 Dự án năng lượng mặt trời – Tổng công ty Điện lực Miền Nam [18]

Dự án có công suất 101 kWp được lắp đặt ngày 24/12/2018 tại Tp Hồ Chí Minh, sản lượng tạo ra 147,460 kWp/năm

Hình 1.11 Dự án điện năng lượng mặt trời – PC Cần Thơ [18]

Dự án có công suất 117,8 kWp được lắp đặt ngày 28/5/2018 tại Cần Thơ, sản lượng tạo

ra 171,988 kWp/năm

Hình 1.12 Dự án điện năng lượng mặt trời Đại học Bách Khoa – TPHCM [18] (khu B4: 62kWp, Khu C6: 66kWp, khu hành lang thư viện nối tòa nhà A1: 10kWp)

Đây là dự án nằm trong dự án 1MWp của nhà trường, dự án được chia thành 2 giai đoạn Đây là dự án giai đoạn 1 có công suất 160 kWp được lắp đặt ngày 12/2016 tại Tp Hồ Chí Minh, sản lượng tạo ra 233,600 kWp/năm

Ngoài ra còn có các dự án năng lượng mặt trời – Nông trại Việt Nhật tại Quảng Nam với công suất lắp đặt 99 kWp, sản lượng điện tạo ra 144,540 kWh/năm Dự án năng lượng mặt trời – Nhà xe – Công ty lưới điện Cao thế Tp Hồ Chí Minh với công suất 80,23 kWp, sản lượng điện tạo ra 117,135 kWh/năm Dự án năng lượng mặt trời – Khách sạn Hoàng Yến 2 tại Khánh Hòa với công suất lắp đặt 24,42 kWp, sản lượng tạo ra 35,653 kWh/năm

Dự án năng lượng mặt trời – VNPT Bình Phước với công suất 46,5 kWp, sản lượng tạo ra 67,890 kWh/năm Dự án năng lượng mặt trời – PC Vĩnh Nguyên tại Khánh Hòa với công suất 56,16 kWp, sản lượng tạo ra 81,993 kWh/năm Dự án năng lượng mặt trời – PC Gò Vấp với công suất 47,6 kWp, sản lượng tạo ra 69,496 kWh/năm Dự án năng lượng mặt trời – PC Gia Định tại Tp Hồ Chí Minh với công suất 51,46 kWp, sản lượng tạo ra 75,131 kWh/năm Dự án năng lượng mặt trời – Trung tâm văn hóa Hội An tại Quảng Nam với công suất 55 kWp, sản lượng tạo ra 80,300 kWh/năm Dự án năng lượng mặt trời – PC Từ Liêm tại Hà Nội với công suất 31,8 kWp, sản lượng tạo ra 46,8428 kWh/năm Dự án năng lượng mặt trời – PC Lâm Đồng với công suất 74,24 kWp, sản lượng tạo ra 108,390

kWh/năm Dự án năng lượng mặt trời – PC An Giang với công suất 60 kWp, sản lượng tạo

ra 87,600 kWh/năm Dự án năng lượng mặt trời – Công ty Dịch vụ Điện Lực tại Tp Hồ Chí Minh với công suất 40 kWp, sản lượng tạo ra 58,400 kWh/năm Dự án năng lượng mặt trời – EVN Hồ Chí Minh với công suất 28,52 kWp, sản lượng tạo ra 41,639 kWh/năm Dự

án năng lượng mặt trời – Đại học Văn Lang - Hồ Chí Minh với công suất 55 kWp, sản lượng tạo ra 85,834 kWh/năm Dự án năng lượng mặt trời – Đất xanh Miền Trung -Đà Nẵng với công suất 63,96 kWp, sản lượng tạo ra 93,000 kWh/năm Dự án năng lượng mặt trời – Công ty cổ phần Năng lượng IREX tại Tp Hồ Chí Minh với công suất 50 kWp, sản lượng tạo ra 73,000 kWh/năm Dự án năng lượng mặt trời – Tòa nhà trung tâm hành chính tỉnh Bình Dương với công suất 31,2 kWp, sản lượng tạo ra 45,552 kWh/năm…vv Các công trình này hoạt động sẽ góp phần chia sẻ gánh nặng về nguồn cung cấp điện cho EVN

CHƯƠNG 2 CÔNG NGHỆ PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI

2.1 Các công nghệ pin năng lượng mặt trời

Ngày nay, với việc các nước trên thế giới đã chú trọng phát triển điện năng lượng mặt trời Do đó để đáp ứng được nhu cầu cũng như là yêu cầu ngày càng cao của khách hàng thì các nhà sản xuất pin năng lượng mặt trời cũng luôn phải chạy theo sự tiến bộ của công nghệ Các nhà sản xuất tấm pin năng lượng mặt trời cung cấp các dòng sản phẩm gồm các loại đơn tinh thể (Mono), đa tinh thể (Poly) và loại màng mỏng (Thin film) Mỗi loại đều

có những mặt ưu điểm và nhược điểm riêng Vì vậy, để lựa chọn loại pin mặt trời nào phù hợp cho từng dự án còn tùy thuộc vào các yếu tố như tài chính và đặc điểm của hệ thống cần lắp đặt

Bảng 2.1 Bảng so sánh các công nghệ pin quang điện [19]

Công nghệ Đơn tinh thể

Hiệu suất thấp khoảng 11%

Nhìn vào bảng so sánh 2.1 chúng ta thấy hiệu suất của tấm pin mặt trời là một trong những yếu tố quan trọng nhất để đánh giá chất lượng của tấm pin Hiệu suất của tấm pin

sẽ phụ thuộc vào loại tế bào quang điện và cấu hình tế bào Hiệu suất trung bình của tấm pin ngày này đã tăng lên rất đáng kể khoảng từ 15% đến 20% nhờ vào việc áp dụng công nghệ cải tiến của tế bào quang điện

Dưới đây là một số công nghệ tế bào quang điện ( Solar cell):

+ PERC (Passivated Emitter and Rear Cell) - Công nghệ phát quang thụ động:

Trong những năm gần đây, PERC đã nổi lên là một trong những công nghệ được ưu thích nhất trong cả tế bào đơn tinh thể và đa tinh thể Đây là một cấu trúc tế bào tiên tiến

sử dụng các lớp bổ sung ở phía sau của tế bào để hấp thụ nhiều Photon ánh sáng hơn và tăng hiệu suất lượng tử Công nghệ PERC phổ biến nhất là AI-BSF cục bộ (mặt sau bằng nhôm) Đây là phát minh của Giáo sư Martin Green

+ -

-Hình 2.1 Tế bào thông thường -Hình 2.2 Tế bào PERC

Ở các tế bào thông thường các electron bị hấp thu hoàn toàn bởi bề mặt và không thể tạo ra dòng điện Trong khi đó, đối với các tế bào PERC các electron vẫn tiếp tục phản xạ trở lại nhờ một lớp phim phía sau bề mặt cell pin mà không bị hấp thụ hoàn toàn góp phần tạo ra dòng điện nhằm tăng hiệu suất cho tấm pin Các tấm pin đạt hiệu suất lên tới 20% trong phòng thí nghiệm những năm 1990

Ưu điểm của công nghệ PERC cho phép các nhà sản xuất đạt được hiệu suất cao hơn

so với các tấm pin mặt trời tiêu chuẩn Bên cạnh đó hiệu suất được tăng cao sẽ cho phép giảm chi phí

Hình 2.3 Năng lực sản xuất toàn cầu cho các tế bào PV từ năm 2016-2020 [20]

050100150

Công suất (GW)

+ Bifacial – Loại công nghệ năng lượng mặt trời có 2 mặt

Hình 2.4 Các mô-đun Bifacial cũng hấp thụ năng lượng ánh sáng phản xạ lại

mặt sau của các tế bào

Cấu tạo của tấm pin năng lượng mặt trời Bifacial mặt trước là kính và mặt sau là tấm polymer trong suốt để hấp thụ ánh sáng cả hai mặt Trong điều kiện bình thường, các tia nắng mặt trời phản xạ từ mặt đất và các bề mặt được hấp thụ một phần bởi mặt sau của tấm pin Tận dụng tối đa các tia năng lượng bị bỏ sót không được hấp thụ bởi mặt trước của tấm pin

Công nghệ Bifacial hay cell pin năng lượng mặt trời hai mặt Các Bifacial cells hấp thụ ánh sáng từ cả hai phía của tấm pin ở cùng vị trí và điều kiện có thể tạo ra năng lượng nhiều hơn 30% so với các tấm pin đơn tinh thể Mono truyền thống [21]

Công nghệ năng lượng mặt trời Bifacial ngày càng được phổ biến nhờ vào chi phí ngày càng giảm để sản xuất các tế bào đơn tinh thể chất lượng cao

Bifacial có tất cả các ưu điểm của công nghệ PERC Bằng cách thay đổi qui trình in của

tế bào PERC một mặt và thay đổi bề mặt phía sau từ toàn bộ lớp nhôm sang lớp nhôm cục

bộ

+ Multi Busbar – Nhiều thanh cái

Hình 2.5 Các thanh dẫn phụ (Fingers) kim loại nhỏ màu bạc trên mỗi tế bào chuyển dòng điện tới 5 thanh dẫn chính Busbars [21]

Busbars là các dây hoặc băng kim loại mỏng chạy xuống từng cell pin và dẫn các electron ra mạch ngoài tạo thành dòng điện Khi các tế bào PV hoạt động hiệu quả, chúng

sẽ tạo thành dòng điện Ngày nay, các nhà sản xuất đã chuyển từ 3 Busbars sang 5 Busbars,

6 Busbars, 9 Busbars hoặc 12 Busbars (kí hiệu 3BB, 5BB, 6BB, 9BB, 12BB) Trong một qui trình, Multi Busbar kết nối pin mặt trời với dây bằng 12 dây tròn và 20 miếng hàn trên mỗi dây ở tốc độ cao Thiết kế ô thẩm mỹ biến mô-đun thành một sản phẩm cao cấp với công suất ra nhiều hơn từ 6-9W Một số nhà sản xuất như LG Energy, REC, Trina và Canadian Solar đã phát triển hệ thống nhiều thanh cái (MBB) sử dụng tối đa 12 hoặc16 dây tròn mỏng thay Busbars phẳng vì Busbars phẳng truyền thống chúng che một phần của

tế bào làm giảm một phần hiệu suất Nhưng đối với nhiều Busbars dây tròn sẽ cho điện trở thấp hơn và đường đi ngắn hơn để các electron di chuyển dọc theo các thanh dây phụ (Finger) làm cho hiệu suất cao hơn lên tới 19.5% [22] Ngoài ra, nhiều Busbars còn giúp cho giảm khả năng các vết nứt trên cell pin do va chạm, tải nặng hoặc người đi bộ trên tấm pin, qua đó giúp làm giảm các điểm nóng (Hot-spot) do các vết nứt gây ra

+ IBC – Interdigitated Back Contact cells: Các ô tế bào liên hệ ngược xen kẽ

Hình 2.6 Mặt sau của tế bào quang điện IBC

Tế bào quang điện IBC là một mạng lưới dây dẫn có từ 30 dây dẫn trở lên được tích hợp phía sau của cell pin, ở các cell pin tiêu chuẩn thường có các Busbar đặt ở mặt trước của các cell pin, điều này sẽ làm che một phần các cell pin và phản xạ một số photon ánh sáng gây ra giảm hiệu suất của tấm pin, trong khi những tấm pin IBC thì khắc phục được tình trạng này

IBC ban đầu được đặt tên là tế bào FSF (trường tế bào phía trước), tế bào tiếp xúc ngược xen kẽ (IBC) được nghiên cứu vào cuối những năm 1970 và được phát triển bởi đại học Stanford vào những năm 1980 đã đạt hiệu suất hơn 20% [23] IBC là một trong những cấu hình pin mặt trời tiếp xúc phía sau Các pin mặt trời tiếp xúc phía sau có thể đạt được hiệu quả cao hơn bằng cách di chuyển tất cả các lưới tiếp xúc phía trước hoặc một phần của nó

ra phía sau thiết bị Sự sắp xếp này làm giảm bóng mờ ở mặt trước của ô, do đó mang lại hiệu quả cao hơn

+ Shingled Cells: Các tế bào chồng chéo

+ HJT – Công nghệ tế bào dị liên kết

n type c-Si (kết cấu) i/p a-Si

n/i a-Si

Bề mặt thụ động

Kết cấu ITO

từ c-Si

Hình 2.8 Cấu trúc tế bào Hit (HJT)

HJT là sự kết hợp silic tinh thể chất lượng cao với các lớp silic thin film bổ sung ở hai bên của tế bào tạo thành heterrojunction (dị liên kết) Trái ngược với các tế bào tiếp giáp P-N thông thường, các tế bào dị hợp nhiều lớp có khả năng tăng hiệu quả mạnh mẽ với thử nghiệm trong phòng thí nghiệm đạt hiệu quả lên tới 26,5% khi kết hợp với công nghệ IBC Sau việc phát triển HJT ban đầu tại UNSW và Sanyo, Panasonic đã tạo ra hàng loạt tấm pin và là công ty hàng đầu trong công nghệ tế bào HJT trong nhiều năm Tuy nhiên, REC group cũng đã nghiên cứu và sản xuất ra các tấm pin Alpha series mới sử dụng các tế bào HJT với 16 busbar nhỏ để đạt hiệu suất ấn tượng là 21,7% [21] Tháng 3 năm 2019 Jinergy

là công ty hàng đầu thương mại hóa đun HJT ở Trung Quốc cũng đã công bố rằng đun JNHM72 của họ đạt 452,5W và hiệu suất 23,79% trên các tế bào HJT Theo báo cáo

mô-“Lộ trình công nghệ quốc tế về Điện mặt trời” năm 2019 dự kiến tế bào HJT sẽ giành được 12% thị phần vào năm 2026 và 15% vào năm 2029 [24]

Bảng 2.2 là tổng hợp về hiệu suất của các tấm pin năng lượng mặt trời tốt nhất trên thị trường hiện nay

Bảng 2.2 Các tấm pin mặt trời có hiệu suất tốt nhất năm 2019 [25]

(W)

Nhà sản xuất Model Công suất

(W)

JINKO

2.2 Công nghệ pin Full cell

Tấm pin mặt trời Full cell là loại pin truyền thống thông thường gồm có 60 cell hoặc

72 cell mắc nối tiếp với nhau, có kích thước 156mm*156mm

Hình 2.9 Cấu tạo của tấm pin Full cell

Các cell pin được chia thành 3 dãy mắc nối tiếp nhau, mỗi dãy có được mắc vào 1 diode Diode này có chức năng khi dãy cell nào bị che bóng thì diode có nhiệm vụ tách các dãy

bị che bóng đó giúp cho các dãy còn lại không bị ảnh hưởng Như vậy công suất của tấm pin sẽ chỉ bị giảm 1/3 so hiệu suất ban đầu

Hình 2.10 Cấu tạo của tấm pin Full cell khi bị bóng đổ 2.3 Công nghệ pin Half cell

Công nghệ Half cell xuất hiện vào năm 2014 bởi nhà sản xuất pin năng lượng mặt trời REC Solar Với các ưu điểm vượt trội mà công nghệ Half cell mang lại, đó là bước ngoặt mới cho nền sản xuất pin năng lượng mặt trời sau này Vì vậy mà ngày nay các nhà sản xuất pin năng lượng mặt trời như VSUN, Trina Solar, Hanwha Q cells Jinko Solar… đã

áp dụng công nghệ này cho các dây chuyền sản xuất pin năng lượng mặt trời của mình Pin năng lượng mặt trời (hay còn gọi là Pin Quang điện), nó bao gồm nhiều tế bào Quang điện (cell) Các tế bào Quang điện làm nhiệm vụ biến đổi năng lượng của ánh sáng thành năng lượng điện Các cell pin truyền thống được cắt đôi bằng công nghệ tia Laser (Half-cut-cell) Vì vậy các cell pin hoạt động độc lập sẽ tăng lên gấp đôi Ví dụ trên cùng tấm pin nếu Full cell có 60 cell hoặc 72 cell thì Half cell sẽ tăng lên 120 cell và 144 cell Công nghệ này chia tấm pin thành hai phần và hoạt động độc lập Khi bị che bóng một nữa tấm thì công suất ra của tấm pin bị ảnh hưởng sẽ ít hơn so với tấm pin Full cell thông thường Đó là ưu điểm của công nghệ Half cell so với công nghệ Full cell