Sử dụng năng lượng mặt trời là một giải pháp hứa hẹn nếu chúng ta có thể khai thác một cách hiệu quả.Vì đây là một nguồn năng lượng sạch và gần như vô tận.Một dụng cụ nhỏ gọi là tế bào m
Trang 1ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
VIỆN KINH TẾ VÀ QUẢN LÝ
BÁO CÁO BÀI TẬP NHÓM
CƠ SỞ KINH TẾ NĂNG LƯỢNG
ĐỀ TÀI NHÓM 8:
XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN VÀ ỨNG DỤNG CỦA PIN MẶT
TRỜI CỦA NƯỚC TA
Giáo Viên Hướng Dẫn: TS PHẠM THỊ THU HÀ
Nhóm sinh viên thực hiện : Mssv Lớp
Nguyễn Thị Linh Nhâm 20104655 KTCN-k55 Hắc Ngọc Mạnh 20104737 KTCN-k55
Lê Văn Thông 20104824 KTCN-k55 Nguyễn Ngọc Thanh 20104765 KTCN-k55 Nguyễn Văn Phúc 20104597 KTCN-k55
Đỗ Văn Trong 20104888 KTCN-k55
Trang 2MỤC LỤC
Lý do chọn đề tài……….……… tr 03 Chương 1: Tổng quan về Pin Mặt Trời…… ….……… …….tr 04
1.1 Khái niệm………
… tr 04 1.2 Nguồn gốc và phân loại……….tr 04 1.3 Nguyên lý hoạt động và cấu tạo………
tr 06
1.4 Cấu hình tiêu biểu của pin mặt trời………
tr 07
1.5 Thế hệ pin mặt trời………
……… tr 08
Chương2: Cơ hội và thách thức của pin mặt trời……… tr 09
2.1.Tiềm năng điện pin mặt trời ở Việt Nam……….……….tr 09 2.2.Cơ hội……….… … tr 09 2.3.Thách thức……….……….tr 10 2.4.Giải quyết vấn đề……… ….… tr 10 2.5.Mục tiêu phát triển pin mặt trời tại Việt Nam trong tương lai……… tr11
Chương 3: Ưu nhược điểm của pin mặt trời….……… tr 12
3.1.Ưu điểm……… ……… ……tr 12 3.2.Nhược điểm……… ….………tr 13
Chương 4:Xu hướng phát triển và ứng dụng pin mặt trời ở nước ta…… tr 14
4.1.Xu hướng phát triển……… …….tr 14 4.2.Một số thành tựu ứng dụng…….……… ….tr 15
Trang 34.3.Kinh nghiệm triển khai ứng dụng……… tr 16
Kết Luận……….………… ………… ……… … tr 17 Tài liệu tham khảo……… … tr 18
Lý do chọn đề tài
Năng lượng là một nhu cầu thiết yếu của con người để tồn tại và phát triển Trong
đó, dạng năng lượng được sử dụng phổ biến nhất là điện năng vì chúng có thể phục
vụ cho hầu hết mọi lĩnh vực trong đời sống Những nguồn điện phổ biến hiện nay
là thủy điện, điện hạt nhân, nhiệt điện… Nhưng nhìn chung những nguồn cung cấp điện này không đáp ứng được yêu cầu của con người về lâu dài, đặc biệt là do những hậu quả mà chúng để lại cho môi trường Do đó con người phải tìm một nguồn năng lượng mới để thay thế trong tương lai Sử dụng năng lượng mặt trời là một giải pháp hứa hẹn nếu chúng ta có thể khai thác một cách hiệu quả.Vì đây là một nguồn năng lượng sạch và gần như vô tận.Một dụng cụ nhỏ gọi là tế bào mặt trời có thể sản xuất điện năng ngay từ ánh sáng mặt trời (trong tiếng Anh, “solar”
có nghĩa là phải làm cái gì đó với Mặt trời) Một tế bào mặt trời không thải ra bất
kì chất khí nào Nó cũng chẳng gây ồn ào gì Một tấm pin mặt trời là một nhóm tế bào mặt trời hoạt động đồng bộ với nhau
Từ khi pin mặt trời ra đời lần đầu tiên vào giữa thập niên chín mươi đã mở ra một hướng mới cho việc sử dụng năng lượng mặt trời Tuy nhiên, cho đến nay Pin Mặt Trời vẫn chưa được sử dụng phổ biến do giá thành cao và hiệu suất còn thấp Các nhà khoa học và nhà sản xuất trên thế giới đã và đang không ngừng tìm kiếm những giải pháp để nâng cao hiệu suất và giảm giá thành của Pin Mặt Trời
Riêng ở nước ta, tình trạng thiếu điện thường xuyên đã gây ra không ít thiệt hại cho nền kinh tế và ảnh hưởng đến đời sống, sinh hoạt của người dân Điều này đòi hỏi phải có thêm nguồn năng lượng mới bổ sung vào những nguồn năng lượng hiện có Do vậy, phát triển năng lượng tái tạo, trong đó có năng lượng mặt trời (NLMT) nói chung cũng như phát triển về pin mặt trời nói riêng đang trở thành một xu thế tất yếu cho tương lai của thế giới cũng như nước ta Từ những lý do trên trong đề tài này chúng em xin thực hiện tìm hiểu về xu thế phát triển và ứng dụng của Pin Mặt Trời ở Việt Nam trong tương lai
Trang 4CHƯƠNG 1 Tổng quan về pin Mặt Trời 1.1 Khái niệm
Pin năng lượng mặt trời (hay pin quang điện, tế bào quang điện), là thiết bị bán dẫn chứa lượng lớn các diod p-n, dưới sự hiện diện của ánh sáng mặt trời có khả năng tạo ra dòng điện sử dụng được Sự chuyển đổi này gọi là hiệu ứng quang điện Người ta ghép nhiều tấm pin mặt trời thành hệ thống pin mặt trời và đây là một trong những ứng dụng sử dụng nguồn năng lượng mặt trời nhiều nhất mà không
hề thải ra bất kỳ chất khí nào
Một tấm pin mặt trời là một nhóm tế bào mặt trời hoạt động đồng bộ với nhau, và một tế bào mặt trời đơn giản điển hình có hai lớp silicon Một lớp gọi là n, lớp kia gọi là p, các lớp đó có các tính chất khác nhau Do các tế bào mặt trời sản sinh lượng điện năng rất ít, với đa số mục đích sử dụng, người ta cần nhiều tế bào mặt trời vì lý do này, các tế bào thường được ghép với nhau thành module mặt trời, thỉnh thoảng nó còn được gọi là tấm PIN MẶT TRỜI
1.2 Phân loại
Có hai loại pin mặt trời PMT nhạy cảm chất màu DSC và PMT Silic Vì nhiều lí
do, hiệu suất loại pin nhạy cảm chất màu DSC này chỉ vào cỡ 11% thấp hơn hiệu suất của pin Mặt trời silic (12 - 15%) Nhược điểm nữa là có chứa chất lỏng phải
có các biện pháp chống rò rỉ khi dùng lâu (Loại pin này tuổi thọ là 10 năm, bằng một nửa tuổi thọ của pin Mặt trời silic) Tuy nhiên ưu điểm rõ rệt của loại pin này là:
- Vật liệu chế tạo rẻ, dễ kiếm Đặc biệt TiO2 là chất bột trắng hay dùng để làm sơn trắng rất phổ biến
Trang 5- Kỹ thuật chế tạo đơn giản, không phải cần máy móc cao cấp đắt tiền như ở trường hợp pin Mặt trời silic Thậm chí có thể làm pin mặt trời kiểu này theo cách thủ công
- Dễ dàng cải tiến nhiều khâu kỹ thuật, nhất là ứng dụng công nghệ nano để làm bột TiO¬2 có diện tích mặt ngoài cực lớn
Hiện nay đã có nhiều cải tiến đối với chất màu nhạy quang làm cho ánh sáng thuộc nhiều bước sóng trong phổ ánh sáng Mặt trời đều dễ dàng bị hấp thụ để kích thích làm thoát điện tử tạo ra dòng điện Nhờ đó, khác với pin Mặt trời silic, loại pin Mặt trời mới này vẫn hoạt động tốt khi nắng yếu, đặc biệt là hoạt động với ánh sáng trong nhà
Cho tới hiện tại thì vật liệu chủ yếu cho pin mặt trời (và cho các thiết bị bán dẫn) là các silic tinh thể Vật liệu xuất phát để làm pin mặt trời từ silic phải là bán dẫn silic tinh khiết Ở dạng tinh khiết, còn gọi là bán dẫn dòng số hạt tải (hạt mang điện) là electron và lox trống (hole) như nhau Để làm pin mặt trời từ bán dẫn tinh khiết phải làm ra bán dẫn loại n và bán dẫn loại p rồi ghép lại với nhau cho nó có được tiếp xúc p-n Pin mặt trời từ tinh thể silic chia ra thành 3 loại:
* Một tinh thể hay đơn tinh thể module sản xuất dựa trên quá trình Czochralski Đơn tinh thể loại này có hiệu suất tới 16% Chúng thường rất mắc tiền do được cắt
từ các thỏi hình ống, các tấm đơn thể này có các mặt trống ở góc nối các module
* Đa tinh thể làm từ các thỏi đúc, đúc từ silic nung chảy cẩn thận được làm nguội
và làm rắn Các pin này thường rẻ hơn các đơn tinh thể, tuy nhiên hiệu suất kém hơn Tuy nhiên chúng có thể tạo thành các tấm vuông che phủ bề mặt nhiều hơn đơn tinh thể bù lại cho hiệu suất thấp của nó
* Dải silic tạo từ các miếng phim mỏng từ silic nóng chảy và có cấu trúc đa tinh thể, Loại này thường có hiệu suất thấp nhất, tuy nhiên loại này rẻ nhất trong các loại vì không cần phải cắt từ thỏi silicon
Công nghệ trên là sản suất tấm, nói cách khác, các loại trên có độ dày 300 μm tạom tạo thành và xếp lại để tạo nên module
Trang 61.3 Cấu tạo và nguyên lí hoạt động
Cấu tạo
Nguyên lí hoạt động
Thực tế thì xuất phát từ một phiến bán dẫn tinh khiết tức là chỉ có các nguyên tử Si
để tiếp xúc p - n, người ta phải pha thêm vào một ít nguyên tử khác loại, gọi là pha tạp Nguyên tử Si có 4 electron ở vành ngoài, cùng dùng để liên kết với bốn nguyên tử Si gần đó (cấu trúc kiểu như kim cương) Nếu pha tạp vào Si một ít nguyên tử phốt pho P có 5 electron ở vành ngoài, electron thừa ra không dùng để liên kết nên dễ chuyển động hơn làm cho bán dẫn pha tạp trở thành có tính dẫn điện electron, tức là bán dẫn loại n (negatif - âm) Ngược lại nếu pha tạp vào Si một ít nguyên tử bo B có 3 electron ở vành ngoài, tức là thiếu một electron mới đủ tạo thành 4 mối liên kết nên có thể nói là tạo thành lỗ trống (hole) Vì là thiếu electron nên lỗ trống mạng điện dương, bán dẫn pha tạp trở thành có tính dẫn điện
lỗ trống, tức là bán dẫn loại p (positif - dương)
Trang 7Vậy trên cơ sở bán dẫn tinh khiết có thể pha tạp để trở thành có lớp là bán dẫn loại
n, có lớp bán dẫn loại p, lớp tiếp giáp giữa hai loại chính là lớp chuyển tiếp p - n Ở chỗ tiếp xúc p - n này một ít electron ở bán dẫn loại n chạy sang bán dẫn loại p lấp vào lỗ trống thiếu electron, ở đó Kết quả là ở lớp tiếp xúc p-n có một vùng thiếu electron cũng thiếu cả lỗ trống, người ta gọi đó là vùng nghèo Sự dịch chuyển điện
tử để lấp vào lỗ trống tạo ra vùng nghèo này cũng tạo nên hiệu thế gọi là hiệu thế ở tiếp xúc p - n, đối với Si vào cỡ 0,6V đến 0,7V Đây là hiệu thế sinh ra ở chỗ tiếp xúc không tạo ra dòng điện được
Nhưng nếu đưa phiến bán dẫn đã tạo lớp tiếp xúc p - n phơi cho ánh sáng mặt trời chiếu vào thì photon của ánh sáng mặt trời có thể kích thích làm cho điện tử đang liên kết với nguyên tử bị bật ra khỏi nguyên tử, đồng thời ở nguyên tử xuất hiện chỗ trống vì thiếu electron, người ta gọi là photon đến tạo ra cặp electron - lỗ trống Nếu cặp electron - lỗ trống này sinh ra ở gần chỗ có tiếp p - n thì hiệu thế tiếp xúc
sẽ đẩy electron về một bên (bên bán dẫn n) đẩy lỗ trống về một bên (bên bán dẫn p) Nhưng cơ bản là electron đã nhảy từ miền hoá trị (dùng để liên kết) lên miền dẫn ở mức cao hơn, có thể chuyển động tự do Càng có nhiều photon chiếu đến càng có nhiều cơ hội để electron nhảy lên miền dẫn
Nếu ở bên ngoài ta dùng một dây dẫn nối bán dẫn loại n với bán dẫn loại p (qua một phụ tải như lèn LED chẳng hạn) thì electron từ miền dẫn của bán dẫn loại n sẽ qua mạch ngoài chuyển đến bán dẫn loại p lấp vào các lỗ trống Đó là dòng điện pin Mặt trời silic sinh ra khi được chiếu sáng
1.4 Cấu hình tiêu biểu của pin mặt trời
Trang 81.5 Thế hệ pin Mặt Trời
được chế tạo từ wafer silic, loại PMT này có hiệu suất rất cao, tuy nhiên giá thành đắt, khó lắp đặt, kích thước nhỏ
thành phong phú hơn như silic đa tinh thể, vô định hình, CdTe (cadmium telurit), các hợp kim của CIGS (gồm đồng, indium, galium và selen) và các loại bán dẫn màng mỏng khác PMT thế hệ này có hiệu suất không cao bằng thế hệ đầu nhưng giá thành rẻ hơn, diện tích phơi sáng lớn hơn, gọn nhẹ hơn, có thể tích hợp nhiều chức năng hơn
như PMT nhuộm, PMT polymer Ưu điểm lớn nhất của PMT thế hệ này là giá thành rẻ hơn hẳn hai thế hệ trước, việc lắp đặt và vận chuyển rất dễ dàng, kích thước và hình dạng của hệ rất phong phú và có thể tùy chỉnh theo nhu cầu sử dụng, tuy nhiên hiệu suất thường không cao và quá trình chế tạo có thể gây ô nhiễm môi trường
Trang 9Thế hệ 4: PMT lai vô cơ - hữu cơ, được chế tạo từ vật liệu nano tinh thể phủ trên
ma trận nền nhựa Thế hệ PMT này cải thiện được hiệu suất so với PMT thế hệ thứ ba và thân thiện với môi trường hơn PMT thế hệ thứ tư đang là hướng nghiên cứu được chú trọng hiện nay ở các nước phát triển
Ngoài ra, trên thế giới hiện nay còn có các loại PMT có hình dáng, tính chất độc đáo Ví dụ như: tấm PMT trong suốt có thể lắp thay kính ở các toàn nhà, hay thay kính oto máy bay…và ý tưởng sản xuất pin mặt trời bằng chất dẻo quang điện có thể cuộn tròn tấm PMT như một tờ giấy,…
CHƯƠNG 2
CƠ HỘI VÀ THÁCH THỨC
2.1 Tiềm năng phát triển điện Mặt Trời ở Việt Nam
Việt Nam nằm ở vùng nhiệt đới cận xích đạo nên có số giờ nắng trung bình ngày khá cao, ở miền Nam trung bình đạt 6.5 giờ/ngày, miền Bắc là 4.1 giờ/ngày, một số địa phương có số giờ nắng trung bình ngày cao như Cần Thơ: 6.9 giờ/ngày, Đà Lạt: 6.1 giờ/ngày,…
Cường độ tổng lượng bức xạ trung bình ngày thuộc loại cao trên thế giới: 5 kWh/m2 (các khảo sát trên thế giới cho thấy cường độ tổng lượng bức xạ trung bình ngày cao nhất đạt 7 kWh/m2 , thấp nhất 2 kWh/m2)
Những số liệu trên cho thấy Việt Nam có rất nhiều điều kiện thuận lợi cho việc phát triển năng lượng mặt trời
2.2 Cơ hội
Vị trí địa lý đã ưu ái cho Việt Nam một nguồn năng lượng tái tạo vô cùng lớn, đặc biệt là năng lượng mặt trời Trải dài từ vĩ độ 23023’ Bắc đến 8027’ Bắc, Việt Nam
Trang 10nằm trong khu vực có cường độ bức xạ mặt trời tương đối cao Trong đó, nhiều nhất phải kể đến thành phố Hồ Chí Minh, tiếp đến là các vùng Tây Bắc (Lai Châu, Sơn La, Lào Cai) và vùng Bắc Trung Bộ (Thanh Hóa, Nghệ An, Hà Tĩnh)…
Đối với những nước nắng nóng nhiều như Việt Nam, thì điện mặt trời lại càng trở nên hấp dẫn
Tài nguyên thủy điện, than, khí đốt đang ngày càng cạn kiệt đòi hỏi cần các loại năng lượng sạch và lâu dài hơn khác thay thế
Hiện nay, tần suất mất điện lưới do hệ thống bị quá tải, thường hay xảy ra trên lưới điện, và giá điện từ điện truyền thống cũng có chiều hướng gia tăng đó là một thuận lợi lớn cho điện mặt trời
Hiện nay Việt Nam sản xuất đủ lượng điện để phục vụ cho nhu cầu của người tiêu dùng trong suốt buổi tối, nhưng lại thiếu hụt trầm trọng năng suất vào ban ngày, thời điểm đòi hỏi lượng điện lớn cung cấp cho người tiêu dùng Doanh nghiệp vừa
và nhỏ tại Việt Nam cần phải giảm chi phí Chi phí điện ngày càng tăng đang trở thành một trong những chi phí lớn nhất cho hoạt động của những doanh nghiệp vừa và nhỏ Với tốc độ tăng thuế điện hiện nay, chi phí điện vào ban ngày sẽ tăng gấp đôi trong vòng bảy năm tới
2.3 Thách thức
Dùng bán dẫn silic tạo ra tiếp xúc p - n để từ đó làm pin Mặt trời là một tiến bộ lớn trên con đường trực tiếp biến ánh sáng Mặt trời thành dòng điện để sử dụng Tuy nhiên pin Mặt trời silic có một số hạn chế về kinh tế, kỹ thuật
*Về kỹ thuật: Người sử dụng không tuân theo quy trình vận hành Đấu tắt không qua bộ điều khiển khi ắc quy yếu, làm ắc quy cạn kiệt, dẫn đến mau hỏng Trong
100 dàn đầu tiên cho các hộ gia đình lắp tại tỉnh Tiền Giang và Trà Vinh, vì công suất mỗi dàn quá nhỏ (22,5 Wp), nhu cầu dùng lại lớn nên ắc quy luôn luôn ở trạng thái cạn kiệt và dẫn đến hỏng hàng loạt ắc quy
* Về kinh tế: Trước mắt, PMT chỉ ứng dụng ở các vùng sâu, vùng cao và hải đảo, nơi không thể đưa lưới điện quốc gia đến được Song phần lớn thu nhập của người dân vùng này thấp, trong khi giá thành đầu tư ban đầu của PMT hiện tại còn rất cao
Trang 11* Giá thành của PMT : Giá thành lắp đặt dàn PMT bình quân chung trong cả nước vào khoảng 12 - 14 USD/Wp (áp dụng cho hộ gia đình và dàn tập thể) Giá thành trên không bao gồm chi phí vận chuyển Chi phí vận chuyển vào khoảng 5 - 7% giá trị thiết bị
Việt Nam khá giàu các nguồn năng lượng tái tạo Chúng ta đã phát triển rất mạnh thủy điện, bước đầu khai thác phong điện Hi vọng trong tương lai gần chúng ta sẽ
có thêm điện mặt trời phục vụ sản xuất và sinh hoạt
Khi mà giá thành của việc đầu tư điện mặt trời còn cao, chưa có hiệu quả kinh tế rõ rệt, nhà nước nên khuyến khích đầu tư vào điện mặt trời bằng các trợ cấp của chính phủ Chẳng hạn như nhà nước cam kết mua lại điện của những nhà dân lắp đặt hệ thống điện mặt trời với giá cao gấp mấy lần giá bán điện trong vòng nhiều năm, để người dân có thể thu hồi được vốn đầu tư vào điện mặt trời với tốc độ tương đương
so với các đầu tư khác Nhà nước bù lỗ để đổi lấy môi trường sạch sẽ, và khuyến khích đầu tư phát triển công nghệ điện mặt trời Và những năm tới, nhà nước có thể cắt giảm dần trợ cấp chính phủ cho những người đầu tư vào điện mặt trời, nhưng bù lại giá thành đã rẻ đến mức không cần trợ cấp của chính phủ vẫn có lãi
về kinh tế
Muốn vậy, Nhà nước cần sớm ra quy chế hoạt động cho điện mặt trời cũng như có các chính sách hỗ trợ phù hợp cho người dân bỏ vốn đầu tư làm ra điện mặt trời Nếu Nhà nước có chính sách thích hợp, người dân sẽ tự bỏ tiền đầu tư sản xuất điện mặt trời Khi ấy, Nhà nước đỡ phải chi nhiều vốn đầu tư cho ngành điện Phía các nhà sản xuất, nên quan tâm thường xuyên đến các dịch vụ sau bán hàng, bảo trì, bảo dưỡng, để sản phẩm có tính cạnh tranh cao hơn và mở rộng được thị trường tiêu thụ…
Đẩy mạnh phát triển khoa học kỹ thuật Tìm kiếm thêm có vật liệu chính có giá thành rẻ giúp hạ giá thành của loại năng lượng này
Miền Bắc nước ta vào mùa đông rất ít nắng Vì thế khá thiệt thòi cho người dân khi không thể tận dụng hết được khả năng của sản phẩm sử dụng năng lượng mặt trời Giải pháp được đưa ra ở đây đó là nếu mùa đông lượng ánh sáng được nạp vào tấm pin mặt trời của nhà bạn không đủ để sạc đầy ác quy, bạn có thể lắp thêm một tấm Pin năng lượng mặt trời khác để tăng hiệu suất sử dụng lên