Nghiên cứu thuật toán xác định và duy trì điểm làm việc cực đại của hệ thống điện mặt trời nối lưới (LV thạc sĩ)

Nghiên cứu thuật toán xác định và duy trì điểm làm việc cực đại của hệ thống điện mặt trời nối lưới (LV thạc sĩ)Nghiên cứu thuật toán xác định và duy trì điểm làm việc cực đại của hệ thống điện mặt trời nối lưới (LV thạc sĩ)Nghiên cứu thuật toán xác định và duy trì điểm làm việc cực đại của hệ thống điện mặt trời nối lưới (LV thạc sĩ)Nghiên cứu thuật toán xác định và duy trì điểm làm việc cực đại của hệ thống điện mặt trời nối lưới (LV thạc sĩ)Nghiên cứu thuật toán xác định và duy trì điểm làm việc cực đại của hệ thống điện mặt trời nối lưới (LV thạc sĩ)Nghiên cứu thuật toán xác định và duy trì điểm làm việc cực đại của hệ thống điện mặt trời nối lưới (LV thạc sĩ)Nghiên cứu thuật toán xác định và duy trì điểm làm việc cực đại của hệ thống điện mặt trời nối lưới (LV thạc sĩ)Nghiên cứu thuật toán xác định và duy trì điểm làm việc cực đại của hệ thống điện mặt trời nối lưới (LV thạc sĩ)Nghiên cứu thuật toán xác định và duy trì điểm làm việc cực đại của hệ thống điện mặt trời nối lưới (LV thạc sĩ)

Trang 1

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

KHOA CHUYÊN MÔN

TRƯỞNG KHOA

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

PGS.TS Lại Khắc Lãi PHÒNG ĐÀO TẠO

THÁI NGUYÊN 2016

Trang 2

LỜI CAM ĐOAN

Tên tôi là: Nguyễn Thị Lan

Sinh ngày 03 tháng 9 năm 1988

Học viên lớp cao học khóa 16 - Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa - Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên

Hiện đang công tác tại Khoa Điện - Điện tử Trường Cao đẳng nghề kinh

tế kỹ thuật Bắc Ninh

Tôi xin cam đoan: Bản luận văn: “Nghiên cứu thuật toán xác định và

duy trì điểm làm việc cực đại của hệ thống điện mặt trời nối lưới” do thầy giáo

PGS.TS Lại Khắc Lãi hướng dẫn là công trình nghiên cứu của riêng tôi Tất cả

các tài liệu tham khảo đều có nguồn gốc, xuất xứ rõ ràng Các số liệu, kết quả trong luận văn là hoàn toàn trung thực và chưa từng ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác Nếu sai tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm

Bắc Ninh, Ngày 12 tháng 03 năm 2016

Tác giả luận văn

Nguyễn Thị Lan

Trang 3

LỜI CẢM ƠN

Sau một thời gian nghiên cứu, được sự động viên, giúp đỡ và hướng dẫn

tận tình của thầy giáo PGS.TS Lại Khắc Lãi, luận văn với đề tài “Nghiên cứu

thuật toán xác định và duy trì điểm làm việc cực đại của hệ thống điện mặt trời nối lưới” đã hoàn thành Tác giả xin bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc đến:

Thầy giáo hướng dẫn PSG TS Lại Khắc Lãi đã tận tình chỉ dẫn, giúp đỡ

tác giả hoàn thành luận văn này

Phòng quản lý đào tạo sau đại học, các thầy giáo, cô giáo Khoa Điện trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên đã giúp đỡ tác giả trong suốt quá trình học tập cũng như trong quá trình nghiên cứu đề tài

Toàn thể các đồng nghiệp, bạn bè, gia đình và người thân đã quan tâm, động viên, giúp đỡ tác giả trong suốt quá trình học tập và hoàn thành luận văn

Bắc Ninh, Ngày 12 tháng 03 năm 2016

Tác giả luận văn

Nguyễn Thị Lan

Trang 5

MỤC LỤC

MỤC LỤC iv

LỜI CAM ĐOAN i

LỜI CẢM ƠN ii

DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT iv

DANH MỤC CÁC BẢNG ix

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ xi

MỞ ĐẦU 1

1 Tính cấp thiết của đề tài 1

2 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn 2

Ý nghĩa khoa học 2

Ý nghĩa thực tiễn 2

3 Mục tiêu nghiên cứu 2

4 Đối tượng nghiên cứu 2

5 Phương pháp nghiên cứu 3

6 Tên đề tài 3

7 Bố cục luận văn 3

CHƯƠNG 1 4

TỔNG QUAN VỀ NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI 4

1.1 Nguồn năng lượng mặt trời 4

1.1.1 Cấu trúc của mặt trời 4

1.1.2 Năng lượng mặt trời 5

1.1.3 Phổ bức xạ mặt trời 6

1.1.4 Đặc điểm của bức xạ mặt trời trên bề mặt quả đất 8

1.1.4.1 Phổ bức xạ mặt trời 8

1.1.4.2 Sự giảm năng lượng mặt trời phụ thuộc vào độ dài đường đi của tia sáng qua lớp khí quyển( air mass) 11

1.1.4.3 Cường độ bức xạ mặt trời biến đổi theo thời gian 12

1.1.4.4 Cường độ bức xạ mặt trời biến đổi theo không gian 13

1.2 Các phương pháp khai thác, sử dụng năng lượng mặt trời 14

1.2.1 Sử dụng hệ thống điện năng lượng mặt trời làm việc độc lập 15

1.2.1.1 Pin mặt trời 15

1.2.1.2 Nhà máy nhiệt điện sử dụng năng lượng mặt trời 16

1.2.1.3 Thiết bị sấy khô dùng NLMT 16

Trang 6

1.2.1.4 Thiết bị chưng cất nước sử dụng NLMT 17

1.2.1.5 Động cơ stirling chạy bằng NLMT 17

1.2.1.6 Bếp nấu dùng NLMT 18

1.2.1.7 Thiết bị đun nước nóng bằng năng lượng mặt trời 20

1.2.1.8 Thiết bị làm lạnh và điều hòa không khí dùng NLMT 21

1.2.2 Hướng nghiên cứu cho việc sử dụng Năng lượng mặt trời 21

1.3 Kết luận chương 1 24

CHƯƠNG 2 25

THIẾT KẾ MẠCH ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT TRONG VIỆC KHAI THÁC NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI 25

2.1 Các linh kiện điện tử thông dụng sử dụng trong hệ thống điện mặt trời nối lưới 25

2.1.1 Điện trở 25

2.1.2 Tụ điện 27

2.1.3 Diode bán dẫn 28

2.1.3.1 Cấu tạo, kí hiệu 28

2.1.3.2 Đặc tuyến V-A 29

2.1.3.3 Các tham số cơ bản của Diode: Chia làm hai nhóm 29

2.1.3.4 Phân loại 30

2.1.4 Transistor lưỡng cực( Transistor Bipolar) 30

2.4.1.1 Cấu tạo 30

2.1.4.2 Nguyên lý làm việc 31

2.1.4.3 Các tham số cơ bản 33

2.1.5 Transistor Trường< FET > (Field Effect Transistor) 33

2.1.5.1 Tranzitor trường có cực cửa tiếp giáp JFET 34

2.1.5.2 Tranzitor trường có cực cửa cách ly MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor FET) 36

2.1.6 Thysistor 38

2.1.6.1 Cấu tạo, nguyên lý làm việc 38

2.1.6.2 Đặc tuyến V- A 40

2.2 Cấu trúc của hệ thống điện mặt trời nối lưới 40

2.2.1 Sơ đồ khối hệ thống 40

2.2.2 Điều khiển trong hệ thống điện mặt trời nối lưới 41

2.3 Pin mặt trời (PV-Photovoltaic) 41

2.3.1 Khái niệm 41

Trang 7

2.3.2 Mô hình toán và đặc tính làm việc của pin mặt trời 42

2.4 Bộ biến đổi một chiều - một chiều (DC-DC) 45

2.4.1 Chức năng 45

2.4.2 Các loại bộ biến đổi DC/DC 46

2.4.2.1 Bộ biến đổi DC/DC không cách ly 46

2.4.2.2 Bộ biến đổi DC- DC có cách ly 51

2.4.3 Điều khiển bộ biến đổi DC-DC 51

2.4.3.1 Mạch vòng điều khiển điện áp 51

2.4.3.2 Mạch vòng điều khiển dòng điện 52

2.5 Nghịch lưu nối lưới (Inverter) 53

2.5.1 Các phép chuyển đổi 54

2.5.1.1 Biến đổi hệ thống ba pha sang 2 pha 54

2.5.1.1 Chuyển đổi hệ thống một pha sang hai pha 56

2.5.2 Điều chế độ rộng xung (PWM - Pulse Width Modulation) 57

2.5.2.1 Điều chế độ rộng xung dựa trên sóng mang (CB-PWM) 58

2.5.2.2 Điều chế véc tơ không gian (SVM) 59

2.5.3 Điều khiển chuyển đổi DC-AC 60

2.5.3.1 Bộ điều khiển PI 61

2.5.3.2 Bộ điều khiển cộng hưởng tỉ lệ (PR - Proportional Resonant) 63

2.5.3.3 Bộ điều khiển phản hồi trạng thái 63

2.6 Lý thuyết về hòa hệ thống điện mặt trời nối lưới 64

2.6.1 Các điều kiện hòa đồng bộ 64

2.6.1.1 Điều kiện về tần số 64

2.6.1.2 Điều kiện về điện áp 65

2.6.1.2 Điều kiện về pha 65

2.6 2 Đồng vị pha trong hai hệ thống lưới 65

CHƯƠNG 3 67

THUẬT TOÁN XÁC ĐỊNH VÀ DUY TRÌ ĐIỂM LÀM VIỆC CỰC ĐẠI CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN MẶT TRỜI NỐI LƯỚI 67

3.1 Khái niệm 67

3.2 Thuật toán dò điểm công suất tối đa của pin mặt trời (MPPT - Maximum Power Point Tracking) 69

3.2.1 Thuật toán điện áp không đổi (CV – Constant Voltage) 69

Trang 8

3.2.2 Thuật toán xáo trộn và quan sát (P&O - Perturb and Observe) 69

3.2.3 Thuật toán độ dẫn gia tăng (INC - Inremental Conductance) 70

3.2.4 Thuật toán điện dung ký sinh (PC – ParasiticCapacitance) 70

3.3 Ứng dụng fuzzy logic để xác định và duy trì điểm làm việc công suất cực đại của hệ thống pin mặt trời 71

3.3.1 Tổng quan về logic mờ 71

3.3.2 Thuật toán MPPT sử dụng bộ điều khiển mờ (FLC) 77

3.4 Các kết quả mô phỏng 81

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 85

1 Kết luận 85

2 Kiến nghị 85

TÀI LIỆU THAM KHẢO 87

Trang 9

DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

(C)

Trang 10

27 D Hệ số làm việc

Trang 11

Trang 12

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ

Trang 13

Trang 14

Hình 3.5 Lưu đồ thuật toán INC 66

Trang 15

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Hiện nay, các nguồn năng lượng trên trái đất như dầu mỏ, than đá… đang dần cạn kiệt, không còn để khai thác được nữa Ngoài ra, những nguồn năng lượng này là nguyên nhân chính gây ra sự ô nhiễm không khí làm ảnh hưởng đến đời sống con người

Trong khi đó, nguồn năng lượng tái tạo khá dồi dào, có khả năng thay thế nguồn năng lượng hóa thạch, giảm thiểu tác động tới môi trường Vì vậy, tập trung nghiên cứu ứng dụng năng lượng tái tạo đang là hướng đi mới trong năng lượng công nghiệp, nhất là trong thời đại ngày nay vấn đề tiết kiệm năng lượng đang đặt lên hàng đầu Việc khai thác năng lượng tái tạo có ý nghĩa quan trọng cả về kinh tế, xã hội, an ninh năng lượng và phát triển bền vững

Năng lượng mặt trời là một trong các nguồn năng lượng tái tạo quan trọng nhất

mà thiên nhiên ban tặng cho hành tinh chúng ta Đồng thời, nó cũng là nguồn gốc của các nguồn năng lượng tái tạo khác như năng lượng gió, năng lượng sinh khối, năng lượng các dòng sông,… Đó là loại hình năng lượng có khả năng áp dụng hơn cả tại các khu vực đô thị và các vùng mà điện lưới không vươn đến được (vùng núi, vùng hải đảo hay các công trình ngoài khơi, …) Năng lượng mặt trời có thể nói là vô tận,

để khai thác, sử dụng nguồn năng lượng này cần phải biết các đặc trưng và tính chất

cơ bản của nó, đặc biệt khi tới bề mặt quả đất

Ở Việt Nam, năng lượng mặt trời có tiềm năng rất lớn, với lượng bức xạ trung bình 5kw/m²/ngày với khoảng 2000 giờ nắng/năm Một số liệu của Trung tâm Thông tin Khoa học Công nghệ Quốc gia cho biết năm 2008 ở Việt Nam mới chỉ có khoảng

60 hệ thống đun nước nóng bằng năng lượng mặt trời cho tập thể và hơn 5.000 hệ thống cho gia đình Trên tổng thể, điện mặt trời chiếm 0,009% tổng lượng điện toàn quốc Mặc dù, đã có những chính sách khuyến khích, nhưng vì nhiều lý do, việc phát triển năng lượng mặt trời, vốn đòi hỏi đầu tư ban đầu lớn hơn các dạng năng lượng truyền thống nên việc sử dụng vẫn còn hạn chế

Trong những năm gần đây đã có nhiều nghiên cứu, ứng dụng nhằm sản xuất và tích trữ năng lượng mặt trời, tuy nhiên, việc sử dụng nguồn năng lượng này, chủ yếu vẫn chỉ dừng lại ở mức cục bộ ( tức là khai thác và sử dụng tại chỗ ), năng lượng dư

Trang 16

thừa chưa hòa được lên lưới điện quốc gia (bán trở lại cho lưới điện thông qua đồng hồ

đo để giảm thiểu hóa đơn tiền điện )

Vì vậy, việc nghiên cứu thuật toán xác định và duy trì điểm làm việc cực đại của

hệ thống điện mặt trời nối lưới đang là một vấn đề cấp thiết

2 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

Ý nghĩa khoa học

Khi có ánh sáng mặt trời sẽ tạo ra năng lượng một chiều (DC), Nguồn năng lượng một chiều này được chuyển đổi thành điện năng xoay chiều (AC) bởi bộ nghịch lưu Bộ điều khiển có chức năng truyền năng lượng này đến phụ tải chính để cung cấp điện cho các thiết bị điện trong gia đình Đồng thời điện năng dư thừa được bán trở lại lưới điện qua đồng hồ đo để giảm thiểu hóa đơn tiền điện

Quá trình nghiên cứu sẽ góp phần tăng nguồn tư liệu phục vụ cho công tác học tập

và giảng dạy tại cơ quan nơi học viên công tác

3 Mục tiêu nghiên cứu

Đề tài này đặt mục tiêu chính là “ Nghiên cứu thuật toán xác định và duy trì điểm làm việc cực đại của hệ thống điện mặt trời nối lưới’’

Các mục tiêu cụ thể:

 Thiết kế mạch điện tử công suất trong việc khai thác năng lượng mặt trời

+ Cấu trúc của hệ thống điện mặt trời nối lưới

+ Vấn đề hòa lưới của hệ thống

 Thuật toán xác định và duy trì điểm làm việc cực đại của hệ thống điện mặt trời nối lưới

 Viết chương trình và mô phỏng thực nghiệm

4 Đối tượng nghiên cứu

Trang 17

Nghiên cứu nguồn năng lượng mặt trời: Phương pháp sản xuất, sử dụng và hòa lưới

Nghiên cứu thuật toán xác định và duy trì điểm làm việc cực đại của hệ thống điện mặt trời nối lưới

5 Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu lý thuyết

Phân tích đánh giá và hệ thống hóa các công trình nghiên cứu được công bố thuộc lĩnh vực liên quan: bài báo, tạp chí, sách chuyên ngành…

Nghiên cứu thực tiễn

Nghiên cứu thuật toán xác định và duy trì điểm làm việc cực đại của hệ thống điện mặt trời nối lưới

6 Tên đề tài

“ Nghiên cứu thuật toán xác định và duy trì điểm làm việc cực đại của hệ thống điện mặt trời nối lưới ”

7 Bố cục luận văn

Luận văn thực hiện theo bố cục nội dung như sau:

Chương 1: Tổng quan về năng lượng mặt trời

Chương 2: Thiết kế mạch điện tử công suất trong việc khai thác năng lượng mặt trời

Chương 3: Thuật toán xác định và duy trì điểm làm việc cực đại của hệ thống điện

mặt trời nối lưới

Kết luận và kiến nghị

Tài liệu tham khảo

Phụ lục

Trang 18

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI

1.1 Nguồn năng lượng mặt trời

Năng lượng mặt trời là một trong các nguồn năng lượng tái tạo quan trọng nhất

mà thiên nhiên ban tặng cho hành tinh chúng ta Đồng thời nó cũng là nguồn gốc của các nguồn năng lượng tái tạo khác như năng lượng gió, năng lượng sinh khối, năng lượng các dòng sông,… Năng lượng mặt trời có thể nói là vô tận Tuy nhiên, để khai thác, sử dụng nguồn năng lượng này cần phải biết các đặc trưng và tính chất cơ bản của nó, đặc biệt khi tới bề mặt quả đất

1.1.1 Cấu trúc của mặt trời

chúng ta nhìn mặt trời dưới một góc mở là 31'59 Từ đó có thể tính được đường kính

tích của mặt trời lớn hơn thể tích quả đất 130.104 lần Từ định luật hấp dẫn người ta cũng tính được khối lượng của mặt trời là 1,989.1027 tấn, lớn hơn khối lượng quả đất 33.104 lần Mật độ trung bình của mặt trời là 1,4g/cm3, lớn hơn khối lượng riêng của nước (1g/cm3

) khoảng 50% Tuy nhiên mật độ ở các lớp vỏ khác nhau của mặt trời rất khác nhau Ở phần lõi của mặt trời, do bị nén với áp suất rất cao nên mật độ

Một cách khái quát có thể chia mặt trời thành hai phần chính: phần phía trong

và phần khí quyển bên ngoài (hình 1.1) Phần khí quyển bên ngoài lại gồm 3 miền và được gọi là quang cầu, sắc cầu và nhật miện Còn phần bên trong của nó cũng có thể chia thành 3 lớp và gọi là tầng đối lưu, tầng trung gian và lõi mặt trời Một số thông

số của các lớp của mặt trời được cho trên hình 1.1

Trang 19

Từ mặt đất nhìn lên ta có cảm giác mặt trời là một quả cầu lửa ổn định Thực ra bên trong mặt trời luôn luôn có sự vận động mạnh mẽ không ngừng Sự ẩn hiện của các đám đen, sự biến đổi của quầng sáng và sự bùng phát dữ dội của khu vực xung quanh các đám đen là bằng chứng về sự vận động không ngừng trong lòng mặt trời Ngoài ra, bằng kính thiên văn có thể quan sát được cấu trúc hạt, vật thể hình kim, hiện tượng phụt khói, phát xung sáng, luôn luôn thay đổi và rất dữ dội

1.1.2 Năng lượng mặt trời

Về mặt vật chất thì mặt trời chứa đến 78,4% khí Hydro (H2), Heli (He) chiếm 19,8%, các nguyên tố kim loại và các nguyên tố khác chỉ chiếm 1,8%

Năng lượng do mặt trời bức xạ ra vũ trụ là một lượng khổng lồ Mỗi giây nó phát

ra 3,865.1026J, tương đương với năng lượng đốt cháy hết 1,32.1016 tấn than đá tiêu chuẩn Nhưng bề mặt quả đất chỉ nhận được một năng lượng rất nhỏ và bằng

Trang 20

vật chất đã nhanh chóng bị ion hóa và chuyển động với năng lượng rất lớn Chúng va chạm vào nhau và gây ra hàng loạt các phản ứng hạt nhân Người ta đã xác định được nguồn năng lượng mặt trời chủ yếu do hai loại phản ứng hạt nhân gây ra Đó là các phản ứng tuần hoàn giữa các hạt nhân Cacbon và Nitơ (C.N) và phản ứng hạt nhân Proton.Proton

Khối lượng của mặt trời xấp xỉ 2.1027 tấn Như vậy để mặt trời chuyển hóa hết khối

năm Từ đó có thể thấy rằng nguồn năng lượng mặt trời là khổng lồ và vô tận

1.1.3 Phổ bức xạ mặt trời

Bức xạ mặt trời có bản chất là song điện từ, là quá trình truyền các dao động điện

từ trường trong không gian Trong quá trình truyền sóng, các vectơ cường độ điện trường và cường độ từ trường luôn luôn vuông góc với nhau và vuông góc với phương truyền của sóng điện từ Quãng đường mà sóng điện từ truyền được sau một chu kỳ dao động điện từ được gọi là bước sóng 

Trong chân không vận tốc truyền của sóng điện từ gần đúng bằng c = 3.108 m/s Còn trong môi trường vật chất, vận tốc truyền của sóng nhỏ hơn và bằng v = c/n, trong

Trang 21

hóa học và sinh học rất khác nhau Nói riêng trong vùng phổ nhìn thấy được, sự khác nhau về bước sóng gây cho ta cảm giác màu sắc khác nhau của ánh sáng Khi đi từ bước sóng dài µm đến giới hạn sóng ngắn µm ta nhận thấy màu sắc của ánh sáng thay đổi liên tục từ đỏ, cam, vàng, lục, lam, chàm, tím Mắt người nhạy nhất với ánh sáng màu vàng có bước sóng µm Sự phân bố năng lượng đối với các bước sóng khác nhau cũng khác nhau Bảng 1.1 cho thấy quan hệ giữa mật độ năng lượng của bức xạ điện từ phụ thuộc vào bước sóng của nó, còn bảng 1.2 là quan hệ giữa màu sắc của ánh sáng và bước sóng của nó Từ bảng 1.1 ta thấy rằng mật độ năng lượng bức xạ mặt trời chủ yếu phân bố trong dải bước sóng từ µmtử ngoại C,

tỷ lệ mật độ năng lượng 0,57% đến µm (hồng ngoại, tỷ lệ mật độ năng lượng 1,93%), còn ngoài vùng đó mật độ không đáng kể

Khi bức xạ mặt trời đi ngang qua tầng khí quyển bao quanh quả đất, nó bị các phân

tử khí, các hạt bụi, hấp thu hoặc bị làm tán xạ, nên phổ và năng lượng mặt trời khi đến bề mặt trái đất bị thay đổi rất đáng kể

Bảng 1.1: Phân bố phổ bức xạ mặt trời theo bước sóng

Trang 22

Bảng 1.2: Màu sắc và bước sóng của ánh sáng mặt trời

1.1.4 Đặc điểm của bức xạ mặt trời trên bề mặt quả đất

1.1.4.1 Phổ bức xạ mặt trời

Quả đất bị bao bọc xung quanh bởi một tầng khí quyển có chiều dày H khoảng

7991 km bao gồm các phần tử khí, hơi nước, các hạt bụi, các hạt chất lỏng, chất rắn và các đám mây,… Vì vậy, khi bức xạ mặt trời xuyên qua lớp khí quyển đó để đến được mặt đất thì năng lượng của nó bị thay đổi đáng kể

Trang 23

Hình 1.3: Định nghĩa các vĩ tuyến (a) và kinh tuyến (b)

Ở bên ngoài lớp khí quyển quả đất, năng lượng bức xạ mặt trời là hằng số và có giá

một đường cong lien tục có năng lượng chủ yếu nằm trong vùng bước sóng từ 0,1µm đến 3 µm (hình 1.3) Đường phân bố này gần giống đường phân bố phổ bức xạ của một vật đen tuyệt đối ở nhiệt độ 5726 K Cực đại của phổ bức xạ mặt trời nằm ở bước sóng

Khi các bức xạ mặt trời xuyên vào lớp khí quyển quả đất, gặp các phân tử khí, hơi nước, các hạt bụi, các hạt chất lỏng,…bị tán xạ, phản xạ và hấp thụ nên một phần năng lượng của nó không tới được mặt đất Đối với những ngày trong sáng thì sự suy giảm năng lượng của các tia bức xạ mặt trời do ba quá trình vật lý sau xảy ra một cách đồng thời:

 Sự hấp thụ chọn lọc do các phân tử hơi nước H2O,O2, O3 và CO2

 Sự tán xạ Rayleith trên các phan tử khí, các hạt bụi,

 Tán xạ Mie

Trang 24

Hình 1.4: Phổ bức xạ mặt trời bên trong và ngoài bầu khí quyển

Tán xạ Rayleith là sự tán xạ của tia mặt trời lên các phân tử khí hay các hạt bụi có kích thước rất nhỏ so với bước sóng  của bức xạ Theo lý thuyết Rayleith thì hệ số tán

xạ trong quá trình này tỉ lệ với Một cách gần đúng, có thể đánh giá rằng, 50% năng lượng của các tia bức xạ tán xạ bị mất đi khi đi qua lớp khí quyển trái đất, chỉ còn 50% đến được quả đất theo các hướng khác nhau, và được gọi là bức xạ nhiễu xạ hay bức

xạ tán xạ Sự tán xạ xảy ra trên các hạt bụi nói chung có kích thước lớn hơn rất nhiều

so với kích thước các phân tử khí nên việc tính toán trở nên rất khó khăn Vì kích thước và mật độ của chúng biến đổi từ vừng này sang vùng khác và còn phụ thuộc vào

độ cao và thời gian

Tán xạ Mie là tán xạ xảy ra khi kích thước của các hạt bụi lớn hơn bước sóng của bức xạ, khi đó sự suy giảm cưởng độ bức xạ do hai nguyên nhân: do sự tán xạ thực sự ( phân bố lại năng lượng mới) và do sự hấp thụ bức xạ bởi các hạt bụi Trong nguyên nhân thứ 2, một phần năng lượng của bức xạ biến thành nhiệt Phần bức xạ còn lại sau tán xạ Mie, hướng đến quả đất nên cũng được gọi là bức xạ nhiễu xạ

Do bức xạ bị hấp thu bởi các phần tử khí O2, O3 ở các vùng cao của lớp khí quyển nên vùng bước sóng tử ngoại µm trong phổ mặt trời đã bị biến mất khi đến mặt

Trang 25

quả của các quá trình nói trên làm cho cường độ bức xạ mặt trời tới mặt đất yếu đi rất nhiều so với ở ngoài vũ trụ và đường cong phân bố phổ của nó ở mặt đất không còn được lien tục như ở ngoài khí quyển quả đất, mà bị “xẻ” thành nhiều “rãnh” hoặc các

“vùng rãnh” như đã chỉ ra trên hình 1.3

Trong các ngày mây mù, sự suy giảm bức xạ mặt trời còn xảy ra mạnh hơn Một phần đáng kể bức xạ mặt trời bị phản xạ lại vũ trụ từ các đám mây, một phần khác bị các đám mây hấp thụ, phần còn lại truyền đến quả đất như là bức xạ nhiễu xạ Tổng các bức xạ mặt trời bị phản xạ trở lại vũ trụ do phản xạ và tán xạ từ các đám mây, từ các phân tử khí, từ các hạt bụi và từ mặt đất (bao gồm các vật cản như nhà cửa, cây cối, ) được gọi là Albedo của hệ khí quyển quả đất và có khoảng giá trị vào khoảng 30%

1.1.4.2 Sự giảm năng lượng mặt trời phụ thuộc vào độ dài đường đi của tia sáng qua lớp khí quyển( air mass)

Do các quá trình hấp thụ, tán xạ, phản xạ của tia mặt trời xảy ra khi nó đi qua lớp khí quyển nên cường độ bức xạ khi tới mặt đất phụ thuộc vào độ dài đường đi của tia trong lớp khí quyển Độ dài này laị phụ thuộc vào độ cao của mặt trời Ví dụ, khi mặt trời ở điểm Zenith (ở đỉnh đầu) thì các tia bức xạ mặt trời khi xuyên qua lớp khí quyển bị tán xạ và hấp thụ là ít nhất, vì đường đi ngắn nhất Còn ở các điểm “chân trời”, lúc mặt trời mọc hoặc lặn thì đường đi của tia bức xạ mặt trời qua lớp khí quyển

là dài nhất, nên bức xạ bị tán xạ và hấp thụ nhiều nhất Để đặc trưng cho sự mất mát

Trang 26

năng lượng phụ thuộc độ dài đường đi của tia bức xạ mặt trời qua lớp khí quyển

người ta đưa vào một đại lượng được gọi là “Air mass”, ký hiệu m (hay AM) và

được định nghĩa như sau:

Từ hình 1.4 ta thấy, nếu tia mặt trời đến điểm A trên mặt đất theo hướng BA,

thì airmass đối với vị trí đó của mặt trời và đối với điểm điểm A trên mặt đất có thể được xác định bởi công thức sau :

Trong đó: Bán kính quả đất, R= 6 370km; Chiều dày lớp khí quyển quả đất, H =7 991km;  : góc Zenith của mặt trời

Biểu thức (1.1) cho thấy, m có thể tính gần đúng nhờ các biểu thức đơn giản hơn sau:

Như vậy, giá trị của “Airmass” m và năng lượng bức xạ trực xạ mặt trời tương ứng đối với các vị trí mặt trời khác nhau là khác nhau, ví dụ:

Hình 1.5: Định nghĩa và cách xác định air mass

1.1.4.3 Cường độ bức xạ mặt trời biến đổi theo thời gian

Trang 27

Mô hình lý thuyết để tính toán cường độ bức xạ mặt trời trực tiếp gọi tắt là trực xạ được xây dựng dựa trên các tài liệu đo đạc khí tượng trong nhiều năm Mô

hình này dựa trên giả thiết cho rằng mặc dù các thông số khí quyển thay đổi từ miền này đến miền khác và từ thời gian này đến thời gian khác, nhưng hệ số truyền qua hiệu dụng của bầu trời thay đổi không nhiều Vì khi lượng nước có thể ngưng tụ

trong khí quyển giảm, thì lượng bụi lại tăng lên và ngược lại Theo định nghĩa “khí quyển chuẩn” (đối với ngày trong tháng) là khí quyển mà lượng hơi nước có thể

ngưng tụ là 15 mm, lượng Ozon là 2,5 mm, bụi có mật độ 300 hạt/cm3 và ở áp suất

Các công thức trên (1.2) và (1.3) chỉ áp dụng được cho các ngày trong sáng

1.1.4.4 Cường độ bức xạ mặt trời biến đổi theo không gian

Như đã phân tích, bức xạ nhiễu xạ tới mặt đất từ tất cả mọi phía của vòm bầu trời

và là do sự tán xạ, phản xạ của tia bức xạ mặt trời trong khí quyển quả đất Ngay cả những ngày trời đẹp nhất, khi bầu trời rất trong sáng, vẫn có bức xạ nhiễu xạ phụ thuộc vào lượng bụi, Ozon và hơi nước trong khí quyển Trong những ngày mây mù, lúc ta không nhìn thấy mặt trời, thì toàn bộ bức xạ đến được quả đất chỉ là bức xạ nhiễu xạ Việc tính toán bức xạ nhiễu xạ là rất khó khăn do thiếu các số liệu về bầu khí quyển Ngoài ra, do sự biến đổi của thời tiết nên sự phân bố bức xạ nhiễu xạ cũng biến đổi ngẫu nhiên theo không gian và thời gian Những công thức tính toán lý thuyết

Trang 28

thành phần này của bức xạ mặt trời đều phải dựa trên một số giả thiết để làm đơn giản bài toán Theo lý thuyết của Buckuist và King thì hệ số truyền qua , đặc trưng cho bức xạ nhiễu xạ tới một mặt phẳng nằm ngang trên mặt đất được xác định bởi biểu thức:

Trong đó: 0 = 1/m , m = airmass; KL: độ dày quang học (quang lộ) của lớp khí quyển; a1= tham số tán xạ dị hướng Mô hình lý thuyết này chỉ có giá trị đối với bầu trời không có mây mù

1.2 Các phương pháp khai thác, sử dụng năng lượng mặt trời

Việt Nam là một quốc gia đang phát triển, do đó nhu cầu năng lượng ngày càng tăng với tốc độ tăng trưởng khoảng (15-20)% Hiện tại chính sách quốc gia của Việt Nam về nhu cầu năng lượng dựa vào việc thiết lập hệ thống các nhà thủy điện, nhà máy nhiệt điện tua bin hơi và tua bin khí, một số nhà máy điện nguyên tử

Tuy nhiên, để đảm bảo phát triển bền vững và đặc biệt cân bằng được năng lượng của quốc gia trong tương lai, Việt Nam đã và đang tập trung nghiên cứu phát triển các nguồn năng lượng mới Trong đó, năng lượng mặt trời vẫn là một nguồn năng lượng tối ưu trong tương lai cho điều kiện Việt Nam trên phương diện địa dư và nhu cầu phát triển kinh tế Nguồn năng lượng này sẽ góp phần vào:

 Hạn chế hiệu ứng nhà kính và sự hâm nóng toàn cầu

 Giải quyết ô nhiễm môi trường do việc gia tăng dân số và phát triển xã hội của các quốc gia trên thế giới

 Bổ túc vào sự thiếu hụt năng lượng trong tương lai khi nguồn năng lượng trong thiên nhiên sắp bị cạn kiệt

Vị trí địa lý đã ưu ái cho Việt Nam nguồn năng lượng tái tạo vô cùng lớn, đặc biệt là năng lượng mặt trời Việt Nam nằm trong khu vực có cường độ bức xạ mặt trời tương đối cao, trong đó nhiều nhất phải kể đến TPHCM, tiếp đến là các vùng Tây Bắc (Lai Châu, Sơn La, Lào Cai)… Tuy nhiên, để khai thác nguồn năng lượng

Trang 29

này, đòi hỏi rất nhiều nỗ lực Những chuyển biến gần đây cho thấy, ứng dụng, khai thác năng lượng mặt trời đã có những bước tiến mới

Năng lượng mặt trời (NLMT) là nguồn năng lượng mà con người biết sử dụng từ rất sớm, nhưng ứng dụng NLMT vào các công nghệ sản xuất và trên quy mô rộng thì mới chỉ thực sự vào cuối thế kỉ 18 và cũng chủ yếu ở những nước nhiều NLMT, những vùng sa mạc Từ sau các cuộc khủng hoảng năng lượng thế giới năm 1968 và 1973, NLMT càng được đặc biệt quan tâm Các nước công nghiệp phát triển đã đi tiên phong trong việc nghiên cứu ứng dụng NLMT Các ứng dụng NLMT phổ biến hiện nay bao gồm các lĩnh vực chủ yếu sau:

1.2.1 Sử dụng hệ thống điện năng lượng mặt trời làm việc độc lập

Hệ thống điện năng lượng mặt trời độc lập là hệ nguồn không nối với mạng lưới điện quốc gia hay địa phương Hệ nguồn này được ứng dụng ở các khu vực không có lưới điện như ngoài đảo xa, khu vực miền núi, những nơi xa xôi, hẻo lánh Ngoài dàn pin mặt trời, trong một hệ nguồn điện mặt trời còn có các thành phần khác nhau như trong

sơ đồ dưới đây:

Hình 1.6: Sơ đồ khối tổng quát của một hệ nguồn điện một chiều

Trong thực tế, chúng ta đã gặp rất nhiều nguồn điện mặt trời độc lập Công nghệ nguồn loại này thường được ứng dụng cho các khu vực không có lưới điện công nghiệp hoặc cho các tải tiêu thụ đặc biệt có công suất nhỏ hay được ứng dụng trong các thiết bị sau:

1.2.1.1 Pin mặt trời

Trang 30

Hình 1.7: Pin mặt trời

Pin mặt trời là phương pháp sản xuất điện trực tiếp từ NLMT qua thiết bị biến đổi quang điện Pin mặt trời có ưu điểm là gọn nhẹ có thể lắp bất kỳ ở đâu có ánh sáng mặt trời, đặc biệt là trong lĩnh vực tàu vũ trụ Ứng dụng NLMT dưới dạng này được phát triển với tốc độ rất nhanh, nhất là ở các nước phát triển Ngày nay con người đã ứng dụng pin NLMT để chạy xe thay thế dần nguồn năng lượng truyền thống

Ở Việt Nam, với sự hỗ trợ của một số tổ chức quốc tế đã thực hiện thành công việc xây dựng các trạm pin mặt trời có công suất khác nhau phục vụ nhu cầu sinh hoạt

và văn hoá của các địa phương vùng sâu, vùng xa, nhất là đồng bằng sông Cửu Long

và Tây Nguyên Tuy nhiên hiện nay pin mặt trời vẫn đang còn là món hàng xa xỉ đối với các nước nghèo như chúng ta

1.2.1.2 Nhà máy nhiệt điện sử dụng năng lượng mặt trời

Tháp năng lượng mặt trời Nhà máy điện mặt trời

Hình 1.8 Nhà máy sử dụng Năng lượng mặt trời

1.2.1.3 Thiết bị sấy khô dùng NLMT

Trang 31

Hình 1.9: Lò sấy sử dụng NLMT

Hiện nay NLMT được ứng dụng khá phổ biến trong các lĩnh vực nông nghiệp để sấy các sản phẩm như ngũ cốc, thực phẩm… nhằm giảm tỷ lệ hao hụt và tăng chất lượng sản phẩm Ngoài mục đích để sấy các loại nông sản, NLMT còn được dùng để sấy các loại vật liệu như gỗ

1.2.1.4 Thiết bị chưng cất nước sử dụng NLMT

Hình 1.10: Thiết bị chưng cất nước dùng NLMT

Thiết bị chưng cất nước dùng NLMT Thiết bị chưng cất nước thường có 2 loại: loại nắp kính phẳng có chi phí cao (khoảng 23 USD/m2), tuổi thọ khoảng 30 năm, và loại nắp plastic có chi phí rẻ hơn nhưng hiệu quả chưng cất kém hơn

Ở Việt Nam đã có đề tài nghiên cứu triển khai ứng dụng thiết bị chưng cất nước NLMT dùng để chưng cất nước ngọt từ nước biển và cung cấp nước sạch dùng cho sinh hoạt ở những vùng có nguồn nước ô nhiễm với thiết bị chưng cất nước NLMT có gương phản xạ đạt được hiệu suất cao tại khoa Công nghệ Nhiệt Điện lạnh-Trường Đại học Bách khoa Đà Nẵng

1.2.1.5 Động cơ stirling chạy bằng NLMT

Trang 32

Hình 1.11 Động cơ stirling chạy bằng NLMT

Ứng dụng NLMT để chạy các động cơ nhiệt - động cơ Stirling ngày càng được nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi dùng để bơm nước sinh hoạt hay tưới cây ở các nông trại Ở Việt Nam động cơ Stirling chạy bằng NLMT cũng đã được nghiên cứu chế tạo

để triển khai ứng dụng vào thực tế Như động cơ Stirling, bơm nước dùng năng lượng mặt trời

Trang 33

Ở các vùng nông thôn của tỉnh Quảng Nam, Quảng Ngãi dự án phát triển rất tốt và ngày càng được nhân dân ủng hộ Trong năm 2002, trung tâm đã một số lượng khá lớn BTL vào sử dụng ở các xã huyện Núi Thành và triển khai ứng dụng ở các khu dân cư ven biển để họ có thể nấu nước, cơm và thức ăn bằng NLMT khi ra khơi

Trang 34

1.2.1.7 Thiết bị đun nước nóng bằng năng lượng mặt trời

Hình 1.13: Bình nước nóng Thái Dương Năng

Ứng dụng đơn giản, phổ biến và hiệu quả nhất hiện nay của NLMT là dùng để đun nước nóng Các hệ thống nước nóng dùng NLMT đã được dùng rộng rãi ở nhiều nước trên thế giới

Ở Việt Nam hệ thống cung cấp nước nóng bằng NLMT đã và đang được ứng dụng rộng rãi ở các thành phố lớn như: Hà Nội, Thành phố HCM và Đà Nẵng Các hệ thống này đã tiết kiệm cho người sử dụng một lượng đáng kể về năng lượng, góp phần rất lớn trong việc thực hiện chương trình tiết kiệm năng lượng của nước ta và bảo vệ môi trường chung của nhân loại

Hệ thống cung cấp nước nóng dùng NLMT hiện nay ở Việt nam cũng như trên thế giới chủ yếu dùng bộ thu cố định kiểu tấm phẳng hoặc dãy ống có cánh nhận nhiệt, với

nhiệt độ cao hơn thì hiệu suất còn thấp

Trang 35

1.2.1.8 Thiết bị làm lạnh và điều hòa không khí dùng NLMT

Hình 1.14: Thiết bị làm lạnh và điều hòa không khí dùng NLMT

Trong số những ứng dụng của NLMT thì làm lạnh và điều hoà không khí là ứng dụng hấp dẫn nhất vì nơi nào khí hậu nóng nhất thì nơi đó có nhu cầu về làm lạnh lớn nhất, đặc biệt là ở những vùng xa xôi héo lánh thuộc các nước đang phát triển không

có lưới điện quốc gia và giá nhiên liệu quá đắt so với thu nhập trung bình của người dân Với các máy lạnh làm việc trên nguyên lý biến đổi NLMT thành điện năng nhờ pin mặt trời (photovoltaic) là thuận tiện nhất, nhưng trong giai đoạn hiện nay giá thành pin mặt trời còn quá cao Ngoài ra các hệ thống lạnh còn được sử dụng NLMT dưới dạng nhiệt năng để chạy máy lạnh hấp thụ, loại thiết bị này ngày càng được ứng dụng nhiều trong thực tế, tuy nhiên hiện nay các hệ thống này vẫn chưa được thương mại hóa và sử dụng rộng rãi vì giá thành còn rất cao và hơn nữa các bộ thu dùng trong các

hệ thống này chủ yếu là bộ thu phẳng với hiệu suất còn thấp (dưới 45%) nên diện tích lắp đặt bộ thu cần rất lớn chưa phù hợp với yêu cầu thực tế

lượng mặt trời kiểu hộp phẳng mỏng cố định có gương phản xạ để ứng dụng trong kỹ thuật lạnh, với loại bộ thu này có thể tạo được nhiệt độ cao để cấp nhiệt cho máy lạnh hấp thụ, nhưng diện tích mặt bằng cần lắp đặt hệ thống cần phải rộng

1.2.2 Hướng nghiên cứu cho việc sử dụng Năng lượng mặt trời

Trong thời đại khoa học kỹ thuật phát triển, nhu cầu về năng lượng ngày càng tăng Trong khi đó các nguồn nhiên liệu dự trữ như than đá, dầu mỏ, khí thiên nhiên và ngay cả thủy điện thì có hạn khiến cho nhân loại đứng trước nguy cơ thiếu hụt năng

Trang 36

lượng Việc tìm kiếm và khai thác các nguồn năng lượng mới như năng lượng hạt nhân, năng lượng địa nhiệt, năng lượng gió và năng lượng mặt trời là một trong những hướng quan trọng trong kế hoạch phát triển năng lượng, không những đối với những nước phát triển mà ngay cả với những nước đang phát triển

Năng lượng mặt trời (NLMT)- nguồn năng lượng sạch và tiềm tàng nhất đang được loài người đặc biệt quan tâm Do đó việc nghiên cứu nâng cao hiệu quả các thiết

bị sử dụng năng lượng mặt trời và triển khai ứng dụng chúng vào thực tế là vấn đề có tính thời sự

Việt Nam là nước có tiềm năng về NLMT, nằm trong khu vực có cường độ bức xạ mặt trời tương đối cao, với trị số tổng xạ khá lớn từ 100-175 kcal/cm2.năm (4,2 -7,3GJ/m2.năm), do đó việc sử dụng NLMT ở nước ta sẽ đem lại hiệu quả kinh tế lớn Thiết bị sử dụng năng lượng mặt trời ở Việt Nam hiện nay chủ yếu là hệ thống cung cấp điện dùng pin mặt trời, hệ thống nấu cơm có gương phản xạ và đặc biệt là hệ thống cung cấp nước nóng kiểu tấm phẳng hay kiểu ống có cánh nhận nhiệt Nhưng nhìn chung các thiết bị này giá thành còn cao, hiệu suất còn thấp nên chưa được người dân sử dụng rộng rãi Hơn nữa, do đặc điểm phân tán và sự phụ thuộc vào các mùa trong năm của NLMT, ví dụ: mùa đông thì cần nước nóng nhưng NLMT ít, còn mùa

hè không cần nước nóng thì nhiều NLMT do đó các thiết bị sử dụng NLMT chưa có tính thuyết phục Sự mâu thuẫn đó đòi hỏi chúng ta cần chuyển hướng nghiên cứu dùng NLMT vào các mục đích khác thiết thực hơn như: chưng cất nước dùng NLMT, dùng NLMT chạy các động cơ nhiệt (động cơ Stirling), nghiên cứu hệ thống điều hòa không khí dùng NLMT Hệ thống lạnh hấp thụ sử dụng NLMT là một đề tài hấp dẫn

có tính thời sự đã và đang được nhiều nhà khoa học trong và ngoài nước nghiên cứu, nhưng vấn đề sử dụng bộ thu NLMT nào cho hiệu quả và thực tế nhất thì vẫn còn là một đề tài cần phải nghiên cứu

Vấn đề sử dụng NLMT đã được các nhà khoa học trên thế giới và trong nước quan tâm Mặc dù tiềm năng của NLMT rất lớn, nhưng tỷ trọng năng lượng được sản xuất từ NLMT trong tổng năng lượng tiêu thụ của thế giới vẫn còn khiêm tốn Nguyên nhân chính chưa thể thương mại hóa các thiết bị và công nghệ sử dụng NLMT là do còn tồn tại một số hạn chế lớn chưa được giải quyết :

Trang 37

 Giá thành thiết bị còn cao: vì hầu hết các nước đang phát triển và kém phát triển

là những nước có tiềm năng rất lớn về NLMT nhưng để nghiên cứu và ứng dụng NLMT lại đòi hỏi vốn đầu tư rất lớn, nhất là để nghiên cứu các thiết bị làm lạnh và điều hòa không khí bằng NLMT cần chi phí quá cao so với thu nhập của người dân ở các nước nghèo

 Hiệu suất thiết bị còn thấp: nhất là các bộ thu năng lượng mặt trời dùng để cấp nhiệt cho máy lạnh hấp thu cần nhiệt độ cao trên 850C thì các bộ thu phẳng đặt cố định bình thường có hiệu suất rất thấp, do đó thiết bị lắp đặt còn cồng kềnh chưa phù hợp với nhu cầu lắp đặt và về mặt thẩm mỹ Các bộ thu có gương parabolic hay máng parabolic trụ phản xạ bình thường thì thu được nhiệt độ cao nhưng vấn đề định vị hướng hứng nắng theo phương mặt trời rất phức tạp nên không thuận lợi cho việc vận hành

 Việc triển khai ứng dụng thực tế còn hạn chế: về mặt lý thuyết, NLMT là một nguồn năng lượng sạch, rẻ tiền và tiềm tàng, nếu sử dụng nó hợp lý sẽ mang lại lợi ích kinh tế và môi trường rất lớn Việc nghiên cứu về lý thuyết đã tương đối hoàn chỉnh Song trong điều kiện thực tiễn, các thiết bị sử dụng NLMT lại có quá trình làm việc không ổn định và không liên tục, hoàn toàn biến động theo thời tiết, vì vậy rất khó ứng dụng ở quy mô công nghiệp cũng như sử dụng cho các hộ dân cư

Để khai thác và sử dụng NLMT cần có một hệ thống lưới điện thông minh Khi có ánh sang mặt trời sẽ tạo ra năng lượng một chiều (DC), nguồn năng lượng môt chiều này được chuyển đổi thành điện năng xoay chiều (AC) bởi bộ nghịch lưu Bộ điều khiển có chức năng truyền năng lượng này đến phụ tải chính để cung cấp điện cho các thiết bị điện trong gia đình Đồng thời điện năng dư thừa được bán trở lại lưới điện qua đồng hồ đo để giảm hóa đơn tiền điện

Dòng điện sinh ra từ hệ thống pin mặt trời được sử dụng cho các thiết bị điện trong nhà để thay cho điện lưới Nếu công suất điện sinh ra lớn hơn công suất điện tiêu thụ thì lượng điện thừa sẽ được nạp vào hệ thống tồn trữ (ắc quy) Ngược lại, khi lượng điện tiêu thụ lớn hơn lượng điện mặt trời sinh ra( vào ban đêm, hay lúc trời nhiều mây…) thì dòng điện sẽ được lấy them từ lưới điện như bình thường hoặc từ hệ thống tồn trữ( nếu điện lưới bị cắt)

Trang 38

1.3 Kết luận chương 1

Năng lượng mặt trời là một dạng năng lượng tái tạo vô tận với trữ lượng lớn Đó

là một trong những nguồn năng lượng tái tạo vô tận nhất mà thiên nhiên ban tặng cho hành tinh chúng ta Đồng thời nó cũng là nguồn gốc của các nguồn năng lượng tái tạo khác như năng lượng gió, năng lượng sinh khối, năng lượng các dòng sông,… Năng lượng mặt trời có thể nói là vô tận Tuy nhiên, để khai thác, sử dụng nguồn năng lượng này cần phải biết các đặc trưng và tính chất cơ bản của nó, đặc biệt khi tới bề mặt quả đất

Chương 1 đã giới thiệu được các vấn đề:

- Cấu trúc của mặt trời và đặc điểm của nguồn năng lượng mặt trời

- Các phương pháp khai thác, sử dụng năng lượng mặt trời hiện nay

Trong đó tác giả cũng nhấn mạnh vẫn đề sử dụng hiệu quả nguồn năng lượng mặt trời

và hê thống điện mặt trời nối lưới là một phương thức sử dụng năng lượng mặt trời rất kinh tế Đây là lĩnh vực có xu hướng nghiên cứu để đưa vào sử dụng rộng rãi và cũng

là vấn đề mà luận văn nghiên cứu

Trang 39

CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ MẠCH ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT TRONG VIỆC

KHAI THÁC NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI

2.1 Các linh kiện điện tử thông dụng sử dụng trong hệ thống điện mặt trời nối

lưới

2.1.1 Điện trở

Điện trở là linh kiện thụ động không thể thiếu trong các mạch điện và điện tử,

chúng có tác dụng cản trở dòng điện, tạo sự sụt áp để thực hiện các chức năng khác tuỳ

theo vị trí của điện trở ở trong mạch Đơn vị:  (ôm)

Trong thực tế, điện trở được phân loại thành nhiều loại khác nhau như:

+ Điện trở thường : Điện trở thường là các điện trở có công suất nhỏ từ 0,125W

đến 0,5W Là loại điện trở thường sử dụng nhất Đặc điểm của nó là:

 Công suất hoạt động (tỏa nhiệt) thấp: 0.125W đến 0.5W

 Độ chính xác không cao: sai số thường dao động khoảng ± 5% trở lên

Trang 40

Hình 2.2: Điện trở công suất

+ Điện trở sứ, điện trở nhiệt : Là cách gọi khác của các điện trở công suất , điện trở này có vỏ bọc sứ, khi hoạt động chúng toả nhiệt

+ Điện trở dán: Là loại điện trở có kích thước cực nhỏ thường dùng trong những mạch đòi hỏi sự nhỏ gọn Đặc điểm của nó là:

 Công suất hoạt động (tỏa nhiệt) cực thấp: dưới 0.125W (dễ cháy nếu dùng không cẩn thận)

 Độ chính xác cực cao: sai số chỉ +/- 1% trở xuống

 Giá thành cao: cao hơn điện trở thông thường khoảng 20%

 Khó mua: thường thì chỉ có những chỗ chuyên bán hàng điện tử mới có bán

Hình 2.3: Điện trở dán

+ Biến trở (chiết áp)

Đây thực chất là một loại điện trở mà trị số của nó có thể thay đổi được Biến trở thường có các loại :1K Ohm, 10K Ohm, 100K Ohm,

Định dạng
Số trang	103
Dung lượng	2,47 MB