Nghiên cứu thiết kế hệ thống năng lượng điện mặt trời nối lưới nhằm đảm bảo cung cấp điện liên tục cho phụ tải

TÓM TẮTLuận văn tập trung các vấn đề liên quan đến “NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ HỆ THỐNG NĂNG LƯỢNG ĐIỆN MẶT TRỜI NỐI LƯỚI NHẰM ĐẢM BẢO CUNG CẤP ĐIỆN LIÊN TỤC CHO PHỤ TẢI ” bao gồm các nội dung

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP.HCM

-

TRẦN NGUYỄN TRUNG HIẾU

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ HỆ THỐNG NĂNG LƯỢNG ĐIỆN MẶT TRỜI NỐI LƯỚI NHẰM ĐẢM BẢO CUNG CẤP ĐIỆN LIÊN TỤC CHO

PHỤ TẢI

LUẬN VĂN THẠC SĨ Chuyên ngành: Kỹ thuật điện

Mã số ngành: 60520202

TP Hồ Chí Minh, ngày 19 tháng 11 năm 2017

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP.HCM

-

TRẦN NGUYỄN TRUNG HIẾU

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ HỆ THỐNG NĂNG LƯỢNG ĐIỆN MẶT TRỜI NỐI LƯỚI NHẰM ĐẢM BẢO CUNG CẤP ĐIỆN LIÊN TỤC CHO

PHỤ TẢI

LUẬN VĂN THẠC SĨ Chuyên ngành: Kỹ thuật điện

Mã số ngành: 60520202

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS NGUYỄN HÙNG

TP Hồ Chí Minh, ngày 19 tháng 11 năm 2017

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HCM

Cán bộ hướng dẫn khoa học: TS.NGUYỄN HÙNG

(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký)

Luận văn Thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Công nghệ TP HCM ngày … tháng … năm 2017

Thành phần Hội đồng đánh giá Luận văn Thạc sĩ gồm:

(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ Luận văn Thạc sĩ)

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá sau khi Luận văn đã được sửa chữa (nếu có)

Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

I- Tên đề tài:

“NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ HỆ THỐNG NĂNG LƯỢNG ĐIỆN MẶT TRỜI NỐI LƯỚI NHẰM ĐẢM BẢO CUNG CẤP ĐIỆN LIÊN TỤC CHO PHỤ TẢI ”

II- Nhiệm vụ và nội dung:

- Khảo sát tình hình khai thác và sử dụng năng lượng điện mặt trời trên thế giới và tại Việt Nam

- Tính toán thiết kế phần điện mô hình hệ thống điện mặt trời nối lưới

- Mô phỏng đáp ứng pin mặt trời và các đặc tính V-I và V-P của nó trên Matlab/Simulink

- Mô phỏng hệ thống pin mặt trời kết nối lưới cung cấp điện liên tục cho tải với cường độ bức xạ và nhiệt độ môi trường thay đổi

- Đánh giá kết quả mô phỏng và đề xuất

III- Ngày giao nhiệm vụ:

IV- Ngày hoàn thành nhiệm vụ:

V- Cán bộ hướng dẫn: TS NGUYỄN HÙNG

CÁN BỘ HUỚNG DẪN KHOA QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH

LỜI CAM ÐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng Tôi Các số liệu và kết quả nghiên cứu được trình bày trong Luận văn là trung thực và chưa từng được

Học viên thực hiện Luận văn

Trần Nguyễn Trung Hiếu

LỜI CẢM ƠN

Đầu tiên, xin chân thành cảm ơn Thầy TS NGUYỄN HÙNG đã tận tình

hướng dẫn, giúp đỡ và đóng góp những ý kiến quý báu cho quá trình thực hiện Luận văn này

Xin cám ơn quý Thầy, Cô đã trang bị cho Tôi các kiến thức quý báu trong quá trình học tập giúp Tôi đủ năng lực để thực hiện Luận văn này

Xin cảm ơn tập thể lớp 15SMĐ21 đã động viên và giúp đỡ Tôi trong quá trình thực hiện Luận văn này

Cuối cùng, xin cám ơn Trường Đại học Công nghệ Tp HCM; Khoa Cơ - Điện - Điện tử; Phòng Quản lý Khoa học - Đào tạo sau Đại học và Cơ quan nơi Tôi đang công tác đã tạo các điều kiện tốt nhất cho tôi thực hiện Luận văn này

Trần Nguyễn Trung Hiếu

TÓM TẮT

Luận văn tập trung các vấn đề liên quan đến “NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ

HỆ THỐNG NĂNG LƯỢNG ĐIỆN MẶT TRỜI NỐI LƯỚI NHẰM ĐẢM BẢO CUNG CẤP ĐIỆN LIÊN TỤC CHO PHỤ TẢI ” bao gồm các nội dung

như sau:

- Chương 1: Giới thiệu đề tài

- Chương 2: Tổng quan hệ điện năng lượng điện mặt trời

- Chương 3: Tính toán thiết kế sơ đồ nhất thứ lưới điện mặt trời kết lưới

- Chương 4: Mô phỏng điều phối công suất hệ điện mặt trời kết lưới cung cấp

điện liên tục cho tải

- Chương 5: Kết luận và hướng phát triển đề tài

ABSTRACT

Thesis focuses on the issues related to "Design of grid connected solar power system for continuous power supply " including the following contents:

Chapter 1: Introduction

Chapter 2: Overview of solar power system

Chapter 3: Design of solar power system one line

Chapter 4: Simulation of power dispatch of grid connected solar power

system for continuous power supply

Chapter 5: Conclusions and Future studies

MỤC LỤC

LỜI CAM ÐOAN i

LỜI CẢM ƠN ii

TÓM TẮT iii

MỤC LỤC v

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT viii

DANH SÁCH HÌNH VẼ ix

DANH SÁCH BẢNG xi

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI 1

1.1 Đặt vấn đề 1

1.2 Mục tiêu và nội dung nghiên cứu 3

1.3 Tính cấp thiết của đề tài 4

1.4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 4

1.5 Ý nghĩa của đề tài 5

1.5.1 Ý nghĩa khoa học 5

1.5.2 Ý nghĩa thực tiễn 5

1.6 Phương pháp nghiên cứu 5

1.7 Bố cục của luận văn 6

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN HỆ ĐIỆN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI 7

2.1 Cấu trúc mặt trời 7

2.2 Quỹ đạo của trái đất quanh mặt trời 9

2.3 Góc cao độ của mặt trời vào buổi trưa 10

2.4 Bức xạ mặt trời 11

2.5 Ứng dụng năng lượng mặt trời 15

2.5.1 Pin mặt trời 16

2.5.2 Nhà máy nhiệt điện sử dụng năng lượng mặt trời 17

2.5.3 Động cơ Stirling chạy bằng NLMT 18

2.5.4 Thiết bị đun nước nóng bằng NLMT 18

2.5.5 Thiết bị làm lạnh và điều hoà không khí dùng NLMT 19

2.6 Tình hình khai thác năng lượng mặt trời tại Việt Nam 20

2.7 Pin quang điện và hệ thống Pin quang điện kết nối lưới 24

2.7.1 Giới thiệu: 24

2.7.2 Sơ đồ thay thế đơn giản của PV 26

2.7.3 Sơ đồ thay thế của PV có xét đến các tổn hao 27

2.7.4 Module PV 28

2.7.5 Mảng PV 29

2.7.6 Nối nối tiếp nhiều module PV 29

2.7.7 Nối song song nhiều module PV 30

2.7.8 Nối hỗn hợp nhiều module PV 30

2.7.9 Các ảnh hưởng đến PV 31

2.7.10 Ảnh hưởng của cường độ chiếu sáng 31

2.7.11 Ảnh hưởng của nhiệt độ 32

2.7.12 Ảnh hưởng của hiện tượng bóng râm 32

3.1 Sơ đồ hệ thống điện mặt trời nối lưới 35

Hệ thống điện mặt trời 750 kW nối lưới trình bày trên Hình 3.1 bao gồm các thành phần: 35

3.2 Tính toán hệ thống điện mặt trời nối lưới 35

3.2.1 Chọn Pin mặt trời 35

3.2.2 Chọn bộ biến đổi DC/DC 37

3.2.3 Chọn bộ biến đổi DC/AC 3 pha 38

3.2.4 Chọn bộ lọc RL 42

3.2.5 Tính chọn máy biến áp 43

3.2.6 Tính chọn dây dẫn 44

Chương 4: MÔ PHỎNG ĐIỀU PHỐI CÔNG SUẤT HỆ ĐIỆN MẶT TRỜI KẾT LƯỚI CUNG CẤP ĐIỆN LIÊN TỤC CHO TẢI 53

4.1 Xây dựng mô hình hệ điện mặt trời kết nối lưới 53

4.2 Thông số tấm pin năng lượng 54

4.4 Thông số và giải thuật bộ điều khiển Inverter 56

4.5 Kết quả mô phỏng: 57

CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 62

5.1 KẾT LUẬN 62

5.2 Hướng phát triển đề tài 62

TÀI LIỆU THAM KHẢO 63

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

NLTT: Năng lượng tái tạo

NLMT: Năng lượng mặt trời

IGBT: Insulated Gate Bipolar Transistor

MBA: Máy biến áp

MPPT: Max Power Point Tracking ( Tìm điểm công suất cực đại)

DANH SÁCH HÌNH VẼ

Hình 1.1 Mô hình hệ thống năng lượng mặt trời hoạt động độc lập 2

Hình 1.2 Mô hình lưới điện siêu nhỏ với các nguồn năng lượng khác 3

Hình 2.1 Cấu trúc của mặt trời 7

Hình 2.2 Quỹ đạo trái đất quay quanh mặt trời 10

Hình 2.3 Quỹ đạo trái đất 10

Hình 2.4 Góc cao độ mặt trời 11

Hình 2.5 Dải bức xạ điện từ 12

Hình 2.6 Góc nhìn mặt trời 13

Hình 2.7 Quá trình truyền năng lượng bức xạ mặt trời qua lớp khí quyển của trái đất 14

Hình 2.8 Pin mặt trời 16

Hình 2.9 Nhà máy điện mặt trời 17

Hình 2.10 Tháp năng lượng mặt trời 17

Hình 2.11 Động cơ Stirling dùng NLMT 18

Hình 2.12 Hệ thống cung cấp nước nóng dùng NLMT 19

Hình 2.13 Hệ thống máy lạnh dùng NLMT 20

Hình 2.14 Phổ năng lượng mặt trời 24

Hình 2.15 Mô hình đơn giản của PV 25

Hình 2.16 Sơ đồ thay thế đơn giản của PV 26

Hình 2.17 Các tham số quan trọng của PV: dòng điện ngắn mạch, Isc và điện áp hở mạch, Voc 26

Hình 2.18 Mô hình thay thế PV có xét đến các tổn hao 27

Hình 2.19 Đặc tính PV có xét đến các ảnh hưởng của Rs và Rp 28

Hình 2.20 Module PV 28

Hình 2.21 Đặc tính của module PV 29

Hình 2.22 Các module PV được kết hợp nối tiếp với nhau 29

Hình 2.23 Các module PV được kết hợp song song với nhau 30

Hình 2.24 Các module PV được kết hợp hỗn hợp với nhau 31

Hình 2.25 Đặc tuyến V-I của PV với các cường độ chiếu sáng khác nhau và nhiệt

độ PV không đổi, 250

C 31 Hình 2.26 Đặc tuyến V-I của PV với các nhiệt độ khác nhau và cường độ chiếu sáng không đổi 1 kW/m2

32 Hình 2.27 Module PV với n PV trong trường hợp module không bị che khuất 33 Hình 2.28 Module PV với n PV trong trường hợp module bị che khuất một phần 33

DANH SÁCH BẢNG

Bảng 2.1 Bảng ngày số n của ngày đầu tiên của mỗi tháng 9 Bảng 2.2 Bảng thống kê góc δ của ngày 21 mỗi tháng 11 Bảng 2.3 Tiềm năng năng lượng mặt trời tại Việt Nam 21

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI

1.1 Đặt vấn đề

Ngày nay, nhu cầu sử dụng các nguồn năng lượng tái tạo đang tăng lên mạnh mẽ

do các nguồn năng lượng hóa thạch đang dần cạn kiệt và chúng gây ra những hậu quả về môi trường như hiệu ứng nhà kính, lũ lụt Trong các nguồn năng lượng tái tạo như năng lượng sinh khối, năng lượng địa nhiệt, gió, thủy điện nhỏ, năng lượng mặt trời đang dần trở nên rất phổ biến bởi vì chúng có nhiều ưu điểm trong phương pháp phát điện, chi phí bảo dưỡng thấp, an toàn cho người sử dụng, không gây ô nhiễm môi trường và đặc biệt nguồn tài nguyên này cực kỳ lớn

Ngành năng lượng điện của Việt Nam và thế giới hiện đang gặp phải những khó khăn như: nhu cầu năng lượng ngày càng tăng nhanh; sự khan hiếm của các nguồn nhiên liệu hóa thạch; sức ép phải giảm thải khí CO2 do ảnh hưởng đến môi trường Điều này đã thúc đẩy các nỗ lực tìm kiếm nguồn năng lượng khác thay thế bên cạnh việc sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả

Việt Nam có vị trí địa lý nằm gần xích đạo, có số giờ nắng trung bình 2.000 giờ/năm ở hầu hết các tỉnh Tại các khu vực đô thị lớn, tiềm năng năng lượng mặt trời có thể đạt 4,08 - 5,15 kWh/m2/ngày Điều này chứng tỏ rằng điều kiện tự nhiên của Việt Nam rất thuận lợi cho sự phát triển và sử dụng các năng lượng tái tạo nói chung và năng lượng mặt trời nói riêng Ngoài ra, có thể nhận thấy rằng năng lượng mặt trời là một trong những nguồn năng lượng có độ tin cậy cao, có thể dự đoán được và đặc biệt là có năng suất rất cao vào những giờ cao điểm về tiêu thụ điện Các nguồn năng lượng tái tạo nói chung và năng lượng mặt trời nói riêng ngày càng có tầm quan trọng hơn Tuy nhiên, do đặc thù riêng trong việc áp dụng nên phần lớn các công nghệ năng lượng mặt trời vẫn có giá khá cao và vẫn cần các biện pháp trợ giá để thúc đẩy phát triển trong tương lai Điều này thôi thúc các nhà khoa học không ngừng tìm tòi để nâng cao hiệu quả sử dụng nguồn năng lượng này Bên cạnh đó, việc kết nối lưới hệ thống điện năng lượng mặt trời cũng là một trong các giải pháp được xem xét cho bài toán kết nối lưới hệ thống năng lượng

điện mặt trời mà đang phải gánh chịu các chỉ trích mạnh mẽ liên quan đến ô nhiễm môi trường khi con người sử dụng các phương án lưu trữ thông qua Pin ắc-quy

Hệ thống năng lượng tái tạo (NLTT) ngày càng được sử dụng rộng rãi và phổ biến Hệ thống NLTT gồm nhiều nguồn năng lượng khác nhau như: năng lượng mặt trời, năng lượng gió, năng lượng thủy triều, địa nhiệt,… NLTT tận dụng các nguồn năng lượng thiên nhiên có thể tái tạo tuần hoàn để biến đổi thành điện năng cung cấp cho con người Các nguồn năng lượng tái tạo tồn tại khắp nơi trên nhiều vùng địa lý, ngược lại với các nguồn năng lượng khác chỉ tồn tại ở một số quốc gia Việc đưa vào sử dụng năng lượng tái tạo nhanh và hiệu quả có ý nghĩa quan trọng trong

an ninh năng lượng, giảm thiểu biến đổi khí hậu, và có lợi ích về kinh tế Hệ thống năng lượng tái tạo là cần thiết để cung cấp nguồn điện 1 cách liên tục hay phục vụ cho những vùng sâu, vùng xa hoặc hải đảo, biên giới

Hình 1.1 Mô hình hệ thống năng lượng mặt trời hoạt động độc lập

Do đó, hiện nay trên thế giới người ta đã sử dụng nhiều biện pháp để cung

cấp điện áp một cách liên tục Một trong những phương pháp đó là dùng hệ thống microgrid (lưới siêu nhỏ) để hoạt động một cách độc lập hay kết nối lưới tùy vào nhu cầu sử dụng

Trong các mô hình microgrid, mô hình các bộ nghịch lưu kết nối song song với nhau sử dụng các phương pháp chia tải khác nhau cũng đang rất phổ biến như phương pháp sử dụng giao tiếp truyền thông và phương pháp chia tải thụ động

Phương pháp chia tải thụ động như Droop control tỏ ra hữu hiệu khi dự đoán trước được công suất yêu cầu của hệ thống

Hình 1.2 Mô hình lưới điện siêu nhỏ với các nguồn năng lượng khác

Với các phân tích trên, cho thấy rằng giải pháp “Nghiên cứu thiết kế cho hệ

thống điện năng lượng điện mặt trời nối lưới nhằm đảm bảo cung cấp điện cho phụ tải” cũng không nằm ngoài mục tiêu chung đó, nhằm cung cấp công suất điện

tối đa trong mọi điều kiện môi trường và đặc biệt hơn là hệ thống điện năng lượng mặt trời này sẽ được nối lưới

1.2 Mục tiêu và nội dung nghiên cứu

Đề tài “Nghiên cứu thiết kế cho hệ thống điện năng lượng điện mặt trời nối

lưới nhằm đảm bảo cung cấp điện cho phụ tải” sẽ được thực hiện với các mục tiêu

và nội dung như sau:

- Khảo sát tình hình khai thác và sử dụng năng lượng điện mặt trời trên thế giới và tại Việt Nam

- Tính toán thiết kế hệ thống điện mặt trời nối lưới

- Mô phỏng đáp ứng pin mặt trời và các đặc tính V-I và V-P của nó trên

Matlab/Simulink

- Mô phỏng hệ thống pin mặt trời kết nối lưới cung cấp điện liên tục cho tải với cường độ bức xạ và nhiệt độ môi trường thay đổi

- Đánh giá kết quả mô phỏng và đề xuất

1.3 Tính cấp thiết của đề tài

Nhận thức được tầm quan trọng, lợi thế và lợi ích của các nguồn năng lượng tái tạo trước nhu cầu tiêu thụ điện ngày càng tăng phục vụ phát triển kinh tế, theo

dự báo tăng trưởng điện thương phẩm tại Việt Nam bình quân từ 10,5 - 11%, gần đây Chính phủ Việt Nam đã xem xét việc nghiên cứu, khảo sát, khuyến khích phát triển năng lượng mới và năng lượng tái tạo

Ngày nay, nguồn điện để phát triển kinh tế xã hội tại Việt Nam phụ thuộc rất lớn vào nguồn nhiệu liệu hóa thạch và khí chiếm 53,61%, và nguồn thủy điện chiếm 46,08% Tuy nhiên, nguồn điện sử dụng từ nguồn nhiên liệu hóa thạch và khí ngày càng cạn kiệt, giá thành cao; đối với nguồn thủy điện thì có diễn biến rất thất thường do biến đổi khí hậu toàn cầu Từ đó, năng lượng tái tạo xem như một nguồn năng lượng thay thế tất yếu trong hiện tại và tương lai

1.4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu của đề tài là một hệ thống pin quang điện mặt trời, một mảng gồm nhiều mô-đun với mỗi mô-đun có nhiều tế bào pin mặt trời kết nối với nhau theo một cấu hình cụ thể

Phạm vi nghiên cứu của đề tài là tìm điểm công suất cực đại của hệ thống điện năng lượng mặt trời dưới các điều kiện bức xạ và nhiệt độ khác nhau sao cho có thể tối ưu hóa năng lượng thu được Đồng thời, hệ thống điện năng lượng mặt trời này

sẽ được nghiên cứu để kết nối với lưới điện

1.5 Ý nghĩa của đề tài

1.5.1 Ý nghĩa khoa học

Việc tìm kiếm mô hình điện mặt trời kết với lưới điện để cung cấp liên tục cho tải và giảm giá thành đầu tư làm tăng cơ hội phát triển điện mặt trời và làm giảm biến động môi trường so với các nguồn năng lượng như thủy, nhiệt điện, hạt nhân…

Đồng thời, giải pháp kết nối hệ thống điện năng lượng mặt trời với lưới điện cũng góp phần chia sẻ gánh nặng về khả năng cung cấp điện của các nguồn điện truyền thống mà hoàn toán phù hợp với Quyết định số 2068/QĐ-TTg của Thủ tướng chính phủ về phê duyệt chiến lược phát triển năng lượng tái tạo của Việt Nam đến năm 2030, tầm nhìn đến năm 2050, trong đó liên quan trực tiếp đến định hướng phát triển nguồn năng lượng mặt trời để cung cấp điện cho hệ thống điện quốc gia

và khu vực biên giới, hải đảo, vùng sâu, vùng xa chưa thể cấp điện từ nguồn điện lưới quốc gia

1.6 Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu các tài liệu về hệ thống điện pin năng lượng mặt trời của Việt Nam

và các nước trên thế giới

Thiết kế mô hình hệ điện mặt trời nối lưới kết hợp với điện lưới điều phối công suất nhằm nâng cao hiệu quả của hệ năng lượng mặt trời

1.7 Bố cục của luận văn

Bố cục của luận văn gồm 5 chương:

- Chương 1: Giới thiệu đề tài

- Chương 2: Tổng quan hệ điện năng lượng mặt trời

- Chương 3: Tính toán thiết kế sơ đồ nhất thứ lưới điện mặt trời kết lưới

- Chương 4: Mô phỏng điều phối công suất hệ điện mặt trời kết lưới cung cấp

điện liên tục cho tải

- Chương 5: Kết luận và hướng phát triển đề tài

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN HỆ ĐIỆN NĂNG LƯỢNG MẶT

TRỜI2.1 Cấu trúc mặt trời

Mặt trời là một khối khí hình cầu có đường kính 1,390.106 km (lớn hơn 110 lần đường kính Trái đất), cách xa trái đất 150.106 km (bằng một đơn vị thiên văn

AU ánh sáng Mặt trời cần khoảng 8 phút để vượt qua khoảng này đến Trái đất) Khối lượng Mặt trời khoảng M0 =2.1030 kg Nhiệt độ T0 trung tâm mặt trời thay đổi trong khoảng từ 10.106 0K đến 20.106 0K, trung bình khoảng 15.600.000

0K Ở nhiệt độ như vậy vật chất không thể giữ được cấu trúc trật tự thông thường gồm các nguyên tử và phân tử Nó trở thành plasma trong đó các hạt nhân của nguyên tử chuyển động tách biệt với các electron Khi các hạt nhân tự do có va chạm với nhau sẽ xuất hiện những vụ nổ nhiệt hạch Khi quan sát tính chất của vật chất nguội hơn trên bề mặt nhìn thấy được của Mặt trời, các nhà khoa học đã kết luận rằng có phản ứng nhiệt hạch xảy ra ở trong lòng Mặt trời

Hình 2.1 Cấu trúc của mặt trời

Về cấu trúc, Mặt trời có thể chia làm 4 vùng, tất cả hợp thành một khối cầu khí khổng lồ, hình 2.1 Vùng giữa gọi là nhân hay “lõi” có những chuyển động đối lưu, nơi xảy ra những phản ứng nhiệt hạt nhân tạo nên nguồn năng lượng mặt trời, vùng

này có bán kính khoảng 175.000 km, khối lượng riêng 160 kg/dm3, nhiệt độ ước tính từ 14 đến 20 triệu độ, áp suất vào khoảng hàng trăm tỷ atmotphe

Vùng kế tiếp là vùng trung gian còn gọi là vùng “đổi ngược” qua đó năng lượng truyền từ trong ra ngoài, vật chất ở vùng này gồm có sắt (Fe), canxi (Ca), natri (Na), stronti (Sr), crôm (Cr), niken (Ni), cacbon ( C), silic (Si) và các khí như hiđrô (H2), hêli (He), chiều dày vùng này khoảng 400.000 km Tiếp theo là vùng

“đối lưu” dày 125.000 km và vùng “quang cầu” có nhiệt độ khoảng 6.000 0

K, dày 1.000 km, ở vùng này gồm các bọt khí sôi sục, có chỗ tạo ra các vết đen, là các hố xoáy có nhiệt độ thấp khoảng 4.500 0K và các tai lửa có nhiệt độ từ 7.000 0K -10.000 0K

Vùng ngoài cùng là vùng bất định và gọi là “khí quyển” của Mặt trời Nhiệt độ

bề mặt của Mặt trời là 5.762 0K nghĩa là có giá trị đủ lớn để các nguyên tử tồn tại trong trạng thái kích thích, đồng thời đủ nhỏ để ở đây thỉnh thoảng lại xuất hiện những nguyên tử bình thường và các cấu trúc phân tử Dựa trên cơ sở phân tích các phổ bức xạ và hấp thụ của Mặt trời người ta xác định được rằng trên mặt trời có ít nhất 2/3 số nguyên tố tìm thấy trên Trái đất Nguyên tố phổ biến nhất trên Mặt trời

là nguyên tố nhẹ nhất Hydrogen Vật chất của Mặt trời bao gồm khoảng 73,46% là Hydrogen và gần 24,85% là Hêlium, còn lại là các nguyên tố và các chất khác như Oxygen 0,77%, Carbon 0,29%, Iron 0,16%, Neon 0,12%, Nitrogen 0,09%, Silicon 0,07%, Magnesium 0,05% và Sulphur 0,04%

Nguồn năng lượng bức xạ chủ yếu của Mặt trời là do phản ứng nhiệt hạch tổng hợp hạt nhân Hyđrô, phản ứng này đưa đến sự tạo thành Hêli Hạt nhân của Hyđrô

có một hạt mang điện dương là proton Thông thường những hạt mang điện cùng dấu đẩy nhau, nhưng ở nhiệt độ đủ cao chuyển động của chúng sẽ nhanh tới mức chúng có thể tiến gần tới nhau ở một khoảng cách mà ở đó có thể kết hợp với nhau dưới tác dụng của các lực hút Khi đó cứ 4 hạt nhân Hyđrô lại tạo ra một hạt nhân Hêli, 2 Neutrino và một lượng bức xạ

Neutrino là hạt không mang điện, rất bền và có khả năng đâm xuyên rất lớn Sau phản ứng các Neutrino lập tức rời khỏi phạm vi mặt trời và không tham gia vào các “biến cố” sau đó

Trong quá trình diễn biến của phản ứng có một lượng vật chất của Mặt trời bị mất đi Khối lượng của Mặt trời do đó mỗi giây giảm chừng 4.106 tấn, tuy nhiên theo các nhà nghiên cứu, trạng thái của Mặt trời vẫn không thay đổi trong thời gian hàng tỷ năm nữa Mỗi ngày Mặt trời sản xuất một nguồn năng lượng qua phản ứng nhiệt hạch lên đến 9.1024 kWh (tức là chưa đầy một phần triệu giây Mặt trời đã giải phóng ra một lượng năng lượng tương đương với tổng số điện năng sản xuất trong một năm trên Trái đất)

2.2 Quỹ đạo của trái đất quanh mặt trời

Trái đất quay quanh mặt trời theo quỹ đạo hình elip, một vòng của trái đất quay quanh mặt trời là 365,2564 ngày Điểm trên quỹ đạo mà Trái đất gần mặt trời nhất gọi là điểm cận nhật, khoảng cách 146 triệu cây số và vào tháng 1 hàng năm Trái sẽ tới điểm này Điểm trên quỹ đạo mà Trái đất xa mặt trời nhất được gọi là điểm viễn nhật khoảng cách khoảng 152 triệu cây số và vào tháng 7 hằng năm sẽ tới điểm này

km

n d

*5

Bảng 2.1 Bảng ngày số n của ngày đầu tiên của mỗi tháng

Tháng Một Hai Ba Bốn Năm Sáu Bảy Tám Chín Mười Mười

một

Mười hai

n 1 32 60 91 121 152 182 213 244 274 305 335

2.3 Góc cao độ của mặt trời vào buổi trưa

Chúng ta đều biết mặt trời mọc ở hướng đông và lặn ở hướng tây và đạt điểm cao nhất của nó vào thời gian giữa trong ngày Trong hình 2.2 trái đất quay quanh mặt trời, khó có thể xác định góc của mặt trời so với mặt phẳng trái đất

Hình 2.2 Quỹ đạo trái đất quay quanh mặt trời

Một quan điểm khác để thuận tiện cho việc xác định, trong hình 2.3 trái đất là

cố định quay quanh trục Bắc-Nam Mặt trời nằm ở một số nơi trong không gian từ

từ di chuyển lên xuống như tiến độ mùa Vào ngày 21 tháng 6 (hạ chí) mặt trời đạt đến điểm cao nhất của nó và một tia kẻ từ trung tâm của trái đất đến trung tâm của mặt trời tạo thành với mặt phẳng xích đạo một góc bằng 23,45 độ Góc này thay đổi khi trái đất di chuyển và được gọi là góc thiên độ, ký hiệu là δ Nó nằm trong khoảng từ -23,45 độ đến 23,45 độ Và một cách tính xấp xỉ gần đúng cho rằng một năm có 365 ngày và đặt xuân phân vào ngày n = 81, góc δ sẽ được tính:

Từ công thức (2.3) ta có thể tính được góc δ

Bảng 2.2 Bảng thống kê góc δ của ngày 21 mỗi tháng

Tháng Một Hai Ba Bốn Năm Sáu Bảy Tám Chín Mười Mười

một

Mười hai

δ (độ) -20.1 -11.2 0 11.6 20.1 23.4 20.4 11.8 0 -11.8 -20.4 -23.4

Hình 2.3.1 không thể hiện được quỹ đạo quay của trái đất quanh mặt trời, nhưng nó lại thích hợp cho việc hiển thị các vĩ độ khác nhau và góc để tính toán thu nhận năng lượng mặt trời, cụ thể đó là góc cao độ βN của mặt trời vào buổi trưa Góc cao độ là góc giữa tia sáng mặt trời và đường chân trời

là sóng ngắn nhất trong các sóng đó Từ tâm mặt trời đi ra do sự va chạm hoặc tán

xạ mà năng lượng của chúng giảm đi và bây giờ chúng ứng với bức xạ có bước

sóng dài Như vậy, bức xạ chuyển thành bức xạ Rơngen có bước sóng dài hơn Gần đến bề mặt mặt trời nơi có nhiệt độ đủ thấp để có thể tồn tại vật chất trong trạng thái nguyên tử và các cơ chế khác bắt đầu xảy ra

Đặc trưng của bức xạ mặt trời truyền trong không gian bên ngoài mặt trời là một phổ rộng trong đó cực đại của cường độ bức xạ nằm trong dải 10-1-10µm và hầu như một nửa tổng năng lượng mặt trời tập trung trong khoảng bước sóng 0,38 - 0,78 μm đó là vùng nhìn thấy của phổ

Hình 2.5 Dải bức xạ điện từ

Chùm tia truyền thẳng từ Mặt trời gọi là bức xạ trực xạ Tổng hợp các tia trực

xạ và tán xạ gọi là tổng xạ Mật độ dòng bức xạ trực xạ ở ngoài lớp khí quyển, tính đối với với 1m2bề mặt đặt vuông góc với tia bức xạ, được tính theo công thức:

4 0

Ánh sáng nhìn thấy

Tia hồng ngoại Gần Xa

Radio Radio Sóng

ngắn

Sóng dài Năng lượng mặt trời

Trong đó:

: Góc nhìn mặt trời

C0=5,67 W/m2.K4: Hệ số bức xạ của vật đen tuyệt đối

T=5762 0K: Nhiệt độ bề mặt mặt (xem giống như vật đen tuyệt đối)

Hình 2.6 Góc nhìn mặt trời

Như vậy:

2 4

2

/ 1353 100

5762 67 5 4

60

* 360

32

* 14 3

* 2

m W

Khi truyền qua lớp khí quyển bao bọc quanh Trái đất, các chùm tia bức xạ bị hấp thụ và tán xạ bởi tầng ôzôn, hơi nước và bụi trong khí quyển, chỉ một phần năng lượng được truyền trực tiếp tới Trái đất Đầu tiên ôxy phân tử bình thường O2phân ly thành ôxy nguyên tử O2 để phá vỡ liên kết phân tử đó, cần phải có các photon bước sóng ngắn hơn 0,18μm, do đó các photon (xem bức xạ như các hạt rời rạc - photon) có năng lượng như vậy bị hấp thụ hoàn toàn Chỉ một phần các nguyên

tử ôxy kết hợp thành các phân tử, còn đại đa số các nguyên tử tương tác với các phân tử ôxy khác để tạo thành phân tử ôzôn O3, ôzôn cũng hấp thụ bức xạ tử ngoại

1,7%

β =

320

nhưng với mức độ thấp hơn so với ôxy, dưới tác dụng của các photon với bước sóng ngắn hơn 0,32μm, sự phân tách O3thành O2và O xảy ra Như vậy, hầu như toàn bộ năng lượng của bức xạ tử ngoại được sử dụng để duy trì quá trình phân ly và hợp nhất của O2 và O3, đó là một quá trình ổn định Do quá trình này, khi đi qua khí quyển, bức xạ tử ngoại biến đổi thành bức xạ với năng lượng nhỏ hơn

Các bức xạ với bước sóng ứng với các vùng nhìn thấy và vùng hồng ngoại của phổ tương tác với các phân tử khí và các hạt bụi của không khí nhưng không phá vỡ các liên kết của chúng, khi đó các photon bị tán xạ khá đều theo mọi hướng và một

số photon quay trở lại không gian vũ trụ Bức xạ chịu dạng tán xạ đó chủ yếu là bức

xạ có bước sóng ngắn nhất Sau khi phản xạ từ các phần khác nhau của khí quyển bức xạ tán xạ đi đến chúng ta mang theo màu xanh lam của bầu trời trong sáng và

có thể quan sát được ở những độ cao không lớn Các giọt nước cũng tán xạ rất mạnh bức xạ mặt trời Bức xạ mặt trời khi đi qua khí quyển còn gặp một trở ngại đáng kể nữa đó là do sự hấp thụ của các phần tử hơi nước, khí cácbônic và các hợp chất khác, mức độ của sự hấp thụ này phụ thuộc vào bước sóng, mạnh nhất ở khoảng giữa vùng hồng ngoại của phổ Phần năng lượng bức xạ mặt trời truyền tới bề mặt trái đất trong những ngày quang đãng (không có mây) ở thời điểm cao nhất vào

Hình 2.7 Quá trình truyền năng lượng bức xạ mặt trời qua lớp khí quyển của

trái đất

Yếu tố cơ bản xác định cường độ của bức xạ mặt trời ở một điểm nào đó trên Trái đất là quãng đường nó đi qua Sự mất mát năng lượng trên quãng đường đó gắn liền với sự tán xạ, hấp thụ bức xạ và phụ thuộc vào thời gian trong ngày, mùa, vị trí địa lý Các mùa hình thành là do sự nghiêng của trục trái đất đối với mặt phẳng quỹ đạo của nó quanh Mặt trời gây ra Góc nghiêng vào khoảng 66,50và thực tế xem như không đổi trong không gian Sự định hướng như vậy của trục quay trái đất trong chuyển động của nó đối với Mặt trời gây ra những sự dao động quan trọng về

độ dài ngày và đêm trong năm

2.5 Ứng dụng năng lượng mặt trời

Năng lượng mặt trời (NLMT) là nguồn năng lượng mà con người biết sử dụng

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

2 lĩnh vực chủ yếu:

Thứ nhất là năng lượng mặt trời được biến đổi trực tiếp thành điện năng nhờ các tế bào quang điện bán dẫn, hay còn gọi là Pin mặt trời, các Pin mặt trời sản xuất

ra điện năng một cách liên tục chừng nào còn có bức xạ mặt trời chiếu tới

Lĩnh vực thứ hai đó là sử dụng năng lượng mặt trời dưới dạng nhiệt năng, ở đây, chúng ta dùng các thiết bị thu bức xạ nhiệt mặt trời và tích trữ nó dưới dạng nhiệt năng để dùng vào các mục đích khác nhau

Việt Nam là nước có tiềm năng về NLMT, trải dài từ vĩ độ 80

Bắc đến 230 Bắc, 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 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, hệ thống cung cấp nước nóng, chưng cất nước dùng NLMT, dùng NLMT chạy

các động cơ nhiệt (động cơ Stirling), và ứng dụng NLMT để làm lạnh là đề tài hấp dẫn có tính thời sự đã và đang được nhiều nhà khoa học trong và ngoài nước nghiên cứu

mà đường điện quốc gia chưa có.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

2.5.2 Nhà máy nhiệt điện sử dụng năng lượng mặt trời

Hình 2.9 Nhà máy điện mặt trời

Điện năng còn có thể tạo ra từ NLMT dựa trên nguyên tắc tạo nhiệt độ cao bằng một hệ thống gương phản chiếu và hội tụ để gia nhiệt cho môi chất làm việc truyền động cho máy phát điện.Hiện nay trong các nhà máy nhiệt điện sử dụng NLMT có các loại hệ thống bộ thu chủ yếu sau đây:Hệ thống dùng parabol trụ để tập trung tia bức xạ mặt trời vào một ống môi chất đặt dọc theo đường hội tụ của bộ thu, nhiệt độ có thể đạt tới 4000C Hệ thống nhận nhiệt trung tâm bằng cách sử dụng các gương phản xạ có định vị theo phương mặt trời để tập trung NLMT đến bộ thu đặt trên đỉnh tháp cao, nhiệt độ có thể đạt tới trên 1.5000C Hệ thống sử dụng gương parabol tròn xoay định vị theo phương mặt trời để tập trung NLMT vào một bộ thu đặt ở tiêu điểm của gương, nhiệt độ có thể đạt trên 1.5000

C

Hình 2.10 Tháp năng lượng mặt trời

2.5.3 Động cơ Stirling chạy bằng NLMT

Hình 2.11 Động cơ Stirling dùng 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

2.5.4 Thiết bị đun nước nóng bằng NLMT

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 Hà Nội, TP 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 nước sử dụng 60oC thì hiệu suất của bộ thu khoảng 45%, còn nếu

sử dụng ở nhiệt độ cao hơn thì hiệu suất còn thấp

a)

b)

Hình 2.12 Hệ thống cung cấp nước nóng dùng NLMT

2.5.5 Thiết bị làm lạnh và điều hoà 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 vì 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 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 Ở Việt Nam cũng đã có một số nhà khoa học nghiên cứu tối ưu hoá bộ thu năng 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

Hình 2.13 Hệ thống máy lạnh dùng NLMT

2.6 Tình hình khai thác năng lượng mặt trời tại Việt Nam

Lãnh thổ Việt Nam kéo dài từ 8–230 vĩ Bắc, 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

Do đó, việc sử dụng năng lượng mặt trời ở nước ta sẽ đem lại hiệu quả kinh tế lớn Giải pháp sử dụng năng lượng mặt trời hiện đang được cho là giải pháp tối ưu Đây

là nguồn năng lượng sạch, không gây ô nhiễm môi trường và có trữ lượng vô cùng lớn Đồng thời, việc phát triển ngành công nghiệp sản xuất PV sẽ góp phần thay thế các nguồn năng lượng hóa thạch, giảm phát khí thải nhà kính và bảo vệ môi trường Đây được coi là nguồn năng lượng quý giá, có thể thay thế các dạng năng lượng cũ đang ngày càng cạn kiệt Các quốc gia trên thế giới đã sử dụng năng lượng mặt trời

như một giải pháp thay thế những nguồn tài nguyên truyền thống Tuy nhiên, Việt Nam mới chỉ khai thác khoảng 25% nguồn năng lượng tái tạo này Do lãnh thổ của Việt Nam trải dài nên tiềm năng về năng lượng mặt trời ở mỗi vùng cũng khác nhau, có thể chia ra thành 5 vùng với tiềm năng tại mỗi vùng như sau:

Bảng 2.3 Tiềm năng năng lượng mặt trời tại Việt Nam

Cùng với sự hỗ trợ của nhà nước (các Bộ, Ngành) và các tổ chức quốc tế, một

số tỉnh thành của Việt Nam đã thực hiện thành công việc xây dựng các trạm PV với công suất khác nhau phục vụ cho nhu cầu sinh hoạt và văn hóa của các địa phương vùng sâu, vùng xa và các công trình nằm trong khu vực không có lưới điện

Đi đầu trong việc phát triển ứng dụng này là ngành bưu chính viễn thông Các trạm PV phát điện được sử dụng làm nguồn cung cấp điện cho các thiết bị thu phát sóng của các bưu điện lớn, trạm thu phát truyền hình thông qua vệ tinh Trong ngành bảo đảm hàng hải, các trạm PV phát điện được sử dụng làm nguồn cấp điện cho các thiết bị chiếu sáng, cột hải đăng và đèn báo sông Trong ngành công nghiệp, các trạm PV phát điện được sử dụng làm nguồn cấp điện dự phòng cho các thiết bị

điều khiển trạm biến áp 500 kV, thiết bị máy tính và sử dụng làm nguồn cấp điện nối với điện lưới quốc gia Trong sinh hoạt của các hộ gia đình vùng sâu, vùng xa, các trạm PV phát điện được sử dụng để thắp sáng, nghe radio, xem truyền hình Trong ngành giao thông đường bộ, các trạm PV phát điện từng bước được sử dụng làm nguồn cấp điện cho các cột đèn đường chiếu sáng

Tại khu vực phía Nam, việc ứng dụng của các dàn PV phục vụ cho thắp sáng

và sinh hoạt văn hóa tại một số vùng nông thôn xa lưới điện Các trạm điện mặt trời này có công suất từ 500–1.000 Wp và được lắp đặt ở trung tâm xã Năng lượng điện

sẽ được nạp vào ắc qui và phục vụ cho các hộ gia đình sử dụng Các dàn PV có công suất từ 250–500 Wp thông thường được sử dụng để phục vụ cho thắp sáng tại các bệnh viện, trạm xá và các cụm văn hoá xã Đến nay có khoảng 800–1.000 dàn

PV đã được lắp đặt và sử dụng cho các hộ gia đình với công suất mỗi dàn từ 22,5–

70 Wp

Tại khu vực miền Trung, bức xạ mặt trời khá tốt và số giờ nắng cao, với điều kiện thực tế này, việc ứng dụng PV là rất thích hợp Hiện tại, khu vực miền Trung

có hai dự án lai ghép với PV có công suất lớn nhất Việt Nam, đó là:

- Dự án phát điện ghép giữa PV và thủy điện nhỏ với công suất 125 kW mà được lắp đặt tại xã Trang, huyện Mang Yang, tỉnh Gia Lai Trong đó, công suất của

hệ thống PV là 100 kWp và công suất của hệ thống thuỷ điện là 25 kW Dự án được đưa vào vận hành từ cuối năm 1999 và cung cấp điện cho 5 làng Hệ thống điện do Điện lực Mang Yang quản lý và vận hành

- Dự án phát điện lai ghép giữa PV và phát điện gió với công suất là 9 kW Trong đó, công suất của hệ thống PV là 7 kWp Dự án này được thực hiện bởi Viện Năng lượng và được lắp đặt tại làng Kongu 2, huyện Đak Hà, tỉnh Kon Tum Công trình đã được đưa vào sử dụng từ tháng 11/2000, cung cấp điện cho một bản người dân tộc thiểu số với 42 hộ gia đình Hệ thống điện được Sở Công thương tỉnh quản

lý và vận hành

- Ngoài ra, các dàn PV cũng đã được lắp đặt tại các tỉnh Gia Lai, Quảng Nam, Bình Định, Quảng Ngãi và Khánh Hòa với công suất mỗi hộ gia đình từ 40–50 Wp

Các dàn PV đã được lắp đặt tại các trung tâm cụm xã và các trạm y tế xã với công suất từ 200–800 Wp

Tại khu vực miền Bắc, việc ứng dụng của các dàn PV đang phát triển với tốc

độ khá nhanh mà phục vụ cho các hộ gia đình ở các vùng núi cao, hải đảo và trạm biên phòng Công suất của các dàn PV dùng cho các hộ gia đình là từ 40–75 Wp Các dàn PV dùng cho các trạm biên phòng, nơi hải đảo có công suất là từ 165–300

Wp Các dàn PV dùng cho các trạm xá và các cụm văn hóa thôn, xã là từ 165–525

để thắp sáng và truyền thông dưới sự quản lý và vận hành trực tiếp bởi các đơn vị

bộ đội

- Dự án PV cho các cơ quan hành chính và một số hộ dân của huyện đảo Cô

Tô Tổng công suất lắp đặt là 15 kWp Dự án do Viện Năng lượng thực hiện Công trình đã được đưa vào vận hành và sử dụng từ tháng 12/2001

- Bên cạnh đó, công ty BP Solar của Úc đã tài trợ một dự án PV có công suất

là 6.120 Wp phục vụ cho các trạm xá, trụ sở xã, trường học và khoảng 10 hộ gia đình Dự án trên được lắp đặt tại xã Sĩ Hai, huyện Hà Quảng, tỉnh Cao Bằng

- Dự án “Ứng dụng thí điểm điện mặt trời cho vùng sâu, vùng xa” tại xã Ái Quốc, tỉnh Lạng Sơn đã hoàn thành vào tháng 11/2002 Tổng công suất của dự án là 3.000 Wp mà đã được sử dụng để cung cấp điện cho trung tâm xã và trạm truyền hình

- Trung tâm Hội nghị Quốc gia cũng đã sử dụng điện mặt trời với tổng công suất PV là 154 kWp Đây là một công trình điện mặt trời lớn nhất tại Việt Nam

- Trạm PV nối lưới của Viện Năng lượng với tổng công suất là 1080 Wp

- Trạm PV nối lưới lắp đặt trên mái tòa nhà của Bộ Công thương, 54 Hai Bà Trưng, Quận Hoàn Kiếm, Hà Nội với tổng công suất là 2.700 Wp

2.7 Pin quang điện và hệ thống Pin quang điện kết nối lưới

2.7.1 Giới thiệu:

Mặt trời bức xạ năng lượng tương ứng với một dãy bức xạ rất rộng Tuy nhiên,

có thể nhận ra rằng không phải bức xạ nào cũng có thể tạo ra hiện tượng quang điện Thực tế, chỉ có những bức xạ với bước sóng,  có năng lượng lớn hơn mức năng lượng kích hoạt electron thì bức xạ ấy mới có khả năng tạo ra hiện tượng quang điện Hiện tượng ánh sáng, có bước sóng ngắn làm bật các electron ra khỏi mặt kim loại gọi là hiện tượng quang điện, các electron bị bật ra gọi là electron quang điện

Phổ năng lượng mặt trời tác động lên PV, hình 3.1 cho thấy rằng 20,2% năng lượng mặt trời tổn hao không có tác dụng do có năng lượng thấp hơn mức năng lượng tối thiểu để kích hoạt các electron ra khỏi trạng thái tĩnh của chúng (hv < Eg); 30,2% bị mất đi ở các vùng năng lượng (hv > Eg) và chỉ có 49,6% năng lượng hữu ích có thể được thu bởi PV

Hình 2.14 Phổ năng lượng mặt trời

Năng lượng mặt trời có thể được xem như là một trong các dạng quang năng

mà có thể được biến đổi thành điện năng Về cơ bản có 2 hình thức biến đổi:

- Quang năng được chuyển thành nhiệt năng và nhiệt năng được chuyển thành điện năng

- Quang năng được trực tiếp chuyển thành điện năng