Xây dựng mô hình động của hệ thống pin mặt trời có tính đến sự thay đổi các tham số cấu trúc

Tuy nhiên, hiện nay hầu hết t t c các nghiên cứu liên quan đến hệ thống điện ặt trời đều ử dụng ô hình ới các giá trị điện trở ký inh cố định được cho ởi nhà n xu t.. N ng lượng Mặt trời

Công trình được hoàn thành tại Trường Đại học Công nghiệp TP Hồ Chí Minh Người hướng dẫn khoa học: TS Nguyễn Trung Nhân

Người ph n iện 1: Người ph n iện 2:

u n n thạc được o ệ tại H i đồng ch o ệ u n n thạc Trường Đại học Công nghiệp thành phố Hồ Chí Minh ngày tháng n Thành phần H i đồng đánh giá lu n n thạc gồ :

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ tên học iên: VÕ THỊ ÁNH TUYẾT MSHV: 16003611

Ngày, tháng, n inh: 14/03/1979 Nơi inh: BÌNH DƯƠNG

Chuyên ngành: KỸ THUẬT ĐIỆN Mã chuyên ngành: 60520202

I TÊN ĐỀ TÀI:

Xây dựng ô hình đ ng của hệ thống pin ặt trời có tính đến ự thay đổi các tha

ố c u trúc

NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:

 Tì hiểu tổng quan ề c u tạo pin ặt trời à các phương pháp xây dựng ô hình toán học của nó

 Kh o át ự thay đổi của các thông ố c u trúc hệ thống đến hiệu u t là iệc của hệ thống pin ặt trời

 Đề xu t gi i pháp xây dựng ô hình toán học của t pin có tính đến ự thay đổi của các thông ố c u trúc do ự thay đổi điều kiện n hành

 Xây dựng ô hình trên Matla à ô phỏng kết qu kiể chứng

Tp Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 20 …

TS Nguyễn Trung Nhân

TRƯỞNG KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN

i

LỜI CẢM ƠN

Để có thể hoàn thành lu n n t cách hoàn chỉnh, ên cạnh ự nỗ lực cố gắng của

n thân còn có ự hướng dẫn nhiệt tình của quý Thầy Cô, cũng như ự đ ng iên ủng h của gia đình à ạn è trong uốt thời gian học t p nghiên cứu à thực hiện

lu n n thạc

Với tình c chân thành cho phép tôi gửi lời c ơn âu ắc tới:

 Khoa Công Nghệ Điện_Trường Đại Học Công Nghiệp TP HCM, cùng các gi ng iên đã t n tình chỉ dạy à tạo điều kiện giúp đỡ tôi trong quá trình học t p, nghiên cứu

 Đặc iệt tôi xin ày tỏ lòng iết ơn âu ắc đến TS Nguyễn Trung Nhân – người hướng dẫn à cũng là người đã luôn t n tình hướng dẫn, chỉ o, giúp đỡ à

đ ng iên tôi trong uốt quá trình nghiên cứu à hoàn thành lu n n này

 C ơn gia đình, ạn è à đồng nghiệp đã luôn khích lệ, đ ng iên à giúp đỡ tôi trong quá trình học t p à nghiên cứu

Mặc dù đã cố gắng r t nhiều, nhưng không tránh khỏi những thiếu ót, tôi r t ong

nh n được ự thông c , chỉ dẫn, giúp đỡ à đóng góp ý kiến của quý thầy cô, ạn

bè và đồng nghiệp để lu n n được hoàn thiện hơn

Xin chân thành c ơn!

TP HCM, tháng 07 năm 2018

Học viên thực hiện

Võ Thị Ánh Tuyết

ii

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ

u n n đưa ra t phương pháp ô hình hóa à ô phỏng t pin ặt trời Mục

tiêu chính là để tì ra các thông ố của phương trình phi tuyến I-V ằng cách điều

chỉnh đường cong đặc tính tại a điể : điể hở ạch, điể công u t cực đại và điể ngắn ạch Ba điể này được l y từ ng ố liệu của t pin thực tế Phương

pháp này đưa ra phương trình I-V tốt nh t ới ô hình quang điện (PV) t diode

có tính đến nh hưởng của điện trở nối tiếp và song song à o đ rằng công u t cực đại của ô hình phù hợp ới công u t cực đại của t pin thực tế Với các

thông ố của phương trình I-V đã được điều chỉnh, ta có thể xây dựng t mô hình

ạch quang điện PV ới t kỳ ô phỏng nào ằng cách ử dụng các khối toán học

cơ n u n n gồ có 6 chương:

 Trong chương đầu người đọc ẽ có cái nhìn tổng quan ề thực trạng ử dụng

n ng lượng điện hiện nay

 Chương 2 giới thiệu các định ngh a pin quang điện, ức xạ ặt trời à hệ thống

iii

ABSTRACT

This thesis proposes a method of modeling and simulation of photovoltaic arrays The ain o jecti e i to find the para eter of the nonlinear I–V equation by adjusting the curve at three points: Open circuit point, Maximum power point, Short circuit point Given these three points, which are provided by all commercial array data heet , the ethod find the e t I–V equation for the single-diode photovoltaic (PV) model including the effect of the series and parallel resistances, and warranties that the maximum power of the model matches with the maximum power of the real array With the parameters of the adjusted I–V equation, one can build a PV circuit model with any circuit simulator by using basic math blocks The thesis is organized through six chapters:

 The fir t chapter gives overview of the situation of the current electrical energy

 Chapter 2 i intended a an introduction to the u ject It define the photovoltaic process, introduces the main meteorological elements, the solar irradiance and presents an overview of PV systems (stand alone systems and grid connected systems)

 Chapter 3 focuses on an explicit modeling of solar cells Different models describing the operation and the behavior of the photovoltaic generator are presented

 Chapter 4 proposes the algorithm in a bid to determine the dynamic model of PV system

 Chapter 5 validates with experimental data of commercial PV arrays using Matlab software

 Finally, Chapter 6 is the conclusion and development

iv

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin ca đoan đây là công trình nghiên cứu của n thân tôi Các kết qu nghiên cứu à các kết lu n trong lu n n là trung thực, không ao chép từ t kỳ t nguồn nào à dưới t kỳ hình thức nào Việc tha kh o các nguồn tài liệu (nếu có)

đã được thực hiện trích dẫn à ghi nguồn tài liệu tha kh o đúng quy định

Học viên

Võ Thị Ánh Tuyết

v

MỤC LỤC

MỤC ỤC v

DANH MỤC HÌNH ẢNH vii

DANH MỤC BẢNG BIỂU ix

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT x

MỞ ĐẦU 1

1 Đặt n đề 1

2 Mục tiêu nghiên cứu 1

3 Đối tượng à phạ i nghiên cứu 1

4 Cách tiếp c n à phương pháp nghiên cứu 2

5 Ý ngh a thực tiễn của đề tài 2

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH NĂNG ƯỢNG ĐIỆN 3

1.1 Thực trạng ử dụng các nguồn n ng lượng trên thế giới 3

1.2 Xu hướng ử dụng n ng lượng trong tương lai 5

1.2.1 Thủy điện 6

1.2.2 N ng lượng inh khối 6

1.2.3 Địa nhiệt 7

1.2.4 N ng lượng đại dương 8

1.2.5 Điện ặt trời (PV) 8

1.2.6 Điện Mặt trời T p Trung (CSP) 9

1.2.7 Sưởi à là át ằng n ng lượng ặt trời 9

1.2.8 N ng lượng gió 9

1.3 Thực trạng khai thác n ng lượng ặt trời à pin ặt trời tại Việt Nam 10

1.3.1 Thực trạng 10

1.3.2 Phát triển công nghiệp điện ặt trời đến n 2025 11

1.4 Kết lu n 12

CHƯƠNG 2 PIN QUANG ĐIỆN 14

2.1 Định ngh a quang điện 14

2.1.1 Chiếu xạ à ức xạ ặt trời 14

2.1.2 Công nghệ pin quang điện 16

2.1.3 Hoạt đ ng của t tế ào quang điện 19

2.1.4 Pin quang điện à các odul quang điện 20

2.2 Giới thiệu ề hệ thống PV 24

2.2.1 Hệ thống PV đ c l p 25

2.2.2 Hệ thống PV kết nối lưới 30

vi

2.3 Kết lu n 31

CHƯƠNG 3 MÔ HÌNH HÓA, ĐẶC TÍNH VẬN HÀNH CỦA PIN QUANG ĐIỆN 32

3.1 Giới thiệu 32

3.2 Mô hình hóa pin quang điện 32

3.2.1 Mô hình lý tưởng 32

3.2.2 Mô hình có tổn th t thuần trở 34

3.2.3 Mô hình t pin quang điện PV thực tế 36

3.3 Đặc tính n hành 45

3.3.1 Đặc tính ô hình 1 (Phần 3.2.3.1) 46

3.3.2 Đặc tính ô hình 2 (Phần 3.2.3.2) 48

3.3.3 Đặc tính ô hình 3 (Phần 3.2.3.3) 49

3.3.4 Đặc tính ô hình 5 (Phần 3.2.3.5) 51

3.4 Các yếu tố nh hưởng đến đặc tính n hành của pin quang điện 52

3.4.1 Hiệu ứng chiếu xạ 52

3.4.2 Hiệu ứng nhiệt đ 52

3.4.3 Đặc tính n i của pin quang điện (Rs, RSh) 53

3.4.4 Hiệu ứng quang phổ 53

3.5 Kết lu n 53

CHƯƠNG 4 ĐỀ XUẤT GIẢI THUẬT XÁC ĐỊNH MÔ HÌNH ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG PIN QUANG ĐIỆN 55

4.1 Đề xu t 55

4.2 Xác định ô hình đ ng của hệ thống Pin quang điện 56

4.2.1 Điều chỉnh ô hình 56

4.2.2 Gi i pháp lặp Rs và RSh 57

4.2.3 Tiếp tục c i tiến ô hình 57

4.3 p gi i thu t xác định ô hình đ ng của hệ thống pin quang điện 58 4.4 Kết lu n 59

CHƯƠNG 5 MÔ PHỎNG KIỂM CHỨNG KẾT QUẢ 60

5.1 Mô phỏng dãy Pin quang điện PV 60

5.2 Kiể chứng ô hình 64

5.3 Kết lu n 70

KẾT UẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 71

1 Kết lu n 71

2 Hướng phát triển 72

TÀI IỆU THAM KHẢO 1

Ý ỊCH TRÍCH NGANG CỦA HỌC VIÊN 2

vii

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1 Nhu cầu n ng lượng trên thế giới 3

Hình 1.2 Tỉ lệ n ng lượng tái tạo dự kiến trong tổng n lượng điện toàn cầu, n 2016 4

Hình 1.3 Công u t n ng lượng tái tạo trên toàn thế giới, 2007-2017 5

Hình 1.4 Công u t thủy điện hiện có à phần ới ổ ung của 10 quốc gia có công u t t ng thê cao nh t, 2017 6

Hình 1.5 Công u t phát điện inh học toàn cầu theo ùng, 2006-2016 7

Hình 1.6 Công u t n ng lượng địa nhiệt t ng thê , 10 quốc gia đứng đầu, 2016 7

Hình 1.7 Công u t điện ặt trời hiện có à phần ới ổ ung hằng n , 2007-2017 8

Hình 1.8 Công u t CSP toàn cầu, 2007-2017 9

Hình 1.9 Công u t điện gió toàn cầu à ổ ung hằng n , 2007-2017 [1] 10

Hình 2.1 Đường đi của chiếu xạ 15

Hình 2.2 Pin ilicon đơn tinh thể 16

Hình 2.3 Hiệu u t của tinh thể Silicon 17

Hình 2.4 Thị phần của tinh thể ilicon 17

Hình 2.5 Thị phần của phi ỏng 19

Hình 2.6 Hiệu u t các loại pin t liệu khác nhau ở phòng thí nghiệ 21

Hình 2.7 Pin, odul à t pin quang điện 21

Hình 2.8 Dạng đặc tính của I-V 22

Hình 2.9 Đặc tính pin ặt trời Ipv-Vpv 23

Hình 2.10 Hệ thống PV ghép trực tiếp 25

Hình 2.11 Hệ thống PV đ c l p ới acquy DC à t i AC 26

Hình 2.12 Hệ thống PV kết nối lưới không t p trung 31

Hình 2.13 Hệ thống PV kết nối lưới t p trung [3] 31

Hình 3.1 Mạch tương đương đơn gi n hóa pin ặt trời 33

Hình 3.2 Mạch tương đương đơn gi n hóa của pin quang điện ới R s 34

Hình 3.3 Mạch tương đương đơn gi n hóa pin ặt trời (Rs, RSh) 37

Hình 3.4 Đặc tính I–V ới 3 điể lưu ý: điể ngắn ạch (0, Isc), điể công u t cực đại MPP (Vmp, Imp), à điể hở ạch (Voc, 0) 38

Hình 3.5 Mạch tương đương ô hình 2 diode 44

Hình 3.6 Ví dụ c u trúc dãy quang điện PV 46

Hình 3.7 Đặc tính I=f(V) và P=f(V) ở điều kiện STC (T à G không đổi) 47

Hình 3.8 Ảnh hưởng khi chiếu xạ ặt trời thay đổi 47

Hình 3.9 Ảnh hưởng khi nhiệt đ thay đổi 47

viii

Hình 3.10 Đặc tính I=f(V) và P=f(V) dưới điều kiện STC (T à G không đổi) 48

Hình 3.11 Ảnh hưởng khi chiếu xạ thay đổi 48

Hình 3.12 Ảnh hưởng khi nhiệt đ thay đổi 49

Hình 3.13 Ảnh hưởng khi chiếu xạ à nhiệt đ thay đổi 49

Hình 3.14 Đặc tính I=f(V) và P=f(V) dưới điều kiện STC (T à G không đổi) 50

Hình 3.15 Ảnh hưởng khi chiếu xạ thay đổi 50

Hình 3.16 Ảnh hưởng khi nhiệt đ thay đổi 50

Hình 3.17 Đặc tính I=f(V) và P=f(V) 51

Hình 3.18 Kết qu ô phỏng đặc tính I=f(V) và P=f(V) 51

Hình 3.19 Đặc tính I=f(V) và P=f(V) giữa thực nghiệ à ô phỏng 51

Hình 4.1 Gi i thu t được ử dụng để điều chỉnh ô hình I-V 58

Hình 5.1 Sơ đồ ạch ô hình dãy pin quang điện PV ới nguồn dòng điều khiển à khối tính toán gi i phương trình I-V 60

Hình 5.2 Đặc tính P-V ới các giá trị Rs và RSh khác nhau 61

Hình 5.3 Đường cong I-V ới các giá trị Rs và RSh khác nhau 62

Hình 5.4 Pmax = f(Rs) ới I = Imp và V = Vmp 62

Hình 5.5 Đường cong I-V đã điều chỉnh ới 3 điể lưu ý 63

Hình 5.6 Đường cong P-V đã điều chỉnh ới 3 điể lưu ý 63

Hình 5.7 Đường cong ô hình I-V à dữ liệu thực nghiệ của dãy pin quang điện KC200GT khi nhiệt đ thay đổi, 1000 W/ 2 65

Hình 5.8 Đường cong ô hình I-V à dữ liệu thực nghiệ của dãy pin quang điện KC200GT khi ức xạ thay đổi, 250C 65

Hình 5.9 Đường cong ô hình I-V à dữ liệu thực nghiệ của dãy pin quang điện MSX60 khi nhiệt đ thay đổi, 1000 W/ 2 66

Hình 5.10 Đường cong mô hình P-V à dữ liệu thực nghiệ của dãy pin quang điện MSX60 khi nhiệt đ thay đổi, 1000 W/ 2 67

Hình 5.11 Sai ố của ô hình đề xu t (đường cong A) à của [5] (đường cong B) cho dãy pin n ng lượng ặt trời Kyocera KC200GT tại 250C, 1000 W/m2 68

Hình 5.12 Sai ố của ô hình đề xu t (đường cong A) à của [5] (đường cong B) cho dãy pin n ng lượng ặt trời Kyocera KC200GT tại 750 C, 1000 W / m2 68

Hình 5.13 Sai ố của ô hình đề xu t (đường cong A) à của [5] (đường cong B) cho dãy pin n ng lượng ặt trời Solarex MSX60 tại 250 C, 1000 W /m269 Hình 5.14 Sai ố của ô hình đề xu t (đường cong A) à của [5] (đường cong B) cho dãy pin n ng lượng ặt trời Solarex MSX60 tại 750 C, 1000 W /m2 69

ix

DANH MỤC BẢNG BIỂU

B ng 3.1 Thông ố ng PV Sie en SM110-24 46

B ng 5.1 Thông ố dãy pin quang điện KC200GT ở 25oC 60

B ng 5.2 Thông ố ô hình đã điều chỉnh của dãy pin quang điện KC200GT ở điều kiện chuẩn 64

x

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

CSP Nhà áy điện t p trung nhiệt ặt trời

MPP Điể công u t cực đại

PV Pin ặt trời (Photo oltaic)

có nhiệ ụ iến đổi quang n ng thành điện n ng t chiều Về ặt c u tạo, t

t pin quang điện được tạo nên từ r t nhiều cell án dẫn kết nối ong ong à nối tiếp ới nhau Số lượng cell án dẫn trong ỗi t pin được xác định theo công

u t danh định ngõ ra của t pin Để kh o át đặc tính là iệc, các chế đ n hành cũng như nghiên cứu các gi i pháp để đ o tối ưu lượng công u t điện phát ra của t t pin n ng lượng ặt trời ở cùng t điều kiện ức xạ ặt trời ngõ ào thì iệc xây dựng ô hình toán của nó là ô cùng cần thiết

2 Mục tiêu nghiên cứu

Pin ặt trời là thành phần quan trọng nh t của t hệ thống điện ặt trời Tuy nhiên hiệu u t n hành của pin ặt trời (tỷ trọng giữa điện n ng ngõ ra của t pin o ới ức xạ n ng lượng ặt trời nh n được trên ề ặt t pin) không chỉ phụ thu c ào công nghệ chế tạo ra t pin à còn phụ thu c ào cách thức chúng

ta n hành nó (điể n hành trên đặc tính của t pin) Để xác định đặc tính n hành theo lý thuyết của các t pin, người ta tiến hành xây dựng ô hình toán dựa trên các thành phần c u tạo nên t pin Việc xây dựng ô hình toán của t pin

ph i đ o ao cho quá trình x y ra trong ô hình ph i tương đồng ới quá trình

x y ra trong hệ thống thực ( ô hình t lý) Từ ô hình toán của t pin các nhà nghiên cứu ẽ đưa ra các phương pháp thiết kế điều khiển ao cho có thể khai thác tối đa nguồn n ng lượng inh ra từ t pin

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Hiện nay r t nhiều tài liệu đã đề c p đến iệc xây dựng ô hình toán của t t pin ặt trời, trong đó các nhà nghiên cứu đã đề xu t t ô hình tương đối hoàn chỉnh ới các đại lượng đặc trưng được t t c các thông ố t lý của t t pin

ặt trời thực tế Trong các thông ố đặc trưng của t t pin ặt trời thì hai thành

2

phần điện trở ký inh nối tiếp à ong ong là đại lượng được quan tâ nh t Các giá trị điện trở này nh hưởng r t nhiều đến đặc tính cũng như hiệu u t là iệc của t pin Với ỗi t t pin, các giá trị điện trở này không chỉ phụ thu c ào công nghệ chế tạo cu nhà n xu t à còn phụ thu c ào điều kiện n hành Tuy nhiên, hiện nay hầu hết t t c các nghiên cứu liên quan đến hệ thống điện ặt trời đều ử dụng ô hình ới các giá trị điện trở ký inh cố định được cho ởi nhà n

xu t Điều này dẫn đến các kết qu ô phỏng từ ô hình toán học ẽ không át ới thực tế n hành, đặc iệt khi các điều kiện n hành thay đổi Với thực tế này, iệc nghiên cứu gi i pháp để xây dựng ô hình đ ng của t t pin n ng lượng ặt trời theo điều kiện n hành thực tế là r t cần thiết

4 Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu

Đ chính xác của ô hình toán là yếu tố r t quan trọng, ô hình càng chính xác ẽ cho ra ai ố giữa kết qu ô phỏng à thực tế n hành càng nhỏ Trong khi đó, khi n hành hệ thống thực các thông ố hệ thống có thể thay đổi theo điều kiện n hành Do đó, ô hình toán của hệ thống cần có tha ố đ ng để đáp ứng được yêu cầu ề tính chính xác khi điều kiện n hành của t pin thay đổi Đây cũng chính

là ục tiêu của lu n n này u n n ẽ t p trung nghiên cứu gi i pháp xây dựng

ô hình toán học ới tha ố điện trở ký inh đ ng theo điều kiện n hành thực của hệ thống t pin Gi i pháp đề xu t ẽ được ô phỏng kiể chứng dựa trên phần ề Matla

5 Ý nghĩa thực tiễn của đề tài

Về ặt ị trí địa lý, Việt Na được hưởng t nguồn N TT ô cùng lớn, đặc iệt

là n ng lượng Mặt trời N ng lượng Mặt trời có nhiều ưu điể như: Có tự nhiên, ạch, chi phí nhiên liệu à o dưỡng th p, thân thiện ới con người nói riêng cũng như ạn t xung quanh… Phát triển ngành công nghiệp n xu t n ng lượng từ pin mặt trời (PV) ẽ góp phần thay thế t phần các nguồn n ng lượng hóa thạch, gi phát khí th i nhà kính, o ệ ôi trường Vì thế, đây được coi là nguồn n ng lượng quý giá, có thể thay thế dần những dạng n ng lượng cũ đang ngày càng cạn kiệt

3

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH NĂNG LƯỢNG ĐIỆN

N ng lượng là dòng áu nuôi ống nền kinh tế Kinh tế càng phát triển, nhu cầu

n ng lượng càng cao Dự áo nhu cầu n ng lượng thế giới ẽ t ng hơn 1/3 ào 2035

o ới hiện nay (Hình 1.1), t ng nhiều ở khu ực châu Á, ức t ng ở Trung Quốc,

Ấn Đ à Trung Á có thể lên đến 60%

Hình 1.1 Nhu cầu n ng lượng trên thế giới [1]

Công u t n ng lượng tái tạo lắp đặt ới đạt kỷ lục trong n 2016 ới 161 GW,

t ng tổng công u t n ng lượng tái tạo toàn cầu thê gần 9% o ới n 2015 Nổi

t nh t là n ng lượng ặt trời, chiế 47% tổng công u t lắp đặt ới, tiếp theo là

n ng lượng gió 34% à thủy điện 15,5% Đây là n thứ 5 liên tiếp, đầu tư ào công u t phát điện ới từ n ng lượng tái tạo ( ao gồ thủy điện) cao g p đôi đầu

tư ào điện n xu t từ nhiên liệu hóa thạch Tổng ức đầu tư cho n ng lượng tái tạo đã đạt 249,8 tỷ USD Hiện nay, hàng n thế giới t ng công u t lắp đặt ới từ

n ng lượng tái tạo nhiều hơn từ t t c các nguồn nhiên liệu hóa thạch g p lại

Chi phí đầu tư cho điện ặt trời à điện gió đang gi r t nhanh Kỷ lục ề các hồ

ơ dự thầu cho dự án n ng lượng ặt trời đã được ghi nh n ở Argentina, Chile, Ấn

Đ , Jordan, Ả-r p Xê-út à Các tiểu ương quốc Ả-r p Thống nh t, ới giá thầu ở

t ố thị trường gi xuống dưới 0,03 USD/kWh Cùng lúc, ngành điện gió đã

4

chứng kiến giá ua điện th p kỷ lục ở t ố quốc gia như Chi-lê, Ấn Đ , Mexico

và Ma-rốc Giá th p kỷ lục đạt được từ các nhà thầu dự án điện gió ngoài khơi tại Đan Mạch à Hà an, đã đưa ngành công nghiệp của Châu Âu đến gần hơn ục tiêu n xu t điện gió ngoài khơi rẻ hơn điện than ào n 2025

N 2016 là n thứ a liên tiếp, phát th i khí CO2 toàn cầu từ nhiên liệu hóa thạch à công nghiệp không đổi trong khi đó kinh tế toàn cầu t ng trưởng 3% à nhu cầu n ng lượng cũng t ng Điều này có thể chủ yếu do gi tiêu thụ n ng lượng từ than à t ng công u t n ng lượng tái tạo đồng thời c i thiện hiệu qu ử dụng n ng lượng Việc tách ối quan hệ giữa t ng trưởng kinh tế à phát th i CO2

là ước đầu tiên quan trọng hướng đến gi ạnh phát th i để giữ nhiệt đ trái đ t

Điện hạt nhân

Sinh khối truyền thống

N ng lượng tái tạo ới

Điện gió/ ặt trời/ inh khối/ địa nhiệt/đại dương

X ng inh học cho n t i

Thủy điện Nhiên liệu hóa thạch

Mặt trời/ inh khối/ địa nhiệt

5

thống, được ử dụng chủ yếu cho iệc n u n à ưởi ùng nông thôn ở các nước đang phát triển, chiế kho ng 7,8%,-2.4% o ới n 2015 (Hình 1.2)

Hình 1.3 Công u t n ng lượng tái tạo trên toàn thế giới, 2007-2017 [2]

Công u t n ng lượng tái tạo t ng lớn nh t tại n 2017, ước tính kho ng 178 GW được lắp đặt trên toàn thế giới, nâng tổng công u t gần 9% trong n 2016 N ng lượng ặt trời PV đã dẫn đầu, gần g p đôi n ng lượng gió (ở ị trí thứ hai), à thê than, khí đốt à điện hạt nhân kết hợp trong n 2017 Tổng công u t n ng lượng tái tạo t ng hơn g p đôi trong th p kỷ 2007 – 2017 (Hình 1.3)

Nhiên liệu hóa thạch ph i được giữ trong lòng đ t nếu thế giới nghiê túc thực thi các ca kết ề khí h u Thay ì đầu tư ào nhiên liệu hóa thạch hoặc điện hạt nhân như gi i pháp để đáp ứng “phụ t i nền”, cần t p trung nỗ lực ào phát triển n ng lượng tái tạo có kh n ng chuyển phát đồng thời áp dụng các lựa chọn linh hoạt để

qu n lý lưới điện ới tỉ trọng lớn n ng lượng tái tạo Khi các nỗ lực được t ng cường để cung c p các dịch ụ n ng lượng hiện đại cho hàng tỷ người còn thiếu điện, điều cốt yếu là ưu tiên n ng lượng tái tạo à các công nghệ tối đa hoá tính linh hoạt của hệ thống, đồng thời áp dụng các công nghệ có hiệu u t ử dụng n ng lượng cao nh t

Tổng công

u t toàn cầu Tổng toàn cầu

Đại dương, CSP, à địa nhiệt Sinh khối

Mặt trời PV Gió Thủy điện

1.2.2 Năng lượng sinh khối

S n xu t nhiên liệu inh học toàn cầu phục hồi au đợt gi trong n 2015 Điện inh khối tiếp tục phát triển ạnh, đặc iệt là ở Châu Âu à Châu Á, cụ thể là Hàn Quốc Ứng dụng dầu thực t hydro hóa (HVO) à khí ê tan inh học trong giao thông t ng lên trong uốt n 2016 Công u t à n lượng của điện inh khối toàn cầu đều t ng kho ng 6% ào n 2016, trong khi ứng dụng n ng lượng inh học hiện đại trong ưởi t ng ch lại những n gần đây, gi xuống còn kho ng 1% ỗi n (Hình 1.5)

Thê ới 2017 Tổng 2016

7

Hình 1.5 Công u t phát điện inh học toàn cầu theo ùng, 2006-2016 [2]

1.2.3 Địa nhiệt

S n lượng điện từ n ng lượng địa nhiệt toàn cầu ước tính kho ng 78 TWh trong

n 2016 Tuy nhiên, ngành công nghiệp này tiếp tục chịu gánh nặng ởi rủi ro ốn

có trong th dò à phát triển dự án cũng như thiếu iện pháp gi nhẹ những rủi

ro này D u n của loại n ng lượng này trong n 2016 là lượng công u t t ng lên

đáng kể ở Indone ia à Thổ Nh Kỳ, à hoạt đ ng ở r ng hoặc hoàn thành các hệ

thống ưởi ằng địa nhiệt ở t ố quốc gia Châu Âu (Hình 1.6)

Hình 1.6 Công u t n ng lượng địa nhiệt t ng thê , 10 quốc gia đứng đầu, 2016 [2]

8

1.2.4 Năng lượng đại dương

Trong khi nhiều công ty trên thế giới ử dụng công nghệ n ng lượng đại dương à triển khai các thiết ị c i tiến ới, ngành công nghiệp này ẫn tiếp tục đối ặt ới những thách thức dài hạn Trong đó thách thức lớn nh t là n đề tài chính do chi phí rủi ro tương đối cao, chi phí đầu tư của dự án lớn à ự yêu cầu c i tiến ề quy hoạch, thủ tục c p phép à phê duyệt

1.2.5 Điện mặt trời (PV)

Như đã đề c p, trong n 2017, PV n ng lượng ặt trời là đ ng lực thúc đẩy N ng lượng ặt trời PV đã có t n ang tính ước ngoặt , n 2017 Ít nh t 98 GW (dòng t chiều) công u t pin ặt trời đã được ổ ung trên toàn thế giới - tương đương ới iệc lắp đặt hơn 40.000 t pin ặt trời ỗi giờ Vào cuối n nay, tổng công u t pin ặt trời trên toàn thế giới đạt ít nh t 402 GW (+ t ng 33%) = hơn c công u t ổ ung của nhiên liệu hóa thạch à n ng lượng hạt nhân kết hợp lại (Hình 1.7)

Hình 1.7 Công u t điện ặt trời hiện có à phần ới ổ ung hằng n ,

2007-2017 [2]

Tổng toàn cầu

Tổng công

u t toàn cầu

Thê hàng n Dung lượng các

n trước

9

1.2.6 Điện Mặt trời Tập Trung (CSP)

N 2017, 100 MW công u t từ trực tuyến, nâng công u t toàn cầu lên kho ng 4,9 GW (Hình 1.8)

Hình 1.8 Công u t CSP toàn cầu, 2007-2017 [2]

1.2.7 Sưởi ấm và làm mát bằng năng lượng mặt trời

N 2016, lắp đặt các công nghệ ưởi à là át ằng n ng lượng ặt trời tiếp tục ở r ng toàn cầu, ới doanh ố t ng nh y ọt tại t ố thị trường ới nổi,

gồ Argentina, Trung Đông, à các khu ực ở Đông à Trung Phi Tuy nhiên, các thị trường đã phát triển lại gặp nhiều thách thức trong n 2016 do giá dầu à khí đốt th p Trung Quốc tiếp tục giữ ị trí dẫn đầu, chiế kho ng 75% tổng công u t

t ng thê toàn cầu

1.2.8 Năng lượng gió

Mặc dù điện gió đã có t n tương đối khiê tốn o ới n 2015 à n 2016,

nó ẫn ạnh thứ a, ới hơn 52 GW thê trên toàn cầu trong n 2017, t ng tổng

ố toàn cầu kho ng 11% ới 539 GW (Hình 1.9)

Tổng toàn cầu

Phần còn lại của thế giới Tây Ban Nha

Mỹ

10

Hình 1.9 Công u t điện gió toàn cầu à ổ ung hằng n , 2007-2017 [2]

Việt Na là t trong các quốc gia có tiề n ng đáng kể ề n ng lượng ặt trời, phía Bắc ình quân có kho ng từ 1.800-2.100 giờ nắng/n , phía Na (từ Đà Nẵng trở ào) ình quân từ 2.000-2.600 giờ nắng/n [3]

1.3.1 Thực trạng

Nhìn t cách khái quát, lượng ức xạ ặt trời ở các tỉnh phía Bắc gi 20% o

ới các tỉnh iền Trung à iền Na , không phân phối đều quanh n Vào ùa đông, ùa xuân ưa kéo dài dẫn đến nguồn ức xạ ặt trời dường như không đáng

kể, chỉ còn kho ng 1 - 2 kWh /m2/ngày, yếu tố này là c n trở lớn cho iệc ứng dụng điện ặt trời

Tuy nhiên, điều này không x y ra đối ới các tỉnh phía Na à TP Hồ Chí Minh

do có ặt trời chiếu quanh n , ổn định kể c ào ùa ưa Có thể kết lu n rằng,

ức xạ ặt trời là t nguồn tài nguyên to lớn cho các tỉnh iền Trung à iền

Na trong quá trình phát triển ền ững

Tuy còn non trẻ, ong ngành công nghiệp điện ặt trời ở Việt Na cũng đã đạt được những thành tựu ước đầu đáng kể, trong đó TP Hồ Chí Minh ới nguồn "tài nguyên nắng” dồi dào, các điều kiện thu n lợi ề cơ ở hạ tầng cũng như ch t lượng

Tổng toàn cầu

Thêm hàng

n Dung lượng các n trước

11

lực lượng n xu t… đây là t trung tâ có tiề n ng phát triển ngành công nghiệp n ng lượng ặt trời nh t trong c nước Vì y, TP Hồ Chí Minh được đánh giá là t “điể tựa”, đ t phá cho ngành công nghiệp điện ặt trời Việt Na

ới l trình 20 n

Đến nay, ngành công nghiệp điện ặt trời ở TP Hồ Chí Minh đã tạo dựng được

t ố cơ ở n xu t tiêu iểu như: nhà áy n xu t Module PV, quy mô công nghiệp đầu tiên tại Việt Na , cơ ở hạ tầng công nghiệp n xu t chế tạo các thiết

ị điện tử ngoại i, phục ụ cho điện ặt trời xây dựng dựa trên ự hợp tác giữa Solar à Công ty CP Na Thái Hà, nhà áy “Solar Material Incorporated” có kh

n ng cung c p c hai loại Silic khối ( ono and ulti -cry talline) ử dụng cho công nghiệp n xu t PV Có thể kể đến t ố n phẩ tiêu iểu như odul PV, các thiết ị ngoại i Inveter, thiết ị điện ặt trời nối lưới công nghệ SIPV đã chiế

l nh t phần thị trường trong nước à ước đầu ươn ra thị trường trong khu ực

à thị trường thế giới

Theo đánh giá của các nhà khoa học, công nghiệp pin ặt trời ở TP HCM đã gần đi

ào hoàn thiện, hiện chỉ còn thiếu hai khâu trong t quy trình công nghiệp khép kín, đó là tinh chế quặng ilic từ cát à chế tạo phiến PV từ phiến ilic Nếu hoàn thiện nốt hai khâu trên, Việt Na ẽ trở thành t trong ố ít những nước ở châu Á

có nền công nghiệp chế tạo PV khép kín [3]

1.3.2 Phát triển công nghiệp điện mặt trời đến năm 2025

Hướng đến iệc xây dựng ngành công nghiệp điện ặt trời Việt Na lên hàng đầu khu ực à cạnh tranh thế giới ề công nghệ à n lượng ào n 2025, các nhà

qu n lý à các nhà khoa học đã đưa ra chiến lược phát triển kích cầu công nghiệp điện ặt trời Việt Na , dự th o đề cương chương trình điện ặt trời iêu công u t 2010-2025 Dự th o đã ạch ra các ục tiêu cụ thể của chương trình là, khai thác hiệu qu điện ặt trời, đ o an ninh n ng lượng quốc gia trong ọi tình huống (250 MWp = 456,25 tỷ KWh/n ), cùng ới lưới điện khí hóa 100% toàn lãnh thổ Việt Na ào n 2025

n ng lượng ới của Việt Na à thế giới

Ngoài ra, còn có t ố dự án khác như dự án xây dựng nhà áy n xu t phiến PV (Solar Cell) à ng PV (Solar Module), nhà áy chế tạo ch o nhiệt điện ặt trời 10kW & 25kW công nghệ Stirling, dự án xây dựng nhà áy chế tạo thiết ị phụ trợ phát triển điện ặt trời, dự án xe taxi điện - điện ặt trời, dự án 10.000 thuyền câu

ực, ánh áng tiết kiệ n ng lượng từ điện ặt trời à gió Điện ặt trời là đích tới của loài người trong 20 - 30 n tới, đó cũng là t thời gian tối thiểu để xây dựng à phát triển nền công nghiệp điện ặt trời TP Hồ Chí Minh nói riêng à của Việt Na nói chung Việt Na cần ph i trở thành t nước có nền công nghiệp

n ng lượng ặt trời tiên tiến, cạnh tranh thế giới, dựa trên chính tiề n ng n ng lượng ặt trời dồi dào của ình [3]

Đồng hành cùng xu hướng toàn cầu ề đầu tư n ng lượng tái tạo, Việt Na đã đưa

ra quan điể ưu tiên phát triển nguồn điện ử dụng n ng lượng tái tạo, tạo đ t phát trong iệc đ o an ninh n ng lượng quốc gia, góp phần o tồn tài nguyên n ng lượng, gi thiểu tác đ ng tiêu cực tới ôi trường n xu t điện Dù chiế tỷ trọng khiê tốn nhưng N TT luôn trên đà phát triển T ng nhanh nh t là điện ặt trời (điện n ng phát ra t ng ình quân hằng n từ pin ặt trời (photo oltaic – PV) và

từ các nhà áy điện t p trung nhiệt ặt trời (concentrating olar ther al power – CSP), kế đến là điện gió à nhiên liệu inh học Dù N TT có nhược điể khó khắc phục là hiệu u t khai thác ké ì không ổn định như n ng lượng ặt trời chỉ có thể khai thác ào an ngày, thủy điện ph i có đủ nước à gió không ph i lúc nào cũng đủ ạnh để chạy các tur ine…, nhưng N TT ẫn đang được đầu tư nghiên

13

cứu à khuyến khích ử dụng trên toàn thế giới nhằ gi phụ thu c ào dầu ỏ,

gi ô nhiễ ôi trường Và vì nhu cầu à xu hướng ề n ng lượng nói trên, iệc nghiên cứu triển khai áp dụng n ng lượng thay thế trong đó có n ng lượng ặt trời

là r t cần thiết Đây cũng chính là đ ng cơ để tôi nghiên cứu đề tài “Xây dựng ô hình đ ng của hệ thống pin ặt trời có tính đến ự thay đổi các tha ố c u trúc’’,

là t yêu cầu ang tính c p thiết trong ối c nh nguồn tỷ trọng nguồn ặt trời chiế càng nhiều

14

CHƯƠNG 2 PIN QUANG ĐIỆN

Quang điện là ự iến đổi ánh áng trực tiếp thành điện n ng Nó ử dụng t liệu

h p thụ photon của ánh áng à phát ra điện tích electron, từ đó tạo ra máy phát điện Thành phần cơ n của áy phát điện này được gọi là pin quang điện (PV)

Bức xạ ặt trời ao gồ photon ang n ng lượng Eph được cho ằng phương trình sau [4]:

15

Việc đo lường chiếu xạ ặt trời được thực hiện ằng cách dùng học nh t xạ kế cho

ức xạ toàn cầu hoặc trực xạ kế cho ức xạ trực tiếp Tích phân của chiếu xạ ặt trời trong t kho ng thời gian gọi là ức xạ ặt trời

Hiệu u t của t thiết ị quang điện phụ thu c ào phân ố phổ ức xạ ặt trời Các nghiên cứu ề tác dụng của ức xạ ặt trời trên thiết ị quang điện r t khó kh n do quang phổ của ánh áng ặt trời trên ề ặt trái đ t chịu nh hưởng

ởi các yếu tố như ự thay đổi nhiệt đ à ự nh hưởng của không khí Trong không gian ngoài trái đ t, ở kho ng cách trung ình giữa ặt trời à trái đ t, n ng lượng ặt trời chiếu xạ x p xỉ 1.353 kW/ 2

Trên ề ặt của trái đ t, ức xạ x p xỉ 1kW/m2 (đây chỉ là t giá trị tha kh o, như chiếu xạ trên ề ặt của trái đ t phụ thu c ào nhiều yếu tố)

Cường đ à phân ố phổ của ức xạ ặt trời phụ thu c ào ị trí địa lý, thời gian, ngày trong n , điều kiện khí h u, các thành phần của không khí, đ cao, à nhiều yếu tố khác Do các yếu tố này nh hưởng ức xạ ặt trời, ự phân ố phổ chỉ là ước lượng trung ình để tha kh o trong iệc đánh giá à o ánh các thiết ị PV

Sự phân ố AM1.5 được xe là tiêu chuẩn trong ngành công nghiệp điện ặt

Hình 2.1 Đường đi của chiếu xạ [4]

Module quang điện Mặt đ t

Chiếu xạ trực tiếp

Phân tử không khí Bụi

Giọt nước Tinh thể đá

Chiếu xạ ph n chiếu từ ặt đ t

Tán xạ

16

trời B ng ố liệu thường cho thông tin ề các đặc tuyến à đáp ứng của thiết ị PV trong điều kiện chuẩn (STC), ngh a là ức xạ 1000 W/ 2, quang phổ AM1.5 ở nhiệt

đ 25oC

2.1.2 Công nghệ pin quang điện

Thành phần cơ n của t hệ thống quang điện (PV) là các pin ặt trời chuyển đổi n ng lượng ặt trời trực tiếp thành dòng điện trực tiếp M t t pin ặt trời thông thường ao gồ t lớp tiếp giáp PN được hình thành từ t t liệu án dẫn tương tự như t diode V t liệu bán dẫn được ử dụng r ng rãi nh t trong pin

ặt trời là ilicon Mỗi t liệu có hiệu u t và chi phí khác nhau Pin ặt trời có

r t nhiều loại t liệu:

 Silicon đơn tinh thể (c-Si) (Hình 2.2)

Đây là t liệu có ẵn r t phổ iến

Hình 2.2 Pin ilicon đơn tinh thể [4]

Hiệu u t của nó ị giới hạn ởi nhiều yếu tố Hiệu u t pin ặt trời ilicon cao nh t vào kho ng 23%, t ố t liệu án dẫn khác lên đến 30%, điều này phụ thu c ào ước óng và t liệu án dẫn

Trong hình 2.3 là hiệu u t của tinh thể ilic phát triển từ n 1977 đến n 2010

Tiếp điể Phi chống ph n xạ

Bán dẫn N

ớp tiếp giáp PN

Bán dẫn P

17

Hình 2.3 Hiệu u t của tinh thể Silicon [4]

Hình 2.4 Thị phần của tinh thể Silicon [4]

 Tế ào đa tinh thể

Nó cũng được gọi là polysilicon Trong trường hợp này, ilicon nóng ch y được đúc thành thỏi Sau đó, nó thành đa tinh thể Các pin này có hiệu u t chuyển đổi th p hơn o ới các pin đơn tinh thể Silicon đơn à đa tinh thể có đ tin c y cao cho các ứng dụng n ng lượng ngoài trời Thị phần Silicon đa tinh thể được thể hiện trong hình 2.4

18

Pin ặt trời dạng phi ỏng (TFSC), còn được gọi là t pin quang điện phi ỏng (TFPV), là pin ặt trời được là ằng t liệu phi ỏng ới đ dày t vài  hoặc ít hơn Các pin này thường được dùng là:

a Silicon ô định hình (a-Si) à phi ỏng khác (TF-Si) Hiệu u t của pin ặt trời ô định hình thường là từ 10 đến 13% Tuổi thọ của nó ngắn hơn hơn của pin tinh thể

b Cad i Telluride (CdTe) là t hợp ch t kết tinh được hình thành từ cad iu

và tellurium, hiệu u t kho ng 15%

c Copper indiu galliu elenide (CIS hoặc CIGS) ao gồ đồng, indi, gali à selen Hiệu u t kho ng 16.71%

d Pin ặt trời Dye- en itized (DSC) được hình thành ởi anode photo-sensitized

à t ch t điện phân Hiệu u t kho ng 11,1%

Pin phi ỏng ít tốn chi phí hơn o ới pin tinh thể Thị phần của phi ỏng thể hiện trong hình 2.5

b Pin ong ong hoặc xếp chồng lên nhau: trong trường hợp này, các t liệu án dẫn khác nhau, phù hợp ới phạ i phổ khác nhau, ẽ được ắp xếp lên đầu

c Các pin t p trung ử dụng thiết ị gương à ống kính Hệ thống này ử dụng chỉ

ức xạ trực tiếp à cần t hệ cơ ổ ung để theo dõi ặt trời Hiệu u t kho ng 42.4% của ức xạ trực tiếp

2.1.3 Hoạt động của một tế bào quang điện

Về cơ n, t tế ào quang điện là t diode án dẫn có lớp tiếp giáp p-n tiếp xúc

ới ánh áng Ánh áng rơi trên các tế ào quang điện tạo ra các hạt ang điện, nếu các tế ào quang điện ị ngắn ạch ẽ tạo ra t dòng điện Điện tích ẽ được tạo

ra khi n ng lượng của các photon đủ để tách các electron c ng hoá trị trong ch t án dẫn - hiện tượng này phụ thu c ào t liệu ch t án dẫn à các ước óng của ánh áng chiếu ào Về cơ n, hiện tượng PV có thể được ô t như ự h p thụ

ức xạ ặt trời, phát à di chuyển của các hạt ang điện tại lớp tiếp giáp p-n, và tổng hợp các điện tích tại đầu cực của thiết ị PV

Tỷ lệ tạo ra các hạt ang điện phụ thu c ào quang thông của ánh áng tới à kh

n ng h p thụ của ch t án dẫn Kh n ng h p thụ phụ thu c chủ yếu ào kho ng cách trong ch t án dẫn, ào ự ph n xạ của ề ặt tế ào quang điện (điều đó phụ thu c ào hình dạng à đáp ứng của ề ặt), ào ự t p trung các hạt ang điện của ch t án dẫn, ào ự chuyển đ ng các điện tử, ào tỷ lệ kết nối lại, ào nhiệt đ ,

à ào t ố các yếu tố khác

20

Bức xạ ặt trời ao gồ photon của các nguồn n ng lượng khác nhau Photon ới

n ng lượng th p hơn kho ng trống của các tế ào quang điện là ô ích à không tạo

ra điện áp hay dòng điện Photon ới n ng lượng ượt tr i o ới kho ng trống tạo

ra điện, nhưng chỉ n ng lượng tương ứng ới kho ng trắng được ử dụng – phần còn lại của n ng lượng được tán xạ như nhiệt trong tế ào quang điện Ch t án dẫn

ới kho ng cách nhỏ hơn có lợi thế hay t phổ ức xạ lớn hơn, nhưng tạo ra điện

áp th p hơn Si không ph i là duy nh t, à có lẽ không ph i là tốt nh t, t liệu án dẫn cho các tế ào quang điện PV, nhưng chỉ có quá trình chế tạo nó kh thi ề kinh

tế ở quy ô lớn Các t liệu khác có thể đạt được hiệu qu chuyển đổi tốt hơn, nhưng giá thành cao hơn à không kh thi ề ặt thương ại

Các nghiên cứu ề t lý các tế ào quang điện PV r t phức tạp à ượt ra khỏi phạ i của u n n này Với ục đích nghiên cứu chuyển đổi điện tử cho các

hệ thống PV, th t hữu ích khi iết các đặc tính điện của thiết ị PV (tế ào quang điện, t pin quang điện, à dãy pin ặt trời) Các nhà n xu t thiết ị PV luôn luôn cung c p t p hợp các dữ liệu thực nghiệ được ử dụng để tạo ra phương trình

toán học của đặc tuyến thiết ị I-V M t ố nhà n xu t cũng đưa ra đặc tuyến I-V

thu từ thực nghiệ trong các điều kiện hoạt đ ng khác nhau Mô hình toán học có thể được điều chỉnh à kiể chứng ới những đặc tuyến thực nghiệ này

2.1.4 Pin quang điện và các modul quang điện

2.1.4.1 Pin và tấm pin

Để đạt công u t cao, ta nối nhiều pin nối tiếp và song song ới nhau Các modul quang điện ao gồ nhiều pin quang điện đơn lẻ được kết nối à đóng gói tại nhà máy Đây là các t pin thực tế

Hướng à đ nghiêng của những t pin này là các thông ố thiết kế quan trọng, cũng như là óng từ các t c n xung quanh Bằng cách ắc nối tiếp thêm các pin hoặc các odul giống hệt nhau, dòng điện ằng nhau nhưng điện áp t ng tương ứng

ới ố lượng pin (module) ắc nối tiếp Bằng cách ắc song song thêm các modul giống hệt nhau, điện áp ằng nhau à cường đ t ng lên tương ứng ới ố odul

ắc song song (hình 2.6, hình 2.7)

21

Hình 2.6 Hiệu u t các loại pin t liệu khác nhau ở phòng thí nghiệ [4]

Hình 2.7 Pin, modul và t pin quang điện [4]

2.1.4.2 Đặc tính điện áp so với dòng điện

T t c giá trị khác là hằng ố, dòng điện I được cung c p ởi pin quang điện phụ thu c ào điện áp V tại đầu cực Đồ thị đặc tính này có dạng thông thường thể hiện

trong hình 2.8 Dòng điện gi khi hiệu điện thế t ng, à đ lõ đường cong hướng xuống dưới

22

Hình 2.8 Dạng đặc tính của I-V [4]

2.1.4.3 Điện áp hở mạch và dòng điện ngắn mạch

Điện áp hở ạch à dòng điện ngắn ạch là hai tha ố được ử dụng r ng rãi nh t

để ô t hiệu u t của pin (hình 2.8) Dòng điện ngắn ạch Isc được đo ằng cách

ngắn ạch đầu cực ngõ ra Đây là dòng điện tại điện áp ằng không (V = 0) Điện

áp hở ạch là điện áp tại dòng điện ằng không (I = 0)

Giá trị của Isc và Voc thu được trong điều kiện tiêu chuẩn được đặt là Isc-ref và

Voc-ref Những giá trị này được ghi trong ng ố liệu của pin hay modul

2.1.4.4 Điểm công suất cực đại

Công u t được cung c p ởi t áy phát quang điện là [4]:

Công u t này là + trong đoạn IPV-VPV ao gồ giữa điể hở ạch và ngắn ạch,

do đó giá trị của V thỏa ãn điều kiện [4]

23

Hình 2.9 Đặc tính pin ặt trời Ipv-Vpv [4]

Ngoài kho ng xác định ởi iểu thức (2.3), công u t P âm: thiết ị quang điện PV

nh n công u t từ các ạch điện ên ngoài Trường hợp này không xe xét ở đây

Công u t P = 0 khi V = 0 (điể ngắn ạch) ởi iểu thức (2.2) Tương tự, công

u t P=0 khi V = Voc (điể hở ạch), khi đó I = 0 và vì y, do iểu thức (2.2), P cũng ằng 0 Khi đó, trong kho ng thời gian xác định ởi biểu thức 2.3, Ppv đạt đến giá trị cực đại Điể này gọi là điể công u t cực đại (MPP) Các giá trị tương

ứng của V và I được đặt tên tương ứng là VMPP và IMPP (hình 2.9) Tại điể P (VMPP,

IMPP), áy phát quang điện phát công u t P cực đại à được ký hiệu là PMPP Ta có [4]:

24

1

Với Apv là diện tích ề ặt modul ặt trời à G là chiếu xạ

Thực tế, hiệu u t của t quang điện PV được cho ởi [4]:

1 2 .3 4 5

pv

1 là hiệu u t t quang điện PV trên đã được tính (Biểu thức 2.5),

2 do nhiệt đ tại lớp tiếp giáp gia t ng vì t phần dòng ánh áng ặt trời không chuyển thành n ng lượng điện tán xạ thành nhiệt ên trong các odul Nhiệt đ

t ng càng cao khi đ thông thoáng trong odul ké (0.8 < 2 < 0.9)

3 do tổn th t công u t do hiệu ứng Joule trong cáp Để gi tổn th t, chọn kích cỡ cáp để gi điện áp rơi (3 0.98)

4 do tổn th t trong iến tần (4 0.95)

5 liên quan đến iệc theo dõi điể công u t cực đại Nếu tính đến tổn th t của chuyển đổi và iệc theo dõi có c 4, thì 5  0.98 5 ẽ th p hơn nếu tính đến các tổn th t của chuyển đổi (5  0.95) Cuối cùng, nếu không có giám sát điể công u t cực đại, 5 0.8

25

thành điện đầu ra Điện phát ra được giữ trong t hệ thống đ c l p, lưu trong pin hoặc hòa ào lưới điện lớn hơn Điều thú ị là nó ao gồ c thiết ị điều phối điện Điều này đ o hệ thống PV hoạt đ ng dưới điều kiện tối ưu Trong trường hợp này, ta ử dụng thiết ị đặc iệt để theo công u t cực đại của dãy pin Thiết ị này được gọi là giá át điể công u t cực đại

PV đ c l p đơn gi n nh t là hệ thống PV ghép trực tiếp có modul PV cho ngõ ra

DC kết nối trực tiếp ới t t i DC (Hình 2.10)

Trong hệ thống PV ghép trực tiếp, chỉ t i hoạt đ ng uốt trong giờ có ánh sáng

ặt trời Các ứng dụng phổ iến ới hệ thống này như quạt thông gió, ơ nước à máy ơ tuần hoàn nhỏ ới hệ thống nước nóng n ng lượng ặt trời

2.2.1.2 Hệ thống PV độc lập với accquy DC và tải AC

Trong các ứng dụng PV đ c l p, các hệ thống cung c p điện n ng lúc đê hoặc lúc trời tối Vì thế iệc lưu trữ ph i được thê ào hệ thống Nói chung, pin được ử dụng để lưu trữ n ng lượng M t ố loại pin có thể được ử dụng chẳng hạn như lead-acid, nickel–cadmium, lithium zinc bromide, zinc chloride, sodium sulfur, nickel-hydrogen, redox và pin vanadi Việc lựa chọn pin cho các ứng dụng PV phụ thu c ào các yếu tố khác nhau Biến tần ử dụng t áy phát tần ố n i để có được tần ố chính xác đầu ra

• B điều khiển nối tiếp: điều khiển này thường được ử dụng trong hệ thống

PV nhỏ ànối nối tiếp giữa dãy pin PV và acquy

• B điều khiển giám sát: điều khiển này giám sát điể công u t cực đại của dãy pin PV

 Chiếu áng nhà, à các n phẩ n ng lượng ặt trời để ử dụng trong nhà

 Qu ng cáo/ ng dùng n ng lượng ặt trời

27

 Đường phố, đèn hiệu trên cao tốc à chiếu áng toa cho xe lửa

 Bãi đỗ xe

 Bến thuyền (đặc iệt là ào ùa hè)

 Cabin trên núi

 Cabin trên núi,

 Trang trại từ xa,

 Truyền điện ở đ o,

 Phòng khá di đ ng cho các ùng nông thôn xa,

 Cao tốc dùng n ng lượng ặt trời,

 Tiện ích tại khu ực ãi iển,

 Cắ trại,

 C n cứ quân ự

c Thông tin liên lạc

M t ố í dụ ề các thông tin liên lạc như:

 Các thiết ị điện thoại ô tuyến,