Kỹ thuật hệ thống điện mặt trời với công nghệ quang điện

Bài viết giới thiệu về các vấn đề từ ảnh hưởng của việc xâm nhập của nguồn năng lượng tái tạo với bản chất không ổn định, lên chất lượng điện, cũng như độ ổn định của hệ thống điện nói chung, khi trong tương lai tỉ lệ công suất các nguồn phát từ năng lượng tái tạo so với công suất lắp đặt của các nguồn phát truyền thống (từ nhiên liệu hóa thạch, thủy điện) tăng lên.

tóm tắt

Hiện nay, năng lượng mặt trời và năng lượng gió là hai nguồn năng lượng tái tạo tiềm năng nhất

và đang được phát triển tại Việt Nam Đặc biệt, đối với nguồn phát điện từ năng lượng mặt trời các chính sách ưu đãi về cơ chế khuyến khích phát triển các dự án điện mặt trời sẽ là động lực cho các dự

án phát triển mạnh mẽ trong tương lai Các bài báo sau trong Phần 1 sẽ giới thiệu về các kĩ thuật và

hệ thống phát điện mặt trời với công nghệ quang-điện Các bài báo tiếp theo của Phần 2 sẽ giới thiệu

về các vấn đề từ ảnh hưởng của việc xâm nhập của nguồn năng lượng tái tạo- với bản chất không

ổn định, lên chất lượng điện, cũng như độ ổn định của hệ thống điện nói chung, khi trong tương lai tỉ

lệ công suất các nguồn phát từ năng lượng tái tạo so với công suất lắp đặt của các nguồn phát truyền thống (từ nhiên liệu hóa thạch, thủy điện) tăng lên Phần 2 cũng sẽ giới thiệu về các qui định đấu nối

và các giải pháp kĩ thuật nhằm hạn chế tác động tiêu cực từ việc đưa các nguồn phát từ năng lượng tái tạo vào làm việc với lưới điện

KỸ THUẬT HỆ THỐNG ĐIỆN MẶT TRỜI VỚI CÔNG NGHỆ QUANG ĐIỆN

(Phần 1)

PgS.tS ngUYỂn HỮU PHÚC

Trường ĐH Bách Khoa – ĐH Quốc Gia TP HCM

mỞ đầu

Với sự phát triển tiến bộ không ngừng về công

nghệ, mức chi phí đầu tư ban đầu ngày càng

giảm, chi phí vận hành và bảo dưỡng thấp nên

giá thành sản xuất điện từ mặt trời đang dần

cạnh tranh với các nguồn điện từ nhiên liệu hóa

thạch Hiện nay, điện từ nguồn năng lượng mặt

trời đang phát triển mạnh với tốc độ rất cao, với

tốc độ tăng công suất điện mặt trời khoảng 48%/

năm trong giai đoạn 2006 – 2016 Năm 2016,

công suất điện mặt trời từ công nghệ quang- điện

(PV- Photovoltaics), với ít nhất 75 GWp đã được

lắp đặt thêm trên thế giới, lần đầu tiên trở thành

dạng công nghệ được ứng dụng hàng đầu trong

số các công nghệ năng lượng tái tạo

Theo các số liệu đến tháng 08/2017, tổng công

suất lắp đặt điện mặt trời trên cả nước khoảng

28 MW, chủ yếu là quy mô nhỏ cấp điện tại chỗ

(vùng ngoài lưới cho các hộ gia đình và một số dự

án nối lưới điện hạ áp, lắp đặt trên các tòa nhà,

công sở) Tuy vậy, trong vòng 2 năm trở lại đây

nhiều chủ đầu tư trong và ngoài nước đang xúc

tiến và tìm kiếm cơ hội đầu tư vào dự án điện mặt

trời nối lưới quy mô lớn trong phạm vi cả nước

Hiện nay, có khoảng 115 dự án quy mô công suất

lớn nối lưới đã và đang được xúc tiến đầu tư tại

một số tỉnh có tiềm năng điện mặt trời lớn tại các

tỉnh miền Trung và miền Nam ở các mức độ khác

nhau: xin chủ trương khảo sát địa điểm, xin cấp

phép đầu tư, lập dự án đầu tư xây dựng Tính tới

giữa năm 2017, tổng công suất các dự án đang

tiến hành lập dự án đầu tư trên cả nước khoảng

hơn 17.000 MW

Việc sản xuất các tấm pin quang điện PV đã

bắt đầu ở Việt nam từ giữa những năm 90, với việc

Chính phủ Việt Nam hỗ trợ việc chuyể về sản xuất

trong nước để hình thành ngành công nghiệp sản xuất tấm pin quang điện PV ở Việt Nam Ước tính tới tháng 3/2017, các nhà máy sản xuất tấm pin năng lượng mặt trời tại Việt Nam có tổng công suất thiết kế khoảng hơn 6.000 MW, và với sản lượng thực tế hàng năm khoảng gần 2.000 MW (Viện Năng lượng, 2017)

Tuy nguồn phát từ năng lượng mặt trời với công nghệ quang điện có những ưu điểm nổi bật, nhưng nhược điểm do tính không ổn định của sản lượng điện phát ra do sự thay đổi của bức xạ năng lượng mặt trời là một vấn đề lớn Trong xu thế chung của việc xâm nhập ngày càng lớn của nguồn phát từ năng lượng tái tạo- trong đó có năng lượng mặt trời với bản chất nguồn công suất không ổn định, phụ thuộc nhiều vào thời tiết, vào lưới điện hiện hữu sẽ làm phát sinh các vấn

đề về kĩ thuật như chất lượng điện, và làm ảnh hưởng đến tính ổn định của toàn hệ thống Các khía cạnh về kĩ thuật và hệ thống phát điện mặt trời, cụ thể là kĩ thuật và hệ thống quang-điện,

sẽ được giới thiệu trong các bài báo của Phần 1, trong khi Phần 2 sẽ trình bày về các Qui định đấu nối và các giải pháp kĩ thuật nhằm hạn chế các tác động tiêu cực của việc xâm nhập các nguồn phát

từ năng lượng tái tạo vào lưới điện

2 Phát triỂn năng LưỢng mặt trỜi trên thế giới và việt nam

Tính đến năm 2016, tổng công suất nguồn

điện mặt trời với công nghệ PV được lắp đặt

trên thế giới khoảng trên 303 GW, với tốc độ tăng công suất điện mặt trời khoảng 48%/năm trong giai đoạn 2006 – 2016 Trên Hình 1 là 6 quốc gia

có tổng công suất HTQĐ lớn hơn 10 GW

Trong Chiến Lược Phát Triển Năng Lượng Tái

Tạo ở Việt Nam, Quyết định số 2068/QĐ-TTg

ngày 25/11/2015 nêu rõ “Các đơn vị phát điện

có công suất lắp đặt trên 1.000MW, tỷ lệ điện

sản xuất từ năng lượng tái tạo đến năm 2020

không thấp hơn 3%; năm 2030 không thấp hơn

10%; năm 2050 không thấp hơn 20%” (eVN+

GeNCO)** Theo Quy Hoạch Phát Triển Năng

Lượng Tái Tạo với Quyết định số 428/QĐ-TTg

ngày 18/3/2016 (QHĐ VII điều chỉnh) là các số

liệu sau: trong giai đoạn 2016 – 2020 sẽ đưa vào

vận hành 3.603MW; giai đoạn 2021 – 2025 đưa

vào vận hành 6.290MW; giai đoạn 2026 – 2030 đưa

vào vận hành 15.190MW Tổng cộng trong giai

đoạn 2016 – 2030 sẽ có 25.000 MW được đưa vào

vận hành, trong đó nguồn công suất từ Điện mặt

trời: 850MW (2020); 4.000M (2025); 12.000MW

(2030) và từ Điện gió: 800MW (2020);2.000MW

(2025); 6.000MW (2030)

Trên Hình 2 là các số liệu từ eVN (tháng

5.2018), với các quy hoạch và chuẩn bị đầu tư

(đã xác định địa điểm, công suất) cho các dự án

nguồn điện mặt trời có công suất ~ 2.275MW

Ngoài ra, các dự án Pin Năng Lượng Mặt Trời

Áp Mái (NLMTAM) (tại trụ sở các Tổng Công Ty

Truyền tải, Tổng Công Ty Điện Lực, Công Ty Điện

Lực, Trạm Biến Áp thuộc eVN) với các số liệu sau

Năm 2017: tiềm năng các dự án pin NLMTAM nối

lưới: 55,6 MWp; 2017 - 2018: đã lắp đặt 13 dự

án, với công suất 758 kWp; 2018 và các năm tiếp

theo: sẽ tiếp tục lắp đặt hệ thống pin NLMTAM

Hình 2 Công suất của các dự án Nguồn Phát Năng Lượng

Mặt Trời (EVN) [1]

3 tổng quan về hệ thống quang điện 3.1 nguyên Lí hoạt động

Trong các hệ thống quang điện (HTQĐ) và nhà máy quang điện (NMQĐ) (Hình 3) năng lượng mặt trời được biến đổi trực tiếp thành năng lượng điện qua việc sử dụng kĩ thuật chất bán dẫn phù hợp được “pha tạp” (doped) phát ra dòng điện khi làm việc với bức xạ mặt trời [2]

Ưu điểm chính của HTQĐ hay NMQĐ:

• Phát điện phân tán

• Không phát thải các chất gây ô nhiễm

• Tiết kiệm nhiên liệu hóa thạch

• Độ tin cậy cao của các nhà máy do không có các

Hình 1 Công suất toàn cầu của điện mặt trời công nghệ

PV (206-2016)

và tại 10 nước hàng đầu

bộ phận quay (tuổi thọ của NMQĐ thường trên

20 năm)

• Chi phí vận hành và bảo trì giảm

• Tính linh hoạt module hệ thống (dễ dàng nâng

công suất nhà máy theo nhu cầu phụ tải bằng

cách tăng số lượng các module quang điện)

Nhược điểm:

• Chi phí đầu tư của NMQĐ hiện nay vẫn còn khá

cao do thị trường chưa đạt được mức độ phát

triển đầy đủ, xét từ quan điểm kỹ thuật và kinh tế

• Tính không ổn định của sản lượng điện phát ra

do sự thay đổi của bức xạ năng lượng mặt trời

Sản lượng điện năng hàng năm của NMQĐ phụ

thuộc vào các yếu tố sau:

• Năng lượng bức xạ mặt trời ở địa điểm xây dựng;

• Độ nghiêng và hướng của các module;

• Hiện tượng che bóng;

• Hiệu suất kỹ thuật của các bộ phận NMQĐ, chủ

yếu là các tấm pin mặt trời (module quang điện)

và biến tần

Phân Loại htqđ

Các HTQĐ thường được phân loại:

1 HTQĐ làm việc độc lập với lưới điện (có hệ thống tích trữ năng lượng)

2 HTQĐ làm việc đấu nối với lưới điện hạ thế

3 NMQĐ, thường đấu nối với lưới điện trung áp Hai loại HTQĐ 1 và 2 thường có công suất dưới 1 MW, trong khi loại 3 là các NMQĐ có công suất trên 1 MW

Tại một số nước hiện đang áp dụng chính sách ưu đãi về giá điện khi điện năng sản xuất từ HTQĐ được phát về lưới (Feed- In Tariff- FIT), tuy vậy thường chỉ được áp dụng đối với loại 2 và 3, với công suất không thấp hơn 1 kW

Một HTQĐ thường gồm có: 1 các module mặt trời lắp trên các khung sườn bằng nhôm đặt trên đất, hay lắp trên cấu trúc công trình xây dựng, 2 biến tần và hệ thống điều khiển, 3 hệ thống tích trữ năng lượng đối với HTQĐ làm việc độc lập),

4 các tủ bảng điện và máy cắt hợp bộ đi kèm với thiết bị bảo vệ, 5 cáp đấu nối

3.2 năng LưỢng mặt trỜi

Phản ứng tổng hợp nhiệt hạch diễn ra không ngừng trong lõi của mặt trời ở hàng triệu độ C làm sản sinh ra nguồn năng lượng khổng lồ dưới dạng bức xạ điện từ Chỉ một phần rất nhỏ của nguồn năng lượng này đến phần bên ngoài của bầu khí quyển của trái đất với bức xạ trung bình (hằng số mặt trời) khoảng 1.367 kW/m2 ± 3%, và giá trị này thay đổi theo khoảng cách từ Trái Đất đến Mặt Trời (Hình 5) và hoạt động của Mặt trời (các vết đen trên bề mặt Mặt trời)

Hình 5 cho thấy cường độ này thay đổi trong năm và sụt giảm nhiều nhất vào mùa hè, trong khi lại cao nhất vào mùa đông Điều này là do quĩ đạo của trái đất quanh mặt trời có dạng hình ellip, với khoảng cách xa nhất vào mùa hè (tháng Sáu, tháng Bảy, trong khi khoảng cách gần nhất vào mùa đông (tháng Mười Hai, tháng Một) Cường độ bức xạ mặt trời (solar irradiance) là cường độ của bức xạ điện từ mặt trời trên 1 m2 bề mặt [kW/ m2] Mức bức xạ này là tổng công suất bức

xạ ứng với mỗi tần số trong phổ bức xạ mặt trời  

Hình 3 Hệ thống phát điện mặt trời quang điện

Hình 4 Suất giảm giá USD/Wp theo các năm

Theo dự báo của Cơ Quan Năng Lượng Quốc

Tế IeA (International energy Agency), giá của

các module QĐ sẽ giảm từ 0.6- 0.8 USD/Wp

hiện nay xuống khoảng 0.3 - 0.4 USD/Wp vào

năm 2035 (Hình 4) Hình 5 Cường độ bức xạ mặt trời W/m 2 đến tầng khí

quyển trái đất thay đổi theo tháng trong năm

Cường độ và năng lượng bức xạ mặt trời

Bức xạ phản xạ phụ thuộc vào khả năng phản xạ của bề mặt và được đo bằng hệ số phản xạ albedo tính cho mỗi vật liệu (Bảng 1)

Hình 8 là bản đồ bức xạ trung bình [kWh/m2/ngày] tại các khu vực trên thế giới trên mặt phẳng nghiêng 300 về phía Nam Ở Việt Nam năng lượng bức xạ hàng ngày (Hình 9) thay đổi từ 2.6- 4.6 kWh/kWp và năng lượng bức xạ hàng năm trung bình từ

949 – 1680 kWh/kWp cho các vùng miền khác nhau của Việt Nam Bảng 2 là năng lượng bức

xạ mặt trời ở Việt Nam

Bản đồ BứC xạ mặt trỜi trung Bình Ở CáC vùng miền việt nam

• Bản đồ bức xạ trung bình [kWh/kWp/ngày và kWh/kWp/ năm] (Nguồn Ngân Hàng Thế Giới) tại các khu vực ở Việt Nam ước tính lượng điện có thể sản xuất từ HTQĐ là tấm pin mặt trời 1 kWp nối lưới, tính toán cho khoảng thời gian 9 năm gần đây (2007-2015)

• HTQĐ kiểu cố định, dùng tấm pin mặt trời loại silicon tinh thể với khung đỡ đặt trên nền đất, góc nghiêng trong khoảng 5- 24o về phía Nam Biến tần

là loại có hiệu suất cao Các tính toán điện năng sản xuất dựa vào các số liệu nguồn năng lượng mặt trời với độ phân giải cao và từ phần mềm Solargis Các tính toán có xét đến bức xạ mặt trời, nhiệt độ không khí, địa hình, mô phỏng quá trình biên đổi năng lượng và các tổn thất trong module quang điện và các bộ phận khác của HTQĐ Các tổn thất do bụi bám vào module, cáp dẫn, biên tần và máy biến áp được tính là 9%

• Cơ sở dữ liệu nguồn năng lượng mặt trời được tính toán

từ các số liệu khí quyển và từ vệ tinh với bước thời gian mỗi 30 phút, độ phân giải không gian

250 m

12 tháng trong năm: J- tháng 1, F- tháng 2, M- tháng 3,

A- tháng 4, J- tháng 6, J- tháng 7, A- tháng 8, S- tháng 9, O- tháng

10, N- tháng 11, D- tháng 12

Khi qua bầu khí quyển trái đất, cường độ bức xạ mặt trời suy

giảm một phần do hiện tượng phản xạ và hấp thụ (do hơi nước và

bởi các chất khí trong khí quyển) Các bức xạ xuyên qua sau đó lại

một phần bị khuếch tán bởi không khí và bởi các hạt bụi lơ lửng

trong không khí (Hình 6)

Năng lượng bức xạ mặt trời (incident solar radiation) là bức xạ

mặt trời trong một khoảng thời gian nhất định [kWh/m2] Do đó,

năng lượng bức xạ trên một bề mặt ngang là tổng bức xạ trực tiếp,

từ bức xạ trực tiếp trên bề mặt, bức xạ khuếch tán đến bề mặt từ

toàn bộ bầu trời ( không từ một phần cụ thể của bầu trời) và bức xạ

phản xạ từ mặt đất và môi trường xung quanh Vào mùa đông với

bầu trời u ám và thành phần bức xạ khuếch tán khi đó lớn hơn so

với bức xạ trực tiếp (Hình 7)

Hình 6- Hình 7 Bức xạ mặt trời đến trái đất và các thành phần

Bảng 1 hệ Số Phản xạ aLBEdo

Rừng/ cánh đồng (mùa thu) 0.26

3.3 CáC thành Phần Cơ Bản Của hệ thống điện mặt trỜi

3.3.1 moduLE quang điện

Thành phần cơ bản của module quang điện (Module QĐ) (Hình 10) là các tế bào quang điện (TBQĐ), nơi chuyển đổi bức xạ mặt trời thành dòng điện Tế bào bao gồm một lớp mỏng vật liệu bán dẫn, thường là silicon, với độ dày khoảng 0,3 mm và diện tích bề mặt từ 100 đến 225 cm2.Silicon,

có 4 electron hóa trị (tetravalent), được “pha tạp” bằng cách thêm các nguyên tử 3 hóa trị (ví dụ như boron - P doping) lên một “lớp” và một lượng nhỏ các nguyên tử 5 hóa trị (ví dụ như phosphorus – N doping) lên một lớp khác Vùng P có một lượng lớn các lỗ trống dư thừa , trong khi vùng N có một lượng electron dư thừa (Hình 10.a.) Trong vùng tiếp giáp giữa hai lớp được pha tạp môt cách khác nhau (mối nối P-N), các electron tự do di động (mobile electrons) có xu hướng di chuyển từ vùng giàu electron (N) đến vùng nghèo electron (P), do đó tạo ra sự tích tụ điện tích âm trong vùng P Một hiện tượng đối ngẫu xảy ra đối với các lỗ trống, với việc tích tụ điện tích dương trong vùng N Do đó, giữa mối nối P-N sẽ xuất hiện một điện trường chống lại hiện tượng khuếch tán các hạt mang điện nói trên (Hình 10.b/ và c/ )

Hình 8 Bản đồ bức xạ trung bình [kWh/m 2 /ngày]

tại các khu vực trên thế giới

Hình 10 a/ Cấu trúc nguyên tử trong Hình 10 (b) Các điện tích trong giai đoạn bắt đầu dịch chuyểnmột tế

bào quang điện silicon (c) giai đoạn xác lập [3]

Hình 9 Bản đồ năng lượng bức xạ trung bình [kWh/kWp/ngày và kWh/kWp/ năm] tại các khu vực ở Việt Nam

Thời gian nắng trong năm

Năng lượng bức xạ (kWh/m2, ngày) Ứng dụng Đông Bắc 1600 – 1750 3.3 – 4.1 Trung bình Tây Bắc 1750 – 1800 4.1 – 4.9 Trung bình Bắc Trung

bộ 1700 – 2000 4.6 – 5.2 Vùng Tốt Tây Nguyên

và Duyên hải Nam Trung bộ

2000 – 2600 4.9 – 5.7 Rất tốt

Phía Nam 2200 – 2500 4.3 – 4.9 Rất tốt Trung bình

toàn quốc 1700 – 2500 4.6 Tốt

Trường hợp áp lên một điện áp từ bên ngoài lên mối nối P-N, mối nối chỉ cho dòng điện chảy theo một hướng nhất định, đây là trường hợp mối nối P-N làm việc với chức năng của một diode Khi ánh nắng rọi vào tế bào, do hiệu ứng quang điện, một số cặp electron-lỗ trống sẽ xuất hiện cả trong vùng

N cũng như trong vùng P Điện trường bên trong khiến các electron dư thừa (có được từ sự hấp thụ của các photon) được tách ra từ các lỗ trống và đẩy chúng theo các hướng ngược nhau

Kết quả là, một khi các electron đã qua vùng kiệt (depletion region) thì chúng không thể di chuyển ngược trở lại vì điện trường ngăn không cho chúng chảy theo chiều ngược lại (Hình 11) Khi tế bào được chiếu sáng (Hình12), mối nối và dây dẫn bên ngoài tạo thành một mạch điện, và khi đó dòng điện chảy từ lớp P có điện thế cao hơn đến lớp N, có điện thế thấp hơn

 Vùng silicon tạo ra dòng điện là vùng quanh mối nối P-N; điện tích cũng hình thành ở các vùng

xa hơn, nhưng do không có điện trường và do đó chúng kết hợp lại Do đó, điều quan trọng là tế bào quang điện cần có bề mặt lớn, bề mặt càng lớn, khi đó dòng điện tạo ra càng lớn

Hình 11 Mối nối P-N và vùng kiệt Hình 12 Dòng điện phát ra bởi tế bào quang điện khi được chiếu sáng

Phần trăm % tổn thất của bức xạ mặt trời

Hình 13 của dòng chảy công suất của hiệu

ứng quang điện cho thấy một phần đáng kể năng

lượng mặt trời không được chuyển đổi thành điện

năng, và sẽ gây ra tổn thất nhiệt trong một TBQĐ

Trong số 100% năng lượng của bức xạ mặt trời

đi đến tế bào, % năng lượng không được chuyển

đổi thành điện năng, và do đó mất mát dưới dạng

tổn thất nhiệt sẽ như sau:

- 3% : do phản xạ và che bóng mặt trước của

module

- 23% : do số photon có bước sóng cao, với mức

năng lượng không đủ để giải phóng các electron

tự do, do đó sẽ mất mát dưới dạng tổn thất nhiệt

- 32% : do số photon có bước sóng thấp, với

mức năng lượng cao (hơn mức năng lượng cần

thiết để giải phóng các electron tự do), do đó sẽ

mất mát dạng tổn thất nhiệt

- 8,5% : do hiện tượng các điện tích tự do kết

hợp lại

- 20% : do tổn thất điện áp đặc trưng bằng tỉ số

Fv= eVB/eg của mối nối

- 0.5% : do tổn thất nhiệt trên điện trở nối tiếp  

Như vậy còn lại khoảng 14% là năng lượng

điện sử dụng được

Trong điều kiện hoạt động tiêu chuẩn (bức xạ

1 kW/m2 ở nhiệt độ 25° C) một tế bào quang điện

tạo ra một dòng điện khoảng 3A với điện áp 0.5V

và công suất đỉnh bằng 1.5-1.7 Wp. 

Các module quang điện trên thị trường có cấu

tạo từ tập hợp các tế bào Phổ biến nhất là loại

module gồm 36 hay 72 tế bào nối tiếp, với diện

tích từ 0.5 đến 1m2

1 Các điện tích phân li; 2 Tái hợp; 3 Chuyển

dịch; 4 Phản xạ và che bóng mặt trước

Hình 13 Hiệu ứng quang điện và các thành phần tổn

thất năng lượng

Hình 14 cho thấy nhiều TBQĐ được ghép nối tiếp trong một tấm pin mặt trời (module), và nhiều module được nối lại với nhau thành bảng tấm (panel) pin mặt trời Nhiều tấm pin mặt trời sau đó nối tiếp lại tạo thành nhánh (string) Các nhánh lại được nối song song với nhau tạo thành dãy (arrays) Một HTQĐ thường bao gồm nhiều dãy nối song song phát ra công suất và điện áp yêu cầu Các module quang điện được ghép nối thành bảng tấm pin mặt trời (panel), và được lắp đặt trên mái các công trình hay trên khung đỡ đặt trên nền đất của HTQĐ (Hình 15)

Trong thực tế, các tế bào trong các module

có thể không hoàn toàn giống nhau do dung sai trong quá trình sản xuất và do đó, hai tế bào ghép song song sẽ có điện áp khác nhau Dòng điện chạy quẩn từ tế bào có điện áp cao hơn tới

tế bào ở điện áp thấp hơn gây ra tổn thất năng lượng  Hiện tượng tổn thất năng lượng cũng xảy

ra khi các tế bào nhận bức xạ mặt trời khác nhau, khi một phần bề mặt của các tấm panel bị che bóng hay già hóa trong quá trình làm việc

 Các tế bào bị che bóng khi đó sẽ làm việc như các diode, chặn dòng phát ra từ các tê bào còn lại được chiếu năng đầy đủ Mặt khác, điện áp (ngược) từ các tế bào còn lại đặt lên các diode này

có thể gây hiện tượng đánh thủng mối nối của tế bào với tổn thất do quá nhiệt cục bộ và làm hư hỏng các module

b.

Hình 14 Lắp ghép các tấm pin mặt trời

a Tế bào quang điện (PV cell) Hình 15 Bảng tấm pin mặt trời

b Module quang điện (PV module)

c Dãy (array) HTQĐ gồm nhiều module quang điện nối tiếp tạo thành nhánh (string) và nhiều nhánh song song với nhau

Hiện tượng tổn thất năng lượng cũng xảy ra khi các tế bào nhận

bức xạ mặt trời khác nhau, khi một phần bề mặt của các tấm panel

bị che bóng hay già hóa trong quá trình làm việc Các tế bào bị che

bóng khi đó sẽ làm việc như các diode, chặn dòng phát ra từ các tê

bào còn lại được chiếu năng đầy đủ Mặt khác, điện áp (ngược) từ

các tế bào còn lại đặt lên các diode này có thể gây hiện tượng đánh

thủng mối nối của tế bào với tổn thất do quá nhiệt cục bộ và làm

hư hỏng các module Để hạn chế hiện tượng tiêu cực này, thường

có các diode rẽ nhánh (by-pass diode) song song với các module

để ngắn mạch các tế bào bị che bóng hoặc phần module bị hỏng

Hiện tượng tổn thất năng lượng cũng xảy ra khi điện áp của các

dãy quang điện trở nên mất cân bằng do hiện tượng bóng che hay

sự cố trong các dãy Thường dùng diode chặn (blocking diode) nối

tiếp trên mỗi dãy để chống việc dòng điện chạy theo chiều ngược

(Hình 16)

Các tế bào trong một module hay một tấm pin năng lượng mặt

trời được đóng gói với các đặc tính:

• cách điện tế bào với bên ngoài;

• bảo vệ các tế bào khỏi các tác nhân xâm hại khí quyển và tác động

cơ học;

• bảo vệ chống tia cực tím ở nhiệt độ thấp, các thay đổi nhiệt độ đột

ngột và hiện tượng ăn mòn;

• thoát nhiệt dễ dàng để tránh hiện tượng tăng nhiệt độ khi công

suất cung cấp bởi module giảm

Nhà sản xuất phải bảo đảm các đặc tính này trong suốt thời gian

làm việc của các module

Hình 16 Diode chặn trên mỗi nhánh giúp tránh hiện tượng dòng ngược khi

có hiện tượng hư hỏng hay bóng che trên một nhánh, a Khi không có diode

chặn, b Khi có diode chặn

Hình 17 cho thấy mặt cắt ngang của một module silicon tinh thể,

được tạo thành bởi:

• lớp bảo vệ ngoài cùng có độ trong suốt cao tiếp xúc với ánh sáng

(vật liệu được sử dụng nhiều nhất là kính cường lực);

• lớp bao bọc bằng Ethylene Vinyl Acetate (EVA) tránh tiếp xúc trực

tiếp giữa lớp kính và tế bào, loại bỏ các khe do bề mặt không hoàn

hảo của các tế bào và cách điện tế bào với phần còn lại của panel;

• mặt đỡ phía sau (thủy tinh, kim loại, nhựa);

• khung đỡ kim loại, thường bằng nhôm. 

Trong công nghệ silicon tinh thể, sử dụng công nghệ hàn để kết nối

điện các tế bào sau khi được sản xuất;

Trong công nghệ màng mỏng, kết nối điện là một phần của quy trình của quá trình sản xuất các tế bào, được đảm bảo bởi một lớp oxid kim loại trong suốt, chẳng hạn như oxid kẽm hoặc oxid thiếc

Hình 17 a Mặt cắt ngang của một module silicon tinh thể

Hình 17 b Module silicon đơn tinh

thể

Hình 17 c Module silicon đa tinh thể

Hình 17 d Module màng mỏng gốc CdTe-CdS

Công nghệ CáC tấm Pin quang điện (Pv)

PV thế hệ đầu: đã phát triển thương mại, sử dụng công nghệ

tinh thể silicon wafer-based (c-Si), hoặc tinh thể đơn (sc-Si) hoặc

đa tinh thể (mc-Si) Hiệu suất thương mại khoảng 16- 22 % (Hình

15)

PV thế hệ thứ hai: công nghệ PV màng mỏng (thin film), đang

được triển khai ở quy mô thương mại; nhưng một số khác vẫn

ở giai đoạn đầu của quá trình phát triển Hiệu suất thương mại

khoảng 7-10 %

Thế hệ thứ ba: bao gồm các công nghệ như PV tập trung (CPV=

Concentrated PV) và tế bào quang hữu cơ, công nghệ này vẫn đang

trong giai đoạn nghiên cứu, chưa được thương mại hóa rộng rãi

Hiệu suất lên đến khoảng 30%

Hình 18 Hiệu suất và diện tích/kWp các module QĐ theo các công nghệ khác nhau

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] “Hiện Trạng và Dự Kiến Phát Triển Ngành Điện Việt Nam”, Hội Thảo Tích Hợp Nuôi Trồng Thủy Sản với các Hệ Thống Năng Lượng Tái Tạo- Động Lực Thúc Đẩy Phát Triển Năng Lượng Tái Tạo ở Việt Nam, Tập Đoàn Điện Lực Việt Nam eVN, TP HCM ngày 11 tháng 05.2018

[2] aBB Technical application Papers No.10 Photovoltaic Plants, http://www04.abb.

com/global/seitp/seitp202 nsf/c71c66c1f02e6575c125 711f004660e6/d54672ac6e-97a439c12577ce0038d84 /$FILe/Vol.10.pdf

[3] Gilbert M Masters , Renewable and efficient electric Power Systems, John Wiley & Sons, Inc., ISBN

0-471-28060-7, 2004 [4] Yang, Y., & Blaabjerg, F., Overview of Single-Phase Grid-Connected Photovoltaic Systems, electric Power Components & Systems, 43(12), 1352-1363, 2015 [5] Ha¨berlin, Heinrich., Photovoltaics : System Design and Practice, translated by Herbert eppel, John Wiley & Sons, Ltd, ISBN 978-1-119-99285-1, 2012

[6] http://vsun-solar.com/

san-pham?product_id=65