Báo cáo tìm hiểu về năng lượng mặt trời

Khi năng lượng ánh sáng photon đập • vào pin điện mặt trời, các hạt điện tử bị bật ra khỏi các nguyên tử trong chất bán dẫn, khiến cho chúng di chuyển • thành dòng, làm thành mạch điện

BÁO CÁO NHÓM

Đề tài: Tìm Hiểu Về Năng Lượng

BÁO CÁO TÌM HIỂU VỀ NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI

III Tình hình sử dụng năng lượng măt trời

LỜI MỞ ĐẦU

• Tổng tiêu thụ năng lượng của con người trên thế giới hiện tại (tinh tổng cộng tất cả các loại năng lượng như dầu hỏa, than đá, thủy điện, v.v.) khoảng 15 nghin tỷ watt, tức là chỉ bằng khoảng

1/5000 công súất dự trữ của năng lượng mặt trời cho trái đất

Trong số 15 nghìn tỷ watt cong suất năng lượng mà con người đang dùng, thi có đến 37% là từ dầu hỏa, 25% là than đá, và 23%

là khí đốt (tổng cộng ba thứ này đã đến 85%), là những nguồn năng lượng cạn kiệt nhanh chó́ng và không phục hồi lại được,

theo thông tin trên Wikipedia.

• Với tốc độ khai thác hiện tại, thì các nguồn năng lượng hóa thạch

sẽ gần như hết đi trong thế kỷ 21 tương lai năng lượng của thế giới không thể nằm ở những nguồn này, mà phải nằm ở những nguồn năng lượng tái tạo (renewable energy), ví dụ như năng

lượng gió và thủy năng Nhưng tổng cộng dự trữ của tất cả các nguồn khác này (trong đó chủ yếu là gió) chỉ bằng khoảng 1 phần trăm nguồn dự trữ năng lượng mặt trời Bởi vậy có thể nói tương lai năng lượng của thế giới chính là năng lượng mặt trời.

I: KHÁI QUÁT VỀ NĂNG LƯỢNG MĂT TRỜI

• Năng lượng mặt trời (NLMT) là NL được tạo ra từ các

phản ứng nhiệt hạt nhân trên mặt trời NL này có thể

thu được dưới dạng sóng bức xạ điện từ truyền đến

trái đất.

Ở ngoài khí quyển quả đất cường độ của bức xạ mặt

trời có giá trị là E = 1,367 kW/m² và được gọi là hằng

số mặt trời Nhưng khi đi qua lớp khí quyển quả đất,

do bị hấp thụ và tán xạ, nên NLMT bị giảm khoảng

30%.

Nếu các tia bức xạ mặt trời chiếu vuông góc tới một

mặt phẳng trên bề mặt trái đất thì cường độ bức xạ

chỉ còn vào khoảng 1 kW/m² đối với ngày thời tiết

đẹp Thông qua các tia bức xạ mặt trời quả đất có thể

thu được một năng lượng là 1,74 x 1011 MWh Hay

nói cách khác là trái đất nhận được một công suất

NLMT là 1,74 x 1011 MW.

NLMT này dùng chủ yếu để làm ấm bầu khí quyển, vỏ

trái đất và nước Chỉ có khoảng 1 - 2 % NLMT được

biến thành năng lượng gió, khoảng 0,02 – 0, 03 %

được sử dụng để tạo ra các hợp chất hữu cơ sinh khối.

KHÁI QUÁT VỀ NĂNG LƯỢNG MĂT TRỜI

TRỜI

• Năng lượng mặt trời là gì và nó có thể được sử dụng như thế nào?

• Tia nắng rọi xuống địa cầu có thể được biến đổi thành điện năng qua việc dùng kỹ thuật điện quang (PV) Một pin

• điện mặt trời là thành phần cơ bản làm nên một hệ thống PV Các pin điện này được làm bằng chất silicon, một

• chất bán dẫn tương tự như chất dùng làm chip điện tử trong máy vi tính

Khi năng lượng ánh sáng (photon) đập

• vào pin điện mặt trời, các hạt điện tử bị bật ra khỏi các nguyên tử trong chất bán dẫn, khiến cho chúng di chuyển

• thành dòng, làm thành mạch điện có thể được nắm bắt dưới dạng điện một chiều (điện DC)

• Một pin điện PV riêng lẻ rất yếu, tạo ra được khoảng 1-2 watts năng lượng Để tăng công suất của các pin điện PV, chúng được nối vào nhau

để làm thành một đơn vị lớn hơn gọi là mô đun Mô đun, sau đó, có thể được nối

vào nhau để làm thành các đơn vị lớn hơn được gọi là dãy chuỗi (xem dưới đây) Trước khi cho chạy điện vào

nhà, một máy đổi điện sẽ biến dòng điện một chiều, được tạo ra từ dãy chuỗi, thành dòng điện xoay chiều (điện AC) tương hợp với các đồ gia dụng

• Đa số các hệ thống PV tại đô thị được nối với lưới điện của thành phố

Điện thặng dư do dãy chuỗi tạo ra trong sang lưới điện, được đo và ghi lại bởi đồng hồ đo điện của quý vị

1: KHÁI QUÁT VỀ NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI

• Ở ngoài khí quyển quả đất cường độ của bức xạ mặt trời

có giá trị là E = 1,367 kW/m² và

• được gọi là hằng số mặt trời Nhưng khi đi qua lớp khí

quyển quả đất, do bị hấp thụ và phát tán nên NLMT bị

giảm khoảng 30%

•

Nếu các tia bức xạ mặt trời chiếu vuông góc tới một mặt

phẳng trên bề mặt trái đất thì cường độ bức xạ chỉ còn

vào khoảng 1 kW/m² đối với ngày thời tiết đẹp Thông

qua các tia bức xạ mặt trời quả đất có thể thu được một

năng lượng là 1,74 x 1011 MWh Hay nói cách khác là trái

đất nhận được một công suất NLMT là 1,74 x 1011 MW.

NLMT này dùng chủ yếu để làm ấm bầu khí quyển, vỏ trái

đất và nước Chỉ có khoảng 1 - 2 % NLMT được biến

thành năng lượng gió, khoảng 0,02 – 0, 03 % được sử

I: KHÁI QUÁT VỀ NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI

Năng lượng mặt trời có thể chia làm 2 loại cơ bản:

Nhiệt năng và Quang năng Các tế bào quang điện (Photovoltaic cells - PV) sử dụng công nghệ bán dẫn

để chuyển hóa trực tiếp năng lượng quang học thành dòng điện, hoặc tích trữ vào pin, ắc quy để sử dụng sau đó Các tấm tế bào quang điện hay còn gọi là pin mặt trời hiện đang được sử dụng rộng rãi vì chúng rất

dễ chuyển đổi và dễ dàng lắp đặt trên các tòa nhà và các cấu trúc khác Pin mặt trời có thể cung cấp nguồn năng lượng sạch và tái tạo, do vậy là một nguồn bổ sung cho nguồn cung cấp điện chính thông thường

Tại các vùng chưa có điện lưới như các cộng đồng dân

cư ở xa, nông thôn, hải đảo, các trường hợp khẩn cấp, pin mặt trời có thể cung cấp một nguồn điện đáng

I: KHÁI QUÁT về năng lượng mặt trời

• a Ưu điểm của năng lượng mặt trời

Sử dụng năng lượng mặt trời và các hình thức khác của năng

lượng tái tạo làm giảm sự phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch để

sản xuất năng lượng, do đó trực tiếp làm giảm CO2 phát

thải CO2 phát thải góp phần vào sự ấm lên toàn cầu, một vấn đề

môi trường mà bây giờ đang được quan tâm Các hộ gia đình trung

bình có thể làm giảm CO2 phát thải nhiều nhất là 20%

mặt trời là nguồn năng lượng sạch nhất và vô hạn nhất trong các

nguồn năng lượng mà chúng ta được biết

Bức xạ mặt trời là sức nóng, ánh sáng dưới dạng các chùm tia do

mặt trời phát ra trong quá trình tự đốt cháy mình Bức xạ mặt trời

chứa đựng một nguồn năng lượng khổng lồ và là nguồn gốc của mọi

quá trình tự nhiên trên trái đất Năng lượng của mặt trời dù rất dồi

Ưu điểm của năng lượng mặt trời

• để chạy điện cho nhà hoặc cơ sở kinh doanh không chỉ hạ thấp các chi phí điện của theo thời gian, mà còn tạo ra được điện sạch

• Các Lợi Ích về Môi Sinh

• Qua việc “chuyển dùng năng lượng mặt trời,” có thể giảm đáng kể dấu tích của chất các bon Mỗi kilowat giờ (kWh) tạo ra từ năng lượng mặt trời tương đương với việc làm giảm hơn một cân khí

cacbonic (CO2) Thí dụ, khi lắp một hệ thống 4kw quang điện (PV),

cỡ trung bình cho một căn nhà ở California, có thể giảm lượng khí các bon thải ra tương đương với số khí thoát ra khi lái một chiếc xe hơi trung bình hơn 12,000 dặm đường, hoặc bằng với lượng khí

CO2 được hấp thụ bởi khoảng 1 mẫu cây xanh Ngoài ra, các hệ thống năng lượng mặt trời rất đáng tin cậy vì chúng tạo ra được năng lượng sạch từ mặt trời lên đến 25 năm

• Nếu như vào khoảng năm 1970, để có 1 watt công suất điện mặt trời cần chi phí 50 USD, thì đến năm 2010 giá thành

đã giảm xuống dưới 2 USD cho 1W, và trong năm 2011 sẽ chỉ còn khoảng 1,20 USD cho 1 W, và còn có khả năng giảm tiếp trong những năm tới

Ở mức giá 1,20 USD cho 1 W, điện mặt trời đã đạt được đến mức mà các chuyên gia gọi là «grid parity», tức là hiệu quả

về mặt kinh tế không kém gì là đầu tư vào thủy điện, nhiệt điện Trong tương lai gần, khi giá thành giảm đi thêm và hiệu quả chuyển ánh sáng thành điện tăng lên (hiện tại mới chỉ chuyển được khoảng 1/4 năng lượng ánh sáng thành điện), thì hiệu quả kinh tế của điện mặt trời sẽ còn vượt lên trên các loại năng lượng khác Không những thế, điện mặt trời còn có những điểm ưu việt hơn hẳn các loại nhà máy điện khác: sạch, an toàn, không làm ô nhiễm môi trường như nhà máy nhiệt điện, không có nguy cơ gây thảm họa như là vỡ đập thủy điện hay nổ nhà máy điện nguyên tử; có thể được lắp đặt mọi nơi, mọi kích thước, từ một cái mái nhà nhỏ cũng

có thể phủ các tấm điện mặt trời để cung cấp điện cho nhà, cho đến khu trạm điện mặt trời lớn với công suất hàng chục triệu watt trở lên, đủ cung cấp điện cho cả một thành phố

I: KHÁI QUÁT về năng lượng mặt trời

 NHƯỢC ĐIỂM

Điều bất cập duy nhất là giá thành của Pin mặt trời đến nay còn

cao và tỷ lệ chuyển đổi năng lượng chưa thật sự cao (13-15%)

Trái lại sức nóng của mặt trời có hiệu suất chuuyển đổi lớn gấp

4-5 lần hiệu suất của quang điện, và do vậy đơn giá của một đơn vị

năng lượng được tạo ra rẻ hơn rất nhiều

Chi phí Trong khi năng lượng mặt trời là miễn phí, chi phí cho

những thất bại của nhiều hộ gia đình cài đặt từ cài đặt nó

Thương hiệu mới tạo ra các hệ thống năng lượng mặt trời là tốn

kém

II:SƠ đồ chuyển đổi năng lượng măt trời

• ÁNH sáng măt trời đươc

hấp thụ qua tấm bin

• Sau đó qua bộ điều khiển

nạp.Và quapin/ăc quy.

• Nêu thiết bị dùng dòng

1 chiều thì dùng

luôn Còn nếu thiết bị

dùng dòng xoay chiều thì

phaỉ qua bộ chuyển đổi

DC-AC

PHẦN II :Các Công nghệ sử

dụng NLMT

mặt trời Quangđiện

Hiệu suất biến đổi quang-điện của các

môđun PMT Si thương mại trong khoảng

11-14% Công nghệ sản xuất điện năng này

hoàn toàn không gây ra ô nhiễm môi trường

Khi chiếu sáng một lớp tiếp xúc bán dẫn pn

thì NL ánh sáng có thể được bíến đổi thành

NL của dòng điện một chiều HiKện tượng đó

được gọi là hiệu ứng quang-điện

(photovoltaic) và nó được ứng dụng đề

chuyển đổi NLMT thành điện năng Trong

công nghệ quang-điện này người ta sử dụng

các mô đun pin mặt trời (PMT) mà thành

phần chính của nó là các lớp tiếp xúc bán

dẫn Silic loại n và loại p, nSi/pSi (hình 1)

Hình 1- Nguyên lý cấu tạo PMT (trên) và môđun PMT

(dưới)

b- Công nghệ Nhiệt năng từ mặt trời

•

Từ lâu nhiệt năng từ bức xạ mặt trời đã

được dùng để phơi sấy, sưởi ấm, một

cách tự nhiên Hiện nay nhờ các thiết bị

mới nên nhiệt mặt trời được sử dụng

hiệu quả hơn Có 2 công nghệ thông

dụng khai thác nhiệt mặt trời dựa trên

hiệu ứng nhà kính và hiệu ứng hội tụ

bức xạ mặt trời.

Hiệu ứng nhà kính là hiệu ứng như sau:

các tấm kính có đặc tính là cho các bức

xạ MT có bước sóng nhỏ hơn khoảng

0,7x 10-6m đi qua dễ dàng, nhưng lại

ngăn không cho các bức xạ MT có bước

sóng lớn hơn khoảng 0,7x 10-6m Bức

xạ MT có bước sóng lớn hơn khoảng

0,7x 10-6m là các bức xạ nhiệt nó nung

nóng các vật khi bị các tia này chiếu

vào Lợi dụng đặc tính này của kính

người ta tạo ra các hộp thu NLMT như

hình 3 để sản xuất nước nóng, sấy nông

thu NLMT nhờ hiệu ứng nhà

kính

Sơ đồ nguyên lý của 1 hệ thống điện mặt trời cơ bản

• Một số thông tin cơ bản về tấm pin mặt trời sử dụng trong hệ thống

• Loại cells: monocrystalline và polycrystalline

• Chất liệu của khung: nhôm

• Tuổi thọ trung bình của tấm pin: 25-30 năm

• Trong một ngày nắng, mặt trời cung cấp khoảng 1 kW/m² đến mặt

đất (khi mặt trời đứng bóng và quang mây).Công suất và điện áp của một hệ thống sẽ phụ thuộc và cách chúng ta nối ghép các tấm pin

mặt trời lại với nhau

• Các tấm pin mặt trời được lắp đặt ở ngoài trời để có thể hứng được

ánh nắng tốt nhất từ mặt trời nên được thiết kế với những tính năng

và chất liệu đặc biệt, có thể chịu đựng được sự khắc nghiệt của thời

tiết, khí hậu, nhiệt độ…

• )

2 Bộ điều khiển sạc mặt trời (Solar Charger Controller

• Đây là thiết bị có chức năng điều

khiển việc sạc điện từ tấm pin

NLMTcho ắc-quy, ổn áp cho dòng

điện nạp, bảo vệ cho ắc-quy

chống nạp quá tải và xả quá sâu

nhằm nâng cao tuổi thọ của bình

ắc-quy, và giúp hệ thống pin mặt

trời sử dụng hiệu quả và lâu dài

Bộ điều khiển còn cho biết tình

trạng nạp điện của tấm pin mặt

trờii vào ắc-quy giúp cho người

sử dụng kiểm soát được các phụ

tải Bộ điều khiển còn thực hiện

việc bảo vệ nạp quá điện thế

(>13,8V) hoặc điện thế thấp

(<10,5V) Mạch bảo vệ của bộ

điều khiển sẽ thực hiện việc ngắt

mạch khi bộ điều khiển xác nhận

bình ắc-quy đã được nạp đầy

hoặc điện áp của tấm pin mặt trời

quá thấp.

• Bộ kích điện là một thiết bị biến đổi điện áp một chiều (DC) của bình ắcquy (12V – 24V - 48V hoặc lên đến 240V) thành điện áp xoay chiều (AC) có tần số phù hợp với lưới điện Việt Nam đang sử dụng là 220V, 50Hz Bộ kích điện được thiết kế với nhiều loại công suất từ 300VA – 10kVA tuỳ yêu cầu sử dụng

• Bộ kích điện có hai dạng: sóng điện hình sin mô phỏng và hình sin thực Loại đầu có ưu điểm là giá rẻ, nhỏ gọn, thường dùng cho máy

vi tính, đèn compact, tivi, đầu máy… Loại sau sử dụng tốt với các

thiết bị điện dân dụng, nhưng có giá cao hơn.

• Thiết bị này dùng để chuyển mạch từ điện lưới và điện từ năng lượng mặt trời tuỳ trạng thái khi dùng phối hợp giữa hệ thống điện mặt trời với điện lưới Những hệ thống điện mặt trời thông minh có thể vừa cấp điện cho lưới sau khi đã nạp đầy ắc quy hoặc chuyển sang sử dụng điện lưới khi điện mặt trời không đủ cung cấp Đơn giản nhất có thể dùng loại cầu dao chuyển mạch thủ công hoặc muốn tự động

hoàn toàn, phải dùng tủ điều khiển ATS.

• Là thiết bị lưu trữ điện để sử dụng vào ban đêm hoặc lúc trời ít hoặc không còn ánh nắng Ắc-quy có nhiều loại như ắc quy nước axit, ắc quy miễn bảo dưỡng MF, ắc quy kín khí VRLA, ắc quy khô (gel,

cadimi, niken) với kích thước và dung lượng (tính bằng AH) hoàn toàn khác nhau, tùy thuộc vào công suất và đặc điểm của hệ thống pin mặt trời Hệ thống có công suất càng lớn thì cần sử dụng ăc-quy có dung lượng lớn hoặc dùng nhiều bình ắc-quy kết nối lại với nhau.

- Công nghệ Nhiệt năng từ mặt trời

• Tia mặt trời xuyên qua tấm kính (1) tới tấm hấp thụ

(2) bị hấp thụ phần lớn NL Các tia nhiệt thứ cấp từ

tấm hấp thụ có bước sóng Λ > 0,7μm bị tấm kính m bị tấm kính

ngăng lại Như vậy hộp thu cho ánh sáng MT vào mà

không cho ra nên tấm hấp thụ ngày càng nóng lên

Nhiệt từ tấm hấp thụ có thể sử dụng để đun nước,

sấy, sưởi ấm, Hiệu suất thu nhiệt của bộ thu có thể

đạt đến 50%.

Để sản xuất điện từ nhiệt NLMT người ta sử dụng các

hệ thống gương cầu hay gương parabol để hội tụ các

tia mặt trời vào các điểm hay trục hội tụ Tại các điểm

hội tụ nhiệt độ có thể lên đến hàng trăm hay thậm

chí đến hàng nghì độ Nếu cho chất lỏng như nước,

dầu, qua vùng hội tụ thì chất lỏng bị bay hơi ngay

•

• * Đây là sự tích hợp của hai hệ thống thành một hệ thống liên

* Khi khởi động hệ thống Ắc quy lưu trữ Battery Bank luôn

được ưu tiên nạp điện từ Pin mặt trời cho đến khi đầy Lúc này

Grid-Tie Solar Inverter (GTSI) chưa làm việc

* Khi Battery Bank được nạp đầy, bộ Inverter-Solar Charger (ISC) sẽ ngưng nạp và bộ GTSI sẽ hoạt động: Biến đổi điện DC từ Pin mặt trời thành điện AC 220V có điện áp, tần số - pha trùng với điện lưới và được hòa trực tiếp vào lưới điện – Việc bán điện sẽ được thông qua đồng hồ W1

* Khi có điện lưới, điện năng cho tải thông thường và tải ưu tiên sẽ được cấp qua đồng hồ điện W2 (điện mua) - do ISC lúc này đang ở chế độ On grid

* Khi mất điện lưới, ISC sẽ lấy điện DC từ Battery Bank và trực tiếp từ Pin mặt trời để biến đổi thành điện AC 220V cung cấp cho tải ưu tiên Đồng thời GTSI sẽ ngưng làm việc

* Như vậy, số tiền mà khách hàng thực trả định kỳ cho nhà đèn chỉ tương ứng với chỉ số tiêu thụ là W2-W1 Đó chính là hiệu quả

mà hệ thống đem lại g%20mtroi.jpg

PHẦN III :Tình hình sử dụng năng lượng măt trời

• Đối với cuộc sống của loài người,

năng lượng Mặt Trời là một nguồn

năng lượng tái tạo quý báu.

Có thể trực tiếp thu lấy năng lượng

này thông qua hiệu ứng quang điện,

chuyển năng lượng các photon của

Mặt Trời thành điện năng, như trong

pin Mặt Trời Năng lượng của các

photon cũng có thể được hấp thụ để

làm nóng các vật thể, tức là chuyển

thành nhiệt năng, sử dụng cho bình

đun nước Mặt Trời, hoặc làm sôi

nước trong các máy nhiệt điện của

tháp Mặt Trời, hoặc vận động các hệ

thống nhiệt như máy điều hòa Mặt

Trời.

hệ 500W cho hộ gia đình Đảo Quan Lạn, Quảng Ninh