pin năng lương mặt trời

nguồn năng lượng hóa thạch ngày dần cạn kiệt .chính vì thế việc nghiên cứu và sản xuất nguồn năng lượng thay thế nhu năng lượng gió, năng lượng điện mặt trời ngày càng được nghiên cứu . trong đó pin năng lượng mặt trời có ứng, dễ sản xuất....

L I NÓI U

Nh chúng ta ã bi t m c l ch s r t quan tr ng trong l ch s phát tri n c a loài

ng i là vi c phát minh ra l a và dùng các lo i nhiên li u t nhiên nh c i r ng

duy trì ng n l a, nh ó ã phát tri n thành m t n n v n minh c a nhân lo i và thoát

kh i cu c s ng c a ng v t Sau nhi u nghìn n m m i n th k th nh t tr c công

nguyên con ng i m i bi t dùng s c n c làm quay gu ng n c, và n u th k

th XII m i bi t s d ng s c gió làm quay c i xay gió Kho ng n a cu i th k th

XVIII con ng i m i phát hi n c ngu n nhiên li u hóa th ch nh : than á, d u và

khí t t nhiên n gi a th k XX nhà máy i n nguyên t u tiên c a th gi i ra

i, nh ó ã th a mãn c nhu c u n ng l ng c a con ng i và a n n v n minh

c a nhân lo i ti n m t b c dài nh ngày nay

Tuy nhiên, các ngu n n ng l ng hóa th ch là có h n, con ng i khai thác n

m t lúc nào ó s h t, hơn n a khi khai thác và s d ng các ngu n nhiên li u hóa

th ch, th y i n và i n nguyên t … ã l i cho loài ng i nh ng h u qu v tác

ng môi tr ng là vô cùng l n lao M t trong nh ng h u qu ó là khi s d ng các

ngu n nhiên li u này ã th i ra môi tr ng các lo i khí c làm ô nhi m b u khí quy n

bao quanh Trái t, mà h u qu tai h i c a hi n t ng này ã làm thay "i khí h u, tác

ng x u i v i cu c s ng hi n nay và t ơng lai c a loài ng i

Ngày nay, khi mà ti m n ng th y i n ã c con ng i khai thác g n h t, còn

các ngu n nhiên li u nh : than, d u khí thì không có kh n ng tái t o và trong t ơng lai

không xa s c n ki t, khi mà n ng l ng nguyên t còn #t ra quá nhi u tranh cãi b$i

s c h i c a nó thì vi c nghiên c u tìm ra các ngu n n ng l ng m i và s ch ã tr$

thành nghiên c u m%i nh n c a nhi u qu c gia, #t bi t là các n c phát tri n Trong

công cu c i tìm ngu n n ng l ng m i này, con ng i ã t c nh ng thành công

nh t nh: ó là s ra i c a các trung tâm phát i n dùng n ng l ng gió, n ng

l ng m#t tr i v i công su t lên t i hàng ngàn mega oát Tuy nhiên nh ng ngu n n ng

l ng trên t ơng i ph thu c vào t nhiên

Hòa cùng xu h ng phát tri n v khoa h c k thu t trên th gi i, thì trong

nh ng n m g n ây ho t ng nghiên c u và tái t o nói chung và n ng l ng m#t tr i

nói riêng $ n c ta ã c tri n khai khá m nh m& và r ng kh'p Vì v y, chúng ta c n

ph i nghiên c u và ng d ng ngu n n ng l ng vô t n này m t cách t t nh t và có

hi u qu nh t

M t trong nh ng tài ng d ng thành công nh t c a ngu n n ng l ng s ch

và vô t n này có th nói là tài “ Pin n ng l ng m#t tr i” C%ng chính gì v y mà

tài “ Pin n ng l ng m#t tr i” s c chúng ta nghiên c u và tìm hi u sâu hơn trong

ti u lu n này

PH N I

N I DUNG CHÍNH

I GI I THI U T NG QUÁT V PIN

1 Khái ni n Pin

nh ngh(a m t cách ơn gi n Pin là m t thi t b l u tr n ng l ng d i d ng

hoá h c Pin là ngu n cung c p n ng l ng ho t ng cho h u nh t t c các thi t b

c m tay hi n nay Và m t s d ng c th ng dùng trong gia ình nh : Radio, i u

khi n t xa, ng h treo t ng,…

i n áp c a Pin

i n áp c a Pin c o b)ng Vôn (V) V i các lo i Pin nickel, metal hydrid

(Ni-MH) và Ni-Cd, i n áp kho ng 1.2V m*i viên V i Alkaline và các lo i Pin không

s c c thì i n áp cao hơn, th ng là 1.5V m*i viên i n áp c a Pin ph i phù h p

v i ch+ nh c a thi t b Dùng Pin không úng i n áp có th làm h ng các thi t b c a

ta

Dung L ng C a Pin

Dung l ng c a Pin (hay ta th ng g i là dòng c a Pin) c o b)ng ơn v :

Miliampe gi (mAh) Thí d : Pin có dung l ng 1000 mAh t c là nó có th cung c p

m t dòng i n 1000mA t c là 1Ampe (1A) cho thi t b s d ng trong 1 gi Ch+ s này

giúp ta so sánh m nh c a các lo i Pin Pin có mAh càng l n thì Pin càng m nh

Kh N ng Ch u T i

Kh n ng ch u t i c a Pin ph thu c nhi u vào n i tr$ c a Pin Pin có n i tr$

càng nh thì kh n ng ch u t i càng cao (cung c p m t dòng i n l n) i u này s r t

có ích thi t b c a ta có t i n#ng (thí d máy nh có nhi u motor và èn flash)

B o Qu n Pin

Không có lo i nào Pin gi c nguyên v,n n ng l ng c a nó trong quá trình

b o qu n Nguyên nhân do các ph n ng i n hoá trong Pin gây ra các suy hao không

tránh c S t x này gi i h n th i gian b o qu n c a Pin V i các lo i Pin s c, m c

t x cao hơn các lo i không s c c, th ng là 15-25% m*i tháng khi b o qu n $

nhi t trong phòng (kho ng 250C) so v i m c 1.5% m*i n m c a Pin không s c Ta

không nên b o qu n Pin trong t l nh vì s ng ng t hơi n c s làm t ng n i tr$ và

làm gi m kh n ng ch u t i c a Pin

2 Các Lo i Pin S c Và Pin Th ng

* Pin Alkaline

Pin Alkaline có th mua c khá d- dàng N u ta dùng v i máy nh s thì th i

gian s d ng s r t ng'n Tuy v y v i giá khá r& Pin Alkaline v.n là l a ch n c a nhi u

ng i Pin Alkaline có ch t l ng t t trên th tr ng do các hãng danh ti ng nh Fuji

hay Duracell s n xu t Khi s d ng i n áp và kh n ng ch u t i c a Pin Alkaline gi m

d n d n Nh v y, ng i dùng có th nh n bi t c th i i m h t Pin

Pin Alkaline có n i tr$ nh , kh n ng ch u t i cao, có th b o qu n trong nhi u

n m, suy y u trung bình 2%/n m

* Pin Silver oxide (oxit b c)

Ho t ng c trong môi tr ng nhi t th p, n i tr$ nh và có kh n ng ch u

t i l n

Pin Silver có c tính cao không thông d ng do giá r t 't Ta có th th y lo i

Pin này trong m t s lo i ng h , máy tr thính, ….và các máy nh tiêu th ít i n

n ng

* Pin Zinc cloride và Zinc carbon

Pin carbon k m có giá r t r& ây là l a ch n t t cho các thi t b tiêu th ít i n

n ng ( èn Pin và chơi) Các lo i Pin trong n c s n xu t nh (Pin Con Ó ) th ng

thu c lo i này Do có n i tr$ cao, ta không s d ng lo i Pin này cho các thi t b nh

máy nh, radio, ng h treo t ng là t t nh t M c t x c a Pin tròn Zinc carbon

k m t i a là 4%/n m

* Pin Lithium (Li/MnO2)

Pin Lithium là l a ch n t t nh t cho ta khi s d ng dòng Pin không s c và c n

tin c y cao, m c x "n nh Lo i Pin này có m t n ng l ng cao, tr ng l ng

nh,, ho t ng t t trong d i nhi t r ng (t 40 - 60 C), có kh n ng b o qu n t t

(gi m 2% n ng l ng/n m)

Khi s d ng Pin này ta không nên dùng l.n v i lo i Pin khác vì nó có #c tính

x r t khác v i các lo i Pin khác.M#t khác, vì i n th cao hơn (1.5V/viên), Pin này s

tr$ thành ngu n n p i n cho các Pin còn l i có i n th th p hơn

6.2 Pin s c

* Ni-Cd (hay NiCad)

Pin Ni-Cd có n i tr$ nh b)ng ½ so v i các Pin Ni-MH, do ó r t phù h p khi

dùng v i èn flash (chu k/ n p nhanh hơn) tuy nhiên ta ph i c0n th n khi s d ng vì

Pin Ni-Cd r t c

M t trong s các y u i m c a Pin Ni-Cd là i n th gi m t ng t $ cu i chu

k/ x S gi m t ng t này không nhanh b)ng Pin Ni-MH nh ng th y rõ so v i Pin

Alkaline Vì v y, tránh “s m t i n n ng t ng t này” ta nên có Pin d phòng khi

i xa hay làm nh ng vi c quan tr ng

M t #c i m Ni-Cd là hi u ng nh (memory efface) ây là hi n t ng suy

gi m tu"i th nhanh chóng n u không s d ng Pin úng cách Hi n t ng này c

gi i thích nh sau: Khi ta s c Pin Ni-cd v i dòng s c nh hay tr c khi dùng ki t thì

m t s h p ch t hoá h c s tích t $ c c âm c a Pin N u ta ti p t c s c ki u này, các

h p ch t tích t ngày càng nhi u thêm và làm gi m kh n ng tích l%y n ng l ng Cách

t t nh t tránh hi n t ng này là dùng Pin cho n h t hay x tr c khi s c Các b

s c Pin Ni-Cd t t nh t th ng có nút b m x Pin r i t ng s c khi i n áp th t n

m c th p nh t

* Pin Ni-MH (Nickel Metal Hudride)

Pin Ni-MH d ng “AA” có th dùng vơi h u nh t t c các thi t b ang dùng

Pin Alkaline và Ni-Cd Pin Ni-MH có kh n ng l u tr n ng l ng t t và n i tr$ nh

ây là l a ch n ph" bi n vì Pin Ni-MH không có hi u ng nh và dung l ng Pin cao

hơn hai l n Pin Ni-Cd V i Pin này ta có th s c b t c lúc nào mà không c n ph i x

Pin Tuy nhiên nó có th b h ng vì nhi t n u s c quá lâu Ta nên s s ng b s c pin

ch t l ng cao Có i u khi n t ng tránh i u này Khi mua Pin Ni-MH, ta s

d ng nên s d ng các lo i có dung l ng cao (c1 1800mA/h tr$ lên) Trên th tr ng ta

có th ch n Pin Ni-MH c a các hãng nh : Sanyo, Panasonic, Sony có dung l ng

2000-2200mAh M t l u ý n a là không nên dùng s c c a Pin Ni-Cd cho Pin Ni-MH

tránh cháy, n" Pin nh t là khi dùng b s c nhanh Sau khi s c hãy b Pin kh i b s c

tránh “rò” Pin

* Pin Lithium-lon (Li-lon)

Pin Li-lon hi n nay c s d ng nhi u trong các thi t b cao c p nh i n tho i

di ng, PDA, máy nh 't ti n và máy tính xách tay nó có th l u tr nhi u n ng

l ng hơn Pin Ni-Cd và Ni-MH nh ng c%ng 't hơn nhi u do công ngh ch t o và

ch t li u c s d ng Trong m*i viên Pin Li-lon th ng có m ch i u khi n quá

trình s c và b o v Pin

Pin Li-lon suy gi m ch t l ng theo th i gian b t k ta dùng hay không dùng

nó Vì v y khi s d ng Pin, ta c n c m b o r)ng Pin m i c s n xu t Ta có th

s c Pin b t c lúc nào, y hay h t u không quan tr ng nh ng nó s giãm ch t l ng

sau m*i l n s c ó là lý do t i sao các ch ơng trình ki m tra Pin (battery monitoring)

trên máy tính xách tay m c s l n s c Pin

* Pin Lithium-Polymer (Li-Po)

Là th h Pin m i và c%ng 't ti n nh t nên ch+ xu t hi n trong các thi t b PDA

và i n tho i di ng cao c p Pin Li-Po có ch t i n phân d ng r'n khác v i i n phân

l ng nh h u h t các lo i Pin khác i u ó có ngh(a nó có tr ng l ng nh, hơn nhi u

so v i các lo i Pin khác và nhà s n xu t có th ch t o Pin Li-Po v i b t k/ hình d ng

nào

Pin Li-Po nh, và có kh n ng l u tr i n n ng nhi u hơn b t k/ lo i Pin nào k

trên vì v y c gi i mô hình (RC) r t a chu ng và s d ng ph" bi n trong môn mô

hình hi n nay

II TÌM HI U KHÁI QUÁT V PIN NHIÊN LI U

1 Khái ni n chung v Pin nhiên li u

- Pin nhiên li u c ký hi u: (PAC: Piles as Combustible)

- Khái ni m v pin nhiên li u th c ra ã có t lâu, nó là m t thi t b i n hoá

mà trong ó bi n "i hoá n ng thành i n n ng nh quá trình oxy hoá nhiên li u, mà

nhiên li u th ng dùng $ ây là khí H2 và khí O2 ho#c không khí Quá trình bi n "i

n ng l ng trong pin nhiên li u $ ây là tr c ti p t hoá n ng sang i n n ng theo ph n

ng: H2 + O2 = H2O + Dòng i n, nh có tác d ng c a ch t xúc tác, th ng là các

màng platin nguyên ch t ho#c h*n h p platin, ho#c các ch t i n phân nh ki m, mu i

Cacbonat, Oxit r'n th c ch t nó là m t lo i pin i n hoá Ng i ta phân lo i các pin

nhiên li u theo ch t i n phân, i n c c và các ch t xúc tác trong pin nh ng ngu n

nguyên li u v.n ch+ là H2 và O2 (không khí) Tr c ây ng i ta dùng khí H2 bi n

"i thành nhi t n ng d i d ng t cháy, sau ó t nhi t n ng s bi n "i thành cơ

n ng qua các tua-bin khí và các tua-bin ó d.n ng các máy phát i n bi n "i

thành dòng i n, v i bi n "i gián ti p nh v y thì hi u su t c a quá trình s th p T

ó ta d- dàng so sánh quá trình bi n "i tr c ti p trong pin nhiên li u là có hi u su t r t

cao

Hình 1 Pin nhiên li u do Phân vi n V t lý t i TP.HCM ch t o

2 Sơ l c v s hình thành và phát tri n c a PAC

- Nguyên lý ho t ng c a pin nhiên li u (PAC) ã c tìm ra t n m 1802

nh ng mãi t i n m 1839 nó m i có c b c ti n quan tr ng: ó là s ho t ng l n

u tiên c a m t pin nhiên li u v i các i n c c b)ng platin và dung d ch i n phân là

axít sunfuric n n m 1855, có nhi u nghiên c u h ng vào vi c ch t o, thi t k

PAC và c%ng t c m t s k t qu : than c dùng làm nhiên li u Tuy nhiên,

nh ng k t qu t c còn quá khiêm t n Và tài này d ng nh b quên lãng

Ng i ta ph i i cho t i khi có s tham gia c a ng i M trong công cu c chinh ph c

v% tr (kho ng nh ng n m 1960) thì nó m i c chú ý l i Song song v i nó là nh ng

nghiên c u lo i công ngh m i này nh)m ng d ng vào l(nh v c giao thông Th

nh ng nh ng v n v công ngh , giá thành ã khi n cho PAC không th phát tri n và

c nh tranh n"i v i k nguyên th ng tr c a d u l a

- Tuy nhiên trong vòng vài tr c n m tr$ l i ây, nh ng d án quan tr ng nh t

cho hình thành s phát tri n ngu n n ng l ng này trong t ơng lai là pin nhiên li u

c s d ng làm ngu n i n trong các thi t b không gian n)m trong d án Gemini,

Apollo và Tàu con thoi c a NASA Và b't u t nh ng n m 80, nó c s d ng

trong các nhà máy i n có công su t t (20 kW n 50 kW) và t ó cho n nay, ã

có r t nhi u nhà máy i n s d ng n ng l ng này $ các n c phát tri n nh M ,

Canada, Nh t B n và m t s n c Châu Âu v i công su t hàng tr m MW và tu"i th là

hàng ch c nghìn gi làm vi c Ngoài ra m t trong nh ng s thu hút nh t c a m t lo i

pin nhiên li u có tên "pin nhiên li u d ng màng trao "i proton" [màng proton ion

exchange membrane, ó là m t l p màng m ng ch+ cho phép proton (h t nhân c a

phân t H2) di chuy n qua Thông th ng l p màng này bao g m v t li u có tính phân

c c m nh (electrolyte) c gia c b)ng các l p màng polime xen k Nh v y v m#t

nguyên lý ho t ng, có khác v i màng th0m th u ng c (reverse osmosis)] ã c

phát tri n trong công nghi p ô tô v n t i, là ngu n nguyên li u trong xe hơi, nó ang

c phát tri n trong các công ty ô tô hàng u th gi i nh General Motor, Ford

(M ), Daimler Benz ( c), Renaul (Pháp), Toyota, Nissan, Honda (Nh t b n),

Hyundai (Hàn Qu c) và ti m n ng c a nó trong các ngành công nghi p ph c v i

s ng là r t to l n

- Pin nhiên li u s có th n'm gi vai trò ch o trong vi-n c nh ngu n n ng

l ng c a th gi i trong t ơng lai Nh ng #c i m u vi t c a nó nh hi u su t cao,

"n nh l n, phát x th p, không gây n, không gây ô nhi-m môi tr ng , s b't

bu c pin nhiên li u s d ng trong các nhà máy i n trong t ơng lai Có th nói Hydro

s tr$ thành ngu n n ng l ng c a th k XXI, mà nh các nghiên c u ch+ ra r)ng, pin

nhiên li u có m t u th không th nghi ng hơn t t c các thi t b bi n "i n ng l ng

khác

3 Sơ l c v nguyên lý ho t ng c a PAC

* Nguyên lý ho t ng :

Nguyên lý ho t ng cơ b n c a PAC r t ơn gi n, ó là quá trình ng c l i c a

s thu phân c a n c Pin nhiên li u t" h p oxi và hidro t o thành n c, cung c p

i n, và nhi t mà không th i ra các ch t gây ô nhi-m Quá trình này có th bi u di-n

b)ng ph ơng trình hoá h c nh sau :

2H2 + O2 2 2H2O

M t i n c c là oxi (O2), m t i n c c là hydro (H2), hi u i n th t o ra trên

th c t t 0,7V trên m*i c#p i n c c Do ó c n #t nhi u ph n t nh v y n i ti p

Pin nhiên li u ho t ng d a trên ph n ng c a oxi và hydro ho t ng

c thì ngoài ph n hoá h c, m t máy phát i n lo i này c n có các ph n khác: u

vào, u ra, ph n ph , h th ng i u khi n

* u vào:

S n xu t hydro: Có th c i u ch t các lo i hydro cacbon (CxHy), các s n

ph0m ph c a công nghi p hoá và d u l a, ho#c i u ch hydro t n c (H2O)

D tr nhiên li u (hydro): Có th dùng hydro l ng ($ -252 C) áp su t 100bar

ho#c hy rua kim lo i (r t n#ng và 't), ho#c trong các ng nonatomic (là nh ng ng

dùng trong v t li u phi h t nhân)

Ch t cháy: Dùng oxi trong không khí $ i u ki n bình th ng Tuy nhiên trong

m t s tr ng h p t ng hi u su t, ng i ta ph i nén khí Hơn n a, không khí th ng

không s ch do ó c%ng c n l c tr c khi dùng

* u ra:

B ph n th i khí: th i các khí trơ bám $ a-not làm gi m quá trình ph n ng,

khí bão hoà s thành n c bám vào ca-tot

T n nhi t: Các ph n ng trong pin có phát nhi t, c n ph i t n nhi t m b o

nhi t c a pin Ta có th t n d ng nhi t này làm nhi u vi c khác L ng nhi t t n

ra c%ng g n t ơng ơng v i i n n ng thu c

i n n ng: i n phát ra trên hai c c c a pin ph i m b o c i n áp m t

chi u t i thi u làm vi c c a pin i m làm vi c ( i n áp ra) này s c c nh nh

các b bi n "i i n N u chúng ta mu n có i n xoay chi u thì c n thêm vào m t b

bi n "i n a (t 1 chi u thành xoay chi u)

* Các h th ng ph khác:

kh$i ng PAC c n dùng n h th ng pin i n hoá Nó dùng nâng nhi t

c a pin n ng 1ng c n thi t, m b o ho t ng c a các b ph n cùa pin lúc kh$i

ng, ng th i c%ng m b o an toàn cho pin trong các tr ng h p s c

Hình 3 Sơ tam giác n ng l ng c a Hydro nh n ng l ng m#t tr i

4 M t s u nh c i m c a Pin nhiên li u

3u i m

- Hi u su t cao: N u ch+ s n xu t i n thì t 40% (b)ng nhi t i n), n u là c m

nhi t i n thì có th t t i 90%

- Hi u su t này ít thay "i theo công su t phát

- Công su t c a PAC có th t vài kW t i hàng MW mà không làm thay "i

hi u su t

- Ít gây n (ngo i tr máy nén khí và bơm)

- Ít ph i b o qu n và giá thành b o d 1ng r&

- G n nh không gây ô nhi-m môi tr ng: không cháy, không th i khí c SOx,

còn COx thì th p hơn 2 l n và NOx thì th p hơn 50 l n so v i máy phát nhi t i n

- tin c y c a h th ng: c n t c 40 nghìn gi v n hành v i các ng

d ng t(nh (phát i n lên l i i n)

- Giá thành s n xu t gi m: ph i t c1 5000 kW công su t #t Riêng v i ôtô thì

- PAC Methanol t o ra i n trong m t quá trình ph n ng hóa h c có ki n soát

Nhiên li u này là m t dung d ch c a ch t methanol ph n ng trên n c khi các phân t

c a m t ch t xúc tác metallic c b" sung vào nhiên li u ch t methanol s c phân

hóa M t màng nh y s cho phép nh ng ch t ph th i di chuy n qua nh ng v.n gi l i

ch t methanol cô #c, dùng cho vi c ph n ng

- Ch t methanol càng cô #c thì càng t t Trong công ngh hi n t i 4 m t t+ l

cô #c quá cao, m t ph n methanol v.n th m qua màng nh y, ó là màng h n ch kh

n ng phát i n Nh ng lo i pin nhiên li u dùng cho máy tính mini tr c ây ho t ng

v i t+ l cô #c methanol th p hơn và vì th dung tích c a pin c%ng ph i l n hơn m i có

tính

- V t li u m i c a PAC Methanol cho phép ch t methanol c l u trong m t

dung d ch có t+ l 30% mà không b rò th m Vì th các nhà ch t o PAC Methanol có

th kh5ng nh v i 300ml dung d ch v.n có th t o ra i n cho m t máy Notebook ho t

ng trong vòng 8 – 10 gi

Hình 4 Sơ c u t o và ho t ng c a Pin nhiên li u c n Methanol

III N NG L NG M T TR I

1 M t tr i và c u t o c a m t tr i

Hình 5 C u t o b ngoài c a m t tr i

M#t tr i là m t kh i khí hình c u có ng kính 1,390.106 km (l n hơn 110

ng kính trái t), cách xa trái t 150.106 km (b)ng m t ơn v thiên v n AU ánh

sáng m#t tr i c n kho ng 8 phút v t qua kho ng cách này n trái t) Kh i l ng

m#t tr i kho ng Mo= 2.1030 kg Nhi t To c a trung tâm m#t tr i thay "i trong

kho ng t 10.106 K n 20.106 K, trung bình kho ng 15600000 K 4 nhi t nh v y

v t ch t không th gi c c u trúc tr n t thông th ng g m các nguyên t và phân

t Nó tr$ thành plasma trong ó các h t nhân c a nguyên t chuy n ng tách bi t v i

các electron Khi các h t nhân t do có va tr m v i nhau s xu t hi n nh ng v n"

nhi t h ch Khi quan sát tính ch t c a v t ch t ngu i hơn trên b m#t nhìn th y c

c a m#t tr i, các nhà khoa h c ã k t lu n r)ng có ph n ng nhi t h ch x y ra $ trong

lòng m#t tr i

V c u trúc, m#t tr i có th chia làm 4 vùng, t t c h p thành m t kh i c u khí

kh"ng l Vùng gi a g i là h t nhân hay “ l i” có nh ng chuy n ng i l u, nơi x y

ra nh ng ph n ng nhi t h t nhân t o nên ngu n n ng l ng m#t tr i, vùng này có bán

kính kho ng 175000km, kh i l ng riêng 160kg/dm3, nhi t c tính t 14 n 20

tri u , áp su t vào kho ng hàng tr m t at Vùng k ti p là vùng trung gian còn g i là

vùng “ i ng c” qua ó n ng l ng truy n t trong ra ngoài, v t ch t $ vùng này g m

có: s't (Fe), Canxi (Ca), Natri (Na), Stronti (Sr), Crom (Cr), Niken (Ni), Cacbon (C),

Silic (Si), và các khí nh Hydro (H2), Heli (He)…, chi u dày vùng này kho ng

400000km Ti p theo là vùng “ i l u” dày 125000km và vùng “quang c u” có nhi t

kho ng 6000K, dày 1000km $ vùng này g m các b t khí sôi s c, có ch" t o ra các

v t en, là các h xoáy có nhi t th p kho ng 4500K và các tai l a có nhi t t

7000K – 10000K Vùng ngoài cùng là vùng b t nh và g i là “ khí quy n” c a m#t

tr i

Nhi t b m#t c a m#t tr i kho ng 5762K ngh(a là có giá tr l n các

nguyên t t n t i trong tình tr ng kích thích, ng th i nh $ ây th+nh tho ng l i

xu t hi n nh ng nguyên t bình th ng và các c u trúc phân t D a trên cơ s$ phân

tích các ph" b c x và h p th c a m#t tr i ng i ta xác nh c r)ng trên m#t tr i

có ít nh t 2/3 s nguyên t tìm th y trên trái t Nguyên t ph" bi n nh t trên m#t tr i

là nguyên t nh, nh t Hydro V t ch t c a m#t tr i bao g m ch ng 92,1% là Hydro và

g n 7,8% là Heli, 0,1% là các nguyên t khác Ngu n n ng l ng b c x ch y u c a

m#t tr i là do ph n ng nhi t h ch t"ng h p h t nhân Hydro, ph n ng này d a trên s

t o thành Heli H t nhân c a Hydro có m t h t mang i n d ơng là proton Thông

th ng nh ng h t nhân mang i n cùng d u 0y nhau, nh ng $ nhi t cao chuy n

ng c a chúng s nhanh t i m c chúng có th ti n g n t i nhau $ m t kho ng cách

mà $ ó có th k t h p v i nhau d i tác d ng c a các l c hút Khi ó c 4 h t nhân

Hydro l i t o ra m t h t nhân Heli, 2 Neutrino và m t l ng b c x Gama (6)

4H11 2 He24 + 2 Neutrino + 6 Neutrino là h t không mang i n, r t b n và có kh n ng âm xuyên r t l n Sau

ph n ng các neutrino l p t c r i kh i ph m vi m#t tr i và không tham gia vào các

“bi n c ” sau ó

Trong quá trình di-n bi n c a ph n ng có m t l ng v t ch t c a m#t tr i b

m t i Kh i l ng c a m#t tr i do ó m*i giây gi m ch ng 4.106 t n, tuy nhiên theo

các nhà nghiên c u, tr ng thái c a m#t tr i v.n không thay "i trong th i gian hàng t

n m n a M*i ngày m#t tr i s n xu t m t ngu n n ng l ng qua ph n ng nhi t h ch

lên n 9.1024 kWh, (t c là ch a y m t ph n tri u giây m#t tr i ã gi i phóng ra m t

l ng n ng l ng t ơng ơng v i t"ng s i n n ng s n xu t trong m t n m trên trái

t)

Hình 6 C u trúc m#t Tr i

2 N ng l ng b c x m t tr i

Trong toàn b b c x c a m#t tr i, b c x liên quan tr c ti p n các ph n ng

h t nhân x y ra trong nhân m#t tr i không quá 3% B c x 6 ban u khi i qua

5.105km chi u dày c a l p v t ch t m#t tr i, b bi n "i r t m nh T t c các d ng c a

b c x i n t u có b n ch t sóng và chúng khác nhau $ b c sóng B c x 6 là sóng

ng'n nh t trong các sóng ó (hình 7) T tâm m#t tr i i ra do s va ch m ho#c tán x

mà n ng l ng c a chúng gi m i và bây gi chúng ng v i b c x có b c sóng dài

Nh v y b c x chuy n thành b c x Rơn-ghen có b c sóng dài hơn G n n b m#t

m#t tr i nơi có nhi t th p có th t n t i v t ch t trong tr ng thái nguyên t và

Hình 7 D i b c sóng i n t

3 S li u v b c x m t tr i

Ph n l n các s li u v b c x m#t Tr i c o $ trên m#t n)m ngang $ các

Tr m Khí T ng Th y V n Ví d hình 8 trình bày các ng cong ghi c trong m t

ngày trong sáng i v i các thành ph n t"ng x và nhi-u x

Hình 8 Các ng cong ghi các thành ph n t"ng x và nhi-u x trong 1 ngày

trong sáng

Qua hình v này ta th y r)ng, s bi n "i c a b c x m#t Tr i là khá trơn tru và

có m t c c i lân c n gi a tr a i v i các ngày mây mù các ng cong trên s

bi n "i ph c t p v i r t nhi u c c i và c c ti u ph

M t n ng l ng b c x m#t Tr i th ng c o b)ng cal/cm3 i v i vi c

thi t k các h th ng thi t b n ng l ng m#t tr i ng i ta quan tâm tr c h t là cái giá

tr trung bình c a b c x m#t Tr i $ a ph ơng l'p #t thi t b Thông th ng ng i ta

tính giá tr trung bình ngày c a b c x m#t Tr i i v i các tháng khác nhau trong m t

n m

tham kh o các s li u b c x m#t Tr i $ các a ph ơng khác nhau trong

m t n c hay trong m t vùng a lý nào ó ng i ta ta th ng xây d ng các s" tay tra

c u hay các b n b c x m#t Tr i Có hai i l ng chính ánh giá b c x m#t

Tr i $ m t a ph ơng nào ó, ó là m t n ng l ng m#t Tr i trung bình ngày và s

gi n'ng trung bình tháng trong n m và c n m

B ng 1: L ng t!ng b c x m t Tr i trung bình ngày c a các tháng trong

n m " m t s a ph ơng Vi t Nam, ( ơn v MJ/m 2 ngày)

± Kho ng cách gi a m#t Tr i và trái t là 1,495.108km, kho ng cách này c

g i là m t ơn v thiên v n T kho ng cách này t i m t i m n)m trên m#t t ng i

ta nhìn th y m#t tr i d i m t góc #t ; = 32 phút (hình 9) d i góc này hai tia sáng

xu t phát t ng bao c a m#t Tr i g i n trái t là g n nh song song

Hình 9 Quan h gi a m#t Tr i và trái t

gian n)m ngoài l p khí quy n bao quanh trái t, trong m t ơn v th i gian, trên m t

ơn v di n tích b m#t #t vuông góc v i tia b c x Ngày nay nh v tinh và các d ng

c o chính xác ng i ta ã xác nh c h)ng s m#t Tr i có giá tr b)ng I SC =

1.353W/m 2 , t ơng ơng 1940 Cal/cm2/phút, hay 4.871 kJ/m2/h (s li u này do cơ

quan v% tr NASA c a M công b n m 1971) Tuy nhiên, khi chùm b c x xuyên qua

l p khí quy n bao quanh trái t chúng b h p th và tán x b$i các phân t khí nh :

CO2, O3, CH4, H2O, c%ng nh các h t b i lơ l ng trong không khí … Nên khi n m#t

t thì c ng b c x ã b gi m i áng k

5 N ng l ng b c x m t tr i " Vi t Nam

C ng b c x

Theo k t qu nghiên c u c a tài c p nhà n c mang mã s 52C-01-01a ã

ti n hành x lý s li u quan tr'c c a 112 tr m Khí T ng Th y V n phân b trên toàn

qu c v b c x m#t Tr i và th i gian n'ng, c thu th p liên t c trong kho ng th i

gian 18 ÷19 n m, m*i ngày ti n hành 5 l n quang tr'c vào các gi 6h30; 9h30; 12h30;

15h30; và 18h30

- Giá tr c ng t"ng x trung bình ngày c tính theo công th c:

Trong ó:

(kWh/m2/ngày)

Qd - l ng t"ng x c ngày trung bình

Qi - c ng t"ng x trung bình $ k/ quan tr'c cu i có giá tr Q > 0

Qk - c ng t"ng x trung bình $ k/ quan tr'c cu i có giá tr Q > 0

<moc - kho n th i gian gi a lúc m#t tr i m c và k/ quan tr'c u có Q > 0

<lan - kho n th i gian gi a lúc m#t tr i l#n và k/ quan tr'c cu i có Q > 0

* Giá tr c ng t"ng x trung bình c n m (kWh/m2/n m) hay (kWh/m2/N)

=

i i i i i i

S

Q S

S - t"ng di n tích c a nhóm a ph ơng ho#c t t c các a ph ơng trong

toàn qu c (theo s li u th ng kê n m 1989)

(* C ng b c x trung bình ngày và trung bình n m th hi n qua b ng 2)

S gi n'ng trong c n m

S gi n'ng c o b)ng nh t quang ký Cambell-Stocker, trong ó có m t s

r t ít tr m dùng nh t quang ký Jordan, nh ng s khác nhau gi a hai lo i này là không

1 Vùng núi phía B'c, ông B'c, ng b)ng sông H ng n

(kWh/m2/N)

l nh th" Tên a ph ơng S gi n'ng trung bình trong n m

5 Vùng ven bi n t Qu ng Tr , Th a Thiên - Hu n Ninh Thu n 2.294

* Cơ s$ tính toán b ng 3:

) / (h N S

T S T

i i i i i

S - t"ng di n tích c a nhóm a ph ơng ho#c t t c các a ph ơng trong

toàn qu c (theo s li u th ng kê n m 1989)

Các pin n ng l ng m#t tr i có nhi u ng d ng Chúng #c bi t thích h p cho

các vùng mà ch a có m ng l i i n v ơn t i, các v tinh, máy tính c m tay, các máy

i n tho i c m tay t xa, thi t b bơm n c

L ch s c a Pin n ng l ng m#t Tr i

Hi u ng quang i n c phát hi n u tiên n m 1839 b$i nhà v t lý Pháp

“Alexandre Edmond Becquerel” Tuy nhiên cho n 1883 m t pin n ng l ng m i

c t o thành, b$i “Charles Fritts”, ông ph lên m ch bán d.n selen m t l p c c

m ng vàng t o nên m ch n i Thi t b ch+ có hi u su t 1%, “Russell Ohl” xem là

ng i t o ra pin n ng l ng m#t tr i u tiên n m 1946 “Sven Ason Berglund” ã có

ph ơng pháp liên quan n vi c t ng kh n ng c m nh n ánh sáng c a pin

Hi u ng quang i n

Khái ni m

Hi u ng quang i n là m t hi n t ng i n - l ng t , trong ó các i n t

c thoát ra kh i v t ch t sau khi h p th n ng l ng t các b c x i n t Hi u ng

quang i n ôi khi c ng i ta dùng v i cái tên Hi u ng Hertz, do nhà khoa h c

Heinrich Hertz tìm ra

Hình 11 Hi n t ng c a hi u ng quang i n

Hi n t ng

Khi b m#t c a m t t m kim lo i c chi u b$i b c x i n t có t n s l n

hơn m t t n s ng 1ng (t n s ng 1ng này là giá tr #c tr ng cho ch t làm nên t m

kim lo i này), các i n t s h p th n ng l ng t các photon và sinh ra dòng i n

(g i là dòng quang i n) Khi các i n t b b t ra kh i b m#t c a t m kim lo i, ta có

hi u ng quang i n ngoài (external photoelectric effect) Các i n t không th phát

ra n u t n s c a b c x nh hơn t n s ng 1ng b$i i n t không c cung c p

n ng l ng c n thi t v t ra kh i rào th (g i là công thoát) i n t phát x ra d i

tác d ng c a b c x i n t c g i là quang i n t 4 m t s ch t khác, khi c

chi u sáng v i t n s v t trên t n s ng 1ng, các i n t không b t ra kh i b m#t, mà

thoát ra kh i liên k t v i nguyên t , tr$ thành i n t t do ( i n t d.n) chuy n ng

trong lòng c a kh i v t d.n, và ta có hi u ng quang i n trong (external photoelectric

effect) Hi u ng này d.n n s thay "i v tính ch t d.n i n c a v t d.n, do ó,

ng i ta còn g i hi u ng này là hi u ng quang d.n

L ch s c a hi u ng quang i n

Alexandre Edmond Becquerel l n u tiên quan sát th y hi u ng quang i n

x y ra v i m t i n c c c nhúng trong dung d ch d.n i n c chi u sáng vào

n m 1839 N m 1873, Willoughby Smith phát hi n r)ng selen (Se) có tính quang d.n

N m 1887, Heinrich Hertz quan sát th y hi u ng quang i n ngoài i v i các

kim lo i và c%ng là n m ông th c hi n thí nghi m phát và thu sóng i n t Sau ó

Aleksandr Grigorievich Stoletov ã ti n hành nghiên c u m t cách t+ m+ và xây d ng

nên các nh lu t quang i n

M t trong các công trình c a Albert Einstein xu t b n trên t p chí Annal der

Physik ã lý gi i m t cách thành công hi u ng quang i n c%ng nh các nh lu t

quang i n d a trên mô hình h t ánh sáng, theo Thuy t l ng t v a c công b vào

n m 1900 c a Max Planck Các công trình này ã d.n n s công nh n v b n ch t

h t c a ánh sáng, và s phát tri n c a lý thuy t l 1ng tính sóng - h t c a ánh sáng

2 Pin n ng l ng m t tr i

C u t o và nguyên lý ho t ng c a Pin n ng l ng m#t Tr i

Pin n ng l ng m#t Tr i (hay Pin m#t Tr i) có c u t o c%ng khá ơn gi n G m

m t l p ti p xúc bán d0n pn có kh n ng bi n "i tr c ti p n ng l ng b c x m#t Tr i

thành n ng nh hi u ng quang i n bên trong

Pin m#t Tr i c s n xu t và ng d ng ph" bi n nh t hi n nay là các pin m#t

Tr i c ch t o t v t li u tinh th bán d0n Silicon (Si) có hóa tr 4 T tinh th Si

tinh khi t, có v t li u tinh th bán d0n Si lo i n, ng i ta pha t p ch t Donor là

Photpho (P) có hóa tr 5 Còn có v t li u bán d0n tinh th lo i p thì t p ch t Accetor

c dùng pha vào Si là Bo có hóa tr 3 i v i pin m#t Tr i t v t li u tinh th Si

khi c chi u sáng thì hi u i n th h$ m ch gi a hai c c vào kho ng 0,55V, còn

dòng o n m ch c a nó d i b c x m#t Tr i 1000W/m2 vào kho ng (25 ÷ 30)

mA/cm2 Hi n nay ng i ta c%ng ã a ra th tr ng các lo i pin m#t Tr i b)ng v t

li u Si vô nh hình (a-Si) Pin m#t Tr i a-Si có u i m là ti t ki m c v t li u

trong s n xu t do ó có th có gía thành r& hơn Tuy nhiên, so v i pin m#t Tr i tinh th

thì hi u su t bi n "i quang i n c a nó th p và kém "n nh khi làm vi c

Ngoài Si, ng i ta còn nghiên c u và th nghi m các lo i v t li u khác có nhi u

h a h,n nh h bán d0n h p ch t bán d0n nhóm III – V, Sunfit cadmi- ng (CuCdS),

Galium-Arsenit (GaAs),…Tuy nhiên, hi n nay vi c nghiên c u ch t o và s d ng các

pin m#t Tr i t các v t li u khác Si ch+ m i $ ph m vi và quy mô thí nghi m

M t h ng khác nh)m nâng cao hi u su t bi n "i quang i n c a pin m#t Tr i

là thi t k , ch t o các pin m#t Tr i g m m t s l p pn t ng c ng kh n ng h p th

photon có n ng l ng khác nhau trong ph" b c x m#t Tr i

Hình 12 Nguyên lý ho t ng c a pin m#t Tr i

Các #c tr ng i n c a pin m#t Tr i

Sơ t ơng ơng

Khi c chi u sáng, n u ta n i các bán d0n p và n c a m t ti p xúc pn b)ng

m t dây d0n, thì pin m#t Tr i phát ra m t dòng quang i n Iph Vì v y tr c h t pin m#t

Tr i có th xem t ơng ơng nh m t “ngu n dòng”

L p ti p xúc bán d0n pn có tính ch t ch+nh l u t ơng ơng nh m t diot Tuy

nhiên, khi phân c c ng c, do i n tr$ l p ti p xúc có gi i h n, nên v0n có m t dòng

i n c g i là dòng dò - qua nó #c tr ng cho dòng dò qua l p ti p xúc pn ng i ta

a vào i l ng i n tr sơn R sh (shun)

Khi dòng quang i n ch y trong m ch, nó ph i i qua các l p bán d0n p và n,

các i n c c, các ti p xúc,… #c tr ng cho t"ng các i n tr$ c a các l p ó là m t

i n tr R s n i ti p trong m ch (có th là i n tr$ trong c a pin m#t Tr i)

Nh v y, m t pin m#t Tr i c chi u sáng có sơ t ơng ơng nh sau:

(a) (b)

Hình 13: Sơ t ơng ơng c a pin m#t Tr i (a)

ng #c tr ng sáng c a pin m#t Tr i (b)

T sơ t ơng ơng, có th d dàng vi t c ph ơng trình #c tr ng sáng

von-ampe c a pin m#t Tr i nh sau:

sh

s s

s ph sh d ph

R

I R V nkT

I R V q I

I I I I

Thông th ng i n tr$ sơn Rsh r t l n vì v y có th b qua s h ng cu i trong

bi u th c (2.1) ng #c tr ng sáng vôn-ampe c a pin m#t Tr i cho b$i bi u th c có

d ng nh ng cong trong (hình 13) Có ba i m quan tr ng trên ng #c tr ng

V

Dòng o n m ch ISC là dòng i n trong m ch c a pin m#t Tr i khi làm ng'n

m ch ngoài (ch p các c c c a pin) Lúc ó hi u i n th m ch ngoài c a pin b)ng

V = 0 #t gía tr V = 0 vào bi u th c (1.2) ta có:

sh

SC S SC

S S

PH SC

R

I R nkT

I qR I

pin m#t Tr i t l thu n v i c ng b c x chi u sáng Hình 14, cho th y các ng

#c tr ng VA c a pin m#t Tr i ph thu c vào c ng chi u sáng V i pin m#t Tr i

tinh th Si, ISC A30mA/cm2 khi c ng b c x t i E0 = 1000W/m2 và nhi t

T = 250C ng ch m là ng n i các i m làm vi c t i u có công su t c c i $

các c ng b c x khác nhau

Th h$ m ch VOC

Th h$ m ch VOC là hi u i n th c o khi m ch ngoài c a pin m#t Tr i h$

(R=B) Khi ó dòng m ch ngoài I= 0 #t giá tr ó c a dòng m ch ngoài vào (2.2) và

gi thi t Rsh r t l n ta c bi u th c xác nh VOC nh sau:

S OC S

ph OC

S

nkT

qV I

I nkT

qV I

0

= +

nkT

qV I

I

S S

S

S ph OC

I

I I q

I

I I q

nkT

Trong bi u th c c a VOC ta th y nó ph thu c vào nhi t m t cách tr c ti p

(th a s T $ tr c bi u th c) và gián ti p qua dòng b o hòa IS Nh ã bi t, dòng b o

hòa IS là dòng các h t t i i n không cơ b n c t o ra do kích thích nhi t và b gia

t c b$i i n tr ng ti p xúc Khi nhi t c a pin m#t Tr i t ng dòng b o hòa IS c%ng

t ng lên theo hàm m%: