Tìm hiểu và ứng dụng khai thác nguồn năng lượng điện mặt trời tại tỉnh bình thuận

Từ việc phân tíchhiệu quả kinh tế - môi trường ở quy mô nhỏ hộ gia đình, em muốn chỉ ra một điều vớihiệu quả như vậy nếu như năng lượng mặt trời được phát triển cả về chiều rộng và chiều

MỤC LỤC

DANH MỤC VIẾT TẮT iii

DANH MỤC BẢNG BIỂU iv

DANH MỤC HÌNH v

MỞ ĐẦU 1

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI 4

1.1 Tìm hiểu về năng lượng mặt trời 4

1.1.1 Khái niệm về năng lượng mặt trời 4

1.1.2 Lịch sử phát triển của năng lượng mặt trời 4

1.1.3 Ứng dụng của năng lượng mặt trời 6

1.2 Tiềm năng và tình hình sử dụng năng lượng mặt trời 7

1.2.1 Thế giới 7

1.2.2 Việt Nam 9

1.2.3 Tiềm năng phát triển năng lượng mặt trời tại Bình Thuận 16

1.3 Pin năng lượng mặt trời (pin quang điện) 17

1.4 Nhận xét 31

Chương 2 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 33

2.1 Đối tượng nghiên cứu 33

2.1.1 Đặc điểm khí hậu tại tỉnh Bình Thuận 33

2.1.2 Điều kiện phát triển năng lượng mặt trời tại Bình Thuận 34

2.2 Phương pháp nghiên cứu 34

2.2.1 Khảo sát việc sử dụng bình nước nóng mặt trời tại Bình Thuận 34

2.2.2 Cách tính toán sử dụng năng lượng mặt trời 35

Chương 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 37

3.1 Số liệu sử dụng bình nước nóng năng lượng mặt trời của các hộ 37

3.2 Lượng nước nóng sử dụng và lượng nhiệt cần cung cấp 38

3.2.1 Tính toán lượng nhiệt tiết kiệm hàng tháng 41

3.2.2 Tính tiền tiết kiệm điện và gas hàng tháng 42

Chương 4 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 46

4.1 Kết luận 46

4.2 Kiến nghị 47

TÀI LIỆU THAM KHẢO 48

PHỤ LỤC 49

DANH MỤC BẢNG BIỂ

Bảng 1.1 Số liệu về bức xạ mặt trời tại Việt Nam 12

Bảng 1.2 Lượng tổng xạ bức xạ mặt trời trung bình ngày của các tháng trong năm ở một số địa phương của nước ta, (đơn vị: MJ/m2/ngày) 12

Y Bảng 3.1 Kết quả điều tra việc sử dụng máy nước nóng năng lượng mặt trời tại 10 hộ gia đình tỉnh Bình Thuận 37

Bảng 3.2 Lượng nước nóng sử dụng và nhiệt lượng cần cung cấp 39

Bảng 3.3 Lượng nhiệt tiết kiệm hàng tháng 41

Bảng 3.4 Lượng điện và gas tiết kiệm được 42

Bảng 3.5 Lượng tiền tiết kiệm từ gas và điện hàng tháng 43

Bảng 3.6 Thời gian hoàn vốn giản đơn 44

Hình 1.1 Hệ thống Pin năng lượng mặt trời 7

Hình 1.2 Bức xạ nhiệt mặt trời các vùng trên thế giới 7

Hình 1.3 Tình hình khai thác năng lượng mặt trời trên thế giới 9

Hình 1.4 Sơ đồ bức xạ nhiệt mặt trời tại Việt Nam 10

Hình 1.5 Tình hình phát triển các dự án năng lượng mặt trời tại Việt Nam 16

Hình 1.6 Hiệu ứng quang điện chuyển đổi proton thành năng lượng điện qua mối nối p-n 18

Hình 1.7 Cấu trúc cơ bản của pin năng lượng mặt trời 18

Hình 1 8 Cấu trúc vùng năng lượng của chất bán dẫn 19

Hình 1.9 Sự tách hạt ở hai lớp chuyển tiếp và hình thành dòng quang điện 20

Hình 1.10 Cấu trúc vùng năng lượng của lớp chuyển tiếp 20

Hình 1.11 Bình nước nóng NLMT tấm phẳng 22

Hình 1.12 Bình nước nóng tích hợp dạng chân không 23

Hình 1.13 Bình nước nóng tách rời dạng chân không 24

Hình 1.14 Bình nước nóng áp lực dạng chân không 25

Hình 1.15 Hệ thống chưng cất nước bằng năng lượng mặt trời 28

Hình 1.16 Thiết bị sấy khô bằng năng lượng mặt trời 30

Hình 1.17 Bếp nấu dùng năng lượng mặt trời 31

Y Hình 2.1 Sơ đồ địa chính tỉnh Bình Thuận 33

MỞ ĐẦU

1 Đặt vấn đề

Năng lượng là một trong những yếu tố thiết yếu cho sự tồn tại và phát triển của xãhội cũng như duy trì mọi sự sống trên trái đất Trong nhiều thập kỷ vừa qua, việc tiêu thụnăng lượng trên thế giới tăng lên cùng với sự phát triển kinh tế, trong đó nhiên liệu hóathạch như dầu thô, than đá và khí tự nhiên chiếm phần lớn nguồn năng lượng tiêu thụ Do

sự khai thác và sử dụng mạnh mẽ, nguồn năng lượng hoá thạch quý giá, nguồn nănglượng không tái tạo, đang cạn dần, dẫn đến nguy cơ mất an ninh năng lượng ở nhiều quốcgia, khu vực và quốc tế Việc phát triển và khai thác năng lượng tái tạo là một hướng điquan trọng và rất được quan tâm trên thế giới và Việt Nam

Nhiều năm qua, Đảng và Chính phủ đã quan tâm đầu tư cao nhất cho ngành nănglượng so với các ngành công nghiệp khác Các doanh nghiệp điện, dầu khí, than đá cóđóng góp lớn để đảm bảo năng lượng cho phát triển kinh tế và sinh hoạt nhân dân Tuynhiên hiện tại đã có những cảnh báo về mất an ninh năng lượng Nếu ngành năng lượngnước ta không đi trước thì không thể đáp ứng đủ năng lượng cho tăng trưởng kinh tế bềnvững, nước ta khó trở thành nước công nghiệp vào năm 2025 như nghị quyết Trung ương

đã đề ra Nếu chỉ dựa vào năng lượng hóa thạch như hiện nay mà không quan tâm pháttriển các dạng năng lượng sạch, tái tạo thì cũng khó đảm bảo an ninh năng lượng dài hạnkhi nguồn năng lượng hóa thạch đang cạn dần Hơn nữa, nếu sử dụng quá nhiều nănglượng khoáng sẽ gây ô nhiễm lớn

Việt Nam là nước được đánh giá rất dồi dào tiềm năng về năng lượng tái tạo (nhưnăng lượng gió, thuỷ điện, mặt trời ) Năng lượng tái tạo có thể tạo ra nguồn điện ngoàilưới tại chỗ, rẻ tiền, góp phần đảm bảo an ninh năng lượng Nếu được đầu tư phát triểnnguồn năng lượng tái tạo đúng hướng, nguồn năng lượng này có thể góp phần quan trọngvào giải quyết vấn đề năng lượng, khai thác hợp lý tài nguyên thiên nhiên, bảo vệ môitrường, góp phần đảm bảo sự phát triển kinh tế bền vững của Việt Nam.Tỉnh Bình Thuận

là một tỉnh thuộc duyên hải miền Trung Việt Nam Nơi đây chia ra làm 2 mùa rõ rệt, làmùa mưa và mùa nắng Mùa nắng thường kéo dài trong năm và cung cấp một nguồn nănglượng vô cùng lớn cho cuộc sống của con người Việc ứng dụng năng lượng mặt trời

trong sản xuất đời sống đã có từ trước Với phát minh ngày càng tiên tiến và hiện đại, cácnhà khoa học và các nhà máy đã sản xuất ra các tấm năng lượng mặt trời, nhằm cung cấpđiện cho sinh hoạt và sản xuất Việc cạn kiệt các nguồn năng lượng khác khiến cho nguồnnăng lượng dồi dào như năng lượng điện mặt trời trở nên quý giá Đây cũng là phát minhmang đến cho nhân loại một hướng đi mới trong khai thác tiềm năng thiên nhiên

Xuất phát từ những thực tế trên, em đã chọn đề tài: “Tìm hiểu và ứng dụng khai

thác nguồn năng lượng điện mặt trời tại tỉnh Bình Thuận” Nhằm giúp cho mọi người

hiểu rõ lợi ích khi sử dụng và đặc biệt là hiệu quả cụ thể về kinh tế mà thiết bị đun nướcnóng năng lượng mặt trời đem lại

2 Mục tiêu

Mục tiêu của báo cáo là nhằm tìm hiểu đánh giá tình hình phát triển và ứng dụngnăng lượng mặt trời vào đời sống tại tỉnh Bình Thuận Qua quá trình làm đồ án, em mongmuốn có thể vận dụng kiến thức của mình để tư vấn và phân tích cho người sử dụng hiểu

rõ về lợi ích kinh tế - môi trường khi họ sử dụng thiết bị đun nước nóng năng lượng mặttrời Đồng thời em hy vọng đồ án có thể trở thành tư liệu tuyên truyền giúp cho người dânhiểu chi tiết hơn về công nghệ sản xuất và lợi ích mà thiết bị đem lại Từ việc phân tíchhiệu quả kinh tế - môi trường ở quy mô nhỏ (hộ gia đình), em muốn chỉ ra một điều vớihiệu quả như vậy nếu như năng lượng mặt trời được phát triển cả về chiều rộng và chiềusâu thì hiệu qua mà năng lượng mặt trời đem lại là hết sức to lớn không chỉ đối với người

sử dụng mà còn đối với toàn thể xã hội, góp phần vào việc tạo ra một môi trường tronglành cho tỉnh Bình Thuận nói riêng và đất nước Việt Nam nói chung

 Nghiên cứu các phương pháp biến đổi năng lượng trong sản xuất năng lượng tươnglai.

 Nghiên cứu ứng dụng công nghệ chế tạo và sử dụng vật liệu mới trong năng lượng;

- Nghiên cứu ứng dụng, phát triển công nghệ và thiết bị sử dụng hiệu quả và tiếtkiệm năng lượng

- Nghiên cứu ứng dụng công nghệ tin học công nghiệp và điều khiển trong nănglượng; Nghiên cứu thiết kế, chế tạo và thử nghiệm thiết bị quản lý và điều khiển từ

xa các đối tượng sản xuất và tiêu thụ năng lượng

- Triển khai ứng dụng các kết quả nghiên cứu khoa học và công nghệ vào thực tiễnsản xuất; Thực hiện công tác đánh giá, thẩm định và chuyển giao công nghệ tiêntiến sử dụng hiệu quả, tiết kiệm năng lượng tại tỉnh Bình Thuận Tổ chức sản xuất

và thử nghiệm thiết bị, vật liệu mới trong năng lượng

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI

1.1 Tìm hiểu về năng lượng mặt trời

1.1.1 Khái niệm về năng lượng mặt trời

Năng lượng mặt trời (NLMT) là năng lượng của dòng bức xạ điện từ xuất phát từmặt trời cộng với một phần nhỏ năng lượng từ các hạt nguyên tử khác phóng ra từ mặttrời [1]

Năng lượng mặt trời là nguồn năng lượng sạch, to lớn, vô tận, có ở khắp nơi màchúng ta có thể khai thác Nó mang lại nhiều giá trị cho con người Những năm gần đâycác nước trên thế giới đang cùng nhau khai thác và đưa nguồn năng lượng sạch này vào

sử dụng Quá trình khai thác không gây ảnh hưởng tiêu cực nào đến môi trường Màngược lại năng lượng mặt trời mang lại rất nhiều lợi ích khác Trong bài viết này chúng tacùng nhau tìm hiểu về ngành năng lượng mặt trời này nhé [1]

Đây là một dạng năng lượng mà mặt trời cung cấp cho chúng ta từ ngàn xưa Nhờánh sáng của mặt trời mà chúng ta có thể nhìn thấy vạn vật cũng như nhờ sức nóng màcon người bao đời qua có thể phơi khô quần áo, phơi lúa, trồng cây,… Cho đến gần đây,sức nóng mặt trời được chú trọng trong việc ứng dụng vào việc chuyển hóa sang nhiệtnăng, điện năng phục vụ nhu cầu của cuộc sống Sức nóng của ánh nắng mặt trời được tậptrung lại bằng những thiết bị đặc biệt để đun nóng nước sử dụng trong gia đình hay tạo rahơi nước để sản xuất điện cho tiêu dùng

1.1.2 Lịch sử phát triển của năng lượng mặt trời

Lần đầu tiên hiện tượng quang điện được nhà khoa học người Pháp ông E.Becquerel quan sát thấy vào năm 1839 trong khi ông đang tiến hành thí nghiệm về pinđiện phân Ông phát hiện ra rằng có thể tạo ra dòng điện bằng cách đơn giản là chiếu sángvào pin được làm từ hai điện cực kim loại đặt trong dung dịch điện phân Sau đó ông pháthiện thêm là dòng điện thay đổi theo bước sóng mặt trời Sự kiện này đã đánh dấu mộtđiểm mốc cho nên khoa học nhân loại về ứng dụng quang điện [2]

Năm 1873 Willoughby Smith phát hiện ra tính quang dẫn của Selenium và năm

1876 Adam et Day quan sát được hiệu ứng quang điện trên chất bán dẫn Selenium, chỉsau một thời gian ngắn, pin quang điện Selenium lần đầu tiên đã được Fitt mô tả vào năm

1883 Sau đó phải chờ tới 47 năm sau, khi Schottky đưa ra lý thuyết về hiệu ứng quanđiện,hàng rào Schottky Đến năm 1941 Ohe phát hiện hiệu ứng này trong Silicon thì mđi

mở ra thời kỳ đột phá của pin quang điện Trong thời kỳ chiến tranh thế giới thứ hai hàngloạt các quốc gia đã nỗ lực nghiên cứu lĩnh vực nà y như Mỹ, Đức, Anh, Nhật, Pháp vàLiên Xô (cũ) [2]

Pin mặt trời ( PMT) tinh thể Silicon đầu tiên có hiệu suất đáng kế 6% đã đựợc ra đoivào giữa năm 1954 nhờ công của các nhà khoa học Chapin, Fuller, Pearson ở phòng thínghiệm At&T's Bell và Rapport Lofeki Jeny ở RCA (Mỹ) công nghệ chế tạo PMT từ tinhthể Silicon được phát triển mạnh mẽ vào từ năm 1954 và đã đạt được hiệu suất cao là 4%trong phòng thí nghiệm vào năm 1958 [2]

Sau khi dược sử dụng thành công trong vũ trụ, trên các vệ tinh nhân tạo PMTSilicon đã chính thức bước vào thời kỳ thương mại mặc dù giá thành của nó còn rất đắt,

Vệ tinh Skylab do Nasa phóng lên vũ trụ vào năm 1973 đã được trang bị một dàn PMT cócông suất lớn nhất thời bấy giờ là 20kWh Thời kỳ này cũng bắt đầu ra đời hàng loạt cácloại PMT làm từ những vật liệu khách nhau như Gaas, SdTe, CdS dóng góp những thànhquả đáng kể cho "gia đình dòng họ" PMT Ngay từ khi ra dời loại PMT GaAs dã chonhững hiệu suất chuyển hóa cao, cd 20% (ở Mỹ năm 1970) [2]

Năm 1968 một loại vật liệu mới có đặc tính quang điện được tìm ra là A-Si (Silic vôhình định) vào nó đã nhanh chóng chiếm lĩnh một vị trí đáng kế trong thị trường PMT củathế giới Chỉ 6 năm sau, năm 1974 các nhà khoa học của RCA đã cho ra đời mẫu PMTSilic vô định hình đầu tiên và đăng ký bằng phát minh vào năm 1977 Thời gian này NhậtBản đã trở thành một cường quốc về pin mặt trời với các công ty như Hoxan, Kyocera,Sanyo, Fuji, từ giữa thập kỷ 1970-1980 PMT phát triển mạnh mẽ và thu hút hàng loại cácnước đầu tư, nghiên cứu, phát triển trên khắp lục địa và công nghệ càng hoàn hiện, hiệnđại Hiệu suất PMT không ngừng được cải thiện, hiện nay đã đạt 15,5% ở công ty Arian(Mỹ) với PMTGAAS và 23% pin với tinh thể Si- pin mặt trời "PERL" trong phòng thínghiệm của giáo sư Green thuộc trường đại học South Wales đó trật sự là những yếu tốquan trong đưa nền công nghiệp PMT đi lên trong tương lai

Trong thập liên 90 tiến tới năm 2000 ,công nghệ chế tạo PMT đang có những bước

đi mới Các nhà khoa học đã nói đến một thế hệ PMT đa phổ (mở rộng khoảng chuyển hóa

năng lượng ánh sáng cửa pin) với những kết quả đáng khích lệ hiệu suất PMT đạt tới trên30% [2].

1.1.3 Ứng dụng của năng lượng mặt trời

Hai ứng dụng chính của năng lượng mặt trời:

- Năng lượng nhiệt mặt trời: là việc chuyển đổi bức xạ mặt trời thành nhiệt năng.Nhiệt năng được sử dụng chính cho hệ thống sưởi hoặc đun nước để tạo hơi quaycho tubine điện, bao gồm ứng dụng vào cuộc sống như sau:

 Điện mặt trời tập trung

 Pin quang điện (Pin mặt trời)

Với đề tài này chúng ta sẽ tìm hiểu việc ứng dụng Pin mặt trời để khai thác nănglượng mặt trời tại tỉnh Bình Thuận

Hình 1.1 Hệ thống Pin năng lượng mặt trời

1.2 Tiềm năng và tình hình sử dụng năng lượng mặt trời

1.2.1 Thế giới

Hình 1.2 Bức xạ nhiệt mặt trời các vùng trên thế giới

NLMT chiếu trên mặt đất ở những nơi khác nhau là không giống nhau, trung bìnhkhoảng 100 W/m2, cao nhất khoảng 1000 W/m2 Trong thực tế trữ lượng NLMT có thể sửdụng là khoảng 170 TOE/năm, ở quy mô toàn cầu thì năng lượng này không lớn lắm,nhưng nó lại có ý nghĩa đối với các quốc gia mạng lưới phân phối điện năng vẫn còn thưathớt như: Ấn Độ, Trung Quốc hoặc Châu Phi [1].

Khả năng ứng dụng NLMT thay đổi theo từng vùng miền, điều kiện thời tiết Nếutính trung bình cho toàn bộ diện tích trái đất, trong vòng 24 giờ, một ngày, trung bình 1m2nhận được 4,2 kWh Ở sa mạc, không khí rất khô và có ít mây che phủ, nguồn NLMT lànhiều nhất, hơn 6,0 kWh/ngày/m2 Ánh sáng mặt trời cũng thay đổi theo mùa, có nhữngvùng nhận được rất ít nguồn NLMT vào mùa đông chỉ khoảng 0,7 kWh/ngày [1]

Năng lượng mặt trời có tiềm năng lớn, nhưng trong năm 2008 chỉ cung cấp 0,02%của tổng cung cấp năng lượng của thế giới Tuy nhiên, việc sử dụng đã tăng lên gấp đôimỗi năm, trong đó có tiềm năng cung cấp hơn 1000 lần tổng tiêu thụ năng lượng, sẽ trởthành nguồn năng lượng thống trị trong vòng một vài thập kỷ tới [1]

Trên thế giới, nhiều nước đã sử dụng năng lượng mặt trời như một giải pháp thaythế những nguồn tài nguyên truyền thống Tại Đan Mạch, năm 2000 hơn 30% hộ dân sửdụng tấm thu năng lượng mặt trời, có tác dụng làm nóng nước Ở Brazil, những vùng xaxôi hiểm trở điện năng lượng mặt trời luôn chiếm vị trí hàng đầu

Vào năm 2009, tổng công suất lắp đặt hệ thống nước nóng năng lượng mặt trời làkhoảng 184GW Ngày nay thế giới đang đẩy mạnh ứng dụng công nghệ mặt trời nhằmgiảm bớt sự phụ thuộc vào sử dụng các nguồn năng lượng hóa thạch như than dầu….Năm 2012 vừa qua là cột mốc quan trọng cho lĩnh vực này – tổng công suất các nhàmáy điện năng lượng mặt trời nối lưới trên thế giới vượt mốc 100 GW Và, như dự đoáncủa hiệp hội, sau 8 năm, con số này sẽ tăng lên 6 lần Trước đó, Cơ quan Năng lượngQuốc tế dự đoán rằng trong vòng 50 năm tới, năng lượng mặt trời sẽ thay thế các đối thủcạnh tranh Trong khi đó, các chuyên gia đang kêu gọi một dự báo thận trọng hơn và chỉ

ra rằng khí đốt và điện hạt nhân sẽ vẫn duy trì vị trí dẫn đầu Nước giữ kỷ lục là Đức, nămngoái đã tăng thêm 8 GW

Hình 1.3 Tình hình khai thác năng lượng mặt trời trên thế giới 1.2.2 Việt Nam

a Tiềm năng

Hình 1.4 Sơ đồ bức xạ nhiệt mặt trời tại Việt Nam

Việt Nam có nguồn NLMT dồi dào cường độ bức xạ mặt trời trung bình ngày trongnăm ở phía bắc là 3,69 kWh/m2 và phía nam là 5,9 kWh/m2 Lượng bức xạ mặt trời tùythuộc vào lượng mây và tầng khí quyển của từng địa phương, giữa các địa phương ở nước

ta có sự chênh lệch đáng kể về bức xạ mặt trời Cường độ bức xạ ở phía Nam thường caohơn phía Bắc Trong đó [3]:

 Vùng Tây Bắc:

- Nhiều nắng vào các tháng 8 Thời gian có nắng dài nhất vào các tháng 4,5 và 9,10.Các tháng 6,7 rất hiếm nắng, mây và mưa rất nhiều Lượng tổng xạ trung bìnhngày lớn nhất vào khoảng 5,234 kWh/m2/ngày và trung bình trong năm là 3,489kWh/m2/ngày

- Vùng núi cao khoảng 1500m trở nên thường ít nắng Mây phủ và mưa nhiều, nhất

là vào khoảng tháng 6 đến tháng 1 năm sau Cường độ bức xạ trung bình thấp(<3,489 kWh/m2/ ngày)

 Vùng Trung Bộ:

- Từ Quảng Trị đến Tuy Hòa, thời gian nắng nhiều nhất vào các tháng giữa năm vớikhoảng 8 – 10 giờ/ngày Trung bình từ tháng 3 đến tháng 9, thời gian nắng từ 5 - 6h/ngày với lượng tổng xạ trung bình trên 3,489 kWh/m2/ngày (có ngày đạt 5,815kWh/m2/ngày)

 Vùng phía Nam:

- Ở vùng này, quanh năm dồi dào nắng Trong các tháng 1,3,4 thường có nắng từ 7giờ sáng đến 17 giờ

- Cường độ bức xạ trung bình thường lớn hơn 3,489 kWh/m2/ngày Đặc biệt là cáckhu vực Nha Trang, cường độ bức xạ lớn hơn 5,815 kWh/m2/ngày trong thời gian

8 tháng/năm

Dưới đây là bảng số liệu về lượng bức xạ mặt trời tại các vùng miền nước ta [3]

Bảng 1.1 Số liệu về bức xạ mặt trời tại Việt Nam

Bảng 1.2 Lượng tổng xạ bức xạ mặt trời trung bình ngày của các tháng trong năm ở

một số địa phương của nước ta, (đơn vị: MJ/m 2 /ngày)

TT Địa phương Tổng xạ Bức xạ Mặt Trời của các tháng trong năm

(đơn vị: MJ/m 2 /ngày)

1 7

2 8

3 9

4 10

5 11

6 12

1 Cao Bằng 8,21 8,72 10,43 12,70 16,81 17,56

b Tình hình sử dụng

Việt Nam là nước có tiềm năng về NLMT, trải dài từ vĩ độ 8’’ Bắc đến 23’’ Bắc,nằm trong khu vực có cường độ bức xạ mặt trời tương đối cao, với trị số tổng xạ khá lớn

từ 100 – 175 kcal/cm2/năm, do đó việc sử dụng NLMT ở nước ta sẽ đem lại hiệu quả kinh

tế lớn Giải pháp sử dụng năng lượng mặt trời hiện đang được cho là giải pháp tối ưunhất Đây là nguồn năng lượng sạch, không gây ô nhiễm môi trường và có trữ lượng vôcùng lớn do tính tái tạo cao Đồng thời, phát triển ngành công nghiệp sản xuất pin mặt trời

sẽ góp phần thay thế các nguồn năng lượng hóa thạch, giảm phát khí thải nhà kính, bảo vệmôi trường Vì thế, đây được coi là nguồn năng lượng quý giá, có thể thay thế nhữngdạng năng lượng cũ đang ngày càng cạn kiệt Từ lâu, nhiều nơi trên thế giới đã sử dụngnăng lượng mặt trời như một giải pháp thay thế những nguồn tài nguyên truyền thống.

Là một nước có tiềm năng lớn về nguồn năng lượng tái tạo, năng lượng bức xạ mặttrời trung bình đạt 4 đến 5kWh/m2/ngày Việt Nam có nhiều lợi thế phát triển hệ thống sửdụng năng lượng mặt trời Trong đó, hiệu quả nhất là sử dụng năng lượng mặt trời vàođun nước nóng Tuy vậy, Việt Nam mới chỉ khai thác được 25% nguồn năng lượng tái tạo(trong đó có năng lượng mặt trời) và còn lại 75% vẫn chưa được khai thác

Với sự tăng trưởng kinh tế mạnh mẽ của Việt Nam trong hơn thập kỷ qua đã khiếncho nhu cầu về điện năng tăng thêm khoảng 15% mỗi năm Tuy nhiên, lĩnh vực điện năngđang chủ yếu dựa vào nhiệt điện và thủy điện Thiếu hụt nguồn cung cấp điện của ViệtNam cũng đang gia tăng, đặc biệt là vào mùa khô do sự phụ thuộc quá lớn vào thủy điện.Trong điều kiện khí hậu nhiệt đới như Việt Nam, nguồn năng lượng mặt trời sử dụng hầunhư quanh năm … Tiềm năng điện mặt trời tốt nhất ở các vùng Thừa Thiên - Huế trở vàoNam và vùng Tây Bắc Vùng Tây Bắc gồm các tỉnh Lai Châu, Sơn La, Lào Cai… vàvùng Bắc Trung bộ gồm các tỉnh Thanh Hóa, Nghệ An, Hà Tĩnh… có năng lượng mặttrời khá lớn Mật độ năng lượng mặt trời biến đổi trong khoảng 300 đến 500 cal/cm2/ngày

Số giờ nắng trung bình cả năm trong khoảng 1800 đến 2100 giờ Như vậy, các tỉnh thành

ở miền Bắc nước ta đều có thể sử dụng hiệu quả Tuy nhiên, do có sự bức xạ mặt trờinhiều hơn mùa đông nên mùa hè sử dụng thiết bị đun nước nóng bằng năng lượng mặttrời đạt hiệu quả cao hơn Còn ở miền Nam, từ Đà Nẵng trở vào, năng lượng mặt trời rấttốt và phân bố tương đối điều hòa trong suốt cả năm Trừ những ngày có mưa rào, có thểnói trên 90% số ngày trong năm đều có thể sử dụng năng lượng mặt trời để đun nướcnóng dùng cho sinh hoạt Số giờ nắng trung bình cả năm trong khoảng 2000 đến 2600giờ Đây là khu vực ứng dụng năng lượng mặt trời rất hiệu quả

Tuy nhiên, cả nước mới có khoảng 600 hệ thống đun nước nóng bằng năng lượngmặt trời tập thể và trên 5000 hệ thống cho gia đình đã được lắp đặt Trong đó, khoảng95% được lắp đặt sử dụng ở khu vực thành thị, 5% được sử dụng ở các huyện hoặc một

số hộ nông thôn Đối tượng lắp đặt và sử dụng chủ yếu là các hộ gia đình chiếm khoảng

99%, 1% cho các đối tượng khác như: nhà trẻ, trường mẫu giáo,bệnh xá, khách sạn,trường học, nhà hàng,…

Cả nước hiện có khoảng 2,5 triệu bình đun nước nóng bằng điện có công suất trongkhoảng 2 đến 5 kW, hàng năm tiêu tốn khoảng 3,6 tỷ kWh điện năng và sẽ tăng nhanhtheo tốc độ xây dựng nhà ở, dịch vụ và du lịch Khi thay thế toàn bộ bằng thiết bị nănglượng mặt trời, mỗi năm sẽ tiết kiệm được khoảng hơn 1 tỷ kWh điện, tương đương mộtnửa lượng điện nhập khẩu 11 tháng đầu năm 2009 từ Trung Quốc, chiếm khoảng 1,5%lượng điện tiêu thụ trên toàn quốc Đây là một con số rất lớn cho thấy một thị trường đầytiềm năng đối với thiết bị bình đun nước nóng năng lượng mặt trời

Trên tổng thể, điện mặt trời chiếm 0,009% tổng lượng điện toàn quốc Gần đây có

dự án phát điện ghép giữa pin mặt trời và thuỷ điện nhỏ, công suất 125 kW được lắp đặttại xã Trang, huyện Mang Yang, tỉnh Gia Lai, và dự án phát điện lai ghép giữa pin mặttrời và động cơ gió với công suất 9 kW đặt tại làng Kongu 2, huyện Đăk Hà, tỉnh KonTum, do Viện Năng lượng (EVN) thực hiện, góp phần cung cấp điện cho khu vực đồngbào dân tộc thiểu số Từ thành công của Dự án này, Viện Năng lượng (EVN) và Trungtâm Năng lượng mới tiếp tục triển khai ứng dụng giàn pin mặt trời nhằm cung cấp điệncho một số hộ gia đình và các trạm biên phòng ở đảo Cô Tô (Quảng Ninh), đồng thời thựchiện dự án “Ứng dụng thí điểm điện mặt trời cho vùng sâu, vùng xa” tại xã Ái Quốc, tỉnhLạng Sơn Dự án được hoàn thành vào tháng 11/2002

Mặc dù có nhiều ưu điểm, nhưng thời gian qua, các sản phẩm sử dụng năng lượngmặt trời vẫn chưa được ứng dụng rộng rãi mà chỉ tập trung tại nông thôn, miền núi – nơimức sống tương đối thấp Hiện nước ta có hơn 3.000 hộ dân vùng sâu, vùng xa được điệnkhí hóa bằng hệ điện mặt trời gia đình, 8.500 hộ sử dụng điện mặt trời qua các trạm sạc ắcquy, … nhưng tại khu vực nội thành như thành phố Hồ Chí Minh, chỉ có duy nhất ngôinhà sử dụng điện mặt trời (của kỹ sư Trịnh Quang Dũng do tổ chức SIDA Thụy Điển tàitrợ) Ở Hà Nội, số công trình sử dụng pin mặt trời mới chỉ đếm trên đầu ngón tay như: Hệthống pin mặt trời hòa vào mạng điện chung của Trung tâm Hội nghị Quốc gia, trạm pinmặt trời nối lưới lắp đặt trên mái nhà làm việc Bộ Công Thương, hai cột đèn năng lượngmặt trời kết hợp năng lượng gió đầu tiên được lắp đặt tại Ban quản lý dự án Công nghệcao Hòa Lạc…

Khó khăn lớn nhất của lớn nhất của vấn đề này bắt nguồn từ kinh phí Dù nănglượng mặt trời ở dạng “nguyên liệu thô”, nhưng chi phí đầu tư để khai thác, sử dụng lạirất cao do công nghệ, thiết bị sản xuất đều nhập từ nước ngoài Phần lớn những dự ánđiện mặt trời đã và đang triển khai đều sử dụng nguồn vốn tài trợ hoặc vốn vay nướcngoài Do đó, mới chỉ có một vài tổ chức, viện nghiên cứu và các trường đại học thamgia, còn phía doanh nghiệp, cá nhân vẫn chưa “mặn mà” với việc ứng dụng, sản xuất cũngnhư sử dụng các thiết bị năng lượng mặt trời.

1.2.3 Tiềm năng phát triển năng lượng mặt trời tại Bình Thuận

Hình 1.5 Tình hình phát triển các dự án năng lượng mặt trời tại Việt Nam

Bình Thuận là địa phương có tiềm năng lượng gió và mặt trời thuộc loại cao nhấttrong cả nước Số giờ gió, giờ nắng trung bình cao hơn so với số giờ trung bình ở phíaNam, tốc độ gió, bức xạ nhiệt cao và ổn định, rất phù hợp, thuận lợi để phát triển điện gió,điện mặt trời Lĩnh vực này tại Bình Thuận hiện nay đang có sức thu hút lớn các nhà đầu

tư trong và ngoài nước

Qua hình 1.4 cho thấy Bình Thuận có số giờ nắng trung bình đạt 1800 – 2100giờ/năm và cường độ bức xạ mặt trời trung bình năm từ 4,1 đến 4,9 kWh/m2/ngày Hiệnnay, toàn tỉnh Bình Thuận có hơn 40 vị trí quy hoạch đưa vào danh mục thu hút dự ánđiện Mặt Trời với nhu cầu sử dụng đất khoảng 7.730ha; trong đó, tập trung nhiều nhất ởkhu vực huyện Bắc Bình, Tuy Phong, Hàm Tân,… trong đó gồm 14 dự án nhiệt điện mặttrời với tổng công suất lên tới 1225 MW.

Ngày 19/09/2018, Công ty TNHH Plus Power Việt Nam đã khởi công nhà máy điệnnăng lượng mặt trời Tuy Phong, tại xã Vĩnh Hảo, huyện Tuy Phong, tỉnh Bình Thuận.Nhà máy được xây dựng với diện tích 50ha, vốn đầu tư 1000 tỷ đồng hoạt đông với côngsuất 30MW và nhà máy sẽ tạo ra 63 triệu kw/giờ điện thương phẩm

Với những thuận lợi trên, tỉnh Bình Thuận đang phát triển mạnh về việc khai thácnăng lượng mặt trời và thu hút rất nhiều nhà đầu tư

1.3 Pin năng lượng mặt trời (pin quang điện)

Tính chất vật lý của pin quang điện rất giống mối nối p-n cổ điển (hình ) Khi ánhsáng được hấp thụ bởi mối nối, năng lượng hấp thụ proton được truyền tới hệ thốngelectron của vật liệu, kết quả tạo thành các phân tủ tích điện có thể là cặp electron trongmột dung dịch điện ly hoặc một cặp electron trong một khố vật liệu bán dẫn Phần tửmang điện trong một vùng mối nối tạo thành một dốc điện thế, được tăng nhanh hơn dướiđiện trường và lan truyền như một dòng điện chạy bên ngoài mạch Dòng điện được điềuchỉnh số lần điện trở trong mạch điện là công suất chuyển đổi thành điện năng Nănglượng còn lại của pin làm tăng nhiệt độ của pin lên Nguồn gốc của điện thế là sự khácnhau trong điện thế hóa, gọi là cấp fecmi of electron trong 2 vật liệu riêng biệt Khi chúngđược nối lại, mối nối gần như trạng thái cân bằng nhiệt động học mới Như vậy sự cầnbằng mới có thế đạt được chỉ khi cấp độ của fecmi thì cân bằng 2 vật liệu Điều này xảy

ra bởi dòng electron từ một vật liệu đến vật liệu khác cho tới khi một điện áp khác đượcđặt giữa 2 vật liệu mà có điện áp vừa bằng với cấp fecmi khác nhau Điện thế này điềukhiển dòng quang điện [4]

Hình 1.6 Hiệu ứng quang điện chuyển đổi proton thành năng lượng điện qua mối

nối p-n

Hình 1.7 Cấu trúc cơ bản của pin năng lượng mặt trời

Trong việc so sánh lựa chọn các công nghệ năng lượng, việc cân đo quang trongnhất là giá cả năng lượng trên 1kwh phân phối Đối với năng lượng quang điện, giá trị nàyphụ thuộc vào hai thông số, hiệu suất chuyển đổi năng lương quang điện và tổn thất chủyếu trên 1watt Đồng thời 2 thông số này biểu thị cho sự cạnh tranh về kinh tế của nănglượng quang điện

Hiệu suất chuyển đổi của pin năng lượng quang điện như sau:

η= Công suất ra

Công suất mặt trờitác dụng lên pin

1.3.1 Nguyên lý hoạt động của pin mặt trời [4]

PMT hoạt động dựa trên khả năng của chất bán dẫn biến đổi trực tiếp ánh sáng mặttrời thành điện năng gọi là hiệu ứng quang điện (PV) Trong quá trình biến đối nănglượng của trùm ánh sáng tới tạo ra những hạt tải linh động trong chất bán dẫn sau đónhững hạt tải này bị tách ra do cấu trúc của linh kiện bán dẫn sinh ra dòng điện

Hình 1 8 Cấu trúc vùng năng lượng của chất bán dẫn

Hiệu ứng quang điện của pin mặt trời sinh ra là nhờ lớp chuyển tiếp p-n với cấu trúcvùng năng lượng nêu ở hình 1.8 Đặc điểm quan trọng của tất cả các lớp chuyển tiếp p-n

là đều chứa một điện trường tiếp xúc mạnh, chính điện trường này đem lại khả năng táchhạt dẫn điện của linh kiện bán dẫn Vậy điện trường tiếp xúc này được hình thành như thếnào và sự tách hạt dẫn điện xảy ra như thế nào?

Khi cho hai mẫu bán dẫn loại p và loại n tiếp xúc với nhau, do sự chênh lệch mứcFermi sẽ có một dòng khuếch tán các hạt dẫn điện điện tử (e) từ bên n sang bên p và lỗtrống (h+) từ bên p sang bên n để lại các tâm hạt mang điện tích dương ở lớp chuyển tiếpcủa bán dẫn n và các điện tích âm của bán dẫn p ở lớp chuyển tiếp Sự tạo ra các điện tích

cố định này sinh ra một điện trường tiếp xúc trong vùng chuyển tiếp có chiều ngược lại sựgia tăng khuếch tán của dòng điện tử, lổ trống Điện trường tiếp xúc này kéo dài các tảikhông cơ bản mang điện tích trái dấu ra theo hai hướng ngược nhau (hình 1.9), đó là bảnchất hiện tượng tách hạt tải của lớp chuyển tiếp p-n để tạo nên dòng quang điện

Hình 1.9 Sự tách hạt ở hai lớp chuyển tiếp và hình thành dòng quang điện

Ở trang thái cân bằng, cấu trúc vùng năng lượng của lớp chuyển tiếp được biểu diễnnhư hình 1.10:

Hình 1.10 Cấu trúc vùng năng lượng của lớp chuyển tiếp

1.3.2 Một số ứng dụng của pin mặt trời hiện nay [5]

1.3.2.1 Bình nước nóng năng lượng mặt trời

Tận dụng nhiệt từ năng lượng mặt trời là một ứng dụng có quy mô lớn nhất trongcác ứng dụng năng lượng mặt trời Những thiết bị thu hoặc tập trung năng lượng đạt hiệusuất rất cao, do đó nó được ứng dụng rộng rãi để phục vụ cho các hộ gia đình, phục vụcho các ngành công nghiệp khác nhau

Ứng dụng đơn giản, phổ biến và hiệu quả nhất hiện nay của năng lượng mặt trời làdùng để đun nước nóng Các hệ thống thiết bị cung cấp nước nóng dùng năng lượng mặttrời ngày nay được sử dụng ngày càng nhiều lĩnh vực khác nhau trên thế giới Ở Việt Namtrong những năm gần đây thiết bị cung cấp nước nóng với qui mô hộ gia đình đã đượcnhiều cơ sở sản xuất và đã thương mại hoá, với giá thành có thể chấp nhận được nênngười dân sử dụng ngày càng nhiều

1 Dạng tấm phẳng

 Ưu điểm:

Hiệu suất và tuổi thọ cao: Việc truyền nhiệt được thực hiện gián tiếp thông qua dungdịch truyền nhiệt Nước lạnh cần làm nóng để sử dụng không luân chuyển trong tấm hấpthụ năng lượng mặt trời Điều này giúp cho tấm hấp thụ trong mọi trường hợp không bịđóng cặn canxi và bị ăn mòn dẫn tới hiệu suất hấp thụ nhiệt bị giảm sút hoặc trong một sốtrường hợp làm thủng tấm hấp thụ sau một thời gian sử dụng như vẫn thường gặp ở cácsản phẩm cùng loại sử dụng công nghệ truyền nhiệt trực tiếp từ tấm hấp thụ vào nướclạnh chứa trong bình bảo ôn khi cho nước lạnh này luân chuyển qua tấm hấp thụ Nhờ đóhiệu số hấp thụ nhiệt của bình luôn được duy trì ổn định ở mức cao nhất (95,3%), đồngthời tuổi thọ của bình cũng được kéo dài tới trên 15 năm

Ứng dụng luân chuyển kép và chịu áp lực kép: Dung dịch truyền nhiệt luân chuyểnđộc lập với nước nóng tạo ra để sử dụng Hệ thống van bảo vệ giúp cho bình USolar tấmphẳng có độ tin cậy cao, hoạt động ổn định

Sử dụng thuận tiện: Bình bảo ôn chịu được áp lực cao, cấp nước tự động, điều khiển

tự động, đảm bảo cung cấp nước nóng cho toàn bộ thời gian trong năm khi sử dụng kếthợp năng lượng mặt trời và hỗ trợ điện

Dễ lắp đặt: Tấm hấp thu năng lượng mặt trời và bình bảo ôn có thể được lắp đặt tíchhợp hoặc tách rời nhau tùy theo yêu cầu lắp đặt và sử dụng Bên cạnh đó, hệ thống chângiá được thiết kế điều chỉnh linh hoạt nên với cùng một chân giá có thể lắp đặt bình trênmái phẳng hoặc mái nghiêng mà không cần phải gia công thêm.