Đồ án học phần 1A Hệ thống điện năng lượng mặt trời
LỜI NÓI ĐẦU
Trong tiến trình phát triển của loài người, việc sử dụng năng lượng là đánh
dấu một cột mốc rất quan trọng. Từ đó đến nay, loài người sử dụng năng lượng
ngày càng nhiều ,nhất là trong vài thế kỷ gần đây. Trong cơ cấu năng lượng hiện
nay,chiếm phần chủ yếu là năng lượng tàn dư sinh học than đá,dầu mỏ,khí tự
nhiên. Kế là năng lượng nước thủy điện, năng lượng hạt nhân, năng lượng sinh
khối (bio.gas, …) năng lượng mặt trời, năng lượng gió chỉ chiếm một phần khiêm
tốn. Xã hội loài người không phát triển nếu không có năng lượng.
Ngày nay, năng lượng tàn dư sinh học, năng lượng không tái sinh, ngày
càng kiệt, giá dầu mỏ tăng từng ngày, ảnh hưởng xấu đến sự phát triển kinh tế xã
hội và môi trường sống. Tìm kiếm nguồn năng lượng thay thế là nhiệm vụ cấp
bách của các nhà khoa học ,kinh tế, các chính trị gia,… và mỗi người chúng ta.
Nguồn năng lượng thay thế đó phải sạch, than thiện với môi trường, chi phí thấp,
không cạn kiệt (tái sinh), và dễ sử dụng.
Từ lâu, loài người đã mơ ước sử dụng năng lượng mặt trời. Nguồn năng
lượng hầu như vô tận, đáp ứng hầu hết các tiêu chí nêu trên. Nhiều công trình
nghiêng cứu đã được thực hiện, năng lượng mặt trời không chỉ là năng lượng của
tương lai mà còn là năng lượng của hiện tại
Bạn không nên nghĩ rằng ứng dụng năng lượng mặt trời là công việc của
riêng của các nhà khoa học, đây cũng chính là nơi bạn có thể phát huy óc sáng tạo,
sự khéo tay, và tính kiên nhẫn của bạn. Còn gì thú vị hơn khi bạn tự thực hiện và
ứng dụng năng lượng mặt trời trong chính ngôi nhà của mình.
Cuốn sách này giới thiệu chi tiết các ứng dụng năng lượng mặt trời trong
ngôi nhà hoặc trên mảnh vườn của bạn. Các dự án đó tương đối đơn giản, chi phí
trong tầm tay của bạn, nhưng hiệu quả cao, không đồi hỏi lý thuyết cao siêu, chỉ
cần bạn nhận ra lợi ích của việc sử dụng năng lượng mặt trời và quyết tâm thực
hiện. bạn có thể thực hiện từng bước theo hướng dẫn trong từng dự án, khi dạt kết
quả, bạn hoàn toàn có thể chỉnh sửa, cải tiến để năng cao hiệu suất và giảm chi
phí tùy theo sự năng động và tính sáng tạo của bạn. Các dự án này còn có thể
được thực hiện trong trường học, trường phổ thông và trường dạy nghề, giúp cho
Trường Đại Học Công Nghiệp Tp.HCM
3
Đồ án học phần 1A Hệ thống điện năng lượng mặt trời
Nhận xét của giảng viên phản biện:

MẶT TRỜI:
Từ giàn pin mặt trời, ánh sáng được biến đổi thành điện năng, tạo ra dòng
điện một chiều (DC). Dòng điện này được dẫn tới bộ điều khiển là một thiết bị
Trường Đại Học Công Nghiệp Tp.HCM
5
Đồ án học phần 1A Hệ thống điện năng lượng mặt trời
điện tử có chức năng điều hoà tự động các quá trình nạp điện vào ắc-quy và phóng
điện từ ắc-quy ra các thiết bị điện một chiều (DC). Trường hợp công suất giàn pin
đủ lớn, trong mạch điện sẽ được lắp thêm bộ đổi điện để chuyển dòng một chiều
thành dòng xoay chiều (AC), chạy được thêm nhiều thiết bị điện gia dụng (đèn,
quạt, radio, TV…).
III - CẤU HÌNH TIÊU BIỂU CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN NĂNG LƯỢNG
MẶT TRỜI:

tt
Tên thiết bị Ghi chú
1
Solar Cells
Panel
Monocrystalline (đơn tinh thể ) Polycrytalline (đa tinh
thể)
2
Solar
Regulator
Lựa chọn tùy mức điện thế và công suất của hệ thống
3
DC-AC
Inverter
Dạng sóng ra : Step Wave hoặc Sine Wave
4

- Là thiết bị thực hiện chức năng điều tiết sạc cho ắc-quy, 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 Panel mặt trời 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 bình
quá thấp.
3- AC-DC INVERTER:
- Là bộ biến điện nghịch lưu. Inverter chuyển đổi dòng điện 12V DC từ ăc-
quy thành dòng điện AC (110VAC, 220VAC). Được thiết kế với nhiều cấp công
suất từ 0.3kVA – 10kVA.
- Inverter có nhiều loại và cách phân biệt chúng bằng dạng sóng của điện áp
đầu ra : dạng sóng hình sin, giả sin, sóng vuông, sóng bậc thang…
4- BATTERY (Ắc-quy):
- 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, kích thước và dung lượng khác nhau, tùy thuộc vào
công suất và đặc điểm của hệ thống pin panel 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.
5- KHUNG GÁ VÀ DÂY CÁP:
- Để đảm bảo cho hệ thống pin Panel mặt trời đặt đúng vị trí tốt nhất (nắng
nhiều nhất và lâu nhất) và hiệu suất sử dụng hệ thống luôn được ổn định lâu dài,
chúng ta cần dùng đến bộ khung gá và dây cáp chuyên dụng.
- Để tối đa hóa hiệu suất của hệ thống, các tấm pin Panel mặt trời cần được
lắp đặt theo 1 góc nghiêng và 1 hướng nhất định (tùy thuộc từng vị trí lắp đặt cụ
thể).
- Lưu ý khi lắp đặt tránh các vùng có khả năng bị che, khuất nắng, nên lựa

Khi mất điện lưới, ISC sẽ lấy điện DC từ Battery bank và Solar để biến đổi
thành điện AC 220V cung cấp cho tải ưu tiên. Đồng thời GTSI sẽ ngưng làm việc.
Trường Đại Học Công Nghiệp Tp.HCM
9
Đồ án học phần 1A Hệ thống điện năng lượng mặt trời
B- ĐI SÂU VÀO HỆ THỐNG ĐIỆN NĂNG LƯỢNG
MẶT TRỜI
CHƯƠNG I: PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI
I- Ưu thế của năng lượng mặt trời
1. Năng lượng hiện tại
Trong cuộc sống hang ngày , chúng ta sử dụng khối lượng năng lượng
khổng lồ. Cuộc sống của chúng ta xoay quanh sự tiêu thụ các nguồn tài nguyên
thiên nhiên và tiêu thụ năng lượng .
Phần lớn trong tỷ lệ tiêu thụ năng lượng dược dùng cho sưởi ấm-58% một
phần trong số này có thể cung cấp từ năng lượng mặt trời .
Kế tiếp là nấu nước, chiếm 24% tổng năng lượng tiêu thụ, hoàn toàn có thể
nấu nước bằng năng lượng mặt trời .
Điều dó có nghĩa là có thể đáp ứng 83% nhu cầu năng lượng bằng công nghệ
năng lượng mặt trời .
Phần năng lượng, 13% được dùng để tạo ra điện năng để cung cấp cho
chiếu sáng và các thiết bị gia dụng.
Năng lượng được dùng cho nấu ăn,5% cũng có thể tạo ra từ năng lượng.
2. Lý do chọn năng lượng mặt trời
Năng lượng mặt trời là dạng năng lượng sạch, xanh, miễn phí, và có giá trị
sử dụng tốt nhất. mặt trời đã xuất hiện cách đây 5 tỷ năm và tiếp tục them 5 tỷ
năm nủa, quá đủ cho loài người.
Chúng ta đang tìm các công nghệ sử dụng dạng năng lượng này một cách
hiệu quả nhất, do đây là năng lượng sạch, rất than thiện vơi môi trường. Đây thực
sự là nguồn tài nguyên khổng lồ. tuy năng lượng mặt trời tập chung chủ yếu ở
3. Năng lượng hiện nay

điện hạt nhân là một giải pháp, nhưng với mức độ an toàn và bản chất của quá
trình không thuận nghịch của phản ứng hạt nhân không cho ta kết quả như mong
đợi .Năng lượng mặt trời xét về lâu dài mới là giải pháp cho tương lai. Một trong
các nguyên nhân khác của việc sử dụng năng lượng mặt trời đó là do tính sạch của
nó về mặt môi trường. Trong quá trình sử dụng nó không sinh ra khí nhà kính hay
gây ra các hiệu ứng tiêu cực tới khí hậu toàn cầu. Việc dạy học gắn với nội dung
này nhằm giáo dục ý thức môi trường và sự chuẩn bị hành trang cho chủ nhân
tương lai là cần thiết và phù hợp . Có 2 cách chính sử dụng năng lượng mặt trời:
- Sử dụng dưới dạng nhiệt năng : lò hấp thụ mặt trời, nhà kính
- Sử dụng thông qua sự chuyển hoá thành điện năng: Hệ thống pin mặt trời
Câu hỏi đặt ra là pin mặt trời hoạt động thế nào
Pin mặt trời là thiết bị ứng dụng hiệu ứng quang điện trong bán dẫn ( thường
gọi là hiệu ứng quang điện trong - quang dẫn) để tạo ra dòng điện một chiều từ
ánh sáng mặt trời. Loại pin mặt trời thông dụng nhất hiện nay là loại sử dụng Silic
tinh thể. Để hiểu về nguyên lý làm việc của pin mặt trời loại này chúng ta cần biết
một vài đặc điểm của chất bán dẫn Silic.
Trong bảng tuần hoàn Silic (Si) có số thứ tự 14- 1s
2
2s
2
2p
6
3s
2
3p
2
. Các điện tử
của nó được sắp xếp vào 3 lớp vỏ. 2 lớp vỏ bên trong được xếp đầy bởi 10 điện tử.
Tuy nhiên lớp ngoài cùng của nó chỉ được lấp đầy 1 nửa với 4 điện tử 3s
2

15
Đồ án học phần 1A Hệ thống điện năng lượng mặt trời
Điều gì sẽ xảy ra khi ta cho 2 loại bán dẫn trên tiếp xúc với nhau. Khi đó, các
điện tử tự do ở gần mặt tiếp xúc trong bán dẫn loại N sẽ sẽ khuyếch tán từ bán
dẫn loại N -> bán dẫn loại P và lấp các lỗ trống trong phần bán dẫn loại P này.
Liệu các điện tử tự do của bán dẫn N có bị chạy hết sang bán dẫn P hay
không? Câu trả lời là không. Vì khi các điện tử di chuyển như vậy nó làm cho bán
dẫn N mất điện tử và tích điện dương, ngược lại bán dẫn P tích điện âm. Ở bề mặt
tiếp xúc của 2 chất bán dẫn bây giờ tích điện trái ngược và xuất hiện 1 điện trường
hướng từ bán dẫn N sang P ngăn cản dòng điện tử chạy từ bán dẫn N sang P. Và
trong khoảng tạo bởi điện trường này hầu như không có e hay lỗ trống tự do .
Trường Đại Học Công Nghiệp Tp.HCM
16
Đồ án học phần 1A Hệ thống điện năng lượng mặt trời Thiết bị mà chúng ta vừa mô tả ở trên chính là 1 đi ốt bán dẫn. Điện trường
tạo ra ở bề mặt tiếp xúc làm nó chỉ cho phép dòng điện tử chạy theo 1 chiều, ở đây
là từ bán dẫn loại P sang bán dẫn loại N, dòng điện tử sẽ không được phép chạy
theo hướng ngược lại. Để lí giải vì sao bạn có thể liên hệ một cách đơn giản đến
phần tĩnh điện.
Pin quang điện không phải cái gì khác chính là một điốt bán dẫn có diện tích
bề mặt rộng và có lớp N cực mỏng để ánh sáng có thể truyền qua. Khi chiếu ánh
sáng vào pin quang điện một phần sẽ bị phản xạ ( và do đó trên bề mặt pin
quang điện có một lớp chống phản xạ ) và một phần bị hấp thụ khi truyền qua lớp
N. Một phần may mắn hơn đến được lớp chuyển tiếp, nơi có các cặp e và lỗ trống
nằm trong điện trường của bề mặt giới hạn p-n. Với các bước sóng thích hợp sẽ
truyền cho e một năng lượng đủ lớn để bật khỏi liên kết. Sẽ không thể có chuyện
gì nếu không có điện trường nhỏ tạo bởi lớp chuyển tiếp. Đó là lí do giải thích vì
sao nếu ta chiếu ánh sáng vào một vật bán dẫn thì không thể sinh ra dòng điện .

thì các điện tử phải di chuyển quá xa trong tinh thể Si mới vào được mạch điện
(chú ý là bán dẫn Si dẫn điện kém, tức điện trở của nó lớn). Vì vậy người ta
thường dùng 1 lưới kim loại phủ lên bề mặt của pin mặt trời. Tuy nhiên kích thước
lưới không thể giảm vô hạn nên cũng phần nào làm giảm hiệu suất chuyển năng
lượng ánh sáng thành năng lượng điện.
Có người nói: năng lượng làm ra một hệ thống pin mặt trời lớn hơn năng
lượng nó thu được trong quá trình dùng ( hay nói một cách đời sống hơn tiền mua
nó đắt hơn tiền mua điện: Điều này trước đây là đúng, tuy nhiên với công nghệ
hiện nay tỉ lệ này là 1:4 nghiêng về tiền thu được. Tức là bỏ 1 triệu mua hệ thống
thì sẽ thu được 4 triệu tiền năng lượng thu được )
Một thực tế là việc sử dụng năng lượng Mặt trời ở nước ta còn quá xa vời là
do ta ỷ vào nguồn năng lượng thủy điện ( cũng là một loại năng lượng sạch)
nhưng thực tế nhu cầu tiêu thụ điện và sự khổ sở vì tình trạng các hồ chứa xuống
dưới mức chết đã gióng một hồi chuông nhẹ tới suy nghĩ này của toàn bộ mọi
người!
3. Sơ đồ cơ bản của hệ thống điện năng lượng mặt trời
Trường Đại Học Công Nghiệp Tp.HCM
18
Đồ án học phần 1A Hệ thống điện năng lượng mặt trời
III- Ưu, Nhược điểm của năng lượng mặt trời:
1. Ưu điểm:
• Giúp bạn tiết kiệm tiền:
- Sau khi đầu tư ban đầu đã được thu hồi, năng lượng từ mặt trời là thiết thực miễn
phí.
- Thời kỳ hoàn vốn cho đầu tư này có thể rất ngắn tùy thuộc vào bao nhiêu hộ gia
đình của bạn sử dụng điện.
- Ưu đãi tài chính có hình thức chính phủ sẽ giảm chi phí của bạn.
- Nếu hệ thống pin mặt trời sản xuất năng lượng nhiều hơn bạn sử dụng, chính phủ
của bạn có thể mua điện từ bạn.
- Nó sẽ giúp bạn tiết kiệm tiền trên hóa đơn điện của bạn hàng tháng.

ngoài và / hoặc tập trung năng lượng, ảnh hưởng do thiên tai, các sự kiện quốc tế
và vì thế góp phần vào một tương lai bền vững.
- Năng lượng mặt trời hỗ trợ việc làm địa phương và tạo ra sự giàu có, thúc đẩy nền
kinh tế địa phương.
- Các hệ thống năng lượng mặt trời hầu như bảo dưỡng miễn phí và sẽ kéo dài trong
nhiều thập kỷ.
- Sau khi cài đặt, không có chi phí định kỳ.
- Họ hoạt động âm thầm, không có bộ phận chuyển động, không có mùi khó chịu
phát hành và không yêu cầu bạn phải thêm bất kỳ nhiên liệu.
- Thêm tấm pin mặt trời có thể dễ dàng được thêm vào trong tương lai khi nhu cầu
của gia đình bạn phát triển.
2. Khó khăn năng lượng mặt trời (nhược điểm)
- Các chi phí ban đầu là bất lợi chính của việc cài đặt một hệ thống năng lượng mặt
trời, phần lớn là vì chi phí cao của các vật liệu bán dẫn được sử dụng trong việc
xây dựng một.
- Chi phí năng lượng mặt trời cũng là cao so với tiện ích-cung cấp điện không tái
tạo. Như tình trạng thiếu năng lượng đang trở nên phổ biến hơn, năng lượng mặt
trời ngày càng trở nên giá cạnh tranh.
- Tấm năng lượng mặt trời đòi hỏi khá một vùng rộng lớn để cài đặt để đạt được
một mức độ tốt hiệu quả.
- Hiệu quả của hệ thống cũng phụ thuộc vào vị trí của mặt trời, mặc dù vấn đề này
có thể được khắc phục với việc cài đặt các thành phần nhất định.
- Việc sản xuất năng lượng mặt trời bị ảnh hưởng bởi sự hiện diện của các đám
mây, gây ô nhiễm trong không khí.
- Tương tự như vậy, không có năng lượng mặt trời sẽ được sản xuất vào ban đêm
mặc dù một hệ thống pin dự phòng và / hoặc đo net sẽ giải quyết vấn đề này.
IV- Ứng dụng pin mặt trời ở Việt Nam
Pin mặt trời là phương pháp sản xuất điện trực tiếp từ năng lượng mặt trời
(NLMT) qua thiết bị biến đổi quang điện. Pin mặt trời (PMT) có ưu điểm là gọn
nhẹ, có thể lắp bất kỳ ở đâu có ánh sáng mặt trời, đặc biệt là trong lĩnh vực tàu vũ

Công trình ứng dụng
Khu vực phía Nam ứng dụng các dàn PMT phục vụ thắp sáng và sinh hoạt
văn hoá tại một số vùng nông thôn xa lưới điện. Các trạm điện mặt trời có công
suất từ 500 - 1.000 Wp được lắp đặt ở trung tâm xã, nạp điện vào ắc qui cho các
hộ gia đình sử dụng. Các dàn PMT có công suất từ 250 - 500 Wp phục vụ thắp
sáng cho các bệnh viện, trạm xá và các cụm văn hoá xã. Đến nay có khoảng 800
- 1.000 dàn PMT đã được lắp đặt và sử dụng cho các hộ gia đình, công suất mỗi
dàn từ 22,5 - 70 Wp. Khu vực miền Trung có bức xạ mặt trời khá tốt và số giờ
nắng cao, rất thích hợp cho việc ứng dụng PMT. Hiện tại ở khu vực miền Trung có
hai dự án lai ghép với PMT có công suất lớn nhất Việt Nam, đó là:
- Dự án phát điện ghép giữa PMT và thuỷ điện nhỏ, công suất 125 kW được lắp
Trường Đại Học Công Nghiệp Tp.HCM
21
Đồ án học phần 1A Hệ thống điện năng lượng mặt trời
đặt tại xã Trang, huyện Mang Yang, tỉnh Gia Lai, trong đó công suất của hệ thống
PMT là 100 kWp (kilowatt peak) và của thuỷ điện là 25 kW. Dự án được đưa vào
vận hành từ cuối năm 1999, cung cấp điện cho 5 làng. Hệ thống điện do Điện lực
Mang Yang quản lý và vận hành. Sơ đồ hệ thống điện gia đình
- Dự án phát điện lai ghép giữa PMT và động cơ gió phát điện với công suất là 9
kW, trong đó PMT là 7 kW. Dự án trên được lắp đặt tại làng Kongu 2, huyện Đak
Hà, tỉnh Kon Tum, do Viện Năng lượng thực hiện. Công trình đã được đưa vào sử
dụng từ tháng 11/2000, cung cấp điện cho một bản người dân tộc thiểu số với 42
hộ gia đình. Hệ thống điện do sở Công thương tỉnh quản lý và vận hành.
Trường Đại Học Công Nghiệp Tp.HCM
22
Đồ án học phần 1A Hệ thống điện năng lượng mặt trời
- Các dàn pin đã lắp đặt ứng dụng tại các tỉnh Gia Lai, Quảng Nam, Bình Định,

môđun.
Trạm pin mặt trời nối lưới lắp đặt trên mái nhà làm việc Bộ Công thương, 54
Hai Bà Trưng, Quận Hoàn Kiếm, Hà Nội. Công suất lắp đặt 2.700 Wp.
Lắp đèn năng lượng mặt trời trên đường phố Đà Nẵng sử dụng nguồn năng
lượng mặt trời. Hệ thống thu góp điện năng được “dán” thẳng trên thân trụ đèn.
Bên trong trụ có tám bình ắc qui dùng để tích năng lượng.
Hai cột đèn năng lượng mặt trời kết hợp năng lượng gió đầu tiên được lắp đặt
thành công tại Ban quản lý dự án Công nghệ cao Hòa Lạc. Hai cột đèn trị giá
Trường Đại Học Công Nghiệp Tp.HCM
23
Đồ án học phần 1A Hệ thống điện năng lượng mặt trời
8.000 USD, do Công ty cổ phần tập đoàn quốc tế Kim Đỉnh lắp đặt. Hiện tại, hai
cột đèn này có thể sử dụng trong 10 h mỗi ngày, có thể thắp sáng bốn ngày liền
nếu không có nắng và gió.
Tóm lại:
- Tổng công suất lắp đặt: Khoảng 1,45 MWp.
- Số địa phương lắp đặt: 40 tỉnh và thành phố; Bộ Bưu chính Viễn thông, Bộ Quốc
phòng, Bộ Giao thông, v.v.
- Mục đích sử dụng: Sinh hoạt (chiếu sáng, TV, đài, bơm nước, v.v.), thông tin liên
lạc, tín hiệu giao thông, v.v.
- Kinh phí viện trợ không hoàn lại, thông qua các dự án hợp tác quốc tế: 30 -
35%.
- Kinh phí các doanh nghiệp: 40 - 45%.
- Chính phủ (trung ương, địa phương): 20 - 30%.
Những khó khăn chính trong quá trình triển khai ứng dụng:
* Về kỹ thuật
- Người sử dụng không tuân theo qui trình vận hành. Đấu tắt không qua bộ điều
khiển khi ắc qui yếu, làm ắc qui cạn kiệt, dẫn đến mau hỏng.
- Trong 100 dàn đầu tiên cho các hộ gia đình lắp tại tỉnh Tiền Giang và Trà Vinh,
vì công suất mỗi dàn quá nhỏ (22,5 Wp), nhu cầu dùng lại lớn nên ắc qui luôn