MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU
I Sự cần thiết của đề tài
Do sự phát triển ngày càng nhanh chóng của nền kinh tế kéo theo nhu
cầu tiêu thụ nguồn năng lượng hóa thạch ngày càng tăng. Việc đẩy mạnh khai
thác nguồn nhiên liệu hóa thạch lại làm mất đi sự cân bằng sinh thái, gây ô
1
nhiễm môi trường và ảnh hưởng trực tiếp tới đời sống con người. Nguồn nhiên
liệu hóa thạch không phải là vô tận, trong khi phải cần một thời gian dài thì mới
hình thành các nguồn năng lượng hóa thạch mới, rồi sẽ tới một ngày con người
phải đối mặt với việc thiếu hụt trầm trọng nguồn năng lượng phục vụ cho nền
kinh tế và cuộc sống con người. Hiện nay một số nước trên thế giới có nền khoa
học tiên tiến đang đẩy mạnh việc nghiên cứu và phát triển hệ thống điện hạt
nhân. Tuy nhiên vấn đề đặt ra khi phát triển nguồn năng lượng này đó là tính an
toàn, cụ thể là an toàn trong kỹ thuật và rác thải hạt nhân. Ngoài ra các yếu tố
như nguy cơ phổ biến vũ khí hạt nhân, việc đảm bảo an ninh cho các cơ sở hạt
nhân quốc gia. Vấn đề về nguồn nhân lực có trình độ cao và kinh nghiệm, đặc
biệt là những chuyên gia quản lý và kỹ thuật cũng là những rào cản lớn khi sử
dụng và phát triển nguồn năng lượng này.
Trong những điều kiện kể trên thì việc phát triển và sử dụng nguồn năng
lượng mặt trời là một biện pháp tốt đáp ứng về các yếu tố như an toàn, môi
trường … Năng lượng mặt trời là nguồn năng lượng vô tận mà khi khai thác và
tận dụng chúng một cách có hiệu quả sẽ đem lại những lợi ích to lớn cho con
người. Sử dụng năng lượng mặt trời thay cho năng lượng hóa thạch sẽ giảm
lượng khí thải ô nhiễm môi trường, bớt phụ thuộc vào việc khai thác năng lượng
hóa thạch từ đó hạn chế xấu nhất tới việc thay đổi môi trường sinh thái. Hiện
nay đã có nhiều quốc gia tập trung nghiên cứu, phát triển và khai thác nguồn
năng lương mặt trời phục vụ cho đời sống. Việc nghiên cứu và ứng dụng năng
lượng mặt trời đã trở nên phổ biến chính vì thế giá cả các thiết bị trong hệ thống
ngày càng có hiệu suất cao hơn và ổn định hơn. Trước kia giá thành chính là rào
cản trong việc ứng dụng năng lượng mặt trời, tuy nhiên những năm gần đây đã

năng lượng khổng lồ và là nguồn gốc của quá trình tự nhiên trên trái đất.
Năng lượng mặt trời có những ưu điểm như: sạch, chi phí nhiên liệu và
bảo dưỡng thấp, an toàn cho người sử dụng. Đồng thời phát triển ngành công
nghiệp sản xuất pin mặt trời sẽ góp phần thay thế các nguồn năng lượng hóa
thạch, giảm khí thải nhà kính giúp bảo vệ môi trường.
Đơn vị được sử dụng để thể hiện mức độ hấp thụ nhiệt:
Các giá trị được thể hiện tổng quát bằng kWh/m²/ngày. Đây chính là lượng
năng lượng mặt trời chiếu vào 1m² trên bề mặt trái đất trong 1 ngày. Tất nhiên
giá trị này được tính trung bình cho các giá trị khác nhau đo được trong độ dài
thời gian 1 ngày (kWh/m²/ngày).
1 kWh/m²/ngày = 317.1 btu/ft2/ngày = 3.6MJ/m²/ngày
(1Btu = 1055J , 1ft = 0,3048m )
Năng lượng mặt trời dù rất rồi dào nhưng việc khai thác một cách hiệu
quả nguồn năng lượng này thì là còn cả một bài toán dài.
1.2 Ứng dụng năng lượng mặt trời tại Việt Nam và trên thế giới
1.2.1 Ứng dụng năng lượng mặt trời tại Việt Nam
Việt Nam nằm trong khu vực nhiệt đới, một trong những khu vực có
cường độ mặt trời tương đối cao trên thế giới. Tổng số ngày nắng trong năm và
cường độ bức xạ mặt trời khá cao. Đây là một trong những thuận lợi cho việc
ứng dụng và khai thác nguồn năng lượng vô tận đem lại lợi ích to lớn cho nền
kinh tế, môi trường và đời sống của con người. Chính vì lẽ đó hiện nay tại Việt
Nam đã và đang ứng dụng và khai thác rất nhiều các công trình, hạng mục để
khai thác nguồn năng lượng mặt trời.
+ Tại Hà Nội
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.
4
- Trung tâm Hội nghị Quốc gia sử dụng hệ thống Pin mặt trời công suất 154
KWp là công trình Pin mặt trời lớn nhất ở Việt Nam.

Viện năng lượng EVN kết hợp với Trung tâm năng lượng mới của
Trường Đại học Bách khoa Hà Nội đã tiếp tục triển khai ứng dụng dàn pin mặt
trời tại các hộ dân và trạm biên phòng của đảo Cô Tô (tỉnh Quảng Ninh). Đồng
thời, thực hiện dự án “Ứng dụng thí điểm điện mặt trời cho vùng sâu, vùng xa”
tại xã Ái Quốc, huyện Lộc Bì, tỉnh Lạng Sơn.
Công nghệ năng lượng mặt trời ứng dụng vào quy trình nuôi tôm công
nghiệp tại Bạc Liêu, Đầm Dơi - Cà Mau. Thiết bị là những tấm thu năng lượng
mặt trời, năng lượng hấp thu chuyển đến hệ thống bình ắc quy. Nguồn điện tích
trữ trong bình ắc quy cung cấp dòng năng lượng để các thiết bị thổi khí oxy vận
hành.
- Năm 2000 - 2005, Trung tâm nghiên cứu thiết bị áp lực và năng lượng mới
(ĐH Đà Nẵng) cùng với tổ chức phục vụ năng lượng mặt trời đã triển khai sản
7
xuất các loại bếp năng lượng mặt trời cho các hộ dân tại làng Bình Kỳ 2 -
Phường Hòa Quý - Quận Ngũ Hành Sơn (Đà Nẵng).
- Tháng 6 năm 2007, tại Công viên nước Đà Nẵng đã diễn ra ngày hội nấu ăn
bằng loại bếp này do Solar Serve tổ chức. Ngoài ra, Solar Serve đã cung cấp
miễn phí hơn 1.200 bếp năng lượng mặt trời cho người nghèo tại vùng sâu
vùng xa. Đây là một tổ chức phi lợi nhuận, được thành lập nhằm giúp đỡ và
phổ biến việc sử dụng năng lượng mặt trời cho người dân. Các sản phẩm năng
lượng mặt trời của Solar Serve đều do chính các người nghèo và người khuyết
tật tại địa phương chế tạo.
- Ngoài ra Sở Khoa học và Công nghệ Tp.Đà Nẵng còn phối hợp với Công ty
Quản lý vận hành điện chiếu sáng công cộng, quyết định thí điểm một năm
trong việc lắp đặt 10 bộ đèn chiếu sáng đường phố bằng năng lượng gió và
mặt trời tại đường Trường Sa, Tp.Đà Nẵng. Được biết, Đà Nẵng là một trong
những nơi được đánh giá là có tiềm năng phát triển năng lượng mặt trời tốt
nhất tại Việt Nam, với 177 giờ nắng trung bình trong tháng và cường độ bức
xạ nhiệt đạt 4,89 kWh/m
2

Hệ thống Pin Năng lượng mặt trời 600W được lắp đặt tại Victoria Peak,
đỉnh Peak, một điểm du lịch hấp dẫn của thành phố Hồng Kông. Hệ thống Pin
mặt trời cung cấp điện cho hệ thống các thiết bị viễn thông quan sát trên đỉnh
Peak này và được sử dụng hàng ngày…
Hệ thống Tubine Gió và Pin Năng lượng mặt trời 4000W tại khu
Philipin năm 2009. Hệ thống cung cấp điện cho hệ thống BTS viễn thông trên
đảo, đáp ứng đủ yêu cầu của trạm BTS sử dụng hàng ngày…
Hệ thống Pin Năng lượng mặt trời 80KW được lắp đặt cho khách hàng
tại thành phố Thâm Quyến – Trung Quốc năm 2010. Hệ thống pin mặt trời hòa
vào hệ thống điện lưới của tòa nhà, cung cấp điện cho hệ thống điện của tòa nhà
sử dụng đèn, quạt, máy tính, điều hòa làm giảm chi phí điện hàng ngày …
9
Hệ thống Pin Năng lượng mặt trời 300KW được lắp đặt cho khách hàng
tại thành phố Thượng Hải – Trung Quốc năm 2010. Hệ thống pin mặt trời hòa
vào hệ thống điện lưới của tòa nhà, cung cấp điện cho hệ thống điện của tòa nhà
sử dụng đèn, quạt, máy tính, điều hòa làm giảm chi phí điện hàng ngày …
Tại Đan Mạch, năm 2000 hơn 30% hộ dân sử dụng tấm thu năng lượng
mặt trời, có tác dụng làm nóng nước. Ở Brazil, những vùng xa xôi hiểm trở như
Amazon, điện năng lượng mặt trời luôn chiếm vị trí hàng đầu. Ngay tại Đông
Nam Á, điện mặt trời ở Philipines cũng đảm bảo nhu cầu sinh hoạt cho 400.000
dân.
Hiện nay trên thế giới việc sử dụng năng lượng mặt trời là rất rộng rãi
nhưng chủ yếu tập trung lớn ở một số quốc gia phát triển như Nhật Bản, Hàn
Quốc, Đức
1.3 Một số hạn chế trong việc ứng dụng năng lượng mặt trời vào
phục vụ sinh hoạt.
• Các chi phí ban đầu là rào cản 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 và sự
phức tạp của các thiết kế liên quan.
• Chi phí năng lượng mặt trời cũng là cao so với tiện ích cung cấp điện

Nam Trung Bộ
2000 – 2600 4,9 – 5,7 Rất tốt
Nam Bộ 2200 – 2500 4,3 – 4,9 Rất tốt
Trung
bình cả nước
1700 – 2500 4,6 Tốt

Bảng 1.2: Tổng lượng bức xạ Mặt Trời của các tháng trong năm ở Hà
Nội và TP.Hồ Chí Minh (Tạp chí năng lượng Việt Nam-đơn vị: MJ/m².ngày)
11
Tháng Hà Nội TP.Hồ Chí Minh
1 8,76 16,56
2 8,63 22,68
3 9,09 21,60
4 12,44 20,16
5 18,94 15,12
6 19,11 12,60
7 20,11 11,88
8 18,23 12,96
9 17,22 12,60
10 15,04 13,68
11 12,40 14,40
12 10,66 14,04

Từ những số liệu về nguồn bức xạ dồi dào kể trên đã chỉ ra những tiềm
năng to lớn và cơ hội để tận dụng nguồn năng lượng mặt trời vô tận.
Hiện nay, giá điện và giá cả của các nguồn năng lượng hóa thạch ngày
càng tăng dẫn tới áp lực đáp ứng nhu cầu nguồn năng lượng của con người. Tuy
nhiên việc sử dụng năng lượng hóa thạch gây nên những hệ lụy xấu đối với môi
trường. Hiện nay việc phát triển năng lượng mặt trời đã được nhân rộng trên





 !"#$%&
''()*+,(-
CHƯƠNG 2
HỆ THỐNG ĐIỆN SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI
2.1 Nguyên lý hoạt động của hệ thống điện sử dụng năng lượng mặt
trời.
Nguyên lý hoạt động của Hệ thống điện mặt trời:
Từ hệ thống pin mặt trời, ánh sáng được biến đổi thành điện năng, tạo ra
dòng điện một chiều (DC). Dòng điện này được truyền dẫn tới bộ điều khiển
xạc năng lượng mặt trời (Solar Charger Controller) là một thiết bị điện tử có
chức năng điều khiển tự động 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 hệ thống pin mặt trời và điện được tích trữ trong
các ắc quy đủ lớn, trong hệ thống sẽ có thêm bộ kích điện (Inverter) để biến đổi
dòng điện một chiều (DC) thành dòng điện xoay chiều (AC) 220V, có thể sử
dụng cho hầu hết các thiết bị điện gia đình (đèn, quạt, máy tính, TV…)
2.2 Các hệ thống điện mặt trời.
Trong việc thiết kế và sử dụng điện mặt trời người ta phân ra làm 3 hệ
thống chính:
• Điện mặt trời độc lập
• Điện mặt trời lai
• Điện mặt trời hòa lưới,điện mặt trời nối lưới điện
2.2.1 Điện mặt trời độc lập
Điện mặt trời độc lập là hệ thống nguồn cung cấp điện mặt trời độc lập
hoàn toàn với điện lưới quốc gia.
Hệ thống điện mặt trời độc lập (cách ly với lưới điện)

các nhược điểm là:
• Chi phí bảo trì ,bảo dưỡng cao
• Hiệu suất chuyển đổi không cao
• Lượng điện phụ thuộc vào thời tiết ( mưa gió, nhiều mây…)
- Ứng dụng:
• Cấp điện độc lập cho một tòa nhà
• Cấp điện độc lập cho một văn phòng làm việc
• Cấp điện độc lập cho một thiết bị điện
- Điều kiện áp dụng:
• Những vùng chưa có điện lưới hoặc thường xuyên bị cúp điện.
• Sử dụng cho hộ gia đình, nhà di động, thiết bị di động.
2.3. Hệ thống điện mặt trời độc lập
Hệ thống điện mặt trời độc lập bao gồm các thành phần cơ bản:
• Pin Mặt Trời (Solar Panels)
• Ắc quy lưu trữ điện
• Bộ điều khiển sạc điện từ pin mặt trời vào ắc quy (Solar Charger)
• Bộ chuyển điện từ ắc quy thành điện xoay chiều cấp cho thiết bị (Inverter)
• Dây dẫn và linh kiện đồng bộ.
2.3.1. Tấm pin mặt trời (Solar Panel)
a. Phân loại, cấu tạo
Cho tới nay thì vật liệu chủ yếu cho pin mặt trời (và cho các thiết bị bán
dẫn) là các silic tinh thể. Pin mặt trời từ tinh thể silic chia ra thành 3 loại:
16
Hình 2.3: Hình ảnh một số loại Pin mặt trời
- Một tinh thể hay đơn tinh thể module sản xuất dựa trên quá trình
Czochralski. Trong quá trình này Silic đa tinh thể được nấu chảy ở 2500 °F
(1370 °C) để loại bỏ tạp chất và hình thành đơn tinh thể.
Một mẫu silic đơn tinh thể được nhúng vào silic nóng chảy, mẫu này được
quay đều và nâng dần lên với tốc độ 1,5 mm/phút. Từ đó khối silic đơn tinh thể
dần được hình thành, quá trình này có tên Czochralski

(bán dẫn âm - Negative) có tạp chất là các nguyên tố thuộc nhóm V, các nguyên
tử này dùng 4 electron tạo liên kết và một electron lớp ngoài liên kết lỏng lẻo
với nhân, đấy chính là các electron dẫn chính. Chất bán dẫn loại p (bán dẫn
18
dương - Positive) có tạp chất là các nguyên tố thuộc nhóm III, dẫn điện chủ yếu
bằng các lỗ trống.
Khi hai loại bán dẫn này được đặt cạnh nhau trong một pin năng
lượng mặt trời, electron dẫn chính của loại n sẽ nhảy qua để lấp đầy những
khoảng trống của loại p. Điều này có nghĩa là silicon loại n tích điện dương và
silicon loại p được tích điện âm, tạo ra một điện trường trên pin mặt trời. Vì
silicon là một chất bán dẫn nên có thể hoạt động như một chất cách điện và duy
trì sự mất cân bằng này.
Khi làm cho electron đang liên kết với nguyên tử bị bật ra khỏi nguyên tử
silicon, photon trong ánh sáng mặt trời đưa các electron này vào một trật tự nhất
định, cung cấp dòng điện cho máy tính, vệ tinh và tất cả các thiết bị ở giữa.

c. Một số thông tin cơ bản về tấm pin mặt trời sử dụng trong hệ
thống điện mặt trời:
• Hiệu suất: từ 15% - 18%
• Công suất: từ 25Wp đến 175 Wp
• Số lượng cells trên mỗi tấm pin: 72 cells
• Kích thước cells: 5" – 6"
• Loại : 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

chỉ điều khiển đóng cắt khi bình đầy hoặc bình cạn và bảo vệ không cho điện
trào lên pin, hiện đại hơn là sử dụng phương pháp điều khiển điều rộng xung
PWM (Pulse - Width - Modulation) sử dụng mạch transitor đóng cắt liên tục để
ổn áp sạc cho ắc quy, phương pháp này có nhược điểm lớn là làm hao phí
khoảng trên dưới 20% lượng điện sạc từ pin mặt trời. Các bộ điều khiển sạc hiện
đại sử dụng phương pháp điều rộng xung không hao phí, có bộ vi xử lý và thiết
bị đo chọn được điểm có công suất cực đại MPP (Max Power Point) Pmax để
sạc cho ắc quy. Công suất cực đại minh họa trong hình dưới đây là diện tích
hình chữ nhật màu xám
2.3.3. Bộ kích điện DC-AC (Solar Inverter)
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.
A Phân loại
Bộ kích điện chia thành 2 loại chính:
• Loại sóng sin chuẩn (true sine wave)
• Loại sóng mô phỏng hình sin (Modified sine wave or square wave).
Inverter sin chuẩn (True sine wave): là dạng inverter cho ra sóng sin dạng
chuẩn như sin thật. Hầu như không có khác biệt giữa điện lưới và nguồn output
của inverter này. Dạng sóng này có biến đổi thêm để hòa vào lưới điện. Inverter
nối lưới chắc chắn phải dùng dạng này. Nhược điểm lớn nhất của dạng này là
tiêu hao cho không tải thường rất cao, nên chỉ thích hợp cho các hệ thống lớn
hoặc các thiết bị y tế, hệ thống âm thanh nổi cần âm thanh chuẩn hoặc khi nối
lưới.
21
Hình 2.5 Mô phỏng Sine chuẩn
Inverter sóng vuông (square wave): là dạng kích điện cho ra sóng vuông
như hình dưới đây. Đây là dạng kích điện rẻ và dễ làm nhất. Dạng này dùng

Khi dùng bộ kích điện, người tiêu dùng phải đặt tại vị trí thoáng mát,
tránh các nơi ẩm ướt hoặc dễ cháy. Người tiêu dùng tuyệt đối không được nối
đầu ra 220V của bộ kích điện với hệ thống điện lưới toàn nhà. Tránh trường hợp
cắm ngược vào nguồn điện, khi có điện lưới dập cầu dao gây chập cháy vì điện
xông ngược vào máy. Dùng đúng công suất của máy, không được dùng quá tải.
Khi dùng nhiều giờ liên tục thì chỉ nên dùng tối đa là 80% công suất máy.
Ngoài ra còn có một số tiêu chí khi lựa chọn bộ kích điện như sau:
Bảng 2.1 Các tiêu chí lựa chọn bộ kích điện
24
Tiêu chí Kích “điện tử” Kích điện 1 bước
Công suất Dễ chế tạo loại công suất lớn
hơn
Chế tạo loại công suất lớn khó khăn
hơn do kích thước lớn.
Khả năng
chịu quá tải
Khả năng chịu quá tải thấp hơn
do sử dụng linh kiện điện tử để
điều tiết dạng sóng đầu ra. Tuy
nhiên có thể khắc phục được
nếu thiết kế tốt.
Có khả năng chịu quá tải cao hơn
Độ tin cậy Độ tin cậy thường thấp hơn do
các linh kiện điện tử dễ hư
hỏng. Tuy nhiên độ tn cậy này
có thể khắc phục được nếu
thiết kế tốt.
Có độ tin cậy cao hơn do ít bước sử
dụng linh kiện điện tử.
Mức độ gây