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


Trường Đại Học Công Nghiệp Tp.HCM

2


Đồ án học phần 1A

Hệ thống điện năng lượng mặt trời

Nhận xét của giảng viên hướng dẫn:
...........................................................................................................................
...........................................................................................................................
...........................................................................................................................
...........................................................................................................................
...........................................................................................................................
...........................................................................................................................
...........................................................................................................................
...........................................................................................................................
...........................................................................................................................
...........................................................................................................................
...........................................................................................................................
...........................................................................................................................
...........................................................................................................................
...........................................................................................................................
...........................................................................................................................
...........................................................................................................................
...........................................................................................................................
...........................................................................................................................
...........................................................................................................................

...........................................................................................................................
...........................................................................................................................
...........................................................................................................................
...........................................................................................................................
...........................................................................................................................
...........................................................................................................................
...........................................................................................................................
...........................................................................................................................
...........................................................................................................................

Trường Đại Học Công Nghiệp Tp.HCM

4


Đồ án học phần 1A

Hệ thống điện năng lượng mặt trời

A- GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HỆ THỐNG ĐIỆN
NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI

I – GIỚI
THIỆU CHUNG:
Một tế bào
quang điện (cell)
Tấm Pin năng
lượng mặt trời
(solar cells panel) Pin mặt trời, hay pin quang điện, ký hiệu là PV, là hệ thống các
tấm vật liệu đặc biệt có khả năng chuyển đổi quang năng của ánh sáng mặt trời

1
2
3
4
5
6
7

Panel
Solar
Regulator
DC-AC
Inverter
Battery (ắcquy)

Monocrystalline (đơn tinh thể ) Polycrytalline (đa
tinh thể)
Lựa chọn tùy mức điện thế và công suất của hệ thống
Dạng sóng ra : Step Wave hoặc Sine Wave
Bình khô, kín khí, không cần bảo dưỡng.

Khung, gá

Chuyên dụng cho hệ thống

Dây cáp

Chuyên dụng cho hệ thống (ngoài trời và trong nhà)

Phụ


Đồ án học phần 1A

Hệ thống điện năng lượng mặt trời

điện thế thấp (
Đây là sự tích hợp của hai hệ thống thành một hệ thống liên hoàn bao gồm:
Hệ thống Sản xuất điện năng từ Mặt trời thành điện 220VAC/50Hz bổ sung
vào điện lưới (On grid).
Hệ thống Lưu trữ biến đổi điện điện năng từ Mặt trời thành điện
220VAC/50Hz (Off grid).
Tuy nhiên, quý khách vẫn có thể sử dụng từng hệ thống trên một cách độc
lập tùy theo nhu cầu cụ thể.
Khi khởi động Battery bank luôn được ưu tiên nạp điện từ Mặt trời cho đến
khi đầy. Lúc này Grid-Tie Solar Inverter (GTSI) chưa làm việc.
Khi Battery bank đầy bộ Inverter-Solar Charger (ISC) sẽ ngưng sạc và bộ
GTSI sẽ hoạt động: Biến đổi điện DC từ Solar panel thành điện AC 220V có điện
áp, tần số - pha trùng với điện lưới và được hòa trực tiếp vào lưới điện – Việc bán
điện sẽ được thông qua đồng hồ W1.
Khi có điện lưới, điện năng cho tải thông thường và tải ưu tiên sẽ được cấp
Trường Đại Học Công Nghiệp Tp.HCM

8


Đồ án học phần 1A

Hệ thống điện năng lượng mặt trời

qua đồng hồ điện W2 (điện mua) - do ISC lúc này đang ở chế độ On grid.
Khi mất điện lưới, ISC sẽ lấy điện DC từ Battery bank và Solar để biến đổi
thành điện AC 220V cung cấp cho tải ưu tiên. Đồng thời GTSI sẽ ngưng làm việc.

B- ĐI SÂU VÀO HỆ THỐNG ĐIỆN NĂNG
LƯỢNG MẶT TRỜI
CHƯƠNG I: PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI

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
Cơ quan năng lượng quốc tế dự báo khai thác năng lượng của 33 trong số
48 nhà sản xuất dẩu mõ hàng đầu thế giới đang giảm. Điều đó đang thành hiện
thực.
Không chỉ có đỉnh sản lượng dầu mõ, hiện nay còn có đỉnh than đá, đỉnh
khí tự nhiên, và đỉnh uranium. Tất cả các nguồn tài nguyên này đều có giới hạn,
không thể khai thác mãi mãi.
Điều đó có nghĩa là những người tin tưởng vào năng lượng hạt nhân có thể
bị sốc, năng lượng hạt nhân từng được coi là nguồn thay thế hửu hiệu cho nhiên
liệu tàn dư sinh học, nhưng mọi người phải đối mặt với cùng một vấn đề. Nếu tất
cả đều chuyển sang năng lượng hạt nhân, tốc độ tiêu thụ uranium sẽ tăng nhanh,
chưa kể các nguy cơ về an toàn hạt nhân.

IItrời:

Tìm hiểu chung về pin năng lượng năng lượng mặt

Trường Đại Học Công Nghiệp Tp.HCM

10


Đồ án học phần 1A


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 22s22p63s23p2 . 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 3s23p2. Điều
này làm nguyên tử Si có xu hướng dùng chung các điện tử của nó với các nguyên
tử Si khác. Trong cấu trúc mạng tinh thể nguyên tử Si liên kết với 4 nguyên tử Si
lân cận để lớp vỏ ngoài cùng có chung 8 điện tử (bền vững).

Trường Đại Học Công Nghiệp Tp.HCM

12


Đồ án học phần 1A

Trường Đại Học Công Nghiệp Tp.HCM


Chất bán dẫn Si pha tạp P được gọi là bán dẫn loại N :
(Negative) vì có tính chất dẫn điện bằng các điện tử tự do. Ngược lại, nếu
chúng ta pha tạp tinh thể Si bằng các nguyên tử Boron (B) chỉ có 3 điện tử ở lớp
vỏ, chúng ta sẽ có chất bán dẫn loại P (Positive) có tính chất dẫn điện chủ yếu
bằng các lỗ trống.
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
Trường Đại Học Công Nghiệp Tp.HCM

15


Đồ án học phần 1A

Hệ thống điện năng lượng mặt trời

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 .

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.


16


Đồ án học phần 1A

Hệ thống điện năng lượng mặt trời

đó là cách chúng ta bố trí các tiếp xúc kim loại để lấy dòng điện. Ở mặt dưới của
tấm pin hiển nhiên ta có thể cho tiếp xúc với 1 tấm kim loại nhưng ở mặt trên nó
cần trong suốt để ánh sáng có thể đi qua. Nếu chỉ bố trí các tiếp xúc ở mép tấm pin
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



18


Đồ án học phần 1A

Hệ thống điện năng lượng mặt trời

Năng lượng mặt trời không đòi hỏi bất cứ nhiên liệu.
Nó không bị ảnh hưởng bởi việc cung cấp và nhu cầu nhiên liệu và
do đó không phải chịu mức giá ngày càng tăng của xăng dầu.
Tiết kiệm được ngay lập tức và trong nhiều năm tới.
Việc sử dụng năng lượng mặt trời gián tiếp làm giảm chi phí y tế.
•

Thân thiện với môi trường:

Năng lượng mặt trời sạch, tái tạo (không giống như dầu, khí đốt và
than đá) và bền vững, góp phần bảo vệ môi trường của chúng tôi.
Nó không gây ô nhiễm không khí do khí carbon dioxide phát hành,
oxit nitơ, khí lưu huỳnh hoặc thủy ngân vào khí quyển giống như nhiều hình thức
truyền thống của các thế hệ điện không.
Vì vậy năng lượng mặt trời không đóng góp cho sự nóng lên toàn
cầu, mưa axit hoặc sương mù.
Nó tích cực góp phần vào việc giảm phát thải khí nhà kính có hại.
Đó là tạo ra nơi cần thiết.
Bằng cách không sử dụng bất kỳ nhiên liệu, năng lượng mặt trời
không đóng góp cho các chi phí và các vấn đề của việc thu hồi và vận chuyển
nhiên liệu hoặc lưu trữ chất thải phóng xạ.


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
Trường Đại Học Công Nghiệp Tp.HCM

nguồn cấp điện nối với điện lưới quốc gia. Trong sinh hoạt của các hộ gia đình
vùng sâu, vùng xa, các trạm pin mặt trời phát điện sử dụng để thắp sáng, nghe đài,
xem vô tuyến. Trong ngành giao thông đường bộ, các trạm pin mặt trời phát điện
dần được sử dụng làm nguồn cấp điện cho các cột đèn đường chiếu sáng. Để hiểu
được hết tác dụng, hiệu quả và tầm quan trọng của hệ thống pin mặt trời phát điện,
chúng ta có thể tìm hiểu sơ đồ nguyên lý hệ thống điện pin mặt trời nối lưới điển
hình dưới đây:
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:
Trường Đại Học Công Nghiệp Tp.HCM

21


Đồ án học phần 1A

Hệ thống điện năng lượng mặt trời

- Dự án phát điện ghép giữa PMT và thuỷ điện nhỏ, công suất 125 kW được lắp
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

22


Đồ án học phần 1A

Hệ thống điện năng lượng mặt trời

được lắp đặt tại xã Sĩ Hai, huyện Hà Quảng, tỉnh Cao Bằng.
Dự án “Ứng dụng thí điểm điện mặt trời cho vùng sâu, vùng xa” tại xã Ái
Quốc, tỉnh Lạng Sơn đã hoàn thành vào tháng 11/2002. Tổng công suất dự án là
3.000 Wp, cung cấp điện cho trung tâm xã và trạm truyền hình, chủ yếu để thắp
sáng và truyền thông; đối tượng phục vụ là người dân, do dân quản lý và vận
hành.
Trung tâm Hội nghị Quốc gia sử dụng ĐMT: Tổng công suất pin mặt trời 154
kWp là công trình ĐMT lớn nhất ở Việt Nam. Hệ thống pin mặt trời hòa vào
mạng điện chung của Trung tâm Hội nghị quốc gia.
Trạm pin mặt trời nối lưới Viện Năng lượng công suất 1.080 Wp bao g ồm 8
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
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.

USD/Wp (áp dụng cho hộ gia đình và dàn tập thể). Giá thành trên không bao gồm
chi phí vận chuyển. Chi phí vận chuyển vào khoảng 5 - 7% giá trị thiết bị.
Kinh nghiệm triển khai ứng dụng
Để việc triển khai ứng dụng đạt được hiệu quả tốt, cần tiến hành những bước
sau:
- Các sở khoa học công nghệ hoặc các sở công nghiệp của các tỉnh nên mở các lớp
tập huấn và tuyên truyền, quảng cáo.
- Phối hợp với các cơ quan địa phương mở lớp tập huấn cho các cán bộ kỹ thuật
địa phương về lắp đặt, vận hành, bảo dưỡng và sửa chữa nhỏ.
- Sau khi lắp đặt, cần hướng dẫn cặn kẽ cho các hộ sử dụng về qui định vận hành,
bảo quản và bảo dưỡng thiết bị.
- Trên cơ sở kết quả ứng dụng thí điểm, nghiên cứu thiết kế kỹ thuật lắp đặt phù
hợp với trình độ dân trí và hợp lý về qui mô công suất để đáp ứng nhu cầu và khả
năng kinh tế của dân địa phương.

Trường Đại Học Công Nghiệp Tp.HCM

24


Đồ án học phần 1A

Hệ thống điện năng lượng mặt trời

CHƯƠNG II: BỘ KÍCH INVERTER

I-

Loại Inverter cho hệ thống năng lượng mặt trời: