1

Công ty TNHH VIETPECO

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, thân 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

TÌM HIỂU CHUNG VỀ PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI............................................11
ƯU, NHƯỢC ĐIỂM.........................................................................................................19
ỨNG DỤNG PIN MẶT TRỜI Ở VIỆT NAM.................................................................21

CHƯƠNG II: BỘ KÍCH INVERTER..........................................................................................26
IIIIII-

LOẠI INVERTER CHO HỆ THỐNG.............................................................................26
HÌNH ẢNH, CẤU TẠO...................................................................................................29
HOẠT ĐỘNG CỦA INVERTER.....................................................................................31

CHƯƠNG III: BỘ ĐIỀU KHIỂN SẠC.......................................................................................41
CHƯƠNG IV: BATTERY(ẮC QUY)..........................................................................................43
IIIIII-

GIỚI THIỆU.....................................................................................................................43
CẤU TẠO.........................................................................................................................43
PHÂN LOẠI, NGUYÊN LÝ HOẠT ĐÔNG...................................................................45

CHƯƠNG V: PP THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỆN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI.........................56
CHƯƠNG VI: HÒA HỆ THỐNG VÀO LƯỚI ĐIỆN QUỐC GIA.............................................57

A-

Nguyễn Đình Trai

GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HỆ THỐNG
ĐIỆN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI




1- PANEL MẶT TRỜI :

Tấm pin Panel mặt trời (solar cells panel) biến đổi quang năng hấp thụ từ mặt
trời để biến thành điện năng. Một số thông tin cơ bản về tấm pin 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 inchs Loại cells: monocrystalline và polycrystalline Chất
liệu của khung nhôm Tuổi thọ trung bình của tấm pin : 30 năm Có khả năng kết nối
thành các trạm điện mặt trời công suất lớn không hạn chế, có thể hòa lưới (grid), hoặc
hoạt động độc lập như 1 hệ thống back-up điện. Trong một ngày nắng, mặt trời cung
cấp khoảng 1 kW/m² đến mặt đất (khi mặt trời đứng bóng và quang mây, ở mực nước
biển). Công suất và điện áp của một hệ thống sẽ phụ thuộc và cách chúng ta nối ghép
các tấm pin Panel mặt trời lại với nhau.Các tấm pin Panel 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 biệt, có thể chịu đựng được sự khắc nghiệt của thời
tiết, khí hậu, nhiệt độ…
2- BỘ ĐIỀU KHIỂN SẠC:

- 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.
Nguyễn Đình Trai


5

Công ty TNHH VIETPECO

Hệ thống điện năng lượng mặt trời


ổ cắm… để lắp hoàn chỉnh hệ thống điện mặt trời

Nguyễn Đình Trai


6

Công ty TNHH VIETPECO

Hệ thống điện năng lượng mặt trời

•

1 : Tấm pin mặt trời (Solar Panel)

•

2: Bộ điều khiển sạc mặt trời (Solar Charger Controller)

•

3 : Bộ kích điện DC-AC (Solar Inverter)

•

4 : Cầu dao chuyển mạch (Solar Inverter)

•

5 : Ắc quy (Battery)


8

Công ty TNHH VIETPECO
B-

Hệ thống điện năng lượng mặt trời

ĐI SÂU VÀO HỆ THỐNG ĐIỆN NĂNG
LƯỢNG MẶT TRỜI

CHƯƠNG I: PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI
I-

1.

Ưu thế của năng lượng mặt trời
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.

II-

1.

Tìm hiểu chung về pin năng lượng năng lượng mặt
trời:

Hướng đặt:

Điều khiển tấm pin theo mùa (xuân, hạ, thu, đông) cũng là 1 vấn đề
chúng ta đã biết, với mỗi mùa khác nhau, tại 1 địa điểm nhất đinh, mặt trời sẽ có 1
góc chiếu khác nhau.
Nguyễn Đình Trai


10

Công ty TNHH VIETPECO

Nguyễn Đình Trai

Hệ thống điện năng lượng mặt trời


11

Công ty TNHH VIETPECO

Hệ thống điện năng lượng mặt trời


Công ty TNHH VIETPECO

Hệ thống điện năng lượng mặt trời

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).

Tinh thể Si tinh khiết là chất bán dẫn dẫn điện rất kém vì các điện tử bị giam giữ
bởi liên kết mạng, không có điện tử tự do. Chỉ trong điều kiện kích thích quang, hay
nhiệt làm các điện tử bị bứt ra khỏi hiên kết, hay nói theo ngôn ngữ vùng năng lượng
là các điện tử (tích điện âm) nhảy từ vùng hóa trị lên vùng dẫn bỏ lại vùng hóa trị 1 lỗ
trống (tích điện dương), thì khi đó chất bán dẫn mới dẫn điện.
Để tăng khả năng dẫn điện của bán dẫn silicon người ta thường pha tạp chất vào
Nguyễn Đình Trai


13

Công ty TNHH VIETPECO

Hệ thống điện năng lượng mặt trời

trong đó. Trước tiên ta xem xét trường hợp tạp chất là nguyên tử phospho (P) với tỷ lệ
khoảng một phần triệu. P có 5 điện tử ở lớp vỏ ngoài cùng nên khi liên kết trong tinh
thể Si sẽ dư ra 1 điện tử. Điện tử này trong điều kiện bị kích thích nhiệt có thể bứt
khỏi liên kết với hạt nhân P để khuếch tán trong mạng tinh thể.

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

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 .
Nhưng cặp e và lỗ trống này nằm trong tác dụng của điện trường do đó e sẽ bị
kéo về phía bán dẫn loại n còn lỗ trống bị kéo về phía bán dẫn loại p.kết quả là nếu ta
nối hai cực vào hai phần bán dẫn loại n và p sẽ đo được một hiệu điện thế. Giá trị
hiệu điện thế này phụ thuộc vào bản chất của chất làm bán dẫn và tạp chấp được hấp
phụ . Với Si ( B;P) thì giá trị này ở khoảng 0,6V.
Ánh sáng mặt trời cung cấp cho chúng ta khoảng 1 kilowatt/m2 ( Chính xác là
1,34 kW/m2: Đây chính là hằng số mặt trời) , tuy nhiên các hiệu suất chuyển thành
điện năng của các pin mặt trời chỉ vào khoảng 8% đến 12%. Tại sao lại ít vậy. Câu trả
lời là ánh sáng mặt trời có phổ tần số khá rộng. Không phải tần số nào cũng có đủ
năng lượng để kích thích điện tử từ vùng hóa trị lên vùng dẫn. Chỉ có những photon
năng lượng cao hơn khe vùng bán dẫn mới làm được điều này. Đối với bán dẫn Si khe
vùng vào khoảng 1.1eV. Các photon năng lượng thấp hơn sẽ không sử dụng được.
Nếu photon có năng lượng cao hơn khe vùng thì phần năng lượng dư đó cũng không
có đóng góp gì thêm. Vậy tại sao chúng ta không chọn các vật liệu có khe vùng hẹp
để tận dụng nguồn photon tần số thấp. Vấn đề là khe vùng cũng xác định hiệu điện
thế (hay điện trường) ở bề mặt tiếp xúc. Khe vùng càng bé thì hiệu điện thế này càng
bé. Nên nhớ công suất của dòng điện bằng hiệu điện thế nhân với dòng. Người ta đã
Nguyễn Đình Trai

III-

Ưu, Nhược điểm của năng lượng mặt trời:

Nguyễn Đình Trai


17

Công ty TNHH VIETPECO

Hệ thống điện 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.


Năng lượng Mặt trời có thể được sử dụng để bù đắp năng lượng tiêu thụ, cung
cấp tiện ích. Nó không chỉ giúp giảm hóa đơn điện của bạn, nhưng cũng sẽ tiếp
tục cung cấp điện trong trường hợp bị cúp điện.
Một hệ thống năng lượng mặt trời có thể hoạt động hoàn toàn độc lập, không
đòi hỏi một kết nối đến một mạng lưới điện hoặc khí ở tất cả. Hệ thống do đó

Nguyễn Đình Trai


18

Công ty TNHH VIETPECO

-

-

Hệ thống điện năng lượng mặt trời

có thể được cài đặt trong vị trí từ xa (giống như đăng nhập cabins kỳ nghỉ), làm
cho nó thực tế hơn và hiệu quả hơn tiện ích cung cấp điện cho một trang web
mới.
Việc sử dụng năng lượng mặt trời làm giảm sự phụ thuộc vào các nguồn nước
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.

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 trụ. Ứng
dụng NLMT dưới dạng này được phát triển với tốc độ rất nhanh, nhất là ở các nước
phát triển. Ngày nay ứng dụng NLMT để chạy xe thay thế dần nguồn năng lượng
truyền thống.
Tuy nhiên giá thành thiết bị pin mặt trời còn khá cao, trung bình hiện nay khoảng
Nguyễn Đình Trai


19

Công ty TNHH VIETPECO

Hệ thống điện năng lượng mặt trời

5 - 10 USD/Wp, nên ở những nước đang phát triển, pin mặt trời hiện mới chỉ có khả
năng duy nhất là cung cấp năng lượng điện sử dụng cho các vùng sâu, vùng xa, nơi
đường điện quốc gia chưa có.
Ở Việt Nam, với sự hỗ trợ của nhà nước (các bộ, ngành) và một số tổ chức quốc
tế đã thực hiện thành công việc xây dựng các trạm pin mặt trời có công suất khác
nhau phục vụ nhu cầu sinh hoạt và văn hóa của các địa phương vùng sâu, vùng xa,
các công trình nằm trong khu vực không có lưới điện. Tuy nhiên hiện nay pin mặt trời
vẫn đang còn là món hàng xa xỉ đối với các nước nghèo như chúng ta.
Đi đầu trong việc phát triển ứng dụng này là ngành bưu chính viễn thông. Các
trạm pin mặt trời phát điện sử dụng làm nguồn cấp điện cho các thiết bị thu phát sóng
của các bưu điện lớn, trạm thu phát truyền hình thông qua vệ tinh. Ở ngành bảo đảm
hàng hải, các trạm pin mặt trời phát điện sử dụng làm nguồn cấp điện cho các thiết bị


Hệ thống điện năng lượng mặt trời

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.
- Các dàn pin đã lắp đặt ứng dụng tại các tỉnh Gia Lai, Quảng Nam, Bình Định,
Quảng Ngãi và Khánh Hoà, hộ gia đình công suất từ 40 - 50 Wp. Các dàn đã lắp đặt
ứng dụng cho các trung tâm cụm xã và các trạm y tế xã có công suất từ 200 - 800 Wp.
Hệ thống điện sử dụng chủ yếu để thắp và truyền thông; đối tượng phục vụ là người
dân, do dân quản lý và vận hành.
Ở khu vực phía Bắc, việc ứng dụng các dàn PMT phát triển với tốc độ khá
nhanh, phục vụ các hộ gia đình ở các vùng núi cao, hải đảo và cho các trạm biên
Nguyễn Đình Trai


21

Công ty TNHH VIETPECO

Hệ thống điện năng lượng mặt trời

phòng. Công suất của dàn pin dùng cho hộ gia đình từ 40 - 75 Wp. Các dàn dùng cho
các trạm biên phòng, nơi hải đảo có công suất từ 165 - 300 Wp. Các dàn dùng cho
trạm xá và các cụm văn hoá thôn, xã là 165 - 525 Wp.
Tại Quảng Ninh có hai dự án PMT do vốn trong nước (từ ngân sách) tài trợ:
- Dự án PMT cho đơn vị bộ đội tại các đảo vùng Đông Bắc. Tổng công suất lắp đặt

- 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
Nguyễn Đình Trai


22

Công ty TNHH VIETPECO

Hệ thống điện năng lượng mặt trời

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 luôn ở
trạng thái cạn kiệt và dẫn đến hỏng hàng loạt ắc qui.
* Về kinh tế
Trước mắt, PMT chỉ ứng dụng ở các vùng sâu, vùng cao và hải đảo, nơi không thể
đưa lưới điện quốc gia đến được. Song phần lớn thu nhập của người dân vùng này
thấp, trong khi giá thành đầu tư ban đầu của PMT hiện tại còn rất cao.
* Giá thành của PMT
Giá thành lắp đặt dàn PMT bình quân chung trong cả nước vào khoảng 12 - 14

+ Input DC: 12VDC (10-16VDC)
+ Input AC: 220VAC(175-275VAC)
+ Output AC: 220VAC/50Hz (Pure Sine Wave)
Nguyễn Đình Trai


24

Công ty TNHH VIETPECO

+ Battery charger max: 50A (5 Steps selectable)
+ Solar charger max: 50A

- Model: LIS-25S
+ Power: 2500VA(1800W)
+ Input DC: 24VDC (21-30.5VDC)
+ Input AC: 220VAC(175-275VAC)
+ Output AC: 220VAC/50Hz (Pure Sine Wave)
+ Battery charger max: 50A (5 Steps selectable)
+ Solar charger max: 50A
- Model: LIS-35S
+ Power: 3500VA(2500W)
+ Input DC: 24VDC (21-30.5VDC)
+ Input AC: 220VAC(175-275VAC)
+ Output AC: 220VAC/50Hz (Pure Sine Wave)
+ Battery charger max: 50A (5 Steps selectable)
+ Solar charger max: 50A
- Model: LIS-50S
+ Power: 5000VA(4000W)
Nguyễn Đình Trai

2500W
5500W

5000VA
4000W
8500W
230VAC
175~275VAC
48VDC
41~62.0VDC

Max. Power*

LIS‐15S
2500W

4500W

+ BatteryNominal
charger
selectable)
ACmax:
Voltage50A (5 Steps 115VAC
or 230VAC
AC Voltage Range

85~135VAC or 175~275VAC
12VDC
24VDC
DC Voltage Range

AC Mode: ±20%
Voltage
Inverter Mode: 115VAC or 230VAC
230VAC
Frequency
50Hz or 60Hz (Auto Sensing)
Waveform
Pure Sine Wave
Efficiency
>85%
>90%
Line Mode
Circuit Breaker
105%~125% for 60sec
Overload
Batt. Mode
Protection
126%~150% for 30sec
＞151% for 1sec , Shut Off
Line Mode
Circuit Breaker
Short
Batt. Mode
Yes

Environments Relative Humidity
0~90%, non‐condensing
Audible Noise
Less than 55dBA (at 1M)
W x D x H (mm)
305*500*164
338*550*163
Dimension
Kgs
11.5
12.0
12.5
14.0
Net Weight

Input + Solar charger
Nominal DC
Voltage
max:
50A

Nguyễn Đình Trai