i
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHỆ TP. HCM

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

TP. Hồ Chí Minh, ngày …… tháng …… năm ……

BẢN CAM ĐOAN
Họ và tên học viên: Nguyễn Ngọc Thoại
Ngày sinh: 07/4/1977

Nơi sinh: TP.HCM

Trúng tuyển đầu vào năm: 2012
Là tác giả luận văn: Điều khiển bám điểm công suất cực đại của hệ pin quang điện
mặt trời có xét đến hiện tượng bóng râm
Chuyên ngành:Kỹ thuật điện Mã ngành: 605202202
Bảo vệ ngày: 18 Tháng 01 năm 2014
Điểm bảo vệ luận văn: 6,9
Tôi cam đoan chỉnh sửa nội dung luận văn thạc sĩ với đề tài trên theo góp ý của Hội
đồng đánh giá luận văn Thạc sĩ. Các nội dung đã chỉnh sửa:
Trình bày lý do chọn giải thuật
Cần có sự so sánh kết quả giữa giải thuật đề xuất với kết quả khi không có
sử dụng giải thuật được đề xuất
Người cam đoan
(Ký, ghi rõ họ tên)

Nguyễn Ngọc Thoại


trong việc hướng tới việc khai thác và sử dụng các nguồn năng lượng tái tạo có thể
giải quyết được các vấn đề này. So với các nguồn năng lượng nhiên liệu hóa thạch
truyền thống, các nguồn năng lượng tái tạo có những ưu điểm chủ yếu sau đây: bền
vững, không cạn kiệt, miễn phí và không gây ô nhiễm môi trường. Có thể dễ dàng
hiểu được rằng năng lượng tái tạo là nguồn năng lượng được tạo ra từ các nguồn tài
nguyên thiên nhiên mà có thể được tái tạo như bức xạ mặt trời, gió, thủy triều, sóng
biển, v. v . . . Trong số các nguồn năng lượng này, năng lượng mặt trời là một trong
những nguồn năng lượng tái tạo quan trọng nhất và được sử dụng rộng rãi.
Năng lượng mặt trời được sử dụng phổ biến để cung cấp nhiệt, ánh sáng và
điện. Một trong các công nghệ quan trọng của năng lượng mặt trời là pin quang điện
(Photovoltaic, PV) mà chuyển đổi bức xạ trực tiếp thành điện năng bởi hiệu ứng
quang điện. Tuy nhiên, bản thân quá trình chuyển đổi năng lượng điện này lại có hai
vấn đề chính cần được giải quyết. Thứ nhất, hiệu suất chuyển đổi của các tế bào pin
quang điện là rất thấp (9 % đến 17 %), đặc biệt là trong các điều kiện bức xạ thấp.
Thứ hai, điện năng được phát ra bởi pin quang điện thay đổi liên tục với các điều
kiện thời tiết khác nhau. Ngoài ra, đặc tính VI của pin quang điện là phi tuyến tính
và thay đổi theo bức xạ và nhiệt độ. Nhưng tổng quát cho thấy, luôn luôn tồn tại
một điểm duy nhất trên các đường cong VI hoặc VP mà được gọi là điểm công suất
cực đại (Maximum power point, MPP). Điều này có nghĩa rằng hệ thống pin quang
điện sẽ hoạt động với hiệu suất tối đa và tạo ra một công suất ngõ ra tối đa. Điểm
công suất cực đại không được biết trước trên các đường cong VI hoặc VP, nhưng nó
có thể được xác định bởi các thuật toán tìm kiếm mà có thể có các ưu và nhược
điểm khác nhau liên quan đến tính đơn giản, tốc độ hội tụ, thêm các phần cứng hỗ
trợ và chi phí thực hiện. Luận văn này trình bày thuật toán P&O để tìm kiếm các
điểm công suất cực đại trên đặc tính VI của hệ pin quang điện, đặc biệt xét đến các
ảnh hưởng của hiện tượng bóng râm.


iv


MỤC LỤC
Bản cam đoan ................................................................................................. i
Lời cảm ơn .................................................................................................... ii
Tóm tắt .......................................................................................................... iii
Abstract ......................................................................................................... iv
Mục lục ......................................................................................................... v
Chương 1: Giới thiệu
1.1 Giới thiệu ......................................................................................................... 1
1.2 Mục tiêu nghiên cứu ........................................................................................ 2
1.3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ................................................................... 3
1.4 Nội dung nghiên cứu........................................................................................ 3
1.5 Bố cục của luận văn ......................................................................................... 3
Chương 2 : Tổng quan tình hình nghiên cứu
2.1. Tổng quan tình hình nghiên cứu ngoài nước ................................................... 5
2.2 Tổng quan tình hình phát triển năng lượng mặt trời tại Việt Nam .................. 7
Chương 3: Pin quang điện
3.1 Giới thiệu.......................................................................................................... 11
3.2 Sơ đồ thay thế đơn giản của PV ..................................................... ................ 15
3.3 Sơ đồ thay thế của PV có xét đến các tổn hao ................................................. 16
3.4 Modul PV ........................................................................................................ 17
3.5 Mảng PV .......................................................................................................... 18
3.5.1 Nối nối tiếp nhiều modul PV .................................................................. 18
3.5.2 Nối song song nhiều modul PV .............................................................. 19
3.5.3 Nối hổn hợp nhiều modul PV.. .............................................. . ............... 19
3.6 Phân loại hệ thống PV .................................................................... ................ 20
3.6.1 Hệ thống PV kết nối lưới điện ................................................................ 20
3.6.2 Hệ thống PV độc lập ............................................................................... 21
3.7 Các ảnh hưởng đến PV .................................................................................... 22
3.7.1 Ảnh hưởng của cường độ chiếu sáng..................................... ................ 22
3.7.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ ......................................................... ................ 22

Chương 6 : Kết luận và hướng phát triển tương lai
6.1

Kết luận ........................................................................................................... 70

6.2 Hướng phát triển tương lai..................................................................................70
Tài liệu tham khảo...............................................................................................72


vii

Danh mục các từ viết tắt
P&O:

Perturbation & Observation

IC:

Incremental Conductance algorithm

PV:

Photovoltaic

kWp:

Kilowatt peak

MPP:


Danh mục các hình
Hình 3.1

Phổ năng lượng mặt trời .................................................................... 12

Hình 3.2

Bản đồ bức xạ mặt trời trung bình toàn cầu....................................... 12

Hình 3.3

Bản đồ nhiệt độ trung bình toàn cầu .................................................. 13

Hình 3.4

Nguyên tắc chuyển đổi năng lượng mặt trời thành năng lượng điện
của PV ................................................................................................ 14

Hình 3.5

Mô hình đơn giản của PV .................................................................. 14

Hình 3.6

Sơ đồ thay thế đơn giản của PV ......................................................... 15

Hình 3.7

Các tham số quan trọng của PV: Dòng điện ngắn mạch Isc và điện áp
hở mạch Voc ....................................................................................... 15


Hệ thống PV kết nối lưới điện ........................................................... 21

Hình 3.16

Hệ thống PV độc lập .......................................................................... 21

Hình 3.17

Đặc tuyến V-I của PV với các cường độ chiếu sáng khác nhau và
nhiệt độ PV không đổi, 25oC ............................................................. 22

Hình 3.18

Đặc tuyến V-I của PV với các nhiệt độ khác nhau và cường độ chiếu
sáng không đổi 1 kW/m2 .................................................................... 23

Hình 3.19

Module PV với n PV trong trường hợp modul không bị che khuất .. 23

Hình 3.20

Module PV với n PV trong trường hợp modul bị che khuất
một phần............................................................................................. 24

Hình 3.21

Ảnh hưởng của hiện tượng bóng râm đối với module PV ................. 25


Các đặc tính phi tuyến của PV ........................................................... 32

Hình 4.2

Đặc tính V-I của PV với các cường độ bức xạ khác nhau ................. 32

Hình 4.3

Hệ thống bám điểm công suất cực đại ............................................... 33

Hình 4.4

Bộ giảm áp Buck......... ....................................................................... 34

Hình 4.5

Bộ tăng áp Boost............ .................................................................... 36

Hình 4.6

Bộ biến đổi Buck – Boost .................................................................. 37

Hình 4.7

Sơ đồ điều khiển điện áp hồi tiếp....................................................... 39

Hình 4.8

Sơ đồ điều khiển dòng điện hồi tiếp .................................................. 39


Đặc tính V-P của module RTL-CS 90 ............................................... 50

Hình 5.5

Sơ đồ mô phỏng cho một array pin quang điện ................................. 51

Hình 5.6

Array pin quang điện có xét đến hiệu ứng bóng râm......................... 52

Hình 5.7

Đặc tuyến V-I của array pin quang điện trong trường hợp không bị
bóng râm ............................................................................................ 53

Hình 5.8

Đặc tuyến V-P của array pin quang điện trong trường hợp không bị
bóng râm ............................................................................................ 54

Hình 5.9

Công suất thu được của hệ pin quang điện trong trường hợp bỏ qua
hiện tượng bóng râm .......................................................................... 54

Hình 5.10

Điện áp ngõ ra của hệ pin quang điện trong trường hợp bỏ qua hiện
tượng bóng râm .................................................................................. 55


Cường độ dòng điện của hệ pin quang điện, trường hợp 1................ 59

Hình 5.18

Array pin quang điện bị bóng râm tại Module 13, 19 và 20 .............. 60

Hình 5.19

Đặc tuyến V-I xét đến hiệu ứng bóng râm, trường hợp 2 .................. 60

Hình 5.20

Đặc tuyến V-P xét đến hiệu ứng bóng râm, trường hợp 2 ................. 61

Hình 5.21

Công suất thu được của hệ pin quang điện, trường hợp 2 ................. 61

Hình 5.22

Điện áp ngõ ra của hệ pin quang điện, trường hợp 2 ......................... 62

Hình 5.23

Cường độ dòng điện ngõ ra của hệ pin quang điện, trường hợp 2 .... 62

Hình 5.24

Array pin quang điện bị bóng râm tại Module 7, 13, 14, 19,
20 và 21 .............................................................................................. 63

Hình 5.32

Đặc tuyến V-P xét đến hiệu ứng bóng râm, trường hợp 4 ................. 67

Hình 5.33

Công suất thu được của hệ pin quang điện, trường hợp 4 ................. 67

Hình 5.34

Điện áp ngõ ra của hệ pin quang điện, trường hợp 4 ......................... 68

Hình 5.35

Cường độ dòng điện ngõ ra của hệ pin quang điện, trường hợp 4 .... 68


1

Chương 1
GIỚI THIỆU
1.1 Giới thiệu
Có thể dễ dàng nhận ra rằng năng lượng đã là một trong những yếu tố thiết yếu
cho sự tồn tại và phát triển của xã hội, cũng như duy trì mọi sự sống trên trái
đất. Ngày nay, trong thời đại khoa học kỹ thuật phát triển, nhu cầu về năng
lượng của con người ngày càng tăng. Trong khi đó, các nguồn nhiên liệu dự
trữ như than đá, dầu mỏ, khí thiên nhiên và ngay cả thủy điện đều đang rơi vài
tình trạng cạn kiệt và khan hiếm. Điều này khiến cho nhân loại đang đứng
trước nguy cơ thiếu hụt năng lượng một cách trầm trọng. Việc tìm kiếm và
khai thác các nguồn năng lượng khác như năng lượng hạt nhân, năng lượng địa

Tuy nhiên, do đặc thù riêng của pin quang điện nên chi phí đầu từ cho một hệ
điện năng lượng mặt trời vẫn còn khá cao. Điều này thôi thúc các nhà nghiên
cứu không ngừng tìm tòi để nâng cao hiệu quả sử dụng nguồn năng lượng này.
Giải pháp “Điều khiển bám điểm công suất cực đại của hệ pin quang điện
mặt trời có xét đến hiện tượng bóng râm” cũng không nằm ngoài mục tiêu
chung đó, nhằm cung cấp công suất điện tối đa trong mọi điều kiện môi trường.
Đặc biệt, hiện tượng bóng râm cũng là một trong các hiện tượng mà sẽ được
nghiên cứu và xét đến trong luận văn trong quá trình điều khiển bám điểm công
suất cực đại.
1.2 Mục tiêu nghiên cứu:
Nghiên cứu, mô phỏng điều khiển bám điểm công suất cực đại của hệ pin quang
điện mặt trời có xét đến hiện tượng bóng râm để đảm bảo công suất ngõ ra là
lớn nhất.
Khảo sát các đường đặc tính V-I , V-P và điều khiển để bám điểm công suất cực
đại của hệ pin quang điện mặt trời có xét đến hiện tượng bóng râm.


3

Thuật toán P&O (Perturbation and Observation) là một trong các thuật toán cho
phép xác định điểm công suất cực đại đơn giản và phổ biến nhất mà sẽ được áp
dụng cho việc xác định điểm công suất cực đại trong luận văn này.

1.3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:
- Đối tượng nghiên cứu của đề tài là một hệ thống pin quang điện mặt trời bao
gồm nhiều module với mỗi module có nhiều tế bào pin quang điện được kết nối
với nhau. Tải của hệ thống pin quang điện là tải thuần trở.
- Phạm vi nghiên cứu của đề tài là tìm điểm công suất cực đại toàn cục (Global
Maximum Power Point, GMPP) của hệ thống pin quang điện có xét đến hiện
tượng bóng râm.


Chương 2
TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU
Với các mục tiêu nghiên cứu đã được đặt ra trong Chương 1, tổng quan cho tình hình
nghiên cứu liên quan đến bài toán điều khiển bám điểm công suất cực đại cũng như
tổng quan cho tình hình khai thác và sử dụng năng lượng mặt trời tại Việt Nam sẽ
được trình bày trong chương này.
2.1 Tổng quan tình hình nghiên cứu ngoài nước
Bài toán điều khiển bám điểm công suất cực đại đã được giới thiệu và các kỹ
thuật bám điểm công suất cực đại đã được đề xuất và giới thiệu, chẳng hạn như thuật
toán xáo trộn và giám sát (Perturbation & Observation algorithm, P&O) [2.1]-[2.4],
thuật toán gia tăng độ dẫn (Incremental Conductance algorithm, IC) [2.1]-[2.5],
mạng nơ- rôn nhân tạo [2.6], logic mờ [2.7], v. v . . . Các kỹ thuật này khác nhau ở
một vài khía cạnh và quan điểm bao gồm: tính chất đơn giản của thuật toán, tốc độ hội
tụ của thuật toán, tính chất phức tạp của việc thực hiện các phần ứng thực nghiệm,
cũng như chi phí thực hiện cho mỗi giải pháp.
Trên nền tảng của thuật toán P&O, J. Jiang, T. Huang, Y. Hsiao, và C. Chen đã
giới thiệu phương pháp so sánh 3 điểm. Phương pháp này tương tự như phương pháp
P&O và có thể xem như thuật toán P&O cải tiến. Thuật toán P&O thực hiện so sánh 2
thời điểm. Trong khi đó, thuật toán được giới thiệu so sánh 3 thời điểm từ đó mới ra
quyết định tăng, giảm hay giữ nguyên giá trị của điện áp. Có thể nhận ra các ưu điểm
của thuật toán này, việc so sánh 3 điểm có khả năng khắc phục được sự hoạt động sai
của giải thuật P&O truyền thống khi có sự thay đổi nhanh của môi trường chẳng hạn
như cường độ bức xạ, nhiệt độ, v. v . . . Tuy nhiên đề xuất này cũng tồn tại một vài
khuyết điểm chẳng hạn như khi cường độ bức xạ thay đổi mạnh và kéo dài so với chu
kỳ lấy mẫu thì thuật toán so sánh 3 điểm này có thể sai do thuật toán luôn xác định
được 3 điểm cùng tăng (nếu cường độ bức xạ tăng) hoặc 3 điểm cùng giảm (nếu cường
độ bức xạ giảm) và cuối cùng quyết định thay đổi giá trị điện áp sẽ không chính xác,
ảnh hưởng đến hiệu quả của thuật toán [2.8].


Với mục tiêu xét các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt động của pin quang điện như sự thay
đổi của các điều kiện nhiệt độ, bức xạ mặt trời hoặc đặc biệt là hiện tưởng bóng râm.
Một hiện tượng mà pin quang điện bị che khuất bởi một đám mây thoáng qua, một tòa
nhà cao tầng, . . . , các mô phỏng và thực nghiệm cho hệ thống pin quang điện dưới
điều kiện bóng râm đã được thực hiện [2.12]-[2.14].


7

2.2 Tổng quan tình hình phát triển năng lượng mặt trời tại Việt Nam
Lãnh thổ Việt Nam kéo dài từ 8–230 vĩ 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 năng lượng mặt trời 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 ưu. Đây là
nguồn năng lượng sạch, không gây ô nhiễm môi trường và có trữ lượng vô cùng lớn.
Đồng thời, việc phát triển ngành công nghiệp sản xuất PV sẽ góp phần thay thế các
nguồn năng lượng hóa thạch, giảm phát khí thải nhà kính và bảo vệ môi trường. Đây
được coi là nguồn năng lượng quý giá, có thể thay thế các dạng năng lượng cũ đang
ngày càng cạn kiệt. Các quốc gia trên thế giới đã sử dụng năng lượng mặt trời như một
giải pháp thay thế những nguồn tài nguyên truyền thống. Tuy nhiên, Việt Nam mới chỉ
khai thác khoảng 25% nguồn năng lượng tái tạo này. Do lãnh thổ của Việt Nam trải
dài nên tiềm năng về năng lượng mặt trời ở mỗi vùng cũng khác nhau, có thể chia ra
thành 5 vùng với tiềm năng tại mỗi vùng như sau:
Bảng 2.1 Tiềm năng năng lượng mặt trời tại Việt Nam

STT

Khu vực

Năng lượng mặt


140 – 160

1700 – 2000

4

Nam Trung Bộ và Tây Nguyên

150 – 175

2000 – 2600

5

Nam Bộ

130 – 150

2200 – 2500

130 – 152

1830 – 2450

Trung bình cả nước

Với tiềm năng về năng lượng và số giờ nắng trong năm như Bảng 2.1, Việt
Nam được đánh giá là một quốc gia có tiềm năng lớn về năng lượng mặt trời.
Tại Việt Nam, với sự hỗ trợ của nhà nước (các bộ, ngành) và một số tổ chức

* Dự án phát điện ghép giữa pin quang điện 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 Mang
Yang quản lý và vận hành.


9

* Dự án phát điện lai ghép giữa pin quang điện và động cơ gió phát điện với công suất
là 9 kW, trong đó pin quang điện 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 quang điện 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 sáng và truyền thong. Đối tượng phục vụ
là người dân, do dân quản lý và vận hành.
- Khu vực miền Bắc, việc ứng dụng các dàn pin quang điện 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
phòng. Công suất của dàn pin quang điện 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 pin quang điện cho đơn vị bộ đội tại các đảo vùng Đông Bắc. Tổng công suất
lắp đặt khoảng 20 kWp. Dự án trên do Viện Năng lượng và Trung tâm Năng lượng
mới Trường đại học Bách khoa Hà Nội thực hiện. Hệ thống điện sử dụng chủ yếu để
thắp sáng và truyền thông, đối tượng phục vụ là bộ đội, do đơn vị quản lý và vận hành.
* Dự án pin quang điện cho các cơ quan hành chính và một số hộ dân của huyện đảo

Chương 3
PIN QUANG ĐIỆN
3.1 Giới thiệu
Năng lượng mặt trời đang ngày càng thu hút được nhiều sự quan tâm và đầu tư.
Tuy nhiên, vấn đề về giá cả của nguồn điện mặt trời vẫn là một vấn đề lớn.
Hiện nay, năng lượng mặt trời chỉ cung cấp một phần nhỏ bé trong nhu cầu về
điện cho con người nhưng những người ủng hộ năng lượng này tin tưởng kỉ nguyên
năng lượng mặt trời chỉ mới bắt đầu và càng ngày được đẩy mạnh khi các quốc gia
phát triển thực hiện chiến dịch chống biến đổi khí hậu và hạn chế việc phụ thuộc vào
nhiên liệu hóa thạch như dầu mỏ, khí đốt …
Chính Phủ Nhật Bản, Đức và Hoa Kỳ đang thúc đẩy việc hỗ trợ người dân dần
dần từ bỏ các nhiên liệu hoá thạch. Chẳng hạn, tại Đức, một gia đình có thể được
chính phủ hỗ trợ hơn 2000 euro (khoảng 2860 USD) để lắp đặt các pin quang điện. Họ
không phải trả bất kì phí nào trong 10 năm và còn được thu lợi trong 10 năm tiếp theo.
Tuy nhiên, ở các nước đang phát triển việc tuyên truyền sử dụng năng lượng
mặt trời lại hạn chế trong khi chính những nước này càng cần phải tranh thủ nguồn
năng lượng mặt trời nhiều hơn. Các quốc gia này có nhiều thuận lợi hơn về điều kiện
địa lý như gần xích đạo và có cường độ bức xạ mặt trời lớn hơn các nước ôn đới.
Mặt trời bức xạ năng lượng tương ứng với một dãy bức xạ rất rộng. Tuy nhiên,
có thể nhận ra rằng không phải bức xạ nào cũng có thể tạo ra hiện tượng quang điện.
Thực tế, chỉ có những bức xạ với bước sóng,  có năng lượng lớn hơn mức năng lượng
kích hoạt electron thì bức xạ ấy mới có khả năng tạo ra hiện tượng quang điện. Hiện
tượng ánh sáng, có bước sóng ngắn làm bật các electron ra khỏi mặt kim loại gọi là
hiện tượng quang điện, các electron bị bật ra gọi là electron quang điện.
Phổ năng lượng mặt trời tác động lên PV, Hình 3.1 cho thấy rằng 20,2% năng lượng
mặt trời tổn hao không có tác dụng do có năng lượng thấp hơn mức năng lượng tối
thiểu để kích hoạt các electron ra khỏi trạng thái tĩnh của chúng (hv < Eg); 30,2% bị
mất đi ở các vùng năng lượng (hv > Eg) và chỉ có 49,6% năng lượng hữu ích có thể
được thu bởi PV [3.1].


13

.
Hình 3.3 Bản đồ nhiệt độ trung bình toàn cầu [3.2]
Năng lượng mặt trời có thể được xem như là một trong các dạng quang năng mà có thể
được biến đổi thành điện năng. Về cơ bản có 2 hình thức biến đổi:
- Quang năng  nhiệt năng  điện năng
- Quang năng  điện năng
Trong 2 hình thức phát điện trên, có thể nhận ra rằng hình thức thứ 2 với quang năng
được chuyển đổi trực tiếp thành điện năng được nghiên cứu và khai thác mạnh mẽ hơn.
Hình thức khai thác này sẽ được thực hiện thông qua hệ thống PV (Photovoltaic, PV)
mà được cấu thành từ các chất bán dẫn.
PV sử dụng chất bán dẫn để biến đổi ánh sáng thành điện năng. Kỹ thuật sản xuất PV
rất giống với kỹ thuật sản xuất ra các linh kiện bán dẫn như diode, transistor, . . .
Nguyên liệu được sử dụng để sản xuất PV cũng giống như các linh kiện bán dẫn khác,
thông thường là tinh thể silicon, thuộc nhóm IV. Có thể nói PV là sự ngược lại của
diode quang. Diode quang nhận điện năng và tạo ra ánh sáng, trong khi đó PV nhận
ánh sáng và tạo ra điện năng.
Bảng 3.1 Bảng phân loại tuần hoàn trích lược với tinh thể Silicon thuộc nhóm IV
I

II

III

IV

V

VI


48 Cd

49 In

50 Sn

51 Sb

52 Xe


14

Hình 3.4 Nguyên tắc chuyển đổi năng lượng mặt trời thành năng lượng điện của PV
Mô hình đơn giản của PV được mô tả như sau, Hình 3.5.
Photon

Điện nạp âm

Photon

Lớp n



Các lỗ trống
Các electron
Lớp p
Điện nạp dương