Tổng quan Chƣơng 1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ PIN NĂNG LƢỢNG MẶT TRỜI. Pin năng lƣợng mặt trời hay pin mặt trời hay pin quang điện nhƣ hình 1.1 (Solar panel) bao gồm nhiều tế bào quang điện (solar cells) - là phần tử bán dẫn có chứa trên bề mặt một số lƣợng lớn các cảm biến ánh sáng là đi ốt quang, thực hiện biến đổi năng lƣợng ánh sáng thành năng lƣợng điện. Cƣờng độ dòng điện, hiệu điện thế hoặc điện trở của pin mặt trời thay đổi phụ thuộc bởi lƣợng ánh sáng chiếu lên chúng.
Tế bào quang điện đƣợc ghép lại thành khối để trở thành pin mặt trời (thông thƣờng 60 hoặc 72 tế bào quang điện trên một tấm pin mặt trời). Tế bào quang điện có khả năng hoạt động dƣới ánh sáng mặt trời hoặc ánh sáng nhân tạo. Chúng có thể đƣợc dùng nhƣ cảm biến ánh sáng (ví dụ cảm biến hồng ngoại), hoặc các phát xạ điện từ gần ngƣỡng ánh sáng nhìn thấy hoặc đo cƣờng độ ánh sáng. Để bảo vệ cho tấm pin không bị các ngoại lực tác động lên bề mặt, pin đƣợc gắn tấm kính cƣờng lực, kính cƣờng lực là loại kính đƣợc tôi nhiệt độ rất cao khoảng 700oC và làm nguội nhanh bằng khí mát, chính vì điều đó tạo ra sức căng bề mặt của kính làm tăng khả năng chịu bền, chịu tải trọng lớn và chịu nhiệt cao.
1 Pin mặt trời. Nguyên lý hoạt động của pin mặt trời: Chúng thƣờng đƣợc lắp đặt ở những nơi hấp thu đƣợc nhiều ánh sáng mặt trời nhất nhƣ trên mái của các tòa nhà hay các công trình. Hệ thống này sẽ chuyển đổi quang năng từ ánh sáng mặt trời hấp thụ đƣợc thành điện năng, nó đƣợc sử dụng nhƣ điện lƣới thông thƣờng. Tổng quan Silicon đƣợc biết đến là một chất bán dẫn, nó là một thành phần quan trọng trong cấu tạo của pin năng lƣợng mặt trời.
“Chất bán dẫn là vật liệu trung gian giữa chất dẫn điện và chất cách điện, hoạt động nhƣ chất cách điện ở nhiệt độ thấp và có tính dẫn điện ở nhiệt độ phòng”. Ánh sáng năng lƣợng mặt trời gồm các hạt rất nhỏ gọi là photon đƣợc tỏa ra từ mặt trời. Nó va chạm với các nguyên tử Silicon của tấm pin, lúc này những hạt photon truyền năng lƣợng của chúng tới các electron rời rạc, kích thích làm cho electron đang liên kết với nguyên tử bị bật ra khỏi nguyên tử, đồng thời ở nguyên tử xuất hiện chỗ trống vì thiếu electron. Tuy nhiên việc giải phóng các electron chỉ là một nửa công đoạn của pin mặt trời, tiếp đến nó dồn các electron rải rác này vào một dòng điện.
Điều này ảnh hƣởng đến việc tạo ra sự mất cân bằng điện trong pin, có tác dụng giống nhƣ xây một con dốc để các electron chảy theo cùng một hƣớng. Sự mất cân bằng này cũng có thể đƣợc tạo ra bởi tổ chức bên trong của silicon nhƣ hình 1. Các nguyên tử silicon đƣợc sắp xếp cùng nhau trong một cấu trúc liên kết chặt chẽ. Bằng cách ép một lƣợng nhỏ các nguyên tố khác vào cấu trúc này, nó sẽ tạo ra 2 loại silicon là: loại n (bán dẫn âm – Negative) và loại p (bán dẫn dƣơng – Positive).
Chất bán dẫn loại n 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 có tạp chất là các nguyên tố thuộc nhóm III, dẫn điện chủ yếu bằng các lỗ trống. 2 Cấu tạo của tấm pin mặt trời [28]. Tổng quan Khi hai loại bán dẫn n và p này đặt cạnh nhau trong cùng một tấm pin mặt trời, electron dẫn chính của loại n sẽ chuyển qua lấp đầy những khoảng trống của loại p.
Điều này có nghĩa là silicon loại n tích điện dƣơng và silicon loại p đƣợc tích điện âm, tạo nên một điện trƣờng trên tấm pin. Vì silicon là một chất bán dẫn nên có thể hoạt động nhƣ 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 đƣa các electron này vào một trật tự nhất định, từ đó cung cấp dòng điện cho máy tính, vệ tinh và tất cả các thiết bị ở giữa. Phân loại pin năng lƣợng mặt trời: Đơn tinh thể: Module sản xuất dựa trên quá trình Czochralski.
Đơn tinh thể loại này có hiệu suất lên tới 16%. Chúng thƣờng có giá thành cao do đƣợc cắt từ các thỏi hình ống, các tấm đơn thể này có các mặt trống ở góc nối các module. Đa tinh thể: Đƣợc làm từ các thỏi đúc- đúc từ silic nung chảy cẩn thận sau đó đƣợc làm nguội và làm rắn. Các loại pin này có giá rẻ hơn các đơn tinh thể, tuy nhiên hiệu suất kém hơn.
Nhƣng chúng có thể tạo thành các tấm vuông che phủ bề mặt nhiều hơn đơn tinh thể bù lại cho hiệu suất thấp của nó. Dải silic: Tạo từ các miếng phim mỏng từ silic nóng chảy và có cấu trúc đa tinh thể: Loại này thƣờng có hiệu suất thấp nhất và có giá rẻ nhất trong các loại vì không cần phải cắt từ thỏi silicon. Các công nghệ trên là sản suất tấm, nói cách khác, các loại trên có độ dày 300 μm tạo thành và xếp lại để tạo nên module. MỨC ĐỘ PHÁT TRIỂN CỦA PIN NĂNG LƢỢNG MẶT TRỜI.
Đối với các nƣớc trên thế giới. Sự quan tâm ngày càng tăng đối với năng lƣợng tái tạo đã khiến ngành công nghiệp quang điện mặt trời mở rộng đáng chú ý trong thập kỷ qua. Nhiều nƣớc trên thế giới đã đầu tƣ và phát triển pin mặt trời một cách nhanh chóng để tăng nguồn điện tiêu thụ. Đến năm 2013, tổng công suất pin mặt trời toàn cầu đạt đến 139 GW.
Nói riêng, công suất pin mặt trời lắp đặt của một sô nƣớc và vùng lãnh thổ dẫn đầu nhƣ sau: Năm 2013, Đức lắp thêm 3,3 GW, đƣa tổng công suất đến 2013 lên 36 GW; Trung Quốc lắp thêm 12,9 GW, chiếm khoảng 72% tổng công suất pin mặt trời lắp thêm năm 2013 trên toàn thế giới, trở thành nƣớc có vị trí thứ 2, với tổng công suất khoảng 19 GW; vị trí thứ 3 là Ý, với tổng công suất đến 2013 khoảng 17,5 GW; Mỹ đứng vị trí thứ 5 sau Nhật Bản, có tổng công suất 12,5 GW, năm 2013 lắp thêm 4,8 MW; Nhật Bản lắp thêm 6,9 GW, tăng 50% so với công suất đã xây dựng trƣớc đó, đƣa tổng công suất lên khoảng 14 GW [29]. Tình hình trong nƣớc. Tổng quan Hiện trạng phát triển điện mặt trời nối lƣới ở Việt Nam, theo số liệu cập nhật mới nhất đến 08/2017 cho biết, tổng công suất lắp đặt điện mặt trời chỉ khoảng 28MW, chủ yếu là quy mô nhỏ cấp điện tại chỗ (vùng ngoài lƣới cho các hộ gia đình và một số dự án trình diễn nối lƣới điện hạ áp – lặp đặt trên các tòa nhà, công sở). Dự án điện mặt trời đƣợc nối lƣới đầu tiên là nhà máy quang năng An Hội (Côn Đảo, Bà Rịa - Vũng Tàu).
Dự án đƣợc triển khai từ giữa tháng 3/2014 và hoàn thành việc xây dựng lắp đặt và đấu nối vào lƣới điện của Điện lực Côn Đảo vào đầu tháng 12/2014 với công suất 36 kWp, điện lƣợng hơn 50 MWh. Tuy nhiên, trong vòng 2 năm trở lại đây nhiều chủ đầu tƣ trong và ngoài nƣớc đang xúc tiến và tìm kiếm cơ hội đầu tƣ vào dự án điện mặt trời nối lƣới quy mô lớn trong phạm vi cả nƣớc. Mục tiêu nhằm góp phần nâng công suất nguồn điện mặt trời từ mức không đáng kể nhƣ hiện nay lên khoảng 850 MW vào năm 2020, khoảng 4.000 MW vào năm 2025 và khoảng 12. Năm 2016 cả nƣớc có khoảng 30 nhà đầu tƣ bắt đầu xúc tiến lập các dự án điện mặt trời có công suất từ 20 đến trên 300 MW tại một số địa phƣơng, tập trung chủ yếu ở khu vực miền Trung.
Trong đó đáng chú ý là 2 dự án của Công ty Đầu tƣ và Xây dựng Thiên Tân (tại tỉnh Quảng Ngãi và Ninh Thuận) và dự án Tuy Phong do Công ty TNHH DooSung Vina (Hàn Quốc) đầu tƣ với quy mô 66 triệu USD, công suất 30 MW tại tỉnh Bình Thuận. Tập đoàn Điện lực Việt Nam cũng đang dự định triển khai nghiên cứu phát triển 2 dự án trên đất liền tại thủy điện Trị An (tỉnh Đồng Nai) và dự án nổi trên mặt nƣớc tại hồ thủy điện Đa Mi (tỉnh Bình Thuận). Ngoài ra EVN cũng vừa đề xuất với tỉnh Ninh Thuận về việc đầu tƣ dự án điện mặt trời với tổng vốn đầu tƣ khoảng 8.000 tỷ đồng, công suất 200 MW trên diện tích 400 ha tại xã Phƣớc Thái, huyện Ninh Phƣớc, tỉnh Ninh Thuận. Dự án này đã đƣợc tiến hành khởi công trong năm 2018.
Tính tới hết tháng 4/2018, Bộ Công Thƣơng đã phê duyệt hơn 70 dự án với tổng công suất trên 3.000 MW, các dự án dự kiến đƣa vào vận hành vào tháng 6/2019 [30],[31]. VỀ MỨC ĐỘ TỔN THẤT VÀ LÀM SẠCH TẤM PIN. Nguyên nhân Bảng điều khiển năng lƣợng mặt trời bao gồm một lớp phủ thủy tinh hoặc lớp kính chịu lực để bảo vệ pin mặt trời. Do môi trƣờng ngày càng khắc nghiệt, biến đổi khí hậu, mức ô nhiễm về bụi bẩn cao, do đó lƣợng bụi tích tụ trên các bề mặt ngày càng nhiều.
Vì những tấm pin đƣợc cài đặt trong môi trƣờng mở nên càng bẩn hơn. Kết quả là những lớp bụi bẩn bám dày lên trên mặt kính làm giảm độ sáng truyền qua của nó và do đó làm giảm sản lƣợng điện của toàn bộ hệ thống. Tốc độ giảm sức mạnh theo thời gian là không thể dự đoán đƣợc vì nó phụ thuộc vào các yếu tố môi trƣờng khác nhau nhƣ loại đất, hoạt động nông nghiệp, lƣợng mƣa, gió, phân chim, rác lá cây, phấn hoa. Yếu tố chính của 4 Chƣơng 1.
Tổng quan bụi bẩn ảnh hƣởng đến hiệu quả của các tấm pin mặt trời là một trong những thách thức lớn nhất. Vì vậy việc làm sạch càng trở nên quan trọng cho tấm pin. Một số hình ảnh cho ta thấy bụi bám trên bề mặt tấm pin.3a thể hiện mức độ bẩm do phân chim gây ra, hình 1.3b thể hiện các lớp bụi lâu ngày bám trên bề mặt do không đƣợc vệ sinh thƣờng xuyên. a) Bề mặt bẩn do phân chim.
b) Bề mặt bẩn do bụi bám Hình 1. 3 Các tấm pin bẩn trên bề mặt. Mức độ tổn thất.
