đặt vấn đề an toàn NL lên hàng đầu. Cùng với sự phát triển kinh tế, đời sống của người dân ngày càng tăng cao nên nhu cầu sử dụng NL ngày càng tăng. Nguồn NL truyền thống đang sử dụng chủ yếu là dầu mỏ, than đá, khí ga. Nguồn NL hóa thạch này đang được khai thác và sử dụng mạnh mẽ nên đang cạn kiệt dần, dẫn đến mất an ninh NL ở nhiều quốc gia, khu vực và quốc tế;Việc khai thác và sử dụng nhiên liệu hóa thạch quá mức đã phát thải khí nhà kính làm trái đất nóng lên gây ra biến đổi khí hậu đã tác động không nhỏ đến đời sống, môi trường của con người; Sự biến động giá cả của dầu mỏ trên thế giới đã tác động đến giá của nguồn cung NL.NL nguyên tử đem lại công suất lớn, nhưng giá thành đầu tư cao và tiềm tàng nhiều sự cố rò rỉ phóng xạ, nên một số quốc gia không đưa vào ưu tiên lựa chọn phát triển.Vì vậy, việc phát triển khai thác NLTT, đặc biệt là NLMT đang được nhiều nước trên thế giới quan tâm phát triển.
Các ứng dụng của năng lượng mặt trời Ngày nay, con người đã ứng dụng NLMT trong nhiều lĩnh vực như: Chiếu sáng và sinh hoạt: nấu ăn, sưởi ấm, đun bình nóng lạnh, sạc pin, ắc quy cho xe điện, chưng cất nước uống từ nước biển và khử trùng, sấy nông sản – thực phẩm, tín hiệu đèn giao thông, bảng quảng cáo, cung cấp NL cho thuyền, máy bay, sân vận động…[5]. Hiện nay, người ta đã sử dụng 2 công nghệ để phát điện đó là: Công nghệ quang điện và Công nghệ hội tụ NLMT. Công nghệ NLMT có 2 hình thức hoạt động: thụ động và chủ động, tùy thuộc vào cách chúng nắm bắt, chuyển đổi và phân phối NLMT. Kỹ thuật NLMT chủ động bao gồm việc sử dụng các tấm pin quang điện và các tấm thu nhiệt để khai thác NL.
Còn kỹ thuật NLMT thụ động có thể minh họa bằng việc hướng một tòa nhà về phía PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.com to remove the waterma 4 mặt trời, lựa chọn vật liệu có khối lượng nhiệt thuận lợi hoặc ánh sáng phân tán và thiết kế không gian lưu thông không khí tự nhiên trong ngôi nhà đó để khai thác một cách hiệu quả lượng nhiệt thu được từ mặt trời. Tình hình sử dụng NLMT trên thế giới và ở Việt Nam 1. Tình hình phát triển NLMT trên thế giới Trong các năm gần đây, các công nghệ NLTT, trong đó có các công nghệ NLMT có tốc độ tăng trưởng cao và liên tục. Lý do của xu hướng trên là: Công nghệ ngày càng hoàn thiện, dẫn đến giá NLTT càng ngày càng giảm sâu; Vấn đề an ninh NL, NLTT là nguồn NL địa phương nên không phụ thuộc vào nguồn nhập khẩu, do đó không phụ thuộc vào các biến đổi chính trị và các tác động khác; Các nguồn NL hóa thạch đã dần cạn kiệt, trong lúc nhu cầu NL không ngừng tăng; Ô nhiễm môi trường do khai thác sử dụng NL hóa thạch đã đến mức báo động, dẫn đến các hiện tượng biến đổi khí hậu trên toàn cầu.
Để cắt giảm một phần sự phát thải khí nhà kính các quốc gia cần khuyến khích sử dụng các nguồn NL sạch và các nguồn NLTT. Dưới đây là hình ảnh về các nhà máy ĐMT cho trên hình 1. Nhà máy ĐMT lớn nhất thế giới Ivanpah nằm ở sa mạc Mojave, gần ranh giới giữa bang California và Nevada, Mỹ. Nhà máy sử dụng công nghệ nhiệt mặt trời với gần 350.000 tấm thu NL trải dài trên diện tích 14,2 km2.
Nhà máy điện mặt trời lớn nhất thế giới Ivanpah nằm ở sa mạc Mojave, gần ranh giới giữa bang California và Nevada, Mỹ Trạm điện tại Kasai (hình 1.072 tấm pin NLMT, có tổng cộng chiều dài 333m, rộng 77m có tổng diện tích bề mặt hấp thụ ánh nắng 25. Các tấm pin silicon trên mặt nước, có diện tích nhỏ hơn so với các tấm pin mặt trời lắp đặt trên đất liền, sẽ được một mạng lưới làm từ sợi thủy tinh và chất dẻo siêu nhẹ nâng nổi trên mặt nước. Để cho tia sáng mặt trời luôn hội tụ trong các tấm silicon, tấm lưới PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.com to remove the waterma 5 nâng được xoay dần dần theo sự di chuyển của mặt trời trong ngày nhờ một động cơ nhỏ điều khiển từ xa qua ăng ten. Các tấm pin silicon tại trạm điện mặt trời nổi Kasai Nhật Bản 1.
Tình hình phát triển điện NLMT ở Việt Nam Việt Nam được xem là một quốc gia có tiềm năng rất lớn về NLMT, đặc biệt ở các vùng miền Trung và miền Nam của đất nước. Ở Việt Nam, bức xạ mặt trời trung bình 230 ÷ 250 kcal/cm2 theo hướng tăng dần về phía Nam chiếm khoảng 2. Đặc biệt, số ngày nắng trung bình trên các tỉnh của miền Trung và miền Nam là khoảng 300 ngày/năm. NLMT được khai thác sử dụng chủ yếu cho các mục đích như: sản xuất điện và cung cấp nhiệt.
Công ty cổ phần giấy An Bình ứng dụng ĐMT: lắp đặt hệ thống đèn đường NLMT (hình 1.3) cho khuôn viên nhà xưởng của công ty, với số trụ sẵn có là 26 trụ, năm 2015 công ty đã nâng số trụ lên thành 51 trụ, phục vụ cho nhu cầu chiếu sáng trong công ty. PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.com to remove the waterma 6 Hình 1. Hệ thống các cột đèn điện sử dụng điện mặt trời Ở Hà Nội trên nóc tòa nhà Bộ Công thương đã lắp đặt hệ thống ĐMT có công suất 12 kWp gồm sản xuất 16.Tổng diện tích lắp đặt là 100 m2 bao gồm 52 mô đun loại solarWorld SW 230 [20]. Hệ thống ĐMT trên nóc tòa nhà Bộ Công thương ở Hà Nội 1.
Khái quát về pin NLMT Pin NLMTthường gọi làPMT hay pin quang điện, bao gồm nhiều tế bào quang điện là phần tử bán dẫn có chứa trên bề mặt một số lượng lớn các cảm biến ánh sáng là điốt quang, thực hiện biến đổi NL ánh sáng thành NL điện. Sự chuyển đổi này thực hiện theo hiệu ứng quang điện. Hiệu ứng quang điện Hiệu ứng quang điện được phát hiện đầu tiên vào năm 1839 bởi nhà vật lý Pháp Alexandre Edmond Becquerel. Tuy nhiên, cho đến năm 1883 một pin NL mới được PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.com to remove the waterma 7 tạo thành, bởi Charles Fritts, ông phủ lên mạch bán dẫn selen một lớp cực mỏng vàng để tạo nên mạch nối.
Thiết bị chỉ có hiệu suất 1%, Russell Ohl xem là người tạo ra pin NLMT đầu tiên năm 1946. Sau đó Sven Ason Berglund đã có các phương pháp liên quan tới việc tăng khả năng cảm nhận ánh sáng của pin. Xét một hệ 2 mức NL điện tử E1 < E2, bình thường điện tử chiếm mức NL thấp hơn E1 (hình 1. Khi nhận bức xạ mặt trời, lượng tử ánh sáng photon có NL hv (trong đó h là hằng số Planck, v là tần số ánh sáng) bị điện tử hấp thụ và chuyển lên mức NLE2.
Ta có phương trình cân bằng NL: Hình 1. Hệ 2 mức năng lượng Hv = E2 – E1 Trong các vật thể rắn, do tương tác rất mạnh của mạng tinh thể lên điện tử vòng ngoài, nên các mức NL của nó bị tách ra nhiều mức sát nhau và tạo thành các vùng NL (hình 1. Vùng NL thấp bị các điện tử chiếm đầy khi ở trạng thái cân bằng gọi là vùng hóa trị, mà mặt trên của nó là mức NLEv. Vùng NL phía trên tiếp đó hoàn toàn trống hoặc chỉ bị chiếm một phần gọi là vùng dẫn, mặt dưới của vùng có NL là Ec.
Cách ly giữa hai vùng hóa trị và vùng dẫn là một vùng cấp có độ rộng với NL là Eg, trong đó không có mức NL cho phép nào của điện tử [12]. Khi nhận bức xạ mặt trời, photon có NL hv tới hệ thống và bị điện tử ở vùng có hóa trị thấp hấp thu và trở thành điện tử tự do e-, để lại ở vùng hóa trị một lỗ trống có thể xem như hạt mang điện dương, kí kiệu là h+. Lỗ trống này có thể di chuyển và tham gia vào quá trình dẫn điện. Các vùng năng lượng của điện tử PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.com to remove the waterma 8 Hiệu ứng lượng tử của quá trình hấp thụ photon có thể mô tả bằng phương trình: Ev +hv e- + h+ Điều kiện để điện tử có thể hấp thuNL của photon và chuyển từ vùng hóa trị lên vùng dẫn, tạo ra cặp điện tử - lổ trống là hv = hc/>= Ec – Ev.
Từ đó có thể tính được bước sóng tới hạn c của ánh sáng để có thể tạo ra cặp e- và h+: c hc h 1,24 c m Ec Ev E g Eg Trong thực tế, các hạt dẫn bị kích thích e- và h+ đều tự phát tham gia vào quá trình phục hồi, chuyển động đến mặt của các vùng NL: điện tử e- giải phóng để chuyển đến mặt của vùng dẫn Ec, còn lỗ trống h+ chuyển đến mặt của Ev, quá trình phục hồi chỉ xảy ra trong khoảng thời gian rất ngắn 10-12 - 10-1giây và gây ra dao động mạnh (photon). NL bị tổn hao do quá trình phục hồi sẽ là Eph = hv – Eg. Tóm lại, khi vật rắn nhận tia bức xạ mặt trời, điện tử ở vùng hóa trị hấp thụ NL photon hv và chuyển lên vùng dẫn tạo ra cặp hạt dẫn điện tử - lỗ trống e- - h+, tức là đã tạo ra một điện thế. Hiện tượng đó gọi là hiệu ứng quang điện bên trong.
Nguyên lý hoạt động của PMT PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.com to remove the waterma 9 1. Hiệu suất của quá trình biến đổi quang điện Ta có thể xác định hiệu suất giới hạn về mặt lý thuyết của quá trình biến đổi quang điện của hệ thống 2 mức sau: c Eg J 0 d 0 hc J d 0 0 Trong đó: J 0 : mật độ photon có bước ; J 0 d : tổng số photon tới có bước sóng trong khoảng : d ; hc / : NL của photon; c Eg J 0 d :NL hữu ích mà điện tử hấp thụ của photon trong quá trình quang 0 điện, J 0 hc d : tổng NL của các photon tới hệ. 0 Bằng tính toán lý thuyết đối với. i chất bán dẫn Silicon (Si) thì hiệu suất 0.
Như vậy hiệu suất là một hàm của E g (hình1. Quan hệ giữa hiệu suất và NL hữu ích của chất bán dẫn Si 1.