Bài giảng Năng lượng tái tạo - Chương 2 Năng lượng điện mặt trời

o • Trái đất quay quanh một trục nghiên 23.45˚ • Ban ngày và ban đêm dài bằng nhau vào ngày 21.3 và 21.9 (Xuân phân và Thu phân) • Đông chí là ngày mà Bắc cực xa mặt trời nhất • Hạ chí là ngày Bắc cực gần mặt trời nhất Bìa giảng NLTT Trần Công Binh ĐH Bách Khoa TP.HCM 11 Năng lượng tái tạo 20 Quỹ đạo trái đất Hình 7.5 Với các ứng dụng năng lƣợng mặt trời, sẽ xem xét các đặc điểm của quỹ đạo của trái đất là không thay đổi Năng lượng tái tạo 21 Thiên độ δ - Solar Declination • Thiên độ δ – là góc hợp bởi mặt phẳng xích đạo với đƣờng thẳng nối tâm mặt trời và tâm trái đất (δ<0 khi mặt trời ở bán cầu Nam) • δ biến thiên trong khoảng +/- 23.45˚ • Là một hàm của hình sin tính theo ngày, bắt đầu từ ngày Xuân phân (n=81 ) tính cho cả năm 365 ngày.   360 23.45sin 81 (7.6) 365 n        Bìa giảng NLTT Trần Công Binh ĐH Bách Khoa TP.HCM 12 Năng lượng tái tạo 22 Vị trí mặt trời theo thời gian trong năm • Tính toán vị trí mặt trời bất kỳ thời điểm nào • Từ đó xác định góc nghiêng cho dàn pin mặt trời • Xác định vị trí mặt trời Hình 7.6 Thiên độ Xuân phân Thu phân Đông chí Hạ chí Năng lượng tái tạo 23 Ví dụ 7.2 – Góc lắp dàn PV • Tìm góc lắp đặt tối ƣu của dàn pin mặt trời phẳng, lắp đặt cố định ở TP.HCM (vĩ độ 10o45’00”) giữa trƣa vào ngày 4 tháng 9. • Bảng 7.1: Bìa giảng NLTT Trần Công Binh ĐH Bách Khoa TP.HCM 13 Năng lượng tái tạo 24 Góc thu giữa trưa • Giữa trƣa – khi mặt trời chiếu thẳng theo đƣờng kinh tuyến • Phía Bắc bán cầu – mặt phẳng thu sẽ nghiêng một góc bằng đúng với vĩ độ vào thời điểm Xuân phân • Vào chính trƣa, tia nắng vuông góc với tấm thu Hình 7.8 L = vĩ độ (độ) L < 0 ở bán cầu Nam Năng lượng tái tạo 25 Cao độ giữa trưa βN - Altitude Angle • Góc cao độ giữa trƣa là góc giữa tia nắng mặt trời với mặt phẳng trái đất • Zenith – trục hƣớng tâm, vuông góc với mặt phẳng trái đất (hay đƣờng chân trời) 90 (7.7)N L    Hình 7.9 Bìa giảng NLTT Trần Công Binh ĐH Bách Khoa TP.HCM 14 Năng lượng tái tạo 26 Ví dụ 7.2 – Góc lắp dàn PV • Góc thiên độ δ là • Góc cao độ là • Để tia nắng mặt trời chiếu vuông góc với giàn pin mặt trời thì góc nghiên bằng:     360 360 23.45sin 81 = 23.45sin ??? 81 = ??? 365 365                n 90 = ???     Ntilt Năng lượng tái tạo 27 Góc cao độ  và góc phương vị s  Hình 7.10 Azimuth Angle Altitude Angle s < 0 ở phía Tây Bìa giảng NLTT Trần Công Binh ĐH Bách Khoa TP.HCM 15 Năng lượng tái tạo 28 Vị trí mặt trời theo thời gian trong ngày • Vị trí mặt trời trong ngày đƣợc xác định theo góc cao độ β và góc phƣơng vị ϕS • β và ϕS phụ thuộc vào vĩ độ, ngày và giờ. • Góc phƣơng vị (ϕS ) – > 0 vào buổi sáng – < 0 vào buổi chiều – Tính từ trục hƣớng cực Nam (xem nhƣ hƣớng Nam) • Lấy giờ giữa trƣa là chuẩn. Năng lượng tái tạo 29 Vị trí mặt trời theo thời gian trong ngày Bìa giảng NLTT Trần Công Binh ĐH Bách Khoa TP.HCM 16 Năng lượng tái tạo 30 Vị trí mặt trời theo thời gian trong ngày Năng lượng tái tạo 31 Vị trí mặt trời theo thời gian trong ngày Bìa giảng NLTT Trần Công Binh ĐH Bách Khoa TP.HCM 17 Năng lượng tái tạo 32 Vị trí mặt trời theo thời gian trong ngày • Xoay theo mặt trời Năng lượng tái tạo 33 Vị trí mặt trời theo thời gian trong ngày • Xoay theo mặt trời Bìa giảng NLTT Trần Công Binh ĐH Bách Khoa TP.HCM 18 Năng lượng tái tạo 34 Góc cao độ  và góc phương vị s  • Góc giờ H - là góc cần để trái đất quay cho đến khi mặt trời nằm ngay trên đƣờng kinh độ mà bạn đang đứng • Nếu xem trái đất quay một góc 15˚/giờ, thì • Ở 11 AM giờ mặt trời (h-ST-solar time), H = +15˚ (trái đất cần thểm 1 giờ để quay đến giữa trƣa) • Ở 2 PM giờ mặt trời: h=14 (giờ)  H = -30˚  15 12-h (7.10)   H Năng lượng tái tạo 35 Góc cao độ  và góc phương vị s  sin cos cos cos sin sin (7.8) L H L    cos sin sin (7.9) cos    S H • H = góc giờ (độ) (<0 vào buổi chiều) • L = vĩ độ (độ) (<0 ở bán cầu Nam?) • Kiểm tra độ lớn góc phƣơng vị nhỏ hơn hay lớn hơn 90˚! tan if cos , then 90 , else 90 (7.11) tan       S SH L ( 90 )  o Bìa giảng NLTT Trần Công Binh ĐH Bách Khoa TP.HCM 19 Năng lượng tái tạo 36 Ví dụ 7.3 – Mặt trời ở đâu? • Xác định góc cao độ β và góc phƣơng vị ϕS lúc 3 PM (giờ mặt trời) ở TP.HCM (L = 10,75o vĩ Bắc ) vào ngày 29/7? ( 90 )  oN Tính góc nghiêng và tỷ trọng khí quyển? Năng lượng tái tạo 37 Ví dụ 7.3 – Mặt trời ở đâu? • Xác định góc cao độ β và góc phƣơng vị ϕS lúc 11:00 AM (giờ mặt trời) ở TP.HCM (L = 10,75o) vào ngày 29/8? • Góc thiên độ • Góc giờ • Góc cao độ  15 12-??? h ???    H  1sin ??? ???        360 360 23.45sin 81 = 23.45sin ??? 81 = ??? 365 365                n sin cos cos cos sin sin   L H L ( 90 )  oN Bìa giảng NLTT Trần Công Binh ĐH Bách Khoa TP.HCM 20 Năng lượng tái tạo 38 Example 7.3 – Xác định vị trí mặt trời? • Góc phƣơng vị • Tính đƣợc 2 giá trị góc phƣơng vị theo hàm arcsin: • Kiểm tra điều kiện sau để chọn 1 trong 2 giá trị trên:  1 = sin ??? ???   S  cos cos ??? ???  H tan ??? tan   L  = ??? S cos sin sin cos    S H Năng lượng tái tạo 39 Sơ đồ dùng phân tích bóng che cho mặt trời • Từ việc xác định vị trí mặt trời trên bầu trời ở mọi thời điểm • Cũng có thể xác định bóng che ở mọi thời điểm • Bằng cách phát họa góc phƣơng vị và góc cao độ của hàng cây, tòa nhà, và các vật gây ra bóng che • Theo sơ đồ đƣờng mặt trời để xác định thời gian bị bóng râm che phủ Bìa giảng NLTT Trần Công Binh ĐH Bách Khoa TP.HCM 21 Năng lượng tái tạo 40 Sơ đồ dùng phân tích bóng cho mặt trời • Xác định góc phƣơng vị của vật gây bóng che Góc lệch giữa cực trái đất và cực từ trường khi dùng la bàn Năng lượng tái tạo 41 Sơ đồ dùng phân tích bóng cho mặt trời • Xác định góc cao độ vật gây bóng che Bìa giảng NLTT Trần Công Binh ĐH Bách Khoa TP.HCM 22 Năng lượng tái tạo 42 Sơ đồ dùng phân tích bóng cho mặt trời • Hàng cây ở hƣớng đông nam, căn nhà ở hƣớng tây nam • Có thể ƣớc tính lƣợng năng lƣợng mất đi do bóng che Hình 7.15 40o vĩ Bắc Cây cao che từ 8:30 đến 9:30 tháng 11 tháng 1. Nhà che sau 15:00 tháng 11 tháng 1. Năng lượng tái tạo 43 California Solar Shade Control Act • Bóng che tấm thu năng lƣợng mặt trời (từ nhà kế bên) đƣợc pháp luật quy định ở một số quốc gia. • Ví dụ đạo luật kiểm soát bóng che của California vào năm 1979: Không để cho cây hay bụi cây gây bóng che cho tài sản của hàng xóm lớn hơn 10% diện tích tấm thu trong khoảng 10 am đến 2 pm. Bìa giảng NLTT Trần Công Binh ĐH Bách Khoa TP.HCM 23 Năng lượng tái tạo 44 The Guilty Trees were Subject to Court Ordered Pruning Nguồn: NYTimes, 4/7/08 Trƣờng hợp đầu tiên bị kết án năm 2008. Năng lượng tái tạo 45 Giờ mặt trời ST và giờ đồng hồ CT • Hầu hết tính toán liên quan đến giờ mặt trời (ST) • Giờ mặt trời đƣợc tính từ giữa trưa. • So với giờ đồng hồ thì cần 2 hiệu chỉnh: – Theo kinh độ cần hiệu chỉnh múi giờ – Theo sự không đồng đều khi trái đất quay quanh mặt trời • Hai địa điểm sẽ có cùng giờ mặt trời chỉ khi có cùng kinh tuyến • Giờ mặt trời sẽ khác nhau 4 phút nếu lệch 1˚ kinh tuyến • Trong khi giờ đồng hồ chỉ có 24 múi 1-giờ, mỗi múi giờ dùng chung cho 15˚ kinh tuyến. Bìa giảng NLTT Trần Công Binh ĐH Bách Khoa TP.HCM 24 Năng lượng tái tạo 46 Bản đồ phần múi giờ thế giới Nguồn: Năng lượng tái tạo 47 Bản đồ phần múi giờ thế giới Nguồn: Bìa giảng NLTT Trần Công Binh ĐH Bách Khoa TP.HCM 25 Năng lượng tái tạo 48 US Local Time Meridians (Table 7.4) Múi giờ Kinh độ chuẩn múi giờ (Local Time Meridian) Hà Nội – Băng cốc (GMT+7) -105˚ (Độ kinh Đông < 0) Eastern 75˚ Central 90˚ Mountain 105˚ Pacific 120˚ Eastern Alaska 135˚ Năng lượng tái tạo 49 Giờ mặt trời và giờ đồng hồ • Do quỹ đạo trái đất quay hình elip nên thời gian theo giờ mặt trời biến thiên theo từng ngày trong năm Ngày dài hơn vào mùa Đông! (E (phút) lớn hơn) Bìa giảng NLTT Trần Công Binh ĐH Bách Khoa TP.HCM 26 Năng lượng tái tạo 50 Giờ mặt trời và giờ đồng hồ • Do quỹ đạo trái đất quay hình elip nên thời gian theo giờ mặt trời biến thiên theo từng ngày trong năm • Sự khác nhau giữa ngày 24-giờ và ngày mặt trời đƣợc tính bằng Phương trình thời gian E (tính bằng phút) • n là ngày trong năm Năng lượng tái tạo 51 Giờ mặt trời và giờ đồng hồ • Kết hợp hiệu chỉnh sai lệch theo kinh độ và phương trình thời gian E có đƣợc: • CT – giờ đồng hồ • ST – giờ mặt trời • LT Meridian – Kinh độ chuẩn của múi giờ • LL – Độ kinh Đông có giá trị 0. • Giờ đồng hồ có thể khác múi giờ, thay đổi theo mùa • (min) = phút ST = CT + (LT-LL)  4(phút) + E(phút) (7.14) Bìa giảng NLTT Trần Công Binh ĐH Bách Khoa TP.HCM 27 Năng lượng tái tạo 52 Ví dụ 7.5 – Giờ mặt trời và giờ đồng hồ • Tại TP.Hồ Chí Minh (L=10o45'0'' vĩ Bắc, 106°40'0" kinh Đông), vào ngày 29 tháng 8. Tính giờ mặt trời lúc 11:30 giờ đồng hồ? Solar Time (ST) Clock Time (CT) +   4 min LT Meridian Local Longitude + (min)  E Năng lượng tái tạo 53 Ví dụ 7.5 – Giờ mặt trời và giờ đồng hồ • Tính giờ đồng hồ ngay giữa trƣa ở Boston (71.1˚ kinh Tây) vào ngày 1.7 với Eastern Daylight Time (giờ đồng hồ quy định chậm hơn 1 giờ vào mùa Đông) • Ngày 1.7 có n = 182 • Từ Phương trình thời gian (7.12) và (7.13) có 360 360 = ( 81) (182 81) 99.89 364 364 B n           = 9.87sin 2 7.53cos 1.5sin = 3.5 minE B B B   Bìa giảng NLTT Trần Công Binh ĐH Bách Khoa TP.HCM 28 Năng lượng tái tạo 54 Ví dụ 7.5 – Giờ mặt trời và giờ đồng hồ • The local time meridian for Boston is 75˚, so the difference is 75 ˚-71.7 ˚, and we know that each degree corresponds to 4 minutes • Using (7.14) • But we need to adjust it for Daylight Savings, so add 1 hour    = 4 min/ 75 71.1 ( 3.5min)CT ST       = 12:00 12.1min 11: 49.9 AM ESTCT   = 12: 49.9 AM EDTCT Năng lượng tái tạo 55 Mặt trời mọc và mặt trời lặn • Có thể tính toán gần đúng giờ bình minh và hoàng hôn bằng cách giải pt (7.8) khi cao độ bằng 0: • HSR >0 khi mặt trời mọc, và < 0 khi mặt trời lặn sin cos cos cos sin sin (7.8) L H L    sin cos cos cos sin sin 0 (7.15) L H L     sin sin cos = tan tan (7.16) cos cos L H L L       1cos ( tan tan ) (7.17) SRH L   Hour angle of sunrise Gio` (hinh hoc) 12 : 00 (7.18) 15 /    SRH h Bìa giảng NLTT Trần Công Binh ĐH Bách Khoa TP.HCM 29 Năng lượng tái tạo 56 Mặt trời mọc và mặt trời lặn • Khí tƣợng thủy văn xác định thời điểm mặt trời mọc/lặn ở đỉnh của mặt trời thay vì ở tâm mặt trời nhƣ tính toán hình học • Và xét thêm khúc xạ của khí quyển (bình minh sớm hơn và hoàn hôn trễ hơn 2,4 phút) • Hệ số hiệu chỉnh Q • Giờ hình học trừ bớt Q khi mặt trời mọc hay lặn. 3.467 Q (min) (7.19) cos cos sin SRL H  Năng lượng tái tạo 57 Mặt trời mọc và mặt trời lặn Bìa giảng NLTT Trần Công Binh ĐH Bách Khoa TP.HCM 30 Năng lượng tái tạo 58 Chùm tia bức xạ trực tiếp • Chùm tia bức xạ trực tiếp (Direct beam radiation) IBC – đi theo đƣờng thẳng qua bầu khí quyển tới ngƣời nhận • Bức xạ tán xạ (Diffuse radiation) IDC – phân tán bởi các phân tử trong bầu khí quyển • Bức xạ phản xạ (Reflected radiation) IRC – phản chiếu từ bền mặt phản xạ Hình 7.18 Năng lượng tái tạo 59 Cường độ bức xạ ngoài khí quyển I0 • Tính toán cho ngày bầu trời quang đãng • I0 là công suất bức xạ qua một đơn vị diện tích bên ngoài bầu khí quyển. • I0 phụ thuộc vào khoảng cách giữa trái đất và mặt trời (có thể ƣớc định đƣợc theo từng ngày trong năm) • Bỏ qua các vết đen của mặt trời, I0 có thể tính: • SC = hằng số mặt trời = 1.377 kW/m2 • n = ngày trong năm 2 0 360 SC 1 0.034cos (W/m ) (7.20) 365 n I             Bìa giảng NLTT Trần Công Binh ĐH Bách Khoa TP.HCM 31 Năng lượng tái tạo 60 Cường độ bức xạ ngoài khí quyển I0 • Hằng năm, chỉ gần một nửa I0 truyền tới đƣợc bề mặt trái đất dƣới dạng bức xạ trực tiếp (IB) • Khi trời quang, bức xạ trực tiếp có thể lên đến 70% I0 Hình 7.19 Năng lượng tái tạo 61 Sự suy giảm bức xạ qua bầu khí quyển • Có thể tính độ suy giảm cƣờng độ bức xạ qua bầu khí quyển theo hàm mũ: (7.21) kmBI Ae  • IB = cƣờng độ bức xạ đến bề mặt trái đất • A = thông lƣợng ngoài khí quyển • k = độ sâu quang học • m = tỷ trọng khí quyển (AM?) (7.4) Bìa giảng NLTT Trần Công Binh ĐH Bách Khoa TP.HCM 32 Năng lượng tái tạo 62 Sự suy giảm bức xạ qua bầu khí quyển Từ bảng 7.6, A, k và C có thể đƣợc tính theo phƣơng trình:   2 360 1160 75sin 275 (W/m ) (7.22) 365 A n           360 0.174 0.035sin 100 (7.23) 365 k n           360 0.095 0.04sin 100 (7.28) 365        C n Năng lượng tái tạo 63 Cường độ nắng qua bề mặt thu • Bức xạ trực tiếp IBC là hàm giữa của góc hợp bởi tia nắng và (pháp tuyến của) mặt phẳng thu: • Bức xạ tán xạ IDH đƣợc chiếu đến từ các hƣớng phụ khác với tia nắng, thƣờng từ 6% đến 14% của bức xạ trực tiếp. • Bức xạ phản xạ IRC đến từ một bề mặt trƣớc tấm thu, và phụ thuộc độ phản xạ rcủa bề mặt đó.r0.8 với tuyết, và 0.1 với mái lợp.          .DH BI C I cosBC BI I  ?RCI Bìa giảng NLTT Trần Công Binh ĐH Bách Khoa TP.HCM 33 Năng lượng tái tạo 64 Solar Insolation on a Collecting Surface, cont.   1 cos 2 r          RC BC DHI I I   1 cos sin 2 r           RC BI I C 0!!!  Năng lượng tái tạo 65 Hệ thống xoay theo mặt trời - Tracking Systems • Hầu hết pin mặt trời đƣợc lắp cố định. Nhƣng cũng có một số hệ thống xoay theo mặt trời có hiệu quả hơn. • Hệ thống mặt trời có thể chỉ gồm 1 trục (xoay theo giờ trong ngày), hoặc 2 trục (theo cao độ (lên-xuống) và theo góc phƣơng vị (Đông-Tây)). • Hệ xoay theo mặt trời có thể tăng thêm đến 20% công suất với hệ 1 trục, và 25- 30% công suất với hệ 2 trục. Bìa giảng NLTT Trần Công Binh ĐH Bách Khoa TP.HCM 34 Năng lượng tái tạo 66 Cường độ nắng theo từng tháng trong năm • Với hệ pin mặt trời lắp cố định, công suất bức xạ nhận đƣợc phụ thuộc nhiều vào góc nghiêng lắp đặt. Tùy theo tiêu chí sử dụng mà có thể chọn góc nghiêng phù hợp. Năng lượng tái tạo 67 Cường độ nắng theo từng tháng trong năm tháng Số giờ nắng ở TP. Long Xuyên là 5 giờ/ngày. Nguồn: NASA Bìa giảng NLTT Trần Công Binh ĐH Bách Khoa TP.HCM 35 Năng lượng tái tạo 68 US Annual Insolation Năng lượng tái tạo 69 Worldwide Annual Insolation Vào năm 2007, tổng công suất PV trên thế giới khoảng 7800 MW, với hầu hết ở Đức (3860 MW), Nhật (1919 MW), Mỹ (830 MW) và Tây Ban Nha (655MW). Bìa giảng NLTT Trần Công Binh ĐH Bách Khoa TP.HCM 36 Năng lượng tái tạo 70 Worldwide Annual Insolation Năng lượng tái tạo 71 Worldwide Annual Insolation Bìa giảng NLTT Trần Công Binh ĐH Bách Khoa TP.HCM 37 Năng lượng tái tạo 72 Worldwide Annual Insolation  Tiềm năng nguồn năng lƣợng mới ở Việt Nam Bản đồ tiềm năng năng lượng mặt trời Năng lượng tái tạo 73 Worldwide Annual Insolation Bìa giảng NLTT Trần Công Binh ĐH Bách Khoa TP.HCM 38 Năng lượng tái tạo 74 2. Tế bào quang điện Năng lượng tái tạo 75 Tế bào quang điện Bìa giảng NLTT Trần Công Binh ĐH Bách Khoa TP.HCM 39 Năng lượng tái tạo 76 Pin quang điện Năng lượng tái tạo 77 Pin quang điện Bìa giảng NLTT Trần Công Binh ĐH Bách Khoa TP.HCM 40 Năng lượng tái tạo 78 Vật liệu quang điện Năng lượng tái tạo 79 Mức năng lượng Bìa giảng NLTT Trần Công Binh ĐH Bách Khoa TP.HCM 41 Năng lượng tái tạo 80 Mức năng lượng Năng lượng tái tạo 81 Mức năng lượng Bìa giảng NLTT Trần Công Binh ĐH Bách Khoa TP.HCM 42 Năng lượng tái tạo 82 Mức năng lượng Năng lượng tái tạo 83 Mức năng lượng Bìa giảng NLTT Trần Công Binh ĐH Bách Khoa TP.HCM 43 Năng lượng tái tạo 84 Mức năng lượng Năng lượng tái tạo 85 Phổ năng lượng mặt trời Bìa giảng NLTT Trần Công Binh ĐH Bách Khoa TP.HCM 44 Năng lượng tái tạo 86 Phổ năng lượng mặt trời Năng lượng tái tạo 87 Ảnh hưởng của mức năng lượng lên hiệu suất quang điện Bìa giảng NLTT Trần Công Binh ĐH Bách Khoa TP.HCM 45 Năng lượng tái tạo 88 Hiệu suất chuyển đổi quang điện thực tế Năng lượng tái tạo 89 Source : Loferski 1956 Hiệu suất chuyển đổi quang điện thực tế Bìa giảng NLTT Trần Công Binh ĐH Bách Khoa TP.HCM 46 Năng lượng tái tạo 90 Mối nối p-n Năng lượng tái tạo 91 Mối nối p-n Bìa giảng NLTT Trần Công Binh ĐH Bách Khoa TP.HCM 47 Năng lượng tái tạo 92 Mối nối p-n Năng lượng tái tạo 93 Mối nối p-n Bìa giảng NLTT Trần Công Binh ĐH Bách Khoa TP.HCM 48 Năng lượng tái tạo 94 Mối nối p-n Năng lượng tái tạo 95 Diode dùng mối nối p-n k: hằng số Boltzmann (ở 25oC) Bìa giảng NLTT Trần Công Binh ĐH Bách Khoa TP.HCM 49 Năng lượng tái tạo 96 Diode dùng mối nối p-n Current Voltage Năng lượng tái tạo 97 Diode dùng mối nối p-n eV kT L D L 0I I I I I e 1             Bìa giảng NLTT Trần Công Binh ĐH Bách Khoa TP.HCM 50 Năng lượng tái tạo 98 Diode dùng mối nối p-n Năng lượng tái tạo 99 Diode dùng mối nối p-n Bìa giảng NLTT Trần Công Binh ĐH Bách Khoa TP.HCM 51 Năng lượng tái tạo 100 Diode dùng mối nối p-n Thường chọn Vd ≈ 0,6V cho pin Silic khi làm việc! Năng lượng tái tạo 101 2. Tế bào quang điện Bìa giảng NLTT Trần Công Binh ĐH Bách Khoa TP.HCM 52 Năng lượng tái tạo 102 Mạch tương đương đơn giản của tế bào quang điện Năng lượng tái tạo 103 Mạch tương đương đơn giản của tế bào quang điện eV kT SC D SC 0I I I I I e 1             (Chú ý: V là điện áp trên mỗi cell) Bìa giảng NLTT Trần Công Binh ĐH Bách Khoa TP.HCM 53 Năng lượng tái tạo 104 Mạch tương đương đơn giản của 1 tế bào quang điện (ở 25oC) (ở 25oC) CÁC PHƢƠNG TRÌNH BÊN DƢỚI LÀ TÍNH CHO 1 TẾ BÀO Năng lượng tái tạo 105 Mạch tương đương đơn giản của 1 tế bào quang điện (ở 25oC) (ở 25oC) (Chú ý: V là điện áp trên mỗi cell) Bìa giảng NLTT Trần Công Binh ĐH Bách Khoa TP.HCM 54 Năng lượng tái tạo 106 Mạch tương đương đơn giản của tế bào quang điện Năng lượng tái tạo 107 Mạch tương đương đơn giản của tế bào quang điện Ví dụ: 8.3: Cho tế bào quang điện có diện tích 100cm2, với mật độ dòng ngƣợc bảo hòa I0=10 -12A/cm2. Khi đủ độ rọi, dòng ngắn mạch đo đƣợc là Isc=40mA/cm2. Cho biết nhiệt độ trên tế bào là 35oC. a) Tính điện áp hở mạch? b) Tính điện áp hở mạch lúc độ rọi còn 50%? c) Vẽ các đặc tuyến của pin quang điện trên? (ở 25oC) Bìa giảng NLTT Trần Công Binh ĐH Bách Khoa TP.HCM 55 Năng lượng tái tạo 108 Mạch tương đương đơn giản của tế bào quang điện Thường chọn Vd ≈ 0,6V cho pin Silic khi làm việc! Năng lượng tái tạo 109 Mạch tương đương chính xác của tế bào quang điện Bìa giảng NLTT Trần Công Binh ĐH Bách Khoa TP.HCM 56 Năng lượng tái tạo 110 Mạch tương đương chính xác của tế bào quang điện Năng lượng tái tạo 111 Mạch tương đương chính xác của tế bào quang điện Bìa giảng NLTT Trần Công Binh ĐH Bách Khoa TP.HCM 57 Năng lượng tái tạo 112 Mạch tương đương đơn giản của tế bào quang điện Ví dụ: 8.3.1: Ở điều kiện tiêu chuẩn (STC), cho tấm pin mặt trời 60 tế bào ghép nối tiếp sau: a) Tính dòng ngƣợc bảo hòa của diode Io? b) Tính dòng tải I khi TẤM PIN nối acquy 24V? Tính công suất tải? c) Tính I khi cấp điện cho tải điện áp 30,6V? Tính công suất tải? d) Khi tải dòng điện 5A, tính điện áp tấm pin? Tính công suất tải? e) Tính lại câu b nếu Rp=1,94Ω/cell? Tính công suất tải? f) Khi dòng điện tải I=5A, thử tính điện áp tải khi bỏ qua Rp và khi Rp=1,94Ω/cell? Tính công suất tải? Năng lượng tái tạo 113 Mạch tương đương chính xác của tế bào quang điện Bìa giảng NLTT Trần Công Binh ĐH Bách Khoa TP.HCM 58 Năng lượng tái tạo 114 Mạch tương đương chính xác của tế bào quang điện Năng lượng tái tạo 115 Mạch tương đương chính xác của tế bào quang điện Bìa giảng NLTT Trần Công Binh ĐH Bách Khoa TP.HCM 59 Năng lượng tái tạo 116 Mạch tương đương chính xác của tế bào quang điện eV kT L D L 0I I I I I e 1              se V R I kT s L 0 SH V R I I I I e 1 R              Năng lượng tái tạo 117 Mạch tương đương chính xác của tế bào quang điện Bìa giảng NLTT Trần Công Binh ĐH Bách Khoa TP.HCM 60 Năng lượng tái tạo 118 Mạch tương đương chính xác của tế bào quang điện Năng lượng tái tạo 119 Ghép các tế bào quang điện Bìa giảng NLTT Trần Công Binh ĐH Bách Khoa TP.HCM 61 Năng lượng tái tạo 120 Ghép các tế bào thành tấm pin Năng lượng tái tạo 121 Ghép các tế bào thành tấm pin Bìa giảng NLTT Trần Công Binh ĐH Bách Khoa TP.HCM 62 Năng lượng tái tạo 122 Ghép các tế bào thành tấm pin Năng lượng tái tạo 123 Năng lượng mặt trời Bìa giảng NLTT Trần Công Binh ĐH Bách Khoa TP.HCM 63 Năng lượng tái tạo 124 Ghép nối tiếp nhiều tấm pin Năng lượng tái tạo 125 Ghép nối nhiều tấm pin Bìa giảng NLTT Trần Công Binh ĐH Bách Khoa TP.HCM 64 Năng lượng tái tạo 126 Ghép song song nhiều tấm pin Năng lượng tái tạo 127 Ghép nối nhiều tấm pin Bìa giảng NLTT Trần Công Binh ĐH Bách Khoa TP.HCM 65 Năng lượng tái tạo 128 Ghép nối nhiều tấm pin Năng lượng tái tạo 129 Ghép nối nhiều tấm pin Bìa giảng NLTT Trần Công Binh ĐH Bách Khoa TP.HCM 66 Năng lượng tái tạo 130 Ghép nối nhiều tấm pin Năng lượng tái tạo 131 Ghép nối nhiều tấm pin Bìa giảng NLTT Trần Công Binh ĐH Bách Khoa TP.HCM 67 Năng lượng tái tạo 132 Ghép nối nhiều tấm pin Năng lượng tái tạo 133 Ghép nối nhiều tấm pin Bìa giảng NLTT Trần Công Binh ĐH Bách Khoa TP.HCM 68 Năng lượng tái tạo 134 Ghép nối nhiều tấm pin Năng lượng tái tạo 135 3. Đặc tuyến I-V của pin quang điện Bìa giảng NLTT Trần Công Binh ĐH Bách Khoa TP.HCM 69 Năng lượng tái tạo 136 Đặc tuyến I-V Năng lượng tái tạo 137 Đặc tuyến I-V Bìa giảng NLTT Trần Công Binh ĐH Bách Khoa TP.HCM 70 Năng lượng tái tạo 138 Đặc tuyến I-V Ip Vp Pp(Ip) = Vp Ip E = 1000 W/m2 Vp(Ip) Icc Vco Vc Ic Pc = Vc Ic Pm = Vco Icc Peak power working point Current Voltage Năng lượng tái tạo 139 Đặc tuyến I-V Ip, Pp Vp Pp(Ip) = Vp Ip E1 = 1000 W/m2, T1 < T2 E = 800 W/m2, T2 Ip(Vp) Icc1 Icc2 Vco Vp Ip = Cte Current Voltage Bìa giảng NLTT Trần Công Binh ĐH Bách Khoa TP.HCM 71 Năng lượng tái tạo 140 Năng lượng mặt trời Năng lượng tái tạo 141 Tác động của nhiệt độ và cường độ bức xạ (độ rọi từ mặt trời) Bìa giảng NLTT Trần Công Binh ĐH Bách Khoa TP.HCM 72 Năng lượng tái tạo 142 Tác động của nhiệt độ và cường độ bức xạ Isc = 0.05%/ oC Voc = - 0.37%/ oC PR = - 0.5%/ oC _Thông số pin mặt trời thường cho ở điều kiện thử nghiệm tiêu chuẩn – Standar Test Conditions (STC): 1kW/m2, phổ bức xạ mặt trời AM1,5, nhiệt độ trên tế bào 25oC. _NOCT (Normal operating cell temperature) ở 20oC, 800W/m2, tốc độ gió 1m/s. Năng lượng tái tạo 143 b) Tính lại các thông số khi nhiệt độ môi trường là 30oC và cường độ bức xạ mặt trời là 1kW/m2? Tác động của nhiệt độ trên tế bào quang điện a) Tính lại các thông số khi nhiệt độ trên cell là 75oC? Bìa giảng NLTT Trần Công Binh ĐH Bách Khoa TP.HCM 73 Năng lượng tái tạo 144 Tác động do bóng che Năng lượng tái tạo 145 Tác động do bóng che Bìa giảng NLTT Trần Công Binh ĐH Bách Khoa TP.HCM 74 Năng lượng tái tạo 146 Năng lượng mặt trời Năng lượng tái tạo 147 Tác động do bóng che Bìa giảng NLTT Trần Công Binh ĐH Bách Khoa TP.HCM 75 Năng lượng tái tạo 148 Tác động do bóng che Năng lượng tái tạo 149 Tác động do bóng che Bìa giảng NLTT Trần Công Binh ĐH Bách Khoa TP.HCM 76 Năng lượng tái tạo 150 Tác động do bóng che Năng lượng tái tạo 151 Tác động do bóng che Bìa giảng NLTT Trần Công Binh ĐH Bách Khoa TP.HCM 77 Năng lượng tái tạo 152 Tác động do bóng che Năng lượng tái tạo 153 Năng lượng mặt trời Bìa giảng NLTT Trần Công Binh ĐH Bách Khoa TP.HCM 78 Năng lượng tái tạo 154 Tác động do bóng che Năng lượng tái tạo 155 4. Công nghệ chế tạo pin quang điện Bìa giảng NLTT Trần Công Binh ĐH Bách Khoa TP.HCM 79 Năng lượng tái tạo 156 4. Công nghệ chế tạo pin quang điện 1. Đơn tinh thể (single crystal, monocrystalline): kỹ thuật silicon phổ biến hiện nay. Năng lượng tái tạo 157 4. Công nghệ chế tạo pin quang điện 2. Đa tinh thể (multicrystaline): mỗi tế bào quang điện đƣợc hình thành từ một số mảng lớn các hạt đơn tinh thể. Mỗi tế bào có kích thƣớc từ 1mm đến 10cm, bao gồm các đa tinh thể silicon (mc-Si). Từ phổ thông vẫn gọi là: polycrystaline Bìa giảng NLTT Trần Công Binh ĐH Bách Khoa TP.HCM 80 Năng lượng tái tạo 158 4. Công nghệ chế tạo pin quang điện 3. Mạng tinh thể (polycrystaline): gồm nhiều hạt kích thƣớc khác nhau, từ 1m đến 1mm. Chẳng hạn nhƣ các tế bào cadmium telluride (CdTe), copper indium diselenide (CuInSe2), và mạng tinh thể (polycrystaline) silicon (p-Si) hay màng mỏng (thin-film) silicon. thin-film polycrystaline Năng lượng tái tạo 159 4. Công nghệ chế tạo pin quang điện 4. Vi tinh thể (microcystaline): là các tế bào chứa các hạt có kích thƣớc nhỏ hơn 1m. 5. Vô định hình (amorphous): không chứa các mảng đơn tinh thể, mà giống nhƣ silic vô định hình (a-Si). Bìa giảng NLTT Trần Công Binh ĐH Bách Khoa TP.HCM 81 Năng lượng tái tạo 160 4. Công nghệ chế tạo pin quang điện Pin mặt trời thin-film amorphous Năng lượng tái tạo 161 4. Công nghệ chế tạo pin quang điện Pin mặt trời thin-film amorphous Bìa giảng NLTT Trần Công Binh ĐH Bách Khoa TP.HCM 82 Năng lượng tái tạo 162 Pin quang điện dùng tinh thể silicon Hình 8.45: Một cách phân nhánh để trình bày về các kỹ thuật quang điện. Tỷ lệ dựa theo thị phần PV vào cuối những năm 1990. Năng lượng tái tạo 163 Kỹ thuật Czochralski tạo silicon đơn tinh thể Hình 8.46: Phương pháp Czochralski tạo ra silicon đơn tinh thể. Bìa giảng NLTT Trần Công Binh ĐH Bách Khoa TP.HCM 83 Năng lượng tái tạo 164 Hình 8.47: Sự phát triển của các tế bào năng lượng mặt trời CZ-silicon. (a) Độ dày của phiến bán dẫn của một tế bào những năm 1970. (b) Tế bào có rãnh laser và điện cực chìm trên cả hai mặt. (c) Tế bào PERL. Theo Green (1993). Năng lượng tái tạo 165 Kỹ thuật Czochralski tạo silicon đơn tinh thể Hình 8.48: Tăng hiệu suất của các tế bào quang điện dùng silicon đơn tinh thể trong phòng thí nghiệm. Theo Bube (1998). Bìa giảng NLTT Trần Công Binh ĐH Bách Khoa TP.HCM 84 Năng lượng tái tạo 166 Các kỹ thuật kéo tấm silicon Hình 8.49: Tấm tinh thể silicon có thể được kéo lên bằng phương pháp EFG (a) hoặc sử dụng 2 thanh kéo song song (b). Năng lượng tái tạo 167 Các kỹ thuật kéo tấm silicon Hình 8.50: Quy trình S-Web tạo ra tấm silicon liên tục, có thể pha tạp chất kích thích và cắt thành các tế bào hình chữ nhật. Theo Schmela (2000). Bìa giảng NLTT Trần Công Binh ĐH Bách Khoa TP.HCM 85 Năng lượng tái tạo 168 Đúc thỏi silicon đa tinh thể (Multicrystalline Silicon) Hình 8.51: Đúc, cắt và cưa silicon để tạo thành wafer chưa các hạt tinh thể silicon, giữa các hạt tồn tại các lằn ranh phân chia. Năng lượng tái tạo 169 Mô đun tinh thể Silicon Hình 8.52: Các tế bào tinh thể được nối nối tiếp với nhau và sau đó được bảo vệ giữa các lớp thủy tinh, EVA, và polyme. Bìa giảng NLTT Trần Công Binh ĐH Bách Khoa TP.HCM 86 Năng lượng tái tạo 170 PIN QUANG ĐIỆN MÀNG MỎNG (THIN-FILM) Năng lượng tái tạo 171 Silicon vô định hình Hình 8.53: Mặt cắt ngang của một tế bào silicon vô định hình p-i-n. Độ dày tính theo nanomet (10-9m) và vẽ không theo tỷ lệ. Bìa giảng NLTT Trần Công Binh ĐH Bách Khoa TP.HCM 87 Năng lượng tái tạo 172 Silicon vô định hình Hình 8.54: Mô đun a-Si dạng linh hoạt có thể cuộn lại và để lưu trữ khi không sử dụng. Theo SERI (1985). Năng lượng tái tạo 173 Quy trình chế tạo Silicon vô định hình Bìa giảng NLTT Trần Công Binh ĐH Bách Khoa TP.HCM 88 Năng lượng tái tạo 174 Quy trình chế tạo Silicon vô định hình Hình 8.55: Trình tự các bước thực hiện để tạo ra một môđun các tế bào silicon vô định hình. Năng lượng tái tạo 175 Quy trình chế tạo Silicon vô định hình Hình 8.56: Các tế bào riêng lẻ chạy theo chiều dài của một mô đun silicon vô định hình. Bìa giảng NLTT Trần Công Binh ĐH Bách Khoa TP.HCM 89 Năng lượng tái tạo 176 A-Si dạng đa liên kết hay xếp lớp Hình 8.57: Các tế bào năng lượng mặt trời dùng siliccon vô định hình đa liên kết được tạo ra từ hỗn hợp a-Si:H (mức năng lượng≈ 1,75 eV) với Carbon a- Si:C ở lớp trên cùng (≈ 2,0 eV) để hấp Năng lượng tái tạo 177 A-Si dạng đa liên kết hay xếp lớp Bìa giảng NLTT Trần Công Binh ĐH Bách Khoa TP.HCM 90 Năng lượng tái tạo 178 Gallium Arsenide and Indium Phosphide Năng lượng tái tạo 179 Gallium Arsenide and Indium Phosphide Bìa giảng NLTT Trần Công Binh ĐH Bách Khoa TP.HCM 91 Năng lượng tái tạo 180 Cadmium Telluride Hình 8.58: Sự bất tương đồng giữa hai loại vật liệu trong heterojunction, tạo ra các liên kết lơ lửng. Năng lượng tái tạo 181 Copper Indium Diselenide (CIS) Bìa giảng NLTT Trần Công Binh ĐH Bách Khoa TP.HCM 92 Năng lượng tái tạo 182 Copper Indium Diselenide (CIS) Hình 8.60: Cấu trúc của tế bào màng mỏng đơn giản dùng copper indium diselenide (CIS). Năng lượng tái tạo 183 5. Đặc tính tải của pin quang điện Bìa giảng NLTT Trần Công Binh ĐH Bách Khoa TP.HCM 93 Năng lượng tái tạo 184 Đặc tính tải của pin quang điện Năng lượng tái tạo 185 Đặc tính tải của pin quang điện Bìa giảng NLTT Trần Công Binh ĐH Bách Khoa TP.HCM 94 Năng lượng tái tạo 186 Đặc tuyến I-V cho tải trở Năng lượng tái tạo 187 Đặc tuyến I-V cho tải trở Bìa giảng NLTT Trần Công Binh ĐH Bách Khoa TP.HCM 95 Năng lượng tái tạo 188 Đặc tuyến I-V cho tải trở Năng lượng tái tạo 189 Đặc tuyến I-V cho tải động cơ DC Bìa giảng NLTT Trần Công Binh ĐH Bách Khoa TP.HCM 96 Năng lượng tái tạo 190 Đặc tuyến I-V cho tải động cơ DC Năng lượng tái tạo 191 Đặc tuyến I-V cho tải động cơ DC Bìa giảng NLTT Trần Công Binh ĐH Bách Khoa TP.HCM 97 Năng lượng tái tạo 192 Đặc tuyến I-V cho tải động cơ DC Năng lượng tái tạo 193 Đặc tuyến I-V cho tải acquy Bìa giảng NLTT Trần Công Binh ĐH Bách Khoa TP.HCM 98 Năng lượng tái tạo 194 Đặc tuyến I-V cho tải acquy Năng lượng tái tạo 195 Đặc tuyến I-V cho tải acquy Bìa giảng NLTT Trần Công Binh ĐH Bách Khoa TP.HCM 99 Năng lượng tái tạo 196 Dò điểm công suất cực đại (MPPT) Năng lượng tái tạo 197 Đặc tuyến I-V theo giờ Bìa giảng NLTT Trần Công Binh ĐH Bách Khoa TP.HCM 100 Năng lượng tái tạo 198 Đặc tuyến I-V theo giờ Năng lượng tái tạo 199 Dò điểm công suất cực đại (MPPT) Bìa giảng NLTT Trần Công Binh ĐH Bách Khoa TP.HCM 101 Năng lượng tái tạo 200 Dò điểm công suất cực đại (MPPT) Hình 9.14: Bộ buck-boost sử dụng với pin mặt trời. Năng lượng tái tạo 201 Dò điểm công suất cực đại (MPPT) Bìa giảng NLTT Trần Công Binh ĐH Bách Khoa TP.HCM 102 Năng lượng tái tạo 202 Dò điểm công suất cực đại (MPPT) Năng lượng tái tạo 203 Dò điểm công suất cực đại (MPPT) Bìa giảng NLTT Trần Công Binh ĐH Bách Khoa TP.HCM 103 Năng lượng tái tạo 204 Dò điểm công suất cực đại (MPPT) Năng lượng tái tạo 205 Đặc tuyến I-V theo giờ Bìa giảng NLTT Trần Công Binh ĐH Bách Khoa TP.HCM 104 Năng lượng tái tạo 206 6. Hệ điện mặt trời độc lập Năng lượng tái tạo 207 Hệ điện mặt trời độc lập Bìa giảng NLTT Trần Công Binh ĐH Bách Khoa TP.HCM 105 Năng lượng tái tạo 208 Hệ điện mặt trời độc lập Năng lượng tái tạo 209 Hệ điện mặt trời độc lập Bìa giảng NLTT Trần Công Binh ĐH Bách Khoa TP.HCM 106 Năng lượng tái tạo 210 Hệ điện mặt trời độc lập Năng lượng tái tạo 211 Hệ điện mặt trời độc lập Bìa giảng NLTT Trần Công Binh ĐH Bách Khoa TP.HCM 107 Năng lượng tái tạo 212 Hệ điện mặt trời độc lập Năng lượng tái tạo 213 Hệ điện mặt trời độc lập Bìa giảng NLTT Trần Công Binh ĐH Bách Khoa TP.HCM 108 Năng lượng tái tạo 214 Hệ điện mặt trời độc lập Năng lượng tái tạo 215 Hệ điện mặt trời độc lập Bìa giảng NLTT Trần Công Binh ĐH Bách Khoa TP.HCM 109 Năng lượng tái tạo 216 Hệ điện mặt trời độc lập Năng lượng tái tạo 217 Hệ điện mặt trời độc lập Bìa giảng NLTT Trần Công Binh ĐH Bách Khoa TP.HCM 110 Năng lượng tái tạo 218 Hệ điện mặt trời độc lập Năng lượng tái tạo 219 Ước lượng tải tiêu thụ Bìa giảng NLTT Trần Công Binh ĐH Bách Khoa TP.HCM 111 Năng lượng tái tạo 220 Ước lượng tải tiêu thụ Năng lượng tái tạo 221 Ước lượng tải tiêu thụ Bìa giảng NLTT Trần Công Binh ĐH Bách Khoa TP.HCM 112 Năng lượng tái tạo 222 Ước lượng tải tiêu thụ Năng lượng tái tạo 223 Ước lượng tải tiêu thụ ~2000W ~2500VA Bìa giảng NLTT Trần Công Binh ĐH Bách Khoa TP.HCM 113 Năng lượng tái tạo 224 Bộ nghịch lưu và hệ điện áp 85% Năng lượng tái tạo 225 Bộ nghịch lưu và hệ điện áp 2000W 2350W Bìa giảng NLTT Trần Công Binh ĐH Bách Khoa TP.HCM 114 Năng lượng tái tạo 226 Bộ nghịch lưu và hệ điện áp Dòng điện Idc thường nhỏ hơn 100A. Năng lượng tái tạo 227 Bộ nghịch lưu và hệ điện áp Với tải như trên, nên chọn hệ điện áp bao nhiêu V? Bìa giảng NLTT Trần Công Binh ĐH Bách Khoa TP.HCM 115 Năng lượng tái tạo 228 Bộ nghịch lưu và hệ điện áp Khi chọn Inverter, cần đảm bảo dòng khởi động của tải! Năng lượng tái tạo 229 Acquy chì khởi động SLI chỉ cho phép xả MDOD = 20% (Maximum Depth of Discharge). Khối lượng nhẹ do điện cực nhỏ, điện tích đáy bình chứa kẹn hẹp, Acquy Bìa giảng NLTT Trần Công Binh ĐH Bách Khoa TP.HCM 116 Năng lượng tái tạo 230 Acquy chì - axit Tuổi thọ của acquy chì loại deep-cycle tăng lên đáng kể nếu chỉ xả đến 20%. Năng lượng tái tạo 231 Acquy chì - axit Nhiệt độ quá thấp làm giảm khả năng tích điện của acquy!? Bìa giảng NLTT Trần Công Binh ĐH Bách Khoa TP.HCM 117 Năng lượng tái tạo 232 Acquy chì - axit Khi xả cạn acquy: _ Dung dịch chủ yếu là nước – dễ đông ở nhiệt độ âm (-8o). _ Lớp PbSO4 làm giảm bề mặt phản ứng, tăng điện trở nội Ri. _ Khối lượng riêng của acquy giảm. Năng lượng tái tạo 233 Acquy chì - axit H2SO4 (1,84g/ml) H2O (1g/ml) Bìa giảng NLTT Trần Công Binh ĐH Bách Khoa TP.HCM 118 Năng lượng tái tạo 234 Dung lượng acquy _ Dòng điện xả càng nhỏ thì dung lượng acquy càng tăng. _ Nhiệt độ càng thấp thì dung lượng acquy càng giảm. _ Suất xả điện C/20 ở 25oC làm chuẩn cho hệ thống PV. Năng lượng tái tạo 235 Dung lượng acquy _ Nhiệt độ càng thấp thì dung lượng acquy càng giảm. _ Tốc độ xả càng nhanh thì dung lượng acquy cũng suy giảm. (T, DR) Hình 9.42 Bìa giảng NLTT Trần Công Binh ĐH Bách Khoa TP.HCM 119 Năng lượng tái tạo 236 Dung lượng acquy + Tính cho acquy deep-cycle. Gợi ý: _ Xem hình 9.39 để tính dung lượng acquy cần ở -20oC (chưa xét tốc độ xả). _ Xem hình 9.42 để tính dung lượng acquy thực sự cần với tốc độ xả đều trong 48 giờ (ở nhiệt độ -20oC). Năng lượng tái tạo 237 Dung lượng acquy Bìa giảng NLTT Trần Công Binh ĐH Bách Khoa TP.HCM 120 Năng lượng tái tạo 238 Hiệu suất Coulomb và hiệu suất acquy chì Năng lượng tái tạo 239 Hiệu suất Coulomb và hiệu suất acquy chì _ Khi sạc acquy gần đầy, sẽ phát sinh khí hydrogen và oxygen và làm giảm hiệu suất sạc acquy. _ Khi bắt đầu sạc, hiệu suất Coulomb - hiệu suất dòng điện (electron) - gần bằng 100%. Khi quá sạc, hiệu suất bị giảm còn chừng 90%. Thực tế, hiệu suất nạp-xả năng lượng của acquy chỉ chừng 75%. Một phần là do tổn hao trên điện trở nội Ri của acquy. Và còn tùy thuộc vào trạng thái sạc (SOC), nhiệt độ làm việc, Bìa giảng NLTT Trần Công Binh ĐH Bách Khoa TP.HCM 121 Năng lượng tái tạo 240 Hiệu suất Coulomb và hiệu suất acquy chì d) Cho biết hiệu suất Coulomb là 90%. Tính lại hiệu suất năng lượng của acquy khi dòng nạp/xả là C/5? Giả sử Ri không đổi! Năng lượng tái tạo 241 Hiệu suất Coulomb và hiệu suất acquy chì Bìa giảng NLTT Trần Công Binh ĐH Bách Khoa TP.HCM 122 Năng lượng tái tạo 242 Tính toán dung lượng acquy Năng lượng tái tạo 243 Tính toán dung lượng acquy _ MDOD (Maximum Depth of Discharge) = 0,2 cho SLI, 0,8 cho loại acquy xả sâu. _ (T, DR) là hệ số dựa theo ảnh hưởng của nhiệt độ và suất phóng điện như hình 9.39, 9.42. Hình 9.46 được viết thành các phương trình gần đúng: Bìa giảng NLTT Trần Công Binh ĐH Bách Khoa TP.HCM 123 Năng lượng tái tạo 244 Tính toán dung lượng acquy Sinh viên tham khảo cách giải trong tài liệu. Ví dụ 9.18.1: Một gia đình có nhu cầu tiêu thụ điện AC 3000Wh/đêm (từ 18-20 giờ) từ nguồn điện mặt trời độc lập, vào mùa lạnh, nhiệt độ acquy là -20oC. Để đảm bảo cấp điện đủ cho 95% thời gian sử dụng (5% thời gian thiếu điện sẽ do máy phát dự phòng cung cấp). Tính dung lượng bình acquy chì-axit loại xả sâu (deep-cycle) cần lắp đặt? Vẽ sơ đồ đấu nối acquy? Biết hiệu suất trung bình của bộ nghịch lưu là 85%. Tính theo Lat+15, tháng x, với x là 1 số cuối của MSSV. Năng lượng tái tạo 245 Tính toán dung lượng acquy Chú ý: 95% nhu cầu tương ứng số giờ nắng - hình 9.46, nhiệt độ và tốc độ xả của acquy - hình 9.39, 9.42, MDOD - bảng 9.14. Ví dụ 9.18.2: Một gia đình có nhu cầu tiêu thụ điện AC 3000Wh/đêm (từ 17-22 giờ) từ nguồn điện mặt trời độc lập ở Long Xuyên, nhiệt độ acquy khoảng 27oC. Để cấp điện cho 95% nhu cầu (5% còn lại do máy phát dự phòng cung cấp). Tính dung lượng bình acquy chì-axit loại xả sâu (deep-cycle) cần lắp đặt? Hiệu suất trung bình của bộ nghịch lưu là 90%. Xem dữ liệu cường độ nắng ở Long Xuyên ở trang sau. Bìa giảng NLTT Trần Công Binh ĐH Bách Khoa TP.HCM 124 Năng lượng tái tạo 246 Tính toán giàn pin mặt trời tháng Số giờ nắng trung bình ở TP. Long Xuyên là 5 giờ/ngày. Nguồn: NASA https://eosweb.larc.nasa.gov/cgi-bin/sse/retscreen.cgi?email=skip@larc.nasa.gov Năng lượng tái tạo 247 Tính toán giàn pin mặt trời Tại TP.HCM, vào ngày 8/4/2015, Giàn pin công suất 5500-Wp, phát lên lưới 20-kWh/ngày -500 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 6:00 7:12 8:24 9:36 10:48 12:00 13:12 14:24 15:36 16:48 18:00 Bìa giảng NLTT Trần Công Binh ĐH Bách Khoa TP.HCM 125 Năng lượng tái tạo 248 Tính toán giàn pin mặt trời Năng lượng tái tạo 249 Hệ nguồn điện mặt trời lai Bìa giảng NLTT Trần Công Binh ĐH Bách Khoa TP.HCM 126 Năng lượng tái tạo 250 Tính toán dung lượng acquy Năng lượng tái tạo 251 Diode chống ngược Bìa giảng NLTT Trần Công Binh ĐH Bách Khoa TP.HCM 127 Năng lượng tái tạo 252 Diode chống ngược Năng lượng tái tạo 253 Diode chống ngược Bìa giảng NLTT Trần Công Binh ĐH Bách Khoa TP.HCM 128 Năng lượng tái tạo 254 Tính toán lắp ghép dàn pin mặt trời Năng lượng tái tạo 255 Tính toán lắp ghép dàn pin mặt trời Bìa giảng NLTT Trần Công Binh ĐH Bách Khoa TP.HCM 129 Năng lượng tái tạo 256 Tính toán lắp ghép dàn pin mặt trời Năng lượng tái tạo 257 Tính toán lắp ghép dàn pin mặt trời Bìa giảng NLTT Trần Công Binh ĐH Bách Khoa TP.HCM 130 Năng lượng tái tạo 258 Hệ nguồn điện mặt trời lai Hệ thống PV lai: _ Giảm dung lượng acquy nhờ có máy phát. _ Dòng cấp cho tải và dòng nạp acquy từ máy phát < C/5. _ Hạn chế số lần khởi động máy phát. Năng lượng tái tạo 259 Tóm tắt hệ điện mặt trời độc lập Sinh viên tham khảo tài liệu. Bìa giảng NLTT Trần Công Binh ĐH Bách Khoa TP.HCM 131 Năng lượng tái tạo 260 7. Hệ điện mặt trời hòa lưới Năng lượng tái tạo 261 Hệ điện mặt trời hòa lưới Bìa giảng NLTT Trần Công Binh ĐH Bách Khoa TP.HCM 132 Năng lượng tái tạo 262 Hệ điện mặt trời hòa lưới Năng lượng tái tạo 263 Hệ điện mặt trời hòa lưới Bìa giảng NLTT Trần Công Binh ĐH Bách Khoa TP.HCM 133 Năng lượng tái tạo 264 Hệ điện mặt trời hòa lưới Năng lượng tái tạo 265 Hệ điện mặt trời hòa lưới Bìa giảng NLTT Trần Công Binh ĐH Bách Khoa TP.HCM 134 Năng lượng tái tạo 266 Hệ điện mặt trời hòa lưới Năng lượng tái tạo 267 Hệ điện mặt trời hòa lưới Bìa giảng NLTT Trần Công Binh ĐH Bách Khoa TP.HCM 135 Năng lượng tái tạo 268 Hệ điện mặt trời hòa lưới Năng lượng tái tạo 269 Hệ điện mặt trời hòa lưới Bìa giảng NLTT Trần Công Binh ĐH Bách Khoa TP.HCM 136 Năng lượng tái tạo 270 Hòa lưới Năng lượng tái tạo 271 Công suất định mức DC & AC Bìa giảng NLTT Trần Công Binh ĐH Bách Khoa TP.HCM 137 Năng lượng tái tạo 272 Công suất định mức DC & AC 90% Năng lượng tái tạo 273 Công suất định mức DC & AC Bìa giảng NLTT Trần Công Binh ĐH Bách Khoa TP.HCM 138 Năng lượng tái tạo 274 Tính toán theo số giờ nắng đỉnh Năng lượng tái tạo 275 Tính toán theo số giờ nắng đỉnh Bìa giảng NLTT Trần Công Binh ĐH Bách Khoa TP.HCM 139 Năng lượng tái tạo 276 Cường độ nắng theo từng tháng trong năm tháng Số giờ nắng ở TP. Long Xuyên là 5 giờ/ngày. Nguồn: NASA Năng lượng tái tạo 277 Tính toán theo số giờ nắng đỉnh Bìa giảng NLTT Trần Công Binh ĐH Bách Khoa TP.HCM 140 Năng lượng tái tạo 278 Tính toán theo số giờ nắng đỉnh Năng lượng tái tạo 279 Tính toán theo số giờ nắng đỉnh Bìa giảng NLTT Trần Công Binh ĐH Bách Khoa TP.HCM 141 Năng lượng tái tạo 280 Tính toán theo số giờ nắng đỉnh Năng lượng tái tạo 281 Tính toán theo số giờ nắng đỉnh Bìa giảng NLTT Trần Công Binh ĐH Bách Khoa TP.HCM 142 Năng lượng tái tạo 282 Hệ số sử dụng CF cho hệ PV nối lưới Năng lượng tái tạo 283 Tính toán công suất cho hệ PV nối lưới Bìa giảng NLTT Trần Công Binh ĐH Bách Khoa TP.HCM 143 Năng lượng tái tạo 284 Tính toán công suất cho hệ PV nối lưới Năng lượng tái tạo 285 Tính toán công suất cho hệ PV nối lưới Bìa giảng NLTT Trần Công Binh ĐH Bách Khoa TP.HCM 144 Năng lượng tái tạo 286 Tính toán công suất cho hệ PV nối lưới Năng lượng tái tạo 287 Tính toán công suất cho hệ PV nối lưới Bìa giảng NLTT Trần Công Binh ĐH Bách Khoa TP.HCM 145 Năng lượng tái tạo 288 Tính toán công suất cho hệ PV nối lưới Năng lượng tái tạo 289 Tính toán công suất cho hệ PV nối lưới Bìa giảng NLTT Trần Công Binh ĐH Bách Khoa TP.HCM 146 Năng lượng tái tạo 290 Tính toán công suất cho hệ PV nối lưới Năng lượng tái tạo 291 Tính toán công suất cho hệ PV nối lưới Bìa giảng NLTT Trần Công Binh ĐH Bách Khoa TP.HCM 147 Năng lượng tái tạo 292 Tính toán công suất cho hệ PV nối lưới Năng lượng tái tạo 293 Tính toán công suất cho hệ PV nối lưới Bìa giảng NLTT Trần Công Binh ĐH Bách Khoa TP.HCM 148 Năng lượng tái tạo 294 8. Tính toán kinh tế cho hệ nối lưới Hiệu quả kinh tế của hệ thống Năng lượng tái tạo 295 Tính theo USD/W Bìa giảng NLTT Trần Công Binh ĐH Bách Khoa TP.HCM 149 Năng lượng tái tạo 296 Tính theo USD/W Năng lượng tái tạo 297 Tính giá thành Bìa giảng NLTT Trần Công Binh ĐH Bách Khoa TP.HCM 150 Năng lượng tái tạo 298 Tính giá thành Năng lượng tái tạo 299 Tính giá thành Bìa giảng NLTT Trần Công Binh ĐH Bách Khoa TP.HCM 151 Năng lượng tái tạo 300 Tính giá thành Năng lượng tái tạo 301 Tính giá thành Bìa giảng NLTT Trần Công Binh ĐH Bách Khoa TP.HCM 152 Năng lượng tái tạo 302 Tính giá thành Năng lượng tái tạo 303 Tính giá thành Bìa giảng NLTT Trần Công Binh ĐH Bách Khoa TP.HCM 153 Năng lượng tái tạo 304 Tính giá thành Năng lượng tái tạo 305 9. Xu hướng sử dụng năng lượng mặt trời Bìa giảng NLTT Trần Công Binh ĐH Bách Khoa TP.HCM 154 Năng lượng tái tạo 306 Xu hướng sử dụng năng lượng mặt trời Năng lượng tái tạo 307 Xu hướng sử dụng năng lượng mặt trời Bìa giảng NLTT Trần Công Binh ĐH Bách Khoa TP.HCM 155 Năng lượng tái tạo 308 Xu hướng sử dụng năng lượng mặt trời Năng lượng tái tạo 309 Xu hướng sử dụng năng lượng mặt trời Bìa giảng NLTT Trần Công Binh ĐH Bách Khoa TP.HCM 156 Năng lượng tái tạo 310 Xu hướng sử dụng năng lượng mặt trời Đức Năng lượng tái tạo 311 Xu hướng sử dụng năng lượng mặt trời Đức Bìa giảng NLTT Trần Công Binh ĐH Bách Khoa TP.HCM 157 Năng lượng tái tạo 312 Xu hướng sử dụng năng lượng mặt trời Đức Năng lượng tái tạo 313 Xu hướng sử dụng năng lượng mặt trời Đức Bìa giảng NLTT Trần Công Binh ĐH Bách Khoa TP.HCM 158 Năng lượng tái tạo 314 Xu hướng sử dụng năng lượng mặt trời Đức Năng lượng tái tạo 315 Xu hướng sử dụng năng lượng mặt trời Đức Bìa giảng NLTT Trần Công Binh ĐH Bách Khoa TP.HCM 159 Năng lượng tái tạo 316 Xu hướng sử dụng năng lượng mặt trời Đức Năng lượng tái tạo 317 Xu hướng sử dụng năng lượng mặt trời Đức Bìa giảng NLTT Trần Công Binh ĐH Bách Khoa TP.HCM 160 Năng lượng tái tạo 318 Xu hướng sử dụng năng lượng mặt trời Úc Năng lượng tái tạo 319 Xu hướng sử dụng năng lượng mặt trời Trung Quốc Bìa giảng NLTT Trần Công Binh ĐH Bách Khoa TP.HCM 161 Năng lượng tái tạo 320 Xu hướng sử dụng năng lượng mặt trời Cơ cấu nguồn phát điện 2011 Phát điện năm 2010 Việt nam Năng lượng tái tạo 321 Xu hướng sử dụng năng lượng mặt trời Việt nam Bìa giảng NLTT Trần Công Binh ĐH Bách Khoa TP.HCM 162 Năng lượng tái tạo 322 Việt nam Xu hướng sử dụng năng lượng mặt trời Năng lượng tái tạo 323 Việt nam Xu hướng sử dụng năng lượng mặt trời Bìa giảng NLTT Trần Công Binh ĐH Bách Khoa TP.HCM 163 Năng lượng tái tạo 324 Việt nam Xu hướng sử dụng năng lượng mặt trời Năng lượng tái tạo 325 Việt nam Xu hướng sử dụng năng lượng mặt trời Bìa giảng NLTT Trần Công Binh ĐH Bách Khoa TP.HCM 164 Năng lượng tái tạo 326 Việt nam Xu hướng sử dụng năng lượng mặt trời Năng lượng tái tạo 327 Việt nam Xu hướng sử dụng năng lượng mặt trời Bìa giảng NLTT Trần Công Binh ĐH Bách Khoa TP.HCM 165 Năng lượng tái tạo 328 10. Giải pháp công nghệ cho các hệ điện mặt trời Năng lượng tái tạo 329 Giải pháp công nghệ cho các hệ điện mặt trời Bìa giảng NLTT Trần Công Binh ĐH Bách Khoa TP.HCM 166 Năng lượng tái tạo 330 Giải pháp công nghệ cho các hệ điện mặt trời Năng lượng tái tạo 331 Giải pháp công nghệ cho các hệ điện mặt trời Bìa giảng NLTT Trần Công Binh ĐH Bách Khoa TP.HCM 167 Năng lượng tái tạo 332 Hệ điện mặt trời độc lập: dành cho khu vực chưa có chưa lưới điện quốc gia. Năng lượng tái tạo 333 Hệ điện mặt trời độc lập: dành cho khu vực chưa có chưa lưới điện quốc gia. Bìa giảng NLTT Trần Công Binh ĐH Bách Khoa TP.HCM 168 Năng lượng tái tạo 334 Hệ điện mặt trời độc lập: dành cho khu vực chưa có chưa lưới điện quốc gia. Hệ thống tích hợp “all in one” Năng lượng tái tạo 335 Hệ điện mặt trời độc lập: dành cho khu vực chưa có chưa lưới điện quốc gia. Bìa giảng NLTT Trần Công Binh ĐH Bách Khoa TP.HCM 169 Năng lượng tái tạo 336 Máy phát điện dự phòng dùng acquy Giải pháp công nghệ cho các hệ điện mặt trời Năng lượng tái tạo 337 – Điện mặt trời đƣợc biến đổi hòa trực tiếp lên lƣới điện quốc gia – Hệ thống phát điện phân tán từ mỗi mái nhà – Không dùng acquy, chi phí bảo dƣỡng thấp – Cho phép nâng cấp Hệ điện mặt trời độc lập ngay khi có điện lƣới quốc gia – Dễ lắp đặt, vận hành, tuổi thọ cao Hệ điện mặt trời hòa lưới điện quốc gia Bìa giảng NLTT Trần Công Binh ĐH Bách Khoa TP.HCM 170 Năng lượng tái tạo 338 Hệ điện mặt trời hòa lưới điện quốc gia Năng lượng tái tạo 339 Hệ điện mặt trời hòa lưới điện quốc gia Phát điện phân tán, không dùng acquy, giảm CO2, tuổi thọ cao, phí bảo dưỡng thấp Bìa giảng NLTT Trần Công Binh ĐH Bách Khoa TP.HCM 171 Năng lượng tái tạo 340 Đơn giản, hiệu quả, dễ lắp đặt, vận hành Hệ điện mặt trời hòa lưới điện quốc gia Năng lượng tái tạo 341 OB: đặc thù cho điều kiện Việt Nam W0 = W2 - W1 Hệ điện mặt trời hòa lưới điện quốc gia Bìa giảng NLTT Trần Công Binh ĐH Bách Khoa TP.HCM 172 Năng lượng tái tạo 342 Thiết bị hòa lưới điện mặt trời Hệ điện mặt trời hòa lưới điện quốc gia Năng lượng tái tạo 343 Hệ điện mặt trời hòa lưới ở ĐH Bách Khoa TP.HCM từ 2007 Bìa giảng NLTT Trần Công Binh ĐH Bách Khoa TP.HCM 173 Năng lượng tái tạo 344 Hệ điện mặt trời hòa lưới điện quốc gia Năng lượng tái tạo 345 Hệ điện mặt trời hòa lưới điện quốc gia Bìa giảng NLTT Trần Công Binh ĐH Bách Khoa TP.HCM 174 Năng lượng tái tạo 346 Giải pháp hệ điện mặt trời hòa lƣới: – Dễ lắp đặt, vận hành, tuổi thọ cao (>30 năm) – Thời gian hoàn vốn chắc chắn chỉ từ 10-12 năm theo giá điện hiện hành – Không dùng acquy, chi phí bảo dƣỡng thấp – Thân thiện môi trƣờng, giảm phát thải CO2 – Phát điện phân tán, dễ đầu tử mở rộng – Phù hợp xu hƣớng phát triển khi nhu cầu tiêu thụ và giá điện ngày càng tăng cao – Đặc biệt hiệu quả khi Nhà Nƣớc, EVN chấp nhận mua điện mặt trời với giá ƣu đãi Hệ điện mặt trời hòa lưới điện quốc gia Năng lượng tái tạo 347 Hệ điện mặt trời lai – vừa hòa lưới điện quốc gia, vừa có dự trữ phòng khi cúp điện. Đặc thù cho điều kiện Việt Nam Bìa giảng NLTT Trần Công Binh ĐH Bách Khoa TP.HCM 175 Năng lượng tái tạo 348 Hệ điện mặt trời lai – vừa hòa lưới điện quốc gia, vừa có dự trữ phòng khi cúp điện. Năng lượng tái tạo 349 Tài liệu tham khảo 1. Gilbert M. Masters, "Renewable and Efficient Electric -Power Systems" -JOHN WILEY & SONS, 2004. 2. PVPS Report, A Snapshot of Global PV 1992- 2012, Preliminary information from the IEA PVPS Programme. Report IEA-PVPS T1-22:2013 Bìa giảng NLTT Trần Công Binh ĐH Bách Khoa TP.HCM 176 350 TB Trần Công Binh GV ĐH Bách Khoa TP.HCM Phone: 0908 468 100 Email: tcbinh@hcmut.edu.vn binhtc@yahoo.com Website: www4.hcmut.edu.vn/~tcbinh