Bài giảng Năng lượng tái tạo - Chương 2 Năng lượng điện mặt trời
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 dưỡng thấp
– Thân thiện môi trƣờng, giảm phát thải CO2
– Phát điện phân tán, dễ đầu tử mở rộng
– Phù hợp xu hướng phát triển khi nhu cầu tiêu thụ và giá điện ngày càng tăng cao
– Đặc biệt hiệu quả khi Nhà Nước, EVN chấp nhận mua điện mặt trời với giá ưu đãi
176 trang |
Chia sẻ: truongthinh92 | Lượt xem: 1939 | Lượt tải: 1
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Bài giảng Năng lượng tái tạo - Chương 2 Năng lượng điện mặt trời, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
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 rcủa bề mặt đó.r0.8 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 1m 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 1m.
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
OB: 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
TB
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
Các file đính kèm theo tài liệu này:
- c2_nltt_vb_5_2015_2s_8073.pdf