Điều khiển hệ thống định hướng mặt trời và lau rửa tấm pin tự động

Đại học Đông Á 1 Solar Tracking & Solar Panel Cleaning System
MỤC LỤC
MỤC LỤC .............................................................................................................1
MỞ ĐẦU................................................................................................................3
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ NĂNG LƢỢNG MẶT TRỜI .......................6
1.1 TÌNH HÌNH SỬ DỤNG NĂNG LƢỢNG MẶT TRỜI ................................6
1.1.1 Tình hình sử dụng năng lƣợng mặt trời trên thế giới ..............................8
1.1.2 Tình hình sử dụng năng lƣợng mặt trời ở Việt Nam.............................11
CHƢƠNG 2. NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC VÀ CẤU TẠO PV CELLS ...........16
2.1 CẤU TẠO CỦA TẤM PIN MẶT TRỜI.....................................................16
2.1.1 Giới thiệu về bán dẫn.............................................................................16
2.1.2 Nguyên lý làm việc tấm pin Mặt trời.....................................................21
2.2 CẤU TẠO TẤM PIN MẶT TRỜI ..............................................................24
2.2.1 Cấu tạo tấm Pin Mặt trời .......................................................................24
2.2.2 Các thông số sỹ thuật.............................................................................28
2.2.3 Các thế hệ Pin Mặt trời..........................................................................30
2.3 TIỂU KẾT 2................................................................................................31
CHƢƠNG 3. MÔ PHỎNG VÀ KHẢO SÁT ĐẶC PV CELLS .....................33
3.1 MÔ HÌNH TOÁN HỌC...............................................................................33
3.1.1 Mô hình toán học đơn giản của tấm Pin Mặt trời..................................33
3.1.2 Mô hình chi tiết của tấm Pin mặt trời....................................................34
3.1.3 Các yếu tố môi trƣờng ảnh hƣởng đến đặc tính của tấm Pin Mặt Trời.35
3.2 MÔ PHỎNG ĐẶC TÍNH TẤM PIN MẶT TRỜI.......................................36
3.2.1 Giới thiệu chung về Matlab ...................................................................36
3.2.2 Sơ đồ lập trình Guide đƣờng đặc tính của PV-Cells .............................36
3.2.3 Kết quả mô phỏng các đƣờng đặc tính của PV Cells ............................39
3. TIỂU KẾT 3...................................................................................................43
CHƢƠNG 4. LẮP RÁP, ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG LAU RỬA PV -
CELLS VÀ HỆ THỐNG ĐỊNH HƢỚNG MẶT TRỜI SOLAR TRACKING.44

4.1 TỔNG QUAN ..............................................................................................44
4.2 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG..........................................45
4.2.1 Hệ thống lau rửa tấm Pin Mặt Trời........................................................45
4.2.2 Hệ thống định hƣớng Mặt Trời..............................................................46
4.3 NGUYÊN LÝ ĐIỀU KHIỂN VÀ SƠ ĐỒ THUẬT TOÁN........................47
4.3.1 Hệ thống lau rửa tấm Pin.......................................................................47
4.3.2 Hệ thống định hƣớng Mặt Trời..............................................................50
4.3.3 Mô hình thực tế......................................................................................51
4.4 TIỂU KẾT 4................................................................................................54
KẾT LUẬN..........................................................................................................55
TÀI LIỆU THAM KHẢO..................................................................................57

MỞ ĐẦU
Ngày nay, với sự phát triển vƣợt bậc của ngành năng lƣợng mới nói chung và
ngành năng lƣợng mặt trời nói riêng, cuộc sống của con ngƣời đã chuyển sang một
thời đại mới, thời đại năng lƣợng xanh. Với việc nghiên cứu, phát triển và đƣa và sử
dụng các nguồn năng lƣợng tái tạo, năng lƣợng xanh nhƣ: năng lƣợng gió, năng
lƣợng mặt trời, năng lƣợng địa nhiệt, năng lƣợng sóng, thủy triều,...vào đời sống xã
hội, đời sống con ngƣời đang làm giảm áp lực về tình hình cạn kiệt nguồn nhiên
liệu hóa thạch, nhu cầu năng lƣợng của con ngƣời ngày càng tăng cao[1,2,3]
; đồng
thời, giảm đƣợc sự ô nhiễm môi trƣờng, các chất thải độc hại do nguồn nhiên liệu
hóa thạch sinh ra[4,5]
. Chính vì vậy, việc sử dụng, đầu tƣ nghiên cứu, ứng dụng các
nguồn năng lƣợng tái tạo đang là xu thế tất yếu của các nƣớc trên thế giới[4,5]
.
Trong quá trình vận hành các nhà máy điện sản xuất từ năng lƣợng tái tạo nhƣ
nhà máy quang điện hoặc điện gió thì về cơ bản giống nhƣ những nhà máy điện
truyền thống nhƣ nhà máy nhiệt điện, thủy điện. Nhƣng trong nhà máy quang điện
thì việc giám sát không chỉ các thông số của hệ thống điện, các hệ thống bảo vệ mà
việc giám sát còn rất đƣợc chú ý đó là bề mặt của các tấm pin. Bởi vì, các đặc tính
điện áp và dòng điện đầu ra của tấm pin không chỉ phụ thuộc vào cấu tạo chất bán
dẫn làm ra tấm pin, công nghệ sản xuất, điều kiện tự nhiên nhƣ bức xạ Mặt Trời,
nhiệt độ không khí, mà còn ảnh hƣởng lớn của sự che khuất bởi mây, bụi bẩn, các
vật cản,...[1]
.
Hiện nay, đã có rất nhiều các nghiên cứu về đặc tính điện áp, dòng điện, công
suất của tấm pin Mặt Trời trên các phần mềm nhƣ Matlab[5,6,7]
, PSCAD[8]
,... Có
nhiều nghiên cứu, ứng dụng và các bài báo viết về nâng cao hiệu suất làm việc tấm
pin Mặt Trời[9,10]
, hoặc sử dụng các robot để lau rửa tấm pin Mặt Trời[11,12,13]
, hoặc
cũng có một số nghiên cứu về các vật liệu có khả năng tẩy rửa, làm sạch bề mặt tấm
pin Mặt Trời nhƣ SiO2/TiO2
[14,15,16]
, nhƣng chƣa có các bài viết nghiên cứu chính
thức về việc nâng cao hiệu suất tấm pin Mặt Trời theo đặc tính điện áp đầu ra của
tấm pin.
Nếu hệ thống pin năng lƣợng Mặt Trời đƣợc giám sát các đặc tính điện áp, dòng
điện đầu ra dựa trên các thông số xác định của các điều kiện tự nhiên nhƣ bức xạ
Mặt Trời (W/m2
), nhiệt độ không khí (o
C) để điều chỉnh nâng hiệu suất làm việc
cho các tấm pin, đồng thời ngăn chặn các hiện tƣợng che khuất bất thƣờng sẽ thật
sự hữu ích. Đồng thời, nếu kết hợp đƣợc với các vật liệu có khả năng tẩy rửa kèm

theo hệ thống lau rửa dựa trên đặc tính điện áp tấm pin sẽ mang lại hiệu quả thực tế
rất cao. Do đó, chúng tôi quyết định thực hiện đề tài nghiên cứu về đặc tính tấm pin
Mặt Trời (PhotoVoltaic- Cells, PV-Cells) để từ đó xác giá trị điện áp đầu ra PV-
Cells trong điều kiện bức xạ Mặt Trời, nhiệt độ không khí xác định đối với mỗi loại
PV-Cells. Nếu trong quá trình vận hành, giá trị điện áp PV-Cells đột nhiên giảm bất
thƣờng sẽ đƣợc hệ thống giám sát báo về cho ngƣời vận hành biết để xử lý, kích
hoạt hệt hống lau rửa tự động. Ngoài ra, để nâng cao hiệu suất làm việc cho hệ
thống PV-Cells, chúng tôi xây dựng thêm hệ thống định hƣớng Mặt Trời (Solar
Tracking) cho hệ thống PV-Cells. Đề tài: Khảo sát mô phỏng đặc tính PV –
CELLS điều khiển hệ thống định hƣớng mặt trời và lau rửa tấm pin tự động
trên nền tảng Matlab & Arduino. Để làm đề tài này, chúng tôi đã sử dụng các
phƣơng pháp nhƣ là nghiên cứu tài liệu, mô phỏng bằng phần mềm Matlab/Guide
trên máy tính, khảo sát thực tế, lấy ý kiến các chuyên gia về lĩnh vực này. Sau đó,
sử dụng cảm biến ánh sáng, Arduino làm mô hình điều khiển trên giao diện Guide
của Matlab. Đồng thời, trong đề tài này có sử dụng sự hỗ trợ đắc lực của phần mềm
Microsoft Office/Excel nhƣ các thông số dữ liệu của các loại PV-Cells đƣợc chúng
tôi sử dụng của nhà sản xuất[17]
đƣợc lƣu trữ để sau đó đọc lên Matlab phục vụ cho
việc mô phỏng. Hơn nữa là, các thông số điện áp của PV-Cells đƣợc ghi lại và lữu
trữ trong file excel là công cụ hữu ích để giúp cho việc quản lý, vận hành, kiểm tra
hệ thống PV-Cells một cách hiệu quả và chính xác mà không cần sử dụng phần
mềm chuyên dụng[18]
. Đây có thể sẽ hƣớng kết hợp phát triển mới giữa Matlab,
Arduino, Excel trong việc vận hành quản lý hệ thống PV-Cell, nhằm nâng cao hiệu
quả làm việc, tránh hiện tƣợng che khuất dựa trên đặc tính điện áp đầu ra tấm pin.
TỔNG QUAN VỀ NỘI DUNG ĐỀ TÀI
Chƣơng 1: Tổng quan về năng lƣợng Mặt Trời
Chƣơng 2: Cấu tạo và nguyên lý làm việc của tấm pin Mặt Trời
Chƣơng 3: Mô phỏng và khảo sát đặc tính tấm pin Mặt Trời
Chƣơng 4: Lắp ráp, điều khiển hệ thống định hƣớng Mặt Trời và hệ thống lau rửa
tấm pin Mặt Trời tự động
Trong quá trình nghiên cứu và phát triển tôi đã nhận đƣợc sự giúp đỡ và hƣớng
dẫn tận tình của thầy ThS. Đỗ Công Ngôn. Thầy đã cho chúng tôi những gợi ý

cũng nhƣ những ý kiến vô cùng quan trọng, giúp chúng tôi có thể vƣợt qua những
khó khăn trong quá trình tiếp cận, nghiên cứu, xây dựng và hoàn thiện đề tài.
Chúng tôi rất mong đề tài này sẽ đƣợc đón nhận và có những đóng góp ý kiến để
phát triển và hoàn thiện hơn nữa sản phẩm này và hi vọng một ngày không xa, sản
phẩm này sẽ đƣợc ứng dụng rộng rãi trong các trạm pin mặt trời.
Kết quả đạt đƣợc sau thời gian nghiên cứu, làm việc là xây dựng đƣợc mô hình
nghiên cứu, mô phỏng đƣợc trên Matlab và chạy thực tế theo nghiên cứu đã đề ra.
Tuy kết quả khả quan, nhƣng còn nhiều sai sót và cần phát triển và bổ sung thêm.
Nhƣng đây là kết quả thực sự đạt đƣợc do quá trình tìm tòi, nghiên cứu tài liệu, trên
mạng, hƣớng dẫn các chuyên gia, sự hƣớng dẫn của thầy cô trong khoa Kỹ thuật
Điện - Ô tô trƣờng Đại học Đông Á.
Một lần nữa, xin chân thành cám ơn tới những ngƣời đã giúp đỡ chúng tôi hoàn
thiện đề tài này.
Đà Nẵng, ngày .... tháng 12 năm 2018
NGƢỜI THỰC HIỆN
(Ký và viết rõ họ tên)
TRẦN SỸ DANH

CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ NĂNG LƢỢNG MẶT TRỜI
1.1 TÌNH HÌNH SỬ DỤNG NĂNG LƢỢNG MẶT TRỜI
Năng lƣợng là cần thiết cho cuộc sống và mọi hoạt động của tất cả các nền kinh
tế. Cũng giống nhƣ thực phẩm và nƣớc, năng lƣợng không thể thiếu. Nó đã đóng
một vai trò cơ bản trong sự phát triển của các nền văn minh. Nó là nguyên nhân gây
ra chiến tranh giữa các dân tộc để giành quyền kiểm soát các nguồn năng lƣợng.
Trong thế k XX, nhân loại dễ dàng tiếp cận với các nguồn năng lƣợng dồi dào, giá
r và tập trung vào các nguồn năng lƣợng cho ph p phát triển nhanh hơn về kinh tế.
Việc phát hiện ra điện, một dạng rất thuận lợi của năng lƣợng, đã cách mạng hóa
việc sử dụng năng lƣợng và trở thành dạng năng lƣợng thiết yếu trong cuộc sống
hiện đại. Tuy nhiên, mặc d có sự phát triển vƣợt bậc về năng lƣợng, nhƣng một t
lệ đáng kể nhân loại vẫn không thể đáp ứng đƣợc nhu cầu năng lƣợng. Nhu cầu
năng lƣợng của con ngƣời đã liên tục tăng lên. Ngày nay, chúng ta sống trong một
thế giới mà chúng ta luôn cần nhiều hơn, mặc d r ràng là chúng ta đang đạt đến
giới hạn của sự tăng trƣởng vội vàng này. Chúng ta cần phải giải quyết vấn đề vô
c ng nan giải là làm thế nào để tiến bộ hơn nữa mà không tiêu thụ nhiều năng lƣợng
hơn nữa[1,4]
.
Lịch sử đã chứng minh, năng lƣợng có vai trò quyết định đến sự phát triển của xã
hội loài ngƣời. Quốc gia nào giàu có về năng lƣợng và tự chủ đƣợc năng lƣợng,
quốc gia đó sẽ có điều kiện rất lợi để phát triển kinh tế.
Nguồn năng lƣợng hóa thạch là nguồn năng lƣợng quan trọng nhất cho đến hiện
nay, cung cấp trên 80 năng lƣợng sơ cấp của thế giới. Năm 2005, trừ các sinh
khối truyền thống, nhiên liệu hóa thạch đƣợc sử dụng nhiều nhất là dầu mỏ 35 ),
than đá 25 ), khí thiên nhiên 21 ).
Nhu cầu về năng lƣợng của Thế giới tiếp tục tăng lên đều đặn trong hơn hai thập
k qua.Nguồn năng lƣợng hóa thạch vẫn chiếm 90% tổng nhu cầu về năng lƣợng
cho đến năm 2025.
Tuy nhiên, trữ lƣợng của các nguồn nhiên liệu hóa thạch là có hạn. Và vấn đề an
ninh năng lƣợng thế giới đang bị đe dọa khi chúng ta đang phải đối diện với nguy
cơ cạn kiệt nguồn nhiên liệu này trong tƣơng lai không xa.
Nhu cầu đòi hỏi về năng lƣợng của từng khu vực trên Thế giới cũng không giống
nhau[4]
.

Hình 1.1. Mức tiêu thụ các nguồn năng lƣợng trên thế giới 1970-2025 và lƣợng
khí thải CO2 sinh ra do sử dụng năng lƣợng hóa thạch.
Tài liệu của Cơ quan Thông tin Năng lƣợng 2004 đã dự báo rằng nhu cầu tiêu thụ
tất cả các nguồn năng lƣợng đang có xu hƣớng tăng nhanh. Giá của các năng lƣợng
hóa thạch d ng cũng vẫn r hơn so với các nguồn năng lƣợng hạt nhân, năng lƣợng
tái tạo hay năng lƣợng các dạng năng lƣợng hoàn nguyên khác.
Hình 1.2. Tiêu thụ năng lƣợng thế giới theo nguồn năng lƣợng 1970-2025 đơn vị
nghìn triệu triệu tu) và biểu đồ tiêu thụ năng lƣợng thế giới của các nguồn năng
lƣợng %)
Hiện nay thì các nguồn năng lƣợng hóa thạch đang cạn kiệt và dần dần đƣợc thay
thế bằng các nguồn năng lƣợng tái tạo nhƣ: năng lƣợng mặt trời, gió, thủy triều,
sinh khối, địa nhiệt,
Có khoảng 16 lƣợng tiêu thụ điện toàn cầu từ các nguồn năng lƣợng tái tạo, với
10%trong tất cả năng lƣợng từ sinh khối truyền thống, chủ yếu đƣợc d ng để cung
cấp nhiệt, và 3,4% từ thủy điện. Các nguồn năng lƣợng tái tạo mới (small hydro,
sinh khối hiện đại, gió, mặt trời, địa nhiệt, và nhiên liệu sinh học) chiếm thêm 3%
và đang phát triển nhanh chóng.Ở cấp quốc gia, có ít nhất 30 quốc gia trên thế giới
đã sử dụng năng lƣợng tái tạo và cung cấp hơn 20 nhu cầu năng lƣợng của họ.
Các thị trƣờng năng lƣợng tái tạo cấp quốc gia đƣợc dự đoán tiếp tục tăng trƣởng
mạnh trong thập k tới và sau đó nữa.Ví dụ nhƣ, năng lƣợng gió đang phát triển với

tốc độ 30% mỗi năm, công suất lắp đặt trên toàn cầu là 282,482 MW) đến cuối
năm 2012.
1.1.1 Tình hình sử dụng năng lƣợng mặt trời trên thế giới
Năng lƣợng mặt trời đƣợc phát ra từ mặt trời là nguồn năng lƣợng sạch, có đặc
tính “tái tạo” và có trữ lƣợng khổng lồ. Nó còn là nguồn gốc của các nguồn năng
lƣợng sạch và tái tạo khác nhƣ: năng lƣợng gió, năng lƣợng sinh khối, thu năng và
năng lƣợng đại dƣơng.
Trái đất nhận đƣợc 174 petawatts PW) bức xạ mặt trời đến sự phơi nắng) ở phía
trên không khí. Khoảng 30 đƣợc phản xạ trở lại không gian trong khi phần còn lại
đƣợc hấp thụ bởi các đám mây, đại dƣơng và v ng đất. Phổ của ánh sáng năng
lƣợng mặt trời ở bề mặt của trái đất chủ yếu gồm các phổ nhìn thấy đƣợc và phổ cận
hồng ngoại, c ng với một phần nhỏ phổ cận tử ngoại.
Trong các năm gần đây, các công nghệ năng lƣợng tái tạo, trong đó có các công
nghệ năng lƣợng mặt trời có tốc độ tăng trƣởng cao và liên tục. Lý do của xu hƣớng
trên là:
- Công nghệ ngày càng hoàn thiện, dẫn đến giá năng lƣợng tái tạo càng ngày
càng giảm sâu.
- Vấn đề an ninh năng lƣợng. năng lƣợng tái tạo là nguồn năng lƣợng địa phƣơng
nên không phụ thuộc vào nguồn nhập khẩu, và do đó không phụ thuộc vào các biến
đổi chính trị và các tác động khác.
- Các nguồn năng lƣợng hóa thạch đã dần cạn kiệt, trong lúc nhu cầu năng lƣợng
không ngừng tăng.
- Ô nhiễm môi trƣờng do khai thác sử dụng năng lƣợng hóa thạch đã đến mức
báo động, dẫn đến các hiện tƣợng biến đổi khí hậu trên toàn cầu. Việc cắt giảm phát
thải, sử dụng các nguồn năng lƣợng sạch - các nguồn năng lƣợng tái tạo, vì vậy trở
nên cấp bách và càng ngày càng có tính nghĩa vụ đối với các quốc gia.
Đến 2013, năng lƣợng tái tạo đã chiếm t lệ 22,1% trong tổng sản xuất điện năng
trên toàn cầu. Nếu kể thêm cả sản xuất nhiệt thì t lệ năng lƣợng tái tạo trong tổng
sản xuất năng lƣợng trên toàn cầu còn có t lệ cao hơn nhiều. Đặc biệt, trong các
năm gần đây, giai đoạn 2008-2013, tốc độ tăng trƣởng năng lƣợng tái tạo nói chung
và năng lƣợng mặt trời nói riêng đạt giá trị khá cao. Trừ 2 nguồn thủy điện và địa
nhiệt có tốc độ dƣới 4 /năm thì các nguồn năng lƣợng tái tạo khác có tốc độ tăng

trƣởng trên 10 /năm. Ấn tƣợng nhất là tốc độ tăng trƣởng của các công nghệ năng
lƣợng mặt trời: điện pin mặt trời tăng 55 ; nhiệt điện mặt trời (Concentrated solar
power- CSP) 48% và nhiệt mặt trời (chủ yếu để đun nƣớc nóng) - 14 /năm.
Hình 1.3 Điện năng sản xuất thế giới 2010 - 2030
Xu thế chung ngày càng rõ nét của tất cả các nƣớc trên thế giới hiện nay là tăng
t phần năng lƣợng tái tạo và giảm năng lƣợng hóa thạch. Ví dụ, năm 2013, ở Đan
Mạch và Tây an Nha, điện năng lƣợng gió đáp ứng lần lƣợt là 33,2% và 21% tổng
nhu cầu điện; nhiều cộng đồng và vùng lãnh thổ đặt mục tiêu sử dụng 100 điện
năng lƣợng tái tạo vào năm 2020 nhƣ Dijibouti, Scotlandvà các quốc gia đảo vùng
Tuvalu; nƣớc Đức đặt ra mục tiêu đến năm 2020, khoảng 20 triệu dân (trên tổng số
65 triệu) sống ở các vùng sử dụng 100 năng lƣợng tái tạo (REN21-2014).
Năm 2014 có 5 cƣờng quốcđiện mặt trời đƣợc sắp xếp theo thứ tự về tổng công
suấtvà t lệ điện năng mặt trời trong tổng điện năng quốc gianhƣ sau:
Đức Ý
Trung
Quốc
Nhật
Bản
Hoa Kỳ
Tổng công suất
(GW)
35,65 18 17,7 11,86 11,42
Tỉ lệ điện mặt trời
trong tổng điện năng
quốc gia (%)
5,3 9 0,1 0,8 0,3

Hình 1.4 Thị phần thiết bị nƣớc nóng mặt trời của 10 nƣớc dẫn đầu trên thế giới
Có nhiều quốc gia đều đã đƣa ra các mục tiêu và lĩnh vực phát triển năng lƣợng
tái tạo cụ thể, thậm chí các quốc gia có nguồn năng lƣợng hóa thạch phong phú
cũng đã đƣa ra những chính sách rất cụ thể về năng lƣợng tái tạo.
Quốc
gia
Mục tiêu phát triển
năng lƣợng tái tạo
Lĩnh vực trọng điểm
và phƣơng pháp
EU
Năng lƣợng tái tạo chiếm 20%
tổng tiêu hao năng lƣợng năm
2020, và chiếm 50 năm 2050.
Xúc tiến buôn bán năng lƣợng gió,
mặt trời, sinh khối, mạng điện thông
minh, xử lý khí thải CO2.
Anh
Đến năm 2020, năng lƣợng tái
tạo chiếm 15% tổng năng lƣợng,
trong đó có 40 là điện năng từ
năng lƣợng xanh.
Tích tực phát triển điện gió trong lục
địa, trên biển, điện sinh khối, phát
triển mạng điện thông minh và các kỹ
thuật truyền tải, giá phát điện tử năng
lƣợng tái tạo hợp lý.
Đức
Đến năm 2020, 2030, 2040, 2050
thì năng lƣợng tái tạo chiếm tỉ lệ
trong tổng tiêu hao năng lƣợng là
18 , 30 , 45 , 60 ; điện từ
năng lƣợng tái tạo chiếm tỉ lệ
35%,50%, 65% và 80% trong
tổng tiêu hao điện năng toàn
quốc.
Duy trì quản lý mạng điện gió, mặt
trời, ..phát triển quản lý truyền tải điện
năng, mở rộng khả năng lƣu trữ năng
lƣợng tái tạo, ổn định giá điện từ năng
lƣợng tái tạo trên lƣới điện, giá hỗ trợ
Đan
Mạch
Đến năm 2020 điện gió chiếm
50% tổng sản lƣợng điện; đến
năm 2050 thì hoàn toàn không sử
dụng điện từ năng lƣợng hóa
thạch.
Duy trì sự phát triển điện gió, hệ
thống sƣởi bằng năng lƣợng xanh,
thúc đẩy năng lƣợng xanh ở các công
trình kiến trúc, công nghiệp, giao
thông, phát triển lƣới điện thông
minh.
Mỹ Năm 2030 giảm lƣợng khí thải Thúc đẩy phát triển xây dựng điện
Trung Quốc
74%
Mỹ
7%Đức
5%
Thổ Nhĩ Kỳ
5%
Brazin
2%
Úc
2%
Ấn Độ
2%
Áo
1%
Nhật Bản
1%
Israel
1%
Trung Quốc Mỹ Đức Thổ Nhĩ Kỳ Brazin
Úc Ấn Độ Áo Nhật Bản Israel

Quốc
gia
Mục tiêu phát triển
Lĩnh vực trọng điểm
và phƣơng pháp
CO2 bằng 30% so với năm 2005. gió, điện mặt trời, nhiên liệu sinh
khối, mạng điện thông minh.
Trung
Quốc
Năm 2020 và năm 2030 thì năng
lƣợng thải khí CO2 chiếm tỉ lệ 20
và 15%.
Tiếp tục phát triển thủy điện, điện gió,
điện mặt trời, sử dụng nhiệt và nhiên
liệu từ năng lƣợng tái tạo. Hỗ trợ giá
cho năng lƣợng mới, nguồn điện mặt
trời khi kết nối lƣới.
Nhật
Bản
Đến năm 2030 tỉ lệ điện từ năng
lƣợng tái tạo chiếm 22%~24%
trong tổng sản lƣợng điện.
Đƣa ra chính sách về giá về quang
điện, điện gió trên biển.
Ấn Độ
Năng lƣợng tái tạo chiếm 5%
trong năm 2010 sẽ tăng lên 15
trong năm 1020 và tổng công
suất lắp đặt năm 2027 điện mặt
trời là 100GW, công suất lắp đặt
điện gió đạt 150GW.
Thực hành ổn định giá năng điện từ
năng lƣợng tái tạo.
1.1.2 Tình hình sử dụng năng lƣợng mặt trời ở Việt Nam
Ngày nay, toàn thế giới đang theo đuổi chƣơng trình phát triển bền vững. Các
nguồn năng lƣợng tái tạo không ngừng đƣợc nghiên cứu và phát triển, giá thành sử
dụng đƣợc giảm nhanh chóng. Việc phát triển các nguồn năng lƣợng tái tạo để
chống lại sự biến đổi khí hậu toàn cầu và cũng là cuộc các mạng thúc đẩy sự phát
triển khoa học kỹ thuật, đối phó với sự thiếu hụt năng lƣợng, ô nhiễm môi trƣờng
của tất cả các quốc gia trên thế giới.
Việt Nam có vị trí địa lí ở trong v ng quanh năm gió, nắng và bờ biển dài suốt
chiều dài của đất nƣớc. Với vị trí địa lí nhƣ vậy, chúng ta đã có nguồn tài nguyên
năng lƣợng tái sinh vô tận: năng lƣợng mặt trời, gió, sóng biển, thủy triều . Địa
hình của nƣớc ta có nhiều núi cao, dốc đứng rất thuận lợi để xây dựng các nhà máy
thủy điện. Đồng thời nƣớc ta có tiềm năng lớn về nguyên liệu để sản xuất khí sinh
học.Tuy vậy, Việt Nam mới chỉ khai thác đƣợc 25% nguồn năng lƣợng tái sinh
trong đó có năng lƣợng mặt trời) và còn lại 75% vẫn chƣa đƣợc khai thác.
Nguồn năng lƣợng mặt trời hầu nhƣ sử dụng quanh năm. Năng lƣợng bức xạ
mặt trời trung bình đạt 4 đến 5kWh/m2
mỗi ngày. Mật độ năng lƣợng mặt trời biến
đổi trong khoảng 300 đến 500 cal/cm2
/ngày. Số giờ nắng trung bình cả năm trong
khoảng 1.800 đến 2.100 giờ. Tiềm năng điện mặt trời tốt nhất ở các vùng Thừa
Thiên-Huế trở vào nam. Vùng Tây Bắc gồm các tỉnh Lai Châu, Sơn La, Lào Cai

và vùng Bắc Trung Bộ gồm các tỉnh Thanh Hóa, Nghệ An, Hà Tĩnh có năng
lƣợng mặt trời khá lớn. Nhƣ vậy, các tỉnh thành ở miền Bắc nƣớc ta đều có thể sử
dụng hiệu quả. Còn ở miền Nam, từ Đà Nẵng trở vào, năng lƣợng mặt trời rất lớn
và phân bố tƣơng đối điều hòa quanh năm. Trừ những ngày có mƣa rào, có thể nói
hơn 90 số ngày trong năm có thể sử dụng năng lƣợng mặt trời để đun nƣớc nóng
dùng cho sinh hoạt. Số giờ nắng trung bình cả năm trong khoảng 2.000 đến 2.600
giờ. Đây là khu vực ứng dụng năng lƣợng mặt trời rất hiệu quả[19]
.
Tuy nhiên, cả nƣớc mới có khoảng 60 hệ thống đun nƣớc nóng bằng năng lƣợng
mặt trời tập thể và hơn 5.000 hệ thống cho gia đình đã đƣợc lắp đặt. Trong đó,
khoảng 95 đƣợc lắp đặt sử dụng ở khu vực thành thị, 5 đƣơc sử dụng ở các
huyện lỵ hoặc một số hộ ở nông thôn. Đối tƣợng lắp đặt và sử dụng chủ yếu là các
hộ gia đình chiếm khoảng 99%, khoảng 1 cho các đối tƣợng khác nhƣ: nhà tr ,
trƣờng mẫu giáo, bệnh xá, khách sạn, trƣờng học, nhà hàng, [19]
Hình 1.5 Hình ảnh mô phỏng hệ thống pin năng lƣợng mặt trời
Việt Nam cũng đang triển khai nhiều chƣơng trình tiết kiệm năng lƣợng, trong đó
đặc biệt chú trọng phát triển mô hình bình đun nƣớc nóng bằng năng lƣợng mặt trời.
Trung tâm tiết kiệm năng lƣợng Hà Nội hiện đang thực hiện dự án lắp đặt thiết bị
đun nƣớc nóng bằng năng lƣợng mặt trời, góp phần tiết kiệm năng lƣợng khu vực
phía Bắc. Hiện trung tâm đang triển khai chƣơng trình ở các tỉnh thành Hải Phòng,
Quảng Ninh, Nam Định, Thanh Hóa, Sơn La, lắp đặt thí điểm 100 thiết bị ở quy mô
hộ gia đình. Cả nƣớc hiện có khoảng 2,5 triệu bình đun nƣớc nóng bằng điện có
công suất trong khoảng 2 đến 5 kW.
Hiện nay bình nƣớc nóng Thái Dƣơng đã đƣợc sử dụng khá rộng rãi trong các hộ
gia đình khách sạn ở thành phố, hải đảo vv Khách sạn Saigon Morin thành phố

Huế đã lắp đặt 11 giàn năng lƣợng mặt trời vào việc giặt là, đun nƣớc nóng và nấu
ăn. Cả nƣớc có hơn 10 cơ sở kinh doanh hoặc sản xuất thiết bị đun nƣớc nóng,
nhƣng số lƣợng rất hạn chế. Đó là các Công ty Sơn Hà, Tân Á, và các trƣờng
Đại học Bách khoa Hà Nội và Trƣờng Đại học Bách khoa TP Hồ Chí Minh cũng
tham gia nghiên cứu, chế tạo thiết bị trên. Vì vậy, trên thị trƣờng hiện nay thiết bị
bình đun nƣớc nóng năng lƣợng mặt trời khá phong phú về chủng loại nhƣ sản
phẩm “Thái dƣơng năng” của Công ty Sơn Hà, “Sun flower” của Công ty Tân Á,
“Helio” của Trƣờng Đại học Sƣ phạm Kỹ thuật TP Hồ Chí Minh chế tạo, sản phẩm
“Salar water heating” của Công ty TNHH Tự động xanh.
Tuy nhiên, việc phát triển hệ thống đun nƣớc nóng bằng năng lƣợng mặt trời
đang chƣa có chiến lƣợc phát triển và còn một số khó khó khăn.Ví dụ nhƣ sự hỗ trợ
của Nhà nƣớc về đầu tƣ nghiên cứu và phát triển về kinh phí, trang thiết bị kỹ thuật
cho sản xuất, ứng dụng còn khiêm tốn; Sự không đồng bộ giữa thiết kế bình đun
nƣớc nóng năng lƣợng mặt trời và các công trình xây dựng; Giá thành của thiết bị
đun nƣớc nóng năng lƣợng mặt trời còn khá cao, chƣa ph hợp với mức thu nhập
của ngƣời dân nói chung; cách lắp đặt, vận hành thiết bị chƣa đƣợc phổ biến rộng
rãi đến ngƣời tiêu d ng vv [20]
Nhu cầu về điện của Việt Nam hàng năm tiêu tốn khoảng 3,6 t kWh điện và sẽ
tăng nhanh theo tốc độ phát triển kinh tế, xây dựng nhà ở, dịch vụ và du lịch. Đây là
một con số rất lớn cho thấy một thị trƣờng đầy tiềm năng cho việc đầu tƣ nghiên
cứu, sản xuất thiết bị bình đun nƣớc nóng năng lƣợng mặt trời. Trong những năm
gần đây, một số công trình nghiên cứu sử dụng năng lƣợng mặt trời đã đem lại kết
quả kinh tế đáng kể.
Dƣới đây là một số dự án điện mặt trời:
Tên dự án P (MW) Địa điểm Chủ đầ tƣ
Nhà máy điện mặt trời
BIM1
30 Tỉnh Ninh Thuận
IM Group c ng đối
tác AC Energy
Trang trại Điện mặt trời
Gelex Ninh Thuận
50
Phƣớc Dinh, Thuận
Nam, Ninh Thuận
Tổng công ty cổ phần
Thiết bị điện Việt
Nam - Gelex
Hồ Bầu Ngứ
50
huyện Thuận Nam,
Ninh Thuận
Công ty cổ phần đầu
tƣ xây dựng và phát
triển Trƣờng Thành
đầm Trà Ổ
50
Châu Trúc, Mỹ
Châu (Phù Mỹ),
Công ty CP Năng
lƣợng tái tạo Việt

Tên dự án P (MW) Địa điểm Chủ đầ tƣ
ình Định. Nam
Nhà máy điện năng
lƣợng mặt trời
2.000
xã Ia Lốp và xã Ia
Rvê tại huyện Ea
Súp
Công ty TNHH Xuân
Thiện Ninh Bình
Nhà máy Điện mặt trời
Long Thành 250
Tỉnh Đắk Lắk
Công ty cổ phần đầu
tƣ và phát triển hạ
tầng Long Thành
lƣợng mặt trời
300-500
huyện Ea Súp,Tỉnh
Đắk Lắk
Tập đoàn AES Hoa
Kỳ)
miền trung
50
Cam Thịnh Tây,
thành phố Cam
Ranh, tỉnh Khánh
Hòa
Công ty CPCCREB
Nhà máy quang điện
mặt trời
60
thôn Thủy Ba và
thôn Tân An, xã
Cam An Bắc (huyện
Cam Lâm) ,TP. Cam
Ranh
Tổng công ty Điện lực
miền Trung
lƣợng mặt trời An Việt
40
thôn Hòa Sơn, xã
Cam Thịnh Đông,
TP. Cam Ranh
Công ty TNHH Phát
triển Năng lƣợng xanh
An Việt – Nha Trang
Nhà máy điện mặt trời,
thuộc Tổ hợp dự án điện
Dohwa
49,5
huyện Lệ Thủy,
Quảng Bình
Tập đoàn Dohwa, Hàn
Quốc
Hiện nay tại Việt Nam đang đƣợc triển khai xây dựng rất nhiều nhà máy điện
Mặt Trời ở khắp trên cả nƣớc. Đặc biệt các vùng núi, hải đảo, nơi có khó khăn trong
việc k o điện lƣới đến hoặc những nơi có điều kiện thuận lợi cho việc phát triển
nguồn ngăng lƣợng tái tạo này.
Cùng với xu thế phát triển chung của toàn thế giới thì ở Việt Nam bắt đầu sử
dụng, nghiên cứu, chế tạo và phát triển về công nghiệp năng lƣợng Mặt Trời. Mặc
d các nhà đầu tƣ đã bắt đầu đẩy mạnh nghiên cứu xây dựng dự án điện mặt trời tại
Việt Nam[21]
, nhƣng trƣớc đây hầu hết các dự án rất khó triển khai bởi trình tự, thủ
tục xin cấp phép xây dựng, bổ sung dự án điện mặt trời vào quy hoạch điện lực của
quốc gia và từng địa phƣơng còn rƣờm rà. Và đây chính là những rào cản đòi hỏi
các cơ quan quản lý, các cấp chính quyền phải vào cuộc tháo gỡ trong thời gian tới,
để điện mặt trời có thể phát triển đạt mục tiêu đề ra. Nhƣng nhiện nay, chính phủ đã

có những chính sách, hỗ trợ nên nhiều dự án đã và đang đƣợc triển khai trên khắp
Việt Nam[22]
. Sản lƣợng điện Mặt Trời đã bắt đầu hòa vào lƣới điện Quốc gia. Cụ
thể với vai trò trách nhiệm là đầu tàu, trụ cột của ngành năng lƣợng, và là đơn vị
chủ lực đảm bảo nguồn cung ứng điện cho nền kinh tế, Tập đoàn Điện lực Việt
Nam EVN), đã ban hành Nghị quyết về nghiên cứu phát triển điện mặt trời. Hiện
nay thì đã có 2 nhà máy điện đã và đang đƣợc xây dựng tại tỉnh Quảng ngãi và Ninh
Thuận, dự kiến nó sẽ đêm lại nhiều lợi ích kinh tế và môi trƣờng của 2 tỉnh nói
riêng và Việt Nam nói chung. Ngoài ra, nhiều tỉnh thành, nhiều trƣờng Đại học đã
nghiên cứu và tìm hiểu, đƣa vào ứng dụng và có các chính sách phát triển nguồn
năng lƣợng này. Điều này cho thấy Việt Nam đang cố gắng để thay đổi và bắt kịp
công nghệ trên thế giới, đặc biệt là công nghệ phát triển năng lƣợng mặt trời. Việt
Nam đang dần tiến bộ hơn trên con đƣờng phát triển năng lƣợng mặt trời của mình
đây là một điều đáng mừng đối với sự phát triển của chúng ta.
1.2 TIỂU KẾT 1
Sự phát triển năng lƣợng mặt trời trên thế giới ngày càng tăng lên nhanh chóng
dần thay thế cho năng lƣợng hóa thạch, nguồn năng lƣợng đang dần cạn kiệt do nhu
cầu sử dụng đang tăng lên và sự ô nhiễm môi trƣờng cũng khá lớn đối với con
ngƣời. Ở Việt Nam cƣờng độ bức xạ mặt trời trung bình khá cao. Tuy vậy, trong
thực tế, việc phát triển nguồn điện này ở nƣớc ta lại rất khiêm tốn, khai thác chƣa
thật đáng kể. Để hiểu, nghiên cứu và ứng dụng đƣợc nguồn năng lƣợng này, chúng
ta cần đi sâu hơn, c ng tìm hiểu về cấu tạo và thành phần của pin mặt trời đƣợc
trình bày cụ thể ở chƣơng 2 tiếp theo.

CHƢƠNG 2. NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC VÀ CẤU TẠO PV CELLS
2.1 CẤU TẠO CỦA TẤM PIN MẶT TRỜI
2.1.1 Giới thiệu về bán dẫn[1]
Chất bán dẫn (Semiconductor) là chất có độ dẫn điện ở mức trung gian giữa chất
dẫn điện và chất cách điện. Chất bán dẫn hoạt động nhƣ một chất cách điện ở nhiệt
độ thấp và có tính dẫn điện ở nhiệt độ phòng. Gọi là “bán dẫn” chữ “bán” theo
nghĩa Hán Việt có nghĩa là một nửa), vì chất này có thể dẫn điện ở một điều kiện
nào đó, hoặc ở một điều kiện khác sẽ không dẫn điện.
Có thể dựa trên tính dẫn điện, thì vật liệu bán dẫn không phải là vật liệu cách
điện mà cũng không phải là vật liệu dẫn điện tốt. Độ dẫn điện phụ thuộc nhiều vào
nhiệt độ, nhiệt độ tăng độ dẫn điện tăng còn ở kim loại thì ngƣợc lại). Các chất bán
dẫn thƣờng gặp là oxit đồng (Cu2O), sêlen, silicium, giécmani (selenium, Silicon,
silicium, giécmani).
Tính chất dẫn điện của các vật liệu rắn đƣợc giải thích nhờ lý thuyết v ng năng
lƣợng. Nhƣ ta biết, điện tử tồn tại trong nguyên tử trên những mức năng lƣợng gián
đoạn (các trạng thái dừng). Nhƣng trong chất rắn, khi mà các nguyên tử kết hợp lại
với nhau thành các khối, thì các mức năng lƣợng này bị phủ lên nhau, và trở thành
các v ng năng lƣợng và sẽ có ba v ng chính, đó là v ng hóa trị, vùng cấm và vùng
dẫn.
Vùng hóa trị Valence band) là v ng có năng lƣợng thấp nhất theo thang năng
lƣợng, là v ng mà điện tử bị liên kết mạnh với nguyên tử và không linh động.
Vùng dẫn (Conduction band) là vùng có mức năng lƣợng cao nhất, là vùng mà
điện tử sẽ linh động nhƣ các điện tử tự do) và điện tử ở vùng này sẽ là điện tử dẫn,
có nghĩa là chất sẽ có khả năng dẫn điện khi có điện tử tồn tại trên vùng dẫn. Tính
dẫn điện tăng khi mật độ điện tử trên vùng dẫn tăng.
Vùng cấm (Forbidden band) là vùng nằm giữa vùng hóa trị và vùng dẫn, không
có mức năng lƣợng nào (vùng trống năng lƣợng) do đó điện tử không thể tồn tại
trên vùng cấm. Nếu bán dẫn pha tạp, có thể xuất hiện các mức năng lƣợng trong
vùng cấm (mức pha tạp). Khoảng cách giữa đáy v ng dẫn và đỉnh vùng hóa trị gọi
là độ rộng vùng cấm, hay năng lƣợng vùng cấm and Gap). T y theo độ rộng vùng
cấm lớn hay nhỏ mà chất có thể là dẫn điện hoặc không dẫn điện.

Hình 2.1 Mức năng lƣợng điện tử
Đối với vật liệu dẫn điện, lớp vỏ ngoài cùng của nguyên tử có rất ítcác electron,
nó có khuynh hƣớng giải phóng các electron này để tạothành electron tự do và đạt
đến trạng thái bền vững.Vật liệu cách điện lại có khuynh hƣớng giữ lại các electron
lớp ngoàicùng của nó để có trạng thái bền vững.
a) Dẫn điện (Conductor) b) Bán dẫn (Semiconductor)
c) Cách điện (Insulator)
Hình 2.2 Mức năng lƣợng điện tửcủa các loại vật liệu
Về phƣơng diện hoá học thì chất bán dẫn là những chất có 4 điện tử ở lớp ngoài
cùng của nguyên tử, đó là các chất Germanium (Ge) và Silicium (Si).

Chất bán dẫn chủ yếu đƣợc cấu tạo từ các nguyên tử có 4 electron lớp ngoài
trong cấu trúc nguyên tử của chúng. Nhƣ vậy, về bản chất, các chất bán dẫn có 4
electron lớp ngoài c ng mà đặc trƣng là 2 chất bán dẫn Ge và Si.
Từ các chất bán dẫn ban đầu (tinh khiết), để tăng cƣờng khả năng dẫn điện của
chất bán dẫn ở nhiệt độ thấp, ngƣời ta tiến hành pha trộn bán dẫn tinh khiết với một
nguyên tố khác trong bảng tuần hoàn tạo ra hai loại bán dẫn chủ đạo là bán dẫn loại
n và bán dẫn loại p.
Vật liệu bán dẫn, nó có khuynh hƣớng đạt đến trạng thái bền vữngtạm thời bằng
cách lấp đầy lớp con của lớp vỏ ngoài cùng.
Nguyên tử bán dẫn thực hiện điều này bằng cách chia s bốnelectron lớp vỏ
ngoài cùng của nó với bốn electron của bốn nguyên tửlân cận.
Hình 2.3 Cấu tạo và ký hiệu thông dụng của nguyên tố Silic
Công nghệ quang điện sử dụng vật liệu bán dẫn để chuyển đổi quang năng thành
điện năng. Trong đó, tinh thể silic tinh chất là vật liệu bán dẫn chủ chốt d ng để chế
tạo chúng. Silic là nguyên tố nằm ở cột thứ tƣ, dòng thứ hai của bảng phân loại tuần
hoàn, c ng nhóm với nguyên tố Germanium cũng đƣợc d ng nhiều trong các linh
kiện bán dẫn. Ngoài ra, còn một số nguyên tố khác, có thể kể oron và Photpho
thuộc nhóm 3 và 5 là 2 nguyên tố c ng silic hiện diện trong các panel bán dẫn điện
mặt trời. Galli, Arsen đƣợc d ng chế tạo các tế bào quang điện GaAs, Cadmi và
Telluri đƣợc d ng để chế tạo tế bào quang điện CdTe.
Nguyên tố silic có 14 proton trong hạt nhân, tƣơng ứng với 14 điện tử hiện diện
trên các quỹ đạo bao quanh, quỹ đạo ngoài cùng chứa 4 điện tử cho ta nguyên tố Si
có hóa trị 4.
Trong cấu trúc tinh thể Si tinh chất, mỗi nguyên tử Si hình thành 4 liên kết đồng
hóa trị với 4 nguyên tử Si xung quanh, tạo nên mạng tinh thể bốn mặt trong không

gian ba chiều nhƣ hình 2.4a phía dƣới. Để đơn giản, cấu trúc này đƣợc trải trên bề
mặt 2 chiều nhƣ hình minh họa 2.4b.
Hình 2.4 Cấu trúc không gian mạng tinh thể Silic
Ở nhiệt độ không tuyệt đối, Si cách điện hoàn toàn. Mạng tinh thể Si tuyệt đối
không có điện tử tự do. Khi nhiệt độ tăng lên, một số điện tử đạt năng lƣợng đủ để
thoát khỏi quỹ đạo nguyên tử để trở thành điện tử tự do. Nhiệt độ càng cao, số điện
tử tự do càng nhiều, giúp khả năng dẫn điện tăng lên ngƣợc với kim loại, khả năng
dẫn điện giảm khi nhiệt độ tăng cao). Tính chất này d ng để chế tạo các cảm biến
nhiệt độ bán dẫn, gọi là termistors. Tuy vậy, ở nhiệt độ môi trƣờng 25o
C, khả năng
dẫn điện của tinh thể Si vẫn rất thấp, do đó nói mới có tên gọi là bán dẫn. Nếu ta
thêm một năng lƣợng nhỏ nguyên tố phụ gia hóa trị 5 (Photpho-P), khả năng dẫn
điện của tinh thể Si sẽ tăng lên mạnh mẽ.
Có hai loại bán dẫn là bán dẫn loại p và bán dẫn loại n đƣợc tạo ra bằng cách pha
trộn một lƣợng nhỏ các chất có hóa trị khác vào để làm thay đổi cấu trúc mạng tinh
thể.
Bán dẫn loại n: Khi ta pha một lƣợng nhỏ chất có hoá trị 5 nhƣ Photpho (P) vào
chất bán dẫn Si thì một nguyên tử P liên kết với 4 nguyên tử Si theo liên kết cộng
hoá trị, nguyên tử Photpho chỉ có 4 điện tử tham gia liên kết và còn dƣ một điện tử
và trở thành điện tử tự do. Chất bán dẫn lúc này trở thành thừa điện tử electron
mang điện âm) và đƣợc gọi là bán dẫn n (negative: âm).
Bán dẫn loại p: Ngƣợc lại, khi ta pha thêm một lƣợng nhỏ chất có hoá trị 3 nhƣ
Indium (In) hoặc Bore (B) vào chất bán dẫn Si thì 1 nguyên tử Indium sẽ liên kết
với 4 nguyên tử Si theo liên kết cộng hoá trị và liên kết bị thiếu một điện tử và trở
thành lỗ trống- hole (positive-mang điện dƣơng), đƣợc gọi là chất bán dẫn p.

Chất bán dẫn n Chất bán dẫn p
a. Nguyên tử cho trong tinh thể Si b. Nguyên tử cho (Donor)
Hình 2.5 Cách hoạt động của bán dẫn Si loại n
a. Nguyên tử nhận trong tinh thể Si b. Nguyên tử nhận (Acceptior)
Hình 2.6 Cách hoạt động của bán dẫn Si loại p
Lý thuyết lƣợng tử mô tả sự khác biệt giữa vật dẫn (kim loại) và chất bán dẫn
(Si) dựa trên biểu đồ năng lƣợng nhƣ hình minh họa 2.7 phía dƣới.
Thông thƣờng, điện tử thuộc lớp nào sẽ nhận mức năng lƣợng tƣơng ứng với lớp
đó. Lớp đạt mức năng lƣợng cao nhất gọi là lớp dẫn với các điện tử thuộc lớp này
có thể tham gia vào dòng dẫn. Nhƣ hình 2.7 thì lớp dẫn của kim loại đƣợc điện tử
lấp đầy một phần, còn đối với lớp dẫn của chất bán dẫn hoàn toàn trống điện tử ở
nhiệt độ không tuyệt đối. Lý thuyết đã tính toán rằng, ở nhiệt độ phòng thì khoảng
1/1010
các điện tử tồn tại đƣợc trong lớp dẫn.
+3
Bo
_
Hole
+
Hole
(mobile + charge)
Acceptor atom
(immobile - charge)
=
+
+4
Si
+4
Si
+4
Si
+3
Bo
+4
Si
+4
Si
+4
Si
+4
Si
Silicon
Atoms
Trivalent
acceptor atom
Movable
hole

a. Kim loại b. Bán dẫn
Hình 2.7 Các lớp năng lƣợng của kim loại (a) và Silic (b)
2.1.2 Nguyên lý làm việc tấm pin Mặt trời[1]
Hiệu ứng quang điện là một hiện tƣợng điện - lƣợng tử, trong đó các điện tử
đƣợc thoát ra khỏi nguyên tử quang điện trong) hay vật chất quang điện thƣờng)
sau khi hấp thụ năng lƣợng từ các photon trong ánh sáng làm nguyên tử chuyển
sang trạng thái kích thích làm bắn electron ra ngoài. Hiệu ứng quang điện đôi khi
đƣợc ngƣời ta dùng với cái tên Hiệu ứng Hertz, do nhà khoa học Heinrich Hertz tìm
ra.
Hình 2.8 Hiệu ứng quang điện
Khi bề mặt của một tấm kim loại đƣợc chiếu bởi bức xạ điện từ có tần số lớn hơn
một tần số ngƣỡng (tần số ngƣỡng này là giá trị đặc trƣng cho chất làm nên tấm kim
loại này), các điện tử sẽ hấp thụ năng lƣợng từ các photon và sinh ra dòng điện (gọi
là dòng quang điện). Khi các điện tử bị bật ra khỏi bề mặt của tấm kim loại, ta có
hiệu ứng quang điện ngoài external photoelectric effect). Các điện tử không thể
phát ra nếu tần số của bức xạ nhỏ hơn tần số ngƣỡng bởi điện tử không đƣợc cung
cấp đủ năng lƣợng cần thiết để vƣợt ra khỏi rào thế (gọi là công thoát). Điện tử phát
xạ ra dƣới tác dụng của bức xạ điện từ đƣợc gọi là quang điện tử. Ở một số chất
khác, khi đƣợc chiếu sáng với tần số vƣợt trên tần số ngƣỡng, các điện tử không bật
ra khỏi bề mặt, mà thoát ra khỏi liên kết với nguyên tử, trở thành điện tử tự do điện
tử dẫn) chuyển động trong lòng của khối vật dẫn, và ta có hiệu ứng quang điện
trong (internal photoelectric effect). Hiệu ứng này dẫn đến sự thay đổi về tính chất
dẫn điện của vật dẫn, do đó, ngƣời ta còn gọi hiệu ứng này là hiệu ứng quang dẫn.
VïNG
DÉN
vïng
cÊm
vïng
lÊp ®Çy
GAP
vïng
lÊp ®Çy
ELECTRONENERGY(EV)
VïNG DÉN
trèng ë 0k
vïng
cÊm
vïng
lÊp ®Çy
GAP
vïng
lÊp ®Çy
ELECTRONENERGY(EV)

Tiếp giáp p-n: khi ta cho hai loại bán dẫn trên tiếp xúc với nhau, các điện tử tự do
ở gần bề mặt tiếp xúc sẽ khuếch tán từ bán dẫn loại n sang bán dẫn loại p và lấp các
lỗ trống trong bán dẫn loại p. án dẫn loại n sẽ dần mất điện tử và tích điện dƣơng,
bán dẫn loại p sẽ dần tích điện âm. khi đó ở bề mặt tiếp xúc giữa hai loại bán dẫn sẽ
hình thành nên điện trƣờng ngăn cản sự di chuyển của các điện tử tự do từ bán dẫn
loại n sang bán dẫn loại p.
Điện trƣờng tạo ra ở bề mặt tiếp xúc chỉ cho ph p dòng điện tử chạy theo một
chiều, ở đây là từ bán dẫn loại p sang bán dẫn loại n. Pin mặt trời thực chất là một
diode bán dẫn với diện tích bề mặt rộng và lớp n cực mỏng để ánh sáng có thể
truyền qua.Ánh sáng chiếu vào pin mặt trời một phần bị phản xạ và một phần bị hấp
thụ khi đi qua lớp n. Phần bị hấp thụ sẽ đến đƣợc lớp chuyển tiếp, nơi có các cặp
electron và lỗ trống nằm trong điện trƣờng của bề mặt giới hạn. Với các bƣớc sóng
thích hợp sẽ truyền cho electron một năng lƣợng đủ lớn để bật khỏi liên kết.
Trên quãng đƣờng di chuyển giữa lớp tiếp giáp p-n thì các lỗ trống và điện tử sẽ
tái hợp với nhau và trung hòa điện, dẫn đến ở lớp tiếp giáp có mật độ hạt mang điện
rất thấp, gọi là vùng nghèo (depletion region) hay chính là lớp tiếp giáp p-n.
Hình 2.9 Nguyên lý hoạt động của lớp tiến giáp p-n
Giữa lớp tiếp giáp p-n này, ở phía bán dẫn p có các điện tử electron mang điện
tích âm và phía bán dẫn n có các lỗ trống hole mang điện tích dƣơng, qua đó hình
thành một điện trƣờng tiếp xúc có hƣớng từ lớp p sang lớp n và điện áp tiếp xúc
tƣơng ứng.
Những cặp electron và lỗ trống này nằm trong tác dụng của điện trƣờng do đó
electron sẽ bị k o về phía bán dẫn loại n, còn lỗ trống bị k o về phía bán dẫn loại p.

Kết quả là nếu ta nối hai cực vào hai phần bán dẫn loại n và p sẽ đo đƣợc một hiệu
điện thế khoảng 0,6V với silic).
Một tế báo quang điện (Photovoltaic cell, PV Cell) đƣợc cấu tạo từ hai lớp bán
dẫn p và n ghép lại với nhau, hình thành một diode, cho phép electron di chuyển từ
điện cực p đến điện cực n, không cho phép di chuyển ngƣợc lại.
Khi có các photon ánh sáng mặt trời chiếu vào tế bào quang điện, các electron
nhận năng lƣợng và bứt ra thành electron tự do, có khả năng dẫn điện và di chuyển
về phía điện cực n. Nếu mắc hai điện cực với mạch ngoài sẽ tạo đƣợc dòng
electrong di chuyểntừ cực n sang cực p, qua đó hình thành dòng điện ở mạch ngoài
từ p-n.
Pin mặt trời Photovoltaic – PV) là tổ hợp nhiều tế bào quang điện mặt trời PV
cell) khi nhận bức xạ mặt trời phát sinh dòng điện 0,5 đến 1V. Từ 28 đến 36 tế bào
quang có thể tạo ra dòng một chiều khoảng 12V tránh mất năng lƣợng khi tế bào
quang bị hỏng ngƣời ta d ng các diode). Hệ thống có thể tạo ra dòng một chiều có
cƣờng độ nhất định với điện áp 12V.
Electron
Dòng điện
PV Cells
Hình 2.10Sơ đồ nguyên lý hoạt động pin quang điện
Điện trƣờng

E làm cho các lỗ trống mang điện tích dƣơng di chuyển cùng chiều
điện trƣờng và các điện tử electron di chuyển ngƣợc chiều điện trƣờng. Từ đó hình
thành nên dòng điện trôi.
Dòng điện trôi và dòng khuếch tán sẽ có hƣớng ngƣợc chiều nhau. an đầu khi
mật độ hạt mang điện của hai lớp bán dẫn càng chênh lệch thì dòng khuếch tán càng
lớn, và tạo điện trƣờng

E lớn và từ đó tạo ra dòng điện trôi lớn. Sau đó thì dòng
điện trôi sẽ dần cân bằng với dòng điện khuếch tán, dòng đi qua lớp tiếp giáp p-n
bằng không, và xác lập trạng thái cân bằng.
Điện áp tiếp xúc điện áp hàng rào) giữa hai lớp p-n có giá trị nhƣ sau:

q
kT
V
n
NN
V
n
NN
q
kT
V
T
i
DA
T
i
DA













 22
.
ln
.
ln
(2-01)
Trong đó: hằng số Boltzman k=1,38.10-23
J/K; T=to
C+273 là nhiệt độ tuyệt đối;
đơn vị điện tích q=1,6.10-19
C; NA là nồng độ tạp chất nhận aceptor trong bán dẫn p;
ND là nồng độ tạp chất cho donor trong bán dẫn n; ni là mật độ hạt dẫn trong bán
dẫn thuần. VT đƣợc gọi là điện thế nhiệt.
Chiều rộng vùng cấm khoảng 1μm với thế quá nó khoảng 1V, tức cƣờng độ điện
trƣờng khoảng 104
V/cm.
2.2 CẤU TẠO TẤM PIN MẶT TRỜI[1]
2.2.1 Cấu tạo tấm Pin Mặt trời
Gồm các tế bào quang điện PV) thực chất là các thiết bị bán dẫn Silic, chúng
bao gồm một lớp loại p dƣơng) và một lớp n âm) đƣợc gh p nối với nhau để tạo
thành một liên kết “p-n”.
Thiết kế module PV từ các tế bào quang điện: Mỗi tế bào quang điện đƣa ra điện
áp khoảng 0,5÷1V nên rất khó sử dựng đƣợc trong thực tế, chính vì vậy mà ngƣời ta

thƣờng ghép nối tiếp các tế bào quang điện lại với nhau thành các module PV. Số
lƣợng tế bào quang điện trong mỗi module thƣờng khoảng 36, 48, 60 hoặc 72 tế bào
quang điện, tùy mỗi loại khác nhau. Số lƣợng module ngoài thực tế của loại tế bào
quang điện đơn tinh thể và đa tinh thể nhƣ ở bảng 2.2 và bảng 2.3 ở phía dƣới.
Bảng 2.2 Các module tế bào quang điện đơn tinh thể (monocrystalline)[17]
Model
Đơn
vị
ASE36M-
165
ASE48M
-215
ASE60M-
275
ASE72M-
325
Công suất tối đa Pmax) W 165 215 275 325
Dòng điện tối đa Immp) A 8.53 8.45 8.53 8.45
Dòng điện ngắn mạch
(Isc)
A 9.11 9.01 9.11 9.01
Điện thế tối đa Vmpp) V 19.47 25.68 32.46 38.53
Điện thế mạch hở (Voc) V 23.33 30.96 38.88 46.44
Kích thƣớc (DxRxS) mm
1494x679
x42
1335x99
7x42
1652x997
x42
1969x997x
42
Trọng lƣợng kg 12 17 kg 20 kg 24 kg
Tế bào quang năng đơn
tinh thể loại 6 inch
(156x156mm)
36 48 60 72
Bảng 2.3Các module tế bào quang điện đa tinh thể (polycrystalline)[17]
Model
Đơn
vị
ASE36
P-150
ASE4
8P-
200
ASE60
P-250
ASE60
P-275
ASE72P-
300
Công suất tối đa Pmax) W 150 200 250 275 300
Dòng điện tối đa Immp) A 8.01 8.01 8.01 8.60 8.10
Dòng điện ngắn mạch
(Isc)
A 8.52 8.52 8.52 9.15 8.61
Điện thế tối đa Vmpp) V 18.87 25.17 31.46 32.10 37.33
Điện thế mạch hở Voc) V 22.79 30.38 37.98 38.94 45.14
Kích thƣớc DxRxS) mm
1494x6
79x42
1335x
997x4
2
1652x9
9x42
1652x9
9x42
1969x99
7x42
Trọng lƣợng kg 12 17 20 20 24
Tế bào quang năng đa
tinh thể loại 6 inch
(156x156mm)
36 48 60 60 72
Mỗi tế bào quang điện có điện áp đầu ra là: V=Vd-I.Rs

DI
sR
V LR
I
DV
ISC
Rp
Các tế bào quang điện có thể mắc song song hoặc nối tiếp tùy vào mục đích sử
dụng. Nếu mắc nối tiếp sẽ tăng đƣợc điện áp, giữ nguyên dòng điện. Nếu mắc song
song thì giữ nguyên điện áp còn tăng dòng điện.
Nếu module gồm n tế bào quang điện khi mắc nối tiếp với nhau sẽ cho dòng
không đổi và điện áp đƣợc tính theo công thức sau:
 sdule RIVnV ..mod  (2-02)
Dòng điện của module bằng dòng điện của các tế bào quang điện.
P
SkT
RIVq
SC
P
dkT
qV
SC
R
RIV
eII
R
V
eIII
S
d
.
)1(
)1(
).(
0
0




(2-03)
Trong đó, Vd là điện áp đặt qua hai đầu diode theo chiều p-n (V), I0 kà dòng
ngƣợc bão hòa (A), q=1,602.1019
C là điện tích electron, k=1,381.1023
J/K là hệ số
Boltzmann và Tlà nhiệt độ tiếp giáp o
K; thành phần Rp điện trở song song đặc trƣng
cho dòng rò qua tế bào quang điện, và điện trở Rs mắc nối tiếp đặc trƣng cho một
phần điện trở trong của tế bào quang điện.
Với dòng làm việc ở chế độ cực đại MPPT (Maximum Power Point Tracking) có
dòng làm việc cực đại Imax, điện áp cực đại Vmax, dòng ngắn mạch (dòng do tế
bào quang điện tạo ra) ISC và điện áp hở mạch VOC thì ta có hệ số lấp đầy của
module tính theo công thức:
OCSCVI
VI
FFFillFactor maxmax
)(  (2-04)
Để đƣợc các array PV đáp ứng đƣợc nhu cầu sử dụng, ngƣời ta có thể ghép các
module PV lại với nhau. Để tăng điện áp thì mắc nối tiếp các module, để tăng dòng
điện thì mắc song song các module PV với nhau; nếu cần công suất lớn thì mảng
array PV ngƣời ta có thể mắc phối hợp vừa nối tiếp vừa song song.

a. Các chuỗi module nối tiếp đƣợc mắc
song song
b. Các ch m module song songđƣợc mắc
nối tiếp
Hình 2.11 Cách mắc các module pin mặt trời.
Việc mắc phối hợp nối tiếp và song song có hai trƣờng hợp:
Mắc nối tiếp các module PV thành chuỗi rồi mắc song song với nhau nhƣ hình
2.11a. Trong trƣờng hợp này khi bị mất một chuỗi hoặc bị mây che phủ 1 chuổi thì
mảng array PV vẫn cấp đủ điện áp, dù dòng có bị thất thoát.
Mắc song song nhiều module PV sau đó thực hiện mắc nối tiếp thành array nhƣ
hình 2.11b. Trƣờng hợp này khi tháo một chùm module PV nối song song thì mảng
array PV vẫn cấp đủ dòng, nhƣng điện áp bị suy giảm.
Nhƣng trong thực tế khi mà hoạt động thì các tấm pin mặt trời chịu ảnh hƣởng rất
lớn từ điều kiện thời tiết nhƣ nhiệt độ, bức xạ mặt trời, mây, mƣa, bụi bẩn,.... Trong
đó, hiện tƣợng che khuất gây ảnh hƣởng rất lớn.
Khi một tế bào bị che khuất bởi mây, hoặc bụi bẩn, lúc đó nguồn dòng của tế
bào bị che khuất đó không hoạt động và làm điện áp của module giảm xuống, và
đồng thời dòng điện của cả module cũng giảm xuống theo.
Điện áp của module khi có một tế bào quang điện bị che khuất sẽ nhỏ hơn điện
áp Vn-1 của cả module (n-1) tế bào còn lại trừ đi tổn hao trên điện trở Rp và Rs, tức
là:
)(1 spna RRIVV   (2-05)
Trong đó, điện áp của (n-1) tế bào còn lại là:
n
n
VV nn
1
1


(2-06)
Từ công thức(2-05) và (2-06) ta có:
)(
1
spna RRI
n
n
VV 

 (2-07)

Điện áp thất thoát ra hiện tƣợng bị che khuất một tế bào quang điện là :
)(
)(
1
sp
n
spnnan
RRI
n
V
V
RRI
n
n
VVVVV










(2-08)
Từ đó mà cả điện áp ra của module bị sụt giảm nghiêm trọng, dẫn đến dòng cũng
giảm. Công suất thất thoát sẽ chuyển thành nhiệt và tập trung vào tế bào bị che
khuất đó gây quá nhiệt cục bộ và ảnh hƣởng đến chất lƣợng và tuổi thọ của lớp
nhựa bảo vệ.
Hình 2.12 Sử dụng diot để tránh hiện tƣợng tế bào quang điện bị che khuất
Để tránh đƣợc ảnh hƣởng của sự che khuất, ngƣời ta đã lắp các module với nhau
bằng các diot bypass (mắc song song) để khi tế bào bị che khuất thì dòng điện
không qua tế bào đó mà đi qua điot, nhờ đó mà không bị sự sụt áp trên tế bào quang
điện do Rp gây ra. Nhƣng thực tế thì diot bypass chỉ đƣợc gắn song song qua một
nhóm modulechứ không phải từng module.
Đồng thời ngƣời ta cũng sử dụng diot khóa (blocking) ở đầu các chuỗi mắc nối
tiếp để tránh hiện tƣợng che khuất, mấy che từng phần , tổn hao phát nóng cực bộ.
2.2.2 Các thông số sỹ thuật
Các thông số chính của một tấm pin năng lƣợng mặt trời gồm có:
- Công suất tấm Pin cực đại Pmax là điểm mà công suất của hệ thống sinh ra cao
nhất, tại điểm cong nhất của đồ thị bên trên. Khi sử dụng điều khiển sạc hay kích
điện có MPPT, đây chính là điểm mà MPPT cố gắng giữ để có đƣợc công suất tối
đa, Pmax=Vmpp x Impp
- Loại tế bào hiện chủ yếu ở Việt Nam có 2 loại là Mono và Poly

- Điện áp cực đại Vmp (Vmax): Vmpp là điện áp mà tại đó công suất đầu ra là tốt
nhất, điện áp này thông thƣờng có thể nhìn thấy đƣợc khi hệ thống pin đƣợc kết nối
vào MPPT nhƣ điều khiển sạc MPPT hoặc kích hòa lƣới) trong điều kiện tiêu
chuẩn
- Dòng điện cực đại Imp (Imax): Impp là dòng điện khi công suất đầu ra đạt tốt
nhất, nó là cƣờng độ dòng điện thực tế bạn có thể đo khi nó đƣợc kết nối vào thiết
bị MPPT trong điều kiện chiếu sáng tiêu chuẩn
- Dòng điện ngắn mạch ISC là điện áp ngắn mạch sinh ra khi kết nối đầu âm và
dƣơng của tấm pin vào nhau. Sử dụng ampe kìm có thể đo đƣợc dòng này, đây là
dòng điện lớn nhất mà tấm pin có thể sản sinh trong điều kiện tiêu chuẩn
Để xác định dòng điện mà thiết bị kết nối nhƣ inverter hay điều khiển sạc cần
có, dòng Isc đƣợc sử dụng. Thông thƣờng thì nhân 1,25 lần so với Isc
- Điện áp hở mạchVOC: Điện áp hở mạch là điện áp mà tấm pin sinh ra khi không
có tải, bạn có thể đo đƣợc nếu sử dụng voltmeter đo ở 2 đầu cực tấm pin, do không
có tải nên dòng điện qua tấm pin cũng bằng không
Đây là thông số quan trọng, bởi vì nó là điện áp tối đa mà tấm pin có thể sản xuất
trong điều kiện tiêu chuẩn. từ đó bạn có thể xác định đƣợc tối đa tấm pin trong 1
dãy bạn có thể kết nối vào kích điện hay điều khiển sạc
Hãy đảm bảo các thiết bị bảo vệ nhƣ cầu chì hoặc aptomat chỉ có thể bảo vệ quá
dòng, không phải quá áp. Do đó, nếu điện áp đƣa vào quá cao, nó sẽ phá hủy thiết bị
của bạn
- Nhiệt độ làm việc là gì , nhiệt độ tiêu chuẩn là gì: Các thông số của tấm pin ghi
trên nhãn đƣợc lấy ra trong điều kiện nhiệt độ 25°C. trên thực tế thì không nhƣ vậy,
nhiệt độ trên mái nhà đặc biệt vào mùa hè có thể lên tới trên 70°C.
NOCT(Normal Operating Cell Temperature) đƣa cho bạn cái nhìn thực tế hơn về
điều kiện hoạt động thực sự của pin và cho bạn thấy đƣợc công suất mà hệ thống
điện mặt trời có thể đem lại. Cƣờng độ bức xạ mặt trời sẽ chỉ là 800W/m t vuông
thay vì 1000W/m t vuông do nằng thƣờng bị mây che trong thực tế. Nó sử dụng
nhiệt độ không khí là 20°Cchứ không phải là 25°C,và gồm gió tự nhiên để làm mát
tấm pin với tốc độ 2.24 dặm/giờ điều kiện phổ biến của hệ thống điện mặt trời
trên mái nhà). Năng lƣợng từ hệ thống điện sẽ thu đƣợc thấp hơn so với trong điều
kiện tiêu chuẩn STC (Standard Test Condition) nhƣng phản ánh thực tế hơn.

Các thông số thể hiện cụ thể của tấm pin Mono 150Wnhƣ sau:
TH NG SỐ K THUẬT
TÊN CH TIÊU THAM SỐ
Công suất tấm pin năng lƣợng mặt trời Pmax) 150W
Loại tế bào Mono-Si
Điện áp cực đại (Vmp) 18.0V
Dòng điện cực đại (Imp) 8.34A
Điện áp mở Voc) 22.2V
Dòng ngắn mạch Isc) 9.02A
dung sai điện ±3%
Trọng lƣợng 12,0kg
Kích thƣớc 992x992x35mm
Điện áp hệ thống tối đa 1000 VDC
Nhiệt độ hoạt động danh nghĩa 47 ±2°C
Xếp hạng cầu chì dòng tối đa 10A
Nhiệt độ hoạt động -40°C to +85°C
Lớp ứng dụng Loại A
Điều kiện thử nghiệm tiêu chuẩn E= 1000W/m2
,t= 25°C, AM= 1.5
2.2.3 Các thế hệ Pin Mặt trời[1,2]
Cho tới nay thì vật liệu chủ yếu cho pin mặt trời (và cho các thiết bị bán dẫn) là
các silic tinh thể. Theo lịch sử phát triển và ứng dụng thì pin mặt trời đƣợc chia là
ba thế hệ:
Thế hệ pin mặt trời thứ nhất: Pin năng lƣợng mặt trời mono đơn tinh thể hay còn
gọi là Monocrystalline, đƣợc chế tạo từ Silic có độ tinh khiết cao. Đơn tinh thể loại
này có hiệu suất tới cao nên chúng thƣờng rất đắt tiền. Tuy giá thành cao nhƣng cho
hiệu suất khoảng 25%. Pin Si tinh thể đƣợc chia làm ba loại chính tùy thuộc vào
cách màng Si đƣợc tạo thành: đơn tinh thể; đa tinh thể và màng định hình. Có bề
dày khoảng 200÷500μm.Chúng thƣờng rất mắc tiền do đƣợc cắt từ các thỏi hình
ống, các tấm đơn thể này có các mặt trống ở góc nối các module.

Thế hệ pin mặt trời thứ hai: đƣợc gọi là đa tinh thể hay pin mặt trời màng mỏng
(thin- film solar cells), có giá thành r hơn pin mặt trời thế hệ thứ nhất nhƣng lại chỉ
có hiệu suất khoảng 15%, và phải sử dụng một số vật liệu có độc tính, có bề dày
khoảng 1÷10μm. Hiện nay hiệu suất đang đƣợc tăng lên và độ tin cậy sau thời gian
sử dụng đƣợc cải thiện nên có xu hƣớng đƣợc sử dụng nhiều. Có ba loại pin màng
mỏng là: pin silic vô định hình (amorphous silicon); cadmium Telluride (Cd-Te);
đồng- Indium- Selenide CIS) và đồng- indium- Gallium- Diselenide (CIGS).
Thế hệ pin mặt trời thứ ba: là loại nhiều lớp (multi- layer); các tế bào đƣợc làm
bằng silicon vô định hình hoặc Gallium Arsenide (GaAs, pin mặt trời hữu cơ, pin
mặ trời nhạy màu, pin mặt trời ứng dụng công nghệ nano, chấm lƣợng tử và các
công nghệ chuyển đổi thuận và chuyển đổi nghịch và pin mặt trời hạt tải nóng (hot-
carrier cells). Hiện pin mặt trời thế hệ thứ ba đang đƣợc nghiên cứu. Có các dạng
chính là: pin mặt trời tập trung (concentrating), nhạy màu (dye-sensitized), hữu cơ
(organic), polymer, perovskite, chấm lƣợng tử.Dải silic tạo từ các miếng phin mỏng
từ silic nóng chảy và có cấu trúc đa tinh thể, Loại này thƣờng có hiệu suất thấp nhất,
tuy nhiên loại này r nhất trong các loại vì không cần phải cắt từ thỏi silicon. Các
công nghệ trên là sản suất tấm, nói cách khác, các loại trên có độ dày 300 μm tạo
thành và xếp lại để tạo nên module.
Một cách để phân biệt các vật liệu quang điện là dựa trên các vùng p và n của các
chất bán dẫn đƣợc làm bằng cùng một vật liệu nhƣ silicon, gọi là pin quang điện
đồng liên kết. Khi mối nối p-n đƣợc hình thành giữa hai chất bán dẫn khác nhau,
đƣợc gọi là pin quang điện dị liên kết.
Hiện nay ở thị trƣờng Việt Nam chủ yếu sử dụng loại monocrystalline và
polycrystalline.
2.3 TIỂU KẾT 2
Trên đây chúng ta đã nói về cấu tạo và giới thiệu về chất bán bán dẫn làm nên
tấm pin mặt trời, và nguyên lý làm việc của tấm pin năng lƣợng mặt trời nhƣ thế
nào. Các thông số kỹ thuật của PV- Cells. Các các công thức về đặc tính của tấm
Pin Mặt Trời đƣợc đƣa ra, từ đó chúng ta có thể tính toán, thiết kế hệ thống Pin Mặt
Trời cho các phụ tải theo yêu cầu.
Để hiểu r và sâu hơn về các đặc tính của tấm pin mặt trời, thì bài viết này sẽ đi
vào việc mô hình hóa và mô phỏng các đặc tính của PV- Cell trong chƣơng 3 tiếp
phía sau.

CHƢƠNG 3. MÔ PHỎNG VÀ KHẢO SÁT ĐẶC PV CELLS
3.1 MÔ HÌNH TOÁN HỌC
3.1.1 Mô hình toán học đơn giản của tấm Pin Mặt trời
Mạch tƣơng đƣơng của tế báo quang điện đƣợc hiển thị bằng một nguồn dòng Isc
cấp tỉ lệ với cƣờng độ ánh sáng mặt trời chiếu vào, đƣợc mắc song song với một
diode và cấp dòng I qua tải.
Hình 3.1 Mạch tƣơng đƣơng đơn giản nhất của tế bào quang điện
Có hai trƣờng hợp làm việc đặc biệt của tế bào quang điện, thể hiện qua mạch
tƣơng đƣơng đơn giản nhất là ngắn mạch khi điện áp thuận Vd qua diode thực bằng
không, và điện áp Voc là điện áp hở mạch khi để hở mạch tế bào quang điện.
a. Dòng ngắn mạch Isc b. Điện áp hở mạch Voc
Hình 3.2 Dòng ngắn mạch và điện áp hở mạch của tế bào quang điện
Để xây dựng phƣơng trình và đƣờng cong đặc tính I-V của tế bào quang điện thể
hiện mạch tƣơng đƣơng đơn giản nhất, ta xuất phát từ mối quan hệ:
dsc III  (3-01)
Phƣơng trình diode Shockley mô tả đặc tính V-I của diodecủa lớp tiếp giáp p-n
là:
)1(0  kT
qV
d
d
eII
(3-02)
PV
+
-
I
V Vload=Isc
+
-
I
V Vload=Isc
Id
PV
+
-
I
V=0
Iload=Isc
+
-
I=0
Vload=VOC
Id

Trong đó, Id là dòng thuận chiều theo mũi tên A), Vd là điện áp đặt qua hai đầu
diode theo chiều p-n (V), I0 kà dòng ngƣợc bão hòa (A), q=1,602.10-19
C là điện tích
electron, k=1,381.10-23
J/K là hệ số Boltzmann và Tlà nhiệt độ tiếp giáp o
K.
Thay (3-02) vào(3-01) ta đƣợc:
)1(0  kT
qV
SC
d
eIII (3-03)
Khi để hở mạch, tức I=0, và Vd=Voc, thay vào (3-03) ta có:
)1ln( 
O
SC
OC
I
I
q
kT
V
(3-04)
Với điện áp t=25o
C thì ta có:
)1( 9,38
0  V
SC eIII (3-05)
)1ln(0257,0 
O
SC
OC
I
I
V
(3-06)
3.1.2 Mô hình chi tiết của tấm Pin mặt trời
Mạch tƣơng đƣơng đơn giản thƣờng không hợp lý ở chỗ khi mà có bóng râm thì
dòng của pin mặt trời bằng không, nhƣng trên thực tế không phải là nhƣ vậy. Do đó,
cần có một mạch chính xác hơn là có thêm thành phần điện trở song song Rp đặc
trƣng cho dòng rò qua tế bào quang điện, và điện trở Rs mắc nối tiếp đặc trƣng cho
một phần điện trở trong của tế bào quang điện.
DI
sR
V LR
I
DV
ISC
Rp
Hình 3.3 Mạch tƣơng đƣơng chi tiết của tế bào quang điện
Dòng điện I cấp cho tải lúc này là
p
dSC
R
V
III 
(3-07)
Giá trị của điện trở rò Rp đƣợc tính theo tổn hao thực do dòng rò của tế bào
quang điện, thƣờng không quá 1% so với ISC. Từ đó ta có:
SC
OC
p
I
V
R
.100

(3-08)
Mặt khác ta có:

Sd RIVV . (3-09)
Thay vào biểu thức (3-03) ta có:
)1(
).(
0 

kT
RIVq
SC
S
eIII
(3-10)
Để xác định Rs, ta dựa theo tổn hao thực của tế bào quang điện do trở nối tiếp Rs
thƣờng không vƣợt quá 1%. Từ đó ta chọn:
SC
OC
S
I
V
R
.01,0

(3-11)
Với tế bào quang điện thì ISC có thể lên tới 7A, VOC=0,6V khi đó chọn Rp khoảng
9Ω; và Rs=9.10-4
Ω.
Phƣơn trình tổng quát đặc tính I-V tƣơng ứng của tế bào quang điện là:
P
SkT
RIVq
SC
R
RIV
eIII
S
.
)1(
).(
0


 (3-12)
Theo Kirchoff ta có:
pdSC IIII  (3-13)
Phƣơng trình diode Schkley ở 25o
C là:
p
dV
SC
R
V
eIII  )1( 9,38
0
(3-14)
3.1.3 Các yếu tố môi trƣờng ảnh hƣởng đến đặc tính của tấm Pin Mặt Trời
Các tấm pin mặt trời ảnh hƣởng khá nhiều đến các yếu tố môi trƣờng nhƣ cƣờng
độ chiếu sáng của Mặt trời, nhiệt độ không khí,..
Gọi Sref là bức xạtham chiếu của mặt trời (W/m2
), S là bức xạ thực tế của mặt trời
(W/m2
), ref
SCI là cƣờng độ dòng điện ngắn mạch tham chiếu của tế bào quang điện (A)
và chênh lệch nhiệt độ môi trƣờng thực T (o
C) với nhiệt độ môi trƣờng tham chiếu
Tref=25o
C là refTTT  . Thì dòng điện ngắn mạch của tế bào quang điện theo công
thức (3-32) với a=25.10-4
nhƣ sau:
 Ta
S
S
II
ref
ref
SCSC  .1
(3-15)
Điện áp hở mạch VOC phụ thuộc vào nhiệt độ môi trƣờng và cƣờng độ chiếu sáng
của mặt trời theo công thức (3-33) với b=5.10-4
, c=288.10-5
nhƣ sau:
 
1
).ln(.1


ref
ref
OCOC
S
S
S
SbeTcVV
(3-16)
Dòng điện cực đại và điện áp cực đại thay đổi tƣơng ứng nhƣ sau:

 Ta
S
S
II
ref
ref
 .1maxmax
  ).ln(.1maxmax SbeTcVV ref

(3-17)
Từ đó d ng phần mềm Matlab/Simulink thực hiện mô phỏng các thông số mô
hình pin mặt trờinhƣ sau:
Các thông số thể hiện cụ thể của tấm pin Poly 50Wnhƣ sau:
TH NG SỐ K THUẬT
TÊN CH TIÊU THAM SỐ
Công suất tấm pin năng lƣợng mặt trời Pmax) 50W
Loại tế bào Poly-Si
Điện áp cực đại (Vmp) 18.0V
Dòng điện cực đại (Imp) 8.34A
Điện áp mở Voc) 22.2V
Dòng ngắn mạch Isc) 9.02A
dung sai điện ±3%
Trọng lƣợng 12,0kg
Kích thƣớc 675x534x35mm
Điện áp hệ thống tối đa 1000 VDC
Nhiệt độ hoạt động danh nghĩa 47 ±2°C
Xếp hạng cầu chì dòng tối đa 10A
Nhiệt độ hoạt động -40°C to +85°C
Lớp ứng dụng Loại A
Điều kiện thử nghiệm tiêu chuẩn E= 1000W/m2
,t= 25°C, AM= 1.5
3.2 MÔ PHỎNG ĐẶC TÍNH TẤM PIN MẶT TRỜI
Hiện nay, để thực hiện mô phỏng về điện có rất nhiều phần mềm nhƣ
Matlab/Simulink, PSCAD[5,6,7,8]
, ... Với những tính chất phù hợp cho việc khảo sát,
nghiên cứu của Matlab nên trong bài viết này sẽ sử dụng phần mềm Matlab để mô
phỏng các đặc tính của PV-Cells.
3.2.1 Giới thiệu chung về Matlab[23]
Matlab là ngôn ngữ lập trình đƣợc phát triển bởi MathWorks để lập trình và tính
toán các con số. Matlab là viết tắt của "matrix laboratory" (phòng thí nghiệm ma
trận), là ngôn ngữ lập trình cao cấp thế hệ thứ 4 của Mathworks. Matlab cung cấp
môi trƣờng tƣơng tác để thực hiện tính toán và lập trình, .... cho ph p ngƣời dùng
xây dựng ma trận, vẽ đồ thị hàm số hay biểu đồ dữ liệu, thực hiện các phép toán, tạo
các giao diện ngƣời dùng, liên kết các chƣơng trình máy tính đƣợc viết trên nhiều

ngôn ngữ khác nhau, bao gồm cả C, C++, Java, và Fortran, phân tích dữ liệu, phát
triển các thuật toán, tạo ra các mô hình và ứng dụng.
Matlab đƣợc tích hợp nhiều lệnh và các hàm toán học, giúp ngƣời dùng thực hiện
tính toán các con số, vẽ đồ thị và thực hiện các phƣơng pháp số.
Matlab đƣợc sử dụng rộng rãi trong mọi khía cạnh tính toán. Dƣới đây là một số
ph p tính toán Matlab đƣợc sử dụng phổ biến nhất:
- Vấn đề ma trận và mảng.
- Đồ thị 2-D và 3-D.
- Đại số tuyến tính.
- Phƣơng trình đại số.
- Các hàm phi tuyến tính.
- Số liệu thống kê.
- Phân tích dữ liệu.
- Giải tích và phƣơng trình vi phân.
- Tính toán số.
- Tích phân.
- Chuyển đổi.
- Hồi quy.
- Các hàm đặc biệt khác.
Dƣới đây là các tính năng cơ bản của Matlab:
- MATLAB là ngôn ngữ lập trình cao cấp, cho phép tính toán các con số, hình
dung và phát triển ứng dụng.
- Cung cấp môi trƣờng tƣơng tác để khảo sát, thiết kế và giải quyết các vấn đề.
- Cung cấp thƣ viện lớn các hàm toán học cho đại số tuyến tín, thống kê, phân
tích Fourier, bộ lọc, tối ƣu hóa, tích phân và giải các phƣơng trình vi phân bình
thƣờng.
- MATLAB cung cấp các đồ thị đƣợc tích hợp sẵn để hiển thị hình ảnh dữ liệu và
các công cụ để tạo đồ thị tùy chỉnh.
- Giao diện lập trình của MATLAB cung cấp các công cụ phát triển để nâng cao
khả năng bảo trì chất lƣợng mã và tối đa hóa hiệu suất.
- Cung cấp các công cụ để xây dựng các ứng dụng với các giao diện đồ họa tùy
chỉnh.
- Cung cấp các hàm để tích hợp các thuật toán dựa trên MATLAB với các ứng
dụng bên ngoài và các ngôn ngữ khác nhƣ C, Java, NET và Microsoft Excel.
Ngoài ra, trong phần mềm Maltab còn có GUI (Graphical User Interface) hay
còn gọi là Giao diện ngƣời dùng đồ họa đƣợc lập trình sẵn và tích hợp vào phần
mềm Matlab. Nó cho ph p tƣơng tác giao diện chƣơng trình một cách khách quan

nhất, nhanh nhất có thể giảm thời gian viết chƣơng trình giao diện. Để thực hiện với
Guide chỉ cần tại cửa sổ Command Window của Matlab gõ dòng lệnh:
>>guide
Trong Matlab thì GUI hỗ trợ đầy đủ các chƣơng trình tính toán với phép
toán,logic, lập trình không gian 2D, 3D, đọc dữ liệu từ Excel, xử lý hình ảnh,
Guide đƣợc thực hiện thông qua hàm xây dựng sẵn là Callback.
3.2.2 Sơ đồ lập trình G ide đƣờng đặc tính của PV-Cells
Các đƣờng đặc tính cần quan tâm của PV-Cells bao gồm các đƣờng đặc tính sau:
- Đƣờng đặc tính dòng điện và điện áp theo bức xạ Mặt trời (W/m2
) : V-I (S);
- Đƣờng đặc tính điện áp và công suất theo bức xạ Mặt trời (W/m2
) : V-P (S);
- Đƣờng đặc tính dòng điện và công suất theo bức xạ Mặt trời (W/m2
) : I-P (S);
- Đƣờng đặc tính dòng điện và điện áp theo nhiệt độ (o
C) : V-I (T);
- Đƣờng đặc tính điện áp và công suất theo nhiệt độ (o
C) : V-P (T);
- Đƣờng đặc tính dòng điện và công suất theo nhiệt độ (o
C) : I-P (T);
- Đƣờng đặc tính dòng điện, điện áp theo nhiệt độ I(T) và V(T).
Để hoàn thiện việc khảo sát đặc tính của PV-Cell, trong chƣơng trình sẽ sử dụng
công cụ đọc, ghi từ file excell của chƣơng trình guide. Chƣơng trình sẽ đƣợc thiết
kế theo hƣớng, đọc các dữ liệu của các loại tấm PV-Cells từ các nhà sản xuất đƣợc
lƣu trữ từ file excell, qua đó có đƣợc các thông số kỹ thuật. Sau đó, thông qua hàm
xlsread để đọc dữ liệu từ file excells, rồi cập nhật vào chƣơng trình; thực hiện vẽ
các đƣờng đặc tính của bất cứ PV-Cells nào.
Lƣu đồ thuật toán trong lập trình Guide để mô phỏng các đặc tính PV-Cells đƣợc
thực hiện nhƣ sau:

Lựa chọn
đặc tính
Nhập dữ liệu
thông số PV-Cell
vào file excell
Hiển thị các thông
số lên giao diệnGán các thông số mặc
định cho PV- Cells
Hiển thị
Lựa chọn loại PV-
Cells cần khảo sát
YES (Đặc tính tồn tại)No
1 2 3 4 5 6 7
V-I(S) V-P(S) I-P(S) V,I(T) V-I(T) V-P(T) I-P(T)
Kết thúc
Hình 3.4 Lƣu đồ thuật toán Matlab/Guide
Trong đó, phần nhập dữ liệu đƣợc tổng hợp và ghi lại theo số liệu của trang nhà
sản xuất tấm Pin Mặt Trời của nhà sản xuất Megasun[4]
. File đƣợc đặt tên PV-
CELLS đặt trong thƣ mục Matlab của máy tính.
Việc truy cập vào dữ liệu file excells đƣợc truy xuất :
filename='PV_CELLS.xlsx';
sheet=1;
subsetA=xlsread(filename,sheet);
pin=get(handles.pin,'value');
Các giá trị tƣơng ứng sẽ đƣợc gán và hiển thị lên giao diện với câu lệnh:
bien1=subsetA(1,pin+4);
set(handles.bien,'string',num2str(bien1));
Ngoài ra, để khi bắt đầu chƣơng trình thì đã có các thông số mặc định cho một
PV-Cell mẫu nào đó, thì tại hàm OpeningFcn(hObject, eventdata, handles) ta khai
báo nhƣ sau:
set(handles.biến,'string',giá trị mà ta cần gán cho biến);
Ví dụ nhƣ gán biến nhiệt độ môi trƣờng (nhietdo) là giá trị 28o
C, ta khai báo nhƣ
sau:

set(handles.nhietdo,'string',28);
Các giá trị sau khi đƣợc gán và hiển thị lên giao diện lại tiếp tục đƣợc đọc và cập
nhật vào chƣơng trình nhằm mục đích lấy dữ liệu để vẽ đƣờng đặc tính qua câu lệnh:
bien=get(handles.bien,'string');
bien=str2num(bien);
Trong hàm mô phỏng, đầu tiên ta cần gọi lại các biến, bởi vì trong guide các
phần hoạt động riêng rẽ; không liên kết với nhau nhƣ trong Matlab. Ví dụ gọi lại giá
trị đặt của bức xạ mặt trời Sr nhƣ sau:
Sr=get(handles.Sr,'string');
Sr=str2num(Sr);
Sau đó với các biến đã đƣợc gọi, ta cần xác định lại các đƣờng đặc tính đƣợc quy
định bởi biến luachon. Biến luachon có các giá trị từ 1÷7 tƣơng ứng với 7 đƣờng
đặc tính mà ta cần khảo sát.
luachon=get(handles.luachon,'value');
Khi có các thông số biến, biến đặc tính rồi thì sử dụng câu lệnh switch nhƣ trong
Matlab để thực hiện các trƣờng hợp khác nhau ứng với các lựa chọn cần thực hiện.
Cụ thể nhƣ sau:
switch luachon
case 1 %Duong dac tinh V-I (S)
%clear;
cau lenh tuong ung;
case 2 %Duong dac tinh V-P (S)
%clear;
cau lenh tuong ung;
case 3 %Duong dac tinh I-P (S)
%clear;
cau lenh tuong ung;
case 4 %Duong dac tinh V=V(t),I =V(t)
%clear;
case 5 %Duong dac tinh V-I(t)
%clear;
cau lenh tuong ung;
case 6 %Duong dac tinh V-P(t)
%clear;
cau lenh tuong ung;
case 7 %Duong dac tinh I-P(t)
%clear;
cau lenh tuong ung;
Trong đó, tại phần case 4 để vẽ đƣờng đặc tính dòng theo nhiệt độ I(t) và áp theo
nhiệt độ V(t); ta cần sử dụng khai báo nhƣ sau:
cla reset;
duong = animatedline;
c = duong.Color;
duong.Color = 'màu cần vẽ';
duong.LineWidth= độ lớn đường vẽ;
Sau đó, thực hiện lệnh vẽ nhƣ sau:

addpoints(duong,biến theo trục x,biến theo trục y);
drawnow;
Kết quả giao diện Guide sau khi hoàn thiện nhƣ sau:
Hình 3.5 Giao diện Guide khảo sát đặc tính PV-Cells
3.2.3 Kết quả mô phỏng các đƣờng đặc tính của PV Cells
a) Các đường đặc tính theo bức xạ mặt trời S (W/m2
)
Hình 3.6 Đƣờng đặc tính VI theo bức xạ mặt trời
Trong hình 3.6 thì khi bức xạ mặt trời S tăng lên thì dòng điện I tăng mạnh tỉ lệ
thuận với bức xạ, điện áp V củng tăng theo nhƣng không đáng kể. Điện áp cực đại
Umax và dòng điện cực đại Imax đều tăng, do đó điểm làm việc cực đại di chuyển về
phía bên tay phải.
Có thể giải thích nhƣ sau, khi bức xạ Mặt Trời tăng lên thì số lƣợng photon ánh
sáng trên một đơn vị diện tích (m2
) tới PV-Cells tăng lên; do đó, số lƣợng electron

đƣợc bứt ra tạo thành electrong tự do tăng lên, dẫn đến dòng điện sẽ tăng lên theo tỉ
lệ thuận với bức xạ Mặt Trời. Đồng thời, khi số lƣợng electron tăng lên thì chênh
lệch điện tích giữa hai lớp bán dẫn p và bán dẫn n tăng lên; hay nói cách khác thì
điện trƣờng tiếp xúc giữa lớp bán dẫn p-n tăng lên, tức là điện áp tăng lên. Nhƣng
do khi dòng chuyển khuếch tán electron từ lớp bán dẫn n sang bán dẫn p tăng lên thì
đồng thời dòng trôi từ lớp p sang lớp n do điện trƣờng tiếp xúc cũng tăng lên. Dòng
trôi luôn có xu hƣớng chống lại dòng khuếch tán. Ngoài ra, thì khi số lƣợng elctron
di chuyển tăng lên thì hiện tƣợng tái nhập giữa electron tự do và lỗ trống cũng tăng
lên. Vì vậy mà dù số lƣợng electron sinh ra tăng lên nhƣng do sự tái nhập giữa
electron và lỗ trống; sự cân bằng dòng trôi và dòng khuếch tán làm cho điện áp tiếp
xúc giữa hai lớp bán dẫn p-n có tăng lên nhƣng không nhiều nhƣ dòng điện.
Do đó, khi bức xạ mặt trời lớn, ví dụ nhƣ vào lúc mà ánh sáng mặt trời đứng
thẳng, chiếu vuông góc với tấm pin Mặt Trời thì cả dòng điện và điện áp của PV-
Cells đều tăng, công suất tấm Pin tăng lên.
Hình 3.7 Đƣờng đặc tính V-P theo bức xạ mặt trời
Nhƣ đã giải thích ở trên, khi bức xạ Mặt Trời tăng lên thì dòng điện và điện áp
đều tăng lên, do đó công suất của tấm Pin cũng tăng lên. Điểm công suất cực đại
Pmax di chuyển hƣớng lên về phía bên tay phải. Ta có các đƣờng đặc tính V-P và I-P
theo bức xạ Mặt Trời S W/m2) nhƣ ở hình 3.7 và hình 3.8.
Hình 3.8 Đƣờng đặc tính I-P theo bức xạ mặt trời

b) Các đường đặc tính theo nhiệt độ môi trường (o
C)
Hình 3.9 Đƣờng đặc tính dòng và áp theo nhiệt độ
Trong hình 3.9 cho thấy, khi nhiệt độ tăng lên thì điện áp sẽ giảm đƣờng màu
xanh có hƣớng đi xuống), còn dòng điện sẽ tăng đƣờng màu đỏ tăng có hƣớng đi
lên).
Có thể giải thích nhƣ sau, khi nhiệt độ tăng lên thì năng lƣợng có sẵn trong các
electron dạng thế năng lớn, nên với cùng một bức xạ mặt trời S(W/m2) thì nhiệt độ
càng cao thì số lƣợng electron bứt ra càng lớn, do đó dòng điện sẽ tăng lên, nhƣng
rất ít không giống nhƣ khi tăng bức xạ Mặt Trời. Khi ta thay đổi biên độ nhiệt độ
của môi trƣờng trong giới hạn làm việc của tấm Pin từ -20o
C-65o
C thìdòng điện của
tấm Pin thay đổi rất nhỏ, theo hệ số ki dƣơng. Chính vì vậy mà có thể nói, nguồn
điện Pin Mặt Trời là nguồn dòng, tức giá trị dòng điện luôn ổn định với nhiệt độ
môi trƣờng.
nhƣng theo chúng ta thấy thì dòng hầu nhƣ là không đổi. và ngƣợc lại khi nhiệt
độ giảm đi thì điện áp sẽ tăng lên, còn dòng điện thì vẫn không thay đổi. Trong thực
tế, hệ số nhiệt dòng điện của tấm Pin Mặt Trời làm bằng Silickhoảng
ki=+0,05%/o
C; tức là khi tăng 1o
C thì dòng điện của tấm Pin sẽ tăng thêm 0,05
dòng điện trƣớc đó.
Ngƣợc lại, khi nhiệt độ tăng lên thì làm thế năng ban đầu của electron ở lớp hóa
trị tăng lên. Do đó, điện trƣờng tạo ra do sự chênh lệch năng lƣợng khi electron ở
lớp dẫn so với năng lƣợng của electron ở lớp dẫn giảm đi. Điện trƣờng tiếp xúc giữa
hai lớp p-n giảm, dẫn đến điện áp tiếp xúc của tấm Pin khi nhiệt độ tăng lên sẽ
giảm. Khi nhiệt độ tăng lên thì năng lƣợng thế năng của tất cả các electron ở lớp
hóa trị đều tăng lên. Do đó, tăng nhiệt độ môi trƣờng sẽ làm điện áp giảm đi đáng
kể. Trong thực tế, với vật liệu Silic có hệ số áp theo nhiệt độ kU= -0,37%/o
C; tức là,
khi nhiệt độ tăng lên 1o
C thì điện áp hở mạch Vocgiảm khoảng 0,37% điện áp.

Chính vì vậy mà ngƣời ta cứ lầm tƣởng rằng nhiệt độ cao sẽ tạo ra công suất lớn
cho tấm Pin Mặt Trời. Nhƣng thực tế thì nhiệt độ thấp lại cho hiệu quả cao hơn.
Qua đó ta có các đƣờng đặc tính V-I, V-P và I-P theo nhiệt độ nhƣ các hình phía
dƣới.
Hình 3.10 Đƣờng đặc tính V- I theo nhiệt độ môi trƣờng
Trong hình 3.10 thì khi nhiệt độ tăng lên thì dòng điện I tăng nhẹ không bao
nhiêu, còn điện áp V thì giảm đáng kể, điện áp hở mạch VOC giảm mạnh khiến điện
áp làm việc cực đại Vmax có hƣớng giảm về phía bên tay trái.
Hình 3.11 Đƣờng đặc tính PV theo nhiệt độ môi trƣờng
Trong hình 3.11 và hình 3.12 cho thấy, thì khi nhiệt độ tăng lên thì do dòng điện
tăng lên không đáng kể nhƣng điện áp lại giảm đáng kể; do đó, công suất của tấm
Pin bị giảm đi và điểm công suất cực đại Pmax giảm xuống theo hƣớng về phía bên
tay trái.
Hình 3.12 Đƣờng đặc tính I-P theo nhiệt độ môi trƣờng

Khảo sát với các loại PV-Cells khác cũng cho kết quả tƣơng tự. Việc thay đổi các
thông số đƣợc thực hiện bằng cách thay đổi các thông số kỹ thuật tƣơng ứng trong
file excell dữ liệu, và cần chú ý chỉnh sửa kích thƣớc ma trận dữ liệu trong lập trình
Guide.
3. TIỂU KẾT 3
Bằng cách đi vào tìm hiểu cấu tạo, nguyên lý làm việc của tấm pin mặt trời; đồng
thời mô hình hóa toán học một tấm Pin Mặt Trời, qua đó sử dụng phần mềm Matlab
với giao diện Guide để lập trình mô phỏng các đặc tính tấm Pin Mặt Trời nhƣ V-I,
V-P, I-P với các thông số thay đổi là các yếu tố môi trƣờng nhƣ bức xạ Mặt Trời
S(W/m2
) và nhiệt độ độ môi trƣờng (o
C) cho thấy:
- Các thông số kỹ thuật của tấm Pin Mặt trời nhƣ điện áp hở mạch Voc, dòng điện
ngắn mạch Isc, điện áp làm việc cực đại Vmax, dòng điện làm việc cực đại Imax hay
công suất điểm làm việc cực đại Pmax đều ảnh hƣởng hƣởng rất lớn vào điều kiện
môi trƣờng nhƣ bức xạ mặt trời, nhiệt độ môi trƣờng;
- Khi bức xạ Mặt Trời tăng lên thì cả dòng và áp đều tăng. Trong đó dòng tăng
nhiều theo tỉ lệ thuận, còn áp cũng tăng nhƣng tăng ít hơn; do đó, công suất cũng
tăng lên.
- Khi nhiệt độ môi trƣờng tăng lên thì dòng điện tăng nhẹ còn điện áp lại giảm đi
đáng kể; do đó, công suất lại bị giảm đi.
Từ kết quả trên, ta khi vận hành hệ thống PV-Cell cần phải điều chỉnh hƣớng tấm
Pin sao đạt đƣợc giá trị bức xạ Mặt Trời S là lớn nhất và hạn chế các yếu tố ảnh
hƣởng đến sự hấp thụ năng lƣợng Mặt Trời của tấm Pin nhƣ bụi bẩn, lá cây, ...
Những nơi có bức xạ Mặt Trời lớn và nhiệt độ môi trƣờng thấp sẽ đạt hiệu suất làm
việc của các tấm Pin lớn hơn.
Việc làm giảm ảnh hƣởng của bụi bẩn đến hiệu suất của tấm Pin là nội dung
chính của bài viết này. Bài viết định hƣớng đến việc thiết kế và điều khiển hệ thống
lau rửa tấm Pin Mặt Trời, qua đó sẽ làm hạn chế ảnh hƣởng của sự che khuất đến
hiệu suất làm việc của các tấm Pin, và đƣợc trình bày cụ thể ở chƣơng 4 tiếp theo.

CHƢƠNG 4. LẮP RÁP, ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG LAU RỬA PV -
CELLS VÀ HỆ THỐNG ĐỊNH HƢỚNG MẶT TRỜI SOLAR
TRACKING
4.1 TỔNG QUAN
Chúng ta biết rằng, trong quá trình vận hành của hệ thống PV- Cells thì các yếu
tố nhƣ: bụi, phấn hoa, phân chim và các mảnh vụn khác bám trên bề mặt tấm Pin
ảnh hƣởng tiêu cực đến hiệu quả của pin mặt trời, đây chính là các yếu tố tạo ra hiện
tƣợng che khuất một phần. Hiện tƣợng này dẫn đến giảm điện áp đầu ra của các tấm
Pin một cách nghiêm trọng, và gây phát nhiệt cục bộ nhƣ đã trình bày ở mục 2.1
phía trên. Thông thƣờng, sau khoảng 3 tháng những tấm pin sẽ bị ảnh hƣởng bởi
thời tiết, bụi bẩn, chim chóc . làm giảm hiệu suất của tấm pin ảnh hƣởng đến khả
năng sản xuất điện năng của hệ thống điện. Do đó, cần kiểm tra vệ sinh định kỳ sẽ
phát hiện ra những nguy cơ bị hƣ hỏng của dàn pin và khắc phục kịp thời.Đồng
thời, tăng cƣờng tuổi thọ cho tấm pin.
Google tiến hành thử nghiệm đột phá tại trang trại năng lƣợng mặt trời 1,6 MW
của họ ở Mountain View, California. Họ thấy rằng làm sạch mặt trời là “biện pháp
tối ƣu nhất trong những cách tối đa hóa năng lƣợng họ sản xuất.” Làm sạch các tấm
pin mặt trời đã hoạt động trong 15 tháng tăng gấp đôi sản lƣợng điện[12]
.
Nghiên cứu tƣơng tự cũng cho thấy mƣa không phải là cách làm sạch các tấm pin
mặt trời. Các tấm pin năng lƣợng mặt trời đã đƣợc làm sạch chuyên nghiệp đã có
sản lƣợng điện cao hơn 12 so với sản phẩm đƣợc làm sạch bởi mƣa.Chính vì vậy
là chúng ta cần phải thƣờng xuyên vệ sinh, rửa tấm pin năng lƣợng mặt trời. Hiện
nay để làm sạch tấm pin mặt trời thì ta cần chú ý các điểm nhƣ sau:
- Điều đầu tiên bạn muốn làm là kiểm tra yêu cầu đối với việc làm sạch của nhà
sản xuất pin năng lƣợng mặt trời.
- Các tấm pin năng lƣợng mặt trời có thể bị hƣ hỏng khi bạn vệ sinh chúng lúc
nắng nóng. Nên làm sạch các tấm pin mặt trời vào buổi sáng hoặc buổi chiều, hoặc
chọn một ngày có thời tiết mát m .
- Đầu tiên hãy thử làm sạch pin bằng vòi nƣớc làm vƣờn nếu bạn làm công việc
này một mình. Nếu có nhiều bụi và bụi đã tích tụ bạn có thể cần phải làm sạch kỹ
hơn.

Điều khiển hệ thống định hướng mặt trời và lau rửa tấm pin tự động

Điều khiển hệ thống định hướng mặt trời và lau rửa tấm pin tự động

Recommended

Recommended

More Related Content

What's hot

What's hot (20)

Similar to Điều khiển hệ thống định hướng mặt trời và lau rửa tấm pin tự động

Similar to Điều khiển hệ thống định hướng mặt trời và lau rửa tấm pin tự động (20)

More from Dịch vụ viết bài trọn gói ZALO: 0909232620

More from Dịch vụ viết bài trọn gói ZALO: 0909232620 (20)

Recently uploaded

Recently uploaded (19)

Điều khiển hệ thống định hướng mặt trời và lau rửa tấm pin tự động