Đang tải... (xem toàn văn)
ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU
NGÀNH KĨ THUẬT VẬT LIỆU NĂNG LƯỢNG VÀ ỨNG DỤNG
BÁO CÁO THÍ NGHIỆM
THÍ NGHIỆM CHẾ TẠO CÁC HỆ NĂNG LƯỢNG
BÁO CÁO THÍ NGHIỆM _ TUẦN 1: XÁC ĐỊNH THÔNG SỐ KỸ THUẬT, CẤU TẠO CỦA PANEL VÀ ĐO VOC; ISC THEO CƯỜNG ĐỘ ÁNH SÁNG
Trang 2MỤC LỤC
I MỤC TIÊU 1
II DỤNG CỤ ĐO 1
IV CẤU TẠO PANEL 3
4.1 Cấu tạo tổng quát 3
4.2 Cấu tạo tế bào quang điện (cell) 4
4.3 Các loại pin 6
V NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG 7
VI TÀI LIỆU THAM KHẢO 10
Trang 3I MỤC TIÊU
- Nắm được cách sử dụng đồng hồ để đo VOC, ISC- Nắm được cách đo cường độ ánh sáng
- Vẽ được đồ thị đặc tuyến I-V-P, nhận xét đồ thị
II DỤNG CỤ ĐO
Đồng hồ vạn năng kỹ thuật số WELLINK HL-1210
Máy đo cường độ ánh sáng
Trang 4III XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ KĨ THUẬT CỦA PANEL (MODULE) VÀ ĐO Isc, Voc
1000V
Maximum Series Fuse Rating:
10A
Trang 5Nhận xét: Qua các kết quả đo ta thấy được rằng Cường độ ánh sáng và diện tích bề mặt
tấm module ảnh hưởng đến dòng điện ngắn mạch ISC (thay đổi theo chiều thuận) và công suất tấm module, ngoài ra thì điện áp mạch hở VOC không thay đổi qua nhiều
IV CẤU TẠO PANEL 4.1 Cấu tạo tổng quát
Một tế bào năng lượng mặt trời (hay còn gọi là một tế bào quang điện hoặc PV
cell) được định nghĩa là một thiết bị điện tử chuyển đổi trực tiếp ánh sáng mặt trời thành dòng điện một chiều (DC) Ánh sáng mặt trời chiếu vào tấm pin mặt trời sinh ra cả điện áp và cường độ dòng điện để từ đó tạo thành năng lượng điện
Pin mặt trời về cơ bản là một diode tiếp giáp P-N , tế bào năng lượng mặt trời là một hình thức của tế bào quang điện, nghĩa là một thiết bị có đặc tính điện – chẳng hạn như dòng điện, điện áp , hoặc điện trở thay đổi khi tiếp xúc với ánh sáng
Các tế bào năng lượng mặt trời riêng lẻ có thể được kết hợp để tạo thành các đun thường được gọi là tấm pin mặt trời Một PV cell có thể tạo ra điện áp hở mạch tối đa
Trang 6mô-khoảng 0,5 đến 0,6 volt nhưng khi kết hợp thành một tấm pin mặt trời lớn có thể tạo ra một lượng năng lượng đáng kể
Hình 1: Cấu tạo tấm panel pin mặt trời (nguồn Internet)
4.2 Cấu tạo tế bào quang điện (cell)
Tế bào quang điện (photovoltaic hay PV) tạo ra điện trực tiếp từ ánh sáng mặt trời
bằng hiệu ứng quang điện Một nhóm các tế bào quang điện được kết nối với nhau và được
đặt vào một khung được gọi là mô-đun hoặc tấm pin năng lượng mặt trời
Tế bào quang điện được làm bằng chất bán dẫn như silicon, được sử dụng phổ biến nhất Khi ánh sáng chiếu vào tế bào, một phần của nó bị hấp thụ trong vật liệu bán dẫn, năng lượng của ánh sáng bị hấp thụ được truyền cho chất bán dẫn Năng lượng được truyền sau đó đánh bật các electron lỏng lẻo, cho phép chúng chuyển động tự do
Tế bào quang điện có điện trường buộc các electron giải phóng do hấp thụ ánh sáng chạy theo một hướng nhất định Dòng electron này là một dòng điện; khi các tiếp điểm kim loại được đặt trên đầu và dưới cùng của tế bào quang điện, nó cho phép chúng ta rút dòng điện ra để sử dụng
Trang 7Hầu hết các tấm pin mặt trời hiện nay chứa 120 đến 144 tế bào đơn hoặc đa tinh thể được liên kết với nhau thông qua các thanh nối tiếp để tạo ra điện áp trong khoảng 40V tùy thuộc vào loại tế bào được sử dụng Các tiếp điểm điện kết nối các tế bào được gọi là Busbar và cho phép dòng điện chạy qua tất cả các tế bào trong một mạch
Hình 2: Cấu tạo tế bào quang điện (nguồn Internet)
Trang 84.3 Các loại pin
(Mono) Pin Polycrystalline (Poly)
Nguyên liệu tạo thành
-Pin Mono được tạo từ chất bán dẫn silicon đơn tinh thể dạng ống hình trụ, có độ tinh khiết cao, đều màu và đồng nhất
-Bốn mặt ống được cắt thành các tấm mỏng hình chữ nhật đứng màu đen, xếp liền nhau tạo thành khoảng trống hình
thoi
-Pin Poly được tạo nên từ silicon đa tinh thể đơn, làm nóng chảy và đổ vào khuôn hình vuông rồi làm nguội
-Sau đó sẽ được cắt thành những mảnh silicon vuông màu xanh đậm, xếp khít với nhau tạo thành một
- 27%
Với pin Poly, do độ tinh khiết của silicon thấp hơn, nên cùng một điều kiện nắng và diện tích bề mặt như nhau, hiệu suất của pin chỉ trong khoảng từ 13 -
16%
Trang 9Ưu điểm
-Vẫn sản xuất ra điện trong điều kiện ánh sáng yếu, ít nắng
-Phù hợp khu vực phía Bắc (nơi cường độ bức xạ mặt trời yếu vào mùa đông), không gian mái nhà hạn chế, cây cối che khuất ánh
nắng
- Phù hợp khu vực phía Nam, nơi cường độ bức xạ
đơn giản hơn)
Hình 3: Loại pin Polycrystalline và Monocrystalline (nguồn Internet)
V NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG
Tấm pin năng lượng mặt trời chuyển đổi năng lượng ánh sáng thành dòng điện một chiều (DC) Sau đó, thông qua inverter được trang bị thuật toán MPPT (Maximum Power
Trang 10Point Tracking), dòng điện DC được chuyển hóa thành dòng điện xoay chiều (AC) Nguồn điện AC tạo ra từ hệ thống pin năng lượng mặt trời được kết nối với bảng điện chính và đồng bộ hóa với lưới điện hiện có, cung cấp điện song song với nguồn điện lưới (ưu tiên sử dụng điện mặt trời và tự động chuyển sang lưới điện khi cần, hoặc phát ngược vào lưới khi có dư) Đây là nguyên lý cơ bản của hệ thống hòa lưới điện mặt trời
Khi xảy ra mất điện lưới, inverter trong hệ thống sẽ ngay lập tức ngắt kết nối với lưới điện Điều này đảm bảo rằng hệ thống pin năng lượng mặt trời không phát điện vào lưới và không gây nguy hiểm cho nhân viên sửa chữa lưới điện
Hình 4: Nguyên lý hoạt động của pin mặt trời
Khi một photon tương tác với một tấm silic, có hai trường hợp xảy ra:
1 Photon đi qua tấm silic: Điều này xảy ra khi năng lượng của photon không đủ để đẩy
các electron lên một mức năng lượng cao hơn
2 Năng lượng của photon được hấp thụ bởi silic: Điều này xảy ra khi năng lượng của
photon lớn hơn năng lượng cần thiết để đẩy các electron lên một mức năng lượng cao hơn
Trang 11Khi photon được hấp thụ, năng lượng của nó được truyền cho các electron trong
cấu trúc tinh thể silic Các electron này thường nằm ở lớp ngoài cùng và bị ràng buộc với các nguyên tử lân cận, do đó chúng không thể tự do di chuyển Khi các electron được kích thích và trở thành dẫn điện, chúng có thể tự do di chuyển trong vật liệu bán dẫn
Kết quả là một nguyên tử sẽ mất đi một electron, tạo ra một "lỗ trống" Lỗ trống này tạo điều kiện cho các electron từ nguyên tử lân cận di chuyển và điền vào "lỗ trống", và quá trình này tạo ra lỗ trống cho nguyên tử lân cận khác Quá trình này tiếp tục và các lỗ trống di chuyển xuyên suốt vật liệu bán dẫn Đây là nguyên lý cơ bản của một tấm pin mặt trời
Một photon chỉ cần đủ năng lượng để kích thích các electron ở lớp ngoài cùng để di chuyển Tuy nhiên, tần số ánh sáng mặt trời thường tương đương với 600K, vì vậy hầu hết năng lượng mặt trời được hấp thụ bởi silic Tuy nhiên, một phần đáng kể năng lượng mặt trời được chuyển đổi thành năng lượng nhiệt thay vì năng lượng điện có thể sử dụng
Trang 12VI TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] M&H Energy Solutions, Cấu tạo và Nguyên lý hoạt động của pin năng lượng mặt
trời, Truy cập từ:
http://mhenergy.vn/cau-tao-va-nguyen-ly-hoat-dong-cua-pin-nang-luong-mat-troi-12769.html
[2] Cấu tạo tấm pin năng lượng mặt trời và nguyên lý hoạt động, Truy cập từ:
https://quangdien.com.vn/cau-tao-tam-pin-nang-luong-mat-troi/