TRƯỜNG ĐHSP THÁI NGUYÊN CHUYÊN ĐỀ: PIN MẶT TRỜI PIN QUANG ĐIỆN: CẤU TẠO – NGUYÊN TẮC HOẠT ĐỘNG - ỨNG DỤNG Nguyễn Đức Thái - Lớp cao học Vật lý K23B Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS Vũ Thị Kim Liên Thái Nguyên, 2016 10/03/2016 Nguyễn Đức Thái – Lớp cao học Vật lý K23B MỞ ĐẦU Lí chọn đề tài Thứ nhất: Nguồn lượng điện vô tận từ mặt trời: -Các pin mặt trời có nhiều ưu điểm Silicon sử dụng đa số chất liệu phổ biến Cát bãi biển có thành phần cấu tạo chủ yếu silicon Các pin mặt trời đáng tin cậy -“Nhiên liệu” mà chúng sử dụng – ánh sáng mặt trời – có sẵn dồi Đó nguồn tài nguyên hồi phục tồn gần mãi Các nhà khoa học biết Mặt trời tỏa sáng hàng tỉ năm 10/03/2016 Nguyễn Đức Thái – Lớp cao học Vật lý K23B MỞ ĐẦU Thứ hai: Tính tiện dụng Lí chọn đề tài - Các pin mặt trời sản xuất điện nơi sử dụng chúng Riêng Hệ thống Pin Mặt Trời cục có đặc điểm hoạt động cách ly hoàn toàn với nguồn lưới nên không cần dây dẫn hay cáp nối để dẫn điện từ nhà máy điện xa 10/03/2016 Nguyễn Đức Thái – Lớp cao học Vật lý K23B MỞ ĐẦU Lí chọn đề tài Thứ ba: Giảm chi phí - Thay phải sử dụng 100% điện từ lưới điện quốc gia, cần sử dụng 50% chí không sử dụng điện từ lưới điện quốc gia cách sử dụng Hệ thống Pin Mặt Trời nối lưới Phần điện bù vào lấy từ Pin Mặt Trời bơm trực tiếp vào hệ thống điện lưới tòa nhà 10/03/2016 Nguyễn Đức Thái – Lớp cao học Vật lý K23B MỞ ĐẦU Thứ tư: Bảo vệ môi trường Lí chọn đề tài - Khi sử dụng, pin mặt trời chẳng có tác động môi trường Chúng im lìm Chúng không nhả bụi chất khí thải vào không khí Chúng không làm cho nước nhiễm độc Chúng không tạo chất thải nguy hiểm 10/03/2016 Nguyễn Đức Thái – Lớp cao học Vật lý K23B MỞ ĐẦU Lí chọn đề tài Thứ năm: Các nhà máy điện - Các nhà máy điện sử dụng pin mặt trời có số ưu điểm Thường chúng xây dựng nhanh nhà máy đốt dầu, than đá, nhà máy sử dụng nhiên liệu hạt nhân Nếu cần công suất lớn hơn, chúng dễ mở rộng loại nhà máy khác Các nhà máy đốt dầu than đá sử dụng lượng lớn nhiên liệu Nhiên liệu đắt tiền việc đốt cháy giải phóng chất độc hại Quá trình vận chuyển nhiên liệu đến nhà máy điện gây trở ngại môi trường Với nhà máy điện mặt trời vấn đề trở ngại 10/03/2016 Nguyễn Đức Thái – Lớp cao học Vật lý K23B NGHIÊN CỨU Pin Mặt Trời – Pin Quang Điện gì? Pin Mặt Trời thiết bị giúp chuyển hóa trực tiếp lượng ánh sáng mặt trời (quang năng) thành lượng điện (điện năng)dựa hiệu ứng quang điện Hiệu ứng quang điện phát năm 1839 nhà vật lý Pháp Alexandre Edmond Becquerel Tuy nhiên 1883 pin lượng tạo thành, Charles Fritts, ông phủ lên mạch bán dẫn selen lớp cực mỏng vàng để tạo nên mạch nối Thiết bị có hiệu suất 1%, Russell Ohl xem người tạo pin lượng mặt trời năm 1946 Sven Ason Berglund có phương pháp liên quan đến việc tăng khả cảm nhận ánh sáng pin 10/03/2016 Nguyễn Đức Thái – Lớp cao học Vật lý K23B NGHIÊN CỨU Pin Mặt Trời – Pin Quang Điện gì? Điện tạo từ Pin mặt trời gọi Điện lượng mặt trời hay điện mặt trời Để tạo nhiều lượng, người ta kết nối nhiều phần tử Pin mặt trời lại với tạo thành Tấm Pin mặt trời Công suất cực đại Tấm Pin mặt trời tạo phụ thuộc vào hiệu suất chuyển đổi quang thành điện Pin mặt trời 10/03/2016 Nguyễn Đức Thái – Lớp cao học Vật lý K23B NGHIÊN CỨU Pin Mặt Trời – Pin Quang Điện gì? Trong tiếng Việt, Pin Mặt Trời gọi Pin Năng Lượng Mặt Trời, Pin Quang Điện, Tế Bào Quang Điện Tấm Pin mặt trời gọi Bảng Pin mặt trời hay Mô-đun Pin lượng mặt trời 10/03/2016 Nguyễn Đức Thái – Lớp cao học Vật lý K23B NGHIÊN CỨU Pin Mặt Trời – Pin Quang Điện gì? Trong thuật ngữ tiếng Anh, Pin mặt trời gọi Solar Cell Còn Tấm Pin mặt trời gọi Solar Panels Mảng Pin Mặt Trời gọi Array Solar Panels Hệ thống điện mặt trời bao gồm: Pin mặt trời , Khối tích trữ chuyển hóa điện (Bộ sạc Mặt trời, Accu lưu điện, Thiết bị chuyển đổi từ điện DC lên 110/220VAC hòa lưới mặt trời), Giàn khung giá đỡ dây dẫn 10/03/2016 Nguyễn Đức Thái – Lớp cao học Vật lý K23B NGHIÊN CỨU Một số loại Pin Mặt Trời khác Pin mặt trời dạng keo nước (Lá nhân tạo) - Pin mặt trời dạng keo nước gọi Lá nhân tạo Đây loại Pin mặt trời uốn cong, có thành phần keo nước chứa phân tử nhạy sáng kết hợp với điện cực phủ chất liệu cacbon, ví dụ ống nano cacbon than chì Các phân tử nhạy sáng trở nên “kích động” ánh sáng mặt trời chiếu vào sản sinh điện năng; chế tương tự chế kích thích tổng hợp đường để sinh trưởng phân tử thực vật 10/03/2016 Nguyễn Đức Thái – Lớp cao học Vật lý K23B NGHIÊN CỨU Một số loại Pin Mặt Trời khác Pin mặt trời dạng keo nước (Lá nhân tạo) - Hiện tại, việc ứng dụng loại pin chưa công bố hiệu suất hoạt động pin thấp 10/03/2016 Nguyễn Đức Thái – Lớp cao học Vật lý K23B ỨNG DỤNG Tích hợp vào thiết bị 10/03/2016 Nguyễn Đức Thái – Lớp cao học Vật lý K23B ỨNG DỤNG Tích hợp vào thiết bị 10/03/2016 Nguyễn Đức Thái – Lớp cao học Vật lý K23B ỨNG DỤNG Tích hợp vào thiết bị - Từ đồng hồ đeo tay nhỏ bé, điện thoại dắt túi quần xe điện mặt trời chạy mặt đất hay robot Hỏa Sự tích hợp Pin Mặt Trời mang lại khác biệt cho thiết bị: Vừa thẩm mỹ, vừa tiện dụng thân thiện với môi trường - Pin mặt trời thường tích hợp vào thiết bị Máy tính bỏ túi, Laptop, Đồng hồ đeo tay, Điện thoại di động, Đèn trang trí, đèn sân vườn, Đèn tín hiệu, đèn đường, Các loại xe, Máy bay, Robot tự hành, Vệ tinh nhân tạo 10/03/2016 Nguyễn Đức Thái – Lớp cao học Vật lý K23B ỨNG DỤNG Nguồn điện di động 10/03/2016 Nguyễn Đức Thái – Lớp cao học Vật lý K23B ỨNG DỤNG Nguồn điện di động - Nguồn điện cấp điện cho thiết bị điện nơi đâu, đặc biệt nơi điện lưới vùng sâu vùng xa, hải đảo, biển, - Các ứng dụng Nguồn điện di động kể đến Bộ sạc lượng mặt trời, Cặp lượng mặt trời, Áo lượng mặt trời, Trạm điện mặt trời di động 10/03/2016 Nguyễn Đức Thái – Lớp cao học Vật lý K23B ỨNG DỤNG Nguồn điện cho tòa nhà 10/03/2016 Nguyễn Đức Thái – Lớp cao học Vật lý K23B ỨNG DỤNG Nguồn điện cho tòa nhà - Đã bạn nghĩ thay tiết kiệm sử dụng điện gia đình tạo nguồn điện thay thế? - Nguồn điện cho tòa nhà giải pháp vừa giúp giảm hóa đơn tiền điện hàng tháng, vừa giúp giảm đầu tư xã hội cho công trình nhà máy điện khổng lồ cách kết hợp sức mạnh toàn dân việc tạo điện phục vụ đời sống sản xuất chung - Nguồn điện cho tòa nhà chia thành loại Nguồn điện mặt trời cục Nguồn điện mặt trời hòa lưới quốc gia Riêng Nguồn điện mặt trời hòa lưới quốc gia có nhiều ưu điểm mang lại hiệu kinh tế cao nhà nước khuyến khích sử dụng - Sử dụng nguồn điện mặt trời gia đình vừa giúp bảo vệ môi trường, vừa thể phong cách sống đại xã hội đại 10/03/2016 Nguyễn Đức Thái – Lớp cao học Vật lý K23B ỨNG DỤNG Nhà máy điện mặt trời 10/03/2016 Nguyễn Đức Thái – Lớp cao học Vật lý K23B ỨNG DỤNG Nhà máy điện mặt trời - Bằng cách kết nối nhiều nguồn điện mặt trời với tạo tổ hợp nguồn điện mặt trời có đủ khả thay nhà máy phát điện - Nhà máy điện mặt trời dùng để cấp điện cho thành phố, đảo, Hiện số lượng nhà máy điện mặt trời giới hạn chế, nhiên tương lai số lượng tăng lên giá thành sản xuất Pin mặt trời giảm xuống 10/03/2016 Nguyễn Đức Thái – Lớp cao học Vật lý K23B ỨNG DỤNG Một số ứng dụng khác 10/03/2016 Nguyễn Đức Thái – Lớp cao học Vật lý K23B ỨNG DỤNG Một số ứng dụng khác 10/03/2016 Nguyễn Đức Thái – Lớp cao học Vật lý K23B ĐÁNH GIÁ Bài học kinh nghiệm hướng phát triển: -Pin mặt trời quan tâm, nghiên cứu theo nhiều hướng khác nhau, có nhiều ứng dụng hầu hết lĩnh vực tiềm phát triển tương lai lớn -Hướng nghiên cứu để tăng hiệu suất như: đa chuyển tiếp (Multijunction), hạt tải nóng ( hot-carrier), dải tạp chất,…hay cải tiến vật liệu chế tạo: silicon đen, cadmium, - Tại Việt Nam, việc nghiên cứu ứng dụng pin mặt trời nhiều hạn chế yếu tố giá thành, công nghệ kỹ thuật, … 10/03/2016 Nguyễn Đức Thái – Lớp cao học Vật lý K23B TRƯỜNG ĐHSP THÁI NGUYÊN CẢM ƠN CÁC QUÝ VỊ ĐÃ QUAN TÂM THEO DÕI 10/03/2016 Nguyễn Đức Thái – Lớp cao học Vật lý K23B [...]... sáng Mặt trời thành dòng điện để sử dụng Tuy nhiên pin Mặt trời silic có một số hạn chế về kinh tế, kỹ thuật 10/03/2016 Nguyễn Đức Thái – Lớp cao học Vật lý K23B NGHIÊN CỨU Hoạt động của Pin Mặt Trời Silic + Iqđ - - - p- - - - ++++++++ Etx n - Video hoạt động: NGHIÊN CỨU Một số loại Pin Mặt Trời khác 1 Pin Mặt trời nhạy cảm chất màu DSC (Dye - sensitized solar cell) - DSC là một loại pin Mặt trời mới,... Vật lý K23B ỨNG DỤNG Tích hợp vào thiết bị 10/03/2016 Nguyễn Đức Thái – Lớp cao học Vật lý K23B ỨNG DỤNG Tích hợp vào thiết bị 10/03/2016 Nguyễn Đức Thái – Lớp cao học Vật lý K23B ỨNG DỤNG Tích hợp vào thiết bị - Từ chiếc đồng hồ đeo tay nhỏ bé, chiếc điện thoại dắt trong túi quần cho đến những chiếc xe điện mặt trời chạy trên mặt đất hay những chú robot trên sao Hỏa Sự tích hợp của Pin Mặt Trời mang... đắt tiền như ở trường hợp pin Mặt trời silic Thậm chí có thể làm pin mặt trời kiểu này theo cách thủ công 10/03/2016 Nguyễn Đức Thái – Lớp cao học Vật lý K23B NGHIÊN CỨU 1 Pin Mặt trời nhạy cảm chất màu DSC (Dye - sensitized solar cell) - Dễ dàng cải tiến nhiều khâu kỹ thuật, nhất là ứng dụng công nghệ nano để làm bột TiO2 có diện tích mặt ngoài cực lớn Nhược điểm của loại pin này là có chứa chất lỏng... động” khi ánh sáng mặt trời chiếu vào và sản sinh ra điện năng; cơ chế này tương tự như cơ chế kích thích tổng hợp đường để sinh trưởng của phân tử thực vật 10/03/2016 Nguyễn Đức Thái – Lớp cao học Vật lý K23B NGHIÊN CỨU Một số loại Pin Mặt Trời khác 2 Pin mặt trời dạng keo nước (Lá nhân tạo) - Hiện tại, việc ứng dụng loại pin này vẫn chưa được công bố do hiệu suất hoạt động của pin vẫn còn thấp 10/03/2016... Cấu tạo & hoạt động của Pin Mặt Trời Silic 10/03/2016 Nguyễn Đức Thái – Lớp cao học Vật lý K23B NGHIÊN CỨU Cấu tạo & hoạt động của Pin Mặt Trời Silic 10/03/2016 Nguyễn Đức Thái – Lớp cao học Vật lý K23B NGHIÊN CỨU Cấu tạo của Pin Mặt Trời Silic + Lớp chặn (3) (2) (1) - - -p- - - - ++++++++ n Etx G - (1) Đế kim loại (2) Bán dẫn loại n (3) Bán dẫn loại p NGHIÊN CỨU Cấu tạo của Pin Mặt Trời Silic - Vật liệu... biển, - Các ứng dụng Nguồn điện di động có thể kể đến đó là Bộ sạc năng lượng mặt trời, Cặp năng lượng mặt trời, Áo năng lượng mặt trời, Trạm điện mặt trời di động 10/03/2016 Nguyễn Đức Thái – Lớp cao học Vật lý K23B ỨNG DỤNG Nguồn điện cho tòa nhà 10/03/2016 Nguyễn Đức Thái – Lớp cao học Vật lý K23B ỨNG DỤNG Nguồn điện cho tòa nhà - Đã bao giờ bạn nghĩ thay vì tiết kiệm sử dụng điện trong gia đình... nhiều ưu điểm và mang lại hiệu quả kinh tế cao nếu được nhà nước khuyến khích sử dụng - Sử dụng nguồn điện mặt trời trong gia đình vừa giúp bảo vệ môi trường, vừa thể hiện một phong cách sống hiện đại trong một xã hội hiện đại 10/03/2016 Nguyễn Đức Thái – Lớp cao học Vật lý K23B ỨNG DỤNG Nhà máy điện mặt trời 10/03/2016 Nguyễn Đức Thái – Lớp cao học Vật lý K23B ỨNG DỤNG Nhà máy điện mặt trời - Bằng cách... loại Pin Mặt Trời khác 1 Pin Mặt trời nhạy cảm chất màu DSC (Dye - sensitized solar cell) - Pin DSC hoạt động như sau: ánh sáng Mặt trời qua tấm kính, qua lớp điện cực trong suốt SnO2:F chiếu vào chất màu nhạy quang dính trên bề mặt các hạt TiO2 Photon kích thích các phân tử chất màu nhạy quang làm cho electron ở đó bị bứt ra nhảy vào miền dẫn của TiO2 rồi từ đó dễ dàng chuyển động chạy về điện cực trong. .. Lớp cao học Vật lý K23B NGHIÊN CỨU 1 Pin Mặt trời nhạy cảm chất màu DSC (Dye - sensitized solar cell) - Vì nhiều lí do, hiệu suất của loại pin này chỉ vào cỡ 11% thấp hơn hiệu suất của pin Mặt trời silic (12 - 15%) Tuy nhiên ưu điểm rõ rệt của loại pin này là: - Vật liệu chế tạo rẻ, dễ kiếm Đặc biệt TiO2 là chất bột trắng hay dùng để làm sơn trắng rất phổ biến - Kỹ thuật chế tạo đơn giản, không phải... biện pháp chống rò rỉ khi dùng lâu (Loại pin này tuổi thọ là 10 năm, bằng một nửa tuổi thọ của pin Mặt trời silic) - Hiện nay đã có nhiều cải tiến đối với chất màu nhạy quang làm cho ánh sáng thuộc nhiều bước sóng trong phổ ánh sáng Mặt trời đều dễ dàng bị hấp thụ để kích thích làm thoát điện tử tạo ra dòng điện Nhờ đó, khác với pin Mặt trời silic, loại pin Mặt trời mới này vẫn hoạt động tốt khi nắng