Kỹ thuật hệ thống điện mặt trời với công nghệ quang điện

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:9

Thêm vào BST

Báo xấu

46
lượt xem 6
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài viết giới thiệu về các vấn đề từ ảnh hưởng của việc xâm nhập của nguồn năng lượng tái tạo với bản chất không ổn định, lên chất lượng điện, cũng như độ ổn định của hệ thống điện nói chung, khi trong tương lai tỉ lệ công suất các nguồn phát từ năng lượng tái tạo so với công suất lắp đặt của các nguồn phát truyền thống (từ nhiên liệu hóa thạch, thủy điện) tăng lên.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Kỹ thuật hệ thống điện mặt trời với công nghệ quang điện

KỸ THUẬT HỆ THỐNG ĐIỆN MẶT TRỜI VỚI CÔNG NGHỆ QUANG ĐIỆN (Phần 1) PGS.TS. NGUYỂN HỮU PHÚC Trường ĐH Bách Khoa – ĐH Quốc Gia TP. HCM Tóm tắt Hiện nay, năng lượng mặt trời và năng lượng gió là hai nguồn năng lượng tái tạo tiềm năng nhất và đang được phát triển tại Việt Nam. Đặc biệt, đối với nguồn phát điện từ năng lượng mặt trời các chính sách ưu đãi về cơ chế khuyến khích phát triển các dự án điện mặt trời sẽ là động lực cho các dự án phát triển mạnh mẽ trong tương lai. Các bài báo sau trong Phần 1 sẽ giới thiệu về các kĩ thuật và hệ thống phát điện mặt trời với công nghệ quang-điện. Các bài báo tiếp theo của Phần 2 sẽ giới thiệu về các vấn đề từ ảnh hưởng của việc xâm nhập của nguồn năng lượng tái tạo- với bản chất không ổn định, lên chất lượng điện, cũng như độ ổn định của hệ thống điện nói chung, khi trong tương lai tỉ lệ công suất các nguồn phát từ năng lượng tái tạo so với công suất lắp đặt của các nguồn phát truyền thống (từ nhiên liệu hóa thạch, thủy điện) tăng lên. Phần 2 cũng sẽ giới thiệu về các qui định đấu nối và các giải pháp kĩ thuật nhằm hạn chế tác động tiêu cực từ việc đưa các nguồn phát từ năng lượng tái tạo vào làm việc với lưới điện. MỞ ĐẦU Với sự phát triển tiến bộ không ngừng về công trong nước để hình thành ngành công nghiệp sản nghệ, mức chi phí đầu tư ban đầu ngày càng xuất tấm pin quang điện PV ở Việt Nam. Ước tính giảm, chi phí vận hành và bảo dưỡng thấp nên tới tháng 3/2017, các nhà máy sản xuất tấm pin giá thành sản xuất điện từ mặt trời đang dần năng lượng mặt trời tại Việt Nam có tổng công cạnh tranh với các nguồn điện từ nhiên liệu hóa suất thiết kế khoảng hơn 6.000 MW, và với sản thạch. Hiện nay, điện từ nguồn năng lượng mặt lượng thực tế hàng năm khoảng gần 2.000 MW trời đang phát triển mạnh với tốc độ rất cao, với (Viện Năng lượng, 2017). tốc độ tăng công suất điện mặt trời khoảng 48%/ Tuy nguồn phát từ năng lượng mặt trời với năm trong giai đoạn 2006 – 2016. Năm 2016, công nghệ quang điện có những ưu điểm nổi bật, công suất điện mặt trời từ công nghệ quang- điện nhưng nhược điểm do tính không ổn định của (PV- Photovoltaics), với ít nhất 75 GWp đã được sản lượng điện phát ra do sự thay đổi của bức xạ lắp đặt thêm trên thế giới, lần đầu tiên trở thành năng lượng mặt trời là một vấn đề lớn. Trong xu dạng công nghệ được ứng dụng hàng đầu trong thế chung của việc xâm nhập ngày càng lớn của số các công nghệ năng lượng tái tạo. nguồn phát từ năng lượng tái tạo- trong đó có Theo các số liệu đến tháng 08/2017, tổng công năng lượng mặt trời với bản chất nguồn công suất suất lắp đặt điện mặt trời trên cả nước khoảng không ổn định, phụ thuộc nhiều vào thời tiết, 28 MW, chủ yếu là quy mô nhỏ cấp điện tại chỗ vào lưới điện hiện hữu sẽ làm phát sinh các vấn (vùng ngoài lưới cho các hộ gia đình và một số dự đề về kĩ thuật như chất lượng điện, và làm ảnh án nối lưới điện hạ áp, lắp đặt trên các tòa nhà, hưởng đến tính ổn định của toàn hệ thống. Các công sở). Tuy vậy, trong vòng 2 năm trở lại đây khía cạnh về kĩ thuật và hệ thống phát điện mặt nhiều chủ đầu tư trong và ngoài nước đang xúc trời, cụ thể là kĩ thuật và hệ thống quang-điện, tiến và tìm kiếm cơ hội đầu tư vào dự án điện mặt sẽ được giới thiệu trong các bài báo của Phần 1, trời nối lưới quy mô lớn trong phạm vi cả nước. trong khi Phần 2 sẽ trình bày về các Qui định đấu Hiện nay, có khoảng 115 dự án quy mô công suất nối và các giải pháp kĩ thuật nhằm hạn chế các tác lớn nối lưới đã và đang được xúc tiến đầu tư tại động tiêu cực của việc xâm nhập các nguồn phát một số tỉnh có tiềm năng điện mặt trời lớn tại các từ năng lượng tái tạo vào lưới điện. tỉnh miền Trung và miền Nam ở các mức độ khác 2. PHÁT TRIỂN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI TRÊN nhau: xin chủ trương khảo sát địa điểm, xin cấp THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM phép đầu tư, lập dự án đầu tư xây dựng. Tính tới giữa năm 2017, tổng công suất các dự án đang Tính đến năm 2016, tổng công suất nguồn tiến hành lập dự án đầu tư trên cả nước khoảng điện mặt trời với công nghệ PV được lắp đặt hơn 17.000 MW. trên thế giới khoảng trên 303 GW, với tốc độ tăng công suất điện mặt trời khoảng 48%/năm trong Việc sản xuất các tấm pin quang điện PV đã giai đoạn 2006 – 2016. Trên Hình 1 là 6 quốc gia bắt đầu ở Việt nam từ giữa những năm 90, với việc có tổng công suất HTQĐ lớn hơn 10 GW. Chính phủ Việt Nam hỗ trợ việc chuyể về sản xuất bản tin hội ĐIỆN LỰC miền nam - tháng 4 / 2018  5
Hình 1. Công suất toàn cầu của điện mặt trời công nghệ PV (206-2016) và tại 10 nước hàng đầu Trong Chiến Lược Phát Triển Năng Lượng Tái Tạo ở Việt Nam, Quyết định số 2068/QĐ-TTg ngày 25/11/2015 nêu rõ “Các đơn vị phát điện có công suất lắp đặt trên 1.000MW, tỷ lệ điện sản xuất từ năng lượng tái tạo đến năm 2020 không thấp hơn 3%; năm 2030 không thấp hơn 10%; năm 2050 không thấp hơn 20%” (EVN+ GENCO)**. Theo Quy Hoạch Phát Triển Năng Lượng Tái Tạo với Quyết định số 428/QĐ-TTg ngày 18/3/2016 (QHĐ VII điều chỉnh) là các số liệu sau: trong giai đoạn 2016 – 2020 sẽ đưa vào vận hành 3.603MW; giai đoạn 2021 – 2025 đưa vào vận hành 6.290MW; giai đoạn 2026 – 2030 đưa vào vận hành 15.190MW. Tổng cộng trong giai đoạn 2016 – 2030 sẽ có 25.000 MW được đưa vào vận hành, trong đó nguồn công suất từ Điện mặt trời: 850MW (2020); 4.000M (2025); 12.000MW (2030) và từ Điện gió: 800MW (2020);2.000MW (2025); 6.000MW (2030). Trên Hình 2 là các số liệu từ EVN (tháng 5.2018), với các quy hoạch và chuẩn bị đầu tư (đã xác định địa điểm, công suất) cho các dự án nguồn điện mặt trời có công suất ~ 2.275MW. Ngoài ra, các dự án Pin Năng Lượng Mặt Trời Áp Mái (NLMTAM) (tại trụ sở các Tổng Công Ty Truyền tải, Tổng Công Ty Điện Lực, Công Ty Điện Lực, Trạm Biến Áp thuộc EVN) với các số liệu sau. Năm 2017: tiềm năng các dự án pin NLMTAM nối lưới: 55,6 MWp; 2017 - 2018: đã lắp đặt 13 dự Hình 2. Công suất của các dự án Nguồn Phát Năng Lượng án, với công suất 758 kWp; 2018 và các năm tiếp Mặt Trời (EVN) [1] theo: sẽ tiếp tục lắp đặt hệ thống pin NLMTAM. 3. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG QUANG ĐIỆN 3.1 Nguyên lí hoạt động Trong các hệ thống quang điện (HTQĐ) và nhà máy quang điện (NMQĐ) (Hình 3) năng lượng mặt trời được biến đổi trực tiếp thành năng lượng điện qua việc sử dụng kĩ thuật chất bán dẫn phù hợp được “pha tạp” (doped) phát ra dòng điện khi làm việc với bức xạ mặt trời [2]. Ưu điểm chính của HTQĐ hay NMQĐ: • Phát điện phân tán • Không phát thải các chất gây ô nhiễm • Tiết kiệm nhiên liệu hóa thạch • Độ tin cậy cao của các nhà máy do không có các 6 bản tin hội ĐIỆN LỰC miền nam - tháng 4 / 2018
bộ phận quay (tuổi thọ của NMQĐ thường trên Phân loại HTQĐ 20 năm) Các HTQĐ thường được phân loại: • Chi phí vận hành và bảo trì giảm 1. HTQĐ làm việc độc lập với lưới điện (có hệ • Tính linh hoạt module hệ thống (dễ dàng nâng thống tích trữ năng lượng) công suất nhà máy theo nhu cầu phụ tải bằng 2. HTQĐ làm việc đấu nối với lưới điện hạ thế cách tăng số lượng các module quang điện). 3. NMQĐ, thường đấu nối với lưới điện trung áp. Nhược điểm: Hai loại HTQĐ 1. và 2. thường có công suất • Chi phí đầu tư của NMQĐ hiện nay vẫn còn khá dưới 1 MW, trong khi loại 3 là các NMQĐ có công cao do thị trường chưa đạt được mức độ phát suất trên 1 MW. triển đầy đủ, xét từ quan điểm kỹ thuật và kinh tế Tại một số nước hiện đang áp dụng chính • Tính không ổn định của sản lượng điện phát ra sách ưu đãi về giá điện khi điện năng sản xuất từ do sự thay đổi của bức xạ năng lượng mặt trời. HTQĐ được phát về lưới (Feed- In Tariff- FIT), tuy Sản lượng điện năng hàng năm của NMQĐ phụ vậy thường chỉ được áp dụng đối với loại 2 và 3, thuộc vào các yếu tố sau: với công suất không thấp hơn 1 kW. • Năng lượng bức xạ mặt trời ở địa điểm xây dựng; Một HTQĐ thường gồm có: 1. các module mặt • Độ nghiêng và hướng của các module; trời lắp trên các khung sườn bằng nhôm đặt trên đất, hay lắp trên cấu trúc công trình xây dựng, 2. • Hiện tượng che bóng; biến tần và hệ thống điều khiển, 3. hệ thống tích • Hiệu suất kỹ thuật của các bộ phận NMQĐ, chủ trữ năng lượng đối với HTQĐ làm việc độc lập), yếu là các tấm pin mặt trời (module quang điện) 4. các tủ bảng điện và máy cắt hợp bộ đi kèm với và biến tần. thiết bị bảo vệ, 5. cáp đấu nối. 3.2 Năng lượng mặt trời Phản ứng tổng hợp nhiệt hạch diễn ra không ngừng trong lõi của mặt trời ở hàng triệu độ C làm sản sinh ra nguồn năng lượng khổng lồ dưới dạng bức xạ điện từ. Chỉ một phần rất nhỏ của nguồn năng lượng này đến phần bên ngoài của bầu khí quyển của trái đất với bức xạ trung bình (hằng số mặt trời) khoảng 1.367 kW/m2 ± 3%, và giá trị này thay đổi theo khoảng cách từ Trái Đất đến Mặt Trời (Hình 5) và hoạt động của Mặt trời (các vết đen trên bề mặt Mặt trời). Hình 5 cho thấy cường độ này thay đổi trong năm và sụt giảm nhiều nhất vào mùa hè, trong khi lại cao nhất vào mùa đông. Điều này là do Hình 3. Hệ thống phát điện mặt trời quang điện quĩ đạo của trái đất quanh mặt trời có dạng hình ellip, với khoảng cách xa nhất vào mùa hè (tháng Sáu, tháng Bảy, trong khi khoảng cách gần nhất vào mùa đông (tháng Mười Hai, tháng Một). Cường độ bức xạ mặt trời (solar irradiance) là cường độ của bức xạ điện từ mặt trời trên 1 m2 bề mặt [kW/ m2]. Mức bức xạ này là tổng công suất bức xạ ứng với mỗi tần số trong phổ bức xạ mặt trời. Hình 4. Suất giảm giá USD/Wp theo các năm Theo dự báo của Cơ Quan Năng Lượng Quốc Tế IEA (International Energy Agency), giá của các module QĐ sẽ giảm từ 0.6- 0.8 USD/Wp hiện nay xuống khoảng 0.3 - 0.4 USD/Wp vào năm 2035 (Hình 4). Hình 5. Cường độ bức xạ mặt trời W/m2 đến tầng khí quyển trái đất thay đổi theo tháng trong năm bản tin hội ĐIỆN LỰC miền nam - tháng 4 / 2018  7
12 tháng trong năm: J- tháng 1, F- tháng 2, M- tháng 3, Cường độ và năng lượng A- tháng 4, J- tháng 6, J- tháng 7, A- tháng 8, S- tháng 9, O- tháng bức xạ mặt trời 10, N- tháng 11, D- tháng 12 Bức xạ phản xạ phụ thuộc Khi qua bầu khí quyển trái đất, cường độ bức xạ mặt trời suy vào khả năng phản xạ của bề giảm một phần do hiện tượng phản xạ và hấp thụ (do hơi nước và mặt và được đo bằng hệ số bởi các chất khí trong khí quyển). Các bức xạ xuyên qua sau đó lại phản xạ albedo tính cho mỗi vật một phần bị khuếch tán bởi không khí và bởi các hạt bụi lơ lửng liệu (Bảng 1). trong không khí (Hình 6). Hình 8 là bản đồ bức xạ trung Năng lượng bức xạ mặt trời (incident solar radiation) là bức xạ bình [kWh/m2/ngày] tại các khu mặt trời trong một khoảng thời gian nhất định [kWh/m2]. Do đó, vực trên thế giới trên mặt phẳng năng lượng bức xạ trên một bề mặt ngang là tổng bức xạ trực tiếp, nghiêng 300 về phía Nam. Ở Việt từ bức xạ trực tiếp trên bề mặt, bức xạ khuếch tán đến bề mặt từ Nam năng lượng bức xạ hàng toàn bộ bầu trời ( không từ một phần cụ thể của bầu trời) và bức xạ ngày (Hình 9) thay đổi từ 2.6- phản xạ từ mặt đất và môi trường xung quanh. Vào mùa đông với 4.6 kWh/kWp và năng lượng bầu trời u ám và thành phần bức xạ khuếch tán khi đó lớn hơn so bức xạ hàng năm trung bình từ với bức xạ trực tiếp (Hình 7). 949 – 1680 kWh/kWp cho các vùng miền khác nhau của Việt Nam. Bảng 2 là năng lượng bức xạ mặt trời ở Việt Nam Bản đồ bức xạ mặt trời trung bình ở các vùng miền Việt Nam • Bản đồ bức xạ trung bình [kWh/kWp/ngày và kWh/kWp/ năm] (Nguồn Ngân Hàng Thế Giới) tại các khu vực ở Việt Nam ước tính lượng điện có thể sản xuất từ HTQĐ là tấm pin mặt trời 1 kWp nối lưới, tính toán cho khoảng thời gian 9 năm gần đây (2007-2015). • HTQĐ kiểu cố định, dùng tấm pin mặt trời loại silicon tinh thể với khung đỡ đặt trên nền đất, góc nghiêng trong khoảng 5- 24o về phía Nam. Biến tần là loại có hiệu suất cao. Các tính toán điện năng sản xuất dựa vào các số liệu nguồn năng lượng mặt trời với độ phân giải cao và từ phần mềm Solargis. Các tính toán có xét đến bức xạ mặt trời, nhiệt độ không khí, địa hình, mô phỏng quá trình biên đổi năng lượng và các tổn thất trong module quang điện và các bộ phận khác của HTQĐ. Các tổn thất do bụi bám vào module, cáp dẫn, biên tần và máy biến áp được tính là 9%. • Cơ sở dữ liệu nguồn năng lượng mặt trời được tính toán từ các số liệu khí quyển và từ vệ tinh với bước thời gian mỗi 30 phút, độ phân giải không gian Hình 6- Hình 7. Bức xạ mặt trời đến trái đất và các thành phần 250 m. 8 bản tin hội ĐIỆN LỰC miền nam - tháng 4 / 2018
Bảng 1. Hệ số phản xạ albedo Loại bề mặt albedo Đường đi 0.04 Mặt nước 0.07 Rừng thông vào mùa đông 0.07 Đường nhựa 0.10 Mái nhà và sân thượng 0.13 Mặt đất 0.14 Đồng cỏ khô 0.20 Đá sỏi 0.20 Bêtông 0.22 Rừng/ cánh đồng (mùa thu) 0.26 Đồng cỏ xanh 0.26 Bề mặt tối của tòa nhà 0.27 Lá cây mục 0.30 Bề mặt sáng của tòa nhà 0.60 Hình 8. Bản đồ bức xạ trung bình [kWh/m2/ngày] Tuyết 0.75 tại các khu vực trên thế giới 3.3 Các thành phần cơ bản của Hệ Thống Điện Mặt Trời 3.3.1 Module quang điện Thành phần cơ bản của module quang điện (Module QĐ) (Hình 10) là các tế bào quang điện (TBQĐ), nơi chuyển đổi bức xạ mặt trời thành dòng điện. Tế bào bao gồm một lớp mỏng vật liệu bán dẫn, thường là silicon, với độ dày khoảng 0,3 mm và diện tích bề mặt từ 100 đến 225 cm2.Silicon, có 4 electron hóa trị (tetravalent), được “pha tạp” bằng cách thêm các nguyên tử 3 hóa trị (ví dụ như boron - P doping) lên một “lớp” và một lượng nhỏ các nguyên tử 5 hóa trị (ví dụ như phosphorus – N doping) lên một lớp khác. Vùng P có một lượng lớn các lỗ trống dư thừa , trong khi vùng N có một lượng electron dư thừa (Hình 10.a.). Trong vùng tiếp giáp giữa hai lớp được pha tạp môt cách khác nhau (mối nối P-N), các electron tự do di động (mobile electrons) có xu hướng di chuyển từ vùng giàu electron (N) đến vùng nghèo electron (P), do đó tạo ra sự tích tụ điện tích âm trong vùng P. Một hiện tượng đối ngẫu xảy ra đối với các lỗ trống, với việc tích tụ điện tích dương trong vùng N. Do đó, giữa mối nối P-N sẽ xuất hiện một điện trường chống lại hiện tượng khuếch tán các hạt mang điện nói trên (Hình 10.b/. và c/. ) Hình 10. a/. Cấu trúc nguyên tử trong Hình 10. (b) Các điện tích trong giai đoạn bắt đầu dịch chuyểnmột tế bào quang điện silicon (c) giai đoạn xác lập [3] bản tin hội ĐIỆN LỰC miền nam - tháng 4 / 2018  9
Năng lượng Thời gian bức xạ nắng trong (kWh/m2, Ứng dụng năm ngày) Trung Đông Bắc 1600 – 1750 3.3 – 4.1 bình Trung Tây Bắc 1750 – 1800 4.1 – 4.9 bình Bắc Trung 1700 – 2000 4.6 – 5.2 Vùng Tốt bộ Tây Nguyên và Duyên 2000 – 2600 4.9 – 5.7 Rất tốt hải Nam Trung bộ Phía Nam 2200 – 2500 4.3 – 4.9 Rất tốt Trung bình 1700 – 2500 4.6 Tốt toàn quốc Hình 9. Bản đồ năng lượng bức xạ trung bình [kWh/kWp/ngày và kWh/kWp/ năm] tại các khu vực ở Việt Nam Trường hợp áp lên một điện áp từ bên ngoài lên mối nối P-N, mối nối chỉ cho dòng điện chảy theo một hướng nhất định, đây là trường hợp mối nối P-N làm việc với chức năng của một diode. Khi ánh nắng rọi vào tế bào, do hiệu ứng quang điện, một số cặp electron-lỗ trống sẽ xuất hiện cả trong vùng N cũng như trong vùng P. Điện trường bên trong khiến các electron dư thừa (có được từ sự hấp thụ của các photon) được tách ra từ các lỗ trống và đẩy chúng theo các hướng ngược nhau. Kết quả là, một khi các electron đã qua vùng kiệt (depletion region) thì chúng không thể di chuyển ngược trở lại vì điện trường ngăn không cho chúng chảy theo chiều ngược lại (Hình 11). Khi tế bào được chiếu sáng (Hình12), mối nối và dây dẫn bên ngoài tạo thành một mạch điện, và khi đó dòng điện chảy từ lớp P có điện thế cao hơn đến lớp N, có điện thế thấp hơn. Vùng silicon tạo ra dòng điện là vùng quanh mối nối P-N; điện tích cũng hình thành ở các vùng xa hơn, nhưng do không có điện trường và do đó chúng kết hợp lại. Do đó, điều quan trọng là tế bào quang điện cần có bề mặt lớn, bề mặt càng lớn, khi đó dòng điện tạo ra càng lớn. Hình 11. Mối nối P-N và vùng kiệt Hình 12. Dòng điện phát ra bởi tế bào quang điện khi được chiếu sáng 10  bản tin hội ĐIỆN LỰC miền nam - tháng 4 / 2018
Phần trăm % tổn thất của bức xạ mặt trời Hình 14 cho thấy nhiều TBQĐ được ghép nối Hình 13 của dòng chảy công suất của hiệu tiếp trong một tấm pin mặt trời (module), và ứng quang điện cho thấy một phần đáng kể năng nhiều module được nối lại với nhau thành bảng lượng mặt trời không được chuyển đổi thành điện tấm (panel) pin mặt trời. Nhiều tấm pin mặt trời năng, và sẽ gây ra tổn thất nhiệt trong một TBQĐ. sau đó nối tiếp lại tạo thành nhánh (string). Các nhánh lại được nối song song với nhau tạo thành Trong số 100% năng lượng của bức xạ mặt trời dãy (arrays). Một HTQĐ thường bao gồm nhiều đi đến tế bào, % năng lượng không được chuyển dãy nối song song phát ra công suất và điện áp đổi thành điện năng, và do đó mất mát dưới dạng yêu cầu. Các module quang điện được ghép nối tổn thất nhiệt sẽ như sau: thành bảng tấm pin mặt trời (panel), và được lắp - 3% : do phản xạ và che bóng mặt trước của đặt trên mái các công trình hay trên khung đỡ đặt module trên nền đất của HTQĐ (Hình 15). - 23% : do số photon có bước sóng cao, với mức Trong thực tế, các tế bào trong các module năng lượng không đủ để giải phóng các electron có thể không hoàn toàn giống nhau do dung tự do, do đó sẽ mất mát dưới dạng tổn thất nhiệt sai trong quá trình sản xuất và do đó, hai tế bào - 32% : do số photon có bước sóng thấp, với ghép song song sẽ có điện áp khác nhau. Dòng mức năng lượng cao (hơn mức năng lượng cần điện chạy quẩn từ tế bào có điện áp cao hơn tới thiết để giải phóng các electron tự do), do đó sẽ tế bào ở điện áp thấp hơn gây ra tổn thất năng mất mát dạng tổn thất nhiệt lượng. Hiện tượng tổn thất năng lượng cũng xảy ra khi các tế bào nhận bức xạ mặt trời khác nhau, - 8,5% : do hiện tượng các điện tích tự do kết khi một phần bề mặt của các tấm panel bị che hợp lại bóng hay già hóa trong quá trình làm việc. - 20% : do tổn thất điện áp đặc trưng bằng tỉ số Các tế bào bị che bóng khi đó sẽ làm việc Fv= eVB/Eg của mối nối như các diode, chặn dòng phát ra từ các tê bào - 0.5% : do tổn thất nhiệt trên điện trở nối tiếp còn lại được chiếu năng đầy đủ. Mặt khác, điện áp Như vậy còn lại khoảng 14% là năng lượng (ngược) từ các tế bào còn lại đặt lên các diode này điện sử dụng được. có thể gây hiện tượng đánh thủng mối nối của tế bào với tổn thất do quá nhiệt cục bộ và làm hư Trong điều kiện hoạt động tiêu chuẩn (bức xạ hỏng các module. 1 kW/m2 ở nhiệt độ 25° C) một tế bào quang điện tạo ra một dòng điện khoảng 3A với điện áp 0.5V và công suất đỉnh bằng 1.5-1.7 Wp. Các module quang điện trên thị trường có cấu tạo từ tập hợp các tế bào. Phổ biến nhất là loại module gồm 36 hay 72 tế bào nối tiếp, với diện tích từ 0.5 đến 1m2. 1. Các điện tích phân li; 2. Tái hợp; 3. Chuyển dịch; 4. Phản xạ và che bóng mặt trước a. b. c. Hình 14. Lắp ghép các tấm pin mặt trời a. Tế bào quang điện (PV cell) Hình 15. Bảng tấm pin mặt trời b. Module quang điện (PV module) Hình 13. Hiệu ứng quang điện và các thành phần tổn c. Dãy (array) HTQĐ gồm nhiều module quang điện nối tiếp tạo thất năng lượng thành nhánh (string) và nhiều nhánh song song với nhau bản tin hội ĐIỆN LỰC miền nam - tháng 4 / 2018  11
Hiện tượng tổn thất năng lượng cũng xảy ra khi các tế bào nhận Trong công nghệ màng mỏng, bức xạ mặt trời khác nhau, khi một phần bề mặt của các tấm panel kết nối điện là một phần của bị che bóng hay già hóa trong quá trình làm việc. Các tế bào bị che quy trình của quá trình sản bóng khi đó sẽ làm việc như các diode, chặn dòng phát ra từ các tê xuất các tế bào, được đảm bảo bào còn lại được chiếu năng đầy đủ. Mặt khác, điện áp (ngược) từ bởi một lớp oxid kim loại trong các tế bào còn lại đặt lên các diode này có thể gây hiện tượng đánh suốt, chẳng hạn như oxid kẽm thủng mối nối của tế bào với tổn thất do quá nhiệt cục bộ và làm hoặc oxid thiếc. hư hỏng các module. Để hạn chế hiện tượng tiêu cực này, thường có các diode rẽ nhánh (by-pass diode) song song với các module để ngắn mạch các tế bào bị che bóng hoặc phần module bị hỏng. Hiện tượng tổn thất năng lượng cũng xảy ra khi điện áp của các dãy quang điện trở nên mất cân bằng do hiện tượng bóng che hay sự cố trong các dãy. Thường dùng diode chặn (blocking diode) nối tiếp trên mỗi dãy để chống việc dòng điện chạy theo chiều ngược (Hình 16). Các tế bào trong một module hay một tấm pin năng lượng mặt trời được đóng gói với các đặc tính: • cách điện tế bào với bên ngoài; • bảo vệ các tế bào khỏi các tác nhân xâm hại khí quyển và tác động cơ học; • bảo vệ chống tia cực tím ở nhiệt độ thấp, các thay đổi nhiệt độ đột Hình 17. a. Mặt cắt ngang của một ngột và hiện tượng ăn mòn; module silicon tinh thể • thoát nhiệt dễ dàng để tránh hiện tượng tăng nhiệt độ khi công suất cung cấp bởi module giảm. Nhà sản xuất phải bảo đảm các đặc tính này trong suốt thời gian làm việc của các module. Hình 17. b. Module silicon đơn tinh thể Hình 16. Diode chặn trên mỗi nhánh giúp tránh hiện tượng dòng ngược khi có hiện tượng hư hỏng hay bóng che trên một nhánh, a. Khi không có diode chặn, b. Khi có diode chặn Hình 17 cho thấy mặt cắt ngang của một module silicon tinh thể, được tạo thành bởi: • lớp bảo vệ ngoài cùng có độ trong suốt cao tiếp xúc với ánh sáng (vật liệu được sử dụng nhiều nhất là kính cường lực); • lớp bao bọc bằng Ethylene Vinyl Acetate (EVA) tránh tiếp xúc trực tiếp giữa lớp kính và tế bào, loại bỏ các khe do bề mặt không hoàn hảo của các tế bào và cách điện tế bào với phần còn lại của panel; • mặt đỡ phía sau (thủy tinh, kim loại, nhựa); Hình 17. c. Module silicon đa tinh thể • khung đỡ kim loại, thường bằng nhôm. Trong công nghệ silicon tinh thể, sử dụng công nghệ hàn để kết nối điện các tế bào sau khi được sản xuất; 12  bản tin hội ĐIỆN LỰC miền nam - tháng 4 / 2018
Hình 17. d. Module màng mỏng gốc CdTe-CdS Công nghệ các tấm pin quang điện (PV) TÀI LIỆU THAM KHẢO PV thế hệ đầu: đã phát triển thương mại, sử dụng công nghệ [1]. “Hiện Trạng và Dự Kiến tinh thể silicon wafer-based (c-Si), hoặc tinh thể đơn (sc-Si) hoặc Phát Triển Ngành Điện Việt đa tinh thể (mc-Si). Hiệu suất thương mại khoảng 16- 22 % (Hình Nam”, Hội Thảo Tích Hợp Nuôi 15). Trồng Thủy Sản với các Hệ Thống Năng Lượng Tái Tạo- PV thế hệ thứ hai: công nghệ PV màng mỏng (thin film), đang Động Lực Thúc Đẩy Phát Triển được triển khai ở quy mô thương mại; nhưng một số khác vẫn Năng Lượng Tái Tạo ở Việt ở giai đoạn đầu của quá trình phát triển. Hiệu suất thương mại Nam, Tập Đoàn Điện Lực Việt khoảng 7-10 %. Nam EVN, TP HCM ngày 11 Thế hệ thứ ba: bao gồm các công nghệ như PV tập trung (CPV= tháng 05.2018 Concentrated PV) và tế bào quang hữu cơ, công nghệ này vẫn đang [2]. ABB Technical Application trong giai đoạn nghiên cứu, chưa được thương mại hóa rộng rãi. Papers No.10 Photovoltaic Hiệu suất lên đến khoảng 30% . Plants, http://www04.abb. com/global/seitp/seitp202. nsf/c71c66c1f02e6575c125 711f004660e6/d54672ac6e- 97a439c12577ce0038d84 /$FILE/Vol.10.pdf [3]. Gilbert M. Masters , Renewable and Efficient Electric Power Systems, John Wiley & Sons, Inc., ISBN 0-471-28060- 7, 2004 [4]. Yang, Y., & Blaabjerg, F., Overview of Single-Phase Grid-Connected Photovoltaic Systems, Electric Power Components & Systems, 43(12), 1352-1363, 2015 [5]. Ha¨berlin, Heinrich., Photovoltaics : System Design and Practice, translated by Hình 18. Hiệu suất và diện tích/kWp các module QĐ theo các công nghệ khác nhau Herbert Eppel, John Wiley & Sons, Ltd, ISBN 978-1-119- 99285-1, 2012 [6]. http://vsun-solar.com/ san-pham?product_id=65 bản tin hội ĐIỆN LỰC miền nam - tháng 4 / 2018  13