Pin mặt trời hoạt động như thế nào?

Mặt trời cung cấp một nguồn năng lượng dồi dào không cạn kiệt và không sản sinh ra khí thải carbon dioxide. Do đó, việc phát triển ngành công nghệ năng lượng mặt trời đang được rất nhiều nhà khoa học quan tâm.Vậy pin năng lượng mặt trời là gì? hoạt động như thế nào?

Pin năng lượng mặt trời (pin mặt trời/pin quang điện) là thiết bị giúp chuyển hóa trực tiếp năng lượng ánh sáng mặt trời (quang năng) thành năng lượng điện (điện năng) dựa trên hiệu ứng quang điện. Hiệu ứng quang điện là khả năng phát ra điện tử (electron) khi được ánh sáng chiếu vào của vật chất.

Silicon được biết đến là một chất bán dẫn. "Chất bán dẫn là vật liệu trung gian giữa chất dẫn điện và chất cách điện. Chất bán dẫn hoạt động như một chất cách điện ở nhiệt độ thấp và có tính dẫn điện ở nhiệt độ phòng". Với tính chất như vậy, silicon là một thành phần quan trọng trong cấu tạo của pin năng lượng mặt trời.

Ánh sáng mặt trời bao gồm các hạt rất nhỏ gọi là photon được tỏa ra từ mặt trời. Khi va chạm với các nguyên tử silicon của tấm pin năng lượng mặt trời, những hạt photon truyền năng lượng của chúng tới các electron rời rạc, kích thích làm cho electron đang liên kết với nguyên tử bị bật ra khỏi nguyên tử, đồng thời ở nguyên tử xuất hiện chỗ trống vì thiếu electron.

Tuy nhiên giải phóng các electron chỉ mới là một nửa công việc của pin năng lượng mặt trời, sau đó nó cần phải dồn các electron rải rác này vào một dòng điện. Điều này liên quan đến việc tạo ra một sự mất cân bằng điện trong pin mặt trời, có tác dụng giống như xây một con dốc để các electron chảy theo cùng một hướng.

Sự mất cân bằng này có thể được tạo ra bởi tổ chức bên trong của silicon. Nguyên tử silicon được sắp xếp cùng nhau trong một cấu trúc ràng buộc chặt chẽ. Bằng cách ép một số lượng nhỏ các nguyên tố khác vào cấu trúc này, sẽ có hai loại silicon khác nhau được tạo ra: loại n và loại p. Chất bán dẫn loại n (bán dẫn âm - Negative) có tạp chất là các nguyên tố thuộc nhóm V, các nguyên tử này dùng 4 electron tạo liên kết và một electron lớp ngoài liên kết lỏng lẻo với nhân, đấy chính là các electron dẫn chính. Chất bán dẫn loại p (bán dẫn dương - Positive) có tạp chất là các nguyên tố thuộc nhóm III, dẫn điện chủ yếu bằng các lỗ trống.

Khi hai loại bán dẫn này được đặt cạnh nhau trong một pin năng lượng mặt trời, electron dẫn chính của loại n sẽ nhảy qua để lấp đầy những khoảng trống của loại p. Điều này có nghĩa là silicon loại n tích điện dương và silicon loại p được tích điện âm, tạo ra một điện trường trên pin mặt trời. Vì silicon là một chất bán dẫn nên có thể hoạt động như một chất cách điện và duy trì sự mất cân bằng này.

Khi làm cho electron đang liên kết với nguyên tử bị bật ra khỏi nguyên tử silicon, photon trong ánh sáng mặt trời đưa các electron này vào một trật tự nhất định, cung cấp dòng điện cho máy tính, vệ tinh và tất cả các thiết bị ở giữa.

Team SolarV

Tạo năng lượng từ tảo

OriginOil (Mỹ) và Ennesys (Pháp) - hai công ty công nghệ - đã cùng bắt tay để tiến hành một dự án về năng lượng độc đáo: tạo ra tảo từ nước thải, rồi dùng tảo để sản xuất ra năng lượng và nước sạch, theo tin tức từ Reuters.

Trong quá trình phát triển dự án, hai công ty này đã lấy nguồn nước thải sinh hoạt của các căn hộ trong một tòa nhà cao ốc tại thủ đô Paris, Pháp.

Sau đó, các nhà nghiên cứu đã dùng nguồn nước này để nuôi trồng tảo trong các bình phản ứng sinh hóa.

Các nhà khoa học thuộc hai công ty Mỹ và Pháp đã nghĩ ra cách tạo năng lượng và nước sạch từ tảo - (Ảnh: Reuters)

“Nước thải có đầy chất dinh dưỡng cần thiết cho tảo phát triển. Chúng tôi chuẩn bị một nguồn nước thải mà các loại vi tảo có thể tự mọc và phát triển từ đó. Cuối cùng, chúng tôi thu được hai thứ, đó là nước sạch và năng lượng sinh khối sản sinh từ sinh vật phù du tồn tại từ 24 tiếng đến 48 tiếng trong nước thải”, ông Tauzinat phát biểu.

Các nhà nghiên cứu đã tận dụng năng lượng sinh khối để phục vụ cho nhu cầu tiêu thụ năng lượng của tòa nhà.

Luật năng lượng của Pháp bắt buộc tất cả tòa nhà lớn đều phải sử dụng năng lượng một cách hiệu quả hơn vào cuối thập kỷ này.

Ông Riggs Eckelberry, Tổng giám đốc OriginOil, nhận định đạo luật này là động lực cho nhóm nghiên cứu phát triển dự án nói trên.

“Ở Pháp có một đạo luật về năng lượng mà các công ty xây dựng buộc phải tuân thủ. Họ phải xây các tòa nhà có thể tạo ra nhiều năng lượng hơn mức chúng tiêu thụ và phải làm sạch hệ thống xử lý nước. Đây thực sự là những thách thức lớn. Và tảo chính là giải pháp hoàn hảo cho yêu cầu tạo năng lượng lẫn làm sạch hệ thống xử lý nước thải”, ông Eckelberry phân tích.

Cả hai công ty nói trên tin rằng việc áp dụng công nghệ sản xuất năng lượng từ tảo cho các tòa nhà lớn sẽ giúp các công ty quản lý tòa nhà giảm thiểu hay thậm chí triệt tiêu được lượng khí thải, cũng như giúp tiết kiệm nước.

(Theo Khoahoc)

Nhật Bản phát minh vải tế bào năng lượng Mặt Trời

Nhật Bản ngày 11/12 đã cho ra mắt mẫu vải có thể “thắp sáng cuộc đời” theo đúng nghĩa đen.

Theo các nhà nghiên cứu, loại vải làm từ các tế bào năng lượng Mặt Trời tí hon đan xen vào nhau này sẽ giúp người mặc hấp thu năng lượng khi đi trên đường, cung cấp điện năng cho điện thoại di động hay các đồ điện tử khác.

Vải tế bào năng lượng mặt trời

Tuy nhiên, các nhà phát minh cho rằng vẫn còn nhiều việc phải làm trước khi có thể tung loại vải này ra thị trường trên quy mô thương mại, như tăng cường lớp phủ của dây dẫn và cải thiện độ bền của vải.

Mặc dù vậy, một quan chức thuộc Trung tâm Công nghệ Công nghiệp tại tỉnh Fukui miền Trung Nhật Bản khẳng định: “chúng tôi đã nhận được liên hệ từ các hãng chế tạo thiết bị điện tử, thiết bị hỗ trợ người khiếm thị và các công ty khác quan tâm tới phát minh của chúng tôi".

Trung tâm trên đã hợp tác với một công ty sản xuất tế bào năng lượng Mặt Trời có trụ sở ở Kyodo và các công ty tư nhân khác để phát triển loại vải này.

Hiện lĩnh vực năng lượng Mặt Trời đang thu hút sự chú ý ở Nhật Bản trong bối cảnh nước này đang tìm kiếm những nguồn năng lượng thay thế sau cuộc khủng hoảng hạt nhân do sóng thần hồi tháng Ba năm ngoái.

(Theo Huy Lê/Vietnam+)

http://www.vietnamplus.vn/nhat-ban-phat-minh-vai-te-bao-nang-luong-mat-troi/176986.vnp

Chế tạo thành công pin mặt trời hữu cơ từ thực vật

Các nhà nghiên cứu tại Viện công nghệ Georgia và đại học Purdue đã vừa phát triển một loại pin mặt trời mới dựa trên các vật chất có nguồn gốc từ thực vật.

Theo trang tin công nghệ Gizmag, loại pin quang học hữu cơ này có hiệu suất 2,7% - một mức hiệu suất khá cao đối với các vật chất chuyển hóa từ nguyên liệu thô phục hồi, và dĩ nhiên pin cũng có thể tái chế dễ dàng.

Nhóm nghiên cứu, dẫn đầu bởi giáo sư Bernard Kippelen tại Trường Kỹ thuật thuộc viện Georgia hy vọng sẽ lần đầu tiên đưa công nghệ pin mặt trời bền và có thể tái chế đến gần với thực tiễn hơn.

Kippelen giải thích: "Sự phát triển và hiệu năng của các vật chất hữu cơ trong công nghệ pin mặt trời tiếp tục được cải tiến, mang lại cho các kỹ sư những cơ hội cho các ứng dụng trong tương lai. Tuy nhiên pin mặt trời hữu cơ phải tái chế được. Nếu không, chúng ta chỉ đơn giản giải quyết được một vấn đề đó là giảm bớt sự phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch; trong khi đó lại phát triển một công nghệ tạo ra năng lượng từ các nguồn nhiên liệu phục hồi được nhưng không thể tiêu hủy sau khi kết thúc vòng đời".

Thông thường pin mặt trời hữu cơ thường được chế tạo từ thủy tinh hoặc nhựa, cả 2 đều khó tái chế. Tuy nhiên, pin mặt trời của Kippelen lại được làm từ tinh thể nano cellulose (CNC) có nguồn gốc từ cây cỏ.

Để tái chế loại pin hữu cơ mới ở cuối vòng đời của nó, họ chỉ việc nhúng vào nước ở nhiệt độ thường. Sau khi thấm nước vài phút, CNC sẽ phân rã và pin mặt trời sẽ nhanh chóng phân tách thành các thành phần chính.

Chất CNC có độ trong suốt quang học cho phép ánh sáng chiếu xuyên qua trước khi được hấp thụ bởi một lớp bán dẫn mỏng. Mặc dù hiệu suất 2,7% quá nhỏ để so sánh với con số kỷ lục 20,4% của pin mặt trời do Empa, Thụy Sĩ phát triển nhưng những lợi ích về môi trường của loại pin mặt trời tái chế này đã rất rõ ràng.

Các nhà nghiên cũng cứu hy vọng sẽ tăng cường hiệu suất của pin trong tương lai không xa, Kippelen nói: "Những bước đi tiếp theo của chúng tôi là sẽ tìm cách cải thiện hiệu suất chuyển đổi năng lượng của pin lên trên 10% - một cấp độ tương tự so với loại pin được chế tạo bằng thủy tính hoặc các vật chất gốc dầu lửa như nhựa".

(Theo Khoahoc)

Phát triển Điện Mặt Trời ở Việt Nam

Việt Nam có bức xạ Mặt Trời vào loại cao trên thế giới, với số giờ nắng dao động từ 1.600-2.600 giờ/năm, đặc biệt là khu vực phía Nam. Việt Nam hiện có trên 100 trạm quan trắc toàn quốc để theo dõi dữ liệu về năng lượng mặt trời. Tính trung bình toàn quốc thì bức xạ Mặt Trời dao động từ 3,8-5,2 kWh/m2/ngày. Tiềm năng điện Mặt Trời là tốt nhất ở các vùng từ Thừa Thiên Huế trở vào miền Nam (bức xạ dao động từ 4,0-5,9 kWh/m2/ngày).

Tại miền Bắc, bức xạ Mặt Trời dao động khá lớn, từ 2,4-5,6 kWh/m2/ngày, trong đó vùng Đông Bắc trong đó có Đồng bằng sông Hồng có tiềm năng thấp nhất, với thời tiết thay đổi đáng kể theo mùa[xiv]. Theo các tính toán gần đây, tiềm năng kỹ thuật cho các hệ hấp thu nhiệt Mặt Trời để đun nước là 42,2 PJ, tiềm năng hệ điện Mặt Trời tập trung/hòa mạng (intergrated PV system) là 1.799 MW và tiền năng lắp đặt các hệ điện Mặt Trờicục bộ/gia đình (SHS: solar home sytem) là 300.000 hộ gia đình, tương đương với công suất là 20 MW (Nguyễn Q. Khánh, 2005).
 

Việc khai triển điện Mặt Trời bắt nguồn từ "Chương trình nhà nước về Năng lượng tái tạo" trong giai đoạn 1980-1990, với các đề tài về pin mặt trời, sấy, làm lạnh, chưng cất nước và đun nước nóng. Tuy nhiên, do hạn chế về kinh phí, phần lớn các đề tài chỉ dừng ở mẫu thí nghiệm hoặc sản xuất quy mô nhỏ, chưa được chuyển giao vào các ứng dụng quy mô công nghiệp. Cho đến nay, các hoạt động nghiên cứu phát triển trong lĩnh vực năng lượng Mặt Trời vẫn tương đối chậm, không có tính đột phá do thiếu nguồn vốn đầu tư và đề tài. Do đó việc sử dụng năng lượng Mặt Trời để đun nước nóng và làm nguồn điện sinh hoạt hiện chỉ dừng lại ở quy mô nhỏ.

    5.7.1. Đun nóng nước    

    Theo đánh giá của các chuyên gia thì hiệu quả nhất của năng lượng Mặt Trời là đun nước nóng, với vai trò rõ rệt trong việc tiết kiệm điện[xv], vốn đầu tư nhỏ và khả năng thu hồi vốn nhanh và cao[xvi].

Cả nước hiện chỉ có trên 10 cơ sở kinh doanh hoặc sản xuất thiết bị đun nước nóng với tổng diện tích đã lắp đặt khoảng 4.000 m2, trong đó bao gốm 1.120 hệ thống gia đình qui mô diện tích 2-4 m2, 60 hệ thống cộng đồng/chuyên dụng qui mô diện tích 10-50 m2 lắp tại các bệnh viện, trường học, nhà trẻ ...

5.7.2.Hệ thống quang điện

    Đây là dạng tiềm năng khai thác NLMT lớn nhất và được ứng dụng rộng rãi nhất trong nước. Pin Mặt Trời hiện chỉ được dùng ở vùng sâu vùng xa, phục vụ sinh hoạt, thông tin và liên lạc tàu bè. Do giá thành còn cao (60 xu Mỹ/kWh) nên điện Mặt Trời chưa được dùng rộng rãi. Điện năng lượng Mặt Trời có lợi thế cung cấp cho các hộ gia đình, khu vực dân cư nông thôn biệt lập mà truyền tải lưới điện quốc gia rất tốn kém[xvii] 

Cho đến nay, Việt Nam đã lắp đặt hơn 1000 kW hệ thống Pin mặt trời[xviii]. Hầu hết các hệ quang điện được lắp đặt chỉ có công suất tương đối nhỏ, từ 50-1000 Wp (trừ các hệ thống quang điện cho Viễn Thông và An Toàn Hàng Hải). Có thể chia thị trường ĐMT tại Việt Nam như thành 3 thị phần như sau:

+      chuyên dụng (50%), sử dụng đặc biệt rộng rãi trong Viễn Thông và An Toàn Hàng Hải, tổng công suất đạt tới hơn 440.000 Wp, chiếm gần 44 % tổng công suất ĐMT toàn quốc.

+       dùng cho cơ quan, bệnh viện, trung tâm dân cư và trạm nạp ác quy (30%); các trạm ĐMT có công suất từ 500-1000 Wp được lắp đẵt dùng để sạc ắc qui và đễ của cắp cho các hộ dân xung quanh (47); các hệ ĐMT có công suất từ 250-500 Wp được lắp để chiếu sáng trong bệnh viện, bệnh xá và các nhà văn hóa xã, địa phương (570).

+      các hộ gia đình (20%). Trong số này, khoảng 5000 hệ quang điện đã được lắp đặt trong cả nước, với tổng công suất là 650 kW. Hệ QĐ gia đình cũng đang dần dần chiếm thị phần, trong đó phải kể đến khoảng 1000 hệ đã được lắp tại Nam Bộ. Các hệ gia đình có công suất từ 50-67 Wp được chủ yếu lắp tại các địa phương vùng xâu vùng xa, hải đảo cho việc chiếu sáng và sử dụng cho TV, radio (2800).

Sau đây là ví dụ về một số các dự án ĐMT ở Việt Nam: 

+       Hệ thống ĐMT liên kết với tiểu thủy điện (micro-hdyro) có công suất 125 kW (100 kW ĐMT và 25 kW tiểu thủy điện) được lắp đặt để cung cấp điện cho một xã tại tỉnh Gia Lai.

+       Một hệ thống ĐMT liên kết với Phong Điện có tổng công suất 10 kW (8 kW ĐMT và 2 kW Phong Điện) cung cấp điện cho một làng dân tộc thiểu số 40 hộ dân.

+       Chính phủ cũng đã đầu tư để xây dựng 100 hệ thống điện Mặt Trời gia đinh và 200 hệ thống điện Mặt Trời cộng đồng cho cư dân ở các vùng đảo Đông Bắc (đảo Cô Tô) với tổng công suất là 25 kWp.

+       Một dự án tại tỉnh Cao Bằng có công suất 7,5 kW cung cấp điện cho các địa điểm công cộng, trung tâm y tế xã, trường tiểu học và 10 hộ gia đình xung quanh trung tâm xã.

+       Dự án hợp tác giữa bang Northern-Westfalen (Đức) và Bộ Khoa Học, Công Nghệ và Môi Trường có công suất 15 KWp cung cấp điện cho các địa điểm công cộng, trung tâm y tế xã, trường tiểu học và 168 hộ gia đình xung quanh trung tâm xã tại 2 xã miền núi.

+       400 hệ thống pin Mặt Trời gia đình nữa do Mỹ tài trợ đã được xây dựng cho các cộng đồng ở Tiền Giang và Trà Vinh với tổng công suất 14 kWp.

+       Dự án "Điện Mặt Trời phục vụ rừng phòng hộ Cần Giờ", Solarlab - Phân viện Vật lý TP Hồ Chí Minh. Dự án này là một bộ phận của chương trình "Năng lượng không tập trung và phát triển nông thôn Việt Nam" hợp tác với tổ chức FONDEM (Pháp), một chương trình mẫu về điện khí hóa nông thôn bằng năng lượng mới.

+       Công nghệ Mạng điện cục bộ - Madicub - nhằm đưa điện Mặt Trời vào phục vụ phụ tải điện cho nhà nước của Solarlab cũng đã bắt đầu được đưa vào một số gia đình.

     5.7.3. Các vấn đề tồn tại và khả năng giải quyết

Theo phân tích trong các báo cáo gần đây về tiềm năng phát triển điện Mặt Trời tại Việt Nam, những trở ngại chính trong việc khai triển ĐMT là: 

• Thiếu nguôn cơ sở dữ liệu có độ tin cậy để nghiên cứu khai triển Năng Lượng Mới tại các địa phương khác nhau
• Thiếu nguồn vốn đầu tư
• Thiếu chính sách rõ ràng trong việc phát triển Năng Lượng Mới từ chính phủ.
• Thiếu các công nghệ hiện đại và phù hợp với Việt Nam, mặt khác các giá thiết bị nhập khẩu còn quá cao so với mức thu nhập của người dân
• Thu nhập thấp và trình độ dân trí kém của dân cư vùng sâu vùng xa
• Thiếu các thông tin phổ biến về Năng Lượng Mới cho người dân
• Thiếu các hợp tác quốc

Năng lượng mặt trời và các yếu tố môi trường và giá thành

5.5. Các tác động về môi trường

    So với các nhà máy điện truyền thống, ĐMT gây rất ít tác động đến mội trường. Trong quá trình vận hành, các Pin quang điện hoàn toàn không sử dụng bất cứ dạng nhiên liệu nào, do đó không thải ra khí hoặc chất lỏng độc hại và không sử dụng nước để hạ nhiệt. Các ảnh hưởng tiêu cực đến môi trường, nếu có, từ ĐMT là các chất hóa học sử dụng trong quá trình chế tạo, sản xuất pin và diện tích đất sử dụng. 

Chế tạo thành công pin mặt trời hữu cơ từ thực vật

Trong qua trình chế tạo một số loại pin QĐ, đặc biệt là Pin gallium arsenide, một số hóa chất độc có thể được sử dụng. Các chất này được sinh ra trong các nhà máy, do đó việc kiểm soát chặt chẽ quá trình sản xuất và quản lý hợp lý các chất thải độc hại, các nguy cơ làm ô nhiệm môi trường sẽ giúp giảm thiểu. Việc xử lý các Pin Mặt Trời sau khi hết hạn sử dụng cũng là một vấn đề đáng lưu ý[xi]. Tuy nhiên hầu hết các vật liệu có khả năng gây hại đều có thể được tái chế. 

Gần đây người ta đưa ra một số lo ngại về vấn đề diện tích đất đòi hỏi để có thể sản xuất một số lượng lớn Điện Mặt Trời[xii]. Tuy nhiên, thực tế là nếu tính gộp tất cả các giai đoạn đòi hỏi trong quá trình sản xuất điện, các mạng điện Mặt Trời chiếm một diện tích sử dụng (trên một đơn vị điện) ngang bằng với các nhà máy điện than hoặc điện nguyên tử[xiii]. Ngoài ra phải kể đến khả năng thích ứng của các hệ thống quan điện cục bộ với các cấu trúc xây dựng, ví dụ như lắp đặt các dàn pin Mặt Trời trên mái nhà ... hoặc là việc tận dụng các khu vực đất trống bỏ hoang (ít giá trị) như trên sa mạc.

Khu vườn ứng dụng năng lượng mặt trời

 

5.6. Giá thành 

   Giá thành chính là trở ngại lớn nhất trong việc khai triển Điện Mặt Trời, cho dù trong 20 năm qua, giá thành của Điện Mặt Trời giảm hơn 40 lần, trung bình là 4% mỗi năm. Đó là chủ yếu nhờ vào sử cải thiện về hiệu suất chuyển đổi năng lượng và qui mô sản xuất và lắp đặt ngày cành được mở rộng. 

   Một hệ thống quang điện gia đình có giá thành dao động từ 8-10 USD/W. Nếu được chính phủ trợ giá, đồng thời tận dụng việc giảm giá thành pin khi mua ở số lượng lớn, và giá lắp đặt dao động sẽ hạ xuống đến $3-4/W (hoặc 10-12 xu Mỹ/kWh). Đối với các hệ thống quang điện qui mô lớn, nếu không được trợ giá, thì giá thành Điện Mặt Trời sẽ dao động vào khoảng 22-40 xu Mỹ/KWh (với điều kiện khí hậu thuận lợi). 

Nói chung, vốn đầu tư ban đầu là trở ngại lớn nhất. Hầu hết tất cả các phương pháp khai triển điện Mặt Trời (trừ trường hợp hệ thống thu dạng phẳng) đều đòi hỏi một diện tích đất đai tương đới lớn để đạt được hiệu suất cần thiết. Chính vì vậy mà giá thành tăng cao. Hiệu suất điện Mặt Trời cũng phụ thuợc vào vị trí chiếu sáng của Mặt Trời, nhưng hiện nay trở ngại này đã được khắc phục nhờ việc sử dụng heliostat như ở trong các dĩa thu hội tụ. Giá thành Pin quang điện cao cũng là do việc ứng dụng các vật liệu bán dẫn, thậm chí có thể lên đến gấp đôi so với giá thành từ các dạng điện thông thường khác.

Solar Team

Nhiệt Mặt Trời

5.4.1. Chuyển hóa nhiệt Mặt Trời thành điện 

Năng lượng nhiệt Mặt Trời là nhiệt năng hấp thụ bởi hệ thống thu bắt nhiệt từ ánh sáng Mặt Trời, sử dụng để đun nóng nước (hoặc một số dung dịch khác) hoặc để tạo hơi nước. Khác với các hệ nhiệt Mặt Trời công suất nhỏ sử dụng chảo thu mặt phẳng để thu nhiệt từ ánh sáng Mặt Trời, các nhà máy nhiệt Mặt Trời công suất lớn sử dụng các thiết bị thu hội tụ ánh sáng Mặt Trời và từ đó đạt nhiệt độ cao cần thiết để tạo hơi nước quay turbin. Nước nóng được sử dụng trong nhà ở, công sở hoặc các cơ sở công nghiệp[ix]. Hơi nước được sử dụng để quay turbin và rồi vận hành phát điện. Nhiệt Mặt Trời có ứng dụng rộng rãi trong việc cung cấp nước nóng và sản xuất điện, với công suất có thể đạt tới vài MW.
 

Có 3 dạng tập trung năng lượng Mặt Trời tạo nhiệt đun là: trũng parabol, dĩa quay và tháp năng lượng. Nếu được khai triển ở qui mô lớn, điện nhiệt Mặt Trời có tính cạnh tranh khá cao. Ứng dụng thương mại của công nghệ này xuất hiện vào đầu những năm 80 và phát triển khá nhanh do các ưu điểm sau:

+       Điện và nước nóng có thể được sản xuất cùng một lúc

+     Qui mô của nhà máy có thể được thay đổi để thích ứng với các ứng dụng theo thời điểm, hoặc công suất của nhà máy có thể được điều tiết để đáp ứng nhu cầu điện ở lúc cao điểm vào ban ngày

+        Nhà máy nhiệt Mặt Trời không gây ô nhiễm và có thể được hoàn tất xây dựng trong thời gian rất ngắn

    5.4.2. Các hệ thống thu hội tụ ánh sáng Mặt Trời

   Các nhà máy nhiệt Mặt Trời sử dụng các phương pháp thu hội tụ ánh sáng khác nhau và có sự khác biệt đáng kể về qui mô.

Hệ thống thu nhiệt trung tâm sử dụng ở các nhà máy lớn bao gồm các gương hội tụ ánh sáng Mặt Trời vào một dĩa thu duy nhất lắp trên đỉnh một tháp trung tâm (Hình 5.11). Bức xạ nhiệt của ánh sáng Mặt Trời sẽ làm nóng chảy muối bên trong chảo thâu, và nhiệt lượng của muối nóng chảy này sẽ được sử dụng để tạo điện thông quan các máy phát dạng hơi thông thường.  Nước hoặc dung dịch đun được bơm vào tháp sẽ được đun nóng để sử dụng trực tiếp hoặc chuyển thành hơi để quay turbine. Các gương này có khả năng theo dõi và quay theo sự thay đổi của hướng nắng[x], từ đó luôn đảm bảo sự hội tụ tối đa của ánh sáng Mặt Trời trên dĩa thu. Mặt thuận lợi của hệ thống này là muối nóng chảy có khả năng giữ nhiệt rất hiệu quả, có thể kéo dài đến vài ngày trước khi được sử dụng để chuyển thành điện, có nghĩa là điện vận có thể được sản xuất trong những ngày âm u hoặc vào vài giờ sau hoàng hôn. 

Một dạng thiết bị thu nhiệt Mặt Trời thứ hai là hệ thống hình dĩa (rất giống dạng dĩa thâu tín hiệu vệ tinh trong viễn thong, xem hình 5.12). Hệ thống này sử dụng dĩa phản chiếu hình parabol để hội tụ ánh sáng vào tâm thu ở tại tiêu điểm của dĩa. Dung dịch đun được truyền vào dĩa thu để hấp thu nhiệt tại đó. Nhiệt khi cho dung dịch đung dãn nở ra làm đẩy piston và từ đó quay turbin. Phương pháp này cho phép tập trung ánh sáng từ 100 đến 2000 lần.
 

Dạng hệ thống còn lại là thiết bị hình trũng (hình 5.13). Thiết bị này là một gương cầu dài dùng hội tụ ánh sáng lên trên các ống dẫn chứa dung dịch đun (dầu-oil).

Dung dịch đun trong ống có thể đạt đến nhiệt độ 400­0C như tại Solar Electric Generating Systems tại vùng Nam California. Dung dịch đun nhiệt độ cao này được sử dụng để đun nóng nước tạo hơi quay turbin và rồi vận hành máy phát điện.

 

     Mỹ, Áo, TBN, Nhất Bản và Pháp là các quốc gia dẫn đầu về khai thác nhiệt Mặt Trời tạo điện thông qua các hệ thống tập trung ánh sáng có công suất lắp đặt lên đến hàng trăm MW (Hình 5.14). Chỉ riêng vào năm 1995, tại Cộng Đồng Châu Âu đã có 6,5 triệu m2 diện tích lắp đặt gương tập trung ánh sáng Mặt Trời với tốc độ phát triển là 15% trong năm trước đó.

Các ứng dụng của Quang Điện

Ngày nay, ứng dụng của ĐMT rất đa dạng. Ở qui mô nhỏ, ĐMT được sử dụng để cung cấp điện cho việc thắp sáng nhà cửa, tủ lạnh và các ứng dụng gia dụng và kinh doanh. ĐMT đặc biệt có giá trị ở vùng sâu vùng xa, khi việc kết nối với lưới điện là rất tốn kém hoặc không khả thi. Ở qui mô lớn hơn, các nhà máy ĐMT được sử dụng để cung cấp điện bổ sung vào hệ thống lưới điện trung tâm.

 

Các ứng dụng về viễn thông của ĐMT cũng rất đa dạng. Pin Mặt Trời được dùng trong thu phát vi sóng, các hệ thống đài vô tuyến cầm tay, các hệ thống điều khiển từ xa, truyền thông vô tuyến, điện thoại, các hộp điện thoại khẩn cấp trên xa lộ ... Nhiều ứng dụng trong thiết bị điện tử gia dụng như máy tính cầm tay, máy vi tính, đồng hồ đo tay, máy thu hình... 

Các hệ thống chiếu sáng từ xa cũng sử dụng rất rộng rãi ĐMT, phổ biến nhất là các bảng quảng cáo, bảng tín hiệu giao thông, các trạm đỗ xe ... Các cơ sở công nghiệp, quân sự, giao thông vận tải và các ngành công nghiệp dầu khí cũng sử dụng các hệ thống ĐMT để vận hành các tín hiệu cảnh báo, các đèn hiệu cột mốc dẫn đường, các tín hiệu khẩn cấp, các bảng điều khiển giao thông, các tín hiệu xe lửa v.v. 

Một trong những ứng dụng rộng rãi nhất ngày nay của ĐMT là cung cấp điện cho các trạm theo dõi dự báo đặt ở vùng sâu vùng xa. Hầu hết trong số hơn 20 ngàn hệ thống ĐMT phục vụ công tác dự báo sử dụng ngày nay trên khắp thế giới có công suất nhỏ hơn 200 W và dùng để theo dõi thời tiết, nhiệt độ và lưu lượng nước, giám sát lượng chất thải công nghiệp và rò rỉ đường ống[vi]  v.v. 

Pin Mặt Trời còn có thể cung cấp điện cho hệ thống bơm nước phục vụ tưới tiêu, nước sinh hoạt hoặc nước sử dụng trong các nhà máy công nghiệp.

     5.3.3. Các dạng hệ thống Quang Điện

     a) Hệ thống hòa mạng 

   Có hai dạng hệ thống quang điện kết mạng: trực tiếp và trữ ắc qui. Module quang điện và bổ chuyển AC/DC là 2 thành phần thiết yếu trong cả 2 dạng hệ thống hòa mạng. Module quang điện có vai trò chuyển đổi ánh sáng Mặt Trời thành dòng điện một chiều, và bộ chuyển AC/DC chuyển dòng điện một chiều này thành điện 2 chiều. 

Hệ thống quang điện nối mạng trực tiếp tương đối đơn giản hơn và hiệu quả hơn trong vài trường hợp. Hệ thống này chuyển đổi tức thời dòng điện một chiều thành điện xoay chiều và kết nối vào đồng hồ điện trung tâm. Tại đây, quang điện chia tải với hệ thống điện lưới và quay ngược đồng hồ điện bất cứ khi nào có thặng dư điện[vii]. Đây là dạng thiết kế giá thành thấp/tiết kiệm. Hệ thống này không có biện pháp dự phòng vì nó không sử dụng bất cứ thiết bị trữ điện nào. Nếu nguồn điện trung tâm bị cắt, thì sẽ xảy ra hiện tượng cúp điện ở đầu tải. 

Hệ thống quang điện sử dụng bình trữ điện ắc qui thì khắc phục được trường hợp mất điện khi nguồn điện trung tâm bị cắt. Hệ thống bao gồm một bộ ắc qui[viii]và các thiết bị điều khiển điện tử phức tạp. Một khi nguồn điện trung tâm bị cắt vào ban tối, điện dự trự từ ắc qui sẽ được sử dụng thay thế cho đến khi cạn nguồn dự trữ. Nếu nguồn điện bị cắt vào ban ngày, hệ thống pin quang điện sẽ liên tục nạp ắc qui, từ đó kéo dài khả năng dự trữ điện cho ban tối. 

     b) Hệ thống đơn lẻ (cục bộ - stand alone) 

    Các hệ thống quang điện cục bộ được thiết kế để vận hành một cách độc lập đới với mạng điện lưới. Qui mô và thiết kế của hệ thống dạng này phù hợp cho các tải điện một chiều và/hoặc điện xoay chiều công suất nhỏ. Hệ thống cục bộ có thể chỉ hoạt động dựa vào duy nhất các mạng module quang điện, hoặc có thể kết hợp với các nguồn khác khác như điện gió, máy phát diesel ... như nguồn phát thứ cấp (còn gọi là hệ quang điện liên kết – hybrid system, xem hình).

 

Dạng đơn giản nhất của hệ thống quang điện cục bộ là hệ thống liên kết tải trực tiếp, tức là dòng điện một chiều phát ra từ module quang điện sẽ được dẫn trực tiếp vào tải mà không qua hệ thống trữ điện trung gian (như bình ắc qui). Đương nhiên là hệ thống này chỉ có tác dụng vào ban ngày vài những giờ nắng, cung cấp điện cho các tải nhỏ như hệ thống quạt lưu thông khí, hệ thống đun nước nhiệt Mặt Trời... Phần thiết kế quan trọng nhất cho hệ thống trực tiếp là tính toán điện trợ tải sau cho phù hợp với công suất tối đa của chuỗi pin Mặt Trời. Đối với một số loại tải như máy bơm nước, người ta gắn một dạng biến điện DC-AC điện từ, gọi là hệ thống theo dõi công suất tối đa, giữa nguồn và tải để có thể vận dụng tốt hơn công suất tối đa của nguồn.
 

       Đối với hầu hết các hệ thống điện Mặt Trời gia dụng thì bình ắc qui được sử dụng để trữ điện Mặt Trời cho việc sử dụng vào buởi tới và vào các ngày không nắng hoặc nắng yếu. Vào những ngày nắng tốt, bình ắc qui sẽ được sạc đầy nhờ dòng DC từ module quang điện, và tải điện sẽ sử dụng điện sặc từ bình ắc qui.