Chuyên đề tốt nghiệp
CNSH&MT
Khoa
MỤC LỤC
MỞ ĐẦU ............................................................................................................ 1
1. Tính cấp thiết của đề tài ................................................................................... 1
2. Mục đích và yêu cầu nội dung nghiên cứu ....................................................... 2
I/ TỔNG QUAN TÀI LIỆU .............................................................................. 3
1. Vấn đề năng lượng .......................................................................................... 3
1.1.Khái niệm ...................................................................................................... 3
1.2.Các dạng năng lượng ..................................................................................... 4
1.3. Hệ thống đơn vị đo năng lượng .................................................................... 5
1.4.Quá trình phát triển sử dụng các dạng năng lượng ......................................... 7
2. Năng lượng tái tạo ........................................................................................... 8
2.1.Năng lượng địa nhiệt ..................................................................................... 9
2.2.Năng lượng thuỷ triều..................................................................................... 10
2.3.Năng lượng mặt trời ....................................................................................... 11
3.Khái niệm và lịch sử về pin năng lượng mặt trời ............................................... 12
4.Tình hình nghiên cứu và ứng dụng pin năng lượng mặt trời tại Việt Nam.
5. Các đặc điểm chính về địa lý khu vực đảo Ngọc Vừng, tỉnh Quảng Ninh.
5.1. Vị trí địa lí và đặc điểm địa hình
5.2. Khí hậu
5.3. Điều kiện kinh tế xã hội
II/ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU................................................................ 14
1 Đối tượng nghiên cứu ........................................................................................ 14
2 Các bước nghiên cứu ......................................................................................... 14
3 Phương pháp nghiên cứu ................................................................................... 14
III/ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU ........................................................................ 15
1.Cơ sở khoa học .................................................................................................. 15
2. Cấu tạo, vận hành ............................................................................................. 15
3. Khả năng ứng dụng thực tế ............................................................................... 15
IV/ DỰ KIẾN KẾT QUẢ THU ĐƯỢC ............................................................. 15
SV: Trần Thị ánh Phượng
MSSV: 506301067
1
Chuyên đề tốt nghiệp
CNSH&MT
Khoa
V/ TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................. 16
SV: Trần Thị ánh Phượng
MSSV: 506301067
2
Chuyên đề tốt nghiệp
CNSH&MT
Khoa
MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Năng lượng là tài sản có giá trị đối với một quốc gia, là thành tố chủ đạo
trong sự phát triển của nền kinh tế. Không thể phủ nhận rằng mọi hoạt động kinh
tế, công nghiệp, giao thông và sinh hoạt của con người đều phụ thuộc vào nguồn
năng lượng hiện có. Đầu thập niên 70, sau cuộc khủng hoảng dầu mỏ, giá cả dầu
mỏ và vấn đề tiêu dùng năng lượng là mối quan tâm hàng đầu. Nhưng trước đó
các vấn đề về môi trường đã nảy sinh và càng trở nên suy giảm nghiêm trọng
hơn. Mặc dù các vấn đề về môi trường là do sự kết hợp của nhiều yếu tố xung
quanh nhưng chủ yếu là do dân số gia tăng, tiêu thụ năng lượng quá mức và hoạt
động công nghiệp tràn lan. Để ứng phó với những biến đổi đó, con người buộc
phải tìm đến những giải pháp và những phương án hành động mang tính bền
vững luôn được ưu tiên hàng đầu trong giai đoạn hiện nay. Việc tìm ra và khai
thác năng lượng tái tạo được xem như một giải pháp hiệu quả nhất.
Năng lượng mặt trời, năng lượng gió, năng lượng sóng biển, năng lượng
địa nhiệt, nhiên liệu sinh học... là những nguồn năng lượng sạch có tiềm năng
lớn, sẵn có trong tự nhiên, không gây ô nhiễm và giúp giảm thiểu các tác động
đến môi trường trong quá trình khai thác và sử dụng và là những giải pháp tối ưu
thay thế cho nguồn năng lượng hoá thạch trong tương lai.
Để tiếp cận và ứng dụng công nghệ năng lượng sạch, cụ thể là nguồn năng
lượng mặt trời, đề tài “Nghiên cứu ứng dụng công nghệ pin năng lượng mặt
trời cho đảo Ngọc Vừng, huyện Vân Đồn, tỉnh Quảng Ninh” được chúng tôi
lựa chọn nhằm góp phần tìm kiếm giải pháp về năng lượng sạch cho phát điện
phục vụ sinh hoạt, nâng cao chất lượng cuộc sống cộng đồng dân cư sinh sống
trên đảo trong thời điểm điện lưới quốc gia chưa thể đáp ứng được nhu cầu điện
sinh hoạt tại xã đảo. Đồng thời góp phần áp dụng một hướng đi tuy không mới
trên thế giới nhưng vẫn chưa phổ biến tại Việt Nam cho vấn đề năng lượng sạch
SV: Trần Thị ánh Phượng
MSSV: 506301067
3
Chuyên đề tốt nghiệp
CNSH&MT
Khoa
và các giải pháp ứng phó với sự cạn kiệt các nguồn tài nguyên không tái tạo hiện
nay.
SV: Trần Thị ánh Phượng
MSSV: 506301067
4
Chuyên đề tốt nghiệp
CNSH&MT
Khoa
2. Mục đích và yêu cầu nghiên cứu
2.1. Mục đích
Xác lập cơ sở khoa học, cơ sở thực tiễn cho việc ứng dụng lắp đặt
hệ thống pin năng lượng mặt trời nhằm phát điện phục vụ sinh hoạt cho
đảo Ngọc Vừng, huyện Vân Đồn, tỉnh Quảng Ninh, Việt Nam.
2.2. Yêu cầu nội dung nghiên cứu
Tìm hiểu, tổng hợp và phân tích về các công nghệ năng lượng sạch hiện
có trên thế giới.
Phân tích hiện trạng sản xuất và cung cấp điện tại đảo Ngọc Vừng.
Nghiên cứu cấu tạo và ứng dụng của hệ thống pin năng lượng mặt trời.
Đề xuất phương án sản xuất và cung cấp điện thân thiện với môi trường.
SV: Trần Thị ánh Phượng
MSSV: 506301067
5
Chuyên đề tốt nghiệp
CNSH&MT
Khoa
I - TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1. Vấn đề năng lượng
1.1 Khái niệm
Theo thuyết tương đối của Albert Enstein, năng lượng là thước đo của
lượng vật chất được xác định theo công thức liên quan đến khối lượng toàn phần
:
E = mc²
Trong đó
m : khối lượng (kg)
c : hằng số vận tốc (m/s)
E : khối lượng toàn phần (kg.(m/s)2 .
Hiểu theo nghĩa thông thường, năng lượng là khả năng làm thay đổi trạng
thái hoặc thực hiện công năng lên một hệ vật chất.
Như vậy, năng lượng là một đại lượng vật lý đặc trưng cho khả năng sinh
công của một hệ thống.
Theo định luật bảo toàn năng lượng “Năng lượng không tự sinh ra và không
tự mất đi. Nó chỉ chuyển hoá từ dạng này sang dạng khác.” Năng lượng tồn tại
dưới nhiều dạng khác nhau như :
• Năng lượng cơ học
• Thế năng
• Động năng
• Năng lượng nhiệt
• Năng lượng từ
• Năng lượng điện
• Năng lượng phóng xạ
• Năng lượng nguyên tử
• Năng lượng hoá học
• ...
1.2 Các dạng năng lượng
Theo sách “Cứu lấy trái đất- chiến lược cho cuộc sống bền vững”, năng
SV: Trần Thị ánh Phượng
MSSV: 506301067
6
Chuyên đề tốt nghiệp
CNSH&MT
Khoa
lượng được chia làm 2 dạng chính: năng lượng tái tạo và năng lượng không tái
tạo
Năng lượng không tái tạo là năng lượng đến từ lòng đất và không thể tái
sinh trong thời gian ngắn. Nhiên liệu hoá thạch là dạng điển hình của năng
lượng không tái tạo, bao gồm than đá, dầu mỏ và khí thiên nhiên. Những nguồn
năng lượng này bắt nguồn từ xác động thực vật bị chôn vùi hàng nghìn năm
trước, bị phân huỷ và hình thành nguồn năng lượng hữu ích cho con người. [10]
Năng lượng tái tạo hay năng lượng tái sinh là nguồn năng lượng từ những
nguồn mà con người cho là vô tận, nghĩa là nguồn năng lượng tồn tại dồi dào
đến mức không thể trở nên cạn kiệt hoặc có thể tái tạo trong một thời gian ngắn.
Các nguồn năng lượng có nguồn gốc từ mặt trời như bức xạ mặt trời, năng
lượng gió, chuyển động sóng hay nhiên liệu sinh học. Các dạng khác như năng
lượng địa nhiệt, năng lượng thuỷ triều...
1.3. Hệ thống đơn vị đo năng lượng
Đơn vị năng lượng trong hệ thống đơn vị quốc tế (hệ SI) bao gồm joules
(J), watt giây (Ws) hoặc newton mét (Nm); đơn vị của công suất là watt (W).
Bên cạnh hệ SI còn có một số loại đơn vị phổ biến khác. Bảng 1.1 trình bày cách
quy đổi của hầu hết các loại đơn vị năng lượng thường được sử dụng ngày nay.
Ngoài ra còn có kpm (1 kpm = 2.72 . 10 –6 kWh) ; erg (1 erg = 2.78 . 10
–14
kWh) ; electronvolts (1 eV = 4.45 . 10–26 kWh) ; BTU (British Thermal Unit, 1
BTU = 1055.06 J = 0.000293071 kWh).[9]
SV: Trần Thị ánh Phượng
MSSV: 506301067
7
Chuyên đề tốt nghiệp
CNSH&MT
Khoa
Bảng 1.1 Quy đổi đơn vị năng lượng
m3 gas
BTU
0.000034 0.000024
0.000032
0.94781
0.001163
0.000143
0.0001
0.00013
3.96831
860
1
0.123
0.086
0.113
3412
7000
8.14
1
0.7
0.923
27,779
10,000
11.63
1.428
1
1.319
39,683
31,736
7580
8.816
1.083
0.758
1
30,080
1.0551
0.252
0.000293
0.000036 0.000025
0.000033
1
kJ
kcal
kWh
kg ce
1
0.2388
0.000278
4.1868
1
3600
29,308
kg oe
1 kilojoule
(kJ)
1 kilocalorie
(kcal)
1 kilowattgiờ (kWh)
1 kg than tương
đương (kg ce)
1 kg dầu mỏ
tương đương (kg oe) 41,868
1 m3 khí
gas
1 đơn vị nhiệt
Anh (BTU)
Nguồn : Volker Quaschning, 2005, Understanding Renewable Energy
Systems, Earthscan, UK.
Trong đó : Coal equivalent (ce)
: than đá tương đương
Oil equivalent (oe)
: dầu tương đương
Natural gas
: khí thiên nhiên
British Thermal Unit (BTU)
SV: Trần Thị ánh Phượng
: đơn vị nhiệt của Anh
MSSV: 506301067
8
Chuyên đề tốt nghiệp
CNSH&MT
Khoa
1.4. Sự phát triển tiêu dùng năng lượng
Vào cuối thế kỉ thứ 18, than đá và dầu thô đã không còn là nguồn cung cấp
năng lượng chủ đạo cho các ngành công nghiệp. Củi gỗ và các kĩ thuật nhờ gió
và sức nước đã đáp ứng cho hầu hết các nhu cầu năng lượng của con người.
Hình ảnh những guồng nước và cối xay gió đã trở nên phổ biến ở nhiều nơi trên
thế giới vào thời gian đó.
Nguồn : wikipedia
Vào năm 1768, James Watt đặt nền móng cho nền công nghiệp bằng phát
triển động cơ chạy bằng hơi nước. Động cơ hơi nước mà sau này là động cơ đốt
trong đã nhanh chóng được thay thế bởi sức gió và hệ thống sức nước. Than đá
trở thành nguồn nhiên liệu cung cấp năng lượng quan trọng duy nhất. Đầu thế kỉ
20, dầu thô kế tiếp trở thành nhiên liệu không thể thiếu cung cấp cho sự cơ giới
hoá giao thông đường bộ đang vươn lên mạnh mẽ. Củi đã mất đi vai trò quan
trọng cung cấp năng lượng cho các quốc gia công nghiệp và những nhà máy
thuỷ điện thay thế những guồng nước thô sơ.
Nhu cầu năng lượng trên thế giới tăng vọt sau khủng hoảng năng lượng
những năm 1930. Khí thiên nhiên bước vào bối cảnh đó sau chiến tranh thế giới
SV: Trần Thị ánh Phượng
MSSV: 506301067
9
Chuyên đề tốt nghiệp
CNSH&MT
Khoa
thứ hai. Vào thập niên 1960, năng lượng hạt nhân đã được bổ sung vào danh
sách của những nguồn năng lượng truyền thống. Những nguồn năng lượng mới
nối tiếp được tìm ra vẫn chưa phá bỏ được ưu thế của than đá và dầu thô, nhưng
khí gas là nguồn năng lượng phát triển nhanh vượt trội. Nhu cầu năng lượng cơ
bản về điện hạt nhân ngày nay vẫn tương đối khiêm tốn. Những nguồn nhiên
liệu hoá thạch như than đá, dầu thô và khí gas cung cấp hơn 85% nhu cầu năng
lượng tối thiểu trên thế giới
SV: Trần Thị ánh Phượng
MSSV: 506301067
10
Chuyên đề tốt nghiệp
CNSH&MT
Khoa
Bảng 1.2. Sự tiêu thụ năng lượng trên thế giới bao gồm năng lượng
sinh khối và các dạng khác
Đơn vị: PJ
1925
1938
1950
Nhiên liệu dạng rắn a
36,039
37,856
Nhiên liệu dạng lỏngb
5772
Khí gas
1960
1968
1980
2002
46,675 58,541
67,830
77,118 100,395
11,017
21,155 43,921
79,169
117,112 147,480
1406
2930
7384
17,961
33,900
53,736 95,543
Thuỷ điệnc
771
1774
3316
6632
10,179
16,732 24,792
Điện hạt nhânc
0
0
0
0
463
6476
Tổng
43,988
53,577
78,530 127,055 191,541 271,174 393,773
25,564
Nguồn: Enquete-Kommission, 1995; BP, 2003
Lưu ý : a :Than đá, than non,.. ; b: các sản phẩm dầu ; c : chuyển đổi từ
nhiệt tương đương với 38% hiệu quả chuyển đổi
Bảng 1.2 cho thấy tình hình tiêu thụ năng lượng trên toàn thế giới trong
những năm của thế kỉ trước. Từ bảng cho thấy lượng tiêu thụ tăng dẫn qua mỗi
năm. Năng lượng hạt nhân cũng bắt đầu được đưa vào phục vụ sản xuất từ
những năm cuối thập niên 60 thế kỉ 20.Và không chỉ riêng năng lượng hạt nhân,
các dạng năng lượng khác được tiêu thụ mạnh rõ rệt vào những năm đầu thế kỉ
21.
2.. Năng lượng tái tạo
Năng lượng tái tạo là nguồn năng lượng vô tận trong thời gian sống của loài
người. Năng lượng tái tạo có thể chia làm 3 loại chính: năng lượng mặt trời,
năng lượng thuỷ triều và năng lượng địa nhiệt. Số liệu trung bình hàng năm trên
trái đất : [9]
- Năng lượng mặt trời
: 3,900,000,000 PJ/year
- Năng lượng thuỷ triều
: 94,000 PJ/year
- Năng lượng địa nhiệt
: 996,000 PJ/year
SV: Trần Thị ánh Phượng
MSSV: 506301067
11
Chuyên đề tốt nghiệp
CNSH&MT
Khoa
Năng lượng dự trữ trong gió, mưa, bắt nguồn từ các quá trình chuyển hoá
năng lượng trong tự nhiên và có thể khai thác được bằng các phương tiện kĩ
thuật. Theo lí thuyết, các nguồn cung cấp năng lượng tái tạo hàng năm lớn hơn
nhiều lần nhu cầu năng lượng của trái đất và có thể đáp ứng hoàn toàn được nhu
cầu này. Tuy nhiên, điều đó không có nghĩa là sự chuyển đổi từ những dạng
năng lượng truyền thống sang năng lượng tái tạo sẽ không gặp trở ngại gì. Nói
cách khác, năng lượng tái tạo cần một cơ sở hạ tầng hoàn toàn khác biệt so với
những gì được xây dựng lên trong những thế kỉ trước.
Nguồn năng lượng hiện tại phụ thuộc chủ yếu vào nguồn nhiên liệu hoá
thạch. Ưu tiên hàng đầu là sản xuất và vận chuyển nhiên liệu hoá thạch một cách
kinh tế nhất và biến đổi chúng thành những dạng năng lượng khác một cách ít
tốn kém nhất. Ưu điểm chính của năng lượng từ nhiên liệu hoá thạch là tính sẵn
có, chúng có thể được sử dụng ngay khi con người cần. Ngược lại, tính sẵn có
của hầu hết các dạng năng lượng tái tạo là không ổn định. Chúng không những
cần được chuyển đổi thành các dạng năng lượng có ích khác như điện hay nhiệt
mà còn phải được đảm bảo luôn dồi dào thông qua những hệ thống dự trữ lớn.
Vấn đề đặt ra không phải là năng lượng tái tạo có thể đáp ứng được tất cả nhu
cầu năng lượng của con người hay không mà là loại năng lượng tái tạo nào là tối
ưu và phù hợp và khi nào thì chúng sẽ đáp ứng đầy đủ nhu cầu về năng lượng
trên trái đất. Đối với vấn đề nóng lên toàn cầu, sự chuyển đổi về nguồn cung cấp
năng lượng là thách thức lớn nhất trong thế kỉ 21.
2.1.. Năng lượng địa nhiệt
Nhiệt độ trong lòng trái đất khoảng 30000C đến 10 0000C, sự phân rã phóng
xạ giải phóng ra lượng nhiệt này. Còn bề mặt trái đất có nhiệt độ tương đối thấp.
Sự chênh lệch về nhiệt độ giữa bề mặt và trong lòng trái đất gây nên dòng nhiệt
biến đổi liên tục, có giá trị khoảng 0.063 W/m2. Ngày nay năng lượng địa nhiệt
chỉ được khai thác tại những vùng có nhiệt độ trong lòng trái đất cao bất thường.
Những vùng thuộc “vành đai lửa ven Thái Bình Dương” là những vùng có tiềm
SV: Trần Thị ánh Phượng
MSSV: 506301067
12
Chuyên đề tốt nghiệp
CNSH&MT
Khoa
năng địa nhiệt rất lớn. Đây cũng là một nguồn năng lượng sạch có thể thay thế
dầu mỏ và than đá trong tương lai.
Hiện nay Mỹ đang là quốc gia đứng đầu về sản xuất điện từ năng lượng địa
nhiệt. Một nghiên cứu mới được công bố trong năm 2008 của Viện Công nghệ
Massachusetts (MIT) đã cho biết: Nếu có thể khai thác được 40% lượng nhiệt
nằm dưới lòng đất của nước Mỹ, nó sẽ đáp ứng gấp 56.000 lần nhu cầu điện
năng hiện nay của đất nước này. Ở các nước đang phát triển như Philippin,
Indonexia, Trung Quốc… năng lượng địa nhiệt cũng đã và đang được thăm dò
và khai thác. Trong đó Philippin là nước sản xuất ra điện lớn thứ hai sau Mỹ.
Hiện nay, 23% sản lượng điện của nước này được sản xuất từ nguồn năng lượng
địa nhiệt. Indonesia, là quốc gia sản xuất điện địa nhiệt lớn đứng thứ ba trên thế
giới. [4]
Ở Châu Phi, tiềm năng phát triển năng lượng địa nhiệt cũng rất lớn, đặc biệt
là ở Thung lũng Great Rift. Kenya là một trong những nước đi đầu khu vực
trong việc khai thác nguồn năng lượng tiềm ẩn này. [4]
Năng lượng địa nhiệt là nguồn năng lượng vô tận có tiềm năng khai thác
hàng trăm nghìn megawatt. Nhưng hiện nay đây vẫn là một ngành còn non trẻ
và chiếm thứ yếu trong sản xuất năng lượng.
2.2. Năng lượng thuỷ triều
Giữa mặt trăng và trái đất tồn tại một lực hấp dẫn gây nên tác động tại một
số điểm nhất định trên bề mặt trái đất. Dấu hiệu rõ ràng nhất cho thấy lực hấp
dẫn này là thuỷ triều. Sự lên xuống của mực nước trên các đại dương tạo nên
thuỷ triều và sinh ra một nguồn năng lượng đáng kể. Năng lượng thuỷ triều có
thể dùng để phát điện trên bờ biển những khi thuỷ triều lên cao. Khi triều lên,
nước tràn vào hồ chứa và được ngăn lại. Khi triều xuống, nước trong hồ được xả
ra , làm chạy những tua-bin được đặt dưới mực triều thấp. Những tua-bin này
chạy máy phát điện sinh ra điện. Hiện nay chỉ có một vài nhà máy phát điện
thuỷ triều đang hoạt động. Nhà máy lớn nhất với công suất 240 MW đặt tại
SV: Trần Thị ánh Phượng
MSSV: 506301067
13
Chuyên đề tốt nghiệp
CNSH&MT
Khoa
Rance, Pháp. Tuy nhiên, điện thuỷ triều luôn gây tác động lớn đến tự nhiên.
Hiện tại lượng điện được sản xuất nhờ thuỷ triều vẫn còn tương đối thấp.
2.3. Năng lượng mặt trời
Nguồn cung cấp năng lượng lớn nhất là mặt trời. Hàng năm, mặt trời cung
cấp khoảng 3.9x1024 J = 1.08x1018 kWh xuống bề mặt trái đất. Và nguồn năng
lượng này gấp 10 000 lần nhu cầu năng lượng tối thiểu hàng năm trên trái đất và
gấp nhiều lần các nguồn năng lượng dự trữ khác. Nói cách khác, sử dụng 1/10
nguồn năng lượng được cung cấp này có thể đáp ứng được toàn bộ nhu cầu năng
lượng của loài người.
Có sự phân biệt giữa năng lượng mặt trời được sử dụng trực tiếp và gián
tiếp. Các hệ thống kĩ thuật sử dụng trực tiếp năng lượng mặt trời trực tiếp
chuyển bức xạ mặt trời thành năng lượng có ích (ví dụ như điện năng hoặc nhiệt
năng). Gió, nước và thực vật sinh trưởng là các dạng gián tiếp của năng lượng
mặt trời. Tại đó, các quá trình trong tự nhiên biến đổi năng lượng mặt trời thành
các dạng năng lượng khác. Các thiết bị kĩ thuật cũng có thể sử dụng những loại
năng lượng gián tiếp này từ năng lượng mặt trời.
* Năng lượng mặt trời trực tiếp
- Nhà máy nhiệt điện năng lượng mặt trời
- Hệ thống quang phân để sản xuất nhiên liệu
- Hệ thống thu năng lượng mặt trời để đun nóng nước
- Hệ thống đun nóng bằng năng lượng mặt trời bị động
- Phát điện bằng pin năng lượng mặt trời
* Năng lượng mặt trời gián tiếp
SV: Trần Thị ánh Phượng
MSSV: 506301067
14
Chuyên đề tốt nghiệp
CNSH&MT
Khoa
Các quá trình trong tự nhiên chuyển năng lượng mặt trời thành các dạng
năng lượng khác. Các thiết bị chuyển đổi điện có thể tận dụng nguồn năng lượng
gián tiếp này. Một ví dụ điển hình về dạng gián tiếp của năng lượng mặt trời là
sức nước. Bức xạ mặt trời làm bốc hơi nước từ các đại dương. Hơi nước này
ngưng đọng, rơi xuống từ các tầng cao, được hoà chung vào sông, suối và kết
thúc vòng tuần hoàn khi ra đến cửa sông. Các nhà máy thuỷ điện có thể chuyển
động năng và thế năng từ nước thành điện. Một số loại hình gián tiếp của năng
lượng mặt trời là :
- Hơi nước, mưa, dòng nước chảy
- Sự tan chảy của tuyết
- Sự di chuyển của nước
- Các dòng hải lưu
- Sản phẩm sinh khối
- Nhiệt từ bề mặt trái đất và khí quyển
- Gió
3. Khái niệm và lịch sử về pin năng lượng mặt trời
Bên cạnh phương pháp phát điện bằng cảm ứng từ do Michael Faraday phát
minh năm 1821, tác dụng của quang năng lên selenium được Becquerel tìm ra
vào năm 1839 và phát triển bằng cách sử dụng những tấm silic có hiệu quả cao
hơn vào năm 1958 để phát điện. Những kết quả nghiên cứu khác trong những
năm 1960 về vật liệu chế tạo những tấm PMT như gallium arsenide (GaAs),
chúng có thể làm việc trong nhiệt độ cao hơn silic nhưng chi phí cao hơn nhiều
lần. Ngày nay, những tấm PMT được chế tạo từ những vật liệu bán dẫn khác
nhau, có khả năng dẫn điện tương đối tốt. Vật liệu phổ biến là Silic (Si) và hợp
chất của cadmium sulphide (Cds), ), cuprous sulphide (Cu2S), và gallium
arsenide (GaAs). Công nghệ pin năng lượng mặt trời đã cung cấp một lượng
điện hàng năm khoảng 50 MW (1990) và 500 MW (2003), mở sang một thời kì
tiêu thụ năng lượng mới thân thiện với môi trường, giảm tiếng ồn, phát thải khí
nhà kính, dễ sử dụng và giảm chi phí tiêu dùng điện năng.
SV: Trần Thị ánh Phượng
MSSV: 506301067
15
Chuyên đề tốt nghiệp
CNSH&MT
Khoa
Những tấm pin Silic vô định hình được chế tạo từ những nguyên tử silic
trong những lớp mỏng đồng nhất, thay vì cấu trúc tinh thể Silic vô định hình hấp
thụ ánh sáng tốt hơn dạng tinh thể, vì thế tấm pin có thể mỏng hơn. Do đó, silic
vô định hình còn được biết đến là công nghệ PV màng mỏng. Mặc dù những
tấm pin silic vô định hình hoạt động kém hiệu quả hơn loại pin silic tinh thể
khoảng 6% nhưng chúng thuận tiện và giá thành sản xuất thấp hơn. Ưu thế về
giá thành khiến cho những tấm pin silic vô định hình phù hợp với nhiều ứng
dụng.
Một số loại vật liệu tiềm năng khác như cadmium telluride (CdTe) và
copper indium diselenide (CIS) hiện đang được ứng dụng chế tạo các bộ phận
pin năng lượng mặt trời. Chúng có hiệu quả sử dụng cao hơn hẳn vật liệu silic
vô định hình và silic tinh thể và thích hợp với những quá trình sản xuất chi phí
tương đối cao.
Những tấm pin được đặt trong một hệ thống có thể sản xuất ra một lượng
điện nhất định tại thời điểm được chiếu sáng. Tấm pin có thể được mắc nối tiếp
hoặc song song với dòng điện lớn hơn hoặc điện áp lớn hơn. Hệ thống PMT
được sử dụng độc lập hoặc nối với các nguồn cung cấp điện khác. Ứng dụng
phát điện bằng hệ thống PMT bao gồm các phương tiện liên lạc (cả trên mặt đất
và trên không), phát điện cho những vùng hẻo lánh, chiếu sáng, bơm nước và
sạc pin các thiết bị điện.
Có hai loại PMT cơ bản là loại độc lập và hệ thống dạng lưới. Loại pin độc
lập được ứng dụng tại những vùng chưa có điện lưới hoặc khó khăn trong việc
lắp đặt hệ thống điện lưới; điện sản xuất ra thường được dự trữ trong pin. Loại
pin độc lập điển hình thường bao gồm những module PV, ắc-quy, và bộ điều
khiển sạc ắc-quy. Bộ đổi điện bao gồm hệ thống đổi dòng điện 1 chiều (DC) từ
module PV sang dòng điện xoay chiều (AC) phục vụ cho các nhu cầu sử dụng
điện phổ biến bằng điện xoay chiều.
Trong ứng dụng điện lưới, hệ thống PV được nối với mạng lưới điện địa
SV: Trần Thị ánh Phượng
MSSV: 506301067
16
Chuyên đề tốt nghiệp
CNSH&MT
Khoa
phương. Nghĩa là điện được phát bằng hệ thống PV có thể được sử dụng tức thời
hoặc được phân phối cho các đơn vị cung cấp điện năng trong suốt một ngày.
Vào thời gian mặt trời ngừng chiếu sáng, điện vẫn được cung cấp từ hệ thống
chung. Như vậy, mạng lưới này đóng vai trò như một hệ thống dự trữ năng
lượng thay thế cho bộ ắc-quy dự trữ.
Khi pin năng lượng mặt trời được ứng dụng rộng rãi khoảng 2 thập kỉ
trước đây, hiệu quả của chúng chỉ dưới 10%. Ngày nay, hiệu quả sử dụng đã
tăng tới 15%. Tại các phòng thí nghiệm hiệu quả có thể lên tới trên 30% nhưng
vẫn chưa được thương mại hoá. [4]
4.Tình hình nghiên cứu và ứng dụng pin năng lượng mặt trời tại Việt
Nam
Ở Việt Nam, với sự hỗ trợ của nhà nước (các bộ, ngành) và một số tổ chức
quốc tế đã thực hiện thành công việc xây dựng các trạm PMT có công suất khác
nhau phục vụ nhu cầu sinh hoạt và văn hóa của các địa phương vùng sâu, vùng
xa, các công trình nằm trong khu vực không có lưới điện. Tuy nhiên hiện nay
PMT vẫn đang còn là món hàng xa xỉ đối với các nước nghèo như chúng ta.
Đi đầu trong việc phát triển ứng dụng này là ngành bưu chính viễn thông.
Các trạm PMT phát điện sử dụng làm nguồn cấp điện cho các thiết bị thu phát
sóng của các bưu điện lớn, trạm thu phát truyền hình thông qua vệ tinh. Ở ngành
bảo đảm hàng hải, các trạm PMT phát điện sử dụng làm nguồn cấp điện cho các
thiết bị chiếu sáng, cột hải đăng, đèn báo sóng. Trong ngành công nghiệp, các
trạm PMT phát điện sử dụng làm nguồn cấp điện dự phòng cho các thiết bị điều
khiển trạm biến áp 500 kV, thiết bị máy tính và sử dụng làm nguồn cấp điện nối
với điện lưới quốc gia. Trong sinh hoạt của các hộ gia đình vùng sâu, vùng xa,
các trạm PMT phát điện sử dụng để thắp sáng, nghe đài, xem vô tuyến. Trong
ngành giao thông đường bộ, các trạm PMT phát điện dần được sử dụng làm
nguồn cấp điện cho các cột đèn đường chiếu sáng.
Khu vực phía Nam ứng dụng các dàn PMT phục vụ thắp sáng và sinh hoạt
văn hoá tại một số vùng nông thôn xa lưới điện. Các trạm điện mặt trời có công
SV: Trần Thị ánh Phượng
MSSV: 506301067
17
Chuyên đề tốt nghiệp
CNSH&MT
Khoa
suất từ 500 - 1.000 Wp được lắp đặt ở trung tâm xã, nạp điện vào ắc qui cho các
hộ gia đình sử dụng. Các dàn PMT có công suất từ 250 - 500 Wp phục vụ thắp
sáng cho các bệnh viện, trạm xá và các cụm văn hoá xã. Đến nay có khoảng 800
- 1.000 dàn PMT đã được lắp đặt và sử dụng cho các hộ gia đình, công suất mỗi
dàn từ 22,5 - 70 Wp. Khu vực miền Trung có bức xạ mặt trời khá tốt và số giờ
nắng cao, rất thích hợp cho việc ứng dụng PMT. Hiện tại ở khu vực miền Trung
có hai dự án lai ghép với PMT có công suất lớn nhất Việt Nam, đó là:
- Dự án phát điện ghép giữa PMT và thuỷ điện nhỏ, công suất 125 kW được
lắp đặt tại xã Trang, huyện Mang Yang, tỉnh Gia Lai, trong đó công suất của hệ
thống PMT là 100 kWp và của thuỷ điện là 25 kW. Dự án được đưa vào vận
hành từ cuối năm 1999, cung cấp điện cho 5 làng. Hệ thống điện do Điện lực
Mang Yang quản lý và vận hành.
- Dự án phát điện lai ghép giữa PMT và động cơ gió phát điện với công
suất là 9 kW, trong đó PMT là 7 kW. Dự án trên được lắp đặt tại làng Kongu 2,
huyện Đak Hà, tỉnh Kon Tum, do Viện Năng lượng thực hiện. Công trình đã
được đưa vào sử dụng từ tháng 11/2000, cung cấp điện cho một bản người dân
tộc thiểu số với 42 hộ gia đình. Hệ thống điện do sở Công thương tỉnh quản lý
và vận hành
Các dàn pin đã lắp đặt ứng dụng tại các tỉnh Gia Lai, Quảng Nam, Bình
Định, Quảng Ngãi và Khánh Hoà, hộ gia đình công suất từ 40 - 50 Wp. Các dàn
đã lắp đặt ứng dụng cho các trung tâm cụm xã và các trạm y tế xã có công suất
từ 200 - 800 Wp. Hệ thống điện sử dụng chủ yếu để thắp và truyền thông; đối
tượng phục vụ là người dân, do dân quản lý và vận hành.
Ở khu vực phía Bắc, việc ứng dụng các dàn PMT phát triển với tốc độ khá
nhanh, phục vụ các hộ gia đình ở các vùng núi cao, hải đảo và cho các trạm biên
phòng. Công suất của dàn pin dùng cho hộ gia đình từ 40 - 75 Wp. Các dàn
dùng cho các trạm biên phòng, nơi hải đảo có công suất từ 165 - 300 Wp. Các
SV: Trần Thị ánh Phượng
MSSV: 506301067
18
Chuyên đề tốt nghiệp
CNSH&MT
Khoa
dàn dùng cho trạm xá và các cụm văn hoá thôn, xã là 165 - 525 Wp.
Tại Quảng Ninh có hai dự án PMT do vốn trong nước (từ ngân sách) tài
trợ:
- Dự án PMT cho đơn vị bộ đội tại các đảo vùng Đông Bắc. Tổng công suất
lắp đặt khoảng 20 kWp. Dự án trên do Viện Năng lượng và Trung tâm Năng
lượng mới Trường đại học Bách khoa Hà Nội thực hiện. Hệ thống điện sử dụng
chủ yếu để thắp sáng và truyền thông, đối tượng phục vụ là bộ đội, do đơn vị
quản lý và vận hành.
- Dự án PMT cho các cơ quan hành chính và một số hộ dân của huyện đảo Cô
Tô. Tổng công suất lắp đặt là 15 kWp. Dự án trên do Viện Năng lượng thực
hiện. Công trình đã vận hành từ tháng 12/2001.
Công ty BP Solar của Úc đã tài trợ một dự án PMT có công suất là 6120
Wp phục vụ cho trạm xá, trụ sở xã, trường học và khoảng 10 hộ gia đình. Dự án
trên được lắp đặt tại xã Sĩ Hai, huyện Hà Quảng, tỉnh Cao Bằng.
Dự án “Ứng dụng thí điểm điện mặt trời cho vùng sâu, vùng xa” tại xã Ái
Quốc, tỉnh Lạng Sơn đã hoàn thành vào tháng 11/2002. Tổng công suất dự án là
3000 Wp, cung cấp điện cho trung tâm xã và trạm truyền hình, chủ yếu để thắp
sáng và truyền thông; đối tượng phục vụ là người dân, do dân quản lý và vận
hành.
Trung tâm Hội nghị Quốc gia sử dụng điện mặt trời: Tổng công suất PMT
154 kWp là công trình ĐMT lớn nhất ở Việt Nam. Hệ thống PMT hòa vào mạng
điện chung của Trung tâm Hội nghị quốc gia.
Trạm PMT nối lưới Viện Năng lượng công suất 1080 Wp bao gồm 8
môđun.
Trạm PMT nối lưới lắp đặt trên mái nhà làm việc Bộ Công thương, 54 Hai
Bà Trưng, Quận Hoàn Kiếm, Hà Nội. Công suất lắp đặt 2700 Wp.
Lắp đèn năng lượng mặt trời trên đường phố Đà Nẵng sử dụng nguồn năng
lượng mặt trời. Hệ thống thu góp điện năng được “dán” thẳng trên thân trụ đèn.
SV: Trần Thị ánh Phượng
MSSV: 506301067
19
Chuyên đề tốt nghiệp
CNSH&MT
Khoa
Bên trong trụ có tám bình ắc qui dùng để tích năng lượng.
Hai cột đèn năng lượng mặt trời kết hợp năng lượng gió đầu tiên được lắp
đặt thành công tại Ban quản lý dự án Công nghệ cao Hòa Lạc. Hai cột đèn trị giá
8.000 USD, do Công ty cổ phần tập đoàn quốc tế Kim Đỉnh lắp đặt. Hiện tại, hai
cột đèn này có thể sử dụng trong 10 h mỗi ngày, có thể thắp sáng bốn ngày liền
nếu không có nắng và gió.
[http://webdien.com/d/showthread.php?t=3344&goto=nextnewest, ngày truy cập
17/04/2010]
Như vậy, pin năng lượng mặt trời là một giải pháp đầy tiềm năng đã và
đang được ứng dụng tại nhiều địa phương trên lãnh thổ Việt Nam. Do đó, việc
thực hiện ứng dụng hệ thống này tại đảo Ngọc Vừng tỉnh Quảng Ninh sẽ có
nhiều thuận lợi.
5. Các đặc điểm chính về địa lý khu vực đảo Ngọc Vừng, tỉnh Quảng
Ninh
5.1. Vị trí địa lý và đặc điểm địa hình.
Đảo Ngọc Vừng là một xã đảo thuộc huyện Vân Đồn, tỉnh Quảng Ninh, nằm
cách thành phố Hạ Long khoảng hơn 30 km, cách cảng Cái Rồng (Vân Đồn)
chừng hơn 2 giờ tàu chạy.
Ngọc Vừng có toạ độ địa lý 107 o20‟ kinh độ và 107o23‟ vĩ độ, xung quanh là
biển, chắn 2 hướng có 2 dãy núi tạo thung lũng. Phía Bắc là xã Thắng Lợi; phía
Nam là bãi cát Trường Chinh dài 2,5km; phía Đông chắn bởi dãy Vạn Xuân;
đỉnh cao nhất là đỉnh Tam Na, cao 229,7m so với mực nước biển; phía Tây là
lạch tàu quốc tế, chắn bởi dãy Tu La, đỉnh cao nhất là 120,2m so với mực nước
biển.
Xét về địa hình, địa mạo toàn bộ vùng nghiên cứu bao quanh đảo có sự khác biệt
rõ ràng giữa các khu bờ phía đông, phía tây, phía nam và phía bắc. Do tính bất
đối xứng của hai dãy núi cao chạy song song trên đảo theo hướng Tây Bắc –
Đông Nam đã tạo cho đảo Ngọc Vừng sự đa dạng các kiểu bờ. Nằm men theo
hai sườn núi phía rìa đông và rìa tây của đảo là các bờ vách dốc đứng, nước sâu.
Độ sâu trung bình đo được tại các khu ven bờ là từ 4-5m, càng xa bờ độ sâu
càng lớn, các kiểu địa hình ven bờ phổ biến thường gặp là mài mòn và mài mòn
SV: Trần Thị ánh Phượng
MSSV: 506301067
20
- Xem thêm -
.PDF 
27 
55 
92 
