Tài liệu Khảo sát mô phỏng đặc tính pv – cells điều khiển hệ thống định hướng mặt trời và lau rửa tấm pin tự động trên nền tảng matlab & arduino

Đại học Đông Á 1 Solar Tracking & Solar Panel Cleaning System MỤC LỤC MỤC LỤC .............................................................................................................1 MỞ ĐẦU ................................................................................................................3 CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ NĂNG LƢỢNG MẶT TRỜI .......................6 1.1 TÌNH HÌNH SỬ DỤNG NĂNG LƢỢNG MẶT TRỜI ................................6 1.1.1 Tình hình sử dụng năng lƣợng mặt trời trên thế giới ..............................8 1.1.2 Tình hình sử dụng năng lƣợng mặt trời ở Việt Nam .............................11 CHƢƠNG 2. NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC VÀ CẤU TẠO PV CELLS ...........16 2.1 CẤU TẠO CỦA TẤM PIN MẶT TRỜI .....................................................16 2.1.1 Giới thiệu về bán dẫn .............................................................................16 2.1.2 Nguyên lý làm việc tấm pin Mặt trời.....................................................21 2.2 CẤU TẠO TẤM PIN MẶT TRỜI ..............................................................24 2.2.1 Cấu tạo tấm Pin Mặt trời .......................................................................24 2.2.2 Các thông số sỹ thuật .............................................................................28 2.2.3 Các thế hệ Pin Mặt trời ..........................................................................30 2.3 TIỂU KẾT 2 ................................................................................................31 CHƢƠNG 3. MÔ PHỎNG VÀ KHẢO SÁT ĐẶC PV CELLS .....................33 3.1 MÔ HÌNH TOÁN HỌC ...............................................................................33 3.1.1 Mô hình toán học đơn giản của tấm Pin Mặt trời ..................................33 3.1.2 Mô hình chi tiết của tấm Pin mặt trời ....................................................34 3.1.3 Các yếu tố môi trƣờng ảnh hƣởng đến đặc tính của tấm Pin Mặt Trời .35 3.2 MÔ PHỎNG ĐẶC TÍNH TẤM PIN MẶT TRỜI .......................................36 3.2.1 Giới thiệu chung về Matlab ...................................................................36 3.2.2 Sơ đồ lập trình Guide đƣờng đặc tính của PV-Cells .............................36 3.2.3 Kết quả mô phỏng các đƣờng đặc tính của PV Cells ............................39 3. TIỂU KẾT 3 ...................................................................................................43 CHƢƠNG 4. LẮP RÁP, ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG LAU RỬA PV CELLS VÀ HỆ THỐNG ĐỊNH HƢỚNG MẶT TRỜI SOLAR TRACKING .44 Đại học Đông Á 2 Solar Tracking & Solar Panel Cleaning System 4.1 TỔNG QUAN ..............................................................................................44 4.2 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG ..........................................45 4.2.1 Hệ thống lau rửa tấm Pin Mặt Trời........................................................45 4.2.2 Hệ thống định hƣớng Mặt Trời..............................................................46 4.3 NGUYÊN LÝ ĐIỀU KHIỂN VÀ SƠ ĐỒ THUẬT TOÁN ........................47 4.3.1 Hệ thống lau rửa tấm Pin .......................................................................47 4.3.2 Hệ thống định hƣớng Mặt Trời..............................................................50 4.3.3 Mô hình thực tế ......................................................................................51 4.4 TIỂU KẾT 4 ................................................................................................54 KẾT LUẬN ..........................................................................................................55 TÀI LIỆU THAM KHẢO ..................................................................................57 Đại học Đông Á 3 Solar Tracking & Solar Panel Cleaning System MỞ ĐẦU Ngày nay, với sự phát triển vƣợt bậc của ngành năng lƣợng mới nói chung và ngành năng lƣợng mặt trời nói riêng, cuộc sống của con ngƣời đã chuyển sang một thời đại mới, thời đại năng lƣợng xanh. Với việc nghiên cứu, phát triển và đƣa và sử dụng các nguồn năng lƣợng tái tạo, năng lƣợng xanh nhƣ: năng lƣợng gió, năng lƣợng mặt trời, năng lƣợng địa nhiệt, năng lƣợng sóng, thủy triều,...vào đời sống xã hội, đời sống con ngƣời đang làm giảm áp lực về tình hình cạn kiệt nguồn nhiên liệu hóa thạch, nhu cầu năng lƣợng của con ngƣời ngày càng tăng cao[1,2,3]; đồng thời, giảm đƣợc sự ô nhiễm môi trƣờng, các chất thải độc hại do nguồn nhiên liệu hóa thạch sinh ra[4,5]. Chính vì vậy, việc sử dụng, đầu tƣ nghiên cứu, ứng dụng các nguồn năng lƣợng tái tạo đang là xu thế tất yếu của các nƣớc trên thế giới[4,5]. Trong quá trình vận hành các nhà máy điện sản xuất từ năng lƣợng tái tạo nhƣ nhà máy quang điện hoặc điện gió thì về cơ bản giống nhƣ những nhà máy điện truyền thống nhƣ nhà máy nhiệt điện, thủy điện. Nhƣng trong nhà máy quang điện thì việc giám sát không chỉ các thông số của hệ thống điện, các hệ thống bảo vệ mà việc giám sát còn rất đƣợc chú ý đó là bề mặt của các tấm pin. Bởi vì, các đặc tính điện áp và dòng điện đầu ra của tấm pin không chỉ phụ thuộc vào cấu tạo chất bán dẫn làm ra tấm pin, công nghệ sản xuất, điều kiện tự nhiên nhƣ bức xạ Mặt Trời, nhiệt độ không khí, mà còn ảnh hƣởng lớn của sự che khuất bởi mây, bụi bẩn, các vật cản,...[1]. Hiện nay, đã có rất nhiều các nghiên cứu về đặc tính điện áp, dòng điện, công suất của tấm pin Mặt Trời trên các phần mềm nhƣ Matlab[5,6,7], PSCAD[8],... Có nhiều nghiên cứu, ứng dụng và các bài báo viết về nâng cao hiệu suất làm việc tấm pin Mặt Trời[9,10] , hoặc sử dụng các robot để lau rửa tấm pin Mặt Trời[11,12,13], hoặc cũng có một số nghiên cứu về các vật liệu có khả năng tẩy rửa, làm sạch bề mặt tấm pin Mặt Trời nhƣ SiO2/TiO2[14,15,16], nhƣng chƣa có các bài viết nghiên cứu chính thức về việc nâng cao hiệu suất tấm pin Mặt Trời theo đặc tính điện áp đầu ra của tấm pin. Nếu hệ thống pin năng lƣợng Mặt Trời đƣợc giám sát các đặc tính điện áp, dòng điện đầu ra dựa trên các thông số xác định của các điều kiện tự nhiên nhƣ bức xạ Mặt Trời (W/m2), nhiệt độ không khí (oC) để điều chỉnh nâng hiệu suất làm việc cho các tấm pin, đồng thời ngăn chặn các hiện tƣợng che khuất bất thƣờng sẽ thật sự hữu ích. Đồng thời, nếu kết hợp đƣợc với các vật liệu có khả năng tẩy rửa kèm Đại học Đông Á 4 Solar Tracking & Solar Panel Cleaning System theo hệ thống lau rửa dựa trên đặc tính điện áp tấm pin sẽ mang lại hiệu quả thực tế rất cao. Do đó, chúng tôi quyết định thực hiện đề tài nghiên cứu về đặc tính tấm pin Mặt Trời (PhotoVoltaic- Cells, PV-Cells) để từ đó xác giá trị điện áp đầu ra PVCells trong điều kiện bức xạ Mặt Trời, nhiệt độ không khí xác định đối với mỗi loại PV-Cells. Nếu trong quá trình vận hành, giá trị điện áp PV-Cells đột nhiên giảm bất thƣờng sẽ đƣợc hệ thống giám sát báo về cho ngƣời vận hành biết để xử lý, kích hoạt hệt hống lau rửa tự động. Ngoài ra, để nâng cao hiệu suất làm việc cho hệ thống PV-Cells, chúng tôi xây dựng thêm hệ thống định hƣớng Mặt Trời (Solar Tracking) cho hệ thống PV-Cells. Đề tài: Khảo sát mô phỏng đặc tính PV – CELLS điều khiển hệ thống định hƣớng mặt trời và lau rửa tấm pin tự động trên nền tảng Matlab & Arduino. Để làm đề tài này, chúng tôi đã sử dụng các phƣơng pháp nhƣ là nghiên cứu tài liệu, mô phỏng bằng phần mềm Matlab/Guide trên máy tính, khảo sát thực tế, lấy ý kiến các chuyên gia về lĩnh vực này. Sau đó, sử dụng cảm biến ánh sáng, Arduino làm mô hình điều khiển trên giao diện Guide của Matlab. Đồng thời, trong đề tài này có sử dụng sự hỗ trợ đắc lực của phần mềm Microsoft Office/Excel nhƣ các thông số dữ liệu của các loại PV-Cells đƣợc chúng tôi sử dụng của nhà sản xuất[17] đƣợc lƣu trữ để sau đó đọc lên Matlab phục vụ cho việc mô phỏng. Hơn nữa là, các thông số điện áp của PV-Cells đƣợc ghi lại và lữu trữ trong file excel là công cụ hữu ích để giúp cho việc quản lý, vận hành, kiểm tra hệ thống PV-Cells một cách hiệu quả và chính xác mà không cần sử dụng phần mềm chuyên dụng[18]. Đây có thể sẽ hƣớng kết hợp phát triển mới giữa Matlab, Arduino, Excel trong việc vận hành quản lý hệ thống PV-Cell, nhằm nâng cao hiệu quả làm việc, tránh hiện tƣợng che khuất dựa trên đặc tính điện áp đầu ra tấm pin. TỔNG QUAN VỀ NỘI DUNG ĐỀ TÀI Chƣơng 1: Tổng quan về năng lƣợng Mặt Trời Chƣơng 2: Cấu tạo và nguyên lý làm việc của tấm pin Mặt Trời Chƣơng 3: Mô phỏng và khảo sát đặc tính tấm pin Mặt Trời Chƣơng 4: Lắp ráp, điều khiển hệ thống định hƣớng Mặt Trời và hệ thống lau rửa tấm pin Mặt Trời tự động Trong quá trình nghiên cứu và phát triển tôi đã nhận đƣợc sự giúp đỡ và hƣớng dẫn tận tình của thầy ThS. Đỗ Công Ngôn. Thầy đã cho chúng tôi những gợi ý Đại học Đông Á 5 Solar Tracking & Solar Panel Cleaning System cũng nhƣ những ý kiến vô cùng quan trọng, giúp chúng tôi có thể vƣợt qua những khó khăn trong quá trình tiếp cận, nghiên cứu, xây dựng và hoàn thiện đề tài. Chúng tôi rất mong đề tài này sẽ đƣợc đón nhận và có những đóng góp ý kiến để phát triển và hoàn thiện hơn nữa sản phẩm này và hi vọng một ngày không xa, sản phẩm này sẽ đƣợc ứng dụng rộng rãi trong các trạm pin mặt trời. Kết quả đạt đƣợc sau thời gian nghiên cứu, làm việc là xây dựng đƣợc mô hình nghiên cứu, mô phỏng đƣợc trên Matlab và chạy thực tế theo nghiên cứu đã đề ra. Tuy kết quả khả quan, nhƣng còn nhiều sai sót và cần phát triển và bổ sung thêm. Nhƣng đây là kết quả thực sự đạt đƣợc do quá trình tìm tòi, nghiên cứu tài liệu, trên mạng, hƣớng dẫn các chuyên gia, sự hƣớng dẫn của thầy cô trong khoa Kỹ thuật Điện - Ô tô trƣờng Đại học Đông Á. Một lần nữa, xin chân thành cám ơn tới những ngƣời đã giúp đỡ chúng tôi hoàn thiện đề tài này. Đà Nẵng, ngày .... tháng 12 năm 2018 NGƢỜI THỰC HIỆN (Ký và viết rõ họ tên) TRẦN SỸ DANH Đại học Đông Á 6 Solar Tracking & Solar Panel Cleaning System CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ NĂNG LƢỢNG MẶT TRỜI 1.1 TÌNH HÌNH SỬ DỤNG NĂNG LƢỢNG MẶT TRỜI Năng lƣợng là cần thiết cho cuộc sống và mọi hoạt động của tất cả các nền kinh tế. Cũng giống nhƣ thực phẩm và nƣớc, năng lƣợng không thể thiếu. Nó đã đóng một vai trò cơ bản trong sự phát triển của các nền văn minh. Nó là nguyên nhân gây ra chiến tranh giữa các dân tộc để giành quyền kiểm soát các nguồn năng lƣợng. Trong thế k XX, nhân loại dễ dàng tiếp cận với các nguồn năng lƣợng dồi dào, giá r và tập trung vào các nguồn năng lƣợng cho ph p phát triển nhanh hơn về kinh tế. Việc phát hiện ra điện, một dạng rất thuận lợi của năng lƣợng, đã cách mạng hóa việc sử dụng năng lƣợng và trở thành dạng năng lƣợng thiết yếu trong cuộc sống hiện đại. Tuy nhiên, mặc d có sự phát triển vƣợt bậc về năng lƣợng, nhƣng một t lệ đáng kể nhân loại vẫn không thể đáp ứng đƣợc nhu cầu năng lƣợng. Nhu cầu năng lƣợng của con ngƣời đã liên tục tăng lên. Ngày nay, chúng ta sống trong một thế giới mà chúng ta luôn cần nhiều hơn, mặc d r ràng là chúng ta đang đạt đến giới hạn của sự tăng trƣởng vội vàng này. Chúng ta cần phải giải quyết vấn đề vô c ng nan giải là làm thế nào để tiến bộ hơn nữa mà không tiêu thụ nhiều năng lƣợng hơn nữa[1,4]. Lịch sử đã chứng minh, năng lƣợng có vai trò quyết định đến sự phát triển của xã hội loài ngƣời. Quốc gia nào giàu có về năng lƣợng và tự chủ đƣợc năng lƣợng, quốc gia đó sẽ có điều kiện rất lợi để phát triển kinh tế. Nguồn năng lƣợng hóa thạch là nguồn năng lƣợng quan trọng nhất cho đến hiện nay, cung cấp trên 80 năng lƣợng sơ cấp của thế giới. Năm 2005, trừ các sinh khối truyền thống, nhiên liệu hóa thạch đƣợc sử dụng nhiều nhất là dầu mỏ 35 ), than đá 25 ), khí thiên nhiên 21 ). Nhu cầu về năng lƣợng của Thế giới tiếp tục tăng lên đều đặn trong hơn hai thập k qua.Nguồn năng lƣợng hóa thạch vẫn chiếm 90% tổng nhu cầu về năng lƣợng cho đến năm 2025. Tuy nhiên, trữ lƣợng của các nguồn nhiên liệu hóa thạch là có hạn. Và vấn đề an ninh năng lƣợng thế giới đang bị đe dọa khi chúng ta đang phải đối diện với nguy cơ cạn kiệt nguồn nhiên liệu này trong tƣơng lai không xa. Nhu cầu đòi hỏi về năng lƣợng của từng khu vực trên Thế giới cũng không giống nhau[4]. Đại học Đông Á 7 Solar Tracking & Solar Panel Cleaning System Hình 1.1. Mức tiêu thụ các nguồn năng lƣợng trên thế giới 1970-2025 và lƣợng khí thải CO2 sinh ra do sử dụng năng lƣợng hóa thạch. Tài liệu của Cơ quan Thông tin Năng lƣợng 2004 đã dự báo rằng nhu cầu tiêu thụ tất cả các nguồn năng lƣợng đang có xu hƣớng tăng nhanh. Giá của các năng lƣợng hóa thạch d ng cũng vẫn r hơn so với các nguồn năng lƣợng hạt nhân, năng lƣợng tái tạo hay năng lƣợng các dạng năng lƣợng hoàn nguyên khác. Hình 1.2. Tiêu thụ năng lƣợng thế giới theo nguồn năng lƣợng 1970-2025 đơn vị nghìn triệu triệu tu) và biểu đồ tiêu thụ năng lƣợng thế giới của các nguồn năng lƣợng %) Hiện nay thì các nguồn năng lƣợng hóa thạch đang cạn kiệt và dần dần đƣợc thay thế bằng các nguồn năng lƣợng tái tạo nhƣ: năng lƣợng mặt trời, gió, thủy triều, sinh khối, địa nhiệt, Có khoảng 16 lƣợng tiêu thụ điện toàn cầu từ các nguồn năng lƣợng tái tạo, với 10%trong tất cả năng lƣợng từ sinh khối truyền thống, chủ yếu đƣợc d ng để cung cấp nhiệt, và 3,4% từ thủy điện. Các nguồn năng lƣợng tái tạo mới (small hydro, sinh khối hiện đại, gió, mặt trời, địa nhiệt, và nhiên liệu sinh học) chiếm thêm 3% và đang phát triển nhanh chóng.Ở cấp quốc gia, có ít nhất 30 quốc gia trên thế giới đã sử dụng năng lƣợng tái tạo và cung cấp hơn 20 nhu cầu năng lƣợng của họ. Các thị trƣờng năng lƣợng tái tạo cấp quốc gia đƣợc dự đoán tiếp tục tăng trƣởng mạnh trong thập k tới và sau đó nữa.Ví dụ nhƣ, năng lƣợng gió đang phát triển với Đại học Đông Á 8 Solar Tracking & Solar Panel Cleaning System tốc độ 30% mỗi năm, công suất lắp đặt trên toàn cầu là 282,482 MW) đến cuối năm 2012. 1.1.1 Tình hình sử dụng năng lƣợng mặt trời trên thế giới Năng lƣợng mặt trời đƣợc phát ra từ mặt trời là nguồn năng lƣợng sạch, có đặc tính “tái tạo” và có trữ lƣợng khổng lồ. Nó còn là nguồn gốc của các nguồn năng lƣợng sạch và tái tạo khác nhƣ: năng lƣợng gió, năng lƣợng sinh khối, thu năng và năng lƣợng đại dƣơng. Trái đất nhận đƣợc 174 petawatts PW) bức xạ mặt trời đến sự phơi nắng) ở phía trên không khí. Khoảng 30 đƣợc phản xạ trở lại không gian trong khi phần còn lại đƣợc hấp thụ bởi các đám mây, đại dƣơng và v ng đất. Phổ của ánh sáng năng lƣợng mặt trời ở bề mặt của trái đất chủ yếu gồm các phổ nhìn thấy đƣợc và phổ cận hồng ngoại, c ng với một phần nhỏ phổ cận tử ngoại. Trong các năm gần đây, các công nghệ năng lƣợng tái tạo, trong đó có các công nghệ năng lƣợng mặt trời có tốc độ tăng trƣởng cao và liên tục. Lý do của xu hƣớng trên là: - Công nghệ ngày càng hoàn thiện, dẫn đến giá năng lƣợng tái tạo càng ngày càng giảm sâu. - Vấn đề an ninh năng lƣợng. năng lƣợng tái tạo là nguồn năng lƣợng địa phƣơng nên không phụ thuộc vào nguồn nhập khẩu, và do đó không phụ thuộc vào các biến đổi chính trị và các tác động khác. - Các nguồn năng lƣợng hóa thạch đã dần cạn kiệt, trong lúc nhu cầu năng lƣợng không ngừng tăng. - Ô nhiễm môi trƣờng do khai thác sử dụng năng lƣợng hóa thạch đã đến mức báo động, dẫn đến các hiện tƣợng biến đổi khí hậu trên toàn cầu. Việc cắt giảm phát thải, sử dụng các nguồn năng lƣợng sạch - các nguồn năng lƣợng tái tạo, vì vậy trở nên cấp bách và càng ngày càng có tính nghĩa vụ đối với các quốc gia. Đến 2013, năng lƣợng tái tạo đã chiếm t lệ 22,1% trong tổng sản xuất điện năng trên toàn cầu. Nếu kể thêm cả sản xuất nhiệt thì t lệ năng lƣợng tái tạo trong tổng sản xuất năng lƣợng trên toàn cầu còn có t lệ cao hơn nhiều. Đặc biệt, trong các năm gần đây, giai đoạn 2008-2013, tốc độ tăng trƣởng năng lƣợng tái tạo nói chung và năng lƣợng mặt trời nói riêng đạt giá trị khá cao. Trừ 2 nguồn thủy điện và địa nhiệt có tốc độ dƣới 4 /năm thì các nguồn năng lƣợng tái tạo khác có tốc độ tăng Đại học Đông Á 9 Solar Tracking & Solar Panel Cleaning System trƣởng trên 10 /năm. Ấn tƣợng nhất là tốc độ tăng trƣởng của các công nghệ năng lƣợng mặt trời: điện pin mặt trời tăng 55 ; nhiệt điện mặt trời (Concentrated solar power- CSP) 48% và nhiệt mặt trời (chủ yếu để đun nƣớc nóng) - 14 /năm. Hình 1.3 Điện năng sản xuất thế giới 2010 - 2030 Xu thế chung ngày càng rõ nét của tất cả các nƣớc trên thế giới hiện nay là tăng t phần năng lƣợng tái tạo và giảm năng lƣợng hóa thạch. Ví dụ, năm 2013, ở Đan Mạch và Tây an Nha, điện năng lƣợng gió đáp ứng lần lƣợt là 33,2% và 21% tổng nhu cầu điện; nhiều cộng đồng và vùng lãnh thổ đặt mục tiêu sử dụng 100 điện năng lƣợng tái tạo vào năm 2020 nhƣ Dijibouti, Scotlandvà các quốc gia đảo vùng Tuvalu; nƣớc Đức đặt ra mục tiêu đến năm 2020, khoảng 20 triệu dân (trên tổng số 65 triệu) sống ở các vùng sử dụng 100 năng lƣợng tái tạo (REN21-2014). Năm 2014 có 5 cƣờng quốcđiện mặt trời đƣợc sắp xếp theo thứ tự về tổng công suấtvà t lệ điện năng mặt trời trong tổng điện năng quốc gianhƣ sau: Tổng công suất (GW) Tỉ lệ điện mặt trời trong tổng điện năng quốc gia (%) Đức Ý Trung Quốc Nhật Bản Hoa Kỳ 35,65 18 17,7 11,86 11,42 5,3 9 0,1 0,8 0,3 Đại học Đông Á 10 Solar Tracking & Solar Panel Cleaning System Trung Quốc 74% Nhật Bản 1% Israel 1% Áo 1% Ấn Độ Úc BrazinMỹ Trung Quốc Đức 2% 2% 2% Thổ Nhĩ Kỳ Úc Ấn Độ 5% Áo Mỹ ĐứcThổ Nhĩ Kỳ7%Brazin 5%Nhật Bản Israel Hình 1.4 Thị phần thiết bị nƣớc nóng mặt trời của 10 nƣớc dẫn đầu trên thế giới Có nhiều quốc gia đều đã đƣa ra các mục tiêu và lĩnh vực phát triển năng lƣợng tái tạo cụ thể, thậm chí các quốc gia có nguồn năng lƣợng hóa thạch phong phú cũng đã đƣa ra những chính sách rất cụ thể về năng lƣợng tái tạo. Quốc gia EU Anh Đức Đan Mạch Mỹ Mục tiêu phát triển Lĩnh vực trọng điểm năng lƣợng tái tạo và phƣơng pháp Năng lƣợng tái tạo chiếm 20% Xúc tiến buôn bán năng lƣợng gió, tổng tiêu hao năng lƣợng năm mặt trời, sinh khối, mạng điện thông 2020, và chiếm 50 năm 2050. minh, xử lý khí thải CO2. Tích tực phát triển điện gió trong lục Đến năm 2020, năng lƣợng tái địa, trên biển, điện sinh khối, phát tạo chiếm 15% tổng năng lƣợng, triển mạng điện thông minh và các kỹ trong đó có 40 là điện năng từ thuật truyền tải, giá phát điện tử năng năng lƣợng xanh. lƣợng tái tạo hợp lý. Đến năm 2020, 2030, 2040, 2050 Duy trì quản lý mạng điện gió, mặt thì năng lƣợng tái tạo chiếm tỉ lệ trời, ..phát triển quản lý truyền tải điện trong tổng tiêu hao năng lƣợng là năng, mở rộng khả năng lƣu trữ năng 18 , 30 , 45 , 60 ; điện từ lƣợng tái tạo, ổn định giá điện từ năng năng lƣợng tái tạo chiếm tỉ lệ lƣợng tái tạo trên lƣới điện, giá hỗ trợ 35%,50%, 65% và 80% trong tổng tiêu hao điện năng toàn quốc. Đến năm 2020 điện gió chiếm Duy trì sự phát triển điện gió, hệ 50% tổng sản lƣợng điện; đến thống sƣởi bằng năng lƣợng xanh, năm 2050 thì hoàn toàn không sử thúc đẩy năng lƣợng xanh ở các công dụng điện từ năng lƣợng hóa trình kiến trúc, công nghiệp, giao thạch. thông, phát triển lƣới điện thông minh. Năm 2030 giảm lƣợng khí thải Thúc đẩy phát triển xây dựng điện Đại học Đông Á Quốc gia Trung Quốc Nhật Bản Ấn Độ 11 Solar Tracking & Solar Panel Cleaning System Mục tiêu phát triển năng lƣợng tái tạo CO2 bằng 30% so với năm 2005. Lĩnh vực trọng điểm và phƣơng pháp gió, điện mặt trời, nhiên liệu sinh khối, mạng điện thông minh. Tiếp tục phát triển thủy điện, điện gió, điện mặt trời, sử dụng nhiệt và nhiên liệu từ năng lƣợng tái tạo. Hỗ trợ giá cho năng lƣợng mới, nguồn điện mặt trời khi kết nối lƣới. Đƣa ra chính sách về giá về quang điện, điện gió trên biển. Năm 2020 và năm 2030 thì năng lƣợng thải khí CO2 chiếm tỉ lệ 20 và 15%. Đến năm 2030 tỉ lệ điện từ năng lƣợng tái tạo chiếm 22%~24% trong tổng sản lƣợng điện. Năng lƣợng tái tạo chiếm 5% Thực hành ổn định giá năng điện từ trong năm 2010 sẽ tăng lên 15 năng lƣợng tái tạo. trong năm 1020 và tổng công suất lắp đặt năm 2027 điện mặt trời là 100GW, công suất lắp đặt điện gió đạt 150GW. 1.1.2 Tình hình sử dụng năng lƣợng mặt trời ở Việt Nam Ngày nay, toàn thế giới đang theo đuổi chƣơng trình phát triển bền vững. Các nguồn năng lƣợng tái tạo không ngừng đƣợc nghiên cứu và phát triển, giá thành sử dụng đƣợc giảm nhanh chóng. Việc phát triển các nguồn năng lƣợng tái tạo để chống lại sự biến đổi khí hậu toàn cầu và cũng là cuộc các mạng thúc đẩy sự phát triển khoa học kỹ thuật, đối phó với sự thiếu hụt năng lƣợng, ô nhiễm môi trƣờng của tất cả các quốc gia trên thế giới. Việt Nam có vị trí địa lí ở trong v ng quanh năm gió, nắng và bờ biển dài suốt chiều dài của đất nƣớc. Với vị trí địa lí nhƣ vậy, chúng ta đã có nguồn tài nguyên năng lƣợng tái sinh vô tận: năng lƣợng mặt trời, gió, sóng biển, thủy triều . Địa hình của nƣớc ta có nhiều núi cao, dốc đứng rất thuận lợi để xây dựng các nhà máy thủy điện. Đồng thời nƣớc ta có tiềm năng lớn về nguyên liệu để sản xuất khí sinh học.Tuy vậy, Việt Nam mới chỉ khai thác đƣợc 25% nguồn năng lƣợng tái sinh trong đó có năng lƣợng mặt trời) và còn lại 75% vẫn chƣa đƣợc khai thác. Nguồn năng lƣợng mặt trời hầu nhƣ sử dụng quanh năm. Năng lƣợng bức xạ mặt trời trung bình đạt 4 đến 5kWh/m2 mỗi ngày. Mật độ năng lƣợng mặt trời biến đổi trong khoảng 300 đến 500 cal/cm2/ngày. Số giờ nắng trung bình cả năm trong khoảng 1.800 đến 2.100 giờ. Tiềm năng điện mặt trời tốt nhất ở các vùng Thừa Thiên-Huế trở vào nam. Vùng Tây Bắc gồm các tỉnh Lai Châu, Sơn La, Lào Cai Đại học Đông Á 12 Solar Tracking & Solar Panel Cleaning System và vùng Bắc Trung Bộ gồm các tỉnh Thanh Hóa, Nghệ An, Hà Tĩnh có năng lƣợng mặt trời khá lớn. Nhƣ vậy, các tỉnh thành ở miền Bắc nƣớc ta đều có thể sử dụng hiệu quả. Còn ở miền Nam, từ Đà Nẵng trở vào, năng lƣợng mặt trời rất lớn và phân bố tƣơng đối điều hòa quanh năm. Trừ những ngày có mƣa rào, có thể nói hơn 90 số ngày trong năm có thể sử dụng năng lƣợng mặt trời để đun nƣớc nóng dùng cho sinh hoạt. Số giờ nắng trung bình cả năm trong khoảng 2.000 đến 2.600 giờ. Đây là khu vực ứng dụng năng lƣợng mặt trời rất hiệu quả[19]. Tuy nhiên, cả nƣớc mới có khoảng 60 hệ thống đun nƣớc nóng bằng năng lƣợng mặt trời tập thể và hơn 5.000 hệ thống cho gia đình đã đƣợc lắp đặt. Trong đó, khoảng 95 đƣợc lắp đặt sử dụng ở khu vực thành thị, 5 đƣơc sử dụng ở các huyện lỵ hoặc một số hộ ở nông thôn. Đối tƣợng lắp đặt và sử dụng chủ yếu là các hộ gia đình chiếm khoảng 99%, khoảng 1 cho các đối tƣợng khác nhƣ: nhà tr , trƣờng mẫu giáo, bệnh xá, khách sạn, trƣờng học, nhà hàng, [19] Hình 1.5 Hình ảnh mô phỏng hệ thống pin năng lƣợng mặt trời Việt Nam cũng đang triển khai nhiều chƣơng trình tiết kiệm năng lƣợng, trong đó đặc biệt chú trọng phát triển mô hình bình đun nƣớc nóng bằng năng lƣợng mặt trời. Trung tâm tiết kiệm năng lƣợng Hà Nội hiện đang thực hiện dự án lắp đặt thiết bị đun nƣớc nóng bằng năng lƣợng mặt trời, góp phần tiết kiệm năng lƣợng khu vực phía Bắc. Hiện trung tâm đang triển khai chƣơng trình ở các tỉnh thành Hải Phòng, Quảng Ninh, Nam Định, Thanh Hóa, Sơn La, lắp đặt thí điểm 100 thiết bị ở quy mô hộ gia đình. Cả nƣớc hiện có khoảng 2,5 triệu bình đun nƣớc nóng bằng điện có công suất trong khoảng 2 đến 5 kW. Hiện nay bình nƣớc nóng Thái Dƣơng đã đƣợc sử dụng khá rộng rãi trong các hộ gia đình khách sạn ở thành phố, hải đảo vv Khách sạn Saigon Morin thành phố Đại học Đông Á 13 Solar Tracking & Solar Panel Cleaning System Huế đã lắp đặt 11 giàn năng lƣợng mặt trời vào việc giặt là, đun nƣớc nóng và nấu ăn. Cả nƣớc có hơn 10 cơ sở kinh doanh hoặc sản xuất thiết bị đun nƣớc nóng, nhƣng số lƣợng rất hạn chế. Đó là các Công ty Sơn Hà, Tân Á, và các trƣờng Đại học Bách khoa Hà Nội và Trƣờng Đại học Bách khoa TP Hồ Chí Minh cũng tham gia nghiên cứu, chế tạo thiết bị trên. Vì vậy, trên thị trƣờng hiện nay thiết bị bình đun nƣớc nóng năng lƣợng mặt trời khá phong phú về chủng loại nhƣ sản phẩm “Thái dƣơng năng” của Công ty Sơn Hà, “Sun flower” của Công ty Tân Á, “Helio” của Trƣờng Đại học Sƣ phạm Kỹ thuật TP Hồ Chí Minh chế tạo, sản phẩm “Salar water heating” của Công ty TNHH Tự động xanh. Tuy nhiên, việc phát triển hệ thống đun nƣớc nóng bằng năng lƣợng mặt trời đang chƣa có chiến lƣợc phát triển và còn một số khó khó khăn.Ví dụ nhƣ sự hỗ trợ của Nhà nƣớc về đầu tƣ nghiên cứu và phát triển về kinh phí, trang thiết bị kỹ thuật cho sản xuất, ứng dụng còn khiêm tốn; Sự không đồng bộ giữa thiết kế bình đun nƣớc nóng năng lƣợng mặt trời và các công trình xây dựng; Giá thành của thiết bị đun nƣớc nóng năng lƣợng mặt trời còn khá cao, chƣa ph hợp với mức thu nhập của ngƣời dân nói chung; cách lắp đặt, vận hành thiết bị chƣa đƣợc phổ biến rộng rãi đến ngƣời tiêu d ng vv [20] Nhu cầu về điện của Việt Nam hàng năm tiêu tốn khoảng 3,6 t kWh điện và sẽ tăng nhanh theo tốc độ phát triển kinh tế, xây dựng nhà ở, dịch vụ và du lịch. Đây là một con số rất lớn cho thấy một thị trƣờng đầy tiềm năng cho việc đầu tƣ nghiên cứu, sản xuất thiết bị bình đun nƣớc nóng năng lƣợng mặt trời. Trong những năm gần đây, một số công trình nghiên cứu sử dụng năng lƣợng mặt trời đã đem lại kết quả kinh tế đáng kể. Dƣới đây là một số dự án điện mặt trời: Tên dự án P (MW) Địa điểm Nhà máy điện mặt trời BIM1 30 Tỉnh Ninh Thuận Trang trại Điện mặt trời Gelex Ninh Thuận 50 Phƣớc Dinh, Thuận Nam, Ninh Thuận Nhà máy điện mặt trời Hồ Bầu Ngứ 50 huyện Thuận Nam, Ninh Thuận Nhà máy điện mặt trời đầm Trà Ổ 50 Châu Trúc, Mỹ Châu (Phù Mỹ), Chủ đầ tƣ IM Group c ng đối tác AC Energy Tổng công ty cổ phần Thiết bị điện Việt Nam - Gelex Công ty cổ phần đầu tƣ xây dựng và phát triển Trƣờng Thành Công ty CP Năng lƣợng tái tạo Việt Đại học Đông Á Tên dự án 14 P (MW) Solar Tracking & Solar Panel Cleaning System Địa điểm ình Định. Nhà máy điện năng lƣợng mặt trời Nhà máy Điện mặt trời Long Thành Nhà máy điện năng lƣợng mặt trời 2.000 250 300-500 Nhà máy điện mặt trời miền trung 50 Nhà máy quang điện mặt trời 60 Nhà máy điện năng lƣợng mặt trời An Việt Nhà máy điện mặt trời, thuộc Tổ hợp dự án điện năng lƣợng tái tạo Dohwa 40 49,5 xã Ia Lốp và xã Ia Rvê tại huyện Ea Súp Tỉnh Đắk Lắk huyện Ea Súp,Tỉnh Đắk Lắk Cam Thịnh Tây, thành phố Cam Ranh, tỉnh Khánh Hòa thôn Thủy Ba và thôn Tân An, xã Cam An Bắc (huyện Cam Lâm) ,TP. Cam Ranh thôn Hòa Sơn, xã Cam Thịnh Đông, TP. Cam Ranh huyện Lệ Thủy, Quảng Bình Chủ đầ tƣ Nam Công ty TNHH Xuân Thiện Ninh Bình Công ty cổ phần đầu tƣ và phát triển hạ tầng Long Thành Tập đoàn AES Hoa Kỳ) Công ty CPCCREB Tổng công ty Điện lực miền Trung Công ty TNHH Phát triển Năng lƣợng xanh An Việt – Nha Trang Tập đoàn Dohwa, Hàn Quốc Hiện nay tại Việt Nam đang đƣợc triển khai xây dựng rất nhiều nhà máy điện Mặt Trời ở khắp trên cả nƣớc. Đặc biệt các vùng núi, hải đảo, nơi có khó khăn trong việc k o điện lƣới đến hoặc những nơi có điều kiện thuận lợi cho việc phát triển nguồn ngăng lƣợng tái tạo này. Cùng với xu thế phát triển chung của toàn thế giới thì ở Việt Nam bắt đầu sử dụng, nghiên cứu, chế tạo và phát triển về công nghiệp năng lƣợng Mặt Trời. Mặc d các nhà đầu tƣ đã bắt đầu đẩy mạnh nghiên cứu xây dựng dự án điện mặt trời tại Việt Nam[21], nhƣng trƣớc đây hầu hết các dự án rất khó triển khai bởi trình tự, thủ tục xin cấp phép xây dựng, bổ sung dự án điện mặt trời vào quy hoạch điện lực của quốc gia và từng địa phƣơng còn rƣờm rà. Và đây chính là những rào cản đòi hỏi các cơ quan quản lý, các cấp chính quyền phải vào cuộc tháo gỡ trong thời gian tới, để điện mặt trời có thể phát triển đạt mục tiêu đề ra. Nhƣng nhiện nay, chính phủ đã Đại học Đông Á 15 Solar Tracking & Solar Panel Cleaning System có những chính sách, hỗ trợ nên nhiều dự án đã và đang đƣợc triển khai trên khắp Việt Nam[22]. Sản lƣợng điện Mặt Trời đã bắt đầu hòa vào lƣới điện Quốc gia. Cụ thể với vai trò trách nhiệm là đầu tàu, trụ cột của ngành năng lƣợng, và là đơn vị chủ lực đảm bảo nguồn cung ứng điện cho nền kinh tế, Tập đoàn Điện lực Việt Nam EVN), đã ban hành Nghị quyết về nghiên cứu phát triển điện mặt trời. Hiện nay thì đã có 2 nhà máy điện đã và đang đƣợc xây dựng tại tỉnh Quảng ngãi và Ninh Thuận, dự kiến nó sẽ đêm lại nhiều lợi ích kinh tế và môi trƣờng của 2 tỉnh nói riêng và Việt Nam nói chung. Ngoài ra, nhiều tỉnh thành, nhiều trƣờng Đại học đã nghiên cứu và tìm hiểu, đƣa vào ứng dụng và có các chính sách phát triển nguồn năng lƣợng này. Điều này cho thấy Việt Nam đang cố gắng để thay đổi và bắt kịp công nghệ trên thế giới, đặc biệt là công nghệ phát triển năng lƣợng mặt trời. Việt Nam đang dần tiến bộ hơn trên con đƣờng phát triển năng lƣợng mặt trời của mình đây là một điều đáng mừng đối với sự phát triển của chúng ta. 1.2 TIỂU KẾT 1 Sự phát triển năng lƣợng mặt trời trên thế giới ngày càng tăng lên nhanh chóng dần thay thế cho năng lƣợng hóa thạch, nguồn năng lƣợng đang dần cạn kiệt do nhu cầu sử dụng đang tăng lên và sự ô nhiễm môi trƣờng cũng khá lớn đối với con ngƣời. Ở Việt Nam cƣờng độ bức xạ mặt trời trung bình khá cao. Tuy vậy, trong thực tế, việc phát triển nguồn điện này ở nƣớc ta lại rất khiêm tốn, khai thác chƣa thật đáng kể. Để hiểu, nghiên cứu và ứng dụng đƣợc nguồn năng lƣợng này, chúng ta cần đi sâu hơn, c ng tìm hiểu về cấu tạo và thành phần của pin mặt trời đƣợc trình bày cụ thể ở chƣơng 2 tiếp theo. Đại học Đông Á 16 Solar Tracking & Solar Panel Cleaning System CHƢƠNG 2. NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC VÀ CẤU TẠO PV CELLS 2.1 CẤU TẠO CỦA TẤM PIN MẶT TRỜI 2.1.1 Giới thiệu về bán dẫn[1] Chất bán dẫn (Semiconductor) là chất có độ dẫn điện ở mức trung gian giữa chất dẫn điện và chất cách điện. Chất bán dẫn hoạt động nhƣ một chất cách điện ở nhiệt độ thấp và có tính dẫn điện ở nhiệt độ phòng. Gọi là “bán dẫn” chữ “bán” theo nghĩa Hán Việt có nghĩa là một nửa), vì chất này có thể dẫn điện ở một điều kiện nào đó, hoặc ở một điều kiện khác sẽ không dẫn điện. Có thể dựa trên tính dẫn điện, thì vật liệu bán dẫn không phải là vật liệu cách điện mà cũng không phải là vật liệu dẫn điện tốt. Độ dẫn điện phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ, nhiệt độ tăng độ dẫn điện tăng còn ở kim loại thì ngƣợc lại). Các chất bán dẫn thƣờng gặp là oxit đồng (Cu2O), sêlen, silicium, giécmani (selenium, Silicon, silicium, giécmani). Tính chất dẫn điện của các vật liệu rắn đƣợc giải thích nhờ lý thuyết v ng năng lƣợng. Nhƣ ta biết, điện tử tồn tại trong nguyên tử trên những mức năng lƣợng gián đoạn (các trạng thái dừng). Nhƣng trong chất rắn, khi mà các nguyên tử kết hợp lại với nhau thành các khối, thì các mức năng lƣợng này bị phủ lên nhau, và trở thành các v ng năng lƣợng và sẽ có ba v ng chính, đó là v ng hóa trị, vùng cấm và vùng dẫn. Vùng hóa trị Valence band) là v ng có năng lƣợng thấp nhất theo thang năng lƣợng, là v ng mà điện tử bị liên kết mạnh với nguyên tử và không linh động. Vùng dẫn (Conduction band) là vùng có mức năng lƣợng cao nhất, là vùng mà điện tử sẽ linh động nhƣ các điện tử tự do) và điện tử ở vùng này sẽ là điện tử dẫn, có nghĩa là chất sẽ có khả năng dẫn điện khi có điện tử tồn tại trên vùng dẫn. Tính dẫn điện tăng khi mật độ điện tử trên vùng dẫn tăng. Vùng cấm (Forbidden band) là vùng nằm giữa vùng hóa trị và vùng dẫn, không có mức năng lƣợng nào (vùng trống năng lƣợng) do đó điện tử không thể tồn tại trên vùng cấm. Nếu bán dẫn pha tạp, có thể xuất hiện các mức năng lƣợng trong vùng cấm (mức pha tạp). Khoảng cách giữa đáy v ng dẫn và đỉnh vùng hóa trị gọi là độ rộng vùng cấm, hay năng lƣợng vùng cấm and Gap). T y theo độ rộng vùng cấm lớn hay nhỏ mà chất có thể là dẫn điện hoặc không dẫn điện. Đại học Đông Á 17 Solar Tracking & Solar Panel Cleaning System Hình 2.1 Mức năng lƣợng điện tử Đối với vật liệu dẫn điện, lớp vỏ ngoài cùng của nguyên tử có rất ítcác electron, nó có khuynh hƣớng giải phóng các electron này để tạothành electron tự do và đạt đến trạng thái bền vững.Vật liệu cách điện lại có khuynh hƣớng giữ lại các electron lớp ngoàicùng của nó để có trạng thái bền vững. a) Dẫn điện (Conductor) b) Bán dẫn (Semiconductor) c) Cách điện (Insulator) Hình 2.2 Mức năng lƣợng điện tửcủa các loại vật liệu Về phƣơng diện hoá học thì chất bán dẫn là những chất có 4 điện tử ở lớp ngoài cùng của nguyên tử, đó là các chất Germanium (Ge) và Silicium (Si). Đại học Đông Á 18 Solar Tracking & Solar Panel Cleaning System Chất bán dẫn chủ yếu đƣợc cấu tạo từ các nguyên tử có 4 electron lớp ngoài trong cấu trúc nguyên tử của chúng. Nhƣ vậy, về bản chất, các chất bán dẫn có 4 electron lớp ngoài c ng mà đặc trƣng là 2 chất bán dẫn Ge và Si. Từ các chất bán dẫn ban đầu (tinh khiết), để tăng cƣờng khả năng dẫn điện của chất bán dẫn ở nhiệt độ thấp, ngƣời ta tiến hành pha trộn bán dẫn tinh khiết với một nguyên tố khác trong bảng tuần hoàn tạo ra hai loại bán dẫn chủ đạo là bán dẫn loại n và bán dẫn loại p. Vật liệu bán dẫn, nó có khuynh hƣớng đạt đến trạng thái bền vữngtạm thời bằng cách lấp đầy lớp con của lớp vỏ ngoài cùng. Nguyên tử bán dẫn thực hiện điều này bằng cách chia s bốnelectron lớp vỏ ngoài cùng của nó với bốn electron của bốn nguyên tửlân cận. Hình 2.3 Cấu tạo và ký hiệu thông dụng của nguyên tố Silic Công nghệ quang điện sử dụng vật liệu bán dẫn để chuyển đổi quang năng thành điện năng. Trong đó, tinh thể silic tinh chất là vật liệu bán dẫn chủ chốt d ng để chế tạo chúng. Silic là nguyên tố nằm ở cột thứ tƣ, dòng thứ hai của bảng phân loại tuần hoàn, c ng nhóm với nguyên tố Germanium cũng đƣợc d ng nhiều trong các linh kiện bán dẫn. Ngoài ra, còn một số nguyên tố khác, có thể kể oron và Photpho thuộc nhóm 3 và 5 là 2 nguyên tố c ng silic hiện diện trong các panel bán dẫn điện mặt trời. Galli, Arsen đƣợc d ng chế tạo các tế bào quang điện GaAs, Cadmi và Telluri đƣợc d ng để chế tạo tế bào quang điện CdTe. Nguyên tố silic có 14 proton trong hạt nhân, tƣơng ứng với 14 điện tử hiện diện trên các quỹ đạo bao quanh, quỹ đạo ngoài cùng chứa 4 điện tử cho ta nguyên tố Si có hóa trị 4. Trong cấu trúc tinh thể Si tinh chất, mỗi nguyên tử Si hình thành 4 liên kết đồng hóa trị với 4 nguyên tử Si xung quanh, tạo nên mạng tinh thể bốn mặt trong không Đại học Đông Á 19 Solar Tracking & Solar Panel Cleaning System gian ba chiều nhƣ hình 2.4a phía dƣới. Để đơn giản, cấu trúc này đƣợc trải trên bề mặt 2 chiều nhƣ hình minh họa 2.4b. Hình 2.4 Cấu trúc không gian mạng tinh thể Silic Ở nhiệt độ không tuyệt đối, Si cách điện hoàn toàn. Mạng tinh thể Si tuyệt đối không có điện tử tự do. Khi nhiệt độ tăng lên, một số điện tử đạt năng lƣợng đủ để thoát khỏi quỹ đạo nguyên tử để trở thành điện tử tự do. Nhiệt độ càng cao, số điện tử tự do càng nhiều, giúp khả năng dẫn điện tăng lên ngƣợc với kim loại, khả năng dẫn điện giảm khi nhiệt độ tăng cao). Tính chất này d ng để chế tạo các cảm biến nhiệt độ bán dẫn, gọi là termistors. Tuy vậy, ở nhiệt độ môi trƣờng 25oC, khả năng dẫn điện của tinh thể Si vẫn rất thấp, do đó nói mới có tên gọi là bán dẫn. Nếu ta thêm một năng lƣợng nhỏ nguyên tố phụ gia hóa trị 5 (Photpho-P), khả năng dẫn điện của tinh thể Si sẽ tăng lên mạnh mẽ. Có hai loại bán dẫn là bán dẫn loại p và bán dẫn loại n đƣợc tạo ra bằng cách pha trộn một lƣợng nhỏ các chất có hóa trị khác vào để làm thay đổi cấu trúc mạng tinh thể. Bán dẫn loại n: Khi ta pha một lƣợng nhỏ chất có hoá trị 5 nhƣ Photpho (P) vào chất bán dẫn Si thì một nguyên tử P liên kết với 4 nguyên tử Si theo liên kết cộng hoá trị, nguyên tử Photpho chỉ có 4 điện tử tham gia liên kết và còn dƣ một điện tử và trở thành điện tử tự do. Chất bán dẫn lúc này trở thành thừa điện tử electron mang điện âm) và đƣợc gọi là bán dẫn n (negative: âm). Bán dẫn loại p: Ngƣợc lại, khi ta pha thêm một lƣợng nhỏ chất có hoá trị 3 nhƣ Indium (In) hoặc Bore (B) vào chất bán dẫn Si thì 1 nguyên tử Indium sẽ liên kết với 4 nguyên tử Si theo liên kết cộng hoá trị và liên kết bị thiếu một điện tử và trở thành lỗ trống- hole (positive-mang điện dƣơng), đƣợc gọi là chất bán dẫn p. Đại học Đông Á 20 Solar Tracking & Solar Panel Cleaning System Chất bán dẫn n Chất bán dẫn p a. Nguyên tử cho trong tinh thể Si b. Nguyên tử cho (Donor) Hình 2.5 Cách hoạt động của bán dẫn Si loại n Hole (mobile + charge) Hole + +4 Si +4 Si +4 Si +4 Si +3 Bo +4 Si +4 Si +4 Si Movable hole + +3 Bo = _ Silicon Atoms Acceptor atom (immobile - charge) Trivalent acceptor atom a. Nguyên tử nhận trong tinh thể Si b. Nguyên tử nhận (Acceptior) Hình 2.6 Cách hoạt động của bán dẫn Si loại p Lý thuyết lƣợng tử mô tả sự khác biệt giữa vật dẫn (kim loại) và chất bán dẫn (Si) dựa trên biểu đồ năng lƣợng nhƣ hình minh họa 2.7 phía dƣới. Thông thƣờng, điện tử thuộc lớp nào sẽ nhận mức năng lƣợng tƣơng ứng với lớp đó. Lớp đạt mức năng lƣợng cao nhất gọi là lớp dẫn với các điện tử thuộc lớp này có thể tham gia vào dòng dẫn. Nhƣ hình 2.7 thì lớp dẫn của kim loại đƣợc điện tử lấp đầy một phần, còn đối với lớp dẫn của chất bán dẫn hoàn toàn trống điện tử ở nhiệt độ không tuyệt đối. Lý thuyết đã tính toán rằng, ở nhiệt độ phòng thì khoảng 1/1010 các điện tử tồn tại đƣợc trong lớp dẫn.