Tài liệu Mô phỏng và thiết kế mạch sạc acquy từ năng lượng mặt trời

MỤC LỤC Chương 1. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI VÀ PIN QUANG ĐIỆN ............................................................................................................................................... 1 1.1. Tổng quan năng lượng mặt trời ..................................................................................... 1 1.1.1. Sơ lược Năng lượng mặt trời .............................................................................. 1 1.1.2. Phổ của mặt trời........................................................................................................ 3 1.1.3. Tỉ số khối lượng không khí .................................................................................. 5 1.1.4. Khảo sát các dạng bức xạ thu được .................................................................. 7 1.2. Sơ lược Pin quang điện....................................................................................................... 9 1.2.1. Giới thiệu chung ........................................................................................................ 9 1.2.2. Lịch sử phát triển ...................................................................................................10 1.3. Khảo sát tế bào pin quang điện.....................................................................................11 1.3.1. Mô hình PV lý tưởng..............................................................................................11 1.3.2. Mô hình PV thực tế ................................................................................................12 Chương 2. TỔNG QUAN VỀ ACQUY ...........................................................................................15 2.1. Sơ lược về acquy .................................................................................................................15 2.2. Khảo sát acquy chì-axít.....................................................................................................16 2.2.1. Cấu tạo .........................................................................................................................16 2.2.2. Quá trình biến đổi hóa học trong acquy chì-axít ......................................16 2.3. Đặc tính phóng nạp của acquy ......................................................................................18 2.3.1. Đặc tính phóng của acquy ...................................................................................18 2.3.2. Đặc tính nạp của acquy ........................................................................................19 2.4. Các chế độ nạp acquy chì-axít .......................................................................................20 2.4.1. Chế độ nạp dòng không đổi (ổn dòng) ..........................................................20 2.4.2. Chế độ nạp áp không đổi (ổn áp).....................................................................21 2.4.3. Chế độ nạp nổi .........................................................................................................21 Chương 3. TỔNG QUAN BỘ GIẢM ÁP .......................................................................................22 3.1. Sơ đồ cấu tạo mạch giảm áp ...........................................................................................22 3.2. Nguyên lý hoạt động............................................................................................................22 3.3. Bộ giảm áp đồng bộ ...........................................................................................................27 Chương 4. GIẢI THUẬT TÌM ĐIỂM CỰC ĐẠI CÔNG SUẤT ...............................................28 4.1. Mục đích của MPPT ............................................................................................................28 4.2. Giải thuật độ dẫn (IncCond) ......................................................................................29 4.3. Giải thuật Perturbation And Observe (P&O) ..........................................................30 Chương 5. TỔNG QUAN VỀ KIT DSP TMS320F28335 VÀ THIẾT KẾ PHẦN CỨNG 32 5.1. GIỚI THIỆU VỀ DSP TMS320F28335 .........................................................................32 5.2. Khối chức năng PWM ........................................................................................................34 5.3. Khối chức năng ADC ..........................................................................................................38 5.4. Tính toán các thông số của mạch công suất ............................................................44 Chương 6. MÔ HÌNH HÓA VÀ MÔ PHỎNG ..............................................................................46 6.1. Mô hình hóa PV ....................................................................................................................46 6.2. Mô phỏng giải thuật MPPT .............................................................................................50 6.3. Mô hình hóa acquy chì-axít.............................................................................................53 Chương 7. KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM ........................................................................................62 7.1. Kết quả thực nghiệm với tải R .......................................................................................62 7.2. Kết quả thực nghiệm sạc acquy từ lưới.........................................................................68 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI ................................................................73 Tài liệu tham khảo ...............................................................................................................................74 DANH MỤC HÌNH VẼ H€nh 1.1: Pin mặt trời trên nhà dàn trường sa ............................................................................... 2 H€nh 1.2: Pin mặt trời tại nhà máy Intel Việt Nam ..................................................................... 2 Hình 1.3: Phổ bức xạ của trái đất ở nhiệt độ 150C...................................................................... 4 H€nh 1.4: Phổ bức xạ của mặt trời ở nhiệt độ 58000C................................................................ 5 H€nh 1.5: Cách xác định tỉ số khối lượng không khí .................................................................. 6 H€nh 1.6: Đường cong phổ bức xạ mặt trời theo thông số AM m ......................................... 6 H€nh 1.7: Các dạng bức xạ mặt trời đến bộ thu ............................................................................ 7 H€nh 1.8: Thông lượng mặt trời ngoài khí quyển..................................................................... 7 Hình 1.9: Cấu trúc của một PV.........................................................................................................10 Hình 1.10: Mô hình của một PV lý tưởng và thực tế................................................................11 Hình 1.11: Đặc tính I-V PV lý tưởng .............................................................................................12 Hình 2.1: Quá trình hóa học khi nạp điện của acquy chì-axít ...............................................16 Hình 2.2: Quá trình hóa học khi nạp điện của acquy chì-axít ...............................................17 Hình 2.3: Đặc tính phóng của acquy ..............................................................................................18 Hình 2.4: Đặc tính nạp của acquy....................................................................................................19 Hình 2.5: Giản đồ sạc ba chế độ ......................................................................................................20 Hình 3.1: Sơ đồ mạch giảm áp .........................................................................................................22 Hình 3.2: Các trạng thái của mạch BUCK ...................................................................................23 Hình 3.3: Quy ước điện áp và dòng điện của bộ buck .............................................................23 Hình 3.4: Sự thay đổi dòng điện, điện áp ở chế độ liên tục....................................................24 Hình 3.5: Sự thay đổi dòng điện, điện áp ở chế độ không liên tục ......................................26 Hình 3.6: Sơ đồ mạch giảm áp đồng bộ ........................................................................................27 Hình 4.1: Lưu đồ giải thuật phương pháp IncCond..................................................................30 Hình 4.2: lưu đồ giải thuật phương pháp P&O ...........................................................................31 Hình 5.1: Sơ đồ chân TMS320F28335........................................................................................32 Hình 5.2: Sơ đồ kiến trúc của chip F28335 ................................................................................34 Hình 5.3: Sơ đồ khối PWM ...............................................................................................................35 Hình 5.4: Các khối chức năng của PWM......................................................................................36 Hình 5.5: Sơ đồ khối Time-Base......................................................................................................36 Hình 5.6: Sơ đồ khối module ADC .................................................................................................38 Hình 6.1: Cấu trúc mô hình hóa PV ..............................................................................................46 Hình 6.2: Khối xác định I0.................................................................................................................46 Hình 6.3: Khối xác định IPV...............................................................................................................47 Hình 6.4: Khối xác định Im ................................................................................................................47 Hình 6.5: Khối hồi tiếp tính toán...................................................................................................47 Hình 6.6: Đặc tuyến I-V của PV tại 250C, sun=1 .....................................................................48 Hình 6.7: Đặc tuyến P-V của PV tại 250C, sun=1 ....................................................................48 Hình 6.8: Đặc tuyến I-V của PV tại 350C, sun=1 .....................................................................49 Hình 6.9: Đặc tuyến P-V của PV tại 350C, sun=1 ....................................................................49 Hình 6.10: Đặc tuyến I-V của PV tại 250C, sun=0.8 ...............................................................49 Hình 6.11: Đặc tuyến P-V của PV tại 250C, sun=0.8..............................................................50 Hình 6.12: Mô hình giải thuật P&O ..............................................................................................50 Hình 6.13: Mô hình giải thuật tìm điểm MPP ..........................................................................51 Hình 6.14: Thiết lập giá trị biến thiên cường độ bức xạ....................................................51 Hình 6.15: Khả năng đáp ứng bắt điểm MPPT của giải thuật P&O ................................52 Hình 7.1: Mô hình thí nghiệm với tải R ........................................................................................62 Hình 7.2: Dạng xung 50% ra từ DSP ...........................................................................................62 Hình 7.3: Dạng xung 50% ra từ mạch lái ..................................................................................63 Hình 7.4: Dạng điện áp ngõ ra vận hành không tải...............................................................63 Hình 7.5: Dạng xung kích ổn áp 13,4V .......................................................................................63 Hình 7.6: Deadtime xung kích ổn áp 13,4V ..............................................................................64 Hình 7.7: Dạng điện áp ra ổn áp 13,4V .......................................................................................64 Hình 7.8: Dạng xung dòng điện ổn dòng 1,5A khi điện áp tăng nhỏ .............................65 Hình 7.9: Dạng xung dòng điện ổn dòng 1,5A khi điện áp tăng lớn ..............................65 Hình 7.10: Dạng xung dòng điện ổn dòng 1,5A khi điện áp giảm lớn ..........................66 Hình 7.11 Dạng dòng điện ổn dòng 1,5A khi điện áp giảm nhỏ ......................................66 Hình 7.12: Dạng dòng điện ổn dòng 1,5A khi tăng tải .........................................................67 Hình 7.13: Dạng dòng điện ổn dòng 1,5A khi giảm tải ........................................................67 Hình 7.14: Mô hình phần cứng sạc Acquy ................................................................................68 Hình 7.15: Dạng đồ thị điện áp ở chế độ ổn dòng .................................................................69 Hình 7.16: Dạng đồ thị dòng điện ở chế độ ổn dòng ............................................................69 Hình 7.17: Dạng đồ thị điện áp ở chế độ ổn áp.......................................................................70 Hình 7.18: Dạng đồ thị dòng điện ở chế độ ổn áp .................................................................70 Hình 7.19: Dạng đồ thị điện áp ở chế độ thả nổi....................................................................71 Hình 7.20: Dạng đồ thị dòng điện ở chế độ thả nổi ..............................................................71 Hình 7.21: Dạng xung dòng điện ra tải và xung kích S1 ở chế độ thả nổi...................72 DANH MỤC BẢNG Ba ng 1.1: Trữ lượng các dạng năng lượng và nhu cầu .......................................................... 1 Bảng 1.2: Thông số Tấm pin Mặt Trời RedSun .........................................................................14 Bảng 6.1: Các thông số của tấm pin mặt trời đỏ 50W.........................................................47 Bảng 7.1: Giá trị dòng, áp tại các chế độ sạc ............................................................................68 DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT Buck Mạch giảm áp PV TÓM TẮT LUẬN VĂN Năng lượng tái tạo đang càng trở nên quan trọng trong cuộc sống. Những năm gần đây, năng lượng mặt trời đang ngày càng được quan tâm nghiên cứu và phát triển nhanh, trong đó một lượng lớn được nạp vào Acquy. Trong bộ sạc Acquy từ năng lượng mặt trời cần có bộ giảm áp để chuyển điện áp cao của mặt trời xuống điện áp thấp và cấp cho Acquy. Yêu cầu cho bộ này là đảm bảo hoạt động ổn định và hiệu suất cao. Luận văn mô phỏng và thiết kế mạch sạc Acquy từ năng lượng mặt trời bao gồm: mô phỏng pin năng lượng mặt trời, thiết kế bộ giảm áp DC/DC, giải thuật tìm công suất cực đại và điều khiển sạc Acquy từ điện áp lưới và từ pin quang điện. Các giải thuật điều khiển được thực hiện trên KIT DSP TMS320F28335. Luận văn được thực hiện tại phòng thí nghiệm nghiên cứu điện tử công suất (115B1 đại học Bách Khoa) với nhiều thiết bị hiện đại, giúp cho việc đo đạc, đánh giá một cách chính xác và an toàn. 10 0 Chương 1. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI VÀ PIN QUANG ĐIỆN 1.1. Tổng quan năng lượng mặt trời 1.1.1. Sơ lược Năng lượng mặt trời Trong khi các nguồn năng lượng truyền thống như than đá, dầu mỏ đang dần cạn kiệt, giá thành cao, nguồn cung không ổn định, nhiều nguồn năng lượng thay thế đang được quan tâm hơn, đặc biệt là nguồn năng lượng mặt trời. Trong các dạng năng lượng tái tạo tồn tại trên trái đất như: mặt trời, gió, sinh khối trong đó năng lượng mặt trời là dạng năng lượng có trữ lượng vô cùng lớn, có khả năng cung cấp hoàn toàn nhu cầu năng lượng của con người. Ba ng 1.1: Trữ lượng các dạng năng lượng và nhu cầu Việc tiếp cận để tận dụng nguồn năng lượng mới này không chỉ góp phần cung ứng kịp nhu cầu năng lượng của xã hội mà còn giúp tiết kiệm điện năng và giảm thiểu ô nhiễm môi trường. Vị trí địa lý đã ưu ái cho Việt Nam một nguồn năng lượng tái tạo vô cùng lớn, đặc biệt là năng lượng mặt trời. Trải dài từ vĩ độ 23023’ Bắc đến 8027’ Bắc, Việt Nam nằm trong khu vực có cường độ bức xạ mặt trời tương đối cao. Trong đó, nhiều nhất phải kể đến thành phố Hồ Chí Minh, tiếp đến là các vùng Tây Bắc (Lai Châu, Sơn La, Lào Cai) và vùng Bắc Trung Bộ (Thanh Hóa, Nghệ An, Hà Tĩnh)… 1 Năng lượng mặt trời ở Việt Nam có sẵn quanh năm, khá ổn định và phân bố rộng rãi trên các vùng miền khác nhau của đất nước. Đặc biệt, số ngày nắng trung bình trên các tỉnh của miền trung và miền nam là khoảng 300 ngày/năm. Năng lượng mặt trời có thể được khai thác cho hai nhu cầu sử dụng: sản xuất điện và cung cấp nhiệt. Năng lượng mặt trời có những ưu điểm như: sạch, chi phí nhiên liệu và bảo dưỡng thấp, an toàn cho người sử dụng… Đồng thời, phát triển ngành công nghiệp sản xuất pin mặt trời sẽ góp phần thay thế các nguồn năng lượng hóa thạch, giảm phát khí thải nhà kính, bảo vệ môi trường. Vì thế, đây được coi là nguồn năng lượng quý giá, có thể thay thế những dạng năng lượng cũ đang ngày càng cạn kiệt. Từ lâu, nhiều nơi trên thế giới đã sử dụng năng lượng mặt trời như một giải pháp thay thế những nguồn tài nguyên truyền thống. Tại Đan Mạch, năm 2000, hơn 30% hộ dân sử dụng tấm thu năng lượng mặt trời, có tác dụng làm nóng nước. Ở Brazil, những vùng xa xôi hiểm trở như Amazon, điện năng lượng mặt trời luôn chiếm vị trí hàng đầu. Ngay tại Đông Nam Á, điện mặt trời ở Philipines cũng đảm bảo nhu cầu sinh hoạt cho 400.000 dân. Tại Việt Nam hiện nay năng lượng mặt trời chiếm tỉ trọng rất nhỏ trong lượng điện sản xuất ra hằng nam. Các hệ thống pin quang điện thường được dùng cho vùng sâu hải đảo, nông thôn những nơi lưới điện quốc gia chưa H€nh 1.1: Pin mặt trời trên thể tới, những nơi có nhu cầu tiêu thụ điện thấp. Tại các thành phố lớn nơi nhu cầu điện cao, các hệ thống pin quang điện tại các tòa nhà cao tầng đang ngày càng phát triển. H€nh 1.2: Pin mặt trời tại nhà 2 1.1.2. Phổ của mặt trời Mặt trời là nguồn năng lượng bức xạ khổng lồ, đường kính 1,4 triệu km, dưới dạng nhiệt hạnh, tổng hợp hydro thành helium. Lượng vật chất mất đi được chuyển hóa thành năng lượng điện từ có giá trị khoảng 3,8 × 10 MW. Khi đi qua bầu khí quyển Trái đất, bức xạ mặt trời bị phản xạ và bị hấp thụ, khi đến được trái đất có khoảng 1,05 × 10  KWh, dòng năng lượng này sẽ tiếp tục phát ra cho đến khi phản ứng nhiệt hạch trên Mặt trời hết nhiên liệu, vào khoảng 5 tỷ năm nữa nên nguồn năng lượng mặt trời được xem như nguồn năng lượng sạch và vô tận. Lượng năng lượng bức xạ phụ thuộc vào nhiệt độ của vật thể. Để mô tả độ bức xạ của một đối tượng, người ta thường dùng một khái niệm lý thuyết để so sánh, gọi là vật thể đen. Vật đen được định nghĩa là một vật phát hoặc thu bức xạ lý tưởng. Khi phát lý tưởng, nó phát ra nhiều năng lượng bức xạ trên một đơn vị diện tích hơn bất kỳ vật thể thực nào ở cùng nhiệt độ. Khi thu lý tưởng, nó thu tất cả bức xạ tác động đến nó, không bức xạ nào phản lại hay truyển qua. Công suất phát ra của vật thể đen phụ thuộc vào nhiệt độ và bước sóng theo công thức của định luật Planck:  = Với  3,74 × 10       − 1 công suất bức xạ trên một đơn vị diện tích (của vật thể đen) trong đoạn vi phân bước song (W/m2µm). T nhiệt độ tuyệt đối của vật thể đen (K).  - bước song (µm). Nếu mô hình trái đất là một vật đen ở 2880K (150C), sẽ tạo thành phổ năng lượng như sau: 3 Hình 1.3: Phổ bức xạ của trái đất ở nhiệt độ 150C Diện tích của đồ thị trên ở giữa hai giá trị bước sóng bất kỳ chính là công suất bức xạ của vật thể trong khoảng bước sóng đó. Nếu lấy tích phân đồ thị trên từ không đến vô cùng chính là tổng công suất bức xạ của vật thể. Tổng công suất bức xạ của một vật thể đen (trên toàn bề mặt) được cho bởi định luật Stefan-Boltzmann: Với:  =   E - tổng công suất phát ra của vật đen (W).  - hằng số Stefan-Boltzmann = 5.67e-8 Wm-2K-4. T - nhiệt độ tuyệt đối (K). A - diện tích bề mặt của vật thể đen (m2). Dựa vào qui tắc dịch chuyển Wien, cho biết bước sóng mà tại đó phổ năng lượng đạt cực đại:  Với: !" = #8$8  T - nhiệt độ tuyệt đối (K). λ - bước sóng (µm). 4 λmax = 0.5 µm cho mặt trời, T = 5800K. λmax = 10.1 µm với trái đất (một vật đen), T = 288 K. Trong lòng mặt trời có nhiệt độ khoảng 15 triệu Kelvin, nhưng bức xạ từ bề mặt của mặt trời tương đồng với vật thể đen có nhiệt độ 5800K. Hình 1-2 diễn tả phổ bức xạ của mặt trời và phổ bức xạ của vật thể đen 5800K. Công suất bức xạ của vật thể đen 5800K (toàn bộ diện tích của đường cong) là 1.37 kW/m2, bằng với công suất bức xạ tổng của mặt trời ở ngoài khí quyển trái đất. Công suất bức xạ tổng của mặt trời được phân tỷ lệ như sau: những bước sóng dưới tia cực tím chiếm 7%, trong vùng khả kiến chiếm 47%, từ vùng hồng ngoại trở lên chiếm 46%. Bước sóng trong vùng khả kiến có tầm từ 0.38µm (tím) đến 0.78µm (đỏ). Khi bức xạ mặt trời chiếu tới mặt đất, một phần bị hấp thụ bởi các yếu tố khác nhau của khí quyển, tạo ra các phổ bất thường, hình dạng nhấp nhô. Những phổ này phụ thuộc vào lượng khí quyển mà bức xạ phải xuyên qua để đến mặt đất. H€nh 1.4: Phổ bức xạ của mặt trời ở nhiệt độ 58000C 1.1.3. Tỉ số khối lượng không khí Tỉ số khối lượng không khí là tỉ số độ dài đường đi thực của bức xạ h2 và độ dài ngắn nhất có thể có h1, ứng với trường hợp mặt trời nằm ngay trên đỉnh đầu. Có thể biểu diễn tỉ số khối lượng không khí như sau: 5 %= Với &' &( = )*+, ---------- H€nh 1.5: Cách xác định tỉ số khối lượng không khí- h1 - chiều dài đường đi của tia sáng qua bầu khí quyển khi mặt trời ngay trên đỉnh đầu. h2 - chiều dài đường đi của tia sáng qua bầu khí quyển để đến bề mặt trái đất. β - góc cao độ của mặt trời. Vì vậy, nếu tỉ số không khí là 1 (AM1), có nghĩa là mặt trời đang chiếu thẳng góc. Ngược lại, AM0 được hiểu là phổ mặt trời ngoài trái đất. Thông thường tỉ số không khí của phổ mặt trời trung bình là AM1.5. Với AM1.5, sẽ có 2% năng lượng mặt trời nằm trong dải tử ngoại, 54% nằm trong dải ánh sáng thấy được và 44% nằm trong dải hồng ngoại. Hình 1.4 trình bày thông số bức xạ mặt trời với các tỉ số khối lượng không khí khác nhau. Đường cong có khuynh hướng giảm lại và dịch chuyển về phía bước sóng lớn khi AM tăng lên. H€nh 1.6: Đường cong phổ bức xạ mặt trời theo thông số AM m 6 1.1.4. Khảo sát các dạng bức xạ thu được Thông lượng mặt trời đập vào bộ thu sẽ là tổ hợp của bức xạ trực tiếp (IBC) đi theo đường thẳng qua bầu khí quyển tới thiết bị nhận, với tán xạ (IDC) được phân tán bởi các phân tử trong bầu khí quyển và phản xạ (IRC) phản chiếu từ mặt đất hoặc các bề mặt nằm phía trước bộ thu. H€nh 1.7: Các dạng bức xạ mặt trời đến bộ thu Việc tính toán bức xạ thu được được thực hiện bằng cách tính toán bức xạ trực tiếp đi qua khí quyển và đến mặt đất trong ngày trời quang. Sau đó, thành phần tán xạ và phản xạ sẽ được thêm vào mô hình trời quang. Việc tính toán bức xạ trời quang bắt đầu bằng việc ước tính bức xạ mặt trời ngoài khí quyển (I0), đi vuông góc qua một bên bề mặt tưởng tượng bên ngoài bầu khí quyển của trái đất, như trong hình 1.6. Bức xạ này phụ thuộc vào khoảng cách giữa trái đất và mặt trời, vốn thay đổi theo thời gian trong năm. Nó cũng phụ thuộc và cường độ mặt trời, tăng giảm theo chu kỳ ổn định. H€nh 1.8: Thông lượng mặt trời ngoài khí quyển Nếu bỏ qua các vết đen, I0 được xác định theo biểu thức sau: 7 . = /0. 1 + 0.034345  67+ 67  (W/m2) Với SC- hằng số mặt trời (SC= 1.377 kW/m2). n - ngày trong năm. Khi tia mặt trời xuyên qua khí quyển, phần lớn của nó bị hấp thụ bởi các khí khác nhau trong khí quyển, hay bị phân tán bởi các phân tử không khí hay vật chất dạng hạt. Thực tế, trong cả năm ít hơn một nửa bức xạ từ đỉnh khí quyển có thể đến được mặc đất dưới dạng bức xạ trực tiếp (IB). Tuy nhiên, vào những ngày trời quang, bức xạ trực tiếp ở bề mặt trái đất có thể hơn 70% giá trị ngoài khí quyển. Sự suy giảm bức xạ tới là một hàm của khoảng cách mà tia trực tiếp phải truyền qua khí quyển cùng các yếu tố như bụi, ô nhiễm không khí…Phần bức xạ đến được bề mặt trái đất được xác định như sau: Với .8 =  9: IB - cường độ bức xạ đến bề mặt trái đất A - thông lượng ngoài khí quyển k - độ sâu quang học m - tỷ trọng khí quyển Các giá trị của A và k xác định theo công thức:  = 1160 + 755<=  67 67 >= − #75? (W/m2) @ = 0,174 + 0,0355<= A Với 360 >= − 100?B 365 n - là số ngày. Bức xạ trực tiếp IBC là hàm giữa của góc hợp bởi tia nắng và mặt phẳng thu: 8 .8C = .8 345D Bức xạ tán xạ IDH được chiếu đến từ các hướng phụ khác với tia nắng, thường từ 6% đến 14% của bức xạ trực tiếp. Với .EF = 0.8 C - hệ số tán xạ của bầu trời, được xác định bằng công thức: 0 = 0,0$5 + 0,045<= A 360 >= − 100?B 365 Bức xạ phản xạ có khả năng gia tăng đáng kể về hiệu năng, chẳng hạn như trong ngày trời sang với tuyết hay nước nằm trước bộ thu, nhưng cũng có thể quá nhỏ đến mức có thể bỏ qua. Mô hình đơn giản nhất giả thuyết một mặt ngang lớn nằm trước bộ thu có độ phản xạ G có tính phân tán và nó phản xạ bức xạ với cùng cường độ theo mọi hướng. Năng lượng do bức xạ phản xạ tạo ra được thể hiện qua biểu thức sau: .HC = G>.8F + .EF ? I 1 − 345∑ K # Với bộ thu nằm ngang (∑=0), theo biểu thức trên dự báo không có sự phản xạ trên bộ thu, với bộ thu nằm thẳng đứng, nó dự báo rằng tấm thu nhìn thấy một nửa bức xạ phản xạ. 1.2. Sơ lược Pin quang điện 1.2.1. Giới thiệu chung Vật liệu hay linh kiện quang điện là những vật liệu hay linh kiện có khả năng chuyển đổi năng lượng có trong các photon của ánh sang thành điện năng. Một photon có bước sóng đủ ngắn và năng lượng đủ cao có thể giải phóng một electon bức khỏi vật liệu quang điện đang chứa nó. Nếu tồn tại trường điện gần đó, các electron này có thể nhập vào lớp kim loại tiếp xúc và tạo ra dòng điện. 9 Hình 1.9: Cấu trúc của một PV 1.2.2. Lịch sử phát triển Lịch sử hình thành pin mặt trời (Photovoltaic-PV) bắt đầu từ năm 1839, nhà vật lý 19 tuổi người Pháp, Edmund Becquerel, đã tạo ra hiệu điện thế bằng cách chiếu sáng. Ông chiếu ánh sáng vào tấm điện cực kim loại nằm trong dung dịch điện phân yếu. Suốt 40 năm sau đó, Adams và Day là những người đầu tiên nghiên cứu về pin mặt trời ở dạng rắn. Họ có thể tạo được những cell pin đầu tiên từ selenium với hiệu suất 1 đến 2 %. Những cell pin này sau đó lại được dùng nhiều trong ngành nhiếp ảnh để đo cường độ sáng. Trong những năm đầu của ngành vật lý lượng tử, vào năm 1904, nhà vật lý vĩ đại Albert Einsteins đã công bố những nghiên cứu về hiệu ứng của vật chất quang điện. Dựa vào việc lượng tử hóa năng lượng của photon, ông đã giải thích được việc phát sinh dòng điện khi chiếu sáng vào vật chất quang điện. Cùng thời gian đó, nhà khoa học người Ba Lan Czochralski bắt đầu phát triển những tinh thể silicon hoàn hảo (perfect crystal of silicon), tạo ra bước ngoặc trong ngành điện tử hiện đại nói chung cũng như riêng về phần pin mặt trời. Từ năm 1940 đến 1950, phương pháp của Czochralski bắt đầu tạo ra những thế hệ pin mặt trời dung đơn tinh thể silicon, kỹ thuật này còn được dùng nhiều trong công nghiệp pin mặt trời ngày nay. Vào những thập niên 1950, nhiều cố gắng thương mại hóa PV đã gặp nhiều trở ngại do giá thành khá lớn. Ứng dụng thực tiễn đáng chú ý của PV trong giai đoạn này là việc lắp đặt cho vệ tinh Vanguard I. Trong các ứng dụng không gian, chi phí không còn là trở ngại lớn và thường đòi hỏi những thiết bị nhẹ gọn và độ tinh cậy 10