Đăng ký Đăng nhập
Trang chủ Kỹ thuật - Công nghệ Kiến trúc xây dựng Xây dựng thuật toán điều khiển bám điểm công suất cực đại trong hệ thống điện mặ...

Tài liệu Xây dựng thuật toán điều khiển bám điểm công suất cực đại trong hệ thống điện mặt trời

.PDF
79
342
137

Mô tả:

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI ĐÀO THỊ VUI XÂY DỰNG THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂN BÁM ĐIỂM CÔNG SUẤT CỰC ĐẠI TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN MẶT TRỜI LUẬN VĂN THẠC SĨ HÀ NỘI, NĂM 2017 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI ĐÀO THỊ VUI XÂY DỰNG THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂN BÁM ĐIỂM CÔNG SUẤT CỰC ĐẠI TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN MẶT TRỜI Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện Mã số: 60520202 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS Phạm Đức Đại HÀ NỘI, NĂM 2017 LỜI CAM ĐOAN Tác giả xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân. Các kết quả nghiên cứu và các kết luận trong luận văn là trung thực, không sao chép từ bất kỳ một nguồn nào và dưới bất kỳ hình thức nào. Việc tham khảo các nguồn tài liệu đã được thực hiện trích dẫn và ghi nguồn tài liệu tham khảo đúng quy định. Tác giả luận văn Đào Thị Vui i LỜI CẢM ƠN Luận văn “Xây dựng thuật toán điều khiển bám điểm công suất cực đại trong hệ thống điện mặt trời” là kết quả của quá trình cố gắng không ngừng của bản thân và sự giúp đỡ, động viên, khích lệ của các thầy cô và bạn bè đồng nghiệp. Tôi xin bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc tới thầy TS. Phạm Đức Đại đã tận tình hướng dẫn, chia sẻ kinh nghiệm và cung cấp những tài liệu khoa học để tôi hoàn thành được luận văn này. Tôi xin cảm ơn các thầy cô giáo đã giảng dạy, hướng dẫn trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và rèn luyện tại trường Đại học Thủy lợi. Cảm ơn các đồng nghiệp tại trường Cao đẳng nghề Ninh Thuận đã giúp đỡ và đóng góp ý kiến để luận văn được hoàn thành. Xin chân thành cảm ơn! ii MỤC LỤC MỤC LỤC ..................................................................................................................... iii DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH.....................................................................................vi DANH MỤC BẢNG BIỂU......................................................................................... viii DANH MỤC BẢNG BIỂU......................................................................................... viii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT................................................................................ix MỞ ĐẦU .........................................................................................................................x CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ĐIỆN MẶT TRỜI ..................................................1 1.1 Nguồn năng lượng mặt trời...............................................................................1 1.2 Bức xạ mặt trời .................................................................................................5 1.2.1 Bức xạ mặt trời đến bên ngoài bầu khí quyển.............................................5 1.2.2 Bức xạ mặt trời đến trên mặt đất.................................................................5 1.3 Hiệu ứng nhà kính và bộ thu phẳng..................................................................6 1.3.1 Hiệu ứng nhà kính .......................................................................................6 1.3.2 Bộ thu năng lượng mặt trời phẳng ..............................................................8 1.4 Cấu tạo, nguyên lý, tính chất của pin mặt trời..................................................8 1.4.1 Cấu tạo của pin mặt trời ..............................................................................8 1.4.2 Nguyên lý hoạt động pin năng lượng mặt trời ............................................9 1.5 Nguyên lý tracking và điều khiển...................................................................11 1.6 Các thông số năng lượng mặt trời tại Việt Nam.............................................12 1.7 Một số ứng dụng năng lượng mặt trời ............................................................15 1.7.1 Phát minh máy bay sử dụng năng lượng mặt trời .....................................15 1.7.2 Điện thoại di động sử dụng năng lượng mặt trời ......................................16 1.7.3 Năng lượng sạch trong sinh hoạt của con người.......................................16 1.7.4 Trạm xe buýt chiếu sáng tự động .............................................................17 1.7.5 Những ngôi nhà tí hon ứng dụng công nghệ tích trữ năng lượng mặt trời ... ...................................................................................................................17 1.7.6 Siêu ôtô chạy bằng năng lượng mặt trời ...................................................18 1.7.7 Ứng dụng năng lượng mặt trời tại Việt Nam ............................................18 CHƯƠNG 2 MÔ HÌNH HỆ THỐNG PHÁT ĐIỆN TỪ NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI.....................................................................................................21 iii 2.1 Mô hình hệ thống PV......................................................................................21 2.1.1 Sơ đồ tổng quát điều khiển hệ thống.........................................................21 2.1.2 Mô hình toán học PV ................................................................................22 2.1.3 Dòng điện ngắn mạch................................................................................24 2.1.4 Điện áp hở mạch .......................................................................................25 2.1.5 Công suất cực đại ......................................................................................26 2.1.6 Hiệu suất của pin mặt trời .........................................................................27 2.2 Ảnh hưởng của độ bức xạ và nhiệt độ ............................................................27 2.2.1 Ảnh hưởng của độ bức xạ .........................................................................27 2.2.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ ............................................................................27 2.3 Mô hình MATLAB/SIMULINK mô phỏng tấm PV......................................28 2.3.1 Mô hình chuyển đổi nhiệt độ từ độ C sang độ Kelvin ..............................28 2.3.2 Mô hình ánh sáng tạo ra dòng Iph ..............................................................29 2.3.3 Mô hình dòng ngược bão hòa của diode ...................................................30 2.3.4 Mô hình tính toán dòng bão hòa của mô đun............................................31 2.3.5 Mô đun tìm NsAkT ...................................................................................32 2.3.6 Mô hình dòng điện đầu ra của PV.............................................................33 2.3.7 Mô hình Simulink của mô đun PV............................................................34 2.4 Các phương pháp biến đổi DC/DC.................................................................36 2.4.1 Bộ chuyển đổi Buck ..................................................................................36 2.4.2 Bộ chuyển đổi Boost .................................................................................37 2.4.3 Bộ chuyển đổi Buck - Boost .....................................................................38 2.4.4 Bộ chuyển đổi Cuk....................................................................................39 CHƯƠNG 3 ĐẠI (MPPT) GIỚI THIỆU VỀ PHƯƠNG PHÁP BÁM ĐIỂM CÔNG SUẤT CỰC .............................................................................................................41 3.1 Nhiễu và quan sát P&O ..................................................................................42 3.2 Gia tăng độ dẫn INC .......................................................................................43 3.3 Điều khiển logic mờ .......................................................................................45 CHƯƠNG 4 XÂY DỰNG THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂN BÁM ĐIỂM CÔNG SUẤT CỰC ĐẠI MPPT................................................................................................47 4.1 Nguyên lý MPPT ............................................................................................47 4.2 Xây dựng thuật toán điều khiển bám điểm MPPT bằng phương pháp P&O .51 iv 4.3 Mô phỏng và kiểm nghiệm bộ điều khiển bám MPPT bằng MATLAB/SIMULINK..............................................................................................54 4.3.1 Thực hiện thuật toán trên MATLAB/SIMULINK....................................54 4.3.2 Kiểm nghiệm thuật toán P&O tìm điểm MPP thông qua mô phỏng ........57 4.4 Đánh giá bộ điều khiển bám MPPT................................................................63 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .......................................................................................64 TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................................65 v DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Sơ đồ hộp thu NLMT theo nguyên lý hiệu ứng nhà kính ................................7 Hình 1.2 Cấu tạo của pin mặt trời ..................................................................................9 Hình 1.3 Nguyên lý của pin mặt trời ............................................................................11 Hình 1.4 Máy bay sử dụng năng lượng mặt trời ..........................................................15 Hình 1.5 Điện thoại sử dụng năng lượng mặt trời.......................................................16 Hình 1.6 Trạm xe buýt sử dụng năng lượng mặt trời ...................................................17 Hình 1.7 Trại lều sử dụng năng lượng mặt trời ............................................................17 Hình 1.8 Ô tô chạy bằng năng lượng mặt tời ..............................................................18 Hình 1.9 Pin mặt trời được sử dụng tại Việt Nam........................................................19 Hình 2.1 Sơ đồ tổng quát điều khiển hệ thống ..............................................................21 Hình 2.2 Sơ đồ tương đương Pin mặt trời ....................................................................22 Hình 2.3 Mô hình dòng điện ngắn mạch .....................................................................24 Hình 2.4 Mô hình điện áp hở mạch ..............................................................................25 Hình 2.5 Đồ thị V-A và đồ thị công suất của pin mặt trời ..........................................26 Hình 2.6 Hệ thống con 1...............................................................................................28 Hình 2.7 Chuyển đổi nhiệt độ hoạt động từ C sang Kelvin ........................................29 Hình 2.8 Hệ thống con 2..............................................................................................29 Hình 2.9 Từ ánh sáng tạo ra dòng điện của mô đun PV...............................................30 Hình 2.10 Hệ thống con 3............................................................................................30 Hình 2.11 Mạch điện dòng ngược bão hòa của Diode ................................................31 Hình 2.12 Hệ thống con 4.............................................................................................31 Hình 2.13 Dòng bão hòa của PV ..................................................................................32 Hình 2.14 Hệ thống con 5.............................................................................................32 Hình 2.15 Mạch điện NsAkT .......................................................................................33 Hình 2.16 Hệ thống con 6............................................................................................33 Hình 2.17 Dòng đầu ra của PV.....................................................................................34 Hình 2.18 Mô hình Simulink của mô đun PV ...............................................................34 Hình 2.19 Mô hình mô phỏng Simulink......................................................................35 Hình 2.20 Đồ thị biểu diễn mối quan hệ I-V và P-V....................................................36 Hình 2.21 Bộ DC/DC Buck.........................................................................................37 Hình 2.22: Bộ DC/DC Boost........................................................................................38 Hình 2.23 Bộ chuyển đổi Buck – Boost .......................................................................39 Hình 2.24 Bộ chuyển đổi Cuk ......................................................................................40 Hình 3.1 Đặc tính làm việc I-V của PV và của tải ......................................................41 Hình 3.2 Đường đặc tính P-V với phương pháp P&O ................................................42 Hình 3.3 Đường đặc tính P-V của phương pháp INC .................................................44 vi Hình 3.4 Đường cong đặc tính dP/dV của dàn Pin điện mặt trời...............................46 Hình 4.1 Mối quan hệ I-V .............................................................................................48 Hình 4.2 Đặc tính dòng điện – điện áp của PV điển hình ...........................................49 Hình 4.3 Đường cong I-V thay đổi độ chiếu xạ thay đổi .............................................50 Hình 4.4 Đặc tính P-V khi nhiệt độ không đổi.............................................................50 Hình 4.5 Đặc tính P-V khi độ bức xạ không đổi ..........................................................51 Hình 4.6 Đặc trưng đường cong công suất...................................................................51 Hình 4.7 Lưu đồ thuật toán của phương pháp P&O.....................................................52 Hình 4.8 Mối quan hệ giữa công suất và điện áp trong mảng PV................................53 Hình 4.9 Minh họa sự thất thường của P & O khi tăng độ chiếu sáng nhanh.............54 Hình 4.10 Mô phỏng PV2 trong Simulink ....................................................................55 Hình 4.11 Sự biên thiên điện áp khi VL = 10V, Gs = 1kW/m2 ....................................57 Hình 4.12 Sự biên thiên công suất khi VL = 10V, Gs = 1kW/m2 ..................................58 Hình 4.13 Sự biên thiên điện áp khi VL = 20V, Gs = 1kW/m2 ....................................58 Hình 4.14 Sự biên thiên công suất khi VL = 20V, Gs = 1kW/m2 ................................59 Hình 4.15 Đặc tính P-V khi Gs = 1kW/m2 ...................................................................59 Hình 4.16 Sự biên thiên điện áp khi VL = 12V, Gs =200 W/m2 ..................................60 Hình 4.17 Sự biên thiên công suất khi VL = 12V, Gs = 200 W/m2 ..............................61 Hình 4.18 Sự biên thiên điện áp khi VL = 18V, Gs = 200W/m2 .................................61 Hình 4.19 Sự biên thiên công suất khi VL = 18V, Gs = 200W/m2 ...............................62 Hình 4.20 Đặc tính P-V khi Gs = 200W/m2 .................................................................62 vii DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Giờ tại địa phương ứng với giờ mặt trời là 12 giờ.........................................13 Bảng 1.2 Bức xạ mặt trời (W/m2) lên bề mặt Trái đất ứng với giờ mặt trời là 12 giờ.14 Bảng 1.3 Bức xạ mặt trời lên dàn pin mặt trời ứng với giờ mặt trời là 12 giờ.............14 viii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT BXMT Bức xạ mặt trời MPP (Maximum Power Point) Điểm công suất lớn nhất MPPT (Maximum Power Point Tracking) Dò tìm điểm công suất cực đại PV (Photovoltaic) Pin quang điện; Pin mặt trời ix MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của Đề tài Sự tăng trưởng liên tục nhu cầu năng lượng từ khắp nơi trên thế giới kêu gọi xã hội tìm kiếm các nguồn năng lượng thay thế do sự cạn kiệt các nguồn năng lượng thông thường. Trong số các nguồn năng lượng thay thế có sẵn, năng lượng pin quang điện (PV-Photovoltaic) là một trong những năng lượng tái tạo hứa hẹn nhất. Năng lượng PV là việc chuyển đổi năng lượng ánh sáng mặt trời thành năng lượng điện. Đây là một nguồn năng lượng sạch, bền vững và được coi là nguồn năng lượng tái tạo vô giá, không gây ảnh hưởng đến môi trường. Công suất đầu ra của hệ thống năng lượng mặt trời phụ thuộc vào độ bức xạ và nhiệt độ. Vấn đề đặt ra là làm thế nào để thu được điện năng với công suất cao nhất là một vấn đề mang tính cấp thiết. 2. Mục đích của Đề tài Với nhiệt độ và độ bức xạ nhất định, cần tính toán điện áp hoặc dòng điện làm việc của PV mà tại đó công suất thu được là lớn nhất. Do đặc tính của I-V và P-V là phi tuyến, nên công suất cực đại được tạo ra thay đổi với cả độ bức xạ và nhiệt độ. Hơn nữa, hiệu suất của các tấm PV là rất thấp, nên yêu cầu thuật toán điều khiển bám điểm công suất cực đại. Thuật toán này tự động điều chỉnh bộ chuyển đổi công suất nhằm thu được công suất đầu ra cực đại dưới sự thay đổi tức thời của cường độ ánh sáng, nhiệt độ và đặc tính của các loại PV. Mục đích của đề tài là điều chỉnh điện áp làm việc của tấm PV gần với điện áp ứng với điểm công suất cực đại khi có sự thay đổi của yếu tố môi trường. 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu của đề tài là một hệt thống quang điện mặt trời bao gồm nhiều mô đun trong đó mỗi mô đun bao gồm nhiều tế bào quang điện được kết nối với nhau. Phạm vi nghiên cứu là tìm điểm công suất cực đại của hệ thống pin quang điện. 4. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu Nghiên cứu, mô phỏng bám điểm công suất cực đại của pin quang điện để đảm bảo công suất ngõ ra là lớn nhất. x Đề tài “Xây dựng thuật toán điều khiển bám điểm công suất cực đại trong hệ thống điện mặt trời” được nghiên cứu với phương pháp nhiễu và quan sát P&O, Thuật toán này xem xét sự tăng, giảm điện áp theo chu kỳ để tìm được điểm làm việc có công suất lớn nhất. 5. Cấu trúc của luận văn Gồm 4 chương: - Chương 1: Tổng quan về điện mặt trời - Chương 2: Mô hình hệ thống phát điện từ năng lượng mặt trời - Chương 3: Giới thiệu về phương pháp bám điểm công suất cực đại MPPT - Chương 4: Xây dựng thuật toán điều khiển bám điểm công suất cực đại xi xii CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ĐIỆN MẶT TRỜI Trong chương này luận văn tập trung vào các vấn đề chung về điện mặt trời bao gồm: - Nguồn năng lượng mặt trời - Bức xạ mặt trời - Hiệu ứng nhà kính và bộ thu phẳng - Cấu tạo, nguyên lý, tính chất của pin mặt trời - Nguyên lý tracking và điều khiển - Các thông số năng lượng mặt trời tại Việt Nam - Một số ứng dụng năng lượng mặt trời Nội dung cụ thể: 1.1 Nguồn năng lượng mặt trời Trong thời đại khoa học phát triển, nhu cầu về năng lượng ngày càng tăng trong khi các nguồn nhiên liệu hóa thạch như than đá, dầu mỏ và ngay cả thủy điện cũng có hạn khiến nhân loại đứng trước nguy cơ thiếu hụt năng lượng trong tương lai không xa. Do đó, vấn đề tìm kiếm và khai thác các nguồn năng lượng mới như năng lượng hạt nhân, năng lượng địa nhiệt, năng lượng gió và năng lượng mặt trời là một trong những hướng quan trọng trong kế hoạch phát triển năng lượng. Năng lượng mặt trời (Solar Energy) là nguồn năng lượng sạch và tiềm tàng nhất, đang được loài người thật sự quan tâm. Do đó việc nghiên cứu và nâng cao hiệu quả các thiết bị sử dụng năng lượng mặt trời và triển khai ứng dụng chúng vào thực tế là vấn đề mang tính thời sự. Các ứng dụng năng lượng mặt trời phổ biến hiện nay bao gồm 2 lĩnh vực chủ yếu: - Thứ nhất, năng lượng mặt trời được sử dụng ở dạng nhiệt năng, người ta dùng các thiết bị thu bức xạ nhiệt mặt trời và tích trữ nó dưới dạng nhiệt năng dùng vào các mục 1 đích khác nhau như: Nhà máy nhiệt điện, thiết bị sấy khô, bếp nấu, thiết bị chưng cất nước, động cơ Stirling, thiết bị đun nước nóng, thiết bị làm lạnh và điều hòa không khí… - Thứ hai, năng lượng mặt trời được biến đổi thành điện năng nhờ các tế bào quang điện bán dẫn, còn gọi là Pin mặt trời (Soalr Cell), các Pin mặt trời sản xuất điện năng một cách liên tục khi có bức xạ mặt trời chiếu tới. Pin mặt trời có ưu điểm là gọn nhẹ, có thể lắp bất kỳ nơi đâu có ánh sáng mặt trời, đặc biệt trong lĩnh vực tàu vũ trụ. Ứng dụng năng lượng mặt trời dưới dạng này được phát triển rất nhanh, nhất là ở các nước phát triển. Ngày nay con người đã ứng dụng pin mặt trời trong lĩnh vực hàng không vũ trụ, giao thông (Solar Car) và trong sinh hoạt nhằm thay thế dần nguồn năng lượng truyền thống. * Thế giới sử dụng năng lượng mặt trời: Khi mà các quốc gia trên thế giới quan tâm đến việc bảo vệ môi trường, ngăn chặn hiệu ứng nhà kính và hiện tượng nóng dần lên của vỏ Trái đất thì các quốc gia bắt đầu nghiên cứu các phương pháp khác nhau để ngăn chặn hiện tượng trên và năng lượng chính là ngành được quan tâm và phát triển. Trong đó phải kể đến ngành năng lượng mặt trời, bởi năng lượng mặt trời là khá lớn và không gây ra hiệu ứng nhà kính nên đang được đầu tư và phát triển. Do đó, ngành công nghiệp pin mặt trời rất được quan tâm phát triển ở nhiều nước trên thế giới, trong đó có thể kể đến Nhật Bản, Đức, Mỹ, Tây Ban Nha, Hàn Quốc, Trung Quốc là những nước đứng đầu về sản lượng pin (cells) và mô đun (modules). Pin mặt trời được phát triển trong khá nhiều lĩnh vực: máy tính (thiết bị sạc đa năng sử dụng năng lượng mặt trời có thể dùng để sạc pin cho nhiều loại di động và máy tính khác nhau), đồng hồ (PRW-1500 của Casio…), đồ dùng cá nhân (túi, ba lô có gắn pin mặt trời, điện thoại di động tích hợp bộ sạc pin năng lượng mặt trời…), đồ dùng hàng ngày (LCD cảm ứng tích hợp các tấm pin mặt trời trên bề mặt, thiết bị chiếu sáng sử dụng pin mặt trời…). Pin mặt trời còn được dùng trong một số hệ thống khác ví dụ để chạy ô tô thay thế dần nguồn năng lượng truyền thống, dùng thắp sáng đèn đường, làm nguồn năng lượng cho các vệ tinh hoạt động... 2 Trong công nghiệp, người ta cũng bắt đầu lắp đặt các hệ thống điện dùng pin mặt trời với công suất lớn, hiện tại các hệ thống này đang cung cấp 0.5% nhu cầu điện của thế giới và sẽ tăng lên 2.5% vào năm 2025, sau đó tăng vọt lên 16% vào năm 2040. Nhật Bản quốc gia đứng đầu về sản lượng cell và modules pin mặt trời. Tính đến năm 2010, Nhật Bản đã sản xuất được 4.82GW điện mặt trời, chiếm 50% thị phần quốc tế. Đức, một trong các nước đi tiên phong trong lĩnh vực phát triển nguồn năng lượng sạch, theo đuổi mục tiêu cắt giảm mạnh lượng khí thải CO2 nhằm thực hiện chiến lược bảo vệ khí hậu toàn cầu. Kể từ năm 1997, ngành công nghiệp quang điện ở Đức đã giảm 50% chi phí cho các nhà máy điện mặt trời, năm 2006 đã có 2000GW được lắp đặt so với chỉ 76GW trong năm 2001. Dự tính đến năm 2050 có thể cung cấp 15% tổng nhu cầu điện năng của châu Âu. Mỹ, quốc gia đứng thứ ba về sản lượng cells và modules, với tốc độ phát triển cells khá lớn, khoảng 25% mỗi năm. Theo dự tính đến năm 2020, điện năng lượng mặt trời ở Mỹ sẽ đảm bảo 15%. Tây Ban Nha, nước sản xuất năng lượng mặt trời lớn thứ tư thế giới và xuất khẩu 80% điện năng này sang Đức. Tây Ban Nha có nhà máy năng lượng mặt trời lớn nhất thế giới, với 1255 chiếc gương phẳng, đạt công suất 20MW. Dự tính đến năm 2013 sẽ có nhiều ngọn tháp mặt trời được xây dựng và sẽ tạo ra một “trang trại năng lượng mặt trời” với sản lượng 300MW, đủ điện cung cấp cho 180 nghìn hộ gia đình, hoặc tương đương với toàn bộ dân số quanh vùng Seville. Trung Quốc, quốc gia có sản lượng pin mặt trời hàng đầu thế giới. Ở Trung Quốc, có tòa nhà sử dụng năng lượng mặt trời lớn nhất thế giới tọa lạc ở Đức Châu, tỉnh Sơn Đông, Trung Quốc, tòa nhà có tổng diện tích là 75000m2, được dùng cho các buổi triển lãm, khách sạn, họp báo, văn phòng, nghiên cứu khoa học,… Ở Đài Loan (Trung Quốc), sân vận động sử dụng năng lượng mặt trời để sản xuất điện đầu tiên trên thế giới đã ra đời, sân vận động với 8844 tấm pin mặt trời sẽ sản xuất 1.14 triệu kWh điện mỗi năm, đủ để thắp sáng 3300 bóng đèn và hai màn hình tivi khổng lồ trong sân vận động, giảm 660 tấn khí thải CO2 mỗi năm. 3 * Tình hình sử dụng pin mặt trời ở Việt Nam: Đi theo xu hướng phát triển của thế giới thì Việt Nam cũng đã đầu tư và phát triển ngành công nghiệp mặt trời này. Đi đầu trong việc phát triển ứng dụng này là ngành bưu chính viễn thông: các trạm pin mặt trời làm nguồn cấp điện cho các thiết bị thu phát sóng, trạm thu phát truyền hình thông qua vệ tinh. Ở ngành hàng hải trạm pin mặt trời sử dụng làm nguồn cấp điện cho các thiết bị chiếu sáng, cột hải đăng, đèn báo sông. Trong ngành công nghiệp, các trạm pin mặt trời phát điện sử dụng làm nguồn cấp điện dự phòng cho các thiết bị điều khiển trạm biến áp 500kV, thiết bị máy tính và sử dụng làm nguồn cấp điện nối với điện lưới quốc gia. Ở khu vực phía Nam, các dàn pin mặt trời được đưa vào phục vụ thắp sáng và sinh hoạt văn hóa tại một số vùng nông thôn xa lưới điện: có công suất từ 500÷1000W được lắp đặt ở trung tâm xã, nạp điện vào acquy cho các hộ gia đình sử dụng. Các dàn pin mặt trời có công suất từ 250÷500W phục vụ thắp sáng cho các bệnh viện, trạm xá và các cụm văn hoá xã. Pin mặt trời cũng được dùng trong việc thắp sáng đèn đường tại tỉnh Tiền Giang, hệ thống đèn có khả năng tự phát sáng vào ban đêm với thời lượng trung bình 12 giờ, đèn có tuổi thọ đến 50.000 giờ, không cần bảo trì hoặc sửa chữa trong vòng 10 năm. Khu vực miền Trung có bức xạ mặt trời khá tốt và số giờ nắng cao, rất thích hợp cho việc ứng dụng pin mặt trời.Có nhiều dàn pin mặt trời đã được lắp đặt thí điểm ở một số tỉnh như: Gia Lai, Bình Định, Quảng Ngãi và Khánh Hòa, Ninh Thuận, với công suất 40 ÷ 50W ở các hộ gia đình và 200 ÷ 800W ở tại các trung tâm cụm xã và các trạm y tế. Ở khu vực phía Bắc, việc ứng dụng các dàn pin mặt trời 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 tại các hộ gia đình từ 40 ÷ 75W, tại các trạm biên phòng, nơi hải đảo có công suất từ 165 ÷ 300W và tại các trạm xá và các cụm văn hoá thôn, xã là 165 ÷ 525W. Một số công trình khác sử dụng pin mặt trời như: trung tâm Hội nghị Quốc gia có hệ thống pin mặt trời công suất 154kW, trạm pin mặt trời nối lưới Viện Năng lượng công suất 1.08kW bao gồm 8 mô đun, trạm pin mặt trời nối lưới 4 lắp đặt trên mái nhà làm việc Bộ Công Thương - Hà Nội có công suất lắp đặt 2.7kW, hai cột đèn năng lượng mặt trời kết hợp năng lượng gió được lắp đặt tại Ban quản lý dự án Công nghệ cao Hòa Lạc, trị giá 8.000 USD, có thể sử dụng trong 10h mỗi ngày, có thể thắp sáng 4 ngày liền trong điều kiện không có nắng và gió. 1.2 Bức xạ mặt trời Mặt trời là quả cầu lửa khổng lồ với đường kính trung bình khoảng 1,39 triệu km và ở cách Trái đất khoảng 150 triệu km. Nhiệt độ bề mặt của mặt trời vào khoảng 5800K, trong khi đó nhiệt độ ở vùng trung tâm của mặt trời rất lớn, vào khoảng 8.106K đến 40.106K. Mặt trời được xem là một lò phản ứng nhiệt hạch hoạt động liên tục. Có 2 loại bức xạ mặt trời (BXMT) là BXMT đến bên ngoài bầu khí quyển và BXMT đến trên mặt đất. 1.2.1 Bức xạ mặt trời đến bên ngoài bầu khí quyển BXMT đến bên ngoài bầu khí quyển có giá trị khá ổn định ứng với một vị trí khảo sát cụ thể và có phương rất rõ ràng, đó là đường nối từ mặt trời đến vị trí khảo sát. Các khảo sát thực tế cho thấy - về mặt giá trị - BXMT đến bên ngoài bầu khí quyển cũng có những biến đổi nhẹ. Có 2 lý do gây ra sự biến đổi này: sự biến đổi lượng bức xạ xuất phát từ mặt trời do các hiện tượng diễn ra trong nội bộ mặt trời và sự biến đổi của khoảng cách từ mặt trời đến Trái đất. Đối với các bài toán kỹ thuật, có thể xem cường độ bức xạ phát ra từ mặt trời là ổn định và BXMT đến bên ngoài bầu khí quyển là BXMT đến trên mặt đất nhưng không tính đến ảnh hưởng của bầu khí quyển. 1.2.2 Bức xạ mặt trời đến trên mặt đất Khi các tia BXMT đi vào bầu khí quyển, do ảnh hưởng của bầu khí quyển và các vật thể li ti có trong bầu khí quyển cho nên các tia BXMT sẽ phải chịu hiện tượng hấp thụ và phản xạ. Về cơ bản, hiện tượng hấp thụ các tia BXMT là do ôzôn và hơi nước, mức độ hấp thụ khác nhau tùy theo bước sóng. Ứng với các tia cực tím có bước sóng nhỏ hơn 0,29m thì khả năng hấp thụ các tia bức xạ của ôzôn rất mạnh, ứng với các tia có bước sóng lớn hơn 0,29m thì khả năng hấp thụ của ôzôn giảm xuống đáng kể, khi bước sóng vượt quá 0,35m thì ôzôn không còn khả năng hấp thụ các tia bức xạ được nữa. Trong khi đó, hơi nước có khả năng hấp thụ mạnh các tia hồng ngoại. Đặc biệt, ở 5 trong vùng lân cận các bước sóng 1m, 1,4m và 1,8m thì khả năng hấp thụ các tia hồng ngoại của hơi nước rất mạnh. Chính hiện tượng hấp thụ làm giảm cường độ của các tia bức xạ và làm cho quang phổ của các tia bức xạ đến mặt đất thu hẹp lại, có thể nói các tia bức xạ có bước sóng lớn hơn 2,3m rất khó đến được bề mặt Trái đất. Cùng với hiện tượng hấp thụ, hiện tượng phản xạ làm một bộ phận của tia bức xạ bị đổi phương, do đó phương của thành phần bị phản xạ không rõ ràng. Kết quả của các hiện tượng vừa nêu là, càng tiến đến gần bề mặt đất, cường độ của các tia bức xạ tổng càng giảm. BXMT tới mặt đất gồm hai thành phần được gọi là trực xạ và nhiễu xạ: - Trực xạ là thành phần tia mặt trời đi thẳng từ mặt trời tới điểm quan sát trên mặt đất không bị thay đổi phương truyền. Nó phụ thuộc vào vị trí mặt trời và thời tiết. - Nhiễu xạ là các thành phần gồm các tia sáng đến điểm quan sát từ mọi hướng do các tia mặt trời khi qua lớp khí quyển của quả đất bị tán xạ, nhiễu xạ trên các phần tử khí, hơi nước, các hạt bụi…Thành phần nhiễu xạ cũng phụ thuộc vào vị trí mặt trời và thời tiết. Tổng của các thành phần trực xạ và nhiễu xạ gọi là tổng xạ. Các đại lượng trực xạ, nhiễu xạ, tổng xạ được đo trong cả ngày và theo đơn vị MJ/m2.ngày hay KW/m2.ngày. Thông thường ở các trạm khí tượng thủy văn người ta đo trực xạ, nhiễu xạ và tổng xạ trên mặt nằm ngang. Trong khi đó các bộ thu năng lượng mặt trời lại có bề mặt đặt nghiêng một góc nào đó nên cần phải có các hiệu chỉnh chuyển đổi từ cường độ bức xạ mặt trời đo được trên mặt nằm ngang sang mặt nghiêng. Tuy nhiên, số hiệu chỉnh này không lớn nên chúng ta có thể bỏ qua. 1.3 Hiệu ứng nhà kính và bộ thu phẳng 1.3.1 Hiệu ứng nhà kính Bộ thu phẳng được chế tạo dựa trên nguyên lý “hiệu ứng nhà kính”. 6
- Xem thêm -

Tài liệu liên quan