Báo cáo môn Cơ sở kinh tế năng lượng - Xu hướng phát triển và ứng dụng của pin mặt trời của nước ta

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN KINH TẾ VÀ QUẢN LÝ BÁO CÁO BÀI TẬP NHÓM CƠ SỞ KINH TẾ NĂNG LƯỢNG ĐỀ TÀI NHÓM 8: XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN VÀ ỨNG DỤNG CỦA PIN MẶT TRỜI CỦA NƯỚC TA Giáo Viên Hướng Dẫn: TS. PHẠM THỊ THU HÀ Nhóm sinh viên thực hiện : Mssv Lớp Nguyễn Thị Linh Nhâm 20104655 KTCN-k55 Hắc Ngọc Mạnh 20104737 KTCN-k55 Lê Văn Thông 20104824 KTCN-k55 Nguyễn Ngọc Thanh 20104765 KTCN-k55 Nguyễn Văn Phúc 20104597 KTCN-k55 Đỗ Văn Trong 20104888 KTCN-k55 MỤC LỤC Lý do chọn đề tài....tr 03 Chương 1: Tổng quan về Pin Mặt Trời.......tr 04 Khái niệm.......tr 04 Nguồn gốc và phân loại.tr 04 Nguyên lý hoạt động và cấu tạotr 06 Cấu hình tiêu biểu của pin mặt trờitr 07 Thế hệ pin mặt trời.....tr 08 Chương2: Cơ hội và thách thức của pin mặt trời.......tr 09 2.1.Tiềm năng điện pin mặt trời ở Việt Nam..tr 09 2.2.Cơ hội.........tr 09 2.3.Thách thức..tr 10 2.4.Giải quyết vấn đề.......tr 10 2.5.Mục tiêu phát triển pin mặt trời tại Việt Nam trong tương lai..tr11 Chương 3: Ưu nhược điểm của pin mặt trời...tr 12 3.1.Ưu điểm..............tr 12 3.2.Nhược điểm....tr 13 Chương 4:Xu hướng phát triển và ứng dụng pin mặt trời ở nước ta..tr 14 4.1.Xu hướng phát triển...tr 14 4.2.Một số thành tựu ứng dụng....tr 15 4.3.Kinh nghiệm triển khai ứng dụng..tr 16 Kết Luận.........tr 17 Tài liệu tham khảo.....tr 18 Lý do chọn đề tài Năng lượng là một nhu cầu thiết yếu của con người để tồn tại và phát triển. Trong đó, dạng năng lượng được sử dụng phổ biến nhất là điện năng vì chúng có thể phục vụ cho hầu hết mọi lĩnh vực trong đời sống. Những nguồn điện phổ biến hiện nay là thủy điện, điện hạt nhân, nhiệt điện Nhưng nhìn chung những nguồn cung cấp điện này không đáp ứng được yêu cầu của con người về lâu dài, đặc biệt là do những hậu quả mà chúng để lại cho môi trường. Do đó con người phải tìm một nguồn năng lượng mới để thay thế trong tương lai. Sử dụng năng lượng mặt trời là một giải pháp hứa hẹn nếu chúng ta có thể khai thác một cách hiệu quả.Vì đây là một nguồn năng lượng sạch và gần như vô tận.Một dụng cụ nhỏ gọi là tế bào mặt trời có thể sản xuất điện năng ngay từ ánh sáng mặt trời (trong tiếng Anh, “solar” có nghĩa là phải làm cái gì đó với Mặt trời). Một tế bào mặt trời không thải ra bất kì chất khí nào. Nó cũng chẳng gây ồn ào gì. Một tấm pin mặt trời là một nhóm tế bào mặt trời hoạt động đồng bộ với nhau. Từ khi pin mặt trời ra đời lần đầu tiên vào giữa thập niên chín mươi đã mở ra một hướng mới cho việc sử dụng năng lượng mặt trời. Tuy nhiên, cho đến nay Pin Mặt Trời vẫn chưa được sử dụng phổ biến do giá thành cao và hiệu suất còn thấp. Các nhà khoa học và nhà sản xuất trên thế giới đã và đang không ngừng tìm kiếm những giải pháp để nâng cao hiệu suất và giảm giá thành của Pin Mặt Trời. Riêng ở nước ta, tình trạng thiếu điện thường xuyên đã gây ra không ít thiệt hại cho nền kinh tế và ảnh hưởng đến đời sống, sinh hoạt của người dân. Điều này đòi hỏi phải có thêm nguồn năng lượng mới bổ sung vào những nguồn năng lượng hiện có. Do vậy, phát triển năng lượng tái tạo, trong đó có năng lượng mặt trời (NLMT) nói chung cũng như phát triển về pin mặt trời nói riêng đang trở thành một xu thế tất yếu cho tương lai của thế giới cũng như nước ta. Từ những lý do trên trong đề tài này chúng em xin thực hiện tìm hiểu về xu thế phát triển và ứng dụng của Pin Mặt Trời ở Việt Nam trong tương lai. CHƯƠNG 1 Tổng quan về pin Mặt Trời Khái niệm Pin năng lượng mặt trời (hay pin quang điện, tế bào quang điện), là thiết bị bán dẫn chứa lượng lớn các diod p-n, dưới sự hiện diện của ánh sáng mặt trời có khả năng tạo ra dòng điện sử dụng được. Sự chuyển đổi này gọi là hiệu ứng quang điện. Người ta ghép nhiều tấm pin mặt trời thành hệ thống pin mặt trời và đây là một trong những ứng dụng sử dụng nguồn năng lượng mặt trời nhiều nhất mà không hề thải ra bất kỳ chất khí nào. Một tấm pin mặt trời là một nhóm tế bào mặt trời hoạt động đồng bộ với nhau, và một tế bào mặt trời đơn giản điển hình có hai lớp silicon. Một lớp gọi là n, lớp kia gọi là p, các lớp đó có các tính chất khác nhau. Do các tế bào mặt trời sản sinh lượng điện năng rất ít, với đa số mục đích sử dụng, người ta cần nhiều tế bào mặt trời. vì lý do này, các tế bào thường được ghép với nhau thành module mặt trời, thỉnh thoảng nó còn được gọi là tấm PIN MẶT TRỜI. 1.2 Phân loại Có hai loại pin mặt trời PMT nhạy cảm chất màu DSC và PMT Silic. Vì nhiều lí do, hiệu suất loại pin nhạy cảm chất màu DSC này chỉ vào cỡ 11% thấp hơn hiệu suất của pin Mặt trời silic (12 - 15%). Nhược điểm nữa là có chứa chất lỏng phải có các biện pháp chống rò rỉ khi dùng lâu. (Loại pin này tuổi thọ là 10 năm, bằng một nửa tuổi thọ của pin Mặt trời silic). Tuy nhiên ưu điểm rõ rệt của loại pin này là: - Vật liệu chế tạo rẻ, dễ kiếm. Đặc biệt TiO2 là chất bột trắng hay dùng để làm sơn trắng rất phổ biến. - Kỹ thuật chế tạo đơn giản, không phải cần máy móc cao cấp đắt tiền như ở trường hợp pin Mặt trời silic. Thậm chí có thể làm pin mặt trời kiểu này theo cách thủ công. - Dễ dàng cải tiến nhiều khâu kỹ thuật, nhất là ứng dụng công nghệ nano để làm bột TiO¬2 có diện tích mặt ngoài cực lớn. Hiện nay đã có nhiều cải tiến đối với chất màu nhạy quang làm cho ánh sáng thuộc nhiều bước sóng trong phổ ánh sáng Mặt trời đều dễ dàng bị hấp thụ để kích thích làm thoát điện tử tạo ra dòng điện. Nhờ đó, khác với pin Mặt trời silic, loại pin Mặt trời mới này vẫn hoạt động tốt khi nắng yếu, đặc biệt là hoạt động với ánh sáng trong nhà. Cho tới hiện tại thì vật liệu chủ yếu cho pin mặt trời (và cho các thiết bị bán dẫn) là các silic tinh thể. Vật liệu xuất phát để làm pin mặt trời từ silic phải là bán dẫn silic tinh khiết. Ở dạng tinh khiết, còn gọi là bán dẫn dòng số hạt tải (hạt mang điện) là electron và lox trống (hole) như nhau. Để làm pin mặt trời từ bán dẫn tinh khiết phải làm ra bán dẫn loại n và bán dẫn loại p rồi ghép lại với nhau cho nó có được tiếp xúc p-n. Pin mặt trời từ tinh thể silic chia ra thành 3 loại: * Một tinh thể hay đơn tinh thể module sản xuất dựa trên quá trình Czochralski. Đơn tinh thể loại này có hiệu suất tới 16%. Chúng thường rất mắc tiền do được cắt từ các thỏi hình ống, các tấm đơn thể này có các mặt trống ở góc nối các module. * Đa tinh thể làm từ các thỏi đúc, đúc từ silic nung chảy cẩn thận được làm nguội và làm rắn. Các pin này thường rẻ hơn các đơn tinh thể, tuy nhiên hiệu suất kém hơn. Tuy nhiên chúng có thể tạo thành các tấm vuông che phủ bề mặt nhiều hơn đơn tinh thể bù lại cho hiệu suất thấp của nó. * Dải silic tạo từ các miếng phim mỏng từ silic nóng chảy và có cấu trúc đa tinh thể, Loại này thường có hiệu suất thấp nhất, tuy nhiên loại này rẻ nhất trong các loại vì không cần phải cắt từ thỏi silicon. Công nghệ trên là sản suất tấm, nói cách khác, các loại trên có độ dày 300 μm tạo thành và xếp lại để tạo nên module. 1.3 Cấu tạo và nguyên lí hoạt động Cấu tạo Nguyên lí hoạt động Thực tế thì xuất phát từ một phiến bán dẫn tinh khiết tức là chỉ có các nguyên tử Si để tiếp xúc p - n, người ta phải pha thêm vào một ít nguyên tử khác loại, gọi là pha tạp. Nguyên tử Si có 4 electron ở vành ngoài, cùng dùng để liên kết với bốn nguyên tử Si gần đó (cấu trúc kiểu như kim cương). Nếu pha tạp vào Si một ít nguyên tử phốt pho P có 5 electron ở vành ngoài, electron thừa ra không dùng để liên kết nên dễ chuyển động hơn làm cho bán dẫn pha tạp trở thành có tính dẫn điện electron, tức là bán dẫn loại n (negatif - âm). Ngược lại nếu pha tạp vào Si một ít nguyên tử bo B có 3 electron ở vành ngoài, tức là thiếu một electron mới đủ tạo thành 4 mối liên kết nên có thể nói là tạo thành lỗ trống (hole). Vì là thiếu electron nên lỗ trống mạng điện dương, bán dẫn pha tạp trở thành có tính dẫn điện lỗ trống, tức là bán dẫn loại p (positif - dương). Vậy trên cơ sở bán dẫn tinh khiết có thể pha tạp để trở thành có lớp là bán dẫn loại n, có lớp bán dẫn loại p, lớp tiếp giáp giữa hai loại chính là lớp chuyển tiếp p - n. Ở chỗ tiếp xúc p - n này một ít electron ở bán dẫn loại n chạy sang bán dẫn loại p lấp vào lỗ trống thiếu electron, ở đó. Kết quả là ở lớp tiếp xúc p-n có một vùng thiếu electron cũng thiếu cả lỗ trống, người ta gọi đó là vùng nghèo. Sự dịch chuyển điện tử để lấp vào lỗ trống tạo ra vùng nghèo này cũng tạo nên hiệu thế gọi là hiệu thế ở tiếp xúc p - n, đối với Si vào cỡ 0,6V đến 0,7V. Đây là hiệu thế sinh ra ở chỗ tiếp xúc không tạo ra dòng điện được. Nhưng nếu đưa phiến bán dẫn đã tạo lớp tiếp xúc p - n phơi cho ánh sáng mặt trời chiếu vào thì photon của ánh sáng mặt trời có thể kích thích làm cho điện tử đang liên kết với nguyên tử bị bật ra khỏi nguyên tử, đồng thời ở nguyên tử xuất hiện chỗ trống vì thiếu electron, người ta gọi là photon đến tạo ra cặp electron - lỗ trống. Nếu cặp electron - lỗ trống này sinh ra ở gần chỗ có tiếp p - n thì hiệu thế tiếp xúc sẽ đẩy electron về một bên (bên bán dẫn n) đẩy lỗ trống về một bên (bên bán dẫn p). Nhưng cơ bản là electron đã nhảy từ miền hoá trị (dùng để liên kết) lên miền dẫn ở mức cao hơn, có thể chuyển động tự do. Càng có nhiều photon chiếu đến càng có nhiều cơ hội để electron nhảy lên miền dẫn. Nếu ở bên ngoài ta dùng một dây dẫn nối bán dẫn loại n với bán dẫn loại p (qua một phụ tải như lèn LED chẳng hạn) thì electron từ miền dẫn của bán dẫn loại n sẽ qua mạch ngoài chuyển đến bán dẫn loại p lấp vào các lỗ trống. Đó là dòng điện pin Mặt trời silic sinh ra khi được chiếu sáng. 1.4 Cấu hình tiêu biểu của pin mặt trời 1.5 Thế hệ pin Mặt Trời Thế hệ 1: PMT dạng khối, đơn tinh thể silic (còn gọi là PMT kiểu truyền thống) được chế tạo từ wafer silic, loại PMT này có hiệu suất rất cao, tuy nhiên giá thành đắt, khó lắp đặt, kích thước nhỏ.  Thế hệ 2: PMT được chế tạo theo công nghệ màng mỏng, các loại vật liệu tạo thành phong phú hơn như silic đa tinh thể, vô định hình, CdTe (cadmium telurit), các hợp kim của CIGS (gồm đồng, indium, galium và selen) và các loại bán dẫn màng mỏng khác. PMT thế hệ này có hiệu suất không cao bằng thế hệ đầu nhưng giá thành rẻ hơn, diện tích phơi sáng lớn hơn, gọn nhẹ hơn, có thể tích hợp nhiều chức năng hơn.  Thế hệ 3: Dạng nano tinh thể, pin quang – điện – hóa, PMT có thành phần hữu cơ như PMT nhuộm, PMT polymer. Ưu điểm lớn nhất của PMT thế hệ này là giá thành rẻ hơn hẳn hai thế hệ trước, việc lắp đặt và vận chuyển rất dễ dàng, kích thước và hình dạng của hệ rất phong phú và có thể tùy chỉnh theo nhu cầu sử dụng, tuy nhiên hiệu suất thường không cao và quá trình chế tạo có thể gây ô nhiễm môi trường.  Thế hệ 4: PMT lai vô cơ - hữu cơ, được chế tạo từ vật liệu nano tinh thể phủ trên ma trận nền nhựa. Thế hệ PMT này cải thiện được hiệu suất so với PMT  thế hệ thứ ba và thân thiện với môi trường hơn. PMT thế hệ thứ tư đang là hướng nghiên cứu được chú trọng hiện nay ở các nước phát triển.  Ngoài ra, trên thế giới hiện nay còn có các loại PMT có hình dáng, tính chất độc đáo. Ví dụ như: tấm PMT trong suốt có thể lắp thay kính ở các toàn nhà, hay thay kính oto máy bayvà ý tưởng sản xuất pin mặt trời bằng chất dẻo quang điện có thể cuộn tròn tấm PMT như một tờ giấy, CHƯƠNG 2 CƠ HỘI VÀ THÁCH THỨC 2.1 Tiềm năng phát triển điện Mặt Trời ở Việt Nam Việt Nam nằm ở vùng nhiệt đới cận xích đạo nên có số giờ nắng trung bình  ngày khá cao, ở miền Nam trung bình đạt 6.5 giờ/ngày, miền Bắc là 4.1 giờ/ngày, một số địa phương có số giờ nắng trung bình ngày cao như Cần Thơ: 6.9 giờ/ngày,  Đà Lạt: 6.1 giờ/ngày,  Cường độ tổng lượng bức xạ trung bình ngày thuộc loại cao trên thế giới: 5  kWh/m2 (các khảo sát trên thế giới cho thấy cường độ tổng lượng bức xạ trung bình ngày cao nhất đạt 7 kWh/m2 , thấp nhất 2 kWh/m2).  Những số liệu trên cho thấy Việt Nam có rất nhiều điều kiện thuận lợi cho việc phát triển năng lượng mặt trời.  Cơ hội 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) Đối với những nước nắng nóng nhiều như Việt Nam, thì điện mặt trời lại càng trở nên hấp dẫn. Tài nguyên thủy điện, than, khí đốt đang ngày càng cạn kiệt đòi hỏi cần các loại năng lượng sạch và lâu dài hơn khác thay thế. Hiện nay, tần suất mất điện lưới do hệ thống bị quá tải, thường hay xảy ra trên lưới điện, và giá điện từ điện truyền thống cũng có chiều hướng gia tăng đó là một thuận lợi lớn cho điện mặt trời. Hiện nay Việt Nam sản xuất đủ lượng điện để phục vụ cho nhu cầu của người tiêu dùng trong suốt buổi tối, nhưng lại thiếu hụt trầm trọng năng suất vào ban ngày, thời điểm đòi hỏi lượng điện lớn cung cấp cho người tiêu dùng. Doanh nghiệp vừa và nhỏ tại Việt Nam cần phải giảm chi phí. Chi phí điện ngày càng tăng đang trở thành một trong những chi phí lớn nhất cho hoạt động của những doanh nghiệp vừa và nhỏ. Với tốc độ tăng thuế điện hiện nay, chi phí điện vào ban ngày sẽ tăng gấp đôi trong vòng bảy năm tới. Thách thức Dùng bán dẫn silic tạo ra tiếp xúc p - n để từ đó làm pin Mặt trời là một tiến bộ lớn trên con đường trực tiếp biến ánh sáng Mặt trời thành dòng điện để sử dụng. Tuy nhiên pin Mặt trời silic có một số hạn chế về kinh tế, kỹ thuật. *Về kỹ thuật: Người sử dụng không tuân theo quy trình vận hành. Đấu tắt không qua bộ điều khiển khi ắc quy yếu, làm ắc quy cạn kiệt, dẫn đến mau hỏng. Trong 100 dàn đầu tiên cho các hộ gia đình lắp tại tỉnh Tiền Giang và Trà Vinh, vì công suất mỗi dàn quá nhỏ (22,5 Wp), nhu cầu dùng lại lớn nên ắc quy luôn luôn ở trạng thái cạn kiệt và dẫn đến hỏng hàng loạt ắc quy. * Về kinh tế: Trước mắt, PMT chỉ ứng dụng ở các vùng sâu, vùng cao và hải đảo, nơi không thể đưa lưới điện quốc gia đến được. Song phần lớn thu nhập của người dân vùng này thấp, trong khi giá thành đầu tư ban đầu của PMT hiện tại còn rất cao. * Giá thành của PMT : Giá thành lắp đặt dàn PMT bình quân chung trong cả nước vào khoảng 12 - 14 USD/Wp (áp dụng cho hộ gia đình và dàn tập thể). Giá thành trên không bao gồm chi phí vận chuyển. Chi phí vận chuyển vào khoảng 5 - 7% giá trị thiết bị. 2.4 Giải quyết vấn đề Việt Nam khá giàu các nguồn năng lượng tái tạo. Chúng ta đã phát triển rất mạnh thủy điện, bước đầu khai thác phong điện. Hi vọng trong tương lai gần chúng ta sẽ có thêm điện mặt trời phục vụ sản xuất và sinh hoạt Khi mà giá thành của việc đầu tư điện mặt trời còn cao, chưa có hiệu quả kinh tế rõ rệt, nhà nước nên khuyến khích đầu tư vào điện mặt trời bằng các trợ cấp của chính phủ. Chẳng hạn như nhà nước cam kết mua lại điện của những nhà dân lắp đặt hệ thống điện mặt trời với giá cao gấp mấy lần giá bán điện trong vòng nhiều năm, để người dân có thể thu hồi được vốn đầu tư vào điện mặt trời với tốc độ tương đương so với các đầu tư khác. Nhà nước bù lỗ để đổi lấy môi trường sạch sẽ, và khuyến khích đầu tư phát triển công nghệ điện mặt trời. Và những năm tới, nhà nước có thể cắt giảm dần trợ cấp chính phủ cho những người đầu tư vào điện mặt trời, nhưng bù lại giá thành đã rẻ đến mức không cần trợ cấp của chính phủ vẫn có lãi về kinh tế. Muốn vậy, Nhà nước cần sớm ra quy chế hoạt động cho điện mặt trời cũng như có các chính sách hỗ trợ phù hợp cho người dân bỏ vốn đầu tư làm ra điện mặt trời. Nếu Nhà nước có chính sách thích hợp, người dân sẽ tự bỏ tiền đầu tư sản xuất điện mặt trời. Khi ấy, Nhà nước đỡ phải chi nhiều vốn đầu tư cho ngành điện. Phía các nhà sản xuất, nên quan tâm thường xuyên đến các dịch vụ sau bán hàng, bảo trì, bảo dưỡng, để sản phẩm có tính cạnh tranh cao hơn và mở rộng được thị trường tiêu thụ Đẩy mạnh phát triển khoa học kỹ thuật. Tìm kiếm thêm có vật liệu chính có giá thành rẻ giúp hạ giá thành của loại năng lượng này. Miền Bắc nước ta vào mùa đông rất ít nắng. Vì thế khá thiệt thòi cho người dân khi không thể tận dụng hết được khả năng của sản phẩm sử dụng năng lượng mặt trời. Giải pháp được đưa ra ở đây đó là nếu mùa đông lượng ánh sáng được nạp vào tấm pin mặt trời của nhà bạn không đủ để sạc đầy ác quy, bạn có thể lắp thêm một tấm Pin năng lượng mặt trời khác để tăng hiệu suất sử dụng lên. Khi xạc đầy có thể tháo tấm pin và mang vào nhà nếu cần thiết. Chỉ cần xem xét để đặt tấm pin mặt trời ở vị trí nào để đón nắng nhiều nhất là được. Để đón nắng nhiều nhất nên đặt tấm pin theo hướng Nam chếch Tây 15 độ . Vị trí này sẽ đón nắng cả ngày. 2.5 Mục tiêu phát triển pin Mặt Trời tại Việt Nam trong tương lai Đưa nhiều lợi ích tốt đến cuộc sống của của tất cả mọi người Khai thác hiệu quả ĐMT đảm bảo an ninh NL quốc gia trong mọi tình huống và cùng với lưới Quốc gia điện khí hóa 100% toàn bộ lãnh thổ Việt Nam vào năm 2025. Trở thành một nước có nền công nghiệp NLMT tiên tiến, cạnh tranh thế giới, dựa trên chính tiềm năng NLMT dồi dào của mình. CHƯƠNG 3 ƯU NHƯỢC ĐIỂM CỦA PIN MẶT TRỜI 3.1.Ưu điểm Trong trường hợp khi xây các nhà điện sử dụng các tấm pin năng lượng mặt trời có một số ưu điểm. Thường thì chúng có thể được xây dựng nhanh hơn các nhà máy đốt dầu, than đá hoặc nhà máy sử dụng nhiên liệu hạt nhân. Nếu cần công suất lớn hơn, thì chúng dễ mở rộng hơn các loại nhà máy khác. Các nhà máy đốt dầu và than đá sử dụng một lượng lớn nhiên liệu. Nhiên liệu này có thể đắt tiền và việc đốt cháy nó có thể giải phóng các chất độc hại. Qúa trình vận chuyển nhiên liệu đến nhà máy điện cũng gây ra các trở ngại đối với môi trường. Với các nhà máy điện mặt trời thì không có những vấn đề trở ngại như vậy. Không những thế, điện mặt trời còn có những điểm ưu việt hơn hẳn các loại nhà máy điện khác: Sạch, an toàn, không làm ô nhiễm môi trường như nhà máy nhiệt điện, không có nguy cơ gây thảm họa như là vỡ đập thủy điện hay nổ nhà máy điện nguyên tử, có thể được lắp đặt mọi nơi, mọi kích thước, từ một cái mái nhà nhỏ cũng có thể phủ các tấm điện mặt trời để cung cấp điện cho nhà, cho đến khu trạm điện mặt trời lớn với công suất hàng chục triệu watt trở lên, đủ cung cấp điện cho cả một thành phố. Hơn thế nữa, các bảng điện mặt trời đặt trên mái nhà còn có tác dụng làm cho nhà đỡ bị hun nóng, đỡ tốn điện cho quạt gió hay điều hòa nhiệt độ. Những vùng hoang vu, sỏi đá, khô cằn, không tốt cho nông lâm nghiệp hay khu công nghiệp, cũng có thể biến thành các nhà máy điện mặt trời với hiệu quả kinh tế cao. Hệ thống PMT mặt trời có độ tin cậy rất cao, hầu như không phải bảo trì có thể hoạt động hoàn toàn độc lập. Ưu điểm của silic không phải là tính linh hoạt và hiệu suất chuyển đổi năng lượng cho tế bào mà nó nằm ở số lượng vật liệu được sử dụng và giá cả của nó. Để tạo ra một tế bào chỉ cần 1% số nguyên liệu cần thiết là đủ. Hơn nữa, phần lớn số nguyên liệu này là polyme – loại vật liệu rất rẻ và phổ biến trên thị trường. Tấm năng lượng mặt trời tạo thành từ nhiều pin mặt trời. Mặc dù mỗi pin chỉ cung cấp một lượng nhỏ năng lượng, nhưng nhiều pin trải dài trên một diện tích lớn tạo nên nguồn năng lượng đủ dùng. Các tấm pin mặt trời có rất nhiều ưu điểm. Silicon sử dụng trong đa số tấm là chất liệu rất phổ biến. Cát trên bãi biển có thành phần cấu tạo chủ yếu là silicon. Các tấm pin mmặt trời là đáng tin cậy. “Nhiên liệu” mà chúng sử dụng –ánh sang mặt trời – có sẵn dồi dào. Đó là nguồn tài nguyên có thể hồi phục sẽ tồn tại gần như mãi mãi. Các nhà khoa học biết rang Mặt trời sẽ tỏa sang trong hàng tỉ năm nữa . Ngoài ra, các tấm pin mặt trời còn sản xuất điện năng ngay tại nơi sư dụng chúng. Như vậy sẽ không cần dây dẫn hay cáp nối dẫn điện đi từ một nhà máy điện ở xa. Khi sử dụng, các tấm pin mặt trời hầu như chẳng có tác động đối với môi trường. Chúng im lim. Chúng không nhả bụi hoặc các chất khí thải vào không khí. Chúng không làm cho nước nhiễm độc. Chúng không tạo ra các chất thải nguy hiểm. 3.2 Nhược điểm Vật liệu xuất phát là silic tinh khiết nên rất đắt. Ban đầu là làm từ sili đơn tinh thể dùng trong công nghệ vi điện tử, tuy chỉ là dùng đầu thừa đuôi thẹo nhưng giá vẫn là khá cao. Đã có những cách dùng silic đa tinh thể, silic vô định hình tuy hiệu suất thấp hơn nhưng bù lại giá rẻ hơn. Nhưng xét cho cùng thì vật liệu silic sử dụng phải là tinh khiết nên giá thành rẻ hơn không nhiều. Còn nữa trong khi ánh sáng mặt trời có nhiều và không phải trả đồng xu nào hết, nhưng các tấm pin mặt thì không rẻ đâu. Mặt dù tiền điện bạn không phải chi trả cho hệ mặt trời làm gì. Trong nhiều trường hợp ngày nay, tổng chi phí hỏa ra có thể cao hơn cả diện lấy từ lưới điện. Điều này có thể thay đổi trong tương lai. tuy nhiên đó là vì gia thành sản xuất điện bởi các nhà máy chạy dầu tăng. Đồng thời, khi bạn sử dụng nhiều tấm pin mặt trời hơn, thì giá thành của các tấm pin cũng có. Đó là chưa kể tiền phải tốn cho việc lưu trữ điện vào ắc quy để ban đêm giảm xuống ngày âm u tối trời có điện sử dụng. Còn nhiều lý do nữa, thí dụ photon bị phản xạ, bị hấp thụ nên hiệu suất của pin Mặt trời silic chỉ vào cỡ 12 đến 15% nghĩa là chỉ 12 đến 15% năng lượng của Mặt Trời đến là được biến thành năng lượng điện. Hiệu suất không cao, để chế tạo cần nhiều phương tiện, thiết bị cao cấp, nguyên liệu đầu vào khá đắt tính ra đối với Pin Mặt trời silic sau khi lắp đặt để có 1 watt điện phải mất cỡ 9 đôla. Những nhà máy điện mặt trời sản xuất những lượng lớn điện năng đòi hỏi diện tích đất rộng lớn và cũng đòi hỏi sử dụng rất nhiều tấm pin mặt trời đắt giá ngày nay. Gặp khó khăn trong việc thu thập ánh sáng mặt trời vào những ngày thời tiết mây mù và ban đêm cũng phụ thuộc vào vị trí của mặt trời. Bên cạnh đó, pin năng lượng mặt trời hiện tại chỉ có thể đạt sản lượng cao nhất trong một số điều kiện nhất định. Chẳng hạn, nếu mặt trời nằm ở góc độ không thuận lợi, ánh sáng mặt trời bị “hắt” khỏi pin thay vì được hấp thụ để tạo năng lượng. Năng lượng mặt trời chỉ có thể được sản xuất trong ngày, và không vào ban đêm. Một nữa là các tấm pin mặt trời sử dụng một nguồn tài nguyên có thể hồi phục so với các phương pháp sản xuất diện năng khác, thì chúng rất sạch. Nhưng chúng không hoàn hảo đâu. Bạn cần tiêu tốn năng lượng để biến các đổi silicon thành thứ có thể dễ sử dụng trong tế bào mặt trời. Năng lượng này thường ó nguồn gốc từ việc đốt cháy các nhiên liệu không thể hồi phục như than đá hoặc dầu mỏ. Việc đốt nhiên liệu giải phóng các chất khí độc vào môi trường trong không khí. Các nhà máy sản xuất tế bào mặt rời tạo ra rất ít chất thải độc hại. Tuy nhiên, rất ít chứ không phải không có. Các tấm pin mặt trời dùng trong nhiều năm sẽ bị hỏng. Các chuyên gia đang nghiên cứu các phương án tái chế chúng. CHƯƠNG 4 XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN VÀ ỨNG DỤNG PIN MẶT TRỜI Ở NƯỚC TA 4.1 Xu hướng phát triển Xu hướng làm pin Mặt trời giá rẻ là một xu hướng nổi bật nhất là trong tình hình khó khăn về năng lượng truyền thống như than, dầu mỏ, khí đốt, Với tốc độ khai thác hiện tại, thì các nguồn năng lượng hóa thạch sẽ gần như hết đi trong thế kỷ 21. Tương lai năng lượng của thế giới mà phải nằm ở những nguồn năng lượng tái tạo (renewable energy), ví dụ như năng lượng gió và thủy năng. Nhưng tổng cộng dự trữ của tất cả các nguồn khác này (trong đó chủ yếu là gió) chỉ bằng khoảng 1 % nguồn dự trữ năng lượng mặt trời. Bởi vậy có thể nói tương lai năng lượng của thế giới chính là năng lượng mặt trời. Lồng ghép sử dụng năng lượng mới và tái tạo vào chương trình tiết kiệm năng lượng và các mục tiêu quốc gia khác như điện khí hóa nông thôn, nước sạch, Trong tương lai gần, khi giá thành giảm đi thêm và hiệu quả chuyển ánh sáng thành điện tăng lên (hiện tại mới chỉ chuyển được khoảng 1/4 năng lượng ánh sáng thành điện), thì hiệu quả kinh tế của điện mặt trời sẽ còn vượt lên trên các loại năng lượng khác. Việc phát triển ngành công nghiệp sản xuất PMT giúp hạ giá thành sản phẩm, đa dạng hóa các nguồn cung cấp năng lượng nhằm đảm bảo an ninh năng lượng và bảo vệ MT. 4.2 Một số thành tựu ứng dụng Các pin năng lượng mặt trời có nhiều ứng dụng. Chúng đặc biệt thích hợp cho các vùng mà điện năng trong mạng lưới chưa vươn tới, các vệ tinh quay xung quanh quỹ đạo trái đất, máy tính cầm tay, các máy điện thoại cầm tay từ xa, thiết bị bơm nước... Pin năng lượng mặt trời (tạo thành các module hay các tấm năng lượng mặt trời) xuất hiện trên nóc các tòa nhà nơi chúng có thể kết nối với bộ chuyển đổi của mạng lưới điện. Theo sự phát triển, pin mặt trời rồi cũng không còn là sản phẩm công nghệ cao. Ví như nhiều sản phẩm dân dụng khác, pin mặt trời sẽ được gia công tại các quốc gia châu Á, châu Phi chứ không tập trung tại châu Âu, châu Mỹ. Việc ứng dụng pin mặt trời ở nước ta đang được phát triển rộng ra các ngành nghề cùng nhiều lĩnh vực khác nhau. Đi đầu trong việc phát triển ứng dụng này là ngành bưu chính viễn thông. Các trạm pin mặt trời phát điện sử dụng làm nguồn cấp điện cho các thiết bị thu phát sóng của các bưu điện lớn, trạm thu phát truyền hình thông qua vệ tinh. Ở ngành bảo đảm hàng hải, các trạm pin mặt trời phát điện 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 500 kV, thiết bị máy tính và sử dụng làm nguồn cấp điện nối với điện lưới quốc gia. Trong sinh hoạt của các hộ gia đình vùng sâu, vùng xa, các trạm pin mặt trời phát điện sử dụng để thắp sáng, nghe đài, xem vô tuyến. Trong ngành giao thông đường bộ, các trạm pin mặt trời phát điện dần được sử dụng làm nguồn cấp điện cho các cột đèn đường chiếu sáng. Để hiểu được hết tác dụng, hiệu quả và tầm quan trọng của hệ thống pin mặt trời phát điện, chúng ta có thể tìm hiểu hệ thống điện pin mặt trời nối lưới điển hình như : - Khu vực phía Nam ứng dụng các dàn PMT phục vụ thắp sáng và sinh hoạt văn hoá tại một số vùng nông thôn xa lưới điện. Khu vực miền Trung có bức xạ mặt trời khá tốt và số giờ nắng cao, rất thích hợp cho việc ứng dụng PMT. -Hiện tại ở khu vực miền Trung có hai dự án lai ghép với PMT có công suất lớn nhất Việt Nam, đó là dự án phát điện ghép giữa PMT và thuỷ điện nhỏ, công suất 125 kW được lắp đặt tại xã Trang, huyện Mang Yang, tỉnh Gia Lai và Dự án phát điện lai ghép giữa PMT và động cơ gió phát điện với công suất là 9 kW, trong đó PMT là 7 kW. Dự án trên được lắp đặt tại làng Kongu 2, huyện Đak Hà, tỉnh Kon Tum. Các dàn pin đã lắp đặt ứng dụng tại các tỉnh Gia Lai, Quảng Nam, Bình Định, Quảng Ngãi và Khánh Hoà, hộ gia đình công suất từ 40 - 50 Wp. Các dàn đã lắp đặt ứng dụng cho các trung tâm cụm xã và các trạm y tế xã có công suất từ 200 - 800 Wp. Hệ thống điện sử dụng chủ yếu để thắp và truyền thông; đối tượng phục vụ là người dân, do dân quản lý và vận hành. Lắp đèn năng lượng mặt trời trên đường phố Đà Nẵng sử dụng nguồn năng lượng mặt trời. - Ở khu vực phía Bắc việc ứng dụng các dàn PMT phát triển với tốc độ khá nhanh, phục vụ các hộ gia đình ở các vùng núi cao, hải đảo và cho các trạm biên phòng là Dự án PMT cho đơn vị bộ đội tại các đảo vùng Đông Bắc và dự án PMT cho các cơ quan hành chính và một số hộ dân của huyện đảo Cô Tô tại Quảng Ninh. Hai cột đèn năng lượng mặt trời kết hợp năng lượng gió đầu tiên được lắp đặt thành công tại Ban quản lý dự án Công nghệ cao Hòa Lạc. Ở Hà Nội, số công trình sử dụng pin mặt trời mới chỉ đếm trên đầu ngón tay như: Hệ thống pin mặt trời hòa vào mạng điện chung của Trung tâm Hội nghị Quốc gia, trạm pin mặt trời nối lưới lắp đặt trên mái nhà làm việc Bộ Công Thương, hai cột đèn năng lượng mặt trời kết hợp năng lượng gió đầu tiên được lắp đặt tại Ban quản lý dự án Công nghệ cao Hòa Lạc, Số địa phương lắp đặt: 40 tỉnh và thành phố; Bộ Bưu chính Viễn thông, Bộ Quốc phòng, Bộ Giao thông, v.v. 4.3 Kinh nghiệm triển khai ứng dụng Để việc triển khai ứng dụng đạt được hiệu quả tốt, cần tiến hành những bước sau: - Các sở khoa học công nghệ hoặc các sở công nghiệp của các tỉnh nên mở các lớp tập huấn và tuyên truyền, quảng cáo. - Phối hợp với các cơ quan địa phương mở lớp tập huấn cho các cán bộ kỹ thuật địa phương về lắp đặt, vận hành, bảo dưỡng và sửa chữa nhỏ. - Sau khi lắp đặt, cần hướng dẫn cặn kẽ cho các hộ sử dụng về quy định vận hành, bảo quản và bảo dưỡng thiết bị. - Trên cơ sở kết quả ứng dụng thí điểm, nghiên cứu thiết kế kỹ thuật lắp đặt phù hợp với trình độ dân trí và hợp lý về quy mô công suất để đáp ứng nhu cầu và khả năng kinh tế của dân địa phương. KẾT LUẬN Các Pin năng lượng Mặt Trời có nhiều ứng dụng. Chúng đặc biệt thích hợp cho các vùng mà điện năng trong mạng lưới chưa vươn tới, các vệ tinh quay xung quanh quỹ đạo trái đất, máy tính cầm tay, các máy điện thoại cầm tay từ xa, thiết bị bơm nước... Pin năng lượng mặt trời (tạo thành các module hay các tấm năng lượng mặt trời) xuất hiện trên nóc các tòa nhà nơi chúng có thể kết nối với bộ chuyển đổi của mạng lưới điện. Góp phần khắc phục khủng hoảng năng lượng và môi trường của nhân loại Lắp đặt và sử dụng PMT và sử dụng song song với điện lưới là rất có ích. Như vậy, ứng dụng pin mặt trời đang rất phát triển và là một xu thế chung tất yếu. Tài liệu tham khảo 1.”Bỏ rơi” năng lượng mặt trời (website) 2.Cơ hội và thác thức cho điện mặt trời(website) 3.Pin mặt trời và xu hướng trong tương lai(website) Thuvientructuyen.vn 4.Ebook về hoạt động của pin mặt trời(website) 5.Tích hợp pin năng lượng mặt trời trong thiết kế kiến trúc(website)