Solar Time (ST) Clock Time (CT) +
4 min LT Meridian Local Longitude + (min) E
Ví dụ 7.5 – Giờ mặt trời và giờ đồng hồ
• Tính giờ đồng hồ ngay giữa trưa ở Boston (71.1˚ kinh Tây) vào ngày 1.7 với Eastern Daylight Time (giờ đồng hồ quy định chậm hơn 1 giờ vào mùa Đông)
• Ngày 1.7 có n = 182
• Từ Phương trình thời gian (7.12) và (7.13) có
360 360
= ( 81) (182 81) 99.89
364 364
B n
= 9.87sin 2 7.53cos 1.5sin = 3.5 min
E B B B
Ví dụ 7.5 – Giờ mặt trời và giờ đồng hồ
• The local time meridian for Boston is 75˚, so the
difference is 75 ˚-71.7 ˚, and we know that each degree corresponds to 4 minutes
• Using (7.14)
• But we need to adjust it for Daylight Savings, so add 1 hour
= 4 min/ 75 71.1 ( 3.5min)
CT ST
= 12 : 00 12.1min 11: 49.9 AM EST
CT
= 12 : 49.9 AM EDT CT
Mặt trời mọc và mặt trời lặn
• Có thể tính toán gần đúng giờ bình minh và hoàng hôn bằng cách giải pt (7.8) khi cao độ bằng 0:
• HSR >0 khi mặt trời mọc, và < 0 khi mặt trời lặn
sin cos cos cosL H sin sin (7.8) L sin cos cos cosL H sin sinL 0 (7.15)
sin sin
cos = tan tan (7.16) cos cos
H L L
L
cos ( tan tan ) (7.17) 1
HSR L
Hour angle of sunrise
Gio` (hinh hoc) 12 : 00 (7.18)
15 /
HSR
h
Mặt trời mọc và mặt trời lặn
• Khí tượng thủy văn xác định thời điểm mặt trời mọc/lặn ở đỉnh của mặt trời thay vì ở tâm mặt trời như tính toán hình học
• Và xét thêm khúc xạ của khí quyển (bình minh sớm hơn và hoàn hôn trễ hơn 2,4 phút)
• Hệ số hiệu chỉnh Q
• Giờ hình học trừ bớt Q khi mặt trời mọc hay lặn.
3.467
Q (min) (7.19) cos cos sinL HSR
Mặt trời mọc và mặt trời lặn
Chùm tia bức xạ trực tiếp
• Chùm tia bức xạ trực tiếp (Direct beam radiation) IBC – đi theo đường thẳng qua bầu khí quyển tới người nhận
• Bức xạ tán xạ (Diffuse radiation) IDC – phân tán bởi các phân tử trong bầu khí quyển
• Bức xạ phản xạ
(Reflected radiation) IRC – phản chiếu từ bền mặt phản xạ
Hình 7.18
Cường độ bức xạ ngoài khí quyển I0
• Tính toán cho ngày bầu trời quang đảng
• I0 là công suất bức xạ qua một đơn vị diện tích bên ngoài bầu khí quyển.
• I0 phụ thuộc vào khoảng cách giữa trái đất và mặt trời (có thể ước định được theo từng ngày trong năm)
• Bỏ qua các vết đen của mặt trời, I0 có thể tính:
• SC = hằng số mặt trời = 1.377 kW/m2
• n = ngày trong năm
2 0
SC 1 0.034cos 360 (W/m ) (7.20) 365
I n
Cường độ bức xạ ngoài khí quyển I0
• Hằng năm, chỉ gần một nửa I0 truyền tới được bề mặt trái đất dưới dạng bức xạ trực tiếp (IB)
• Khi trời quang, bức xạ trực tiếp có thể lên đến 70% I0
Hình 7.19
Sự suy giảm bức xạ qua bầu khí quyển
• Có thể tính độ suy giảm cường độ bức xạ qua bầu khí quyển theo hàm mũ:
(7.21)
km
IB Ae
• 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 (7.4)
Sự suy giảm bức xạ qua bầu khí quyển
Từ bảng 7.6, A, k và C có thể được tính theo phương trình:
2
1160 75sin 360 275 (W/m ) (7.22) A 365 n
0.174 0.035sin 360 100 (7.23) k 365 n
0.095 0.04sin 360 100 (7.28) 365
C n
Cường độ nắng qua bề mặt thu
• Bức xạ trực tiếp IBC là hàm giữa của góc hợp bởi tia nắng và mặt phẳng thu:
• 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.
• Bức xạ phản xạ IRC đến từ một bề mặt trước tấm thu, và phụ thuộc độ phản xạ rcủa bề mặt đó.r0.8 với tuyết, và 0.1 với mái lợp.
.
DH B
I C I
BC B cos
I I
? I
Solar Insolation on a Collecting Surface, cont.
1 cos2
r
RC BC DH
I I I
sin 1 cos 2
r
RC B
I I C
0!!!
Hệ thống xoay theo mặt trời - Tracking Systems
• Hầu hết pin mặt trời được lắp cố định. Nhưng cũng có một số hệ thống xoay theo mặt trời có hiệu quả hơn.
• Hệ thống mặt trời có thể chỉ gồm 1 trục (xoay theo giờ trong ngày), hoặc 2 trục (theo cao độ (lên-xuống) và theo góc phương vị (Đông-Tây)).
• Hệ xoay theo mặt trời có thể tăng thêm đến 20% công suất với hệ 1 trục, và 25- 30% công suất với hệ 2 trục.
Cường độ nắng theo từng tháng trong năm
• Với hệ pin mặt trời lắp cố định, công suất bức xạ nhận được phụ thuộc nhiều vào góc nghiêng lắp đặt. Tùy theo tiêu chí sử dụng mà có thể chọn góc nghiêng phù hợp.
US Annual Insolation
Worldwide Annual Insolation
Vào năm 2007, tổng công suất PV trên thế giới khoảng 7800 MW, với hầu hết ở Đức (3860 MW), Nhật (1919 MW), Mỹ (830 MW) và Tây Ban Nha (655MW).
Worldwide Annual Insolation
Worldwide Annual Insolation
Tế bào quang điện
Pin quang điện
Pin quang điện
Vật liệu quang điện
Mức năng lượng
Mức năng lượng
Mức năng lượng
Mức năng lượng
Mức năng lượng
Mức năng lượng
Phổ năng lượng mặt trời
Phổ năng lượng mặt trời
Ảnh hưởng của mức năng lượng lên hiệu suất quang điện
Hiệu suất chuyển đổi quang điện thực tế
Mối nối p-n
Mối nối p-n
Mối nối p-n
Diode dùng mối nối p-n
k: hằng số Boltzmann
Diode dùng mối nối p-n
Thường chọn Vd ≈ 0,6V cho pin Silic khi làm việc!
Tế bào quang điện
Mạch tương đương đơn giản của tế bào quang điện
Mạch tương đương đơn giản của tế bào quang điện
Mạch tương đương đơn giản của tế bào quang điện
Mạch tương đương đơn giản của tế bào quang điện
Mạch tương đương đơn giản của tế bào quang điện
Mạch tương đương đơn giản của tế bào quang điện
Ví dụ: 8.3.1: Tính dòng ngược bảo hòa của diode trong tấm pin mặt trời 60 tế bào ghép nối tiếp sau:
Biết V=30.6V, Rp=1.76Ω. Tính I?
Mạch tương đương đơn giản của tế bào quang điện
Mạch tương đương chính xác của tế bào quang điện
Mạch tương đương chính xác của tế bào quang điện
Mạch tương đương chính xác của tế bào quang điện
Mạch tương đương chính xác của tế bào quang điện
Mạch tương đương chính xác của tế bào quang điện
Mạch tương đương chính xác của tế bào quang điện
Mạch tương đương chính xác của tế bào quang điện
Ghép các tế bào quang điện
Ghép các tế bào thành tấm pin
Ghép các tế bào thành tấm pin
Năng lượng mặt trời
Ghép nối tiếp nhiều tấm pin
Ghép song song nhiều tấm pin
Ghép nối nhiều tấm pin
Ghép nối nhiều tấm pin
Đặc tuyến I-V của pin quang điện
Đặc tuyến I-V
Đặc tuyến I-V
Năng lượng mặt trời
Tác động của nhiệt độ và cường độ bức xạ
Tác động của nhiệt độ và cường độ bức xạ
Isc = 0.05%/oC
Voc = - 0.37%/oC
PR = - 0.5%/oC
Tác động do bóng che
Năng lượng mặt trời
Tác động do bóng che
Tác động do bóng che
Tác động do bóng che
Tác động do bóng che
Tác động do bóng che
Tác động do bóng che
Năng lượng mặt trời
Tác động do bóng che
Công nghệ chế tạo pin quang điện
Pin quang điện dùng tinh thể silicon
Hình 8.45: Một cách phân nhánh để trình bày về các kỹ thuật quang điện. Tỷ lệ dựa theo thị phần PV vào cuối những năm 1990.
Kỹ thuật Czochralski tạo silicon đơn tinh thể
Hình 8.46: Phương pháp Czochralski tạo ra silicon đơn tinh thể.
Hình 8.47: Sự phát triển của các tế bào năng lượng mặt trời CZ-silicon. (a) Độ dày của phiến bán dẫn của một tế bào những năm 1970. (b) Tế bào có rãnh laser và điện cực chìm trên cả hai mặt. (c) Tế bào PERL. Theo Green (1993).
Kỹ thuật Czochralski tạo silicon đơn tinh thể
Hình 8.48: Tăng hiệu suất của các tế bào quang điện dùng silicon đơn tinh thể trong phòng thí nghiệm. Theo Bube (1998).
Các kỹ thuật kéo tấm silicon
Hình 8.49: Tấm tinh thể silicon có thể được kéo lên bằng phương pháp EFG (a) hoặc sử dụng 2 thanh kéo song song (b).
Các kỹ thuật kéo tấm silicon
Hình 8.50: Quy trình S-Web tạo ra tấm silicon liên tục, có thể pha tạp chất kích thích và cắt thành các tế bào hình chữ nhật. Theo Schmela (2000).
Đúc thỏi silicon đa tinh thể (Multicrystalline Silicon)
Hình 8.51: Đúc, cắt và cưa silicon để tạo thành wafer chưa các hạt tinh thể silicon, giữa các hạt tồn tại các lằn ranh phân chia.
Mô đun tinh thể Silicon
Hình 8.52: Các tế bào tinh thể được nối nối tiếp với nhau và sau đó được bảo vệ giữa các lớp thủy tinh, EVA, và polyme.
PIN QUANG ĐIỆN MÀNG MỎNG (THIN-FILM)
Silicon vô định hình
Hình 8.53: Mặt cắt ngang của một tế bào silicon vô định hình p-i-n. Độ dày
Silicon vô định hình
Hình 8.54: Mô đun a-Si dạng linh hoạt có thể cuộn lại và để lưu trữ khi không sử dụng. Theo SERI (1985).
Quy trình chế tạo Silicon vô định hình
Quy trình chế tạo Silicon vô định hình
Hình 8.55: Trình tự các bước thực hiện để tạo ra một môđun các tế bào silicon vô định hình.
Quy trình chế tạo Silicon vô định hình
Hình 8.56: Các tế bào riêng lẻ chạy theo chiều dài của một mô đun silicon vô định hình.