ݺߣ

ݺߣShare a Scribd company logo

Pin mặt trời và ứng dụng

•
•
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
1 of 42
www.themegallery.com LOGO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ-ĐHQGHN KHOA VẬT LÝ KỸ THUẬT & CÔNG NGHỆ NANO PIN MẶT TRỜI VÀ NHỮNG ỨNG DỤNG TRONG CUỘC SỐNG Sinh viên thực hiện: Hoàng Văn Nông Giảng viên: PGS.TS: Trần Thị Tâm Hà Nội-2013
LOGO Nội dung Tổng Quan1 Cấu ạo và nguyên lý hoạt ỵ2 Các thông số kỹ thuật3 Các thế hệ pin mặt trời4 Ứng dụng trong cuộc sống5
LOGO Tổng Quan Khái niệm: Pin mặt trời (Solar cells) hay Photovoltaic là linh kiện quang-ện chuyển đổi năng lượng ánh sáng mặt trời thành ện năng nhờ hiệu ứng quang ện trong.  Alexander Bequerel phát hiện ra hiệu ứng quang ện năm 1839.  Năm 1883, Charles Fritts chế ạo pin mặt trời từ các tấm Selenium, đạt hiệu suất dưới 1%.  Russell Ohl là người đầu tiên chế ạo pin mặt trời giống như các pin được sử dụng ngày nay (Năm 1941).  Năm 1954, các nhà khoa học (Calvin Fuller, Gerald Pearson, Daryl Chapin) tại phòng thí nghiệm Bell chế ạo thành công pin mặt trời Silicon chuyển tiếp p-n đạt hiệu suất 6%.
LOGO Tổng Quan  Mặt trời là 1 lò phản ứng nhiệt hạch khổng lồ, cách Trái đất khoảng 150 triệu km.  Năng lượng Mặt trời gồm bức xạ nhiệt và ánh sáng từ Mặt trời.  Trước khi vào bầu khí quyển cường độ bức xạ năng lượng ASMT là 1367W/m2  Trên bề mặt trái đất cỡ 1000W/m2  Năng lượng ánh sáng Mặt trời
LOGO Tổng Quan Phổ bức xạ năng lượng mặt trời
LOGO Tổng Quan  Thị trường ện năng lượng mặt trời Công suất (GW), tốc độ tăng trưởng 2005 5,3 36% 2006 6,9 30,2% 2007 9,4 36,2% 2008 15,8 68% 2009 23,2 47% 2010 40 72,4% 2011 69,7 74,3% 2012 >100 >43,5% Tốc độ tăng trưởng rất cao. Dự kiến vượt mốc 100GW ( 2012) cho toàn cầu (theo IEA)
LOGO Cấu ạo a. Cấu ạo
LOGO Cấu ạo Trang đầu tiên trong bản đăng kí bằng sáng chế pin mặt trời của Russell Ohl, năm 1941.
LOGO Cấu ạo Các pin mặt trời được ghép nối tiếp, song song hoặc hỗn hợp b. Lắp ghép các pin mặt trời
LOGO Nguyên lý hoạt ỵ Dựa vào hiện tượng quang ện trong: - Lớp bán dẫn p-n hấp thụ ánh sáng có bước sóng ạo ra cặp ện tử-lỗ trống và trở thành các hạt tải tự do. - Điện tử di chuyển về phía cực của bán dẫn loại n, lỗ trống di chuyển về phía cực của bán dẫn loại p. - Nếu bên ngoài nối giữa bán dẫn loại n và bán dẫn loại p bằng dây dẫn thì xuất hiện dòng ện. - Điện tử di chuyển ra khỏi ện cực (bán dẫn loại n) qua dây dẫn và đi tới ện cực (bán dẫn loại p) để tái hợp với lỗ trống. g C Vh E E E   
LOGO Nguyên lý hoạt ỵ Các vùng phát cặp ện tử - lỗ trống
LOGO Nguyên lý hoạt ỵ
LOGO Các thông số đặc trưng  Thế mạch hở (VOC) là hiệu ện thế V cực đại khi được chiếu sáng với thông lượng ϕ, khi đó R=∞, I=0.  Dòng đoản mạch (ISC) là dòng ện trong mạch của pin mặt trời khi làm ngắn mạch ngoài (V=0).
LOGO Các thông số đặc trưng  Hệ số lấp đầy(Fill Factor) là tỷ số giữa công suất cực đại với Pmax với tích số VOC.ISC Đặc trưng I-V ax . . . M MP MP SC OC SC OC P J V FF J V J V   ln( 0,72) 1 OC OC oc v v FF v     OC OC B e v V nk T   Công suất của pin mặt trời được xác định theo công thức: P=I.V Tại giá trị (IMP, VMP) khi đó công suất đạt cực đại (Pmax). Trong đó: n là hệ số độ lý tưởng của diode.
LOGO Các thông số đặc trưng  Hiệu suất hoạt ỵ ( ŋ ) là tỷ lệ phần trăm giữa năng lượng ện tối đa được ạo ra so với năng lượng ánh sáng chiếu tới.  Các yếu tố giới hạn lên hiệu suất: - Các chất bán dẫn chỉ hấp thụ ở 1 dải phổ nhất định. - Ảnh hưởng của tạp, khuyết tật tinh thể, hiệu ứng bề mặt. - Mất mát quang học - Mất mát do ện trở bán dẫn, lớp tiếp xúc…  Công suất đầu vào: Với: A là diện tích của pin mặt trời, thông lượng photon . .. OC SCMP MP IN IN V J FFV J P P    0 ( )( / )INP A hc d       ( ) 
LOGO Các thế hệ pin mặt trời  Thế hệ thứ nhất Vật liệu Silicon (đơn tinh thể và đa tinh thể) Chiếm khoảng 80-85% thị trường pin mặt trời. Hiệu suất chuyển đổi năng lượng tối đa 31% (lý thuyết). Đạt được tại phòng thí nghiệm: 25% cho đơn tinh thể. 20,4% cho đa tinh thể. Yêu cầu độ tinh khiết tinh thể rất cao
LOGO Các thế hệ pin mặt trời  Thế hệ thứ hai Công nghệ màng mỏng Vật liệu: CdTe, CIGS (Đồng, Indium, Galium, Selenium), Silicon vô định hình, nano tinh thể… Là các chất bán dẫn có vùng cấm thẳng. Lớp bán dẫn mỏng hơn (<1μm) khoảng 100-1000 so với silicon tinh thể. Hệ số hấp thụ cao hơn. Hiệu suất thấp hơn thế hệ thứ nhất.
LOGO Các thế hệ pin mặt trời  Thế hệ thứ ba Đã và đang được nghiên cứu mạnh mẽ. Một số dạng: Pin mặt trời ùԲ chất màu nhạy sáng (DSSC) Pin mặt trời ùԲ chấm lượng tử nhạy sáng (QDSSC) Pin mặt trời ùԲ hữu cơ (polymer) Pin mặt trời quang ện hóa Pin mặt trời lai vô cơ-hữu cơ Các hướng nghiên cứu tăng hiệu suất: đa chuyển tiếp (Multi-junction), hạt tải “nóng” (hot carrier), các dải tạp chất,…
LOGO Các thế hệ pin mặt trời  Pin mặt trời chấm lượng tử nhạy sáng Sử dụng các chấm lượng tử để hấp thụ ánh sáng mặt trời ạo ra các ện tử, lỗ trống tự do. Dùng các hạt nano bán dẫn TiO2 để dẫn diện tử. Các chất ện ly giúp tái hợp ện tử - lỗ trống.
LOGO Các thế hệ pin mặt trời
LOGO Các thế hệ pin mặt trời
LOGO Các thế hệ pin mặt trời Hiện nay giá mỗi tấm pin mặt trời vào khoảng 50-90$  Giá thành-tuổi thọ
LOGO Các thế hệ pin mặt trời  Giá thành-tuổi thọ Giá thành: 1-4$/W. Tuổi thọ trung bình: 25-30 năm.
LOGO Ứng dụng trong cuộc sống Các tấm pin mặt trời có nhiều màu sắc và mẫu mã khác nhau. có thể đặt trên tường hoặc trên mái nhà và hòa hợp vào đó. Các mái nhà uốn lượn và nghiêng có thể sử dụng các tấm pin màng mỏng  Ngôi nhà “Mặt trời”
LOGO  Nguồn ện cho những nơi chưa có ện lưới Pin mặt trời cho các đảo Trường Sa. Trên quần đảo hiện có tới 4.093 tấm pin mặt trời. Pin mặt trời cho các khu vực vùng sâu, vùng xa, biên giới.
LOGO
LOGO  Điện khí hóa nông thôn
LOGO Ứng dụng trong cuộc sống  Nguồn ện di ỵ
LOGO Ứng dụng trong cuộc sống  Nhà máy ện năng lượng mặt trời  Tổng công suất lắp đặt trên toàn cầu lên đến 12GW (03/2013). • Các nhà máy từ vài MW đến hàng trăm MW, Các nước đi đầu là: Trung quốc, Đức, Mỹ, Tây ban nha, Ý , Pháp… • Agua Caliente (Mỹ) – 397MW (hoàn thành vào năm 2014)
LOGO Sản phẩm tiêu ùԲ
LOGO Các ứng dụng  Thiết bị an ninh-bảo vệ
LOGO  Chiếu sáng công cộng-đèn giao thông
LOGO  Bơm nước
LOGO  Hàng rào ện
LOGO  Phương tiện giao thông
LOGO Solar Challenger: Máy bay NLMT đầu tiên (năm 1981)
LOGO  Hệ thống thông tin – Quan trắc Trạm phát sóng, Trạm quan trắc
LOGO  Quân sự
LOGO Vệ tinh – tàu thám hiểm Năm 1957, Sputnik, ứng dụng PMT có tuổi thọ 21/90 ngày. Vào năm 1958: VANGUARD1 là vệ tinh đầu tiên sử dụng nguồn ện được cung cấp từ pin mặt trời đã có tuổi thọ đến 6 năm.
LOGO Kinh thiên văn Hubble Trạm vũ trụ quốc tế ISS Xe tự hành
LOGO Tài liệu tham khảo • http://www.nrel.gov/ncpv/images/efficiency_chart.jpg • http://youtu.be/3KRHJSOgzcw • http://youtu.be/YMNW8-hTJ4M • Thesis: “Nanocomposite Enbles Sensitized Solar cell” Dibya D. Phuya. 2012. • Thesis: “The Study of II-VI Semiconductor Nanocrystal Sensitized Solar Cells” Chunze Yuan. 2012. • Gregory F. Brown, Junqiao Wu ”Third generation photovoltaics” Laser & Photon. Rev.3, No. 4, 394–405 (2009) • Luận văn thạc sĩ vật lý: “Tổng hợp và nghiên cứu tính chất quang ện của pin mặt trời chấm lượng tử - chất màu nhạy sáng (QDS- DSC)” Huỳnh Lê Thùy Trang. 2011.
Cám ơn cô và các bạn đã lắng nghe Designed by Mua Ngau

More Related Content

Pin mặt trời và ứng dụng

  • 1. www.themegallery.com LOGO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ-ĐHQGHN KHOA VẬT LÝ KỸ THUẬT & CÔNG NGHỆ NANO PIN MẶT TRỜI VÀ NHỮNG ỨNG DỤNG TRONG CUỘC SỐNG Sinh viên thực hiện: Hoàng Văn Nông Giảng viên: PGS.TS: Trần Thị Tâm Hà Nội-2013
  • 2. LOGO Nội dung Tổng Quan1 Cấu ạo và nguyên lý hoạt ỵ2 Các thông số kỹ thuật3 Các thế hệ pin mặt trời4 Ứng dụng trong cuộc sống5
  • 3. LOGO Tổng Quan Khái niệm: Pin mặt trời (Solar cells) hay Photovoltaic là linh kiện quang-ện chuyển đổi năng lượng ánh sáng mặt trời thành ện năng nhờ hiệu ứng quang ện trong.  Alexander Bequerel phát hiện ra hiệu ứng quang ện năm 1839.  Năm 1883, Charles Fritts chế ạo pin mặt trời từ các tấm Selenium, đạt hiệu suất dưới 1%.  Russell Ohl là người đầu tiên chế ạo pin mặt trời giống như các pin được sử dụng ngày nay (Năm 1941).  Năm 1954, các nhà khoa học (Calvin Fuller, Gerald Pearson, Daryl Chapin) tại phòng thí nghiệm Bell chế ạo thành công pin mặt trời Silicon chuyển tiếp p-n đạt hiệu suất 6%.
  • 4. LOGO Tổng Quan  Mặt trời là 1 lò phản ứng nhiệt hạch khổng lồ, cách Trái đất khoảng 150 triệu km.  Năng lượng Mặt trời gồm bức xạ nhiệt và ánh sáng từ Mặt trời.  Trước khi vào bầu khí quyển cường độ bức xạ năng lượng ASMT là 1367W/m2  Trên bề mặt trái đất cỡ 1000W/m2  Năng lượng ánh sáng Mặt trời
  • 5. LOGO Tổng Quan Phổ bức xạ năng lượng mặt trời
  • 6. LOGO Tổng Quan  Thị trường ện năng lượng mặt trời Công suất (GW), tốc độ tăng trưởng 2005 5,3 36% 2006 6,9 30,2% 2007 9,4 36,2% 2008 15,8 68% 2009 23,2 47% 2010 40 72,4% 2011 69,7 74,3% 2012 >100 >43,5% Tốc độ tăng trưởng rất cao. Dự kiến vượt mốc 100GW ( 2012) cho toàn cầu (theo IEA)
  • 8. LOGO Cấu ạo Trang đầu tiên trong bản đăng kí bằng sáng chế pin mặt trời của Russell Ohl, năm 1941.
  • 9. LOGO Cấu ạo Các pin mặt trời được ghép nối tiếp, song song hoặc hỗn hợp b. Lắp ghép các pin mặt trời
  • 10. LOGO Nguyên lý hoạt ỵ Dựa vào hiện tượng quang ện trong: - Lớp bán dẫn p-n hấp thụ ánh sáng có bước sóng ạo ra cặp ện tử-lỗ trống và trở thành các hạt tải tự do. - Điện tử di chuyển về phía cực của bán dẫn loại n, lỗ trống di chuyển về phía cực của bán dẫn loại p. - Nếu bên ngoài nối giữa bán dẫn loại n và bán dẫn loại p bằng dây dẫn thì xuất hiện dòng ện. - Điện tử di chuyển ra khỏi ện cực (bán dẫn loại n) qua dây dẫn và đi tới ện cực (bán dẫn loại p) để tái hợp với lỗ trống. g C Vh E E E   
  • 11. LOGO Nguyên lý hoạt ỵ Các vùng phát cặp ện tử - lỗ trống
  • 13. LOGO Các thông số đặc trưng  Thế mạch hở (VOC) là hiệu ện thế V cực đại khi được chiếu sáng với thông lượng ϕ, khi đó R=∞, I=0.  Dòng đoản mạch (ISC) là dòng ện trong mạch của pin mặt trời khi làm ngắn mạch ngoài (V=0).
  • 14. LOGO Các thông số đặc trưng  Hệ số lấp đầy(Fill Factor) là tỷ số giữa công suất cực đại với Pmax với tích số VOC.ISC Đặc trưng I-V ax . . . M MP MP SC OC SC OC P J V FF J V J V   ln( 0,72) 1 OC OC oc v v FF v     OC OC B e v V nk T   Công suất của pin mặt trời được xác định theo công thức: P=I.V Tại giá trị (IMP, VMP) khi đó công suất đạt cực đại (Pmax). Trong đó: n là hệ số độ lý tưởng của diode.
  • 15. LOGO Các thông số đặc trưng  Hiệu suất hoạt ỵ ( ŋ ) là tỷ lệ phần trăm giữa năng lượng ện tối đa được ạo ra so với năng lượng ánh sáng chiếu tới.  Các yếu tố giới hạn lên hiệu suất: - Các chất bán dẫn chỉ hấp thụ ở 1 dải phổ nhất định. - Ảnh hưởng của tạp, khuyết tật tinh thể, hiệu ứng bề mặt. - Mất mát quang học - Mất mát do ện trở bán dẫn, lớp tiếp xúc…  Công suất đầu vào: Với: A là diện tích của pin mặt trời, thông lượng photon . .. OC SCMP MP IN IN V J FFV J P P    0 ( )( / )INP A hc d       ( ) 
  • 16. LOGO Các thế hệ pin mặt trời  Thế hệ thứ nhất Vật liệu Silicon (đơn tinh thể và đa tinh thể) Chiếm khoảng 80-85% thị trường pin mặt trời. Hiệu suất chuyển đổi năng lượng tối đa 31% (lý thuyết). Đạt được tại phòng thí nghiệm: 25% cho đơn tinh thể. 20,4% cho đa tinh thể. Yêu cầu độ tinh khiết tinh thể rất cao
  • 17. LOGO Các thế hệ pin mặt trời  Thế hệ thứ hai Công nghệ màng mỏng Vật liệu: CdTe, CIGS (Đồng, Indium, Galium, Selenium), Silicon vô định hình, nano tinh thể… Là các chất bán dẫn có vùng cấm thẳng. Lớp bán dẫn mỏng hơn (<1μm) khoảng 100-1000 so với silicon tinh thể. Hệ số hấp thụ cao hơn. Hiệu suất thấp hơn thế hệ thứ nhất.
  • 18. LOGO Các thế hệ pin mặt trời  Thế hệ thứ ba Đã và đang được nghiên cứu mạnh mẽ. Một số dạng: Pin mặt trời ùԲ chất màu nhạy sáng (DSSC) Pin mặt trời ùԲ chấm lượng tử nhạy sáng (QDSSC) Pin mặt trời ùԲ hữu cơ (polymer) Pin mặt trời quang ện hóa Pin mặt trời lai vô cơ-hữu cơ Các hướng nghiên cứu tăng hiệu suất: đa chuyển tiếp (Multi-junction), hạt tải “nóng” (hot carrier), các dải tạp chất,…
  • 19. LOGO Các thế hệ pin mặt trời  Pin mặt trời chấm lượng tử nhạy sáng Sử dụng các chấm lượng tử để hấp thụ ánh sáng mặt trời ạo ra các ện tử, lỗ trống tự do. Dùng các hạt nano bán dẫn TiO2 để dẫn diện tử. Các chất ện ly giúp tái hợp ện tử - lỗ trống.
  • 20. LOGO Các thế hệ pin mặt trời
  • 21. LOGO Các thế hệ pin mặt trời
  • 22. LOGO Các thế hệ pin mặt trời Hiện nay giá mỗi tấm pin mặt trời vào khoảng 50-90$  Giá thành-tuổi thọ
  • 23. LOGO Các thế hệ pin mặt trời  Giá thành-tuổi thọ Giá thành: 1-4$/W. Tuổi thọ trung bình: 25-30 năm.
  • 24. LOGO Ứng dụng trong cuộc sống Các tấm pin mặt trời có nhiều màu sắc và mẫu mã khác nhau. có thể đặt trên tường hoặc trên mái nhà và hòa hợp vào đó. Các mái nhà uốn lượn và nghiêng có thể sử dụng các tấm pin màng mỏng  Ngôi nhà “Mặt trời”
  • 25. LOGO  Nguồn ện cho những nơi chưa có ện lưới Pin mặt trời cho các đảo Trường Sa. Trên quần đảo hiện có tới 4.093 tấm pin mặt trời. Pin mặt trời cho các khu vực vùng sâu, vùng xa, biên giới.
  • 26. LOGO
  • 27. LOGO  Điện khí hóa nông thôn
  • 28. LOGO Ứng dụng trong cuộc sống  Nguồn ện di ỵ
  • 29. LOGO Ứng dụng trong cuộc sống  Nhà máy ện năng lượng mặt trời  Tổng công suất lắp đặt trên toàn cầu lên đến 12GW (03/2013). • Các nhà máy từ vài MW đến hàng trăm MW, Các nước đi đầu là: Trung quốc, Đức, Mỹ, Tây ban nha, Ý , Pháp… • Agua Caliente (Mỹ) – 397MW (hoàn thành vào năm 2014)
  • 31. LOGO Các ứng dụng  Thiết bị an ninh-bảo vệ
  • 32. LOGO  Chiếu sáng công cộng-đèn giao thông
  • 36. LOGO Solar Challenger: Máy bay NLMT đầu tiên (năm 1981)
  • 37. LOGO  Hệ thống thông tin – Quan trắc Trạm phát sóng, Trạm quan trắc
  • 39. LOGO Vệ tinh – tàu thám hiểm Năm 1957, Sputnik, ứng dụng PMT có tuổi thọ 21/90 ngày. Vào năm 1958: VANGUARD1 là vệ tinh đầu tiên sử dụng nguồn ện được cung cấp từ pin mặt trời đã có tuổi thọ đến 6 năm.
  • 40. LOGO Kinh thiên văn Hubble Trạm vũ trụ quốc tế ISS Xe tự hành
  • 41. LOGO Tài liệu tham khảo • http://www.nrel.gov/ncpv/images/efficiency_chart.jpg • http://youtu.be/3KRHJSOgzcw • http://youtu.be/YMNW8-hTJ4M • Thesis: “Nanocomposite Enbles Sensitized Solar cell” Dibya D. Phuya. 2012. • Thesis: “The Study of II-VI Semiconductor Nanocrystal Sensitized Solar Cells” Chunze Yuan. 2012. • Gregory F. Brown, Junqiao Wu ”Third generation photovoltaics” Laser & Photon. Rev.3, No. 4, 394–405 (2009) • Luận văn thạc sĩ vật lý: “Tổng hợp và nghiên cứu tính chất quang ện của pin mặt trời chấm lượng tử - chất màu nhạy sáng (QDS- DSC)” Huỳnh Lê Thùy Trang. 2011.
  • 42. Cám ơn cô và các bạn đã lắng nghe Designed by Mua Ngau