Pin măt trơi mang mong vô đinh hinh

       Dưới đây là phiên bản cache tại địa chỉ: http://vietnamnet.vn/khoahoc/200912/Pin-mat-troi-mang-mong-vo-dinh-hinh-883093/

 - Nguồn năng lượng tại chỗ là kế sách lớn lao vô cùng ý nghĩa về mặt kinh tế, an ninh quốc phòng và phát triển văn hóa giáo dục… 

Tại Hội nghị triển khai hội thảo khoa học toàn quốc về “Điều tra, khảo sát tiềm năng năng lượng biển Việt Nam”, phong viên VietNamNet phỏng vấn GS.TSKH Nguyễn Tiến Khiêm, nguyên Viện trưởng Viện Cơ học, Viện Khoa học Công nghệ Việt Nam. 

- Phong viên (PV): Thưa GS, xin GS cho biết kế sách để cư dân hàng nghìn đảo có điện? 

- GS.TSKH Nguyễn Tiến Khiêm:  Trong tất cả các nguồn năng lượng tái tạo, nguồn năng lượng mặt trời là phong phú và ít biến đổi nhất trong thời kỳ biến đổi khí hậu hiện nay của Trái đất. Việt Nam là một trong những nước nằm ở dải phân bố ánh nắng nhiều nhất trong năm trên bản đồ bức xạ mặt trời của thế giới. Nước ta co một dải bờ biển dài hơn 3.000km, co hàng nghìn đảo hiện co cư dân sinh sống mà nhiều nơi không thể đưa điện lưới đến được. 

Tấm pin mặt trời monocrystal.

Sử dụng năng lượng mặt trời như một nguồn năng lượng tại chỗ để thay thế cho các dạng năng lượng truyền thống đáp ứng nhu cầu của các vùng dân cư này là một kế sách lớn lao vô cùng ý nghĩa về mặt kinh tế, an ninh quốc phòng và phát triển văn hoá giáo dục... Tuy nhiên ở nước ta cho đến nay việc ứng dụng năng lượng mặt trời chưa phát triển. 

-  Nguyên nhân nào dẫn đến việc ứng dụng năng lượng mặt trời chưa phát triển, thưa ông? 

- Phải chăng còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố, nhưng theo sự nghiên cứu điều tra của chúng tôi nguyên nhân chủ yếu là do giá cả của điện mặt trời còn quá cao so với thuỷ điện và nhiệt điện. Nhiều quốc gia như Mỹ, Hungary, Thụy Sĩ đã đi tiên phong trong việc nghiên cứu cải tiến công nghệ chế tạo pin mặt trời sao cho chi phí thấp, nhằm giảm giá thành sản phẩm. Lời giải cho bài toán tối ưu này các nước đã tìm ra là nghiên cứu phát triển pin màng mỏng vô định hình. Lý do của sự lựa chọn giải pháp áp dụng công nghệ pin mặt trời màng mỏng vô định hình cho Việt Nam và đặc biệt là biển Việt Nam là mục đích sâu xa của chúng tôi. 

Tấm pin mặt trời màng mỏng vô định hình silicon (Amorphous Silicon Photovoltaic).

- Pin mặt trời màng mỏng vô định hình là gì, thưa ông? 

- Hiện nay trên thế giới đang sử dụng ba dạng pin mặt trời: Tấm pin mặt

trời tinh thể (monocrystal, c-Si), đa tinh thể (polycrystal, p-Si) và màng mỏng vô định hình (amorphous a-Si). Hai loại đầu đã ít nhiều quen thuộc với chúng ta, riêng loại thứ ba còn ít người biết. 

Pin màng mỏng vô định hình thường được gọi tắt là pin màng mỏng hoặc pin vô định hình, co cấu tạo và hoạt động như trong hình vẽ. Pin mặt trời vô định hình cũng co nhiều loại như: Amorphous Silicon (a-Si), Copper Indium Diselenide (CIS), Cadmium Telluride (CdTe),... Trong đo loại Amorphous Silicon (a-Si) đã được hoàn thiện công nghệ một cách hoàn hảo, đồng thời qua thời gian vận hành loại pin này đã thể hiện tính ổn định và cho hiệu suất cao. 

Khi vận hành hệ thống pin mặt trời chúng ta không hy vọng thu được công suất P cực đại Pmax = Up x Ip như trong tính toán lý thuyết, do tác động của các yếu tố bên ngoài như nhiệt độ ngoài trời nơi lắp đặt pin và cường độ bức xạ ánh sáng không ổn định. Trong thực tế khi nhiệt độ của không khí cao sẽ truyền cho pin cũng co nhiệt độ cao theo và nhiệt độ của pin càng cao thì công suất càng giảm. 

So sánh hiệu suất quang điện của pin monocrystal (c-Si), polycrystal (p-Si) và pin amorphous silicon (a-Si) ta thấy : η (c-Si) = 12-16 % (120-160W/m2), η (p-Si) = 10-12 % (100-120W/m2), η (a-Si) = 6- 8 % (60-80W/m2). 

Rõ ràng là pin a-Si co hiệu suất thấp, bằng một nửa hiệu suất các pin c-Si và p-Si. 

- Nhưng tại sao lại lựa chọn a-Si, thưa ông?

- Các nhà khoa học Hungary đã làm một thí nghiệm thú vị là lắp đặt 3 loại pin này ở cùng một vị trí giống nhau, chúng đều co cùng một công suất lắp đặt giống nhau là 1kwp (kilô oát đỉnh), mỗi loại pin lắp 3 mẫu thử nghiệm, qua một mùa nắng họ đã thu được kết quả như sau: 

- Pin c-Si : 890 – 970 kwh/ kwp, - Pin p-Si : 850 – 960 kwh/ kwp, - Pin a-Si : 960 - 1060 kwh/ kwp. 

Như vậy, mặc dù hiệu suất thấp nhưng điện năng thu được trong cả một mùa trên một kilô oát đỉnh lại cao hơn. Bằng những thí nghiệm khác các nhà khoa học này còn xác định được pin a-Si co thể làm việc được trong điều kiện trời co mây mù và cả trong môi trường không khí co nhiệt độ cao, mà các pin c-Si và P-Si không làm việc được. Điều này đã làm sáng tỏ vì sao trong bảng kết quả thí nghiệm ở trên: pin a-Si cho sản lượng điện nhiều hơn hai loại pin tinh thể. 

Tại Việt Nam chúng tôi đã thí nghiệm theo dõi trong điều kiện mây mù nhiều ngày liền vào mùa đông Pin a-Si vẫn làm việc tốt, nếu khai thác pin a-Si làm đèn chiếu sáng thì chỉ cần 1 ngày nắng khoảng 10 giờ thì đèn co thể thắp sáng cho 6-7 ngày mưa tiếp theo. Tính ưu việt này của pin a-Si rất phù hợp với điều kiện thời tiết ở các vùng biển nước ta đo là nắng lắm, mưa nhiều, nhiều sương mù,... Pin a-Si lại là một hệ thống các môđun

khép kín co các lớp đệm bảo vệ không bị nước mưa hoặc hơi nước mặn ngấm vào, nên vẫn đảm bảo được độ bền trong môi trường khai thác ở các vùng biển đảo. 

Nhưng co lẽ thuyết phục nhất, theo chúng tôi, trong điều kiện Việt Nam hiện nay chính là do các nhà khoa học đã không ngừng nghiên cứu cải tiến công nghệ để thu được một dạng pin mặt trời với giá thành đầu tư chỉ còn là 1USD/1wp. Trong khi đo giá thành của pin crystalline vẫn còn ở mức 5-6 USD/1wp. 

Tom lại, co thể khẳng định tính ưu việt cơ bản của pin mặt trời màng mỏng vô định hình a-Si là: 1. Pin mặt trời a-Si làm việc co hiệu quả trong các điều kiện khác nhau, từ môi trường nhiệt độ cao đến mùa băng tuyết, trong những vùng bức xạ mặt trời lớn cũng như vùng hay co sương mù và trong điều kiện ẩm ướt nhiệt đới. Vì vậy, hiệu quả tổng cộng cao hơn các loại pin mono và polycrystal; 2. Giá thành đầu tư thấp, công nghệ đơn giản phù hợp với Việt Nam. Vì vây, chúng tôi không chỉ nghiên cứu triển khai ứng dụng pin mặt trời a-Si vào Việt Nam, mà còn đang tìm các nguồn vốn hỗ trợ để chuyển giao công nghệ chế tạo loại pin mặt trời mới này vào Việt Nam, cụ thể là mong muốn xây dựng một nhà máy chế tapo pin mặt trời a-Si với công suất 6MW/năm. 

- Thưa ông, ông co thể cho biết sơ lược về dây chuyền sản xuất pin mặt trời a–Si? 

- Công nghệ pin mặt trời màng mỏng vô định hình thực chất là công nghệ phủ màng mỏng chân không, giống như việc chế tạo các màn hình TV. Dây chuyền công nghệ này bao gồm các công đoạn như sau: 

1. Chuẩn bị kính (mài, cắt, đánh bong,…) 

2. Phủ màng mỏng a-Si 

3. Tạo rãnh bằng lazer 

4. Hàn kín đường biên và gắn lớp kính bảo vệ

5. Thử nghiệm 

6. Đong goi 

Theo thiết kế tối ưu của các nhà sáng chế ra dây chuyền công nghệ phủ màng mỏng silicon trong chân không thì người ta thiết kế theo công suất 6 MW là một dây chuyền khép kín, mỗi dây chuyền này gọi là một môđun. Một nhà máy lớn sẽ tập hợp bởi nhiều môđun. 

GS. Nguyễn Tiến Khiêm, cho xem mẫu tấm pin màng mỏng vô định hình.

- Xin cảm ơn GS.

Hiện nay, chúng ta được nghe rất nhiều về những tấm pin Mặt trời với hiệu suất chuyển đổi năng lượng ngày càng gia tăng. Tất cả đều rất tốt, nhưng những tấm pin Mặt trời có hiệu năng cao hơn thường có giá thành rất đắt, do đó, chúng vẫn chưa thể được sử dụng trong đời sống hàng ngày. Tuy nhiên, các nhà nghiên cứu đến từ Đại học Bắc Carolina đã tìm ra một phương pháp để tạo nên những tấm pin Mặt trời siêu mỏng có khả năng tạo ra điện năng tương đương với những thiết bị dày hơn, nhưng với giá thành thấp hơn. Loại pin mới được chế tạo dựa trên thiết kế bánh kẹp nano. Quy trình sản xuất bắt đầu với một nguyên mẫu được đặt trên một chất nền điện môi trong suốt, sử dụng các kỹ thuật in thạch bản tiêu chuẩn. Nguyên mẫu này sẽ đưa chất nền trở thành những cấu trúc siêu nhỏ chỉ cao từ 200 đến 300 nano-mét. Tiếp theo, một lớp rất mỏng vật liệu hoạt tính được phủ lên trên chất nền đã được biến đổi. Lớp hoạt tính này mới thực sự có tác dụng chuyển đổi năng lượng Mặt trời thành điện năng. Cuối cùng, phía trên lớp này, sẽ có một lớp vật liệu điện môi khác được đặt vào. Như vậy chúng ta thu được một thiết kế bánh kẹp tạo bởi chất điện môi/ vật liệu hoạt tính/ chất điện môi. Dạng răng cưa của thiết kế này cho phép 2 lớp điện môi hoạt động tương tự như những ăng-ten quang học hiệu năng cao, có tác dụng tập trung năng lượng Mặt trời lên trên vật liệu hoạt tính. Điều này có nghĩa là chúng ta sẽ cần ít vật liệu hơn mà không bị hao hụt hiệu suất. "Chúng tôi đã tạo ra một loại pin Mặt Trời với một lớp hoạt tính cấu thành từ silic vô định hình với độ dày chỉ 70nm", Tiến sĩ Linyou Cao, đồng tác giả nghiên cứu cho biết. "Đây thực sự là một bước cải tiến lớn, vì những tấm pin Mặt trời màng mỏng trên thị trường hiện nay phải sử dụng những lớp hoạt tính silic vô định hình dày từ 300 đến 500nm". Ông còn cho biết thêm rằng, kỹ thuật tương tự cũng có thể được áp dụng để tạo ra những loại pin Mặt trời kết hợp với nhiều vật liệu hoạt tính khác chẳng hạn như cadmium telluride, đồng indium gallium selenide, và các vật liệu hữu cơ.

Công nghệ Silic Vô đinh hinh

Silic vô định hình (a-Si) là dạng vật liệu quang điện màng mỏng hỗn độn, không giống như silicon tinh thể với cấu trúc mạng tinh thể đồng nhất của nó hoặc silicon đa tinh thể với các hạt cấu trúc tinh thể. Silic vô định hình là một vật liệu mà một số các nguyên tử trong cấu trúc không liên kết với nhau hoặc thiếu liên kết dài, nhưng có thể được sản xuất với giá rẻ hơn. Việc thiếu liên kết dài trong cấu trúc sắp xếp nguyên tử là kết quả của những liên kết thừa. Và nó tác động nghiêm trọng về tính chất vật liệu của một Silic vô định hình, do đó nó cần được thụ động hóa trước khi đưa vào làm vật liệu sản xuất pin NLMT. Quá trình thụ động là kết hợp nguyên tử hydro với silic vô định hình với một mức độ 5-10%, để làm bão hoà những liên kết thừa, qua đó nâng cao chất lượng của vật liệu.

Tuy nhiên, các thuộc tính vật liệu của Silic vô định hình có sự khác biệt đáng kể với silic dạng tinh thể. Ví dụ, band gap gia tăng khoảng cách từ 1,1 eV trong silicon tinh thể đến 1,7 eV trong silic vô định hình và hệ số hấp thụ của một Silic vô định hình là cao hơn nhiều so với silic dạng tinh thể. Ngoài ra, sự hiện diện của số lượng lớn liên kết thừa gây ra một mật tỷ trọng khuyết tật cao và độ dài khuyếch tán thấp

Một cấu trúc tế bào vô định hình Si:H hoành chỉnh được thể hiện trong hình dưới đây. Các tế bào silic vô định hình tiêu chuẩn được tạo ra từ nhiều lớp một Si vô định hình. Mỗi lớp được hydro hóa.Các Si:H vô định hình được kẹp giữa một dây dẫn trong suốt (oxit thiếc) và 1 lớp kim loại phía sau (Al hay Al / ZnO hoặc ZnO), tất cả các lớp được lắng động trên một tấm thủy tinh hoặc chất nền khác. Các lớp kiểu p và n thông thường, cộng với một lớp bên trong (loại i) thiết lập một điện trường để tách các cặp “lỗ electron”. Lớp này cũng xác định điện áp của thiết bị. Lớp bên trong này là lớp hoạt động của thiết bị, nơi mà hầu hết các tế bào năng lượng mặt trời tạo ra dòng điện. Cực dương của điện áp là lớp tin oxit, và cực âm là

lớp nhôm. Các Si:H vô định hình có thể bao gồm một hoặc nhiều lớp p, i và n tạo thành dạng tế bào độc lập, nối đôi hoặc nối ba. Ví dụ các tế bào nối đôi có hiệu suất tốt hơn (so với dạng độc lập) bằng cách chồng hai tế bào lên nhau để hình thành một cấu trúc p-i-n / p-i-n.

 

 

Sau đây là 1 số tính năng nổi bật của thiết bị quang điện Silic vô định hình:Dưới ánh sáng mặt trời, nhiệt độ hoạt động của modun đứng tự do và các tế bào có thể hoạt động cao hơn nhiệt độ môi trường xung quanh. Điều này mang tạo ra các hệ số nhiệt độ của những công nghệ quang điện khác nhau. Do đó ngõ ra của mo dun bị giảm khi nhiệt độ tăng. Hệ số nhiệt này là -0.17 %/°C đối với Si vô định hình và -0.5 %/°C đối với Si tinh thể.Như vậy, dưới điều kiện thực tế, tính năng của mô dun si vô đinh hình đạt được tốt hơn so với si tinh thể.                 

Có một hiệu ứng khác mà thực tế đã cải thiện tính năng của Si vô định hình có liên quan tới vài công nghệ khác đó là tính năng ánh sáng yếu. Một mô đun khi được triển khai chỉ dùng 1 phần nhỏ thời gian của nó để nhận toàn bộ 1000W/m2. Đối với các tế bào năng lượng mặt trời lý tưởng công suất ngõ ra phải tỷ lệ thuận với cường độ sáng. Si vô định hình tuân theo quy luật đó nhưng Si tinh thể thì không. Trong vài ứng dụng còn có

sự khác biệt lớn. Si vô định hình làm việc tốt hơn trong điều kiện ánh sáng yếu.

Môt điểm quan trọng khác là ở đường cong I-V tốt hơn so với si tinh thể. Đường cong tròn làm cho nó dễ dàng tạo ra công suất lớn nhất từ mảng những si Vô định hình, trong khi đó công suất của si tinh thể giảm lập tức  nếu điện áp hoạt động không được tăng nhiều so với điểm công suất lớn nhất

Mô đun Si Vô định hình còn vài tính năng nổi bât như là đường đặc tính ngược I-V mềm hơn, điều này giúp nó không bị hỏng khi có 1 tế bào riêng biệt bị che bóng. Điểm mạnh khác là modun kính nền, lớp màng được ngưng tụ trên mặt dưới của tấm kính nền vì thế khi đóng gói bằng chất dẻo EVA phủ bên dưới tấm pin, nó không làm giảm khả năng dẫn truyền ánh sáng đến các tế bào. Do đó tổn thất ngõ trên kính nền cơ bản là không có 

 

Quy trinh sản xuất tấm Pin

 

Mơ tả sơ đochức năng cơng nghệ sản xuất theo cơng nghệ thin film A-Si

 

Quy trình sản xuất dy chuyền sử dụng cơng nghệ A-Si tĩm tắt qua 10 cơng đoạn chính:

Bước 1: Chuẩn bị kính phủ TCO

Kính phủ TCO bề mặt sẽ được cắt theo quy cch, mi cạnh v được khoan một lổ để đặt đường dẫn điện trn tấm kính phủ. Sau đĩ, kính phủ được rửa sạch bằng nước Deionized (nước DI).

Bước 2: Bố cục lớp TCO (bố cục lần 1)

Kính phủ TCO được đưa vo my vạch Laser để tạo bố cục mạch cho tấm kính.

Bước 3: Lm sạch kính

Kính được rửa sạch lại bằng nước DI  sau khi tạo mạch để rửa sạch cc phoi được tạo ra trong qu trình tạo mạch bằng laser.

Bước 4: Phủ lớp tế bo quang điện A-Si

- Tấm kính được gia nhiệt đến 1 nhiệt độ thích hợp cho việc phủ lớp quang điện tại buồng gia nhiệt.

- Sau đĩ cc tấm kính được đưa vo hệ thống phủ bằng cơng nghệ PECVD theo từng lơ. Đy l cơng nghệ bốc hơi lắng động hĩa học kết hợp với flashma để tạo lớp a-Si mỏng trn bề mặt kính nền. Cc hợp chất khí SiH4, GeH4, Heli… sẽ được đưa vo hệ thống phủ theo tỉ lệ xc định để lắng đọng lớp hợp chất quang điện A-Si trn nền tấm kính đ chuẩn bị sẵn.

Bước 5: Bố cục lớp tế bo quang điện A-Si (bố cục lần 2)

Tấm kính sau khi được phủ lớp tế bo quang điện sẽ được đưa vo my vạch Laser để tạo bố cục mạch cho tấm kính lần thứ 2

Bước 6: Phủ lớp Oxyt kẽm (ZnO)

 Oxyt kẽm được lắng đọng trn lớp tế bo quang điện A-Si bằng hệ thống phủ PVD. My gia tốc hạt được dng để bắn ph bề mặt của ZnO, lm cc phn tử trn bề mặt của nĩ bị bức ra, bốc hơi v được lắng đọng ln lớp kính nền để tạo nn lớp ZnO.

Bước 7: Bố cục Oxyt kẽm (bố cục lần 3)

- Cắt lớp v bố cục Oxyt kẽm bằng lazer. Đy l cơng đoạn cuối cng trong việc tạo mạch cho lớp tế bo quang điện.

- Sau đĩ cc lớp phủ mng mỏng thừa ra trong qu trình phủ lớp tế bo quang điện sẽ được gọt bỏ đi bằng phương php cắt laser.

Bước 8: Thử nghiệm tấm kính

 Tấm kính được thử v kiểm tra nh sng theo yu cầu chất lượng bằng hệ thống I-V.

Bước 9: Hồn thiện

- Lớp kính phủ cng với một lớp Vinyl Ethyl Acetate (EVA) được

thm vo cả hai tấm để kết dính v bảo vệ nĩ trong mơi trường.

- Cc thiết bị điện kết nối v khung đỡ cũng được thm vo.

Bước 10: Kiểm tra chất lượng

Để đảm bảo chất lượng, cơng suất của tấm pin trước khi đưa sản phẩm ra ngồi thị trường, hệ thống thử nghiệm nh sng của bước 8 được dng 1 lần nữa để thử nghiệm bước cuối cng của tồn bộ module.

 

ZNO TRONG SỰ PHÁT TRIỂN TẾ BÀO NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI MÀNG MỎNG

 ZnO pha tạp chất với các nhân tố nhóm III (ZnO-III) đã được phát triển bởi 1 trong các tác giả Trần Trí Năng  và đồng nghiệp của ông ta vào năm 1984 đã được sử dụng rộng rãi trong nhiều ứng dụng quang điện tử. Một trong số đó là năng lượng quang điện (PV), một ngành công nghiệp thiên niên kỷ mới đã phát triển thị trường rất nhanh chóng, khả năng tiếp cận tiềm tàng cho hàng tỷ người trên tế giới và được môi trường lên tiếng là một nguồn năng lượng xanh.

Kể từ khi được giới thiệu đến cộng đồng quang điện mặt trời, một số phòng thí nghiệm đã phỏng theo và nghiên cứu loại mới này của oxit như lớp kết nối trước, kết nối sau, lớp đệm cho nghiên cứu của họ và sự phát triển của các tế bào mặt trời. Trong trường hợp của các tế bào năng lượng mặt trời màng mỏng, hầu hết các modules thương mại của silic vô định hình, vi tinh thể, hạt nano hay CIGS đếu có ít nhất 1 lớp ZnO-III trong các cấu hình thiết bị. Gần đây có 1 sự phát triển đổng thời cũng là thử thách về kỹ thuật và kinh tế đầy hấp dẫn là: sử dụng cấu trúc nano ZnO trên nền lớp điện cực TCO nhạy cảm chất phủ tế bào quang diện (DSSC) cái mà có thể cung cấp hiệu quả cao do bề mặt và khu vực giao diện lớn, do đò tăng cường độ hấp thụ ánh sáng và tách điện tích, 2 yếu tố quan trọng trong tế bào năng lượng mặt trời.

Chúng ta sẽ xem lại một vài hoạt động nghiên cứu và phát triển chính trên ZnO dựa trên cấu trúc tế bào năng lượng mặt trời hiện tại ở Việt Nam và trên thế giới trong hai thập kỷ qua trong bài phát biểu sau của chính tác giả Trần Trí Năng ( bài phát biểu đính kèm “ZNO IN THE DEVELOPMENT OF THIN FILM SOLAR CELLS”) So sánh công nghệ thin film va crystalline

  

Những lựa chọn về sản phẩm năng lượng mặt trời dân dụng đã từng bị gới hạn gần giống như là sự lựa chọn mẫu xe hơi dòng T của Hãng Henry Ford được ra mắt từ những chiếc đầu tiên lăn bánh trên đường. Nhưng thời gian đã thay đổi, vì thế chúng ta có nhiều lựa chọn đối với công nghệ quang điện. Bây giờ, ngoài khung nhôm, tấm kính nền hoặc  tấm pin dạng đa tinh thể, khách hàng còn có thể lựa chọn tấm pin dạng màng mỏng trong các khung hoặc sản phẩm được tích hợp cho xây dựng như mái nhà bằng kim loại cán mỏng.

Những gì tốt nhất cho trường hợp của bạn phụ thuộc vào nhiều yếu tố, bao gồm ngân sách, không gian lắp đặt và khí hậu. Dưới đây là một số lựa chọn và cách để tìm ra công nghệ tốt nhất phù hợp với nhu cầu của bạn.

 

Hai công nghệ

 

Nếu như bạn đặt 1 mô-đun tinh thể bên cạnh 1 mô-đun màng mỏng, sẽ thấy vài điểm khác biệt rõ ràng hơn. Sự khác biệt đầu tiên là hình dáng bên ngoài. Một mô-đun dạng đơn tinh thể có những tế bào màu tối với cấu trúc hình chữ nhật hoặc bát giác, những mô-đun đa tinh thể có những tế bào lấp lánh, và chúng thường có hình chữ nhật. Trong những mối nối điện, chúng hiển nhiên có mô hình song song, những đường màu bạc là những rãnh.

 

“Màng mỏng” được dùng như 1 cụm từ chung dùng để để cập tới những mô-đun tích hợp bao gồm Silic vô định hình (a-Si), Cadmium Telluride( CdTe) và Copper Indium Gallium Diselenide (CIGS). Một trong những ưu điểm chính của Silic vô định hình là nó có thể được chế tạo trực tiếp trên tấm kính hoặc cả nhựa, cho phép sản xuất trên những băng chuyền dài và liên tục hoặc kết hợp linh hoạt với các tấm nền, như là các tấm mỏng, hay tấm lợp mái nhà thậm chí trên balô. Hình dáng của Silic vô định hình có khuynh hướng đồng đều hơn. Bởi vì có màu sắc đồng nhất nên các sản pẩm màng mỏng có sự thu hút với những ngành liên quan đến mỹ thuật kiến trúc, nhà thiết kế và những người người tiêu dùng cho những dòng ứng dụng tích hợp trong xây dựng.

Nhưng sự khác biệt dễ nhận thấy nhất giữ 2 loại mô-đun này nằm ở hiệu suất biến đổi từ áng sáng ra điện và mật độ công suất của chúng. Mô-đun dạng tinh thể cần ít không gian hơn mô-đun dạng màng mỏng có cùng công suất tương đương. Dạng màng mỏng kém hiệu quả hơn trong việc chuyển đổi từ ánh sáng sang điện năng.

Mô-đun dạng đơn và đa tinh thể thông thường có hiệu suất chuyển đổi khoảng 12% đến 17%, trong khi đó mô-đun công nghệ màng mỏng có thể đạt đến một nữa từ 6% đến 8%. Mô-đun màng mỏng mất khoảng 2 lần diện tích để tạo ra 1 lượng điện tương đương so với mô-đun dạng tinh thể.

 

Kích thước hệ thống

 

Chúng ta hãy xem xét sự khác biệt gây ảnh hưởng đến hệ thống quang điện như thế nào.Đối với một hệ thống tương tác tiện ích, một mô-đun tinh thể điển hình có công suất từ 170W đến 220W với hiệu suất từ 12% đến 17% có kích thước khoảng 3x5 feet. Một mô-đun màng mỏng vô định hình có thể từ 60W-70W với hiệu suất từ 6%-7% và có kích thước khoảng 3x3 feet.

Bên cạnh mật độ công suất, còn có 2 khác biệt quan trọng về tính năng giữa công nghệ tinh thể và màng mỏng. Thứ nhất là sự tác động của nhiệt độ tế bào đến sán lượng điện. Thứ hai là sự ổn định công suất ban đầu của mô-đun.

Tất cả những thử nghiệm trên mô-đun quang điện cho thấy, sản lượng điện giảm cùng với sự gia tăng nhiệt độ trên  tế bào quang điện. Ví dụ, ở 100oF, mô-đun dạng tinh thể sẽ giảm

khoảng 6% công suất so với tiêu chuẩn. trong khi đó công nghệ quang điện màng mỏng ít bị ảnh hưởng , giảm khoảng 2% công suất. Trong khi bạn có thể làm giảm nhiệt độ bằng cách thổi dòng khí quanh từng mô-đun, tuy nhiện những tế bào quang điện này vẫn nóng khi để ngoài nắng, vì thế mô-đun màng mỏng Silic vô định hình có thể là sự lựa chọn tốt cho vùng khí hậu nóng, đặc biệt là nếu như có nhiều chỗ cho những dãy lớn hơn.

Mô-đun Silic vô định hình cần 6-12 tháng để ổn định đầu ra, trong khi đó mô đun tinh thể ổn định ngay. Vì vậy, mô-đun silic vô định hình ban đầu sẽ cho ra sản lượng cao hơn từ 20-25% công suất. Đây có vẻ là 1 lợi điểm tuy nhiện việc gia tăng công suất khởi tạo này cần được cân nhắc trong việc thiết kế hệ thống (như việc chọn kích thước dây, thay đổi bộ điều khiển và bộ biến tần). Ví dụ, nếu như thiết kế sau cùng được mạch điện 15A thì đầu ra ban đầu của nó có thể lên đến 20A. Sau khi ổn định, mô-đun màng mỏng có tỷ lệ suy giảm tương đương với tinh thể, khoảng 0,5% đến 1.0% một năm.

Công nghệ màng mỏng có giới hạn bóng tối và đặc tính ánh sáng yếu tốt hơn công nghệ tinh thể. Ví dụ, sản phẩm của Uni-Solar là dạng tế bào 3 mối nối rất linh hoạt. sự linh hoạt của nó cho phép dùng Diode mắc vào trong từng mô-đun (không chỉ trong hộp đấu nối), điều này cho phép dòng điện dẫn qua từng tế bào bị che bóng. Và mỗi “tế bào con” của một tế bào có nhiều mối nối có thể nhận ánh sáng có những bước sóng khác nhau, kết quả là sản lượng điện sẽ nhiều hơn khi trời có mây và ánh sáng khếch tán. Những  mô-dun màng mỏng khác (loại không có diode được mắc vào mỗi tế bào) có tính năng chịu đựng ánh sáng yếu tốt hơn mô-đun tinh thể ờ hình thù của nó. Nhiều tế bào màng mỏng  có chiều dài bằng với một mô-đun của chính nó, vì thế bóng mờ khó mà che được toàn bộ tế bào hơn nhưng loại tế bào quang điện tinh thế thông thường có kích thước chỉ 5-6inch vuông.

 

Những điều cần lưu ý khác

 

Khi lựa chọn 1 bộ biến tần, điện áp lớn nhất của dãy pin cần phải nhỏ hơn điện áp làm việc lớn nhất của biến tần. Hầu hết những mô-đun màng mỏng có điện áp cao và dòng điện thấp. Để giữ điện áp của hệ thống dưới 600V DC khi không có bình acquy cần phải có hệ thống mã điện quốc gia (NEC), điện áp cao hơn đồng nghĩa với ít mô-đun hơn trong hệ thống.Vài bộ biến tần có chức năng lựa chọn vùng điện áp làm việc trong phạm vi nhỏ nhất là150VDC,  điều này gây khó khăn khi thiết kế những dãy các mô-đun màng mỏng có điện áp hở mạch đạt 100VDC.

            Hệ thống nạp cho bình acquy lại có những yêu cầu khác về điện áp. Trước kia điện áp danh định của dãy pin quang điện phải khớp với điện áp danh định của bình acquy. Tuy nhiên, với sự ra đời của bộ điều khiến nạp giảm áp, cho phép mắc nối tiếp tới 3 mô-đun 24V để nạp cho ngân hàng acquy 12, 24, 48V trong mọi điều kiện thời tiết. Việc sử dụng cùng một bộ điều khiển nạp MPPT, một điện áp cao, các mô-đun màng mỏng cần được mắc nối tiếp với nhau. Hệ thống nạp cùng với dãy các tấm pin luôn cần một bộ điêù khiển nạp dạng MTTP có chức năng giảm áp.

 

So sánh giá cả

 

            Trong khi việc sản xuất ra các mô-đun màng mỏng sử dụng ít nguyên vật liệu và năng lượng hơn để tạo ra những sản phẩm ít tốn kém hơn cho mỗi Wat công suất, thì việc những thiết bị phần cứng bổ sung và giá thiết bị sẽ đẩy giá thành lắp đặt tổng thể tăng lên. Tuy nhiên thực tế kết quả lại khác, hạt Sacamento của bang California ước tính rằng các mô-đun silic vô định hình cho giá thành rẻ hơn mô-đun tinh thể từ 0,50$ đến 0,80$ trên mỗi Wat được tạo ra.

 

            Bên cạnh những khác nhau cơ bản về thiết bị, quá trình lắp đặt cũng có vài điểm khác nhau. Nếu như những mô-đun tinh thể dùng đường ray 102 feet thì khi bố trí và lắp đặt trên mái nhà

những khung 40 feet và những tấm kính che (bắt ốc cách nhau 32inch). Dãy các mô-đun màng mỏng cần 345 feet đường ray, 129 điểm nối. Ngoài ra, cần số lượng mô-đun gấp gần 3 lần , các đồ gá lấp đặt gấp từ 2-3 lần có nghĩa là chi phí lắp đặt sẽ cao hơn. Với lượng lớn các dây cáp, ống dẫn, nhân công lao động thêm vào để lắp đặt các hộp nối dây gây nên hao tốn chi phi mà dãy các mô-đun tinh thể không tốn. Điện áp đầu ra ban đầu lớn của tấm pin màng mỏng cũng cần được tính tới, điều này được hiểu rằng cần phải dùng dây dẫn lớn hơn và chi phí dây dẫn sẽ tăng lên.

            Khi đã cân nhắc đến những thiết bị bổ sung, phí vận chuyển, nhân công, bước kế tiếp là làm hạ giá thành hệ thống, việc lựa chọn công nghệ màng mỏng làm tăng giá thành hệ thống lên khoảng 1.50$ đến 2.50$ cho mỗi Wat. Điều này có đáng với giá trị của nó không? Nó phụ thuộc vào những đặc tính như nhiệt độ và mây che phủ tại nơi lắp đặt. Khi đó, mô-đun màng mỏng Silic Vô định hình có thể cho ra sản lượng cao hơn 10% đến 20% hay không? Các nhà sản xuất sẽ trả lời rằng “Dĩ nhiên rồi”. Và những thử nghiệm tiến hành dưới khí hậu nóng và nhiều nắng cũng như là khí hậu lạnh và nhiều mây đều cho thấy công nghệ màng mỏng đều sản xuất ra nhiều điện hơn tổng dung lượng công suất đỉnh. Những ưu điểm và nhược điểm được tổng kết ở bảng sau để giúp bạn có sự so sánh các đặc tính chính của chúng, từ đó có sự lược chọn công nghệ tốt nhất cho ứng dụng của mình.

Ưu điểm

Silic tinh thể Silic màng mỏng vô định hìnhCông suất cao nhất cho mỗi diện tích bề mặt

Đầu ra ít bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ

Sử dụng ít giá đỡ và vật liệu hỗ trợ Sử dụng ít nguyên vật liệu chế tạoÍt mô-đun hơn nghĩa là chi phí vận chuyển thấp hơn

Giá thành thấp hơn cho mỗi wat

Biến tần linh hoạt nhất Mang tính thẫm mỹ cao cho những ứng dụng tích hợp trong xây dựng

  Dùng ít năng lượng hơn

(năng lượng thu hồi nhanh hơn)  Không nhất thiết phải có lớp nền

bằng kính  Khả năng chịu bóng tốt

 

Nhược điểm

 

Silic tinh thể Silic màng mỏng vô định hìnhGiá thành cao hơn cho mỗi Wat Công suất thấp trên mỗi đơn vị diện

tíchĐầu ra bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ cao Cần nhiều tháng để ổn định đầu raKhả năng chịu bóng thấp Cần nhiết thiết bị hơn để lắp đặt,

cũng như giá thành vận chuyển cao.Hao tốn nguyên vật liệu  

 

Bước tiến dai của công nghệ năng lượng măt trơi

 

Kể từ đầu những năm 60 thế kỷ 19, khi mà kỹ sư, nhà sáng chế Auguste Mouchout người Pháp sử dụng một chiếc nồi kín bằng thuỷ tinh, một chiếc đĩa hình parabôn mài bóng và sức nóng mặt trời để tạo ra hơi nước, cấp cho chiếc động cơ hơi nước đầu tiên chạy bằng năng lượng mặt trời thì đến nay, công nghệ năng lượng nhiệt mặt trời (solar thermal energy - STE) đã có những bước tiến dài.  Giờ đây đã có hàng loạt các hệ công nghệ đang được hoặc sẵn sàng sử dụng - trong đó phải kể đến máng gương parabôn, tháp năng lượng, và hệ thống đĩa/động cơ - và một số hệ khác đang trong quá trình triển khai. Các thông báo liên tiếp xuất hiện trong tháng 10 và 11 vừa qua cho thấy sự đa dạng và mức độ triển khai của các công nghệ này.              Công nghệ CSP thế hệ mới   

 

Ảnh 1: Rẻ hơn, nhanh hơn, khoẻ hơn. Trạm năng lượng nhiệt mặt trời (STE) Kimberlina tại Bakersfield (bang California, Mỹ) với các

dãy gương dài hơn 300 m.  

Công ty Ausra Inc. đã đưa vào hoạt động trạm năng lượng nhiệt mặt trời (STE) Kimberlina tại Bakersfield (bang California, Mỹ). Đây là trạm nhiệt điện mặt trời đầu tiên kể từ khi Công ty FPL Energy xây dựng 9 hệ thống phát năng lượng mặt trời tại sa mạc Mojave vào cuối những năm 1980 và đầu những năm 1990. 

Trạm Kimberlina công suất 5 MW điện sử dụng công nghệ tập trung năng lượng mặt trời (concentrating solar power - CSP) “thế hệ mới”, theo cách gọi của Ausra Inc., và công ty này nói rằng

trạm phát điện này được xây dựng theo mẫu của trạm nhiệt điện Liddell ở bang New South Wales (Ôxtrâylia).  Trạm bao gồm các dãy gương dài 1.000 foot (cỡ 300 m), và 150 công nhân phải mất 7 tháng mới xây dựng xong (xem Ảnh 1). Các tuyến thu năng lượng sẽ phát ra 25 MW nhiệt năng làm quay một tuabin hơi tại trạm phát điện năng lượng sạch cạnh đó. Theo công ty Ausra, họ đã giảm được chi phí nhờ đơn giản hoá thiết kế và sản xuất gương hàng loạt tại nhà máy của họ tại Las Vegas (bang Nevada).         

Kimberlina chỉ là bước khởi đầu của nhiệt điện mặt trời tại bang California. Hiện nay công ty Ausra đang triển khai cho công ty Pacific Gas and Electric một nhà máy nhiệt điện công suất 177 MW tại Carrizo Plains, ở phía tây Bakersfield. Ngoài nhà máy trên, Ban Năng lượng bang California đang xét duyệt các đề xuất về năm nhà máy nhiệt điện mặt trời cỡ lớn, bao gồm dự án SES Solar Two (750 MW) của công ty Stirling Energy Systems, tháp năng lượng mặt trời Ivanpah (400 MW) của công ty BrightSource, dự án máng thu năng lượng mặt trời (250 MW) của công ty Beacon Solar tại Kern County và hai dự án năng lượng hỗn hợp (hybrid) có sử dụng máng thu năng lượng mặt trời để tạo ra công suất tổng là 112 MW. Sáu dự án nói trên cộng lại sẽ bổ sung 1.689 MW cho lưới điện. Văn phòng Quản lý Đất Liên bang cũng đang nghiên cứu yêu cầu đầu tư 34 nhà máy điện mặt trời nữa tại miền Nam California, với tổng công suất khoảng 24 GW.  

Tuabin hơi nước tháp mặt trời                                                          

Ảnh 2: Không phải chỉ cứ thuỷ tinh mới phản quang. Mỏng phản quang dài 375 foot (114 m), rộng 20 foot (6 m). Theo hóng

SkyFuel, đây là đơn nguyên máng gương parabôn lớn nhất cho đến nay.

Các gương dõi theo mặt trời (heliostat) sẽ được bố trí trên diện tích 0,32 km2, tức là khoảng bằng 60 lần diện tích sân bóng đá. Trong dự án này, muối được sử dụng để truyền nhiệt bên trong bộ thu, thay vì dầu nhiệt (thermo oil) theo cách truyền thống. Ánh sáng mặt trời tập trung sẽ tạo ra nhiệt độ trên 900oC tại thiết bị thu. Kết quả là muối khi bị nung nóng lên tới khoảng 565oC, sẽ chuyển sang trạng thái lỏng và chảy qua bộ trao đổi nhiệt, tạo ra đủ hơi nước làm quay tổ máy phát điện tuabin.         

Siemens, hãng chuyên chế tạo tuabin dùng trong các nhà máy nhiệt điện mặt trời dùng gương parabôn, đã chế tạo riêng tuabin SST-600 loại hai xilanh gia nhiệt lại để đáp ứng các yêu cầu công nghệ cho dự án tháp mặt trời Sener. Theo công ty Siemens, việc gia nhiệt lại sẽ nâng cao hiệu suất chung của nhà máy. Siemens cũng kết hợp với Sener tìm ra thiết kế bảo vệ để tuabin hơi không bị nguội quá mức vào ban đêm.   

Gương parabôn không có thuỷ tinh                                                  

 Phần lớn các máng gương parabôn đều làm bằng thuỷ tinh uốn cong rất nặng. Thế nhưng hãng SkyFuel Inc. mới thành lập và các nhà khoa học thuộc Phòng thí nghiệm Năng lượng tái tạo Quốc gia mới đây tiết lộ rằng SkyTrough lại được chế tạo bằng vật liệu riêng của hãng SkyFuel mang tên ReflecTech, loại màng mỏng polyme mạ bạc có tính phản quang cao, khó vỡ, được gắn vào các tấm nhôm mỏng (Ảnh 2). Màng mỏng này có nhiều ưu điểm: cho phép chế tạo các tấm phân đoạn lớn hơn, và do vậy số lượng yêu cầu ít hơn so với các thiết kế máng gương trước đây, và theo hãng SkyFuel, nhờ đó giảm được chi phí cho máng parabôn tập trung ánh sáng tới 35%; và có thể chế tạo với khối lượng lớn.           

Ảnh 3: Tháp điện mặt trời ở Tây Ban Nha  

Công nghệ hỗn hợp  năng lượng nhiệt mặt trời            

Tháng 10/2008, Viện nghiên cứu Điện lực Mỹ (EPRI) bắt đầu chương trình nghiên cứu tại hai nhà máy chu trình hỗn hợp đốt khí tự nhiên - nhà máy Griffith Energy của công ty Dynegy Inc. tại Kingman (bang Arizona) và nhà máy điện Chuck Lenzie của công ty NV Energy, gần Las Vegas (bang Nevada) - nhằm giúp các công ty điện lực bổ sung năng lượng mặt trời cho các nhà máy điện chạy bằng nhiên liệu hoá thạch. Trong khuôn khổ một công trình nghiên cứu lớn hơn, trong năm 2009, EPRI thực hiện công trình nghiên cứu song song tại các nhà máy nhiệt điện than, tuy nhiên địa điểm tiến hành còn chưa được xác định.

Hiệu suất của tấm pin năng lượng măt trơi Hiệu suất của tấm pin được định nghĩa là hệ số của năng lượng điện có thể tạo ra từ năng lượng của bức xạ mặt trời. Nếu bạn đã

bao giờ nghị đến việc gắn những tấm pin này lên mái nhà của mình, chắc hẳn rằng bạn đã có những định kiến rằng “tấm pin mặt trời chỉ đạt hiệu suất 10%”. Những ý nghĩ đó tồn tại dai dẳng trong cộng đồng và biểu đồ dưới đây sẽ cho thấy khả năng của tấm pin này có hiệu suất cực kỳ cao. Và hiệu suất của nó sẽ tăng dần theo thời gian.

    Hiệu suất cao nhất của tế bào NLMT vào khoảng 40% , nhưng quan trọng là hiện nay nó chưa được thương mại hóa và chỉ trong giai đoạn nghiên cứu. Những tế bào có nhiều lớp tiếp giáp chuẩn bị được sản xuất hàng loạt để bán ra thị trường, đó là những tấm silicon mỏng có kích thước 4-6in. Theo lý thuyết, hiệu suất cao nhất của 1 tế bào NLMT cho 1 lớp tiếp giáp được mô tả trong biểu đồ bên dưới

  

   

 

 

 

 Hầu hết những tế bào NLMT thương mại thuộc nhiều dạng silic khác nhau và chúng có hiệu suất lớn nhất giới hạn theo định luật giới hạn của Shockley-Queisser là 33.7% với band gap 1.1eV. Những tấm pin NLMT thương mại có hiệu suất lớn nhất là 22%.Thông thường là khoảng 15%. Trong đó những tấm pin có nhiều lớp tiếp giá thì không bị giới hạn hiệu suất bởi định luật giới hạn Shockley-Queisser, và tương lai nó sẽ còn cao hơn thế nữa

 Hệ thống năng lượng măt trơi 21 tỉ USD

 

Nhật Bản đang chuẩn bị phát triển một dự án năng lượng mặt trời vũ trụ trị giá 2 nghìn tỉ yên (xấp xỉ 21 tỉ USD) nhằm tích lũy năng lượng điện từ vũ trụ dưới dạng sóng viba hoặc tia laze cung cấp cho 300 ngàn hộ gia đình tại Nhật trong vòng 3 thập kỷ.  

Dự án này được đảm trách bởi một nhóm nghiên cứu đến từ 16 công ty trong đó có Công ty THHH Công nghiệp nặng Mitsubishi, mục tiêu là trong 4 năm nữa phát triển công nghệ tích luỹ năng lượng điện cung cấp cho địa cầu. Họ tin rằng khi nhiên liệu đã cạn kiệt thì những dự án năng lượng mặt trời trên quỹ đạo Trái đất sẽ là cứu cánh, cung cấp nguồn năng lượng đáng kể trong tương lai, Kensuke Kanekiyo từ Viện Kinh tế năng lượng của Chính phủ Nhật cho biết. 

Những trạm năng lượng dự tính sẽ sản xuất khoảng 1GW điện từ 4km2 diện tích tấm pin năng lượng mặt trời, đủ để đáp ứng nhu cầu năng lượng cho 300 ngàn hộ dân Nhật Bản với mức tiêu dùng năng lượng hiện nay. Tấm pin năng lượng khổng lồ này sẽ ở trên quỹ đạo cách bề mặt Trái đất khoảng 36 ngàn kilômét do đó nó sẽ không bị ảnh hưởng bởi thời tiết và có khả năng sản xuất điện liên tục. Trung tâm NASA Mỹ đã tiến hành nghiên cứu tiềm năng của hệ thống năng lượng mặt trời vũ trụ trong vài thập kỉ qua và đã chi khoảng 80 tỉ USD cho việc nghiên cứu. NASA và những tổ chức chính phủ khác ước đoán chi phí của điện năng do tấm pin năng lượng mặt trời vũ trụ cung cấp ở vào khoảng 1 tỉ USD/1MW điện. Chi phí này được đánh giá là quá tốn kém. 

Nhật Bản nhận thấy chi phí của việc xây dựng trạm năng lượng mặt trời trên quỹ đạo sẽ khiến cho các hộ dân không thể tiếp cận được nguồn điện năng này trong thời điểm hiện tại. Và việc xúc tiến xây dựng tấm pin này cũng không thể tiến hành với giá cả hiện nay. Bởi vậy Hiệp đoàn Nhật Bản phải tìm ra phương án nhằm giảm chi phí của dự án này.

Koji Umehara, Giám đốc Bộ Phát triển và Sử dụng vũ trụ Nhật Bản cho biết, với việc phóng tên lửa đơn phương trị giá 10 tỉ yên, chi phí cho trạm năng lượng vũ trụ sẽ vào khoảng 2 nghìn tỉ yên, khiến cho chi phí điện năng cung cấp tăng thêm một cách thái quá. 

Bước đầu tiên trong hành trình đưa dự án trên đến thành công là việc phóng một vệ tinh khớp với tấm pin năng lượng mặt trời vào

năm 2015. Tấm pin này sẽ phát điện xuống mặt đất. 

JAXA, cơ quan nghiên cứu hàng không vũ trụ Nhật Bản dự tính hệ thống năng lượng mặt trời vũ trụ sẽ đi vào hoạt động vào khoảng năm 2030. 

*      Vũ Thủy (Theo Physorg)10 tỷ USD xây dựng nha máy sản xuất pin măt trơi lớn nhất Nhật Bản

 

Công ty Dầu khí Showa của Nhật Bản vừa cho biết sẽ đầu tư 100 tỷ

yên (tương đương với 10 tỷ USD) để xây dựng nhà máy sản xuất pin

mặt trời lớn nhất tại Nhật Bản.

Nhà máy sản xuất pin mặt trời co công suất lên tới 90.000 KW/năm và sẽ vượt qua công ty sản xuất pin mặt trời của Tập đoàn Sharp co công suất 71.000 KW/năm để trở thành nhà máy sản xuất pin mặt trời lớn nhất Nhật Bản.Khi đi vào hoạt động nhà máy sẽ đáp ứng được nhu cầu về nguồn năng lượng sạch đang ngày càng tăng, đong gop vào các nỗ lực thực hiện chính sách tiết kiệm năng lượng và sử dụng năng lượng xanh trên thế giới.Dự kiến, nhà máy sẽ đi vào hoạt động vào cuối năm 2011.

Nha máy quang năng hoạt động ban đêm

 

(thanhnien.com.vn) Nhà máy này trông giống như một công trình nghệ

thuật sắp đặt khổng lồ với 2.650 bảng thu quang năng được sắp đặt một

cách đối xứng theo hình tròn đồng tâm trải rộng trên diện tích 185ha.

Những bảng thu quang năng co tên gọi heliostats tập trung 95% bức xạ

mặt trời rồi chuyển đến trung tâm xử lý.

Nhiệt độ từ trung tâm lên đến 90 độ C làm nong chảy các bể muối để tạo

ra công năng cho các turbin hơi nước. Sức nong không chỉ phục vụ hoạt

động của nhà máy vào ban ngày mà còn được lưu trữ từ khi tắt nắng trong

15 giờ liên tục, do vậy nhà máy vẫn tiếp tục làm việc qua đêm hoặc vào

những ngày nắng yếu.

Thời tiết tại miền Nam Tây Ban Nha rất thuận lợi cho nhà máy điện mặt trời

với ít nhất 270 ngày/năm co nắng.  Những tính toán cho thấy khai thác

quang năng ở khu vực này hiệu quả gấp ba lần so với những loại năng

lượng tái sinh khác.

Dự án này là liên doanh giữa Công ty năng lượng Abu Dhabu Masdar và

chi nhánh năng lượng Torresol của hãng kỹ thuật SENER, cần 2 năm để

xây dựng với tổng chi phí 260 triệu bảng Anh. Khi đi vào hoạt động, nhà

máy điện mặt trời này sẽ tạo ra 110 GWh/năm, đủ sức cung cấp năng

lượng cho 25.000 hộ gia đình trong khu vực Andalucia.

Báo Daily Mail dẫn lời lãnh đạo của dự án này cho biết với việc lần đầu

tiên trên thế giới sử dụng công nghệ muối nong chảy, nhà máy liên tục

hoạt động sẽ giúp giảm chi phí đầu tư và hạ giá thành đáng kể trong việc

khai thác năng lượng mặt trời.

Pin măt trơi từ rau muống

 Bằng cách sử dụng màu diệp lục có trong cây rau muống làm chất màu nhạy sáng, các nhà khoa học Việt Nam đã tạo ra được loại pin giá rẻ và tiện ích.

GS-TS Nguyễn Đức Nghĩa, Viện Hoa học (Viện Khoa học và Công nghệ

Việt Nam), vừa cho biết đã bước đầu chế tạo thành công pin mặt trời hữu

cơ Dye - Sensitized Solar Cell (DSSC) co hiệu suất chuyển hoa năng

lượng cao, mở ra những hy vọng mới cho việc sử dụng năng lượng tái tạo

thay thế dần những nguồn năng lượng đang dần cạn kiệt.

 Mô hình bình nước nóng sử dụng năng lượng mặt trời tại Tổng Công ty Tài chính Cổ phần Dầu khí Việt Nam (PVFC) tại Hà Nội (ảnh nhỏ). Các nhà khoa học tại Viện Hóa học đang làm việc trong phòng thí nghiệm với hệ thống thiết bị phân tích nhiệt. Ảnh: VNSOLAR - VIỆN HÓA HỌC

Bước đầu thử nghiệm thành công

Pin mặt trời hữu cơ DSSC được tạo ra theo cách thức sau: Ánh sáng mặt

trời đi qua tấm kính, qua lớp điện cực trong suốt, chiếu vào chất màu nhạy

sáng. Sau đo xảy ra cơ chế photon kích thích làm cho electron nhảy lên,

đến điện cực trong suốt rồi qua mạch ngoài chạy về điện cực kim loại, tạo

ra dòng điện. Chất màu nhạy sáng là thành phần quan trọng làm cho ánh

sáng thuộc nhiều bước song trong phổ ánh sáng mặt trời dễ dàng bị hấp

thu để kích thích làm thoát điện tử, tạo ra dòng điện. Chất màu nhạy sáng

càng tốt khả năng tạo ra điện năng càng cao.

Mục tiêu của các nhà khoa học Việt Nam trong việc chế tạo pin mặt trời

hữu cơ DSSC là tạo chất màu cấu trúc nano cảm ứng ánh sáng ở bước

song rộng 400 mm – 700 mm từ chất màu diệp lục lá cây. GS-TS Nguyễn

Đức Nghĩa cho biết công trình đã thành công trong thử nghiệm bước đầu

chế tạo pin mặt trời DSSC mô phỏng sinh học bằng việc sử dụng màu diệp

lục chlorophill co trong lá cây rau muống làm chất màu nhạy sáng. Ngoài

giá trị sáng chế này, công trình còn đặt mục tiêu chế tạo màng mỏng nano

chuyển dẫn điện tử trên cơ sở màng mỏng nano titan diocide và titan

diocide kim loại co cấu trúc nano mao mỏng.

Hiệu suất chuyển hóa năng lượng cao

Theo phân tích của GS-TS Nguyễn Đức Nghĩa, do cây rau muống co số

lượng chất diệp lục lớn, tinh chất, dễ chiết xuất (chỉ cần nghiền nát lấy

nước và đưa vào máy chiết xuất) lại rất phổ biến nên được chọn để lấy

chất diệp lục. Hiện chúng ta cũng đã co sẵn một lượng lớn tinh chất diệp

lục được chiết xuất sẵn từ cây rau muống để sử dụng trong khoa học nên

co thể sử dụng ngay.

Khi sử dụng để chế tạo pin DSSC, chất màu nhạy sáng trong rau muống 

cho hiệu suất chuyển hoa năng lượng đạt 2% - 5%, co lúc đạt mức cao

nhất là 6,1% (mức cao nhất trên thế giới từng đạt được là 11%). Từ đây,

cho phép tạo ra  pin mặt trời dạng DSSC co hiệu suất chuyển hoa năng

lượng tốt và thời gian sống dài. Qua thử nghiệm, pin mặt trời hữu cơ

DSSC hoạt động tốt khi nắng yếu, kể cả với ánh sáng trong nhà.

Đề tài nghiên cứu chế tạo pin mặt trời hữu cơ DSSC vừa được Hội đồng

Nghiệm thu Khoa học Quốc gia chính thức nghiệm thu vào ngày 8-4 tại

Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam. GS-VS Nguyễn Văn Hiệu, Chủ tịch

Hội đồng Nghiệm thu, cho biết ông rất vui mừng trước những nghiên cứu

thiết thực và vượt trội như vậy và cần nhanh chong đưa vào ứng dụng.

 

Giá rẻ va ít tác động đến môi trương

Kết quả nghiên cứu về pin mặt trời hữu cơ DSSC cho phép chúng ta sản xuất các tấm pin năng lượng mặt trời giá rẻ, hiệu suất cao, bảo vệ môi trường và bổ sung một lượng điện năng không nhỏ cho ngành điện khi đưa vào sử dụng rộng rãi. Pin mặt trời hiện có trên thị trường được chế tạo từ các vật liệu vô cơ như silicon.

Khác với silicon tinh thể cần được sản xuất ở nhiệt độ rất cao, pin hữu cơ có thể được sản xuất dễ dàng, giá rẻ và ít tác động đến môi trường. Do thích hợp với các chất nền dẻo nên loại pin này có thể sử dụng trong nhiều ứng dụng như sạc pin điện thoại và máy tính xách tay, làm màn hình dẻo... 

 Quang nhiệt: Bức tranh 2 mau  

Tác giả: Lê Trung     NCĐT 26/12/2011

 

9 dự án quang nhiệt bị hủy bỏ để chuyển sang panel quang năng.

 

 

Dù găp nhiều khó khăn, Cơ quan Năng lượng Quốc tế vẫn dự báo công suất điện quang nhiệt toan cầu sẽ đạt 147 GW vao năm 2020, tăng hơn 100 lần so với công suất 1,3 GW hiện nay.

Việc các nhà máy Trung Quốc liên tục gia tăng sản lượng tấm pin năng lượng mặt trời

(panel) trong thời gian qua khiến giá bán sản phẩm này không ngừng giảm, nhiều công ty

trong ngành phải điêu đứng mà điển hình là sự phá sản của công ty sản xuất tế bào

quang điện Solyndra (Mỹ). Chưa dừng lại ở đó, sự bành trướng của các công ty Trung

Quốc hứa hẹn sẽ khai tử một lĩnh vực khác của ngành công nghiệp quang năng: thiết bị

quang nhiệt, sản sinh điện bằng cơ chế ánh sáng mặt trời phản chiếu qua các tấm gương

làm sôi nước, tạo ra hơi nước quay các turbin điện.

Theo trang tin Bloomberg New Energy Finance (BNEF), có ít nhất 4 công ty đã hủy bỏ kế

hoạch xây dựng các nhà máy quang nhiệt ở Mỹ để chuyển sang sử dụng tế bào quang

điện bởi giá sản phẩm này đã giảm gần một nửa trong năm nay. Các báo cáo của hãng tư

vấn năng lượng GTM Research cho thấy trong 2 năm trở lại đây, có đến 9 dự án quang

nhiệt bị hủy bỏ để chuyển sang panel quang năng. Hiện nay, dù hơn 30 dự án quang nhiệt

ở Mỹ vẫn còn hoạt động nhưng các công ty theo đuổi lĩnh vực này đang gặp khó khăn

trong việc huy động vốn.

Dù lĩnh vực quang nhiệt gặp nhiều khó khăn trong thời gian qua, Cơ quan Năng lượng

Quốc tế (IEA) vẫn dự báo công suất điện quang nhiệt toàn cầu sẽ đạt mức 147 GW vào

năm 2020, tức tăng hơn 100 lần so với công suất 1,3 GW hiện nay. Lý do là các nhà máy

quang nhiệt có thể sử dụng một loại cát lỏng để tích trữ nhiệt vào ban ngày và sử dụng

nhiệt lượng đó để duy trì hoạt động của máy phát điện vào ban đêm. “Lợi thế lớn nhất của

quang nhiệt là khả năng trữ nhiệt. Đây là giải pháp rẻ mà hiệu quả,” Cédric Philibert,

chuyên gia phân tích của IEA, cho biết.

Những chuyên gia quen thuộc với hệ thống gương quang nhiệt cho biết khả năng trữ năng

lượng của công nghệ này rất đáng giá. Hiện hơn 20 nhà máy quang nhiệt với công suất

trung bình 1,5 GW được xây dựng tại Tây Ban Nha, nơi các dự án quang nhiệt nhận được

trợ cấp từ Chính phủ và hoạt động có lãi. Công ty Abengoa của Tây Ban Nha cho biết dự

án Mojave Desert có công suất 250 megawatt tại California của họ sẽ tiếp tục sử dụng

công nghệ quang nhiệt trong thời gian tới.

Trong khi một số công ty tích cực duy trì tính cạnh tranh của điện quang nhiệt thì công ty

BrightSource Energy hứa hẹn mang đến thế mạnh cạnh tranh mới cho lĩnh vực này. Hầu

hết các công ty hoạt động trong lĩnh vực quang nhiệt hiện nay đều sử dụng hệ thống

“máng” gồm một dãy các tấm kính lồi hội tụ năng lượng vào một đường ống chứa cát lỏng

nằm cách mặt đất khoảng 1 m.

BrightSource Energy thì khác, công ty này đang đặt cược vào công nghệ mới gọi là “tháp

điện”. Tại nhà máy Ivanpah của Công ty ở California, những tấm gương được sắp xếp

thành các hình tròn đồng tâm trên diện tích rộng hàng km2, hội tụ ánh sáng mặt trời vào

tháp trung tâm có 1 bồn chứa nước hoặc cát lỏng. Nhiệt lượng hội tụ có thể đun nóng

dung dịch lỏng trong bồn đến 5380 C. Nhờ công nghệ mới này, BrightSource nhận được

khoản vay đảm bảo trị giá 1,6 tỉ USD từ Chính phủ Mỹ để cải tiến và thương mại hóa mô

hình nhà máy quang nhiệt của mình.