Báo cáo Pin mặt trời và bộ lưu điện cho xe điện hoạt động ở khí hậu Việt Nam (Phần 1)

Nội dung text: Báo cáo Pin mặt trời và bộ lưu điện cho xe điện hoạt động ở khí hậu Việt Nam (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG PIN MẶT TRỜI VÀ BỘ LƯU ĐIỆN CHO XE ĐIỆN HOẠT ĐỘNG Ở KHÍ HẬU VIỆTS K C 0 0 0 2 8 1 NAM MÃ SỐ: T2011 - 23 S K C 0 0 3 6 2 5 THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, 2011
2. TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG PIN MẶT TRỜI VÀ BỘ LƯU ĐIỆN CHO XE ĐIỆN HOẠT ĐỘNG Ở KHÍ HẬU VIỆT NAM Mã số: T2011-23 Chủ nhiệm đề tài:Nguyễn Mạnh Hùng Thành viên đề tài:PGS-TS Quyền Huy Ánh TP. HCM, 11/2011
3. DANH SÁCH THÀNH VIÊN VÀ ĐƠ N V Ị PH ỐI H ỢP CHÍNH 1. KS Nguy ễn M ạnh Hùng 2. PGS-TS Quy ền Huy Ánh
4. MỤC L ỤC Trang Trang bìa ph ụ i Danh sách nh ững thành viên tham gia NC ĐT và đơ n v ị ph ối h ợp chính ii Mục l ục I ii Danh m ục hình v ẽ 1 Danh m ục bảng bi ểu 4 Thông tin k ết qu ả nghiên c ứu b ằng ti ếng Vi ệt và ti ếng Anh 5 MỞ ĐẦ U 07 0.1 Tổng quan tình hình nghiên c ứu trong và ngoài n ước 07 0.2 Tính c ấp thi ết c ủa đề tài 07 0.3 Mục tiêu c ủa đề tài 07 0.4 Cách ti ếp c ận 08 0.5 Ph ươ ng pháp nghiên c ứu 08 0.6 Đối t ượng và ph ạm vi nghiên c ứu 08 0.7 N ội dung nghiên c ứu 08 Ch ươ ng 1. T ỔNG QUAN V Ề PIN M ẶT TR ỜI 09 1.1. Gi ới thi ệu 09 1.2. Pin m ặt tr ời 09 1.2.1. Cấu t ạo pin m ặt tr ời 09 1.2.2. Nguyên lý ho ạt độ ng c ủa pin m ặt tr ời 10 1.3. Mô hình hóa pin m ặt tr ời 13 1.3.1. Mô hình pin m ặt tr ời đơn gi ản 13 1.3.2. Mô hình pin m ặt tr ời chính xác 16 1.4. Bộ pin m ặt tr ời 18 1.5. Vấn đề dò công su ất c ực đạ i 19 Ch ươ ng 02: PIN M ẶT TR ỜI 21 2.1 Sơ l ược các công ngh ệ ch ế t ạo pin M ặt Tr ời 21 2.1.1 Các công ngh ệ ch ế t ạo pin M ặt Tr ời trên th ế gi ới 21 2.1.1.1 Ch ế t ạo pin M ặt Tr ời b ằng Silic 21 a) Silic đơ n tinh th ể 22
5. b) Silic đa tinh th ể 22 c) Silic vô định hình 24 2.1.1.2 Công ngh ệ GaAs 28 2.1.1.3 Công ngh ệ ch ế t ạo pin M ặt Tr ời b ằng Polymer 30 2.1.1.4 Công ngh ệ ch ế t ạo pin M ặt Tr ời làm t ừ m ực 31 2.1.1.5 Công ngh ệ PETE 32 2.1.1.6 Công ngh ệ DYE 33 2.1.1.7 Công ngh ệ ch ế t ạo pin M ặt Tr ời b ằng đồ ng ôxít 34 2.1.2 Các công trình nghiên c ứu pin n ăng l ượng m ặt tr ời ở Vi ệt Nam 34 2.1.2.1 Ch ế t ạo pin m ặt tr ời h ữu c ơ 34 2.1.2.2 Pin M ặt Tr ời “lá cây” 36 2.2 Lựa ch ọn công ngh ệ nghiên c ứu ch ế t ạo pin 37 2.2.1 Công ngh ệ DYE 37 2.2.1.1 Nguyên lý ho ạt độ ng 38 2.2.1.2 Ti ến hành 39 a) Chu ẩn b ị 39 b) Th ực hi ện 39 c) Kết lu ận 44 2.2.2 Công ngh ệ đồ ng oxit 45 2.2.2.1 Nguyên lý ho ạt độ ng 45 2.2.2.2 Ti ến hành 45 a) Chu ẩn b ị 45 b) Th ực hi ện 45 c) Lắp ráp 49 d) Ki ểm tra 50 2.3 Lựa ch ọn công ngh ệ áp d ụng cho xe điện 51 Ch ươ ng 03: TÍNH TOÁN DI ỆN TÍCH PIN 52 3.1 Mô hình module solar panel 270W 52 3.2 B ộ dò công su ất c ực đạ i 53 3.2.1 Thu ật toán dò công su ất c ực đạ i 53
6. 3.2.1.1 Thu ật toán Perturb & Observe (PO) 53 3.2.1.2 Gi ải thu ật Incremental Conductance (incCond) 58 3.2.2 Bộ dò Công Su ất C ực Đạ i 61 3.2.2.1 M ạch chuy ển đổ i DC/DC 61 3.2.2.2 Bộ dò CSC Đ k ết h ợp điều khi ển PI 62 3.2.2.3 Bộ dò công su ất c ực đạ i tích h ợp 63 3.3 Dữ li ệu độ chói trong ngày t ại Vi ệt Nam 65 3.4 Tính toán di ện tích pin 67 3.5 Ph ươ ng án l ắp đặ t pin trên xe điện 70 Ch ươ ng 04: K ẾT LU ẬN 73
7. Đề tài nghiên c ứu khoa h ọc 2011 DANH M ỤC HÌNH V Ẽ Hình 1.1 Cấu t ạo c ủa pin m ặt tr ời 10 Hình 1.2 Nguyên lý ho ạt động c ủa pin m ặt tr ời 10 Hình 1.3 Hệ hai m ức n ăng l ượng 11 Hình 1.4 Các vùng n ăng l ượng 12 Hình 1.5 Nguyên lý ho ạt động c ủa pin m ặt tr ời 13 Hình 1.7 Mạch t ươ ng đươ ng đơ n gi ản c ủa pin m ặt tr ời 14 Hình 1.8a Dòng điện ng ắn m ạch 14 Hình 1.8b Điện áp h ở mạch 14 Hình 1.9 Đặc tính I-V c ủa pin quang điện t ại hai m ức b ức x ạ khác nhau (25 oC) 16 Hình 1.10 Mô hình m ạch t ươ ng đươ ng c ủa pin m ặt tr ời 18 Hình 1.11 Các t ấm pin quang điện m ắc n ối ti ếp nhau t ạo thành b ộ pin 36 Hình 2.1 Pin M ặt Tr ời được ch ế tạo t ừ Silic 21 Hình 2.2 Các công đoạn ch ế tạo pin M ặt Tr ời t ừ Silic đa tinh th ể 24 Hình 2.3 Module c ắt ngang và m ặt c ắt ngang c ủa t ế bào n ối đôi th ực t ế 25 Hình 2 .4 Cấu trúc Silic vô định hình và c ấu trúc module kính cán m ỏng 26 Hình 2 .5 Mô t ả sơ l ược công ngh ệ sản xu ất pin M ặt Tr ời b ằng công ngh ệ A-Si 27 Hình 2.6 Công ngh ệ ch ế tạo Pin M ặt tr ời b ằng polymer 30 Hình 2.7 Pin M ặt Tr ời c ủa Korgel có d ạng gi ống nh ư m ột lo ại m ực – được t ạo thành b ởi nh ững h ạt nano 31 Hình 2.8 Pin quang điện DYE 34 Nguy ễn M ạnh Hùng 1
8. Đề tài nghiên c ứu khoa h ọc 2011 Hình 2.9 Pin m ặt tr ời h ữu c ơ 35 Hình 2.10 Quá trình quang h ợp c ủa lá cây 36 Hình 2.11 Nguyên lý ho ạt động c ủa pin m ặt tr ời theo công ngh ệ DYE 38 Hình 2.12 Tạo vi ền hai bên cho t ấm kính 40 Hình 2.13 Tạo vi ền trên cho t ấm kính 40 Hình 2.14 Tráng h ỗn h ợp TiO 2 41 Hình 2.15 Tấm kính sau khi được tráng h ỗn h ợp TiO 2 41 Hình 2.16 Bóc các l ớp b ăng keo ra kh ỏi b ề mặt kính 42 Hình 2.17 Nhúng t ấm film TiO 2 vào dung dich nhu ộm 43 Hình 2.18 Tạo l ớp Counter electrode 43 Hình 2.19 Ti ến hành l ắp ráp 44 Hình 2.20 Rửa b ề mặt t ấm đồng b ằng dung dich axit nitric 46 Hình 2.21 Nướng t ấm đồng 46 Hình 2.22 Quá trình oxy hóa b ắt đầu 47 Hình 2.23 Lớp oxit đồng màu đen b ắt đầu hình thành 47 Hình 2.24 Lớp oxit đồng màu đen hình thành hoàn toàn khi b ếp nóng đỏ 48 Hình 2.25 Để tấm đồng ngu ội 48 Hình 2.26 Quá trình oxit đồng đen b ị tróc ra 49 Hình 2.27 Đóng h ộp 49 Hình 2.28 Th ử nghi ệm d ưới điều ki ện ánh sáng bình th ường 50 Hình 2.29 Th ử nghi ệm d ưới điều ki ện ánh sáng m ặt tr ời 50 Hình 3.1: Đặc tính k ỹ thu ật c ủa panel 270W redsun 53 Nguy ễn M ạnh Hùng 2
9. Đề tài nghiên c ứu khoa h ọc 2011 Hình 3.2 Đặc tính k ỹ thu ật c ủa mô hình t ấm panel 270W trên máy tính 53 Hình 2.3 Đặc tính công su ất – điện áp c ủa pin RS-P636-270W (1KW/m 2,25 oC) 54 Hình 3.4 Lưu đồ gi ải thu ật P&O 55 Hình 3.5 Ph ản ứng c ủa gi ải thu ật P&O trong điều ki ện b ức x ạ tăng d ần 57 Hình 3.6 Lưu đồ gi ải thu ật incCond 61 Hình 3.7: Mạch chuy ển đổi DC/DC SEPIC và t ỉ số ngõ vào ngõ ra 62 Hình 3.8: Mạch SEPIC thi công 62 Hình 3.9 Sơ đồ kh ối b ộ dò công su ất c ực đại tích h ợp v ới b ộ điều khi ển PI 63 Hình 3.10 Lưu đồ gi ải thu ật P&O dùng ph ươ ng pháp điều khi ển tr ực ti ếp dò ngõ ra 64 Hình 3.11 Dữ li ệu th ời ti ết t ại thành ph ố Hồ Chí Minh 67 Hình 3.12 Lưu đồ tính toán di ện tích pin 68 Hình 3.13 Lưu đồ tính t ổng công su ất t ừ pin m ặt tr ời 69 Hình 3.14 Điểm làm vi ệc c ủa pin 69 Hình 3.15 Giao di ện ch ươ ng trình h ỗ tr ợ tính toán 71 Hình 3.16 Lắp d ặt các cell t ế bào quang điện 72 Hình 3.17 Lắp d ặt các panel quang điện 72 Nguy ễn M ạnh Hùng 3