Điện năng lượng mặt trời là gì và vai trò của năng lượng mặt trời?

Điện năng lượng mặt trời được tạo ra theo hai cách phổ biến trên thế giới hiện nay là sử dụng tấm pin năng lượng mặt trời và sử dụng hệ thống thu nhiệt (điện mặt trời tập trung CSP) để vận hành nhà máy điện thông thông thường.

---

Các nội dung chính:

1.  Điện năng lượng mặt trời là gì?

2.  Pin năng lượng mặt trời (pin quang đện)

3.  Điện năng lượng mặt trời tập trung

4.  Các ứng dụng khác từ năng lượng mặt trời

5.  Xe điện năng lượng mặt trời

6.  Lưu trữ điện năng lượng mặt trời

7.  Sự phát triển của điện năng lượng mặt trời

8.  Lợi ích to lớn từ điện năng lượng mặt trời

---

Điện năng lượng mặt trời là gì?

Điện năng lượng mặt trời là điện được tạo ra từ việc chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành điện bằng cách sử dụng tấm pin năng lượng mặt trời hoặc từ nhà máy năng lượng mặt trời dựa trên nguyên lý phản xạ ánh để vận hành lò hơi nước làm quay tua bin tạo điện.

Pin năng lượng mặt trời

Pin mặt trời, hay còn gọi là tế bào quang điện (PV: Photovoltaic), pin năng lượng mặt trời là thiết bị chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành dòng điện, điện được tạo ra này còn được gọi phổ biến là điện năng lượng mặt trời. Cơ chế hoạt động của thiết bị này dựa trên hiệu ứng quang điện trong vật lý.

Xem thêm về cách hoạt động của pin năng lượng mặt trời: 

 

Pin năng lượng mặt trời lần đầu được tạo ra năm 1880, năm 1954 tế bào năng lượng mặt trời bằng silicon được tạo ra bởi các nhà nghiên cứu Gerald Pearson, Calvin Fuller và Daryl Chapin từ Mỹ, ban đầu giá bán của pin năng lượng mặt trời tới 286 USD/watt với hiệu suất chuyển đổi chỉ đạt 4,5-6%. 

Cánh đồng pin năng lượng mặt trời

Công nghệ pin năng lượng mặt trời từ silicon được phát triển cho tới bây giờ, các nhà sản xuất lớn trên thế giới như Canadian, Sharp, Q-cell,.. đã cải tiến công nghệ và nâng mức hiệu suất lên 16-25% và tới gần 40% trong các phòng thí nghiệm. Trong tương lai, công nghệ pin mặt trời sẽ tiếp tục được phát triển để khai thác hiệu quả hơn về nhiều mặt.

Điện năng lượng mặt trời tập trung

Hệ thống điện năng lượng mặt trời tập trung (CSP: Concentrated solar power) sử dụng gương, ống kính và các hệ thống theo dõi để phản chiếu ánh sáng mặt trời trên một khu vực rộng thành một chùm nhỏ tạo ra nhiệt lượng rất lớn, nhiệt lượng này dùng làm nóng chảy muối ở nhiệt độ lên đến 566⁰C, muối nóng chảy được dẫn đi làm sôi bể nước tạo luồng hơi nước mạnh làm quay tua bin máy phát điện.

Nhà máy điện năng lượng mặt trời tập trung CSP(Concentrated solar power)

Trong lịch sử, người đầu tiên dùng kỹ thuật này là nhà bác học vĩ đại của Hy Lạp Acsimet (Archimedes), ông dùng gương đồng để hội tụ ánh nắng đốt cháy các chiến thuyền của La Mã.

Ưu điểm của hệ thống CSP là nguyên vật liệu để sản xuất đầu tư cho thiết bị khá phổ biến và giá thành rẻ, hiệu suất cao, không ảnh hưởng xấu tới môi trường, tuy nhiên chỉ phù hợp để xây dựng các nhà máy điện năng lượng mặt trời lớn.

Các ứng dụng khác từ năng lượng mặt trời

Tạo ra các máy nước nóng sử dụng nguồn nhiệt từ mặt trời để sử dụng trong sinh hoạt, bể bơi,…

Các máy nước nóng năng lượng mặt trời

Hệ thống sưởi ấm từ năng lượng mặt trời áp dụng trong xây dựng, sử dụng các vật liệu nhiệt khối như đá, xi màng, nước,..

Hệ thống xử lý nước sử dụng nhiệt mặt trời và điện năng lượng mặt trời để khử mặn hoặc khử khuẩn

Bếp năng lượng mặt trời, người ta cũng sử dụng kỹ thuật hội tụ ánh sáng mặt trời để tạo nhiệt phục vụ nấu ăn, điển hình là các bếp công nghiệp ở Ấn Độ đang phục vụ tới 35.000 suất ăn mỗi ngày.

Bát năng lượng mặt trời dùng để hội tụ nhiệt cho bếp

Xe điện năng lượng mặt trời

Các nước trên thế giới đã phát triển các loại Phương tiện sử dụng điện năng lượng mặt trời như xe hơi, máy bay, tàu thủy, khí cầu. Tại Úc, họ tổ chức cuộc đua thường niên tên là “Thách thức mặt trời thế giới” cho các trường đại học và các doanh nghiệp so tài trên quãng đường có độ dài 3.021km, tốc độ của người chiến thắng gần đây nhất lên tới 90,87km/h.

Xe điện năng lượng mặt trời trong một cuộc thi

Lưu trữ điện năng lượng mặt trời

Vì các hệ thống tạo ra điện năng lượng mặt trời chỉ trực tiếp tạo ra điện ở điều kiện ban ngày có ánh sáng tốt, nên việc lưu trữ điện hoặc duy trì sản xuất điện năng lượng mặt trời để phục vụ vào ban đêm là vấn đề quan trọng cần xử lý.

Để điều tiết nhiệt độ trong nhà, các kỹ sư xây dựng đã thiết kế thệ thống nhiệt khối để tích trữ năng lượng nhiệt của mặt trời để làm ấm hoặc làm mát ngôi nhà.

Đối với hoạt động của các nhà máy CSP (nhà máy điện năng lượng mặt trời tập trung), sử dụng muối nóng chảy  lưu trong các bể chứa để duy trì hoạt động cho nhà máy

Sơ đồ hệ thống điện năng lượng mặt trời tập trung dùng muối nóng chảy

Với hệ thống pin quang điện để tạo ra điện năng lượng mặt trời, hình thức phổ biến nhất là sử dụng các hệ thống pin sạc để tích trữ hoàn toàn (đối với hệ thống điện năng lượng mặt trời độc lập) hoặc điện dư thừa (đối với hệ thống điện năng lượng mặt trời hòa lưới).

Hệ thống ắc qui để lưu trữ điện năng lượng mặt trời

Sự phát triển của điện năng lượng mặt trời

Với lịch sử phát triển của pin quang điện qua hơn nửa thế kỷ, công nghệ và hiệu quả của hệ thống điện năng lượng mặt trời đã tăng lên rất đáng kể, các nhà sản xuất lớn trên thế giới vẫn đang không ngừng nghiên cứu để cải thiện hiệu suất của pin năng lượng mặt trời. Các tiêu chuẩn trong sản xuất và nguyên phụ liệu sản xuất cũng ngày được nâng cao nhằm đáp ứng yêu cầu về sức khỏe và môi trường

Biểu đồ thể hiện sự phát triển của điện năng lượng mặt trời (đơn vị Gigawatt: GW)

Hình trên: Tổng sản lượng điện năng lượng mặt trời dự kiến từ 2017 đến 2022 là 572.9GW

                 Tăng trưởng trung bình hằng năm (CAGR) là 5.2%

Lợi ích to lớn từ điện năng lượng mặt trời

Điện năng lượng mặt trời là nguồn điện được chuyển đổi từ năng lượng ánh sáng mặt trời thành điện năng, nên đầu tiên chúng ta có một nguồn tài nguyên có thể xem là vô tận để khai thác

Ý nghĩa kinh tế của điện năng lượng mặt trời

Nguồn cung cấp vô tận, chi phí sản xuất pin năng lượng mặt trời đang ngày càng giảm, sản lượng điện cung cấp đang tăng dần theo thời gian góp phần giảm giá thành tiêu thụ điện.

An ninh năng lượng

Điện năng lượng mặt trời trong tương lai có thể thay thế các hình thức sản xuất điện khác từ việc đốt nguyên liệu hóa thạch cũng như hạn chế thủy điện làm thay đổi hệ sinh thái

Lợi ích môi trường của điện năng lượng mặt trời

Điện năng lượng mặt trời được công nhận là nguồn năng lượng xanh, sạch và thân thiện với môi trường, công nghệ tái chế pin năng lượng mặt trời cũng dần hoàn thiện, theo thống kê năm 2014, lượng phát thải khí CO2 trung bình của điện năng lượng mặt trời là 41g/kWh so với điện than là 820g/kWh và dầu khí là 490g/kWh

Ngoài ra, điện năng lượng mặt trời được ứng dụng sâu rộng trong đời sống của con người từ sinh hoạt đến sản xuất, có khả năng triển khai với quy mô rất đa dạng và phù hợp với mọi đối tượng.