- Từ vài năm gần đây và khá năng trong nhiều năm tới nữa, ngành công nghiệp điện mặt trời vẫn được nhiều quốc gia trên thế giới chú ý đầu tư phát triển.

Hai loại công nghệ điện mặt trời

Nhìn chung, sự phát triển điện mặt trời trên thế giới diễn ra với cả hai loại công nghệ chính, đó là công nghệ quang điện SPV và công nghệ hội tụ năng lượng mặt trời CSP (concentrated solar power) hay còn gọi là Công nghệ nhiệt năng mặt trời STE (Solar thermal energy).

Trong đó, loại điện mặt trời theo công nghệ quang điện SPV được nhiều nước đầu tư phát triển từ giai đoạn đầu tiên của ngành điện mặt trời.

{keywords}
Nhà máy điện mặt trời loại hội tụ nhiệt Gemasolar, gần Seville, Tây Ban Nha.

Với mục tiêu hạ giá thành cho các nhà máy điện mặt trời theo công nghệ SPV, các nhà công nghệ đã tiến hành các nghiên cứu song song theo hai hướng.

Một là nghiên cứu tìm nguyên liệu mới hoặc cải tiến kỹ thuật chế tạo các tế bào quang điện. Về yêu cầu này, sau nhiều năm tiến bộ chậm chạp, từ 4-5 năm trở lại đây đã có nhiều tiến bộ đáng kể trong chế tạo các tế bào quang điện bằng cách thay đổi vật liệu và cách bố trí tối ưu các tế bào đó.

Hai là tránh chiếm dụng quá nhiều đất bằng phẳng. Để thực hiện điều này, nhiều nước và đi đầu là Australia đã xây dựng kiểu nhà máy, trong đó tất cả pin mặt trời hay tế bào quang điện với nhiệm vụ biến đổi các tia sáng mặt trời trực tiếp thành điện năng đều đặt nổi trên mặt nước. Như vậy, trong loại nhà máy điện mặt trời theo công nghệ quang năng SPV có thể phân thành 2 loại nhỏ tương ứng với sử dụng 2 “tiểu” công nghệ khác nhau, pin đặt trên mặt đất hay pin cho nổi trên mặt nước.

Các xu hướng nói trên chính là những giải pháp góp phần để ngành điện mặt trời theo công nghệ quang điện SPV không bị tụt hậu trên thị trường so với ngành điện mặt trời khác như nhiệt điện hay thủy điện … hay so cả với cả loại điện mặt trời dùng công nghệ hội tụ CSP hay STE (Solar thermal energy).

Về loại điện mặt trời theo công nghệ hội tụ nhiệt CSP, đầu tiên có thể nói đến một điều khác biệt căn bản so với công nghệ SPV là ở đây người ta thay hệ thống các pin mặt trời bằng hệ thống những gương phản chiếu nhằm tập trung ánh sáng mặt trời từ một không gian rộng lớn vào một diện tích nhỏ bé. Và trong diện tích này chỉ đặt các bể chứa hay ống dẫn chất lỏng (như nước….) hoặc chất rắn đặc biệt (như muối). Và ở đây, khi được làm nóng lên đến nhiệt độ vài trăm độ, hơi nước có áp suất cao được tạo thành rồi được dẫn đến để quay tuôc-bin và tạo ra dòng điện tương tự với các nhà máy nhiệt điện thông thường đốt than đá hay dầu khí.

Tương tự trường hợp cỗ máy phát điện mặt trời công nghệ SPV, ở đây nhà máy nhiệt điện mặt trời CSP cũng sử dụng 2 loại “tiểu” công nghệ khác nhau. Trong loại một người ta dùng các tấm gương cầu hoặc gương phẳng hội tụ các tia nắng mặt trời vào các bình chứa nước hay các ống dẫn nước đặt song song với gương. 

Trong loại hai các tia nắng mặt trời được hệ thống gương phản chiếu cho hội tụ một điểm duy nhất; nơi này để các bình chứa nước lớn và sau đó sẽ cho nước bốc hơi. Dĩ nhiên, cả 2 loại “tiểu” công nghệ này cũng đều đưa đến kết quả giống nhau là thu được hơi nước áp suất cao để quay tuốc-bin và phát điện.

Trong 2 loại công nghệ điện mặt trời SPV và CSP trình bày ở trên, mỗi loại có những ưu và nhược điểm riêng.

Trong máy nhiệt điện mặt trời CSP, có thể đặt một bộ phận lưu trữ nhiệt năng thu được trong thời gian mặt trời chiếu sáng (ban ngày và lúc không có mây mưa). Phần nhiệt năng này giữ lại dưới nhiều dạng khác nhau (nước hay dầu ở nhiệt độ cao, muối làm cho tan chảy …) và sẽ được sử dụng cho phát điện vào lúc không có ánh nắng mặt trời. Đây là một ưu thế của loại nhà máy điện hội tụ năng lượng mặt trời CSP hay nhiệt năng mặt trời STE.

Ngoài ra, đối với các nhà máy điện CSP, các nguyên vật liệu để chế tạo vật tư thiết bị cần thiết khá phổ biến và giá thành rẻ. Hầu hết thiết bị cho CSP cũng tương đồng với thiết bị của các công nghệ phát điện hiện hành. Đây là một trong những yếu tố góp phần tăng tính cạnh tranh về giá cả cho các nhà máy điện mặt trời loại này.

Cũng cần kể đến một ưu thế khác nữa của loại nhà máy nhiệt điện mặt trời CSP, đó là công suất cao hơn công suất của một nhà máy điện quang năng SPV và có thể cung cấp đủ nguồn điện cho nhu cầu sử dụng trên quy mô lớn.

Nhưng đối lại, các nhà máy điện mặt trời loại loại SPV cũng có những ưu điểm nổi bật. Trước hết, giá thành xây dựng nhà máy SPV thấp hơn nhiều so với nhà máy loại CSP.

Mặt khác, trong lúc nhà máy CSP đòi hỏi phải cung cấp một lượng nước nhiều hơn cả trăm lần thì nhu cầu này hầu không đặt ra đối với nhà máy loại SPV.

Một ưu điểm lớn của nhà máy loại quang điện SPV là không gây ảnh hưởng xấu đến môi trường tự nhiên. Trong lúc các nhà máy loại hội tụ nhiệt năng CSP thì ngược lại, các thiết bị chứa nước nóng và hơi nước nóng để quay tuôc-bin ở các nhà máy này làm ảnh hưởng xấu đến môi trường nhiều hơn với nhiều chim muông bị đốt cháy và nhiều cây cỏ xung quanh bị héo khô…

Với tương quan so sánh trên, hiện nay cả hai loại điện mặt trời, theo công nghệ quang điện SPV và công nghệ quang nhiệt CSP (hay STE), đều được nhiều nước, tùy tình hình cụ thể của mỗi nước, cùng khai thác sử dụng. Trong đó, ở các nước nhỏ và đang phát triển tình hình có phần nghiêng về phía sử dụng nhà máy loại quang điện SPV.

Các nhà máy điện mặt trời lớn nhất thế giới

{keywords}

Nhà máy ĐMT Topaz Solar Farm (Hoa Kỳ) là nhà máy điện quang số 1 với công suất đến 550 MW, sẽ cung cấp đủ điện sử dụng cho khoảng 160.000 gia đình của bang California.

Một bức tranh tổng quát về tình hình phát triển của lĩnh vực điện mặt trời trên thế giới như sau: Phát triển khá chậm chạp cho đến những năm cuối thế kỷ 20 và đầu thế kỷ 21. Trong khoảng 5 năm trở lại đây sự phát triển mang tính bột phát.

Cụ thể, số lượng các nước trên thế giới gia nhập cộng đồng điện mặt trời càng ngày càng nhiều thêm. Và thứ bậc theo tổng công suất điện năng mặt trời cũng biến động từ năm này sang năm khác. Chỉ trong 5 năm trở lại đây các cường quốc điện mặt trời có tên trong các vị trí từ 1 đến 5 thay đổi liên tục giữa Đức, Tây Ban Nha, Ấn Độ, Trung Quốc, Mỹ.

Một năm trước, tức đầu năm 2014 thứ bậc của 5 cường quộc điện mặt trời được sắp xếp theo thứ tự về tổng công suất tính bằng Gigawatt (con số đầu) và tỷ lệ điện năng mặt trời trong tổng điện năng quốc gia (con số thứ hai) như sau: Nước Đức (35,65 GW; 5,3%), Ý (18 GW; 9%), Trung Quốc (17,7 GW; 0,1%), Nhật (11,86 GW; 0,8%) và Hoa Kỳ (11,42 GW; 0,3 %).

Ở đây nước Mỹ (Hoa Kỳ) là một trường hợp đặc biệt. Nước này bước vào con đường phát triển điện mặt trời khá muộn màng, nhưng tốc độ và cách đi khá ấn tượng thể hiện tiềm năng lớn của quốc gia cường quốc giàu mạnh nhất thế giới.

Chỉ khoảng 4-5 năm gần đây nhất nước Mỹ vượt qua nhiều nước để vươn lên vị trí thứ 5 của danh sách xếp hạng. Và đặc biệt Mỹ đã tiến hành xây dựng các nhà máy điện mặt trời “khủng” nhất thế giới, chiếm hẳn 5 vị trí đầu về quy mô cả về điện mặt trời quang điện SVP và cả về điện mặt trời hội tụ nhiệt quang CSP

Điều này chứng tỏ tổng công suất và diện tích lắp đặt nhà máy năng lượng mặt trời tại Mỹ cũng tăng đột biến. Cụ thể, theo số liệu từ các cơ quan thống kế, chỉ riêng trong năm qua 2014 các chỉ tiêu này ở Mỹ đã tăng gấp đôi và khả năng năm nay 2015 sẽ tiếp tục tăng lên cũng với tốc độ đó.

Trần Minh