Xu thế năng lượng thế giới?: Tiềm năng điện mặt trời

Tăng 33%/năm

Năng lượng mặt trời là chuyển đổi năng lượng từ ánh sáng mặt trời thành điện, hoặc trực tiếp sử dụng quang điện (PV). Các tế bào quang điện biến đổi ánh sáng thành dòng điện sử dụng hiệu ứng quang điện.

Quang điện ban đầu chỉ được sử dụng như một nguồn điện cho các ứng dụng vừa và nhỏ, từ máy tính của học sinh được cung cấp bởi một pin mặt trời cho đến các ngôi nhà ở xa được hỗ trợ bởi một hệ thống PV trên tầng mái. Các nhà máy điện mặt trời thương mại lần đầu tiên được phát triển trong những năm 1980. Việc lắp đặt Ivanpah 392MW là nhà máy điện mặt trời tập trung lớn nhất thế giới, nằm ở sa mạc Mojave của California, Hoa Kỳ.

Khi chi phí điện mặt trời giảm, số lượng hệ thống năng lượng mặt trời kết nối lưới điện đã phát triển thành hàng triệu và các nhà máy điện mặt trời quy mô công suất với hàng trăm megawatt đang được xây dựng. Năng lượng mặt trời PV nhanh chóng trở thành công nghệ rẻ tiền, ít carbon để khai thác năng lượng tái tạo từ Mặt trời. Nhà máy quang điện lớn nhất hiện nay trên thế giới là Công viên Năng lượng mặt trời đập Longyangxia 850MW, tại Thanh Hải, Trung Quốc.

Năm 2014, Cơ quan Năng lượng Quốc tế (IAEA) dự báo kịch bản “năng lượng tái tạo cao” vào năm 2050 điện mặt trời và năng lượng mặt trời tập trung sẽ đóng góp khoảng 16% và 11% tiêu thụ điện trên toàn thế giới, sẽ là nguồn điện lớn nhất thế giới. Hầu hết thiết bị năng lượng mặt trời sẽ ở Trung Quốc và Ấn Độ. Tính đến năm 2016, điện mặt trời chỉ cung cấp 1% tổng sản lượng điện trên toàn thế giới nhưng tăng trưởng ở mức 33% mỗi năm.

Nhiều ưu điểm

Điện mặt trời là xu hướng phát triển tích cực trong việc cung cấp năng lượng cho các nhu cầu tư nhân và công cộng với nhiều ưu điểm. Nổi trội nhất chính là khả năng tái tạo của nguồn năng lượng này. Theo tính toán của NASA, mặt trời còn có thể cung cấp năng lượng cho chúng ta trong khoảng 6,5 tỷ năm nữa. Nói cách khác, năng lượng mặt trời gần như vô tận, dư thừa để đáp ứng nhu cầu về năng lượng của nhân loại cho muôn vàn thế hệ về sau.

Và tiềm năng của năng lượng mặt trời cũng rất lớn. Theo nghiên cứu, mỗi ngày bề mặt trái đất được hưởng 120.000 terawatts (TW) năng lượng từ ánh sáng mặt trời, cao gấp 20.000 lần so với nhu cầu của con người trên toàn thế giới (1TW = 1.000 tỷ W).

Một ưu điểm nổi bật khác là tính khả dụng của năng lượng mặt trời. Năng lượng mặt trời có thể được tiếp nhận và sử dụng ở mọi nơi trên thế giới, không chỉ ở vùng gần xích đạo trái đất mà còn ở các vĩ độ cao thuộc phía Bắc và phía Nam.

Thí dụ, Đức hiện đang chiếm vị trí hàng đầu thế giới trong việc sử dụng năng lượng mặt trời và có kế hoạch tận dụng tối đa tiềm năng này. Xét về mức độ sạch, năng lượng mặt trời là lĩnh vực hứa hẹn nhất. Việc sản xuất, vận chuyển, lắp đặt và vận hành các nhà máy điện mặt trời về cơ bản không phát thải các loại khí độc hại vào khí quyển.

Ngay cả khi có phát thải một lượng nhỏ, nếu so sánh với các nguồn năng lượng truyền thống là không đáng kể. Việc sản xuất năng lượng mặt trời cũng có ưu điểm hơn các loại năng lượng thủy điện hay phong điện, do không sử dụng các loại động cơ như trong máy phát điện, vì vậy việc tạo ra điện không gây tiếng ồn.

Lắp đặt tấm pin điện mặt trời.

Khác với thủy điện hay các hình thức năng lượng sạch khác, năng lượng mặt trời có thể được sản xuất ở quy mô hộ gia đình. Chuyển sang sử dụng pin mặt trời, các hộ gia đình sẽ có được khoản tiết kiệm đáng kể trong ngân sách chi tiêu. Việc bảo trì, duy tu hệ thống cung cấp năng lượng mặt trời cho hộ gia đình đòi hỏi chi phí rất thấp. Trong 1 năm, bạn chỉ cần vài lần lau chùi sạch các tấm pin năng lượng mặt trời và chúng luôn được các nhà sản xuất bảo hành trong khoảng thời gian lên tới 20-25 năm.

Phạm vi ứng dụng của năng lượng mặt trời cũng rất rộng - cung cấp điện tại các khu vực không có kết nối với lưới điện quốc gia; dùng để khử muối trong nước biển ở nhiều quốc gia châu Phi khan hiếm nước ngọt, thậm chí cả việc cung cấp năng lượng cho các vệ tinh trên quỹ đạo trái đất. Điện mặt trời gần đây được gọi là “năng lượng toàn dân”, phản ánh sự đơn giản của việc tích hợp điện mặt trời vào hệ thống cung cấp điện nhà, song song với điện lưới hoặc điện từ các nguồn cung khác.

Vẫn còn tồn tại

Điện mặt trời có rất nhiều ưu điểm, nhưng tại sao nó vẫn chưa phổ biến rộng rãi? Bởi nó còn tồn tại một nhược điểm chết người, đó chính là chi phí đầu tư ban đầu khá đắt đỏ. Giá của ắc quy/pin tích trữ điện mặt trời để lấy điện sử dụng vào ban đêm hay khi trời không có nắng, hiện vẫn còn khá cao so với túi tiền của đại đa số người dân. Vì thế, ở thời điểm hiện tại, điện mặt trời chưa có khả năng trở thành nguồn điện duy nhất ở các hộ gia đình, chỉ có thể là nguồn bổ sung cho điện lưới và các nguồn khác.

So với việc sản xuất các loại năng lượng khác, điện mặt trời thân thiện với môi trường hơn, nhưng một số quy trình công nghệ để chế tạo các tấm pin mặt trời cũng đi kèm với việc phát thải các loại khí nhà kính, nitơ trifluoride và hexaflorua lưu huỳnh.

Ở quy mô lớn, việc lắp đặt những cánh đồng pin mặt trời cũng chiếm nhiều diện tích đất lẽ ra được dành cho cây cối và thảm thực vật. Việc sản xuất các tấm pin mặt trời màng mỏng đòi hỏi phải sử dụng những chất quý hiếm và đắt tiền như cadmium telluride (CdTe) hoặc gallium selenide indi (CIGS), điều này dẫn đến sự gia tăng chi phí.

Một trong những thông số quan trọng của nguồn điện mặt trời là mật độ công suất trung bình, được đo bằng W/m2 và được mô tả bằng lượng điện năng có thể thu được từ 1 đơn vị diện tích nguồn năng lượng. Chỉ số này đối với điện mặt trời là 170 W/m2 - nhiều hơn các nguồn năng lượng tái tạo khác, nhưng thấp hơn dầu, khí, than và điện hạt nhân.

Vì lý do này, để tạo ra 1kW điện từ nhiệt năng mặt trời đòi hỏi diện tích khá lớn của các tấm pin mặt trời. Dù vậy, với công nghệ sản xuất pin mặt trời ngày một tiến bộ hơn - mô-đun màng mỏng được đưa trực tiếp vào vật liệu ngay từ giai đoạn sơ chế, người ta hy vọng điện mặt trời sẽ dần khắc phục được các nhược điểm kể trên.

(Còn tiếp)

Vĩnh Cẩm