CÔNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI NIỀM HY VỌNG LỚN CỦA NHÂN LOẠI NHÂN LOẠI1.I. Năng pdf

1 CÔNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI NIỀM HY VỌNG LỚN CỦA NHÂN LOẠI 2 I. Năng lượng mặt trời đang thu hút sự quan tâm của thế giới Những năng lực biến đổi để nhận được điện mặt trời giá rẻ vẫn tiếp tục là hướng chú trọng của nghiên cứu và phát triển (R&D) và ngành chế tạo trên khắp thế giới: Viện Hàn lâm Kỹ nghệ Mỹ (NAE), trong Báo cáo đưa ra đầu năm 2008 , xác định năng lượng mặt trời là một trong 10 thách thức và cơ hội lớn đặt ra cho kỹ nghệ trong 5 thập niên đầu thế kỷ 21. Tại Hội nghị của Hiệp hội Hóa chất Mỹ gần đây, Giáo sư Viện Công nghệ California đã nhận xét năng lượng do ánh sáng mặt trời cung cấp cho trái đất chỉ cần 1 giờ đã lớn hơn năng lượng tiêu thụ của cả thế giới trong vòng 1 năm. Nhưng thách thức lớn nhất để tận dụng năng lượng này là giảm giá thành của điện mặt trời để nó có khả năng cạnh tranh được với các dạng năng lượng truyền thống. Nhiều lĩnh vực trong xã hội có thể tận dụng được lợi ích của năng lượng mặt trời giá rẻ, như được nêu trong Báo cáo của Tổ chức RAND-một tổ chức nghiên cứu phi lợi nhuận của Mỹ “Cuộc Cách mạng công nghệ toàn cầu- GTR2020”: "Các hệ thống năng lượng mặt trời sẽ có giá rẻ để được phổ cập rộng rãi ở các nước đang phát triển và kém phát triển cũng như người dân sinh sống ở vùng sâu, sẽ có giá rẻ để được phổ cập rộng rãi ở các nước đang phát triển và kém phát triển cũng như người dân sinh sống ở vùng sâu, vùng xa". Năng lượng này có thể dùng để bơm nước tưới tiêu hoặc có thể được dùng cho các ngành nghề thủ công, cho học tập từ xa, để làm đèn chiếu sáng cho những nơi không có mạng lưới điện, làm đông lạnh thực phẩm và thuốc men nhằm cải thiện dinh dưỡng và y tế. Điện mặt trời cũng được Công ty Tư vấn tài chính Mỹ, Nerrill Lynch, coi là công nghệ đi đầu trong số những công nghệ sẽ làm nên cuộc Cách mạng công nghệ lần thứ sáu, bên cạnh những công nghệ khác như phong điện, năng lượng sinh học. Do giá dầu thế giới tăng cao, sử dụng năng lượng mặt trời ngày càng trở nên hấp dẫn. Tại Hội nghị lần thứ 29 về pin mặt trời, được tổ chức vào tháng 10/2008 tại Valencia, Tây Ban Nha, thu hút được 4.000 nhà nghiên cứu và hàng nghìn người trưng bày triển lãm. Sự tập hợp đông đảo như vậy chứng minh cho một thị trường bùng nổ từ nhiều năm nay - thị trường tiêu thụ điện năng được sản xuất bằng pin mặt trời. Theo Báo cáo của Viện Chính sách Địa cầu Mỹ, các nhà đầu tư đang ngày càng quan tâm tới việc tìm kiếm các nguồn năng lượng thay thế dầu mỏ. Nguồn tài nguyên năng lượng mặt trời là vô tận: "Nó có thể cung cấp hơn 10.000 lần số lượng điện tiêu thụ đang được sản xuất ra trên toàn thế giới". Ước tính đến năm 2012, công suất một nhà máy điện năng lượng mặt trời có thể đạt 6.400 kW, gấp 14 lần công suất hiện nay. Các nhà máy điện qui mô lớn cũng không dừng lại ở việc sử dụng các loại pin quang điện mà sẽ sử dụng các tấm gương khổng lồ để thu năng lượng mặt trời. Hiện nay, các thiết bị thu năng lượng mặt trời được lắp đặt gia tăng 40%/năm trên thế giới.Những nhà phân tích tài chính cho rằng, thị trường sẽ vượt quá 5.000 MW trong năm 2008, 7.000 trong năm 2010 và đạt đến 20.000 trong năm 2012. Thị 3 trường pin mặt trời chỉ tập trung ở 5 quốc gia: Đức, Mỹ, Tây Ban Nha, Nhật Bản và Italia. Theo các chuyên gia, giá điện mặt trời vào khoảng từ 0,13 - 0,17 USD/kW, đủ sức cạnh tranh với nhiệt điện sử dụng khí đốt. Mỹ và Tây Ban Nha là 2 nước có tham vọng nhất trong việc phát triển năng lượng mặt trời. Với dự án sản xuất khoảng 5.600 MW điện năng, hệ thống nhà máy điện mặt trời tương lai ở miền Tây nước Mỹ có khả năng cung cấp năng lượng cho khoảng 1,7 triệu hộ gia đình. Tổ hợp điện mặt trời lớn nhất của Mỹ trên sa mạc Mojave, bang California, từ năm 1980 đến nay đã và đang cung cấp điện cho gần 100.000 hộ gia đình trong vùng. Tây Ban Nha hiện đã triển khai khoảng hơn 60 dự án xây dựng nhà máy điện mặt trời và mới đây đã khánh thành sản xuất quang nhiệt điện đầu tiên ở Sanlucar, gần Seville. Tính đến năm 2007, Đức đã vượt qua Nhật Bản để thống trị ngành sản xuất năng lượng quang điện trên thế giới. Chỉ tính riêng năm 2007, Đức đã sản xuất 1063 MW năng lượng mặt trời. Đức vẫn là nhà lắp đặt hệ thống năng lượng quang điện hàng đầu thế giới, với bằng chứng là sản lượng năng lượng của Đức chiếm gần một nửa sản lượng toàn cầu. Năng lượng quang điện hiện nay đã đạt ngưỡng 1% nhu cầu tiêu thụ điện của nước Đức và được các nhà phân tích dự báo rằng có thể đạt mức 25% vào năm 2050. Theo Hans-Josef Fell, Nghị sĩ Quốc hội Đức, thì "nguồn năng lượng từ pin mặt trời có khả năng thay thế năng lượng nguyên tử của Đức trong vài thập kỷ tới". Trong khi đó, Nhật Bản tiếp tục là quốc gia sản xuất tấm hấp thụ năng lượng mặt trời nhiều hơn bất kỳ quốc gia nào khác với tổng công suất năng lượng sản xuất đạt được trong năm 2007 là 920 MW. Ở Pháp, trung bình một mét vuông đất có thể thu nhận mỗi năm 1 MWh điện năng lượng mặt trời. Nếu thu được 10% số năng lượng ấy thì sẽ đảm bảo được toàn bộ lượng điện tiêu thụ của cả nước". EDF (Tổng Công ty Điện lực Pháp) đã đạt được những thành công lớn: Mỗi tháng, EDF nối 800 điểm sản xuất điện từ pin mặt trời vào lưới điện. Trung Quốc là nước có tiềm năng lớn nhất có thể tiêu thụ các sản phẩm tấm pin năng lượng mặt trời, trong vài năm qua cũng trở thành một trong những nước đi đầu trong lĩnh vực này nhưng lượng tiêu thụ rất nhỏ, khoảng 100MW trong năm 2007. Hội nghị Thượng đỉnh thành lập Liên minh Địa Trung Hải đầu tháng 7/2008 khẳng định, sẽ cho xây dựng một nhà máy điện mặt trời lớn trên sa mạc Sahara, nhằm cung cấp điện cho châu Âu và châu Phi. Dự kiến, năm 2050, nhà máy này sẽ đạt công suất 100.000 MW. Tuy nhiên, triển vọng sử dụng năng lượng mặt trời vẫn còn là trong mơ ước: giá thành của sản phẩm điện sản xuất từ pin mặt trời vẫn còn tương đối cao. Hơn nữa, ngành sản xuất điện năng này còn phải quan tâm đến vấn đề môi trường. 4 II. Công nghệ và thị trường pin mặt trời Các hệ thống năng lượng mặt trời gồm 2 loại chính: (1) Các hệ thống nhiệt mặt trời và (2) các hệ thống điện mặt trời (hay còn gọi là hệ thống quang điện- PV). ở các hệ thống nhiệt mặt trời, năng lượng mặt trời được thu giữ dưới dạng nhiệt, sau đó, nhờ vật liệu truyền nhiệt, dùng để sưởi ấm, làm mát hoặc đun nước, hoặc có thể được tập trung lại để nấu nồi hơi tuabin chạy máy phát điện. Công nghệ PV: Hiện trạng và triển vọng Các hệ thống PV là dựa vào các vật liệu để biến ánh sáng mặt trời thành dòng điện. Công nghệ PV gồm 3 loại chủ yếu như sau: - Thế hệ 1 dựa vào silic và các phương pháp chế tạo của ngành công nghiệp bán dẫn; - Thế hệ 2 dựa vào những vật liệu màng mỏng và những phương pháp được phát triển trong các ngành chế tạo màng và chất phủ. - Thế hệ 3 là một loạt các công nghệ và các cách tiếp cận chế tạo mới, hứa hẹn nâng cao hiệu suất biến đổi năng lượng, giảm chi phí chế tạo. Nhiều chuyên gia tin rằng chiến lược tốt nhất để tận dụng tiềm năng to lớn của ánh sáng mặt trời là thông qua các công nghệ thế hệ 2 và 3. Công nghệ Việc phân định công nghệ PV thành 3 thế hệ là dựa vào: (1) những vật liệu và quy trình chế tạo được sử dụng và (2) hiệu năng biến đổi cực đại mà về lý thuyết chúng có thể nhận được. Ranh giới giữa thế hệ 2 và 3 đôi khi không rõ rệt. Ba thế hệ công nghệ và những công nghệ nằm trong đó cạnh tranh nhau để tăng hiệu năng, giảm giá thành vật liệu và chi phí chế tạo. Năm 2006, những công nghệ thế hệ 1 chiếm 90% doanh số. Nhìn chung, chúng có hiệu năng cao nhất, nhưng giá thành vật liệu và chi phí chế tạo cao. Giá những mođun PV dựa vào vật liệu công nghệ thế hệ 1 ước tính khoảng 3-4 USD/W. Khi kể cả những thiết bị cân bằng hệ thống khác, chẳng hạn như bộ biến đổi điện một chiều thành xoay chiều, các bộ acquy, thì giá thành tăng lên 6-8 USD/W. Nghĩa là giá điện của các hệ thống PV sản xuất ra là vào khoảng 0,25-0,65 USD/kWh, lớn hơn một bậc so với giá điện sản xuất từ than đốt hiện nay. Những công nghệ thế hệ 2 – thường gọi là PV màng mỏng, vì chúng được chế tạo từ các vật liệu màng mỏng – có doanh số năm 2006 chiếm từ 7%, năm 2007 tăng lên 11%, một phần do giá silic tăng. Mặc dù vật liệu màng mỏng thường có hiệu năng biến đổi thấp, nhưng giá thành vật liệu lại thấp hơn vì: (1) giảm hoặc loại bỏ được lượng silic hoặc vật liệu cần thiết khác, và (2) sử dụng những phương pháp chế tạo có chi phí thấp. Vì vậy, những công nghệ màng mỏng được hưởng lợi từ giá thành cao của silic. Các công nghệ có phạm vi rất đa dạng của thế hệ 3 chủ yếu đang ở pha nghiên cứu nhưng hứa hẹn sẽ đem lại hiệu năng cao hơn, đồng thời chi phí cũng thấp hơn. Những công nghệ đó tìm cách biến đổi một tỷ lệ lớn của phổ ánh sáng mặt trời thành điện thông qua một loạt các vật liệu, công nghệ và phương pháp chế tạo mới. 5 Mặc dù giá thành của các công nghệ thế hệ 1 là cao, song cả chi phí lẫn hiệu năng của chúng đều được cải thiện rất nhiều ở vài thập kỷ qua. Hiệu suất của những pin PV thương mại đã tăng từ 6% lên hơn 15%. Giá thành của chúng cũng giảm từ 20 USD/W hồi thập kỷ 70 xuống 2,7 USD/W năm 2004, trước khi giá silic tăng buộc giá PV phải tăng theo. ở phòng thí nghiệm và những ứng dụng trên vũ trụ, những vật liệu và kỹ thuật tiên tiến đã đạt tới hiệu năng là 35-45%. Công nghệ thế hệ 1 Trong số hơn 90% pin PV sản xuất ra năm 2006 dựa vào công nghệ thế hệ 1, có 52,3% là từ silic đa tinh thể, còn 38,3% là từ silic đơn tinh thể. Những vật liệu này được sản xuất ra nhờ những phương pháp chế tạo rất tốn kém được phát triển bởi ngành công nghiệp bán dẫn. Nhiều hãng hiện đang tìm cách cải tiến những phương pháp này hoặc tìm kiếm những phương pháp mới. Schott Solar, nhà chế tạo pin và tấm đa tinh thể, tiếp tục đổi mới bằng cách tinh chế các sản phẩm của mình. Tháng 12/2007, công ty thông báo đã phát triển được một cấu trúc bề mặt mới, có khả năng biến đổi nhiều ánh sáng chiếu vào thành điện năng. Bởi vậy, những pin đó giảm được lượng silic cần thiết cho 1W điện. Những công ty khác đang chú trọng vào cải tiến việc cung cấp silic ở thượng nguồn. SunPower, một công ty phần lớn được sở hữu bởi Cypress Semiconductor, đang tìm cách áp dụng những đổi mới gần đây nhất vào xí nghiệp chế tạo pin PV 25 MW đầu tiên của mình tại Philippin. Tương tự, Solaicx đã phát triển một quy trình liên tục để cấy các tấm silic đơn tinh thể, với năng suất cao hơn 5,5 lần những nhà sản xuất theo từng lô. Solaicx đã bắt đầu sản xuất vào tháng 11/2007, với xí nghiệp có tổng công suất 40 MW, sau tăng lên 160 MW vào cuối năm 2008. Các công ty khác đang theo đuổi cách tiếp cận tầng sôi để tạo silic. AE Polysilicon ở Mỹ đang sử dụng lò phản ứng tầng sôi chu trình khép kín, thân thiện với môi trường để sản xuất silic hạt, tại xí nghiệp sản lượng 1800 tấn/năm, khai trương vào năm 2009. Nếu thành công, công ty sẽ tăng sản lượng lên 12.000 tấn/năm vào năm 2010. Wacker Chemie của Đức cũng phát triển một xí nghiệp sản xuất polysilic mới (sản lượng 650 tấn/năm), sử dụng quy trình tầng sôi liên tục, khai trương năm 2008. Ngoài ra, một số công ty lớn nhất đang tích cực đổi mới hoặc tăng cường sản xuất và hạ chi phí thông qua học hỏi và tiết kiệm nhờ quy mô. Q-tells của Đức có Phòng R&D 300 nhân viên đang tích cực theo đuổi các công nghệ thế hệ 1 lẫn thế hệ 2, tương tự như hơn 160 tổ chức khác ở Đức. Tháng 3/2007, hãng biện pháp thông báo đã xây dựng xí nghiệp 300 MW/năm tại Tây Ban Nha. Hãng cũng lập liên doanh với Tata của ấn Độ để sản xuất điện mặt trời tổng công suất 300 MW/năm vào năm 2010. Cuối cùng, một số doanh nghiệp nhỏ ở Mỹ (chẳng hạn như Blue Square ênrgy và CaliSolar) đang chú trọng phát triển những phương pháp để biến silic chất lượng thấp thành nguyên liệu dùng cho pin PV có khả năng cạnh tranh. 6 Công nghệ thế hệ 2 Các công nghệ pin màng mỏng phổ biến nhất là được chế tạo từ silic vô định hình. Những hãng như Sharp, United Solar Ovonic và Mitsubishi sử dụng công nghệ này. Vì công nghệ dựa vào silic nên nó cũng bị tác động bởi sự tăng giá của silic, nhưng dẫu sao nó vẫn sử dụng silic ít hơn nhiều so với công nghệ thế hệ 1. Theo Manufacturing and Technology News 2008, First Solar là hãng PV đang tăng trưởng nhanh nhất thế giới. Sự tăng trưởng của hãng được tạo động lực một phần là bởi hãng dựa vào vật liệu cadmium telluride (CdFe), và sự cạnh tranh từ phía các hãng khác đang gia tăng. Ví dụ, tháng 9/2007, AVA Solar thông báo sẽ xây dựng một xí nghiệp sản lượng 200 MW cho các môđun màng mỏng CdFe, dự kiến sẽ đi vào sản xuất vào cuối năm 2008. Những công ty nhỏ khác đang tiến hành nghiên cứu trong lĩnh vực này gồm PrimeStar Solar. SoloPower, Miasole, Narosolar, Heliovolt và Ascent Solar đang phát triển những tấm mảng mỏng từ đồng indium gallicum selenide (CIGS). Hãng đặt kế hoạch sẽ có năng lực chế tạo là 20 MW (sử dụng phương pháp kết tủa điện hóa) vào năm 2008 và hy vọng nâng lên 120 MW vào cuối năm 2010. Miasole cũng đang dự định bắt đầu chế tạo, trên cơ sở sử dụng cách tiếp cận khuếch tán kết tủa chân không. Tuy nhiên, ngay từ tháng 12/2007, báo cáo của hãng cho biết đã thất bại trong bước đầu sản xuất thương mại tại xí nghiệp 50 MW của mình, do hiệu suất quá thấp. Cũng vào tháng 12/2007, Nanosolar chuẩn bị thương mại hóa PV màng mỏng CIGS, với hiệu suất của mođun đạt hơn 10%. Cách tiếp cận của hãng là dựa vào kỹ thuật in mực hạt nano năng suất cao lên dải kim loại. Hãng dự kiến sẽ bắt đầu và sản xuất hết công suất xí nghiệp chế tạo, với sản lượng 430 MW vào năm 2008. Heliovolt sử dụng kỹ thuật in nhanh để phủ vật liệu CIGS lên nền kính. Các tấm PV của hãng đạt hiệu suất 10-12% tại nhà máy chế thử được khai trương vào năm 2006. Tháng 10/2008, hãng khai trương thêm 1 xí nghiệp rộng 122.400 ft2 tại Austin, Texas. Ascent Solar đang phát triển công nghệ màng mỏng CIGS với chất nền là chất dẻo. Sản phẩm đưa ra có trọng lượng nhẹ, mềm dẻo và có thể kết hợp với vật liệu xây dựng. Gần đây, Ascent đã đạt được thỏa thuận với Gisosa Sociedad của Tây Ban Nha để kết hợp công nghệ này với các sản phẩm mái cao su, được phân phối rộng khắp trên toàn châu Âu. Công nghệ thế hệ 3 Một số cách tiếp cận được dùng ở các công nghệ như sau: - Pin PV nhạy cảm với chất nhuộm; - Chấm và giếng lượng tử; - Pin PV hữu cơ - Các công nghệ dựa vào kỹ thuật nano khác. - Các pin PV tập trung (sử dụng những vật liệu của cả 3 thế hệ). Nhiều công nghệ kết hợp 2 hoặc nhiều hơn các cách tiếp cận này cùng một lúc, cho thấy sự tinh xảo của ngành chế tạo PV. 7 Pin PV nhạy cảm với chất nhuộm Đây là một trong những công nghệ thế hệ 3 được bàn đến nhiều nhất, do Michael Gratzen và các cộng sự phát triển năm 1991 và những pin này được gọi là pin Gratzen. Pin được chế tạo từ những hạt nano titanium dioxide được phủ chất nhuộm hữu cơ. Ưu điểm chính của pin là dễ chế tạo, chi phí thấp, thời gian thu hồi vốn năng lượng ngắn (lượng năng lượng cần thiết để sản xuất pin được hoàn trả dưới 1 năm, trong khi của pin PV silic là 3-4 năm). chúng có thể được in lên thủy tinh, dải kim loại và chất dẻo, tạo khả năng sản xuất từ cuộn này sang cuộn khác. Chúng cũng có thể được chế tạo ở dạng trong suốt hoặc với màu sắc khác nhau, có thể kết hợp với các vật liệu xây dựng. Nhược điểm chính là có hiệu suất thấp hơn 2 lần so với pin silic ở điều kiện tiêu chuẩn là 25 o C và mật độ ánh sáng 1000 W/m 2 . Tuy nhiên, khoảng cách hiệu suất này được thu hẹp nhiều khi xét ở các điều kiện thực tế ngoài trời. Những lợi ích bổ sung bao gồm quy trình sản xuất nhanh, tương tự như kỹ thuật in phun. Và mặc dù chúng sử dụng những vật liệu tiên tiến, nhưng công nghệ chế tạo lại tương đối rẻ và ít tiêu tốn năng lượng hơn nhiều so với các quy trình chế tạo PV khác. Bởi vậy, tác động môi trường của các pin PV Gratzen thấp hơn rất nhiều. Một số hãng của Nhật, Ôxtrâylia, Mỹ và Châu Âu đã phát triển những ứng dụng của pin Gratzen. Ví dụ, G24 Innovations (G24) đã xây dựng một xí nghiệp sản lượng 30 MW/năm tại Cardiff, Wales, được mở rộng lên 200 MW vào cuối năm 2008. Pin PV sử dụng chấm và giếng lượng tử Sử dụng chấm và giếng lượng tử trong pin PV là lĩnh vực nghiên cứu tương đối mới. Những công nghệ này có thể nâng hiệu suất biến đổi năng lượng và hạ chi phí chế tạo xuống rất nhiều. Quatasol – một hãng PV của Anh sử dụng những giếng lượng tử cực nhỏ phân bố xen kẽ giữa các lớp gallium arsenide (GaAs) giúp tăng gấp đôi hiệu năng của pin so với các pin silic. Phương pháp này và các cải tiến khác có thể nâng hiệu năng của PV lên 30%. Pin PV hữu cơ Konarka và Air Products and Chemicals đang liên kết đẩy nhanh tốc độ tiến bộ của các PV hữu cơ. Họ nhận được tài trợ từ Chính phủ Mỹ để phát triển những polyme tiên tiến PV cho các pin PV hữu cơ. Tháng 3/2008, Konarka thông báo đã thành công trong sử dụng kỹ thuật in phun để chế tạo pin PV. Alan Heeger, nhà khoa học trưởng và đồng sáng lập hãng Konarka cho biết hãng đang R&D về các polyme tự lắp ráp để chế tạo các pin PV mềm bằng kỹ thuật in, có hiệu suất biến đổi năng lượng là 10-15%. Những công nghệ sử dụng vật liệu nano khác Những vật liệu nano này gồm mực tinh thể nano, dây nano và anten nano. Innovalight đang sử dụng các tinh thể nano silic ở dạng mực silic, có thể dùng để in. Hãng dự định sẽ đưa ra những mođun màng mỏng đầu tiên vào năm 2009. GE Global Research đã trình diễn các pin PV làm từ dây nano có hiệu năng đạt 18% và có thể được chế tạo với chi phí thấp hơn nhiều lần so với những pin PV hiện 8 nay. Các nhà nghiên cứu ở Phòng thí nghiệm quốc gia Idaho và Micro Continium đã phát triển phương pháp in các mạng anten nano lên tấm chất dẻo. Nhờ kích thước nhỏ, những anten nano hấp thụ cả năng lượng hồng ngoại, nghĩa là chúng có thể hấp thụ năng lượng của cả ánh sáng mựt trời lẫn nhiệt của trái đất, không như những pin PV khác chỉ hoạt động với ánh sáng. Pin PV tập trung (CPV) Cuối cùng, một loạt những pin PV sử dụng ánh sáng tập trung cũng đang trên đà phát triển. Những hệ thống này quy tụ ánh sáng mặt trời lên từ 2 đến hơn 1000 lần rồi chiếu vào những pin PV hiệu năng cao. Một số hệ thống này cũng sử dụng các hệ thống bám kiểm 1 trục và 2 trục để thu được lượng tia sáng nhiều nhất. Những nhà chế tạo CPV gồm EnFocus, SolFocus và Solaria. Hệ thống được thiết kế đầu tiên của SolFocus sử dụng những mođun 2 gương hình lục lăng để khuếch đại ánh sáng mặt trời lên 500 lần rồi chiếu vào các pin GaAs hiệu năng cao do Spectrolab chế tạo. Hiệu năng dự tính của hệ thống là 17%, tuy nhiên phiên bản cải tiến có thể đạt tới 26%. Hãng đang vận hành một nhà máy thử nghiệm 2 MW ở Mỹ và bước vào sản xuất lô lớn ở nhà máy 100 MW/năm đặt tại ấn Độ vào năm 2008 với đối tác là Moser Baer. Hai hãng này hy vọng sẽ mở rộng công suất nhà máy lên 400 MW/năm vào năm 2010. Solaria đã phát triển quy trình cắt những pin đơn hoặc đa tinh thể thành những dải hẹp, sau đó nhồi vào những khối chất dẻo giá rẻ, đúc bằng kỹ thuật ép đùn. Nhờ thay thế silic đắt tiền bằng chất dẻo, những mođun của Solaria rẻ hơn 15-30% các môđun tấm phẳng thông thường. Solaria có nhà máy thử nghiệm 2,5 MW/năm tại California. Tháng 7/2007, hãng ký thỏa thuận với Q-cells của Đức để nâng sản lượng lên 1,35 Gigawat/năm. Những nhà phát triển CPV khác, với sự chú trọng vào các loại pin hiệu năng cao gồm Amonix, Boeing (Spectrolab), Soliant (hay Practical Instruments), GreenVolt, Emcore, Prison Solar, Energy Innovations, Cool Earth Solar, MicroLink Devices và Wakonda. Cool Earth Solar đã xây dựng nhà máy sản lượng 2 MW vào cuối năm 2008. MicroLink tìm cách sử dụng loại pin GaAs liên kết kép giá rẻ để sử dụng cho bộ hội tụ ánh sáng 500 x. Wakonda tìm cách thay thế chất nền german đơn tinh thể ở trong các bộ pin đa liên kết lắng dải kim loại giá rẻ. Thị trường Ngành công nghiệp pin PV đã tăng trưởng 55% vào năm 2007 và có tốc độ tăng trưởng trung bình trong 5 năm qua là 44%. Hãng nghiên cứu thị trường BCC Research, đã ước tính giá trị thị trường của các hệ thống PV năm 2007 là gần 13 tỷ USD, và có thể tiếp tục tăng trưởng 15% mỗi năm, đến năm 1012 sẽ đạt 32 tỷ USD. Tốc độ tăng trưởng ngoạn mục này đã được tạo động lực bởi những khuyến khích và trợ cấp của Chính phủ để phát triển năng lượng tái tạo. mặc dù Nhật Bản đã ngừng ưu đãi về giá cho điện mặt trời, nhưng châu Âu, đặc biệt là Đức vẫn có những chính sách thúc đẩy mạnh mẽ và tạo động lực cho thị trường này. Năm 2007, Đức trở thành quốc gia đầu tiên lắp đặt hơn 1 GW điện mặt trời trong 1 năm. 6 tháng đầu năm 2007, 10 nhà chế tạo các tấm PV thương mại lớn 9 nhất chủ yếu là ở Nhật Bản và Đức. Hãng Suntech ở Trung Quốc gần đây đã trở thành nhà chế tạo PV lớn thứ ba thế giới. Do nhu cầu gia tăng, đặc biệt là ở châu Âu, nên Đức đã mua 90% sản lượng của Suntech. Sự tăng trưởng nhanh nhu cầu đã đẩy giá thành của silic từ 25 USD/kg năm 2003 lên 400 USD/kg vào tháng 4/2008. Nhưng những nhà máy sản xuất silic tiếp tục ra đời và năng lực sản xuất silic có thể tăng gấp đôi vào năm 2010. Điều này có thể làm cho giá thành của các công nghệ thế hệ 1 và 2 dựa vào silic sẽ tụt xuống còn 2 USD/w đối với các công nghệ thế hệ 1 và 1 USD/w đối với một số công nghệ thế hệ 2. Nếu như vậy, những công nghệ này sẽ cạnh tranh được về giá cả với những công nghệ sản xuất điện truyền thống (chẳng hạn như các nhà máy nhiệt điện dùng than đốt), thậm chí không cần trợ cấp của Chính phủ. Một thách thức đối với những hãng sản xuất các công nghệ thế hệ 2 mà không dựa vào silic và những hãng sản xuất công nghệ thế hệ 3 là giá thành hoặc nâng cao hiệu năng để có thể cạnh tranh được với những công nghệ dựa vào silic, thậm chí cả khi giá silic tụt xuống. 10 III. Công nghệ nhiệt mặt trời 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 nhiệt mặt trời đã có những bước tiến dài. Giờ đây đã có hàng loạt các hệ công nghệ đang hoặc sẵn sàng được 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. Công nghệ CSP thế hệ mới Công ty Ausra Inc. đã đưa vào hoạt động trạm năng lượng nhiệt mặt trời 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 thập kỷ 1980 và đầu 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 cỡ 300 m. 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 Theo công ty Siemens Energy, họ sẽ cung cấp động cơ hơi nước công nghiệp cho một trong những nhà máy điện tháp mặt trời (solar tower) vận hành thương mại đầu tiên, đó là dự án Solar Tres (19 MW) của công ty Sener, đặt ở gần Seville (Tây Ban Nha), đã khởi công cách đây 7 năm. Để tập trung ánh sáng mặt trời, nhà máy điện này sẽ sử dụng hệ thống gương dõi theo mặt trời được bố trí [...]... sách về mức chuẩn áp dụng năng lượng tái tạo, trong đó một số bang đề ra tỉ lệ bắt buộc về năng lượng mặt trời Tuy nhiên hiện nay đa số các ứng dụng năng lượng mặt trời còn chưa đủ sức cạnh tranh về chi phí so với các phương án phát điện khác Theo EPRI, sử dụng năng lượng mặt trời để hỗ trợ than hoặc khí tự nhiên có thể “là phương án có chi phí thấp nhất để bổ sung năng lượng mặt trời cho nguồn điện bởi... nhiệt 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... chế tạo với khối lượng lớn Khác với các đối thủ cạnh tranh khác trong lĩnh vực năng lượng mặt trời như Ausra và BrightSource, trong các buổi đàm phán với nhiều công ty có ý định xây dựng nhà máy nhiệt điện mặt trời tại miền Tây Nam nước Mỹ, hãng SkyFuel nói rằng họ không muốn xây dựng các nhà máy điện của họ theo công nghệ này SkyFuel cũng đang nghiên cứu phương án của riêng họ về công nghệ Fresnel tuyến... các công trình điện hiện có Và bởi vì cường độ năng lượng mặt trời mạnh nhất nói chung lại rơi vào thời điểm phụ tải đỉnh mùa hè, điều này khiến cho chu kỳ hơi được năng lượng mặt trời hỗ trợ trở thành phương án năng lượng tái tạo thực sự hấp dẫn” Hiệu quả về kinh tế CSP còn có nhiều trở ngại phải vượt qua Trở ngại lớn nhất đối với các công ty điện lực là giá thành vẫn còn cao Mặc dầu hiện nay điện năng. .. Quốc và Ấn Độ, được thiên nhiên ưu đãi về nguồn năng lượng mặt trời ở sa mạc để cấp điện cần thiết cho phát triển kinh tế Mexico cũng có trữ lượng khổng lồ năng lượng mặt trời gần các thành phố lớn của cả Mexico lẫn Mỹ Và đương nhiên,sa mạc Sahara, là nguồn tài nguyên đầy tiềm năng Năm 2008, các kỹ sư châu Âu đã tiết lộ kế hoạch xây dựng các nhà máy CSP công suất hàng ngàn mêgaoat để đấu nối qua đường... 20 công ty - bao gồm Siemens, Deutsche Bank và các công ty năng lượng như RWE - và chi phí đầu tư là 400 tỉ euro (tức khoảng 555,3 tỉ USD), theo quan chức Torsten Jeworrek của Munich Re Dự án có tên gọi "Desertec" hướng đến năng lượng nhiệt mặt trời công nghệ tương đối thấp - bằng việc sử dụng những chiếc gương khổng lồ đặt trong sa mạc để đun sôi nước làm chạy những turbine trong một nhà máy năng lượng. .. hiện nay điện năng từ năng lượng mặt trời tập trung rẻ hơn so với từ các tấm pin mặt trời, nhưng nói chung vẫn ở vào khoảng 15 - 20 cent/kWh, cao hơn nhiều so với điện năng từ nhiên liệu hóa thạch và gió (mặc dầu năng lượng gió “thất thường” hơn so với nhà máy CSP có vị trí tốt, và nói chung thời điểm phát công suất đỉnh của phong điện không trùng với đỉnh phụ tải) Tuy vậy, giá của CSP đang giảm, và... Desertec cũng như sự hợp tác với các quốc gia Địa Trung Hải Với dự án Desertec, châu Âu muốn xây dựng một nhà máy năng lượng mặt trời khổng lồ để chuyển đổi nhiệt năng mặt trời vô tận trong sa mạc Sahara thành điện năng không CO2 Phần hấp dẫn nhất của dự án Desertec là sự tương đối đơn giản của công nghệ áp dụng Theo nhận xét xủa tờ nhật báo tài chính Handelsblatt, mặc dù những vấn đề về kỹ thuật đã giải... 15% khi năng lượng được trữ trong ắcqui, theo đánh giá của MIT Technology Review Ausra sẽ khởi công xây dựng một nhà máy thương mại công suất 175 MW ở California vào cuối năm 2008 Tiềm năng ở châu Phi Làm sao để công nghệ này đến được với các nước nghèo và có mức thu nhập trung bình? Tiềm năng chắc chắn là có đối với các quốc gia có khí hậu nóng và khô Hai trong số những quốc gia sử dụng năng lượng có... Đức dự kiến biến sa mạc Sahara tại Bắc Phi thành nguồn cung cấp năng lượng khổng lồ không bao giờ cạn cho châu Âu Dự án mang tên DESERTEC của họ sẽ chứng minh cho thế giới thấy rằng có thể sản xuất điện từ năng lượng mặt trời với công suất vô tận và hiệu quả kinh tế cao Dự án đầy tham vọng này do Đức lãnh đạo cung cấp cho châu Âu điện mặt trời thu được từ các vùng sa mạc Bắc Phi bắt đầu với một hội nghị . CÔNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG MẶT TR I NIỀM HY VỌNG LỚN CỦA NHÂN LO I 2 I. Năng lượng mặt tr i đang thu hút sự quan tâm của thế gi i Những năng. trường. 4 II. Công nghệ và thị trường pin mặt tr i Các hệ thống năng lượng mặt tr i gồm 2 lo i chính: (1) Các hệ thống nhiệt mặt tr i và (2) các hệ thống i n mặt tr i (hay còn g i là hệ thống. trạm năng lượng nhiệt mặt tr i Kimberlina t i Bakersfield (bang California, Mỹ). Đây là trạm nhiệt i n mặt tr i đầu tiên kể từ khi Công ty FPL Energy xây dựng 9 hệ thống phát năng lượng mặt trời