Cho đến nay, tổng công suất điện mặt trời đã đƣợc lắp đặt trên phạm vi toàn quốc chỉ vào khoảng 1,6MWp (theo PGS.TS. Đặng Đình Thống, 2011) . Trong tất cả các trƣờng hợp, theo ngôn ngữ thông dụng, thiết bị dùng để biến đổi trực tiếp BXMT thành điện là pin mặt trời. Đây là những hệ thống nhỏ lẻ, không nối lƣới, thƣờng đƣợc sử dụng trực tiếp ở dạng điện một chiều để thắp sáng, trong một số trƣờng hợp có thể đƣợc biến thành điện xoay chiều để sử dụng cho các nhu cầu khác. Trong vài năm trở lại đây, theo xu thế chung, đã có một số cố gắng nghiên cứu nối lƣới điện mặt trời. Tuy nhiên, các hoạt động này hiện chỉ đang dừng ở mức thử nghiệm, chƣa ứng dụng đƣợc trong đời sống xã hội.
Về mặt nguyên lý, pin mặt trời đƣợc tạo nên từ những chất bán dẫn. Dƣới tác động của các tia BXMT, các điện tử sẽ đƣợc tách ra khỏi các nguyên tử, sự chuyển động của các điện tử khi đƣợc đấu nối qua vật dẫn điện sẽ tạo nên dòng điện. Cho đến hiện nay, về mặt thị trƣờng, vật liệu thƣờng đƣợc sử dụng trong công nghiệp chế tạo pin mặt trời là Silic tinh thể và Silic vô định hình. Trong những năm gần đây, một số nhà nghiên cứu có xu hƣớng chuyển sang chế tạo pin mặt trời trên cơ sở nano-TiO2 tẩm chất nhạy quang (Dye-Sensitized Nanocrystalline TiO2 Solar Cell).
Khoa Môi trường Luận văn Thạc sĩ Khoa học môi trường
HV: Nguyễn Đình Đáp 66 K16 Khoa học môi trường Tùy theo cấu tạo và loại vật liệu đƣợc sử dụng mà hiệu suất pin mặt trời có thể biến đổi trong khoảng từ 11,1% cho đến 27,3%. Thông thƣờng mỗi tấm pin mặt trời đƣợc tạo nên từ nhiều module giống nhau, bằng cách ghép các module theo một cách nào đó ngƣời ta có thể chế tạo ra các tấm pin mặt trời có mức điện áp và công suất khác nhau.
Nhìn chung, cho đến hiện nay, kinh phí để lắp đặt pin mặt trời hầu hết đều đến từ các dự án hợp tác quốc tế hoặc đến từ ngân sách nhà nƣớc, rất ít có trƣờng hợp ngƣời dân tự đầu tƣ để lắp đặt. Tuy nhiên, trong vài năm gần đây, tình hình đã dần dần thay đổi theo chiều hƣớng tích cực. Trong khoảng hơn 10 năm trở lại đây, đã xuất hiện một vài công ty chuyên kinh doanh về pin mặt trời, đã có một số dự án thành lập các nhà máy sản xuất pin mặt trời, và trong thực tế đã và đang xây dựng nhà máy sản xuất pin mặt trời. Có thể xem SELCO-Vietnam là công ty chuyên kinh doanh về pin mặt trời đầu tiên ở Việt Nam, đây là công ty 100% vốn nƣớc ngoài, đƣợc thành lập vào năm 1997. Nhà máy pin mặt trời thuộc Công ty cổ phần Năng lƣợng Mặt trời đỏ đƣợc xem là nhà máy đầu tiên ở Việt Nam trong lĩnh vực này, nhà máy đƣợc khởi công vào ngày 20/3/2008 tại huyện Đức Hòa, tỉnh Long An, công suất dự kiến của giai đoạn 1 là 3MWp/năm và của giai đoạn 2 là 5MWp/năm.
Cũng nhƣ các nƣớc khác trong khu vực, việc sử dụng pin mặt trời ở Việt Nam có tính khả thi rất cao và có nhu cầu tiềm năng rất lớn. Bằng cách triển khai rộng rãi pin mặt trời, có thể đáp ứng đƣợc nhu cầu sử dụng điện cho các hộ gia đình, các tổ chức và các đơn vị trú đóng ở các vùng sâu, vùng xa. Ƣu điểm cơ bản của pin mặt trời là tuổi thọ rất lâu, nhƣng nhƣợc điểm cơ bản của pin mặt trời là giá thành vẫn còn cao, chƣa phù hợp với phần lớn các hộ gia đình nghèo thật sự có nhu cầu. Chính vì vậy, trong những năm sắp tới, nên tập trung đẩy mạnh việc sử dụng pin mặt trời ở các đơn vị thuộc khu vực nhà nƣớc trú đóng ở các vùng xa xôi nhƣ các đơn vị bộ đội, các trạm bƣu điện, các trạm y tế, các trƣờng học và hệ thống đèn báo hiệu giao thông,… Riêng đối với đồng bào ở các vùng sâu, vùng xa, nhà nƣớc cần có chính sách hỗ trợ tài chính thích hợp mới hy vọng thúc đẩy đƣợc việc sử dụng pin mặt trời.
Khoa Môi trường Luận văn Thạc sĩ Khoa học môi trường
HV: Nguyễn Đình Đáp 67 K16 Khoa học môi trường Các số liệu khảo sát sơ bộ cho thấy, nhu cầu lắp đặt pin mặt trời cho các tổ chức, đơn vị thuộc khu vực nhà nƣớc trú đóng ở các vùng xa xôi không ít hơn 450MWp. Riêng với các hộ gia đình ở vùng sâu, vùng xa, thật khó xác định chính xác nhu cầu lắp đặt. Mặc dù vậy, trong vòng 10 năm sắp tới, với sự hỗ trợ của Ngân hàng Thế giới, Chính phủ đang xây dựng dự án 30.000 hệ điện mặt trời cho các hộ gia đình với tổng công suất lắp đặt dự kiến khoảng 1,4MWp [4].
1.4.3. Cung cấp nƣớc nóng bằng năng lƣợng mặt trời
Đây là lĩnh vực có sự phát triển rất đáng kể trong những năm gần đây, nhất là ở các tỉnh phía Nam.
Ở nƣớc ta hiện nay các thiết bị ĐNNMT sử dụng tại các gia đình chủ yếu đƣợc các công ty nhập về từ Trung Quốc, chỉ có một số lƣợng nhỏ sản phẩm của các Viện hoặc Trung tâm nghiên cứu trong nƣớc. Tuy nhiên chất lƣợng và hiệu suất của các thiết bị này đều chƣa đƣợc kiểm định và hiện tại ở Việt Nam cũng chƣa có một cơ sở nào kiểm định và cấp chứng nhận chất lƣợng cho thiết bị ĐNNMT. Do đó, bên cạnh việc nhanh chóng hoàn thiện công nghệ chế tạo thiết bị ĐNNMT để đƣa vào sản xuất quy mô công nghiệp, giảm giá thành sản phẩm, thƣơng mại hoá sản phẩm mang thƣơng hiệu Việt Nam để cạnh tranh và chiếm lĩnh thị trƣờng so với hàng nhập ngoại, một việc làm cấp bách hơn nữa đó là xây dựng một tiêu chuẩn đo kiểm chất lƣợng nhằm đẩy mạnh thị trƣờng thiết bị ĐNNMT ở Việt Nam phát triển mạnh mẽ trong thời gian tới.
Do chƣa có các số liệu thống kê đáng tin cậy cho nên thật khó có thể xác định số lƣợng các hệ thống nƣớc nóng mặt trời đã đƣợc lắp đặt trong phạm vi cả nƣớc. Tuy nhiên, một điều rõ ràng là nƣớc nóng mặt trời ngày càng đƣợc nhiều ngƣời quan tâm. Hiện nay ở Thành phố Hồ Chí Minh có khoảng hơn 30 công ty kinh doanh các sản phẩm nƣớc nóng mặt trời. Nếu trƣớc đây nƣớc nóng mặt trời còn rất xa lạ với mọi ngƣời, thì ngày nay nƣớc nóng mặt trời đã trở nên quen thuộc hơn, các sản phẩm nƣớc nóng mặt trời đã và đang trở thành mặt hàng cạnh tranh quyết liệt giữa các công ty kinh doanh cùng ngành hàng này. Ở Thành phố Hồ Chí Minh hiện nay có khá nhiều
Khoa Môi trường Luận văn Thạc sĩ Khoa học môi trường
HV: Nguyễn Đình Đáp 68 K16 Khoa học môi trường gia đình và một số khách sạn đang sử dụng nƣớc nóng mặt trời, đặc biệt ở khu đô thị mới Phú Mỹ Hƣng (Quận 7, TP Hồ Chí Minh) hầu nhƣ nhà nào cũng sử dụng nƣớc nóng mặt trời. Nhiều ngƣời vẫn ái ngại, liệu các tỉnh ở phía Bắc có thể sử dụng nƣớc nóng mặt trời đƣợc hay không? Có thể nhìn vào tốc độ tăng trƣởng các sản phẩm nƣớc nóng mặt trời ở Trung Quốc trong những năm gần đây để tìm ra câu trả lời cho câu hỏi này. Tuy nhiên, nếu lắp đặt ở các tỉnh phía Bắc, cần chú ý lựa chọn chủng loại hợp lý của collector mặt trời để có thể đạt đƣợc mức hiệu quả nhƣ mong muốn. So với collector tấm phẳng loại thông thƣờng, tổn thất nhiệt của collector ống thủy tinh chân hầu nhƣ không phụ thuộc vào nhiệt độ môi trƣờng xung quanh. Chính vì vậy, collector ống thủy tinh chân không đƣợc xem là phƣơng án thích hợp với điều kiện khí hậu của các tỉnh phía Bắc, nơi mà nhiệt độ môi trƣờng xung quanh thƣờng giảm khá thấp vào mùa đông.
Nhằm mục đích đẩy mạnh việc sử dụng nƣớc nóng mặt trời, bắt đầu từ ngày 01/8/2008 TP Hồ Chí Minh thực hiện chƣơng trình “Hỗ trợ sản xuất và tiêu dùng máy nƣớc nóng NLMT”, theo đó, khi mua một sản phẩm nƣớc nóng mặt trời ngƣời dân sẽ đƣợc hỗ trợ 1 triệu đồng, chƣơng trình này dự kiến đƣợc kéo dài trong 5 năm.
Nhƣ đã trình bày ở trên, trong điều kiện Việt Nam, tính khả thi của việc ứng dụng nƣớc nóng mặt trời là rất cao, đặc biệt các tỉnh ở phía Nam. Bảng 1.13 dƣới đây trình bày lộ trình phát triển nƣớc nóng mặt trời trong những năm sắp tới. Các số liệu trong bảng tƣơng ứng với lƣợng nƣớc nóng mặt trời dự kiến khai thác đã đƣợc qui đổi sang đơn vị TOE (tấn dầu tƣơng đƣơng), đây là lộ trình ứng với chỉ tiêu ở mức cao.
Bảng 1.13. Lộ trình phát triến nước nóng mặt trời
Năm 2010 2015 2020 2025
TOE 8.600 21.500 43.000 10.7500
Ghi chú: TOE (The tonne of oil equivalent) là đơn vị được sử dụng để đo năng lượng, đó là lượng nhiệt sinh ra khi đốt một tấn dầu thô, có giá trị xấp xỉ khoảng 42GJ.
Khoa Môi trường Luận văn Thạc sĩ Khoa học môi trường
HV: Nguyễn Đình Đáp 69 K16 Khoa học môi trường
1.4.4. Các ứng dụng khác
Nhƣ đã trình bày ở trên, ngoại trừ nƣớc nóng mặt trời và pin mặt trời, ở Việt Nam việc ứng dụng NLMT vào các lĩnh vực khác đƣợc xem là không đáng kể. Tuy nhiên, trong số các ứng dụng ít ỏi còn lại, sấy và nấu ăn bằng NLMT có vẻ vẫn đƣợc chú ý nhiều hơn do giá thành rẻ và công nghệ chế tạo đơn giản.
Hiện nay, ở một số nơi ngƣời ta ứng dụng NLMT để sấy nông hải sản. Phƣơng pháp sấy thƣờng đƣợc ứng dụng là làm nóng không khí trực tiếp bằng NLMT, có nghĩa là không thông qua trung gian của những chất tải nhiệt khác. Tuy nhiên, do cấu tạo của hệ thống sấy thô sơ cho nên hiệu quả vẫn còn khá thấp. Để làm nóng không khí ngƣời ta thƣờng dùng collector mặt trời dạng phẳng, trong trƣờng hợp này không khí có thể đƣợc cho đi phía trên hay phía dƣới của bề mặt hấp thụ. Trong một số trƣờng hợp khác, việc làm nóng không khí có thể đƣợc thực hiện bởi các ống 2 lớp bọc bằng plastic có tiết diện tròn.
Cùng với sấy, hiện đang có một vài dự án triển khai các bếp mặt trời cho đồng bào ở các vùng sâu, vùng xa. Phƣơng án thƣờng đƣợc sử dụng là chảo parabol. Trong trƣờng hợp này ngƣời ta đặt vật cần nhận nhiệt ở tiêu điểm của parabol. Một số trƣờng hợp là các bếp mặt trời dạng hình hộp. Nhìn chung bếp mặt trời vẫn chƣa hấp dẫn đƣợc nhiều ngƣời do vận hành không ổn định và do những bất tiện khác.
1.5. MỘT SỐ VẤN ĐỀ CẦN LƢU Ý KHI SỬ DỤNG NĂNG LƢỢNG MẶT TRỜI
1.5.1. Đặc điểm không ổn định của năng lƣợng mặt trời
Nhƣ đã biết , Trái đất luôn chuyển đô ̣ng quay xung quanh mă ̣t trời . Chu kỳ của chuyển đô ̣ng này là 365,25 ngày (hay mô ̣t năm ). Ngoài ra quả đất còn tự quay xung quanh tru ̣c riêng đi qua các điểm Bắc cƣ̣c và Nam c ực của nó . Chu kỳ quay xung quanh tru ̣c riêng này là 24 giờ hay mô ̣t ngày đêm . Điều lý thú là tru ̣c quay riêng của quả đất lại tạo một góc không đổi và bằng 23,45o đối vớ i pháp tuyến của quĩ đa ̣o chuyển đô ̣ng của quả đất xun g quanh mă ̣t trời . Kết quả của các chuyển đô ̣ng đó làm cho cƣờng đô ̣ bƣ́c xa ̣ mă ̣t trời tới bề mă ̣t quả đất luôn thay đổi theo thời gian (sáng,
Khoa Môi trường Luận văn Thạc sĩ Khoa học môi trường
HV: Nguyễn Đình Đáp 70 K16 Khoa học môi trường trƣa, chiều; mùa Xuân , Hạ, Thu, Đông) và không gian (theo vĩ đô ̣). Đó chính là đă ̣c tính không ổn đi ̣nh của NLMT. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Trong khoảng thời gian tƣ̀ ngày 21/3, ngày Xuân phân , đến 21/9, ngày Thu phân, mă ̣t trời “chuyển đô ̣ng” trên bầu trời ở Bắc bán cầu (phía Bắc đƣờng Xích đạo của quả đất) và ngày 21/6, ngày Hạ chí , thì đạt đến điểm cao nhất ở Bắc bán cầu , trên Vĩ tuyến 23,45o
Bắc. Trong khoảng thời gian này (21/3- 21/6- 21/9) khu vƣ̣c Bắc bán cầu nhâ ̣n đƣợc nhiều NLMT hơn , còn khu vực Nam bán cầu nhận đƣợc ít NLMT hơn . Tình hình sẽ ngƣợc la ̣i trong thời gian nƣ̉a năm còn la ̣i , tƣ̀ 21/9 đến 21/12, ngày Đông chí, và đến 21/3 năm sau.
Vùng mặt đất trong các Vĩ tuyến 23,45o Bắc và 23,45o Nam (hay vù ng Vĩ tuyến ±23,45o
) luôn nhận đƣơ ̣c nhiều NLMT hơn các vùng còn la ̣i t rên mă ̣t quả đất . Vùng này đƣợc gọi là vùng vành đai nhiệt đới .
Tính chất thay đổi, không ổn đi ̣nh của BXMT mô ̣t mă ̣t làm cho sƣ̣ sống trên quả đất đa da ̣ng và phong phú ; nhƣng mă ̣t khác la ̣i gây ra nhiều khó khăn cho viê ̣c khai thác, ứng dụng NLMT cho cuộc sống của con ngƣời.
1.5.2. Đối với các ứng dụng nhiệt mặt trời
Mặc dù giá thiết bị ĐNNMT thấp hơn nhiều so với các hệ điện mặt trời (ĐMT) nhƣng vẫn còn cao so với thu nhập thực tế của ngƣời dân. Đó cũng chính là nguyên nhân giải thích tại sao thiết bị này chỉ mới đƣợc sử dụng ở các thành phố lớn mà rất ít tại các khu vực nông thôn và miền núi. Ngoài ra, do chƣa có chính sách vĩ mô của nhà nƣớc nên việc lắp đặt thiết bị ĐNNMT còn mang tính tự phát,… dẫn đến tình tra ̣ng không an toàn và mất mỹ quan các khu nhà và thành phố . Đặc biệt là chất lƣợng thiết bị ĐNNMT bị thả nổi, chƣa có cơ quan nào chịu trách nhiệm về kiểm định chất lƣợng thiết bị cũng nhƣ các yêu cầu kỹ thuật về lắp đặt. Điều này gây ra sự thiệt hại lớn cho ngƣời tiêu dùng. Chúng ta cũng chƣa có mạng lƣới dịch vụ có chuyên môn để bảo rì, bảo dƣỡng thiết bị.
Khoa Môi trường Luận văn Thạc sĩ Khoa học môi trường
HV: Nguyễn Đình Đáp 71 K16 Khoa học môi trường
1.5.3. Đối với điện mă ̣t trời
Bên cạnh những khó khăn nói trên (nhƣ giá cả cao) thì việc ứng dụng ĐMT còn gặp những vấn đề sau đây:
1. Trình độ dân trí khu vực ứng dụng ĐMT hiện nay chủ yếu là nông thôn vùng sâu, vùng xa còn rất thấp . Vì vậy việc vận hành , bảo trì và bảo dƣỡng rất khó khăn, dẫn đến sƣ̣ kém hiệu quả trong sử dụng;
2. Không có hệ thống các cơ sở dịch vụ về ĐMT (đă ̣c biê ̣t là ở các khu vƣ̣c nông thôn, miền núi , vùng sâu , vùng xa ) nên khi một vài thành phần trong hệ hƣ hỏng không đƣợc sửa chữa kịp thời và cũng không có phụ tùng để thay thế dẫn đến cả hệ ngừng hoạt động;
3. Đặc biệt còn thiếu một cơ chế quản lý thích hợp sau khi chuyển giao các hệ ĐMT cho ngƣời sử dụng;
4. Thiếu các kỹ thuật viên đƣợc đào tạo và phƣơng tiện để họ có thể bảo trì , bảo dƣỡng các hê ̣ thống;
5. và ngoài ra còn có những nguyên nhân khác nhƣ chất lƣơ ̣ng thiết bi ̣ kém , lắp đă ̣t không đảm bảo kỹ thuâ ̣t,…..
Tất cả những vấn đề kể trên đều gây ra sự kém hiệu quả của các hệ ĐMT đã đƣợc lắp đặt.
Để khắc phục các vấn đề nêu trên thì Việt Nam phải sớm xây dựng, ban hành và thực hiện một chính sách vĩ mô phù hợp về NLTT.
1.6. TÍNH KINH TẾ VÀ TRIỂN VỌNG NĂNG LƢỢNG MẶT TRỜI
1.6.1. Tính kinh tế
Cơ quan Thông tin Năng lƣợng quốc gia Hoa Kỳ (US Energy Information Administration) tính toán giá điện từ các nhà máy PV và cho thấy nó cao hơn 4 lần so với giá điê ̣n nhà máy nhiệt điê ̣n chạy than. Bloomburg Energy ƣớc tính điê ̣n mă ̣t trời có giá khoảng 275USD/MWh so với giá 60USD/MWh đối với điê ̣n sản xuất tƣ̀ than .
Khoa Môi trường Luận văn Thạc sĩ Khoa học môi trường
HV: Nguyễn Đình Đáp 72 K16 Khoa học môi trường Tuy nhiên , với tuổi tho ̣ tƣ̀ 25 năm đến 40 năm, hô ̣i nghi ̣ quốc tế về đầu tƣ Solar PV