Từ lâu nhiều nước trên thế giới đã sử dụng điện mặt trời như một giải pháp thay thế những nguồn tài nguyên truyền thống bởi năng lượng mặt trời có nhiều ưu điểm (sạch, chi phí nhiên liệu bảo dưỡng thấp, an toàn cho người sử dụng …), vì vậy trong vài năm tới, điện mặt trời chắc chắn sẽ dần trở thành đối thủ cạnh tranh về chi phí với các loại điện năng khác.
Dưới đây là một vài ứng dụng và công trình độc đáo sử dụng điện mặt trời của một số nước trên thế giới:
Hãng sản xuất xe ôtô Toyota của Nhật Bản vừa cho lắp đặt 17000 tấm quang điện tại nhà máy ở Debyshire, Anh, ước tính sẽ cung cấp đủ nguồn năng lượng
để sản xuất 7000 chiếc xe mỗi năm. Theo tính toán, hệ thống này có khả năng cung cấp đủ năng lượng để sản xuất khoảng 7000 chiếc xe đồng thời giảm 2000 tấn khí thải CO2 mỗi năm.
Đây là nhà máy sản xuất ôtô đầu tiên tại Anh lắp đặt hệ thống tấm năng lượng mặt trời trên quy mô lớn và là một phần trong chiến lược giảm lượng khí thải carbon của Công ty Toyota.
Nước Anh đang khởi động dự án xây dựng cầu năng lượng mặt trời lớn nhất thế giới tại trung tâm London, có khả năng sản xuất 900000 KWh điện mỗi năm và dự kiến khi công trình được đưa vào sử dụng (mùa hè 2012), lượng khí thải CO2 mỗi năm sẽ giảm hơn 500 tấn… Gần đây thị trường điện mặt trời tại khu vực châu Á – Thái Bình Dương dự kiến sẽ đạt mức tăng trưởng ấn tượng trong năm 2012.
Phát minh máy bay sử dụng nguồn năng lượng mặt trời: Máy bay sử dụng năng lượng mặt trời từ lâu đã được một số quốc gia như Anh, Mỹ, Nhật Bản… tìm cách phát triển và đã thu được thành công lớn. Chiếc máy bay chạy bằng điện mặt trời hiện đại nhất hiện nay của Mỹ là loại máy bay có sải cánh dài 70 m, trọng lượng khoảng 1,6 tấn thực hiện thành công nhiều chuyến bay không cần đến nhiên liệu nào khác.
Năng lượng sạch trong sinh hoạt của con người: Tại một số nơi trên thế giới, năng lượng mặt trời đã bắt đầu được sử dụng để cung cấp điện năng cho các khu dân cư sinh sống. Ở Mỹ, Anh, Pháp… người ta đã lắp đặt những tấm pin thu năng lượng mặt trời trên những diện tích rộng hàng trăm hecta và chính “những cánh đồng pin” năng lượng mặt trời đã cung cấp đủ lượng điện sinh hoạt của hơn 78000 hộ gia đình. Mô hình này hiện nay đã phát huy hiệu quả tiết kiệm nhiên liệu và đang được nhân rộng khắp thế giới.
Trạm xe buýt chiếu sáng tự động: Ý tưởng này bắt đầu được đưa ra thực hiện tại Florence – Italia. Vào ban đêm, những trạm xe buýt này trở thành những công trình chiếu sáng công cộng sang trọng và thu hút nhiều khách tham quan. Ngoài ra, trong trạm xe buýt, còn cài đặt thêm hệ thống cho phép người đợi xe kết nối wifi và sử dụng điện thoại truy cập internet miễn phí trong lúc chờ đợi tất cả hệ thống đều sử dụng điện lấy từ pin mặt trời.
Một nhà máy điện mặt trời quy mô lớn công suất 154 MW nối với lưới điện quốc gia với trị giá 420 triệu đôla, đây là nhà máy quang điện lớn nhất và hiệu quả nhất thế giới sẽ được xây dựng ở Tây Bắc bang Victoria-Australia. Nhà máy này sẽ được sử dụng công nghệ tập trung quang năng bằng kính hướng nhật (HCPV) (Các tấm gương dò theo hướng mặt trời). Nhà máy sẽ bao gồm nhiều bãi đặt kính hướng nhật thu ánh sáng mặt trời vào các bình chứa nhiều module gồm nhiều dãy tấm pin mặt trời hiệu suất siêu cao sẽ chuyển trực tiếp ánh sáng mặt trời thành điện năng.
2.5 ƯU ĐIỂM VÀ NHƯỢC ĐIỂM KHI ÁP DỤNG ĐIỆN MẶT TRỜI VÀO THỰC TẾ
Khi đánh giá ưu điểm và nhược điểm của điện mặt trời, chúng ta cần phải xem xét các khả năng sử dụng điện mặt trời từ quan điểm của các yêu cầu công nghiệp
cũng như yêu cầu của người dùng. Chúng ta hãy xét các lợi ích và hạn chế có liên quan đến điện mặt trời.
Ưu điểm
Đây là một số lợi thế mà điện mặt trời cung cấp:
- Đầu tiên và quan trọng nhất, năng lượng mặt trời là nguồn năng lượng tái tạo và không bao giờ kết thúc. Khi mặt trời còn tồn tại, ta sẽ có năng lượng mặt trời có sẵn vì vậy điện mặt trời sẽ không bao giờ cạn có thể dùng thoải mái không lo cạn kiệt.
- Thứ hai, vì năng lượng mặt trời không phải ở một vị trí cụ thể giống như một số dạng năng lượng khác. Bất kể một người trong một thành phố đông đúc hoặc trong một xã vùng sâu, trong một sa mạc khô cằn hay trong một khu rừng xanh tốt, trên biển hoặc lên trên núi… đều có ánh sáng mặt trời vì vậy bất kỳ nơi đâu ta đều có điện mặt trời.
- Với những nguyên liệu hoá thạch chỉ có ở 1 số vùng miền, chi phí khai thác, vận chuyển rất lớn. Còn ánh sáng mặt trời thì có ở khắp mọi nơi, tất cả những gì cần thiết là 1 tấm pin mặt trời để khai thác nó.
- Giá nhiên liêu hoá thạch liên tục biến động. Với điện mặt trời thì khác nó là miễn phí.
- Sử dụng nguyên liệu hoá thạch giải phóng nhiều khí độc hại gây ô nhiễm môi trường, ảnh hưởng tới sức khoẻ con người. Với năng lượng mặt trời không có bất kỳ một sản phẩm độc hại nào và luôn thân thiện với môi trường.
Nhược điểm
- Nhược điểm chính của năng lượng mặt trời là chi phí ban đầu lắp đặt một hệ thống điện mặt trời. Tấm pin mặt trời tương đối khá đắt tiền do nguyên liệu và thiết kế phức tạp.
- Trời mây mù, điều kiện mưa,… Có thể ảnh hưởng đến việc sản xuất điện mặt trời.
- Điện mặt trời sẽ không được sản xuất vào ban đêm. Giải pháp duy nhất cho vấn đề này là dự trữ điện vào các bình acquy vào ban ngày và sử dụng nó vào ban đêm.
Ở trên là một số ưu điểm và nhược điểm mà điện mặt trời mang lại, tuy còn tồn tại nhiều nhược điểm nhưng với sự tiến bộ từng ngày của khoa học một ngày nào đó những khuyết điểm sẽ bị loại bỏ.
CHƯƠNG 3
ĐIỆN MẶT TRỜI, TIỀM NĂNG LỚN Ở VIỆT NAM 3.1 TIỀM NĂNG ĐIỆN MẶT TRỜI Ở VIỆT NAM
Là một nước có tiềm năng lớn nguồn năng lượng tái tạo, nhưng Việt Nam có nhiều lợi thế phát triển hệ thống sử dụng năng lượng mặt trời. Trong đó, hiệu quả nhất là sử dụng năng lượng mặt trời vào việc sản xuất điện mặt trời. Tuy vậy, Việt Nam mới chỉ khai thác được 25% nguồn năng lượng mặt trời này và còn lại 75% vẫn chưa khai thác được.
Với sự tăng trưởng kinh tế mạnh mẽ của Việt Nam trong hơn thập kỷ qua đã khiến cho nhu cầu điện năng tăng thêm khoảng 15% mỗi năm. Tuy nhiên, lĩnh vực điện năng đang chủ yếu dựa vào nhiệt điện và thuỷ điện. Vì vậy, sự thiếu hụt nguồn điện của Việt Nam cũng đang gia tăng, đặc biệt là vào mùa khô do sự phụ thuộc quá lớn vào thuỷ điện. Trong điều kiện khí hậu nhiệt đới như Việt Nam, nguồn điện năng do mặt trời đem lại hầu như quanh năm… tiềm năng điện mặt trời tốt nhất ở các vùng Thừa Thiên Huế trở vào Nam và vùng Tây Bắc (gồm các tỉnh Lai Châu, Sơn La, Lào Cai…), vùng Bắc Trung Bộ (gồm các tỉnh Thanh Hoá, Nghệ An, Hà Tĩnh…) có năng lượng mặt trời khá lớn.
Mật độ năng lượng mặt trời biến đổi trong khoảng 300 đến 500Cal/cm2/ngày. Số giờ nắng trung bình cả năm trong khoảng 1800 – 2100 giờ. Như vậy, các tỉnh thành ở miền Bắc nước ta đều có thể có sản xuất điện mặt trời cung cấp cho sinh hoạt.
Còn ở miền Nam, từ Đà Nẵng trở vào, năng lượng mặt trời rất tốt và phân bố điều hoà trong suốt cả năm. Trừ những ngày có mưa rào, có thể nói trên 90% số ngày trong năm đều có thể sử dụng năng lượng mặt trời tạo ra điện mặt trời. Số giờ nắng trung bình cả năm trong khoảng 2000 đến 2600 giờ. Đây là khu áp dụng điện mặt trời rất hiệu quả.
Nhiều gia đình ở nước ta, nhất là các tỉnh phía Nam có điều kiện ánh sáng mặt trời ổn định, đã bắt đầu làm quen và bắt tay vào lắp đặt hệ thống điện mặt trời đáp ứng nhu cầu sinh hoạt hàng ngày.
Tại khu vực Tây Bắc tình hình cung cấp và sử dụng điện tại khu vực Tây Bắc nói chung còn gặp nhiều khó khăn, các giải pháp cung cấp điện nay đều không đảm
bảo được chất lượng và sự ổn định cao. Đối với các địa phương xa lưới điện quốc gia thì giải pháp khả thi nhất là sử dụng điện mặt trời để cung cấp điện năng phục vụ nhu cầu của đồng bào, chiến sĩ tại khu vực này.
Theo đề tài nghiên cứu 52C – 01 – 01 thuộc chương tình tiến bộ kỹ thuật của nhà nước về năng lượng mới đã xây dựng sổ tra cứu về bức xạ mặt trời của Việt Nam trên cơ sở số liệu quan trắc nhiều năm ở 18 trạm đo bức xạ ( khu vực miền Bắc có 9 trạm đo, khu vực miền Trung có 6 trạm đo, khu vực miền Nam có 3 trạm đo) và 74 trạm đo nắng trên phạm vi cả nước. Kết quả của đề tài nghiên cứu 52C – 01 – 01 cho thấy, khu vực Tây Bắc được đánh giá có tiềm năng năng lượng mặt trời vào loại khá trong toàn quốc do không bị ảnh hưởng nhiều bởi gió mùa và hoàn toàn có thể ứng dụng hiệu quả hệ thống điện mặt trời tại khu vực Tây Bắc. Bức xạ mặt trời trung bình năm từ 4,1 – 4,9 Kwh/m2/ngày. Số giờ nắng trung bình năm đạt từ 1800 – 2100 giờ nắng, các vùng có số giờ nắng cao nhất thuộc các tỉnh Điện Biên, Sơn La. Số liệu Bảng 3.3 cho thấy, thời điểm trong năm khai thác hiệu quả nhất năng lượng mặt trời tại khu vực Tây Bắc là vào tháng 3 đến tháng 9.
Đối với khu vực phía Nam chỉ có 2 mùa: Mùa mưa có năng lượng bức xạ nặt trời khoảng 3 – 4,5 Kwh/m2/ngày và mùa khô có năng lượng bức xạ mặt trời khoảng 5 – 6,5 Kwh/m2/ngày với số giờ nắng từ 2500 – 2900 giờ/năm. Đây là khu vực ứng dụng điện mặt trời rất hiệu quả. Hàng năm, có khoảng 300 ngày nắng, năng lượng bức xạ mặt trời tập trung mạnh trong khoảng thời gian từ 9h – 15h. Đặc điểm riêng của các tỉnh miền Nam là ít khi trời mưa hoặc âm u suốt cả ngày. Ngay cả trong mùa mưa cũng chỉ có mưa lớn trong thời gian ngắn và sau đó lại có nắng ngay. Có thể nói điều kiện khí tượng của các tỉnh phía Nam nói chung rất thuận lợi cho việc ứng dụng điện mặt trời. Số liệu Bảng 3.2 cho thấy, thời điểm trong năm khai thác hiệu quả nhất năng lượng mặt trời tại khu vực miền Nam là vào tháng 1 đến tháng 4 và hai tháng 11 và 12. Năng lượng là nhu cầu sống còn của nhân loại trong tương lai. Năng lượng cho phát triển trong thế kỉ 21 phải là năng lượng sạch, do đó nguồn năng lượng mặt trời là nguồn năng lượng vô tận. Điện mặt trời là đích tới của loài người 20 – 30 năm tới, đó cũng là một thời gian tối thiểu để xây dựng và phát triển nền công nghiệp điện mặt trời ở Việt Nam. Việt Nam cần phải trở thành một nước có nền công nghiệp năng lượng
mặt trời tiên tiến, cạnh tranh thế giới, dựa trên chính tiềm năng sản xuất điện mặt trời dồi dào của mình.
STT Khu vực Cường độ BXMT (kwh/m2/ngày) Số giờ nắng trung bình (giờ/năm) 1 Khu vực Đông Bắc 3,3 – 4,1 1500 – 1800 2 Khu vực Tây Bắc 4,1 – 4,9 1890 - 2102 3 Khu vực Bắc Trung bộ 4,6 – 5,2 1700 – 2000
4 Khu vực Nam Trung Bộ và
Tây Nguyên 4,9 – 5,7 2000 - 2006 5 Khu vực Nam bộ 4,3 – 4,9 2200 – 2500 Trung bình cả nước 4,6 2000 Tháng 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 năm Số giờ nắng (giờ/ngày) 8 8,7 8,6 7,9 6,5 5,9 5,7 5,4 5,3 5,8 6,7 7,3 6,8 Bức xạ mặt trời (kwh/m2/ngày 5,2 5,6 6 5,8 5,1 4,8 4,7 4,6 4,7 4,5 4,7 4,7 5,1 Bảng 3.1: Giá trị trung bình cường độ bức xạ mặt trời ngày trong năm và số giờ
nắng của một số khu vực khác nhau ở Việt Nam.
(Nguồn: Theo sổ tra cứu về bức xạ mặt trời của Việt Nam)
Bảng 3.2: Số giờ nắng và bức xạ mặt trời của khu vực miền Nam:
(Nguồn: Theo sổ tra cứu về bức xạ mặt trời của Việt Nam)
3.2 MỘT SỐ ỨNG DỤNG ĐIỆN MẶT TRỜI TẠI VIỆT NAM
Hệ thống điện mặt trời tại nhà máy Intel Việt Nam, được làm từ 1092 tấm năng lượng mặt trời, tổng công suất 200 Kwp, cùng 21 bộ biến điện được kết nối nhau bởi hơn 10000 m dây cáp. Sử dụng pin của Hãng Sunpower. Do Tập đoàn GES thiết kế thi công. Tổng giá trị dự án là 1,1 triệu USD. Khánh thành 24 – 4 – 2012.
Một “nhà máy điện mặt trời” cũng được lắp đặt tại nóc nhà trụ sở Bộ Công Thương tại Hà Nội. Dự án có công suất 12 KWp gồm 52 module x 230 Wp sử dụng
Tháng 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Số giờ nắng trung bình tháng 159 165 199 200 200 145 140 145 171 172 151 155 Cường độ bức xạ (kw/m2) 0,57 0,62 0,67 0,7 0,78 0,96 1,08 1,07 0,88 0,75 0,61 0,56 Tổng xạ TB ngày (kwh/m2/ngày) 2,94 3,66 4,29 4,66 5,01 4,63 4,87 5,01 5,02 4,17 3,07 2,81 Tổng xạ trung bình tháng (kwh/m2/tháng) 91,05 102 132 139 155 138 151 155 150 129 91 87 Bảng 3.3: Điều tra năng lượng mặt trời tại vùng Tây Bắc
(Nguồn: Theo sổ tra cứu về bức xạ mặt trời của Việt Nam)
pin của Hãng SolarWorld. Do CHLB Đức tài trợ, Công ty Altus của Đức và Trung tâm năng lượng mới Đại học bách khoa Hà Nội kết hợp triển khai.
Dự án điện mặt trời - diesel ở thôn Bãi Hương, Cù Lao Chàm, Quảng Nam. Hệ thống 20 Kw diesel kết hợp 28 Kw pin mặt trời do Công ty Systech lắp đặt. Tổng vốn đầu tư 412000USD trong đó chính phủ Thụy Điển tài trợ 332000USD, còn lại do tỉnh Quảng Nam đầu tư.
Hình 3.2: Pin mặt trời nối lưới trình diễn tai trụ sở Bộ Công Thương
Dự án pin mặt trời tại Trung tâm y tế Tam Kỳ (Quảng Nam). Công suất 3 Kwp, trị giá 720 triệu đồng. do chính phủ Tây Ban Nha tài trợ 50%. Hệ thống do Công ty solarleb lắp đặt, hoàn thành 5 – 2010.
Dự án tại xã Thượng Trạch, Bố Trạch, Quảng Bình. Công suất 11 Kwp, trị giá 160000 USD. Dự án do quỹ Suez Foundation tài trợ và do Tập đoàn Schenier Đức lắp đặt.
Dàn pin công suất 5 Kwp tại đảo Hòn Chuối, Cà Mau do RCEE và Abakus Solar Ag lắp đặt trong khuôn khổ dự án Solar Campus
Hình 3.4: Dự án pin mặt trời tại trung tâm y tế Tam Kỳ (Quảng Nam)
Trường Tiểu học cấp 2 Minh Châu, Quan Lạn và Trạm y tế Minh Châu, Quảng Ninh. Dàn pin công suất 1,3 Kwp. Trong khuôn khổ dự án Solar Campus Viet Nam do RCEE và Abakus Solar Ag phối hợp lắp đặt.
Trung tâm tiết kiệm năng lượng TP.Hồ Chí Minh – Sở Khoa học công nghệ TP.HCM (cơ quan chủ trì dự án ) đã phối hợp với Phòng phát triển Công nghệ điện
Hình 3.6: Dàn pin công suất 5 Kwp tại đảo Hòn Chuối, Cà Mau
mặt trời (Solarlab) – Viện vật lý TP.HCM, Công ty TNHH đầu tư và phát triển năng lượng mặt trời Bách khoa và công ty TNHH Selco – Việt Nam thực hiện dự án thử nghiệm “ứng dụng năng lượng mặt trời và năng lượng gió cung cấp điện cho quần
đảo Trường Sa”. Dự án được thực hiện trong thời gian 24 tháng với tổng kinh phí đầu