Pin mặt trời, ưu nhược điểm và các vấn đề xung quanh nó

Bài viết liên quan

Ưu điểm của các tấm pin mặt trời
Các tấm pin mặt trời có rất nhiều ưu điểm. Silicon sử dụng trong đa số các tấm pin là chất liệu rất phổ biến. Cát trên bãi biển có thành phần cấu tạo chủ yếu là silicon. Các tấm pin mặt trời là đáng tin cậy. “Nhiên liệu” mà chúng sử dụng - ánh sáng mặt trời - là thứ luôn có sẵn dồi dào. Đó là nguồn tài nguyên có thể hồi phục sẽ tồn tại gần như mãi mãi. Các nhà khoa học biết rằng Mặt trời sẽ tỏa sáng trong hàng tỉ năm nữa. Ngoài ra, các tấm pin mặt trời còn sản xuất điện năng ngay tại nơi sử dụng chúng. Như vậy sẽ không cần dây dẫn hay cáp nối để dẫn điện đi từ một nhà máy điện ở xa.
Khi sử dụng, các tấm pin mặt trời hầu như chẳng có tác động gì đối với môi trường. Chúng im lìm. Chúng không nhả bụi hoặc các chất khí thải vào không khí. Chúng không làm cho nước nhiễm độc. Chúng không tạo ra các chất thải nguy hiểm.

Các nhà máy điện sạch hơn
Các nhà máy điện sử dụng các tấm pin mặt trời có một số ưu điểm. Thường thì chúng có thể được xây dựng nhanh hơn các nhà máy đốt dầu, than đá, hoặc nhà máy sử dụng nhiên liệu hạt nhân. Nếu cần công suất lớn hơn, thì chúng dễ mở rộng hơn các loại nhà máy khác. Các nhà máy đốt dầu và than đá sử dụng một lượng lớn nhiên liệu. Nhiên liệu này có thể đắt tiền và việc đốt cháy nó có thể giải phóng các chất độc hại. Quá trình vận chuyển nhiên liệu đến nhà máy điện cũng gây ra các trở ngại đối với môi trường. Với các nhà máy điện mặt trời thì không có những vấn đề trở ngại như vậy.

Một loại nhà máy điện mặt trời khác
Các tấm pin mặt trời không phải là phương thức duy nhất để sản xuất điện từ ánh sáng mặt trời. Một phương pháp khác - gọi là nhà máy nhiệt điện mặt trời (Solar Thermal power plant) - cũng thường hay gặp. Thật ra, đó là giải pháp được sử dụng trong những nhà máy điện mặt trời lớn nhất. Các nhà máy nhiệt điện mặt trời thu gom ánh sáng mặt trời với sự hỗ trợ của các bộ tụ sáng. Thường thì ánh sáng mặt trời làm nóng một chất lỏng đến một nhiệt độ cao, và chất lỏng nóng này khi đó sẽ biến nước thành hơi. Hoặc ánh sáng có thể trực tiếp làm nóng nước và biến nó thành hơi. Cho dù sử dụng phương thức nào, thì hơi nước sau đó được dùng để quay một tuabin và sản xuất ra điện. Các hệ thống nhiệt điện cỡ nhỏ thỉnh thoảng được sử dụng trong các tòa nhà để cấp nhiệt đun hoặc làm nóng nước (gọi là Solar Water Heating System). (Xem chi tiết hơn về mô hình và cách thức hoạt động của các nhà máy nhiệt điện mặt trời tại đây)

Parabolic trough power plants- nhà máy điện dạng hình máng parabol

Solar tower power plant - Nhà máy điện với bình chứa áp suất

Nhà máy Shams 1, công suất 100 MW, cấp điện cho 20.000 hộ gia đình ở UAE, đã đi vào hoạt động từ tháng 3/2013. Shams 1 sẽ cắt giảm lượng khí thải CO2 của UAE khoảng 175.000 tấn mỗi năm, tương đương với việc trồng 1,5 triệu cây xanh, hay cắt giảm 15.000 xe hơi trên đường phố. (Ảnh: Flickr.com)

Nhược điểm của các tấm pin mặt trời
Cùng với một số ưu điểm, các tấm pin mặt trời cũng có một vài nhược điểm. Trước hết, chúng chỉ hoạt động tốt nhất chừng nào Mặt trời tỏa nắng rực rỡ. Khi bầu trời chuyển mây, thì chúng sản xuất điện năng kém đi. Ở nước Mĩ, các bang miền nam có xu hướng nhận được nhiều ánh sáng mặt trời hơn, chẳng hạn, so với bang Washington đầy mây ở phía tây bắc. Để sản xuất ra một lượng điện năng tương đương, một ngôi nhà ở Washington sẽ cần nhiều tấm pin mặt trời hơn ở Arizona.
Một vấn đề nữa cùng hay gặp phải. Khi trời tối, các tấm pin mặt trời không hoạt động nữa. Nếu ngôi nhà xài điện mặt trời không nối với điện lưới, thì nó phải có acquy hoặc một số phương thức khác để dự trữ điện năng dùng vào lúc ban đêm.

Bản đồ giờ nắng trong tháng 6 ở nước Mĩ.

Giá thành của các tấm pin mặt trời
Trong khi ánh sáng mặt trời có nhiều và không phải trả đồng xu nào hết, nhưng các tấm pin mặt trời thì không rẻ đâu nhé. Mặc dù tiền điện bạn không phải chi trả cho hệ mặt trời làm gì. Trong nhiều trường hợp ngày nay, tổng chi phí hóa ra có thể cao hơn cả điện lấy từ lưới điện. Điều này có thể thay đổi trong tương lai, tuy nhiên, đó là vì giá thành sản xuất điện bởi các nhà máy chạy dầu tăng lên. Đồng thời, khi bạn sử dụng nhiều tấm pin mặt trời hơn, thì giá thành của các tấm cũng có thể giảm xuống.
Những nhà máy điện mặt trời sản xuất những lượng lớn điện năng đòi hỏi diện tích đất rộng lớn - và cũng đòi hỏi sử dụng rất nhiều tấm pin mặt trời đắt giá ngày nay.

Các vấn đê môi trường
Các tấm pin mặt trời sử dụng một nguồn tài nguyên có thể hồi phục. So với các phương pháp sản xuất điện năng khác, thì chúng rất sạch. Nhưng chúng không hoàn hảo đâu. Bạn cần tiêu tốn năng lượng để biến silicon thành thứ có thể sử dụng trong tế bào mặt trời. Năng lượng này thường có nguồn gốc từ việc đốt cháy các nhiên liệu không thể hồi phục như than đá hoặc dầu mỏ. Việc đốt nhiên liệu giải phóng các chất khí độc vào trong không khí.
Các nhà máy sản xuất tế bào mặt trời tạo ra rất ít chất thải độc hại. Tuy nhiên, rất ít chứ không phải là không có. Các tấm pin mặt trời dùng trong nhiều năm sẽ bị hỏng. Các chuyên gia đang nghiên cứu các phương cách tái chế chúng.

Sản xuất các tế bào mặt trời tốt hơnKhi so sánh các tế bào mặt trời, một thứ mà các chuyên gia thường quan tâm là giá thành của nó. Nếu giá thành quá cao, thì chẳng ai bỏ tiền ra mua cả. Một trở ngại đối với những tế bào mặt trời đầu tiên là chúng thường đắt tiền hơn các nguồn năng lượng khác. Đó là nguyên do vì sao các tế bào mặt trời đầu tiên lại được sử dụng trên các vệ tinh vũ trụ. Chẳng có phương án nào rẻ hơn nữa để sản xuất điện trong vũ trụ hồi thập niên 1950.

Một thứ nữa mà các chuyên gia quan tâm là “hiệu suất” của tế bào. Đại lượng này cho biết một tế bào khai thác ánh sáng mặt trời tốt như thế nào. Một tế bào hiệu suất cao chuyển hóa nhiều năng lượng của ánh sáng mặt trời thành điện năng hơn so với một tế bào hiệu suất thấp.
 
Kể từ khi phát minh ra các tế bào mặt trời, các nhà khoa học vẫn ngày đêm tìm các phương án làm cho chúng rẻ hơn và hiệu quả hơn. Đã có rất nhiều tiến bộ. Những tế bào mặt trời đầu tiên có hiệu suất chưa tới 4%. Ngày nay, các tế bào đã rẻ tiền đi nhiều, và nhiều tế bào có hiệu suất lên tới 15% hoặc cao hơn. Một số tế bào thử nghiệm còn có hiệu suất cao hơn nữa.

Các nhà khoa học vẫn liên tục đi tìm các phương án làm cho các tế bào mặt trời tốt hơn nữa. Họ đang thử nghiệm những chất liệu mới, như plastic. Họ cũng đi tìm những phương án sao cho các tế bào và các tấm pin mặt trời có thể hữu ích hơn. Chẳng hạn, họ đã phát triển “tụ quang”. Đây là một dụng cụ mặt trời vừa sản xuất điện năng vừa dự trữ điện năng để sử dụng sau đó. Các mẫu thực nghiệm không hoạt động tốt lắm đối với công dụng thực tế. Nhưng nếu dụng cụ trên có thể cải tiến, thì một ngày nào đó nó sẽ loại đi nhu cầu sử dụng acquy dự trữ điện mặt trời, ít nhất là trong một số trường hợp nào đó.

Mặt trời và Gió
Khi mặt trời không tỏa nắng, các tấm pin mặt trời không thể sản xuất điện năng. Nhưng có một nguồn năng lượng có thể hồi phục có thể hoạt động: đó là gió. Một số người đã có các hệ thống cấp điện kết hợp các tấm pin mặt trời và một tuabin gió. Một hệ thống như vậy được gọi là hệ lai. Tất nhiên, gió không phải lúc nào cũng thổi cả đêm. Cho nên, nếu hệ thống không được nối với điện lưới, thì nó vẫn cần các acquy dự trữ điện năng để dành cho những đêm lặng gió. 

Trung tâm EcoTech ở Norfolk, Anh quốc, sử dụng điện từ sức gió và các tấm pin mặt trời.

Chia sẻ bài viết