Ước tính công suất hệ nguồn điện mặt trời mái nhà

Thời gian tới đây, nguồn điện mặt trời nói chung và nguồn điện mặt trời mái nhà nói riêng sẽ rất phát triển ở Việt Nam. Bài viết “Ước tính công suất nguồn điện mặt trời mái nhà” này sẽ giúp các hộ gia đình có nhu cầu xây dựng nguồn điện mặt trời mái nhà riêng cho gia đình mình ước tính công suất nguồn điện cũng như sản lượng điện mà nguồn này sản xuất ra trung bình hàng năm hay hàng tháng đối với các khu vực khác nhau trên lãnh thổ Việt Nam.

1. Hệ số công suất nguồn ĐMT

Sản lượng điện năng do một nguồn điện mặt trời (ĐMT) sản xuất ra phụ thuộc vào các thông số sau: (1) Công suất dàn pin mặt trời; (2) Hệ số công suất nguồn ĐMT và (3) Cường độ năng lượng mặt trời (NLMT) tại địa phương lắp đặt nguồn ĐMT.

1.1. Hiệu suất của một nguồn ĐMT

Nguồn ĐMT nối lưới

Một nguồn ĐMT hộ gia đình nối lưới tổng quát gồm các thành phần chính như chỉ ra trên hình 1. Chức năng chính của các thành phần như sau.

- Dàn pin mặt trời (gồm một hoặc nhiều mô-đun pin mặt trời (PMT) ghép nối điện lại với nhau. Công suất dàn pin tính theo đơn vị Oát-đỉnh Wp (Watt-Peak), kWp hay MWp…. Dàn PMT có chức năng hấp thụ NLMT và biến đổi trực tiếp thành điện năng của dòng điện một chiều (DC).

- Inverter hay còn gọi là bộ Biến đổi điện là một thiết bị điện tử có nhiệm vụ chuyển đổi dòng điện DC do dàn PMT phát ra thành dòng điện xoay chiều (AC) có các đặc trưng điện (như tần số, pha, biên độ…) phù hợp với dòng điện trên lưới điện.

- Ngoài ra còn có các dây, cáp và phụ kiện nối điện từ dàn PMT đến Inverter và từ Inverter đến hộ sử dụng và hệ đấu nối điện lên lưới; khung dàn để lắp định vị các môđun PMT. Đối với nguồn ĐMT hộ gia đình công suất từ 3kWp đến khoảng 5kWp thì dàn PMT thường được lắp ngay trên mái nhà và nối với lưới điện hạ áp, ví dụ lưới 220V. Nguồn ĐMT này được gọi là nguồn ĐMT mái nhà.

Các tổn hao điện năng trên nguồn ĐMT

a. Tổn hao trên dàn pin mặt trời 

Các tổn hao điện năng trên một nguồn ĐMT được chỉ ra trên hình 1, bao gồm:

(1) Tổn hao do nhiệt độ các môđun khi làm việc ngoài trời cao hơn nhiệt độ chuẩn là 25 0C. Tổn hao này được đặc trưng bằng đại lượng gọi là hiệu suất nhiệt độ, Hs(T). Đối với các nước ở khu vực nhiệt đới như Việt Nam, tổn hao do nhiệt độ môđun khá cao, khoảng 13%, do đó Hs(T) khoảng bằng 87%.

(2) Tổn hao do bụi bám vào mặt dàn pin làm giảm sự hấp thụ NLMT. Giá trị trung bình của tổn hao do bụi khoảng 4%. Tổn hao này được đặc trưng bằng hiệu suất bụi của dàn pin Hs(b) = 96%. Nếu thường xuyên lau rửa mặt dàn pin thì hiệu suất này có thể cao hơn.

(3) Tổn hao do định hướng mặt dàn PMT lệch chuẩn. Dàn PMT định hướng chuẩn khi mặt dàn pin phải hướng về đường xích đạo của quả đất và nghiêng một góc bằng vĩ độ nơi lắp đặt. Thông thường, nếu dàn pin được lắp đặt ở không gian tự do thì không bị lệch chuẩn. Tuy nhiên trong thực tế do không gian lắp đặt bị giới hạn (ví dụ, lắp trên các mái nhà, theo định hướng của mái), do người lắp đặt định hướng sai… Chúng ta tạm lấy giá trị trung bình của tổn hao này khoảng 3%. Điều này tương ứng với hiệu suất định hướng dàn PMT là Hs(đh) = 97%.

Như vậy, hiệu suất tổng trên dàn PMT sẽ là:

 Hs (PMT) = Hs(T) x Hs(b) x Hs(đh) 

= 0,87 x 0,96 x 0,97 = 0,81

b. Tổn thất trên Inverter

Các Inverter hiện nay có hiệu suất biến đổi rất cao, nói chung > 0,95. Ở đây, ta lấy giá trị trung bình Hs(Inv) = 0,95.

c. Tổn thất trên các dây, cáp và phụ kiện đấu nối trên các mạch điện DC và AC

Kinh nghiệm của thế giới, nếu thiết kế đạt chuẩn và người lắp đặt có trình độ tốt thì tổn thất này trên các đoạn mạch dòng DC và AC khoảng 3% cho mỗi đoạn, tương ứng với Hs(DC) = 0,97 và Hs(AC) = 97%.

Hiệu suất chung cả hệ nguồn ĐMT nối lưới:

Từ các phân tích nói trên, hiệu suất chung của cả hệ nguồn ĐMT, Hs(ĐMT), nối lưới sẽ được xác định bằng biểu thức:

Hs(ĐMT) = Hs(PMT) x Hs(Inv) x Hs(DC) x Hs(AC)

= 0,81 x 0,95 x 0,97 x 0,97 = 72%

1.2. Hệ số công suất nguồn ĐMT

Hệ số công suất (Capacity Factor, CF) của một nguồn ĐMT nói ở đây là tỷ số giữa tổng điện năng thực tế mà một nguồn ĐMT phát ra trong một một năm vận hành và tổng điện năng lý thuyết theo thiết kế khi nguồn này vận hành liên tục cũng trong một năm đó. Ta hãy cho một ví dụ như sau. 

Một nguồn ĐMT có công suất thiết kế P = 100 kWp. Tổng điện năng lý thuyết khi nguồn này vận hành liên tục trong một năm (24 giờ/ngày, 365 ngày/ năm) với công suất thiết kế sẽ là: Elt = 100 kWp x 365 ngày/năm x 24 h/ngày = 876.000 kWh/năm. Chú ý rằng, để nguồn ĐMT phát đủ công suất (100 kWp) thì cường độ bức xạ mặt trời phải là IO = 1 kW/m2 là giá trị cực đại của cường độ NLMT trên mặt quả đất.

Trong thực tế, nhà máy không thể vận hành liên tục và phát đủ công suất thiết kế vì các lý do sau:

a. Thời gian ban đêm nhà máy không hoạt động vì không có ánh sáng mặt trời.

b. Cường độ bức xạ mặt trời luôn thay đổi và nói chung < IO = 1 kW/m2.

c. Do các tổn hao trong hệ thống ĐMT (xem mục 1.1).

d. Do phải ngừng hoạt động để bảo trì, bảo dưỡng...

Vì vậy, tổng điện năng thực tế mà nguồn ĐMT phát ra luôn nhỏ hơn nhiều so với tổng điện năng thiết kế lý thuyết. Ví dụ, ở một năm nào đó, tổng điện năng nguồn ĐMT nói trên chỉ sản xuất ra được tổng điện năng Ett = 131.000 kWh. Theo định nghĩa, thì hệ số công suất của nguồn ĐMT đối với năm quan sát chỉ là:

Tổng điện năng thực tế Ett của nguồn điện ĐMT phụ thuộc vào Hiệu suất tổng của nguồn. Hiệu suất càng cao thì Ett và do đó CF cũng càng cao. Ngoài ra, CF còn phụ thuộc và các thông số khác như cường độ bức xạ NLMT, thời gian bảo trì, bảo dưỡng…

2. Ước tính hệ số công suất nguồn ĐMT đối với các khu vực ở Việt Nam

2.1. Biểu thức tính hệ số công suất

Có thể tính hệ số công suất CF trung bình của nguồn ĐMT từ các thông số thiết kế.

Giả sử một nguồn ĐMT có các thông số thiết kế như sau:

- Công suất thiết kế của dàn PMT: P (tính theo kWp)

- Cường độ bức xạ mặt trời trung bình ở địa phương lắp đặt là I (tính theo kWh/m2 ngày). I cũng chính là số giờ nắng có cường độ cực đại chuẩn IO = 1 kW/m2 trong 1 ngày.

- Hiệu suất chung của cả hệ nguồn là Hs(ĐMT) (tính theo %). 

Khi đó:

+ Tổng điện năng thực tế nguồn ĐMT sản xuất trong một năm tính theo biểu thức:

Ett = P x I x 365 x Hs(ĐMT) (kWh/năm)

(Ta giả thiết nguồn ĐMT không bị ngừng hoạt động để sửa chữa, bảo trì, bảo dưỡng).

+ Tổng điện năng lý thuyết khi nhà máy hoạt động liên tục trong một năm tính theo biểu thức:

Elt = P x 24 x 365 (kWh/năm)

+ Từ đó tính được Hệ số công suất của nguồn ĐMT theo biểu thức:

Như vậy, hệ số công suất của nguồn ĐMT phụ thuộc vào 2 thông số là: (i) Cường độ bức xạ mặt trời I ở địa phương xây dựng nguồn ĐMT và (ii) Hiệu suất chung của hệ nguồn Hs(ĐMT). Điện năng do nguồn ĐMT sản xuất ra hàng năm phụ thuộc trực tiếp vào hệ số công suất CF. CF càng cao, chất lượng nguồn điện càng tốt.

Áp dụng: Tính hệ số công suất và điện năng thực tế do một nguồn ĐMT với dàn PMT có công suất P = 100kWp, được xây dựng ở địa phương có cường độ bức xạ mặt trời trung bình ngày là I = 4,8 kWh/m2.ngày. Hiệu suất chung của nguồn Hs(ĐMT) = 0,72. Hãy tính Hệ số công suất CF và điện năng thực do nguồn đó sản xuất ra trung bình hàng năm?

Giải:

+ Áp dụng biểu thức (3) tính được Hệ số công suất

+ Điện năng thực tế nguồn ĐMT sản xuất trung bình hàng năm:

Ett = CF. Elt = 0,144 x (100 x 24 x 365) = 126.144 kWh.

2.2. Ước tính hệ số công suất và điện năng nguồn ĐMT đối với các khu vực ở Việt Nam

Như đã biết, cường độ NLMT trên lãnh thổ Việt Nam không đồng đều mà được phân thành 5 khu vực là: (1) Đông Bắc bộ, (2) Tây Bắc bộ, (3) Bắc Trung bộ, (4) Nam Trung bộ và Tây Nguyên và (5) Nam bộ. Cường độ bức xạ mặt trời trung bình của các khu vực được cho trong bảng 1. 

Ta hãy ước tính hệ số công suất và điện năng do nguồn ĐMT với công suất dàn PMT P = 5 kWp và hiệu suất Hs(ĐMT) = 0,72 sản xuất ra đối với các khu vực khác nhau. Áp dụng biểu thức (3) ta có các kết quả như được cho trong bảng 1.

Cần chú ý rằng:

Các giá trị trên bảng 1 là các giá trị trung bình khu vực. Tuy nhiên, đối với các địa phương khác nhau trong một khu vực thì các giá trị đó có thể khác nhau. Ví dụ, đối với khu vực Nam Trung bộ và Tây Nguyên, nhiều địa phương ở hai tỉnh Ninh Thuận, Bình Thuận, cường độ bức xạ mặt trời trung bình ngày I có thể 5,2 kWh/m2.ngày. Khi đó, CF = 15,4% và điện năng nguồn ĐMT sản xuất ra hàng tháng sẽ là 554,8 kWh, cao hơn giá trị trung bình trong bảng 1 (514,7kWh).

Continue Reading

Những điều nên biết về nguồn điện mặt trời áp mái nối lưới

Do kết hợp được nhiều yếu tố ưu việt nên công nghệ điện mặt trời mái nhà nối lưới đang có xu hướng phát triển nhanh trên thế giới. Ở Việt Nam, với các chính sách mới được ban hành gần đây về điện mặt trời của Chính phủ cũng đã tạo ra các điều kiện thuận lợi cho phát triển nguồn năng lượng sạch và hiệu quả này.

1. Nguồn điện mặt trời mái nhà (áp mái)

1.1. Nguồn điện mặt trời

Nguồn điện mặt trời (ĐMT) là nguồn điện sử dụng năng lượng mặt trời (NLMT) để sản xuất điện. Như ta biết, NLMT là một nguồn năng lượng sạch, vô tận, không gây phát thải các chất có hại cho môi trường, không gây ra tiếng ồn và đặc biệt là có ở mọi nơi, mọi địa phương, nên ở đâu cũng có thể khai thác NLMT để sản xuất điện. Tuy nhiên, nguồn ĐMT cũng có các nhược điểm như: (1) là nguồn điện không ổn định do NLMT luôn thay đổi. Đặc biệt, ban đêm không thể sản xuất điện. (2) Cần tốn một diện tích ngoài trời khá lớn để lắp đặt dàn pin mặt trời (PMT) do hiệu suất nguồn ĐMT thấp và do mật độ NLMT không cao.

Hiện nay, giá thiết bị nguồn ĐMT đã giảm khá thấp. Ngoài ra, để giảm thiểu các hiện tượng biến đổi khí hậu nên Chính phủ các nước đều có các chính sách hỗ trợ phát triển ĐMT. Nhờ vậy, ĐMT đã có thể cạnh tranh tốt với điện hóa thạch và do đó đang có xu hướng phát triển rất mạnh trên phạm vi thế giới.

Có 2 loại nguồn ĐMT là nguồn ĐMT nối lưới và không nối lưới (còn gọi là nguồn ĐMT độc lập). Điểm khác nhau cơ bản của 2 loại hệ nguồn ĐMT nói trên là bộ tích trữ điện năng. Đối với nguồn ĐMT độc lập thì phải sử dụng bộ ắc qui để tích trữ điện năng cho những lúc không có nắng hay nắng yếu. Còn đối với nguồn ĐMT nối lưới thì chính lưới điện đóng vai trò bộ tích trữ điện năng nên nói chung không cần dùng bộ ắc qui để tích trữ điện.

Trong bài viết này chúng ta chỉ đề cập đến nguồn ĐMT nối lưới.

1.2. Nguồn ĐMT mái nhà nối lưới

Nguồn ĐMT nối lưới có dàn PMT lắp trên mái nhà được gọi là nguồn ĐMT mái nhà (Rooftop Solar PV System) nối lưới. Các thành phần chính của một nguồn ĐMT nối lưới, bao gồm: (1) Dàn PMT; (2) Bộ biến đổi điện (inverter); (3) Lưới điện; (4) Các đồng hồ đo điện (công tơ mét) như chỉ ra trên hình 1 bên dưới

a. Dàn PMT gồm một số mô-đun

PMT ghép nối điện lại với nhau. Dàn PMT là thành phần chính của nguồn ĐMT. Chức năng của dàn PMT là hàng ngày nhận và hấp thụ NLMT và biến đổi trực tiếp thành điện năng của dòng điện một chiều (DC). Dàn PMT luôn phải lắp ở ngoài trời và phải định hướng sao cho thời gian có ánh nắng mặt trời hàng ngày nhiều nhất và có cường độ NLMT chiếu tới càng cao càng tốt.

Nếu dàn PMT lắp trên mái nhà thì mái hướng Nam là tốt nhất. Trung bình, một diện tích mái 12 m2 thì lắp được dàn pin công suất 1kWp. Ví dụ, một ngôi nhà có diện tích các mái hướng Nam 60 m2 thì có thể lắp được nguồn ĐMT công suất 5kWp.

Ngoài ưu điểm là tận dụng được diện tích mái, các nguồn ĐMT mái nhà còn có nhiều ưu việt khác như: (i) làm mát nhà, (ii) giảm tổn hao điện năng do truyền tải, (iii) giảm chi phí đầu tư đối với các công ty điện do chủ hộ thường là chủ đầu tư, (iv) chủ hộ đầu tư bán được điện giá cao do Chính phủ có chính sách khuyến khích, hỗ trợ phát triển ĐMT, và các lợi ích khác.

b. Bộ biến đổi điện hay Inverter

Dòng điện một chiều (DC) do dàn PMT phát ra sau đó được đưa vào bộ Inverter để biến đổi thành dòng điện AC thông dụng. Công suất của Inverter phụ thuộc công suất dàn PMT (thường chọn bằng công suất đỉnh dàn PMT). Đối với các bộ Inverter hiện đại, hiệu suất biến đổi DC/AC có thể > 95%. Ngoài ra, người ta còn tích hợp các chức năng bảo vệ an toàn cho hoạt động của nguồn và duy trì chất lượng dòng điện phát lên lưới.

c. Lưới điện

Các hệ nguồn ĐMT thương mại có công suất lớn hàng trăm kWp hay cỡ MWp trở lên được hòa vào lưới điện phân phối cao áp hay lưới truyền tải quốc gia thông qua các máy biến áp. Còn đối với các nguồn ĐMT mái nhà, quy mô hộ gia đình, có công suất thường < 10kWp, nên hệ nguồn được nối trực tiếp với lưới điện phân phối hạ áp, ví dụ lưới phân phối 230V, 50Hz.

d. Đồng hồ đo đếm điện năng

Theo sơ đồ hình 1, hộ sử dụng điện được cấp điện chủ yếu từ nguồn ĐMT.  Khi hộ sử dụng không hết thì điện năng dư thừa được bán lên lưới. Ngược lại, khi nguồn ĐMT phát không đủ điện, ví dụ vào thời gian ban đêm hay những lúc mây, mưa, sương mù… thì hộ sử dụng có thể mua điện từ lưới. Vì vậy, các nguồn ĐMT mái nhà nối lưới cần dùng 2 đồng hồ đo đếm điện như Meter 1 và Meter 2 trên hình 1. Giả sử số điện năng hàng tháng do các đồng hồ Meter 1 và Meter 2 lần lượt là M1 và M2. Khi đó, nếu M1 > M2 hay M1 – M2 = M12 > 0 thì nguồn ĐMT đã phát bán lên lưới lượng điện năng M12. Ngược lại, nếu M2 > M1 hay M1 – M2 = - M12 < 0 thì hộ tiêu thụ đã phải mua điện thêm từ lưới điện một lượng điện năng M21 = M2 – M1. Trong thực tế, các đồng hộ Meter 1 và Meter 2 được thay bằng một đồng hồ điện 2 chiều và hàng tháng nó tự động xác định lượng M12 hay M21 (net metering).

Continue Reading

Điện mặt trời nổi - Công nghệ mới về điện mặt trời đầy tiềm năng

Công nghệ hệ nguồn điện mặt trời nổi là một công nghệ mới xuất hiện gần đây nhưng đã thu hút được một sự quan tâm rất lớn của các nhà đầu tư, phát triển điện mặt trời trên toàn thế giới nhờ nó giải quyết được các vấn đề rất quan trọng hiện nay đối với công nghệ này là diện tích mặt bằng để lắp đặt dàn pin và làm tăng hiệu suất hệ nguồn điện đáng kể.

1. Nguồn điện mặt trời nổi là gì?

Như đã biết, các hệ nguồn điện sử dụng các module pin mặt trời (PMT) để biến đổi năng lượng mặt trời (NLMT) thành điện năng gọi là nguồn điện mặt trời (ĐMT). Thành phần chính của một hệ thống nguồn ĐMT là dàn PMT. Dàn PMT có thể gồm một vài hay rất nhiều module PMT nối ghép điện lại với nhau. Dàn PMT phải lắp đặt ở ngoài trời để hấp thụ NLMT và phát ra điện. Tùy vị trí lắp đặt dàn PMT mà hệ nguồn ĐMT có tên gọi khác nhau: (1) Nếu dàn PMT lắp trên mái nhà thì hệ nguồn gọi là hệ nguồn ĐMT mái nhà; (2) Dàn PMT lắp trên mặt đất thì gọi là hệ nguồn ĐMT mặt đất; (3) Còn nếu dàn PMT được lắp trên mặt nước hồ, mặt nước biển thì gọi là hệ nguồn ĐMT nổi (floating solar photovoltaic system hay flotovoltaics).

2. Tại sao lại nguồn ĐMT nổi ?

Phát triển ĐMT nói riêng và điện năng lượng tái tạo (NLTT) nói chung là xu thế tất yếu trên thế giới hiện nay và trong tương lai để đáp ứng nhu cầu năng lượng cho phát triển kinh tế xã hội của các quốc gia vì các lý do sau đây: 

(i) Nhu cầu năng lượng của nhân loại tăng không ngừng; 

(ii) Nguồn năng lượng hóa thạch (than đá, dầu, khí thiên nhiên) đã bị khai thác gần cạn kiệt; 

(iii) Hiện tượng biến đổi khí hậu mà một trong các nguyên nhân chính gây ra hiện tượng này là do khai thác, sử dụng năng lượng hóa thạch; 

(iv) Các nguồn NLTT và nói riêng nguồn NLMT là các nguồn năng lượng sạch, không gây ô nhiễm môi trường và có trữ lượng vô cùng lớn do tính “tái tạo” của chúng; 

(v) Đặc biệt, giá ĐMT hiện nay đã có thể cạnh tranh sòng phẳng với giá điện nhiên liệu hóa thạch. Trong tương lai, giá ĐMT sẽ còn tiếp tục giảm, trong khi đó giá điện hóa thạch sẽ ngày càng tăng cao do trữ lượng cạn kiệt và do gây ô nhiễm môi trường.

Tuy nhiên, một thách thức đối với sự phát triển nguồn ĐMT là dàn PMT cần một diện tích rất lớn để lắp đặt. Trung bình để lắp dàn PMT có công suất 1MWp cần 1,3ha (13.000m2). Trong tương lai gần, theo dự báo, tỷ phần của công suất ĐMT có thể lên đến khoảng (25 – 30)% trong tổng công suất các nguồn điện. Với tỷ phần đó, tổng công suất các hệ nguồn ĐMT sẽ rất lớn và do đó nhu cầu diện tích mặt bằng để lắp các dàn pin cũng sẽ là rất lớn. Ví dụ, đối với Việt Nam, theo Quy hoạch phát triển điện đến năm 2030, thì tổng công suất nguồn ĐMT đến các năm 2025 và 2030 lần lượt sẽ là 4.000MWp và 12.000MWp. Do vậy, nhu cầu diện tích mặt bằng tối thiểu để lắp các dàn PMT sẽ tương ứng bằng 5.200 ha và 15.600 ha! Nếu kể thêm các công trình phụ trợ khác như nhà lắp đặt thiết bị phụ trợ, các trạm biến thế, nhà quản lý vận hành, thì diện tích còn lớn hơn nữa.

Để giải quyết vấn đề thách thức này, nhiều quốc gia trên thế giới “đất chật người đông”, đã sử dụng giải pháp tận dụng các diện tích mái nhà như các mái nhà ở, nhà làm việc, khách sạn, siêu thị, trường học, bệnh viện, để lắp đặt dàn PMT. Tuy nhiên, diện tích các mái nhà nói chung không lớn và không phải mái nhà nào cũng lắp đặt dàn PMT được vì nó còn được sử dụng cho các mục đích khác. Hơn nữa, hướng mái nhà không phù hợp cũng không nên lắp đặt dàn PMT do hiệu quả sẽ rất thấp, Công suất các hệ nguồn ĐMT mái nhà khá nhỏ, chỉ từ vài kWp đến vài chục kWp. Và do phân tán, nhỏ lẻ nên chi phí lắp đặt các hệ ĐMT mái nhà cũng cao hơn so với các hệ quy mô lớn và tập trung.

Trước tình hình đó, gần đây một xu hướng mới đã xuất hiện và lập tức được các nhà đầu tư phát triển ĐMT trên toàn thế giới rất quan tâm. Đó là lắp đặt dàn pin mặt trời trên các mặt nước hồ hay thậm chí trên mặt biển. Nói riêng, khoảng 75% bề mặt trái đất được bao phủ bới các đại dương, nên nếu sử dụng được chỉ một phần rất nhỏ của diện tích mặt nước này thì vấn đề diện tích lắp đặt dàn PMT không còn phải quan tâm nữa.

3. ĐMT nổi hiện nay

Trong giai đoạn “bình minh” của “kỷ nguyên ĐMT nổi” một số hệ nguồn ĐMT đã được xây dựng trên các mặt hồ nước ngọt ở nhiều nước trên khắp thế giới.

Hệ ĐMT nổi đầu tiên được xây dựng ở California (Mỹ), công suất 447kWp đi vào vận hành từ năm 2007. Tuy nhiên phần lớn các hệ ĐMT nổi được xây dựng và đưa vào vận hành trong giai đoạn 2013-2016. Cụ thể là trong các năm 2013, 2014, 2015 và 2016 tổng công suất lắp đặt lần lượt là 1.185kWp, 4.993kWp, 34.657 và 53.061kWp(2). Đến 2016, tổng công suất ĐMT nổi trên thế giới là hơn 94MWp, trong dó phần lớn là các hệ ở Nhật Bản. Trong tổng số 70 hệ ĐMT nổi lớn nhất thế giới hiện nay thì ở Nhật Bản có 45 hệ với tổng công suất chiếm 60% (hay 56,5MWp).

Ngoài Mỹ và Nhật, ĐMT nổi cũng đã được xây dựng ở Trung Quốc, Pháp, Ấn Độ, Indonesia, Israel, Ý, Malaysia, Hà Lan, Singapore, Hàn Quốc, Thụy Điển, Thái lan và Anh. Quy mô các hệ thống rất khác nhau, từ 4kWp đến 20MWp. Các mặt nước đã được sử dụng gồm các hồ đập nước thủy điện, các hồ tự nhiên và các hồ thủy lợi.

Một hệ nguồn ĐMT nổi bao gồm các thành phần chính sau:

1) Hệ thống các phao nổi: các phao làm bằng vật liệu nhẹ, xốp được liên kết với nhau và được neo cố định, trên đó lắp đặt các module PMT. Vật liệu làm phao thường là nhựa HDPE do vật liệu này ít độc hại, không ảnh hưởng đến môi trường và có khả năng tái chế.

2) Hệ thống neo để định vị dàn PMT, giữ cho nó không bị trôi dạt và chống chịu được đối với sóng và gió bão lớn.

3) Module PMT: được lắp đặt trên hệ thống phao. Cho đến nay người ta vẫn sử dụng các module PMT sản xuất theo các tiêu chuẩn kỹ thuật như các module thông thường khác. Tuy nhiên về lâu dài và nhất là khi xây dựng hệ ĐMT trên mặt biển thì cần phải có các loại module được sản xuất theo các tiêu chuẩn riêng, đặc trưng, để có thể làm việc được lâu dài trong điều kiện hơi nước, đặc biệt là hơi nước muối ở biển gây ra sự ăn mòn, han rỉ.

4) Dây, cáp điện: Do dàn PMT ở trên mặt nước nên cần hệ thống dây cáp điện dẫn điện từ dàn PMT lên bờ, đến các thiết bị như Inverter. Điện năng sau Inverter có thể được cấp trực tiếp cho các hộ tiêu thụ hay đưa vào các trạm biến thế để sau đo nối lên lưới điện phân phối hay truyền tải. Cho đến nay, với các dự án đã có, dàn PMT lắp đặt trên các hồ nước ngọt, các cáp điện được sử dụng loại bọc nhựa bảo vệ bên ngoài và được đặt trên các phao để đi vào bờ. Tuy nhiên, trong tương lai, khi sử dụng mặt nước biển để xây dựng hệ ĐMT thì các cáp cũng phải được thiết kế, chế tạo đặc biệt để chống chịu sự phá hoại của hơi muối mặn và chống tia tử ngoại cũng như có thể đi ngầm trong nước biển.

Continue Reading

Tại sao Công nghệ nhiệt điện mặt trời không thích hợp đối với Việt Nam?

Trên cơ sở phân tích các đặc trưng kỹ thuật, kinh tế và xã hội của công nghệ nhiệt điện mặt trời (CSP) và đối chiếu với các đặc thù về điều kiện tự nhiên, kinh tế và xã hội của Việt Nam, có thể kết luận rằng, công nghệ phát điện năng lượng tái tạo này không thích hợp để đầu tư phát triển và ứng dụng ở Việt Nam trong giai đoạn hiện nay.

1. Các công nghệ năng lượng mặt trời và công nghệ nhiệt điện mặt trời (CSP)

Năng lượng mặt trời (NLMT) là một nguồn năng lượng tái tạo (NLTT) tự nhiên, rất sạch và có tiềm năng vô cùng lớn. NLMT đang và sẽ là một trong các nguồn NL chính của nhân loại hiện nay và trong tương lai để sản xuất điện và nhiệt. Tuy nhiên, để khai thác, sử dụng NLMT cần phải có các công nghệ phù hợp khác nhau. Hiện nay, có 3 công nghệ đã được phát triển và thương mại hóa. Đó là: (1) Công nghệ nhiệt mặt trời (CN NMT); (2) Công nghệ điện mặt trời (CN ĐMT) hay công nghệ quang điện (PV) và (3) Công nghệ nhiệt điện mặt trời (CN NĐMT, CSP). Hình 1 mô tả nguyên lý tổng quát của các công nghệ NLMT.

Hình 1. Các công nghệ NLMT

Dưới đây sẽ trình bày tóm tắt nguyên lý các CN NLMT nói trên.

(1) Công nghệ nhiệt mặt trời

CN NMT hay còn gọi là CN NMT nhiệt độ thấp là công nghệ biến đổi NLMT thành nguồn nhiệt năng có nhiệt độ không cao, thường < 2000C (CN số (1) trên hình 1). Thành phần chính trong CN NMT là Bộ thu và chuyển đổi NLMT (Solar Thermal Collector) hoạt động dựa trên hiệu ứng nhà kính. Khi có các tia sáng mặt trời chiếu tới bộ thu thì NLMT bị bộ thu hấp thụ và chuyển đổi thành năng lượng nhiệt.

Do nhiệt độ không cao nên nguồn nhiệt này thường được sử dụng cho các mục đích như sản xuất nước nóng sinh hoạt; sấy nông lâm sản, dược liệu; sưởi; gia nhiệt cho một số quá trình sản xuất tiểu, thủ công nghiệp... trong đó ứng dụng phổ biến và hiệu quả nhất là đun nước nóng cho sinh hoạt trong các gia đình, khách sạn, bệnh viện nhờ các thiết bị gọi là bộ đun nước nóng mặt trời (xem hình 2) được lắp trên các mái nhà của các hộ hay các tòa nhà. CN NMT hiện nay đã được phát triển và ứng dụng rộng rãi trên toàn thế giới. Ở Việt Nam cũng đã lắp đặt, sử dụng hàng chục vạn thiết bị này với tổng diện thu NLMT hàng vài chục vạn mét vuông, hàng năm sản xuất một lượng nước nóng rất lớn phục vụ nhu cầu nước nóng sinh hoạt.

Hình 2. Các Bộ thu NLMT trong các CN NLMT:

(2) Công nghệ điện mặt trời (PV)

Trong CN ĐMT, Bộ thu và chuyển đổi NLMT là các tấm (module) pin mặt trời được chế tạo chủ yếu từ vật liệu bán dẫn Silicon (Si). Quá trình chuyển đổi NLMT dựa trên nguyên lý hiệu ứng quang-điện. Hình 2 cho hình ảnh một bộ thu là dàn pin mặt trời gồm nhiều tấm pin ghép nối lại.

Khi có các tia sáng mặt trời chiếu tới, các tấm pin mặt trời sẽ hấp thụ NLMT và chuyển đổi trực tiếp thành điện năng của dòng điện một chiều (công nghệ số (2) trên hình 1). Dòng điện một chiều này có thể sử dụng trực tiếp hoặc biến đổi thành dòng điện xoay chiều có tần số thông dụng để cung cấp cho các hộ tiêu thụ.

CN ĐMT là một trong các công nghệ công nghệ phát điện NLTT quan trọng nhất trên thế giới hiện nay với tốc độ tăng trưởng hàng năm rất cao (trung bình khoảng 36%/năm). Tỷ phần của nguồn điện này trong cơ cấu nguồn điện của nhân loại ngày càng lớn hơn.

(3) Công nghệ nhiệt điện mặt trời (CSP)

CN NĐMT hay còn gọi là CN NĐMT hội tụ (Concentrating Solar Thermal Power, CSP) cũng là một CN biến đổi NLMT thành điện năng thông qua 2 bước: trước hết NLMT được biến đổi thành nhiệt có nhiệt độ cao, sau đó nhiệt này được sử dụng như nguồn nhiệt để phát điên (xem hình 1). Trong công nghệ này, bộ thu NLMT là các gương phản xạ có dạng phẳng, mặt cầu lõm hay máng parabon, Các bộ thu gương phản xạ này hoạt động dựa trên hiệu ứng hội tụ các tia sáng mặt trời.

Hình 2 cho ảnh các bộ thu NLMT máng gương parabon. Trên mỗi máng ta thấy có một đường ống kim loại thẳng được đặt trùng với đường hội tụ hay còn gọi là đường tiêu của máng. Khi có các tia mặt trời tới máng theo phương vuông góc với tiết diện hứng nắng của máng thì chúng sẽ bị gương phản xạ và hội tụ vào đường tiêu. Do toàn bộ NLMT tới trên diện tích khá lớn của máng được hội tụ vào đường tiêu có thể tích rất nhỏ nên mật độ NLMT trên đường này rất cao, có thể cao hơn hàng trăm lần mật độ NLMT tự nhiên. Kết quả là nhiệt độ trên đường tiêu và do đó nhiệt độ của ống kim loại, đạt rất cao, thông thường từ 500 0C đến hơn 700 0C. Nếu cho một chất lỏng tải nhiệt, ví dụ như nước, chảy qua ống kim loại thì nước sẽ lập tức bốc hơi ở áp suất cao. Hơi này sau đó được dẫn tới tuabin để phát điện như ta thấy trên sơ đồ hình 3.

Hình 3. Sơ đồ nguyên lý hoạt động của nhà máy nhiệt điện mặt trời (CSP) dùng bộ thu là các máng gương parabon (https://www.bls.gov/green/solar_power)

Các tia sáng mặt trời tới các máng gương parabon, bị phản xạ và hội tụ vào các các ống kim loại đặt trên Đường Tiêu của máng, nhiệt độ của các ống lên đến hàng trăm độ. Nước trong ống bị bốc hơi dưới áp suất cao. Hơi này được dẫn tới tuabin (đường màu đỏ) làm quay rotor của máy phát điện để sản xuất điện đưa lên lưới truyền tải. Hơi nước sau khi qua tuabin bị nguội đi (đường màu xanh) được đưa về các bể ngưng tụ và lại được bơm trở lại các ống đặt trên đường hội tụ của gương. Trong hình còn cho thấy các thiết bị tích trữ nhiệt năng.

CN NĐMT (CSP) cũng là một công nghệ sản xuất điện từ NLMT. Tuy nhiên, so với CN ĐMT (PV) thì nó không phát triển bằng. Ví dụ, đến năm 2016, tổng công suất ĐMT trên toàn thế giới lên đến 303GW, trong lúc đó đối với công nghệ NĐMT thì con số này chỉ là 4,8GW. Các lý do giải thích tại sao CN NĐMT (CSP) hiện nay chưa phát triển được cho trên bảng 1.

Bảng 1- So sánh các đặc trưng chính của các CN ĐMT và CN NĐMT

Ghi chú: Các giá trị trong bảng 1 là các giá trị trung bình trên phạm vi toàn thế giới năm 2016 từ nguồn tài liệu: REN21, Global Renewable Energy Report 2017.

Từ bảng 1 trên ta thấy rằng:

1. CN NĐMT chỉ thu và biến đổi thành phần trực xạ trong NLMT (là thành phần gồm các tia mặt trời đi thẳng từ mặt trời tới mặt đất). Thành phần này chỉ chiếm trung bình từ 25% đến 50% trong tổng NLMT. Vì vậy, công nghệ này đã bỏ phí mất một phần khá lớn trong NLMT là thành phần gồm các tia tán xạ. Trong lúc đó, CN ĐMT có bộ thu là các tấm pin mặt trời, thu và chuyển đổi tất cả các thành phần của NLMT. Ngoài ra, do bộ thu trong CN NĐMT chỉ làm việc với thành phần trực xạ nên để có hiệu suất tốt, các bộ thu luôn phải định hướng hay quay theo mặt trời nhờ một thiết bị gọi là “bộ định hướng theo mặt trời” (Sun-Tracker). Còn trong CN ĐMT, bộ thu là các tấm pin mặt trời có thể định hướng cố định vẫn cho hiệu quả cao.

Các dự án NĐMT chỉ có hiệu quả cao khi xây dựng ở những khu vực có thành phần trực xạ và số giờ nắng trung bình hàng năm cao như các khu vực sa mạc ở châu Phi, Trung Đông, một số Bang ở Mỹ và Úc (Tổng xạ > 6kWh/m2.ngày và số giờ nắng > 2400 giờ/năm).

Continue Reading

Một số vấn đề về nguồn điện mặt trời nối lưới

Tóm tắt: Do tính không ổn định của bức xạ mặt trời nên các đặc trưng của nguồn điện mặt trời (ĐMT) cũng luôn bị thay đổi. Điều này có thể gây ra các tác động tiêu cực cho hệ thống điện khi nối các nguồn điện mặt trời lên lưới. Tuy nhiên, với sự phát triển cao của khoa học công nghệ nên hiện nay các vấn đề tiêu cực này đã được giải quyết, nhờ vậy ĐMT đã không ngừng phát triển mạnh mẽ trên phạm vi toàn thế giới.

1. MỞ ĐẦU:

Nguồn ĐMT đề cập trong bài này là nguồn điện do các tấm pin mặt trời (PMT) hấp thụ năng lượng mặt trời (NLMT) và phát ra điện năng (nguồn quang điện, PV). Nguồn điện này đã được biết đến từ rất lâu. Nhưng chỉ mới trong khoảng vài thập niên trở lại đây nó mới trở nên thời sự và phát triển rất mạnh do các yêu cầu cấp bách về ứng phó với hiện tượng biến đổi khí hậu và đặc biệt là do giá PMT giảm một cách rất kịch tính. Nếu như cách đây khoảng 10 năm, suất đầu tư hệ ĐMT vào khoảng 8.000-10.000 USD/kWp và giá điện mặt trời khoảng 20 - 25 UScents/kWh, thì hiện nay các giá trên giảm xuống tương ứng chỉ còn 1.000- 1.300 USD/kWp và 8-15 UScents/ kWh. Vì vậy, phát triển nguồn ĐMT để dần thay thế các nguồn điện hóa thạch đã trở thành một xu thế mạnh mẽ trên phạm vi toàn thế giới. Trong giai đoạn từ 2010 đến 2015, tổng công suất lắp đặt ĐMT trên thế giới đã tăng 5,7 lần, từ 40 GWp năm 2010 lên 227 GWp năm 2015, với tốc độ tăng trung bình hàng năm là 36,9% (xem hình dưới).

Công nghệ ĐMT phổ biến và hiệu quả nhất hiện nay là công nghệ ĐMT nối lưới. Hình 2 là sơ đồ cấu trúc một hệ nguồn ĐMT nối lưới. Nguyên lý làm việc của hệ nguồn như sau.

Hàng ngày, khi có ánh sáng mặt trời chiếu vào dàn PMT, dàn pin sẽ phát ra điện năng của dòng điện một chiều DC. Qua Bộ biến đổi điện (BĐĐ) hay Inverter, dòng điện DC được biến đổi thành dòng điện xoay chiều AC có điện áp, tần số, pha… giống như các thông số tương ứng trên lưới điện. Dòng điện AC này có thể cấp trực tiếp cho các tải hoặc cũng có thể cấp lên lưới điện. Đối với các hệ ĐMT có công suất lớn (hàng chục, hàng trăm MW) thì hệ ĐMT thường được nối lưới điện truyền tải. Còn đối với các hệ ĐMT công suất nhỏ hơn (hàng chục kW đến một số MW) thì chúng thường được nối vào lưới điện khu vực hay lưới điện phân phối.

Dưới đây, chúng ta tập trung vào cấu hình hệ ĐMT nối vào lưới điện phân phối, trong đó hệ ĐMT có thể là hệ hộ gia đình, công suất dàn pin trong khoảng 3kWp đến 10kWp. Các hệ ĐMT sẽ được đấu nối vào lưới điện tại điểm đấu nối ở phía sau máy biến thế khu vực có công suất không quá lớn. Do đó tác động của hệ ĐMT sẽ trở thành những vấn đề rõ rệt hơn.

Hình 2- Sơ đồ nguyên lý cấu trúc hệ nguồn điện mặt trời nối lưới 

Các hệ ĐMT sẽ cấp điện trước hết cho các tải trong lưới phân phối. Có thể xảy ra 2 tình huống sau:

1. Trong các khoảng thời gian nắng tốt, như trong các ngày mùa hè, các nguồn ĐMT sẽ sản xuất điện với công suất lớn, các tải có thể sử dụng không hết. Số điện dư thừa sẽ được phát lên lưới.

2. Ngược lại, vào ban đêm hay các ngày không có hoặc nắng yếu, các hệ nguồn ĐMT sản xuất không đủ điện cho các tải. Khi đó lưới điện sẽ cấp điện bổ sung cho các tải tiêu thụ. Nhờ các công tơ điện M1 và M2 trên sơ đồ (hoặc có thể thay bằng công tơ điện 2 chiều) người ta có thể xác định chính xác lượng điện mà các hệ ĐMT phát/bán lên lưới cũng như lượng điện các tải lấy/mua từ lưới. Như vậy, ta thấy rằng, để hệ thống trên vận hành được thì cần phải có các điều kiện cần thiết sau đây:

- Các chủ đầu tư hệ ĐMT được quyền nối và tải điện lên lưới điện do một công ty lưới điện nào đó quản lý.

- Giữa chủ đầu tư hệ ĐMT và công ty lưới điện phải có hợp đồng mua bán điện dài hạn, trong đó giá mua và bán điện phải được ghi rõ ràng và được đảm bảo bởi pháp luật hiện hành.

- Về mặt kỹ thuật, các thông số đặc trưng của hệ ĐMT (như điện áp, tần số, pha, sóng hài…) phải phù hợp với các thông số tương ứng của lưới điện để khi nối hệ ĐMT vào lưới, toàn bộ hệ thống làm việc bình thường, không gây ra bất cứ can nhiễu hay sự cố nào ảnh hưởng đến chất lượng điện và dịch vụ cung cấp điện của công ty lưới điện.

2. NHỮNG VẤN ĐỀ KHI NỐI HỆ NGUỒN ĐMT VÀO LƯỚI

2.1. Đặc điểm của hệ nguồn ĐMT

Như ta biết, các hệ ĐMT có rất nhiều ưu việt như:

- “Nhiên liệu” của hệ ĐMT là ánh sáng mặt trời, là nguồn nhiên liệu tự nhiên, sạch và vô tận, có thể khai thác tự do. Nguồn nhiên liệu “lộ thiên” này có khắp mọi nơi trên bề mặt quả đất. Vì vậy, hệ nguồn ĐMT có thể xây dựng hầu như trên khắp các địa phương trên mặt đất.

- Hệ ĐMT hoạt động không gây ô nhiễm môi trường do không có tiếng ồn, không phát ra các chất thải độc hại (với hệ ĐMT nối lưới không dùng ắc quy). Ngoài ra, hệ hoạt động tin cậy, an toàn, chi phí vận hành, bảo trì, bảo dưỡng rất thấp.

Do các ưu việt trên nên nguồn ĐMT chính là một trong các nguồn năng lượng tái tạo có thể thay thế các nguồn năng lượng hóa thạch. Nó sẽ là một nguồn năng lượng chính của nhân loại trong thế kỷ 21 và trong tương lai. Phát triển ĐMT vì vậy là một xu thế có tính tất yếu.

Tuy nhiên, nguồn ĐMT cũng có thể sinh ra một số vấn đề phải giải quyết khi nối chúng lên lưới điện. Các vấn đề này có nguồn gốc từ đặc tính không ổn định của nguồn ĐMT.

Như đã biết, ngay tại một vị trí xác định trên mặt đất, NLMT cũng luôn thay đổi theo thời gian trong ngày, thay đổi theo mùa và theo thời tiết như mưa, mây mù, nhiệt độ… Kết quả là công suất và điện năng cũng như các thông số điện đặc trưng của nguồn ĐMT cũng luôn bị thay đổi. Sự không ổn định này sẽ có thể ảnh hưởng xấu đến chất lượng điện và gây ra các tác động không mong muốn khác cho lưới điện như được chỉ ra dưới đây.

2.2. Các vấn đề khi nối các hệ ĐMT vào lưới điện

a. Quá điện áp và dưới điện áp

Như đã nói, khi cường độ NLMT thay đổi thì cả dòng điện và điện áp của hệ ĐMT đều thay đổi, trong đó sự thay đổi của dòng điện là nhạy và mạnh mẽ hơn. Vì vậy, khi có nắng to, điện áp các hệ ĐMT phát lên lưới có thể sẽ tăng, vượt quá giới hạn điện áp trên cho phép của lưới điện. Hiện tượng này gọi là quá điện áp. Ngược lại, khi không có nắng hoặc nắng yếu do một nguyên nhân nào đó như đám mây bay qua, cơn mưa đột ngột… điện áp các hệ ĐMT giảm và có thể gây ra sự giảm/sụt điện áp của lưới điện xuống dưới giá trị giới hạn điện áp cho phép. Hiện tượng này gọi là dưới điện áp. Sự tăng hay giảm điện áp ra ngoài giới hạn cho phép sẽ gây ra sự hoạt động không bình thường của các máy móc, thiết bị điện và có thể dẫn đến hư hỏng.

b. Sự mất cân bằng điện áp

Đó là hiện tượng biên độ điện áp của các pha trong hệ thống 3 pha không bằng nhau hoặc sự lệch pha không chính xác bằng 1200. Sự mất cân bằng pha xảy ra khi công suất của các hệ ĐMT nối lên các pha của lưới điện không cân bằng nhau. Nhưng cũng có thể do công suất và điện năng mà các nguồn ĐMT nối vào các pha phát ra khác nhau do thời tiết (ví dụ như cường độ NLMT) không như nhau trên các hệ ĐMT nối vào các pha. Sự mất cân bằng pha về điện áp có thể dẫn đến sự thay đổi về tần số dòng điện, tác động xấu đến hoạt động của các tải là động cơ và các thiết bị điện tử công suất như làm tăng nhiệt độ rotor, gây ra tiếng ồn, rung lắc… Nói riêng, các BĐĐ có chứa các thành phần nhạy với sự mất cân bằng pha điện áp làm cho nó hoạt động không ổn định.

c. Sóng hài

Sóng hài là các thành phần sóng có tần số là bội nguyên của tần số sóng điện cơ bản. Ví dụ, sóng điện công nghiệp có tần số sóng là 50Hz, thì các thành phần sóng có tần số 100, 150, 200Hz… là các sóng hài bậc 2, 3, 4… ứng với các bội số là 2, 3 và 4… Nguyên nhân gây ra sóng hài là do sự hoạt động của các thành phần điện tử có trong nguồn ĐMT như BĐĐ, các chuyển mạch điện tử điều khiển… và cũng có thể do các thiết bị trong hệ tải của nguồn ĐMT. Các sóng hài sẽ gây ra sự biến dạng của sóng điện cơ bản và dẫn đến sự hoạt động không bình thường của các thiết bị như giảm hiệu suất, phát nhiệt làm nóng thiết bị, thiết bị bị rung lắc, có tiếng ồn…

d. Sự cô lập không mong muốn

Sự cô lập không mong muốn là hiện tượng hệ nguồn ĐMT vẫn làm việc, tiếp tục cung cấp điện cho các tải khi mà mạng lưới bị cắt khỏi hệ ĐMT do một sự cố nào đó. Sự cô lập không mong muốn có thể gây ra các tai nạn về điện cho cho công nhân vận hành, bảo dưỡng hệ thống, làm hư hỏng thiết bị điện.

e. Sự thăng giáng tần số

Khi có sự cân bằng giữa điện năng phát ra và điện năng tiêu thụ thì tần số dòng điện sẽ ổn định. Tuy nhiên đối với các hệ ĐMT sự cân bằng này có thể bị phá vỡ do công suất phát của ĐMT phụ thuộc vào bức xạ mặt trời. Khi xảy ra sự mất cân bằng cung - cầu này sẽ có thể dẫn đến sự thăng giáng về tần số dòng điện, ảnh hưởng đến chất lượng điện, ảnh hưởng đến hoạt động và chất lượng sản phẩm của một số dây chuyền sản xuất công nghiệp. Điều này sẽ càng trầm trọng hơn nếu công suất ĐMT nối lên lưới càng lớn.

f. Nhiễu do thâm nhập dòng DC

Như đã biết, điện do các dàn PMT phát ra là dòng điện một chiều DC. Đối với đa số các BĐĐ hiện nay không dùng biến thế nên nếu không có thiết kế đặc biệt, dòng DC có thể thâm nhập qua BĐĐ, gây ra sự méo mó dạng sóng điện trên lưới dẫn đến sự hoạt động không bình thường của thiết bị tiêu thụ điện và có thể dẫn đến hư hỏng.

g. Tăng hệ số công suất điện dự phòng

Một trong các yếu tố gây ra sự đắt đỏ cho ĐMT là do cần phải bố trí nguồn điện năng dự phòng (không phải là ĐMT) với công suất khá lớn. Vì như đã biết, các hệ nguồn ĐMT chỉ làm việc khi có nắng và công suất cũng như điện năng phát của nó rất nhạy với cường độ bức xạ mặt trời. Vì vậy, để hệ thống điện hoạt động an toàn, liên tục cần có các nguồn điện dự phòng để phát điện bổ sung lên lưới trong các thời gian mà nguồn NLMT yếu hay không có (như ban đêm). 

Tùy theo dung lượng lưới điện, tỷ lệ công suất ĐMT và công suất máy biến thế của lưới phân phối, mà công suất dự phòng có thể chiếm tỷ lệ từ 5% đến trên 20%. Ngoài ra, một yêu cầu quan trọng khác là các nguồn dự phòng cần phải có thời gian đáp ứng đủ nhanh, nếu không mạng điện có thể bị sự cố “sập” ngẫu nhiên.

Continue Reading

Tìm hiểu Pin mặt trời "lá cây"

Bài viết trình bày tóm tắt về một loại pin mặt trời mới – “pin mặt trời lá cây” – thân thiện với môi trường, trong đó đã mô phỏng các phản ứng quang hợp trong lá cây xanh nhằm khai thác nguồn năng lượng mặt trời cho sản xuất điện năng.

Trong thời đại của công nghệ xanh, ngành công nghiệp năng lượng cũng đang phát triển các công nghệ sạch, thân thiện với môi trường. Nói riêng, bản thân công nghệ sản xuất điện bằng pin mặt trời (PMT) đã là công nghệ năng lượng sạch vì nó sử dụng năng lượng mặt trời (NLMT) làm “nhiên liệu”, không

gây phát thải khí nhà kính và các ô nhiễm môi trường khác. Tuy nhiên, gần đây các nhà khoa học còn đi xa hơn một bước nữa là phát triển một loại PMT mô phỏng quá trình hấp thụ NLMT để sản xuất năng lượng của lá cây.

Dưới đây ta sẽ gọi loại pin này là PMT lá cây.

Trước hết để hiểu nguyên lý cấu tạo và hoạt động của PMT lá cây ta hãy mô tả tóm tắt nguyên lý cấu tạo và hoạt động của PMT truyền thống – PMT tinh thể Silicium (Si).

1- Pin mặt trời tinh thể Si

Như đã biết, nguồn NLMT là một nguồn NL sạch, có tính tái tạo và vì vậy có trữ lượng khổng lồ.

Một trong các công nghệ hiệu quả nhất để khai thác NLMT hiện nay là công nghệ quang-điện hay PMT (solar photovoltaic, PV). Công nghệ này cho phép biến đổi trực tiếp NLMT thành điện năng nhờ một thiết bị chuyển đổi năng lượng gọi là PMT (solar photovoltaic Cells) hoạt động dựa trên hiệu ứng quang-điện. Hiện nay trên thế giới, hơn 90% PMT là PMT tinh thể Si. Nguyên lý cấu tạo và hoạt động của PMT Si tinh thể được mô tả trên hình 1.

a. Nguyên lý cấu tạo

Thành phần chính của PMT Si là một lớp tiếp xúc bán dẫn PN được tạo ra giữa hai phiến chất bán dẫn Si khác loại, loại N và loại P. Tại lớp tiếp giáp của các bán dẫn loại N và P, do sự khuếch tán của các điện tử, hình thành một lớp tiếp xúc PN, trong đó tồn tại một điện trường tiếp xúc Etx hướng từ bán dẫn N sang bán dẫn P. Mặt trên của phiến bán dẫn N được phủ một lưới điện cực bằng kim loại. Màng kim loại điện cực thứ hai được phủ ở mặt dưới phiến P. Độ dày tổng thể của pin chỉ khoảng 0,3 đến 0,5mm.

b. Nguyên lý hoạt động

Khi chiếu ánh sáng mặt trời vào mặt trên của pin, do phiến bán dẫn N rất mỏng, nên các tia mặt trời có thể xuyên sâu tới lớp tiếp xúc PN. Các nguyên tử Si hấp thụ NLMT và tạo ra trong lớp tiếp xúc PN và vùng lân cận các cặp hạt mang điện là điện tử và lỗ trống liên kết yếu với nhau,điện tử mang điện tích âm, còn lỗ trống mang điện tích dương nguyên tố. Do đã sẵn có điện trường tiếp xúc Etx tại lớp PN nên ngay lập tức các điện tử và lỗ trống trong các cặp bị tách ra và bị đẩy về các phía ngược nhau, điện tử bị đẩy về điện cực trên, còn lỗ trống bị đẩy về điện cực dưới (xem hình 1). Giữa hai điện cực trên và dưới có một hiệu điện thế. Nếu nối hai điện cực bằng dây dẫn với một bóng đèn thì sẽ có một dòng điện

gọi là dòng quang-điện qua đèn và làm đèn sẽ sáng.Hiện tượng này được gọi là Hiệu ứng quang-điện.

Nhờ nó mà NLMT được biến đổi trực tiếp thành điện năng.

Như vậy, cốt lõi của hiện tượng này là: (i) Nguyên tử hấp thụ NLMT và sản sinh ra các hạt mang điện là điện tử và lỗ trống; (ii) Sự tồn tại của điện trường tiếp xúc Etx tại lớp PN đã đẩy các hạt điện chuyển động có hướng tạo ra dòng điện.

Hiện nay hiệu suất biến đổi năng lượng của PMT Si tinh thể vào khoảng (15 ÷ 17)%, tức là nếu chiếu vào mặt pin NLMT với công suất 100W thì ta thu được dòng điện có công suất trong khoảng 15W đến 17W tùy thuộc chất lượng loại PMT.

c. Ưu nhược điểm của PMT Si

Ưu điểm của công nghệ PMT Si là vật liệu sản xuất pin (Si) là cát thạch anh sẵn có ở mọi nơi, công nghệ chế tạo Si tinh thể cũng như các công nghệ phụ khác để sản xuất PMT đã đạt được trình độ khá hoàn thiện. Chính vì vậy mà giá PMT và do đó giá điện mặt trời cũng đã giảm khá nhanh. Hiện nay, giá điện năng từ công nghệ quang-điện trung bình chỉ ở trong khoảng 10 ÷ 15 USCents/kWh.

Nhược điểm lớn nhất của công nghệ PMT là tiêu tốn khá nhiều vật liệu Si tinh khiết. Mà như đã biết, để tạo ra được Si tinh khiết lại phải tiêu tốn rất nhiều năng lượng và do đó gây ra ô nhiễm môi trường.

Chính vì vậy mà gần đây các nhà khoa học đã nghiên cứu, phát triển và ứng dụng một loại PMT mới gọi là PMT hữu cơ hay PMT lá cây để giảm thiểu ô nhiễm môi trường.

2- PMT lá cây

2.1. Cơ chế hấp thụ NLMT để tạo ra các hạt mang điện và chất hữu cơ trong lá cây

a. Phản ứng quang hợp trong lá cây

Có thể nói, cây xanh là một “nhà máy sản xuất năng lượng tự nhiên” phức tạp nhưng hoàn hảo để thu NLMT và chuyển đổi thành hóa năng tích trữ trong cây nhờ các phản ứng quang hợp. Các “nguyên liệu” chính của “nhà máy cây xanh” gồm NLMT, nước (H2O), khí Các-bô nic (CO2) và các khoáng chất có trong đất. Thông qua các phản ứng quang hợp, chủ yếu xảy ra trên các lá cây, mà cây cối đã chuyển đổi NLMT và các nguyên liệu khác thành các sản phẩm giàu năng lượng như đường gluco (C6H12O6) và khí Oxi (O2). Bộ phận chính trong cây thực hiện phản ứng quang hợp và các sản phẩm của nó là chất diệp lục (chlorophyll) và một vài sắc tố khác – dưới đây gọi chung là chất nhạy màu – tập trung ở các lá cây.

Phản ứng xảy ra trong quá trình quang hợp ở lá cây là một chuỗi phản ứng rất phức tạp, gồm rất nhiều phân đoạn, nhưng có thể viết tóm tắt như biểu thức sau:

CO2 + H2O + NLMT → C6H12O6 + O2 + H2O (1)

Như ta thấy, phản ứng quang hợp đã thực hiện chuyển đổi NLMT thành các sản phẩm giàu năng lượng.

Tuy nhiên, trong PMT lá cây, người ta không sử dụng toàn bộ phản ứng quang hợp, mà chỉ sử dụng một số phân đoạn của phản ứng, trong đó chủ yếu là phân đoạn tạo ra các hạt mang điện như mô tả dưới đây.

b. Phân đoạn tạo ra các hạt mang điện trong phản ứng quang hợp

Nghiên cứu phản ứng quan hợp người ta thấy rằng, có một phân đoạn sau: ánh sáng mặt trời chiếu vào lá cây, các phân tử chất nhạy màu trong lá hấp thụ NLMT và chuyển sang trạng thái năng lượng cao, và đồng thời cũng giải phóng ra các hạt mang điện là điện tử và lỗ trống. Nhờ các điện tử được giải phóng này chuyển động tới các phân tử chất khác trong lá cây trong các phân đoạn phản ứng tiếp theo mà tạo ra các sản phẩm như đã cho trong biểu thức (1).

Các nhà khoa học đã “bắt chước” cách mà lá cây thu NLMT, kích thích các phân tử chất nhạy màu và tạo ra các hạt mang điện để có thể sản xuất điện.

2.2. Pin mặt trời lá cây

a. Nguyên lý cấu tạo của pin mặt trời lá cây

Như cho thấy trên hình 2, pin gồm hai điện cực trong suốt TCO (Transparent Conducting Oxide). Mặt trong của một điện cực (điện cực trái) phủ một lớp Titan Dioxide (TiO2) có chức năng hấp thụ ánh

sáng mặt trời và tiếp nhận điện tử.

Chất nhạy màu, có thể chiết suất từ lá cây tự nhiên hay được tổng hợp nhân tạo, được gắn vào bề mặt TiO2. Tiếp đến là một dung dịch điện ly có chứa cặp chất oxi hóa-khử là các ion Iodide I3- và I- có nhiệm vụ hoàn trả lại điện tử cho chất nhạy màu. Điện cực còn lại (cực dương) được phủ một lớp Platin

(Pt) làm chất xúc tác cho các phản ứng oxi hóa - khử giữa các Ion I3- và I-.

Continue Reading

Phát triển thị trường Điện mặt trời mái nhà (áp mái) tại Việt Nam

Cho đến đầu năm 2019, thị trường Điện mặt trời mái nhà (ĐMTMN) tại Việt Nam chỉ có khoảng 1.800 hệ thống với khoảng 30 MWp công suất được nối lưới. Quy định mới về FIT cho điện mặt trời được ban hành vào tháng 4/2017 chưa huy động được nhiều sự đầu tư do các vấn đề trong thực hiện và thuế khóa. Sau khi có sự điều chỉnh về mặt quy định trong Quyết định số 11/2017 của Thủ tướng Chính phủ vào đầu năm 2019, các khoản đầu tư vào hệ thống ĐMTMN đã phát triển mạnh mẽ (xem Hình 1).

Trong suốt năm 2019, có hơn 20.000 hệ thống ĐMTMN với công suất khoảng 360 MWp đã được lắp đặt và nối lưới. Đáng chú ý, có gần 200 MWp trong tổng công suất này được lắp đặt trong 6 tháng cuối năm sau khi quy định về FIT dành cho điện mặt trời đã chính thức hết hạn và Quyết định gia hạn quy định này của Thủ tướng Chính phủ vẫn đang chờ xử lý. Trong thời gian chưa có chính sách rõ ràng, các bên liên quan trên thị trường đã thể hiện sự tin tưởng vào cam kết của Chính phủ trong việc dành nhiều sự hỗ trợ hơn cho các nhà đầu tư ĐMTMN. Ngoài ra, EVN cũng đưa ra một cam kết đặc biệt trong thời kỳ này bằng việc kết nối các hệ thống ĐMTMN mới, lắp đặt công tơ điện hai chiều tại các địa điểm thực hiện dự án, ghi lại lượng điện mặt trời đã hòa lưới điện quốc gia và xác nhận với khách hàng rằng việc thanh toán sẽ được tiến hành sau khi Chính phủ phê duyệt quy định về FIT mới.

Sự tăng trưởng mạnh mẽ của thị trường ĐMTMN vẫn tiếp tục diễn ra trong những tháng đầu năm 2020 cho đến khi quy định về FIT mới chính thức được ban hành vào ngày 6/4/2020 theo Quyết định số 13/2020 của Thủ tướng Chính phủ. Tính đến cuối tháng 8/2020, có 48,631 hệ thống ÐMTMN với tổng công suất là 1,168 MWp đã được lắp đặt tại Việt Nam. (tham khảo thông tin tại cơ sở dữ liệu RTS của VEPG).

Hình 1 – Phát triển thị trường ĐMTMN trong giai đoạn 2019-2020

Hình 2 – Thị trường ĐMTMN tại Việt Nam theo vùng và nhóm khách hàng

Sự phát triển thị trường trong năm 2019 và những tháng đầu năm 2020 thể hiện nhu cầu rất lớn đối với điện mặt trời trên cả nước và sự bền bỉ của thị trường kể cả trong suốt thời gian cơ chế hỗ trợ về pháp lý chưa được xác nhận chính thức. Sau khi quy định về FIT mới được thực hiện, các bên liên quan trên thị trường đều kỳ vọng sẽ có một sự đầu tư mạnh mẽ trong suốt năm 2020 và xa hơn nữa.

Với suy nghĩ về một tương lai sáng sủa như vậy dành cho thị trường ĐMTMN, việc lắp đặt theo các tiêu chuẩn chất lượng cao và các nhà đầu tư, phát triển dự án biết rõ về những quy trình và yêu cầu của các cấp chính quyền và EVN để xây dựng và thực hiện thành công một dự án còn quan trọng hơn nhiều. Trong bối cảnh đó, Tài liệu Hướng dẫn này được xây dựng nhằm giúp các nhà đầu tư, phát triển dự án có những thông tin chính và kiến thức chuyên sâu hữu dụng về ĐMTMN tại Việt Nam.

Continue Reading

Khung chính sách và quy định chính về điện mặt trời tại Việt Nam

Ban hành vào tháng 3/2016, QHĐ VII điều chỉnh của Việt Nam dự báo năng lượng tái tạo sẽ đóng góp 6,5% vào năm 2020 và 10,7% vào năm 2030 trong tổng sản lượng điện chung của đất nước. Đối với điện mặt trời, công suất được dự kiến sẽ phát triển tương ứng ở mức 850 MW đến năm 2020, 4.000 MW đến năm 2025 và 12.000 MW đến năm 2030.

* Quy hoạch phát triển điện lực quốc gia hiện tại cho giai đoạn 2016-2030 (QHĐ VII điều chỉnh)

Hiện nay, Bộ Công Thương Việt Nam đang xây dựng QHĐ VIII, khung chính sách và pháp lý mới nhất, dự kiến sẽ được phê duyệt vào đầu năm 2021. QHĐ VIII dự kiến sẽ bao gồm các mục tiêu phát triển năng lượng mặt trời cao hơn và đã được điều chỉnh do Việt Nam đã đạt được các mục tiêu chung trong thời gian sớm hơn, ví dụ như hoàn thành mục tiêu về năng lượng mặt trời cho năm 2025 vào cuối năm 2019.

Để Việt Nam có thể đạt được các mục tiêu đang phát triển và đầy tham vọng liên quan đến năng lượng mặt trời và hỗ trợ phát triển thị trường, một số biện pháp chính sách đã được ban hành. Thủ tưởng Chính phủ đã đưa ra Cơ chế khuyến khích phát triển các dự án điện mặt trời thông qua Quyết định số 11/2017/QĐ-TTg ban hành ngày 11/4/2017. Quyết định 11 công bố Giá điện nối lưới (FIT) ở mức 2.086 VNĐ/kWh (9,35 cent USD/ kWh) cho các nhà máy điện mặt trời mặt đất và một chế độ hỗ trợ bù trừ điện năng (tín dụng bù trừ điện năng) tại cùng một mức giá cho lượng điện dư thừa nối lưới đối với hệ thống Điện mặt trời mái nhà (ĐMTMN). Ngoài ra, Thông tư số 16/2017/TT-BCT của Bộ Công Thương ban hành ngày 12/9/2017 đã đưa ra các quy định chi tiết hơn, đặc biệt là hợp đồng mua bán điện mẫu và các quy định cụ thể về cơ chế bù trừ điện năng.

*FIT: Biểu giá điện cố định (cho năng lượng tái tạo)
Tính hợp lệ của các dự án để nhận được FIT:
FIT áp dụng cho tất cả các hệ thống đủ điều kiện có ngày vận hành thương mại trong khoảng 1/7/2019 - 31/12/2020.

* Định nghĩa về hệ thống điện mặt trời mái nhà ĐMTMN)
Hệ thống điện mặt trời được lắp đặt trên mái các công trình xây dựng có công suất không vượt quá 1MW và điện áp tối đa là 35 kV được đấu nối trực tiếp hoặc gián tiếp với lưới điện của bên Mua điện.

Yêu cầu kỹ thuật
Hiệu suất pin tối thiểu: 16%,
Hiệu suất mô-đun tối thiểu: 15%

Quy định mang tính bước ngoặt này đã đem đến cơ hội được đầu tư cho hơn 100 nhà máy điện mặt trời mặt đất với công suất 4.500 MWp vào cuối năm 2019. Tuy nhiên, cơ chế thanh toán bù trừ không tạo ra được những ảnh hưởng như kỳ vọng do nhiều vấn đề chưa rõ ràng về mặt pháp lý và những rào cản liên quan đến thuế vẫn còn tồn tại. Trên thực tế, chính phủ đã có những sự điều chỉnh về mặt pháp luật với việc Thủ tướng ban hành Quyết định số 02/2019/QĐ-TTg ngày 8/1/2019 và Bộ Công Thương ban hành Thông tư số 05/2019/TT-BCT ngày 11/3/2019 giới thiệu một cơ chế FIT truyền thống cho các hệ thống ĐMTMN và thay thế cơ chế thanh toán bù trừ. Với sự thay đổi này, những vấn đề không rõ ràng về mặt pháp lý và các vấn đề liên quan đến thuế nêu trên đã được giải quyết và EVN bắt đầu thực hiện thanh toán hàng tháng cho các chủ sở hữu hệ thống ĐMTMN, dựa trên cơ chế FIT không đổi. Nhìn chung, các chủ đầu tư và các bên có liên quan trên thị trường đã tin tưởng hơn vào cơ chế khuyến khích và thị trường cũng đã và đang phát triển với tốc độ ổn định.

Với sự hỗ trợ từ Chương trình Năng lượng EU-Đức thông qua Dự án hỗ trợ Kỹ thuật Ngành Năng lượng Việt Nam-EU (EVEF), do GIZ và các đối tác phát triển khác của Việt Nam thực hiện, Bộ Công Thương đã xây dựng Chương trình thúc đẩy ĐMTMN tại Việt Nam trong giai đoạn 2019-2025. Được Bộ trưởng Bộ Công Thương phê duyệt và chính thức khởi động vào ngày 5/7/2019 (Quyết định 2023/QĐ-BCT), chương trình này bao gồm các biện pháp hỗ trợ phi tài chính nhằm gỡ bỏ các rào cản đầu tư và phát triển thị trường cũng như cho phép ngành công nghiệp và điện mặt trời mái nhà nói chung phát triển. Với thiết kế nhằm xây dựng các mô hình kinh doanh mới cho phân khúc điện mặt trời mái nhà thương mại và công nghiệp, Chương trình được kì vọng sẽ trở thành một động lực lớn cho những sự đầu tư mới. Mục tiêu chung của Chương trình là hỗ trợ việc lắp đặt 100.000 hệ thống ĐMTMN (tương đương với 1.000 MWp công suất ĐMTMN lắp đặt) đến năm 2025. Quyết định đưa ra một chương trình hỗ trợ nhằm phát triển ĐMTMN như vậy thể hiện ưu tiên hàng đầu dành cho điện mặt trời mái nhà trong chiến lược của Chính phủ về phát triển năng lượng tái tạo.

Continue Reading

Tiềm năng điện mặt trời mái nhà (ĐMTMN) tại Việt Nam

Việt Nam là một nước có tiềm năng lớn để phát triển các hệ thống ĐMTMN. Tại Việt Nam, mức bức xạ mặt trời trung bình được tạo ra ở hầu hết các tỉnh thuộc khu vực Nam Trung Bộ là 4-5 kWh/m2/ngày. Con số này thấp hơn một chút ở các tỉnh thuộc khu vực Bắc Bộ và cao nhất ở một số vùng thuộc khu vực Nam Bộ (lên tới 5,5 kWh/m2/ngày) (xem Hình 1). Đối với sản lượng thực tế có thể đạt được tại các hệ thống ĐMTMN, mức bức xạ mặt trời này tương ứng khoảng 900–1.100 kWh điện mặt trời trên một ki-lô-oát công suất lắp đặt của hệ thống (kWh/kWp) tại miền Bắc, 1.100–1.400 kWh/kWp tại miền Trung và 1.400–1.600 kWh/kWp miền Nam của Việt Nam. Các mức bức xạ mặt trời này có thể so sánh với phần còn lại của khu vực ASEAN và các thị trường năng điện mặt trời đã có truyền thống như Tây Ban Nha và California.

Khi so sánh với Đức - một trong những thị trường điện mặt trời mái nhà lớn nhất trên thế giới với hơn 1,5 triệu hệ thống điện mặt trời mái nhà đang hoạt động và có sản lượng hệ thống trung bình hàng năm đạt 950 kWh/kWp, có thể thấy rằng nhìn chung, không có vùng nào ở Việt Nam “không có đủ ánh nắng mặt trời” để vận hành được một hệ thống điện mặt trời. Kể cả ở miền Bắc, một hệ thống ĐMTMN được thiết kế chuẩn và hoạt động hiệu quả có thể giảm nhu cầu sử dụng năng lượng của một tòa nhà hoặc một cơ sở công nghiệp một cách hiệu quả, qua đó tiết kiệm chi phí dành cho năng lượng.

Câu hỏi liên quan tới tính khả thi về mặt tài chính của việc đầu tư một hệ thống ĐMTMN phụ thuộc vào nhiều yếu tố bên cạnh sự sẵn có của nguồn năng lượng mặt trời: nhu cầu sử dụng điện của nhà đầu tư hoặc người mua điện mặt trời, giá điện trên một đơn vị điện năng và sự tăng giá điện dự tính trong thời kỳ đầu tư, giá bán điện mặt trời dư thừa được phát trên lưới điện (Giá điện nối lưới, FIT), chi phí đầu tư cho bản thân hệ thống ĐMTMN cũng như chi phí và chất lượng vận hành, bảo trì trong suốt vòng đời của hệ thống ĐMTMN. Những vấn đề này phải được giải quyết trong những giai đoạn đầu khi xây dựng một dự án ĐMTMN .

Tiềm năng chung về thị trường dành cho ĐMTMN tại Việt Nam vẫn chưa được đánh giá đầy đủ và chi tiết. Nói vậy có nghĩa là có nhiều dấu hiệu cho thấy tiềm năng này là rất lớn. Việt Nam có rất nhiều công xưởng cỡ vừa tại các nhà máy đang được xây dựng trong các khu công nghiệp quanh những thành phố lớn nhất; các cơ sở công nghiệp đang phát triển này cho thấy tiềm năng đáng kể về không gian dành cho các hệ thống ĐMTMN cũng như nhà ở của người mua điện tiềm năng. Ngoài ra, các trung tâm đô thị của Việt Nam như thành phố Hồ Chí Minh, Hà Nội hay Đà Nẵng cũng cho thấy tiềm năng ngày càng lớn dành cho điện mặt trời mái nhà với số lượng cửa hàng, siêu thị, kho bãi, tòa nhà văn phòng và chung cư gia tăng đều đặn. Một dự án nghiên cứu gần đây của Ngân hàng Thế giới ước tính tiềm năng điện mặt trời mái nhà tại thành phố Hồ Chí Minh sẽ lên đến 6.400 MW và tại thành phố Đà Nẵng sẽ lên đến 1.100 MW. Đối với toàn bộ Việt Nam, có thể giả định tiềm năng ĐMTMN của cả đất nước lớn gấp nhiều lần tiềm năng của hai thành phố gộp lại.

Đối với nhu cầu về ĐMTMN, Quy hoạch phát triển điện lực quốc gia hiện tại cho giai đoạn 2016-2030 (QHĐ VII điều chỉnh) dự kiến tăng trưởng về nhu cầu sử dụng điện của cả nước là 8-9% cho giai đoạn 2021-2025 và 6-8% (vẫn là một con số đáng kể) cho giai đoạn 2026-2030. Điều này có nghĩa là hàng ngàn MW công suất điện mỗi năm phải được tạo ra và nối lưới để phục vụ nhu cầu sử dụng điện đang tăng trưởng nhanh chóng này. Trong suốt giai đoạn mà nhu cầu ngày càng gia tăng này, Việt Nam đã cam kết thực hiện các thỏa thuận quốc tế về cắt giảm phát thải khí nhà kính nhằm làm chậm lại

quá trình biến đổi khí hậu và đã đưa ra Chiến lược quốc gia về tăng trưởng xanh nhằm giúp nền kinh tế của đất nước phát triển bền vững hơn. Do đó, có thể khẳng định nỗ lực thúc đẩy phát triển các nguồn điện sạch trong toàn hệ thống chính trị tại Việt Nam là rất rõ rệt.

Ngoài ra, khách hàng cũng đang ngày càng quan tâm tới việc khai thác lợi ích của các hệ thống ĐMTMN và một lĩnh vực gồm các công ty dịch vụ năng lượng tư nhân mới nổi. Khách hàng thương mại và công nghiệp đang ngày càng mong muốn hợp tác với các nhà đầu tư nhằm lắp đặt các hệ thống ĐMTMN, qua đó khai thác hiệu quả những phần không gian mái rộng lớn chưa được sử dụng và đáp ứng các mục tiêu của doanh nghiệp. Hợp đồng mua bán điện tư nhân, được hiểu là một nhà đầu tư thuộc bên thứ ba xây dựng và vận hành hệ thống ĐMTMN trên mái tòa nhà của một cơ sở sản xuất hoặc tòa nhà thương mại và bán điện mặt trời cho chủ sở hữu tòa nhà theo một hợp đồng dài hạn, được coi là một giải pháp hấp dẫn dành cho các công ty trên toàn cầu bên cạnh các mô hình khác (vd: theo dạng cho thuê).

Có thể giải thích về nhu cầu đối với ĐMTMN bằng hai lý do đơn giản sau:

Công nghệ điện mặt trời có chi phí thấp và chi phí đầu tư cho các hệ thống áp mái đang tiếp tục giảm dần. Trong vòng 10 năm qua, chi phí của các mô-đun điện mặt trời, yếu tố chính trong hệ thống ĐMTMN, đã giảm hơn 80% và được kì vọng sẽ còn tụt sâu hơn. 

Hiện nay, hệ thống ĐMTMN đã hoàn toàn mang tính thương mại và trở thành một giải pháp kinh doanh phổ biến đối với các khách hàng công nghiệp, thương mại và hộ gia đình ở hầu hết mọi thị trường.

Đây là tình hình đang diễn ra tại Việt Nam khi Chính phủ đã ban hành một khung hỗ trợ hấp dẫn cho việc đầu tư vào các hệ thống ĐMTMN. 

Continue Reading

Tiêu chí lựa chọn mái nhà để lắp đặt hệ thống điện mặt trời áp mái

Một số tiêu chí cần được kiểm tra để xác định khu vực thích hợp của mái nhà để lắp đặt hệ thống PV năng lượng mặt trời. Chúng bao gồm: diện tích bề mặt, diện tích bóng đổ, vật cản và hướng.

*PV (photovoltaics panel) Tấm pin mặt trời, tấm pin quang điện

Các mái nhà có các diện tích bề mặt phù hợp (sau khi tính đến bóng đổ, vật cản và hệ thống PV đệm cho công tác bảo dưỡng) ít hơn 10m² đối với các tòa nhà dân cư hoặc 100m² đối với các tòa nhà công nghiệp/thương mại/công cộng sẽ không phù hợp cho việc lắp đặt.

Mái nhà cũng không phù hợp nếu giá trị “PV Tilted” nhỏ hơn 50% giá trị của “PV Horizontal”. Điều này có nghĩa là mái nhà có độ dốc và/hoặc hướng không thích hợp cho việc sản xuất năng lượng PV.

*PV Tilted: Năng lượng PV trên bề mặt nghiêng

Lượng năng lượng hàng năm, được chuyển đổi bởi hệ thống PV thành điện, dự kiến sẽ được tạo ra tại một địa điểm cụ thể (một mái nhà hoặc một xã) trên một bề mặt có cùng độ dốc và hướng với mái nhà (đơn vị = MWh / năm).

PV Horizontal: Năng lượng PV trên bề mặt ngang

Lượng năng lượng hàng năm được chuyển đổi bởi một hệ thống PV thành điện, dự kiến sẽ được tạo ra tại một địa điểm cụ thể (một mái nhà hoặc một xã) trên bề mặt ngang (đơn vị = MWh / năm).

Có chín loại mái được xác định như sau:

• Mái bằng không có công trình cản

• Mái bằng có công trình cản chiếm 0 đến 10 %

• Mái bằng có công trình cản chiếm 10 đến 30 %

• Mái bằng có công trình cản trên ≥ 30%

• Hai mặt

• Bốn mặt

• Phức hợp

• Vòm (bán trụ)

• Chỏm cầu (hình nón)

Diện tích mái phù hợp lắp đặt hệ thống PV

Diện tích bề mặt hữu dụng để thiết lập hệ thống PV là một trong những tiêu chuẩn quan trọng nhất. Diện tích mái tổng cộng (A) cần phải giảm đi một phần diện tích vành đai cho hoạt động bảo dưỡng. Điều này được thực hiện một cách đơn giản là chỉ cần sử dụng một vùng đệm có ranh giới cố định 1 m (và dễ thay đổi). Phần công trình cản và bóng đổ trung bình cũng cần được đưa vào trong đánh giá diện tích bề mặt phù hợp.

Diện tích mái đã điều chỉnh vùng đệm được tính toán cho từng loại mái khác nhau như chỉ ra ở phần dưới. Những giá trị định lượng liên quan trong công thức tính toán này bao gồm:

A: diện tích mái xác định

Acb: diện tích mái đã điều chỉnh vùng đệm

L: chiều dài mái

B: vùng đệm (1 m)

ROA: tỉ lệ diện tích công trình cản

RSA: tỉ lệ diện tích bóng đổ

W: chiều rộng mái

Diện tích bề mặt đã điều chỉnh vùng đệm

Hiệu chỉnh bóng đổ và công trình cản

Việc hiệu chỉnh công trình cản và bóng đổ giống nhau đối với mọi loại nhà. Chú ý là các công trình cản chỉ đáng kể đối với mái bằng. Diện tích bề mặt mái phù hợp để thiết lập hệ thống PV (Asuit) được xác định theo công thức sau:

Asuit = Acb . (1-ROA) . (1-RSA)

Ví dụ về mái phù hợp và không phù hợp
Hình phía dưới cung cấp hai ví dụ về mái nhà công nghiệp bị loại do diện tích mái phù hợp nhỏ hơn 100 m2, do dành một vùng cho hoạt động bảo dưỡng và có công trình cản.

Continue Reading

[Battery] Cách xử lý và quản lý ắc quy trong hệ thống pin mặt trời

① Khi kết nối ắc quy, đảm bảo kết nối chính xác các cực +, -
② Vì ắc quy có chứa axit sulfuric, chúng có thể gây bỏng nếu tiếp xúc với da hoặc mắt nên cần hết sức cẩn thận.
③ Giữ ắc quy ở nơi khô ráo và thoáng mát. Khí axit sunfuric có thể bị rò gỉ, giải phóng ra ngoài.
④ Theo nhà sản xuất ắc quy, thông thường khi nhiệt độ tăng trên 25℃ thì cứ mỗi 10℃ tăng lên thì tuổi thọ ắc quy giảm 50%.
⑤ Sạc đầy ắc quy sau khi sử dụng.
⑥ Nếu để ắc quy ở trạng thái cạn kiệt kéo dài, thì dung lượng sạc và tuổi thọ của ắc quy sẽ giảm.
⑦ Về cơ bản, ắc quy axit- chì (lead–acid battery) dù không được sử dụng cũng sẽ tự động xả ra hơn 10% dung lượng của nó mỗi tháng. Vì vậy cần sạc ắc quy đã được để lại trong một thời gian dài mỗi tháng một lần.
⑧ Khi vệ sinh ắc quy, nếu sử dụng khăn khô, ắc quy có thể bị nổ do tĩnh điện.
⑨ Nếu đặt lửa hay khí nóng gần ắc quy, có nguy cơ gây ra hỏa hoạn.
⑩ Tuyệt đối không bao giờ được sạc ắc quy bị đông lạnh.
⑪ Ắc quy chì-axit không có hiệu ứng nhớ (memory effect), do đó không cần thiết phải xả ắc quy trước khi sạc.

Continue Reading

[Biến tần] Cách chọn biến tần cho hệ thống pin mặt trời

Cách chọn biến tần
Điện được tạo ra bởi hệ thống năng lượng mặt trời là dòng điện trực tiếp (DC). Để sử dụng điện cho AC 220 V được sử dụng trong nhà hoặc để bán điện cho lưới điện (công ty điện lực), bạn phải sử dụng biến tần DC-AC. Biến tần DC-AC phần lớn được chia thành biến tần hình sin và biến tần tương tự hình sin (hình sin biến đổi).

Biến tần sóng sin tinh khiết (Pure Sine Wave Inverter) - Dạng sóng điện được cung cấp cho hộ gia đình nói chung từ hệ thống (Điện lực quốc gia) có dạng sóng đầu ra là sóng hình sin có thể được sử dụng cho tất cả các sản phẩm điện xoay chiều được sử dụng tại nhà. Nên chọn biến tần sóng hình sin để sử dụng các thiết bị có độ chính xác cao như hệ thống phát điện mặt trời độc lập, thiết bị đo lường, thiết bị y tế, thiết bị truyền thông, thiết bị âm thanh, đèn huỳnh quang và máy tính.

Continue Reading

Ắc quy ô tô và Deep-cycle battery?

Những loại pin nào có khả năng dùng cho hệ thống pin mặt trời độc lập (tức là hệ thống không nối với lưới điện)?
Chúng ta đều thấy sẽ rất dễ dàng để có được một battery của xe ô tô. Nhưng battery của xe ô tô có phù hợp với hệ thống pin mặt trời không? Câu trả lời là "không phù hợp". Nhưng battery của xe ô tô có thể được sử dụng nếu nó được quản lý tốt. Loại battery tốt hơn cho hệ thống pin mặt trời là deep-cycle. Loại này cho phép xả đến mức bình rất thấp và cho phép nạp đầy nhanh. Nó có khả năng nạp xả rất nhiều lần (rất nhiều cycle) mà không bị hỏng bên trong, do vậy khá bền, tuổi thọ cao. Hãy cùng xem xét ưu nhược điểm của 2 loại battery này khi dùng cho hệ thống pin mặt trời nhé.

Battery của ô tô
Battery của ô tô vừa rẻ hơn vừa dễ dàng hơn để sở hữu nó. Battery này thường được gọi là "start battery - acquy khởi động". Khi ô tô khởi động ngay lập tức sẽ sử dụng một lượng điện năng lớn, và battery của ô tô được thiết kế một cách thích hợp cho điều này. Nó cũng là dạng acquy có thể được dùng kết nối với các sản phẩm công suất cao.
Nó có thể được sử dụng cho hệ thống pin mặt trời độc lập, nhưng rất khó để trở về trạng thái ban đầu khi bị xả quá tải (over discharge). Vì vậy phải chú ý để không xả điện hoàn toàn (cạn kiệt) khi sử dụng sẽ làm giảm tuổi thọ và dung lượng lưu trữ của pin rất nhanh.

Continue Reading

Các loại năng lượng tái tạo điển hình: Tiềm năng và vấn đề đi kèm

Mỗi năm, năng lượng tái tạo cung ứng 16 900 TWh, nghĩa là gần 13 phần trăm nhu cầu về năng lượng cơ bản. Trong số đó,
- Năng lượng sinh học đóng góp 13 300 TWh ở dạng cơ bản và 11 800 TWh ở dạng khả dụng, nghĩa là 10 phần trăm năng lượng cơ bản và 13 phần trăm năng lượng khả dụng,
- Thủy năng đóng góp 2 900 TWh, nghĩa là 20 phần trăm nhu cầu điện và 3 phần trăm nhu cầu năng lượng khả dụng,
- Đóng góp của những năng lượng tái tạo khác không đáng kể.


Năng lượng sinh học
Năng lượng sinh học là năng lượng trích ra từ những vật liệu hữu cơ, chủ yếu từ thực vật.

Tiềm năng
Tiềm năng của năng lượng sinh vật chưa được xác định vì có nhiều nguồn và nhiều dạng. Những nguồn năng lượng sinh học là: những chất đốt rắn tái tạo, rác đô thị, phế liệu hữu cơ của nông nghiệp và công nghiệp, và những thực vật đã được cố ý trồng để làm nguồn năng lượng.

Những năng lượng đó rất đa dạng : sinh khối cellulo sợi (ligno cellulosic) hay sinh khối rắn, sinh khối có glucid và sinh khối chứa dầu. Mỗi dạng cần đến một nguồn cơ bản và một quy trình biến chế thành năng lượng khả dụng khác nhau.

Để gia tăng nguồn năng lượng sinh học thì có ba phương pháp :
- Trồng những cây có đường, mía và củ cải ngọt, hay là ngũ cốc, lúa và ngô,
- Trồng những cây tự nhiên có dầu như là rong, hoa hướng dương, cây có hai lá mầm (jatropha),
- Trồng rừng những cây mọc mau như là trúc, cây bạch đàn, cây dương, cây thông,...

Sinh khối cellulo sợi gồm gỗ, rơm, bã mía, rác đô thị, phụ phẩm và phế liệu chế biến gỗ, phế liệu chế biến thực phẩm, phần hữu cơ của rác đô thị,… Nhân loại đã biết dùng những nguồn năng lượng này từ thời thượng cổ rồi. Tiềm năng năng lượng từ gỗ là 5 600 đến 6 000 TWh mỗi năm, trong đó 5 000 TWh dưới dạng củi gỗ và 400 TWh dưới dạng than củi. Vì cung ứng những nguồn năng lượng này ít qua những kênh thương mại nên ước tính tiềm năng của chúng không được chính xác. Ngoài việc đốt củi hay than củi để thổi cơm và đun nước sinh khối cellulo sợi được đốt, đơn độc hay phụ trợ cho những năng lượng khác, để sản xuất điện và hơi nước. Nhiều đô thị các nước công nghiệp được cung ứng nước nóng gia dụng nhờ những lò đốt rác đô thị. IEA ước tính, năm 2005, 135 TWh điện đã được sản xuất từ sinh khối rắn, 23 TWh từ rác đô thị và 25 TWh từ những nguồn sinh khối rắn khác.

Sinh khối có glucid gồm những hạt ngũ cốc, củ cải đường, mía đường,… Chúng được tiêu hóa dị khí (anaerobic digestion), ươm men, chưng cất hay thủy phân acid (acid hydrolysis) để biến thành khí, chủ yếu khí methan, dùng làm năng lượng. Chúng tham gia vào việc cung ứng năng lượng cho gia đình, cho những cộng đồng nhỏ. Sau khi được lọc kỹ, khí methan có thể được trộn vào mạng phân phối khí đốt đô thị.

Sinh khối chứa dầu gồm cây cải dầu, dừa dầu, hoa hướng dương,… Dầu của những thực vật này được ép và lọc để biến thành nhiên liệu lỏng. Nhiên liệu lỏng này có thể được dùng nguyên chất hay pha trộn với sản phẩm dầu trong ngành giao thông vận tải.

Ô nhiễm
Đốt phụ phẩm và phế liệu chế biến gỗ, rơm, bã mía, rác đô thị là một phương pháp hủy chúng để bảo vệ môi trường tự nhiên. Người ta còn sáng chế nhiều phương pháp loại trừ khác nữa như là nhiệt phân (pyrolysis) hay khí hóa hydrô (hydrogasification). Nhưng những phương pháp đó chưa chắc gì đã giản dị hơn và vi phạm môi trường tự nhiên ít hơn.

Dùng củi làm một nguồn năng lượng có thể là một giải pháp ngưng tăng sinh khí CO2 (di oxyd cacbon) trong khí quyển. Khi cây mọc thì hấp thụ khí CO2 trong khí quyển để biến cacbon thành gỗ. Khi đốt củi thì thải ra CO2, nhưng đó là cacbon đã chứa trong cây khi cây đang mọc. Tổng kết là dùng củi để đốt thì khí quyển không có thêm CO2 như là khi đốt năng lượng hóa thạch. Nhưng lý luận như vậy chỉ đúng khi trồng lại tất cả diện tích rừng bị đốn để lấy củi. Thực tế là ở những nước nghèo người ta đốn rừng mà không trồng lại cây. Vì thiếu kiến thức và thiếu phương tiện trồng cây, rừng những nước đó đang bị tàn phá nghiêm trọng.

Để có nhiên liệu từ sinh khối có glucid và sinh khối chứa dầu, người ta phải trồng cây sinh ra những sinh khối đó. Để có năng suất cao, người ta phải chọn những địa điểm thuận lợi cho nông nghiệp, dùng những phương tiện cơ giới, phân bón và thuốc trừ sâu. Những phương tiện cơ giới chạy bằng năng lượng dầu. Phân bón và thuốc trừ sâu là những hóa phẩm được chế biến từ sản phẩm dầu và than. Cân nhắc kỹ thì chưa chắc gì thay thế năng lượng hóa thạch bằng những năng lượng sinh học đó sẽ làm giảm nguồn khí có hiệu ứng nhà kính trong khí quyển.

Những vấn đề kỹ thuật, kinh tế và chính trị
Công nghệ đốt sinh khối cellulo sợi chưa ổn định nhưng có thể coi là khả thi kinh tế kỹ thuật chỉ có thể đạt được ở những điều kiện cá biệt. Khai thác những loại sinh khối khác để sản xuất nhiên liệu vẫn đang ở gia đoạn nghiên cứu triển khai.

Nếu đốn rừng đến đâu mà trồng lại đến đó thì chỉ có vấn đề đa dạng sinh thái chưa được làm rõ. Dùng những đất bỏ hoang để trồng cây năng lượng thì cũng đặt ra vấn đề đa dạng sinh thái. Dùng nhân lực và đất nông nghiệp để trồng cây năng lượng đặt ra vấn đề chọn lựa chính trị : cung ứng lương thực hay cung ứng năng lượng cho nhân loại. Cho tới nay những chuyên gia chưa nhất trí.


Thủy năng

Tiềm năng
Thủy điện vẫn còn nhiều tiềm năng phát triển. Theo những số liệu trên bảng, nhân loại mới chỉ khai triển được một phần tư tiềm năng kinh tế và một phần sáu tiềm năng kỹ thuật của thủy năng. Tuy nhiên các nước có kinh tế phát triển đã huy động tất cả tiềm năng kinh tế thủy điện của họ rồi và đang khai triển những địa điểm có thể dùng để xây những công trình tích năng.

Một công trình thủy lợi điều tiết lưu lượng nước ở hạ nguồn để có thể cung ứng nước đúng mức đúng lúc cho nông nghiệp, du lịch, giải trí, giao thông vận tải và sản xuất điện. Mỗi chức năng có một giá trị kinh tế. Vì thế mà tiềm năng kinh tế sản xuất thủy điện chỉ có thể tính một cách cá biệt cho mỗi công trình chứ không thể ước tính chung cho một nước hay cho toàn thế giới.

Bây giờ một công trình thủy lợi cũng có thể được dùng làm hồ tích năng : trong những giờ rỗi công suất có thừa của những nhà máy nhiệt điện dùng để bơm nước từ hạ nguồn lên thượng nguồn làm gia tăng lượng nước tích trữ ở thượng nguồn. Như thế, điện của những giờ cao điểm, có giá trị kinh tế cao, sẽ được sản xuất bởi điện có giá trị kinh tế thấp hơn, đã được "lưu kho" trong những giờ rỗi. Gia tăng lượng nước tích trữ ở thượng nguồn sẽ gia tăng khả năng điều tiết lưu lượng nước về hạ nguồn và gia tăng tỷ số lợi nhuận của công trình thủy lợi.

Ô nhiễm
Thủy điện cần đến nhiều nước chảy từ một điểm rất cao. Tỷ dụ, 3,6 tấn nước chảy từ 100 mét chỉ sinh ra được có một kilô watt giờ thủy điện. Trong điều kiện đó, một tủ lạnh cỡ dùng cho một gia đình tiêu thụ 380 kWh mỗi năm sẽ cần đến 1.400 tấn nước. Vì ràng buộc vật lý đó mà những hồ chứa nước của các công trình thủy điện chiếm những diện tích lớn vi phạm môi trường tự nhiên.

Những người sinh sống ở địa điểm hồ chứa tương lai phải bỏ nhà cửa, mồ mả tổ tiên và đồng ruộng di cư đi nơi khác. Vì đập có thể bị vỡ, những người sinh sống ở một số nơi hạ nguồn đập cũng phải dọn đến những nơi an toàn hơn. Nếu một dòng sông được chỉnh trang thành thang thủy lợi thì vỡ đập có thể gây ra một phản ứng dây chuyền : đập thứ nhất ở thượng nguồn bị vỡ, vật liệu cộng với nước chứa trong hồ của đập đó chảy vào hồ chứa thứ hai ở hạ nguồn làm vỡ đập của hồ thứ hai này. Sau đó lần lượt từ đập này đến đập khác bị phá vỡ như thế cho tới khi tất cả thang thủy lợi bị phá.

Đập thủy lợi ngăn một dòng sông và cản không cho cá tự do lội xuôi dọc dòng sông. Để giải quyết vấn đề này, người ta xây một kênh nhỏ nối liền hai mặt của đập gọi là thang cá. Hồ nhân tạo ở thượng nguồn có thể là một sinh thái mới với những sinh vật khác sống trong đó. Những sinh vật mới này có thể không thân thiện lắm với sinh vật và thảo vật có mặt ở nơi đó trước khi hồ đầy nước. Đặc biệt, một hồ nước ở vùng nhiệt đới sẽ có bèo Nhật Bản (Eichhornia crassipes) mọc. Với khả năng sinh trưởng rất mau, bèo Nhật Bản có thể bao phủ tất cả diện tích hồ, giảm hàm lượng dưỡng khí hòa tan trong nước và ngăn cản ánh sáng mặt trời chiếu vào nước. Hậu quả là không còn sinh vật nào có thể sống trong hồ nữa. Bèo xen vào trục tuabin và cửa van của đập làm cho những thiết bị đó bị kẹt. Bèo cũng xen vào trục chân vịt và bánh lái các thuyền đi lại trên mặt hồ làm cho thuyền bè phải thường xuyên ngưng hoạt động để sửa chữa.

Gần đây, sau khi nghiên cứu đập Petit Saut ở Guyana thuộc Pháp, người ta nhận thấy, ở những xứ nhiệt đới, những cây cỏ hãy còn chìm tại chỗ khi nước tràn vào hồ hấp thụ một phần dưỡng khí hòa tan trong nước, úng mục và sinh ra khí sulfur hydrô, CO2 và methan, cả ba khí này đều là những khí có hiệu ứng nhà kính. Cá trong hồ thiếu dưỡng khí, ngạt thở và chết. Hiện tượng này chỉ bắt đầu giảm sau một vài năm khi những thảo vật úng mục đã tan hết.

Những vấn đề kỹ thuật, kinh tế và chính trị
Một công trình thủy lợi nhỏ (tiểu thủy điện, công suất dưới 10.000 kW) hay cực nhỏ (vi thủy điện, công suất dưới 1.000 kW) chủ yếu đáp ứng một nhu cầu địa phương và không đặt ra khó khăn gì cả. Nhà đầu tư xây đập với những vật liệu có sẵn tại chỗ và lắp những thiết bị điện cơ có tầm vóc nhỏ nên không đặt nhiều vấn đề kinh tế kỹ thuật.

Những công trình thủy lợi cũng có thể là những công trình lớn : khối lượng vật liệu xây dựng đập quan trọng, khối lượng và trọng tải thiết bị điện cơ lớn,… Những địa điểm thuận lợi để xây công trình nhiều khi là những nơi hoang vu đường xá khó khăn. Nhà máy thủy điện phải được liên kết với mạng phân phối điện quốc gia bằng những đường dây tải điện cao thế.

Để chở vật liệu xây dựng và thiết bị cho đập và nhà máy thì phải xây trước những hạ tầng giao thông dẫn tới công trường. Công trình phải mấy năm mới xây xong (có khi tới hơn mười năm) và cần đến cả nghìn nhân công và kỹ sư. Để cho những người đó và gia đình họ sinh sống bình thường thì phải lập cả một đô thị với tiện nghi nhà ở, siêu thị, trường học, nhà thương, khu giải trí và có khi cả những nơi hành đạo. Một khi xây xong những cơ sở hạ tầng đó sẽ được dỡ đi hay có thể để lại để làm khởi đầu cho một nền kinh tế địa phương mới.

So với một nhà máy nhiệt điện chạy bằng năng lượng hóa thạch cùng công suất, một công trình thủy điện cần đến nhiều vốn hơn, phải xây trong một thời gian lâu hơn và có đời sống kỹ thuật lâu hơn nhiều (nhiều đập có thể dùng được tới cả thế kỷ). Vốn bị giam cầm lâu là vốn không có thể dùng được cho những dự án phát triển khác. Vì thiếu tài chính ngắn hạn có nước đã phải hoãn lại nhiều dự án thủy lợi, mặc dù có tỷ số lợi nhuận cao, để thực hiện những dự án nhiệt điện có khả năng sinh lợi mau hơn.

Như viết ở trên, một công trình thủy lợi có thể cung ứng nước cho nông nghiệp, du lịch, giải trí, giao thông vận tải và sản xuất điện. Công trình đã được tối ưu hóa để thỏa mãn toàn bộ những nhu cầu đó dựa trên những dự báo dài hạn tới mấy chục năm của mỗi đối tác tham gia dự án. Một khi công trình đã được hoàn thiện, người điều hành công trình phải điều chỉnh lưu lượng nước để thỏa mãn nhu cầu trước mắt và trong tương lai ngắn hạn và trung hạn của tất cả những đối tác cần dùng nước của công trình. Những quyết định đó dựa trên những mô hình toán học rất phức tạp.

Nhiều khi một dòng sông chảy qua lãnh thổ của nhiều nước. Điều này đặt ra vấn đề sử dụng nước của dòng sông để không quốc gia nào ven sông bị thiệt. Những thương lượng đa phương sẽ dẫn tới một hiệp định quản lý nước của dòng sông và sự thành lập một ủy ban đa phương kiểm tra thi hành hiệp định đó. Có khi các nước ven sông không đạt được thỏa thuận và tranh chấp có thể dẫn tới chiến tranh.

Những nguồn năng lượng tái tạo khác
Năng lượng mặt trời (quang năng)
Năng lượng mặt trời có thể được khai thác dưới dạng nhiệt và dưới dạng điện. Vì chỉ có những áp dụng nhỏ hay cực nhỏ, năng lượng mặt trời không đặt ra nhiều vấn đề kỹ thuật hay kinh tế.

Lưu lượng quang năng từ mặt trời xuống mặt đất là 1.366 W mỗi mét vuông. Nhưng vì mặt trời chỉ chiếu sáng có ban ngày và một phần ánh sáng mặt trời bị mây che, trung bình mỗi mét vuông chỉ nhận được có 150/200 W. Theo kết quả khảo sát những dàn quang điện đang vận hành, công suất của điện mặt trời là 165 đến 500 kWh/m²/năm tùy nơi.

Khai thác quang năng dưới dạng nhiệt thì có tỷ số lợi nhuận cao mà lại không cần đến công nghệ cao. Ở những xứ lạnh, nhiệt năng dùng để sưởi nhà. Ở những xứ nóng, nhiệt năng dùng để giảm nhiệt độ không khí trong nhà bằng bơm nhiệt theo quy trình hấp thụ. Ở xứ lạnh hay xứ nóng thì quang năng đều có thể dùng để đun nước gia dụng. Trung bình một mét vuông bảng mặt trời đủ để cung ứng suốt năm nước nóng gia dụng cho một người. Về mặt kỹ thuật một người có thể tự chế tạo được một hệ thống quang năng mà không cần phải có kỹ năng gì cả.

Ngoài một số dàn quang điện dùng để nghiên cứu và chứng minh tính khả thi kỹ thuật, quang năng dưới dạng điện chỉ dùng cho những thiết bị cần đến rất ít điện. Những áp dụng này tiết kiệm những pin cho đồng hồ, máy tính xách tay, máy radio, máy truyền hình nhỏ, đèn điện chiếu sáng vườn cảnh, hay tiết kiệm chi phí kéo đường dây cung ứng điện cho những trạm tín hiệu, cọc tiêu, rờle viễn thông, máy tính tiền đỗ xe, máy phát tiền,… Lắp ráp những tế bào quang điện để sản xuất những sản phẩm trên chỉ là một công nghệ lắp ráp đơn giản. Lắp ráp chúng thành giàn cũng không khó khăn gì hơn. Ngược lại công nghệ sản xuất những tế bào quang điện cần đến những cơ sở sản xuất tương tự như những cơ sở sản xuất vi mạch.

Dưới dạng nhiệt, quang năng không ô nhiễm môi trường mấy. Dưới dạng điện, quang năng đặt vấn đề ô nhiễm khi sản xuất những tế bào quang điện. Nhưng nguồn ô nhiễm này tập trung ở nơi sản xuất nên có thể kiềm chế được. Ngoài ra cũng có vấn đề ô nhiễm nhỏ qua những bình ắcquy bằng chì hay bằng lithium. Ở các nước Tây Âu có quy định những cửa hàng bán ắcquy phải nhận tất cả những bình ắcquy cũ mà bất cứ ai mang đến. Những linh kiện này được gửi đi xử lý hay tuần hoàn chúng ở những cơ sở dưới sự kiểm tra của thanh tra môi trường Nhà Nước.

Continue Reading